ДВУХЪЯРУСНЫЙ 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 (См. Поршневые и плунжерные насосы. Интернет-ресурс: www.agrovodcom.ru/review pump/) [1].
Известны роторно-поршневые гидравлические устройства, в которых преобразование возвратно-поступательного движения поршня (плунжера) осуществляется при помощи профильных торцевых поверхностей поршня (А.с. СССР №1813920. «Роторно-поршневой компрессор») [2] и/или профилированных дорожек (желобов), по которым перемещаются поршни (А.с. СССР №861657 «Аксиально-поршневая машина») [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 (А.с. СССР №1652651 «Роторно-поршневой компрессор») [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 разборными, 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 плунжерного устройства за счет выполнения конструкции сборно-разборной, а также повышение производительности устройства за счет возможности подачи жидкости (газа) одновременно к двум потребителям.
Сущность полезной модели состоит в том, что заявляемый плунжерный насос содержит корпус, двигатель, втулки с плунжерами, расположенные по окружности, с возможностью взаимодействия плунжеров с механизмом преобразования вращательного движения вала в возвратно-поступательное движение плунжеров, причем насос выполнен разборным, состоящим из механически соединенных между собой двух частей корпуса, при этом механизм преобразования вращательного движения вала в возвратно-поступательное движение плунжеров выполнен в виде челнока со скосами, причем челнок кинематически соединен с маховиком, связанным с валом двигателя, с возможностью регулирования хода челнока, при этом втулки с плунжерами равномерно размещены на корпусе насоса в два яруса, а плунжеры выполнены с овальным утолщением с возможностью взаимодействия со скосами челнока при его возвратно-поступательном движении, при этом на корпусе насоса размещены с обоих концов впускные трубчатые кольца для подвода жидкости через гибкие шланги к втулкам, и выпускные трубчатые кольца для отвода жидкости, и связанные гибкими шлангами с выходными патрубками обратного клапана втулок.
При этом каждая втулка содержит ограничитель, возвратную пружину, обратный клапан, прижатый к скосу корпуса обратного клапана пружиной обратного клапана, которая верхней частью упирается в крышку корпуса обратного клапана, причем к корпусу обратного клапана подсоединен выходной патрубок, а к втулке подведен впускной клапан с гибким шлангом.
Сущность полезной модели поясняется чертежами:
На фигуре 1 - показан общий вид насоса (продольный разрез).
На фигуре 2 - показан поперечный разрез насоса.
На фигуре 3 - показана форма челнока (продольный разрез).
На фигуре 4 - изображен продольный разрез обратного клапана.
На фигуре 4а - изображен продольный разрез шкива и маховика.
На фигуре 5 - показан продольный разрез сборки (втулки, плунжера, обратного клапана).
На фигуре 6 - изображено размещение на станине шкива, маховиков, двигателя, приводных ремней.
На фигуре 7 - показано соединение маховика с челноком.
На фигуре 8 - показано крепление тяги с челноком.
На фигуре 9 - изображено расположение трубчатого выпускного кольца на корпусе насоса и его крепление к основанию станины.
На фигуре 10 - изображено расположение трубчатого выпускного кольца на корпусе насоса и крепление его к основанию станины.
Заявляемый двухъярусный плунжерный насос состоит из корпуса 1, челнока 2 со скосами 41, кинематически связанного с двигателем 33, тяги 3, муфты 4, маховика 5, кривошипа 6, привода 7, оси маховика 8, трубчатого кольца выпускного заднего 9, трубчатого кольца выпускного заднего 10, сальника 11, дренажа 12, корпуса 13 обратного клапана 15, крышки 14 корпуса обратного клапана, обратного клапана 15, пружины обратного клапана 16, трубчатого кольца выпускного переднего 17, трубчатого кольца впускного переднего 18, гибких шлангов 19, возвратной пружины 20 плунжера, резьбы 21, втулок 22, стягивающих болтов 23, плунжеров 24, ограничителя 26, элемента
27 шкива и маховиков, оси 28, выпускных патрубков 29, впускных патрубков 30, шкива 31, оси шкива 32, двигателя 33, станины 34, крепления 35 кривошипа, основания 36 насоса, выхода 37 для жидкости (газа), входа 38 для жидкости (газа), подшипник 40.
Двухъярусный плунжерный насос представляет собой сборную конструкцию. Его корпус 1 состоит из двух частей механически соединенных между собой стягивающими болтами 23. Это необходимо для облегчения сборки всего насоса. Такая сборная конструкция обладает надежной герметичностью для создания необходимого давления и высокой производительности. Внутри цилиндрического корпуса помещен механизм преобразования вращательного движения вала двигателя в возвратно-поступательное движение поршней, выполненный в виде челнока 2 со скосами 41. Обе половины корпуса 1 соединяют в одно целое после размещения челнока 2 с плунжерами 24. В этой конструкции насоса давление создается за счет поступательного движения плунжеров 24, тщательно притертых во втулках 22. Поступательное движение плунжеров 24 осуществляется за счет взаимодействия со скосами 41 челнока 2 при его возвратно-поступательном движении в одну и другую стороны внутри цилиндрического корпуса 1 насоса (фиг.1). Возвратно-поступательное движение челнока 2 в одну и другую сторону осуществляется за счет вращения маховика 5, который приводится во вращение двигателем 33 через систему шкивов 31, маховиков 5 и ременных приводов 7 (фиг.6). Подбор оптимального вращения маховика 5 осуществляется путем подбора диаметров шкивов 31 и маховиков 5, то есть рассчитывается скорость вращения маховика в зависимости от скорости вращения шкива (Расчет показан ниже). Вращение маховика 5 через кривошип 6 передается на тягу 3, которая соединена с челноком резьбовым соединением 21 (фиг.1, 3, 6). Рабочий ход L1 челнока 2 регулируется за счет крепления оси 35 кривошипа 6, которая может регулироваться по высоте L2 путем перемещения ее вдоль выреза (не обозначено) на диске маховика 5, т.е. L1=2 L2 (фиг.1). Перемещение плунжеров 24 внутри втулок 22 осуществляется за счет скольжения овальной формы плунжеров 24 по скосу челнока 2 в передней и задней его части (фиг.1, 2, 5). Овальная форма плунжеров 24 постоянно прижата к скосу челнока 2 возвратными пружинами 20. Втулки 22 (на резьбе) расположены по окружности корпуса насоса 1, внешняя сторона которого может быть выполнена в виде восьмигранника (для
восьми втулок на каждом ярусе) (фиг.2), внутренняя оконечность их не должна выступать за внутреннюю поверхность корпуса насоса 1. На обратную оконечность втулки 22 навинчивается корпус 13 обратного клапана 15 (фиг.1, 5).
К втулкам 22 подведены впускные патрубки 30 с гибкими шлангами 19 для подачи жидкости (газа) во втулки 22 (фиг.2, 10). Для ограничения движения возвратной пружины 20 предусмотрены на концах втулок ограничители 26(фиг.2). Обратный клапан 15 постоянно прижат к скосу корпуса обратного клапана пружиной 16 обратного клапана, которая верхней частью упирается в крышку 14 корпуса обратного клапана (фиг.4, 5). Для подвода всасывающей жидкости (газа) к втулкам 22 предусмотрены с обоих концов корпуса 1 насоса трубчатые кольца 10 и 18 (фиг.1). Для отвода жидкости (газа) от насоса предусмотрены трубчатые кольца 9 и 17, к которым через выходные патрубки 29 с обратного клапана 15 и гибкие шланги 19 поступает прокаченная жидкость (газ) и далее к потребителю. Трубчатые кольца 9, 10, 17 и 18 одеваются и крепятся на корпусе 1 для уменьшения габаритов насоса. Для скольжения челнока 2 внутри корпуса насоса 1 во внутрь корпуса 1 насоса заливается масло примерно на половину, чтобы оно не препятствовало перемещению челнока 2. При скоплении масла в корпусе 1 за счет его просачивания из втулок 22, чтобы оно не мешало перемещению челнока 2, предусмотрены дренажные отверстия 12 с обоих концов корпуса 1 насоса, через которые избыток давления масла через пружинные клапаны будет выбрасываться наружу. Вся сборка насоса крепится к основанию 36 насоса, на стойки которого привариваются трубчатые кольца 9, 10, 17 и 18. Маховик 5 со шкивами 31 и двигателем 33 закрепляются на станине 34 и вертикальной стойке станины 34а (фиг.6). Все оси, на которые установлены шкивы и маховики, должны крепиться к вертикальной стойке станины 34а на подшипниках. На подшипниках должны быть и места сочленения кривошипа 35 с тягой 3, а так же место крепления кривошипа 35 к маховику 5. Тяга 3 соединена с челноком 2 резьбой 21.
Поступательное движение челнока 2 задается с расчетом примерно 50-60 колебаний в минуту, что позволит максимально использовать возможности насоса. Для расчета принимаем следующие параметры шкивов и маховиков:
V мотора = 1200 об/мин.
Ведущий шкив на моторе - диаметр d=150 мм
Маховик d=800 мм
Периметр шкива = d=3.14*150=471 мм
Периметр маховика = d=3,14*800=2512 мм
Скорость V2 вращения маховика будет меньше скорости V1 вращения шкива в:  ~5,3 paзa,
то есть  об/мин
При тех же параметрах шкива и маховика и получаем:
об/мин
Таким образом производится набор шкивов и маховиков, чтобы получить необходимую частоту колебания кривошипа и челнока.
В заявляемой полезной модели рассматривается плунжерный насос, когда на каждом ярусе задействовано по 8 втулок 22 с плунжерами 24. Возможны варианты, когда можно задействовать от 2-х до 8 плунжеров.
Работа двухъярусного плунжерного насоса.
Принцип работы двухъярусного плунжерного насоса заключается в том, что для создания давления используются плунжеры (штоки), которые, совершая поступательное движение внутри втулок осуществляют давление на жидкости и газы, находящиеся во втулках, выталкивая их через обратные клапаны в рабочие механизмы, а поступление жидкости (газа) во втулки с трубчатых колец (впускных) происходит только тогда, когда оконечность плунжера под действием возвратной пружины зайдет за срез входа гибкого шланга и в образовавшийся вакуум между обратным клапаном и входом гибкого шланга будет впрыснута жидкость (газ). Весь процесс работы плунжеров осуществляется за счет взаимодействия округлых концов плунжеров со скосами челнока при его возвратно-поступательном движении.
При включении двигателя 33 начинает совершать возвратно-поступательное движение челнок 2. При его максимальном перемещении в переднюю сферу, корпуса насоса за счет скоса челнока 2 плунжеры 24 будут скользить по скосу и раздвигаться в стороны, перемещаясь во втулках 22 до тех пор, пока овальная часть плунжера 24 не будет вытолкнута заподлицо внутренней стенки корпуса 1 насоса, то есть плунжер 24 не займет крайнее рабочее положение. Находящаяся во втулке 22 жидкость (газ), поступившая во втулку через патрубок и отверстие во втулке, будет вытолкнута через обратный клапан 15, выходной патрубок 29, гибкий шланг 19 в трубчатое кольцо 17 и далее к потребителю. При движении челнока 2 в обратную сторону, обратный клапан 15 будет прижат пружиной обратного клапана 16 к скосу на внутренней части корпуса обратного клапана 13 и выход жидкости (газа) обратно через патрубок 29 будет закрыт.По мере движения челнока 2 в обратную сторону плунжеры 24 под воздействием возвратных пружин 20 будут перемещаться вовнутрь. В момент прохождения оконечностью плунжера 24 отверстия во втулке 22, к которому подводится гибкий шланг 19, через который из трубчатого кольца 18 поступает жидкость (газ), во втулку 22, за счет создания вакуума между обратным клапаном 15 и плунжером 24 будет впрыснута жидкость (газ). При последующих перемещениях челнока 2 эта жидкость (газ) будет ранее указанным способом вытолкнута в трубчатое кольцо 17 и далее к потребителю.
При перемещении челнока 2 в заднюю сферу корпуса насоса 1 процесс работы плунжеров 24, обратных клапанов 15, патрубков 29 и гибких шлангов 19 будет аналогичен тому, когда челнок 2 перемещался в переднюю сферу корпуса насоса 1.
Достоинство двухъярусного плунжерного насоса в том, что он имеет большую производительность, позволяет подавать жидкость (газ) одновременно к двум потребителям, а при использовании тройника на выходе трубчатых колец возможна подача в один адрес. Забор жидкости (газа) при использовании тройника так же возможен от одного источника.
Данный тип насоса разборный, износившиеся детали могут быть заменены на аналогичные новые, что продлевает срок эксплуатации насоса. Даже при выходе из
строя с плунжерами и обратными клапанами насос будет осуществлять перекачку, хотя и с меньшей производительностью.
Изготовление заявляемого плунжерного насоса возможно на предприятиях станкостроительной промышленности.
Заявляемый двухъярусный плунжерный насос найдет применение во всех отраслях промышленности (в т.ч. и военной), а также в сельском хозяйстве.
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).