ОБЪЕМНЫЙ НАСОС Российский патент 2006 года по МПК F04B53/00 F04B13/00 

Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности к устройству объемных насосов.

Известен объемный насос, содержащий корпус, снабженный сообщенной с напорным трактом кольцевой проточкой, выполненной в расточке корпуса в месте его сопряжения со штоком, жестко связанным с расположенным в рабочем цилиндре корпуса между полостями рабочей камеры и всасывающего тракта поршнем, снабженным кольцевой канавкой, в которой свободно расположен с натягом по поверхности рабочего цилиндра всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель в форме эластомерного уплотнительного кольца круглого поперечного сечения, и выполнены выпускные каналы со стороны кольцевой проточки корпуса, в котором свободно расположен с натягом по поверхности штока напорный клапанно-штоковый уплотнитель в форме эластомерного уплотнительного кольца круглого поперечного сечения (Авт. свидетельство СССР №868114, МПК F 04 B 13/00, 1980).

Недостатками данной конструкции насоса являются трудности в создании и стабилизации требуемых натягов функциональных сопряжений эластомерных уплотнителей в особенности при их маломассивном исполнении и с течением времени воздействия на них эксплуатационных факторов и условий хранения, что снижает экономичность и надежность работы насоса. Кроме этого, дополнительно к указанным недостатками конструкции насоса являются снижение стабильности подачи, объемного коэффициента полезного действия, самовсасывающей способности и, как следствие, надежности работы насоса при функционировании его в низконапорных режимах, а также в неустановившихся переходных режимах выхода на рабочие параметры, что обусловлено десинхронизацией фрикционными силовыми факторами, соизмеримыми в этих условиях с активными силовыми факторами, моментов открытия и закрытия всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей на начальных участках перемещения поршня из крайних положений, и, как следствие, ненормированными перепусками при этом рабочей среды из напорного тракта во всасывающий.

Наиболее близким к рассматриваемым в заявке по техническому существу и достигаемым результатам является техническое решение, в котором осуществлено оснащение выполненных в форме эластомерного кольца круглого поперечного сечения уплотнителей жесткими каркасами, сопряженными с натягами с соответствующими поверхностями этих уплотнителей (Авт. свидетельство №1402711, СССР, МПК F 04 B 13/00, 1986).

Наличие жестких каркасов в уплотнителях данной конструкции насоса обеспечивает создание требуемых натягов в функциональных сопряжениях эластомерных уплотнительных элементов этих уплотнителей, что позволяет снизить потери хода поршня на начальных участках перемещений его из крайних положений, повышая тем самым экономичность работы насоса, а обеспечение при этом возможности нормирования и стабилизации этих натягов с учетом временных и температурных факторов условий эксплуатации и хранения повышает надежность работы насоса. Этим устранена часть из перечисленных недостатков конструкции насоса, однако устранение дополнительных из них указанными техническими решениями не охвачено и они остаются существенными для данного насоса, а кроме этого введение жесткого каркаса в конструкцию всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя затруднило возможность сборки его с неразъемной кольцевой канавкой поршня, что является дополнительным недостатком конструкции этого насоса.

Задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, являются нормирование и стабилизация подачи, повышение объемного коэффициента полезного действия, надежности работы и обеспечение удобства сборки насоса.

Указанные задачи решаются тем, что в известном насосе, содержащем напорный клапанно-штоковый и всасывающий клапанно-поршневой уплотнители, выполненные в виде эластомерных уплотнительных элементов, сопряженных с натягом с соответствующими поверхностями оснащенных торцевыми буртиками жестких каркасов, и свободно расположенные соответственно в сообщенной с напорным трактом кольцевой проточки корпуса и кольцевой канавке поршня, размещенного в рабочем цилиндре корпуса между полостями рабочей камеры и всасывающего тракта и жестко связанного с подвижно сопряженным с расточкой направляющей штоком, кольцевая проточка корпуса выполнена в форме двух участков различного диаметра, из которых участок проточки большего диаметра расположен со стороны направляющей штока и соединен с расположенным со стороны рабочей камеры участком проточки меньшего диаметра внутренней торцовой ступенькой, сообщение кольцевой проточки корпуса с напорным трактом выполнено в зоне участка проточки большего диаметра, напорный клапанно-штоковый уплотнитель размещен в зоне участка проточки меньшего диаметра с занижением расположения наружной поверхности торца внутреннего торцевого буртика жесткого каркаса этого уплотнителя относительно поверхности внутренней торцовой ступеньки кольцевой проточки корпуса и снабжен плоским кольцевым лепестком, контактирующим боковой поверхностью с поверхностями внутреннего торцового буртика жесткого каркаса напорного клапанно-штокового уплотнителя и внутренней торцовой ступеньки кольцевой проточки корпуса с нормированным усилием начального поджатия к ним изменением степени гибкой деформации плоскости расположения лепестка установленными между этим лепестком и направляющей штока регулировочными прокладками, а наружная цилиндрическая поверхность расположенной со стороны кольцевой проточки корпуса боковой стенки кольцевой канавки поршня и внутренняя цилиндрическая поверхность жесткого каркаса всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя выполнены в форме взаимно согласующихся типоразмером резьбовых поверхностей и между обращенными друг к другу торцовыми поверхностями эластомерного уплотнительного элемента и наружного торцового буртика всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя установлены регулировочные прокладки.

На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого объемного насоса.

Объемный насос содержит корпус 1, снабженный сообщенной с напорным трактом 2 кольцевой проточкой 3, выполненной в расточке корпуса 1 в месте расположения подвижно сопряженного с расточкой направляющей 4 штока 5, жестко на резьбе связанного с расположенным в рабочем цилиндре 6 корпуса 1 между полостями рабочей камеры 7 и всасывающего тракта 8 поршнем 9, снабженным кольцевой канавкой 10, в которой свободно расположен между боковыми стенками 11, 12 с натягом по поверхности рабочего цилиндра 6 всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель 13, выполненный в виде эластомерного уплотнительного элемента 14, сопряженного с натягом внутреннего уплотнительного элемента 14, сопряженного с натягом внутренней поверхностью с жестким каркасом 15, оснащенным со стороны рабочей камеры 7 наружным торцовым буртиком 16, и выполнены выпускные каналы 17 со стороны кольцевой проточки 3 корпуса 1, в которой свободно расположен между боковыми стенками 18, 19 с натягом по поверхности штока 5 напорный клапанно-штоковый уплотнитель 20, выполненный в виде эластомерного уплотнительного элемента 21, охваченного с натягом по наружной поверхности жестким каркасом 22, оснащенным со стороны направляющей 4 штока 5 внутренним торцовым буртиком 23. Кольцевая проточка 3 корпуса 1 выполнена в форме двух участков различного диаметра, из которых участок 24 проточки 3 большего диаметра расположен со стороны направляющей 4 штока 5 и соединен с расположенным со стороны рабочей камеры 7 участком 25 проточки 3 меньшего диаметра внутренней торцовой ступенькой 26. Сообщение кольцевой проточки 3 корпуса 1 с напорным трактом 2 выполнено в зоне участка 24 проточки 3 корпус 1 с напорным трактом 2 выполнено в зоне участка 24 проточки 3 большего диаметра. Напорный клапанно-штоковый уплотнитель 20 размещен в зоне участка 25 проточки 3 меньшего диаметра с занижением расположения наружной поверхности торца внутреннего торцового бортика 23 жесткого каркаса 22 этого уплотнителя относительно поверхности внутренней торцовой ступеньки 26 кольцевой проточки 3 корпуса 1 и снабжен плоским кольцевым лепестком 27, контактирующим боковой поверхностью с поверхностями внутреннего торцового буртика 23 жесткого каркаса 22 напорного клапанно-штокового уплотнителя 20 и внутренней торцовой ступеньки 26 кольцевой проточки 3 корпуса 1 с нормированным усилием начального поджатия к ним изменением степени гибкой деформации плоскости расположения лепестка 27 установленными между этим лепестком и направляющей 4 и штока 5 регулировочными прокладками 28. Наружная цилиндрическая поверхность расположенной со стороны кольцевой проточки 3 корпуса 1 боковой стенки 11 кольцевой канавки 10 поршня 9 и внутренняя цилиндрическая поверхность жесткого каркаса 15 всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя 13 выполнены в форме взаимно согласующихся типоразмером резьбовых поверхностей и между обращенными друг к другу торцовыми поверхностями эластомерного уплотнительного элемента 14 и наружного торцевого буртика 16 всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя 13 установлены регулировочные прокладки 29. Уплотнение внутренних полостей от внешней среды осуществлено уплотнительными элементами 30, 31.

Насос работает следующим образом.

На чертеже насос изображен в положении, соответствующем завершению цикла всасывания в установившемся режиме работы. При этом поршень 9 находится в крайнем положении, напорный клапанно-штоковый уплотнитель 20 поджат трением в сопряжении со штоком 5 и перепадом давления на нем к расположенной со стороны рабочей камеры 7 боковой стенке 19 кольцевой проточки 3 корпуса 1, плоский кольцевой лепесток 27 поджат изначальной гибкой деформацией его плоскости расположения и перепадом давления на нем к поверхностям внутреннего торцового буртика 23 жесткого каркаса 22 напорного клапанно-штокового уплотнителя 20 и внутренней торцовой ступеньки 26 кольцевой проточки 3 корпуса 1, герметично разобщая тем самым напорный тракт 2 от рабочей камеры 7. Всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель 13 при этом поджат трением о поверхность рабочего цилиндра 6 к боковой стенке 11 кольцевой канавки 10 поршня 9, обеспечивая сообщение рабочей камеры 7 со всасывающим трактом 8 посредством выпускных каналов 17, радиального и осевого зазоров между поверхностями всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя 13 и кольцевой канавки 10 поршня 9, через которые рабочая жидкость поступила из всасывающего тракта 8 и заполнила рабочую камеру 7 по мере увеличения ее объема перемещением поршня 9 и в процессе предшествующего цикла всасывания.

При последующем ходе поршня в обратном направлении на цикле нагнетания сначала происходит выборка осевого зазора между поверхностями всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя 13 и боковой стенки 12 кольцевой канавки 10 поршня 9, а затем с момента соприкосновения указанных поверхностей между собой и по мере возрастания в рабочей камере 7 избыточного давления до достаточного уровня происходит отжатие с перемещением в пределах осевого зазора напорного клапанно-штокового уплотнителя 20 от боковой стенки 12 кольцевой проточки 3 корпуса 1 и через образованный при этом осевой и существующий радиальный функциональный зазоры между поверхностями этих конструктивных элементов рабочая жидкость из рабочей камеры 7 по мере уменьшения ее объема перемещением поршня 9 вытеснится с отжатием лепестка 27 от поверхности внутренней торцовой ступеньки 26 в напорный тракт 2.

По достижении поршнем 9 своего крайнего в этом направлении перемещения положения в рабочей камере 7 и далее в радиальном функциональном зазоре между поверхностями напорного клапанно-штокового уплотнителя 20 и участка 25 проточки 3 корпуса 1 происходит понижение уровня давления и плоский кольцевой лепесток 27 усилием начального поджатия и перепадом давления на нем подожмется к поверхностям внутренней торцовой ступеньки 26 кольцевой проточки 3 корпуса 1 и внутреннего торцового буртика 23 жесткого каркаса 22 напорного клапанно-штокового уплотнителя 20, в результате чего он переместится в пределах осевого зазора, проскальзывая по штоку 5, и подожмется к боковой стенке 19 кольцевой проточки 3 корпуса 1, герметично разобщая тем самым рабочую камеру 7 от всасывающего тракта 8. С началом дальнейшего перемещения поршня в обратном направлении на цикле всасывания происходит дополнительное поджатие этого уплотнителя к указанной боковой стенке проточки корпуса усилием трения в сопряжении со штоком, повышая тем самым надежность герметизации указанных функциональных полостей и, как следствие, надежность и качество осуществления рабочего процесса.

В дальнейшем циклы повторяются.

Таким образом, согласно предложенным настоящим изобретением техническим решениям напорный клапанно-штоковый уплотнитель насоса снабжается управляемым перепадом давления дополнительным самодействующим клапанным устройством, преобразуя этим самым этот уплотнитель в двухкаскадный напорный клапанно-штоковый уплотнитель самодействующего типа, чем исключается возможность возникновения ситуации нахождения в одновременно открытом состоянии всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей на начальных участках перемещений поршня из крайних положений и, как следствие, ненормированные перепуски рабочей среды из напорного тракта во всасывающий, что и обеспечивает повышение стабильности подачи, объемного коэффициента полезного действия и надежности работы во всем диапазоне возможных параметров функционирования насоса.

Кроме этого, оснащение боковой стенки кольцевой канавки поршня и жесткого каркаса всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя типоразмерно согласованными между собой резьбовыми поверхностями обеспечивает удобство сборки с использованием отработанных приемов, применяемых при сборке невыпадающих винтовых сопряжений, а возможность расположения регулировочных прокладок между обращенными друг к другу торцами эластомерного уплотнительного элемента и наружного торцового буртика жесткого каркаса всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя позволяет регулировать величину осевого зазора между этим уплотнителем и боковыми стенками кольцевой канавки поршня и тем самым нормировать путем корректировки на стадии настройки параметров подачу насоса при его сборке.

Данный объемный насос может быть использован в любых отраслях промышленности, где требуется эффективное перекачивание жидкостных сред в системах различного целевого назначения. При этом благодаря эластичному контактированию функциональных удлинительных поверхностей в клапанных распределителях принудительного действия данный насос менее чувствителен к наличию механических включений в перекачиваемой среде по сравнению с объемными насосами другой конструкции клапанных распределителей и поэтому он может быть эффективно использован в работе на загрязненных механическими включениями неабразивного характера рабочих средах, где объемные насосы с другими конструкциями клапанных распределителей малоэффективны.

Устройство предназначено для использования в области гидромашиностроения, в частности к устройству объемных насосов. В объемном насосе кольцевая проточка корпуса выполнена в форме двух участков различного диаметра, из которых участок проточки большего диаметра расположен со стороны направляющей штока и соединен с расположенным со стороны рабочей камеры участком проточки меньшего диаметра внутренней торцовой ступеньки. Сообщение кольцевой проточки корпуса с напорным трактом выполнено в зоне участка проточки большего диаметра. Напорный клапанно-штоковый уплотнитель размещен в зоне участка проточки меньшего диаметра с занижением расположения наружной поверхности торца внутреннего торцового буртика жесткого каркаса этого уплотнителя относительно поверхности внутренней торцовой ступеньки кольцевой проточки корпуса и снабжен плоским кольцевым лепестком, контактирующим боковой поверхностью с поверхностями внутреннего торцового буртика жесткого каркаса напорного клапанно-штокового уплотнителя и внутренней торцовой ступеньки кольцевой проточки корпуса с нормированным усилием начального поджатия к ним изменением степени гибкой деформации плоскости расположения лепестка установленными между этим лепестком и направляющей штока регулировочными прокладками. Наружная цилиндрическая поверхность расположенной со стороны кольцевой проточки корпуса боковой стенки кольцевой канавки поршня и внутренняя цилиндрическая поверхность жесткого каркаса всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя выполнены в форме взаимно согласующихся типоразмером резьбовых поверхностей. Между обращенными друг к другу торцовыми поверхностями эластомерного уплотнительного элемента и наружного торцового буртика всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя установлены регулировочные прокладки. Нормируется и стабилизируется подача, повышается объемный коэффициент полезного действия, надежность работы и обеспечивается удобство сборки насоса. 1 ил.

Объемный насос, содержащий корпус, снабженный сообщенной с напорным трактом кольцевой проточкой, выполненной в расточке корпуса в месте расположения подвижно сопряженного с расточкой направляющей штока, жестко связанного с расположенным в рабочем цилиндре корпуса между полостями рабочей камеры и всасывающего тракта поршнем, снабженным кольцевой канавкой, в которой свободно расположен между боковыми стенками с натягом по поверхности рабочего цилиндра всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель, выполненный в виде эластомерного уплотнительного элемента, сопряженного с натягом внутренней поверхностью с жестким каркасом, оснащенным со стороны рабочей камеры наружным торцовым буртиком, и выполнены выпускные каналы со стороны кольцевой проточки корпуса, в которой свободно расположен между боковыми стенками с натягом по поверхности штока напорный клапанно-штоковый уплотнитель, выполненный в виде эластомерного уплотнительного элемента, охваченного с натягом по наружной поверхности жестким каркасом, оснащенным со стороны направляющей штока внутренним торцовым буртиком, отличающийся тем, что кольцевая проточка корпуса выполнена в форме двух участков различного диаметра, из которых участок проточки большего диаметра расположен со стороны направляющей штока и соединен с расположенным со стороны рабочей камеры участком проточки меньшего диаметра внутренней торцовой ступенькой, сообщение кольцевой проточки корпуса с напорным трактом выполнено в зоне участка проточки большего диаметра, напорный клапанно-штоковый уплотнитель размещен в зоне участка проточки меньшего диаметра с занижением расположения наружной поверхности торца внутреннего торцового буртика жесткого каркаса этого уплотнителя относительно поверхности внутренней торцовой ступеньки кольцевой проточки корпуса и снабжен плоским кольцевым лепестком, контактирующим боковой поверхностью с поверхностями внутреннего торцового буртика жесткого каркаса напорного клапанно-штокового уплотнителя и внутренней торцовой ступеньки кольцевой проточки корпуса с нормированным усилием начального поджатия к ним изменением степени гибкой деформации плоскости расположения лепестка установленными между этим лепестком и направляющей штока регулировочными прокладками, а наружная цилиндрическая поверхность расположенной со стороны кольцевой проточки корпуса боковой стенки кольцевой канавки поршня и внутренняя цилиндрическая поверхность жесткого каркаса всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя выполнены в форме взаимно согласующихся типоразмером резьбовых поверхностей, и между обращенными друг к другу торцовыми поверхностями эластомерного уплотнительного элемента и наружного торцового буртика всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя установлены регулировочные прокладки.