Объемный насос

 

Изобретение относится к объемным насосам диафрагменного типа, предназначенным для перекачивания агрессивных, токсичных и т.п. жидкостей, а более конкретно - к насосам с трубчатой деформируемой посредством гидроприводной жидкости диафрагмой, наиболее оптимальной для перекачивания высоковязких, сильно загрязненных жидкостей, красок, паст, коагулирующих и т.п. жидкостей. Насос содержит корпус, имеющий, по меньшей мере, одну гильзу, в которой расположен вытеснитель с приводным механизмом, и одну рабочую камеру, образованную внутренним объемом трубчатой диафрагмы, герметично зафиксированной по ее торцам в корпусе, и расположенными по ее торцам на корпусе всасывающим и нагнетательным клапанами. Диафрагма размещена в корпусе с образованием совместно с гильзой и вытеснителем гидроприводной камеры переменного объема, гидравлически сообщенной с компенсационной камерой через канал подпиточного устройства компенсации утечек из гидроприводной камеры, механически открывающийся посредством движения вытеснителя вблизи мертвой точки, соответствующей концу такта всасывания. Трубчатая диафрагма снабжена кордом, осесимметрично расположенным в средней части ее стенок и образующим упругий каркас по всей длине диафрагмы, включая концевые участи ее заделок в корпусе. Канал подпиточного устройства выполнен в виде, по меньшей мере, одного сквозного отверстия в гильзе корпуса, дросселирующая запорная кромка которого расположена от герметизирующей ее торцевой кромки вытеснителя при его положении в мертвой точке на удалении, по меньшей мере, 3-8% длины хода вытеснителя на такт нагнетания. 4 з.п.ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к объемным насосам диафрагменного типа, предназначенных для перекачивания агрессивных, токсичных и т.п. жидкостей, а более конкретно - к насосам с трубчатой деформируемой посредством гидроприводной жидкости диафрагмой, наиболее оптимальной для перекачивания высоковязких, сильно загрязненных жидкостей, красок, паст, коагулирующих и т.п. жидкостей.

Известен объемный многокамерный насос для перекачивания вязких и/или абразивных сред с диафрагмой трубчатого типа, закрепленной по торцам в корпусе и образующей своей внутренней поверхностью рабочую камеру, ограниченную обратными клапанами, установленными также по торцам трубчатой диафрагмы, при этом цилиндрический корпус образует с наружной поверхностью трубчатой диафрагмы гидроприводную камеру, сообщенную с приводным вытеснителем, выполненным в виде гидроприводной плоской диафрагмы, приводимой через управляемый распределитель жидкостью от насоса (US 4439112 А, 27.03.1984).

Известный объемный насос не имеет устройства для компенсации утечек из гидроприводной камеры, которые имеют место в такте нагнетания, а имеет устройство для нагревания или охлаждения гидроприводной жидкости, компенсирующее изменение ее объема в результате температурных колебаний в процессе работы, которое инертно и требует значительных энергетических затрат. При этом сама трубчатая диафрагма ничем не защищена и испытывает значительные деформации, приводящие к ее разрушению. Кроме того, насос имеет сложную систему гидропривода трубчатой диафрагмы, что существенно усложняет конструкцию таких насосов и снижает надежность его работы.

Наиболее близким техническим решением к описываемому изобретению по совокупности существенных признаков является объемный насос, содержащий корпус имеющий, по меньшей мере, одну гильзу, в которой расположен вытеснитель с приводным механизмом, и одну рабочую камеру, образованную внутренним объемом трубчатой диафрагмы, герметично зафиксированной по ее торцам в корпусе, и расположенными по ее торцам на корпусе всасывающим и нагнетательным клапанами, при этом диафрагма размещена в корпусе с образованием совместно с гильзой и вытеснителем гидроприводной камеры переменного объема, гидравлически сообщенной с компенсационной камерой через канал подпиточного устройства компенсации утечек из гидроприводной камеры, механически открывающийся посредством движения вытеснителя вблизи мертвой точки, соответствующей концу такта всасывания (US 3859011 А, 07.01.1975).

Данное техническое решение частично устраняет вышеуказанные недостатки, однако используемый для этих целей эластичный материал трубчатой диафрагмы, испытывающий многократные циклические нагружения высоким давлением, быстро вытягивается особенно в местах заделки. Вследствие этого упругость диафрагмы не обеспечивает возврат трубчатой диафрагмы в исходное недеформируемое состояние в такте всасывания насоса. Это приводит к снижению объемного кпд насоса, а также в конечном итоге приводит к разрушению диафрагмы в местах концентрации напряжений.

Технической задачей данного изобретения является устранение недостатков прототипа, а именно: повышение объемного кпд насоса и надежности системы подпитки и насоса в целом; повышение нечувствительности насоса к величине давления на входе насоса и возможным при эксплуатации насоса аварийным ситуациям, расширение области возможного применения насоса Указанная задача решена тем, что в объемном насосе, содержащем корпус, имеющий, по меньшей мере, одну гильзу, в которой расположен вытеснитель с приводным механизмом, и одну рабочую камеру, образованную внутренним объемом трубчатой диафрагмы, герметично зафиксированной по ее торцам в корпусе, и расположенными по ее торцам на корпусе всасывающим и нагнетательным клапанами, при этом диафрагма размещена в корпусе с образованием совместно с гильзой и вытеснителем гидроприводной камеры переменного объема, гидравлически сообщенной с компенсационной камерой через канал подпиточного устройства компенсации утечек из гидроприводной камеры, механически открывающийся посредством движения вытеснителя вблизи мертвой точки, соответствующей концу такта всасывания, в соответствии с изобретением трубчатая диафрагма снабжена кордом, осесимметрично расположенным в средней части ее стенок и образующим упругий каркас по всей длине диафрагмы, включая концевые участи ее заделок в корпусе.

В предпочтительной форме реализации изобретения канал подпиточного устройства выполнен в виде, по меньшей мере, одного сквозного отверстия в гильзе корпуса, дросселирующая запорная кромка которого расположена от герметизирующей ее торцевой кромки вытеснителя при его положении в мертвой точке на удалении, по меньшей мере, 3-8% длины хода вытеснителя на такт нагнетания.

В другой предпочтительной форме реализации изобретения канал подпиточного устройства выполнен с возможностью перекрытия подпружиненным клапаном, взаимодействующим в зоне мертвой точки с открывающим его упором, кинематически взаимосвязанным с вытеснителем.

При этом желательно, чтобы канал подпиточного устройства был бы выполнен с возможностью регулирования момента его открытия.

В одном из целесообразных вариантов верхняя зона гидроприводной камеры в области размещения трубчатой диафрагмы дополнительно сообщена с компенсационной камерой, по меньшей мере, через клапан продувки.

Желательно, чтобы клапан продувки был бы выполнен в виде затвора, расположенного с гарантированным зазором между оппозитно расположенными по оси затвора герметизирующими проходной канал седлами.

На фиг.1 схематично показан заявляемый объемный насос.

На фиг. 2 показан фрагмент выполнения вытеснителя, имеющего подпружиненный клапан, открывающий канал подпиточного устройства, выполненный с возможностью регулирования момента его открытия.

Объемный насос содержит корпус 1 имеющий, по меньшей мере, одну гильзу 2, в которой расположен вытеснитель 3, выполненный, например, в виде поршня, с приводным, например кривошипно-шатунным механизмом 4, и одну рабочую камеру 5, образованную внутренним объемом трубчатой диафрагмы 6, герметично зафиксированной по ее торцам в корпусе 1, и расположенными по ее торцам на корпусе 1 всасывающим и нагнетательным клапанами 7 и 8, при этом диафрагма 6 размещена в корпусе 1 с образованием совместно с гильзой 2 и вытеснителем 3 гидроприводной камеры 9 переменного объема, гидравлически сообщенной с компенсационной камерой 10 через канал 11 подпиточного устройства компенсации утечек из гидроприводной камеры 10, механически открывающийся посредством движения вытеснителя 3 вблизи мертвой точки, соответствующей концу такта всасывания. Трубчатая диафрагма 6 снабжена кордом 12, осесимметрично расположенным в средней части ее стенок и образующим упругий каркас по всей длине диафрагмы 6, включая концевые участи ее заделок в корпусе 1. При этом упругость корда 12 совместно с упругостью материала стенок диафрагмы 6 выполнена из условия обеспечения приведения диафрагмы 6 в исходное недеформированное состояние из положения, соответствующего объему ее деформации ΔΩ×η_ут.max, где ΔΩ - изменение объема гидроприводной камеры 9 вытеснителем 3 в такте нагнетания после перекрытия канала 11; η_ут.max - максимальное для условий эксплуатации значение коэффициента утечек из гидроприводной камеры 9 в рабочем цикле при перепаде давления на диафрагме 6 не меньше, чем Ра - Рн.п., где Pa - давление в компенсационной камере 10; Рн.п. - давление насыщенных паров перекачиваемой (рабочей) жидкости.

В предпочтительной форме реализации изобретения канал 11 подпиточного устройства выполнен в виде, по меньшей мере, одного сквозного отверстия в гильзе 2 корпуса 1, дросселирующая запорная кромка которого расположена от герметизирующей ее торцевой кромки вытеснителя при его положении в мертвой точке такта всасывания на удалении, по меньшей мере, 3-8% длины хода вытеснителя на такт нагнетания.

При работе насоса на высоких давлениях нагнетания для увеличения герметичности гидроприводной камеры 9 канал 11 подпиточного устройства может быть выполнен с возможностью перекрытия подпружиненным клапаном 13, взаимодействующим в зоне мертвой точки такта всасывания с открывающим его упором 14, кинематически взаимосвязанным с вытеснителем 3.

При этом желательно чтобы канал 11 подпиточного устройства был бы выполнен с возможностью регулирования момента его открытия. Для этого упор 14 может быть выполнен установочно-подвижным, то есть, например, иметь резьбовое соединение винт-гайка 15.

В одном из целесообразных вариантов верхняя зона гидроприводной камеры 9 в области размещения трубчатой диафрагмы 6 дополнительно сообщена с компенсационной камерой 10, по меньшей мере, через клапан 16 продувки.

Желательно чтобы клапан продувки 16 был бы выполнен в виде затвора 17, расположенного с гарантированным зазором между оппозитно расположенными по оси затвора 17 герметизирующими проходной канал седлами 18, что обеспечивает повышенный объемный кпд насоса. При этом клапан продувки 16 может содержать в себе и предохранительный клапан 19 для ограничения давления нагнетания насоса, который, однако, может подключаться к камере 9 в любом удобном месте.

Работает насос следующим образом. При движении вытеснителя 3 в гильзе 2 в сторону гидроприводной камеры 9 на такт нагнетания вытесняемая им жидкость обжимает диафрагму 6 и из рабочей камеры 5 через нагнетательный клапан 8 вытесняется объем рабочей жидкости. При этом через неплотности гидроприводной камеры 9 часть гидроприводной жидкости сливается, например, в камеру 10. В такте всасывания в полностью герметизированной и отключенной от системы подпитки гидроприводной камере 9 давление резко падает и происходит заполнение рабочей камеры 5 через всасывающий клапан 7 рабочей жидкостью. При этом за счет упругих свойств диафрагмы 6 и корда 12 давление в камере 9 остается более высоким, чем в рабочей камере 5. При указанных упругих свойствах диафрагмы 6 и корда 12 к моменту открытия канала 11 диафрагма 6 имеет возможность "распрямиться" в исходное состояние, самостоятельно преодолевая давление в компенсационной камере 10 во всем возможном диапазоне изменения давления на входе в рабочую камеру 5. Упругий корд 12 при этом также выполняет функцию ограничителя положения диафрагмы 6 при избыточном давлении на входе насоса.

Кроме того, в каждом рабочем такте из камеры 9 за счет утечек через уплотнения вытеснителя 3 в выполненную в корпусе 1 компенсационную камеру 10 перетекает некоторый объем жидкости Ω_ут = η₀ΔΩ, где η₀ - коэффициент перетечек из камеры 9 в рабочем цикле, который в условиях эксплуатации достигает некоторого максимально допустимого значения η_ут.max; ΔΩ - изменение объема компенсационной камеры 9 за счет перемещения вытеснителя.

Компенсационная камера 9 находится под некоторым давлением, обычно атмосферным - Ра.

Указанная утечка компенсируется устройством подпитки, в данном случае выполненным в виде канала 11, расположенного между компенсационной камерой 10 и гидроприводной 9 и механически открывающегося за счет движения вытеснителя 3 вблизи мертвой точки, соответствующей концу такту всасывания.

Таким образом, существенно повышается кпд насоса и упрощается система подпитки и конструкция насоса, который конструктивно просто может выполняться с одной или несколькими рабочими камерами. Работоспособность насоса становится независимой от давления на входе насоса, что существенно расширяет область его возможного применения.

Формула изобретения

1. Объемный насос, содержащий корпус, имеющий, по меньшей мере, одну гильзу, в которой расположен вытеснитель с приводным механизмом, и одну рабочую камеру, образованную внутренним объемом трубчатой диафрагмы, герметично зафиксированной по ее торцам в корпусе, и расположенными по ее торцам на корпусе всасывающим и нагнетательным клапанами, при этом диафрагма размещена в корпусе с образованием совместно с гильзой и вытеснителем гидроприводной камеры переменного объема, гидравлически сообщенной с компенсационной камерой через канал подпиточного устройства компенсации утечек из гидроприводной камеры, механически открывающийся посредством движения вытеснителя вблизи мертвой точки, соответствующей концу такта всасывания, отличающийся тем, что трубчатая диафрагма снабжена кордом, осесимметрично расположенным в средней части ее стенок и образующим упругий каркас по всей длине диафрагмы, включая концевые участи ее заделок в корпусе, при этом канал подпиточного устройства выполнен в виде, по меньшей мере, одного сквозного отверстия в гильзе корпуса, дросселирующая запорная кромка которого расположена от герметизирующей ее торцевой кромки вытеснителя при его положении в мертвой точке на удалении, по меньшей мере, 3-8% длины хода вытеснителя на такт нагнетания.

2. Объемный насос по п. 1, отличающийся тем, что канал подпиточного устройства выполнен с возможностью перекрытия подпружиненным клапаном, взаимодействующим в зоне мертвой точки с открывающим его упором, кинематически взаимосвязанным с вытеснителем.

3. Объемный насос по п. 2, отличающийся тем, что канал подпиточного устройства выполнен с возможностью регулирования момента его открытия.

4. Объемный насос по п. 1, отличающийся тем, что верхняя зона гидроприводной камеры в области размещения трубчатой диафрагмы дополнительно сообщена с компенсационной камерой, по меньшей мере, через клапан продувки.

5. Объемный насос по п. 4, отличающийся тем, что клапан продувки выполнен в виде затвора, расположенного с гарантированным зазором между оппозитно расположенными по оси затвора герметизирующими проходной канал седлами.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2