ГЕРМЕТИЧНЫЙ ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС

Заявленная полезная модель относится к области насосостроения и может быть использована для дозированной подачи текучих сред в различных отраслях промышленности.
Предлагаемый 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 движения 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.
Однако, при дозировании жидкостей, представляющих опасность для окружающей среды, утечки в окружающие среду должны быть исключены.
Известны системы отвода утечек, которые устраивают в насосных установках с целью исключения попадания дозируемой жидкости в окружающую среду.
Насосная установка - это комплекс устройств, включающих, как правило, насос, подводящие (всасывающие) и отводящие (нагнетательные) трубопроводы, резервуары для жидкости, а также арматуру, контрольно - измерительные и другие приборы (Большая Советская Энциклопедия, Москва, «Советская Энциклопедия», 1974)
Известна система отвода утечек в насосной установке по патенту RU, №2293881, содержащая диафрагменную камеру, присоединенную к корпусу насосной головки, шток диафрагменной камеры по существу выполнен за одно целое с плунжером, а полость диафрагменной камеры, прилегающая к корпусу насосной головки, гидравлически сообщена с емкостью для сбора утечек. На линии связи полости диафрагменной камеры с емкостью для сбора утечек установлен нагнетательный клапан, в корпусе диафрагменной камеры, в его нижней части выполнено отверстие, через которое полость диафрагменной камеры сообщена с емкостью для сбора утечек, которая может быть совмещена с баком для жидкости. На плунжере выполнен кольцевой уступ, на который установлен диафрагменный блок, состоящий из двух шайб и диафрагмы из эластичного гидравлически непроницаемого материала, закрепленный на плунжере гайкой, а на концевой участок плунжера установлен переходник между плунжером и приводом насоса. Установка снабжена системой выравнивания давления в полости диафрагменной камеры с атмосферным давлением в конце обратного хода плунжера, включающей всасывающий клапан на линии связи полости диафрагменной камеры с атмосферой. Корпус установки выполнен прямоугольной формы и состоит из разделенных между собой герметичной перегородкой бака для жидкости и агрегатного отсека, в котором размещены насос, привод, система отвода утечек, трубопроводная и запорная арматура и приборы контроля за работой установки, при этом агрегатный отсек снабжен дверцей, установленной с противоположной стороны от бака для жидкости, на внутренней стороне которой могут быть установлены носители эксплуатационной информации.
В данном техническом решении система отвода утечек совмещена с корпусом насосной головки, и, поэтому, требует дополнительных конструктивных элементов при монтаже плунжерного насоса на месте его использования.
При этом, авторами выявлено, что установка описанной выше диафрагменной камеры в плунжерном насосе, предназначенном в частности, для дозирования химически агрессивных сред, приведет к значительному увеличению массо - габаритных параметров плунжерного насоса, а именно его радиального размера по следующим причинам. Известно, что в диафрагменных насосах, предназначенных для дозирования агрессивных жидкостей, для изготовления диафрагм используют химически стойкие материалы, как правило, на основе фторопласта. Принимая во внимание физико-механические свойства материала фторопласт можно утверждать, что для обеспечения заданного хода плунжера необходим достаточно большой наружный диаметр диафрагмы.
Кроме того, как показано на фигуре, приведенной в патенте №2293881, диафрагменная камера, соединенная с гильзой насосной головки, закрывает доступ к узлу уплотнения плунжера. В результате, для регулирования степени поджима элементов уплотнения плунжера необходимо производить демонтаж диафрагменной камеры, что усложняет эксплуатацию такой конструкции и, кроме того, снижает эффективность поддержания утечек в оптимальных пределах, при которых производительность насоса и точность его дозирования не выходят за заданные параметры.
Известен, принятый за ближайший аналог, 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 с 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.
В основу настоящей полезной модели положена задача создать герметичный плунжерный насос, в котором обеспечивались бы сбор и отвод утечек при сохранении возможности регулирования степени поджима уплотнения без разборки насоса, с тем чтобы исключить попадание дозируемой жидкости в окружающую среду при обеспечении заданной производительности и точности дозирования. Также задачей настоящей полезной модели является герметичный плунжерный насос, в котором обеспечивались бы сбор и отвод утечек при сохранение принятых массо - габаритных параметров.
Поставленная задача решается тем, что плунжерный насос, содержащий кронштейн, насосную головку с рабочей камерой, закрепленную на кронштейне и содержащую гильзу, плунжер, узел уплотнения плунжера, включающий элемент уплотнения и средство регулирования степени поджима элемента уплотнения, согласно предлагаемой полезной модели, снабжен средством для сбора утечек дозируемой жидкости из рабочей камеры, содержащим герметичную камеру с эластичным элементом, расположенным в кронштейне, при этом средство регулирования степени поджима выполнено с возможностью регулирования с внешней стороны герметичной камеры.
Наличие средства для сбора утечек дозируемой жидкости из рабочей камеры обеспечивает герметичность насоса. При этом, возможность регулирования степени поджима элементов уплотнения с внешней стороны герметичной камеры позволяет поддерживать оптимальную величину утечек в процессе эксплуатации плунжерного насоса без дополнительных операций его демонтажа, что упрощает эксплуатацию плунжерного насоса, обеспечивает заданную производительность и точность дозирования.
Целесообразно, выполнять кронштейн в виде корпуса.
Эластичный элемент, расположенный в корпусе кронштейна, вместе с внутренней поверхностью части корпуса кронштейна образуют герметичную камеру, гидравлически связанную с рабочей камерой и обеспечивающую герметичность плунжерного насоса,
Корпус кронштейна также защищает эластичный элемент от возможных повреждений.
При этом, возможность регулирования степени поджима элементов уплотнения с внешней стороны корпуса кронштейна позволяет поддерживать оптимальную величину утечек в процессе эксплуатации плунжерного насоса без дополнительных операций его демонтажа, что упрощает эксплуатацию плунжерного насоса, обеспечивает заданную производительность и точность дозирования.
Целесообразно, эластичный элемент выполнять в виде сильфона, охватывающего плунжер и с одной стороны герметично закрепленного на корпусе кронштейне, с другой стороны герметично соединенного с плунжером с возможностью возвратно-поступательного перемещения сильфона вместе с плунжером. При этом полость герметичной камеры включает полость сильфона.
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, чтобы корпус кронштейна имел, как и сильфон, цилиндрическую форму.
Целесообразно, чтобы средство для сбора утечек содержало всасывающий и нагнетательный клапаны и каналы, выполненные в корпусе кронштейна и соединяющие полость герметичной камеры со всасывающим и нагнетательным клапанами.
Наличие клапанов с каналами позволяет заполнять герметичную камеру воздухом или парами из емкости дозируемой жидкости на ходе всасывания, и удалять их вместе с утечками из герметичной камеры на ходе нагнетания плунжера.
Целесообразно, нагнетательный клапан соединять с каналом трубкой, выполненной из прозрачного материала.
Наличие прозрачной трубки позволяет визуально контролировать интенсивность потока утечек с целью определения необходимости регулирования степени поджима уплотнения.
Возможен вариант, в котором средство для сбора утечек содержит канал, выполненный в корпусе кронштейна внизу герметичной камеры, трубопровод, соединяющий полость герметичной камеры через указанный канал с патрубком всасывающего клапана насосной головки.
Указанный вариант средства для сбора утечек характеризуется более простой конструкцией, без всасывающего и нагнетательного клапанов.
Согласно одному варианту, средство регулирования степени поджима уплотнения содержит нажимную гайку, установленную в гильзе на резьбе и контактирующую с уплотнением, на хвостовой части гайки, выступающей за торец гильзы, выполнено радиальное отверстие, в котором установлен палец, и диск, на внешней поверхности которого выполнены радиальные отверстия, на внутренней - осевой паз, при этом диск установлен в корпусе кронштейна с возможностью вращения, так что палец нажимной гайки входит в осевой паз диска, при этом в корпусе кронштейна над диском выполнено окно, открывающее доступ по крайней мере к двум радиальным отверстиям диска.
Благодаря такому выполнению степень поджима регулируют поворотом диска, который вращают с помощью штыря, вставляемого в радиальные отверстия диска через открытое окно в корпусе кронштейне. При этом для регулирования степени поджима уплотнения не требуется демонтаж плунжерного насоса.
Для широкого диапазона регулирования степени поджима уплотнения, целесообразно, чтобы длина поперечного паза диска была больше, чем величина осевого хода нажимной гайки
С целью увеличения угла поворота диска, целесообразно на диске выполнять несколько радиальных отверстий, разнесенных с равным интервалом друг от друга, при этом, длина окна должна быть больше углового расстояния между радиальными отверстиями на диске.
Согласно второму варианту, средство регулирования степени поджима уплотнения содержит нажимную гайку, установленную в гильзе на резьбе и контактирующую с уплотнением, на хвостовой части гайки, выступающей за торец гильзы, выполнено радиальное отверстие, в котором установлен палец, диск, на внешней поверхности которого выполнен зубчатый венец, на внутренней - осевой паз, при этом диск установлен в корпусе кронштейна с возможностью вращения так, что палец нажимной гайки входит в осевой паз диска, и вал с шестерней, находящейся в зацеплении с зубцзами диска, герметично установленный с возможностью вращения в отверстии корпуса кронштейна и имеющий конец, выступающий за указанный корпус.
Такой вариант выполнения преимущественно может быть использован в плунжерных насосах, предназначенных для дозирования токсичных и иных опасных жидкостей, поскольку регулирование осуществляется при сохранении герметичности насоса.
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 с одним вариантом выполнения средства для сбора утечек, продольный разрез;
Фиг.2 - разрез 2-2 на фигуре 1;
Фиг.3 - разрез 3-3 на фигуре 1;
Фиг.4 - вариант выполнения средства регулирования степени поджима;
Фиг.5 - общий вид плунжерного насоса со вторым вариантом выполнения средства для сбора утечек, продольный разрез;
Показанный на Фиг.1, плунжерный насос содержит насосную головку 1, закрепленную на кронштейне 2 и соединенный с кронштейном 2 приводной блок 3,
Насосная головка 1 содержит гильзу 11, плунжер 12, установленный в гильзе 11 с возможностью возвратно-поступательного движения, соединенный с ползуном 31 приводного блока 3, и узел уплотнения плунжера, включающий элемент(ы) 4 уплотнения, установленный на внутренней поверхности 111 гильзы.
Между дном 112 гильзы 11 и торцом 121 плунжера 12, за элементом 4 уплотнения образована рабочая камера 13, с выполненными в гильзе 11 каналами 14, 15 с всасывающим и нагнетательным клапанами 16, 17, соответственно, например, шариковыми клапанами.
Кронштейн 2 выполнен в виде корпуса, преимущественно цилиндрического. В предпочтительном варианте, корпус кронштейна состоит из двух соединенных между собой частей 21 и 22. Часть 22 корпуса соединена с приводным блоком 3, а в расточке второй части 21 закреплена гильза 11 насосной головки 1.
Плунжерный насос снабжен средством для сбора утечек дозируемой жидкости из рабочей камеры 13.
Средство для сбора утечек содержит эластичный элемент, размещенный внутри корпуса кронштейна 2.
Указанный эластичный элемент выполнен в виде сильфона 5, охватывающего плунжер 12. С одной стороны сильфон 5 герметично закреплен через диск 51 на внутренней поверхности корпуса 21 кронштейна 2, со стороны открытого торца гильзы 11. С другой стороны сильфон 5 герметично закреплен на диске 52, который герметично установлен на плунжере 12.
Диск 52 закреплен на плунжере 12 через уплотнение 53 с возможностью возвратно-поступательного перемещения вместе с плунжером 12.
При этом, сильфон 5, диски 51, 52 и внутренняя поверхность части 21 корпуса кронштейна 2 образуют герметичную камеру, гидравлически связанную с рабочей камерой 13, служащую герметизирующим элементом, обеспечивающим герметичность плунжерного насоса. В дальнейшем, для упрощения описания плунжерного насоса и его работы полость 54 герметичной камеры будет также именоваться полостью сильфона 5.
Сильфон 5 выполнен из химически стойкого материала, например на основе фторопласта.
В корпусе 21 кронштейна 2 выполнены каналы 55 и 56, соединяющие полость 54 герметичной камеры, соответственно, со всасывающим и нагнетательным клапанами 57, 58, например пластинчатыми. В предпочтительном варианте, показанном на Фиг.2, канал 56 соединен с нагнетательным клапаном 58 трубкой 59, выполненной из прозрачного материала, например полимерного материала. Трубка 59 герметично соединена с каналом 56 и клапаном 58.
Всасывающий клапан 57 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 58 выполнен с возможностью соединения с трубопроводом (не показан), соединенным с емкостью для сбора утечек или емкостью дозируемой жидкости (не показаны).
Возможно иное выполнение средства для сбора утечек, показанное на Фиг.5.
Согласно данному варианту, средства для сбора утечек также, как и в описанном выше варианте, содержит герметичную камеру, гидравлически связанную с рабочей камерой 13, и образованную сильфоном 5, диском 51, 52 и внутренней поверхностью части 21 корпуса кронштейна 2.
В нижней части корпуса 21 (нижней части герметичной камеры), выполнен канал 56, соединенный трубопроводом 561 со всасывающим патрубком 562 всасывающего клапана 16 насосной головки 1 со стороны, противоположной каналу 14 гильзы 11. Канал 56 соединяет полость 54 герметичной камеры через трубопровод 561 со всасывающим патрубком 562 всасывающего клапана 16 насосной головки 1.
Возможно иное выполнение эластичного элемента герметичной камеры. Например, при дозировании нетоксичных жидкостей, эластичный элемент герметичной камеры может быть выполнен в виде расположенной в корпусе кронштейна диафрагмы, герметично соединенной с одной стороны с корпусом кронштейна, а с другой стороны с плунжером с возможностью возвратно-поступательного перемещения вместе с плунжером.
Расположение эластичного элемента в корпусе кронштейна предохраняет этот элемент от возможных повреждений.
Узел уплотнения плунжерного насоса содержит элемент 4 уплотнения, установленный на внутренней поверхности 111 гильзы 11 и средство регулирования степени поджима элемента 4 уплотнения.
В зависимости от конструкции, узел уплотнения может содержать один или несколько элементов уплотнения. При этом могут быть использованы известные уплотнительные элементы, например, манжеты, набивки и т.п.
Средство регулирования степени поджима элемента уплотнения содержит нажимную гайку 6, установленную на резьбе внутренней поверхности гильзы 11, с возможностью контакта с уплотнительным элементом 4.
Нажимная гайка 6 имеет хвостовую часть 61, выступающую за торец гильзы 11. На хвостовой части 61 нажимной гайки 6 выполнено радиальное отверстие 62, в котором установлен цилиндрический палец 69.
Кроме того, средство для регулирования степени поджима элемента уплотнения содержит диск 7, на внутренней поверхности которого выполнен осевой паз 71. Диск 7 установлен, с возможностью вращения, в расточке корпуса 21 кронштейна 2 над хвостовой частью 61 нажимной гайки 6 таким образом, что палец 69 входит в указанный паз 71. При этом, длина паза 71 определяется необходимой величиной осевого хода нажимной гайки 6 для осуществления поджима уплотнительного элемента 4. Указанная величина осевого хода нажимной гайки определяется известным образом с учетом конструкции и материала уплотнительного элемента 4.
На наружной поверхности диска 7 выполнены радиальные отверстия 72, разнесенные с равными интервалами друг от друга.
На корпусе 21 кронштейна 2, над диском 7 выполнено окно 8, длина которого больше углового расстояния между радиальными отверстиями 72 на диске 7. Количество отверстий зависит от выбранной длины окна 8. Окно 8 снабжено крышкой 81, герметично его закрывающей.
Возможен иной вариант выполнения средства для регулирования степени поджима, показанный на Фиг.4, который преимущественно может быть использован при дозировании токсичной жидкости. В данном варианте на диске 7 выполнен зубчатый венец 73, находящийся в зацеплении с шестерней 91 вала 9, установленного с, возможностью вращения, герметично (через уплотнение) в отверстии корпуса 21 кронштейна. Конец 92 вала выступает за корпус 21 кронштейна и имеет лыски для его вращения. В данном варианте регулирование степени поджима осуществляют при сохранении герметичности насоса (без открытия крышки).
Описанный плунжерный насос работает следующим образом.
Дозирование жидкости в предлагаемом насосе осуществляется по известному для плунжерных насосов принципу.
При возвратно-поступательном движении плунжера 12 в гильзе 11, в рабочей камере 13 поочередно создается разряжение и сжатие, в результате чего дозируемая жидкость поступает из всасывающего трубопровода (не показан) через всасывающий клапан 16, рабочую камеру 13 в нагнетательный клапан 17 и далее в нагнетательный трубопровод (не показан).
При этом, в процессе работы плунжерного насоса некоторая часть дозируемой жидкости через элементы уплотнения проникает в полость 54 герметичной камеры.
На ходе всасывания, в полости 54 герметичной камеры создается разрежение, всасывающий клапан 57 открывается и полость 54 герметичной камеры заполняется атмосферным воздухом или парами из емкости (не показана) дозируемой жидкости. Одновременно, в полость 54 герметичной камеры поступают утечки из рабочей камеры 13.
На ходе нагнетания, в полости 54 герметичной камеры давление повышается, всасывающий (воздушный) капан 57 закрывается, а нагнетательный клапан 58 открывается и воздух (пары) с утечками жидкости через канал 56, прозрачную трубку 59 и нагнетательный клапан 58 удаляются из полости 54 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 59.
При выполнении средства сбора утечек, показанном на Фиг.5, сбор и удаление утечек осуществляют следующим образом.
При ходе всасывания плунжерного насоса в полости 54 герметичной камеры создается разрежение и в полость 54 герметичной камеры через всасывающий патрубок 562, трубопровод 561, канал 56 поступает дозируемая жидкостью из емкости (не показана) дозируемой жидкости. Одновременно в полость 54 герметичной камеры поступают утечки из рабочей камеры 13. На ходе нагнетания плунжерного насоса дозируемая жидкость вместе с утечками по каналу 56, трубопроводу 561 удаляются из полости 54 герметичной камеры через всасывающий клапан 57 обратно в рабочую камеру 13 насосной головки 1.
Согласно варианту выполнения средства регулирования степени поджима уплотнения, показанному на Фиг.1 и Фиг.3, регулирование степени поджима уплотнения осуществляют следующим образом.
Открывают крышку 81 на корпусе кронштейна 2 плунжерного насоса, вставляют в открывшееся радиальное отверстие 72 на диске 7 штырь (не показан) и поворачивают в ту или иную сторону диск 7 в радиальном направлении. При этом крутящий момент через паз 71 и палец 69 передается нажимной гайке 6, которая, вращаясь в резьбе гильзы 11, перемещается вдоль гильзы в нужном направлении, увеличивая или уменьшая степень поджима.
Согласно варианту средства регулирования степени поджима уплотнения, показанному на Фиг.4, регулирование степени поджима уплотнения осуществляют поворотом вала - шестерни 9 с внешней стороны корпуса 21, в ту или иную сторону. При этом диск 7, зубчатый венец 73 которого находится в зацеплении с шестерней 91 вала 9, начинает вращаться и крутящий момент передается через паз 71 и палец 69 нажимной гайке 6, которая, вращаясь в резьбе гильзы 11, перемещается вдоль гильзы в нужном направлении, увеличивая или уменьшая степень поджима.
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.