ОБЪЕМНЫЙ НАСОС Российский патент 2006 года по МПК F04B53/14 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 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 в форме эластомерного уплотнительного кольца круглого поперечного сечения и выполнены выпускные каналы со стороны кольцевой проточки корпуса, в котором свободно расположен с натягом по поверхностям штока и боковых стенок кольцевой проточки корпуса напорный клапанно-штоковый уплотнитель в форме эластомерного уплотнительного кольца круглого поперечного сечения (Авт. свидетельство СССР №1397618, МПК F 04 В 13/00, 1986).

Недостатком данной конструкции насоса является трудность обеспечения и стабилизации требуемых функциональных натягов сопряжений эластомерных уплотнителей в особенности при их маломассивном исполнении и с течением времени воздействия эксплуатационных факторов и условий хранения, что снижает экономичность и надежность работы такого насоса.

Наиболее близким к рассматриваемому в заявке по техническому существу и достигаемым результатам является техническое решение, предусматривающее снабжение выполненных в форме эластомерного кольца круглого поперечного сечений уплотнителей жесткими каркасами, сопряженными с натягом с соответствующими поверхностями этих уплотнителей (Авт. свидетельство СССР №1402711, МПК F 04 В 13/00, 1986).

Наличие жестких каркасов в данной конструкции насоса обеспечивает создание требуемых натягов функциональных сопряжений эластомерных элементов уплотнителей, что позволяет снизить потери хода поршня на начальных участках перемещений его из крайних положений, повышая тем самым экономичность работы насоса, а возможность учета в этих натягах временных и температурных факторов воздействия на эластомерные уплотнительные элементы, условий хранения и эксплуатации позволяет повысить надежность его работы.

Однако данная конструкция насоса также имеет ряд недостатков, обусловленных в частности наличием относительно больших величин радиального зазора сопряжения рабочего цилиндра с поршнем и его консоли расположения относительно расточки подвижного сопряжения штока в направляющей, размерные соотношения которых определяются с одной стороны величиной подачи насоса, а с другой стороны ограничены условием необходимости обеспечения отсутствия выдавливания в зазор сопряжения поршня с рабочим цилиндром материала эластомерного уплотнительного элемента под воздействием перепада давления на нем в такой степени, при которой возможно его разрушение в пределах невыработанного заданного ресурса работы насоса, что в общем случае снижает область применения этого насоса по параметрам подачи и напора при заданных параметрах массогабаритных показателей. При этом наличие большой консольности расположения поршня относительно направляющей штока в процессе возвратно-поступательных перемещений поршня обуславливает соизмеримое с величиной зазора рабочего цилиндра с поршнем эксцентричное смещение его в пределах зазора подвижного сопряжения штока с направляющей и упругости системы под воздействием материала эластомерного уплотнительного элемента, неравномерно выдавливаемого перепадом давления на нем в эксцентрический зазор рабочего цилиндра с поршнем, усугубляя тем самым ограничение области применения насоса по параметрам и ухудшая условия работы эластомерных уплотнительных элементов всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей, штока в сопряжении с направляющей и самого рабочего цилиндра в сопряжении с поршнем, что приводит к снижению ресурсоспособности и надежности работы насоса. Кроме этого, наличие жесткого каркаса в составе всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя затрудняет возможность оборки его с поршнем насоса.

Задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, являются расширение области применения по параметрам, повышение ресурсоспособности, надежности работы и обеспечение удобства сборки насоса.

Указанные задачи решаются за счет того, что в известном насосе, содержащем расположенный в кольцевой канавке поршня всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель с жестким каркасом, кольцевая канавка поршня выполнена составной с подвижно сопряженной с рабочим цилиндром антифрикционной боковой стенкой со стороны кольцевой проточки корпуса, в которой расположен напорный клапанно-штоковый уплотнитель. При этом указанная антифрикционная боковая стенка может быть выполнена в форме разрезного цилиндрического кольца с внутренней цилиндрической ступенькой, сопряженной с выполненной в поршне со стороны кольцевой проточки корпуса дополнительной кольцевой канавкой, а в качестве материала может быть использована пластмассовая композиция на фторопластовой основе с графитовым наполнителем, например композиция Ф4-К20 ТУ 6-05-1413-76.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:

на фиг.1 - конструктивная схема общего вида предлагаемого объемного насоса, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.

Объемный насос содержит корпус 1, снабженный сообщенной с напорным трактом 2 кольцевой проточкой 3, выполненной в расточке корпуса в месте расположения подвижно сопряженного с расточкой направляющей 4 штока 5, жестко связанного с расположенным в рабочем цилиндре 6 корпуса 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, содержащий сопряженный с натягом внутренней поверхностью с жестким каркасом 14 эластомерный уплотнительный элемент 15, и выполнены выпускные каналы 16 со стороны кольцевой проточки 3 корпуса, в которой свободно расположен с натягом по поверхностям штока 5 и боковых стенок 17, 18 кольцевой проточки 3 корпуса напорный клапанно-штоковый уплотнитель 19, содержащий эластомерный уплотнительный элемент 20, охваченный с натягом по наружной поверхности жестким каркасом 21. Кольцевая канавка 10 поршня 9 выполнена составной с подвижно сопряженной с рабочим цилиндром 6 антифрикционной боковой стенкой 11 со стороны кольцевой проточки 3 корпуса. Антифрикционная боковая стенка 11 выполнена в форме разрезного цилиндрического кольца, состоящего из двух полуколец 22, 23 с внутренней цилиндрической ступенькой 24, сопряженной с выполненной в поршне 9 со стороны кольцевой проточки 3 корпуса дополнительной кольцевой канавкой 25. Уплотнение внутренних поверхностей от внешней среды осуществлено уплотнительными элементами 26, 27.

Насос работает следующим образом.

На фиг.1 насос изображен в положении, соответствующем завершению цикла всасывания, при котором поршень 9 находится в крайнем положении. При этом напорный клапанно-штоковый уплотнитель 19 поджат трением в сопряжении со штоком 5 и перепадом давления на нем к расположенной со стороны рабочей камеры 7 боковой стенке 18 кольцевой проточки 8 корпуса 1, герметично разобщая тем самым рабочую камеру 7 от напорного тракта 2, а всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель 13 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 16, радиального и осевого зазоров между поверхностями всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя 19 и кольцевой канавки 10 поршня 9, радиального функционального зазора между поверхностями рабочего цилиндра 6 и боковой стенки 12 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 в процессе предшествующего цикла всасывания.

При последующем обратном ходе поршня 9 в процессе цикла нагнетания сначала происходит выборка осевого зазора между поверхностями всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя 13 и боковой стенкой 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 напорного клапанно-штокового уплотнителя 19 от боковой стенки 18 кольцевой проточки 3 корпуса 1 и через образованный при этом осевой и существующий радиальный зазоры между поверхностями этих элементов рабочая жидкость из рабочей камеры 7 по мере уменьшения ее объема перемещением поршня 9 вытеснится в напорный тракт 2. По достижении поршнем 9 своего крайнего в этом направлении перемещения положения в рабочей камере 7 происходит понижение уровня давления и напорный клапанно-штоковый уплотнитель 19 упругостью изначального натяга в осевом сопряжении с боковыми стенками кольцевой проточки 3 корпуса 1 и перепадом давления на нем спонтанно подожмется к боковой стенке 18 этой проточки, герметично разобщая тем самым полости напорного тракта 2 и рабочей камеры 7. С началом дальнейшего перемещения поршня в обратном направлении на цикле всасывания происходит дополнительное поджатие этого уплотнителя к боковой стенке кольцевой проточки корпуса усилием трения в сопряжении со штоком, повышающее надежность герметизации разобщения указанных функциональных полостей и, как следствие, надежность и качество осуществления рабочего процесса. При этом подвижно сопряженная с малым радиальным зазором с поверхностью рабочего цилиндра 6 антифрикционная боковая стенка 11 кольцевой канавки 10 поршня 9 обеспечивает надежную центровку поршня относительно расточки цилиндра в любом из положений возвратно-поступательных перемещений поршня, создавая благоприятные условия работы функциональных элементов конструкции.

В дальнейшем циклы повторяются.

Таким образом, согласно предлагаемым настоящим изобретением техническим решениям насос оснащен максимально приближенной к всасывающему клапанно-поршневому уплотнителю с минимально возможной консольностью расположения дополнительной опорой скольжения, практически исключающей возможность эксцентренных смещений поршня и штока в зазорах их функциональных сопряжений, гарантируя концентричность этих зазоров и, как следствие, отсутствие неравномерности по кольцевым периметрам вытеснения материала эластомерных уплотнительных элементов всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей в эти зазоры под воздействием перепада давления на них, расширяя тем самым область применения насоса по параметрам и улучшая условия работы эластомерных уплотнительных элементов всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей, штока в сопряжении с расточкой направляющей и самого рабочего цилиндра в сопряжении с поршнем, что, как следствие, обеспечивает повышение ресурсоспособности и надежности работы насоса в целой, а выполнение кольцевой канавки поршня составной с разъемной боковой стенкой обеспечивает удобство сборки насоса.

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 уплотнительных поверхностей в клапанных распределителях принудительного действия данный насос менее чувствителен к наличию механических примесей 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.

Изобретение предназначено для использования в области гидромашиностроения. В объемном насосе кольцевая канавка поршня выполнена составной с подвижно сопряженной с рабочим цилиндром антифрикционной боковой стенкой со стороны кольцевой проточки корпуса. Расширяется область применения по параметрам, повышается ресурсоспособность, надежность работы и обеспечивается удобство сборки насоса. 2 з.п. ф-лы., 2 ил.

1. 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, содержащий сопряженный с натягом внутренней поверхностью с жестким каркасом эластомерный уплотнительный элемент, и выполнены выпускные каналы со стороны кольцевой проточки корпуса, в которой свободно расположен с натягом по поверхностям штока и боковых стенок кольцевой проточки корпуса напорный клапанно-штоковый уплотнитель, содержащий эластомерный уплотнительный элемент, охваченный с натягом по наружной поверхности жестким каркасом, отличающийся тем, что кольцевая канавка поршня выполнена составной с подвижно сопряженной с рабочим цилиндром антифрикционной боковой стенкой со стороны кольцевой проточки корпуса.2. Объемный насос по п.1, отличающийся тем, что антифрикционная боковая стенка кольцевой канавки поршня выполнена в форме разрезного цилиндрического кольца с внутренней цилиндрической ступенькой, сопряженной с выполненной в поршне со стороны кольцевой проточки корпуса дополнительной кольцевой канавкой.3. Объемный насос по п.1, отличающийся тем, что антифрикционная боковая стенка кольцевой канавки поршня выполнена из пластмассовой композиции на фторопластовой основе с графитовым наполнителем.