УСТРОЙСТВО ДЛЯ ПЕРЕКАЧИВАНИЯ АБРАЗИВНЫХ ГИДРОСМЕСЕЙ Российский патент 1997 года по МПК F04B15/02 

Изобретение относится к области гидравлических машин для перекачивания абразивных гидросмесей. Предназначено для использования в металлургической, угольной, химической и строительной промышленности для дальнего гидротранспорта и гидроподъема из глубоких шахт сыпучих материалов, а также для подачи промывочной жидкости при бурении нефтяных, газовых и геологоразведочных скважин.

Известен жидкостно-поршневой насос для перекачивания абразиво-содержащих с (авт. св. СССР N 1469978, кл. F 04 B 15/02, 1992 г.), содержащий разделительную камеру, установленную между рабочим цилиндром с рабочей жидкостью и клапанной коробкой, выполненную в виде расположенной вертикально цилиндрической емкости, в средней части которой размещены по меньшей мере два спиралеобразных элемента с возможностью поворота вокруг оси камеры, в каналах которых между витками спиралей и между спиралеобразными элементами установлены перегородки для образования решетчатого сечения разделительной камеры.

Недостатком данной конструкции является наличие нескольких спиралеобразных элементов, неподвижных (вдоль оси камеры) относительно возвратно-поступательного движения потока, которые образуют множество входов, выходов и поворотов потока в решетчатом сечении, что затрудняет образование в нем зоны ламинарного режима потока, а следовательно, ухудшает условия предотвращения проникновения абразивных частиц в цилиндры насоса.

Ближайшим аналогом, имеющим наиболее близкую техническую сущность к предлагаемой конструкции, является устройство для перекачивания пульпы и подобных материалов (см. патент US N 3241496, кл. 417-98, 1966), содержащее поршневой насос, клапанную коробку: разделительную цилиндрическую камеру, установленную вертикально и соединенную трубопроводами с поршневым насосом и клапанной коробкой, разделитель, установленный в камере с зазором относительно ее стенок, представляющий:
а) плоскую плавающую диафрагму или пластину, удельный вес которой больше удельного веса рабочей среды (масла), заполняющий цилиндр насоса, соединительный трубопровод и верхнюю часть разделительной камеры, но меньше удельного веса пульпы (гидросмеси), поэтому она плавает на уровне граничной плоскости гидросмеси и рабочей среды таким образом, что не допускает перемешивание гидросмеси и рабочей жидкости;
б) плоскую плавающую пластину, имеющую периферические выступы, которые заходят и скользят в направляющих углублениях, выполненных вертикально во внутренней стенке разделительной камеры.

Недостатками этого устройства является:
а) недостаточная изоляция насоса от перекачиваемой гидросмеси, содержащей абразивные частицы, которые проникают через кольцевой зазор между плавающей пластиной и стенками камеры;
б) требуется применение специальных рабочих жидкостей (минеральных масел).

Технической задачей изобретения является создание надежного и эффективного устройства для перекачивания абразивных гидросмесей, предотвращающего проникновение абразивных частиц в цилиндры насоса при применении дешевой рабочей жидкости (например, воды).

Поставленная задача достигается тем, что в известном устройстве, содержащем цилиндр с поршнем, клапанную коробку, разделительную цилиндрическую камеру, установленную вертикально и соединенную трубопроводами с цилиндром и клапанной коробкой, плавающий плоский разделитель, установленный в разделительной камере с зазорами относительно ее стенок, предложен разделитель, выполненный в виде полого двухдонного герметического цилиндра со средней плотностью больше плотности рабочей жидкости, но меньше плотности гидросмеси.

Другим отличием является то, что разделитель заполнен рабочим телом, имеющим меньшую по сравнению с водой плотность.

Следующим отличием является то, что устройство снабжено направляющим устройством, выполненным в виде направляющего патрубка и входящего в него полого штока с отверстиями, жестко связанного с верхним дном разделителя.

Следующим отличием является то, что направляющий патрубок вынесен за пределы разделительной камеры и жестко связан с ее верхним дном.

Еще одним отличием является то, что в верхней части разделителя выполнены направляющие выступы.

При работе клапанная коробка, соединительный трубопровод и нижняя часть разделительной камеры (под разделителем) заполнены гидросмесью. Рабочая жидкость находится в цилиндре насоса и в верхней части камеры (над разделителем). В процессе работы под действием турбулентности происходит проникновение абразивных частиц в нижнюю часть разделительной камеры. Вместе с потоком жидкости в камере совершает возвратно-поступательное движение и разделитель.

Конструкция разделителя существенно влияет на его инерционность, минимум которой наступает, когда масса разделителя будет равна массе объема жидкости, вытесненной им. Для этой цели в предлагаемом устройстве принят вариант конструкции герметичного разделителя, выполненного в виде двухдонного полого цилиндра, со средней плотностью больше плотности рабочей жидкости, но меньше плотности гидросмеси.

В период остановок разделитель может занимать крайнее нижнее положение. При запуске насоса в работу в верхнюю часть камеры при ходе нагнетания поступает под давлением рабочая жидкость. Ввиду малого сечения кольцевой щели между цилиндром разделителя и внутренней стенкой камеры резко возрастает давление в верхней части камеры, что может привести к поломке разделителя. Для предотвращения таких случаев к дну разделителя прикреплена пружина, которая при создании определенного перепада давления между верхней и нижней частями разделительной камеры сжимается, что дает возможность разделителю опуститься на некоторую величину, освобождая объем для избыточной рабочей жидкости, которая не успела перетечь в нижнюю часть камеры через кольцевую щель. При каждом следующем цикле нагнетания перетекание рабочей жидкости через кольцевую щель будет уменьшаться до полной ликвидации ее избытка в верхней части камеры. Усилие пружины должно быть достаточным, чтобы при нормальной работе насоса разделитель совершал амплитуду колебаний, равную амплитуде колебаний жидкости без сжатия пружины. Следовательно, одновременно с предохранителем разделителя от поломок пружина обеспечивает стабилизацию зоны колебания разделителя, то есть ограничивает длину хода разделителя вниз.

Кольцевая щель между разделителем и стенками камеры предназначена для создания ламинарного режима при движении в ней жидкости вследствие возвратно-поступательного движения жидкости совместно с разделителем. Наличие ламинарного режима движения жидкости, при котором отсутствует перемешивание в зоне кольцевой щели, является главным условием создания препятствия проникновению абразивных частиц в верхнюю часть разделительной камеры через кольцевую щель. Уменьшение ширины кольцевой щели позволяет обеспечивать стабильный ламинарный режим при более высоких скоростях движения жидкости в разделительной камере, что при заданной производительности дает возможность уменьшить объем, а следовательно, и стоимость разделительного устройства. Стабилизация ламинарного режима достигается сохранением постоянной ширины щели, для чего необходимо исключение или сведение к минимуму люфта, что возможно за счет уменьшения зазоров между направляющим патрубком и штоком и за счет увеличения их длины. При достижении минимально допустимых размеров зазоров дальнейшее уменьшение лифта путем увеличения длины направляющего патрубка и штока приводит к увеличению высоты, а следовательно, и объема разделительной камеры, что повышает ее стоимость и существенно увеличивает инерционность массы среды между поршнем и клапанной коробкой, совершающей возвратно-поступательное движение. Увеличение массы и ее инерционности приводит к уменьшению КПД насоса и к ухудшению кавитационной характеристики. Снижение этих вредных явлений в предлагаемой конструкции достигается за счет вынесения направляющего патрубка за пределы разделительной камеры и выполнения на разделителе направляющих выступов, а чтобы выступы не подвергались износу и не заклинивались от попадания твердых частиц, они выполнены в верхней части разделителя, куда абразивные частицы не проникают. Сочетание направляющего патрубка со штоком и направляющих выступов на разделителе, между которыми и стенками разделительных камер устанавливаются минимально допустимые зазоры, позволяет существенно уменьшить объем разделительной камеры и повысить эффективность работы устройства.

Предложенные технические решения позволяют существенно увеличить эффективность работы устройства за счет повышения надежности защиты цилиндров насоса от абразивных частиц при применении дешевой рабочей жидкости.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства в разрезе; на фиг. 2 - поперечный разрез разделительной камеры.

Устройство для перекачивания абразивных гидросмесей содержит цилиндр 1, в котором с возможностью возвратно-поступательного перемещения установлен поршень 2, разделительную камеру 3, внутри которой расположен плавающий цилиндрический разделитель 4, выполненный в виде полого двухдонного герметичного цилиндра. Цилиндрический разделитель 4 служит для отделения жидкости от перекачиваемой гидросмеси. К разделителю 4 прикреплен полый направляющий шток 5 с отверстиями 6, ограничительную пружину 7 и направляющие выступы 8. Направляющий патрубок 9, прикрепленный к верхнему дну камеры 3, в сочетании с направляющим штоком 5, свободно входящим внутрь патрубка 9, и выступами 8 образуют направляющее устройство, которое обеспечивает соосность возвратно-поступательного движения разделителя 4. Для увеличения жесткости разделителя и уменьшения его инерционности на верхнем дне выполнено отверстие, герметично закрываемое пробкой 10, через которое разделитель заполняется более легкой по сравнению с гидросмесью жидкостью или сжатым газом. Внутри разделительной камеры 3 установлен экран 11 перед входом в соединительную трубу 12, который вместе с пружиной 7 предохраняет от поломок разделитель 4 в период запуска насоса в работу и стабилизирует амплитуду колебания разделителя 4 при нормальной работе. Разделительная камера 3 соединена соединительной трубой 13 с цилиндром насоса 1 и соединительной трубой 12 с клапанной коробкой 14. Всасывание гидросмеси в клапанную коробку 14 осуществляется из зумпфа 15 через всасывающую трубу 16, всасывающий клапан 17, а нагнетание гидросмеси к потребителю осуществляется через нагнетательный клапан 18 в трубу 19. На направляющем патрубке 9 и соединительной трубе 12 выполнены закрываемые пробками отверстия 20 и 21 залива рабочей жидкости и выпуска шлама.

Устройство для перекачивания абразивных гидросмесей работает следующим образом. При ходе поршня 2 вправо в цилиндре 1 создается разряжение, под действием которого пульпа из зумпфа 15 через всасывающую трубу 16, всасывающий клапан 17 поступает в соединительную трубу 12 и нижнюю часть камеры 3. Под действием разряжения жидкость в камере 3 вместе с разделителем 4 поднимается вверх на величину амплитуды колебания. При ходе поршня 2 насоса влево рабочая жидкость из цилиндра 1 вытесняется в камеру 3, жидкость которой вместе с разделителем 4 опускается вниз на величину амплитуды, при этом давление поршня через рабочую жидкость и разделитель 4 передается пульпе в нижней части камеры, под действием которого пульпа через соединительную трубу 12 и нагнетательный клапан 18 выдавливается в нагнетательную трубу 19 к месту назначения. Контакт рабочей жидкости и пульпы в кольцевой щели вместе с разделителем 4 перемещается вдоль внутренней стенки камеры в зоне ламинарного режима, благодаря чему не происходит перемешивание пульпы с рабочей жидкостью, что предотвращает подъем абразивных частиц в верхнюю часть камеры над разделителем 4 и далее в цилиндры насоса.

Использование предлагаемого устройства для перекачивания абразивных гидросмесей позволяет снизить эксплуатационные расходы за счет снижения простоев путем повышения надежности работы и применения дешевой рабочей жидкости.

Использование: в области гидравлических машин для перекачивания абразивных гидросмесей. Сущность изобретения: устройство содержит рабочий цилиндр с поршнем, клапанную коробку, разделительную цилиндрическую камеру, установленную вертикально и соединенную трубопроводами с цилиндром насоса и клапанной коробкой, плавающий разделитель, установленный в разделительной камере с зазором относительно ее стенок. Разделитель выполнен в виде двухдонного герметичного цилиндра со средней плотностью больше плотности рабочей жидкости, но меньше плотности гидросмеси. 5 з.п.ф-лы, 2 ил.

1. Устройство для перекачивания абразивных гидросмесей, содержащее рабочий цилиндр с поршнем, клапанную коробку, разделительную цилиндрическую камеру, установленную вертикально и соединенную трубопроводами с цилиндром насоса и клапанной коробкой, плавающий разделитель, установленный в разделительной камере с зазором относительно ее стенок, отличающееся тем, что разделитель выполнен в виде двухдонного герметичного цилиндра со средней плотностью больше плотности рабочей жидкости, но меньше плотности гидросмеси. 2. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что разделитель заполнен рабочим телом, имеющим меньшую по сравнению с водой плотность. 3. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что оно снабжено направляющим устройством, выполненным в виде направляющего патрубка и входящего в него полого штока с отверстиями, жестко связанного с верхним дном разделителя. 4. Устройство по п. 3, отличающееся тем, что направляющий патрубок вынесен за пределы разделительной камеры и жестко связан с ее верхним дном. 5. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что разделитель со стороны нижнего дна выполнен подпружиненным. 6. Устройство по п. 1, отличающееся тем, что в верхней части разделителя выполнены направляющие выступы.