ПРЯМОТОЧНЫЙ ГИДРОПРИВОДНОЙ МЕМБРАННЫЙ НАСОС Российский патент 2000 года по МПК F04B43/06 

Изобретение относится к гидромашиностроению, а именно к насосам для перекачки загрязненных жидкостей под высоким давлением.

Известен гидроприводной поршневой насос с автоматически действующими клапанами и гидроприводом (генеральный каталог фирмы "Maritime higraulies", стр. 36, 37). Он тихоходен, громоздок и его поверхности подвержены абразивному износу.

За прототип взят насос, содержащий перекачные секции с мембранами, гидроприводные всасывающие и нагнетательные клапаны, гидропривод с гидрораспределителями (RU 2035620, МПК 6 F 04 B 43/06, 1992 г.).

Этот насос имеет большую высоту из-за необходимости иметь мембраны и клапаны большого диаметра. Его некоторые поверхности не защищены от абразивного износа.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в уменьшении габаритов и массы насоса с обеспечением повышенной работоспособности.

Эта задача решается тем, что перекачные секции выполнены из трубчатых корпусов с размещенными внутри их упругими трубчатыми мембранами, клапаны имеют седла с демпферами, гидропривод мембран выполнен из многосекционного роликолопастного насоса, секции которого имеют механизм отключения, а гидрораспределители выполнены из неподвижных наружных гильз и вращающихся внутренних гильз с распределительными окнами, установленных в корпусах, имеющих карманы.

Устройство отключения секций роликолопастного насоса выполнено в виде затвора, вставленного в перепускной канал секции.

Окна внутренних гильз, попарно относящихся к каждой секции перекачного насоса, размещены со смещением α₁ = 120^o, окна неподвижной гильзы расположены напротив друг друга, дуга участка перекрытия между окнами наружной гильзы выполнена на угле α₃ >90^o, а окна внутренней гильзы - на дуге угла
Уплотнения секций гидрораспределителей имеют кольцевые уплотнения, состоящие из узких колец, помещенных в канавках вращающихся внутренних гильз, соединенных посредством отверстий, выполненных в них с их внутренней полостью, и широких колец, помещенных в канавках неподвижных наружных гильз, соединенных посредством отверстий, выполненных в них с карманами корпусов гидрораспределителей.

На фиг. 1 изображена гидросхема насоса,
на фиг. 2 - продольный разрез перекачной секции насоса,
на фиг. 3 - продольный разрез гидроприводной секции насоса,
на фиг. 4 - поперечный разрез,
на фиг. 5 - блок гидрораспределителей по разрезу А-А фиг. 6.

на фиг. 6 - блок гидрораспределителей с мембранным насосом в разрезе Б-Б фиг. 5,
на фиг. 7 - развертка контактных поверхностей неподвижной и вращаемой гильз гидрораспределителей,
на фиг. 8 - график непульсирующих потоков мембранного насоса.

Насос содержит блок 1 гидроприводных секций, блок 2 гидрораспределителей и блок 3 перекачных секций. Боковые гидроприводные секции 4 имеют устройства 5, отключающие их, обратные клапаны 7.

Перекачные секции имеют магистрали 8 подвода гидроприводной жидкости от общей магистрали гидроприводного насоса. Перекачные секции объединены магистралью 9 всасывания и магистралью 10 нагнетания загрязненной жидкости. Каждая секция состоит из корпуса 11, трубчатой мембраны 12, всасывающих 13 и нагнетательных 14 клапанов.

К клапанам подведены гидромагистрали 15 принудительного открывания клапанов.

Корпус 16 перекачной секции (фиг. 2) выполнен в виде трубы с утолщениями по концам.

В корпусе 16 размещена трубчатая упругая мембрана 17, закрепленная на концах корпуса 16 кольцами 18 и стержнями 19. К корпусу 16 прикреплен корпус 20 всасывающего клапана с демпфером 21 и седлом 22 с обеспечением мягкой посадки клапана на седло. Клапан 23 выполнен из упругих тороидных оболочек с эластичным сердечником в середине и закреплен на стержне 24, имеющем на конце поршень 25.

В центре корпуса имеется отверстие 26, установлена пружина 27 и защитный элемент в виде сильфона 28. В корпусе 20 выполнено боковое отверстие 29 всасывания перекачиваемой жидкости.

С другой стороны корпуса 16 прикреплен корпус 30 нагнетательного клапана 32. Имеется седло 31 и демпфер 33. Клапан 32 закреплен на стрежне 34 с пружиной 35 и сильфоном 36. Перекачные секции насосов гидромагистралями 8 через гидрораспределители 6 сообщены с соответствующими секциями гидроприводного насоса.

Гидроприводной насос с корпусом 37 (фиг. 3) состоит, как правило, из 3-х секций, каждая из которых имеет два рабочих отсека, поочередно вытесняющих гидроприводную жидкость. В каждом отсеке имеется два рабочих диска 38 и два опорных диска 39. По их периферии имеются каналы всасывания 40 и напорные каналы 41, сообщенные с гидромагистралями 8.

В опорных дисках установлены втулки 42, в которых размещены опорные шейки замыкателей 43.

В центре насоса установлен ротор 44 с валом 45. Ротор и замыкатели имеют зубчатое зацепление, расположенное в рабочих полостях насоса. На роторе при помощи стержней 46 и штифтов 48 установлены лопасти 47.

В дисках 38 имеются каналы всасывания 49 и нагнетания 50. Боковые секции насоса имеют каналы 51 перепуска жидкости и вдвижные стопоры 52 их перекрытия.

Основным узлом, определяющим надежность работы насоса, является гидрораспределитель, распределяющий потоки гидроприводной жидкости в десятки литров в секунду.

Блок гидрораспределителей вращательного действия гильзовой конструкции включает гидрораспределитель линии всасывания и гидрораспределитель линии нагнетания, соединенные с напорной трубой 53 и всасывания 54, идущие от гидроприводного насоса. К этим трубам соответственно присоединены напорные каналы 41 и всасывающие 40. Вал гидрораспределителя 55 с шестерней 56 соединен с валом 45 и установлен на подшипнике 57.

Корпусы 58, 59 гидрораспределителей внутри имеют карманы 60, соединенные посекционно с секциями мембранного насоса отводами 61 и имеют общую крышку 62.

В центральные отверстия корпусов вставлены неподвижные гильзы 63 с окнами 64 и вращаемые гильзы 65 с окнами 66. Расположение указанных окон гильз показано на фиг. 6 и 7.

На фиг. 7 выполнена развертка соприкасающихся поверхностей гильз. На поверхности неподвижной гильзы (редкая штриховка) показаны окна 64, а на поверхности вращаемой гильзы окна 66.

При трехсекционном мембранном насосе окна внутренней гильзы выполняются со смещением одной секции от другой на угол α₁ = 120^o.

Гидравлическая разгрузка вращаемой гильзы достигается при выполнении окон в неподвижной гильзе через α₂ = 180^o.

Дуга участка перекрытия между окнами наружной гильзы выполняется на угле α₃> 90^°(α₃= 110^°), а окна внутренней гильзы на дуге угла (α₄= 30 - 33^o). Имеется одновременное открытие окон смежных секций, расположенных друг от друга через α₁= = 120^o.

α₅= α₃+α₄ - 120^o = 110+30-120=20^o
Указанные углы окон определены с учетом пропуска через них потоков гидроприводной жидкости в одну или в две секции, обеспечивая непульсирующие потоки перекачиваемой загрязненной жидкости (фиг. 8).

Участки гидрораспределителей сопредельных секций, находящиеся то под высоким, то под низким давлением гидроприводной жидкости, отделены уплотнениями, выполненными в виде колец: узких 68, расположенных в канавках вращаемой гильзы 65, и широких 70, расположенных в канавках неподвижной гильзы 63.

Кольца 68 при наличии отверстий 69 во вращаемой гильзе 65 прижаты к кольцам 70, а в неподвижной гильзе 63 всасывающей магистрали при наличии отверстий 71 кольца 70 прижаты к кольцам 68.

Секции мембранного насоса непосредственно без компенсаторов подсоединены к всасывающей магистрали 73 и к напорной 72.

Насос работает следующим образом.

Вал 45 гидроприводного насоса вращается электродвигателем или другим быстроходным двигателем.

Гидроприводная жидкость, вытесняемая лопастями 47, поступает в напорные каналы 41, а из них через гидрораспределитель 6 поступает в гидромагистрали 8 и кольцевое пространство между корпусной трубой 16 и трубчатой мембраной 17. Мембрана прогибается внутрь, вытесняя загрязненную жидкость через клапан 32 в магистраль 10.

При перемене позиции гидрораспределителя 6 в положение на всасывание клапан 32 под воздействием пружины 35 садится с демпфированием на седло 31.

Всасывание загрязненной жидкости через клапан 23 происходит при восстановлении формы упругой трубчатой мембраны 17 и обратном движении жидкости по магистрали 8 через гидрораспределитель 6 в низконапорную магистраль гидроприводного насоса.

Принудительное открытие всасывающих клапанов 23 жидкостью высокого давления, поступающей по магистралям 15 от секций, находящихся под высоким давлением, обеспечит необходимое проходное сечение клапанов 23.

Производительность насоса в зависимости от требований эксплуатации устанавливается ступенчато, то есть 1, 2/3, 1/3 номинальной. В случае необходимости повышение давления отключается одна или две секции путем вывода затворов 52 из перепускных каналов 51. Произойдет внутренняя циркуляция гидроприводной жидкости при отсутствии ее подачи в магистрали 8.

Гидрораспределитель напорной линии и линии всасывания гидроприводного насоса работает от вращения гильз 65 валом 55 с шестерней 56, сцепленной с зубчатыми венцами 67 гильз 65. Гидроприводная жидкость или вытесняется в секцию мембранного насоса, или отсасывается из нее при соответствующем обусловленном расположении окон 64 и 66.

Постоянный поток гидроприводной жидкости направляется или в одну, или в две секции, обеспечивая непульсирующие потоки перекачиваемой жидкости. На угле α₄ открыты окна двух секций, их потоки складываются, обеспечивая непульсирующий постоянный поток (фиг. 8) без использования компенсаторов.

Надежность работы клапанов при повышенной быстроходности насоса обусловлена демпфированием их посадки на седла.

Так как трубчатая упругая мембрана 17 работает в условиях отсутствия существенного перепада давления, ее работа также будет надежной в течение длительного времени при высоком давлении. Высокий к.п.д. насоса обеспечивает действием кольцевых уплотнений гидрораспределителей.

Все это обусловит надежную работу насоса малых габаритов и массы, обусловленной его быстроходностью.

Насос предназначен для перекачки загрязненных жидкостей буровых растворов, бетонов, строительных растворов. Мембранный насос выполнен из трех секций, сообщенных через гидрораспределители с секциями гидроприводного насоса. Секции мембранных насосов выполнены из трубчатых корпусов с размещенными внутри их упругими трубчатыми мембранами. Клапаны имеют седла с демпферами. Имеется устройство трехкратного изменения производительности. Трубчатая упругая мембрана работает в условиях отсутствия существенного перепада давления, а клапаны - в условиях мягкой посадки. Это обеспечивает длительность и надежность работы малогабаритного гидроприводного мембранного насоса перекачки загрязненной жидкости под высоким давлением. 3 з.п.ф-лы, 8 ил.

1. Прямоточный гидроприводный мембранный насос, содержащий перекачные секции с мембранами и гидроприводными клапанами, гидропривод с гидрораспределителями, отличающийся тем, что перекачные секции выполнены из трубчатых корпусов с размещенными внутри них упругими трубчатыми мембранами, клапаны имеют седла с демпферами, гидропривод мембран выполнен и многосекционного роликолопастного насоса, секции которого имеют механизм отключения, а гидрораспределители выполнены из неподвижных наружных гильз и вращающихся внутренних гильз с распределительными окнами, установленных в корпусах, имеющих карманы. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что устройство отключения секций роликолопастного насоса выполнено в виде затвора, вставленного в перепускной канал секции. 3. Насос по п.1, отличающийся тем, что окна внутренних гильз, попарно относящихся к каждой секции перекачного насоса, размещены со смещением α₁ = 120^o, окна неподвижной гильзы расположены напротив друг друга, дуга участка перекрытия между окнами наружной гильзы выполнена на угле α₃ > 90^o, а окна внутренней гильзы - на дуге угла
4. Насос по п.1, отличающийся тем, что уплотнения секций гидрораспределителей имеют кольцевые уплотнения, состоящие из узких колец, помещенных в канавках вращающихся внутренних гильз, соединенных посредством отверстий, выполненных в них, с их внутренней полостью, и широких колец, помещенных в канавках неподвижных наружных гильз, соединенных посредством отверстий, выполненных в них, с карманами корпусов гидрораспределителей.