МУЛЬТИПЛИКАТОРНАЯ НАСОСНАЯ УСТАНОВКА СВЕРХВЫСОКОГО ДАВЛЕНИЯ
BOOSTER SUPERHIGH-PRESSURE PUMP UNIT

Изобретение относится к насосам, а именно к плунжерным гидравлическим мультипликаторным насосным установкам сверхвысокого давления, которые используются в качестве силового агрегата высокопроизводительных гидрорезных комплексов, применяемых при резке, раскрое и изготовлении деталей различной конфигурации, в том числе со сложными, объемными поверхностями, а также для очистки и доводки поверхностей изделий, карьерной разработки и добычи полезных ископаемых.
Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту из уровня техники является мультипликаторная установка сверхвысокого давления, которая состоит из двух соединенных плунжерных гидравлических мультипликаторов, ресивера, соединяющего их напорные гидролинии, а также из гидросистем приводов мультипликаторов (см. Патент США №5337561, F15В 3/00, публ. 1994 г.).
Известная установка позволяет получить на выходе суммарный расход от двух мультипликаторов, а также значительно уменьшить скачки давления, возникающие при реверсе каждого мультипликатора путем управления работой мультипликаторов так, чтобы реверс одного мультипликатора происходил во время рабочего хода другого. Для этого предлагаются схемы управления радиально поршневыми насосами переменной производительности. Каждый такой насос обеспечивает работу одного мультипликатора.
Несмотря на то, что данная схема позволяет снизить пульсации давления на выходе, близкого к такому эффекту, можно добиться путем подбора объема ресивера для одиночного мультипликатора. При этом данная схема не направлена на повышение долговечности гильз мультипликаторов, работающих при циклически действующих нагрузках. При работе мультипликатора общий уровень максимальных и минимальных значений эквивалентных напряжений на внутренних поверхностях гильз остается таким же, как у одиночного мультипликатора, также не изменяется амплитуда колебаний давления в гильзах при работе мультипликаторов.
В основу изобретения положена задача разработать мультипликаторную насосную установку сверхвысокого давления, в которой простыми техническими средствами достигается возможность повышения долговечности деталей плунжерного гидравлического мультипликатора, работающих при циклически изменяющихся сверхвысоких давлениях до 600 МПа. Это достигается путем значительного снижения эквивалентных напряжений во внутренней, наиболее нагруженной поверхности рабочей гильзы плунжерного гидравлического мультипликатора. На фоне снижения эквивалентных напряжений снижается также и амплитуда колебаний давления при работе плунжерного гидравлического мультипликатора, что приближает вид нагружения гильзы от циклического к статическому.
Поставленный технический результат достигается за счет того, что в мультипликаторной насосной установке сверхвысокого давления, организованной, по меньшей мере, из двух соединенных между собой плунжерных гидравлических мультипликаторов, согласно изобретению корпуса одного из них выполнены из двух соосно расположенных один в другом цилиндров, с возможностью образования между внешними поверхностями внутренних цилиндров и внутренними поверхностями внешних цилиндров полостей, функционально являющихся бандажными, при этом они через ресивер соединены с рабочими полостями высокого давления второго мультипликатора, которые в свою очередь через упомянутый ресивер соединены с рабочими полостями высокого давления первого мультипликатора.
Оптимально ресивер, соединенный с рабочими полостями второго мультипликатора через обратные клапаны высокого давления, также соединять через обратный клапан с ресивером, соединенным с рабочими полостями высокого давления первого мультипликатора.
Предлагаемая мультипликаторная насосная установка сверхвысокого давления содержит плунжерный гидравлический мультипликатор 1 (низшей ступени сжатия), соединенные с его рабочими полостями 2 и 3 два всасывающих клапана 4 и 5, а также два напорных клапана 6 и 7. Напорные клапаны 6 и 7 по каналу 8 соединены с ресивером 9. Мультипликаторная насосная установка сверхвысокого давления содержит также плунжерный гидравлический мультипликатор 10 (высшей ступени сжатия), который своими рабочими полостями 11 и 12 соединен с всасывающими клапанами 13 и 14, а они в свою очередь соединены с ресивером 9 по каналу 15. При этом рабочие полости 11 и 12 плунжерного гидравлического мультипликатора 10 соединены с напорными клапанами 16 и 17, а те в свою очередь соединены по каналу 18 с ресивером 19. Ресивер 9 соединен с полостями бандажирования 20 и 21 плунжерного гидравлического мультипликатора 10, минуя обратные клапаны по каналу 22. Ресивер 9 и ресивер 19 соединены друг с другом через обратный клапан 23. Работу плунжерных гидравлических мультипликаторов обеспечивают две гидравлические системы 24 и 25 (изображены частично). Подача рабочей жидкости к плунжерному гидравлическому мультипликатору 1 осуществляется через всасывающие клапаны 4 и 5 от системы фильтрации 26 рабочей жидкости.
Мультипликаторная насосная установка сверхвысокого давления работает следующим образом.
Плунжерный гидравлический мультипликатор 1 создает поток жидкости под давлением в два раза ниже максимального давления, развиваемого мультипликаторной насосной установкой сверхвысокого давления. Для этого жидкость под низким давлением от гидравлической системы 24 подается поочередно в полости 27 и 28 с большими эффективными площадями плунжерного гидравлического мультипликатора 1. Плунжер 29 совершает возвратно-поступательные движения, и рабочие полости 2 и 3 поочередно становятся всасывающими или нагнетающими. Жидкость поочередно всасывается через систему фильтрации 26 и клапаны 4 и 5 в полости 2 и 3 с меньшими эффективными площадями, где происходит ее сжатие до рабочего давления первой ступени сжатия. Поток жидкости под рабочим давлением поступает через напорные клапаны 6 и 7 в ресивер 9, который сглаживает пульсации давления, возникающие при реверсе плунжерного гидравлического мультипликатора 1. От ресивера 9 жидкость по каналу 22 поступает напрямую в полости бандажирования 20 и 21, создавая в них постоянный уровень давления, равный давлению в ресивере 9. Также от ресивера 9 жидкость подходит по каналу 15 к всасывающим клапанам 13 и 14, обеспечивая тем самым начальный уровень давления в рабочих полостях 11 и 12 плунжерного гидравлического мультипликатора 10. Работа плунжерного гидравлического мультипликатора 10 аналогична работе плунжерного гидравлического мультипликатора 1, только в рабочих полостях 11 и 12 плунжерного гидравлического мультипликатора 10 происходит повышение давления в два раза по сравнению с плунжерным гидравлическим мультипликатором 1. Жидкость под максимальным давлением через напорные клапаны 16 и 17 поступает в ресивер 19 по каналу 18. От ресивера по каналу 30 жидкость поступает к потребителю, например, к режущему соплу (не показано). В случае работы только плунжерного гидравлического мультипликатора 1 жидкость будет подаваться напрямую от ресивера 9 к ресиверу 19 через обратный клапан 23.
Таким образом, на тактах всасывания внутренние рабочие гильзы 31 и 32 плунжерного гидравлического мультипликатора 10 будут находиться под постоянным давлением, равным давлению в ресивере 9, действующим как на внешние, так и на внутренние их поверхности. Следовательно, эквивалентные напряжения во внутренних поверхностях гильз будут равны нулю (за исключением напряжений, возникающих в гильзах в осевом направлении при сжатии их крышками). На тактах нагнетания давление снаружи гильз составляет 1/2 давления внутри гильз. Такое распределение давлений снижает уровень эквивалентных напряжений в 2 раза по сравнению с небандажируемой гильзой. В результате того, что во внутренней поверхности рабочей гильзы плунжерного гидравлического мультипликатора 10 имеется начальное давление, равное, например, половине максимального для мультипликаторной насосной установки, колебания давления в его гильзах при работе уменьшатся в два раза по сравнению с одноступенчатым сжатием. Это приближает характер нагружения рабочей гильзы от циклического к статическому, что в значительной мере позволит продлить срок службы деталей, работающих при сверхвысоких давлениях.
Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.
Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.
Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для создания потока жидкости при сверхвысоком давлении;
- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;
- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, который позволяет при использовании мультипликаторной насосной установки сверхвысокого давления значительно увеличить срок службы ее деталей, работающих при сверхвысоких давлениях.
Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.