АКСИАЛЬНО-ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ЭНЕРГИИ

Область техники
Настоящая полезная модель относится к многоцилиндровым поршневым насосам с вращающимся блоком цилиндров, в частности, используемых в устройствах обратного осмоса и предусматривающих рекуперацию энергии.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известен, см. патент US7,799,221, опубликованный 21.09.2010, аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии обменником давления, включающий ротор с блоком цилиндров, выполненным с каналами для перекачиваемой жидкости, соединенными с плунжерной полостью цилиндров, и каналами обменника давления для жидкости, используемой для рекуперации энергии, соединенными со штоковой полостью цилиндров, являющуюся частью обменника давления, и выполненный со сквозными каналами статор, контактирующий плоской поверхностью с торцом ротора, при этом отверстия каналов статора периодически совпадают при вращении ротора с отверстиями каналов ротора. Это известное техническое решение выбрано в качестве прототипа заявленной полезной модели.
Недостатком известного аксиально-плунжерного насоса является возникновение, в следствии несимметричной (неуравновешенной) нагрузки на ротор, колебательных движений ротора, как в осевом, так и в радиальном направлениях (относительно оси вращения), что, как следствие, приводит к неравномерности износа стыковых поверхностей ротора и статора, а также блока цилиндров. В результате такого износа значительно снижается герметичность конструкции, а значит, и к.п.д. насоса.
Срок службы и герметичность (объемный к.п.д.) аксиально-плунжерных гидравлических насосов зависят от наличия, величины и равномерности зазоров между сопрягаемыми деталями, а именно, в стыке между статором и вращающимся ротором и в сопряжении цилиндрической поверхности плунжеров с отверстиями вращающегося ротора.
Несимметричная (неуравновешенная) нагрузка на ротор, характерная для аксиально-плунжерных гидравлических насосов способствует возникновению колебательных движений вращающегося ротора (как в осевом, так и в радиальном направлениях) относительно оси вращения и, как следствие, к неравномерности износа стыковых поверхностей вращающегося ротора и неподвижного распределителя, а также цилиндрических поверхностей плунжеров и сопряженных с ними отверстий вращающегося ротора. В результате такого износа значительно снижается герметичность (объемный к.п.д.) насоса.
Раскрытие полезной модели
В заявленной полезной модели достигаемый технический результат заключается в снижении износа трущихся деталей, уменьшении энергозатрат при эксплуатации и повышении объемного к.п.д.
Указанный технический результат достигается в аксиально-плунжерном насосе с рекуперацией энергии обменником давления, включающий ротор с блоком цилиндров, выполненным с каналами для перекачиваемой жидкости, соединенными с плунжерной полостью цилиндров, и каналами (обменника давления) для жидкости, используемой для рекуперации энергии, соединенными со штоковой полостью цилиндров (являющуюся частью обменника давления), и выполненный со сквозными каналами статор, контактирующий плоской поверхностью с торцом ротора, при этом отверстия каналов статора периодически совпадают при вращении ротора с отверстиями каналов ротора (для перекачиваемой жидкости и жидкости, используемой для рекуперации энергии). При этом ротор включает пластину, выполненную со сквозными каналами для перекачиваемой жидкости и каналами для жидкости, используемой для рекуперации энергии. Плоской поверхностью пластина контактирует с плоской поверхностью статора, а противоположной рельефной поверхностью контактирует с рельефной поверхностью торца блока цилиндров. Пластина установлена на блоке цилиндров в торце ротора с возможностью смещения вдоль оси ротора и наклона относительно оси ротора и поджимается плоской поверхностью к плоской поверхности статора пружиной, установленной на блоке цилиндров. Отверстия сквозных каналов пластины являются продолжением соответствующих каналов ротора.
Указанный технический результат достигается в заявленной полезной модели благодаря сохранению равномерного зазора между статором и ротором, независимо от его колебательных движений. Важно также и то, то при смещениях пластины относительно блока цилиндров вдоль оси ротора и ее наклонах относительно оси ротора герметичность каналов ротора не нарушается.
Кроме того, блок цилиндров может быть установлен в корпусе в радиально-упорном подшипнике. Это позволяет уменьшить величину смещений ротора и снизить износ цилиндрических поверхностей плунжеров и сопряженных с ними каналов в блоке цилиндров.
Насос может быть выполнен с корпусом, заполняемым жидкостью, а блок цилиндров при этом может быть выполнен с уступами на внешней поверхности, обеспечивающими циркуляцию жидкости внутри корпуса при вращении ротора, осуществляя тем самым смазку и охлаждение подшипникового узла.
Краткое описание чертежей
На фиг. показан аксиально-плунжерный насос.
Реализация полезной модели
Представленный на фиг. аксиально-плунжерный насос включает корпус 1, подшипниковый узел 2, ротор 3, приводимый во вращение валом 4, блок цилиндров 5, пластину 6, статор 7, пружину 8, плунжер 9, уступ 10, сферическое сочленение 11, опорный подпятник 12, наклонную шайбу 13, плунжерную полость 14, штоковую полость 15. На штоке каждого плунжера через сферическое сочленение 11 укреплен опорный подпятник 12, упирающийся в поверхность скольжения наклонной шайбы 13.
Перекачиваемая жидкость подводится в рабочие камеры 14 через канал (d) статора 7 и канал пластины 6 с определенным давлением, при этом штоковая полость 15 соединена через собственный отводной канал (с) статора 7 со сбросной магистралью (не показано).
Отвод перекачиваемой жидкости повышенного давления из рабочих камер (плунжерной полости) 14 плунжеров 9 осуществляется через каналы пластины 6 и канал (а) статора 7 в систему потребления (не показано). При этом штоковая полость 15 соединена через собственный подводной канал (в) статора 7 с жидкостью, обладающей повышенным давлением, которое является побочным продуктом процесса. Таким образом, плунжеру 9 сообщается дополнительная энергия, тем самым уменьшаются затраты энергии на создание повышенного давления в рабочей камере 14.
Вращение ротору 3 сообщается через вал 4. Подшипниковый узел скольжения 2 воспринимает неуравновешенную нагрузку на блок цилиндров 5 от воздействия плунжеров 9 в радиальном и осевом направлении без потери герметичности в сопряжении между рельефными поверхностями блока цилиндров 5 и пластины 6 и без нарушения равномерного зазора между плоскими поверхностями пластины 6 и статора 7.
Блок цилиндров 5 и пластина 6 сопрягаются между собой подобранными рельефными поверхностями, которые при относительно небольшом смещении друг относительно друга, за счет высокой точности их изготовления, не нарушают герметичность каналов.
Неизменность равномерного зазора между плоскими поверхностями пластины 6 и статора 7 обеспечивается тем, что пружина 8 прижимает пластину 6 к статору 7.
Корпус насоса заполняется перекачиваемой жидкостью через подводящий канал (е), соединяющий полость корпуса насоса и канал (d).
Блок цилиндров выполнен с уступами 10 на внешней поверхности, обеспечивающими циркуляцию жидкости внутри корпуса при вращении ротора, осуществляя тем самым смазку и охлаждение подшипникового узла.