Плунжерный агрегат

Изобретение относится к насосам объемного типа с двигателем, предназначено для перекачки жидких тел, с возможностью размещения в скважинах. Плунжерный агрегат содержит двигатель, кинематически связанный с винтовым приводом плунжерного насоса. Плунжерный насос содержит корпус с всасывающими и напорными клапанами. Внутри корпуса с возможностью вращения и с возможностью взаимного, относительного вдоль оси корпуса перемещения, установлены два двухсторонних плунжера. Плунжеры связанны между собой и корпусом, а также с валом двигателя, винтовым приводом. Винтовой привод представляет собой установленный, с возможностью вращательного движения в корпусе, ведущее звено - винт, имеющий угол наклона α₁ винтовой линии. Ведущее звено - винт связан, образованием винтовой кинематической пары, с ведомым звеном - двухсторонним плунжером, посредством отверстия с винтовой нарезкой с углом наклона α₁ винтовой линии, выполненного по центру его днища. Двухсторонний плунжер по центру своего противоположного днища имеет отверстие с винтовой нарезкой с углом наклона α₂ винтовой линии, которой он связан, образованием винтовой кинематической пары, с выходным звеном - винтом. Выходное звено - винт имеет винтовую нарезку с углом наклона α₃ винтовой линии, посредством которой он связан, образованием винтовой кинематической пары, с корпусом. На свободном конце выходного звена - винта установлен другой двухсторонний плунжер. Все винтовые нарезки одного направления. Для винтовых линий углы наклона: α₃<α₁<α₂. Линейные размеры винтовых нарезок взаимозависимы перемещениям звеньев. Повышены технические показатели - напор, подача, КПД. 9 з.п. ф-лы, 6 ил.

 

Устройство "Плунжерный агрегат" представляет собой насос объемного типа с двигателем, предназначено для перекачай жидких тел, с возможностью размещения в скважинах.

Устройство может использоваться во всех отраслях промышленности, в том числе:

в нефтедобывающей в процессе бурения, эксплуатации, ремонта скважин, для повышения нефтеоотдачи пласта;

в химической и нефтехимической отрасли для перекачивания кислот, аммиака, карбамида, меламина, подачи реагентов под давлением;

в энергетике в качестве питательного насоса котельной установки парогенератора;

в пищевой промышленности в составе оборудования для гомогенизации;

в машиностроении, для гидравлических прессов;

в производствах требующих высоких давлений, в том числе взрыво- и пожароопасных;

в коммунальном хозяйстве при ремонте, опрессовки гидросистем и трубопроводов, при промывке канализации;

в паровых промысловых установках в качестве питательного насоса; в газовой отрасли; в сельском хозяйстве.

Кроме того, устройство может монтироваться на спецтехнике, а также применяться на судах и плавсредствах всех классов в качестве трюмных, зачистных и прочих насосов.

Известны поршневые насосы с возвратно-поступательным движением - станок-качалка. [Нефтепромысловое оборудование. «ЦентрЛитНефтеГаз» 2006 г.]

Известны поршневые паровые насосы [http://dic.academic.ru/dic.nsf/bse/118688/]. Их недостатками являются необходимость генерации и подачи пара к насосу, а также необходимость утилизации отработанного пара, что существенно снижает КПД устройства.

В отличие от поршневых, плунжерные насосы способны функционировать при больших давлениях. Это обусловлено тем, что в отличие от поршневых насосов, где большое значение имеет более точная обработка внутренней поверхности цилиндра, у плунжеров высокая чистота обработки должна быть со стороны внешней цилиндрической поверхности, что технологически осуществить проще.

Известно (патент RU 147159, опубл. 27.10.2014) установка погружного плунжерного насоса для подъема жидкости с большой глубины, включающая корпус, погружной электродвигатель, снабженный гидрозащитой, ведущий вал которого соединен с винтом передачи винт-гайка качения, находящейся в подвижном соединении с корпусом и соединенной со штоком плунжера насоса, причем шток уплотнен в корпусе и связан с гайкой качения посредством цилиндрического полого штока, охватывающего винт и входящего с ним в подвижное соединение, а внутренняя полость корпуса заполнена барьерным маслом, характеризующаяся тем, что насос содержит цилиндр с подвижно соединенным с ним плунжером, а также нагнетательный клапан и всасывающий клапан, расположенный на головке плунжера, и между ними образована полость, сообщающаяся с полостью затрубного пространства скважины через приемные сетки, установленные в стенках цилиндра плунжерного насоса, причем погружной электродвигатель выполнен вентильным и его вал соединен с винтом передачи винт-гайка качения через опорно-подшипниковый узел, расположенный в нижней части корпуса над гидрозащитой, а вентильный электродвигатель соединен со станцией управления, содержащей контроллер со встроенным программным обеспечением.

Для вышеуказанной установки, передача винт-гайка качения может быть выполнена в виде ролико-винтовой или шарико-винтовой передачи.

Недостатками установки является необходимость применения в конструкции реверсивного двигателя с системой управления, что существенно усложняет конструкцию и снижает надежность.

Известно (RU 2133875, опубликовано: 27.07.1999) привод скважинного штангового насоса, содержащий электродвигатель, кинематически связанный с ним двухходовый винт с гайкой, ролики с тяговым элементом, характеризующийся тем, что гайка установлена с возможностью осевого перемещения по вертикальной направляющей, непосредственно соединена со штанговой колонной снизу, а сверху - колонной насосно-компрессорных труб тягой, выполненной в виде гибкой связи, кроме того, снабжен уравновешивающим контргрузом, размещенным на стойке, расположенной соосно с винтом, причем высота стойки больше длины хода гайки.

Недостатками устройства являются: сложность конструкции; необходимость вертикального размещения по меньшей мере приводной части устройства, а также возможность его размещения только вне скважины; не высокая производительность.

Для плунжерных насосов, как и для других объемных насосов характерны пульсации подачи и давления, что является недостатком. Для уменьшения пульсаций несколько плунжеров располагают в ряд, соединяют их с одним валом, при этом циклы работы должны быть сдвинуты друг относительно друга по фазе на равные углы. Такая конструкция увеличивает поперечные габариты насоса.

Для уменьшения пульсаций также используют дифференциальную схему включения насоса. Здесь, за счет соединения между собой основной рабочей и штоковой полостей, происходит нагнетание жидкости и во время прямого хода плунжера, и во время обратного хода. Но у таких насосов отсутствует своя клапанная система распределения.

Двухсторонний насос имеет свою клапанную систему распределения. Такие насосы, в отличие от насосов одностороннего действия, имеют более низкий коэффициент пульсаций, а КПД более высокий.

Задачей, на решение которой направлено заявляемое изобретение является создание плунжерного агрегата, насос которого обеспечивает высокие технические показатели (напор, подачу) при низком коэффициенте пульсаций, обладает незначительными поперечными габаритами, способен функционировать вместе с любым двигателем, позволяющим получать крутящий момент с вала. Соответственно, агрегат должен обладать более высоким КПД, и автономностью.

Задача решена за счет использования в конструкции плунжерного агрегата плунжерного насоса, винтовой привод (механизм) которого, обеспечивает возможность преобразования однонаправленного вращательного движения ведущего вала в возвратно-поступательное движение двухсторонних плунжеров в едином корпусе, а также клапанной системы распределения, обеспечивающей возможность равномерного распределение перекачиваемой жидкости или газа. Винтовым механизмом, такая возможность достигается за счет использования эффекта заклинивания, в различные одноподвижные винтовые структурные группы при вращении ведущего звена - винта.

Задача достигается тем, что согласно изобретению, плунжерный агрегат содержит двигатель кинематически связанный с винтовым приводом плунжерного насоса,

при этом плунжерный насос содержит корпус с всасывающими и напорными клапанами, внутри которого с возможностью вращения и с возможностью взаимного, относительного вдоль оси корпуса перемещения, установлены два двухсторонних плунжера, связанных между собой и корпусом, а также с валом двигателя, винтовым приводом, образованным и представляющим собой,

установленный, с возможностью вращательного движения, в корпусе, ведущее звено - винт, имеющий угол наклона α₁ винтовой линии, связанный, образованием винтовой кинематической пары, с ведомым звеном - двухсторонним плунжером, посредством отверстия с винтовой нарезкой с углом наклона α₁ винтовой линии, выполненного по центру его днища, при этом, этот двухсторонний плунжер кроме винтовой нарезки с углом наклона α₁ винтовой линии, по центру своего противоположного днища имеет отверстие с винтовой нарезкой с углом наклона α₂ винтовой линии, которой он связан, образованием винтовой кинематической пары, с выходным звеном - винтом, на свободном конце которого установлен другой двухсторонний плунжер, выходное звено - винт имеет кроме винтовой нарезки с углом наклона α₂ винтовой линии, винтовую нарезку с углом наклона α₃ винтовой линии, посредством которой он связан, образованием винтовой кинематической пары, с корпусом, при этом все винтовые нарезки одного направления, для винтовых линий углы наклона: α₃<α₁<α₂, а линейные размеры винтовых нарезок взаимозависимы перемещениям звеньев.

Для снижения трения, увеличения КПД, винтовой механизм может быть шарико-винтовым или ролико-винтовым.

Для поддержки и фиксации в корпусе плунжерного насоса ведущего вала винтового привода, а также обеспечения вращения с наименьшим сопротивлением, восприятия радиальной и осевой нагрузок ведущий вал винтового привода плунжерного насоса может быть снабжен радиально-упорным подшипником.

Цилиндрическая проточка (цилиндр) в корпусе, по высоте, может иметь участки (части) выполненные с меньшими диаметрами, при этом, каждый меньший по диаметру участок (часть) цилиндра, выполнен в пределах хода плунжера и по высоте не превышающем размеры самых крупных твердых включений в перекачиваемой плунжером среде.

Корпус плунжерного насоса может быть выполнен цилиндрическим.

В корпусе плунжерного насоса могут быть выполнены каналы для подвода жидкости к уплотнениям плунжеров.

Материалом для изготовления корпуса плунжерного насоса может быть сталь. Материалом для изготовления плунжеров может служить бронза.

Применяемый в агрегате двигатель может быть электрическим.

На фиг. 1, фиг. 2 схематично представлен плунжерный агрегат. Устройство содержит кинематически связанные двигатель 1 и плунжерный насос посредством его винтового привода. Двигатель 1 и плунжерный насос с винтовым приводом могут быть установлены в одном (общем) корпусе 3 либо на общей раме. Возможно выполнение устройства, в котором двигатель и плунжерный насос с винтовым приводом установлены каждый в своем корпусе. Например, плунжерный насос с винтовым приводом может быть установлен в одном корпусе, а двигатель установлен в другом (своем) корпусе или на отдельной раме. Возможно использование плунжерного насоса и без применения двигателя. В этом случае, для приведения в движение винтового привода, соответственно плунжеров, используется мускульная сила.

Отдельные корпуса, и корпус 3 могут быть цилиндрическими. Корпус 3 может быть выполнен разъемным в различных вариантах. Например, съемными могут быть обе торцевые крышки или одна из них, корпус может разъединяться в какой-либо плоскости. Двигатель может быть любой, конструкция которого обеспечивает возможность снимать крутящий момент с вала. Это может быть электродвигатель, двигатель, функционирующий посредством жидкости или газа, двигатель внутреннего сгорания и др. В зависимости от исполнения, двигатель 1 может быть снабжен гидро-защитой, другой защитой либо защита двигателю может быть не нужна. По степени взрывозащищенности электрооборудования может применяться электродвигатель в общепромышленном исполнении, либо электродвигатель во взрывозащищенном исполнении. Плунжерный насос содержит приводную часть и гидравлическую часть. Приводная часть содержит винтовой привод (механизм) для преобразования вращательного движения вала двигателя в возвратно-поступательное движение плунжеров. Гидравлическая часть содержит цилиндр (цилиндрическая проточка выполнена в корпусе 3), плунжеры, всасывающие и нагнетательные клапана, может содержать уплотнения плунжеров, предохранительные клапана.

С валом двигателя 1, выходной частью, функционирующей в качестве входного вала, связан винт 2 винтового привода (механизма). Соответственно винт 2 является ведущим в винтовом приводе. Возможно соосное и несоосное соединение вала двигателя 1 с винтом 2. Для передачи крутящего момента с двигателя может использоваться карданная передача, шарнир равных угловых скоростей, зубчатая муфта, ременная передача. Для увеличения срока службы используемая передача может быть герметизирована. Для компенсации динамических нагрузок соединение «вал двигателя 1 - винт 2» может быть снабжено гибкой или упругой муфтой, например, втулочно-пальцевой. Могут применяться эластичные муфты со стороны насоса с защитой, со стороны двигателя с защитой. Также, возможно соединение вала двигателя с винтом 2 через редуктор, через редуктор с подогреваемым корпусом. Торцевая крышка (либо перегородка, если двигатель и плунжерный насос находятся в едином корпусе) корпуса 3 выполняет функцию опоры выходной части винта 2. Для поддержки и фиксации выходной части винта 2 в корпусе 3, а также обеспечения вращения с наименьшим сопротивлением, восприятия радиальной и осевой нагрузок может применяться радиально-упорный подшипник. Для защиты подшипника, для предотвращения просачивания жидкости или паров, на выходной части функционирующей в качестве вала, с двух сторон подшипника, могут быть установлены уплотнения: механические; с ручной регулировкой; с пружинным нажимом; сальниковые; манжетные; с запорной камерой и указателями утечек.

В наземных плунжерных насосах для предотвращения утечек жидкости в атмосферу, к механическому уплотнению может быть добавлено манжетное. Также утечку можно направить во всасывающую линию насоса. При этом жидкость, которая в небольшом количестве просачивается через механическое уплотнение служит смазкой и охлаждает трущиеся детали уплотнения, соответственно дополнительно подавать масло в уплотнение не требуется.

С винтом 2, своей первой винтовой нарезкой 4 (с углом наклона α₁ винтовой линии) в отверстии, выполненном по центру днища, связан плунжер 5 установленный с возможностью вращения в корпусе 3 (в цилиндрической проточке, выполненной в корпусе 3). Плунжер 5 имеет два днища (т.е. является двухсторонним), в центре каждого из которых имеется резьбовое отверстие. Плунжер 5 своей второй винтовой нарезкой (с углом наклона α₂ винтовой линии) в отверстии, выполненном по центру противоположного днища, связан с винтом 7 имеющим две винтовые нарезки, одна из которых с углом наклона α₂ винтовой линии, другая - α₃ винтовой линии. Таким образом, плунжер 5 можно представить, как «гайку» с двумя разными винтовыми нарезками. Плунжер 5 и винт 7 образуют винтовую кинематическую пару винтовой нарезкой 6 (с углом наклона α_2,. винтовой линии). Винт 7 и корпус 3 (внутренняя перегородка в корпусе, являющаяся опорой винта 7, имеет резьбовое отверстие по центру, с углом наклона а₃ винтовой линии) образуют винтовую кинематическую пару винтовой нарезкой 8. Все винтовые нарезки одного направления, для винтовых линий углы наклона: α₃<α₁<α₂, а линейные размеры винтовых нарезок взаимозависимы перемещениям звеньев.

На свободном конце винта 7 с возможностью вращения относительно корпуса 3 установлен плунжер 9. Плунжер 9 является двухсторонним, и, соединен с винтом 7 шарнирно или жестко. В случае шарнирного соединения винт 7 имеет возможность вращения относительно плунжера 9. В случае жесткого соединения, винт 7 вращается заодно с плунжером 9.

Цилиндр (цилиндрическая проточка в корпусе 3) по высоте, может иметь участки (части) 10, 11, выполненные с меньшими диаметрами, (фиг. 2).

Это участки цилиндра в области хода плунжера 5 и в области хода плунжера 9.

Каждый меньший по диаметру участок (часть) цилиндра, выполнен в пределах хода плунжера и по высоте не превышающем размеры самых крупных твердых включений в перекачиваемой плунжером среде, то есть для плунжеров, участки (части) 10 и 11 являются одновременно опорами и направляющими.

Такая конструкция цилиндра обеспечивает возможность возвратно-поступательного движения плунжеров 5 и 9 с меньшим трением и без перекосов, кроме того, плунжеры, участки (части) 10, 11, соответственно и остальная часть цилиндра меньше подвержены износу абразивными частицами, содержащимися в перекачиваемой среде.

Для удобства ремонта, участки (части) 10, 11 могут быть выполнены в виде съемных втулок. Втулки могут быть запрессованы или установлены с возможностью относительно быстрого снятия.

Для предотвращения (уменьшения) утечки перекачиваемых газа, жидкости, между каждым плунжером и цилиндром, в проточках (канавках) выполненных на участках (частях) 10, 11 могут быть установлены радиальные уплотнения.

В случае выполнения цилиндра по высоте одним диаметром, для предотвращения (уменьшения) утечки перекачиваемых газа, жидкости, между каждым плунжером и цилиндром, в проточках (канавках) выполненных внутри цилиндра, в пределах ходов плунжеров, также могут быть установлены радиальные уплотнения.

Плунжеры 5 и 9 в корпусе 3 формируют три камеры «А», «В», «С» которые могут быть соединены напорной магистралью 12. Камеры, посредством всасывающих клапанов 13, 14, 15 имеют возможность сообщаться с пространством вне корпуса 3. Клапана 13, 14, 15 функционируют посредством разряжения в камерах «А», «В», «С». Также эти клапана могут быть снабжены фильтрами, и, соединены всасывающей магистралью с фильтром на входе. Клапана 16, 17, 18 функционируют посредством давления в камерах «А», «В», «С», т.е. являются напорными, и, обеспечивают возможность сообщения камер с напорной магистралью 12. Для уменьшения радиальных размеров устройства, сечения магистралей могут быть выполнено сегментными. Могут применяться всасывающие и нагнетательные патрубки, одинарные, сдвоенные и т.п. выполненные из углеродистой стали, цветных металлов, их сплавов, пластика. Последовательность перемещения плунжеров в результате чего происходит изменение объема камер «А», «В», «С», определится кинематикой винтовых пар, с которыми связаны плунжеры. Для устранения трения скольжения в винтовом механизме (винтовой передаче), последний может быть исполнен шарико-винтовым или ролико-винтовым.

Плунжерный насос может быть снабжен предохранительным клапаном, например, пружинным. В нормальном режиме работы он может быть отрегулирован как на номинальное, так и другое рабочее давление. В зависимости от исполнения плунжерный насос может быть без гидрозатвора или с гидрозатвором.

Для снижения возможной неравномерности подачи перекачиваемой жидкости, напорная магистраль может быть снабжена гидравлическим аккумулятором.

В зависимости от области применения плунжерный насос может обеспечиваться обогревом или охлаждением, а также дополнительной смазкой. Поэтому гидравлическая часть по конструкции может быть:

с охлаждением (обогревом), смазкой гидравлической части, с подводом к уплотнениям либо к зоне рабочего хода каждого из плунжеров смазывающей, промывочной, охлаждающей или гидрозатворной жидкости через каналы, выполненные в корпусе насоса.

Плунжерный агрегат может подключаться к устройству, регулирующему частоту вращения двигателя.

Материальное исполнение насоса.

К материалам, применяемым для изготовления гидравлической части плунжерного насоса, предъявляются следующие требования: высокая механическая прочность; малый коэффициент линейного расширения; высокая коррозионная стойкость; хорошие антифрикционные свойства.

Для изготовления скользящих пар (цилиндр, плунжеры) возможно применение стали, чугуна, бронзы, сплавов причем в различных сочетаниях, одна деталь может быть изготовлена из стали или чугуна, а парная ей - из бронзы, и наоборот.

Материалы для цилиндра и плунжеров:

хромистые стали типа 20X13 или 40X13 ГОСТ 5632-72; хромоникелевые стали типа 12Х18Н10Т ГОСТ 5632-72; серые чугуны СЧ 20, СЧ 15; антифрикционные чугуны АЧК-2, АЧВ-2; кованые углеродистые стали; дуплексные нержавеющие стали; сплав «никель-алюминий-бронза»;

бронзы: Бр ОФ10-1, Бр ОЦС 6-6-3, Бр АЖ 9-4 и др., серые чугуны СЧ 20, СЧ 15, антифрикционные чугуны АЧК-2, АЧВ-2.

Плунжеры могут иметь покрытие из карбида вольфрама; плунжеры для воды выполнены с наплавкой 45Ni60. Плунжеры могут быть выполнены из керамики или с покрытием из керамики.

Клапана.

Конические. Каждый из них может быть выполнен с направляющей и нагружен пружиной. По конструкции клапана на всасывании и клапана на нагнетании могут быть идентичными, что облегчает обслуживание.

Материалы для клапанов и седел: нержавеющая сталь, например, сталь 316.

Для дозирующих насосов могут применяться шаровые клапана из нержавеющих сталей.

Уплотнение между плунжерами и цилиндром.

За счет размещения плунжеров и их привода в едином (общем для них) цилиндре плунжерный насос способен функционировать и без каких-либо дополнительных уплотнительных элементов между плунжерами и цилиндром.

Для предотвращения (уменьшения) утечки газа, жидкости между плунжерами и цилиндром, в проточках (канавках), внутри цилиндрической части корпуса 3, могут быть установлены радиальные уплотнения 10, 11, например,

механические уплотнения, содержащее притертые одно к другому и поджимаемые к уплотняемым поверхностям этих элементов в противоположных направлениях эксцентричные кольца из антифрикционного материала, которые расположены в упругой обойме. Упругая обойма выполнена из эластомерного материала, например, из резины.

К применению возможно уплотнение (фиг. 2) содержащее уплотнительные кольца (по несколько штук могут быть объединены в кассеты), Г-образную резиновую манжету с эксцентричными буртами, защитное опорное кольцо из пластика, металлическую обойму. Г-образная манжета обеспечивает прижим уплотнительных колец к друг другу, и к плунжеру, является динамическим уплотнением по отношению к плунжеру (Г-образный выступ) и статическим - для уплотнительных колец.

В зависимости от назначения насоса уплотнительные кольца, др. радиальные уплотнения могут быть изготовлены из металлов: бронзы, латуни, стали, сплавов в т.ч. твердых сплавов, без покрытий, и с покрытиями хромом, цинком, медью; из износостойких пластмасс, др. полимерных, композиционных материалов. Г-образная манжета изготовлена из каучука фтористого или нитрильного, или из полиуретана.

Как было указано выше, в корпусе плунжерного насоса могут быть выполнены каналы для подвода смазки к уплотнениям плунжеров.

Винтовой привод (механизм)

- преобразует вращательное движение вала двигателя в поступательное движение плунжеров. Винтовой привод (винтовой механизм) плунжерного насоса допускает возможность вращения винтов 2 и 7 в любую сторону. В зависимости от исполнения, для винтового механизма (передачи винт-гайка) может использоваться резьба: трапецеидальная (при реверсивной нагрузке), упорная (при нереверсивной нагрузке), а также прямоугольная, треугольная, круглая, полукруглая, арочная. Также в зависимости от исполнения резьба может быть правой, левой, одно- и многозаходной, несамотормозящейся.

Винты 2, 7 могут быть выполнены цельными либо каждый из них может быть выполнен составным, например, путем свинчивания. Винты могут быть выполнены из сталей 45, 50, У10, 40Х, 40ХГ, 40ХГВ, А40Г, 65Г, и др. с последующей закалкой до твердости HRC 50-55 и шлифованием рабочих поверхностей.

Каждая «гайка» может быть выполнена в виде бронзовой втулки неразъемной или разъемной. Две втулки установлены в тело плунжера 5, а одна - в перегородку в корпусе 3. (перегородка также может быть разъемной).

Втулки могут быть запрессованы или установлены с возможностью относительно быстрого снятия. В последнем случае, втулки могут быть зафиксированы в теле плунжера, и, в перегородке корпуса при помощи радиально установленных прижимных винтов или штифтов. Разъемные «гайки» - втулки, разъемная перегородка обеспечивают возможность осуществлять разборку (сборку) быстрее.

Материал «гайки»: бронзы Бр ОФ10-1, Бр ОЦС 6-6-3, Бр АЖ 9-4 и др., серые чугуны СЧ 20, СЧ 15, антифрикционные чугуны АЧК-2, АЧВ-2.

Также сами плунжеры, торцевые крышки, перегородки в корпусе 3 могут быть выполнены из этих материалов, и без каких-либо втулок.

Возможно выполнение винтового механизма шарико-винтовым. В таком случае передача винт-гайка качения образуется шариками, размещенными между винтовыми поверхностями винта и гайки. При вращении винта в одном направлении шарики перекатываются и по обводному каналу в гайке (обводные каналы могут быть выполнены в теле плунжера, и в перегородке) возвращаются в рабочую зону.

Такая винтовая пара не является самотормозящейся и может применяться как для преобразования вращательного движения в поступательное, так и наоборот. Кроме того, для такой передачи характерны высокие жесткость и точность, возможность полной выборки зазора, возможность работы без смазки, небольшая скорость изнашивания, высокий КПД. Материалом винта может служить сталь 8ХФ, «гайки» - сталь 9ХС, термообработка - поверхностная закалка до твердости HRC 58-62.

Функционирование винтового привода.

Винтовой привод плунжерного насоса представляет собой механизм преобразования вращательного движения в возвратно-поступательное, то есть винтовой механизм, схематично представленный на фиг. 3, фиг. 4, фиг. 5, фиг. 6, где его функционирование представляется несколькими кинематическими сочетаниями подвижных звеньев.

Такой винтовой механизм содержит ведущее звено - винт 2 установленный с возможностью вращения в опоре (в «левой» торцевой крышке корпуса 3). Винт 2 образует с опорой вращательную кинематическую пару (Вр.КП_3-2).

α₁ - угол наклона винтовой линии винта 2.

С ведущим звеном - винтом 2 посредством винтовой нарезки с углом наклона α₁ винтовой линии связано выходное звено - дифференциальная гайка (плунжер 5) имеющая(-ий) две винтовые нарезки, где:

α₁ угол наклона винтовой линии гайки (винтовой нарезки плунжера 5, "левой" части)

α₂ - угол наклона винтовой линии гайки (винтовой нарезки плунжера 5, "правой" части)

Гайка (плунжер 5), посредством винтовой нарезки с углом наклона α₂ винтовой линии связана с выходным звеном - винтом 7 имеющим две винтовые нарезки, одна из которых с углом наклона α₂ винтовой линии, другая - α₃ винтовой линии.

Таким образом, гайка (плунжер 5) образует первую винтовую кинематическую пару (ВКП_2-5) с ведущим звеном - винтом 2 и вторую винтовую кинематическую пару (ВКП_5-7) с выходным звеном - винтом 7.

Винт 7 посредством своей второй винтовой нарезки с углом наклона а₃ винтовой линии связан с опорой (с внутренней перегородкой в корпусе, являющейся опорой винта 7) имеющей винтовую нарезку с углом наклона α₃ винтовой линии, образуя третью винтовую кинематическую пару (ВКП_7-3).

Все винтовые нарезки одного направления, при этом углы наклона винтовых линий:

α₃<α₁<α_2,. Линейные размеры винтовых нарезок взаимозависимы перемещениям звеньев.

Винтовые кинематические пары могут образовывать между собой различные сочетания, что и позволяет при одностороннем вращении ведущего звена - винта 2 обеспечивать возвратно-поступательные движения выходных звеньев - гайки (плунжера 5) и винта 7. Обеспечение возможности преобразования одно направленного вращательного движения ведущего звена в возвратно-поступательные движения выходных звеньев решено за счет получения возможности при вращении ведущего звена - винта преобразовывать механизм структурно, при использовании эффекта заклинивания, в различные одноподвижные винтовые структурные группы.

При вращении винта 2, плунжер 5 из крайнего положения перемещается на величину хода винта 2 в направлении уменьшения объема камеры «А». За счет этого происходит нагнетание рабочего тела через клапан 16 в магистраль 12. Плунжер 5, своей винтовой нарезкой 6 приводит в движение винт 7 с плунжером 9. При этом увеличиваются объемы камер «В» и «С». При увеличении объема камеры «В», идет процесс всасывания рабочего тела в эту камеру через клапан 14. При увеличении объема камеры «С», идет процесс всасывания рабочего тела в эту камеру через клапан 15.

Плунжер 5 замкнется с винтом 2, тем самым будет образовано вращательное звено (винт - плунжер). Вращение плунжера 5 преобразуется в поступательные составляющие винта 7 с плунжером 9, камера «С» увеличивается, соответственно происходит всасывание, камера «В» уменьшается, соответственно происходит нагнетание. Объем камеры «А» не изменится.

В конце хода винта 7, плунжер 5 и винт 7 замкнутся друг с другом и вместе с плунжером 9 получат поступательную составляющую перемещения, в результате чего будет увеличиваться объем камеры «А», соответственно будет идти процесс всасывания в эту камеру, объем камеры «С» будет уменьшаться, соответственно будет идти процесс нагнетания из этой камеры. Объем камеры «В» будет оставаться неизменным.

Перемещение плунжера 5 и винта 7 приведет к замыканию винта 7 на корпус 3. Винт 7, замкнувшись на корпус 3, становится стойкой. С вращением винта 2 поступательная составляющая винтового движения плунжера 5 приведет к увеличению объема камеры «В» и уменьшению объема камеры «А». Объем камеры «С» не изменится. Далее циклы повторяются.

1. Плунжерный агрегат, характеризующийся тем, что содержит двигатель, кинематически связанный с винтовым приводом плунжерного насоса, при этом плунжерный насос содержит корпус с всасывающими и напорными клапанами, внутри которого с возможностью вращения и с возможностью взаимного, относительного вдоль оси корпуса перемещения установлены два двухсторонних плунжера, связанных между собой и корпусом, а также с валом двигателя, винтовым приводом, образованным и представляющим собой установленный с возможностью вращательного движения в корпусе ведущее звено - винт, имеющий угол наклона α₁ винтовой линии, связанный образованием винтовой кинематической пары с ведомым звеном - двухсторонним плунжером, посредством отверстия с винтовой нарезкой с углом наклона α₁ винтовой линии, выполненного по центру его днища, при этом этот двухсторонний плунжер, кроме винтовой нарезки с углом наклона α₁ винтовой линии по центру своего противоположного днища, имеет отверстие с винтовой нарезкой с углом наклона α₂ винтовой линии, которой он связан с образованием винтовой кинематической пары с выходным звеном - винтом, на свободном конце которого установлен другой двухсторонний плунжер, выходное звено - винт имеет, кроме винтовой нарезки с углом наклона α₂ винтовой линии, винтовую нарезку с углом наклона α₃ винтовой линии, посредством которой он связан с образованием винтовой кинематической пары с корпусом, при этом все винтовые нарезки одного направления для винтовых линий углы наклона: α₃<α₁<α₂, а линейные размеры винтовых нарезок взаимозависимы перемещениям звеньев.

2. Плунжерный агрегат по п. 1, характеризующийся тем, что винтовой привод плунжерного насоса является шарико-винтовым.

3. Плунжерный агрегат по п. 1, характеризующийся тем, что в плунжерном насосе, поддержку и фиксацию ведущего вала винтового привода обеспечивает радиально-упорный подшипник.

4. Плунжерный агрегат по п. 1, характеризующийся тем, что цилиндрическая проточка в корпусе плунжерного насоса по высоте имеет участки, выполненные с меньшими диаметрами, при этом каждый меньший по диаметру участок цилиндрической проточки выполнен в пределах хода плунжера и по высоте, не превышающей размеры самых крупных твердых включений в перекачиваемой плунжером среде.

5. Плунжерный агрегат по п. 1, характеризующийся тем, что корпус плунжерного насоса выполнен цилиндрическим.

6. Плунжерный агрегат по п. 1, характеризующийся тем плунжеры плунжерного насоса уплотнены.

7. Плунжерный агрегат по п. 1, характеризующийся тем, что в корпусе плунжерного насоса выполнены каналы для подвода жидкости к уплотнениям плунжеров.

8. Плунжерный агрегат по п. 1, характеризующийся тем, что корпус плунжерного насоса выполнен из стали.

9. Плунжерный агрегат по п. 1, характеризующийся тем, что плунжеры плунжерного насоса изготовлены из бронзы.

10. Плунжерный агрегат по п. 1, характеризующийся тем, что двигатель является электрическим.