ГИДРОПОРШНЕВОЙ НАСОС Российский патент 2004 года по МПК F04B15/02 F04B9/10 

Изобретение относится к области гидротранспорта твердых сыпучих материалов, в частности к объемным насосам для перекачивания абразивных полидисперсных гидросмесей, и может быть использовано во многих областях экономики при гидротранспортировании материалов с различными крупностью, плотностью и концентрацией в рабочих жидкостях любой плотности и вязкости.

Известен гидропоршневой насос для гидротранспорта твердых сыпучих материалов, включающий рабочие цилиндры с плавающими гидроприводными рабочими поршнями, состыкованные с ними торцами цилиндры управления с плавающими гидроприводными поршнями управления, связанными с рабочими поршнями штоками, пропущенными через торцы цилиндров с сальниковыми уплотнениями, приводной насос с напорным трубопроводом для подачи приводной жидкости в запоршневые штоковые полости рабочих цилиндров через золотниковый или клапанный распределитель потока со сливным и напорно-сливными трубопроводами, управляемый концевыми датчиками включения нагнетающих поршней, установленных на концах поршневых полостей цилиндров управления, всасывающий и нагнетательный трубопроводы с затворами и соединительные трубопроводы между соответственно штоковыми и поршневыми полостями цилиндров управления для поочередного перетекания между ними жидкости управления и возврата всасывающих поршней (RU №2138435, кл. В 65 G 53/30, 27.10.99). Этот насос принят за прототип.

Недостатками насоса являются неравномерность подачи с пульсациями потока при реверсировании нагнетающих и всасывающих поршней, перемещающихся с равными скоростями, что снижает надежность его работы.

Известен двухпоршневой насос с маслогидравлическим приводом для перекачивания высокопластичных бетонных, строительных, шламовых смесей, растворов и паст.

Насос включает в себя два параллельно расположенных рабочих цилиндра с поршнями, перемещаемыми штоками, соединенными с поршнями приводных масляных гидроцилиндров, и систему переключения всасонагнетательных трубопроводов с самосрабатывающимися шаровыми клапанами или приводными поворотными патрубками-хоботами (проспекты немецкой фирмы “Путцмайстер” Насосы для “Наихудшего” IP502-2 “Бетононасосы” ВР 1202-1).

Недостатки насоса при перекачке обычных непластичных гидросмесей - неравномерность подачи с пульсациями давления, недостаточная герметизация поворотных патрубков с возможным перебросом давления в процессе переключения цилиндров и повышенный износ цилиндропоршневых групп, свойственный поршневым насосам со штоковым механическим приводом.

Техническим результатом изобретения является обеспечение равномерности подачи, снижение износа и повышение надежности работы насоса.

Это достигается тем, что гидропоршневой насос для гидротранспорта твердых сыпучих материалов, включающий рабочие цилиндры с плавающими гидроприводными рабочими поршнями, состыкованные с ними торцами цилиндры управления с плавающими гидроприводными поршнями управления, связанными с рабочими поршнями штоками, пропущенными через торцы цилиндров с сальниковыми уплотнениями, приводной насос с напорным трубопроводом для подачи приводной жидкости в запоршневые штоковые полости рабочих цилиндров через золотниковый или клапанный распределитель потока со сливным и напорно-сливными трубопроводами, управляемый концевыми контактными или бесконтактными датчиками нагнетания для включения нагнетающих поршней, установленными на концах поршневых полостей цилиндров управления, всасывающий и нагнетательный трубопроводы с затворами и соединительные трубопроводы с затворами и соединительные трубопроводы между соответственно штоковыми и поршневыми полостями цилиндров управления для поочередного перетекания между ними жидкости управления и возврата всасывающих поршней, снабжен приводными сервопереключателями распределителя потока, управляющими ими концевыми датчиками всасывания для включения ускоренного возврата всасывающих поршней относительно нагнетающих, установленными на концах штоковых полостей цилиндров управления и взаимодействующими с концевыми датчиками нагнетания, регулировочными подпиточными дросселями с подпиточными трубопроводами, подключенными одним концом к напорному трубопроводу, а другим концом к соответствующим соединительным трубопроводам, на которых установлены регулировочные предохранительно-переливные клапаны с переливными трубопроводами, подключенными к сливному трубопроводу.

Такое техническое решение позволяет уравновесить систему плавающих поршней, значительно снизить износ и перепад давления в штоковых и поршневых полостях цилиндров, ускорить возврат всасывающих поршней относительно нагнетающих и исключить пульсации потока при реверсировании рабочих поршней, что обеспечивает равномерность подачи и повышает надежность работы насоса.

При этом насос может быть снабжен соединенными с рабочими цилиндрами вне зон перемещения гидроприводных рабочих поршней вертикальными камерами осаждения твердых частиц с обводными трубопроводами, соединяющими верхние и нижние части этих камер и образующими узлы их разгрузки восходящим потоком рабочей жидкости с регуляторами концентрации гидросмеси в виде подвижных патрубков для изменения зазоров между торцами обводных и нагнетательных трубопроводов.

Насос также может быть снабжен питающим бункером-смесителем, выполненным с обводным трубопроводом, узлом его саморазгрузки восходящим потоком рабочей жидкости и регулятором концентрации гидросмеси аналогично упомянутой камере осаждения.

Пример выполнения изобретения поясняется чертежами, где изображены: на фиг.1 - схема гидропоршневого насоса - дуплекса; на фиг.2 - циклограммы работы цилиндров насоса; на фиг.3 - общая циклограмма работы насоса.

Гидропоршневой насос содержит рабочие цилиндры 1 и 2 с гидроприводными рабочими поршнями 3, 4, состыкованные с ними торцами цилиндры управления 5 и 6 с поршнями управления 7, 8, связанными с рабочими поршнями 3, 4 штоками 9, 10, пропущенными через торцы цилиндров с сальниковыми уплотнениями, и концевыми датчиками 11, 12 и 13, 14 для включения нагнетающих и всасывающих поршней. Штоковые и поршневые полости цилиндров управления 5 и 6 соединены, соответственно, между собой соединительными трубопроводами 15 и 16 с возможностью перетекания между ними жидкости управления для возврата всасывающих поршней.

С рабочими цилиндрами 1 и 2 соединены расположенные вне зон перемещения рабочих поршней 3, 4 между всасывающими и нагнетательными трубопроводами 17 и 18 с затворами 19, 20 и 21, 22 вертикальные камеры 23 и 24 осаждения твердых частиц с обводными трубопроводами 25, 26, соединяющими верхние и нижние части этих камер и образующими узлы их разгрузки 27, 28 восходящим потоком рабочей жидкости с регуляторами концентрации гидросмеси в виде подвижных патрубков для изменения зазоров между торцами обводных 25, 26 и нагнетательных 18 трубопроводов.

В условиях перекачивания нерасслаивающихся суспензий и вязкопластичных смесей необходимость в камерах осаждения отпадает и может быть использована упрощенная конструкция гидропоршневого насоса с установкой всасо-нагнетательных затворов непосредственно на торцах рабочих цилиндров.

Для подачи приводной жидкости поочередно в запоршневые штоковые полости рабочих цилиндров 1 и 2 предназначены приводной насос 29, напорный 30, напорно-сливные 31, 32 и сливной 33 трубопроводы, золотниковый распределитель потока 34 с пружинами нейтрального положения золотников и его гидроэлектромагнитые золотниковые сервопереключатели 35 и 36 с пружинами исходного положения золотников, управляемых концевыми датчиками 11, 12 и 13, 14.

Для регулирования подачи гидропоршневого насоса в пределах характеристики приводного насоса может быть применен, например, тиристорный преобразователь частоты электропитания с индукционным расходомером. При необходимости более значительного повышения подачи гидропоршневой насос можно использовать в качестве модульного с параллельной работой в транспортной системе таких же однотипных насосов либо применять соответственно больший его типоразмер.

Для ускорения возврата всасывающих поршней относительно нагнетающих, обеспечивающих равномерную подачу насоса без пульсаций, и для восполнения жидкости управления в поршневых полостях цилиндров управления при одновременном движении нагнетающих поршней предусмотрены соответственно регулировочные подпиточные дроссели 37 и 38 с подпиточными трубопроводами 39 и 40, подключенными одним концом к напорному трубопроводу 30, а другим концом к соединительным трубопроводам 15 и 16. При этом для уравновешивания системы плавающих поршней с минимальными перепадами давления в штоковых и поршневых полостях цилиндров управления 5 и 6 в условиях переменного расхода жидкости управления на соединительных трубопроводах 15 и 16 установлены регулировочные предохранительно-переливные клапаны 41 и 42 с переливными трубопроводами 43 и 44, подключенными к сливному трубопроводу 33.

При необходимости питание гидросистемы управления и возврата поршней может осуществляться не от общего приводного насоса 29, а от самостоятельного насоса управления меньшей мощности (на фиг.1 не показан).

Плавающие рабочие поршни 3 и 4, кроме выполнения силовых функций при перемещениях в рабочих цилиндрах 1 и 2, являются и разъединителями чистой приводной жидкости в штоковых полостях и гидросмеси в поршневых полостях при положительном градиенте давления между ними. Поэтому приводная жидкость с повышенным давлением как при нагнетании, так и при всасывании будет стремиться промывать цилиндро-поршневые зазоры, как гидравлический затвор, препятствуя проникновению через них в штоковые полости абразивных твердых фракций гидросмеси и предохраняя гидропоршневой насос от износа.

Для заполнения цилиндров насоса гидросмесью необходимой концентрации предназначен саморазгружающийся питающий бункер-смеситель 45, по конструкции принципиально аналогичный камерам осаждения 23 и 24. При работе на перекачных станциях возможно питание насоса гидросмесью непосредственно из транспортного трубопровода.

Гидропоршневой насос работает следующим образом.

Первоначально регуляторы концентрации в питающем бункере-смесителе 45 и камерах осаждения 23 и 24 настраиваются на обеспечение равенства концентраций всасываемой и нагнетательной гидросмеси.

При установившемся режиме работы насоса (фиг.1) сервопереключатель 35, находящийся под воздействием электромагнита, ранее включенного концевым датчиком всасывания 13, в крайнем правом положении со сжатой пружиной исходного положения, пропускает приводную жидкость из напорного трубопровода 30 в правый торец распределителя потока 34, золотники которого удерживаются в крайнем левом положении со сжатой левой пружиной нейтрального положения. Благодаря этому приводная жидкость от приводного насоса 29 по напорно-сливному трубопроводу 32 подается в запоршневую штоковую полость рабочего цилиндра 2, воздействует на плавающий рабочий поршень 4, который, перемещаясь, вытесняет жидкую часть перекачиваемой гидросмеси - рабочую жидкость - в камеру осаждения 24 и по обводному трубопроводу 26 к узлу разгрузки 28. Здесь эта рабочая жидкость захватывает осевшие твердые фракции, смешивается с ними в восходящем потоке и с концентрацией, обеспечиваемой регулятором концентрации, через нагнетательный затвор 22 поступает в нагнетательный трубопровод 18.

При этом перемещающийся с номинальной скоростью нагнетающий рабочий поршень 4 с помощью штока 10 тянет за собой поршень управления 8, который вытесняет находящуюся перед ним в цилиндре управления 6 жидкость управления в запоршневую штоковую полость цилиндра управления 5, заставляя ее поршень управления 7 вместе со штоком 9 и рабочим поршнем 3 возвращаться в сторону концевого датчика нагнетания 11, ранее включенного концевым датчиком всасывания 13. Тем самым одновременно осуществляется всасывание перекачиваемой гидросмеси из питающего бункера-смесителя 45 по всасывающему трубопроводу 17 через затвор 19 в поршневую полость рабочего цилиндра 1 и камеру осаждения 23, вытеснение рабочим поршнем 3 из штоковой полости рабочего цилиндра 1 приводной жидкости по напорно-сливному трубопроводу 31 через золотниковый распределитель потока 34 в сливной трубопровод 33 и перетекание жидкости управления из поршневой полости цилиндра управления 5 в поршневую полость цилиндра управления 6.

Благодаря дополнительному поступлению приводной жидкости в сторону наименьшего сопротивления из напорного трубопровода 30 по подпиточному трубопроводу 39 и соединительному трубопроводу 15 в запоршневую штоковую полость цилиндра управления 5 перемещение всасывающего поршня 3 происходит с большей, чем у нагнетающего поршня 4, скоростью, которая регулируется подпиточным дросселем 37. Следовательно, он раньше вступает в контакт с датчиком нагнетания 11 и останавливается, завершая процесс всасывания, пока нагнетающий поршень 4 еще продолжает движение.

Датчик 11 через датчик 13 отключает электромагнит сервопереключателя 35, золотник которого под действием разжимающейся пружины перемещается в исходное крайнее левое положение, подача из напорного трубопровода 30 приводной жидкости перекрывается, правая торцевая полость распределителя потока 34 соединяется со сливным трубопроводом 33, а нейтрализующими пружинами его золотники устанавливаются в среднее положение, соединяя напорный трубопровод 30 через напорно-сливные трубопроводы 31 и 32 с запоршневыми штоковыми полостями рабочих цилиндров 1 и 2.

В результате поршень 3 начинает нагнетание с возрастающей скоростью, а поршень 4 продолжает нагнетание с уменьшающейся скоростью.

После выравнивания скоростей наступает период одновременного нагнетания гидросмеси обоими поршнями с одинаковой скоростью и половинной подачей каждым и номинальной подачей суммарно. С помощью подпиточного дросселя 37 этот период может регулироваться до нуля.

После контакта нагнетающего поршня 8 с датчиком всасывания 14 включаются датчик нагнетания 12 и электромагнит сервопереключателя 36, золотники которого перемещаются в крайнее левое положение со сжатием пружины исходного положения, напорный трубопровод 30 соединяется с левым торцом распределителя потока 34 и приводная жидкость перемещает его золотники в крайнее правое положение, сжимая правую пружину нейтрального положения.

При этом нагнетающий поршень 4, замедляясь, останавливается, а приводная жидкость из напорного трубопровода 30 через распределитель потока 34 и напорно-сливной трубопровод 31 в полном объеме начинает поступать в запоршневую штоковую полость рабочего цилиндра 1, и происходят аналогично предыдущим процессы нагнетания и всасывания в рабочих цилиндрах 1 и 2 с последующей периодичностью циклов работы гидропоршневого насоса.

Образующийся в связи с повышенной скоростью возврата всасывающего поршня избыточный объем жидкости управления, вытесняемой поршнем управления 7 из поршневой полости цилиндра управления 5 и перетекаемой по соединительному трубопроводу 16 в поршневую полость цилиндра управления 6 через предохранительно-переливной клапан 42 по переливному трубопроводу 44, удаляется в сливной трубопровод 33.

Во избежание нарушения равновесия перепадов давления в системе плавающих поршней управления в период одновременного движения нагнетающих поршней дефицит жидкости управления в поршневых полостях цилиндров управления 5 и 6 восполняется с помощью регулировочного подпитывающего дросселя 38, подающего дополнительно необходимый объем жидкости в соединительный трубопровод 16 из напорного трубопровода 30 по подпиточному трубопроводу 40.

Описанный алгоритм работы насоса иллюстрируют фиг.2 и 3 с циклограммами процессов нагнетания и всасывания гидросмеси соответственно в цилиндрах 1 и 2 по позициям фиг.1:

1' - срабатывание датчика нагнетания 11 цилиндра 1 - начало увеличения подачи цилиндром 1 и уменьшения подачи цилиндром 2;

2' - достижение цилиндрами 1 и 2 одинаковой половинной подачи;

2'-3' - период одновременного нагнетания гидросмеси цилиндрами 1 и 2 с половинной подачей каждым и номинальной подачей суммарно регулируется до нуля подпиточным дросселем 37;

3' - срабатывание датчика всасывания 14 цилиндра 2 - заканчивание увеличения подачи цилиндром 1 и уменьшения подачи цилиндром 2;

4' - достижение цилиндром 2 нулевой подачи и цилиндром 1 номинальной подачи;

1'-4' - переходный период реверсирования поршней;

1'-5' - время нагнетания (хода рабочего поршня) цилиндра 1;

5'-6' - время всасывания (возврата поршня) цилиндра 1 - меньше времени нагнетания;

1'-6' - время цикла (двойного хода рабочего поршня) цилиндра 1;

0-7' - номинальная скорость нагнетания;

0-8' - скорость всасывания - превышает номинальную скорость нагнетания.

Таким образом, благодаря возможности перекрытия диаграмм нагнетания обоих цилиндров в переходных режимах реверсирования поршней за счет дополнительной подпитки и ускоренного возврата всасывающих поршней обеспечивается равномерная подача без пульсаций, снижение износа и повышение надежности работы гидропоршневого насоса.

Насос предназначен для использования в области гидротранспорта твердых сыпучих материалов для перекачивания абразивных полидисперсных гидросмесей с материалами различной крупности, плотности и концентрации и рабочими жидкостями любой плотности и вязкости. Содержит рабочие цилиндры с плавающими гидроприводными рабочими поршнями, состыкованные с ними торцами цилиндры управления с плавающими гидроприводными поршнями управления, связанными с рабочими поршнями штоками. Приводной насос содержит напорный трубопровод для подачи приводной жидкости в запоршневые штоковые полости рабочих цилиндров через распределитель потока с сервопереключателями, управляемыми концевыми датчиками нагнетания и всасывания, установленными на концах цилиндров управления. Штоковые и поршневые полости цилиндров управления соединены соответственно между собой соединительными трубопроводами для возможности поочередного перетекания между ними жидкости управления при различных рабочих режимах и ускоренного возврата всасывающих поршней относительно нагнетающих с помощью регулировочных подпитывающих дросселей и предохранительно-переливных клапанов. Обеспечивает равномерную подачу без пульсаций в переходных режимах реверсирования рабочих поршней, снижение износа и повышение надежности работы гидропоршневого насоса. 2 з.п. ф-лы, 3 ил.

1. Гидропоршневой насос для гидротранспорта твердых сыпучих материалов, включающий рабочие цилиндры с плавающими гидроприводными рабочими поршнями, состыкованные с ними торцами цилиндры управления с плавающими гидроприводными поршнями управления, связанными с рабочими поршнями штоками, пропущенными через торцы цилиндров с сальниковыми уплотнениями, приводной насос с напорным трубопроводом для подачи приводной жидкости в запоршневые штоковые полости рабочих цилиндров через золотниковый или клапанный распределитель потока со сливным и напорно-сливными трубопроводами, управляемый концевыми контактными или бесконтактными датчиками нагнетания для включения нагнетающих поршней, установленными на концах поршневых полостей цилиндров управления, всасывающий и нагнетательный трубопроводы с затворами и соединительные трубопроводы между соответственно штоковыми и поршневыми полостями цилиндров управления для поочередного перетекания между ними жидкости управления и возврата всасывающих поршней, отличающийся тем, что он снабжен приводными сервопереключателями распределителя потока, управляющими ими концевыми датчиками всасывания для включения ускоренного возврата всасывающих поршней относительно нагнетающих, установленными на концах штоковых полостей цилиндров управления, взаимодействующими с концевыми датчиками нагнетания, регулировочными подпиточными дросселями с подпиточными трубопроводами, подключенными одним концом к напорному трубопроводу, а другим концом к соответствующим соединительным трубопроводам, на которых установлены регулировочные предохранительно-переливные клапаны с переливными трубопроводами, подключенными к сливному трубопроводу с возможностью обеспечения равномерной подачи без пульсаций при реверсировании рабочих поршней, снижения износа и повышения надежности работы насоса.2. Гидропоршневой насос по п.1, отличающийся тем, что он снабжен соединенными с рабочими цилиндрами вне зон перемещения гидроприводных рабочих поршней вертикальными камерами осаждения твердых частиц с обводными трубопроводами, соединяющими верхние и нижние части этих камер и образующими узлы их разгрузки восходящим потоком рабочей жидкости с регуляторами концентрации гидросмеси в виде подвижных патрубков для изменения зазоров между торцами обводных и нагнетательных трубопроводов.3. Гидропоршневой насос по п.1 или 2, отличающийся тем, что он снабжен питающим бункером-смесителем, выполненным с обводным трубопроводом, узлом его разгрузки восходящим потоком рабочей жидкости и регулятором концентрации гидросмеси аналогично упомянутой камере осаждения.