Герметичный поршневой насос

 

Использование: в герметичных насосах, предназначенных для перекачивания загрязненных и кристаллизирующихся жидкостей в технологических гидросистемах. Сущность изобретения: перемещение штока , поршня и затвора всасывающего клапана относительно друг друга препятствует зарастанию щелей дроссельного устройства продуктами кристаллизации. Коррекция перепада давления на герметизирующей мембране осуществляется за счет потерь на щели дроссельного устройства. Площадь каналов , соединяющих всасывающую и мембранные камеры, может быть достаточно большой, чтобы кристаллизация жидкости или ее загрязненность не влияли бы на общее сопротивление каналов. При переходе от нагнетания к всасыванию и обратно происходит изменение проходного сечения щели дроссельного устройства, образованного уплотнительными поясками на штоке и хвостовике затвора всасывающего канала, это препятствует зарастанию щелей дроссельного устройства и обеспечивает их промывку жидкостью. 2 з.п. ф-лы, 6 ил. сл С

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СО(4ИАЛИСТИЧ ЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (я>5 F 04 В 21/02

ГОСУДАРСТВЕННОЕ ПАТЕНТНОЕ

ВЕДОМСТВО СССР (ГОСПАТЕНТ СССР) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4795317/29 (22) 26.02.90 (46) 23.12.92. Бюл. N. 47 .(71) Всесоюзный научно-исследовательский, проектный, конструкторский и технологический институт гидромашиностроения (72) Т.В.Ким, Я.ЛЛюбин и M.À.Ðîãóíoâ (56) Авторское свидетельство СССР

¹ 1476185, кл, F 04 В 21/02, 1987. (54) ГЕРМЕТИЧНЫЙ ПОРШНЕВОЙ НАСОС (57) Использование: в герметичных насосах, предназначенных для перекачивания загрязненных и кристаллиэирующихся жидкостей в технологических гидросистемах, Сущ locTb изобретения: перемещение штока, поршня и затвора всасывающего клапана относительно друг друга препятствует

Предлагаемое устройство относится к насосостроению, а точнее к герметичным насосам, предназначенным для перекачивания загрязненных и кристаллизирующихся жидкостей в технологических гидросистемах.

Известен герметичный поршневой насос, в цилиндре которого размещены шток, поршень с установленным всасывающим клапаном, включающим седло в поршне и затвор с направляющим хвостовиком, герметизирующую мембрану, установленную между цилиндром и штоком с образованием между ней и поршнем штоковой полости, разделенной установленным на штоке дополнительным поршнем на мембранную и всасывающую камеры, сообщенные между собой отверстиями в дополнительнгом поршне.

„„5U„, l78315O А1 зарастанию щелей дроссельного устройства продуктами кристаллизации, Коррекция перепада давления на герметизирующей мембране осуществляется эа счет потерь на щели дроссельного устройства, Площадь каналов, ссединяющих всасывающую и мембранные камеры, может быть достаточно большой, чтобы кристаллизация жидкости или еа загрязненность не влияли бы на общее сопротивление каналов. При переходе от нагнетания к всасыванию и обратно происходит изменение проходного сечения щели дроссельного устройства, образованного уплотнительными поясками на штоке и хвостовике затвора всасывающего канала, это препятствует зарастанию щелей дроссельного устройства и обеспечивает их промывку жидкостью. 2 з,п, ф-лы, 6 ил.

При работе такого насоса происходит периодическое изменение объема мембранной камеры, что приводит к появлению в каналах дополнительного поршня переменного по направлению течения жидкости. В результате этого давление в мембранной камере по сравнению с давлением во всасы-. Ст вающей камере увеличивается при всасывании и уменьшается при нагнетании. llpu определенном соотношении площадей пор- д шня, дополнительного поршня и герметизирующей мембраны это позволяет обеспечить коррекцию перепада давления на герметизирующей мембране, В результате такой коррекции обеспечивается постоянство направления этого перепада в течение рабочего цикла и, что особенно ван<но, устанавливается такое значение этого перепада, при котором условия работы гер1783150

10

30

55 метизирующей мембраны наиболее благоприятны. Недостатком такого насоса является низкая надежность при работе на загрязненных или кристаллизирующихся жидкостях, имеющая место из-за засорения каналов в дополнительном. поршне или иэза их зарастания продуктами кристаллизации. Это приводит к повышению .сопротивления каналов и нарушению условий, при которых поддерживается постоянство направления перепада давления на герметизирующей мембране.

Цель изобретения — повышение надежности насоса.

Указанная цель достигается тем, что отверстия для сообщения мембранной и всасывающей камер снабжены щелевым дросселвным устройством, поршень установлен с возможностью ограниченного осевого перемещения относительно штока, последний снабжен каналом, седло всасывающего клапана обращено в сторону мембраны, затвор этого клапана снабжен ограничителем его осевого перемещения, а хвостовик затвора размещен в указанном канале штока с образованием щели дрос-. сельного устройства, тем, что канал штока и хвостовик затвора снабжены односторонними, обращенными один к другому уплотнительными поясками, выполненными с образованием щели дроссельного устройства для сообщения мембранной и всасывающей камер на одном из тактов работы насоса, а также тем, что канал штока и хвостовик затвора снаб>кены двусторонними попарно обращенными один к другому уплотнительными поясками, выполненными с образованием щели дроссельного устройства для сообщения мембранной и всасывающей камер в каждом такте работы насоса.

На фиг.1-6 изображены конструктивные схемы насосов, различающихся количеством и ориентацией уплотнительных поясков и реализацией кинематической связи между поршнем и штоком.

Насос (см. фиг.1) имеет цилиндр 1, в котором размещены шток 2, подвижный относительно него поршень 3 и герметизирующая мембрана 4. Расположенная между поршнем 3 и герметизирующей мембраной

4 штоковая полость разделена дополнительным поршнем 5 на штоке 2 на всасывающую камеру 6, сообщающуюся с всасывающей линией 7, и мембранную камеру 8; В штоке 2 со стороны всасывающей камеры 6 выполнен канал 9, сообщающийся с мембранной камерой 8, На поршне 3 выполнен ограничитель 10 его перемещения относительно штока 2 в сторону рабочей камеры 11, В поршне 3 установлен всасывэющий клапан, седло 12 которого обращено в сторону всасывающей камеры 6, а на хвоставике 13 затвора 14 всасывающего клапана выполнены ограничители 15 и 16 перемещения относительно штока 2 соответственно в сторону рабочей камеры 11 и мембранной камеры 8. На хвостовике 13 затвора 14 со стороны камеры подвода жидкости выполнен уплотнительный поясок 17, обращенный в сторону мембранной камеры

8. Вокруг входа в канал 9 штока со стороны всасывающей камеры 6 выполнен уплотнительный поясок 18, обращенный в сторону рабочей камеры 11 и образующий дроссель с уплотнительным пояском 17. Между штоком 2 и затвором 14 всасывающего клапана установлена пружина 19, Насос, изображенный на фиг.1, работает следующим образом..

Шток 2 совместно с поршнем 3 совер-. шает в цилиндре 1 возвратно-поступательное движение, благодаря чему происходит изменение объема рабочей камеры 11 и перекачивание жидкости. При этом имеет место циклическое изменение объема мембранной камеры 8, вызывающее перемещение по направлению течения жидкости между ней и всасывающей камерой 6

Во время.всасывания поршень 3 смещен относительно штока 2 в крайнее по направлению к рабочей камере 11 положение, При этом ограничитель 15 прижимается к штоку 2 пружиной 19. Всасывающий клапан при этом открыт, а щель дроссельного устройства между уплотнительными поясками 17 и 18 раскрыта таким образом, что общее сопротивление каналов, соедйняющих всасывающую G и мембранную 8 камеры, пренебре>кимо мало и давление в мембранной камере 8 определяется потерями давления на всасывающей линии 7. Расход Q> во всасывающей линии 7 во время всасывания:

Ов-Vs F<, (1) где V — скорость движения штока 2 во время всасывэния;

F> — эффективная площадь герметизи-. рующей мембраны 4 с учетом площади ее жесткого центра, Давление Ри в мембранной камере 8 во время всасывания:

Рм= Ро pGsVe F1, (2) где Ро — давление окружающей среды и давление на входе во всасывающую линию 7; р- плотность рабочей жидкости;

G> — гидравлическое сопротивление всасывающей линии 7.

Во время всасывания поршень смещен относительно штока 2 в крайнее по напрэв1783 150 лению к мембранной камере 8 положение.

Всасывающий клапан закрыт, а ограничитель 16 прижимается к штоку 2, образуя одностороннюю кинематическую связь между штоком 2 и поршнем 3. Уплотнительн ые пояски 17 и 18 обраэу1от щель дроссельного устройства, сопротивление которого обеспечивает коррекцию перепада давления на герметизирующей мембране 4. Расход жидкости Од через дроссель, образованный уплотнительными поясками.

17 и 18,определяется скоростью изменения объема мембранной камеры 8:

Од = Чн (Р2 — F1), (3) где V« — скорость движения штока 2 во время нагнетания;

F2 — площадь допоЛнительного поршня

5, Расход жидкости во всасывающей линии 7 во время нагнетания;

QB,=.(Рз — F1) V«+ ад = V. (Рз — F1), (4) где Рз — площадь поршня 3.

Давление в мембранной камере 8 во время нагнетания определится суммой потерь давления на всасывающей линии 7 и на 2 дросселе, образованном уплотнительными поясками 17 и 18:

Ри = Po — Р V«2 (Gg (Гз — F1) 1 Fs — F1 J+

+Од1 (F2 — F 1) F2 — Р1! ), (5) где Од1 — гидравлическое сопротивление 3 щели дроссельного устройства, образованного уплотнительными поясками 17 и 18 при нагнетании.

Иэ зависимостей (2) и (5) можно получить условие постоянства направления пе- 3 репада давления нэ герметизирующей мембране 4:

sign (О Р12) = sign (О. (Рз — F1) )Fa — F1 +

+ Од1 (F2 — F1) ) F2 — F1 Ц .(6)

При соотношении параметров F1, F2, Рз, 4

G>, Од1, удовлетворяющих условию (6), направление перепада давления на герметизирующей мембране остается неизменным втечение всего рабочего цикла. Это препятствует образованию на герметизирующей 4 мембране 4 складок и перетиранию ее материала, В результате этого в предлагаемом устройстве, также как и в прототипе, обеспечивается повышение долговечности герметизирующей мембраны 4 и, 5 следовательно, обеспечивается повышение надежности насоса, При работе насоса происходит принудительное перемещение штока 2; поршня 3 и затвора 14 относительно друг друга, что препятствует зэрастаййю 5 дросселирующей щели между уплотнительными поясками 17 и 18. Поток жидкости, вытекающий из мембранной камеры 8 во время всасывания, когда расстояние между" уплотнительными поясками 17 и 18 максимально, промывает дросселирующу1о щель между этими поясками, Эти меры при работе на кристаллизирующихся или загрязненных жидкостях препятствуют зарастанию и

5 засорению дросселя, обеспечивающего коррекцию перепада давления нэ герметизирующей мембране 4. Таким образом, обеспечивается стабильность условий коррекции этого перепада давления и повыше t0 ние надежности насоса. ,. Насос, изобра>кенный на фиг.2, отличается от насоса на фиг.1 тем, что ограничитель 10 ограничивает перемещение поршня

3 относительно затвора 14 в сторону рабо15 чей камеры 11, а между штоком 2 и затвором

14 отсутствует пружина. Обозначения на фиг.2 соответствуют обозначениям на фиг.1.

Работа насоса, изображенного на фиг.2, отличается от работы насоса на фиг.1 тем;

20 чтоэатвор14 всасывающего клапана выполняет функцию двусторонней кинематической связи между штоком 2 и поршнем 3, ограничивая во время всасывания перемещение последнего относительйо штока 2 в

5- сторону рабочей камеры 11. В остальном работа насоса соответствует работе насоса, изображенного на фиг.1, а полученные зависимости сохраня1от справедливость.

Насос, изображенный на фиг.3, отлича0 ется от насоса на фиг.1 тем, что уплотнительный поясок 17 на хвостовике 13 затвора

14 всасывающего клапана обращен в сторону рабочей камеры 11, а уплотнительный поясок 18 на штоке 2 обращен в сторону

5 мембранной камеры 8, Обозначения на фиг.3 соответствуют обозначениям на фиг.1.

Работа насоса, изображенного на фиг,3, происходит следующим образом.

Во время всасывания поршень 3 сме0 щен относительно штока 2 в крайнее по направлению к рабочей камере 11 положение, При этом, так же как и в насосе на фиг,1, ограничитель15 прижимается к штоку2 пружиной 19. Всасывающий клапан открыт, а

5 уплотнительные пояски 17 и 18 образуют дроссель, сопротивленИе которого обеспечивает коррекцию перепада давления на герметизирующей мембране 4. Расход Од через щель дроссельного устройства опре0 деляется скоростью изменения объема мембранной камеры 8:

Од = Vo (Г2- Г1) (7)

Расход жидкости во всасывающей линии 7 во время всасывания описывается

5 уравнением (1), тогда давление в мембранной камере 8 во время всасывания определяется суммой потерь давления на всасывающей линии 7 и на дросселе, образованном уплотнительными поясками 17 и

18:

1783150

Рм = Ро PÐ â (Ов F1 Од2 (Г2

- F2) I F2 F2 1), (8) где Од2. — гидравлическое сопротивление дросселя, образованного уплотнительными поясками 17 и 18 при всасывании. 5

Во время нагнетания поршень 3 смещен относительно штока 2 в крайнее по направлению к мембранной камере 8 положение. Всасывающий клапан закрыт, ограничитель 16 прижат к штоку 2, щель между 10 уплотнительными поясками 17 и 18 раскрыта таким образом, что сопротивление канала, соединяющего всасывающую 6 и мембранную 8 камеры, пренебре>кимо мало. Давление в мембранной камере 8 опре- 15 деляется потерями давления во всасывающей линии 7, расход в которой во время нагнетания описывается уравнением . (3), Давление в мембранной камере 8 во время нагнетания: 20

Рм = Ро — PGo %1. (РЗ вЂ” F1) )F3 — Fj ) (9)

Из зависимостей (8) и (9) можно получить условие постоянства направления перепада давления на герметизирующей мембране 4; 25

Sigil (Ge F1 — Од2 (F2 — F1) F2 — F1 ))-= sign ((Fs- F1) )Fs — F1I) (10)

При соотношении параметров F1, F2, Рз, Ов, Од2, удовлетворяющих условию (6), направление перепада давления на гермети- 30 зирующей мембране остается неизменным в течение всего рабочего цикла. Это.препятствует образованию на герметизирующей мембране 4 складок и перетиранию ее материала. В результате этого в предлагаемом 35 устройстве, также как и в прототипе, обеспечивается повышение долговечности герметизирующей мембраны 4 и, следовательно, обеспечивается повышение надежности насоса, Принудительное пере- 40 мещение штока 2, поршня 3 и затвора 14 относйтельно друг друга, также как и в насосах на фиг.1 и 2, препятствует зарастанию дросселирующей щели между уплотнительными поясками 17 и 18, а поток жидкости, 45 протекающий через эту щель во время нагнетания; когда расстояние между этими поясками максимально, промывает ее. Эти меры при работе 11а кристаллйзирующихся или загрязненных жидкостях препятствуют 50 зарастанию и засорению дросселя, обеспечивающего коррекцию перепада давления на герметизирующей мембране 4. Таким образом обеспечивается стабильность условий коррекции этого перепада давления и 55 повышение надежности насоса.

Насос, изобра>кенный на фиг,4, отличается от насоса на фиг.3 тем„что ограничитель 10 ограничивает перемещение поршня

3 относительно затвора 14 в сторону рабочей камеры 11, а между штоком 2 и затвором

14 отсутствует пружина. Обозначения на фиг.4 соответствуют обозначениям на фиг.3.

Работа насоса, изображенного на фиг.4. отличается от работы насоса на фиг.1 тем, что затвор 14 всасывающего клапана r.ûполняет функцию двусторонней кинематической связи между штоком 2 и поршнем 3, ограничивая во время всасывания перемещение последнего относительно штока 2 в сторону рабочей камеры 11. В остальном работа насоса соответствует работе насоса, изображенного на фиг.3, а полученные зависимости сохраняют справедливость, На фиг,5 изображен насос, отличающийся от насосов на фиг,1 и 3 тем, что уплотнительные пояски 17 и 18 выполнены двусторонними и попарно обращены один к другому. Эти пояски образуют дроссели, обеспечивающие коррекцию перепада давления на герметизирующей мембране 4 как при нагнетании, так и при всасывании. 0стальные обозначения на фиг.5 соответствуют обозначениям на фиг.1 и 3.

Работа насоса, изображенного на фиг.5, происходит следующим образом.

Во время всасывания поршень 3 смещен относительно штока в крайнее по направлению к рабочей камере 11 положение.

При этом, также как и в насосах на фиг.1 и 3, ограничитель 15 прижимается к штоку пру>киной 19. Всасывающий клапан открыт, а двусторонний уплотнительный поясок 17 смещен относительно двустороннего уплотнительного пояска 18 в сторону рабочей камеры 11. Эти пояски образуют дроссель, сопротивление которого обеспечивает корректировку перепада давления на герметизирующей мембране 4. Для всасывания справедливы уравнения (1), (7), (8). Во время нагнетания поршень 3 смещен относительно штока 2 в крайнее по направлению к мембранной камере 8 положение. Всасывающий клапан закрыт, ограничитель 16 прижат к штоку 2, а двусторонний уплотнительный поясок 17 смещен относительно двустороннего уплотнительного поиска 18 в сторону мембранной камеры 8. Эти пояски образуют дроссель, сопротивление которого обеспечивает корректировку перепада давления на герметизирующей мембране 4. Для нагнетания справедливы уравнения (3), (4}, (5), Из (5) и {S) можно получить усилие постоянства направления перепада давления на герметизирующей мембране 4:

1783150

20

30

40

9

sign (G (Fg — F1) lFg — F1 l +

+Од1(Рг — F ) l Рг — F> l =

= Slg (Ъ F3 Одг(г F1) l F2 F1l J (1 1.)

При соотношении параметров Fj, Ег, Ез, Св, Gд1, Gä2, удовлетворяющем условию (11), направление перепада давления нэ герметизирующей мембране остается постоянным в течение всего рабочего цикла. В результате этого, так же как и в прототипе, обеспечивается повышение долговечности герметизирующей мембраны 4 и, следовательно, обеспечивается повышение надежности насоса. При работе насоса происходит принудительное перемещение штока 2, поршня 3 и затвора 14 относительно друг друга, препятствующее зарастанию дросселирующих щелей между двусторонними уплотнительные поясками l7 и 18, а также обеспечивается промывка этих щелей потоком жидкости, перетекающей по дополнительному каналу 10, Эти меры препятствуют засорению и зарастанию дросселей, что стабилизирует условия коррекции перепада.,давления на герметизирующей мембране и повышает надежность насоса, Насос, изобра>кенный на фиг.б, отличается от насоса на фиг,5 тем, что ограничитель 10 ограничивает перемещение поршня

3 относительно затвора 14 в сторону рабочей камеры 12; а между штоком 2 и затвором

14 всасывающего клапана отсутствует пружина. Обозначения на фиг.G соответствуют обозначениям на фиг.5.

Работа насоса, изображенного на фиг.б, отличается от работы насоса на фиг.5 тем, что затвор всасывающего клапана выполняет функцию двусторонней кинематической связи между штоком 2 и поршнем 3, ограничивая перемещение последнего во время всасывания в сторону рабочей камеры 11, а во время нагнетания — в сторону мембранной камеры 8. В остальном работа насоса, изображенного на фиг.б соответствует работе насоса на фиг.5, а зависимость (11) сохраняет справедливость, .

Предлагаемое устройство обладает по сравнению с прототипом повышенной наде>кностью. Этот эффект достигается тем, что шток., поршень и затвор всасывающего клапана изменяют взаимное расположение при всэсывании и нагнетании, а коррекция перепада давления на герметизирующей мембране осуществляется за счет потерь давления на дросселях, образованных уплотнительными поясками на штоке и на хвостовике затвора всасывэ oùeãî клапана.

При таком решении каналы во вспомогательном поршне выполняются с большой площадью сечения и малы i сопротивлением, что исключает их засорение, а кристаллизация жидкости на их поверхности практически не изменяет их сопротивления.

Принудительное перемещение поршня и за5 твора всасывающего клапана относительно штока, происходящее в каждом рабочем цикле препятствует зарастанию направляющих и дросселирующих щелей продуктами кристаллизации. В каждом рабочем цикле

10 при раскрытии дросселирующих щелей, образованных уплотнительными поясками на хвостовике затвора и штоке, обеспечивается промывка этих щелей потоком жидкости, протекающей по каналам во вспомогательном поршне. Это стабилизирует .условия коррекции перепада давления на герметизирующей мембране, в результате чего повышается ее долговечность, а значит, повышается и надежность насоса. Кроме того, в прототипе сопротивление каналов, соединяющих всасывающую и мембранную камеры, практически одинаково как при всасываний, так и при нагнетании. В связи с этим поддерживать постоянное направление перепада давления на герметизирующей мембране возможно в относительно узком диапазоне соотношения площадей поршня, дополнительного поршня и герметизирующей мембраны. При этом затруднительно обеспечить и для всасывания, и для нагнетания значение перепада давления на герметизирующей мембране. оптимальное с точки зрения ее долговечности. В предлагаемом устройстве сопротивление дросселей, обеспечивающих коррекцию перепада давления на герметизирующей мембране, можно подбирать так, чтобы это значение перепада давления было оптимальным как для нагнетания, так и для всасывания.

Это также обеспечивает повышение долговечности герметизирующей мембраны.

Формула изобретения=

1. Герметичный поршневой насос, содержащий размещенные в цилиндре с образованием рабочей камеры шток и поршень с установленными в последнем всасывающим клапаном, включающим седло в поршне и затвор с направляющим хвостовиком, герметизирующую мембрану, установленную между цилиндром и штоком с образованием между ней и поршнем штоковой полости, разделенной установленным на штоке дополнительным поршнем на мембранную и всасывающую камеры, соединен55 ные между собой отверстиями, о т л и ч а ющ и и с я тем, что, с целью повышения надежности, отверстия для сообщения мембранной и всасывающей камер снабжены щелевым дроссельным устройством, поршень установлен с возможностью ограни1783150

12 ченного осевого перемещения относительно штока, последний снабжен каналом, седло всасывающего клапана обращено в сторону мембраны, затвор этого клапана снабжен ограничителем его осевого перемещения, а хвостовик затвора размещен в канале штока с образованием щели дроссельного устройства, 2. Насос по п1, о т л и ч à ю шийся тем, что канал штока и хвостовик затвора всасывающего клапана снабжены обращенными один к другому односторонними уплотнительными поясками, выполненными с образованием щели дроссельного устройства для сообщения мембранной и всасывающей камер на одном из тактов работы

HGC0C8.

5 3. Насос по п.1, отличающийся тем, что канал штока и хвостовик затвора всасывающего клапана снабжены двусторонними попарно обращенными один к другому уплотнительными поясками, 10 выполненными с образованием щели дроссельного устройства для сообщения мембранной и. всасывающей камер на каждом такте работы насоса.

1783150

Г 4 8 8 5 7 б 3 и Q

Фиг, 4 г

1783150

Составитель M.Ðîãóíîâ

Редактор А.Пупрякова Техред M.Moðråíòàë Корректор А.Козориз

Заказ 4498 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Г Ф 8 У 5 7

6 !

11 Q