Насос для сжимаемой среды

Устройство предназначено для использования в области перекачки газообразных веществ, смеси газообразных и жидких веществ. Насос состоит из перекачивающей камеры с всасывающим и выпускным клапанами, перекачивающей детали, отверстия, соединяющего перекачивающую камеру с всасываемой средой. Всасывающий клапан выполнен в перекачивающей детали, а отверстие выполнено лучом лазера в крышке всасывающего клапана. Отверстие выполнено в форме усеченного конуса, обращенного основанием во всасываемую среду. Утечка из перекачивающей камеры во всасываемую среду больше, чем утечка в перекачивающую камеру. Перекачивающая деталь состоит из несущей детали и заполняющей детали, где заполняющая деталь выполнена из легкого материала и с пустотами. Буфер имеет общую стенку с перекачивающей камерой. Внутренняя и внешняя поверхности буфера выполнены с ребрами жесткости и выступами, при этом ребра жесткости на внутренней поверхности перпендикулярны ребрам жесткости на внешней поверхности. Снижается себестоимость, повышается надежность. 9 з.п. ф-лы, 3 ил.

 

Изобретение относится к области перекачки газообразных веществ, смеси газообразных и жидких веществ.

Известен компрессор (SU, а.с. №1760165, F 04 В 39/10), содержит цилиндр, поршень, впускной клапан, выполненный в поршне, выпускной клапан в виде эжектора с буферной полостью.

Недостаток данной конструкции - после остановки компрессора давление в перекачивающей камере равняется давлению за выпускным клапаном, а следовательно, для пуска компрессора после остановки требуется мощность больше, чем была необходима для работы компрессора до остановки.

Известно разгрузочное устройство (SU, а.с. №608981, F 04 В 45/04), компрессор мембранного типа содержит плунжер с дросселем и обратным клапаном, плунжер помещен в гильзу. Недостаток данной конструкции - высокая стоимость, износ деталей, сложность ремонта.

Известен компрессор поршневой (SU, а.с. №989133, F 04 В 31/00), содержит ступенчатый поршень, ступенчатый цилиндр с впускным и выпускным клапанами, с кольцевой полостью в стенке цилиндра (кольцевая полость соединена с рабочей камерой внутри цилиндра впускным клапаном, а дросселями соединена с зазором между поршнем и цилиндром).

Недостаток данной конструкции - для пуска компрессора после остановки требуется мощность больше, чем была необходима для работы компрессора до остановки, так как после остановки компрессора давление в перекачивающей камере значительно выше давления всасываемой среды вследствие того, что (по причине большего давления) утечка через выпускной клапан в перекачивающую камеру превышает утечку из перекачивающей камеры.

Известен компрессор (SU, а.с. №1198249, F 04 В 39/02), содержит цилиндр и установленный в нем с образованием камеры сжатия поршень, причем в стенке цилиндра выполнены отверстия, подключенные к источнику низкого давления.

Недостаток данной конструкции - недостаточно эффективное уравнивание давления между перекачивающей камерой и всасываемой средой, так как давление в источнике низкого давления может быть значительно выше давления всасываемой среды, а также происходит выброс перекачиваемой среды из системы перекачки.

Известен компрессор (SU, 844817 А, 07.07.1981 г.) с разгрузочным отверстием, которое выполнено в поршне и закрывается во время работы крышкой, которая приводится в движение пружиной и усилием, возникающим при ускорении и торможении поршня при рабочих оборотах компрессора.

Сущность изобретения.

Предлагаемое изобретение направлено на создание насоса для сжимаемой среды. Насоса недорогого, экономичного, надежного, простого в использовании, обслуживании, ремонте.

Предлагаемое изобретение содержит следующую совокупность признаков (обеспечивающих получение технического результата во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны).

Насос состоит из всасывающего и выпускного клапанов, перекачивающей камеры. перекачивающей детали (которая совершает возвратно-поступательное движение), сквозного отверстия, которое выполнено в крышке всасывающего клапана и соединяет перекачивающую камеру с всасываемой средой, (назначение отверстия заключается в увеличении утечки из перекачивающей камеры во всасываемую среду, для снижения разницы давлений между перекачивающей камерой и всасываемой средой во время остановки насоса, что облегчает запуск насоса).

Таким образом, перекачивающая камера имеет утечку во всасываемую среду. Причем утечка из перекачивающей камеры во всасываемую среду больше, чем утечка в перекачивающую камеру через выпускной клапан. Но соотношение утечки из перекачивающей камеры во всасываемую среду к утечке в перекачивающую камеру меньше, чем соотношение двух давлений за выпускным клапаном к давлению всасываемой среды.

Утечку из перекачивающей камеры можно выразить следующими формулами:

но

где Δв кам. - утечка в перекачивающую камеру.

Δиз кам. - утечка из перекачивающей камеры.

Р за вып. - давление за выпускным клапаном.

Р всас сред. - давление всасываемой среды.

При остановке процесса перекачки давление в перекачивающей камере выше давления всасываемой среды (из-за утечки в выпускном клапане и при остановке перекачивающей детали в момент уменьшения объема перекачивающей камеры). Давление в перекачивающей камере и давление всасываемой среды стремятся к выравниванию через отверстие, соединяющее перекачивающую камеру с всасываемой средой.

Предлагаемая выше совокупность признаков дает следующий технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны:

1. Облегчен пуск насоса при перекачке им газа в среду, уже имеющую избыточное давление (относительно всасываемой среды), при таком пуске двигатель с оптимальной мощностью не сгорит после кратковременной случайной остановки.

2. Неожиданно простая конструкция элемента облегчающего пуск насоса, и при этом полное отсутствие износа элемента, облегчающего пуск, выше надежность, ниже себестоимость.

3. Не требуется каких бы то ни было дополнительных трубопроводов или каналов, а достаточно всего лишь одного отверстия.

4. Выходящая через отверстие перекачиваемая среда не смешивается с посторонней средой, а остается в системе перекачки, что весьма полезно, если нежелательна утечка перекачиваемой среды из системы перекачки.

5. Через отверстие полностью исключена возможность подсоса посторонней среды.

6. Время готовности насоса к запуску после остановки равняется нулю, так как элемент (облегчающий запуск) работает на том же веществе, которое перекачивается, а следовательно, кинематическая и динамическая вязкость в элементе, облегчающем запуск и в выпускном клапане, одинакова.

7. Повышается КПД насоса так как, разница между мощностью, необходимой для запуска насоса, и мощностью, необходимой для работы насоса, уменьшается в несколько раз.

8. В крышке всасывающего клапана выполнить небольшое точное отверстие проще. Ниже себестоимость.

9. Крышка клапана, вместе с отверстием, при работе насоса сильнее встряхивается и вибрирует от соударения с седлом клапана и посторонние частицы меньше налипают на стенки отверстия или застревают в нем, что немаловажно для безотказности при небольшом диаметре отверстия. Выше надежность.

10. Износ не влияет на безотказность облегчения запуска компрессора.

Признаки, характеризующие изобретение лишь в частных случаях.

Отверстие выполнено небольшим, точно заданного диаметра. Отверстие выполнено: в виде усеченного конуса, лазерным лучом, в крышке всасывающего клапана, основанием конуса отверстие обращено к всасываемой среде. Всасывающий клапан выполнен в центре перекачивающей детали.

Насос приводится в действие коллекторным электродвигателем постоянного тока с четырехполюсным монолитным статором на двух постоянных магнитах, магниты выполнены из сплава, содержащего ниобий.

Щеткодержатели с электрическими щетками закреплены с одной стороны коллектора электродвигателя.

Перекачивающая деталь состоит из несущей детали, мембраны, заполняющей детали, или перекачивающая деталь выполнена в форме поршня, который выполнен из несущей детали, заполняющей детали, заполняющая деталь выполнена из легкого материала, с пустотами.

После выпускного клапана перекачиваемая среда попадает в дополнительную камеру.

Дополнительная камера имеет общую стенку с перекачивающей камерой и выполняет роль буфера (демпфера) и радиатора для сжатой среды.

Внутренняя и внешняя поверхности стенок дополнительной камеры выполнены с ребрами жесткости и выступами, при этом ребра жесткости на внутренней поверхности перпендикулярны ребрам жесткости на внешней поверхности, а выступы выполнены в форме усеченных конусов. Стенки, выступы и ребра выполнены как одна деталь литьем под давлением из алюминия, алюминиевого сплава или алюмомагниевого сплава, высота выступов больше чем высота ребер.

Насос имеет также манометр и гибкий шланг, манометр соединен с дополнительной камерой и насосом только гибким шлангом.

Всасываемая среда поступает к всасывающему клапану и трущимся деталям насоса только через фильтр.

Совокупность частных признаков позволяет получить следующие технические результаты:

1. Вероятность засорения отверстия, даже при отсутствии фильтра, ничтожна, так как постоянное встряхивание, постоянная прокачка толчками перекачиваемой среды от вершины к основанию конуса отверстия и от основания к вершине, слабый поток перекачиваемой среды, но тоже толчками (хоть и слабый, но тем не менее существующий), препятствуют засорению отверстия.

2. Выполнение отверстия в небольшой детали технологичнее, так как легче манипулировать с деталью и короче отверстие, а лазер позволяет получить отверстие очень маленького диаметра.

3. Электродвигатель надежнее и дешевле так как использование постоянных магнитов вместо электромагнитов: удешевляют конструкцию, надежнее и экономит электроэнергию, а монолитный сердечник статора дешевле наборного.

4. Постоянные магниты из сплава, содержащего ниобий, имеют более сильное магнитное поле, чем магниты без ниобия.

5. Проще замена электрических щеток электродвигателя.

6. Уменьшена масса перекачивающей детали и, следовательно, сила инерции и вибрация.

7. Дополнительная камера (благодаря ребрам, выступам и применению алюминия, алюминиевого сплава или алюмомагниевого сплава) более эффективно выполняет функцию буфера и радиатора, что позволяет получить на выходе из насоса среду охлажденную и с минимальными скачками давления.

8. Меньше толщина и стоимость дополнительной камеры за счет уменьшения толщины стенки. Уменьшение толщины стенки стало возможным в результате выполнения ребер с двух сторон стенки и взаимно перпендикулярными (увеличилась жесткость стенки).

9. Манометр, связанный с устройством посредством гибкого шланга, меньше подвержен вибрации и толчкам давления, следовательно, показания манометра точнее и долговечность манометра выше.

10. Конусная форма отверстия позволяет уменьшить длину отверстия с малым диаметром, а расположение конуса основанием во всасываемую среду позволяет предотвратить заклинивание в отверстии посторонних частиц при уменьшении объема перекачивающей камеры, в то же время частицы, застрявшие в конусе, при увеличении объема перекачивающей камеры будут легко выброшены из конуса, так как при увеличении объема перекачивающей камеры перепад давлений, а следовательно, и усилие заклинивания меньше (за счет шунтирования открытого всасывающего клапана). То есть, засорение отверстия практически невозможно.

На фиг.1 - общий вид насоса, на фиг.2 - увеличенная выноска I с фиг.1, на фиг.3 - вид электродвигателя.

Настоящий насос содержит перекачивающую камеру 1 (фиг.1) с всасывающим клапаном 2 и выпускным клапаном 3. Перекачивающая камера 1 ограничена дном 4 и перекачивающей деталью 5. Одна сторона перекачивающей детали 5 обращена в перекачивающую камеру 1, а другая сторона контактирует с всасываемой средой 6 (всасываемая среда 6 за пределами насоса показана условно, лишь в одном месте). Всасывающий клапан 2 выполнен в центре перекачивающей детали 5. Всасывающий клапан 2 состоит из крышки 7 (фиг.2), которая выполнена плоской и поджимается к плоскому седлу 8 цилиндрической пружиной 9. В центре крышки 7 всасывающего клапана 2 выполнено сквозное отверстие 10. Отверстие 10 выполнено в форме усеченного конуса, обращенного основанием к всасываемой среде 6. Конструкция выпускного клапана 3 во всем кроме отверстия 10 повторяет конструкцию всасывающего клапана 2.

Насос приводится в действие коллекторным электродвигателем постоянного тока со статором, статор четырехполюсный выполнен из монолитного сердечника 11 и двух постоянных магнитов 12. Магниты 12 выполнены из сплава, содержащего ниобий. Щеткодержатели 13 со щетками 14 расположены с одной стороны коллектора 15. Привод от электродвигателя на перекачивающую деталь 5 осуществляется известным способом посредством кривошипа (не показан).

Перекачивающая деталь 5 состоит из несущей детали 16 (фиг.1), мембраны 17 и заполняющей детали 18. Несущая деталь 16 выполнена из алюминиевого сплава, мембрана 17 выполнена из эластичного износостойкого и стойкого на усталость материала, заполняющая деталь 18 выполнена с пустотами и из пластмассы. Мембрана 17 прикреплена к несущей детали 16 посредством заполняющей детали 18 и винтов (не показаны).

Дополнительная камера 19 образована дном 4 и колпаком 20.

Внутренняя и внешняя поверхности колпака 20 выполнены с ребрами жесткости 21 и выступами 22, при этом ребра жесткости 21 на внутренней поверхности перпендикулярны ребрам жесткости 21 на внешней поверхности, а выступы 22 выполнены в форме усеченных конусов. Колпак 20, ребра 21 и выступы 22 выполнены как одна деталь литьем под давлением из алюминия, алюминиевого сплава или алюмомагниевого сплава, высота выступов 22 больше, чем высота ребер 21.

Всасываемая среда 6 поступает к всасывающему клапану 2 и к трущимся деталям устройства только через фильтр 23. Насос имеет также манометр и гибкий шланг (не показаны), манометр соединен только гибким шлангом с дополнительной камерой 19 и насосом.

Насос работает следующим образом:

Подали постоянное напряжение на электродвигатель. Электродвигатель через кривошип приводит в возвратно-поступательное движение перекачивающую деталь 5. При движении перекачивающей детали 5 к дну 4 давление в перекачивающей камере 1 повышается, открывается выпускной клапан 3 и перекачиваемая среда выходит из перекачивающей камеры 1 в дополнительную камеру 19, после чего выпускной клапан 3 закрывается. В дополнительной камере 19 перекачиваемая среда отдает часть тепла колпаку 20 и уже охлажденная поступает в шланг и манометр. По достижении перекачивающей деталью 5 ближайшего положения к дну 4, перекачивающая деталь 5 двигается от дна 4 и в перекачивающей камере 1 создается разряжение, благодаря которому открывается всасывающий клапан 2 и всасываемая среда 6 поступает в перекачивающую камеру 1, после чего всасывающий клапан 2 закрывается и процесс повторяется.

Всасываемая среда 6 поступает к всасывающему клапану 2 и к трущимся деталям насоса только через фильтр 23, что снижает износ деталей пылью. Вибрация, толчки давления от насоса на манометр через гибкий шланг почти не передаются и, следовательно, манометр работает лучше. Этому же способствует и дополнительная камера 19.

Во время остановки электродвигателя перекачиваемая среда, ввиду разницы давлений, поступает в виде утечки через выпускной клапан 3 обратно в перекачивающую камеру 1 и давление в перекачивающей камере 1 повышалось бы, но суммарная утечка (из перекачивающей камеры 1 во всасываемую среду 6) через отверстие 10 и всасывающий клапан 2 превышает утечку через выпускной клапан 3 в перекачивающую камеру 1. Следовательно в перекачивающей камере 1 давление будет чуть выше, чем во всасываемой среде 6, и мощность электродвигателя не понадобится повышать для преодоления начального давления в перекачивающей камере 1. Во время перекачки через отверстие 10 стравливается очень мало перекачиваемой среды, так как при высоких оборотах электродвигателя (например) 3000 оборотов в минуту время стравливания на каждый оборот ничтожно и составляет 0,01 секунды.

1. Насос для сжимаемой среды, состоящий из всасывающего клапана, выпускного клапана, перекачивающей камеры, перекачивающей детали, которая совершает возвратно-поступательное движение, отверстие, которое соединяет перекачивающую камеру с всасываемой средой, отличающийся тем, что отверстие выполнено в крышке всасывающего клапана.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что отверстие выполнено малого диаметра, в форме усеченного конуса, обращенного основанием во всасываемую среду, отверстие выполнено лучом лазера в центре крышки всасывающего клапана.

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что отверстие соединяет перекачивающую камеру с всасываемой средой постоянно, при этом одна сторона перекачивающей детали обращена в перекачивающую камеру, а другая сторона контактирует с всасываемой средой, при этом всасывающий клапан выполнен в центре перекачивающей детали.

4. Насос по п.1, отличающийся тем, что приводится в действие коллекторным электродвигателем постоянного тока, четырехполюсным статором, выполненным из монолитного сердечника и двух постоянных магнитов, магниты выполнены из сплава, содержащего ниобий.

5. Насос по п.4, отличающийся тем, что электродвигатель имеет щеткодержатели со щетками, которые расположены с одной стороны коллектора электродвигателя.

6. Насос по п.1, отличающийся тем, что перекачивающая деталь состоит из несущей детали, заполняющей детали и мембраны, заполняющая деталь выполнена из легкого материала с пустотами, или перекачивающая деталь выполнена в форме поршня, который состоит из несущей детали, заполняющей детали, при этом заполняющая деталь выполнена из легкого материала с пустотами.

7. Насос по п.1, отличающийся тем, что утечка из перекачивающей камеры во всасываемую среду больше, чем утечка в перекачивающую камеру, но соотношение утечки из перекачивающей камеры во всасываемую среду к утечке через выпускной клапан в перекачивающую камеру меньше, чем соотношение двух давлений за выпускным клапаном к давлению всасываемой среды.

8. Насос по п.1, отличающийся тем, что выполнен с дополнительной камерой, которая имеет общую стенку с перекачивающей камерой и соединена с ней выпускным клапаном.

9. Насос по п.8, отличающийся тем, что внутренняя и внешняя поверхности стенок дополнительной камеры выполнены с ребрами жесткости и выступами, при этом ребра жесткости на внутренней поверхности перпендикулярны ребрам жесткости на внешней поверхности, а выступы выполнены в форме усеченных конусов, стенки, выступы и ребра выполнены как одна деталь литьем под давлением из алюминия, алюминиевого сплава или алюмомагниевого сплава, высота выступов больше, чем высота ребер жесткости.

10. Насос по п.1, отличающийся тем, что имеет фильтр, и всасываемая среда поступает к всасывающему клапану и к трущимся деталям устройства только через фильтр, насос имеет также манометр и гибкий шланг, манометр соединен с дополнительной камерой и насосом только гибким шлангом.