Герметичный поршневой насос с устройством ограничения давления Советский патент 1992 года по МПК F04B49/02 F04B21/02 

Изобретение относится к области насо- состроения, а точнее к насосам предназначенным для перекачивания агрессивных, токсичных и других жидкостей в технологических гидросистемах и стабилизации в них давления.

Известен поршневой насос с устройством ограничения давления в виде подпружиненного подвижного относительно штока поршня с ограничителем перемещения относительно штока в сторону всасывающей камеры и установленным в поршне самодействующим всасывающим клапаном, затвор которого снабжен ограничителем перемещения относительно штока в сторону всасывающей камеры а шток гереметизирован эластичной мембраной, установленной между ним и цилиндром насоса.

При повышенном давлении в гидросистеме поршень такого наШса во время нагнетания под действием давления в рабочей камере смещается относительно штока в сторону всасывающей камеры, сжимая пружину. Поскольку всасывающий клапан имеет ограничите/иГ перемещения относительно штока, происходит открытие всасывающего клапана и жидкость из рабочей камеры перепускается во всасывающую линию. Этим достигается ограничение давления в гидросистеме. При работе насоса в номинальном режиме жидкость во всасывающей линии поступает во всасывающую камеру как при всасывании, так и при нагнетании Во всасывающей камере благодаря сопротивлению всасывающей линии на протяжении всего рабочего цикла поддерживается разрежение, поэтому перепад

XI СЛ

о о ю ю

давления на герметизирующей мембране имеет постоянное направлению. Это препятствует образованию на герметизирующей мембране складок, на которых происходит перетирание ее материала. Однако при повышенном давлении, когда жидкость перепускается из рабочей камеры во всасывающую линию, давление во всасывающей камере повышается из-за сопротивления всасывающей линии. В таком режиме работы во всасывающей камере наблюдается чередование повышенного давления и разрежения, что приводит к смятию герметизирующей мембраны, образованию на ней складок и перетиранию ее материала. В результате этого имеет место преждевременный выход герметизирующей мембраны из строя.

Целью изобретения является повышение надежности работы насоса с устройством ограничения давления.

Указанная цель достигается тем, что в штоковой полости между мембраной и поршнем на штоке установлен с образованием мембранной и всасывающей камер допол- Hi тельный поршеньке отверстиями для постоянного сообщения этих камер, в штоке со стороны всасывающей камеры выполнен канал для дополнительного сообщения всасывающей и мембранной камер, при этом вход в канал штока и хвостовик затвора всасывающего клапана снабжены обращенным один к другому уплотнительными поясками, а хвостовик затвора всасывающего клапана установлен с возможностью контакта его уплотнительного пояска с уплот- нительным пояском канала штока для образования запорного клапана при срабатывании устройства ограничения давления. Существующие отличия предлагаемого устройства заключаются в следующем.

Установка на штоке дополнительного поршня обеспечивает разделение штоковой полости насоса на мембранную и всасывающую камеру.

Выполнение в дополнительном поршне отверстий обеспечивает коммутацию мембранной и всасывающей камер.

Выполнение в штоке канала для дополнительного сообщения мембранной и всасывающей камер обеспечивает возможность изменения общего сопротивления каналов, соединяющих указанные камеры,

Выполнение на входе в канал штока и на хвостовике затвора всасывающего клапана уплотиительных поясков, обращенных друг к другу, и установка хвостовика затвора всасывающего клапана с возможностью контакта его уплотнительного пояска с уп- лотнительным пояском канала штока обеспечивают перекрытие канала штока при смещении поршня относительно штока в сторону мембранной камеры.

Совокупность этих признаков позволяет получить новое свойство объекта, а именно повысить надежность работы насоса. Это достигается за счет того, что в результате смещения поршня относительно штока под действием повышенного давления в рабо0 чей камере уплотнительный поясок на затворе образует герметичный стык с уплотнительным пояском вокруг входа в дополнительный канал. Это приводит к тому, что при перепуске жидкости из рабочей ка5 меры во всасывающую линию, сопровождающемся повышением давления во всасывающей камере, увеличивается общее сопротивление каналов, соединяющих всасывающую и мембранную камеры, а пере0 пад давления на этих каналах повышается. Увеличение этого перепада компенсирует повышение давления во всагчвающей камере, благодаря чему направление перепада давления на герметизирующей

5 мембране остается неизменным Это препятствует смятию герметизирующей мембраны, образованию на ней складок, приводящих к ее отказу. Таким образом, применение устройства позволяет повы0 сить надежность работы насоса.

Заявитель и авторы не обнаружили в патентной литературе описание технических решений с теми же свойствами, которые имеет предлагаемое техническое

5 решение.

Таким образом, разработанное техническое решение отвечает критерию существенные отличия.

На чертеже представлена конструктив0 ная схема предлагаемого насоса.

Насос имеет цилиндр 1, в котором размещен шток 2, подвижный относительно штока 2 поршень 3 с ограничителем 4 его перемещения в сторону рабочей камеры 5,

5 пружина 6 и герметизирующая мембрана установленная меджу цилиндром 1 и штоком 2. Штоковая полость насоса разделена дополнительным поршнем 8 на штоке 2 на всасывающую камеру 9, сообщающуюся г

0 всасывающей линией 10, и мембранную ка меру 11. Мембранная камера 11 сообщается с всасывающей камерой 9 посредством каналов 12, выполненных в дополнительном поршне 8. В поршне установлен самодейст5 вующий всасывающий клапан, на хвосте вике 13 затвора которого имеется уплотнительный поясок 14, обращенный в сторону мембранной камеры 11 и являющийся ограничителем перемещения зап.о- ра всасывающего клапана относител чо

штока 2 в сторону мембранной камеры 11. В штоке 2 выполнен канал 15, на входе в который со стороны всасывающей камеры 9 выполнен уплотнительный поясок 16, обращенный в сторону рабочей камеры 5 и образующий герметичный стык с уплотни- тельным пояском 14 на хвостовике затвора всасывающего клапана.

Работа насоса происходит следующим образом.

При работе.насоса в номинальном режиме пружина 6 прижимает ограничитель.4 перемещения поршня 3 к штоку 2. Поршень 3 и шток 2 во время рабочего цикла перемещаются совместно, обеспечивая всасыва- ние и нагнетание. Вход в канал 15 при этом открыт и жидкость перетекает по нему и по каналам 12 в дополнительном поршне 8 из всасывающей камеры 9 в мембранную камеру 11 и обратно Во время всасывания расход QK в калалэх дополнительного поршня

QK -VB(Fi-F2),

О)

где VB - скорость поршня во время всасывания;

FI - эффективная площадь герметизирующей мембраны с учетом площади ее жесткого центра;

F2 - площадь дополнительного поршня.

Расход жидкости QB во всасывающей линии во время всасывания:

QB VBF3 - VB(F3 - F2) - QK VBFi, (2)

где Fa - площадь поршня насоса.

Давление в мембранной камере насоса во время всасывания:

PM Po-pVB2(GBFi2- -GK(F2-Fi) 1F2-F1 I),

(3)

где Ро - давление окружающей среды и давление нз входе во всасывающую линию; р - плотность жидкости;

GB - сопротивление всасывающей линии;

GK общее сопротивление каналов в дополнительном поршне и канала 15 в што- ке,

При нагнетании расходы QK и QB определяются зависимостями

5

10

15 0

5

0

Давление в мембранной камере во время нагнетания

Рм Ро - р VH2(GB(F3 - Fi) I Рз - Fi I f bGK(F2-Fi)| F2-Fi I).(6)

Из уравнений (З) и (6) можно получить условие постоянства направления перепада давления для номинального режима работы насоса1

sfgn GBFi2 - GK(F2 - Fi) I F2-Fil

(F3-Fi}| F3-Fil +

+ GK(F2-Fi) |F2-Fi(.(7)

При повышении давления в гидросистеме выше допустимого значения поршень 3 во время нагнетания смещается относительно штока 2 в сторону мембранной камеры 11, а хвостовик 13 затвора всасывающего клапана при этом упирается в шток 2 таким образом, что уплотнительные пояски 14 и 16 образуют герметичный стык. В результате этого происходит разгерметизация рабочей камеры 5 и жидкость из нее перепускается во всасывающую линию 10. При этом канал 15 в штоке перекрыт, что обеспечивает изменение общего сопротивления каналов, соединяющих мембранную камеру 11 с всасывающей камерой 9. Давление в мембранной камере 11 при этом определяется уравнением

Рм

(F2 - Fr

Po+/oVH2(GBFi2-GK

IF2-Fil).

где GK - сопротивление каналов 12 в дополнительном поршне 8.

Условие постоянства направления перепада давления на герметизирующей мембране 7 при работе насоса при повышенном давлении в гидросистеме с учетом уравнения (3) принимает вид

slgn GeFi2-GK(F2-Fi) |F2-Fi | -sign GBFi2 - GK (F2 - FI) IF2 - FI IJ (9)

Поскольку в предлагаемом устройстве GK GK . для обеспечения постоянства направления перепада давления на герметизирующей мембране выполняется только при F2 FI и при выполнении неравенств

Использование1 перекачивание агрессивных, токсичных и других жидкостей со стабилизацией давления в технологических гидросистемах, оснащенных поршневыми насосами. Сущность изобретения1 насос содержит цилиндр 1, шток 2 с подпружиненным поршнем 3, рабочую камеру 5, герметизирующую мембрану 7, дополнительный поршень 8 с каналами 12 для сообщения мембранной 11 и всасывающей камер 9. В поршне 3 установлен всасывающий клапан, на хвостовике 13 затвора которого выполнен уплотнительный поясок 14, а в штоке 2 выполнен канал 15 с уплотнитель- ным пояском 16 При срабатывании устройства ограничения давления уплотнительные пояски 14 и 16 контактируют, образуя запорный клапан. Независимо от режима работы насоса, направление действующего на мембрану 11 давления постоянно, что позволяет повысить надежность насоса. 1 ил

QK VH(F2 - Fi)

(4) 55

Q8 VH(F3-F2) + QK VK(); (5) где VH - скорость штока во время нагнетания.

VV

GK Ge GK GB Јр

р2 р,р2 р,

. при Рз Ј Fi;

NT

-F2

-|- GK GB

Fi

GK GB -p-

FZ-FI

при Гз Fi

Предлагаемое устройство обеспечивает остоянство направления перепада на геретизирующей мембране не только при работе насоса в номинальном режиме, как это имеет место у прототипа, но и при работе при повышенном давлении, когда жидкость перепускается из рабочей камеры во всасывающую линию Постоянный по направлению перепад давления на герметизирующей мембране в любом режиме работы препятствует ее смятию, образованию на ней складок и перетиранию ее материала. Таким образом, предлагаемое устройство обеспечивает повышение долговечности герметизирующей мембраны и, соответственно, повышает надежность насос ч.

Формула изобретения Герметичный поршневой насос с устройством ограничения давления содер- жащий размещенные в цилиндре с

; 2 7 15 /д 4 4

0

5

образованием рабочей камеры шток с подпружиненным поршнем и установленным в последнем всасывающим клапаном, включающим седло в теле поршня и нагруженный пружиной затвор с хвостовиком, обращенным в сторону штока, герметизирующую мембрану, установленную между штоком и цилиндром с образованием между ней и поршнем штоковой полости, отличающийся тем, что, с целью повышения надежности насоса путем обеспечения постоянства направления действующего на мембрану давления, в штоковой полости между мембраной и поршнем на штоке установлен с образованием мембранной и всасывающей камер дополнительный поршень с отверстиями для постоянного сообщения этих камер, в штоке со стороны всасывающей камеры выполнен канал для дополнительного сообщения всасывающей и мембранной камер, при этом вход в канал штока и хвостовик затвора р асывающего клапана снабжены обращенными один к другому уплотнительными поясками, а хво- 5 стовик затвора всасывающего клапана установлен с возможностью контакта его уплотнительного пояска с уплотнительным пояском канала штока для образования запорного клапана при срабатывании устройства ограничения давления

0

0

# J

S