КЕССОННЫЙ НАСОС Российский патент 1994 года по МПК F04F1/02 

Изобретение относится к насосостроению, в частности к погружным гидравлическим объемным насосам циклического действия, в которых жидкость перекачивается непосредственно подаваемым под давлением газом.

Известен пневмоприводной насос [1] , содержащий цилиндрическую камеру, снабженную соответственно впускным и выпускным обратными клапанами дифференциальным поршнем и соединенный с источником сжатого газа посредством установленного на поршне двухседельного регулирующего клапана, исполнительный механизм которого выполнен в виде концевого выключателя прямого действия, соединенного посредством демпфирующих элементов в крайних мертвых точках дифференциального поршня со стенками цилиндрической камеры. Принцип действия известного насоса заключается в преобразовании энергии постоянно подаваемого к насосу под давлением газа посредством газораспределения на регулирующем клапане в возвратно-поступательное перемещение дифференциального поршня, под действием которого жидкость всасывается через впускной обратный клапан в камеру и выдавливается из нее через выпускной обратный клапан к потребителю.

Недостатком известного пневмоприводного насоса является ограниченная сфера применения, что обусловлено неприспособленностью поршневых насосов перекачиванию абразивосодержащей жидкости, например, воды с песком, что усугубляется сложностью конструкции, например, невозможностью работы без выпускного обратного клапана, очистка которого от твердых осадков не предусмотрена в конструкции.

Наиболее близким к предлагаемому объекту является выбранный в качестве прототипа пневматический насос замещения, выполненный в виде погруженной в перекачиваемую жидкость рабочей - кессонной камеры, дно которой соединено с напорным трубопроводом и снабжено гидравлическим обратным клапаном перепуска заборной жидкости, а верхняя часть посредством установленного изнутри кессонной камеры и связанного толкателем с гидравлическим обратным клапаном двухстороннего газового обратного клапана соединена с патрубком подачи сжатого воздуха и напорным трубопроводом [2] . Свободный конец напорного трубопровода сообщается с атмосферой так, что при полном опорожнении кессонной камеры и напорного трубопровода давление в ней резко выравнивается с атмосферным. Это ведет к поднятию под давлением гидростатического давления заборной жидкости гидравлического и соединенного с ним газового клапанов. Происходит заполнение кессонной камеры забортной жидкостью с одновременным стравливанием вытесняемого воздуха через газовый клапан и напорный трубопровод в атмосферу. При этом газовый клапан перекрывает доступ воздуха в кессонную камеру через патрубок подачи сжатого воздуха. По мере наполнения кессонной камеры давление забортной жидкости на гидравлический клапан падает, и в определенный момент под гравитационным воздействием обоих клапанов и толкателя, а также давления сжатого воздуха на газовый клапан гидравлический клапан опускается вниз и запирается. Газовый же клапан открывает доступ сжатого воздуха в кессонную камеру и прекращает доступ воздуха из верхней части кессонной камеры непосредственно в напорный трубопровод, что ведет к опорожнению кессонной камеры через напорный трубопровод. Далее цикл повторяется.

Недостатком известного насоса является ограниченная сфера применения, что обусловлено расположением гидравлического клапана на дне кессонной камеры и делает невозможной заправку кессонной камеры забортной жидкостью поверхностного слоя. Указанный недостаток не позволяет производить данным насосом, например, откачку нефти с поверхности водоемом или подъем из колодцев с высокоминерализованной водой наименее соленой воды поверхностного слоя.

Целью изобретения является расширение сферы применения.

Указанная цель достигается тем, что в известной конструкции кессонного насоса, содержащего кессонную камеру с гидравлическим клапаном и соединенную с источником сжатого газа, на кессонной камере ниже уровня окружающей ее жидкости установлен регулирующий орган гидравлического регулирующего клапана, исполнительный механизм которого выполнен в виде поплавка, расположенного внутри кессонной камеры и соединенного с концевым выключателем мгновенного действия, например, пружинным или магнитным. Причем этот же исполнительный механизм соединен с установленным между источником сжатого газа и кессонной камерой регулирующим органом газового регулирующего клапана, который закреплен на кессонной камере.

Таким образом, конструкция насоса с двумя регулирующими клапанами, снабженными общим поплавковым исполнительным механизмом, обеспечивает автоматическое открытие гидравлического и закрытие пневматического клапанов после полного с продувкой опорожнения кессонной камеры с фиксацией этого положения клапанов на период заполнения кессонной камеры, а также автоматическое закрытие гидравлического и открытие пневматического клапанов после заполнения кессонной камеры с фиксацией этого положения клапанов на период опорожнения камеры сжатым газом. Это обеспечивает расширение сферы применения путем придания его работе циклического характера действия.

Сопоставительный анализ с прототипом позволяет сделать вывод, что предлагаемый кессонный насос отличается тем, что дополнительно содержит два регулирующих клапана соответственно гидравлический и газовый, соединенных между собой посредством общего исполнительного механизма, который выполнен в виде установленного в кессонной камере поплавка, соединенного с концевым выключателем мгновенного действия, обеспечивающим фиксацию соответствующих регулирующих органов в открытом и закрытом положении. Таким образом, предлагаемое техническое решение соответствует критерию "новизна".

Сравнение предлагаемого решения с другими техническими решениями показывает, что в аналоге [1] также использован газовый регулирующий клапан с концевым выключателем, установленным между источником сжатого газа и цилиндрической камерой пневмоприводного поршневого насоса, а также гидравлический впускной клапан.

Однако, в указанной связи с остальными элементами кессонного насоса применение газового регулирующего клапана, отличающегося исполнительным механизмом-поплавком, соединенным с концевым выключателем непрямого, а мгновенного действия с фиксацией в крайних положениях, а также придание гидравлическому впускному клапану функций регулирующего клапана путем соединения его с общим для газового и регулирующего клапанов поплавковым исполнительным механизмом способствует наделению насоса новыми свойствами, а именно способностью к надежной работе без используемого в аналоге [1] выпускного клапана в условиях, когда перекачиваемая жидкость является высокоминерализованной, что однозначно расширению сферы применения предлагаемого насоса. Это позволяет сделать вывод о соответствии технического решения критерию "существенные отличия".

На фиг. 1 показана схема кессонного насоса; на фиг. 2 - схематически пример исполнения насоса.

Кессонный насос содержит погруженную в перекачиваемую жидкость кессонную камеру 1, которая соединена снизу с трубопроводом 2 потребителя, а сверху посредством гидравлического клапана 3 с окружающей камеру 1 жидкостью и посpедством газопровода 4 и газового клапана 5 с источником сжатого газа, например, рессивером 6. Внутри камеры 1 установлен поплавок 7, соединенный с концевым выключателем 8 мгновенного действия, образуя в совокупности поплавковый исполнительный механизм 9. Последний соединен с клапаном 3, образуя в совокупности с этим регулирующим органом гидравлический регулирующий клапан 10. Кроме того, механизм 9 соединен с клапаном 5, образуя в совокупности с этим регулирующим органом газовый регулирующий клапан 11. Клапан 3 выполнен, например, в виде обратного клапана, содержащего корпус 12 и затвор 13. Клапан 5 выполнен, например, в виде углового клапана, содержащего корпус 14 и затвор 15. Исполнительный механизм 9 выполнен, например, в виде поплавка 7, соединенного посредством толкателя 16 с затвором 13 и далее с концевым, например, пружинным выключателем 8, содержащим пружину 17, один конец которой шарнирно закреплен на камере 1, а второй шарнир соединен с двумя рычагами соответственно 18, 19. Причем рычаг 18 шарнирно, а рычаг 19 жестко соединены с соответствующими затворами 13 и 15, образуя сообща с ними в кинематическом плане шарнирный параллелограмм.

Кессонный насос работает следующим образом. При крайнем верхнем положении толкателя 16 клапан 3 закрыт, а клапан 5 открыт. В содержащую жидкость камеру 1 из рессивера 6 поступает под давлением газ. Это ведет к образованию в верхней части камеры 1 газовой области повышенного давления, вследствие чего происходит выдавливание жидкости из камеры 1 через трубопровод 2 и соответствующие опускание уровня жидкости внутри камеры 1. При этом поплавок 7 сначала опускается вниз, а затем из-за взаимодействия с толкателем 16 останавливается в таком фиксированном положении вследствие блокировки затвора 13, вызванной наличием перепада давления между его сторонами, обращенными соответственно наружу и во внутрь камеры 1. Такая блокировка затвора 13 сохраняется вплоть до полного опорожнения камеры 1 и продувки трубопровода 2. Далее в результате выравнивания давления внутри камеры 1 с атмосферным, затвор 13 разблокируется и под действием массы поплавка 7 вместе с толкателем 16 и рычагами 18, 19 опускается вниз, поворачивая затвор 15. Клапан 3 открывается, а клапан 5 закрывается. Причем под действием выключателя 8 этот процесс происходит скачком так как сначала пружина 17 сжимается, запасая энергию, а затем зажимается ударно воздействуя на затворы 13, 15 и фиксируя их новое положение. Через клапан 3 в камеру 1 наливается жидкость. В определенный момент вследствие поднятия уровня жидкости в камере 1 поплавок 7 всплывает и надавливает на толкатель 16, что ведет к повороту затворов 13, 15 и поднятию рычагов 18, 19. Клапан 3 закрывается, а клапан 5 открывается. Причем, под действием выключателя 8 этот процесс происходит скачком так как сначала пружина 17 сжимается, запасая энергию, а затем разжимается ударно воздействуя на затворы 13, 15 и фиксируя их новое положение. Через клапан 5 в заполненную жидкостью камеру 1 из рессивера 6 под давлением поступает газ, выдавливая жидкость через трубопровод 2. Далее данный цикл повторяется.

Оснащение кессона регулирующими клапанами 10, 11 с единым исполнительным механизмом 9 способствует расширению сферы применения кессонов на область, где требуется не одноразовый, а независимый по объему перекачиваемой жидкости от емкости кессонной камеры насос. Кроме того, отсутствие на напорном трубопроводе 2 дополнительных приспособлений и присутствие в рабочем цикле момента продувки, т. е. очистки трубопровода 2 сжатым газом из кессонной камеры 1 выгодно отличает предлагаемый насос от других насосов в плане упрощения конструкции, повышения надежности и неприхотливости к свойствам перекачиваемой жидкости, расширения сферы применения. (56) 1. Авторское свидетельство СССР N 576434, кл. F 04 D 9/12, 1977.

2. Авторское свидетельство СССР N 1126726, кл. F 04 F 1/00, 1983.

Использование: в погружных гидравлических объемных насосах циклического действия. Сущность изобретения: затвор патрубка подачи сжатого газа с газовым клапаном соединен с затвором гидравлического клапана. Выключатель установлен на насосной камере. Поплавок расположен внутри насосной камеры. Гидравлический клапан расположен в верхней части насосной камеры и соединен затвором с выключателем и поплавком. Газовый клапан выполнен угловым, выключатель - пружинным. 1 з. п. ф-лы, 2 ил.

1. КЕССОННЫЙ НАСОС, содержащий кессонную камеру с гидравлическим клапаном, напорный трубопровод, патрубок подачи сжатого газа с газовым клапаном, затвор которого соединен с затвором гидравлического клапана, отличающийся тем, что дополнительно содержит выключатель, установленный на кессонной камере, и поплавок, расположенный в кессонной камере, гидравлический клапан расположен в верхней части кессонной камеры и, как и газовый клапан, соединен своим затвором с выключателем и поплавком. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что газовый клапан выполнен угловым, а выключатель - пружинным.