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 которой 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 создания и стабилизации требуемых натягов функциональных сопряжении эластомерных уплотнителей в особенности при их маломассивном исполнении и с течением времени воздействия эксплуатационных факторов и условий хранения, что снижает экономичность и надежность работы насоса.

Наиболее близким к рассматриваемому 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 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 работы насоса.

Однако и данная конструкция насоса также имеет ряд недостатков, обусловленных, в частности, отсутствием надежной взаимной осевой фиксации эластомерных уплотнительных элементов и жестких каркасов в конструкциях всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей, в технических решениях которых предусмотрена только фрикционная взаимосвязь указанных элементов. Это обстоятельство, а также происходящие в процессе работы насоса попеременные динамические взаимодействия торцев уплотнителей с боковыми поверхностями стенок кольцевой канавки поршня и кольцевой проточки корпуса в конечные моменты выборки функциональных осевых зазоров между ними на начальных участках перемещений поршня из крайних положений, сопровождающиеся дальнейшим попеременно неравномерным по кольцевому периметру вытеснением материала эластомерных уплотнительных элементов уплотнителей под действием перепада давления на них в эксцентричные по форме зазоры функциональных сопряжений поршня и штока в процессе их возвратно-поступательных перемещений, обуславливают с течением времени на определенных режимах работы взаимные осевые смещения эластомерных уплотнительных элементов и жестких каркасов уплотнителей с выборкой функциональных осевых зазоров в местах их расположения, что приводит к дестабилизации величины подачи вплоть до возможного срыва ее при чрезмерном сужении функционального осевого зазора расположения всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя, в результате чего снижается надежность работы насоса. Кроме этого, наличие жесткого каркаса в составе всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя затрудняет возможность сборки его с поршнем насоса.

Задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, являются стабилизация подачи, повышение надежности работы и обеспечение удобства оборки насоса.

Указанные задачи решаются тем, что в известном насосе, содержащем расположенные в кольцевой канавке поршня и кольцевой проточке корпуса соответственно всасывающий клапанно-поршневой и напорный клапанно-штоковый уплотнители, выполненные в виде эластомерных уплотнительных элементов, сопряженных с натягом соответствующими поверхностями и контактирующих торцами с определенными поверхностями жестких каркасов, всасывающий клапанно-поршневой и напорный клапанно-штоковый уплотнители снабжены каждый в отдельности устройством взаимной осевой фиксации эластомерного уплотнительного элемента и жесткого каркаса, а также тем, что кольцевая канавка поршня выполнена составной с боковой стенкой со стороны кольцевой проточки корпуса в форме оснащенного выпускными каналами цилиндрического диска, контактирующего с поршнем обращенной к кольцевой канавке поверхностью торца. При этом устройство взаимной осевой фиксации эластомерного уплотнительного элемента и жесткого каркаса всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя может быть выполнено в виде контактирующего с эластомерным уплотнительным элементом трапецеидального в поперечном сечении торцевого буртика, расположенного на наружной поверхности жесткого каркаса со стороны всасывающего тракта, а устройство взаимной осевой фиксации эластомерного уплотнительного элемента и жесткого каркаса напорного клапанно-штокового уплотнителя может быть выполнено в виде контактирующего с эластомерным уплотнительным элементом трапецеидального в поперечном сечении буртика, расположенного на внутренней поверхности жесткого каркаса со стороны рабочей камеры.

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 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, содержащий эластомерный уплотнительный элемент 14, сопряженный с натягом внутренней поверхностью с жестким каркасом 15, оснащенным со стороны рабочей камеры 7 контактирующим с торцем эластомерного уплотнительного элемента 14 наружным торцовым буртиком 16, и выполнены выпускные каналы 17 со стороны кольцевой проточки 3 корпуса 1, в которой свободно расположен с натягом по поверхностям штока 5 и боковых стенок 18, 19 кольцевой проточки 3 корпуса 1 напорный клапанно-штоковый уплотнитель 20, содержащий эластомерный уплотнительный элемент 21, охваченный с натягом по наружной поверхности жестким каркасом 22, оснащенным с противоположной рабочей камере 7 стороны контактирующим с торцем эластомерного уплотнительного элемента 21 внутренним торцевым буртиком 23. Всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель 13 и напорный клапанно-штоковый уплотнитель 20 снабжены каждый в отдельности устройством взаимной осевой фиксации эластомерного у плотни тельного элемента и жесткого каркаса, причем устройство взаимной осевой фиксации эластомерного уплотнительного элемента 14 и жесткого каркаса 15 всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя 13 выполнено в виде контактирующего с эластомерным уплотнительным элементом 14 трапецеидального в поперечном сечении торцевого буртика 24, расположенного на наружной поверхности жесткого каркаса 15 со стороны всасывающего тракта 8, а устройство взаимной осевой фиксации эластомерного уплотнительного элемента 21 и жесткого каркаса 22 напорного клапанно-штокового уплотнителя 20 выполнено в виде контактирующего с эластомерным уплотнительным элементом 21 трапецеидального в поперечном сечении торцевого буртика 25, расположенного на внутренней поверхности жесткого каркаса 22 со стороны рабочей камеры 7. Кольцевая канавка 10 поршня 9 выполнена составной с боковой стенкой 11 со стороны кольцевой проточки 3 корпуса 1 в форме оснащенного выпускными каналами 17 цилиндрического диска, контактирующего с поршнем 9 обращенной к кольцевой канавке 10 поверхностью торца с фиксацией взаимного положения центрированным резьбовым креплением поршня 9 со штоком 5, стопорящихся от самоотворачивания посредством штифта 26 и отгибкой шайбы 27. Уплотнение внутренних поверхностей от внешней среды осуществлено уплотнительными элементами 28, 29.

Насос работает следующим образом.

На чертеже насос изображен в положении, соответствующем завершению цикла всасывания, при котором поршень 9 находится в крайнем положении. При этом напорный клапанно-штоковый уплотнитель 30 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, 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 17, радиального и осевого зазоров между поверхностями всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя 13 и кольцевой канавки 10 поршня 9, радиального функционального зазора между поверхностями рабочего цилиндра 6 и боковой стенкой 12 кольцевой канавки 10 поршня 9, через которые рабочая жидкость поступят 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 20 от боковой стенки 19 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 23 упругостью изначального натяга в осевом сопряжении с боковыми стенкам ми 18, 19 кольцевой проточки 3 корпуса 1 и перепадом давления на нем спонтанно подожмется к боковой стенке 19 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 указанной боковой стенке проточки корпуса усилием трения в сопряжении со штоком, повышающее надежность герметизации разобщения указанных функциональных полостей и, как следствие, надежность и качество осуществления рабочего процесса.

В дальнейшем циклы повторяются.

При этом, как видно из чертежа, конструктивно обеспечена четкая взаимная фиксация осевых положений:

эластомерного уплотнительного элемента 21 и жесткого каркаса 22 соответствующими поверхностями торцевых буртиков 23 и 25 жесткого каркаса 22 в напорном клапанно-штоковом уплотнителе 20;

эластомерного уплотнительного элемента 14 и жесткого каркаса 15 соответствующими поверхностями торцевых буртиков 16 и 24 жесткого каркаса во всасывающем клапанно-поршневом уплотнителе 13, что стабилизирует осевые размеры этих уплотнителей в процессе и после всевозможных силовых факторов воздействия на них во всем диапазоне условий эксплуатации, включая вибрационные, исключая их влияние на стабильность подачи и надежность работы насоса.

Таким образом, предложенное настоящим изобретением дополнительно к имеющемуся фрикционному более надежное геометрическое замыкание кинематической цепи взаимосвязи эластомерных уплотнительных элементов с жесткими каркасами в конструкциях всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей позволяет обеспечить надежную взаимную осевую фиксацию указанных конструктивных элементов уплотнителей и тем самым стабилизировать величину подачи и повысить надежность работы насоса, а выполнение кольцевой канавки поршня составной со съемной боковой стенкой со стороны кольцевой проточки корпуса 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 характеристиками клапанных распределителей малоэффективны.

Изобретение относится к области гидромашиностроения в частности, к устройству объемных насосов. В объемном насосе всасывающий клапанно-поршневой и напорный клапанно-штоковый уплотнители снабжены каждый в отдельности устройствами взаимной осевой фиксации эластомерного уплотнительного элемента и жесткого каркаса. Кольцевая канавка поршня выполнена составной с боковой стенкой со стороны кольцевой проточки корпуса в форме оснащенного выпускными каналами цилиндрического диска, контактирующего с поршнем обращенной к кольцевой канавке поверхностью торца. Стабилизируется подача, повышается надежность работы и обеспечивается удобство сборки насоса. 1 з.п. ф-лы, 1ил.

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 эластомерный уплотнительный элемент, сопряженный с натягом внутренней поверхностью с жестким каркасом, оснащенным со стороны рабочей камеры наружным торцевым буртиком, и выполнены 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, оснащенным с противоположной рабочей камере стороны внутренним торцевым буртиком, отличающийся тем, что всасывающий клапанно-поршневой и напорный клапанно-штоковый уплотнители снабжены каждый в отдельности устройством взаимной осевой фиксации эластомерного уплотнительного элемента и жесткого каркаса, а кольцевая канавка поршня выполнена составной с боковой стенкой со стороны кольцевой проточки корпуса в форме оснащенного выпускными каналами цилиндрического диска, контактирующего с поршнем обращенной к кольцевой канавке поверхностью торца.2. Объемный насос по п.1, отличающийся тем, что устройство взаимной фиксации эластомерного уплотнительного элемента и жесткого каркаса всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя выполнено в виде контактирующего с эластомерным уплотнительным элементом трапецеидального в поперечном сечении торцевого буртика, расположенного на наружной поверхности жесткого каркаса со стороны всасывающего тракта, а устройство взаимной осевой фиксации эластомерного уплотнительного элемента и жесткого каркаса напорного клапанно-штокового уплотнителя выполнено в виде контактирующего с эластомерным уплотнительным элементом трапецеидального в поперечном сечении торцевого буртика, расположенного на внутренней поверхности жесткого каркаса со стороны рабочей камеры.