Бесклапанный плунжерный насос

Заявленная полезная модель относится к области насосостроения и может быть использована для дозированной подачи текучих сред в различных отраслях промышленности.
Известен бесклапанный регулируемый плунжерный насос по авторскому свидетельству №1548506, содержащий корпус, закрепленную на корпусе гильзу с входным и выходным каналами, плунжер с продольной лыской в зоне расположения указанных входного и выходного каналов, размещенный в гильзе с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения для открытия и закрытия указанных каналов. С целью повышения надежности работы и равномерности подачи жидкости за счет снижения осевых нагрузок на его рабочие органы, в частности плунжер, насос снабжен двусторонним упором, выполненным в виде двух параллельных дисков, соединенных перегородкой, при этом один конец упора подпружинен к корпусу, а другой шарнирно установлен на последнем с возможностью наклона его к оси плунжера, а поводок выполнен в виде сферического ролика, установленного между дисками.
Однако, данный насос характеризуется низкой надежностью работы, поскольку наличие люфта (зазора) между поводком и параллельными дисками приводит к возникновению знакопеременных ударных осевых нагрузок на плунжере, которые передаются через муфту на привод насоса. При этом, периодическое возникновение зазора между двусторонним упором и эксцентриком приводит к ударным нагрузкам на механизм насоса, что также снижает его надежность.
Кроме того, в данном насосе невысокая точность регулирования производительности насоса, которая обуславливается наличием пружинного элемента, прижимающего двусторонний упор к эксцентрику. При превышении усилия, создаваемого перекачиваемой средой на плунжер над усилием пружинного элемента, исчезает контакт между двусторонним упором и эксцентриком, и расход насоса самопроизвольно изменяется.
Наиболее близким к предлагаемому решению является Регулируемый плунжерный насос по патенту на полезную модель №151546. Известный бесклапанный плунжерный насос содержит корпус, закрепленную на корпусе гильзу с цилиндрическим внутренним каналом и входным и выходным каналами, плунжер, имеющий шток и исполнительную часть с продольной лыской в зоне расположения указанных входного и выходного каналов, размещенный в гильзе с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения для открытия и закрытия указанных каналов. Насос также содержит червячный редуктор, с ротором на выходном валу. Указанный ротор шарнирно соединен с одним концом шатуна, второй конец которого шарнирно соединен со штоком плунжером. Для регулирования производительности насоса червячный редуктор установлен в корпусе насоса с возможностью изменения угла наклона оси выходного вала к оси плунжера. В частности, корпус червячного редуктора установлен в корпус насоса на шарнирных опорах, имеющих общую ось, и шарнирно соединен с сухарем, который соединен с регулировочным винтом, ввинченным в резьбовое отверстие корпуса, с возможностью преобразования прямолинейного движения регулировочного винта при его вращении в резьбовом отверстии корпуса во вращательное движение корпуса редуктора относительно оси его шарнирных опор.
Настоящая полезная модель обеспечивает более точное регулирование производительности, чем выше описанный насос.
Однако, данный насос также характеризуется невысокой надежностью. Невысокая надежность данного насоса связаны с тем, что при передаче вращательного движения ротора на шток плунжера через шатун, на штоке плунжера возникают поперечные (радиальные) усилия, которые могут привести к заклиниванию плунжера и к быстрому износу пар трения (плунжер - внутренний цилиндр гильзы), что обуславливает невысокую надежность работы насоса.
В основу настоящей полезной модели положена задача обеспечить центровку плунжера относительно оси гильзы с тем, чтобы повысить надежность бесклапанного плунжерного насоса.
Поставленная задача решается тем, что в бесклапанном плунжерном насосе, содержащем корпус, закрепленную на корпусе гильзу с входным и выходным каналами, плунжер с продольной лыской в зоне расположения указанных входного и выходного каналов, размещенный в гильзе с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения для попеременного открытия и закрытия указанных каналов, червячный редуктор с ротором на выходном валу, средство соединения ротора с плунжером, содержащее шатун, шарнирно соединенный с ротором, согласно предлагаемому решению, средство соединения содержит толкатель, соединенный с одного конца шарнирно с шатуном, а с другого с плунжером с возможностью радиального смещения плунжера относительно толкателя.
В предлагаемой конструкции толкатель служит промежуточным звеном для передачи сложного вращательного и возвратно-поступательного движения от ротора и шатуна к плунжеру. Возможность радиального смещения плунжера относительно толкателя, исключает вероятность возникновения поперечных усилий на плунжер и обеспечивает автоматическую центровку плунжера относительно цилиндра гильзы, что повышает надежность насоса
Целесообразно, чтобы плунжер и толкатель были соединены через упругий элемент, например бобышку, с возможностью осевого смещения плунжера относительно толкателя.
Упругий элемент амортизирует ударные нагрузки со стороны толкателя на плунжер, что позволяет снизить амплитуды указанных ударных нагрузок на плунжер и тем самым дополнительно повысить надежность насоса.
Целесообразно, чтобы со стороны свободного конца плунжера лыска была выполнена с отступом от торца плунжера с сохранением цилиндрической направляющей части плунжера с указанной стороны свободного конца, при этом в плунжере выполнен канал, сообщающийся с полостью гильзы со стороны торца плунжера и лыски.
Сохранение цилиндрической направляющей со стороны свободного конца плунжера способствует центровке плунжера относительно оси гильзы путем уменьшения люфта свободного конца плунжера относительно цилиндрического канала гильзы при сложном движении плунжера.
При этом канал в плунжере, сообщающийся с полостью гильзы со стороны торца плунжера и лыски, обеспечивает протекание перекачиваемой среды из входного канала в полость гильзы при всасывании среды и, соответственно, из полости гильзы в выходной канал при выдавливании перекачиваемой среды.
В дальнейшем предлагаемая полезная модель будет более подробно раскрыта на конкретных примерах ее выполнения со ссылками на чертежи, на которых изображены:
Фиг. 1 - общая схема бесклапанного плунжерного насоса
Фиг. 2 - выносной элемент Б на Фиг. 1 в разрезе
Фиг. 3 - сечение В - В на Фиг. 2
Фиг. 4 - сечение А-А на фиг 1
Фиг. 5 - схема соединения толкателя с плунжером
Предлагаемый бесклапанный плунжерный насос, предпочтительно предназначен для дозированной подачи текучих сред в различных отраслях промышленности.
Бесклапанный плунжерный насос, схема которого приведена на Фиг. 1, содержит корпус 1, закрепленную на корпусе 1 гильзу 2 с внутренним цилиндрическим каналом 21 с входным и выходным каналами 22 и 23. В цилиндрическим канале 21 гильзы установлен плунжер 3 с возможностью возвратно-поступательного и вращательного движения. Плунжер 3 содержит со стороны свободного конца, обращенного к внутренней торцевой стенке 24 гильзы 2, исполнительную часть 31 в зоне указанных каналов 22, 23 и шток 32 с противоположного конца. На исполнительной части 31 плунжера 3, в зоне указанных каналов 22 и 23, выполнена продольная лыска 33 с возможностью попеременного открытия и закрытия каналов 22 и 23 при возвратно-поступательном и вращательном движении плунжера 3 в цилиндрическом канале гильзы 2. Со стороны свободного конца плунжера 3 лыска 33 выполнена с отступом 34 (Фиг. 2) от торца 35 плунжера 3 с сохранением цилиндрической направляющей части плунжера с указанной стороны свободного конца, при этом в плунжере выполнен канал 36 (Фиг. 2, Фиг. 3), открытый со стороны торца 35 плунжера 3 и со стороны лыски 33 через выборку/прорезь 37 для сообщения полости канала 36 с полостью цилиндрического канала 21 гильзы 2. Сохранение цилиндрической направляющей со стороны свободного конца плунжера 3 способствует центровке плунжера относительно оси гильзы 2.
В корпусе 1 (Фиг. 1) насоса установлен червячный редуктор 4 с ротором 41 на выходном валу 42. Червячный редуктор 4 установлен в корпусе 1 насоса с возможностью изменения угла α наклона оси 43 выходного вала 42 к продольной оси 34 плунжера 3. Изменением указанного угла α наклона осуществляют регулирование производительности насоса. В предлагаемой конструкции может быть использованы схема червячного редуктора и схема его установки в корпусе насоса, как описано в прототипе - патенте на полезную модель №151546.
В частности, червячный редуктор 4 содержит корпус 44 (Фиг. 4), ротор 41, установленный на выходном валу 42 редуктора. Червячный редуктор 4 содержит червячное колесо 45, имеющее зацепление с червяком 46. Корпус 44 червячного редуктора 4 установлен в корпусе 1 насоса на шарнирных опорах 5, имеющих общую ось 51, и шарнирно соединен с сухарем 6, который соединен с регулировочным винтом 7, ввинченным в резьбовое отверстие 11 корпуса 1 насоса, с возможностью преобразования прямолинейного движения регулировочного винта 7 во вращательное движение корпуса 44 редуктора относительно оси 51 его шарнирных опор 5.
Насос снабжен средством 8 (Фиг. 1) соединения ротора 41 с плунжером 3, выполненным с создания возвратно-поступательного и вращательного движения плунжера 3 в гильзе 2, при котором попеременно открывается входной или выходной каналы 22 и 23. Указанное средство 8 содержит шатун 81, соединенный одним концом шарнирно с ротором 41, и толкатель 82, соединенный одним концом через шарнир с шатуном 81 и противоположным концом со штоком 32 плунжера 3.
В предлагаемой конструкции могут быть использованы известные шарнирные конструкции, применяемые для передачи от одного вращательного движения в другое, например, цилиндрический шарнир, шаровый шарнир и пр.
Толкатель 82 (Фиг. 5) соединен со штоком 32 плунжера 3 с помощью резьбовой втулки 83 с возможностью радиального смещения плунжера 3 относительно толкателя 82. Для обеспечения такого смещения наружный диаметр штока 32 плунжера 3 меньше внутреннего диаметра резьбовой втулки 83, т.е. между штоком 32 плунжера 3 и внутренней стенкой втулки 83 образуется зазор 9. Резьбовая втулка 83 надета на шток 32 плунжера 3 и ввинчина в толкатель 82, на резьбовую втулку надета контрогайка 84.
Возможность радиального смещения плунжера 3 относительно толкателя 8, который воспринимает на себя сложное возвратно - поступательное и вращательное движение от шатуна 81, исключает вероятность возникновения поперечных нагрузок на плунжер 3. При этом обеспечивается автоматическая центровка плунжера 3 относительно цилиндрического канала гильзы 2, что повышает надежность насоса.
Дополнительно, конец штока 32 плунжера 3 соединен с толкателем 82 через упругий элемент 85, например, бобышку, которая после установки резьбовой втулки 83, создает осевой зазор 10 между штоком 32 плунжера 3 и толкателем 82. Упругий элемент 85 и образующийся зазор 10 сглаживают знакопеременные нагрузки от толкателя 82 на плунжер 3 при его возвратно поступательных движениях и поперечных перемещениях, что также повышает надежность работы насоса.
Возможен вариант соединения штока 32 плунжера 3 с толкателем 82 без бобышки. Например, конец штока плунжера выполнен сферическим, а место соединения толкателя со штоком под конус при этом осевое перемещение обеспечивается тарельчатыми пружинами
Предлагаемый бесклапанный насос работает следующим образом.
Электродвигатель или любое приводное устройство (не показано) приводит в движение червячный редуктор 4 и ротор 41, установленный на выходном валу 43 редуктора 4. Вращение ротора 41 относительно оси 43 выходного вала 42 редуктора 4, расположенной под углом α к продольной оси 34 плунжера 3, через шатун 81 преобразуется во вращательное и возвратно-поступательное прямолинейное движение, которое передается на толкатель 82 и через толкатель 82 на плунжер 3.
Благодаря возможности смещения плунжера в радиальном и осевом направлениях обеспечивается автоматическая центровка плунжера 3 относительно цилиндра 21 гильзы 2 и исключаются вероятность возникновения поперечных и ударных нагрузок на плунжер 3 при передаче на него сложного возвратно-поступательного и вращательного движения, что способствует повышению надежности работы насоса.
Начальный ход плунжера 3 (Фиг. 1) направлен от внутренней торцевой стенки 24 гильзы 2 (вправо). При этом плунжер 3 совершает вращательное движение и лыска 33 открывает входной канал 22, а противоположная поверхность плунжера 3 перекрывает выходной канал 23. Перекачиваемая среда за счет создаваемого разрежения в полости цилиндрического канала 21 гильзы 2 нагнетается в полость гильзы через входной канал 22, выборку 37 и канал 36 в плунжере 3 и полностью заполняет цилиндрический канал 21 гильзу 2 при крайнем правом положении плунжера 3.
При обратном движении плунжера 3, в направлении к внутренней торцевой стенке 24 гильзы 2 (влево), плунжер 3 совершает вращательное движение, при котором лыска 33 открывает выходной канал 23, а противоположная от лыски 33 поверхность плунжера 3 перекрывает входной канал 22 гильзы 2. Через выборку 37, канал 36 в плунжере 3 и выходной канал 23 порция перекачиваемой среды из цилиндрического канала 21 гильзы 2 выдавливается наружу.
В варианте, когда отсутствует цилиндрическая направляющая на свободном конце плунжера 3, перекачиваемая среда всасывается в полость гильзы и выдавливается из нее через полость над лыской и соответствующие каналы, как описано в прототипе.
Изменение производительности насоса осуществляют путем изменения угла α наклона продольной оси 43 выходного вала 42 к продольной оси 34 плунжера 3. Для изменения угла α вращают регулировочный винт 7, что сопровождается его прямолинейным движением, которое передается сухарю 6. Прямолинейное движение сухаря 6 передается во вращательное движение корпуса 44 редуктора 4 относительно оси 51 шарнирных опор 5. При этом изменяется угол α между осью вращения ротор и продольной осью плунжера 3. При максимальном угле α, плунжер 3 имеет максимальный ход, а насос максимальную производительность. При уменьшении угла α ход плунжера 3 и производительность насоса уменьшаются.