АГРЕГАТ НАСОСНЫЙ ПЛУНЖЕРНЫЙ ПНЕВМОПРИВОДНОЙ
PNEUMATIC PLUG PUMPING UNIT

Изобретение относится к области насосостроения, а именно: к насосам с пневматическим приводом возвратно-поступательного движения и может быть использовано при создании устройств для объемной напорной дозировочной подачи жидкости в автоматическом режиме при отсутствии внешнего управления.
Агрегат насосный плунжерный пневмоприводной предназначен для объемной напорной дозировочной подачи жидкости в автоматическом режиме при отсутствии внешнего управления. В качестве рабочей и управляющей среды пневмораспределителя и пневмоцилиндра используется сжатый газ.
Известен агрегат насосный плунжерный пневмоприводной, содержащий плунжерный насос с двумя обратными клапанами со штуцерами входа и выхода рабочей жидкости насоса, пневмоцилиндр, состоящий из корпуса в виде гильзы, на торцах которой размещены каналы подвода и отвода газа, и поршня, установленного в упомянутой гильзе, образующего две рабочие пневматические полости, пневмораспределитель, полости которого связаны с соответствующими полостями пневмоцилиндра при помощи соответствующих магистралей, причем поршень пневмоцилиндра механически связан с плунжером насоса, при этом плунжерный насос, пневмоцилиндр и пневмораспределитель расположены коаксиально и выполнены в моноблочном исполнении, а пневмораспределитель, управляющий работой пневмоцилиндра, выполнен в виде ступенчатого плунжера, расположенного в седле с системой отверстий, с возможностью автоматического переключения подачи газа поочередно в рабочие полости пневмоцилиндра, при этом рабочая полость пневмоцилиндра сообщается с управляющей полостью пневмораспределителя через отверстие в штоке пневмоцилиндра, а в корпусе пневмораспределителя выполнены отверстия входа и дренажа газа, а также перепускные отверстия, при этом в магистрали подачи газа в пневмоцилиндр дополнительно установлен клапан, регулирующий объемный расход газа в полости пневмоцилиндра. (Патент РФ №2699598, заявка №2019101444 от 18.01.2019, МПК: F04B 9/12 - прототип).
Агрегат насосный плунжерный пневмоприводной содержит плунжерный насос, пневмоцилиндр и пневмораспределитель, управляющий работой пневмоцилиндра. Плунжерный насос, пневмоцилиндр и пневмораспределитель расположены коаксиально и выполнены в моноблочном исполнении. Пневмоцилиндр состоит из корпуса в виде гильзы, на торцах которой размещены каналы подвода и отвода газа, и поршня, установленного в упомянутой гильзе, образующего две рабочие пневматические полости. Поршень пневмоцилиндра механически связан с плунжером насоса. Пневмораспределитель, полости которого связаны с рабочими пневматическими полостями пневмоцилиндра при помощи магистралей, выполнен в виде ступенчатого плунжера, расположенного в седле с системой отверстий, с возможностью автоматического переключения подачи газа поочередно в рабочие полости пневмоцилиндра. Рабочая полость пневмоцилиндра сообщается с управляющей полостью пневмораспределителя через отверстие в штоке пневмоцилиндра. В корпусе пневмораспределителя выполнены отверстия входа и дренажа газа, а также перепускные отверстия, а объемный расход газа, поступающий в пневмоцилиндр, регулируется клапаном, установленным в магистрали подачи газа в пневмоцилиндр.
Недостатками данной конструкции являются большие габаритные размеры из-за последовательного расположения перепускных каналов пневмораспределителя; наличие большого количество уплотнительных элементов в пневмораспределителе; повышенный износ отдельных подвижных уплотнительных элементов пневмораспределителя в виду того, что при движении плунжера пневмораспределителя, часть уплотнений работает по кромкам перепускных отверстий.
Задачей изобретения является уменьшение габаритных размеров, уменьшение количества уплотнительных элементов в пневмораспределителе, обеспечение более щадящих режимов работы уплотнительных элементов пневмораспределителя, повышение надежности, увеличение интервала обслуживания пневмораспределителя и насоса в целом, снижение экономических затрат на их обслуживание.
Решение указанной задачи достигается тем, что в предложенном агрегате насосном плунжерном пневмоприводном (далее агрегате насосном), содержащем плунжерный насос с двумя обратными клапанами со штуцерами входа и выхода рабочей жидкости насоса, пневмоцилиндр, состоящий из корпуса в виде гильзы, на торцах которой размещены каналы подвода и отвода газа, и поршня, установленного в упомянутой гильзе, образующего две рабочие пневматические полости, пневмораспределитель, полости которого связаны с соответствующими полостями пневмоцилиндра при помощи магистралей, причем поршень пневмоцилиндра механически связан с плунжером насоса, согласно изобретению, плунжерный насос, пневмоцилиндр и пневмораспределитель расположены коаксиально и выполнены в моноблочном исполнении, при этом пневмораспределитель, управляющий работой пневмоцилиндра, выполнен в виде цилиндрического плунжера с плоскими пазами, в которых установлены вкладыши в виде секторов цилиндра, в цилиндрической части которых выполнены каналы-пазы для сообщения управляющих полостей пневмораспределителя и полостей пневмораспределителя с рабочими пневматическими полостями пневмоцилиндра, причем плунжер с вкладышами расположен в корпусе с системой отверстий, выполненных с возможностью автоматического переключения подачи газа поочередно в рабочие полости пневмоцилиндра, при этом рабочая пневматическая полость нагнетания пневмоцилиндра сообщается с управляющей полостью пневмораспределителя через отверстие в штоке пневмоцилиндра, причем в корпусе пневмораспределителя выполнены отверстия входа и дренажа газа, а также перепускные отверстия, при этом в магистрали подачи газа в пневмоцилиндр дополнительно установлен клапан, регулирующий объемный расход газа в полости пневмоцилиндра.
Сущность изобретения иллюстрируется чертежами, где: на фиг. 1 показан общий вид предложенного агрегата насосного; на фиг. 2 показан продольный разрез агрегата насосного; на фиг. 3 - выносной элемент А - разрез пневмораспределителя на ходе нагнетания насоса; на фиг. 4 - общий вид (в трех проекциях) вкладыша пневмораспределителя; на фиг. 5 - выносной элемент Б - разрез пневмоцилиндра с насосом на ходе нагнетания насоса; на фиг. 6 - выносной элемент А - разрез пневмораспределителя на ходе всасывания насоса; на фиг. 7 - выносной элемент Б - разрез пневмоцилиндра с насосом на ходе всасывания насоса.
Агрегат насосный содержит насос плунжерный 1 (фиг. 1), который включает в себя корпус насоса 2 (фиг. 2) с установленными в нем клапаном обратным входа 3, выполненным в едином узле со штуцером входа насоса 4, клапаном обратным выхода 5, выполненном в едином узле со штуцером выхода насоса 6, плунжер 7.
На насосе плунжерном 1 соосно установлен пневмоцилиндр 8 (фиг. 1). Пневмоцилиндр 8 содержит два фланца 9 и 10, корпус 11 в виде гильзы, поршень 12 (фиг. 2). Фланцы и корпусы соединены при помощи болтов (показаны, но не обозначены). Во фланце 9 установлен штуцер 13, к которому подсоединена трубка перепускная 14, осуществляющая подвод и отвод газа в рабочую пневматическую полость всасывания пневмоцилиндра. Во фланце 10 установлен клапан регулирующий 15, к которому подсоединена трубка перепускная 16, осуществляющая подвод и отвод газа в рабочую пневматическую полость нагнетания пневмоцилиндра. Поршень 12 разделяет между собой рабочие пневматические полости нагнетания и всасывания пневмоцилиндра. Поршень 12 пневмоцилиндра выполнен как единое целое со штоком 17, передающим осевое усилие на плунжер 7 насоса 1, и штоком 18, в котором выполнены перепускные отверстия, и с помощью которого происходит управление работой пневмораспределителя 19. Шток 17 и плунжер 7 соединены между собой.
На пневмоцилиндре 8 соосно установлен пневмораспределитель 19 и закреплен при помощи болтов (показаны, но не обозначены). Пневмораспределитель содержит золотниковый узел в виде плунжера 20 (фиг. 3) с вкладышами 21 и 22, установленного в корпусе 23. В корпусе 23 выполнены отверстия подвода и дренажа газа, установлены штуцеры, к которым подсоединены перепускные трубки 14 и 16. Плунжер 20 совершает возвратно-поступательное движение внутри корпуса 23, при этом плунжер 20 выполнен в виде цилиндра с центральным отверстием и имеет плоские пазы, в которые установлены вкладыши 21 и 22, выполненные в виде секторов цилиндра с пазами-каналами в их цилиндрической части. Для примера представлен вкладыш (фиг. 4) со ступенчатым каналом-пазом, при этом каналы могут быть выполнены в виде любой геометрической формы. Вкладыши 21 и 22 установлены в плунжере 20 (фиг. 3) таким образом, что герметизация каналов-пазов, выполненных во вкладышах, в корпусе 23 осуществляется по их внешней цилиндрической поверхности. В корпусе 23 выполнены проточки, в которые установлены манжетные уплотнения (показаны, но не обозначены) для исключения утечки газа в плунжерном узле пневмораспределителя из области высокого давления в дренаж. В центральном отверстии плунжера 20 находится шток 18.
В конструкции агрегата насосного используются уплотнения в виде манжет и резиновых колец для исключения утечки газа из области высокого давления в дренаж и утечки рабочей жидкости насоса из области высокого давления в окружающую среду.
Предложенный агрегат насосный работает следующим образом.
Сжатый газ (далее-газ) под давлением подается на вход в пневмораспределитель 19 (фиг. 3) через входное резьбовое отверстие 24, выполненное в корпусе 23. Далее через отверстие 25, выполненное в корпусе 23, газ под действием входного давления поступает в полость 26 между плунжером 20 и корпусом 23. Затем из полости 26 газ через отверстия 27 и 28, выполненные в корпусе 23, поступает в замкнутую полость 29 пневмораспределителя 19. Так как в данный момент полость 30 через центральное ступенчатое отверстие в плунжере 20, отверстия 31 и 32, выполненные в штоке 18, отверстие 33, выполненное во фланце 10, сообщается с окружающей средой, то под действием давления газа в полости 29 плунжер 20 устанавливается на упор в крышку 34. При этом газ, под действием входного давления из полости 26 через отверстие 35, выполненное в корпусе 23, штуцер, трубку перепускную 16, клапан регулирующий 15, в котором при помощи изменения проходного сечения регулируется объемный расход газа, подаваемого в рабочую пневматическую полость нагнетания 36 пневмоцилиндра 8, далее через отверстия 37 и 38, выполненные во фланце 10, поступает в рабочую пневматическую полость нагнетания 36 пневмоцилиндра 8. За счет действия входного давления газа в полости 36 пневмоцилиндра 8, поршень 12 (фиг. 5) начинает перемещаться и перемещает шток 17, при этом перемещается также и плунжер 7 насоса 1, так как плунжер 7 находится в механической связи со штоком 17. При этом газ, который в данный момент находится в рабочей пневматической полости всасывания 37 пневмоцилиндра 8, под действием усилия от движущегося поршня 12 через отверстия 39 и 40, выполненные во фланце 9, через штуцер 13, трубку 14, далее через отверстие 41, выполненное в корпусе 23 (фиг. 3), через канал-паз 42, выполненный во вкладыше 21, через отверстие 43, выполненное в корпусе 23, сбрасывается в дренаж. Далее поршень 12 пневмоцилиндра 8 (фиг. 5) перемещается в сторону насоса 1. Одновременно с этим плунжер 7 насоса 1 начинает вытеснять рабочую жидкость, находящуюся в рабочей полости 44 насоса 1. Под действием давления рабочей жидкости насоса клапан обратный выхода 5 открывается, клапан обратный входа 3 находится в закрытом положении. Таким образом, рабочая жидкость насоса поступает в гидравлическую магистраль через штуцер выхода насоса 6 - насос совершает цикл нагнетания.
Поршень 12 пневмоцилиндра 8, совершая рабочий ход нагнетания (фиг. 7), перемещает шток 18 в сторону насоса 1. В конце хода поршня 12 отверстие 32 (фиг. 6), выполненное в штоке 18, проходит через уплотнение 45, установленное во фланце 10, и выходит в рабочую пневматическую полость нагнетания 36 пневмоцилиндра 8. Таким образом открывается подача газа из рабочей пневматической полости нагнетания 36 пневмоцилиндра 8 через отверстия 32 и 31, выполненные в штоке 18, центральное ступенчатое отверстие в плунжере 20, в замкнутую полость 30 пневмораспределителя 19. Под действием входного давления газа, поступающего в полость 30 пневмораспределителя 19 из рабочей пневматической полости нагнетания 36 пневмоцилиндра 8, плунжер 20 перемещается на упор во фланец 10. Перемещение плунжера 20 происходит за счет того, что площадь плунжера, на которую действует входное давление газа в полости 30 значительно больше площади плунжера, на которую действует давление газа в полости 29. В данном случае плунжер 20 пневмораспределителя 19 выполняет функцию поршня и одновременно производит переключение пневмораспределителя - перераспределяет подачу газа между рабочими пневматическими полостями 36 и 37 (фиг. 5) пневмоцилиндра 8 в автоматическом режиме под действием входного давления газа. После переключения пневмораспределитель 19 открывает сброс газа из замкнутой полости 29 (фиг. 6) через отверстия 28 и 27, выполненные в корпусе 23, канал-паз 46, выполненный во вкладыше 22, отверстие 47 и резьбовое отверстие 48, выполненные в корпусе 23, в дренаж.
После переключения пневмораспределителя 19 (фиг. 6) газ под действием входного давления через резьбовое отверстие 24 и отверстие 25, выполненные в корпусе 23, продолжает поступать в полость 26 и далее из полости 26 через отверстие 41 в корпусе 23, через штуцер и трубку 14, штуцер 13 (фиг. 7), отверстия 39 и 38, выполненные во фланце 9, газ поступает в рабочую пневматическую полость всасывания 37 пневмоцилиндра 8. За счет действия входного давления газа в полости 37 пневмоцилиндра 8 поршень 12 начинает перемещаться и перемещает шток 18. При этом газ, который заполняет рабочую пневматическую полость нагнетания 36 пневмоцилиндра 8, под действием усилия от движущегося поршня 12, через отверстия 38 и 37 (фиг. 6), выполненные во фланце 10, через клапан регулирующий 15, трубку 16, далее через штуцер и отверстие 35 в корпусе 23, через канал-паз 42, выполненный во вкладыше 21, через отверстие 43, выполненное в корпусе 23, сбрасывается в дренаж. Таким образом, поршень 12 пневмоцилиндра 8 (фиг. 7) перемещается в сторону пневмораспределителя 19. Одновременно с этим плунжер 7 насоса 1, соединенный с поршнем 12 через шток 17 начинает перемещаться вслед за поршнем 12, увеличивая объем рабочей полости 44 насоса 1 (фиг. 7). В полости 44 создается разрежение, клапан обратный выхода 5 закрывается, клапан обратный входа 3 открывается, таким образом, рабочая жидкость из гидравлической магистрали поступает в полость 44 насоса 1 через штуцер входа 4 - насос совершает цикл всасывания.
На ходе всасывания поршень 12 пневмоцилиндра 8, совершая рабочий ход (фиг. 7), перемещает шток 18 в сторону пневмораспределителя 19. Отверстие 32 (фиг. 6), выполненное в штоке 18 проходит через уплотнение 45 в обратном направлении. Полость 30 через центральное ступенчатое отверстие в плунжере 20, отверстия 31 и 32, выполненные в штоке 18, отверстие 33, выполненное во фланце 10, сообщается с окружающей средой, но плунжер 20 пневмораспределителя 19 не меняет своего положения, так как и полость 29, и полость 30 в данный момент сообщаются с окружающей средой. Далее, пройдя определенное расстояние, шток 18 торцем упирается в ступеньку во внутреннем отверстии плунжера 20 и перемещает плунжер в сторону крышки 34. В результате движения плунжера 20 в корпусе 23 происходит переключение пневмораспределителя 19 в исходное положение (фиг. 3), в котором газ под действием входного давления продолжает заполнять полость 26, далее через отверстия 27 и 28 поступает в замкнутую полость 29 пневмораспределителя 19. Газ в полости 29 под действием входного давления устанавливает плунжер 20 в исходное положение - на упор в крышку 34 и далее цикл повторяется.
Введение новой конструкции пневмораспределителя с плунжером в виде цилиндра с плоскими пазами, в которых установлены вкладыши в виде секторов цилиндра с каналами-пазами, позволяет уменьшить габариты пневмораспределителя, уменьшить количество уплотнительных элементов и исключить из конструкции пневмораспределителя уплотнения, работающие по кромкам перепускных отверстий. Введение указанных усовершенствований позволяет добиться более щадящих условий работы уплотнительных элементов пневмораспределителя, что повышает надежность и увеличивает интервалы обслуживания пневмораспределителя и насоса в целом, и в конечном итоге увеличивает его долговечность.
Заявителем изготовлен и успешно испытан предложенный агрегат насосный. Проведенные испытания подтвердили правильность заложенных конструкторско-технологических решений.
В настоящее время данный агрегат насосный используется в серийно изготавливаемых изделиях предприятия.