Диафрагменный насос

 

Устройство предназначено для использования в области гидромашиностроения, в частности в скважинных диафрагменных насосах для эксплуатации нефтяных скважин. Насос включает корпус, втулку, внутри которой в гнездах установлены диафрагмы, выполненные в виде секторальных баллонов и состоящие из несущих и герметизирующих элементов. При работе насоса его эксцентричный вал воздействует на эксцентричную втулку, а она - на нажимные подшипники, последние - на выталкиватель, который сжимает диафрагмы. При этом их несущие элементы не подвергаются деформации по торцевым плоскостям, т.е. работают как поршень. Деформации подвергаются только герметизирующие элементы, а это резко повышает эксплуатационную надежность устройства. А поскольку несущие и герметизирующие элементы диафрагм в изготовленном виде представляют собой тела вращения, это снижает трудоемкость их изготовления и в целом виде всего устройства. 7ил.

Изобретение относится к гидромашиностроению, в частности к скважинным диафрагменным насосам, и может быть использовано для эксплуатации нефтяных скважин.

Известен насос для перекачивания агрессивных жидкостей, содержащий корпус, приемную и отводящую головки, приемный и отводящий диски, диафрагмы, выталкиватель, всасывающий и нагнетательный клапаны, приводной вал с эксцентричными участками и опорные подшипники (1).

Недостатками насоса являются:

- большая трудоемкость изготовления диафрагм ввиду их конструктивной сложности, обусловленной секторно-коническим выходом их полостей в атмосферу и отсутствием сквозного прохода полости;

- недостаточная надежность клапанных узлов;

- ограниченность использования из-за отсутствия возможности менять его производительность.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является диафрагменный насос, включающий корпус, охватываемую с торцевых сторон полыми дисками втулку, приемную и отводящую головки, приемный и отводящий диски, диафрагмы, выполненные в виде секторальных баллонов, помещенных в оболочки из упругого материала, выталкиватель, приводной вал с эксцентричными участками, эксцентричную втулку со шлицами на концах, входящими в зацепление с идентичными шлицами на эксцентричных участках приводного вала с одной стороны и взаимодействующей с другой стороны через нажимные подшипники с выталкивателем, всасывающие и нагнетательные клапаны и опорные подшипники (2).

Существенными недостатками насоса являются:

- неудовлетворительная эксплуатационная надежность ввиду разрушения диафрагм по плоскостям движения торцов выталкивателя вследствие воздействия на них упругой оболочки;

- значительная трудоемкость изготовления диафрагм, обусловленная необходимостью применения сложной конструкции пресс-формы.

Задачей изобретения является создание конструкции насоса, обладающего высокой эксплуатационной надежностью и низкой трудоемкостью изготовления.

Указанная задача решается предлагаемым насосом, включающим корпус, охватываемую с торцевых сторон полыми дисками втулку, приемную и отводящую головки, приемный и отводящий диски, диафрагмы, выполненные в виде секторальных баллонов, помещенных в оболочки из упругого материала, выталкиватель, приводной вал с эксцентричными участками, эксцентричную втулку со шлицами на концах, входящими в зацепление с идентичными шлицами на эксцентричных участках приводного вала с одной стороны и взаимодействующей с другой стороны через нажимные подшипники с выталкивателем, всасывающие и нагнетательные клапаны и опорные подшипники.

Новым является то, что каждая диафрагма выполнена из несущей и герметизирующей элементов, причем несущий элемент является наружным, толстостенным и охвачен по длине полыми дисками, а герметизирующий элемент является внутренним, тонкостенным с фланцевыми участками на концах, зажатыми между полыми приемным и отводящим дисками; охватываемая втулка снабжена на внутренней поверхности гнездами, образованными равномерно расположенными продольными ребрами под диафрагмы; несущие и герметизирующие элементы диафрагм в изготовленном виде представляют из себя тела вращения.

На фиг.1 изображен продольный разрез предлагаемого насоса.

На фиг.2 - сечение по А-А фиг.1.

На фиг.3 - сечение по Б-Б фиг.1.

На фиг.4 и 5 - соответственно вид на торец приводного вала и эксцентричной втулки.

На фиг.6 и 7 - положение эксцентричной втулки относительно приводного вала.

Насос состоит (см. фиг.1, 2, 3) из цилиндрического корпуса 1, в котором размещена втулка 2, охватываемая с торцевых сторон полыми дисками 3 и 4, в каждом из которых имеются пазы по количеству диафрагм 5. Последние выполнены в виде секторальных баллонов и состоят из двух элементов: несущего 6 и герметизирующего 7, второй из которых по концам переходит во фланцевые утолщенные замковые участки “а”, прижатые дисками 3 и 4 к приемному 8 и отводящему 9 дискам. Диафрагмы выполнены из эластичного материала, например резины, и помещены в тонкостенные оболочки 10 из упругого материала (например, тонкая пружинная сталь, толстая полимерная пленка или пленка на основе ткани и т.д.). Несущий элемент 6 диафрагмы находится с наружной стороны, является толстостенным и охвачен по длине полыми дисками 3 и 4, а герметизирующий 7 - с внутренней стороны и является тонкостенным.

В приемном 8 и отводящем 9 дисках установлены опорные подшипники 11 и 12, несущие на себе приводной вал 13 с эксцентричными участками “б” и “в”, снабженными шлицами “г”, входящими в зацепление с идентичными шлицами эксцентричной втулки 14, на которую посажены нажимные подшипники 15, установленные в цилиндрическом выталкивателе 16.

На торце эксцентричной втулки 14 на дуге 180 градусов выполнена шкала в градусах (фиг.3), а на торце приводного вала 13 - риска (фиг.4), лежащая в плоскости оси опорных плоскостей подшипников и оси внутренней поверхности эксцентричной втулки, причем вторая ось от первой расположена на расстоянии величины эксцентриситета.

Корпус соединен с приемной 17 и отводящей 18 головками. В первой из них при помощи клиньев 19 закреплены всасывающие клапаны 20, а во второй - с помощью клиньев 21 закреплены нагнетательные клапаны 22. Клапаны выполнены в виде прямоугольных пластин, не защемленные торцы которых скошены со стороны, противоположной к прилегаемой поверхности, а центральная часть армирована жестким материалом (например, тонкостенная металлическая пластинка, полимерная пластинка и т.д.), и установлены вдоль оси насоса.

Детали 8 и 9, размещенные в корпусе 1, зафиксированы в нем с одной стороны головкой 17, а с другой - головкой 18 и снабжены проходными каналами, соединенными с каналами диафрагм, перекрываемыми всасывающими и нагнетательными клапанами. Седло 23 нагнетательного клапана 22 фиксируется с помощью шпильки 24.

Насос соединен с погружным электродвигателем 25, вал которого в свою очередь соединен с его валом с помощью муфты 26. Насос снабжен фильтром 27.

Эксцентричные участки "б" и "в" приводного вала 13, а также наружная поверхность эксцентричной втулки 14 относительно оси ее внутренней поверхности выполнены с эксцентриситетом “е” (см. фиг.4 и 5). Общий эксцентриситет относительно оси опорных подшипников 11 и 12 меняется в пределах 0...2е (см. фиг.6 и 7) в зависимости от углового расположения эксцентричной втулки 14 относительно приводного вала 13. При перестановке эксцентричной втулки с одного углового положения на другое (против часовой стрелки) общий эксцентриситет уменьшается. Когда указатель, определяющий 180 градусов, совпадает с риской на валу 13, общий эксцентриситет становится равным нулю (см. фиг.7).

Насос работает следующим образом.

Вращение вала электродвигателя 25 через муфту 26 передается эксцентричному приводному валу 13 и через него эксцентричной втулке 14 и внутренним обоймам подшипников 15. При этом наружные обоймы подшипников 15 и выталкиватель 16 совершают в радиальном направлении колебательные движения, проходя по радиусу путь за один цикл (оборот) от 0 до 4-х эксцентриситетов приводного вала. Когда выталкиватель 16 начинает давить на несущий элемент 6 диафрагмы через упругую оболочку 10, нагнетательный клапан 22 открывается, а всасывающий - 20 закрывается. Происходит нагнетание жидкости из полости диафрагмы через отводящую головку 9 в полость подающего трубопровода. Когда выталкиватель 16 доходит до предела в радиальном перемещении (эксцентриситета), нагнетательный клапан 22 закрывается, а всасывающий - 20 открывается. Жидкость из скважины поступает в полость диафрагмы. При этом элементы диафрагмы и упругая оболочка возвращаются в исходное положение по мере заполнения жидкостью диафрагмы.

В дальнейшем цикл повторяется.

При использовании в насосе 3-х диафрагм работа их осуществляется последовательно: одна диафрагма входит в нагнетательный цикл, вторая при этом начинает выходить из него, а третья находится во всасывающем цикле.

При необходимости изменения производительности насоса изменяют величину общего эксцентриситета путем поворота эксцентричной втулки 14 из одного положения в другое относительно приводного вала 13.

Особенностью предлагаемого диафрагменного насоса является то, что при воздействии выталкивателя на диафрагмы их несущие элементы по торцевым плоскостям не подвергаются деформации, т.е. работают как поршень. Деформации подвергаются по этой плоскости только герметизирующие элементы диафрагм, а это резко повышает эксплуатационную надежность устройства. А поскольку несущие и герметизирующие элементы диафрагм в изготовленном виде представляют собой тела вращения, это снижает трудоемкость их изготовления и в целом всего устройства.

Использованная информация

1. Аналог. А.С. №192632, МКИ F 04 B 43/08, 1967.

2. Прототип. Патент РФ №2.117.822, МКИ6 F 04 B 43/00, 47/06, 1998.

Формула изобретения

Диафрагменный насос, включающий корпус, охватываемую с торцевых сторон полыми дисками втулку, приемную и отводящую головки, приемный и отводящий диски, диафрагмы, выполненные в виде секторальных баллонов, помещенных в оболочки из упругого материала, выталкиватель, приводной вал с эксцентричными участками, эксцентричную втулку со шлицами на концах, входящими в зацепление с идентичными шлицами на эксцентричных участках приводного вала с одной стороны и взаимодействующими с другой стороны через нажимные подшипники с выталкивателем, всасывающие и нагнетательные клапаны и опорные подшипники, отличающийся тем, что каждая диафрагма выполнена из несущего и герметизирующего элементов, причем несущий элемент является наружным, толстостенным и охвачен по длине полыми дисками, а герметизирующий элемент является внутренним, тонкостенным, с фланцевыми участками на концах, зажатыми между полыми приемным и отводящим дисками, охватываемая втулка снабжена на внутренней поверхности гнездами, образованными равномерно расположенными продольными ребрами под диафрагмы, причем несущие и герметизирующие элементы диафрагм в изготовленном виде представляют из себя тела вращения.

РИСУНКИ

Рисунок 1, Рисунок 2, Рисунок 3, Рисунок 4, Рисунок 5, Рисунок 6, Рисунок 7