Насос Российский патент 2025 года по МПК F04B15/00 F04B53/10 F16K1/42 

Изобретение относится к устройствам для перекачивания густых жидкостей с абразивами, в частности к поршневым насосам, например к буровым и нефтепромысловым насосам.

Известен насос, содержащий корпус с нагнетательным коллектором и всасывающей полостью и приводом, корпус выполнен как минимум с одним отверстием для размещения цилиндра, выполненного в виде стакана с центральным отверстием в донной части и с возможностью его фиксации посредством разъемного соединения, и разобщения нагнетательного коллектора от всасывающей полости и атмосферы, нагнетательный клапан и седло установлены внутри цилиндра перед крышкой, закрепленной посредством разъемного соединения, а в цилиндре выполнено как минимум одно сквозное радиальное отверстие для сообщения нагнетательной полости с нагнетательным коллектором, а также продольные пазы перед седлом и как минимум одно радиальное отверстие в донной части, при этом с оборотной стороны поршня в штоке выполнен, ответно центральному отверстию, бурт (см. патент РФ № 2286480, МПК F04B 15/00 от 20.05.2005 г.).

Недостатками известного насоса трудоемкость изготовления, монтажа и обслуживания вследствие размещения уплотнительного узла штока в корпусе, а также невозможности своевременного закрытия всасывающего клапана. В известной конструкции сложно обеспечить центровку цилиндропоршневую пару и шток относительно цилиндра и корпуса соответственно. Процесс посадки всасывающего клапана на седло, выполненного в виде подвижной втулки, зависит от размеров и расположения сквозного бокового отверстия в донной части цилиндра.

Известен насос, содержащий корпус с всасывающей полостью, в котором выполнено как минимум одно отверстие для размещения цилиндра, выполненного в виде стакана с центральным отверстием в донной части, запорный орган нагнетательного клапана с пружиной и седло, установленные внутри цилиндра перед крышкой, поршень со штоком, обратная сторона седла служит седлом всасывающего клапана, запорный орган которого выполнен в виде охватывающей поршень втулки с образованием рабочей и штоковой полостей, при этом с оборотной стороны поршня на шток насажен подпружиненный относительно поршня с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно штока бурт, ответно выполненный центральному отверстию в донной части цилиндра, (см. патент РФ № 2667607, МПК F04B 15/00, опуб. 21.09.2018, бюл. № 7), который принят за прототип.

Выполнение бурта подвижным относительно штока и подпружиненным относительно поршня позволяет исключить возникновение чрезмерно низкого давления в штоковой полости.

Недостатками известного насоса являются трудоемкость изготовления, монтажа и обслуживания вследствие размещения уплотнительного узла штока в корпусе, а также невозможности обеспечения своевременного закрытия всасывающего клапана. В известной конструкции сложно обеспечить центровку цилиндропоршневую пару и шток относительно цилиндра и корпуса соответственно. Процесс посадки всасывающего клапана на седло, выполненного в виде подвижной втулки, зависит от размеров и расположения сквозного бокового отверстия в донной части цилиндра.

Технической задачей предлагаемого изобретения является снижение трудоемкости изготовления, монтажа и обслуживания насоса, а также объемных потерь.

Решение технической задачи достигается тем, что в насосе, содержащем корпус с всасывающей полостью, в котором выполнено как минимум одно отверстие для размещения цилиндра между упором корпуса и разъемным соединением, выполненного с центральным отверстием в днище цилиндра, запорный орган нагнетательного клапана с пружиной и седло, установленные внутри цилиндра перед крышкой с образованием напорной полости, поршень со штоком, обратная сторона седла служит седлом всасывающего клапана, запорный орган которого выполнен в виде охватывающей поршень втулки с образованием рабочей и штоковой полостей, при этом с оборотной стороны поршня на шток насажен подпружиненный к упору штока относительно поршня бурт, выполненный ответно центральному отверстию в днище цилиндра, между крышкой цилиндра и седлом в цилиндре и корпусе выполнены как минимум по одному сквозному радиальному отверстию с возможностью сообщения напорной полости с нагнетательной магистралью, согласно техническому решению, центральное цилиндрическое сквозное отверстие в днище цилиндра выполнено двухступенчатым, при этом шток выполнен ответно отверстию малого диаметра и пропущен через него, а бурт выполнен ответно отверстию большого диаметра, при этом в днище с выходом на центральное отверстие большого диаметра и цилиндре выполнены как минимум по одному сквозному радиальному отверстию с возможностью сообщения штоковой и всасывающей полостей.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом.

На фиг. 1 изображен общий вид гидравлической части насоса (продольный разрез одного цилиндра);

На фиг. 2 - разрез А-А на фиг. 1;

На фиг. 3 -разрез Б-Б на фиг. 1.

Насос содержит корпус 1 (фиг. 1), в котором выполнено как минимум одно цилиндрическое отверстие 2 для размещения как минимум одного цилиндра 3 с центральным двухступенчатым цилиндрическим отверстием в днище 4 с отверстиями большого 5 и малого 6 диаметров. Цилиндр 3 закреплен в отверстии 2 с возможностью его фиксации упором 7 и разъемным соединением 8. Упор 7 выполнен, например, в виде цилиндрического выступа корпуса 1, а разъемное соединение 8, например, в виде гайки. В цилиндре 3 размещена ответно выполненная втулка 9 с установленным в ней поршнем 10 со штоком 11 с образованием рабочей 12 и штоковой 13 полостей. Шток 11, закрепленный с приводом (на фиг. не показан), выполнен ответно отверстию 6 малого диаметра и пропущен через него, снабжен буртом 14, ответно выполненным отверстию 5 большого диаметра. Бурт 14 насажен на шток 11 с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно штока 11 и подпружинен относительно поршня 10 пружиной 15 к упору (на фиг. не указан) штока 11, выполненного, например, в виде бурта.

В средней части цилиндра 3 установлено седло 16 с возможностью взаимодействия с упором 17 цилиндра 3, выполненного, например, в виде цилиндрического выступа. В средней части цилиндра 3, за седлом 16 со стороны привода, выполнено как минимум одно продольное сквозное отверстие 18. Седло 16 и днище 4 установлены с образованием всасывающей полости 19 между седлом 16, днищем 4 и боковой поверхностью корпуса 1. Седло 16 и втулка 9 установлены с возможностью разъединения всасывающей 19 и рабочей 12 полостей, а втулка 9 - с возможностью ограниченного днищем 4 и седлом 16 осевого перемещения. Днище 4 цилиндра зафиксировано упором 20, выполненным, например, в виде гайки.

В днище 4 с выходом на центральное отверстие большого диаметра 5 и в стенке цилиндра 3 выполнены как минимум по одному сквозному радиальному отверстию 21 и 22 (фиг. 2) с возможностью сообщения штоковой 13 и всасывающей 19 полостей. Отверстия 21 и 22 могут быть выполнены соосными.

В передней части цилиндр 3 снабжен крышкой 23, например, с центральным цилиндрическим углублением 24, в верхней части которого со стороны седла 16 выполнены как минимум три сквозные осевые вырезы (на фиг. не указаны) с равным угловым расстоянием друг от друга, с образованием направляющих стержней 25 запорного органа 26 нагнетательного клапана, выполненного ответно верхней части углубления 24. Запорный орган 26 установлен с возможностью образования напорной полости 27, и размещен между днищем (на фиг. не указан) крышки 23 и седлом 16, подпружинен к седлу 16 пружиной 28 с возможностью разъединения напорной 27 и рабочей 12 полостей. Крышка 23 закреплена, например, гайкой 29. Запорный орган 26 может быть выполнен в виде цилиндрического диска, в котором со стороны седла 16 выполнена, например, цилиндрическая обточка с образованием бурта (на фиг. не указаны), на которую насажено упорно-уплотнительное кольцо 30, ответно выполненное верхней части углубления 24. Торец втулки 9 со стороны седла 16 также может быть снабжен упорно-уплотнительным кольцом 31. Кольца 30 и 31 могут быть взаимозаменяемыми. Упорно-уплотнительные поверхности (на фиг. не указаны) седла 16 могут быть выполнены сферическими.

В корпусе 1 и цилиндре 3 выполнены как минимум по одному радиальному сквозному отверстию 32 и 33 (фиг. 3) с возможностью сообщения напорной полости 27 с нагнетательной магистралью (на фиг. не показана). При этом крышка 23 в цилиндре 3 размещается с возможностью соосного расположения вырезов (на фиг. не указаны) в верхней части крышки 23 и отверстий 33. Например, при выполнении четырех отверстий 33 в цилиндре 3 и четырех направляющих 25 в верхней части крышки 23 (как на фиг. 1 и 3), расположенных через 90° друг от друга, крышка 23 устанавливается с размещением направляющих стержней 25 между отверстиями 33 и симметрично относительно них. При этом радиальное отверстие 32 корпуса 1 может быть расположено соосно одному из отверстий 33 цилиндра 3. Выход радиального отверстия 32 корпуса сообщается с нагнетательной магистралью (на фиг. не показана).

В корпусе 1 между седлом 16 и днищем 4 выполнено как минимум одно сквозное радиальное отверстие 34 для подвода жидкости.

Цилиндр 3 может быть снабжен тремя рядами уплотнительных устройств (на фиг. не указаны) для разобщения напорной 27 и всасывающей 19 полостей, а также их разобщения с окружающей средой (атмосферой).

Монтаж насоса осуществляют следующим образом.

Сборку цилиндра 3 (фиг. 1) осуществляют в виде отдельного блока в цеховых условиях. Сначала поршень 10 соединяют со штоком 11, на втулку 9 насаживают поршень 10 со штоком 11, и устанавливают в цилиндре 3 до упора, размещая шток 11 в отверстии 6 в днище 4 цилиндра 3. Днище 4 размещают в цилиндре 3 с возможностью сообщения штоковой 13 и всасывающей 19 полостей, например, соосным расположением отверстий 21 и 22 (Фиг. 2). Затем в цилиндр 3 устанавливают седло 16, крышку 23. Крышку 23 фиксируют при помощи гайки 29.

Собранный цилиндр 3 размещают в отверстии 2 корпуса 1 насоса до упора 7 с возможностью обеспечения сообщения отверстия 32 корпуса 1 с напорной полостью 27, например, соосным расположением радиального отверстия 32 (фиг. 3) корпуса 1 с одним из отверстий 33 цилиндра 3. Цилиндр 3 закрепляют в отверстии 2 корпуса 1 насоса разъемным соединением 8.

Снятие и демонтаж цилиндра 3 осуществляют в обратном порядке.

Насос работает следующим образом.

Пусть поршень 10 (фиг. 1) перемещается влево и приближается к левому крайнему положению. При этом запорный орган 26 нагнетательного клапана чуть приподнят над седлом 16. Давление в рабочей полости 12 равно давлению нагнетания, т.е. в напорной полости 27. Седло 16 при этом прижато к упору 17.

При обратном ходе поршня 10 вправо давление в рабочей полости 12 снижается, и запорный орган 26 опускается на седло 16, обеспечивая взаимодействие упорно-уплотнительного кольца 30 со сферической упорно-уплотнительной поверхностью (на фиг. не указана) седла 16. Перемещение запорного органа 26 обеспечивается строго по оси цилиндра 3 вследствие его движения по направляющим стержням 25. Когда давление в рабочей полости 12 становится равным или ниже давления во всасывающей полости 19, втулка 9 под действием сил трения поршня 10 и силы, определяемой перепадом давлений в рабочей полости 12 и во всасывающей полости 19, перемещается вправо, до взаимодействия с торцом днища 4 цилиндра 3. Жидкость из всасывающей полости 19 через продольные отверстия 18 цилиндра 3 и через кольцевой зазор (на фиг. не указан) между втулкой 9 и седлом 16 поступает в рабочую полость 12. При этом жидкость из штоковой полости 13 через отверстия 21 и 22 днища 4 и цилиндра 3 перетекает во всасывающую полость 19 насоса. Объем поступающей при этом жидкости из всасывающей магистрали (на фиг. не показана) меньше объема рабочей полости 12 и равен разности объемов рабочей полости 12 и штоковой полости 13. Поэтому давление во всасывающей полости 19 изменяется незначительно.

При подходе поршня 10 к правому крайнему положению передняя часть бурта 14 штока 11 перекрывает отверстие 5, что вызывает повышение давления в штоковой полости 13. Под действием создавшегося перепада давления происходит перемещение втулки 9 влево, в сторону седла 16. В конце хода всасывания втулка 9 сажается на седло 16, обеспечивая взаимодействие упорно-уплотнительных кольца 31 и сферической поверхности (на фиг. не указана) седла 16. При этом разъединяется рабочая полость 12 от всасывающей полости 19. Перемещение втулки 9 соосно цилиндру 3 обеспечивает герметичность всасывающего клапана и повышение его ресурса вследствие контакта кольца 31 с седлом 16 по всей длине окружности.

С целью исключения чрезмерного повышения давления в штоковой полости 13, часть хода поршня 10 с момента перекрытия отверстия 5 буртом 14 определяется из условия сохранения объема штоковой полости 13

где d_н; d_ц - наружный и внутренний диаметры втулки 9;

d_y -диаметр бурта 14;

h - ход втулки 9;

ΔS - часть длины хода поршня 10 с момента герметизации отверстия 5 буртом 14.

Отсюда получим соотношение для определения части длины хода поршня 10 AS с момента герметизации отверстия 5 буртом 14.

В начале перемещения поршня 10 влево, в сторону рабочей полости 12, втулка 9 дополнительно прижимается к седлу 16 возникающими между поршнем 10 и втулкой 9 силами трения и силой от перепада давления. Максимальное усилие от перепада давления пропорционально площади сечения опорно-уплотнительного кольца 31, определяемое внутренним диаметром втулки 9 и уплотняемым диаметром седла 16. При этом давление в штоковой полости 13 снижается. Под действием перепада давления бурт 14 перемещается в сторону поршня 10, сжимая пружину 15 и открывая отверстие 5. Далее жидкость из всасывающей полости 19 через отверстия 21 и 22 перетекает в полость 13.

С ростом давления в рабочей полости 12 запорный орган 26 нагнетательного клапана открывается, перемещаясь по оси цилиндра 3 вдоль направляющих стержней 25. Жидкость из рабочей полости 12 поступает в напорную полость 27, а далее чрез отверстия 33 и 32 (фиг. 3) в нагнетательную магистраль (на фиг. не показана).

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает снижение трудоемкости изготовления, монтажа и обслуживания насоса за счет размещения всех уплотнительных устройств в съемном цилиндре. При этом повышается объемная подача за счет обеспечения закрытия всасывающего клапана при крайнем положении поршня.

Изобретение относится к устройствам для перекачивания густых жидкостей с абразивами, в частности к поршневым насосам. Насос содержит корпус 1 с всасывающей полостью 19, в котором выполнено как минимум одно отверстие 2 для размещения цилиндра 3 между упором 7 и разъемным соединением, выполненного с центральным отверстием в днище 4, запорный орган 26 нагнетательного клапана с пружиной 28 и седло 16, установленные внутри цилиндра 3 перед крышкой 23 с образованием напорной полости 27, поршень 10 со штоком 11. Обратная сторона седла 16 служит седлом всасывающего клапана, запорный орган которого выполнен в виде охватывающей поршень 10 втулки 9 с образованием рабочей и штоковой полостей 12 и 13. С оборотной стороны поршня 10 на шток 11 насажен подпружиненный к упору штока 11 относительно поршня 10 бурт 14. Между крышкой 23 и седлом 16 в цилиндре 3 и корпусе 1 выполнены как минимум по одному сквозному радиальному отверстию с возможностью сообщения полости 27 с нагнетательной магистралью. Центральное цилиндрическое сквозное отверстие в днище 4 выполнено двухступенчатым. Шток 11 выполнен ответно отверстию 6 малого диаметра и пропущен через него. Бурт 14 выполнен ответно отверстию 5 большого диаметра. В днище 4 с выходом на центральное отверстие 5 и цилиндре 3 выполнены как минимум по одному сквозному радиальному отверстию 21 и 22 с возможностью сообщения полостей 13 и 19. Изобретение направлено на снижение трудоемкости изготовления, монтажа и обслуживания насоса, а также объемных потерь. 3 ил.

Насос, содержащий корпус с всасывающей полостью, в котором выполнено как минимум одно отверстие для размещения цилиндра между упором корпуса и разъемным соединением, выполненного с центральным отверстием в днище цилиндра, запорный орган нагнетательного клапана с пружиной и седло, установленные внутри цилиндра перед крышкой с образованием напорной полости, поршень со штоком, обратная сторона седла служит седлом всасывающего клапана, запорный орган которого выполнен в виде охватывающей поршень втулки с образованием рабочей и штоковой полостей, при этом с оборотной стороны поршня на шток насажен подпружиненный к упору штока относительно поршня бурт, выполненный ответно центральному отверстию в днище цилиндра, между крышкой цилиндра и седлом в цилиндре и корпусе выполнены как минимум по одному сквозному радиальному отверстию с возможностью сообщения напорной полости с нагнетательной магистралью, отличающийся тем, что центральное цилиндрическое сквозное отверстие в днище цилиндра выполнено двухступенчатым, при этом шток выполнен ответно отверстию малого диаметра и пропущен через него, а бурт выполнен ответно отверстию большого диаметра, причем в днище с выходом на центральное отверстие большого диаметра и цилиндре выполнены как минимум по одному сквозному радиальному отверстию с возможностью сообщения штоковой и всасывающей полостей.