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 который свободно расположен с натягом по поверхностям штока и боковых стенок проточки корпуса напорный клапанно-штоковый уплотнитель в форме эластомерного уплотнительного кольца круглого поперечного сечения (Авт. свидетельство СССР №1397618, МПК F 04 B 13/00, 1986).

Недостатком данной конструкции насоса является трудность в создании и стабилизации требуемых натягов функциональных 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 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 соответсвтующими поверхностями этих уплотнителей (Авт. свидетельство СССР №1402711, МПК F 04 B 13/00, 1986).

Наличие жестких каркасов в данной конструкции насоса обеспечивает создание требуемых натягов в функциональных сопряжениях эластомерных элементов 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 стабилизация этих натягов с учетом временных и температурных факторов условий эксплуатации и хранения повышает надежность работы такого насоса.

Однако и эта конструкция насоса наряду с выше рассмотренной также имеет ряд недостатков, обусловленных, в частности, наличием относительно больших значений величин радиальных зазоров функциональных сопряжений штока с расточкой корпуса и поршня с рабочим цилиндром, а также большой консольности расположения поршня относительно направляющей штока, размерные соотношения которых, с одной стороны, обуславливаются величиной подачи насоса, а с другой стороны, ограничиваются необходимостью предотвращения возможности выдавливания в зазоры функциональных сопряжений поршня и штока материала эластомерных уплотнительных элементов под воздействием перепада давления на них в такой степени, при которой возможно их разрушение в пределах невыработанного заданного ресурса работы насоса, что в общем случае сужает преимущественно пределами малых подачи и напоров область применения его при заданных массогабаритных показателях. Кроме этого, указанные конструктивные недостатки обуславливают возникновение соизмеримых с зазорами функциональных сопряжений, эксцентренные смещения поршня и штока под воздействием материала эластомерных уплотнительных элементов, неравномерно выдавливаемых перепадом давлений на них в образующиеся при этом эксцентрические по форме зазоры функциональных сопряжений поршня с рабочим цилиндром и штока с расточкой корпуса, ухудшая условия работы всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей, штока в сопряжении с направляющей и самого рабочего цилиндра в сопряжении с поршнем, снижая тем самым ресурсоспособность и надежность работы насоса и дополнительно сужая его область применения по параметрам.

Дополнительно к указанному в данной конструкции насоса затруднена возможность сборки оснащенного жестким каркасом всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя с неразъемной кольцевой канавкой поршня.

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

Указанные задачи решаются тем, что в известном насосе, содержащем всасывающий клапанно-поршневой и напорный клапанно-штоковый уплотнители, расположенные соответственно в кольцевой канавке поршня и кольцевой проточке корпуса и выполненные в виде эластомерных уплотнительных элементов, сопряженных с натягами с оснащенными торцовыми буртиками жесткими каркасами, всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель снабжен имеющей внутренний торцовый буртик цилиндрической антифрикционной втулкой, цилиндрическими поверхностями установленной с натягом между поверхностями рабочего цилиндра и эластомерного уплотнительного элемента с расположением внутреннего торцового буртика между торцовыми поверхностями наружного буртика жесткого каркаса и эластомерного уплотнительного элемента, напорный клапанно-штоковый уплотнитель снабжен имеющей наружный торцовый буртик цилиндрической антифрикционной втулкой, цилиндрическими поверхностями установленной с натягом между поверхностями штока и эластомерного уплотнительного элемента с расположением наружного торцового буртика между торцовыми поверхностями внутреннего торцового буртика жесткого каркаса и эластомерного уплотнительного элемента, а расположенная со стороны кольцевой проточки корпуса боковая стенка кольцевой канавки поршня выполнена съемной. При этом съемная боковая стенка кольцевой канавки поршня может быть выполнена в форме упругого стопорного кольца, установленного в дополнительной кольцевой канавке поршня со стороны кольцевой проточки корпуса, а в качестве материала цилиндрических антифрикционных втулок всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей может быть использована пластмассовая композиция на фторопластовой основе с графитовым наполнителем, например композиция Ф4-К20 ТУ 6-05-1413-76.

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, содержащий эластомерный уплотнительный элемент 14, сопряженный 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 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 внутренним торцовым буртиком 23. Всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель 13 снабжен имеющей внутренний торцовый буртик 24 цилиндрической антифрикционной втулкой 25, цилиндрическими поверхностями установленной с натягом между поверхностями рабочего цилиндра 6 и эластомерного уплотнительного элемента 14 с расположением внутреннего торцового буртика 24 между торцовыми поверхностями наружного торцового буртика 16 жесткого каркаса 15 и эластомерного уплотнительного элемента 14. Напорный клапанно-штоковый уплотнитель 20 снабжен имеющей наружный торцовый буртик 26 цилиндрической антифрикционной втулкой 27, цилиндрическими поверхностями установленной с натягом между поверхностями штока 5 и эластомерного уплотнительного элемента 21 с расположением наружного торцового буртика 26 между торцовыми поверохностями внутреннего торцового буртика 23 жесткого каркаса 22 и эластомерного уплотнительного элемента 21. Расположенная со стороны кольцевой проточки 3 корпуса 1 боковая стенка 11 кольцевой канавки 10 поршня 9 выполнена съемной в форме упругого стопорного кольца, установленного в дополнительной кольцевой канавке 28 поршня 9 со стороны кольцевой проточки 3 корпуса 1. Уплотнение внутренних полостей от внешней среды осуществлено уплотнительными элементами 29, 30.

Насос работает следующим образом.

На чертеже насос показан в положении, соответствующем завершению цикла всасывания, при котором поршень 9 находится в крайнем положении. При этом напорный клапанно-штоковый уплотнитель 20 поджат упругостью изначального натяга осевого сопряжения, 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 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 20 от боковой стенки 19 кольцевой проточки 3 корпуса 1 и через образованный при этом осевой и существующий радиальный зазоры между поверхностями этих конструктивных 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 20 упругостью изначального натяга в осевом сопряжении с боковыми стенками 18, 19 кольцевой проточки 3 корпуса 1 перепадом давления на нем спонтанно подожмется к боковой стенке 19 этой проточки, герметично разобщив тем самым рабочую камеру 7 от напорного тракта 2. 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 надежность герметизации разобщения указанный функциональных полостей и, как следствие, надежность и качество осуществления рабочего процесса.

В дальнейшем циклы повторяются.

При этом подвижно-фрикционное взаимодействие напорного клапанно-штокового 20 и всасывающего клапанно-поршневого 13 уплотнителей с ответными поверхностями соответственно штока 5 и рабочего цилиндра 6 корпуса 1 осуществляется посредством антифрикционной износостойкой пластмассовой композиции цилиндрических втулок соответственно 27 и 25, торцами цилиндрических поверхностей которых также осуществляются чередующиеся дросселирующие проходные площади перекрытия и открытия радиальных зазоров функциональных сопряжений штока 5 и поршня 9 с поверхностями соответствующих расточек корпуса 1.

Таким образом, предлагаемая данным изобретением возможность использования в качестве одного из материалов пар трения всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей в их промежуточных конструктивных элементах пластмассовой антифрикционной композиции, по износстойкости превосходящей эластомерные материалы, напрямую обеспечивает повышение ресурсоспособности и надежности работы насоса. При этом выполнение указанных элементов пар трения в форме цилиндрических втулок с толщинами стенок цилиндрической части, равными или превышающими требуемые рабочим процессом значения величин зазоров функциональных сопряжений поршня и штока, практически устраняет возможность выдавливания материала эластомерных уплотнительных элементов в указанные зазоры по причине их перекрытия торцами цилиндрической части антифрикционных втулок, что улучшает условия работы всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей, штока в сопряжении с расточкой направляющей и самого рабочего цилиндра в сопряжении с поршнем и тем самым дополнительно повышает ресурсоспособность и надежность работы насоса.

Кроме этого, наличие указанного принудительного перекрытия с последующим открытием зазоров функциональных сопряжений поршня и штока соответствующими элементами уплотнителей в процессе работы насоса обеспечивает возможность использования его при прочих равных условиях на большие напоры и подачи, что таким образом расширяет область возможного применения насоса по параметрам, а выполнение кольцевой канавки поршня со съемной со стороны кольцевой проточки корпуса боковой стенкой, выполненной в форме упругого стопорного кольца, упрощает возможность установки оснащенного жестким каркасом всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя в кольцевую канавку поршня во всем диапазоне возможных размерных соотношений указанных конструктивных элементов, обеспечивая 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.

Устройство предназначено для использования в области гидромашиностроения. В объемном насосе всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель снабжен имеющей внутренний торцовый буртик цилиндрической антифрикционной втулкой, цилиндрическими поверхностями установленной с натягом между поверхностями рабочего цилиндра и эластомерного уплотнительного элемента с расположением внутреннего торцового буртика между торцовыми поверхностями наружного торцового буртика жесткого каркаса и эластомерного уплотнительного элемента. Напорный клапанно-штоковый уплотнитель снабжен имеющей наружный торцовый буртик цилиндрической антифрикционной втулкой, цилиндрическими поверхностями установленной с натягом между поверхностями штока и эластомерного уплотнительного элемента с расположением наружного торцового буртика между торцовыми поверхностями внутреннего торцового буртика жесткого каркаса и эластомерного уплотнительного элемента. Расположенная со стороны кольцевой проточки корпуса боковая стенка кольцевой канавки поршня выполнена съемной. Повышается ресурс и надежность работы, расширяется область применения по параметрам и обеспечивается удобство сборки насоса. 2 з.п. ф-лы, 1 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 эластомерный уплотнительный элемент, сопряженный 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 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 торцовым буртиком, отличающийся тем, что всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель снабжен имеющей внутренний торцовый буртик цилиндрической антифрикционной втулкой, цилиндрическими поверхностями установленной с натягом между поверхностями рабочего цилиндра и эластомерного уплотнительного элемента с расположением внутреннего торцового буртика между торцовыми поверхностями наружного торцового буртика жесткого каркаса и эластомерного уплотнительного элемента, напорный клапанно-штоковый уплотнитель снабжен имеющей наружный торцовый буртик цилиндрической антифрикционной втулкой, цилиндрическими поверхностями установленной с натягом между поверхностями штока и эластомерного уплотнительного элемента с расположением наружного торцового буртика между торцовыми поверхностями внутреннего торцового буртика жесткого каркаса и эластомерного уплотнительного элемента, а расположенная со стороны кольцевой проточки корпуса боковая стенка кольцевой канавки поршня выполнена съемной.2. Объемный насос по п.1, отличающийся тем, что съемная боковая стенка кольцевой канавки поршня выполнена в форме упругого стопорного кольца, установленного в дополнительной кольцевой канавке поршня со стороны кольцевой проточки корпуса.3. Объемный насос по п.1, отличающийся тем, что цилиндрические антифрикционные втулки всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей выполнены из пластмассовой композиции на фторопластовой основе с графитовым наполнителем.