Диафрагменный насос Советский патент 1992 года по МПК F04B43/02 

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к насосам для перекачивания сжиженных газов.

Известны диафрагменные насосы, состоящие из корпуса, замкнутый объем которого разделен диафрагмой, соединенной с приводом. При возвратно-поступательном движении диафрагмы в замкнутом объеме корпуса циклически создается разрежение и сжатие, синхронно которым происходит всасывание жидкости в полость корпуса через всасывающий клапан и вытеснение ее через выпускной, т.е. перекачка.

Недостаток таких насосов заключается в том, что с их помощью невозможно перекачивать криогенную жидкость, так как при глубоком охлаждении материал диафрагмы или разрушается, или теряет эластичность.

Известны диафрагменные насосы с различными модификациями диафрагмы - одно- или двухдиафрагменные с различными методами осуществлений движения диафрагмы и т.д.

Эти насосы обладают теми же недостатками.

Известен также диафрагменный насос, используемый для подачи топлива в автодвигатель, содержащий корпус и крышку, полости которых разделены эластичной диафрагмой. В корпусе предусмотрены всасыЯ

СО

о со ел

вающий и нагнетательный клапаны с уплот- нительными элементами. Диафрагма соединена с приводом, с помощью которого осуществляется ее пульсирующее движение. Это приводит к созданию периодиче- ского повышенного и пониженного давлений в полости корпуса, обусловливающих перекачивание жидкости.

НедостатсГк известного устройства заключается в том, nfo его диафрагма, выпол- ненная из маслобензостойкой резины, разрушается при глубоком охлаждении, что приводит к неработоспособности насоса, т,е. к невозможности использования в криогенной области.

Цель изобретения - расширение области применения насоса при перекачивании криогенной жидкости.

Цель достигается тем, что в диафраг- менном насосе, содержащем установлен- ную между корпусом и крышкой диафрагму, соединенную с приводом, всасывающий и нагнетательный клапаны, выполненные в виде двух кольцевых выступов вокруг впускных и выпускных каналов, на которых раз- мещены прижатые к ним дисками уплотнительные элементы, диафрагма выполнена в виде пакета пленок из полиэти- лентерефталата толщиной 5-20 мкм каждая, а уплотнительные элементы клала- нов - толщиной 75-150 мкм из пленки поли- этилентерефталата. При этом на дисках со стороны уплотнительных элементов выполнены также кольцевые выступы диаметром, равным среднему между диаметром высту- пов, расположенных вокруг каналов, и высотой, равной 2-3 толщинам уплотнительных элементов. Кольцевые выступы на дисках со стороны уплотнительных элементов выполнены или цилиндрической, или треугольной формы.

В технике известно использование по- лиэтилентерефталатной пленки в качестве теплоизолирующего материала в криогенных устройствах, в качестве радиопрозрач- ных окон и т.д. Использование пленки в качестве диафрагмы насосов, а также уплот- нительного элемента неизвестно.

На черетеже приведена конструкция диафрагменного насоса.

Диафрагменный содержит корпус 1 и крышку 2, полости 3 и 4 которых разделены диафрагмой 5. Корпус 1 снабжен всасывающим 6 и нагнетательным 7 клапанами. Корпус 1 снабжен рядом впускных каналов 8, расположенных между двумя кольцевыми выступами 9. На этих выступах размещен уплотнительный элемент 10, выполненный из полиэтмлентерефталатной пленки толщиной 75-150 мкм каждая, в виде кольца. Элемент 10 центрируется штифтом 11, проходящим через диск 12, и прижат к кольцевым выступам 9 пружиной 13, ограниченной упором 14. Нагнетательный клапан 7 выполнен аналогично всасывающему клапану 6. При этом в корпусе 1 выполнен ряд выпускных каналов 15, расположенных между двумя кольцевыми выступами 16. На этих выступах расположен уплотнительный элемент 17, выполненный так же, как и элемент 10. Он центрируется штифтом 18 и прижат к выступам 16 диском 19с помощью пружины 20, ограниченной упором 21.

Таким образом, нагнетательный клапан 7 разделяет выпускной канал 15 и выходной патрубок 22. Крышка 23 с уплотнением 24 разделяет вход и выход насоса через окружающую насос среду. В крышке 23 выполнен один канал 25 (или несколько), соединяющий внешнюю среду (т.е , сосуд с перекачиваемым материалом) с впускным каналом 8. При необходимости канал 8 через канал 25 может соединяться с объемом хладагента посредством патрубков (не показаны). Диафрагма 5 выполнена в виде пакета в 10-15 слоев из пленки полиэтилентерефталата толщиной 5-20 мкм каждая. Пленки выполнены в виде шайб 26. Этот пакет ограничен с обеих сторон прижимными дисками 27, которые совместно с диафрагмой 5 образуют ее жесткий центр. Диафрагма 5 одновременно служит вакуумным уплотнением между корпусом 1 и крышкой 2. Центр диафрагмы 5 соединен с приводом 28, выполненным, например, в виде тяги. Он размещен в кожухе 29. Для центрирования привода 28 в кожухе 29 размещены шайбы 30. Полость 4 сообщена с атмосферой перекачиваемой жидкости. Для этой цели в шайбах 30 выполнены каналы 31, а в кожухе 29 - отверстия 32. На дисках 12 и 19 со стороны уплотнительных элементов выполнены кольцевые выступы 33 и 34 диаметром, равным среднему между диаметрами выступов 9 и 16, и высотой, равной 2-3 толщинам уплотнительных элементов 10 и 17. Выступы имеют цилиндрическую или треугольную форму.

Диафрагменный насос работает следующим образом.

Перед включением насоса его размещают в среду перекачиваемой жидкости на глубину, исключающую попадание жидкости в полость 4 через отверстие 32. После этого включают насос. Привод 28 совершает возвратно-поступательное движение относительно своего нейтрального положения. Во время движения привода 28 из полости 4 диафрагма 5 прогибается в сторону полости 4, вследствие чего объем полости 3 увеличивается, Так как при этом в полости 3 создается разрежение, то под действием давления перекачиваемой жидкости в канале 8 на уплотнительный элемент 10 пружина 13 сжимается, клапан 6 открывается, при этом впускной канал 8 соединяется с полостью 3 и последняя заполняется перекачиваемой жидкостью. При выравнивании давления в канале 8 и полости 3 всасывающий клапан 6 закрывается, т.е. уплотнительный элемент 10 прижимается к выступам 9. При движении привода 28 в обратную сторону диафрагма 5 прогибается в сторону полости 3, вследствие чего ее объем уменьшается. При этом в полости 3 создается избыточное дав- ление и нагнетательный клапан 7 открывается. Жидкость выталкивается через выпускной канал 15 и выходной патрубок 22. При следующем цикле движения привода 28 процесс повторяется. Таким образом, осуществляется перекачка, т.е. принудительная передача жидкости из области впускного канала 8 в выходной патрубок 22.

Для обеспечения работоспособности насоса необходимо сохранение эластично- сти материала диафрагмы 5 и надежности каналов 6 и 7 во всем температурном интервале работы. Эти свойства элементов дости- гаются изготовлением их из пленки полиэтилентерефталата, так как до толщи- ны 30-40 мкм она не теряет эластичности, от 40 до 150 мкм частично теряет эластичность и приобретает жесткость, а свыше 200 мкм становится жесткой при глубоком охлаждении. Поэтому диафрагма 5 выполнена в виде пакета пленок из полиэтилентерефталата толщиной 5-20 мкм каждая. Так как диафрагма 5 представляет пакет, то она прочна, что позволяет ей выдержать давление в несколько атмосфер. В то же время диафрагма 5 эластична, так как эластичен каждый лист ее пакета. Таким образом, диафрагма 5 работоспособна как при температуре окружающей среды, так и при криогенной.

Уплотнительные элементы 10 и 17 выполнены из полиэтилентерефталатной пленки толщиной 75-150 мкм, Полиэтилен- терефталат такой толщины частично теряет эластичность и приобретает жесткость в та- кой степени, что может служить как уплотнительный элемент. В этом случае, будучи прижатыми кольцевыми выступами 33 и 34 к кольцевым выступам 9 и 16 соответственно, элементы 10 и 17 обеспечивают плот- ность перекрытия входа и выхода насоса от полости 3. С целью повышения эффективности работы клапанов на дисках 12 и 19, со

стороны уплотнительных элементов выполнены кольцевые выступы 33 и 34 цилиндрической или треугольной формы. Наиболее эффективно клапаны работают, если диаметр выступов 33 и 34 соответствует диаметру, среднему между диметрами выступов 9 и 16, а их высота ограничена двумя-тремя толщинами уплотнительных элементов 10 и 17. В этом случае уплотни- тельные элементы прогибаются, что создает более надежный прижим элементов к высту пам в области внутренних их кромок, а еле довательно, более надежное уплотнение.

При незначительном разрушении одного или нескольких листов полиэтилентерефталата (трещина, свищ, прокол, брак i полиэтилентерефталате и т.д.) остальные функционируют, обеспечивая работоспо собность насоса. При этом лист с дефектом не теряет своих механических кач°стч, в связи с чем весь пакет также сохраняет их

Приведенная на чертеже конструкция насоса испытывалась перекачкой жидкого азота (77К). Насос обеспечил давление 5 кг/см и скорогсть перекачки 10 л/мин.

Формула изобретения

1.Диафрагменный насос, содержащий установленную между корпусом и крышкой диафрагму, соединенную с приводом, всасывающий и нагнетательный клапаны, выполненные в виде двух кольцевых выступов вокруг впускных и выпускных каналов, на которых размещены прижатые к ним дисками уплотнительные элементы, отличающийся тем, что, с целью расширения области применения при перекачивании криогенной жидкости, диафрагма выполнена в виде пакета пленок из полиэтилентерефталата толщиной 5-20 мкм каждая, а уплотнительные элементы клапанов - толщиной 75-150 мкм из пленки полиэтилечте- рефталата, при этом на дисках со стороны уплотнительных элементов выполнены также кольцевые выступы диаметром, равным среднему между диаметрами выступов, расположенных вокруг каналов, и высотой, равной 2-3 толщинам уплотнительных элементов.

2.Насос по п. 1,отличающийся тем, что кольцевые выступы на дисках со стороны уплотнительных элементов выполнены цилиндрической формы.

3.Насос по п. 1,отличающийся тем, что кольцевые выступы на дисках со стороны уплотнительных элементов выполнены треугольной формы.

16

Использование: для перекачивания сжиженных газов. Сущность изобретения: между корпусом и крышкой установлена диафрагма, соединенная с приводом. Всасывающий и нагнетательный клапаны выполнены в виде двух кольцевых выступов вокруг впускных и выпускных каналов, на которых размещены прижатые дисками уп- лотнительные элементы. Диафрагма выполнена в виде пакета пленок из полиэтилентерефталата толщиной 5-20 мкм каждая, уплотнительные элементы клапанов - толщиной 75-150 мкм из пленки. На дисках со стороны уплотнительных элементов выполнены кольцевые выступы диаметром, равным среднему между диаметрами выступов, расположенных вокруг каналов, и высотой, равной 2-3 толщины элементов. Кольцевые выступы на дисках со стороны элементов м.б. выполнены или цилиндрической формы, или треугольной. 2 з.п. ф-лы, 1 ил.