ПОРШНЕВОЙ НАСОС

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ПОЛЕЗНАЯ МОДЕЛЬ
Полезная модель относится к области оборудования для перекачки текучих сред, а точнее - к области однотактных поршневых насосов с непрерывной подачей текучей среды в обеих фазах возвратно-поступательного движения поршня.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Известен дозирующий поршневой насос, содержащий привод, установленный в корпусе с образованием рабочей полости поршень с подпружиненным штоком, имеющим упор для взаимодействия с выключателями начального и конечного положения поршня, всасывающий и нагнетательный клапаны, отличающийся тем, что, с целью увеличения точности дозирования, он снабжен счетчиком конечного объема жидкости, привод выполнен в виде пневмоцилиндра одностороннего действия, а шток содержит второй упор для взаимодействия с рычагом, установленным на корпусе (патент РФ на изобретение №2022169). Указанный насос содержит два клапана, при этом подача жидкости происходит импульсами только во время хода поршня вниз.
Известно большое количество разновидностей однотактных поршневых насосов с непрерывной подачей текучей среды в обеих фазах возвратно-поступательного движения поршня, отличительной особенностью которых является наличие как минимум четырех обратных клапанов (см., в частности пневмоприводной насос по авторскому свидетельству СССР 842219).
Известен насос гидравлический с пневмоприводом, содержащий два обратных клапана и пневмоцилиндр со встроенным механизмом автоматического управления возвратно-поступательным движением одностороннего штока, размещенного в подсоединенном к пневмоцилиндру гидравлическом корпусе, отличающийся тем, что на конце штока выполнено утолщение в виде поршня с площадью сечения, в два раза
превышающей площадь сечения штока, в результате чего в гидравлическом корпусе образован гидроцилиндр, поршневая полость которого соединена через обратный клапан со всасывающей гидролинией, а штоковая полость соединена с напорной гидролинией и через обратный клапан, установленный в утолщении штока, - с поршневой полостью (патент РФ на полезную модель №8418).
Недостаток известного насоса состоит в том, что оба указанные обратные клапаны имеют сложную конструкцию, по сути, каждый клапан представляет собой комбинацию двух обратных клапанов.
Общий недостаток известных четырехклапанных однотактных насосов и двухклапанного насоса по патенту №8418 состоит в том, что они не пригодны для перекачки суспензий и густых жидкостей с абразивами, поверхности контакта клапанов быстро эродируются и забиваются частицами включений, пигментами краски.
СУЩНОСТЬ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Технический результат, достигающийся при использовании насоса (преобразователя) с непрерывной перекачкой текучей среды состоит в том, что благодаря введению подвижного цилиндра и незакрепленного поршневого элемента удалось исключить из конструкции насоса четыре обратных клапана и повысить КПД и надежность однотактного насоса. Подвижные цилиндр, и поршневой элемент, вкупе с соответствующими пробками, перекрывающими отверстия при движении штока внутрь и наружу, выполняют функцию клапанов, не подвержены абразивной эрозии, меньше забиваются, реже залипают, имеют меньшее гидравлическое сопротивление.
Вышеуказанная задача решена благодаря тому, что насос (1) с непрерывной подачей текучей среды (10), содержит в себе:
шток (5) с продольным каналом (50), имеющий впускное отверстие (51) для текучей среды (10);
неподвижный цилиндр (2) с внутренней камерой (20), имеющий первый конец (21) с герметичным уплотнением (211), через которое пропущен упомянутый шток (5) с возможностью возвратно-поступательного движения и второй конец (22) с впускным отверстием (221) для текучей среды (10);
подвижный цилиндр (3) с продольным каналом (30), установленный с зазором (301) внутри упомянутой камеры (20), и имеющий первый конец (31) с отверстием (310) и второй конец (32) с отверстием (320), при этом упомянутый шток (5) пропущен через упомянутое отверстие (310), а между отверстием и штоком имеется зазор (3101)
поршневой элемент (4) с продольным каналом (40), имеющий первый конец (41) со сквозным отверстием (410) и второй конец (42) со сквозным отверстием (420), установленный внутри упомянутого канала (30) с возможностью плотного контакта с его (канала) поверхностью;
конец упомянутого штока (5) продет через упомянутый канал (40), при этом упомянутое отверстие (51) сообщается с зазором (401) между поверхностью канала (40) и штока (5), а подвижность упомянутого поршневого элемента (4) вдоль штока (5) ограничена посредством пробки (53), выполненной с возможностью перекрывания отверстия (410) при движении штока (5) внутрь, и посредством пробки (54), выполненной с возможностью перекрывания отверстия (420) при движении штока (5) наружу;
напротив отверстия (310) установлена пробка (212), выполненная с возможностью перекрывания отверстия (310) при движении штока (5) наружу, а напротив отверстия (320) установлена пробка (222), выполненная с возможностью перекрывания отверстия (320) при движении штока (5) внутрь;
упомянутые пробки (212), (222), (53) и (54) расположены на таком расстоянии от отверстий (310), (320), (410) и (420), что при перекрывании пробкой (212) отверстия (310) и одновременно при перекрывании пробкой (54) отверстия (420), между пробкой (222) и отверстием (320) и между пробкой (53) и ответной поверхностью отверстия (410)
образуются зазоры, обеспечивающие ток среды (10) через упомянутые зазоры (201), (301) и (401), канал (40) и отверстие (410).
Вышеупомянутый цилиндр (2) может быть (но не обязательно) выполнен в виде трубчатого элемента, а его концы (21, 22) с отверстиями (210, 211) представляют собой втулки, установленные на торцах трубчатого элемента.
Вышеупомянутый цилиндр (3) может быть (но не обязательно) выполнен в виде трубчатого элемента, а его концы (31, 32) с отверстиями (310, 311) представляют собой втулки, установленные на торцах трубчатого элемента.
Вышеупомянутые втулки могут быть (но не обязательно) выполнены из пластика, предпочтительно, из полиамида.
Вышеупомянутые втулки могут быть (но не обязательно) соединены с упомянутыми трубчатыми элементами посредством резьбы.
Вышеупомянутое уплотнение (211) и вышеупомянутый поршневой элемент (4) могут быть (но не обязательно) выполнены из фторопласта.
Насос может быть (но не обязательно) дополнительно снабжен приводом на основе пневматического или гидравлического цилиндра.
Вышеупомянутый пневматический или гидравлический цилиндр может иметь (но не обязательно) поршень двойного действия.
Поршень упомянутого цилиндра может быть снабжен возвратной пружиной.
Насос может быть (но не обязательно) снабжен приводом на основе электродвигателя и механизма преобразования вращения в линейное движение.
Вышеупомянутый механизм преобразования вращения в линейное движение может иметь (но не обязательно) установленный с возможностью вращения в приводном модуле эксцентрик или кулачок.
Вышеупомянутый механизм преобразования может (но не обязательно) представлять собой зубчато-реечную передачу.
Вышеупомянутый электродвигатель может быть (но не обязательно) снабжен управляющим и/или регулировочным блоком.
Конец вышеупомянутого штока 5 с выпускным отверстием (52) может быть (но не обязательно) подключен к трубопроводу через уплотнение, обеспечивающее герметизацию при возвратно-поступательном движении.
Конец вышеупомянутого штока с выпусным отверстием (52) может быть (но не обязательно) подключен к трубопроводу посредством гибкого шланга.
Конец вышеупомянутого штока с выпусным отверстием (52) может быть (но не обязательно) подключен к трубопроводу посредством сильфонного элемента.
Вышеупомянутые пробки (212, 222, 53 и 54) могут иметь (но не обязательно) коническую или оживальныю поверхность контакта и установлены на резьбе с возможностью регулирования зазора между поверхностью контакта и краями отверстий (310, 320, 410 и 420).
Вышеупомянутая пробка (212) может быть (но не обязательно) выполнена за одно целое с уплотнением (211).
Технические свойства насоса в соответствии с настоящим изобретением позволяют применять его как для перекачки малых объемов жидких красок, (вместо известных перистальтических, шестеренчатых, кулачковых, центробежных и мембранных насосов, надежность которых сравнительно невысока, поскольку краска быстро засыхает, забивает клапаны, а трущиеся части изнашиваются и требуют замены) так и для больших объемов других жидкостей. Это позволяет использовать предложенную конструкцию насоса, в качестве движителя для водных велосипедов, судов, подводных лодок, при наличии возвратно-поступательного привода к штоку конструкции относительно неподвижного цилиндра.
Таким образом, в другом своем аспекте изобретение относится к преобразователю энергии расширения текучей среды (10) с избыточным давлением в возвратно-
поступательное движение, содержащий в себе вышеупомянутый насос (1) по любому из пунктов 1-18, в котором источник упомянутой среды (10) подключен к упомянутому впускному отверстию.
При использовании преобразователя энергия текучей среды или газов с избыточным давлением в возвратно-поступательное движение. Если «неподвижный» цилиндр подсоединить через шарнир к коленчатому валу с маховиком, шток через шарнир к основанию и подать в «выпускное» отверстие жидкость или газ с избыточным давлением, то получим довольно эффективный пневмо или гидро двигатель.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
На фиг. 1 изображен насос в соответствии с одной из предпочтительных форм выполнения.
На фиг. 2 изображен насос с фиг. 1 в момент хода штока вниз. На фиг. 3 изображен насос с фиг. 1 в момент хода штока вверх. Позициями обозначены следующие агрегаты, детали и их условные части:
1 - насос;
10 - текучая среда;
101 - направление «вверх»;
102 - направление «вниз»;
2 - неподвижный цилиндр;
20 - внутренняя камера неподвижного цилиндра 2;
201 - зазор между неподвижным и подвижным цилиндрами 2 и 3;
21 - первый конец неподвижного цилиндра (или, в одном из вариантов - первая втулка/заглушка с отверстием для штока 5);
211 - герметичное кольцевое уплотнение на первом конце 21 в котором скользит шток 5, оно же 212;
212 - пробка для отверстия 310;
22 - второй конец неподвижного цилиндра (или, в одном из вариантов - вторая втулка/заглушка с впускными отверстиями 221);
221 - впускное отверстие на втором конце неподвижного цилиндра 22;
222 - пробка для отверстия 320;
3 - подвижный цилиндр;
30 - продольный канал подвижного цилиндра 3;
301 - зазор между подвижным 3 и неподвижным 2 цилиндром;
31 - первый конец неподвижного цилиндра (в другом варианте - первая втулка/заглушка с впускным отверстием 310);
310 - сквозное отверстие в первом конце 31 подвижного цилиндра 3;
3101- зазор между штоком 5 и отверстием 310;
32 - второй конец неподвижного цилиндра (в другом варианте - вторая втулка/заглушка с впускным отверстием 320);
320 - сквозное впускное отверстие во втором конце 32 подвижного цилиндра 3;
4 - поршневой элемент;
40 - продольный канал в поршневом элементе 4;
401 - зазор между поршневым элементом и штоком 5;
41 - первый конец поршневого элемента 4;
410 - сквозное отверстие в первом конце 41 поршневого элемента;
42 - второй конец поршневого элемента 4;
420 - сквозное отверстие во втором конце 42 поршневого элемента;
5 - шток;
50 - продольный канал внутри штока 5;
51 - впускное отверстие в боковой стенке штока 5, сообщающееся с продольным каналом 50;
52 - выпускное отверстие штока 5;
53 - пробка для отверстия 410;
54 - пробка для отверстия 420;
55 - Заглушка продольного канала 50 штока 5.
ОСУЩЕСТВЛЕНИЕ ПОЛЕЗНОЙ МОДЕЛИ
Как показано на фиг. 1, насос (1) с непрерывной подачей текучей среды (10), содержит в себе:
шток (5) с продольным каналом (50), имеющий впускное отверстие (51) для текучей среды (10);
неподвижный цилиндр (2) с внутренней камерой (20), имеющий первый конец (21) с герметичным уплотнением (211), через которое пропущен упомянутый шток (5) с возможностью возвратно-поступательного движения и второй конец (22) с впускным отверстием (221) для текучей среды (10);
подвижный цилиндр (3) с продольным каналом (30), установленный с зазором (301) внутри упомянутой камеры (20), и имеющий первый конец (31) с отверстием (310) и второй конец (32) с отверстием (320), при этом упомянутый шток (5) пропущен через упомянутое отверстие (310), а между отверстием и штоком имеется зазор (3101)
поршневой элемент (4) с продольным каналом (40), имеющий первый конец (41) со сквозным отверстием (410) и второй конец (42) со сквозным отверстием (420), установленный внутри упомянутого канала (30) с возможностью плотного контакта с его (канала) поверхностью;
конец упомянутого штока (5) продет через упомянутый канал (40), при этом упомянутое отверстие (51) сообщается с зазором (401) между поверхностью канала (40) и штока (5), а подвижность упомянутого поршневого элемента (4) вдоль штока (5) ограничена посредством пробки (53), выполненной с возможностью перекрывания отверстия (410) при движении штока (5) внутрь, и посредством пробки (54), выполненной с возможностью перекрывания отверстия (420) при движении штока (5) наружу;
напротив отверстия (310) установлена пробка (212), выполненная с возможностью перекрывания отверстия (310) при движении штока (5) наружу, а напротив отверстия (320) установлена пробка (222), выполненная с возможностью перекрывания отверстия (320) при движении штока (5) внутрь;
упомянутые пробки (212), (222), (53) и (54) расположены на таком расстоянии от отверстий (310), (320), (410) и (420), что при перекрывании пробкой (212) отверстия (310) и одновременно при перекрывании пробкой (54) отверстия (420), между пробкой (222) и отверстием (320) и между пробкой (53) и ответной поверхностью отверстия (410) образуются зазоры, обеспечивающие ток среды (10) через упомянутые зазоры (201), (301) и (401), канал (40) и отверстие (410).
Насос работает следующим образом.
Как показано на фиг. 2, при движении штока 5 внутрь под действием привода пробка 53 упирается в отверстие 410, перекрывая ток жидкости в верхнюю часть камеры 30, и побуждает поршневой элемент 4 двигаться вниз. Под действием давления поршневого элемента 4 на жидкость в нижней части камеры 30, подвижный цилиндр 3 смещается вниз, а отверстие 320 упирается в пробку 222 (перекрывая выход жидкости из отверстия 320 в цилиндре 3) и текучая среда 10 через зазоры 201, 301, 401, канал 40 и отверстие 51 поступает под давлением в канал 50 внутри штока 5 и выводится через отверстие 52. При этом, в верхней части камеры 30 образуется вакуум и текучая среда всасывается через отверстие 310.
Как показано на фиг. 3, при движении штока 5 вверх под действием привода пробка 54 упирается в отверстие 420, перекрывая проход жидкости в нижнюю часть камеры 30 и заставляя поршневой элемент 4 двигаться вверх, одновременно с этим пробка 53 отдаляется от отверстия 410, приоткрывая его. Под действием давления поршневого элемента на жидкость в верхней части камеры 30, подвижный цилиндр 3 смещается вверх, при этом отверстие 310 упирается в расположенную напротив пробку 212 (которая может
быть совмещена с герметичным уплотнением 211), а отверстие 320, напротив, отдаляется от пробки 211, открывая ток среде 10. При продолжении движения штока 5 среда 10 под давлением поступает через открытое отверстие 410 через зазор 401 и отверстие 51 в канал 50 штока 5. При этом, в нижней части канала 30 образуется вакуум и текучая среда 10 всасывается из камеры 20 через отверстие 221 и открытое отверстие 320.
Для подачи текучей среды потребителя конец штока 5 может быть подсоединен к гибкому шлангу для подачи жидкости к потребителю.
Как показала опытная эксплуатация, 48 насосов предлагаемой конструкции с приводом от пневмоцилиндров успешно проработали 6 лет на перекачке красок 24 часа в сутки с заменой поршня и уплотнителей примерно 1 раз в 6-9 месяцев и штока - примерно 1 раз в год.
Таким образом, благодаря использованию незакрепленного подвижного поршня и незакрепленного подвижного цилиндра без клапанов, достигнуты следующие результаты:
- уменьшена скорость движения поршня;
- обеспечена высокая пожаробезопасность;
- повышен КПД;
- не требуется промывка при выключении;
- обеспечена простота, низкая себестоимость изготовления и надежность конструкции.