ПЛУНЖЕРНО-ДИАФРАГМЕННЫЙ НАСОС

Полезная модель относится к области машиностроения, в частности, к конструкции насосов, а именно к жидкостным насосам, таким как мембранные насосы с гидравлическим приводом.
Наиболее близким по своей технической сущности к заявляемому плунжерно-диафрагменному насосу является плунжерно диафрагменный насос, содержащий гидроплиту с гидравлической камерой, которая заполнена гидрожидкостью, и в которой расположена диафрагма со своей опорой, на которой закреплен курок, кинематически связанный с золотником регулятора подачи гидрожидкости через соответствующие каналы с установленными в них клапанами недолива и перелива (см. патент США №7665974, опублик. 23.02.2010).
В результате эксплуатации насоса было установлено, что при определенных режимах его работы, наблюдаются вибрации, которые возникают при ударной посадке опоры диафрагмы на свое посадочное место в гидроплите. Указанные ударные нагрузки ведут к преждевременному износу как опоры диафрагмы, так и основной рабочей детали агрегата - гидроплиты.
Техническая задача, решаемая предлагаемой полезной моделью, заключается в увеличении срока безаварийной работы насоса за счет исключения возникающих при его работе ударных нагрузок.
Проведенные экспериментальные работы позволили определить оптимальные конструктивные параметры механизма золотникового регулятора подачи гидрожидкости в рабочую камеру гидроплиты, при которых исключается жесткая посадка опоры диафрагмы на посадочное место в гидроплите при обратном ходе плунжера - всасывающем цикле насоса.
Техническое решение, позволяющее решить поставленную задачу, заключается в том, что в плунжерно-диафрагменном насосе, содержащем гидроплиту с гидравлической камерой, заполненой гидрожидкостью, и в которой расположена диафрагма со своей опорой, с закрепленным на ней курком, кинематически связанным с золотником регулятора подачи гидрожидкости через каналы недолива и перелива с установленными в них соответствующими клапанами, открытая площадь проходного сечения канала клапана недолива, сообщенного с соответствующим каналом золотника, при посадке опоры диафрагмы на опору гидроплиты лежит в пределах 0,5-0,85 от общей площади проходного сечения канала клапана недолива.
Конкретная величина открытой площади проходного сечения определяется исходя из конкретных условий в зависимости от рабочих параметров проектируемого насоса.
Полезная модель поясняется четырьмя рисунками.
На рис. 1 представлен узел рабочего органа насоса в конечный момент всасывания перекачиваемой среды, т.е. перед началом движения рабочей диафрагмы на нагнетание (рабочим ходом).
На рис. 2 показан узел рабочего органа насоса в конечный момент нагнетания перекачиваемой среды, т.е. перед началом движения рабочей диафрагмы на всасывание перекачиваемой среды.
На рис. 3 показано положение золотника в известном насосе, взятом за прототип, перед началом движения рабочей диафрагмы на нагнетание.
На рис. 4 показано положение золотника в предлагаемом насосе перед началом движения рабочей диафрагмы на нагнетание.
Основным элементом рабочего узла плунжерно-диафрагменного насоса является гидроплита 1, в которой образована гидравлическая камера и размещена рабочая диафрагма 2. Привод рабочей диафрагмы 2 осуществляется от плунжера 3, связанного с приводным механизмом (на рисунке не показан). Связь между плунжером и рабочей диафрагмой осуществлена посредством гидрожидкости, которой заполнена гидравлическая камера гидроплиты 1. Перемещение плунжера 3 приводным механизмом обуславливает перемещение рабочей диафрагмы от положения всасывания до положения, при котором происходит нагнетание перекачиваемой жидкости.
На рис. 1 показано крайнее положение рабочей диафрагмы в тот момент, когда произошло всасывание и начинается рабочий ход диафрагмы на нагнетание.
Рабочая диафрагма 2 закреплена на опоре 4 посредством прижимной пластины 5.
Количество гидрожидкости в гидравлической камере поддерживается на необходимом уровне ее подачей из резервуара для гидрожидкости (на рисунке не показан) через каналы недолива 6 и перелива 7, в которых установлены соответствующие клапаны, и регулируется золотником 8, перемещение которого осуществляется курком 9, закрепленным на опоре 4 диафрагмы.
При работе известного насоса, взятого за прототип, было установлено, что опора 4 диафрагмы вместе с диафрагмой 2 возвращалась на свой посадочный поясок в гидроплите с ударом, что характеризуется возникающим стуком. Такая ударная посадка рабочей диафрагмы на посадочное место гидроплиты ведет к ускоренному износу соударяющихся элементов. Предлагаемое изменение конструкции позволяет исключить указанный недостаток конструкции насоса. Это изменение заключается в том, что открытая площадь проходного сечения канала клапана недолива, сообщенного с соответствующим каналом золотника при контакте опоры диафрагмы с посадочным пояском гидроплиты, лежит в пределах 0,5-0,85 от общей площади проходного сечения канала клапана недолива.
Как уже отмечалось, на рис.2 показано конечное положение рабочей диафрагмы 2 при нагнетании. При этом давление гидрожидкости закрывает шарик клапана недолива 6. Курок 9, увлекаемый перемещением опоры диафрагмы 4 вместе с диафрагмой 2, сдвигает золотник 8. Объем гидрожидкости в гидроплите, вытесненный плунжером 3, становится меньше из-за утечек через зазор между цилиндром 10 и плунжером 3. Причем объем утечек зависит от давления нагнетания - чем больше давление нагнетания, тем больше объем утечек. Величина давления в насосе зависит от величины противодавления в выкидном трубопроводе.
Чтобы компенсировать утечки через плунжер при нагнетании, при всасывании, когда опора диафрагмы вместе с диафрагмой садится на посадочный поясок гидроплиты, а курок 9 сдвигает золотник 8, открывая канал клапана недолива, происходит заполнение камеры гидроплиты недостающим объемом гидрожидкости. При этом закачанный при всасывании объем гидрожидкости через клапан недолива всегда больше, чем объем утечек гидрожидкости через плунжер. При этом золотник в известном насосе при каждом ходе нагнетания сдвигается дальше к диафрагме, и клапан недолива открывается только в самом конце всасывания, когда диафрагма полностью сядет на посадочный поясок. Этим объясняется стук, возникающий при работе насоса, выполненного по патенту США №7665974, принятого за прототип. Ударная нагрузка, возникающая при этом, ведет к повышенному износу соударяющихся деталей.
Чтобы исключить посадочный стук опоры диафрагмы, канал в золотнике, соединяющий рабочую полость гидроплиты с резервуаром для гидрожидкости через клапан недолива, смещен таким образом, чтобы открытая площадь проходного сечения канала клапана недолива, сообщенного с соответствующим каналом золотника при посадке опоры диафрагмы на опору гидроплиты, лежала в пределах 0,5-0,85 от общей площади проходного сечения канала клапана недолива. Конкретная величина соотношения зависит от конкретных конструктивных параметров насоса и определяется экспериментальным путем.
На рис. 3 показано положение золотника в конце хода всасывания в конструкции насоса, взятого за прототип. На рис. 4 показано положение золотника в насосе по предлагаемой полезной модели.
При выполнении золотника в соответствии с предлагаемыми конструктивными параметрами рабочая диафрагма в конце хода всасывания контактирует с посадочным местом гидроплиты через «гидроподушку», образующуюся за счет увеличения количества притока гидрожидкости в результате увеличения времени и площади взаимного сообщения рабочей полости гидроплиты с резервуаром для жидкости через клапан недолива.
Таким образом, достигается поставленная цель - увеличение срока безаварийной работы насоса за счет исключения возникающих при его работе ударных нагрузок.