Насос высокого давления Л.В.Карсавина Советский патент 1992 года по МПК F04B9/08 

Изобретение относится к объемным машинам, в частности к насосам высоких давлений с гидравлическим приводом.

Известен насос высокого давления, содержащий преобразователь двойного действия, выполненный в виде гидродвигателя двустороннего действия, реверс движения которого осуществляется с помощью электромагнитного распределителя потока, управляемого от концевых выключателей или непосредственно поршнем силового цилиндра. При этом каждый силовой плунжер гидродвигателя снабжен дублированными нагнетательными и всасывающими клапанами.

Недостатком известного насоса является то, что плунжеры гидроцилиндра и поршень связаны между собой жестко. Поэтому при переходных процессах (кратковременная остановка гидродвигателя при изменении направления движения) происходит падение давления насоса, что во многих случаях нежелательно или недопустимо. Кроме того, в ряде случаев, например при работе насоса на топливных жидкостях, применение электрических схем управления реверсом движения гидродвигателя нежелательно по причине возможных иск- рообразований, снижающих технику безопасности. К недостаткам насоса следует отнести и то, что он пригоден лишь для случаев, когда нагнетаемая жидкость является рабочей средой гидродвигателя.

Наиболее близким к изобретению по технической сущности является гидропнев- моприводной насос двойного действия. Принципиальная кинематическая схема насоса повторяет указанные недостатки известных гидродвигателей, так как на переходных процессах давление насоса паvi о

CJ

VJ о VJ

дает из-за кратковременной остановки силового цилиндра, плунжерная и поршневая группы которого связаны жестко между собой.

Поэтому применение таких насосов во многих случаях нежелательно или недопустимо, несмотря на автономность питания и отсутствие электрических схем управления реверсом хода гидродвигателя.

Целью изобретения является выравнивание неравномерности подачи и упрощение конструкции при многоцилиндровом исполнении насоса.

Цель достигается тем, что в насосе высокого давления, имеющем корпус с каналами входного, низкого и высокого давлений, оборудованными всасывающими и нагнетательными клапанами, дифференциальный поршень с полостями входного, низкого и высокого давлений, сообщенными с каналами, и плоский запорный элемент, нагруженный пружиной и установленный в полости давления входа относительно седла с соплом, выполненным в плунжерной части поршня, сообщающего полости входа и низкого давлений, выполнено несколько поршней, включенных в полости давлений параллельно, в плунжерных частях поршней выполнены каналы, сообщенные с соплами и полостями высоких давлений, в которых установлены отсечные воздушные клапаны, нормально открытые в направлении сопел, причем полости входного и высокого давлений поршней сообщены с каналом давления входа через регулируемые сопротивления, запорные элементы всасывающих, нагнетательных и воздушных клапанов выполнены плоскими и установлены относительно седел посредством пружин с образованием регулируемых переменных щелевых зазоров, всасывающие клапаны нормально открыты в направлении канала давления входа, а нагнетательные - в направлении полостей высоких давлений плунжеров.

Кроме того, в канале давления входа расположены запорные элементы, один из которых установлен перед регулируемыми сопротивлениями полостей давления входа, а другой - перед регулируемыми сопротивлениями полостей высокого давления, а между вторым запорным элементом и регулируемыми сопротивлениями полостей высокого давления включены концы дополнительных каналов, входы которых оборудованы запорными элементами.

Предлагаемый насос высокого давления отличается наличием нескольких автономных поршней, обратный ход которых осуществляется без возвратных силовых

пружин, и установкой в их плунжерных частях и каналах давлений отсечных клапанов, обеспечивающих отделение воздушных пузырьков от жидкости и циклы нагнетания и

всасывания насоса. Кроме того, в предлагаемом насосе обеспечена возможность разделения входных (рабочих) и нагнетательных сред путем включения в канал давления входа системы дополнительных каналов и запорных элементов. Использование дифференциальных поршней в системах насосов давлений широко известны. Однако их независимое параллельное включение и различная скорость

хода поршней при постоянном давлении входа, избирательный подвод входной и нагнетательной сред, а также расширение воз- можности регулирования параметров подачи насоса, обеспечивают непрерывность подачи насоса, регулирование его производительности и расширение диапазона используемых входных (рабочих) и нагнетательных сред.

На чертеже показан предлагаемый насое высокого давления с непрерывной подачей нагнетательной среды.

Насос высокого давления имеет корпус

1и установленные в нем ступенчато поршни

2с плунжером, в котором выполнены осе- вые каналы (отверстия 3 и 4), перекрытые

плоскими запорными элементами 5 и 6, закрепленными посредством пружин 7 и 8 регулируемого натяга (концевые витки пружин 7, 8 закреплены жестко на запорных элементах 5, 6 и корпусе 1, элементы регулирования натяга на чертеже не обозначены): камеры 9-14 поршней 2, соответственно входных (приводных), низких (дренажных) и высоких (рабочих) давлений, при этом разность площадей поршней 2 и их плунжерных частей характеризует коэффициент

Fi P усиления i -g- рВХ , где FI - площадь

гн

сечения поршня 2; Fa - площадь сечения его плунжерной части; РВх и Рн - входное и нагнетательное давление; регулируемые дроссели 15, отделяющие давление канала 16 входа (PBxi) от камер 9, 10 и 13, 14 соответственно давлений РВх и Рн; запорные краны 17, 18, установленные в канале 16 давления РВх и дополнительных каналах давлений РВх2 и РВхЗ, включенных в канал 16 между запорным краном 18 и регулируемыми дросселями 15 полостей 13 и 14 рабочих давлений; каналы дренажного давления РСл, сообщенные с полостями 11, 12 низких (дренажных) давлений, отсечные воздушные клапаны 19, 20,нормально открытые в

направлении осевых каналов 3 и 4, установленные в плунжерных частях поршней 2, плоские запорные элементы которых (затворы) установлены и зафиксированы между пружинами относительно седел с регулируемыми переменными щелевыми зазорами hi и па (элементы регулирования на чертеже не обозначены), причем седла клапанов сообщены каналами, выполненными в плунжерных частях поршней 2 с каналами 3, 4; аналогичные всасывающие клапаны 21, 22, нормально открытые в направлении канала

16давления РВх, с щелевыми зазорами пз и h4, сообщенные соответственно с камерами 13 и 14 высоких давлений Рн и каналом 16 давления РВх1 или (например, при закрытом запорном кране 18 и открытом запорном кране 17) с дополнительными каналами давлений Рвх2, РвхЗ, включенными в канал 16 после запорного крана 18, причем запорный кран 17 включен в канал 16 перед регулируемыми дросселями 15 полостей (приводных камер) 9, 10 давлений входа, а запорный кран 18 - перед регулируемым дросселем 15 камер 13 и 14 высоких давлений Рн, нагнетательные плоские клапаны 23, 24, нормально открытые з направлении камер 13 и 14 плунжеров поршней 2, с регулируемыми переменными щелевыми зазорами hs и he, сообщенные с камерами 13, 14 высоких давлений и выходным каналом 25 нагнетательного давления Рн (рабочей среды); предохранительный клапан 26 регулирования давления Рн канала 25, нормально закрытый в направлении канала 25 давления Рн, срабатывающий на открытие в направлении давления Рвх1,2, з канала 16. При этом между давлениями Рц, Рвх1,2, з и Рсл сохраняется зависимость, при

КОТОРОЙ Рн Рвх1, 2, 3 Рсл.

Пример 1. Рабочая среда давления Рвх 1 и нагнетаемая Рн одинаковы. Запорные краны дополнительных каналов давлений РВх2 и РвхЗ закрыты (положение, которое изображено на чертеже). Запорные краны

17и 18 канала 16 давления РВх1 открыты. Давление РВх1 нагружает канал 16. Клапаны 19-22 открыты на величину своих зазоров hi, h2, ha, h4, hs, he, определяющих пороги срабатывания клапанов при этом или ином цикле поршней 2. При этом дроссели 15 камер 9, 10 и 13 и 14, определяют время наполнения камер входной средой и скорость опускания поршней 2 при положении, когда плоский запорный элемент 5 или 6 перекрывает каналы 3, 4, или время хода поршней 2 вверх после их открытия, когда пружины 7, 8 открывают запорные элементы 5, 6 от седел каналов 3, 4. Так, если

каналы 3 и 4 поршней 2 перекрыты запорными элементами 5 и 6, то давление в камерах 9 и 10 увеличивается, перепад давлений на поршнях 2 повышается и

поршни 2 начинают перемещаться вниз. При этом запорные элементы 5 и 6 прижаты к седлам каналов 3 и 4 перепадом давлений А Р РВх - Рсл с силой, пропорциональной площадям сечений каналов 3, 4, и

давлением А Р. Через щелевые зазоры hi и h2 клапанов 19, 20 из камер 13 и 14 вытесняется воздух, и клапаны 19,20 закрываются, изменяя щелевые зазоры hi и Ii2 до нуля, так как давление в камерах 11, 12 и соплах 3, 4

равны Рсл. Давление в камерах 13 и 14 повышается, клапаны 21 и 22 закрываются, изменяя щелевые зазоры Нз и h4 до нуля, так как давление в камерах 13, 14 становится равным Рц. Давление Рн через щелевые зазоры hs и he поступает в канал 25 давления Рн. При этом скорости опускания поршней

2не равны, и один из них всегда запаздывает по отношению к другому. Например, поршень 2 с каналом 3, растягивая пружину 7,

опускается несколько быстрее, чем поршень 2 с каналом 4. Тогда пружина 7 отрывает запорный элемент 5 от седла канала 3 раньше, чем пружина 8 - запорный элемент 6 от седла канала 4, так как поршень 2 с

каналом 3 совершает свой нагнетательный ход раньше поршня 2 с каналом 4. Давление в камерах 9 снижается до Рсл, так как через канал 3 идет расход в камеру 11 давления Рсл, а дроссель 15 лимитирует расход давления Рвх1 в камеру 9. При этом перепад давления на поршне 2 снижается до нуля, и он начинает подниматься вверх давлением Рвх1 на торец плунжерной части, так как зазор пз клапана 21 восстанавливается, а

зазор hs клапана 23 изменяется до нуля При этом скорость подъема поршня 2 с каналом

3определяется расходом давления РВх1 канала 16 через сопротивление 15 и клапан 21 в камеру 13. Поршень 2 встречается мягко с

запорным элементом 5, давление в камере 9 повышается, и цикл поршня 2 повторяется. В это мгновение пружина 8 отрывает запорный элемент 6 от канала 4 очередного поршня 2, щелевой зазор гц клапана 22 восстанавливается, а щелевой зазор he клапана 24 изменяется до нуля и поршень 2 с каналом 4 начинает перемещаться вверх, причем скорость подъема поршня 2 определяется расходом через дроссель 15 и

клапан 22 из канала 16 давления РВХ1 в камеру 14. Таким образом, поршни работают идентично, но скорость перемещения или величина хода до отрыва запорных элементов 5 или 6 (что регулируется натягом пружин 7, 8) каждого различна, что обеспечивает непрерывность процесса нагнетания давления Рн из камер 13 и 14 в канал 25, так как в момент подъема одного из поршней 2 очередной продолжает процесс нагнетания, т.е. перемещается вниз. При этом коэфFi

, где FI фициент усиления i

площадь сечения поршня 2; Fa - площадь сечения его плунжерной части; РВх и Рн - соответственно входное и нагнетающее давления.

Пример 2. Нагнетаемые и входные среды различны. В этом случае закрывается запорный кран 18 канала 16 и нагнетаемая среда подается через один из дополнительных каналов давлений РВх2 или РВхЗ. В остальном процесс происходит по той же схеме. При этом нагружение камер 9 и 10 осуществляется от давления РВх 1.

Пример 3. Возможен вариант работы нагнетаемого давления от среды дополнительных каналов РВх2 в РВхз одновременно. В этом случае канал 16 перекрыт запорным краном 18. В остальном процесс неизменен. Запорные элементы каналов РВХ2 и Рвхз открыты,

Пример 4. Рабочая среда давления Рвх2 или Рвхз (или одновременно) и нагнетаемая одинаковы. В этом случае запорный кран 17 канала 16 перекрывается. Запорный кран 18 канала 16 открыт. В остальном процесс неизменен. При этом превышение давления Рн выравнивается предохранительным клапаном 26. Регулирование подачи насоса осуществляется изменениями сечений регулируемых дросселей 15 камер 9, 10, 13, 14, изменяющих скорость хода поршней 2, или изменением давлений входа Pi, P2, Рз канала 16.

Изобретение обеспечивает непрерывность процесса нагнетания и регулирование подачи насоса, что повышает качество исследований, например испытаний на герметичность различных замкнутых гидросистем, а также расширяет функциональные возможности насоса путем использования различных рабочих и нагнетательных сред,

что сокращает сроки на переналадку технологического процесса испытаний более чем на 65%.

Формула изобретения

Насос высокого давления, содержащий

поршень с прикрепленным к нему плунжером, установленные в ступенчатом цилиндре с образованием приводной, дренажной и рабочей камер, входной канал с регулируемым дросселем для приводной среды, входной и выходной каналы для рабочей среды, сообщенные с рабочей камерой при помощи всасывающего и нагнетательного клапанов, включающих пару затвор-седло, причем,

поршень снабжен отверстием для периодического сообщения приводной и дренажной камер, а в приводной камере размещен плоский нагруженный пружиной запорный элемент, установленный с возможностью

контакта с торцом поршня в зоне выхода указанного отверстия, отличающийся тем, что, с целью выравнивания неравномерности подачи и упрощения конструкции при многоцилиндровом исполнении насоса,

несколько ступенчатых цилиндров выполнены в общем корпусе, входной канал приводной среды выполнен общим для всех приводных камер и сообщен с каждой из них при помощи индивидуального регулируемого дросселя, входные каналы рабочей среды снабжены запорным элементом на входе и регулируемым дросселем, установленным на входе во всасывающий клапан для каждой рабочей камеры, и выполнены с

возможностью сообщения с общим входным каналом приводной среды при помощи запорного элемента в виде крана, плунжер снабжен осевым каналом, сообщенным с дренажной полостью, выполненным со стороны рабочей камеры и имеющим на входе нормально открытый отсечной клапан с подпружиненным затвором, при этом затворы всасывающих и нагнетательных клапанов выполнены плоскими и установлены с образованием регулируемых щелевых зазоров относительно седел при помощи пружин, расположенных по обеим сторонам каждого затвора.

L±lfe S /

Сущность изобретения: несколько ступенчатых цилиндров выполнены в общем корпусе. Входной канал приводной среды является общим для всех приводных камер и сообщен с каждой из них индивидуальным регулируемым дросселем. Входные каналы рабочей среды снабжены запорным элементом на входе и регулируемым дросселем, установленным на входе во всасывающий клапан для каждой рабочей камеры, и сообщены с общим входным каналом приводной среды запорным элементом в виде крана. В плунжере со стороны рабочей камеры выполнен осевой канал, сообщенный с дренажной полостью и имеющий на входе нормально открытый отсечной клапан с подпружиненным затвором, Затворы всасывающих и нагнетательных клапанов выполнены плоскими и установлены с образованием регулируемых относительно седел пружинами щелевых зазоров. Пружины расположены по обеим сторонам каждого затвора. 1 ил,

23

.,

P гн

PBxfPe Pc

24

nl

P гн