Герметичный плунжерный насос

Герметичный плунжерный насос
Заявленная полезная модель относится к области насосостроения и может быть использована для дозированной подачи текучих сред в различных отраслях промышленности.
Предлагаемый плунжерный насос предназначен для объемного дозирования нейтральных а также токсичных, агрессивных, взрывоопасных, горючих и легковоспламеняемых жидкостей.
Известны и широко используются плунжерные насосы, содержащие приводной блок и гидравлический блок - насосную головку.
Насосная головка содержит гильзу, в которой с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен плунжер, соединенный с приводным блоком.
В гильзе, между ее дном и торцом плунжера, образована рабочая камера. В области рабочей камеры, в гильзе, выполнены каналы с всасывающим и нагнетательным клапанами. Насосная головка снабжена узлом уплотнения плунжера, содержащим установленные на внутренней поверхности стенки гильзы элементы уплотнения, например манжеты.
Для описанных известных плунжерных насосов характерно наличие утечек из рабочей камеры насосной головки.
При этом утечки из рабочей камеры не должны быть исключены полностью, так как они играют роль смазки узла уплотнения, но, начиная с определенной величины, утечки снижают заданную производительность плунжерного насоса и точность дозирования. Известно, что в процессе эксплуатации плунжерных насосов происходит износ элементов уплотнения и объем утечек увеличивается.
Одним из способов поддержания оптимальной величины утечек является регулирование степени поджима элементов уплотнения.
При этом, при дозировании жидкостей, представляющих опасность для окружающей среды, утечки в окружающие среду должны быть исключены.
Известен плунжерный насос выпускаемый компанией ООО «Завод дозировочной техники «Ареопаг», например плунжерный насос типа НД (паспорт APT 21-00-002ПС).
Известный плунжерный насос выполнен в виде конструкции, содержащей приводной блок и гидравлический блок - насосную головку. Насосная головка закреплена на кронштейне, установленном на приводном блоке. Насосная головка содержит гильзу, в которой, с возможностью возвратно-поступательного движения, установлен плунжер, соединенный с приводным блоком.
В гильзе, между ее дном и торцом плунжера образована рабочая камера, с выполненными в гильзе каналами со всасывающим и нагнетательным клапанами.
Насосная головка снабжена узлом уплотнения плунжера, содержащим установленные на внутренней поверхности гильзы элементы уплотнения, например манжеты.
С целью регулирования величины утечек из рабочей камеры узел уплотнения выполнен с возможностью регулирования степени поджима элементов уплотнения.
Для этого узел уплотнения содержит нажимную гайку, установленную на резьбе внутренней поверхности гильзы, с возможностью контакта с уплотнительным элементом. Нажимная гайка имеет хвостовую часть с радиальными отверстиями, выступающую за открытый торец гильзы.
Кронштейн содержит две боковые щеки и открыт сверху и снизу для свободного доступа к хвостовой части нажимной гайки.
Поворотом гайки вокруг продольной оси осуществляют ее продольное перемещение, в результате которого происходит регулирование степени поджима элементов уплотнения.
В известном плунжерном насосе обеспечивается возможность регулирования степени поджима элементов уплотнения без демонтажа насоса, что позволяет эффективно регулировать величину утечек.
Однако, известный плунжерный насос не является герметичным, и его утечки попадают в окружающую среду, что нежелательно при дозировании нейтральных жидкостей, а при дозировании токсичных жидкостей недопустимо.
Известен плунжерный  насос по патенту № 88076 на полезную модель Герметичный плунжерный насос, принятый за прототип. Плунжерный насос содержит  цилиндрический корпус, состоящий  из двух соединенных между собой частей. Одна часть корпуса соединена с приводным блоком насоса, а в расточке второй части  закреплена гильза насосной головки. Насосная головка  содержит гильзу, плунжер, установленный в гильзе  с возможностью возвратно-поступательного движения, соединенный с ползуном  приводного блока, и узел уплотнения плунжера,  включающий элемент уплотнения, установленный на внутренней поверхности гильзы и средство регулирования степени поджима элемента уплотнения.
Между дном гильзы и торцом  плунжера, за элементом  уплотнения, образована рабочая камера, с выполненными в гильзе  каналами с всасывающим и нагнетательным клапанами, соответственно.
Известный плунжерный насос снабжен средством для сбора утечек дозируемой жидкости из рабочей камеры, содержащим герметичную камеру с эластичным элементом, расположенным в корпусе насоса, во второй его части.
Указанный эластичный элемент выполнен в виде сильфона, охватывающего плунжер. С одной стороны сильфон  герметично закреплен через диск  на внутренней поверхности второй части корпуса насоса со стороны гильзы. С другой стороны сильфон  герметично закреплен на диске, который герметично установлен на плунжере. Указанный диск  закреплен на плунжере через уплотнение  с возможностью возвратно-поступательного движения вместе с плунжером.
При этом, сильфон, диски и внутренняя поверхность второй части  корпуса насоса  образуют герметичную камеру, гидравлически связанную с рабочей камерой, служащую герметизирующим элементом, обеспечивающим герметичность плунжерного насоса. Во второй части корпусе насоса выполнены каналы, соединенные  с герметичной камерой и с всасывающим и нагнетательным клапанами,. Всасывающий клапан  выполнен с возможностью соединения с трубопроводом, (не показан), соединенным с емкостью (не показана) дозируемой жидкости (в случае дозирования токсичной жидкости) или с атмосферой (при дозировании нетоксичной жидкости).
Нагнетательный клапан выполнен с возможностью соединения с трубопроводом (не показан), соединенным с емкостью для сбора утечек или емкостью дозируемой жидкости (не показаны).
Один из указанных каналов соединен с нагнетательным клапаном прозрачной трубкой из полимерного материала, проходящей с наружной поверхности корпуса насоса.
Узел уплотнения плунжерного насоса содержит элемент  уплотнения, установленный на внутренней поверхности гильзы и средство регулирования степени поджима элемента  уплотнения. При этом средство регулирования степени поджима элемента уплотнения содержит нажимную гайку, установленную на резьбе внутренней поверхности гильзы, с возможностью контакта с уплотнительным элементом.
Описанный плунжерный насос работает следующим образом.
Дозирование жидкости в предлагаемом насосе осуществляется по известному для плунжерных насосов принципу.
При возвратно-поступательном движении плунжера в гильзе, в рабочей камере поочередно создается разряжение и сжатие, в результате чего дозируемая жидкость поступает из всасывающего трубопровода (не показан) через всасывающий клапан, рабочую камеру  в нагнетательный клапан  и далее в нагнетательный трубопровод (не показан).
При этом, в процессе работы плунжерного насоса некоторая часть дозируемой жидкости через элементы уплотнения проникает в полость  герметичной камеры.
На ходе всасывания, в полости  герметичной камеры создается разрежение, всасывающий клапан открывается и полость герметичной камеры заполняется атмосферным воздухом или парами из емкости (не показана) дозируемой жидкости. Одновременно, в полость  герметичной камеры поступают утечки из рабочей камеры.
На ходе нагнетания, в полости  герметичной камеры давление повышается, всасывающий (воздушный) капан закрывается, а нагнетательный клапан  открывается и воздух (пары) с утечками жидкости через канал, прозрачную трубку  и нагнетательный клапан  удаляются из полости  герметичной камеры. При этом объем полости сильфона и герметичной камеры изменяются в необходимом диапазоне, обеспечивающем вытеснение утечек из герметичной камеры.
Интенсивность утечек контролируется визуально по скорости потока жидкости и воздуха (паров) в прозрачной трубке.
В описанном герметичном плунжерном насосе обеспечивается сбор и отвод утечек дозируемой жидкости из рабочей камеры при сохранении возможности регулирования степени поджима уплотнения без разборки насоса, что позволяет  исключить попадание дозируемой жидкости в окружающую среду при обеспечении заданной производительности и точности дозирования.
Однако, описанный герметичный плунжерный насос характеризуется невысокой надежностью его работы и сложностью облуживания. В частности, прозрачная пластиковая трубка, соединяющая герметичную камеру сбора утечек дозируемой жидкости с каналом нагнетательного клапана, расположена на наружной части корпуса насоса и, поэтому, подвержена  отрицательным климатическим и механическим воздействиям, которые могут привести к ее повреждению и, соответственно, к нарушению герметичности насоса. Например,  возможны механические повреждения трубки, а также отрицательные температуры эксплуатации могут  привести к ее повреждению. Кроме того, сохранность пластиковой трубки также зависит от химических свойств дозируемой жидкости, которая может как разъедать используемые материалы трубки, так и затенять прозрачные ее поверхности.
При этом, выполнение в одном корпусе герметичной камеры сбора утечек дозируемой жидкости  и  гильзы насосной головки существенно осложняет техническое обслуживание насоса, в том числе, сборку и разборку  насоса. Как следствие, замена элементов узла уплотнения, элементов герметичной камеры, в  том числе сильфона герметичной камеры, прозрачной трубки, подверженной механическим повреждениям, является сложным и трудоемким процессом, что также снижает надежность работы плунжерного насоса.
В основу настоящей полезной модели положена задача повышения надежности работы герметичного плунжерного насоса и упрощение его эксплуатации
Поставленная задача решается тем, что в плунжерном насосе, включающем корпус, насосную головку, содержащую гильзу с рабочей камерой, плунжер, узел уплотнения плунжера, средство для сбора утечек дозируемой жидкости из рабочей камеры, содержащее выполненную в корпусе герметичную камеру, гидравлически связанную с рабочей камерой, включающую эластичный элемент, соединенный с плунжером с возможностью возвратно-поступательного движения и изменения объема герметичной камеры, средство удаления утечек из герметичной камеры, содержащее всасывающие и  нагнетательные клапаны, соединенные с герметичной камерой, согласно предлагаемой полезной модели, средство удаления утечек содержит кольцевой канал, выполненный в корпусе и соединенный с герметичной камерой и с всасывающим и нагнетательным клапанами каналами, выполненными в корпусе.
Наличие в средстве удаления утечек кольцевого канала, выполненного в корпусе, позволяет под действием увеличения давления в герметичной камере перекачивать утечки дозируемой жидкости, скопившиеся на дне герметичной камеры, на нагнетательный клапан, расположенный сверху корпуса насоса.
Благодаря тому, что все каналы в средстве удаления утечек выполнены в корпусе насоса, исключается вероятность нарушения герметичности плунжерного насоса в результате механических или климатических воздействий, а также химических  воздействий дозируемой жидкости, что повышает надежность работы плунжерного насоса.
Целесообразно,  чтобы  корпус плунжерного насоса был выполнен сборным, состоящим из двух частей, в первой части корпуса расположен приводной блок насосной головки, во второй части корпуса выполнены средство для сбора утечек дозируемой жидкости с герметичной камерой и средство удаления утечек, при этом вторая часть корпуса соединена с гильзой насосной головки с возможностью возвратно-поступательного перемещения плунжера в гильзе и во второй части корпуса.
Благодаря тому, что корпус насоса и гильза выполнены раздельно, сборка насоса упрощается, поскольку к корпусу крепится предварительно  собранный узел гильзы , включающий узел  уплотнения плунжера. При этом, упрощается замена элементов средства сбора и удаления утечек, выполненных в корпусе насоса,  и деталей узла уплотнения плунжера, что повышает надежность работы насоса.
Кроме того, присоединение гильзы  в предлагаемой конструкции не зависит от производительности насоса, определяемой диаметром плунжера.
Целесообразно,  чтобы  эластичный элемент был выполнен в виде сильфона, охватывающего плунжер, при этом сильфон с одной стороны герметично соединен с гильзой и с другой стороны герметично соединен с плунжером с возможностью возвратно-поступательного перемещения сильфона вместе с плунжером.
Сильфон обладает высокой степенью деформации в осевом направлении при малых радиальных размерах, в силу этого, выполнение эластичного элемента в виде сильфона практически не увеличивает принятые массо - габаритные параметры плунжерного насоса, и позволяет изменять объем герметичной камеры в необходимом диапазоне, обеспечивающем вытеснение утечек из герметичной камеры.
Целесообразно, плунжерный насос снабдить устройством визуализации отвода утечек,  содержащим трубку из прозрачного материала с защитным корпусом, соединенную с нагнетательным клапаном с наружной поверхности корпуса насоса с возможностью поступления дозируемой жидкости в трубку от указанного клапана, при этом защитный корпус имеет окно, открывающее часть трубки.
Устройством визуализации отвода утечек позволяет визуально контролировать интенсивность потока утечек с целью определения необходимости регулирования степени поджима уплотнения. При этом, поскольку трубка из прозрачного материала выполнена после нагнетательного клапана по ходу течения, ее возможные повреждения, например в результате механических, химических и/или климатических воздействий, не приведут к нарушению герметичности плунжерного насоса, что также повышает надежность его работы.
Целесообразно,  плунжерный насос снабдить средством для слива утечек из его полостей, выполненным с возможностью крепления в сливном отверстии корпуса плунжерного насоса и соединения с внешней трубкой слива утечек, содержащим корпус со сквозным каналом, запорный элемент, установленный в сквозном канале корпуса с возможностью открытия и закрытия сливного отверстия насоса.
Предлагаемое средство слива утечек, благодаря запорному элементу, выполненному с возможностью открытия и закрытия сливного отверстия и соединения с трубкой для отвода утечек, исключает разбрызгивание в окружающую среду дозируемой жидкости при ее сливе из насоса, что особенно важно  при дозировании жидкостей, представляющих опасность для окружающей среды.
В дальнейшем предполагаемая полезная модель будет более подробно раскрыта на конкретных примерах ее выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображены;
Фиг.1 - общий вид плунжерного насоса,  продольный разрез;
Фиг.2 - разрез 2-2 на фигуре 1;
Фиг.3 - общий вид плунжерного насоса с устройством для визуализации утечек, продольный разрез;
Фиг.4 - общий вид плунжерного насоса с устройством для слива утечек, продольный разрез;
Герметичный плунжерный насос, показанный на Фиг.1, содержит корпус 1, насосную головку 2 и приводной блок 3 с ползуном 31.
Насосная головка 2 содержит гильзу 21, плунжер 22, установленный в гильзе 21 с возможностью возвратно-поступательного движения, соединенный с ползуном 31 приводного блока 3, и узел  уплотнения плунжера, включающий элемент 23 уплотнения, установленный на внутренней поверхности гильзы 21 и средство 24 регулирования степени поджима элемента 23 уплотнения, выполненным в виде нажимной гайки, установленной в гильзе 21.
В гильзе 21, за торцом  плунжера 22 образована рабочая камера 25 с выполненными в гильзе 21  каналами с всасывающим и нагнетательным клапанами 4 и 5, соответственно, например, шариковыми клапанами.
Корпус 1 плунжерного насоса выполнен разборным, состоящим из двух частей  11 и 12. В первой части 11 корпуса 1 установлен приводной блок 3. Во второй части 12 корпуса 1 выполнено средство 6 для сбора утечек дозируемой жидкости из рабочей камеры и средство 7 удаления утечек из герметичной камеры.  Вторая часть 12 корпуса соединена с гильзой 21 через ее фланец 26.
Средство для сбора утечек содержит эластичный элемент 61, размещенный внутри второй части 12 корпуса 1.
В предпочтительном варианте, показанном на Фиг.1,  указанный эластичный элемент 61 выполнен в виде сильфона, охватывающего плунжер 22. Далее по тексту позицией 61 будет обозначен сильфон. С одной стороны сильфон 61 герметично закреплен на фланце 26 гильзы 21. С другой стороны сильфон 61 герметично закреплен на диске 62, который герметично установлен на плунжере 22.
Диск 62 закреплен на плунжере 22 через уплотнение 63 с возможностью возвратно-поступательного перемещения вместе с плунжером 22. При этом, полость сильфона 61, фланец 26 гильзы 21, диск 62 и внутренняя поверхность второй части 12 корпуса 1 образуют герметичную камеру 64, гидравлически связанную с рабочей камерой 25. Сильфон 61 может быть  выполнен из химически стойкого материала, например на основе фторопласта.
Возможно иное выполнение эластичного элемента герметичной камеры. Например, при дозировании нетоксичных жидкостей, эластичный элемент герметичной камеры может быть выполнен в виде расположенной в корпусе диафрагмы, герметично соединенной с одной стороны с корпусом, а с другой стороны с плунжером с возможностью возвратно-поступательного перемещения вместе с плунжером.
Расположение эластичного элемента в корпусе предохраняет этот элемент от возможных повреждений.
Средство 7 удаления утечек из герметичной камеры 64 включает нагнетательный и всасывающий клапаны 71 и 72, расположенные на верхней части корпуса 12 плунжерного насоса, выполненный в корпусе 12 кольцевой канал 73, который соединен с герметичной камерой 64, нагнетательным и всасывающим клапанами 71 и 72 каналами 74,75, 76 соответственно,  выполненными в корпусе 12.
Всасывающий клапан 71 выполнен с возможностью соединения с трубопроводом, (не показан), соединенным с емкостью (не показана) дозируемой жидкости (в случае дозирования токсичной жидкости) или с атмосферой (при дозировании нетоксичной жидкости).
Нагнетательный клапан 72 выполнен с возможностью соединения с трубопроводом (не показан), соединенным с емкостью для сбора утечек или емкостью дозируемой жидкости (не показаны).
Плунжерный насос содержит средство 8 слива утечек из герметичной камеры 64. В предпочтительном варианте, показанном на Фиг. 3, средство 8 для слива утечек выполнено с возможностью предотвращения разбрызгивания сливаемой дозируемой жидкости. Указанное средство 8 (Фиг.3) содержит корпус 81, выполненный с возможностью установки в сливном отверстии 121 корпуса 12 насоса,  например резьбовым соединением. В корпусе 81 выполнен сквозной канал 82, совмещаемый  со сливным отверстием 121 насоса при установке корпуса 81 в насосе.  Средство 8 содержит запорный элемент 83, установленный в сквозном канале 82 корпуса 81 с возможностью открытия и закрытия сливного отверстия 121 корпуса 12 насоса. Запорный элемент 83  на Фиг. 3 выполнен в виде игольчатого запорного элемента, устанавливаемого в сквозном канале 82 корпуса 81 с помощью резьбового соединения. При этом запорный элемент 83 имеет свободный конец 84 снизу выступающий из корпуса 81, выполненный в виде штуцера «елочка» для надежного крепления к внешней трубке слива утечек.
Кроме того, средство 8 содержит гайку 85 для фиксации запорного элемента 83 в корпусе 81, прокладки 86 для герметизации корпуса 81 и запорного элемента 83, а также винт 87 для фиксации корпуса 81 от раскручивания по резьбе в  корпусе 12 поршня.
Средство 8 слива утечек может быть выполнено в виде пробки, как показано на Фиг. 1. Однако использование пробки не предотвращает разбрызгивание дозируемой жидкости при ее сливе.
В предпочтительном варианте плунжерный насос содержит устройство 9 визуализации отвода утечек, выполненное с возможностью соединения с выходом нагнетательного клапана 71 (или на участке внешней нагнетательной линии системы отвода утечек)  и расположенное на верхней части корпуса 12 плунжерного насоса. Устройство 9 визуализации отвода утечек содержит трубку 91 из прозрачного материала, например, стеклянную, с защитным корпусом 92  (или защитный кожух) . При этом корпус 92 имеет окно 93, открывающее часть трубки 91. Устройство снабжено с одного конца штуцером 94 для соединения с нагнетательным клапаном 71, и с противоположного конца штуцером 94 и ниппелем 95, соединенных через накидную гайку 96  для присоединения устройства визуализации к трубопроводу отвода утечек.  Устройство содержит прокладки 97 для герметизации канала отвода утечек относительно внешней среды.
Возможно иное выполнение устройства визуализации отвода утечек.
Поскольку устройство визуализации установлено на выходе нагнетательного клапана, какие либо повреждения стеклянной трубки не приведет к нарушению герметичности всего плунжерного насоса.
Благодаря тому, что гильза 21 плунжерного насоса выполнена не внутри корпуса насоса, а крепится фланцем 26 ко второй части 12 корпуса 1 насоса, упрощается сборка плунжерного насоса, поскольку к корпусу 12 крепится предварительно  собранный узел гильзы 21, включающий плунжер 22 и узел уплотнения с элементом 23 уплотнения и  нажимной гайкой 24. Гильза 21 крепится на корпусе 12 с помощью шпилечного соединения  (не показан) фланца 26 гильзы 21. При этом при эксплуатации насоса замена деталей узла уплотнения плунжера и элементов средства для сбора и отвода утечек  осуществляется без полной разборки насосной головки, что повышает надежность работы насоса.
Кроме того, присоединение гильзы  в предлагаемой конструкции не зависит от производительности насоса, определяемой диаметром плунжера.
Описанный плунжерный насос работает следующим образом.
Дозирование жидкости в предлагаемом насосе осуществляется по известному для плунжерных насосов принципу.
При возвратно-поступательном движении плунжера 22  в гильзе 21, в рабочей камере 25 поочередно создается разряжение и сжатие, в результате чего дозируемая жидкость поступает из всасывающего трубопровода (не показан) через всасывающий клапан 4, рабочую камеру 25 в нагнетательный клапан 5 и далее в нагнетательный трубопровод (не показан).
При этом, в процессе работы плунжерного насоса некоторая часть дозируемой жидкости через элементы 23 уплотнения проникает в полость  герметичной камеры 64.
На ходе всасывания, сильфон 61 расширяется и объем полости  герметичной камеры 64 увеличивается и в полости герметичной камеры 64 создается разрежение. При этом, всасывающий клапан 71  открывается и полость герметичной камеры 64 через выполненные в корпусе 12 каналы (канал 76, кольцевой канал 73 и канал 74) заполняется атмосферным воздухом или парами из емкости (не показана) дозируемой жидкости. Одновременно, в полость  герметичной камеры 64 поступают утечки из рабочей камеры 23, которые накапливаются на дне герметичной камеры 64.
На ходе нагнетания, сильфон 61 сжимается, объем полости  герметичной камеры 64 уменьшается и давление в ее полости повышается, всасывающий (воздушный) капан 71 закрывается, а нагнетательный клапан 72 открывается и воздух (пары) с утечками дозируемой жидкости, скопившимися на дне герметичной камеры 64,  через выполненные в корпусе 12 каналы (канал 74, кольцевой канал 73 и канал 75)  и нагнетательный клапан 71 удаляются из полости  герметичной камеры 64. При этом объем полости сильфона 61 и герметичной камеры 64 изменяются в необходимом диапазоне, обеспечивающем вытеснение утечек из герметичной камеры.
Интенсивность утечек контролируется визуально по скорости потока жидкости и воздуха (паров) в прозрачной трубке 91 устройства 9 визуализации утечек, в которую утечки попадают из нагнетательного клапана 71.  Трубка 91 устройства визуализации утечек соединена с трубопроводом (не показан), соединенным с емкостью для сбора утечек или емкостью дозируемой жидкости (не показаны).  Соответственно, утечки через трубку  91  поступают в емкость для сбора утечек или емкость дозируемой жидкости (не показаны).  Благодаря тому, что прозрачная трубка 91 расположена после нагнетательного клапана 71, ее повреждение не приводит к нарушению герметичности плунжерного насоса, что повышает надежность его работы. При этом замена указанной трубки 91 не требует разборки насоса.
При техническом обслуживании плунжерного насоса, после его остановки и перед новым запуском, из герметичной камеры 64 должна быть удалена скопившаяся в результате утечек дозируемая жидкость. Для ее удаления выкручивают  запорный элемент 83  из резьбы корпуса 81 и открывают сквозной канал 82 и утечки через сливное отверстие 121 в корпусе 12 плунжерного насоса, канал 82 в  корпусе 81 средства 8 выводятся из насоса через соединенную с  запорный элементом трубку (не показана) в специальную емкость (не показано). Благодаря  тому, что запорный элемент 83, открывающий сливное отверстие 121, соединен с трубкой, утечки не разбрызгиваются и не попадают в окружающую среду.
Приведенные выше примеры предпочтительного осуществления полезной модели, содержащие указания на отдельные варианты выполнения, не исчерпывают возможных изменений и дополнений, очевидных специалисту в данной области техники, которые не затрагивают существа технического решения охарактеризованного формулой полезной модели.