ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС Российский патент 2002 года по МПК F04B1/04 F04B53/14 

Изобретение может быть использовано при производстве плунжерных насосов с высоким выходным давлением.

Известен плунжерный насос с гидростатической разгрузкой и смазкой плунжерных опор перекачиваемой жидкостью (Т.М.Башта и др. Гидравлика, гидромашины и гидроприводы. М.: Машиностроение, 1982, стр. 319, рис. 3.31, стр. 321, рис. 3.33).

Применение такого насоса ограничено тем, что перекачиваемая жидкость, контактирующая с подшипниками и другими деталями ротора насоса, должна обладать удовлетворительными смазывающими и антикоррозионными свойствами.

Известен также плунжерный насос с гидростатической разгрузкой плунжерных опор рабочей жидкостью, имеющий разделитель рабочей и перекачиваемой жидкостей в виде мембранного узла в магистрали между плунжерами и распределительным устройством (RU 3898 U1, 16.04.1997). С помощью такого насоса можно перекачивать практически любые жидкости, используя масло в качестве рабочей жидкости.

Однако с применением разделителя неизбежно растут габариты и масса насоса, а также потери, связанные с увеличением так называемого "мертвого" объема жидкости из-за удаленности плунжера от распределительного устройства.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в том, чтобы уменьшить габариты и массу плунжерного насоса, а также увеличить его КПД.

Технический результат, опосредствующий решение указанной задачи, состоит в исключении из конструкции насоса специальных узлов-разделителей рабочей и перекачиваемой жидкостей с сохранением гидростатической разгрузки плунжерных опор рабочей жидкостью. Достигается технический результат тем, что в качестве разделителя рабочей и перекачиваемой жидкостей в заявленном насосе используются сами плунжера, установленные в насос с радиальным подвижным уплотнением, а для гидростатической разгрузки плунжерных опор рабочей жидкостью каждый плунжер содержит связанный с плунжерной опорой цилиндр с центральным сквозным отверстием и радиальными окнами в стенке, выходящими в полость с рабочей жидкостью, гильзу с глухим дном, надетую на цилиндр с возможностью осевого перемещения относительно его до упора в цилиндр с открытием окон при всасывании и перекрытием окон при нагнетании; при этом между цилиндром и дном гильзы имеется возвратная пружина сжатия.

Исключение специальных узлов-разделителей позволяет уменьшить вес и габариты насоса, а также увеличить КПД насоса путем приближения плунжеров к распределительному устройству с уменьшением "мертвого" объема.

На фиг. 1 представлен заявленный плунжерный насос в осевом сечении; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 - плунжерный узел в такте нагнетания; на фиг.4 - плунжерный узел в такте всасывания.

Плунжерный насос содержит составной корпус 1 с радиальными разделками по числу плунжеров. Над каждой разделкой установлена плунжерная крышка 2 со втулкой 3. Во втулки вставлены плунжера 4 с башмаками (плунжерными опорами) 5 до упора башмаков в сепараторные кольца 6. В корпус 1 установлен на подшипниках 7 вал 8 с цилиндрическим эксцентриком 9, размещенным между цилиндрическими подошвами башмаков 5. В каждой крышке 2 размещены также клапан всасывания 10 и клапан нагнетания 11. К торцам крышек у клапанов 10 прикреплен коллектор входа 12 со штуцером входа 13, к противоположным торцам - коллектор выхода 14 со штуцером выхода 15.

Плунжера установлены во втулки 3 с радиальным подвижным уплотнением, состоящим из скребкового уплотнения 16 и двух манжетных уплотнителей 17, между которыми имеются дренажные каналы 18.

Каждый плунжер включает полый цилиндр 19, одним концом шарнирно связанный с башмаком 5. В стенке цилиндра выполнены окна 20, а также сквозной радиальный паз 21. На цилиндр 19 надета с прецизионным зазором гильза 22, глухое дно которой подпружинено от цилиндра пружиной 23. Цилиндр и гильза связаны между собой упорным штифтом 24, установленным в радиальное сквозное отверстие гильзы через паз 21 цилиндра.

В каждом башмаке 5 выполнено отверстие 25, с одной стороны сообщенное с жиклерным отверстием цилиндра 19, с другой - выходящее в разгрузочную выемку 26 на подошве башмака 5.

Внутренние полости корпуса 1 и плунжеров 4 заполнены рабочей жидкостью, например минеральным маслом. Остальные полости заполняются перекачиваемой жидкостью при работе насоса.

Работа насоса.

При вращении вала 8 плунжера 4, взаимодействующие с эксцентриком 9 через башмаки 5 с помощью сепараторных колец 6, совершают возвратно-поступательное движение во втулках 3, изменяя объем межклапанной полости 27.

При движении плунжера в сторону оси вращения (всасывание) из-за разрежения в полости 27 клапан 11 закрывается, а клапан 10 открывается, после чего перекачиваемая жидкость из штуцера 13 через коллектор 12 поступает в полость 27.

При движении плунжера от оси вращения (нагнетание) возросшим давлением в полости 27 закрывается клапан 10 и открывается клапан 11, после чего жидкость из полости 27 поступает в коллектор 14 и далее через штуцер 15 - к потребителю.

При нагнетании (фиг.3) гильза 22 под действием давления в полости 27, а также сил инерции гильзы и трения по ее наружной поверхности, преодолевая усилие пружины 23, перемещается относительно цилиндра 19 вместе со штифтом 24 в сторону цилиндра. При этом внутренней поверхностью у нижнего торца (фиг.3) гильза перекрывает окна 20 цилиндра 19, и дальнейшее движение гильзы в этом направлении может происходить лишь с вытеснением рабочей жидкости из замкнутой внутренней полости плунжера через прецизионный зазор цилиндр-гильза и между сопряженными поверхностями пар башмак-эксцентрик, башмак-цилиндр. Т. к. указанные перетечки невелики из-за плотного прилегания поверхностей, то давление рабочей жидкости внутри плунжера и в разгрузочной выемке 26 повышается пропорционально давлению в полости 27. При этом происходит гидростатическая разгрузка сопряжения башмак-эксцентрик.

Длина паза 21 в цилиндре 19 выполнена такой, что при нагнетании штифт 24 не доходит до упора в дно паза. При всасывании (фиг.4) давление в полости 27 падает и под действием пружины 23, а также сил инерции и трения гильза 22 со штифтом 24 перемещается от цилиндра 19 до упора штифта 24 в дно паза 21. Окна 20 цилиндра при этом открываются и через них внутренняя полость плунжера заполняется рабочей жидкостью. Далее процесс повторяется. В абсолютном движении гильза 22 и цилиндр 19 совершают совместное возвратно-поступательное движение.

Очевидно, что в описанном насосе разделителем рабочей и перекачиваемой жидкостей является гильза 22 с уплотнителями 17.

В данной конструкции имеется возможность максимально приблизить клапана к плунжеру для уменьшения "мертвого" объема и связанных с ним потерь. При этом обеспечена гидростатическая разгрузка и смазка плунжерных опор рабочей жидкостью.

Насос предназначен для использования в области машиностроения, где требуются плунжерные насосы высокого давления. В насосе в качестве разделителя рабочей и перекачиваемой жидкостей использован сам плунжер, установленный в насос с уплотнением по наружной поверхности. Для гидростатической разгрузки плунжерной опоры плунжер содержит шарнирно связанный с опорой полый цилиндр с радиальными окнами в стенке, выходящими в полость с рабочей жидкостью. Гильза с глухим дном надета на цилиндр с возможностью осевого перемещения относительно поршня до упора в него с открытием окон при всасывании и перекрытия окон при нагнетании, при этом между цилиндром и дном гильзы имеется возвратная пружина сжатия. Предложенная конструкция позволяет уменьшить мертвый объем и уменьшить потери. Исключение специальных разделителей позволяет уменьшить габариты и вес насоса. 4 ил.

Плунжерный насос с гидростатической разгрузкой плунжерных опор, имеющий разделители рабочей и перекачиваемой жидкостей, отличающийся тем, что каждый плунжер содержит цилиндр со сквозным осевым отверстием и окнами в стенке, выходящими в полость с рабочей жидкостью, шарнирно связанный одним концом с плунжерной опорой, гильзу с глухим дном, надетую на цилиндр со стороны его свободного конца с возможностью осевого перемещения относительно цилиндра в сторону цилиндра с перекрытием окон, в противоположную сторону до упора - с открытием окон, пружину сжатия, установленную между цилиндром и дном гильзы, при этом разделителем рабочей и перекачиваемой жидкостей является гильза, установленная в насос с радиальным подвижным уплотнением.