СВОБОДНОПОРШНЕВОЙ ПНЕВМАТИЧЕСКИЙ ВАКУУМНЫЙ НАСОС

Изобретение относится к области вакуумного насосостроения, в частности к конструкциям пневмоприводных насосов. Может быть применено в машиностроении, в частности для промышленных манипуляторов.
Известен пневмоприводной двухступенчатый насос, содержащий установленные в корпусе пневмо- и гидроцилиндр с поршнями и общим штоком, распределительный золотник, привод которого выполнен в виде одноплечевых рычагов, взаимодействующих с поршнем в крайних его положениях [А.С. N 1276850]. Недостатком насоса является недостаточная производительность, низкая надежность.
Известен пневмоприводной насос, выбранный за прототип, содержащий пневмоцилиндр с рабочими полостями и поршнем, золотниковый распределитель и конечные пневмоклапаны, каждый из которых снабжен подпружиненным золотником с упором, взаимодействующим с поршнем, где каждый пневмоклапан снабжен дополнительным пневмоцилиндром. Поршень пневмоцилиндра связан с упором золотника, а сам пневмоцилиндр - с золотником, при этом штоковая полость дополнительного пневмоцилиндра выполнена замкнутой и постоянно сообщается с пневмомагистралью, а поршневая полость - с атмосферой. Поршень в дополнительном пневмоцилиндре снабжен пружиной, выполненной с усилием большим, чем усилие пружины золотника. [RU патент №2163981]
Недостатками пневмоприводного насоса являются высокие энергозатраты, связанные с холостым ходом поршня после этапа создания вакуума, низкая надежность и дороговизна из-за использования нестандартных механических конечных выключателей, а также только один режим работы устройства для разных значений давлений глубины вакуума.
Технической задачей является уменьшение энергозатрат, уменьшение себестоимости, повышение надежности работы насоса для работы в условиях повышенной радиации, температуры, электромагнитных полей.
Поставленная задача достигается тем, что предложен свободнопоршневой пневматический вакуумный насос, содержащий, корпус, состоящий из двух последовательно соединенных через втулку верхней и нижней гильз с крышками. В гильзах расположен поршень со штоком, обратные клапаны соединены через отверстия с крышкой верхней гильзы. В насосе установлены три соединенные между собой цилиндрических золотниковых распределителя с пневматическим управлением, два из которых являются дополнительными и последовательно соединенными с втулкой. Один из распределителей соединен последовательно с двумя дополнительными распределителями и соединен через отверстия с крышкой нижней гильзы и втулкой. В крышке нижней гильзы и втулке выполнены пазы оппозиционно расположенные друг к другу.
Свободнопоршневой пневматический вакуумный насос (фиг. 1) содержит корпус, состоящий из верхней гильзы 1 и нижней гильзы 2, соединенных через втулку 3. В корпусе размещен поршень 4. На торцах гильз установлены верхняя крышка 5 и нижняя крышка 6, которые зафиксированы с втулкой 3, например, стяжками 7, 8 по четыре на каждую гильзу. В верхней крышке 5 выполнено отверстие 9. Во втулке выполнены отверстия 10 и 11. В нижней крышке сделаны отверстия 12 и 13. Обратные клапаны 14 соединены с полостью верхней гильзы через отверстие 9. Выходные линии распределителя 15 соединены с полостями нижней гильзы 2, причем одна из линий соединена напрямую через отверстие 12, а вторая -через последовательно соединенные распределители 16 и 17 с отверстием 10. Линии управления распределителя 15 соединены с полостями нижней гильзы 2 через отверстия 11 и 13. К входной линии распределителя 15 подключен сжатый воздух, к выхлопным линиям - атмосфера. Выхлопная линия распределителя 16 соединена с обратными клапанами 14, а линия управления соединена с потребителем вакуума (емкость откуда откачивают газ). Выхлопная линия распределителя 17 соединена с атмосферой, а линия управления соединена с потребителем вакуума. Во втулке 3 и нижней крышке 2 выполнены пазы, оппозиционно расположенные друг к другу для демпфирования поршня в конце хода.
Первоначально золотниковый распределитель 15 находится в левом положении, а поршень у нижней крышки гильзы 6. Газ с магистральным давлением через распределитель 15 и через отверстие 12 нижней крышки поступает в нижнюю полость нижней гильзы 2. Газ из верхней полости верхней гильзы выходит через отверстие 9 и обратные клапана 14 в атмосферу. Газ из верхней полости нижней гильзы выходит через отверстие 10, распределитель 16 и обратные клапана 14 в атмосферу. В результате создается перепад давлений на стенках поршня, и он начинает движение вверх. При приближении поршня к верхней крышке, часть поршня заходит в паз втулки 3, в результате чего верхняя полость нижней гильзы перекрывается и эффективная площадь поршня, расположенная в верхней полости нижней гильзы уменьшается. В нижней полости нижней гильзы эффективная площадь поршня остается та же, находящаяся под магистральным давлением. Так как верхняя полость перекрыта, то газ, находящийся в верхней полости нижней гильзы сжимается и его давление возрастает, причем до значений выше, чем давление в нижней полости, так как эффективные площади поршней разные. Поскольку полости нижней гильзы соединены с линиями управления распределителя 15, то в распределителе также создается перепад давлений на распределителе 15, и он переключится в правое положение. После переключения распределителя 15 в правое положение, газ из нижней полости нижней гильзы истекает через отверстие 12 и распределитель 15 в атмосферу.
Поршень 4 под действие силы тяжести опускается в нижнюю часть нижней гильзы 2. По мере движения поршня создается разряжение в верхних полостях обеих гильз. Газ от потребителя вакуума заполняет верхнюю полость верхней гильзы, пройдя через обратные клапаны 14 и отверстие 9. Кроме того, газ от потребителя вакуума заполняет и верхнюю полость нижней гильзы, пройдя через обратные клапана 14 и распределитель 16. При приближении поршня к нижней крышке, часть поршня заходит в ее паз, в результате чего нижняя полость нижней гильзы перекрывается и эффективная площадь поршня, расположенная в нижней полости нижней гильзы уменьшается. В верхней полости нижней гильзы эффективная площадь поршня остается та же. Так как полость перекрыта, то газ, находящийся в нижней полости нижней гильзы сжимается и его давление возрастает, причем до значений выше, чем в верхней полости, так как эффективные площади поршней разные. Поскольку полости нижней гильзы соединены с линиями управления распределителя 15, то в распределителе также создается перепад давлений на распределителе 15 и он переключится в левое положение и цикл начнется с начала. Распределители 16 и 17 переключаются когда давление газа потребителя вакуума уменьшается до значений, на которые настроены эти распределители, причем давление, при котором переключается распределитель 16 должно быть выше, чем давление переключения распределителя 17. При работе насоса давление газа потребителя вакуума уменьшается. Так как линия управления распределителя связана с потребителем вакуума, то давление в линии управления также уменьшается, и распределитель 16 переключается. После переключения распределителя 16 верхняя полость нижней гильзы через распределители 16 и 17 будет заполняться атмосферным давлением на этапе движения поршня вниз. При уменьшении давления до значений настройки распределителя 17, давление в его линии управления также уменьшается, и распределитель переключается. После переключения распределителя 17 верхняя полость нижней гильзы будет заполняться газом с магистральным давлением через распределители 15, 16 и 17 на этапе движения поршня в нижнюю часть корпуса.
Таким образом, использование двух дополнительных распределителей 16 и 17 позволяет насосу работать в 3-х различных режимах, которые зависят от глубины вакуума, что приводит к уменьшению энергозатрат. Использование стандартных распределителей 5/2 с пневматическим управлением и стандартных распределителей 3/2 с пневматическим управлением позволит уменьшить себестоимость насоса
Пазы в крышках позволяют управлять переключением распределителя не прямым контактом с поршнем, а давлением, что повышает надежность насоса, а также дает возможность надежной работы в условиях повышенной радиации, температуры, электромагнитных полей и т.п.