Плунжерный насос с электромагнитным приводом
PLUNGER PUMP WITH ELECTROMAGNETIC DRIVE

Изобретение относится к машиностроению, в частности к плунжерным насосам с электромагнитным приводом.
Известен электромагнитный насос (Пат. №1096397 СССР; МПК F04D 15/00; опубл. 07.06.1984), содержащий электромагнит с втяжным якорем и насосный узел.
Недостатком указанного электромагнитного насоса является несовершенство конструкции его основных узлов (электромагнита, насосного узла и их взаимодействия), что выражается в малой производительности и большом расходе электроэнергии.
Известны плунжерные насосы с электромагнитными приводами (Пат. №1521285 СССР; МПК F04B 17/04; опубл. 07.11.1989) и (Пат. №1683500 СССР; МПК F04B 17/04; опубл. 07.10.1991), содержащие корпус с расположенными по его торцам впускным и выпускным отверстиями, систему магнитных катушек и якорь, установленные с образованием якорной полости, заполняемой перекачиваемой рабочей жидкостью, размещенные в осевом отверстии корпуса с образованием рабочей камеры гильза и подпружиненный поршень, соединенный с якорем и установленный в осевой расточке последнего с возможностью совместного с якорем возвратно-поступательного движения для выполнения рабочего и всасывающего ходов.
Общим недостатком этих плунжерных насосов с электромагнитными приводами является повышенное время перемещения якоря в исходное положение под воздействием возвратной пружины, являющееся следствием воздействия на якорь сил сопротивления перекачиваемой рабочей жидкости.
Известен плунжерный насос с электромагнитным приводом (Пат. №2514450 РФ; МПК F04B 17/04; опубл. 27.04.2014), содержащий корпус с расположенными по его торцам входным и выходным отверстиями, магнитную катушку и якорь, установленные с образованием якорной полости, заполняемой перекачиваемой рабочей жидкостью, размещенные в осевом отверстии каркаса магнитной катушки гильзу и подпружиненный возвратной пружиной поршень, установленный в якорь с возможностью возвратно-поступательного движения для выполнения рабочего и всасывающего ходов с образованием рабочей и якорной камер.
Основным недостатком данного плунжерного насоса с электромагнитным приводом является то, что при срабатывании электромагнита якорь перемещается в направлении подачи перекачиваемой рабочей жидкости, при этом электромагниту приходится преодолевать силу инерции перекачиваемой рабочей жидкости, на что требуются дополнительные затраты электроэнергии.
Известен плунжерный насос с электромагнитным приводом (DE102015007465 МПК F04B 17/04; опубл. 15.12.2016), содержащий основание с установленными на его концах входным и выходным штуцерами, магнитную катушку, фильтр, дроссель, выпускной клапан, направляющую гильзу, якорь с подпружиненным поршнем, расположенные с образованием якорной и подпоршневой полостей, заполняемых перекачиваемой рабочей жидкостью.
Недостатком известного плунжерного насоса с электромагнитным приводом является малое быстродействие возврата якоря в исходное положение, вызванное наличием сопротивления перекачиваемой рабочей жидкости при снятии возбуждения с катушки.
Известен плунжерный насос с электромагнитным приводом (DE4035835A1, МПК F04B 17/04; опубл. 14.05.1992), содержащий электромагнит, выполненный из магнитопровода, включающего в себя корпус, крышку и якорь, подпружиненный пружиной сжатия, обмотку катушки, размещенную в корпусе магнитопровода и смонтированную на каркасе, насосный узел, состоящий из плунжера и цилиндра, размещенных аксиально в якоре и крышке магнитопровода соответственно, впускной клапан, установленный во входном штуцере. Принят за прототип.
Недостаток известного плунжерного насоса с электромагнитным приводом заключается в том, что при снятии возбуждения с магнитопровода перекачиваемая рабочая жидкость подводится исключительно через центральное отверстие, так что устанавливается сравнительно высокое разряжение в направляющей гильзе, которое может создавать противодействие возвратному движению якоря с плунжером.
В основу изобретения положена техническая задача, заключающаяся в разработке плунжерного насоса с электромагнитным приводом, позволяющего снизить количество потребляемой им энергии и увеличить его производительность за счет снижения сопротивления при перемещении якоря.
Технический результат достигается тем, что плунжерный насос с электромагнитным приводом, содержащий электромагнит, выполненный из магнитопровода, включающего в себя корпус, крышку и якорь, подпружиненный пружиной сжатия, обмотку катушки, размещенную в корпусе магнитопровода и смонтированную на каркасе, насосный узел, состоящий из плунжера и цилиндра, размещенных аксиально в якоре и крышке магнитопровода соответственно, впускной клапан, установленный во входном штуцере, согласно изобретению, дополнительно содержит выпускной клапан, установленный в выходном штуцере, соединенные герметично между собой за счет уплотнений в якоре с помощью резьбовой втулки плунжер и выходной штуцер, закрепленный в крышке магнитопровода с помощью входного штуцера и распорного кольца цилиндр плунжерной пары, герметичность работы которой обеспечивается уплотнительным элементом, кольцевой выступ, выполненный на свободном конце якоря, перемещающийся между двумя амортизационными шайбами, установленными с помощью распорного кольца в гайке, выполненные в крышке магнитопровода два дренажных канала, сообщающиеся соответственно с впускным и выпускным обратными клапанами, при этом впускной обратный клапан при возвратно-поступательном движении якоря с плунжером обеспечивает связь якорной полости непосредственно с атмосферой на впуск, а выпускной обратный клапан посредством ниппеля - с баком для рабочей жидкости на выпуск.
На чертеже изображена схема плунжерного насоса с электромагнитным приводом.
Плунжерный насос с электромагнитным приводом содержит электромагнит с втяжным якорем и насосный узел. Электромагнит состоит из магнитопровода, включающего корпус 1, крышку 2 и якорь 3, подпружиненный пружиной сжатия 4. В корпусе магнитопровода размещена обмотка катушки 5, смонтированная на каркасе 6 из немагнитопроводящего антифрикционного материала (например, сплава из цветных металлов или композита). Насосный узел плунжерного насоса включает плунжерную пару, состоящую из плунжера 7 и цилиндра 8, размещенных аксиально в якоре 3 и крышке 2 магнитопровода соответственно, а также впускного 9 и выпускного 10 клапанов, установленных во входном 11 и выходном 12 штуцерах соответственно. При этом плунжер 7 и выходной штуцер 12 соединены между собой герметично за счет уплотнений в якоре 3 с помощью резьбовой втулки 13. В свою очередь цилиндр 8 плунжерной пары закреплен в крышке 2 магнитопровода с помощью входного штуцера 11 и распорного кольца 14. Герметичность при работе плунжерной пары обеспечивается с помощью уплотнительного элемента 15. Для ограничения совместного возвратно-поступательного перемещения якоря 3 с плунжером 7 предусмотрен кольцевой выступ 16, выполненный на свободном конце якоря, который перемещается между двумя амортизационными шайбами 17, установленными с помощью распорного кольца 18 в гайке 19. В крышке 2 магнитопровода выполнены также два дренажных канала 20 и 21, сообщающиеся соответственно с впускным 22 и выпускным 23 обратными клапанами. При этом впускной обратный клапан 22 при возвратно-поступательном движении якоря 3 обеспечивает связь полости а непосредственно с атмосферой на впуск (стрелка С), а выпускной обратный клапан 23 посредством ниппеля 24 со сливным трубопроводом с баком для рабочей жидкости (на фиг. 1 не показаны) на выпуск (стрелка D).
Работа плунжерного насоса с электромагнитным приводом заключается в следующем. При подаче электрического импульса в обмотку катушки 5 электромагнита якорь 3, преодолевая сопротивление пружины сжатия 4, втягивается внутрь электромагнита на расстояние . При этом жестко связанный с якорем 3 плунжер 7 вдвигается в цилиндр 8 и повышает давление находящейся в нем рабочей жидкости, которая вытесняется через выпускной клапан 10 выходного штуцера 12 в напорную магистраль (стрелка В). По окончании действия электрического импульса якорь 3 вместе с плунжером 7 под воздействием усилия ранее сжатой пружины сжатия 4 перемещается в исходное положение, выдвигаясь из цилиндра 8, создавая в нем разряжение рабочей жидкости. Вследствие разряжения рабочей жидкости в цилиндре 8 закрывается выпускной клапан 10 и открывается впускной клапан 9, благодаря чему новая порция рабочей жидкости из всасывающей гидромагистрали (стрелка А) через входной штуцер 11 поступает в цилиндр 8. Таким образом, плунжерный насос с электромагнитным приводом приходит в исходное положение до поступления следующего электрического импульса в обмотку катушки 5 электромагнита.
Для предотвращения ударов кольцевого выступа 16 якоря 3 о наружный торец корпуса 1 магнитопровода и внутренний торец гайки 19 предусмотрены две амортизационные шайбы 17, выполненные из эластичного материала и установленные с помощью распорного кольца 18.
а
Отличительной особенностью конструкции плунжерного насоса с электромагнитным приводом является наличие в нем дренажной системы, включающей два дренажных канала 20, 21, впускной 22 и выпускной 23 обратные клапаны. Дренажная система выполняет следующие три важные функции. Во-первых, с помощью дренажного канала 20 и впускного обратного клапана 22 обеспечивается связь с атмосферой полости а и, тем самым, предотвращается образование в ней разряжения. Этим уменьшаются сопротивление и время перемещения якоря в исходное положение под воздействием пружины сжатия 4. Во-вторых, благодаря сжимаемому воздуху при рабочем движении (втягивании) якоря, вместе с ним через дренажный канал 21, выпускной обратный клапан 23, ниппель 24 и сливной трубопровод вытесняется в бак (стрелка D) рабочая жидкость, накапливаемая в полости  в результате ее естественных утечек, неизбежных при работе плунжерной пары через уплотнения и сопряжения. В-третьих, с помощью дренажной системы обеспечивается постоянная смазка трущихся сопрягаемых поверхностей наружной (якоря 3) и внутренней (каркаса 6) обмотки катушки 5 электромагнита, чем повышается КПД последнего и устройства в целом. Выходной штуцер 12 соединен с гибким трубопроводом. При этом перемещение выходного штуцера 12 в сборе с якорем 3 и плунжером 7 при работе плунжерного насоса на расстояние  в кольцевом выступе способствует повышению надежности плунжерной пары.
Такое исполнение плунжерного насоса с электромагнитным приводом позволяет обеспечить его компактность и надежность, а также простоту изготовления и эксплуатации.