ПНЕВМОПРИВОДНОЙ НАСОС Российский патент 1998 года по МПК F04B43/06 

Изобретение относится к насосостроению, касается пневмогидроприводных насосов и может найти применение для перекачки различных текучих сред, в том числе агрессивных.

Известен мембранный пневмоприводной насос, содержащий корпус, две мембраны, жесткие центры которых связаны в мембранный блок при помощи штока, камеры привода мембранного блока, сообщенные каналами (полостями) с распределительным устройством - золотником, корпус выполнен с центральной перегородкой, расположенной между мембранами. В центральной перегородке корпуса размещен распределительный золотник, подпружиненный относительно мембран [1] .

Недостатком этого насоса является то, что золотник кинематически связан с мембранным блоком через пружины. Фиксация золотника в крайних положениях осуществляется только давлением приводной среды. При выключении насоса, т.е. при отсутствии приводной среды, мембранный блок вследствие упругости мембран установится в среднее положение, а через пружины и золотник установится в среднее положение, т.е. перекроет канал подвода воздуха и каналы стравливания в атмосферу. Для того чтобы запустить насос из этого положения, золотник необходимо принудительно сдвинуть в одно из крайних положений. Даже если мембранный блок при отсутствии приводной среды и не занимает стабильно среднее положение (вследствие упругости мембран), то он может его занять случайно при остановке насоса.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату является пневмогидроприводной насос, содержащий корпус, мембранный блок, камеры привода мембранного блока, сообщенные каналами с распределительным устройством в виде установленного в цилиндрической расточке корпуса золотника с камерами под его торцами, сообщенными каналами управления с магистралью питания, и управляющее устройство, сообщающееся с камерой одного из торцов золотника и взаимодействующее с мембранным блоком, при этом камеры золотника снабжены дополнительными каналами управления с магистралью питания, причем в одном из них установлен дроссель [2].

Недостатком этого насоса является низкая надежность из-за того, что при остановке насоса управляющее устройство и золотник могут занять некое среднее положение, при котором оба клапана управляющего устройства будут открыты, а хвостовики золотника будут одинаково перекрывать подводящие каналы управления, в этом случае не будет разности давления на торцы золотника, и его или мембранный блок нужно будет принудительно сдвинуть в одном из крайних положений, чтобы запустить насос.

В основу данного изобретения положена задача повышения надежности работы насоса, т. е. создание такого пневмоприводного насоса, конструкция которого позволила бы надежно запускать насос при любых положениях мембранного блока и основного золотника.

Эта задача решается тем, что в пневмоприводном насосе, содержащем корпус, мембранный блок, камеры привода мембранного блока, сообщенные каналами с распределительным устройством в виде установленного в цилиндрической расточке корпуса золотника с камерами под его торцами, сообщенными каналами управления с магистралью питания, и управляющее устройство, сообщающееся с камерой одного из торцов золотника и взаимодействующее с мембранным блоком, при этом камеры золотника снабжены дополнительными каналами управления с магистралью питания, причем в одном из них установлены дроссель, согласно изобретению, корпус выполнен с центральной перегородкой, расположенной между мембранами, в которой размещено управляющее устройство, выполненное в виде вспомогательного золотника с проточкой, имеющего два фиксированных положения и взаимодействующего с мембранным блоком в крайних положениях, а торцы золотника имеют неравные площади, причем камера под торцом с большей площадью соединена с одной стороны с атмосферой через проточку вспомогательного золотника, а с другой стороны с магистралью питания через дроссель.

Известно выполнение корпуса пневмоприводного насоса с центральной перегородкой, расположенной между мембранами [1], однако другие признаки отличительной части формулы изобретения не были обнаружены в результате поиска аналогов, поэтому можно сделать вывод о соответствии изобретения критериям "новизна" (имеет отличия от известных) и "изобретательский уровень" (оно для специалиста явным образом не следует из уровня техники).

Обеспечение надежной фиксации вспомогательного золотника в каждом из крайних положений и выполнение торцов золотника распределительного устройства с разными площадями позволило повысить надежность работы пневмоприводного насоса.

На фиг. 1 изображен общий вид устройства в разрезе в одном из крайних положений; на фиг. 2 - насос в другом крайнем положении; на фиг. 3 - разрез А-А фиг. 1 - изображены каналы соединения вспомогательного золотника с атмосферой и с основным золотником; на фиг. 4 - насос после остановки, когда мембранный блок и основной золотник находятся в средних положениях.

Пневмоприводной насос содержит корпус 1 с центральной перегородкой 2, размещенные в нем мембраны 3 и 4, связанные штоком 5, проходящим через отверстие в перегородке 2, образуя мембранный блок. Мембраны 3, 4 отделяют приводные камеры 6, 7 от насосных камер 8, 9. Мембраны 3, 4 по периметру поджаты к корпусу 1 крышками 10 и 11, в которых установлены всасывающие клапаны 12, 13 и нагнетательные клапаны 14, 15. К штоку 5 мембраны 3, 4 прикреплены через опорные диски 16 и 17. В цилиндрической расточке корпуса 1 расположены золотник 18 распределительного устройства. Торцы золотника 18 имеют неравные площади. Под торцом с меньшей площадью образована камера 19, а под торцом с большей площадью образована камера 20. Золотник 18 снабжен с одного торца хвостовиком 21, который выходит в атмосферу и имеет уплотнение 22. Камеры привода 6, 7 сообщены каналами 23, 24 с распределительным устройством насоса для подвода приводной среды. Каналы 25 и 26 посредством золотника 18 сообщают камеры 6 и 7 с атмосферой. Камеры 19 и 20 через каналы 27, 28 сообщены с магистралью питания 29, через которую осуществляется подача приводной среды. В канале 28 размещен дроссель 30. В центральной перегородке 2, расположенной между мембранами 3 и 4, размещено управляющее устройство, выполненное в виде вспомогательного золотника 31 с проточкой 32 и двумя фиксирующими канавками 33 для взаимодействия с шариком 34, поджатым пружиной 35 (фиг. 1, 2). Камера 20 через канал 36, проточку 32 вспомогательного золотника 31 и канал 37 сообщена с атмосферой. Шток 5 и вспомогательный золотник 31 уплотнены манжетами 38 и 39 (фиг. 3).

Насос работает следующим образом. При подаче приводной среды, например, воздуха в магистраль питания 29 в зависимости от начального положения золотника 31 начинает перемещаться в ту или иную сторону мембранный блок. В положении, изображенном на фиг. 1, золотник 31 находится в крайнем левом положении, сообщая камеру 20 через канал 36, проточку 32, канал 37 с атмосферой. Давление в камере 20 равно атмосферному, при этом для уменьшения расхода воздуха (приводной среды) на канале 28 установлен дроссель 30, который обеспечивает, с одной стороны экономию приводной среды, а с другой стороны - быстроту переключения золотника 18 вследствие быстрого сброса давления из камеры 20, т.к. проходное сечение каналов 36 и 37 значительно больше проходного сечения дросселя 30. В камере 19 сохраняется давление приводной среды, подаваемое по каналу 29. При этом золотник 18 под действием этой разницы давления займет крайнее правое положение, воздух по каналу 29 через проточку 40, канал 24 поступает в приводную камеру 7, а также по каналам 27 и 28 воздух постоянно поступает в камеры 19 и 20. Мембранный блок начинает перемещаться вправо, при этом в насосной камере 8 создается разрежение, и жидкость всасывается в нее через клапан 12, а из камеры 9 через клапан 13 жидкость нагнетается в трубопровод 41, при этом из камеры 6 происходит вытеснение воздуха в атмосферу через канал 23, проточку 42 золотника 18, канал 25 (фиг. 1). Перемещаясь вправо, опорный диск 16 нажимает в крайнем положении на торец золотника 31 и перемещает его в крайнее правое положение, преодолевая усилие пружины 35, шарик 34 перекатывается в канавку 43, зафиксировав золотник 31 в этом положении. При этом проточка 32 перемещается, разобщая камеру 20, канал 36 с каналом 37 и атмосферой. В камере 20 давление воздуха сравнивается с давлением воздуха в камере 19, а за счет разности площадей торцов возникает усилие, переключающее золотник 18 в крайнее левое положение, при этом воздух по каналу 29 через проточку 40 и канал 23 поступает в камеру 6, при этом мембранный блок передвигается влево, вытесняя жидкость из камеры 8 через клапан 14 в трубопровод 41, а в камеру 9 всасывается жидкость через клапан 15 и трубопровод 44. При этом из камеры 7 происходит вытеснение воздуха в атмосферу через канал 24, проточку 45 золотника 18 и канал 26 (фиг. 2). Во время движения мембранного блока золотник 18 положения не меняет, т. к. сохраняется усилие, переместившее золотник 18 в крайнее левое положение, дойдя до крайнего левого положения, опорный диск 17 нажимает на торец золотника 31, перемещая его в крайнее левое положение, шарик 34 займет канавку 33 и зафиксирует золотник 31 в этом положении, проточка 32 сообщит камеру 20 через каналы 36 и 37 с атмосферой. Давление в камере 20 упадет до атмосферного, и усилие воздуха, действующее на торец золотника 18 со стороны камеры 19, переместит его в крайнее правое положение. Цикл повторится.

В отличие от прототипа надежность работы насоса не зависит от положения мембранного блока и золотника в момент запуска насоса после его остановки.

Рассмотрим варианты остановки насоса:
1. Вспомогательный золотник 31 находится в положении, сообщающем канал 36 через проточку 32 и канал 37 с атмосферой, мембранный блок находится в среднем положении, основной золотник 18 при этом может находиться в любом положении, в том числе и среднем, когда приводная среда не может поступать в приводные камеры 6 и 7, но поступает по каналам 27 и 28 в камеры 19 и 20 под торцы золотника 18, при этом в камере 19 давление будет равно давлению подаваемой среды, а в камере 20 давление падает до 0, т.к. из нее открыт выход в атмосферу через канал 36, проточку 32 золотника 31 и канал 37, а поступление приводной среды через канал 28 ограничен дросселем 30 (фиг. 4). Из-за возникшей разности усилий золотник 18 переместится в сторону наименьшего давления, т.е. в сторону камеры 20, и произойдет подача воздуха через канал 24 в приводную камеру 7, в результате мембранный блок начнет перемещаться, вытесняя жидкость из камеры 9 через клапан 13 в трубопровод 41. Насос запущен в работу.

2. Вспомогательный золотник 31 перекрывает выход канала 36 в атмосферу, давление в камерах 19 и 20 будет одинаково, но вследствие того что золотник 18, находящийся в среднем положении, имеет разные площади торцов, усилие со стороны камеры 20 превысит усилие со стороны камеры 19, и золотник 18 переместится в сторону камеры 19 и сообщит подачу воздуха через канал 23 с камерой 6. Мембранный блок начнет перемещаться, вытесняя жидкость из камеры 8 через клапан 14 в трубопровод 41, а в камеру 9 всасывается жидкость через клапан 15 и трубопровод 44. Насос запущен в работу.

Таким образом, пневмоприводной насос надежно запускается при любых положениях мембранного блока и золотника распределительного устройства.

Использование: насосостроение, для перекачки различных текучих сред, в том числе агрессивных. Сущность изобретения: содержит корпус 1 с центральной перегородкой 2, мембраны 3, 4, связанные штоком 5, образуя мембранный блок. Мембраны 3, 4 отделяют приводные камеры 6, 7 от насосных камер 8, 9, в цилиндрической расточке корпуса 1 расположен золотник 18 распределительного устройства. Торцы золотника 18 имеют неравные площади. Под торцом с меньшей площадью образована камера 19, а под торцом с большей площадью - образована камера 20. Камеры 6, 7 сообщены каналами 23, 24 с распределительным устройством. Каналы 25, 26 посредством золотника 18 сообщают камеры 6, 7 с атмосферой. Камеры 19, 20 через каналы 27, 28 сообщены с магистралью питания 29. В канале 28 размещен дроссель 30. В перегородке 2 расположено управляющее устройство, выполненное в виде вспомогательного золотника 31 с проточкой 32. Золотник 31 имеет два фиксированных положения. Камера 20 через канал 36, проточку 32 золотника 31 и канал 37 сообщена с атмосферой. 4 ил.

Пневмоприводной насос, содержащий корпус, мембранный блок, камеры привода мембранного блока, сообщенные каналами с распределительным устройством в виде установленного в цилиндрической расточке корпуса золотника с камерами под его торцами, сообщенными каналами управления с магистралью питания, и управляющее устройство, сообщающееся с камерой одного из торцов золотника и взаимодействующее с мембранным блоком, при этом камеры золотника снабжены дополнительными каналами управления с магистралью питания, причем в одном из них установлен дроссель, отличающийся тем, что корпус выполнен с центральной перегородкой, расположенной между мембранами, в которой размещено управляющее устройство, выполненное в виде вспомогательного золотника с проточкой, имеющего два фиксированных положения и взаимодействующего с мембранным блоком в крайних положениях, а торцы золотника имеют неравные площади, причем камера под торцом с большей площадью соединена с одной стороны с атмосферой через проточку вспомогательного золотника, а с другой стороны с магистралью питания через дроссель.