НАСОС-КОМПРЕССОР
PUMP-COMPRESSOR

Изобретение относится к плунжерным насосам и компрессорами и может использоваться для перекачки воды, нефти и газа, а также агрессивных жидкостей и жидкостей, содержащих механические примеси.
6
6
6
6
6
6
6
6
Известны плунжерные насосы по патентам на изобретение: ЕР 0256389 A2, MПКF04B 1/04 от 30.07.1987 г; ЕР 0256 389 В1, МПК F04B 1/04 от 08.07.1992 г; US 4605359, МПКF04B 27/04, F04B 49/06 от 12.08.1986 г; US 4627793, МПКЕ04В 23/14, F15B 21/04 от 9.09.1986 г; US 5295797, MTIKF07B 1/04 от 22.03.1994 г; US 5642988, МПКF04B 27/04 от 01.07.1997 г; US 7048516 В2, МПКF04B 1/04, F04B 27/04 от 23.05.2006 г; WO 00/71895 А1, МПК F04B 1/107, F04B 1/04 от 30.11.2000 г.
Основной недостаток этих насосов заключается в том, что их плунжерные пары (цилиндр и плунжер) контактируют с перекачиваемой жидкостью. Для надежной работы этих насосов перекачиваемая жидкость должна быть очищена от механических примесей, должна обладать смазывающими свойствами и не должна вызывать коррозию плунжерных пар. Поэтому эти насосы быстро выходят из строя при перекачке воды, содержащей механические примеси и щелочную или кислотную среду.
Известен шланго-мембранно-поршневой насос, фирмы "FELUWAPumpenGmbH", устройство которого представлено в ежеквартальном научно-техническом журнале «Надежность и сертификация оборудования для нефти и газа» №3, 2001 г., стр. 43-49. Дополнительная информация представлена на сайте http://promhimtech.ru/produktsiya/obeirmyie-membrannyie-nasosyi/membrannyie-shlangovyie-nasosyi-bolshoy-proizvoditelnosti-feluwa/.
Основной недостаток этого насоса заключается в том, что возвратно-поступательное движение поршня осуществляется посредством шатуна. Причем для каждого поршня необходим свой кривошипно-шатунный механизм. Это усложняет конструкцию. При этом создается боковая сила, действующая на поршневую пару. Эта боковая сила приводит к износу поршневой пары и уплотнения. Кроме этого шатуны создают динамические нагрузки на подшипники вала. Все это снижает надежность насоса.
Наиболее близким по технической сущности к предполагаемому изобретению является плунжерный насос, известный по патенту RU 2649176 С1 МПК F04B 9/04; F04B 43/067 от 30.03.2018 г., содержащий корпус с плунжерными парами, каждая из которых изолирована от перекачиваемой жидкости эластичной диафрагмой и вал с кривошипами, выполненными в виде диска, отличается тем, что сжатие каждой диафрагмы осуществляется посредством единственного кривошипа, который связан с радиально расположенными плунжерами посредством их опор с возможностью перемещения последних по цилиндрической поверхности кривошипа без отрыва, а каждый из плунжеров снабжен по меньшей мере одним каналом, сообщающим полость его цилиндра в момент всасывания с масляной ванной насоса.
Основной недостаток этого насоса, так же как выше указанного, заключается в том, что, при перемещении опор плунжеров по поверхности кривошипа, плунжерные пары также испытывают боковую нагрузку за счет трения опор о кривошип, хотя и в меньшей степени. Кроме этого насос не способен перекачивать газ, так как при сжатии диафрагмы частично сохраняется ее внутренний объем, заполненный газом. Это не позволяет создать необходимое давление для вытеснения газа.
Задачей изобретения является получение технического результата, выражающегося в снижении боковых нагрузок на плунжерные пары, а также обеспечить перекачку газа и газожидкостной смеси.
Указанная задача в насосе-компрессоре, содержащем корпус с плунжерными парами, каждая из которых изолирована от перекачиваемой жидкости эластичной диафрагмой, и вал с кривошипами, выполненными в виде диска, решается тем, что плунжерные пары объединены в две группы, которые смещены относительно друг друга вдоль оси вала, причем возвратно-поступательное движение плунжеров каждой группы осуществляется отдельным кривошипом посредством его подпружиненной обоймы. При этом полость эластичной диафрагмы снабжена продольной опорой, за счет обжатия которой не остается свободного пространства между диафрагмой и опорой, а каждый из плунжеров снабжен, по меньшей мере, одним каналом, сообщающим полость его цилиндра с масляной ванной в крайнем выдвинутом положении плунжера.
Проведенный научно-технический анализ предложения и уровня техники свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение для специалиста не следует явным образом из уровня техники, при этом признаки изложенной совокупности взаимосвязаны, находятся в причинно - следственной связи с ожидаемым результатом и являются необходимыми и достаточными для его получения.
Изобретение поясняется чертежами, где:
на фиг. 1 изображен частичный фронтальный разрез насоса-компрессора;
на фиг. 2 изображен увеличенный фрагмент фронтального разреза диафрагмы с клапанами;
на фиг. 3 изображен увеличенный фрагмент фронтального разреза кривошипно-плунжерного механизма;
на фиг. 4 изображен общий вид насоса-компрессора с впускным и выпускным патрубками.
Насос-компрессор (см. фиг. 1 и фиг. 3) включает корпус 1 с радиально расположенными плунжерными парами (цилиндры 2 и плунжеры 3). Причем плунжерные пары объединены в две группы, смещенные относительно друг друга вдоль оси вала 4. Возвратно-поступательное движение каждой группы плунжеров 3 осуществляется соответствующим кривошипом 5 и 6. Кривошипы 5 и 6 установлены на валу 4 со смещением вдоль оси вала 4 относительно друг друга и снабжены обоймами 7 и 8. Вал 4 может приводится во вращение, например электродвигателем или гидромотором (не показаны). Кривошипы 5 и 6, для компенсации центробежной силы развернуты относительно друг друга на 180°. Обоймы 7 и 8 снабжены пружинами 9 и 10, концы которых жестко закреплены на корпусе 1 и обоймах 7 и 8. Пружины 9 и 10 не позволяют обоймам 7 и 8 вращаться вокруг оси вала 4. При этом обоймы 7 и 8 под действием кривошипов 5 и 6 могут перемещаться только в радиальном направлении противоположно друг другу, изгибая пружины 9 и 10 и сообщая возвратно-поступательное движение плунжерам 3. За счет этого исключается боковая нагрузка на плунжеры 3, снижается вибрация и соответственно нагрузка на подшипники вала 4. Контакт плунжеров 3 с цилиндрической поверхностью обойм 7 и 8 осуществляется посредством роликов 11 (см. фиг. 3), оси которых снабжены зацепами 12, расположенными в круговых канавках обойм 7 и 8 для выдвижения плунжеров в крайнее положение.
Полость корпуса 1 (масляная ванна) заполнена гидравлическим маслом (не показано) для сжатия герметичных эластичных диафрагм 13 (см. фиг. 2) и сообщается с полостью цилиндров 2 и герметичной полостью корпусов 14 диафрагм 13 через каналы 15 (см. фиг. 3) плунжеров 3 при их крайнем выдвинутом положении. Для перекачки газо-жидкостной смеси или газа диафрагмы 13 могут быть снабжены продольной опорой 16. Продольная опора 16 может быть выполнена, например, в форме пластины, ширина которой равна внутреннему диаметру диафрагмы 13. Когда диафрагмы 13 (см. фиг. 2) принимают первоначальную форму (при отсутствии сжатия), они заполняются перекачиваемой жидкостью или газом (не показаны) через впускные клапаны 17, систему всасывающих труб 18 и патрубок 19 (см. фиг. 4). При сжатии диафрагмы 13 плотно обжимают опоры 16 (см. фиг. 2), не оставляя свободного пространства и перекачиваемая жидкость или газ вытесняется из диафрагм 13 через выпускные клапаны 20, далее через систему нагнетательных труб 21 и патрубок 22 (см. фиг. 4).
Работает насос-компрессор следующим образом: при повороте кривошипов 5 и 6, (см. фиг. 1 и фиг. 2), их обоймы 7 и 8 стремятся также повернуться вслед за кривошипами 5 и 6. Но пружины 9 и 10, которые своими концами жестко закреплены на корпусе 1 и обоймах 7 и 8, не позволяют им вращаться вокруг оси вала 4 вслед за кривошипами 5 и 6. В связи с этим обоймы 7 и 8 вынуждены перемещаются только в радиальном направлении, изгибая пружины 9 и 10 и вынуждая плунжеры 3 совершать возвратно-поступательное движение. При этом исключается боковая нагрузка на плунжеры 3, которая могла бы возникать от вращения кривошипов 5 и 6. Из-за того, что кривошипы 5 и 6 повернуты относительно друг друга на 180°, центробежные силы, возникающие из-за их эксцентриситета, компенсируются. Компенсируются также инерционные нагрузки от радиального перемещения обойм 7 и 8, так как обоймы движутся все время противоположно друг другу. Все это снижает вибрацию и нагрузки на подшипники вала 4 и в целом на конструкцию насоса-компрессора.При крайнем выдвинутом положении плунжеров 3 гидравлическое масло (не показано), из масляной ванны 1 через каналы 15 плунжеров 3 (см. фиг. 3) заполняет цилиндры 2 и герметичные корпуса 14 диафрагм 13. Обоймы 7 и 8 под действием кривошипов 5 и 6 одну часть плунжеров 3 вталкивают в цилиндры 2 посредством роликов 11, а другую часть вытягивают из цилиндров 2 посредством зацепов 12.
В момент вытягивания плунжера 3 из цилиндра 2 давление в нем и корпусе 14 снижается и диафрагма 13 (см. фиг. 2) распрямляясь, заполняется перекачиваемой жидкостью или газом через впускной клапан 17, патрубок 18 и систему всасывающих трубопроводов 19.
В момент вталкивания плунжера 3 в цилиндр 2, канал 15 перекрывается и плунжер 3 сжимает диафрагму 13 (см. фиг. 2) посредством гидравлического масла (не показано). При этом диафрагмы 13 обжимают опору 16, не оставляя свободного пространства, и вытесняют перекачиваемую жидкость или газ (не показаны) через выпускной клапан 20 в систему нагнетательных трубопроводов 21, далее через выпускной патрубок 22.
Таким образом, изобретение позволяет получить технический результат, выражающийся в снижении боковых нагрузок на плунжерные пары, а также в обеспечении перекачки газа и газожидкостной смеси.