АКСИАЛЬНО-ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ЭНЕРГИИ

Область техники
Настоящая полезная модель относится к многоцилиндровым поршневым насосам с вращающимся блоком цилиндров, в частности, используемых в устройствах обратного осмоса и предусматривающих рекуперацию энергии.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известен, см. патент US 7,799,221, опубликованный 21.09.2010, аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии, включающий ротор с блоком цилиндров и статор, контактирующий с торцом ротора, при этом блок цилиндров выполнен с каналами, соединенными с плунжерной полостью цилиндров для перекачиваемой жидкости, выдавливаемой плунжерами со штоками, и каналами, соединенными со штоковой полостью цилиндров для жидкости, используемой для рекуперации энергии. Это известное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявленной полезной модели.
Недостатком известного аксиально-плунжерного насоса с рекуперацией энергии является то, что его конструкция предполагает использование определенное (регламентированное) количество жидкости, используемой для рекуперации энергии. Но количество этой жидкости зависит от многих факторов и может изменяться в процессе эксплуатации насоса. При этом несоответствие количества жидкости, используемой для рекуперации энергии, с регламентированным ее количеством, приводит к изменению давления в штоковых полостях цилиндров ротора и, как следствие, к повышенному шуму и вибрации насоса. В результате увеличивается износ деталей насоса и снижение его ресурса.
Раскрытие полезной модели
В заявленной полезной модели достигаемый технический результат заключается в согласовании смещения плунжера с количеством жидкости, используемой для рекуперации энергии и заполняющей штоковые полости цилиндров при вытеснении плунжером перекачиваемой жидкости из плунжерных полостей цилиндров. Тем самым обеспечивается адаптация работы насоса к изменению давления в штоковых полостях цилиндров и, как следствие, равномерность нагрузки на детали и снижение их износа.
Указанный технический результат достигается в аксиально-плунжерном насосе с рекуперацией энергии, включающем ротор с блоком цилиндров и статор, контактирующий с торцом ротора. Блок цилиндров и статор выполнены с каналами, соединенными с плунжерной полостью цилиндров для перекачиваемой жидкости, выдавливаемой плунжерами со штоками, и каналами, соединенными со штоковой полостью цилиндров для жидкости, используемой для рекуперации энергии, при этом каждый плунжер установлен с возможностью скольжения вдоль штока для смещения относительно штока и дополнительного выдавливания перекачиваемой жидкости из плунжерной полости цилиндра под воздействием жидкости, используемой для рекуперации энергии и давящей на плунжер со стороны штоковой полости цилиндра.
Каждый плунжер может быть выполнен в виде втулки и установлен на цилиндрической части штока, примыкающей к торцу штока и ограниченной буртиком, препятствующим смещению плунжера вдоль штока по направлению к штоковой полости цилиндров.
Ротор может дополнительно включать выполненную со сквозными каналами для перекачиваемой жидкости и каналами для жидкости, используемой для рекуперации энергии, пластину с плоской поверхностью, контактирующей с плоской поверхностью статора, выполненного со сквозными каналами, и противоположной рельефной поверхностью, контактирующей с рельефной поверхностью торца блока цилиндров, установленную на блоке цилиндров в торце ротора с возможностью смещения вдоль оси ротора и наклона относительно оси ротора и поджимаемую плоской поверхностью к плоской поверхности статора пружиной. Благодаря этому сохраняется равномерный зазор между статором и ротором, независимо от его колебательных движений. Важно также и то, что при смещениях пластины относительно блока цилиндров вдоль оси ротора и ее наклонах относительно оси ротора герметичность каналов ротора не нарушается.
Блок цилиндров может быть установлен в корпусе в радиально-упорном подшипнике, воспринимающим неуравновешенную нагрузку на ротор. Это позволяет уменьшить величину смещений ротора и снизить износ цилиндрических поверхностей плунжеров и сопряженных с ними каналов в блоке цилиндров.
Насос может быть выполнен с корпусом, заполняемым жидкостью, а блок цилиндров при этом может быть выполнен с уступами на внешней поверхности, обеспечивающими циркуляцию жидкости внутри корпуса при вращении ротора, осуществляя тем самым смазку и охлаждение подшипникового узла.
Краткое описание чертежей
На фиг. показан заявленный аксиально-плунжерный насос.
Реализация полезной модели
Представленный на фиг. аксиально-плунжерный насос включает корпус 1, подшипниковый узел 2, ротор 3, приводимый во вращение валом 4, блок цилиндров 5, пластину 6, статор 7, пружину 8, плунжер 9, уступ 10, сферическое сочленение 11, опорный подпятник 12, наклонную шайбу 13, плунжерную полость 14, штоковую полость 15. На штоке 16 каждого плунжера 9 через сферическое сочленение 11 укреплен опорный подпятник 12, упирающийся в поверхность скольжения наклонной шайбы 13.
Перекачиваемая жидкость подводится в рабочие камеры 14 через канал (й) статора 7 и канал пластины 6 с определенным давлением, при этом штоковая полость 15 соединена через собственный отводной канал (с) статора 7 со сбросной магистралью (не показано).
Отвод перекачиваемой жидкости повышенного давления из рабочих камер (плунжерной полости) 14 плунжеров 9 осуществляется через каналы пластины 6 и канал (а) статора 7 в систему потребления (не показано). При этом штоковая полость 15 соединена через собственный подводной канал (в) статора 7 с жидкостью, обладающей повышенным давлением, которое является побочным продуктом процесса. Таким образом, плунжеру 9 сообщается дополнительная энергия, тем самым уменьшаются затраты энергии на создание повышенного давления в рабочей камере 14. Конструкция, раскрытая выше, совпадает с конструкцией аксиально-плунжерного насоса, раскрытой в полезной модели RU 131424 от 20.08.2013.
Особенностью заявленной полезной модели является то, что каждый плунжер 9 установлен на штоке 16 с возможностью скольжения вдоль этого штока 16, смещения относительно него и дополнительного выдавливания перекачиваемой жидкости из плунжерной полости 14 цилиндра под воздействием жидкости, используемой для рекуперации энергии и давящей на плунжер 9 со стороны штоковой полости 15 цилиндра.
Плунжер 9 выполнен в виде втулки и установлен на цилиндрической части штока 16, примыкающей к торцу этого штока и ограниченной буртиком, препятствующим смещению плунжера 9 вдоль штока 16 по направлению к штоковой полости 15 цилиндров.
Перемещение плунжера 9 вдоль штока 16 по направлению к плунжерной полости 14 цилиндров ограничено стенками плунжерной полости.
Так как количество жидкости, используемой для рекуперации и поступающей в штоковую полость 15, может варьироваться в зависимости, например, от различной солевой концентрации перекачиваемой жидкости, типа и состояния обратноосмотической мембраны используемой в устройстве обратного осмоса. Соответственно, объем занимаемый используемой для рекуперации жидкостью в штоковой полости 15, может изменяться, соответственно, будет изменяться величина линейного перемещения плунжера 9. Причем, при увеличении в штоковой полости количества жидкости, используемой для рекуперации, увеличивается количество перекачиваемой жидкости и ее давление.
Количество перекачиваемой жидкости повышенного давления из плунжерной полости 14 складывается из двух частей:
- первой части жидкости повышенного давления, выдавливаемой из плунжерной полости 14 штоком 16 и плунжером 9, благодаря вращению ротора 3 валом 4 электродвигателя (не показан);
- второй части жидкости повышенного давления, выдавливаемой из плунжерной полости 14 плунжером 9 благодаря воздействию на плунжер 9 поступающей в штоковую полость цилиндра жидкости, используемой для рекуперации.
Таким образом, затраты электроэнергии на вращение ротора 3 расходуются на создание повышенного давления только части перекачиваемой жидкости.
С другой стороны, так как плунжеры 9 имеют возможность беспрепятственного перемещения вдоль штоков 16, то изменение давления в штоковых полостях 15, вследствие изменения количества жидкости, используемой для рекуперации, может уменьшить или увеличить вторую часть перекачиваемой жидкости, но не оказывает влияния на перекачку первой части жидкости, обеспечиваемой вращением ротора 3 валом 4 электродвигателя.
Подшипниковый узел скольжения 2 воспринимает неуравновешенную нагрузку на блок цилиндров 5 от воздействия плунжеров 9 в радиальном и осевом направлении без потери герметичности в сопряжении между рельефными поверхностями блока цилиндров 5 и пластины 6 и без нарушения равномерного зазора между плоскими поверхностями пластины 6 и статора 7.
Блок цилиндров 5 и пластина 6 сопрягаются между собой подобранными рельефными поверхностями, которые при относительно небольшом смещении друг относительно друга, за счет высокой точности их изготовления, не нарушают герметичность каналов.
Неизменность равномерного зазора между плоскими поверхностями пластины 6 и статора 7 обеспечивается тем, что пружина 8 прижимает пластину 6 к статору 7.
Корпус насоса заполняется перекачиваемой жидкостью через подводящий канал (e), соединяющий полость корпуса насоса и канал (d).
Блок цилиндров выполнен с уступами 10 на внешней поверхности, обеспечивающими циркуляцию жидкости внутри корпуса при вращении ротора, осуществляя тем самым смазку и охлаждение подшипникового узла.