ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС Российский патент 2003 года по МПК F04B15/02 

Изобретение относится к устройствам для перемещения неоднородных жестких смесей, например бетона, а также шлама, содержащего малый процент жидкой фазы и относящегося к обезвоженной массе. Это изобретение может найти применение на строительных площадках для подачи больших объемов бетона, в горнодобывающей промышленности для заполнения пустот, образующихся в земных породах, а также в системах очистных сооружений для удаления шламовых отходов.

Известен бетононасос, относящийся к поршневой группе насосов, включающей и плунжерные насосы. Он содержит корпус с окнами для всасывания и нагнетания, подвижный затвор, выполненный в виде набора подвижных заслонок, каждая из которых снабжена приводом и установлена с возможностью совершать возвратно-поступательное движение для открывания и закрывания соответствующего окна, и два вытеснительных механизма, имеющих рабочие цилиндры с вытеснительными элементами в виде поршней и приводных гидроцилиндров к ним. Причем размер окон для всасывания соразмерен с диаметром рабочих цилиндров вытеснительных механизмов. (Строительное, дорожное и коммунальное машиностроение. Серия 1. "Строительные машины". Обзорная информация, вып.3 "Современные автобетононасосы", 1990 г., стр.7, рис.3.)
Этот известный насос имеет существенные недостатки, а именно он имеет большие габариты из-за наличия сложных вытеснительных механизмов и продолжительный рабочий цикл из-за подачи бетона к вытеснительному механизму путем его всасывания в рабочий цилиндр через соответствующее окно в корпусе, которое соразмерно диаметру рабочего цилиндра. Причем для обеспечения полноты заполнения рабочего цилиндра необходимо использовать принудительную систему подачи бетона, что также увеличивает габариты насоса.

Известен бетононасос, относящийся к поршневой группе насосов, включающей и плунжерные насосы. Он содержит корпус с окнами для всасывания и нагнетания, поворотный затвор в виде заслонки для открывания и закрывания этих окон, снабженный приводом поворота, и два вытеснительных механизма, имеющих рабочие цилиндры с вытеснительными элементами в виде поршней и приводных гидроцилиндров к ним. Причем размер окон для всасывания соразмерен с диаметром рабочих цилиндров вытеснительных механизмов (см. указанный ранее источник информации, стр. 8, рис. 5).

Этот известный насос также обладает существенными недостатками, а именно он имеет большие габариты из-за сложности вытеснительных механизмов и продолжительный рабочий цикл из-за подачи бетона к вытеснительному механизму путем всасывания бетона через соответствующее окно в корпусе, ограниченное диаметром рабочего цилиндра вытеснительного механизма. Кроме того, в этом известном насосе нет условий для беспрепятственного поступления бетона к вытеснительным механизмам. Причем встречаемое на практике применение системы принудительного введения бетона в такие насосы не устраняет отмеченного недостатка, а еще больше увеличивает габаритные размеры насоса.

Упомянутые известные насосы, относящиеся к поршневой группе, включающей и плунжерные насосы, не исключают обратного прорыва перемещаемой массы из нагнетательного трубопровода через корпус в окно для всасывания, который возникает при переключении поворотного затвора из одного положения в другое и последующей смены циклов работы вытеснительных механизмов.

В качестве прототипа выбран плунжерный насос, содержащий корпус с окнами для всасывания и нагнетания, поворотный затвор в виде полого цилиндра с боковым окном, расположенный в корпусе с возможностью периодического совмещения своего бокового окна с окном всасывания корпуса, и вытеснительный элемент, установленный в затворе, причем окно для всасывания в корпусе и боковое окно в затворе имеют длину, соразмерную длине рабочего хода вытеснительного элемента (FR 2399557 А, МПК 7 F 04 В 15/02, 06.04.1979).

В насосе по патенту FR 2399557 вытеснительным элементом является поршень, а окно нагнетания расположено в торце внешнего цилиндра, который выполняет функцию корпуса насоса. Это окно периодически перекрывается затвором (см. чертежи изобретения в упомянутом описании патента). Причем указанный поршень имеет сложную форму, которая образована из двух полудисков разных диаметров. Один из этих диаметров соответствует внутреннему диаметру внутреннего цилиндра (в нашем случае - затвор), а другой - внутреннему диаметру внешнего цилиндра (в нашем случае корпуса).

Отличия предложенного от известного состоят в том, что
- окно нагнетания выполнено под углом 180^o от окна всасывания. Это исключает применение дополнительного затвора, а следовательно, повышает надежность конструкции;
- внутренний цилиндр (затвор) выполняет функцию дополнительного затвора, исключенного из известного насоса. Это также повышает надежность заявляемого устройства;
- в качестве вытеснительного элемента применяется гидроцилиндр, шток которого соединен с корпусом насоса. В сущности традиционный гидроцилиндр работает наоборот. Конец штока, который обычно перемещает поршень в цилиндре, закреплен на корпусе и остается неподвижным, а цилиндр перемещается в затворе. Это упрощает конструкцию насоса, улучшает режим работы уплотнительных элементов, а в итоге повышает надежность насоса. Причем в известном насосе уплотнения будут выходить из строя чаще, чем уплотнения у плунжера. Особенно, если идет процесс перекачивания бетонных масс.

Задачей настоящего изобретения является создание нового плунжерного насоса, лишенного отмеченных недостатков и имеющего упрощенную и компактную конструкцию.

Поставленная задача решена так, что в известном плунжерном насосе согласно настоящему изобретению вытеснительный элемент выполнен в виде гидроцилиндра, шток которого соединен с корпусом, а цилиндр установлен соосно с поворотным затвором с возможностью совершать возвратно-поступательные движения, окно нагнетания выполнено в боковой поверхности корпуса под углом от окна всасывания не менее угла поворота поворотного затвора, при котором его боковое окно перекрывает окно нагнетания в корпусе, а боковая поверхность закрывает окно всасывания в корпусе и наоборот.

В корпусе над окном для всасывания может быть установлен ворошитель, выполненный в виде гребенки, с возможностью синхронного вращения с вращением поворотного затвора.

Есть вариант, развивающий техническое решение поставленной задачи, а именно в корпусе плунжерного насоса над окном для всасывания установлен ворошитель, вал которого имеет кинематическую связь с приводом поворота.

Такое новое техническое решение всей своей совокупностью существенных признаков позволяет создать плунжерный насос, имеющий уменьшенные габариты, и для которого не потребуется система принудительного введения перемещаемой массы в соответствующее окно корпуса. Кроме того, в этом новом насосе исключен обратный прорыв перемещаемой массы из нагнетательного трубопровода в загрузочную емкость при переключении поворотного затвора из одного положения в другое. Более того, сокращается число вытеснительных механизмов и упрощается его конструкция. Это достигается тем, что в предлагаемом насосе поворотный затвор выполняет еще и функцию рабочей камеры, а вытеснительный элемент выполнен в виде гидроцилиндра, у которого цилиндр перемещается в поворотном затворе и представляет собой полый плунжер, а шток соединен с корпусом. Окно в корпусе для всасывания и отверстие в поворотном затворе совпадают по расположению и форме, а их длина соразмерна ходу цилиндра вытеснительного элемента. Это позволяет ускорить и упростить процесс загрузки насоса очередной порцией перемещаемой массы, а также достичь компактной конструкции бетононасоса.

Введение в корпусе под окном для всасывания ворошителя, вал которого имеет кинематическую связь с приводом поворота, улучшает условия обеспечения самозагрузки перемещаемой массы в полость поворотного затвора за счет синхронной работы их друг с другом.

В предлагаемом насосе применен один вытеснительный элемент. Придание же поворотному затвору функции рабочей камеры и выполнение вытеснительного элемента в виде гидроцилиндра, цилиндр которого установлен соосно с поворотным затвором с возможностью совершать возвратно-поступательное движение в нем, позволяет уменьшить габариты насоса по сравнению с известными. Наличие соразмерных ходу цилиндра вытеснительного элемента окна в корпусе для всасывания и отверстия в поворотном затворе обеспечивает сокращение цикла загрузки насоса и позволяет увеличить скорость обратного хода цилиндра вытеснительного элемента.

Практическая работоспособность предлагаемого изобретения поясняется нижеследующими описанием и чертежами, где
на фиг. 1 показана конструктивная схема плунжерного насоса в разрезе в исходном состоянии;
на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1;
на фиг. 3 - конструктивная схема плунжерного насоса в разрезе в момент начала вытеснения перемещаемой массы;
на фиг. 4 - конструктивная схема плунжерного насоса с ворошителем в разрезе в исходном состоянии;
на фиг. 5 - вид А на фиг.4 с вариантом исполнения кинематической связи вала ворошителя с приводом поворота поворотного затвора;
на фиг. 6 - конструктивная схема плунжерного насоса с ворошителем в разрезе в момент начала вытеснения перемещаемой массы;
на фиг. 7 - вид А на фиг.6 с вариантом исполнения кинематической связи вала ворошителя с приводом поворота поворотного затвора;
на фиг. 8 - вид А на фиг.4 с вариантом исполнения кинематической связи вала ворошителя с приводом поворота поворотного затвора;
на фиг. 9 - вид А на фиг.6 с вариантом исполнения кинематической связи вала ворошителя с приводом поворота поворотного затвора.

Предлагаемый плунжерный насос содержит корпус 1 с окном 2 для всасывания и окном 3 для нагнетания, поворотный затвор 4 для открывания и закрывания этих окон, снабженный приводом поворота 5, и вытеснительный элемент 6.

Поворотный затвор 4 выполнен в виде полого цилиндра с боковым окном 7 вдоль его образующей и установлен в расточке 8, выполненной в корпусе 1. Этот цилиндр выполнен сопрягаемым своей пружиной поверхностью с поверхностью расточки 8. Поворотный затвор 4 имеет зубчатую муфту 9, которая соединяет его с приводом поворота 5.

Вытеснительный элемент 6 выполнен в виде гидроцилиндра, имеющего шток 10 с поршнем 11 и цилиндр 12. Шток 10 соединен с корпусом 1, что обеспечивает неподвижное состояние поршню 11, а цилиндр 12 установлен соосно с поворотным затвором 4 с возможностью совершать внутри него возвратно-поступательное движение с ходом Н. Таким образом, цилиндр 12 служит плунжером рабочей частью вытеснительного элемента 6 (фиг.1). Поршень 11 и шток 10 в цилиндре 12 образуют поршневую полость 13 и штоковую полость 14, которые сообщаются с насосной станцией (не показана), например, через каналы 15, выполненные в штоке 10.

В корпусе 1 имеется промывочная емкость 16, в которой цилиндр 12 и шток 10 смазывается при каждом цикле работы плунжерного насоса.

В корпусе 1 окно 2 для всасывания выполнено как по расположению, так и по форме аналогичным боковому окну 7 в поворотном затворе 4, причем каждое из них имеет длину L₁, L₂, соразмерную ходу цилиндра 12 вытеснительного элемента 6 (фиг. 1, 3). Например, если ход Н цилиндра 12 равен 150 см, то длина L₁ окна 2 в корпусе 1 и длина L₂ отверстия 7 должны быть в пределах 150±5 см.

Упомянутая форма окна 2 и боковое окно 7 выбрана как из условий обеспечения самозагрузки перемещаемой массы в полость поворотного затвора 4, так и из технологии их изготовления.

Окно 3 в корпусе 1 желательно расположить под углом 180^o относительно окна 2 в корпусе 1 (фиг.1, 2). В этом случае поворот затвора 4 на 180^o обеспечивает исключение обратного прорыва перемещаемой массы в окно 2 корпуса 1 при поочередном открывании и закрывании упомянутых окон. Кроме того, такое расположение окон 2 и 3 наиболее удобно при эксплуатации плунжерного насоса.

Под окном 2 корпуса 1 может быть установлена загрузочная емкость (не показана) или корпус 1 может быть выполнен с ней как одно целое.

В корпусе 1 над окном 2 для всавывания установлен ворошитель 17, вал 18 которого имеет кинематическую связь 19 с приводом поворота 5 поворотного затвора 4 (фиг. 4, 6). Кинематическая связь 19 может быть выполнена в виде четырехзвенного механизма (фиг. 5, 7) или в виде зубчатых секторов (фиг.8, 9).

Плунжерный насос работает следующим образом.

В исходном состоянии в этом плунжерном насосе боковое окно 7 поворотного затвора 4 совмещено с окном 2 корпуса 1, и полость поворотного затвора 4 сообщается с загрузочной емкостью, наполняемой перемещаемой массой, например бетоном. Цилиндр 12 вытеснительного элемента 6 находится в крайнем правом положении (фиг. 1, 2). При этом ворошитель 17 находится в неподвижном положении (фиг.4, 5). В этом состоянии насосная станция через один из каналов 15 штока 10 создает повышенное давление в штоковой полости 14 цилиндра 12, и цилиндр 12 начинает двигаться в левую сторону, освобождая полость поворотного затвора 4, в которую свободно загружается бетон. После заполнения бетоном полости поворотного затвора 4 привод поворота 5 через зубчатую муфту 9 поворачивает поворотный затвор 4 в расточке 8 корпуса 1 на 180^o и окно 2 корпуса 1 перекрывается стенкой поворотного затвора 4, а окно 3 корпуса 1 совмещается с боковым отверстием 7 (фиг.3). Одновременно приводом поворота 5 поворотного затвора 4 через кинематическую связь 19 поворачивается вал 18 с ворошителем 17 в корпусе 1 над окном 2 для всасывания. Ворошитель 17 разрыхляет бетон, обеспечивая равномерное его распределение при загрузке плунжерного насоса. При этом кинематическая связь 19 переходит из одного положения (фиг.5, 8) в другое (фиг.7, 9) в зависимости от варианта ее исполнения. В момент завершения упомянутых действий насосная станция через другой канал 15 создает повышенное давление в поршневой полости 13 цилиндра 12 и цилиндр 12 начинает двигаться в крайнее правое положение, вытесняя бетон из полости поворотного затвора 4 в окно 3 корпуса 1. Когда цилиндр 12 совершит свой ход Н и достигнет крайнего правого положения, весь бетон из полости поворотного затвора 4 будет вытеснен. В этот момент поворотный затвор 4 и вал 18 с ворошителем 17 поворачиваются в первоначальное положение. При этом поворотный затвор 4 перекрывает окно 3 корпуса 1, исключая обратный прорыв бетона в загрузочную емкость, и совмещает боковое отверстие 7 с окном 2 корпуса 1 (фиг.4). Кинематическая связь 19 занимает положение, показанное на фиг. 5 или 8, в зависимости от варианта ее исполнения.

Далее циклы повторяются.

Изобретение предназначено для использования в устройствах для перемещения неоднородных жестких смесей, например бетона, а также шлама, содержащего малый процент жидкой фазы и относящегося к обезвоженной массе. Плунжерный насос содержит корпус с окном для всасывания и окном для нагнетания, поворотный затвор для открывания и закрывания этих окон, снабженный приводом поворота, и вытеснительный элемент. Поворотный затвор выполнен в виде полого цилиндра с боковым окном, сопрягаемого своей наружной поверхностью с поверхностью расточки, выполненной в корпусе, и установленного в ней. Вытеснительный элемент выполнен в виде гидроцилиндра, имеющего шток с поршнем, которым соединен с корпусом, и цилиндр, который установлен соосно с поворотным затвором с возможностью совершать внутри него возвратно-поступательное движение. В корпусе окно для всасывания выполнено как по расположению, так и по форме аналогичным боковому окну в поворотном затворе и каждое из них имеет длину, соразмерную ходу цилиндра вытеснительного элемента. В корпусе над окном для всасывания установлен ворошитель, вал которого имеет кинематическую связь с приводом поворота поворотного затвора. Позволяет уменьшить габариты конструкции насоса и упростить ее. 1 з.п. ф-лы, 9 ил.

1. Плунжерный насос, содержащий корпус с окнами для всасывания и нагнетания, поворотный затвор в виде полого цилиндра с боковым окном, расположенный в корпусе с возможностью периодического совмещения своего бокового окна с окном всасывания корпуса, и вытеснительный элемент, установленный в затворе, причем окно для всасывания в корпусе и боковое окно в затворе имеют длину, соразмерную длине рабочего хода вытеснительного элемента, отличающийся тем, что вытеснительный элемент выполнен в виде гидроцилиндра, шток которого соединен с корпусом, а цилиндр установлен соосно с поворотным затвором с возможностью совершать возвратно-поступательные движения, окно нагнетания выполнено в боковой поверхности корпуса под углом от окна всасывания не менее угла поворота поворотного затвора, при котором его боковое окно перекрывает окно нагнетания в корпусе, а боковая поверхность закрывает окно всасывания в корпусе, и наоборот. 2. Плунжерный насос по п.1, отличающийся тем, что в корпусе над окном для всасывания установлен ворошитель, выполненный в виде гребенки, с возможностью синхронного вращения с вращением поворотного затвора.