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, МГЖ F04B 15/00 от 20.05.2005 г.).

Недостатками известного насоса трудоемкость изготовления, монтажа и обслуживания вследствие оснащения штока уплотнительным узлом и заполнения штоковой полости рабочей средой, 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, на седло 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, с оборотной стороны поршня на шток насажен подпружиненный относительно поршня с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно штока бурт, в торцевой части цилиндра со стороны привода цилиндра снабжен устройством возврата втулки в седло (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 высоких напряжений.

Недостатками известного насоса трудоемкость изготовления, монтажа и обслуживания вследствие оснащения штока уплотнительным узлом и заполнения штокой полости рабочей средой, 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, на седло 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 и выполненного с центральным отверстием в днище цилиндра, запорный орган нагнетательного клапана с пружиной и седлом, установленные внутри цилиндра перед крышкой с образованием напорной полости, поршень со штоком, при этом обратная сторона седла служит седлом всасывающего клапана, запорный орган которого выполнен в виде охватывающей поршень втулки с образованием рабочей полости, при этом с оборотной стороны поршня на шток насажен подпружиненный к упору штока относительно поршня бурт, согласно техническому решению, днище цилиндра снабжено как минимум двумя коромыслами, установленными на стойках с возможностью ограниченного поворота вокруг осей, установленных на проушинах, в радиальном направлении установленных в средней части между буртом и втулкой, причем в периферийной части рычаги коромысел со стороны поршня оснащены выступами с возможностью поочередного их взаимодействия с торцами втулки и бурта, а рычаги со стороны втулки - с днищем.

Выступы в периферийной части рычагов со стороны втулки и бурта выполнены в виде торовой поверхности с центром на оси цилиндра и с возможностью взаимодействия с торцами втулки и бурта, при этом выступы выполнены не менее половины торовой поверхности.

Перемещение бурта штока больше перемещения выступа со стороны бурта в осевом направлении с момента его взаимодействия с рычагом.

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 - узел Б на фиг. 2;

На фиг. 4 -разрез В -В на фиг. 3;

На фиг. 5 - разрез Г-Г 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, выполненного с центральным отверстием 4 в днище 5 цилиндра 3. Цилиндр 3 закреплен в отверстии 2 с возможностью его фиксации упором 6 и разъемным соединением 7. Упор 6 выполнен, например, в виде цилиндрического выступа корпуса 1, а разъемное соединение, например, в виде гайки. В цилиндре 3 размещена ответно выполненная втулка 8 с установленным в ней поршнем 9 со штоком 10 с образованием рабочей 11 полости. Шток 10, соединенный с приводом (на фиг. не показан) пропущен через отверстие 4, снабжен насаженным на него буртом 12 с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно штока 10. Бурт 12 подпружинен относительно поршня 9 пружиной 13 к упору (на фиг. не указан) штока 10, выполненного, например, в виде бурта.

Днище 5 цилиндра 3 снабжено как минимум двумя коромыслами 14, установленными на стойках 15 с возможностью ограниченного поворота относительно оси 16 (фиг. 2 и 3). Стойки 15 установлены, например, в осевых сквозных отверстиях 17 днища 5, и закреплены, например, гайками 18.

В торцовой части стоек 15 выполнены, например, ответно средней части коромысел 14, глухие вырезы (на фиг. не указаны) с образованием проушин 19 и 20 (фиг. 4). Проушины 19 и 20 в радиальном направлении выполнены в средней части между буртом 12 и втулкой 8.

Оси 16 установлены, например, в сквозных отверстиях (на фиг. не указаны) в проушинах 19, 20 ив средней части коромысел 14, выполненных ответно осям 16. Коромысла 14 со стороны втулки 8 и бурта 12 оснащены рычагами 21 и 22 с возможностью их поочередного взаимодействия с втулкой 8 и буртом 12. В периферийной части рычаги 21 и 22 со стороны втулки 8 и бурта 12 оснащены выступами 23 и 24, например, с торовой поверхностью с центром на оси цилиндра 3, с возможностью взаимодействия с торцами втулки 8 и бурта 12. При этом выступы 23 и 24 составляют не менее половины торовой поверхности. Рычаги 21 коромысел 14 установлены с возможностью взаимодействия с торцом днища 5, например, посредством выступа 25, выполненного, например, на периферийной части рычагов 21 со стороны днища 5.

В средней части цилиндра 3 установлено седло 26 с возможностью взаимодействия с упором 27 цилиндра 3, выполненного, например, в виде цилиндрического выступа. В средней части цилиндра 3, за седлом 26 со стороны привода, выполнен как минимум одно продольное сквозное отверстие 28. Седло 26 установлено с образованием всасывающей полости 29 между седлом 26 и буртом 30 цилиндра 3, выполненного с возможностью взаимодействия с упором 6. Седло 26 размещено с возможностью разъединения всасывающей 29 и рабочей 11 полостей, а втулка 8 - с возможностью ограниченного днищем 5 и седлом 26 осевого перемещения. Днище 5 цилиндра зафиксировано в цилиндре 3, например, резьбовым соединением (на фиг. не указано).

В передней части цилиндр 3 снабжен крышкой 31, например, с центральным цилиндрическим углублением 32, в верхней части которого со стороны седла 26 выполнены как минимум три сквозные осевые глухие вырезы (на фиг. не указаны) с равным угловым расстоянием друг от друга, с образованием направляющих стержней 33 запорного органа 34 нагнетательного клапана, выполненного ответно верхней части углубления 32. Запорный орган 34 установлен с возможностью образования напорной полости 35, и размещен между днищем (на фиг. не указан) крышки 31 и седлом 26, подпружинен к седлу 26 пружиной 36 с возможностью разъединения напорной 35 и рабочей 11 полостей. Крышка 31 закреплена, например, гайкой 37. Запорный орган 34 может быть выполнен в виде цилиндрического диска, в котором со стороны седла 26 выполнена, например, цилиндрическая обточка с образованием бурта (на фиг. не указаны), на которую насажено упорно-уплотнительное кольцо 38, ответно выполненное верхней части углубления 32. Торец втулки 8 со стороны седла 26 также может быть снабжен упорно-уплотнительным кольцом 39. Кольца 38 и 39 могут быть взаимозаменяемыми. Упорно-уплотнительные поверхности (на фиг. не указаны) седла 26 могут быть выполнены сферическими.

В корпусе 1 и цилиндре 3 выполнены как минимум по одному радиальному сквозному отверстию 40 и 41 (фиг. 5) с возможностью сообщения напорной полости 35 с нагнетательной магистралью (на фиг. не показана). При этом крышка 31 в цилиндре 3 размещается с возможностью соосного расположения вырезов (на фиг. не указаны) в верхней части крышки 31 и отверстий 41. Например, при выполнении четырех отверстий 41 в цилиндре 3 и четырех направляющих 33 в верхней части крышки 31 (как на фиг. 1 и 3), расположенных через 90° друг от друга, крышка 31 устанавливается с размещением направляющих стержней 33 между отверстиями 41 и симметрично относительно них. При этом радиальное отверстие 40 корпуса 1 может быть расположено соосно одному из отверстий 41 цилиндра 3. Выход радиального отверстия 40 корпуса сообщается с нагнетательной магистралью (на фиг. не показана).

В корпусе 1 между седлом 26 и днищем 5 выполнено как минимум одно сквозное радиальное отверстие 42 для подвода жидкости.

Цилиндр 3 может быть снабжен тремя рядами уплотнительных устройств (на фиг. не указаны) для разобщения напорной 35 и всасывающей 29 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 9 соединяют со штоком 10, на втулку 8 насаживают поршень 9 со штоком 10, и устанавливают в цилиндре 3 до упора, размещая шток 10 в отверстии 4 в днище 5 цилиндра 3. Днище 5 размещают в цилиндре 3 с возможностью пропуска штока 10 через отверстие 4 и поочередного взаимодействия втулки 8 и бурта 12 с выступами 23 и 24 рычагов 21 и 22 (фиг. 2 и 3), а выступа 25 рычага 21 - с днищем 5. Затем в цилиндр 3 устанавливают седло 26, запорный орган 34, пружину 36, крышку 31. Крышку 31 фиксируют при помощи гайки 37.

Собранный цилиндр 3 размещают в отверстии 2 корпуса 1 насоса до упора 6 с возможностью обеспечения сообщения отверстия 40 корпуса 1 с напорной полостью 35, например, соосным расположением радиального отверстия 40 (фиг. 5) корпуса 1 с одним из отверстий 41 цилиндра 3. Цилиндр 3 закрепляют в отверстии 2 корпуса 1 насоса разъемным соединением 7, выполненным, например, в виде гайки.

Снятие и демонтаж цилиндра 3 осуществляют в обратном порядке.

Насос работает следующим образом.

Пусть поршень 9 (фиг. 1) перемещается влево и приближается к левому крайнему положению. При этом запорный орган 34 нагнетательного клапана чуть приподнят над седлом 26. Давление в рабочей полости 11 равно давлению нагнетания, т.е. в нагнетательной полости 35. Седло 26 при этом прижато к упору 27. При этом выступ 23 (фиг. 2 и 3) рычага 21 взаимодействует с торцом втулки 8.

При обратном ходе поршня 9 вправо давление в рабочей полости 11 снижается, и запорный орган 34 опускается на седло 26, обеспечивая взаимодействие упорно-уплотнительного кольца 38 со сферической упорно-уплотнительной поверхностью (на фиг. не указана) седла 26. Перемещение запорного органа 34 обеспечивается строго по оси цилиндра 3 вследствие его движения по направляющим стержням 33. Когда давление в рабочей полости 11 становится равным или ниже давления во всасывающей полости 29, втулка 8 под действием сил трения поршня 9 и силы, определяемой перепадом давлений в рабочей полости 11 и во всасывающей полости 29, перемещается вправо. Втулка 8 перемещается до взаимодействия выступов 25 рычагов 21 с торцом днища 5 цилиндра 3. При этом рычаги 22 коромысел 14 поворачиваются в сторону бурта 12. Жидкость из всасывающей полости 29 через продольные отверстия 28 цилиндра 3 и через кольцевой зазор (на фиг. не указан) между втулкой 8 и седлом 26 поступает в рабочую полость 11.

При подходе поршня 9 к правому крайнему положению передняя часть бурта 12 штока 10 взаимодействует с выступами 24 рычагов 22. При дальнейшем перемещении поршня 9 коромысла 14 поворачиваются относительно осей 16 (фиг. 3 и 4), перемещая втулку 8 в сторону седла 26. В конце хода всасывания втулка 8 сажается на седло 26, обеспечивая взаимодействие упорно-уплотнительных кольца 39 и сферической поверхности (на фиг. не указана) седла 26. При этом разъединяется рабочая полость 11 от всасывающей полости 29. Перемещение втулки 8 соосно цилиндру 3 обеспечивает герметичность всасывающего клапана и повышение его ресурса вследствие контакта кольца 39 с седлом 26 по всей длине окружности. При значительной силе трения в поршне 9, например, в начале пуска насоса, при взаимодействии выступов 24 рычагов 22 с буртом 12, последний перемещается влево, сжимая пружину 13. Это исключает чрезмерное усилие на узлы коромысел 14.

С целью обеспечения гарантированного прижатия втулки 8 к седлу 26 в конце цикла всасывания ход поршня 9 с момента взаимодействия бурта 12 с выступами 24 выбирается больше величины осевого перемещения выступов 24. Этим обеспечивается деформация пружины 13 и перемещение бурта 12 в сторону поршня 9 на величину

где ΔS, Δl - часть длины хода поршня 9 и осевое перемещение выступов 24 рычагов 22 с момента взаимодействия бурта 12 с выступами 24 рычагов 22.

В начале перемещения поршня 9 влево, в сторону рабочей полости 11, втулка 8 дополнительно прижимается к седлу 26 возникающими между поршнем 9 и втулкой 8 силами трения и силой от перепада давления. Максимальное усилие от перепада давления пропорционально площади сечения опорно-уплотнительного кольца 39, определяемое внутренним диаметром втулки 8 и уплотняемым диаметром седла 26. Под действием усилия пружины бурт 12 перемещается в сторону днища 5, до упора (на фиг. не указан) штока 10.

С ростом давления в рабочей полости 11 запорный орган 34 нагнетательного клапана открывается, перемещаясь по оси цилиндра 3 вдоль направляющих стержней 33. Жидкость из рабочей полости 11 поступает в напорную полость 35, а далее через отверстия 41 и 40 (фиг. 5) в нагнетательную магистраль (на фиг. не показана).

Далее цикл повторяется.

Таким образом, предлагаемое техническое решение обеспечивает снижение трудоемкости изготовления, монтажа и обслуживания насоса за счет исключения уплотнения штока 10 и заполнения рабочей средой штоковой полости. При этом повышается объемная подача за счет обеспечения закрытия всасывающего клапана при крайнем положении поршня.

Изобретение относится к поршневым насосам для перекачивания густых жидкостей с абразивами. Насос содержит корпус 1 с всасывающей полостью 29, в котором выполнено как минимум одно отверстие 2 для размещения цилиндра 3 между упором корпуса 6 и разъемным соединением 7 и выполненного с центральным отверстием 4 в днище 5 цилиндра 3, запорный орган 34 нагнетательного клапана с пружиной 36 и седлом 26, установленные внутри цилиндра 3 перед крышкой 31 с образованием напорной полости 35, поршень 9 со штоком 10. Обратная сторона седла 26 служит седлом всасывающего клапана, запорный орган которого выполнен в виде охватывающей поршень 9 втулки 8. С оборотной стороны поршня 9 на шток 10 насажен бурт 12. Днище 5 снабжено как минимум двумя коромыслами 14, установленными на стойках 15 с возможностью ограниченного поворота вокруг осей, установленных на проушинах, в радиальном направлении установленных в средней части между буртом 12 и втулкой 8. В периферийной части рычаги коромысел 14 со стороны поршня 9 оснащены выступами с возможностью поочередного их взаимодействия с торцами втулки 8 и бурта 9, а рычаги со стороны втулки 8 - с днищем 5. Изобретение направлено на снижение трудоемкости изготовления, монтажа и обслуживания насоса. 2 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Насос, содержащий корпус с всасывающей полостью, в котором выполнено как минимум одно отверстие для размещения цилиндра между упором корпуса и разъемным соединением и выполненного с центральным отверстием в днище цилиндра, запорный орган нагнетательного клапана с пружиной и седлом, установленные внутри цилиндра перед крышкой с образованием напорной полости, поршень со штоком, при этом обратная сторона седла служит седлом всасывающего клапана, запорный орган которого выполнен в виде охватывающей поршень втулки с образованием рабочей полости, при этом с оборотной стороны поршня на шток насажен подпружиненный к упору штока относительно поршня бурт, отличающийся тем, что днище цилиндра снабжено как минимум двумя коромыслами, установленными на стойках с возможностью ограниченного поворота вокруг осей, установленных на проушинах, в радиальном направлении установленных в средней части между буртом и втулкой, причем в периферийной части рычаги коромысел со стороны поршня оснащены выступами с возможностью поочередного их взаимодействия с торцами втулки и бурта, а рычаги со стороны втулки - с днищем.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что выступы в периферийной части рычагов со стороны втулки и бурта выполнены в виде торовой поверхности с центром на оси цилиндра и с возможностью взаимодействия с торцами втулки и бурта, при этом выступы выполнены не менее половины торовой поверхности.

3. Насос по п. 1 или 2, отличающийся тем, что перемещение бурта штока больше перемещения выступа со стороны бурта в осевом направлении с момента его взаимодействия с рычагом.