НАСОС Российский патент 2005 года по МПК F04D33/00 

Изобретение относится к насосам и может применяться для перекачки текучих сред, прежде всего жидкостей, в том числе загрязненных.

Для работы в таких средах малопригодны многие типы насосов, например поршневой насос по авторскому свидетельству СССР № 510586, кл. F 04 В 15/12, в котором поршень по большой поверхности контактирует с цилиндром. При этом попадание твердых частиц из загрязненной жидкости между этими деталями приводит как к ускоренному их износу, так и может вызвать заклинивание поршня. То же относится к шестеренным, пластинчатым и другим типам насосов.

Меньше контакт рабочего органа с корпусом может быть у центробежных насосов. Но тогда он неизбежен между неподвижным входным патрубком и вращающимся входным каналом рабочего колеса. Здесь изнашивается уплотнение между этими деталями.

Недостаток этот не устранен в самых современных центробежных насосах, например итальянских, фирмы «Calpeda» (Промышленное оборудование. Сборник. №1, 2003. Корпорация «Эконика»). В характеристике насоса на с.82 прямо указано, что «перекачиваемые жидкости не должны содержать механических примесей по объему более 0,1% и размером более 0,2 мм».

Менее требовательным к составу перекачиваемой среды может быть насос по патенту США №3307358, кл.60-621. Рабочий орган насоса выполнен в виде пластины, перемещающейся между плоскими стенками. В отличие от поршня пластина имеет меньший контакт со стенками и может быть выполнена и установлена также с обеспечением зазора между ней и стенками корпуса.

Перемещение пластины при этом организовано специальной направляющей в виде штока, а не самими стенками, как в поршневых насосах. Таким образом исчезает трение между рабочим органом и корпусом в потоке. В потоке остается еще подвижное соединение пластины с направляющим ее штоком. Но это цилиндрический шарнир. В шарнирах ось и втулка находятся в постоянном контакте друг с другом, что уменьшает их взаимодействие со средой, предотвращая преждевременный износ,

Однако в таком насосе имеется ненадежный элемент - это сам шток, который движется поступательно во втулках. При этом он захватывает из среды все новые и новые твердые частицы и перемещает их к втулкам, что непременно приводит к проникновению частиц в зазоры между штоком и втулкой, к износу этих частей и не исключено также заклинивание штока.

Более надежен и менее требователен к свойствам среды насос по патенту РФ № 1822469, кл. F 04 D 33/00, 35/00, 15.06.1993, содержащий корпус с проходным каналом и полостью над ним, сообщающиеся через щель, в которой размещен шатун с жестко установленной на его конце в проходном канале рабочей пластиной, подвешенный на кривошипе приводного вала, а также направляющую движения шатуна с рабочей пластиной. У него, прежде всего, другая кинематика. Вместо поступательно перемещающегося штока - качающийся шатун и жесткое закрепление рабочей пластины на шатуне. При этом направляющие втулки заменены роликом.

Данный патент принят за прототип.

Все же такой насос имеет существенные недостатки. Направляющий ролик размещен в полости над проходным каналом, т.е. между кривошипом и рабочей пластиной. Это значит, что сила давления шатуна на ролик будет больше силы взаимодействия пластины с потоком, а именно пропорционально отношению длины шатуна к расстоянию ролика до кривошипа в каждый момент его вращения. Повышенное давление на ролик приводит к ускоренному его износу. Существенно уменьшить это давление невозможно, т.к. нельзя переместить ролик в проходной канал, где он стал бы мешать ходу рабочей пластины. В то же время невозможно размещение в проходном канале и никаких других приспособлений, которые контактировали бы с шатуном и направляли его движение. Этому также препятствует рабочая пластина, перемещающаяся между верхней и нижней стенками канала.

Другой недостаток насоса состоит в том, что направляющий ролик находится в замкнутой со всех сторон полости, недоступной для чистки. Первое же заклинивание ролика потребует разборки насоса. Все это ограничивает надежность работы насоса и среды, для перекачки которых он может применяться.

Задачей изобретения является повышение надежности работы насоса и расширение области его применения.

Технический результат достигается за счет того, что в насосе, содержащем корпус с проходным каналом и полостью над ним, сообщающиеся через щель, в которой размещен шатун с жестко установленной на его конце в проходном канале рабочей пластиной, подвешенный на кривошипе приводного вала, а также направляющую движения шатуна с рабочей пластиной, согласно изобретению направляющая выполнена в виде тяги, установленной в проходном канале поворотно одним концом на стенках канала, а другим - на рабочей пластине.

При этом в вариантах исполнения тяга может быть изготовлена из гибкого материала, а рабочая пластина снабжена пружиной, создающей усилие растяжения в тяге.

Только при таком исполнении обеспечивается необходимое направление движения шатуна с рабочей пластиной, без помехи ее перемещению. При этом сила давления (на ролик) заменяется силой растяжения (в тяге) и величина этой силы будет не больше силы взаимодействия пластины с потоком, т.к. тяга прикреплена непосредственно к пластине и значит максимально удалена от кривошипа. Уменьшение усилия в тяге снижает износ мест контакта тяги со стенками проходного канала и с рабочей пластиной (если это шарниры). При выполнении тяги из гибкого материала указанные соединения могут быть жесткими, а поворотность соединений обеспечивается за счет гибкости тяги. При этом рабочий износ в соединениях резко сокращается.

Подпружинивание рабочей пластины уменьшит колебания усилий в тяге, что также повысит надежность работы мест крепления тяги к стенкам проходного канала и к рабочей пластине. Это уменьшит также вероятность вибраций тяги, особенно при переходных режимах. Размещение тяги непосредственно в рабочем канале обеспечивает возможность чистки такой направляющей через входную и выходную части проходного канала. Легко может быть предусмотрена и замена направляющей. Все эти операции могут производиться без разборки насоса.

Такие особенности насоса предполагают повышенную надежность его работы при перекачке самых различных сред, в том числе загрязненных, что расширяет область его применения. Ко всему прочему вынос направляющей в проходной канал резко уменьшает размер полости над ним, а значит и общие габариты и массу насоса.

На чертежах показаны варианты исполнения заявленного насоса. При этом на фиг.1 изображен насос с направляющей в виде жесткой тяги с шарнирами на концах; на фиг.2 - то же, вид сверху на рабочую пластину и тягу; на фиг.3 - насос с тягой из гибкого материала и с пружиной ее натяжения; на фиг.4 - то же, вид сверху.

В исполнении, как показано на фиг.1 и 2, насос содержит корпус 1 с проходным каналом 2, полость 3 над каналом 2, сообщающиеся через щель 4, шатун 5, проходящий через эту щель 4, с жестко прикрепленной на его конце рабочей пластиной 6 в проходном канале 2. Шатун 5 подвешен шарнирно на кривошипе 7 приводного вала 8 насоса и снабжен направляющей его движения (вместе с рабочей пластиной) в виде жесткой тяги 9, состоящей из двух пластин, поворотно-соединенных с рабочей пластиной 6 и со стенками 12 рабочего канала 2 посредством шарниров 10 и 11. Все стенки 12 проходного канала 2 плоские, а рабочая пластина 6 соединена с тягой 9 с обеспечением зазоров между ней и вертикальными стенками.

На фиг.3 и 4 тяга 9 выполнена из гибкого материала, например из двух металлических лент или тросов. Соединение тяги 9 с рабочей пластиной 6 и со стенками 12 проходного канала 2 может быть как посредством шарниров, так и жестким креплением ее концов. При этом повороты тяги обеспечены за счет гибкости ее материала. На фиг.3 и 4 показана также пружина 13, прикрепленная к рабочей пластине 6 и обеспечивающая через нее натяжение гибкой тяги 9 для стабилизации положения рабочей пластины 6 (в движении) с гарантированными зазорами между ней и вертикальными стенками 12 проходного канала 2.

В исполнении по фиг.1 и 2 насос работает следующим образом. Под действием кривошипа 7 приводного вала 8 и тяги 9 шатун 5, качаясь и перемещаясь вверх и вниз, постоянно поворачивает рабочую пластину 6 в положение выталкивания среды в одном направлении (при перемене направления вращения вала 8 на обратное среда также потечет в противоположном направлении). При этом шарниры 10 и 11 обеспечивают свободное качание шатуна 5 с рабочей пластиной 6 без касания ею стенок 12 проходного канала.

Соединение тяги 9 с концом рабочей пластины 6 (вместо шатуна) обеспечивает максимальный ход рабочей пластины 6 в пространстве между верхней и нижней стенками 12 и значит оптимальную производительность насоса. При этом размещение тяги 9 полностью в проходном канале создает возможность простой ее чистки, а также и замены ее и шарниров в случае износа или поломки. Использование тяги 9, размещенной в рабочем канале 2, исключает необходимость каких-либо направляющих качания шатуна 5 в полости 3. Это сокращает габариты полости 3, а следовательно, и самого насоса. Крепление тяги 9 непосредственно к рабочей пластине 6 предопределяет также минимальный уровень нагрузок в шарнирах тяги 9, а следовательно, повышение долговечности.

Все описанные преимущества относятся и к исполнению по фиг.3 и 4 с тягой 9 из гибкого материала. Если при этом вместо шарниров использовано жесткое закрепление концов тяги 9 (как и показано), то надежность работы насоса может быть еще больше, особенно в загрязненных средах.

Изобретение относится к насосам и может применяться для перекачки текучих сред, в том числе загрязненных. Насос содержит проходной канал 2, полость 3 над ним, сообщающиеся между собой через щель 4, шатун 5 с рабочей пластиной 6, подвешенный на кривошипе приводного вала, снабженные направляющей их движения в виде тяги 9. Тяга 9 поворотно установлена в проходном канале 2 одним концом на стенках 12 канала 2, а другим - на рабочей пластине 6. Тяга 9 может быть выполнена из гибкого материала, а рабочая пластина 6 снабжена пружиной 13, создающей усилие растяжения в тяге 9. Изобретение направлено на повышение надежности работы и расширение области применения насоса. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Насос, содержащий корпус с проходным каналом и полостью над ним, сообщающиеся через щель, в которой размещен шатун с жестко установленной на его конце в проходном канале рабочей пластиной, подвешенный на кривошипе приводного вала, а также направляющую движения шатуна с рабочей пластиной, отличающийся тем, что направляющая выполнена в виде тяги, установленной в проходном канале поворотно одним концом на стенках канала, а другим на рабочей пластине.2. Насос по п.1, отличающийся тем, что тяга выполнена из гибкого материала.3. Насос по п.1, отличающийся тем, что рабочая пластина снабжена пружиной, создающей усилие растяжения в тяге.