АГРЕГАТ НАСОСНЫЙ ПЛУНЖЕРНЫЙ ПНЕВМОПРИВОДНОЙ
PUMP PLUNGER PNEUMATIC DRIVE UNIT

Изобретение относится к области насосостроения, а именно: к насосам с пневматическим приводом возвратно-поступательного движения и может быть использовано при создании устройств для объемной напорной дозировочной подачи жидкости в автоматическом режиме при отсутствии внешнего управления.
Известен пневмоприводной насос, содержащий пневмоцилиндр с рабочими полостями и поршнем, золотниковый распределитель и конечные пневмоклапаны, каждый из которых снабжен подпружиненным золотником с упором, взаимодействующим с поршнем. Каждый пневмоклапан снабжен дополнительным пневмоцилиндром, поршень которого связан с упором золотника, а сам пневмоцилиндр - с золотником, при этом штоковая полость дополнительного пневмоцилиндра выполнена замкнутой и постоянно сообщается с пневмомагистралью, а поршневая полость - с атмосферой, причем поршень в дополнительном пневмоцилиндре снабжен пружиной, выполненной с усилием сжатия большим, чем усилие сжатия пружины золотника. (Патент РФ №2163981, заявка №99114916/06 от 10.03.2001, МПК: Р04В 9/12 - прототип).
В зависимости от начального положения золотника пневмораспределителя, газ подается в одну из приводных пневматических полостей, вторая полость сообщается с атмосферой, в результате чего поршень пневмоцилиндра приводится в движение. При достижении конечного положения поршень вступает во взаимодействие с упором золотника пневмоклапана. Пневмоклапан переключает золотник пневмораспределителя в противоположное положение. Происходит перераспределение потоков газа через магистрали, питающие пневмоцилиндр и, далее, подача газа осуществляется в противоположную полость, а полость, в которую газ поступал изначально, сообщается с атмосферой. Таким образом пневмоцилиндр обеспечивает непрерывное возвратно-поступательное движение плунжера насоса, а установленные в корпусе насоса обратные клапаны обеспечивают выполнение циклов всасывание и нагнетания насосом.
Недостатками данной конструкции являются большие габаритные размеры из-за автономного расположения пневмораспределителя; наличие пневмоклапанов, установленных во фланцах пневмоцилиндра несоосно относительно оси поршня, что вызывает неравномерное распределение усилия на поршень от действия подпружиненных упоров золотников пневмоклапанов при достижении конечных положений поршня. Также указанный эффект вызывает неравномерный износ уплотнений поршня и штока, что приводит к снижению надежности и долговечности изделия. Кроме того, отсутствует возможность регулирования режимов работы насоса.
Задачей изобретения является исключение использования системы клапанов в конструкции пневмоцилиндра и пневмораспределителя, исключение усилий, вызывающих перекос поршня и штока пневмоцилиндра под действием подпружиненных упоров клапанов, расположенных несоосно, оптимизация, упрощение и уменьшение габаритных размеров конструкции, повышение надежности и расширение функциональных возможностей насоса, в частности, введение возможности работы насоса на различных режимах подачи.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном агрегате насосном плунжерном пневмоприводном, содержащем плунжерный насос с двумя обратными клапанами со штуцерами входа и выхода рабочей жидкости насоса, пневмоцилиндр, состоящий из корпуса в виде гильзы, на торцах которой размещены каналы подвода и отвода газа, и поршня, установленного в упомянутой гильзе, образующего две рабочие пневматические полости, пневмораспределитель, полости которого связаны с соответствующими полостями пневмоцилиндра при помощи соответствующих магистралей, причем поршень пневмоцилиндра механически связан с плунжером насоса, согласно изобретению, плунжерный насос, пневмоцилиндр и пневмораспределитель расположены коаксиально и выполнены в моноблочном исполнении, при этом пневмораспределитель, управляющий работой пневмоцилиндра, выполнен в виде ступенчатого плунжера, расположенного в седле с системой отверстий, с возможностью автоматического переключения подачи газа поочередно в рабочие полости пневмоцилиндра, при этом рабочая полость пневмоцилиндра сообщается с замкнутой рабочей полостью пневмораспределителя через отверстие в штоке пневмоцилиндра, причем в корпусе пневмораспределителя выполнены отверстия входа и дренажа газа, а также перепускные отверстия, при этом в магистрали подачи газа в пневмоцилиндр дополнительно установлен клапан, регулирующий объемный расход газа в полости пневмоцилиндра.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 показан общий вид предложенного агрегата насосного плунжерного пневмоприводного; на фиг. 2 показан продольный разрез агрегата насосного плунжерного пневмоприводного; на фиг. 3 - выносной элемент А - разрез пневмораспределителя на ходе нагнетания насоса; на фиг. 4 - выносной элемент Б - разрез пневмоцилиндра с насосом на ходе нагнетания насоса; на фиг. 5 - выносной элемент А - разрез пневмораспределителя на ходе всасывания насоса; на фиг. 6 - выносной элемент Б - разрез пневмоцилиндра с насосом на ходе всасывания насоса.
Агрегат насосный плунжерный пневмоприводной предназначен для объемной напорной дозировочной подачи жидкости в автоматическом режиме при отсутствии внешнего управления. В качестве рабочей и управляющей среды пневмораспределителя и пневмоцилиндра используется сжатый газ.
Агрегат насосный плунжерный пневмоприводной содержит насос плунжерный 1 (фиг. 1), который включает в себя корпус насоса 2 (фиг. 2) с установленными в нем клапаном обратным входа 3, выполненный в едином узле со штуцером входа 4, клапаном обратным выхода 5, выполненном в едином узле со штуцером выхода 6, плунжер 7.
На насосе плунжерном 1 соосно установлен пневмоцилиндр 8 (фиг. 1). Пневмоцилиндр 8 состоит из двух фланцев 9 и 10, корпуса 11 в виде гильзы, поршня 12. Фланцы и корпусы соединены при помощи болтов (показаны, но не обозначены). Во фланце 9 установлен штуцер 13, к которому подсоединена трубка перепускная 14, осуществляющая подвод и отвод газа в рабочую пневматическую полость всасывания. Во фланце 10 установлен клапан регулирующий 15, к которому подсоединена трубка перепускная 16, осуществляющая подвод и отвод газа в рабочую пневматическую полость нагнетания. Поршень 12 разделяет между собой рабочие пневматические полости нагнетания и всасывания пневмоцилиндра. Поршень 12 пневмоцилиндра выполнен как единое целое со штоком 17, передающим осевое усилие на плунжер 7 насоса 1, и штоком 18, в котором выполнены перепускные отверстия и с помощью которого происходит управление работой пневмораспределителя 19. Шток 17 и плунжер 7 соединены между собой.
На пневмоцилиндре 8 соосно установлен пневмораспределитель 19 и закреплен при помощи болтов (показаны, но не обозначены). Пневмораспределитель содержит золотниковый узел в виде седла 20 и плунжера 21 (фиг. 3), установленные в корпусе 22. В корпусе 22 выполнены отверстия подвода и дренажа газа, установлены штуцеры, к которым подсоединены перепускные трубки 14 и 16. Плунжер 21 совершает возвратно-поступательное движение внутри седла 20, выполнен ступенчатым с центральным отверстием и имеет перемычки. В перемычках плунжера 21 выполнены проточки, в которые установлены манжетные уплотнения (показаны, но не обозначены) для исключения утечки газа из области высокого давления в дренаж. В центральном отверстии плунжера 21 находится шток 18.
В конструкции агрегата насосного пневмоприводного используются уплотнения в виде манжет и резиновых колец для исключения утечки газа из области высокого давления в дренаж и утечки рабочей жидкости насоса из области высокого давления в окружающую среду.
Предложенный агрегат насосный плунжерный пневмоприводной работает следующим образом.
Сжатый газ (далее - газ) под давлением подается на вход в пневмораспределитель 19 (фиг. 3) через входное резьбовое отверстие 23, выполненное в корпусе 22. Далее через отверстия 24, выполненные в седле 20, газ под действием входного давления поступает в полость 25 между плунжером 21 и седлом 20. Далее из полости 25 газ через отверстия 26, выполненные в седле 20, отверстия 27 и 28, выполненные в корпусе 22 поступает в замкнутую полость 29 пневмораспределителя 19. Так как в данный момент полость 30 через центральное ступенчатое отверстие в плунжере 21, отверстия 31 и 32, выполненные в штоке 18, отверстие 33, выполненное во фланце 10, сообщается с окружающей средой, то под действием давления газа в полости 29 плунжер 21 устанавливается на упор в крышку 34. При этом газ под действием входного давления из полости 25 через отверстия 26, выполненные в седле 20, отверстие 35 выполненное в корпусе 22, через штуцер в корпусе 22, трубку перепускную 16, клапан регулирующий 15, в котором при помощи изменения проходного сечения регулируется объемный расход газа, подаваемого в рабочую пневматическую полость нагнетания 36 пневмоцилиндра 8, далее через отверстия 37 и 38, выполненные во фланце 10, газ поступает в рабочую пневматическую полость нагнетания 36 пневмоцилиндра 8. За счет действия входного давления газа в полости 36 пневмоцилиндра 8, поршень 12 (фиг. 4) начинает перемещаться и перемещает шток 17, при этом перемещается также и плунжер 7 насоса 1, так как плунжер 7 находится в механической связи со штоком 17. При этом газ, который в данный момент находится в рабочей пневматической полости всасывания 37 пневмоцилиндра 8, под действием усилия от движущегося поршня 12 через отверстия 38 и 39, выполненные во фланце 9, через штуцер 13, трубку 14, далее через отверстие 40, выполненное в корпусе 22 (фиг. 3), через отверстия 41, выполненные в седле 20, вытесняется в полость 42 между плунжером 21 и седлом 20, далее через отверстия 43, выполненные в седле 20, через и отверстие 44, выполненное в корпусе 22 сбрасывается в дренаж. Таким образом, поршень 12 пневмоцилиндра 8 (фиг. 4) перемещается в сторону насоса 1. Одновременно с этим плунжер 7 насоса 1 начинает вытеснять рабочую жидкость, находящуюся в рабочей полости 45 насоса 1. Под действием давления рабочей жидкости насоса клапан обратный выхода 5 открывается, клапан обратный входа 3 находится в закрытом положении. Таким образом, рабочая жидкость насоса поступает в гидравлическую магистраль через штуцер выхода 6 - насос совершает цикл нагнетания.
Поршень 12 пневмоцилиндра 8, совершая рабочий ход нагнетания (фиг. 6), перемещает шток 18 в сторону насоса 1. В конце хода поршня 12 отверстие 32, выполненное в штоке 18 (фиг. 5), проходит через уплотнение 46, установленное во фланце 10, и выходит в рабочую пневматическую полость нагнетания 36 пневмоцилиндра 8. Таким образом открывается подача газа из рабочей пневматической полости нагнетания 36 пневмоцилиндра 8 (фиг. 5) через отверстия 32 и 31, выполненные в штоке 18, центральное ступенчатое отверстие в плунжере 21, в замкнутую полость 30 пневмораспределителя 19. Под действием входного давления газа, поступающего в полость 30 пневмораспределителя 19 из рабочей пневматической полости нагнетания 36 пневмоцилиндра 8, плунжер 21 перемещается на упор во фланец 10. Перемещение плунжера 21 происходит за счет того, что площадь плунжера, на которую действует входное давление газа в полости 30 значительно больше площади плунжера, на которую действует давление газа в полости 29. В данном случае плунжер 21 пневмораспределителя 19 выполняет функцию поршня и одновременно производит переключение пневмораспределителя - перераспределяет подачу газа между рабочими пневматическими полостями 36 и 37 (фиг. 4) пневмоцилиндра 8 в автоматическом режиме под действием входного давления газа. После переключения пневмораспределитель открывает сброс газа из замкнутой полости 29 (фиг. 5) через отверстия 28 и 27, выполненные в корпусе22, отверстия 26, выполненные в седле 20, в полость 25 и далее через отверстия 47, выполненные в седле 20, отверстие 48, выполненное в корпусе 32, в дренаж.
После переключения пневмораспределителя 19 (фиг. 5) газ под действием входного давления через отверстие 23, выполненное в корпусе 22, отверстия 24, выполненные в седле 20, поступает в полость 42 между плунжером 21 и седлом 20, далее из полости 42 через отверстия 41 в седле 20, отверстие 40, выполненное в корпусе 22, через штуцер и трубку 14, штуцер 13 (фиг. 6), отверстия 39 и 38, выполненные во фланце 9, газ поступает в рабочую пневматическую полость 37 пневмоцилиндра 8. За счет действия входного давления газа в полости 37 пневмоцилиндра 8, поршень 12 начинает перемещаться и перемещает шток 18. При этом газ, который заполняет полость 36 пневмоцилиндра 8, под действием усилия от движущегося поршня 12 через отверстия 38 и 37 (фиг. 5), выполненные во фланце 10, через клапан регулирующий 15, трубку 16, далее через штуцер и отверстие 35 в корпусе 22, через отверстия 26, выполненные в седле 20, вытесняется в полость 25 между плунжером 21 и седлом 20, далее через отверстия 47, выполненные в седле 20, отверстие 48, выполненное в корпусе 22 сбрасывается в дренаж. Таким образом, поршень 12 пневмоцилиндра 8 (фиг. 6) перемещается в сторону пневмораспределителя 19. Одновременно с этим плунжер 7 насоса 1, соединенный с поршнем 12 через шток 17 начинает перемещаться вслед за поршнем 12, увеличивая объем рабочей полости 45 насоса 1 (фиг. 6). В полости 45 создается разрежение, клапан обратный выхода 5 закрывается, клапан обратный входа 3 открывается, таким образом, рабочая жидкость из гидравлической магистрали поступает в полость 45 насоса 1 через штуцер входа 4 - насос совершает цикл всасывания.
На ходе всасывания поршень 12 пневмоцилиндра 8, совершая рабочий ход (фиг. 6), перемещает шток 18 в сторону пневмораспределителя 19. Отверстие 32, выполненное в штоке 18 (фиг. 5) проходит через уплотнение 46 в обратном направлении. Полость 30 через центральное ступенчатое отверстие в плунжере 21, отверстия 31 и 32, выполненные в штоке 18, отверстие 33, выполненное во фланце 10, сообщается с окружающей средой, но плунжер 21 пневмораспределителя 19 не меняет своего положения, так как и полость 29, и полость 30 в данный момент сообщаются с окружающей средой. Далее, пройдя определенное расстояние, шток 18 торцем упирается в ступеньку во внутреннем отверстии плунжера 21 и перемещает плунжер в сторону крышки 34. В результате движения плунжера 21 в седле 20 происходит переключение пневмораспределителя 19 в исходное положение (фиг. 3), в котором газ заполняет полость 25, далее через отверстия 26, 27 и 28 поступает в замкнутую полость 29 пневмораспределителя 19. Газ в полости 29 под действием входного давления устанавливает плунжер 21 в исходное положение - на упор в крышку 34 и цикл повторяется.
Использование предложенного технического решения позволит упростить конструкцию агрегата, уменьшить его габаритные размеры, повысить надежность работы и расширить функциональные возможности насоса.