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 являются недостаточные ресурс и герметичность нагнетательного клапана.

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 в штоке выполнен ответно центральному отверстию в донной части цилиндра бурт, в крышке цилиндра выполнено центральное цилиндрическое глухое отверстие ответно запорному органу с образованием камеры переменного объема, в верхней части внутренней боковой поверхности крышки выполнено, как минимум, одна глухая осевая канавка, при этом пружина размещена в камере переменного объема (см. патент РФ №2702830, МПК F04B 15/00, F04B 53/10, F04B К 1/42, опубл. 11.10.2019, бюл. №29), который принят за прототип.

Недостатками известного насоса являются недостаточные надежность работы и герметичность нагнетательного клапана. Консольное размещение запорного органа нагнетательного клапана может привести к потере герметичности и интенсивному износу клапанной пары.

Технической задачей предлагаемого изобретения является повышение герметичности и ресурса нагнетательного клапана.

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, 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 в штоке выполнен, ответно центральному отверстию в донной части цилиндра, бурт, в крышке выполнено центральное цилиндрическое углубление ответно запорному органу нагнетательного клапана, между крышкой цилиндра и седлом в цилиндре и корпусе выполнены, как минимум, по одному соосному друг другу сквозному радиальному отверстию, отличающийся тем, что, крышка установлена с возможностью взаимодействия с седлом, со стороны которого в стенке крышки выполнены, как минимум, три продольных выреза с равным угловым расстоянием друг от друга с образованием направляющих стержней запорного органа нагнетательного клапана, при этом вырезы в радиальном направлении расположены соосно радиальным отверстиям цилиндра и корпуса.

Крышка цилиндра выполнена двухступенчатой с образованием бурта ответно корпусу и установлена с возможностью взаимодействия с торцом цилиндра, в передней торцевой части цилиндра и в бурте крышки выполнены, как минимум, соответственно пара осевых глухих углублений с образованием выступов и пара осевых сквозных вырезов ответно выступам цилиндра с равным угловым расстоянием друг от друга, крышка установлена с размещением выступов цилиндра в глухих осевых углублениях крышки, при этом высота выступов цилиндра выполнена больше высоты бурта с образованием гарантированного осевого зазора между упором корпуса и крышкой.

В боковой поверхности крышки около бурта выполнена, как минимум, одна глухая осевая канавка, а в корпусе - сквозное радиальное резьбовое отверстие с установленным штифтом с возможностью его углубления в канавку.

В периферийной части седла, ответно крышке выполнена цилиндрическая обточка с обеспечением ее взаимодействия с внутренней поверхностью направляющих стержней.

В запорном органе со стороны крышки выполнена цилиндрическая обточка с образованием бурта ответно пружине, при этом цилиндрическое углубление в крышке выполнено ответно пружине, а первые витки пружины на обтачиваемую поверхность запорного органа посажены с натягом.

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;

На фиг. 4 - узел В 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 отверстием 4 в донной части, закрепленного в отверстии 2 с возможностью его фиксации упором 5 корпуса и разъемным соединением 6. Упор 5 выполнен, например, в виде цилиндрического выступа, а разъемное соединение 6 - например, в виде гайки. В цилиндре 3 размещена ответно выполненная втулка 7 с установленным в ней поршнем 8 со штоком 9 с образованием рабочей 10 и штоковой 11 полостей. Шток 9, закрепленный с приводом (на фиг. не показан), пропущен через центральное отверстие 4 и снабжен буртом 12, установленным с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно штока 9 и подпружиненным относительно поршня 8 пружиной 13 к упору (на фиг. не указан) штока 9, выполненного, например, в виде разрезного пружинного кольца.

В средней части цилиндра 3 установлено седло 14 с возможностью взаимодействия с упором 15 цилиндра 3, выполненного, например, в виде цилиндрического выступа. Корпус 1 со стороны привода снабжен днищем 16, в котором выполнено центральное цилиндрическое отверстие (на фиг. не указано) ответно штоку 9. В средней части цилиндра 3, за седлом 14 со стороны привода, выполнен, как минимум, одно продольное сквозное отверстие 17. Седло 14 и днище 16 установлены с образованием всасывающей полости 18 между седлом 14, днищем 16 и боковой поверхностью корпуса 1. Седло 14 установлено с возможностью разъединения всасывающей 18 и рабочей 10 полостей, а втулка 7 - с возможностью ограниченного днищем 16 и седлом 14 осевого перемещения.

В передней части цилиндр 3 снабжен крышкой 19 с центральным цилиндрическим углублением 20, в верхней части которого выполнены, как минимум, три сквозные осевые глухие вырезы (на фиг. не указаны) с равным угловым расстоянием друг от друга с образованием направляющих стержней 21 запорного органа 22 нагнетательного клапана, выполненного ответно верхней части углубления 20. Запорный орган 22 установлен с возможностью образования напорной полости 23, и размещен между днищем (на фиг. не указан) крышки 19 и седлом 14, подпружинен к седлу 14 пружиной 24 с возможностью разъединения напорной 23 и рабочей 10 полостей. Крышка 19 установлена с возможностью взаимодействия торцов направляющих стержней 21 с периферийной торцевой поверхностью седла 14. Запорный орган 22 может быть выполнен в виде цилиндрического диска, в котором со стороны седла 14 выполнена цилиндрическая обточка с образованием бурта (на фиг. не указаны), на которую насажено упорно-уплотнительное кольцо 25, ответно выполненное верхней части углубления 20. Торец втулки 7 со стороны седла 14 также может быть снабжен упорно-уплотнительным кольцом 26. Кольца 25 и 26 могут быть взаимозаменяемыми. Упорно-уплотнительные поверхности (на фиг. не указаны) седла 14 выполнены сферическими.

Крышка 19 выполнена, например, двухступенчатой с образованием бурта 27, ответно выполненного корпусу 1, и установленного с возможностью взаимодействия с торцом цилиндра 3.

В передней торцевой части цилиндра 3 выполнены, как минимум, пара осевых глухих углублений с образованием выступов 28 (фиг. 2) с равным угловым расстоянием друг от друга, а в бурте 27 крышки 19 - как минимум, пара сквозных осевых вырезов 29 ответно выступам 28 цилиндра 3. Крышка 19 установлена с размещением выступов 28 цилиндра 3 в глухих осевых вырезах 29 крышки 19. При этом, с целью образования гарантированного осевого зазора между упором 6 корпуса 1 и крышкой 19, высота выступов 28 цилиндра 3 выполнена больше высоты бурта 27.

В корпусе 1 и цилиндре 3 выполнены, как минимум, по одному радиальному сквозному отверстию 30 и 31 (фиг. 3) с возможностью сообщения с напорной полостью 23. При этом крышка 19 в корпусе 1 размещается с возможностью соосного расположения вырезов (на фиг. не указаны) в верхней части крышки 19 и отверстий 30 и 31. Например, при выполнении четырех отверстий 30 в цилиндре 3 и четырех направляющих 21 в верхней части крышки 19 (как на фиг. 1 и 3), расположенных через 90° друг от друга, крышка 19 устанавливается с размещением направляющих стержней 21 между отверстиями 30 и симметрично относительно них.

Для установки крышки 19 с требуемым взаимным угловым расположением отверстий 30 и направляющих стержней 21, в боковой поверхности крышки 19 около бурта 27 может быть выполнена глухая осевая канавка 32, а в корпусе 1 - сквозное радиальное резьбовое отверстие (на фиг. не указано), в котором установлен штифт 33 с возможностью его углубления в канавку 32. В корпусе 1 между седлом 14 и днищем 16 выполнено, как минимум, одно сквозное радиальное отверстие 32 для подвода жидкости.

В запорном органе 22 нагнетательного клапана со стороны крышки 19 может быть выполнена обточка ответно пружине 24 с образованием бурта 33 (фиг. 1) для соосного расположения цилиндра 3 и пружины 24.

В периферийной части седла 14, ответно крышке 19, может быть выполнена обточка глубиной "h" (фиг. 4), превышающей величину зазора между упором (гайкой) 6 и крышкой 19.

Цилиндрическое углубление 20 в крышке 19 может быть выполнено ответно пружине 24 (фиг. 4), при этом диаметр проволоки пружины 24 будет равен ширине бурта 33. Начальные витки пружины 24 на цилиндрическую обтачиваемую поверхность (на фиг. не указана) запорного органа 22 посажены с гарантированным натягом.

Монтаж насоса осуществляют следующим образом.

Сборку цилиндра 3 (фиг. 1) осуществляют в виде отдельного блока в цеховых условиях. Сначала поршень 8 соединяют со штоком 9, на втулку 7 насаживают поршень 8 со штоком 9, и устанавливают в цилиндре 3 до упора, размещая шток 9 в отверстии 4 в донной части цилиндра 3. Затем в цилиндр 3 устанавливают седло 14, крышку 19 с размещением выступов 28 (фиг. 2) цилиндра 3 в сквозных осевых вырезах 29 бурта 27 крышки 19, пружину 24 и запорный орган 22 нагнетательного клапана. Крышку 19 фиксируют при помощи резьбового штифта 33, углубляемого в осевую канавку 32 крышки 19.

Собранный цилиндр 3 размещают в отверстии 2 корпуса 1 насоса до упора 5 с обеспечением соосного расположения радиальных отверстий 30 и 31 (фиг. 3) цилиндра 3 и корпуса 1. Цилиндр 3 закрепляют в отверстии 2 корпуса 1 насоса разъемным соединением 6, выполненным, например, в виде гайки 6. Так как высота выступов 28 цилиндра 3 больше высоты бурта 27, торец гайки 6 взаимодействует с торцом цилиндра 3 с образованием гарантированного зазора (на фиг. не указан) между торцами гайки 6 и крышки 19.

Снятие и демонтаж цилиндра 3 осуществляют в обратном порядке.

Насос работает следующим образом.

В начальный момент пуска насоса, когда давление в напорной 23 (фиг. 1) и во всасывающей 18 полостях одинаковые, седло 14 взаимодействует с упором 15, а между гайкой 6 и крышкой 19 имеется гарантированный зазор (на фиг. не указан). После пуска насоса в работу давление в напорной полости 23 становится выше, чем во всасывающей полости 18, и торец крышки 19 под действием давления в напорной полости 23 взаимодействует с гайкой 6. Направляющие стержни 21 запорного органа 22 нагнетательного клапана отодвигаются от седла 14 на величину зазора (между гайкой 6 и крышкой 19), разгружая направляющие стержни 21. Неподвижность седла 14 обеспечивается усилием от перепада давления между напорной 23 и всасывающей 18 полостями.

Пусть поршень 8 (фиг. 1) перемещается влево и приближается к левому крайнему положению. При этом запорный орган 22 нагнетательного клапана чуть приподнят над седлом 14. Давление в рабочей полости 10 равно давлению нагнетания, т.е. в нагнетательной полости 23. Седло 14 при этом прижато к упору 15.

При обратном ходе поршня 8 вправо давление в рабочей полости 10 снижается, и запорный орган 22 опускается на седло 14, обеспечивая взаимодействие упорно-уплотнительного кольца 25 со сферической упорно-уплотнительной поверхностью (на фиг. не указана) седла 14. Перемещение запорного органа 22 обеспечивается строго по оси цилиндра 3 вследствие его движения по направляющим стержням 21. Этим достигается высокая герметичность нагнетательного клапана. Одновременное касание запорного органа 22 и седла 14 по всей длине окружности упорно-уплотнительных поверхностей снижает контактное давление, повышая ресурс работы.

Когда давление в рабочей полости 10 становится равным или ниже давления во всасывающей полости 18, втулка 7 под действием сил трения поршня 8 и силы, определяемой перепадом давлений в рабочей полости 10 и во всасывающей полости 18, перемещается вправо. Жидкость из всасывающей полости 18 через продольные отверстия 17 цилиндра 3 и через кольцевой зазор (на фиг. не указан) между втулкой 7 и седлом 14 поступает в рабочую полость 10. При этом жидкость из штоковой полости 11 через отверстие 4 перетекает во всасывающую полость 18 насоса. Объем поступающей при этом жидкости из всасывающей магистрали (на фиг. не показана) меньше объема рабочей полости 10 и равен разности объемов рабочей полости 10 и штоковой полости 11. Поэтому давление во всасывающей полости 18 изменяется незначительно.

При подходе поршня 8 к правому крайнему положению передняя часть бурта 12 штока 9 перекрывает отверстие 4, что вызывает повышение давления в штоковой полости 11. Под действием создавшегося перепада давления происходит перемещение втулки 7 влево, в сторону седла 14.

В конце хода всасывания втулка 7 сажается на седло 14, обеспечивая взаимодействие упорно-уплотнительных кольца 26 и сферической поверхности (на фиг. не указана) седла 14. При этом разъединяется рабочая полость 10 от всасывающей полости 18. Перемещение втулки 7 соосно цилиндру 3 обеспечивает герметичность всасывающего клапана и повышение его ресурса вследствие контакта кольца 26 с седлом 14 по всей длине окружности.

В начале перемещения поршня 8 влево, в сторону рабочей полости 10, втулка 7 дополнительно прижимается к седлу 14 возникающими между поршнем 8 и втулкой 7 силами трения и силой от перепада давления. Максимальное усилие от перепада давления пропорционально площади сечения опорно-уплотнительного кольца 26, определяемое внутренним диаметром втулки 7 и уплотняемым диаметром седла 14. При этом давление в штоковой полости 11 снижается. Под действием перепада давления бурт 12 перемещается в сторону поршня 8, сжимая пружину 13 и открывая отверстие 4. Далее жидкость из всасывающей полости 18 через отверстие 4 перетекает в полость 11.

С ростом давления в рабочей полости 10 запорный орган 22 нагнетательного клапана открывается, перемещаясь по оси цилиндра 3 вдоль направляющих стержней 21. Жидкость из рабочей полости 10 поступает в нагнетательную полость 23, а далее чрез отверстия 30, 31 (фиг. 3) в нагнетательную магистраль (на фиг. не показана).

При выполнении в запорном органе 22 со стороны крышки 19 ответно пружине 24 кольцевой обточки с образованием бурта 33 (фиг. 1) обеспечивается соосное расположение пружины 24 и цилиндра 3.

При выполнении в периферийной части седла 14 обточки глубиной "h" (фиг. 4), превышающей величину зазора между разъемным соединением 6, выполненным в виде гайки, и крышкой 19, при работе насоса боковая поверхность торцевой части направляющих стержней 21 продолжают взаимодействовать с обтачиваемой поверхностью (на фиг. не указана). При значительной длине крышки 19 сохраняется соосное расположение запорного органа 22 с цилиндром 3.

При посадке начальных витков пружины 24 на обтачиваемую поверхность запорного органа 22 с натягом и выполнении цилиндрического углубления 20 крышки 19 ответно пружине 24 (фиг. 4), существенно увеличивается сопрягаемая длина запорного органа 22 с боковой поверхностью крышки 19 на длину пружины 24. Кроме того, жесткость пружины 24 на изгиб обеспечивает снижение контактного давления между запорным органом 22 и направляющими стержнями 21.

Таким образом, предлагаемое техническое решение существенно повышает герметичность и ресурс нагнетательного клапана (запорного органа и седла). При этом упрощается конструкция и обслуживание насоса, снижается трудоемкость изготовления и обслуживания за счет сокращения длины насоса, обеспечения закрепления блока цилиндра и крышки его крышки одной гайкой.

Изобретение относится к устройствам для перекачивания густых жидкостей с абразивами, в частности к поршневым насосам, например к буровым и нефтепромысловым насосам. Насос содержит корпус 1 с всасывающей полостью 18, в котором выполнено как минимум одно отверстие 2 для размещения цилиндра 3 между упором 5 корпуса 1 и разъемным соединением 6, с центральным отверстием 4 в донной части, запорный орган 22 нагнетательного клапана с пружиной 24 и седлом 14, установленные внутри цилиндра 3 перед крышкой 19, поршень 8 со штоком 9, обратная сторона седла 14 служит седлом всасывающего клапана, запорный орган которого выполнен в виде охватывающей поршень 8 втулки 7 с образованием рабочей и штоковой полостей 10 и 11. С оборотной стороны поршня 8 в штоке 9 выполнен ответно центральному отверстию 4 в донной части цилиндра 3 бурт 12. В крышке 19 выполнено центральное цилиндрическое углубление 20 ответно запорному органу 22. Между крышкой 19 цилиндра 3 и седлом 14 в цилиндре 3 и корпусе 1 выполнены как минимум по одному соосному друг другу сквозному радиальному отверстию. Крышка 19 установлена с возможностью взаимодействия с седлом 14, со стороны которого в стенке крышки 19 выполнены как минимум три продольных выреза с равным угловым расстоянием друг от друга с образованием направляющих стержней 21 запорного органа 22. Вырезы в радиальном направлении расположены соосно радиальным отверстиям цилиндра 3 и корпуса 1. Изобретение направлено на повышение герметичности и ресурса нагнетательного клапана насоса. 4 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Насос, содержащий корпус с всасывающей полостью, в котором выполнено как минимум одно отверстие для размещения цилиндра между упором корпуса и разъемным соединением, 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 в штоке выполнен, ответно центральному отверстию в донной части цилиндра, бурт, в крышке выполнено центральное цилиндрическое углубление ответно запорному органу нагнетательного клапана, между крышкой цилиндра и седлом в цилиндре и корпусе выполнены как минимум по одному соосному друг другу сквозному радиальному отверстию, отличающийся тем, что крышка установлена с возможностью взаимодействия с седлом, со стороны которого в стенке крышки выполнены как минимум три продольных выреза с равным угловым расстоянием друг от друга с образованием направляющих стержней запорного органа нагнетательного клапана, при этом вырезы в радиальном направлении расположены соосно радиальным отверстиям цилиндра и корпуса.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что крышка цилиндра выполнена двухступенчатой с образованием бурта ответно корпусу и установлена с возможностью взаимодействия с торцом цилиндра, в передней торцевой части цилиндра и в бурте крышки выполнены как минимум соответственно пара осевых глухих углублений с образованием выступов и пара осевых сквозных вырезов ответно выступам цилиндра с равным угловым расстоянием друг от друга, крышка установлена с размещением выступов цилиндра в глухих осевых углублениях крышки, при этом высота выступов цилиндра выполнена больше высоты бурта с образованием гарантированного осевого зазора между упором корпуса и крышкой.

3. Насос по п. 2, отличающийся тем, что в боковой поверхности крышки около бурта выполнена как минимум одна глухая осевая канавка, а в корпусе - сквозное радиальное резьбовое отверстие с установленным штифтом с возможностью его углубления в канавку.

4. Насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в периферийной части седла ответно крышке выполнена цилиндрическая обточка с обеспечением ее взаимодействия с внутренней поверхностью направляющих стержней.

5. Насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что в запорном органе со стороны крышки выполнена цилиндрическая обточка с образованием бурта ответно пружине, при этом цилиндрическое углубление в крышке выполнено ответно пружине, а первые витки пружины на обтачиваемую поверхность запорного органа посажены с натягом.