Гидроприводной насосный агрегат

Изобретение относится области насосостроения и в качестве насоса может найти применение в различных отраслях промышленности. Насосный агрегат включает в себя источник гидравлической энергии рабочей жидкости, два роторных распределителя: распределитель перекачиваемой среды и распределитель рабочей жидкости. Роторы обоих распределителей насажены на один вал и прикреплены к противоположным сторонам перекачивающего блока. Роторы обоих распределителей и перекачивающий блок имеют подвижность вдоль оси вала, а перекачивающий блок содержит гидроприводные и нагнетательные камеры, разделенные между собой эластичным элементом. Каждое окно питания камер соединено с соответствующим окном ротора распределителя. Статоры распределителей соединены, соответственно, с входным и напорным коллекторами перекачиваемой среды и со сливной и напорной магистралями рабочей жидкости. По крайней мере на одном из роторов у каждого окна установлен силовой гидравлический элемент, имеющий связь с этим окном и взаимодействующий в осевом направлении с ротором распределителя и с перекачивающим блоком. В агрегате энергия давления рабочей жидкости (масла) преобразуется в энергию давления перекачиваемой среды. Это направление перспективно, так как маслонасосы на порядок долговечней и компактнее плунжерных насосов и в разы дешевле. 3 ил.

 

Изобретение относится к области насосостроения и в качестве насоса может найти применение в различных отраслях промышленности.

Известны устройства, которые преобразовывают энергию давления рабочей жидкости в энергию перекачиваемой среды. Агрегат включает в себя насос подачи рабочей жидкости, входной и напорный патрубок перекачиваемой среды и перекачивающий блок с тремя гидроприводными и нагнетательными камерами, разделенными между собой мембраной. В камерах происходит передача энергии давления рабочей жидкости перекачиваемой среде. Для управления работой гидроприводных камер используется роторный распределитель, а работа нагнетательных камер организована с помощью обратных клапанов. Ротор распределителя имеет подвод и отвод рабочей жидкости и окна низкого и высокого давления, которыми он при вращении поочередно сообщается с тремя окнами на статоре распределителя, которые, в свою очередь, сообщены с гидроприводными камерами перекачивающего блока. (RU 2123135 C1, 12.10.1998).

Недостаток агрегата заключается в использовании обратных клапанов. Обратные клапаны ограничивают производительность устройства, так как ограничивают рабочую частоту перекачивающего блока.

Другим недостатком агрегата является наличие подвода и отвода жидкости к вращающемуся элементу распределителя, что ведет к усложнению конструкции, снижению долговечности и увеличению габаритов распределителя

Известен также гидроприводной насосный агрегат, содержит источник гидравлической энергии рабочей жидкости, роторный распределитель перекачиваемой среды и роторный распределитетель рабочей жидкости. Оба ротора распределителей насажены на один вал, а статоры соединены, соответственно, с входным и напорным коллекторами перекачиваемой среды и со сливной и напорной магистралями рабочей жидкости. Роторы обоих распределителей прикреплены к противоположным сторонам перекачивающего блока и имеют вместе с ним подвижность в осевом направлении. Перекачивающий блок содержит гидроприводные и нагнетательные камеры, разделенные между собой эластичным элементом и каждая камера соединена с соответствующим окном ротора распределителя. Кроме того, для обеспечения взаимного прижатия рабочих поверхностей статора и ротора обоих распределителей окна подвода и отвода жидкости на обоих статорах размещены попарно и симметрично относительно оси вращения ротора, а каждый ротор имеет число окон, кратное шести. На рабочей поверхности одного из статоров возле каждой радиальной стороны окна высокого давления выполнено по углублению и этот статор снабжен сдвоенным гидравлическим цилиндром, который расположен по центру оси вращения ротора. Рабочий диск этого статора имеет подвижность вдоль оси вала и взаимодействует со сдвоенным гидравлическим цилиндром. Основная полость цилиндра сообщена с окном высокого давления, а вспомогательная полость сообщена с каждым углублением на рабочей поверхности статора. (RU 2008108560 A, 10.09.2009).

Последнее устройство служит прототипом изобретения.

Прототип имеет недостатки и все они обусловлены техническим решением по обеспечению усилия взаимного прижатия рабочих поверхностей статора и ротора обоих распределителей

1. Первый недостаток заключается в том, что распределители работают в условиях, при которых их рабочие поверхности большую часть времени находятся при контактном давлении, значительно большем, чем того требуют условия по оптимизации величины протечек, что ведет к их усиленному износу. Основная полость цилиндра обеспечивает постоянную составляющую усилия прижатия рабочих поверхностей статора и ротора обоих распределителей. Вспомогательная полость создает дополнительное усилие в моменты, когда очередные окна ротора находятся только в начале своего движения по окну высокого давления статора и сбрасывает это дополнительное усилие, когда они выходят из контакта с окном высокого давления и соединяются с окном низкого давления. В эти моменты разжимающее усилие скачкообразно увеличивается или уменьшается. Работа опытного агрегата показала, что вспомогательная полость сдвоенного цилиндра успевает сработать и своевременно компенсировать изменение разжимающего усилия при скорости вращения до 20 об/мин. Конструирование насосов с такой частотой вращения ротора ведет к значительному увеличению габаритов ротора. При большей частоте вращения вспомогательная полость цилиндра не успевает срабатывать и остается в состоянии динамического равновесия при каком-то осредненном давлении. Протечки становятся недопустимо большими. Для уменьшения протечек приходится увеличить усилие от основной полости цилиндра. В результате распределители работают в условиях пульсирующего контактного давления рабочих поверхностей, причем большую часть времени с контактным давлением, значительно большим, чем того требуют условия по оптимизации величины протечек. Повышенное контактное давление рабочих поверхностей ведет к их усиленному износу.

2. Рабочая поверхность каждого статора распределителя имеет не менее четырех окон и соответственно не менее четырех перемычек. При четырех перемычках диаметр рабочей поверхности будет несколько большим, чем в традиционном распределителе с двумя окнами и двумя перемычками. Увеличение диаметра рабочей поверхности увеличивает линейную скорость относительного движения рабочих поверхностей ротора и статора. В итоге усиливается износ рабочих поверхностей распределителя, то есть уменьшается ресурс агрегата.

3. Увеличение диаметра рабочих поверхностей распределителя ведет к увеличению протечек в распределителе, то есть к уменьшению объемного КПД агрегата.

4. Разделение жидкости на парные симметричные потоки у статоров распределителей приводит к усложнению конструкции подводящих каналов и к увеличению габаритов агрегата.

В предлагаемом агрегате общим с прототипом является наличие источника гидравлической энергии рабочей жидкости, двух роторных распределителей: распределителя перекачиваемой среды и распределителя рабочей жидкости. Роторы обоих распределителей насажены на один вал и прикреплены к противоположным сторонам перекачивающего блока, при этом роторы обоих распределителей и перекачивающий блок имеют подвижность вдоль оси вала, а перекачивающий блок содержит гидроприводные и нагнетательные камеры, разделенные между собой эластичным элементом и каждая камера соединена с соответствующим окном ротора распределителя. Статоры распределителей соединены, соответственно, с входным и напорным коллекторами перекачиваемой среды и со сливной и напорной магистралями рабочей жидкости.

Задача, решаемая изобретением, состоит в увеличении ресурса агрегата, в увеличении объемного КПД, в упрощении конструкции и в уменьшении габаритов агрегата.

В изобретении достигается следующий технический результат:

- Разжимающее усилие, возникающее у каждого окна ротора при его соединении с окном высокого давления статора компенсируется одновременно с его возникновением на всех рабочих оборотах вращения ротора. Аналогично и сброс усилия компенсации происходит одновременно с исчезновением разжимающего усилия возле окна ротора. В итоге распределители работают в условиях стабильного и оптимального контактного давления рабочих поверхностей с минимальным износом.

- Число перемычек на рабочей поверхности статоров уменьшается с четырех до двух. Вследствие этого уменьшается диаметр рабочих поверхностей распределителя и значит уменьшается линейная скорость их относительного движения. В итоге также снижается износ рабочих поверхностей.

- Вследствие уменьшения диаметра рабочих поверхностей уменьшаются протечки в обоих распределителях.

- Уменьшаются габариты и упрощается конструкция агрегата вследствие того, что перекачиваемая среда и рабочая жидкость у статоров не разделена на парные симметричные потоки, а имеет только по одному каналу подвода и отвода.

Технический результат достигается тем, что в известном гидроприводном насосном агрегате, содержащем источник гидравлической энергии рабочей жидкости, роторные распределители перекачиваемой среды и рабочей жидкости, роторы которых насажены на один вал и прикреплены к противоположным сторонам перекачивающего блока, при этом роторы обоих распределителей и перекачивающий блок имеют подвижность относительно оси вала, а перекачивающий блок содержит гидроприводные и нагнетательные камеры, разделенные между собой эластичным элементом и каждая камера соединена с соответствующим окном ротора распределителя, а статоры соединены, соответственно, с входным и напорным коллекторами перекачиваемой среды и со сливной и напорной магистралями рабочей жидкости, согласно изобретению по крайней мере на одном из роторов у каждого его окна установлен силовой гидравлический элемент, имеющий связь с этим окном и взаимодействующий в осевом направлении с ротором распределителя и с перекачивающим блоком.

Изобретение иллюстрируется чертежами, где:

на фиг.1 изображена гидравлическая схема предлагаемого агрегата, совмещенная с его конструкцией;

на фиг.2 изображено расположение окон статора;

на фиг.3 изображено расположение окон ротора с силовыми гидроцилиндрами.

Насосный агрегат включает в себя следующие основные узлы: насос 1 с регулируемой подачей рабочей жидкости (масла), который трубопроводом 2 напорной магистрали соединен со входом роторного распределителя 3 рабочей жидкости. Выход из распределителя 3 трубопроводом 4 сливной магистрали соединен с маслобаком 5. Во входном коллекторе 6 перекачиваемой среды встроен центробежный насос 7 подпитки, выход из которого соединен со входом роторного распределителя 8 перекачиваемой среды. Выход из распределителя 8 соединен с напорным коллектором 9 перекачиваемой среды. Роторные распределители 3 и 8 выполнены идентично и состоят из статора 10 и ротора 11. В каждом статоре 10 выполнены по два окна Р и Т, сообщающихся с трубопроводами соответственно высокого (2 и 9) и низкого (4 и 6) давления. Роторы 11 вместе с перекачивающим блоком 12 посажены на вал 13 на скользящей шпонке. Вал 13 получает вращение от привода 14. На каждом роторе 11 выполнено по девять окон 15, для сообщения окон Р или T статора 10 с камерами перекачивающего блока 12. Перекачивающий блок 12 состоит из девяти цилиндрических емкостей 16 со смежными камерами переменного объема - гидроприводными 17 и нагнетательными 18. Между собой камеры 17 и 18 разделены эластичным сильфоном 19. На подвижной стенке сильфона 19 со стороны рабочей жидкости имеется сужающийся конический выступ 20, который имеет возможность перекрывать отверстие 21 в гидроприводной камере 17. Ротор рабочей жидкости 11 имеет подвижность в осевом направлении относительно перекачивающего блока 12. Напротив каждого окна 15 ротора 11 установлен силовой гидравлический элемент, выполненный в виде гидроцилиндра 22, имеющий связь с этим окном и взаимодействующий в осевом направлении с ротором 11 и с перекачивающим блоком 12.

Производительность насоса 7 несколько больше производительности насоса 1.

Насосный агрегат работает следующим образом. Привод 14 через вал 13 вращает перекачивающий блок 12 вместе с роторами 11 распределителей 3 и 8. Насос 1 из маслобака 5 подает масло на вход распределителя 3 в полость окна Р статора 10. Полость окна Р питает поочередно движущиеся по окружности окна 15 ротора 11 и далее гидроприводные камеры 17. Из полости 17 масло аналогично сливается через окно Т статора 10 по трубопроводу 4 в маслобак 5. Такой же процесс происходит в распределителе 8 перекачиваемой среды. За один оборот каждая из емкостей 16 побывает в фазе нагнетания масла в нагнетательную полость 17 и подачи перекачиваемой среды из полости 18 в напорный коллектор 9, а также в фазе подачи перекачиваемой среды в полость 18 и вытеснения масла на слив из полости 17. Поскольку производительность насоса 7 несколько больше производительности насоса 1, то всегда в конце фазы вытеснения масла на слив клапан 20 перекроет отверстие 21. Клапан 20 имеет сужающуюся форму и перекрытие отверстия 21 происходит плавно без гидравлических ударов. В перекрытом состоянии клапан «дежурит» до очередного появления в отверстии 21 давления рабочей жидкости из полости Р распределителя 3.

Частота вращения роторов 11 установлена таким образом, что даже при максимальной производительности насоса 1 сильфон 18 при ходе вправо не сжимается больше допустимого уровня.

На рабочие поверхности дисков распределителей 3 и 8 действует разжимающая сила, определяемая площадью окон Р и Т и давленим в них. Кроме того, добавляется сила, связанная с перетоком жидкости по щели между контактными поверхностями из полостей с высоким давлением в полости с низким давлением. В период, когда окна 15 ротора 11 находятся в тени окна Р статора 10, они не оказывает влияния на величину разжимающего усилия. В момент когда очередное окно 15 ротора 11 подходит к окну Р статора 10, разжимающее усилие резко увеличивается. Аналогично, когда окно 15 соединяется с окном Т статора 10, усилие резко уменьшается. То есть при подключении очередного окна 15 к окнам Р и Т статора 10 величина разжимающей силы скачкообразно меняется на величину, определяемую площадью окна 15 и давлением в полости Р или Т, а также влияет сила, связанная с перетоком жидкости по щели между контактными поверхностями под окном 15. Меняется также и место приложения этого скачка разжимающей силы.

Для нормальной работы распределителя требуется, чтобы усилие взаимного прижатия рабочих поверхностей статора 10 и ротора 11 всегда превосходило на какую-то величину разжимающее усилие. Обычно принимают превышение, равное 6%…10%.

Рабочие площади гидроцилиндра 22 выбраны таким образом, что указанное соотношение сил выполняется на всех фазах работы распределителя 3. Как только очередное окно ротора 15 рабочей жидкости соединится с окном Р статора 10 и в нем возрастет давление, в тот же момент возрастает прижимающая сила от гидроцилиндра 22 этого окна 15, которая компенсирует увеличивающуюся разжимающую силу. Аналогично, как только очередное окно 15 ротора 3 рабочей жидкости соединится с окном Т статора 10 и в нем давление упадет, в тот же момент пропорционально уменьшается и прижимающая сила от гидроцилиндра 22 этого окна 15. В этот же момент уменьшается и разжимающая сила. В итоге суммарное прижимающее усилие от гидроцилиндров 22, находящихся попеременно под высоким и низким давлением, всегда будет превышать общее разжимающее усилие на расчетную величину, например 6%…10%. Вследствие подвижности перекачивающего блока 12 в осевом направлении усилие от гидроцилиндров 22 будет распространяться и на прижатие рабочих поверхностей распределителя 8 перекачиваемой среды. То есть оба распределителя будут работать в условиях стабильного и оптимального контактного давления рабочих поверхностей с минимальным износом.

Предлагаемый гидроприводной насосный агрегат по сравнению с прототипом более долговечен, имеет более высокий объемный КПД, меньшие габариты и конструктивно проще.

В агрегате энергия давления рабочей жидкости (масла) преобразуется в энергию давления перекачиваемой среды. Это направление перспективно, так как маслонасосы на порядок долговечней и компактнее плунжерных насосов и в разы дешевле. Кроме того, направление перспективно в связи с тем, что в качестве базовых элементов агрегата могут использоваться уже известные и опробованные в технике узлы (эластичные износостойкие разделители среды и роторные распределители с рабочими дисками из керамики). Преимущества насосного агрегата становятся особо ощутимыми по отношению к плунжерным (поршневым) насосам с давлением от 8 до 35 МПа и мощностью от 100 до 1500 кВт, например, по отношению к существующим буровым насосам.

Гидроприводной насосный агрегат, содержащий источник гидравлической энергии рабочей жидкости, роторные распределители перекачиваемой среды и рабочей жидкости, роторы которых насажены на один вал и прикреплены к противоположным сторонам перекачивающего блока, при этом роторы обоих распределителей и перекачивающий блок имеют подвижность вдоль оси вала, а перекачивающий блок содержит гидроприводные и нагнетательные камеры, разделенные между собой эластичным элементом, и каждая камера соединена с соответствующим окном ротора распределителя, а статоры соединены соответственно с входным и напорным коллекторами перекачиваемой среды и со сливной и напорной магистралями рабочей жидкости, отличающийся тем, что по крайней мере на одном из роторов у каждого его окна установлен силовой гидравлический элемент, связанный с этим окном и взаимодействующий в осевом направлении с ротором распределителя и с перекачивающим блоком.



 

Похожие патенты:

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в нефтяной промышленности для закачивания воды и различных эмульсий в нефтяные пласты на большие глубины, а также для подъема воды на большую высоту.

Изобретение относится к области насосостроения и может быть использовано в нефтяной промышленности для откачивания нефти из скважин и закачивания воды и эмульсий в нефтяные пласты.

Изобретение относится к насосному машиностроению и нефтедобывающей отрасли и может быть использовано в способах и оборудовании для погружных насосов, при насосно-компрессорной добыче нефти и газа из малодебитных скважин.

Изобретение относится к скважинным насосным установкам и может использоваться для добычи нефти, воды и других жидкостей из скважин. .

Изобретение относится к области энергетики и машиностроения и может быть использовано для получения высоконапорной рабочей жидкости для гидравлического привода энергетических установок, машин и механизмов.

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано в объемных насосных установках преимущественно для добычи нефти из скважин. .

Изобретение относится к насосной технике, преимущественно к средствам откачки текучих сред из скважин при помощи объемных насосов, имеющих эластичный рабочий орган и предназначенных для подъема из скважин агрессивных и солесодержащих пластовых жидкостей, в том числе нефти с содержанием газа.

Изобретение относится к объемным насосам для подачи жидкостей, в частности к насосам, используемым в технике бурения и заканчивания скважин для подачи в скважину грязевого раствора.

Изобретение относится к гидроприводным диафрагменным насосам, предназначенным для поддержания необходимого объема жидкости в промежуточной камере, расположенной между поршнем и диафрагмой. Насос содержит нагнетательную камеру, выполненную между головкой и корпусом 9 насоса, с подвижной стенкой, образованной упругодеформирующейся диафрагмой, начиная от своего состояния покоя, которое соответствует ее состоянию в конце хода всасывания насоса. Промежуточная гидравлическая камера 8 постоянного объема, выполнена в корпусе насоса. Промежуточная камера является смежной с нагнетательной камерой на уровне диафрагмы и содержит поршень 10, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения внутри этой промежуточной камеры 8. Объем компенсации утечек промежуточной камеры 8 соединен с ней посредством канала дополнительного питания через свободный и не калиброванный обратный клапан 13, направление пропускания которого ориентировано в сторону промежуточной камеры 8. Обратный клапан 13 и по меньшей мере часть 34 компенсационного объема расположены в корпусе 23, 31, присоединяемом к корпусу 9 насоса, в самой высокой точке промежуточной гидравлической камеры 8 в рабочем положении насоса. Уменьшаются габариты в высоконапорных насосах. 9 з.п. ф-лы, 4 ил.

Изобретение относится к области насосостроения. Насос содержит герметичные корпуса, сообщенные с нагнетательными и всасывающими патрубками через обратные клапаны. Полости корпусов разделены мембранами на насосные и приводные камеры. Мембраны связаны штоком, установленным с возможностью возвратно-поступательного перемещения через блок управления, выполненный с возможностью попеременного подвода сжатого воздуха в приводные камеры герметичных корпусов и попеременного сброса сжатого воздуха из них в окружающую среду. Содержит двухпозиционный распределитель. Первое приемное отверстие сжатого воздуха сообщено с полостью расточки. Торен полости расточки выполнен плоским и на него выведены устье первого воздухосбросного канала, а также устья первого и второго управляющих каналов. К торну полости расточки плотно прижата рабочая поверхность двухпозиционного распределителя. Двухпозиционный распределитель скреплен с управляющим штоком. Выходы управляющих каналов открыты в цилиндрический канал, в котором размещен с возможностью возвратно-поступательного перемещения двухпозиционный воздухораспределительный клапан. Концевые участки цилиндра выполнены в виде цилиндрических выступов. На торцы выступов выведены открытые в полость соответствующих приводных камер устья первого и второго глухих каналов. В средней части цилиндра выполнены первая и вторая кольцевые канавки. На верхнюю часть поверхности полости цилиндрического канала выведено устье второго приемного отверстия сжатого воздуха, а в ее нижнюю часть выведены устья второго и третьего воздухосбросных каналов, сообщенных с атмосферой. Кольцевые канавки размещены друг от друга на расстоянии. Уменьшается металлоемкость конструкции и массогабаритные характеристики. 1 ил.

Изобретение относится к области насосостроения и касается мембранного насоса. Насос включает в себя отделенную мембраной 1 от гидравлической камеры 8 нагнетательную камеру 9. Нагнетательная камера 9 соединена посредством соответствующих обратных клапанов соответственно с всасывающим присоединением и напорным присоединением. Гидравлическая камера 8 нагружается пульсирующим давлением рабочей жидкости. Гидравлическая камера 8 через клапан 6 пополнения утечек соединена с запасом 15 рабочей жидкости. Клапан 6 пополнения утечек имеет замыкающий орган, который может совершать возвратно-поступательное движение между закрытым положением, в котором проход клапана закрыт, и открытым положением, в котором проход клапана открыт, и который с помощью нажимного элемента удерживается в закрытом положении. Нажимной элемент рассчитан таким образом, что когда давление в гидравлической камере 8 меньше, чем установочное давление pL, замыкающий орган 16 перемещается в направлении открытого положения. Масса замыкающего органа 16 должна иметь величину, чтобы замыкающий орган 16, при продолжающемся не больше одной миллисекунды падении давления вследствие гидравлического удара в гидравлической камере 8, перемещался в направлении открытого положения не больше чем на 0,2 мм. Уменьшаются утечки, увеличивается надежность. 2 н. и 4 з.п. ф-лы, 3 ил.

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к диафрагменному насосу, имеющему специально выделенную линию для удаления газа. Насос содержит дозирующую головку 1, имеющую первую часть 2 и вторую часть 7, в которой размещена гидравлическая камера 8, заполненная жидкостью, и корпус 14 для средств дозирования. Корпус 14 содержит камеру 15, в которой установлены средства привода поршня 13. Клапан 17 служит для регулирования давления в гидравлической камере. Имеется, по меньшей мере, одна линия 33, 34, 36, 37 удаления газа, которая проходит во второй части дозирующей головки таким образом, что первый конец указанной линии, образующий самую нижнюю точку указанной линии, имеет выход вблизи соединения поршня и установленного на поршне уплотнения, а второй конец линии, образующий самую высокую точку указанной линии, выходит в полый корпус указанного клапана. Повышается производительность насоса с гидравлическим регулированием, за счет непрерывного удаления значительной части газов, присутствующих в жидкости, для гидравлического регулирования. 8 з.п. ф-лы, 2 ил.

Изобретение относится к области насосостроения и в качестве насоса может найти применение в различных отраслях промышленности

Наверх