Цилиндрический поршень для жидкостного насоса или жидкостного двигателя

Авторы патента:


Цилиндрический поршень для жидкостного насоса или жидкостного двигателя
Цилиндрический поршень для жидкостного насоса или жидкостного двигателя
Цилиндрический поршень для жидкостного насоса или жидкостного двигателя
Цилиндрический поршень для жидкостного насоса или жидкостного двигателя
Цилиндрический поршень для жидкостного насоса или жидкостного двигателя
Цилиндрический поршень для жидкостного насоса или жидкостного двигателя
Цилиндрический поршень для жидкостного насоса или жидкостного двигателя

 


Владельцы патента RU 2476724:

ФРЕЙ Бернхард (CH)

В изобретении предлагается конструкция цилиндрического поршня, предназначенная в особенности для объемного жидкостного насоса или жидкостного двигателя, которая содержит по меньшей мере один поршень с идущей по оси трубчатой диафрагмой, который ограничивает по меньшей мере одну внутреннюю, пульсирующую рабочую камеру. Особой областью применения таких насосов или двигателей является работа с жидкостями, содержащими посторонние материалы (частицы), а в особенности абразивные гранулированные материалы. Для этого требуются машины с высокими скоростями, имеющие рабочие давления в диапазоне от нескольких сот до нескольких тысяч бар. В этом случае особую важность имеют коэффициент передачи энергии и коэффициент объемной производительности. Эта задача решена за счет того, что в указанной конструкции предусмотрен по меньшей мере один вытеснитель (ТК1) объема мертвого пространства, который имеет активную связь с пульсирующей рабочей камерой (AR). Повышается эффективность и долговечность. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.

 

Настоящее изобретение имеет отношение к конструкции цилиндрического поршня, которая находит особое применение в водяных насосах высокого давления.

Особой областью применения насосов такого рода является перемещение под давлением воды, содержащей посторонние частицы, а в особенности абразивные гранулированные материалы. Для этого требуются турбины с высокими скоростями, имеющие рабочие давления в диапазоне от нескольких сот до нескольких тысяч бар. В этом случае особую важность имеют коэффициент передачи энергии и коэффициент объемной производительности.

Таким образом, задачей настоящего изобретения является создание насосов и соответствующих жидкостных двигателей, которые обладают высокой эффективностью и высокой долговечностью.

Поршни с идущей по оси трубчатой диафрагмой, снабженные внутренней рабочей камерой, являются основой для создания прочной конструкции с высокой износостойкостью, позволяющей работать с абразивными флюидами. Предположительно, в таком устройстве по конструктивным причинам обычно необходимо иметь относительно большой объем мертвого пространства, что отрицательно влияет на коэффициент объемной производительности. Именно эта проблема решена за счет настоящего изобретения, а именно при помощи вытеснителя объема мертвого пространства. В итоге настоящее изобретение позволяет получить оптимизированный тип конструкции.

Указанные ранее и другие характеристики изобретения будут более ясны из последующего детального описания, приведенного со ссылкой на сопроводительные чертежи.

На фиг.1 частично показан осевой разрез насоса высокого давления с рабочим поршнем, выполненным как поршень с идущей по оси трубчатой диафрагмой, с которым соединен муфтой вытеснитель объема мертвого пространства, который проникает в рабочую камеру и участвует в колебательном приводном движении.

На фиг.2 частично показан осевой разрез, аналогичный показанному на фиг.1, также с рабочим поршнем, выполненным как поршень с идущей по оси трубчатой диафрагмой, а также с вытеснителем объема мертвого пространства, который, однако, закреплен на корпусе насоса и взаимодействует (с поршнем) за счет колебательного приводного перемещения рабочего поршня относительно него во внутренней рабочей камере поршня с идущей по оси трубчатой диафрагмой.

На фиг.3 частично показан осевой разрез, аналогичный показанному на фиг.2, также с рабочим поршнем, выполненным как поршень с идущей по оси трубчатой диафрагмой с внутренней рабочей камерой, а также с закрепленным на корпусе вытеснителем объема мертвого пространства, но с другим трактом рабочей жидкости.

На фиг.4 частично показан осевой разрез, аналогичный показанному на фиг.3, также с рабочим поршнем, выполненным как поршень с идущей по оси трубчатой диафрагмой с внутренней рабочей камерой, а также с закрепленным на корпусе вытеснителем объема мертвого пространства, но с другим трактом рабочей жидкости и с другим расположением клапанов, что все вместе приводит к дополнительному уменьшению объема мертвого пространства.

На фиг.5 показана временная диаграмма питающего давления р (бар) для рабочего поршня объемного насоса в течение времени t (мс), а именно для конструкции без вытеснителя объема мертвого пространства.

На фиг.6 показана временная диаграмма, аналогичная показанной на фиг.5, но для конструкции с вытеснителем объема мертвого пространства. Эта диаграмма в основном является правомерной не только для подвижных соединенных муфтой с рабочим поршнем вытеснителей объема мертвого пространства (см. фиг.1), но также и для закрепленных на корпусе статических вытеснителей объема мертвого пространства, которые взаимодействуют за счет перемещения (введения) рабочей камеры в них (см. фиг.2-4). Это особенно относится к случаю применения поршней с идущей по оси трубчатой диафрагмой.

На фиг.7 показана конструкция клапанов.

В варианте реализации, показанном на фиг.1, рабочий поршень снабжен идущей по оси трубчатой диафрагмой (поршень показан в положении верхней мертвой точки и в дальнейшем изложении имеет сокращенное обозначение ASK), соединенной муфтой с его нижним концом, причем здесь только направленная вниз стрелка схематично отображает устройство AVO приведения в движение, которое работает колебательно. Верхний конец поршня ASK с идущей по оси трубчатой диафрагмой закреплен на корпусе и охватывает впускной клапан EV, который выполнен как не обратный клапан, запитываемый через впускные каналы ЕК. Идущая вниз полая цилиндрическая секция Z поршня ASK с идущей по оси трубчатой диафрагмой выполнена с возможностью осевого скольжения в расточке GB корпуса с использованием смазки (не показана). Во внутреннем пространстве поршня ASK с идущей по оси трубчатой диафрагмой образована колебательная (пульсирующая) рабочая камера AR, из которой коаксиальный подъемный канал FK ведет к выпускному клапану AV, который также выполнен как не обратный клапан, и к выпускному каналу АК.

С поршнем ASK с идущей по оси трубчатой диафрагмой соединен на одной стороне рабочей камеры AR в основном цилиндрический вытеснитель ТК1 объема мертвого пространства, который здесь показан в положении верхней мертвой точки и который позволяет существенно уменьшить рабочий объем мертвого пространства.

Для определения рабочего режима этой конструкции следует обратиться к рассмотрению фиг.5 и 6.

На временной диаграмме, показанной на фиг.5, видна задержка нарастания питающего давления р для рабочего поршня объемного насоса в случае конструкции без вытеснителя объема мертвого пространства. Соответственно задерживается снижение давления в конце цикла нагнетания. То и другое приводит к существенному уменьшению нагнетаемого объема, связанного с ходом поршня, то есть к снижению коэффициента объемной производительности. Причиной этого является сжимаемость рабочей жидкости, которая содержится в объеме мертвого пространства.

С другой стороны, вытеснитель ТК1 объема мертвого пространства, проникающий в соответствии с фиг.1 в рабочую камеру AR, вызывает как более крутое нарастание давления, так и более крутое снижение давления, что в совокупности существенно улучшает коэффициент объемной производительности.

В варианте, показанном на фиг.2, использован закрепленный на корпусе вытеснитель ТК2а объема мертвого пространства, который однако проникает в рабочую камеру AR и позволяет получить аналогичное улучшение коэффициента объемной производительности за счет расположения рабочей камеры AR внутри поршня ASK с идущей по оси трубчатой диафрагмой и, следовательно, за счет созданного приводом насоса относительного перемещения между поршнем ASK с идущей по оси трубчатой диафрагмой и вытеснителем ТК2а объема мертвого пространства. В этом случае получают существенные преимущества за счет уменьшения движущейся массы, что вызвано закреплением на корпусе вытеснителя ТК2а объема мертвого пространства.

Впускной клапан EV и выпускной клапан AV выполнены аналогично варианту, показанному на фиг.1, однако соединение между рабочей камерой AR и выпускным клапаном AV образовано при помощи более длинного коаксиального канала КОК внутри вытеснителя ТК2а объема мертвого пространства и внутри впускного клапана EV.

Особенно предпочтительным в этом варианте является то, что вытеснитель ТК2а имеет внутренний сквозной поток, а внешний поток циркуляции рабочей жидкости имеет перераспределение в области отверстия или в концевой области вытеснителя ТК2а объема мертвого пространства. За счет этого становится возможной, среди прочего, сверхинтенсивная продувка рабочей камеры и очистка клапанов от загрязнений и остатков, а также ослабление сжатия воздуха после длительного времени простоя.

В варианте, показанном на фиг.3, также предусмотрен закрепленный на корпусе вытеснитель ТК2b объема мертвого пространства, имеющий динамические преимущества. Однако в этом случае одновременно достигнуто максимальное вытеснение объема мертвого пространства за счет уменьшения относительно длинного коаксиального канала, соединенного с рабочей камерой AR. Выпуск флюида из рабочей камеры AR происходит через сквозные отверстия ВО, которые расположены непосредственно под впускным клапаном EV, а также через короткий и поэтому безопасный продольный канал LK.

В варианте, показанном на фиг.4, также предусмотрен закрепленный на корпусе вытеснитель ТК2с объема мертвого пространства, имеющий динамические преимущества. Однако, более того, в этом случае обеспечено оптимальное вытеснение объема мертвого пространства за счет независимого от сжатия построения выпускного клапана AV на конце стороны рабочей камеры выпускного коаксиального канала АКОК.

Кроме того, следует принимать во внимание конструкцию клапанов, показанную на фиг.7, которая особенно относится к выпускным клапанам AV. В этом случае, корпус VK клапана, образованный как частично сферическая оболочка, установлен с возможностью поворота вокруг центра сферы относительно имеющего дополняющую форму седла клапана. Однако одновременно требуется продольная направляющая, образованная при помощи поворотной направляющей SF и центрирующего элемента ZG. Последний соединен с корпусом VK клапана при помощи плотного упругого пружинного стопора SV, так что поворотная направляющая SF может быть изготовлена из легкого и демпфирующего колебания материала. Что касается упомянутой возможности поворота, то внутренняя расточка поворотной направляющей SF имеет форму тороида с соответствующим зазором для скользящей установки центрирующего элемента ZG. Оказалось, что такая конструкция имеет высокую нагрузочную способность и износостойкость.

1. Цилиндрический поршень для жидкостного насоса или жидкостного двигателя, содержащий идущую по оси трубчатую диафрагму, который ограничивает, по меньшей мере, одну внутреннюю, пульсирующую рабочую камеру, отличающийся тем, что снабжен, по меньшей мере, одним вытеснителем (ТК1, ТК2а, TK2b, ТК2с) объема мертвого пространства, который имеет рабочую связь с пульсирующей рабочей камерой (AR).

2. Цилиндрический поршень по п.1, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один вытеснитель объема мертвого пространства проникает в пульсирующую рабочую камеру (AR).

3. Цилиндрический поршень по п.1, отличающийся тем, что вытеснитель объема мертвого пространства имеет внутренний сквозной поток, а внешний поток циркуляции рабочей жидкости (KOK, LK, AKOK) имеет перераспределение в области отверстия или в концевой области вытеснителя объема мертвого пространства.

4. Цилиндрический поршень для жидкостного насоса или жидкостного двигателя по п.1, отличающийся тем, что в тракте потока предусмотрен, по меньшей мере, один впускной клапан (EV), образованный как имеющий несколько втулок ходовой клапан и/или соответствующий выпускной клапан (AV), причем в области между втулками (S1, S2) клапана образована по меньшей мере одна жидкостная камера (FR), которая за счет хода клапана изменяет состояние между закрытым состоянием и состоянием впуска.

5. Цилиндрический поршень по п.4, отличающийся тем, что, по меньшей мере, часть втулок ходового клапана (Sl, S2) имеет, по меньшей мере, в общей сферической поверхности (KF) линии уплотнения или поверхности уплотнения.

6. Цилиндрический поршень по п.4 или 5, отличающийся тем, что, по меньшей мере, один корпус (VK) обратимого клапана запирания и впуска имеет, по меньшей мере, в основном или, по меньшей мере, частично сферическую поверхность (KF), имеющую форму поверхности уплотнения, относительно которой поддерживается с возможностью перемещения по меньшей мере одна линия уплотнения или поверхность уплотнения.

7. Цилиндрический поршень по п.6, отличающийся тем, что корпус (VK) клапана выполнен с возможностью перемещения относительно оси поворота (Х-Х'), проходящей по меньшей мере ориентировочно через центр сферической поверхности (KF) или через соответствующую точку поворота.

8. Цилиндрический поршень по п.7, отличающийся тем, что поворотная опора корпуса (VK) клапана имеет удерживающий кронштейн (HL), который взаимодействует с выпукло или вогнуто изогнутой поворотной направляющей (SF), так что между корпусом клапана и поворотной опорой создается упругий деформируемый пружинный стопор (SV).



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к поршневой машине (10, 40), содержащей по меньшей мере один цилиндр (12a, 12b) и одну головку (18a, 18b) цилиндра, закрывающую отверстие цилиндра (12а, 12b). .

Изобретение относится к двойным цилиндропоршневым блокам, предназначенным для использования в двигателях и поршневых компрессорах высокого давления. .

Изобретение относится к нефтедобывающей промышленности и может быть использовано для эксплуатации нефтяных скважин, в том числе наклонно направленных. .

Изобретение относится к области насосостроения, а конкретно к поршневым насосным установкам для обеспечения человека и животных водой. .

Изобретение относится к нефтепромысловому оборудованию и может быть использовано при проектировании, изготовлении и эксплуатации скважинных штанговых насосов (далее - СШН).

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в насосах, предназначенных для подъема жидкостей с больших глубин. .

Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности к устройству объемных насосов. .

Изобретение относится к области гидромашиностроения в частности, к устройству объемных насосов. .

Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности к устройству объемных насосов. .

Изобретение относится к области машиностроения, а именно к компрессоростроению. Шток поршневой состоит из цилиндрического стержня, на боковой поверхности которого последовательно выполнены первый резьбовой участок (1), рабочий участок (3), упорный бурт (4), посадочная поверхность под поршень (5) и второй резьбовой участок (6). При этом перед рабочим участком (3) выполнен конусный переход (9) под острым углом к осевой линии штока на меньший диаметр. В средней части посадочной поверхности под поршень (5) выполнен свободный участок (10), диаметр которого меньше диаметра посадочной поверхности под поршень (5). Достигается повышение ремонтопригодности штока. Одновременно с этим достигается уменьшение площади поверхности трения на посадочной поверхности под поршень и обеспечивается равномерный износ рабочего участка штока поршневого при его эксплуатации. 14 з.п.ф-лы, 5 ил.

Заявляемая группа изобретений относится к области машиностроения, а именно к компрессоростроению, и может быть использована в цилиндрах различного назначения, в частности в цилиндропоршневых узлах поршневых компрессоров. Достигается упрощение конструкции, а также предотвращение самоотвинчивания поршня высокого давления с одновременным прижатием поршня низкого давления к упорному бурту штока. Поршень составной дифференциальный по варианту 1 содержит шток (1) с упорным буртом (2), поршни низкого (3) и высокого (4) давлений. Поршень низкого давления (3) выполнен с осевым отверстием и насажен на шток (1) до упорного бурта (2). Поршень высокого давления (4) выполнен сплошным и закреплен на штоке (1) со стороны насаживания поршня низкого давления (3) при помощи резьбового соединения. При этом поршень высокого давления (4) прижимает поршень низкого давления (3) к упорному бурту (2) штока (1). При этом между поршнями высокого (4) и низкого (3) давлений расположена корончатая шайба (5). Поршень составной дифференциальный по варианту 2 содержит шток (1) с упорным буртом (2), поршни низкого (3) и высокого (4) давлений. Поршень низкого давления (3) выполнен с осевым отверстием и насажен на шток (1) до упорного бурта (2). Поршень высокого давления (4) выполнен полым и закреплен на штоке (1) со стороны насаживания поршня низкого давления (3) при помощи резьбового соединения. При этом поршень высокого давления (4) прижимает поршень низкого давления (3) к упорному бурту (2) штока (1). При этом между поршнями высокого (4) и низкого (3) давлений расположена корончатая шайба (5). 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к поршневым компрессорам. Дисковый поршень двойного действия - состоит из двух полых литых деталей 1 и 2, изготовленных из магниевого сплава. Каждая литая деталь 1 (2) содержит ступицу 9 (10), коническую торцовую стенку 11 (12), цилиндрическую обечайку 13 (14), радиальные ребра жесткости 15 (16) на стенках. Ребра жесткости 15 (16) имеют форму арки, ветви которой 19 и 20 прилиты к ступице 9 (10) и к цилиндрической обечайке 13 (14). Ребра могут быть выполнены переменной толщины и высоты. Уменьшается масса поршня и упрощается конструкция отливки. 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение может быть использовано в устройствах дозирования топлива. Поршень для устройства дозирования топлива, изготовленный из алюминиевого сплава, содержит упрочненную интенсивной пластической деформацией головку (1) с ультрамелкозернистой структурой материала. Торец головки поршня имеет центральную антикавитационную область (4) с рыхлой структурой, полученной лазерной обработкой, углубленную по дуге окружности на 3-5 мм. Диаметр антикавитационной области (4) меньше диаметра головки (1) и образует по краям торца высокопрочное кольцо (3) шириной 2-5 мм. Технический результат заключается в снижении вероятности появления кавитации. 2 ил.

Изобретение относится к области компрессоростроения и предназначено для соединения поршня высшей ступени сжатия с поршневой группой низшей ступени сжатия. Шток составного дифференциального поршня поршневого компрессора представляет собой стержень, у одного конца которого выполнен присоединительный участок 1, а у другого конца выполнен участок 2 с наружной резьбой. Между участками выполнен бурт 3. Между буртом 3 и участком 2 выполнены посадочная поверхность 10 под первую сферическую шайбу и посадочная поверхность 11 под вторую сферическую шайбу. Между посадочными поверхностями выполнена охватываемая с зазором поверхность 12. Между посадочной поверхностью 10 под первую сферическую шайбу и буртом 3 выполнена посадочная поверхность 15 под компенсаторное кольцо. Плоская поверхность бурта 3 со стороны посадочной поверхности 15 под компенсаторное кольцо притерта и перпендикулярна оси штока. Достигается снижение материалоемкости при ремонте штока с размещенными на нем деталями. 3 з.п. ф-лы, 7 ил.

Изобретение относится к области машиностроения, в частности к радиально-поршневым насосам, используемым для нагнетания жидкости с высоким давлением. Насос с жесткой связью шатуна с поршнем содержит корпус 1 с, по меньшей мере, одним цилиндром 2, в котором с образованием рабочей камеры 3 установлен выполненный за одно целое с шатуном 4 поршень 5 с опорным 6 и уплотнительным 7 элементами. Контактирующие с цилиндром кромки 8 и 9 опорных и уплотнительных элементов примыкают друг к другу и лежат в плоскостях, перпендикулярных оси поршня. Отходящие от этих кромок конические поверхности выполнены с углами β, большими, чем максимальный угол γ наклона поршня в цилиндре. Обеспечивается простота и компактность, минимальные потери на трение и, соответственно, высокий КПД, работоспособность на маловязких и плохо смазывающих жидкостях и газах высокого давления. 7 з.п. ф-лы, 7 ил.
Наверх