Мембранный пневмоприводной насос

 

Использование: насосостроение, при создании объемных насосов для перекачки абразивосодержащих, горючих и химически активных жидкостей. Сущность изобретения: содержит две связанные штоком 9 и наружным 8 и внутренним 7 дисками мембраны 5, 6, а также двухпозиционный реверсивный распределитель с подводящим и отводящими каналами. Распределитель имеет корпус 10, установленную в нем с возможностью осевого перемещения втулку 14, снабженную запорными элементами 15, 16 для седел 27 и 28 подводящего канала. Эти элементы (которые выполнены в виде диффузорных участков, расположенных по конусам втулки) предназначены и для седел 26 отводящего канала. Распределитель имеет пружинный толкатель, выполненный из секций 17 и 18 и размещенный по оси корпуса 10, который выполнен из центральной части и двух торцевых 22, последние из которых примыкают в крайнем положении секции 17, 18 к наружным дискам 8 мембран 5, 6. Торцевые части 22 сопряжены с центральной при помощи кольцевых стяжек 19, 20. Распределитель сообщен транспортными каналами 23, 24, расположенными по периферии корпуса 10, с общими приводными камерами 3, 4. Отводящие каналы выполнены в виде общей камеры 13, расположенной в центральной части корпуса 10. Подводящий канал 11 (патрубок) размещен внутри указанной камеры и жестко соединен с втулкой 14, запорные элементы которой снабжены вилкообразными выступами 29 и 30, охватывающими седла 27 и 28. 2 ил. 1

Изобретение относится к насосостроению, в частности к мембранным пневмоприводным насосам, и может найти применение при создании мембранных (объемных) насосов для перекачки абразивосодержащих, горючих и химически активных жидкостей.

Известны насосы, содержащие связанные штоком мембраны и золотниковый распределитель, подпружиненный относительно штока и расположенный в зоне расположения последнего (см. авторское свидетельство N 1566074, кл. F 04 B 43/06, 1988).

Данный насос характеризуется недостаточной технологичностью и низким уровнем ремонтоспособности, так как ремонт и замена распределителя возможны только в случае полной разборки насоса.

Известны и мембранные приводные насосы, у которых золотниковый распределитель вынесен за пределы зоны расположения штока (см. авторское свидетельство N 1366691, кл. F 04 B 43/06, 1983).

Этот насос характеризуется также невысокой ремонтоспособностью, так как доступ к золотниковому распределителю затруднен, а его конструкция сложна из-за необходимости производства высокоточных и дорогостоящих операций.

Известен также мембранный пневмоприводной насос, содержащий две связанные штоком и наружными и внутренними дисками мембраны, отделяющие насосные камеры от приводных, а также двухпозиционный реверсивный распределитель с подводящими и отводящими каналами, имеющий корпус, установленную в нем с возможностью осевого перемещения втулку, снабженную запорными элементами для седел подводящего и отводящих каналов и пружинный толкатель, размещенный по оси корпуса, при этом распределитель сообщен транспортными каналами с обеими приводными камерами (см. авторское свидетельство СССР N 625061, кл. F 04 B 43/06, 1976).

В указанном насосе пружинный толкатель выполнен односекционным в виде двух пружин и упора, расположенных на штоке в его центральной части, а транспортные каналы вынесены за пределы корпуса распределителя.

Данный насос выбран за прототип, т.к. он наиболее близок к изобретению по совокупности существенных признаков.

Этот насос характеризуется сложностью конструкции, усложненным процессом настройки и низкой ремонтоспособностью из-за недоступности распределителя, охватывающего шток.

Задача данного изобретения создание мембранного пневмоприводного насоса, несложного по конструкции и характеризуемого высокой ремонтоспособностью путем прямого доступа к распределителю, обеспечения его замены, не связанной с необходимостью разборки насосных и приводных камер, и визуального контроля цикла работы. При этом насос характеризуется и простотой процесса настройки на заданный режим работы.

Технический результат, достигаемый данным изобретением повышение ремонтоспособности с одновременным упрощением конструкции и процесса настройки.

Данный технический результат достигается тем, что в известном мембранном пневмоприводном насосе, содержащем две связанные штоком и наружными и внутренними дисками мембраны, отделяющие насосные камеры от приводных, а также двухпозиционный реверсивный распределитель с подводящим и отводящими каналами, имеющий корпус, установленную в нем с возможностью осевого перемещения втулку, снабженную запорными элементами для седел подводящего и отводящих каналов и пружинный толкатель, размещенный по оси корпуса, при этом распределитель сообщен транспортными каналами с общими приводными камерами; пружинный толкатель выполнен двухсекционным с размещением каждой секции на торцах корпуса распределителя с возможностью контакта с внутренним диском соответствующей мембраны, при этом корпус распределителя выполнен из центральной части и двух торцевых, примыкающих к стенкам приводных камер и сопряженных с центральной частью при помощи кольцевых стяжек.

Данный же технический результат в частных случаях достигается тем, что в насосе, характеризуемом вышеперечисленными существенными признаками, отводящие каналы выполнены в виде общей камеры, расположенной в центральной части корпуса, а подводящий канал размещен внутри указанной камеры и жестко соединен с втулкой, запорные элементы которой снабжены вилкообразными выступами, охватывающими седла подводящего канала; седла подводящего канала установлены с возможностью перемещения; транспортные каналы выполнены по периферии корпуса распределителя; втулка установлена на оси корпуса распределителя внутри общей камеры; запорные элементы втулки выполнены в виде диффузорных участков, предусмотренных по концам втулки седла отводящих каналов в виде вырезов поперечных перегородок, расположенных в корпусе распределителя, седла подводящих каналов в виде сферических элементов, расположенных по оси втулки, причем поперечные перегородки и сферические элементы установлены в зоне расположения диффузорных участков втулки с возможностью поочередного контакта наружной и внутренней поверхности последних с вырезами перегородок и элементами.

На фиг. 1 схематически показан описываемый насос; на фиг. 2 распределитель насоса.

Насос содержит насосные камеры 1, 2, приводные камеры 3, 4, отделенные одна от другой мембранами 5, 6 с парами внутренних 7 и наружных 8 дисков и штоком 9. Мембрана с парой дисков образует мембранный блок. Между приводными камерами 3, 4 установлен двухпозиционный реверсивный распределитель, имеющий корпус 10, подводящий канал 11 (в виде патрубка) и отводящие каналы 12 (последние объединены в общую камеру 13). В корпусе 10 установлена с возможностью осевого перемещения втулка 14, снабженная запорными элементами 15, 16. Эти элементы выполнены в виде диффузорных участков, расположенных по концам втулки. Преимущественно, втулка может быть установлена по оси корпуса 10, внутри общей камеры 13. Распределитель имеет двухсекционный пружинный толкатель с размещением каждой секции 17, 18 по торцам корпуса 10. С помощью кольцевых стяжек 19, 20 сопрягается центральная часть 21 корпуса и две торцевые части 22, при этом по периферии корпуса 10 выполнены транспортные каналы 23, 24, соединяющие отводящую камеру 13 с приводными камерами 3, 4. В корпусе 10 предусмотрены поперечные перегородки 25, имеющие вырезы, служащие седлами 26 отводящих каналов 12. Наружные поверхности запорных элементов 15, 16 в крайних положениях втулки 14 сопрягается с седлами 26. Подводящий канал 11 жестко соединен с втулкой 14 (с ее внутренней поверхностью), которая является продолжением подводящего канала 11. На выходе втулки по ее оси предусмотрены седла 27 и 28 (выполненные в виде сферических элементов) подводящего канала. Внутренняя поверхность запорных элементов 15, 16 (противолежащая соответствует наружной поверхности, сопрягаемой с седлами 26) вступает в контакт с соответствующими седлами 27 и 28, перекрывая подводящий канал (его продолжение).

Подвижные запорные элементы 15 и 16 снабжены вилкообразными выступами 29 и 30, охватывающими седла 27 и 28 подводящего канала.

Таким образом, поперечные перегородки 25 и сферические элементы (седла 27, 28 подводящего канала) расположены в зоне расположения диффузорных участков (запорных элементов 15, 16) втулки 14, с возможностью поочередного контакта наружной и внутренней поверхности последних с вырезами 26 перегородки 25 и со сферическими элементами. Седла 27 и 28 установлены в резьбовых каналах (не показаны) соосных корпусу 10 и зафиксированы контрогайками 31.

Насос работает следующим образом.

Сжатый воздух из магистрали по гибкому шлангу (не показаны) подается к подводящему каналу 11 (патрубку) и через втулку 14 и зазор между подвижным запорным элементом 15 и неподвижным 27 седлом и транспортный канал 23, устремляется в приводную камеру 3. За счет воздействия давления воздуха на мембрану 5 с дисками 7, 8 шток 9 смещается влево. В это время отработанный воздух из приводной камеры 4 через транспортный канал 24 и отводящую камеру 13 уходит в зону сброса (атмосферу). Осуществляется всасывание перекачиваемой среды в насосную камеру 2 и ее выталкивание из насосной камеры 1. При подходе мембранного блока, образованного мембранами 5 и 6, парами дисков 7 и 8, штоком 9 к крайнему левому положению наружный диск 8 мембраны 6 начинает сжимать секцию 17 пружинного толкателя. Усилие пружины недостаточно для отрыва втулки 14 с подвижными запорными элементами 15 и 16, которая надежно удерживается в крайнем правом положении неуравновешенной силой давления воздуха, за счет разности сечений в местах контакта внутренней поверхности подвижного запорного элемента 16 и неподвижного седла 28 с одной стороны, а также наружной поверхности подвижного запорного элемента 15 и седла 26, с другой стороны.

В момент смыкания частей секции 18 пружинного толкателя возникает жесткая связь между наружным диском 8 и вилкообразным выступом 30 втулки 14. Сила давления сжатого воздуха, воздействующего на мембрану 5 в приводной камере 3 передается через шток 9, диск 8 и сомкнутую секцию 18 пружинного толкателя на втулку 14. Из-за значительной площади мембраны 5 упомянутое усилие во много раз превышает силы неуравновешенного давления, обусловленного разностью поперечных сечений в зоне контакта внутренней поверхности подвижного запорного элемента 16 и неподвижного 28 седла с одной стороны и наружной поверхности подвижного запорного элемента 15 и седла 26, с другой стороны.

Таким образом, начинается отрыв названных пар запорных поверхностей друг от друга. При исчезновении существенного противодавления сжатая секция 18 пружинного толкателя мгновенно перебрасывает втулку 14 в крайнее левое положение. Свободная секция 17 пружинного толкателя, под воздействием вилкообразных выступов 29, не встречая сопротивления со стороны наружного диска 8, мембраны 5, также занимает крайнее левое положение и не препятствует переключению механизма до возникновения контакта между подвижным запорным элементом 15 и неподвижным седлом 27, а также наружной поверхностью подвижного элемента 16 и седла 26. При этом неуравновешенное усилие на втулку 14 направлено влево и надежно фиксирует ее в крайнем положении. Приводная камера 3 через транспортный канал 23 сообщается с отводящей камерой 13, а подводящий канал 11 с приводной камерой 4, через внутреннюю полость втулки 14 и участок транспортного канала 24. Ход мембранного блока реверсируется под воздействием воздуха на мембрану 6, он движется вправо, пока не наступит сжатие секции 17 пружинного упора, до полного смыкания его частей и не возникает жесткая связь между мембранным внешним диском 8 и вилкообразным выступом 29 втулки 14 распределителя. Механизм возвращается в исходное положение и цикл замыкается.

Для замены распределителя необходимо отключить подачу сжатого воздуха, перевести втулку 14 в среднее положение, ослабить натяжение стяжек 19 и 20 и сдвинуть их в осевом направлении. Распределитель извлекается в направлении перпендикулярном оси. В этот момент для профилактики и замены становятся доступными и обе секции пружинного толкателя. Настройка одновременного смыкания пар запорного элемента 15 и седла 27, а также элемента 16 и седла 26 в левом положении втулки и соответственно запорного элемента 16 и седла 28, а также элемента 15 и седла 25 в правом положении производится поочередным вращением неподвижных седел 27 и 28 в резьбовых каналах (не показаны), соосных корпусу 10 (с последующей фиксацией контрогайками 31).

Таким образом, данное изобретение позволяет создать простой и технологический механизм газораспределения, в котором отсутствуют прецезионные пары трения. Все его элементы доступны после отключения от насоса, а упомянутый процесс занимает считанные минуты и не связан с необходимостью разборки рабочих камер нагнетателя или отсоединения его от магистралей. При наличии резервных распределителей возможна практически безостановочная эксплуатация серии насосов, так как в момент профилактики (ремонта) привода в насосах будут использоваться запасные распределители.

Наличие прямого доступа через патрубок канала 11 к подвижной втулке 14 позволяет визуально контролировать цикл работы насоса, а при необходимости осуществлять его потактовую работу. Это преимущество проявляется при эксплуатации насоса в неблагоприятных условиях (предельные давления всасывания или нагнетания, наличие особо вязких включений и твердых частиц в жидкости, колебания давления сжатого воздуха в магистрали). Опыт эксплуатации макетного образца продемонстрировал возможность оперативного выявления отклонений в работе и устранения причин их побуждающих. В то время, как для восстановления работоспособности "классических" мембранных нагнетателей с золотниковым приводом потребовалась бы многочасовая работа, связанная практически с подетальной разборкой и самого насоса и его распределителя. 1

Формула изобретения

1. Мембранный пневмоприводной насос, содержащий две связанные штоком и наружными и внутренними дисками мембраны, отделяющие насосные камеры от приводных, а также двухпозиционный реверсивный распределитель с подводящим и отводящими каналами, имеющий корпус, установленную в нем с возможностью осевого перемещения втулку, снабженную запорными элементами для седел подводящего и отводящих каналов, и пружинный толкатель, размещенный по оси корпуса, при этом распределитель сообщен транспортными каналами с обеими приводными камерами, отличающийся тем, что пружинный толкатель выполнен двухсекционным с размещением каждой секции на торцах корпуса распределителя с возможностью контакта с внутренним диском соответствующей мембраны, при этом корпус распределителя выполнен из центральной части и двух торцевых, примыкающих к стенкам приводных камер и сопряженных с центральной частью при помощи кольцевых стяжек.

2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что отводящие каналы выполнены в виде общей камеры, расположенной в центральной части корпуса, а подводящий канал размещен внутри указанной камеры и жестко соединен с втулкой, запорные элементы которой снабжены вилкообразными выступами, охватывающими седла подводящего канала.

3. Насос по п. 1, отличающийся тем, что седла подводящего канала установлены с возможностью осевого перемещения в процессе настройки.

4. Насос по п. 1, отличающийся тем, что транспортные каналы выполнены по периферии корпуса распределителя.

5. Насос по п. 1, отличающийся тем, что втулка установлена по оси корпуса распределителя внутри общей камеры.

6. Насос по п. 1, отличающийся тем, что запорные элементы втулки выполнены в виде диффузорных участков, предусмотренных по концам втулки, седла отводящих каналов в виде вырезов поперечных перегородок, расположенных в корпусе распределителя, седла подводящего канала в виде сферических элементов, расположенных по оси втулки, причем поперечные перегородки и сферические элементы установлены в зоне расположения диффузорных участков втулки с возможностью поочередного контакта наружной и внутренней поверхностей последних с вырезами перегородок и со сферическими элементами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2