ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС

Заявляемый плунжерный насос относится к устройствам, используемым для создания давления и перекачки жидкостей и газов. Эти насосы широко распространены во всех отраслях промышленности (в т.ч. и военной) и в сельском хозяйстве при необходимости обеспечения относительно больших напоров подаваемой жидкости. Они также широко применяются на судах и плавсредствах всех классов в качестве трюмных, зачистных и прочих насосов.
В известных плунжерных насосах гидравлический блок состоит из корпуса, внутри которого расположены рабочие камеры со всасывающими и напорными клапанами, поршнем или плунжером (плунжерами), совершающими возвратно-поступательное движение в цилиндрах. К блоку присоединены всасывающий и напорный трубопроводы. В качестве гидравлических жидкостей, применяемых для передачи, используют минеральное масло, некоторые индустриальные и моторные масла. Плунжеры (поршни), совершая поступательное движение внутри цилиндров, давят на находящееся в них гидромасло и выталкивают его под большим давлением в рабочие механизмы. Вращательное движение вала приводного двигателя преобразуется в возвратно-поступательное движение поршня (плунжера) с помощью кривошипно-шатунного механизма приводного блока. Подача насоса находится в прямой зависимости от диаметра поршня (плунжера), длины его хода и частоты вращения кривошипа [1].
Известны роторно-поршневые гидравлические устройства, в которых преобразование возвратно-поступательного движения поршня (плунжера) осуществляется при помощи профильных торцевых поверхностей поршня [2] и/или профилированных дорожек (желобов), по которым перемещаются поршни [3].
Однако все известные устройства не являются разборными, что не позволяет произвести замену вышедшей из строя детали.
Наиболее близким к заявляемой полезной модели является роторно-поршневое гидравлическое устройство [4], содержащее соосные цилиндры, расположенные по окружности, приводной вал с ротором, включающим профильную канавку (желоб) на поверхности ротора, связанную со штоками поршней. При вращении ротора от приводного вала поршни получают возвратно-поступательное движение посредством штоков, взаимодействующих с профильной канавкой.
Известное устройство также не является разборным, что не позволяет произвести замену износившихся деталей и увеличить тем самым срок эксплуатации устройства.
Техническим результатом, достигаемым заявленным техническим решением, является повышение срока эксплуатации объемного гидравлического роторно-поршневого
устройства за счет выполнения конструкции сборно-разборной, что дает возможность быстрой замены вышедшей из строя детали, а также повышение надежности устройства за счет введения запирающих плунжеров вместо применения обратных клапанов, при попадании под которые каких-либо твердых частиц резко снижается давление на выходе насоса и его производительность.
Сущность полезной модели состоит в том, что заявляемый плунжерный насос содержит приводной вал с ротором, соосные цилиндры со штоками, расположенные по окружности, желоб на поверхности ротора, связанный со штоками поршней, получающих направление движения при взаимодействии штоков с желобом, при этом заявляемый насос выполнен разборным, состоящим из механически соединенных левой заглушки с полувтулками, камеры высокого давления с выходным патрубком, диска для втулок нагнетающего и запирающего плунжеров и патрубков для забора масла, диска для направляющих втулок нагнетающего плунжера, с гнездом для хвостовика вращающегося диска, камеры с вращающимся диском с хвостовиком, валом и подшипником, желобом и кольцевым ограничителем для нагнетающего плунжера, правой заглушки насоса с отверстием для вала и подшипника, при этом ротор выполнен в виде вращающегося диска, по кругу которого расположены вставленные во втулки нагнетающие плунжеры, выполненные с овальным утолщением и профильной гранью для взаимодействия с кольцевым ограничителем, при этом желоб выполнен со скосом на вращающемся диске для обеспечения поступательного движения нагнетающих плунжеров, при этом запирающий плунжер снабжен возвратной пружиной, ограничителем и поперечным отверстием.
Сущность полезной модели поясняется следующими графическими материалами.
На Фигуре 1 схематично показан продольный разрез насоса и его составных частей, где:
поз.1 - левая заглушка насоса с полувтулками;
поз.2 - камера высокого давления с выходным патрубком;
поз.3 - диск для втулок нагнетающего и запирающего плунжеров и патрубков для забора масла;
поз.4 - диск для втулок нагнетающего плунжера, гнездо для хвостовика вращающегося диска с подшипником;
поз.5 - камера для вращающегося диска с хвостовиком, валом и подшипником, желобом и кольцевым ограничителем для нагнетающего плунжера;
поз.6 - правая заглушка насоса с отверстием для вала и подшипника.
На Фигуре.2 схематично показан продольный разрез частей насоса (поз.1-4).
На Фигуре 3 схематично показан продольный разрез частей насоса (поз.5, 5а, 6).
На Фигуре 4 схематично показан продольный разрез плунжеров 11 (фиг.4а) и 13 (фиг.4б), поперечный разрез вращающегося диска 8 (фиг.4в) и кольцевой ограничитель для нагнетающего плунжера (фиг.4г).
На Фигуре 5 схематично показан поперечный разрез частей насоса (поз.1 и 2).
На Фигуре 6 схематично показан поперечный разрез частей насоса (поз.3 и 4).
На Фигуре 7 схематично показан поперечный разрез частей насоса (фиг.7а - поз.5, 6; на фиг.7б - поз.5а).
Заявляемый плунжерный насос представляет собой сборную конструкцию.
Он состоит из следующих, соединенных между собой частей:
левой заглушки 1 с полувтулками 21;
камеры 2 высокого давления с выходным патрубком 19;
диска 3 для втулок 23 и 22, соответственно, нагнетающего 11 и запирающего 13 плунжеров и патрубков 20 для забора масла;
диска 4 для направляющих втулок 23 нагнетающего плунжера 11, с гнездом 25 для хвостовика 24 вращающегося диска 8;
камеры 5 с вращающимся диском 8 с хвостовиком 24, валом 9 и подшипником 10, желобом 12 и фигурным кольцевым ограничителем 27 для нагнетающего плунжера 11;
правой заглушки 6 насоса с отверстием для вала 9 и подшипника 10.
Ротор выполнен в виде вращающегося диска 8, по кругу которого расположены вставленные во втулки 22 нагнетающие плунжеры 11, выполненные с овальным утолщением и профильной гранью 11а для взаимодействия с фигурным кольцевым ограничителем 27. Желоб 12 выполнен со скосом на вращающемся диске 8 для обеспечения поступательного движения нагнетающих плунжеров 11. Запирающий плунжер 13 снабжен возвратной пружиной 14, ограничителем 26 и отверстиями поперечным 15 и продольным 16.
Плунжерный насос содержит также винты 28 для крепления кольцевого ограничителя 27; гайку 17 и стягивающий болт 18 для соединения частей насоса.
Поскольку заявляемый плунжерный насос является сборной конструкцией, то эта сборная конструкция должна иметь надежную герметичность, что позволит создавать высокое давление для работы гидроцилиндров. Суть заявляемой конструкции как раз и заключается в этом.
Принцип работы предлагаемой конструкции. Давление создается за счет поступательного движения плунжеров 11, тщательно притертых во втулках 22 и 23. Это движение нагнетающих плунжеров 11 осуществляется за счет скоса желоба 12 на роторном диске 8. Совершая поступательное движение внутри втулок, плунжеры давят на находящееся во втулках гидромасло, выталкивают это гидромасло под большим давлением в рабочие механизмы, причем давление гидромасла будет зависеть от
диаметра плунжера, втулки и глубины желоба вращающегося диска, по кругу которого расположены нагнетающие плунжеры, вставленные во втулки. Для того чтобы вытолкнутое гидромасло вновь не возвращалось во втулку, в данном насосе вместо обратных клапанов применены запирающие плунжеры 13. Запирающие плунжеры 13 пропускают сжатое гидромасло в камеру высокого давления только в тот момент, когда поперечное отверстие 15 запирающего плунжера 13 не выйдет за срез втулки 22 камеры 2 высокого давления. А так как гидромасло из сборной емкости во втулку для запирающего и нагнетающего плунжеров впрыскивается в момент, когда нагнетающий плунжер 11 под действием грани кольцевого ограничителя 27 для нагнетающего плунжера переместится в крайнее правое положение, создав вакуум, то плунжер переместится на максимальную глубину желоба 12 и откроется вход с заборных патрубков 20. При этом впрыскивание гидромасла в камеру 2 высокого давления будет осуществляться последовательно каждым нагнетающим плунжером 11, который будет занимать на желобе 12 вращающегося диска минимальную глубину и максимальное положение при сжатии гидромасла, отодвинув запирающий плунжер 13 в полувтулку 21 левой заглушки 1. Глубина этой полувтулки не позволяет запирающему плунжеру полностью выходить из втулки диска 3.
Вращение роторного диска 8 осуществляется электромотором через приводной вал 9. Нагнетающие плунжеры 11 постоянно прижаты к нижнему основанию желоба 12 за счет конструкции кольцевого ограничителя 27, который воздействует на грань 11а нагнетающего плунжера 11. За один оборот вала 9 каждый нагнетающий плунжер 11 совершает один цикл движения (влево, вправо). Каждый нагнетающий плунжер 11 на правом конце имеет овальное утолщение с гранью 11а, что необходимо для перемещения нагнетающего плунжера 11 в крайнее правое положение, то есть до максимальной глубины желоба 12. Движение нагнетающего плунжера 11 в желобе 12 должно быть достаточно свободным. Для лучшего скольжения нагнетающих плунжеров 11 в желобе 12 в последний момент при сборке необходимо залить масло и установить манжету на основании приводного вала 9. Глубина желоба 12 выбирается в зависимости от диаметра роторного диска 8. Мощность насоса зависит от диаметра нагнетающегося плунжера 11, соотношения минимальной и максимальной глубины желоба 12, мощности электромотора, скорости вращения вала 9 и герметичности насоса. Втулка 23 служит направляющей для нагнетающего плунжера 11. Для подвода гидромасла во втулки 22 используются заборные патрубки 20. Располагать плунжерный насос можно в любом положении, но желательно емкость с гидромаслом располагать выше насоса.
Запирающий плунжер 13 необходим для того, чтобы после выдавливания гидромасла нагнетающим плунжером 11 в камеру 2 высокого давления он под действием возвратной пружины 14 перекрывал вход во втулку 22 и дополнительно
герметизировал вход во втулку 22 ограничителем 26, плотно прижимаемым к выходу втулки 22. При этом поперечное отверстие 15 запирающего плунжера 13 зайдет за срез втулки 22, и гидромасло обратно во втулку 22 поступать не будет. Движение запирающего плунжера 13 в сторону левой заглушки 1 ограничено глубиной полувтулки 21. Кроме этого полувтулка 21 выполняет роль направляющей для запирающего плунжера 13. Это позволит запирающему плунжеру 13 полностью выходить из втулки 22. Продольное отверстие 16 плунжера 13 необходимо для подвода гидромасла к поперечному отверстию 15 запирающего плунжера 13. Для плавной работы роторного диска 8 используют подшипники 10, одеваемые на хвостовик 24 и вал 9.
Соединение всей конструкции насоса осуществляют стягивающими болтами 18 и гайками 17. При этом все втулки 22 и 23 должны быть строго отцентрированы при стягивании гайками 17 стягивающих болтов 18. Это необходимо, для того чтобы плунжеры 11 и 13 точно входили в соответствующие втулки 21,22,23. При необходимости для повышения герметичности втулок 22 возможно использование мелких манжет, зажатых с правой стороны диска 3 специальными гайками. Сама же внутренняя поверхность втулок 22 и 23 должна быть покрыта баббитом и тщательно притерта под плунжеры 11 и 13. Для оптимальной скорости вращения вращающегося диска 8 и создания необходимой мощности возможно использование шестеренчатой передачи от электромотора к валу 9 вращающегося диска 8.
Работа плунжерного насоса
Для работы плунжерного насоса необходимо подвести гидромасло к заборным патрубкам 20, включить двигатель (электромотор), который будет приводить во вращательное движение роторный диск 8 со специальным желобом 12. К нижней части желоба 12 за счет конструкции кольцевого ограничителя 27 будут прижаты своей овальной формой нагнетающие плунжеры 11. При вращении роторного диска 8 основание желоба 12 будет давить на торец овальной формы плунжера 11 и толкать его в сторону втулки 22. Гидромасло, поступившее из емкости через заборный патрубок 20 во втулку 22, будет сжиматься под действием нагнетающего плунжера 11 после перекрытия входа заборного патрубка 20, давить на запирающий плунжер 13 и двигать его в сторону полувтулки 21, сжимая возвратную пружину 14. По мере продвижения нагнетающего плунжера 11 будет отходить и запирающий плунжер 13 до тех пор, пока поперечное отверстие 25 запирающего плунжера 13 не выйдет за срез камеры 2 высокого давления. Сжатое гидромасло через продольное отверстие 16 запирающего плунжера 13 будет выжато в камеру 2 высокого давления. По мере дальнейшего вращения вращающегося диска 8 нагнетающий плунжер 11 за счет конструкции кольцевого ограничителя 27 будет смещаться вслед за смещением основания желоба 12, то есть нижняя грань ограничителя 27 будет давить на грань 11а
нагнетающего плунжера 11. Запирающий плунжер 13 под воздействием возвратной пружины 14 переместится в сторону втулки 22, и когда поперечное отверстие 15 запирающего плунжера 13 зайдет за срез камеры 2 высокого давления, гидромасло во втулку 22 обратно поступать не будет. Ограничитель 26 дополнительно за счет прижатия к срезу втулки 22 перекрывает возврат гидромасла из камеры 2 высокого давления во втулку 22. По мере движения нагнетающего плунжера 11 вправо во втулке 22 будет создаваться вакуум, и когда нагнетающий плунжер 11 сместится вправо до конца и откроется вход заборного патрубка 20, гидромасло из емкости через заборные патрубки 20 будет впрыснуто во втулку 22, и процесс будет повторен. Такой круг - всасывание, сжатие, впрыск будет повторен последовательно всеми нагнетающими плунжерами 11, создавая высокое давление на выходе патрубка 19 высокого давления.
Достоинством заявляемого плунжерного насоса является то, что в нем не применены обратные клапаны, при попадании под них каких-либо твердых частиц резко снижается давление на выходе насоса и его производительность.
Данная конструкция разборная, что позволяет производить замену износившихся деталей и увеличить срок эксплуатации насоса и повысить его надежность.
Изготовление заявляемого плунжерного насоса возможно на предприятиях станкостроительной промышленности.
Заявляемый плунжерный насос найдет применение во всех отраслях промышленности (в т.ч. и военной), в сельском хозяйстве и на судах, и плавсредствах всех классов.
Источники информации.
1. Поршневые и плунжерные насосы. Интернет-ресурс: www.agrovodcom.ru/review_pump/.
2. Авторское свидетельство СССР №1813920. «Роторно-поршневой компрессор», дата опубликования 07.05.1993 г.
3. Авторское свидетельство СССР №861657 «Аксиально-поршневая машина», дата опубликования 07.08.1981.
4. Авторское свидетельство СССР №1652651 «Роторно-поршневой компрессор», дата опубликования 30.05.1991 (наиболее близкий аналог).