СДВОЕННЫЙ ПОРШНЕВОЙ НАСОС

Полезная модель относится к горному делу и может быть использована для механизации взрывных работ при заряжании скважин эмульсионными взрывчатыми веществами.
Известна поршневая машина (заявка на изобретение РФ №94028155, опубл. 20.05.1997). Поршневая машина содержит оппозитно расположенные цилиндры с поршнями, кривошипный вал отбора-подвода мощности, кинематически связанный с поршнями через установленный эксцентрично в кривошипе промежуточный коленвал, и механизм синхронизации вращения промежуточного коленвала и кривошипа при помощи направляющих и ползунов. Новым в поршневой машине является выполнение промежуточного коленвала другой конфигурации с дополнительными шейками для ползунов и другое расположение направляющих ползунов, что ликвидировало консольность промежуточного коленвала, а также его изгиб от нагрузок.
Недостатком данного изобретения является невозможность использования для перекачки, а также точного дозирования двух и более химически взаимодействующих между собой продуктов.
Известен цилиндропоршневой узел с осевым приводом (патент РФ №2371609, опубл. 27.10.2009, бюл. №30). Цилиндро-поршневой узел с осевым приводом содержит цилиндр и поршень, установленный с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении цилиндра между первым поршневым положением, в котором ограниченный поршнем и цилиндром объем цилиндровой полости максимален, и вторым поршневым положением, в котором этот объем цилиндровой полости минимален. Приводной элемент установлен с возможностью возвратно-поступательного перемещения в осевом направлении цилиндра и механически связан с поршнем посредством поршневого штока. Поршневой шток на своем первом конце и/или на своем втором конце посредством упругого устройства связан с поршнем или с приводным элементом с возможностью осевого перемещения относительно поршня или приводного элемента против усилия предварительного напряжения упругого устройства. При перемещении поршня во второе поршневое положение к головной торцевой стенке тело поршня приходит в контакт с головной торцевой стенкой цилиндровой проточки. Дальнейшее перемещение приводного элемента происходит против действия упругого устройства, так что приводной элемент тормозится.
Недостатком данного изобретения является невозможность использования для перекачки, а также точного дозирования двух и более химически взаимодействующих между собой продуктов.
Известен цилиндропоршневой узел (патент США №5525845). В этом узле поршневой шток жестко связан как с подвижным в осевом направлении приводным элементом линейного привода, так и с поршнем. При работе приводимого от линейного двигателя поршня может создаваться режим, в котором создаваемое линейным двигателем осевое возвратно-поступательное движение узла, состоящего из подвижного приводного элемента, поршневого штока и поршня, развивает повышенную амплитуду возвратно-поступательного движения, так что поршень может ударяться телом поршня в основание цилиндровой проточки. Это может приводить к повреждению тела поршня или головной торцевой стенки цилиндровой проточки.
Недостатком данного изобретения является невозможность использования для перекачки, а также цикличность подачи компонентов.
Известна поршневая машина двойного действия (патент РФ №2037623, опубл. 19.06.1995). Сущность изобретения: машина содержит цилиндр, разделенный поршнем на предпоршневую и подпоршневую полости, через которые и крышку цилиндра пропущен шток, шарнирно соединенный с поршнем и сопряженный посредством уплотнения с шайбой, подвижно установленной в гнезде крышки. Машина обеспечивает двойное действие без применения крейцкопфа с направляющими, что упрощает конструкцию, уменьшает габариты и массу.
Недостатком данного изобретения является невозможность использования для перекачки, а цикличность подачи компонентов.
Известен двухцилиндровый поршневой насос (патент СССР №1780556, опубл. 07.12.1992), содержащий корпус с цилиндрами, в которых установлены подвижные поршни, связанные штоками с приводом и образующие две поршневые камеры с всасывающим и нагнетательным клапаном в каждой из них.
Недостатком данного изобретения является невозможность использования для перекачки, а также цикличность подачи компонентов.
Известен двухцилиндровый поршневой насос с цилиндрами двойного действия (патент РФ №41811, опубл. 10.11.2004, бюл. №31). Устройство содержит корпус с цилиндрами, в которых установлены поршни, связанные штоками с приводом и образующие две поршневые и две штоковые камеры с всасывающим и нагнетательным клапаном в каждой из них, при этом нагнетательные клапаны штоковых камер снабжены приводом для их подъема и фиксации в поднятом положении, причем приводной шток каждого привода выведен за пределы штоковой камеры.
Недостатком данного изобретения является невозможность использования для перекачки и цикличность подачи компонентов.
Известен поршневой насос (патент РФ №186212, опубл. 11.01.2019, бюл. №2), принятый за прототип. Основной цилиндр консольно жестко закреплен на корпусе привода с разъемным соединением шпильками с помощью равносторонней треугольной пластины. Зависимый цилиндр развернут на 180 градусов относительно основного, причем он выполнен меньшего объема и консольно закреплен на стойках, установленных на корпусе привода, причем отверстия в верхней части стоек служат для закрепления с возможностью вращения вилочного шарнирного рычага, шарнирно соединенного со штоком зависимого цилиндра, а также с возвратно-поступательно перемещающимся приводом и основным цилиндром. Внутри каждого цилиндра выполнены гидравлические контуры, переключающиеся в зависимости от направления движения с помощью пластиковых шаров, перекрывающих всасывающий и нагнетательный клапаны.
Недостатком данного изобретения является низкая производительность и цикличность подачи компонентов.
Технический результат заявляемого изобретения заключается в повышении производительности и сглаживание цикличности подачи компонентов.
Технический результат достигается тем, что в сдвоенном поршневом насосе, содержащем качающие узлы, имеющие корпус, цилиндры, в которых установлены поршни, связанные с приводом, образующие поршневые и штоковые камеры с всасывающим и нагнетательным клапанами в каждой из них, основной цилиндр консольно жестко закреплен на корпусе привода с разъемным соединением шпильками с помощью равносторонней треугольной пластины, зависимый цилиндр развернут на 180°  относительно основного, причем он выполнен меньшего объема и консольно закреплен на стойках, установленных на корпусе привода, причем отверстия в верхней части стоек служат для закрепления с возможностью вращения вилочного шарнирного рычага, шарнирно соединенного со штоком зависимого цилиндра, а также с возвратно-поступательно перемещающимся приводом и основным цилиндром, при этом внутри каждого цилиндра выполнены гидравлические контуры, переключающиеся в зависимости от направления движения с помощью пластиковых шаров, перекрывающих всасывающий и нагнетательный клапаны, согласно изобретению качающие узлы связаны между собой гидравлически через синхронизатор, выполненный в виде тройника с входными патрубками, гидравлически соединенными с переходом в выходной патрубок через эллиптическое отверстие, расположенное вдоль оси входных патрубков, причем малая ось эллиптического отверстия меньше диаметра синхронизирующего шара, свободно перемещающегося между ограничителями в пределах линейной части входных патрубков.
Сдвоенный поршневой насос поясняется рисунками, где на фиг. 1 изображен общий объемный вид одного насоса, на фиг. 2 показан насос, вид на основной цилиндр сверху, на фиг. 3 показан насос, вид сбоку, на фиг. 4 показана принципиальная схема работы качающего узла устройства при прямом перемещении штока, на фиг. 5 показана принципиальная схема работы качающего узла устройства при обратном перемещении, на фиг. 6 показан сдвоенный поршневой насос с синхронизатором в разрезе, вид сбоку, на фиг. 7 показан сдвоенный поршневой насос с синхронизатором в разрезе, вид сверху, на фиг. 8 показан синхронизатор, продольный и поперечный разрезы, где:
1 - корпус привода;
2 - основной цилиндр, жестко консольно закрепленный на корпусе привода 1;
3 - вспомогательный цилиндр, шарнирно консольно закрепленный на корпусе привода 1 с помощью стоек 14, развернутый 180 градусов относительно основного цилиндра 1;
4 - шарнирные соединения;
5 - поршень основного или вспомогательного цилиндра;
6 - шток основного или вспомогательного цилиндра;
7 - всасывающий или нагнетающий клапан (в зависимости от направления хода штока);
8 - пластиковые шары, переключающие всасывающий и нагнетательный клапан 7 при возвратно-поступательных движениях штоков 6;
9 - вилочный шарнирный рычаг;
10 - возвратно-поступательный привод, соединенный через вилочный шарнирный рычаг 9 со штоками 6 основного 2 или вспомогательного 3 цилиндров;
11 - шпильки для крепления основного цилиндра 2 к корпусу привода 1;
12 - равносторонняя треугольная пластина с отверстиями под шпильки 11 для крепления основного цилиндра 2 к корпусу привода 1;
13 - направление выхода перекачиваемой жидкости;
14 - стойки для шарнирного крепления верхней части вилочного шарнирного рычага 9, жестко закрепленные на корпусе 1 привода;
15 - синхронизатор, выполненный в виде тройника с входными патрубками 16, гидравлически связанными с выходными отверстиями насосов;
16 - входные патрубки синхронизатора 15, гидравлически связанные с выходными отверстиями насосов;
17 - эллиптическое отверстие выходного патрубка 20, расположенное вдоль оси входных патрубков 16, причем малая ось эллиптического отверстия 17 меньше диаметра синхронизирующего шара 18;
18 - синхронизирующий шар, свободно перемещающийся между ограничителями 19 в пределах линейной части входных патрубков 16;
19 - ограничители в пределах линейной части входных патрубков 16;
20 - выходной патрубок.
Перекачивание высоковязких эмульсий для заряжания восходящих скважин требует создания поршневого насоса, способного перекачивать химически реагирующие между собой компоненты, например эмульсию аммиачной селитры и раствор нитрита натрия, в результате смешивания которых после газификации образуется эмульсионное взрывчатое вещество. При этом необходимо соблюдать четкие пропорции перекачиваемых компонентов, нарушение приводит к критическим отклонениям в составе конечного продукта. При необходимости данный поршневой насос может оснащаться дополнительными цилиндрами для перекачки компонентов.
Сдвоенный поршневой насос с цилиндрами двойного действия содержит качающие узлы, имеющие корпус привода 1, к которому жестко консольно закреплен основной цилиндр 2 с помощью равносторонней треугольной пластины 12 с отверстиями под шпильки 11. Данное решение позволяет повысить удобство ремонта устройства и облегчить операции технического обслуживания узлов насоса. Вспомогательный цилиндр 3, развернутый на 180 градусов относительно основного цилиндра 2, шарнирно консольно закреплен с помощью стоек 14 для шарнирного крепления верхней части вилочного шарнирного рычага 9, жестко закрепленных в свою очередь на корпусе 1 привода. Основной цилиндр 2 и вспомогательный цилиндр 3 содержат поршни 5 разных размеров соединенные со штоками 6, а также всасывающий или нагнетающий клапан 7 (в зависимости от направления хода штока). Для переключения клапанов 7 внутри основного 2 и вспомогательного 3 цилиндров размещены с возможностью линейного перемещения пластиковые шары 8, переключающие всасывающий или нагнетательный клапан 7 при возвратно-поступательных движениях штоков 6. Верхняя часть вилочного шарнирного рычага 9 шарнирно закреплена на оси между стоек 14 и в промежуточной части шарнирно соединен со штоком вспомогательного цилиндра 3. Вилочный шарнирный рычаг 9 соединяет привод 10 со штоками 6 основного 2 или вспомогательного 3 цилиндров. В нижней части корпуса привода 1 могут быть предусмотрены крепления для установки поршневого насоса на раме (условно не показано). При работе сдвоенного насоса их гидравлически соединяют синхронизатором 15 с помощью входных патрубков 16, гидравлически связанны с выходными отверстиями насосов. Эллиптическое отверстие 17 выходного патрубка 20, расположено вдоль оси входных патрубков 16, причем малая ось эллиптического отверстия 17 меньше диаметра синхронизирующего шара 18. Синхронизирующий шар 18 выполнен и установлен из условия свободного перемещения между ограничителями 19 в пределах линейной части входных патрубков 16. Площадь эллиптического отверстия 17 принимают равной площади входного патрубка 16.
Для возможности подсчета количества материала поршневой насос может быть снабжен вращающимся счетчиком числа циклов работы насоса, контактирующей с перемещающейся возвратно-поступательной частью насоса. В качестве привода может быть использован пневматический насос. Поршни могут быть снабжены герметизирующими кольцами, выполненными из неметаллического материала.
Сдвоенный поршневой насос работает следующим образом. Корпус привода 1 закрепляют на устройстве, предназначенном для транспортировки предназначенных для перекачки компонентов или отдельном шасси, гидравлически подключают к емкостям с перекачиваемыми продуктами. Привод 10 подключают к вилочному шарнирному рычагу 9 со штоками 6 основного 2 или вспомогательного 3 цилиндров. Привод 10 приводит рычаг 9 в возвратно-поступательные движения, вызывая перемещения штоков 6 основного 2 или вспомогательного 3 цилиндров. Перед первым использованием гидравлический контур поршневого насоса заполняют водой для исключения воздушных пробок в системе. Как следствие возвратно-поступательные приводят в движения штоки 6 основного 2 и вспомогательного 3 цилиндров и поршни 5 с созданием направленного потока по направлению 13 перекачиваемой жидкости. При создании разрежения в поршневой или штоковой камерах происходит всасывание перекачиваемой среды через всасывающие клапаны 7, а через нагнетательные клапаны происходит нагнетание перекачиваемой среды из, соответственно, поршневых камер или штоковых камер. Шарнирные соединения 4 позволяют минимизировать динамические нагрузки на узлы поршневого насоса, а также облегчить осмотр и техническое обслуживание насоса. За счет использования пластиковых шаров 8, переключающих всасывающий или нагнетательный клапаны 7 при возвратно-поступательных движения штоков 6 достигается большая безопасность работы устройства, при избыточном давлении шары могут разрушиться и снизить давление в системе. Для сглаживания цикличности при подаче продукта с помощью сдвоенных поршневых насосов для увеличения производительности подачи продукта используют синхронизатор 15. Синхронизация и сглаживание цикличности происходит с помощью синхронизирующего шара 18, который в зависимости от давления с одной из сторон входных патрубков 16 линейно перемещается и частично или полностью перекрывает поток в эллиптическое отверстие 17 выходного патрубка 20. За счет этого из выходного патрубка 20 выходит равномерный поток. Поршни 5 могут быть снабжены герметизирующими кольцами, выполненными из неметаллического материала (условно не показаны). При необходимости каждый контур насоса может быть снабжен манометром (не показан условно).
Применение сдвоенного поршневого насоса обеспечивает следующие преимущества:
- повышение производительности;
- сглаживание цикличности подачи компонентов;
- возможность создания большого давления для перекачки с соблюдением условий безопасности.