ДИАФРАГМЕННЫЙ НАСОС Российский патент 1999 года по МПК F04B43/02 

Предлагаемое изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в различных отраслях техники в качестве нагнетательного или вакуумного насосов для газов и жидкостей.

Известно устройство "Объемный насос", выполненное в соответствии с А.С. N 152895 и содержащее вытеснительную камеру с выпускным клапаном, образованную цилиндрическим корпусом и установленным с возможностью осевого перемещения поршнем, имеющим отверстия осевой перфорации, перекрытые периферией эластичного диска, центром закрепленного на поршне и выполняющего роль впускного клапана.

Однако указанное устройство не в состоянии обеспечить полную герметичность вытеснительной камеры в процессе работы из-за наличия щелевого контакта между направляющей стенкой корпуса и поршнем, через который происходят перетечки перекачиваемой среды, причем их невозможно полностью устранить даже с использованием специальных уплотнительных устройств. Это приводит к снижению надежности в работе устройства и сужению эксплуатационного диапазона его применения.

Кроме того, известно устройство, по А.С. N 1432261 СССР, F 04 B 43/02, являющееся прототипом предлагаемого изобретения и содержащее вытеснительную камеру с впускным клапаном, образованную цилиндрическим корпусом и закрепленной в нем периферийной частью, гибкой диафрагмой, центр которой соединен со штоком, имеющим возможность осевого перемещения относительно корпуса и удерживающим также нагнетательный клапан, выполненный в виде эластичного диска, лежащего снаружи на средней части диафрагмы, имеющей сквозные выпускные отверстия, и перекрывающего эти отверстия.

Однако указанное устройство имеет низкую надежность в работе и узкий эксплуатационный диапазон применения, что прежде всего обусловлено наличием и конструкцией эластичного диска, выполняющего роль нагнетательного клапана. Эластичный диск, за счет собственной упругости, всегда будет пытаться сохранить плоскую цилиндрическую форму, и при увеличении объема вытеснительной камеры (шток движется в обратном от нее направлении) диафрагма принимает форму конуса, направленного на нее основанием, а соприкасаться с диском будет лишь в месте их совместного крепления на штоке. Прижать эластичный диск к диафрагме, деформируя его в конус, повторяющий ее форму, в этом случае возможно лишь создав в вытеснительной камере необходимое по величине разряжение перекачиваемой среды или, наоборот, определенное давление в задиафрагменной области, что может не соответствовать эксплуатационным режимам работы насоса, особенно при работе с газообразными средами и, следовательно, исключает возможность применения данного устройства.

Дополнительно следует указать, что в тексте описания изобретения к А.С. N 1432261 указано: "Перед началом работы полости 7 и 10 заливают перекачиваемой средой, после чего насос готов к работе". Из этого следует, что без предварительной заливки жидкости насос неработоспособен, как не в состоянии он перекачивать и газообразные среды.

Конструкцией нагнетательного клапана обусловлен и еще один недостаток устройства, проявляющий себя при вытеснении перекачиваемой среды из камеры. Шток, с закрепленными на нем центрами диафрагмы и эластичного диска, перемещается в направлении вытеснительной камеры, деформируя их в конус с вершиной в ее сторону. Эластичный диск при этом все плотнее, за счет собственной упругости, прилегает к отверстиям диафрагмы, перекрывая их. Следовательно, в конце хода штока в камере должно быть создано дополнительное давление, необходимое для отжатия максимально деформированного эластичного диска, что может весьма существенно снизить КПД насоса или сделать его использование при определенных эксплуатационных условиях невозможным.

Целью предлагаемого изобретения является расширение эксплуатационного диапазона применения диафрагменного насоса.

Поставленная цель достигается тем, что в известное устройство "Диафрагменный насос" по А.С. N 1432261 СССР, F 04 B 43/02 введен со стороны вытеснительной камеры жестко соединенный со штоком и перфорированный сквозными отверстиями диск, по внешнему кольцу которого, в своей средней части, закреплена диафрагма, перекрывающая своей внутрикольцевой центральной частью отверстия перфорации диска и имеющая сквозное осевое отверстие, расположенное вне поля перфорации.

На фиг. 1 изображена структурная схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 - схема устройства с обратным направлением движения потока перекачиваемой среды; на фиг. 3 - один из вариантов исполнения перфорированного диска с выпуклой поверхностью контакта со стороны диафрагмы; фиг. 4 - вариант конструкции крепления штока и перфорированного диска через диафрагму.

Предлагаемое устройство (фиг. 1) содержит вытеснительную насосную камеру 1 с впускным клапаном 2, образованную цилиндрическим корпусом 3 и закрепленной в нем периферийной частью гибкой диафрагмой 4, средняя часть которой закреплена по кольцу к периферии перфорированного сквозными отверстиями диска 5, жестко соединенного со штоком 6, обладающего возможностью осевого перемещения относительно корпуса. Расположенная внутри кольца крепления центральная часть диафрагмы 4 перекрывает перфорацию диска 5 и имеет отверстие, расположенное вне поля перфорации.

Устройство работает следующим образом. При начале движении штока 6 с диском 5 в направлении от вытеснительной камеры 1 (вниз), гибкая диафрагма 4 деформируется, а объем камеры 1 начинает увеличиваться. Это приводит к возникновению в ней разряжения, под действием которого открывается впускной клапан 2 и перекачиваемая среда начинает поступать в вытеснительную камеру 1. При этом, под действием того же разряжения, центральная часть диафрагмы 4, находящаяся внутри кольцевого крепления к диску 5 и перекрывающая отверстия его перфорации, прижимается к диску, препятствуя проникновению среды в задиафрагменную область. Деформация диафрагмы при движении штока 6 с диском 5 происходит лишь в области, расположенной между кольцевым креплением средней части диафрагмы к диску и ее периферией, закрепленной в корпусе 3, и, следовательно, положение центральной части диафрагмы остается недеформированным независимо от движения штока.

После того как движение штока 6 вниз прекратится и камера 1 заполнится, впускной клапан 2 закрывается и шток начинает двигаться в обратном направлении (вверх). Вследствие этого в камере 1 создается избыточное давление перекачиваемой среды, необходимое для отжатия центральной части диафрагмы 4 от отверстий перфорации диска 5, через которые начинается вытеснение среды из камеры 1 в задиафрагменную область. Поскольку, как указывалось выше, положение центральной части диафрагмы внутри кольцевой области не зависит от деформации внешней части диафрагмы, усилие, необходимое для ее отжатия от отверстий перфорации (без учета противодавления), остается постоянным, а давление в камере неизменным по всей длине перемещения штока.

Представленная конструкция устройства (фиг. 1) обеспечивает прямой поток перекачиваемой среды в направлении через впускной клапан 2, вытеснительную камеру 1 в задиафрагменную область. На фиг. 2 показан вариант конструкции насоса, обеспечивающей обратный поток среды: из задиафрагменной области, через вытеснительную камеру 1 и выпускной клапан 7.

Если перфорированный диск 5 выполнен плоским (фиг. 1), центральная часть диафрагмы 4, перекрывающая его отверстия, просто лежит на поверхности диска без поджатия к ней. Это создает возможность обратных перетечек среды в переходных режимах при перекрытии отверстий и снижение эффективности работы насоса. Для устранения этого предложен вариант конструкции перфорированного диска, схема которого изображена на фиг. 3. Диск 5 имеет криволинейную поверхность контакта с диафрагмой 4, выпуклость которой направлена в сторону последней, за счет чего обеспечивается предварительное прижатие диафрагмы к поверхности и ускорение процесса перекрывания отверстий, уменьшающее возможность перетечек среды.

Жесткое крепление штока 6 с перфорированным диском 5 может выполняться не напрямую, а в соответствии с вариантом конструкции, изображенным на фиг. 4, где диск 5 соединяется со штоком 6 через обжатую по кольцу среднюю часть диафрагмы 4.

Таким образом, введение в конструкцию предлагаемого устройства, закрепленного на штоке перфорированного диска, по внешнему кольцу которого, в своей средней части, закреплена диафрагма, перекрывающая отверстия его перфорации, позволило, в сравнении с аналогом, исключить эластичный диск и связанные с его наличием недостатки: необходимость прижимать эластичный диск к отверстиям диафрагмы избыточным давлением среды в задиафрагменной области при всасывании и создание повышенного избыточного давления в вытеснительной камере в конце хода нагнетания за счет собственной упругости эластичного диска, а также необходимость предварительного заполнения вытеснительной камеры и задиафрагменной области перекачиваемой жидкостью. Центральная часть диафрагмы в конструкции предлагаемого устройства, расположенная внутри кольца крепления к диску, перекрывает отверстия его перфорации, выполняя роль выпускного клапана, работа которого не зависит от положения штока и наличия избыточного давления в задиафрагменной зоне, а усилие отжатия диафрагмы от перфорации (открытие клапана без учета внешнего противодавления) всегда постоянно.

Изобретение предназначено для использования в насосостроении, для расширения эксплуатационного диапазона применения диафрагменного насоса, содержащего вытеснительную камеру с клапаном, образованную цилиндрическим корпусом и закрепленной в нем периферийной частью, гибкой диафрагмой, а также шток, имеющий возможность осевого перемещения относительно корпуса. В него введен со стороны вытеснительной камеры жестко соединенный со штоком и перфорированный сквозными отверстиями диск, по внешнему кольцу которого в своей средней части крепится диафрагма, перекрывающая своей внутрикольцевой центральной частью отверстия перфорации диска и имеющая сквозное осевое отверстие, расположенное вне поля перфорации. Избыточное давление перекачиваемой среды, возникающее в вытеснительной камере в результате движения штока, отжимает центральную часть диафрагмы от перфорации диска, и среда вытесняется в задиафрагменную область, при этом усилие отжатия, без учета противодавления, остается постоянным на всей длине перемещения штока, что препятствует возникновению перетечек среды как при нагнетании, так и при всасывании. 2 с. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Диафрагменный насос, содержащий вытеснительную камеру с клапаном, образованную цилиндрическим корпусом и закрепленной в нем периферийной частью гибкой диафрагмой, а также шток, имеющий возможность осевого перемещения относительно корпуса, отличающийся тем, что в него введен со стороны вытеснительной камеры жестко соединенный со штоком и перфорированный сквозными отверстиями диск, по внешнему кольцу которого, в своей средней части, закреплена диафрагма, перекрывающая своей внутрикольцевой центральной частью отверстия перфорации диска и имеющая сквозное осевое отверстие, расположенное вне поля перфорации, а клапан выполнен впускным. 2. Диафрагменный насос, содержащий вытеснительную камеру с клапаном, образованную цилиндрическим корпусом и закрепленной в нем периферийной частью гибкой диафрагмой, а также шток, имеющий возможность осевого перемещения относительно корпуса, отличающийся тем, что в него введен со стороны, противоположной вытеснительной камере, жестко соединенный со штоком и перфорированный сквозными отверстиями диск, по внешнему кольцу которого в своей средней части закреплена диафрагма, перекрывающая своей внутрикольцевой центральной частью отверстия перфорации диска и имеющая сквозное осевое отверстие, расположенное вне поля перфорации, а клапан выполнен выпускным. 3. Насос по пп.1 и 2, отличающийся тем, что перфорированный диск имеет криволинейную поверхность контакта с диафрагмой, выпуклость которой направлена в сторону диафрагмы. 4. Насос по пп.1 - 3, отличающийся тем, что перфорированный диск соединяется со штоком через обжатую по кольцу среднюю часть диафрагмы.