ГИДРОПРИВОДНОЙ ДИАФРАГМЕННЫЙ НАСОС

Изобретение относится к устройствам для гидравлического транспортирования материалов, а именно, к насосам для перекачки загрязненных смесей и жидкостей под высоким давлением, и может найти применение в нефтяной, химической, пищевой и других отраслях промышленности.
Известно устройство для гидравлического транспортирования материалов, (см. патент SU №1652245, опубл. 30.05.1991 г., бюл. №20), содержащее цилиндрические емкости с разделителями внутреннего объема в виде эластичных диафрагм, закрепленных жесткими опорными элементами вдоль стенок емкостей, образуя треугольные призмы, ребра которых связаны с опорными элементами, в котором перекачиваемая пульпа нагнетается внутрь диафрагмы, откуда вытесняется в напорный трубопровод приводной жидкостью, нагнетаемой в емкость снаружи диафрагмы.
Недостатком устройства является низкая стойкость диафрагмы, которая разрушается в зоне крепления в результате воздействия высокого уровня циклических напряжений растяжения и изгиба в момент приложения высоких давлений.
За прототип изобретения взят прямоточный гидроприводной мембранный насос (см. патент на изобретение RU №2148190, опубл. 27.04.2000 г.), содержащий перекачные секции с мембранами и гидроприводными клапанами, гидропривод с гидрораспределителями, при этом перекачные секции выполнены из трубчатых корпусов с размещенными внутри них упругими трубчатыми мембранами. В этом насосе перекачная полость расположена внутри упругой трубчатой мембраны, а гидроприводная полость - снаружи и всасывание перекачиваемой жидкости производится за счет упругих свойств мембраны.
Недостатком этого устройства, как и предыдущего, является низкая стойкость мембраны.
Техническим результатом изобретения является повышение долговечности диафрагмы.
Этот результат достигается за счет того, что предлагаемый насос содержит гидропривод с гидрораспределителями, перекачные секции, состоящие из трубных корпусов с размещенными внутри них трубчатыми диафрагмами. Новым является то, что внутри перекачных секций установлены каркасы, в поперечном сечении имеющие вид звездочки, впадины которой плавно переходят в зонах крепления
диафрагмы в круг, периметр любого сечения каркаса выполнен равным длине окружности внутреннего диаметра диафрагмы, а для подвода и отвода перекачиваемой жидкости в трубном корпусе установлены втулки с кольцевыми периферийными сообщающимися с клапанами каналами и выходящими из них осевыми периферийными каналами, переходящими в радиальные.
На фиг.1 прилагаемых чертежей изображена гидросхема насоса;
на фиг.2 - продольный разрез перекачной секции насоса;
на фиг.3 - сечение А-А на фиг.2 в момент полного заполнения перекачной полости перекачиваемой жидкостью;
на фиг.4 - сечение Б-Б на фиг.2 в момент полного заполнения гидроприводной полости маслом высокого давления.
Штрих-пунктирными линиями на фиг.3 и фиг.4 показано другое крайнее положение диафрагмы.
Предлагаемый гидроприводной диафрагменный насос состоит из гидростанции 1, блока контрольно-регулирующей аппаратуры 2, станции управления 3, перекачных секций 4 с перекачными полостями 5 и гидроприводными полостями 6, соединенными с впускными клапанами 7 и выпускными клапанами 8. Впускные клапаны 7 через подпорные трубопроводы 9 соединены с подпорной магистралью 10, а выпускные клапаны 8 - через напорные трубопроводы 11 соединены с напорной магистралью высокого давления 12. Гидроприводные полости 6 с одного торца перекачных секций через электрогидравлические клапаны 13 соединены маслопроводом высокого давления 14 с блоком контрольно-регулирующей аппаратуры 2, а с другого торца через электрогидравлические клапаны 15 со сливным трубопроводом 16.
Управление электрогидравлическими клапанами 13 и 15 производится от процессора, расположенного в станции управления 3. Каждая перекачная секция (фиг.2, 3, 4,) состоит из трубного корпуса 17, внутри которого установлена трубчатая диафрагма 18, представляющая собой цилиндрическую трубу из эластичного материала постоянного сечения по всей длине с соотношением диаметра к длине примерно 1:10. Внутри диафрагмы 18 установлен каркас 19, соединенный по торцам фланцами 20 с трубным корпусом 17, с торцов которого установлены втулки 21 с кольцевыми каналами 22, расположенными напротив отверстий клапанов 7 и 8. Из кольцевых каналов 22 ведут периферийные осевые каналы 23, переходящие в радиальные каналы 24, расположенные по всей окружности (фиг.4). В поперечном сечении (фиг.3, фиг.4) каркас имеет вид
звездочки с впадинами 25 и выступами 26, соединенными плавными линиями сопряжения. В центре каркаса 19 выполнено сквозное отверстие 27, сообщающееся с гидроприводной полостью 6 отверстиями 28 (фиг.2, фиг.3, фиг.4). Периметр любого сечения каркаса 19 равен длине окружности отверстия диафрагмы.
Насос работает следующим образом.
Гидростанция 1 передает гидроприводную жидкость, в дальнейшем масло, в блок контрольно-регулирующей аппаратуры 2, где устанавливается необходимое давление, и далее подается через маслопровод высокого давления 14 к электрогидравлическим клапанам 13. Цикл работы насоса начинается с перекачной секции 4. Электрогидравлический клапан 13 закрыт, клапан 15 открыт на слив. Перекачиваемая жидкость подается в перекачную полость 5 из подпорной магистрали 10 низкого давления через подпорный трубопровод 9 и впускной клапан 7. Выпускной клапан 8 закрыт давлением жидкости из напорной магистрали 12. После заполнения перекачной полости 5 закрывается сливной электрогидравлический клапан 15 и открывается электрогидравлический клапан 13, через который масло под высоким давлением поступает в гидроприводную полость 6 внутрь диафрагмы. При достижении давления в перекачной полости 5 выше подпорного закрывается впускной клапан 7, а при превышении давления напорной магистрали 12 открывается выпускной клапан 8 и перекачиваемая жидкость вытесняется в напорный трубопровод 11 и напорную магистраль 12. После вытеснения перекачиваемой жидкости из перекачной полости 5 электрогидравлический клапан 13 закрывается, а клапан 15 открывается на слив. При падении давления в гидроприводной полости 6 выпускной клапан 8 автоматически закрывается и открывается впускной клапан 7. Цикл повторяется. Цикл работы остальных перекачных секций 4 точно такой же, только начало цикла работы каждой секции смещено по времени равномерно в течение цикла работы первой секции, благодаря чему достигается равномерность работы насоса.
Управление электрогидравлическими клапанами 13 и 15 задается программой, введенной в процессор блока управления 3. В принципе количество перекачных секций в насосе может быть любое, как и порядок их работы: последовательный, параллельный, последовательно-параллельный. В перекачной секции 4 перекачиваемая жидкость поступает через впускной клапан 7 в кольцевой канал 22, из которого чрез осевые каналы 23 и радиальные каналы 24 передается к диафрагме 18 и заполняет перекачную полость с минимальными ударами на диафрагму, так как основной гидроудар при открытии впускного канала воспринимает кольцевой канал
22. При этом диафрагма 18 вытесняет масло из гидроприводной полости 6 через отверстия 27 и 28 на слив и облегает каркас 19 (фиг.3) по всему периметру без радиального растяжения и складок. При полном заполнении перекачной полости наблюдается незначительное осевое растяжение диафрагмы, но оно не превышает 5% ее длины и на ресурс ее работы влияния не оказывает. Кроме того, все наибольшие деформации диафрагмы происходят при низком подпорном давлении (до 1,5 МПа). При нагнетании перекачиваемой жидкости масло через отверстия 27 и 28 в каркасе 19 поступает внутрь диафрагмы 18, которая выдавливает перекачиваемую жидкость в каналы 22, 23 и 24 через выпускной клапан 8 в напорную магистраль 12. В конце выдавливания перекачиваемой жидкости диафрагма 18 полностью прилегает к стенкам отверстия трубного корпуса 17 и втулок 21 без растяжения, складок и изгиба, то есть в нагруженном состоянии испытывает только напряжение сжатия от давления, которое может достигать 10 МПа. Таким образом, мертвое пространство перекачных секций сведено к минимуму и не превышает 0,1% от объема перекачной полости, что и дает возможность применять данные насосы при перекачивании нефтегазовых смесей.
Благодаря предлагаемой конструкции, ресурс работы предлагаемого насоса превышает ресурс работы известных насосов в несколько раз.