ГИДРОПРИВОДНОЙ НАСОС Российский патент 1998 года по МПК F04B9/103 

Изобретение относится к насосостроению, а конкретно к насосам объемного вытеснения с гидравлическим приводом, и может быть использовано в качестве оборудования насосных установок и станций в различных отраслях промышленности, например на нефтепромыслах для поддержания давления в нефтяных пластах.

Известен объемный насос, содержащий установленный в корпусе с возможностью возвратно-поступательного перемещения рабочий орган с двумя поршнями. Один из поршней рабочего органа размещен во втулке с образованием рабочей камеры. В корпусе и на рабочем органе имеется система уплотнений, предназначенная для исключения протечек жидкостей. В корпусе выполнены отверстия для подсоединения к приводной гидросистеме и к всасывающей и нагнетательной магистралям перекачиваемой жидкости [1].

Анализ данной конструкции насоса свидетельствует о сложности его изготовления и эксплуатации, что характерно для поршневых насосов. Это обусловливает высокую стоимость и небольшой ресурс работы. Отсутствие амортизаторов между периодически контактирующими элементами насоса снижает надежность его работы. Кроме того, устройство имеет ограниченные эксплуатационные возможности, поскольку его конструкция не допускает переналадки насоса на другие условия работы (например, по подаче и давлению).

Известен насос, содержащий корпус, внутри которого в гильзе размещен плунжер, и прикрепленную к торцу корпуса головку с установленными в ней всасывающим и нагнетательным клапанами, связанными с рабочей камерой насоса [2] - наиболее близкий аналог.

Данная конструкция плунжерного насоса тоже сложна в изготовлении и эксплуатации, что повышает стоимость насоса и снижает его ресурс. Взаимодействие между поверхностями скольжения гильзы и плунжера происходит на большой длине, что обусловливает значительные силы трения и износ. Этот насос характеризуется увеличенными габаритами и массой, поскольку диаметр корпуса значительно больше диаметра плунжера и имеет ограниченные эксплуатационные возможности ввиду отсутствия сменных деталей других размеров.

Задачами, решаемыми настоящим изобретением, являются упрощение и удешевление изготовления насоса, повышение срока его службы, а также расширение эксплуатационных возможностей.

Поставленные задачи решаются благодаря тому, что в гидроприводном насосе, содержащем корпус с системами уплотнений и размещенным в его полости с возможностью возвратно-поступательного перемещения рабочим органом, а также прикрепленные к торцам корпуса крышки, в одной из которых выполнено по крайней мере одно отверстие для подсоединения к приводной гидросистеме, а во второй - по крайней мере одно отверстие для подсоединения к всасывающей и нагнетательной магистралям, корпус насоса выполнен сборным, а рабочий орган представляет собой диск с закрепленными на его торцах плунжерами. Диск имеет дренажные отверстия и по крайней мере один кольцевой элемент (например, выступ или канавку), предназначенный для взаимодействия с датчиками положения рабочего органа, установленными на корпусе. На торцах рабочего органа установлены амортизаторы. Расширение эксплуатационных возможностей устройства достигается тем, что по крайней мере один из плунжеров выполнен сменным, причем сменные плунжеры имеют различные диаметры, по крайней мере один из элементов корпуса также выполнен сменным, причем сменные элементы корпуса имеют диаметры уплотняющей поверхности, соответствующие диаметрам сменных плунжеров. По крайней мере одна из систем уплотнений плунжеров может быть установлена во втулке, закрепленной в корпусе, втулка может быть выполнена сменной, причем сменные втулки имеют диаметры уплотняющей поверхности, соответствующие диаметрам сменных плунжеров.

При проведении патентных исследований не обнаружены технические решения, полностью соответствующие предложенному, а следовательно, предложенное техническое решение соответствует критерию изобретения "новизна".

Анализ известных технических решений показывает, что сущность предложенного изобретения не следует явным образом из известных, а следовательно, заявляемая конструкция насоса соответствует критерию изобретения "изобретательский уровень".

Сведений, изложенных в материалах заявки, достаточно для использования изобретения, а следовательно, предложенное решение соответствует критерию изобретения "промышленная применимость".

Сущность изобретения поясняется чертежами, где на фиг. 1 изображен гидроприводной насос в разрезе; на фиг. 2 иллюстрируется возможность использования сменных деталей; на фиг. 3 показано исполнение узлов уплотнений.

Гидроприводной насос содержит корпус и установленный в корпусе рабочий орган. К корпусу насоса с одного его торца прикреплена крышка 1, причем сам корпус выполнен сборным, из корпусных элементов, например цилиндров 2, 3 и 4, а к другому торцу корпуса прикреплена крышка 5. В крышке 1 выполнены входное 6 и выходное 7 отверстия, а в крышке 5 - отверстие 8. Детали корпуса соединены друг с другом известным образом, например посредством фланцев с крепежными элементами (позициями не обозначены). Герметизацию корпуса обеспечивают уплотнения 9-11. Корпусные элементы, например, 2 и 4 снабжены системами уплотнений 12 и 13. В корпусе насоса выполнено дренажное отверстие 14. На корпусе насоса установлены датчики 15 положения рабочего органа.

Рабочий орган насоса содержит два плунжера 16 и 17, смонтированных на диске 18, который снабжен кольцевым выступом 19 и дренажными отверстиями 20 и 21. Плунжер 16 закреплен на диске 18 посредством крышки 22, стяжки 23 и гаек 24 и 25. Герметизация полости плунжера обеспечивается уплотнениями 26 и 27. На крышке 22 установлен амортизатор 28. Другой плунжер 17 закреплен на диске 18 посредством крышки 29, стяжки 30, гаек 31 и 32. Герметизация полости плунжера обеспечивается уплотнениями 33 и 34. На крышке 29 установлен амортизатор 35. Амортизаторы 28 и 35 могут быть установлены на крышках 1 и 5.

Предложенная конструкция допускает возможность использования сменных плунжеров разных диаметров, например плунжера 17, и соответствующих сменных элементов корпуса, например цилиндра 4 с системой уплотнений 13, при сохранении общих деталей рабочего органа, например, 18 и 29 и корпуса (см. фиг. 2).

Системы уплотнений 12 и 13 (или какая-либо одна из них) могут быть установлены в отдельных втулках 36 и 39 (см. фиг.3), закрепленных в корпусе, например, в цилиндрах 2 и 4 и зафиксированных, например, сегментными упорами 37 и 40 с крепежными деталями (не показано). Герметизация между стенками втулок 36 и 39 и внутренними поверхностями элементов корпуса 2 и 4 обеспечивается уплотнениями 38 и 41. Указанные втулки могут быть выполнены сменными в комплекте со сменными плунжерами. Корпус насоса может быть выполнен без элемента 3.

Необходимо отметить, что выполнение в крышке 1 двух отверстий, а в крышке 5 одного отверстия не является единственным условием функционирования гидроприводного насоса. Конструктивно подача и слив рабочей жидкости, а также соединение с всасывающей и нагнетательной магистралями перекачиваемой жидкости могут быть решены различными способами, в том числе и путем размещения соответствующих клапанов в самих крышках (не показано).

Системы уплотнений 12 и 13 плунжеров, как правило, включают компенсаторы износа - направляющие скольжения. Выполнение систем уплотнений может быть различным, оно не является предметом защиты и поэтому в материалах заявки не раскрыто. Амортизаторы 28 и 35 изготовлены из полиамида или другого упругого материала, отвечающего условиям работы в определенных жидкостях.

Данное устройство устанавливается, как правило, вертикально.

Гидроприводной насос работает следующим образом.

Отверстия 6 и 7, выполненные в крышке 1, подсоединяют соответственно к клапанам на всасывающей и нагнетательной магистралях перекачиваемой жидкости (не показано). Клапаны могут быть встроены непосредственно в крышку 1. Отверстие 8, выполненное в крышке 5, соединяют с гидрораспределителем системы гидропривода (не показано).

При подаче рабочей жидкости (масла) через отверстие 8 в полость цилиндра 4 осуществляется перемещение плунжерного рабочего органа в направлении к крышке 1, в результате чего плунжер 16 вытесняет перекачиваемую жидкость из полости цилиндра 2 через отверстие 7 в нагнетательную магистраль. Обратный ход рабочего органа осуществляется за счет давления жидкости, втекающей в полость цилиндра 2 через отверстие 6 из всасывающей магистрали. При этом рабочая жидкость из цилиндра 4 через отверстие 8 сливается обратно в систему гидропривода.

Ход плунжерного рабочего органа контролируется датчиками 15, которые фиксируют прохождение кольцевого выступа на диске 18. Сигналы от датчиков обеспечивают управление системой гидропривода. Амортизаторы 28 и 35 предназначены для смягчения контакта плунжерного рабочего органа с крышками 1 и 5 в случаях нарушения управления системой гидропривода. При нормальной работе насоса между амортизаторами и крышками обеспечивается определенный зазор.

Наличие в диске 18 дренажных отверстий 20 и 21 позволяет сохранить близкое к атмосферному давление воздуха в полостях плунжеров 16 и 17 при высоких давлениях в жидкостных полостях цилиндров 2 и 4. Кроме того, контроль утечек через дренажное отверстие 14 в корпусе позволяет следить за работоспособностью систем уплотнений 12, 13 и уплотнений 26, 27, 33, 34.

В случае необходимости работы насоса в другом режиме (по подаче и давлению) осуществляют его переналадку. Для этого на диске 18 монтируют другой плунжер, например, 17 заданного диаметра и устанавливают другой цилиндр 4 с соответствующим диаметром уплотняющей поверхности. Снабженная системой уплотнений 13 уплотняющая поверхность цилиндра 4 обеспечивает герметизацию полости этого цилиндра и соосное перемещение рабочего органа. Системы уплотнений 12 и 13 могут быть установлены в отдельных втулках 36 и 39, закрепляемых в корпусных элементах. Каждая сменная втулка имеет определенный диаметр внутренней уплотняющей поверхности в соответствии с диаметром сменного плунжера.

Вертикальное положение насоса обеспечивает осевую симметрию нагрузок на детали насоса, равномерность хода плунжерного рабочего органа, а также равномерный износ плунжеров и систем уплотнений, особенно при перекачивании жидкостей с механическими примесями.

Использование плунжеров вместо поршней упрощает и удешевляет изготовление насоса ввиду отсутствия точной обработки внутренней поверхности цилиндров на большой длине.

Предложенная конструкция обеспечивает удобство сборки-разборки и возможность использования сменных плунжеров.

Введение в конструкцию насоса сменных втулок существенно упрощает контроль и замену систем уплотнений 12 и 13, а также позволяет обеспечить применение сменных плунжеров без замены основных элементов корпуса.

Наличие амортизаторов 28 и 35 повышает надежность работы и ресурс насоса.

Контроль за перемещением плунжерного рабочего органа с помощью датчиков положения 15 обеспечивает возможность автоматического управления системой гидропривода и, следовательно, работой насоса по заданной программе в составе насосной установки или станции.

Раскрытые выше особенности конструкции гидроприводного насоса позволяют значительно расширить его эксплуатационные возможности, упростить изготовление и монтаж элементов насоса, повысить срок их службы, снизить стоимость изготовления и эксплуатации насоса.

Использование: в насосах объемного вытеснения с гидравлическим приводом, в качестве оборудования насосных установок и станций в различных отраслях промышленности, например на нефтепромыслах для поддержания давления в нефтяных пластах. Сущность изобретения: содержит корпус с системами уплотнений, выполненный сборным из элементов, соединенных друг с другом. В корпусе размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения рабочий орган, выполненный в виде диска с закрепленными на нем плунжерами, которые снабжены амортизаторами. Диск имеет дренажные отверстия и кольцевой элемент, предназначенный для взаимодействия с датчиками положения рабочего органа, установленными на корпусе. По крайней мере один из плунжеров и соответствующий элемент корпуса могут быть выполнены сменными, причем сменные детали отличаются диаметром уплотняющей поверхности. Системы уплотнений могут быть установлены в отдельных втулках, закрепленных в корпусе с возможностью их замены. 8 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гидроприводной насос, содержащий корпус с системами уплотнений и размещенным в его полости с возможностью возвратно-поступательного перемещения рабочим органом, а также прикрепленные к торцам корпуса крышки, в одной из которых выполнено по крайней мере одно отверстие для подсоединения к приводной гидросистеме, а во второй по крайней мере одно отверстие для подсоединения к всасывающей и нагнетательной магистралям, отличающийся тем, что корпус насоса выполнен сборным, а рабочий орган представляет собой диск с закрепленными на его торцах плунжерами. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что в диске выполнены дренажные отверстия. 3. Насос по п.1, отличающийся тем, что на корпусе установлены датчики положения рабочего органа. 4. Насос по п.1, отличающийся тем, что на диске выполнен по крайней мере один кольцевой элемент, предназначенный для взаимодействия с датчиками положения. 5. Насос по п.1, отличающийся тем, что на торцах рабочего органа установлены амортизаторы. 6. Насос по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один из плунжеров выполнен сменным, причем сменные плунжеры имеют различные диаметры. 7. Насос по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере один из элементов корпуса выполнен сменным, причем сменные элементы имеют диаметры уплотняющей поверхности, соответствующие диаметрам сменных плунжеров. 8. Насос по п.1, отличающийся тем, что по крайней мере одна из систем уплотнений установлена во втулке, закрепленной в корпусе. 9. Насос по п.8, отличающийся тем, что втулка выполнена сменной, причем сменные втулки имеют диаметры уплотняющей поверхности, соответствующие диаметрам сменных плунжеров.