RU2649176C1 - Pusher pump - Google Patents

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to the field of pump construction and can be used for pumping water, oil, corrosive liquids and liquids containing mechanical impurities. Pump contains a housing with plunger pairs, each of which is isolated from the pumped liquid by an elastic diaphragm, and a shaft with cranks in the form of a disk. Compression of each diaphragm is carried out by means of a single crank connected to the radially arranged plungers by means of their supports with the possibility of moving the latter along the cylindrical surface of the crank without detachment. Each of the plungers is provided with at least one channel communicating the cavity of its cylinder at the time of suction with the oil bath of the pump.

EFFECT: design is simplified, dynamic loads are reduced, security increases.

4 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к плунжерным насосам и может использоваться для перекачки воды, нефти, а также агрессивных жидкостей и жидкостей, содержащих механические примеси.The invention relates to plunger pumps and can be used for pumping water, oil, as well as aggressive fluids and fluids containing mechanical impurities.

Известны плунжерные насосы по патентам на изобретение: ЕР 0256389 А2, МПК⁶ F04B 1/04 от 30.07.1987 г.; ЕР 0256 389 В1, МПК⁶ F04B 1/04 от 08.07.1992 г.; US 4605359, МПК⁶ F04B 27/04, F04B 49/06 от 12.08.1986 г.; US 4627793, МПК⁶ Е04В 23/14, F15B 21/04 от 09.09.1986 г.; US 5295797, МПК⁶ F07B 1/04 от 22.03.1994 г.; US 5642988, МПК⁶ F04B 27/04 от 01.07.1997 г.; US 7048516 В2, МПК⁶ F04B 1/04, F04B 27/04 от 23.05.2006 г.; WO 00/71895 А1, МПК⁶ F04B 1/107, F04B 1/04, от 30.11.2000 г.Known plunger pumps for patents for the invention: EP 0256389 A2, IPC ⁶ F04B 1/04 from 07/30/1987; EP 0256 389 B1, IPC ⁶ F04B 1/04 dated 07/08/1992; US 4605359, IPC ⁶ F04B 27/04, F04B 49/06 of 08/12/1986; US 4627793, IPC ⁶ ЕВВ 23/14, F15B 21/04 dated 09/09/1986; US 5295797, IPC ⁶ F07B 1/04 dated 03/22/1994; US 5642988, IPC ⁶ F04B 27/04 of 07/01/1997; US 7048516 B2, IPC ⁶ F04B 1/04, F04B 27/04 dated 05/23/2006; WO 00/71895 A1, IPC ⁶ F04B 1/107, F04B 1/04, dated November 30, 2000.

Основной недостаток этих насосов заключается в том, что их плунжерные пары (цилиндр и плунжер) контактируют с перекачиваемой жидкостью. Для надежной работы этих насосов перекачиваемая жидкость должна быть очищена от механических примесей, должна обладать смазывающими свойствами и не должна вызывать коррозию плунжерных пар. Поэтому эти насосы быстро выходят из строя при перекачке воды, содержащей механические примеси и щелочную или кислотную среду.The main disadvantage of these pumps is that their plunger pairs (cylinder and plunger) are in contact with the pumped liquid. For reliable operation of these pumps, the pumped liquid must be cleaned of mechanical impurities, it must have lubricating properties and must not cause corrosion of plunger couples. Therefore, these pumps quickly fail when pumping water containing mechanical impurities and an alkaline or acidic environment.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является шланго-мембранно-поршневой насос фирмы "FELUWAPumpenGmbH", устройство которого представлено в ежеквартальном научно-техническом журнале «Надежность и сертификация оборудования для нефти и газа» №3, 2001 г., стр. 43-49. Дополнительная информация представлена на сайте http://promhimtech.ru/produktsiya/obemnyie-membrannyie-nasosyi/membrannyie-shlangovyie-nasosyi-bolshoy-proizvoditelnosti-feluwa/.The closest in technical essence to the invention is a hose-diaphragm piston pump company "FELUWAPumpenGmbH", the device of which is presented in the quarterly scientific and technical journal "Reliability and certification of equipment for oil and gas" No. 3, 2001, pp. 43-49 . Additional information is available at http://promhimtech.ru/produktsiya/obemnyie-membrannyie-nasosyi/membrannyie-shlangovyie-nasosyi-bolshoy-proizvoditelnosti-feluwa/.

Насос содержит корпус, цилиндры с поршнями (плунжерами), изолированные от перекачиваемой жидкости мембраной и шлангом (диафрагмой), вал и кривошипно-шатунные механизмы, кривошипы которых выполнены в виде диска.The pump contains a housing, cylinders with pistons (plungers) isolated from the pumped liquid by a membrane and a hose (diaphragm), a shaft and crank mechanisms, the cranks of which are made in the form of a disk.

Основной недостаток этого насоса заключается в том, что возвратно-поступательное движение поршня осуществляется посредством шатуна. Причем для каждого поршня необходим свой кривошипно-шатунный механизм. Это усложняет конструкцию. При этом создается боковая сила, действующая на поршень. Эта боковая сила приводит к износу поршневой пары и уплотнения. Для снижения боковой силы наибольший угол между шатуном и осью цилиндра в процессе работы должен быть минимальным. Величина этого угла зависит от отношения длины кривошипа к длине шатуна. Поэтому шатун по отношению к кривошипу стараются выполнить достаточно длинным. Но это приводит к увеличению массы шатуна и увеличению динамических нагрузок, что снижает надежность насоса и не позволяет увеличить число циклов в единицу времени.The main disadvantage of this pump is that the reciprocating movement of the piston is carried out by means of a connecting rod. Moreover, each piston needs its own crank mechanism. This complicates the design. This creates a lateral force acting on the piston. This lateral force leads to wear of the piston pair and seal. To reduce lateral force, the largest angle between the connecting rod and the axis of the cylinder during operation should be minimal. The magnitude of this angle depends on the ratio of the length of the crank to the length of the connecting rod. Therefore, the crank in relation to the crank trying to perform long enough. But this leads to an increase in the mass of the connecting rod and an increase in dynamic loads, which reduces the reliability of the pump and does not allow to increase the number of cycles per unit time.

Задачей изобретения является получение технического результата, выражающегося в упрощении конструкции, снижении динамических нагрузок и повышении надежности плунжерных насосов.The objective of the invention is to obtain a technical result, which is expressed in simplifying the design, reducing dynamic loads and increasing the reliability of plunger pumps.

Указанная задача в плунжерном насосе, содержащем корпус с плунжерными парами, каждая из которых изолирована от перекачиваемой жидкости эластичной диафрагмой, и вал с кривошипами, выполненными в виде диска, решается тем, что сжатие каждой диафрагмы осуществляется посредством единственного кривошипа, который связан с радиально расположенными плунжерами посредством их опор с возможностью перемещения последних по цилиндрической поверхности кривошипа без отрыва, а каждый из плунжеров снабжен по меньшей мере одним каналом, сообщающим полость его цилиндра в момент всасывания с масляной ванной насоса, причем насос снабжен гидрораспределителем, выполненным по принципу аксиально-поршневых насосов, а гидрораспределитель снабжен устройством для снижения осевой силы.This problem in a plunger pump containing a housing with plunger pairs, each of which is isolated from the pumped liquid with an elastic diaphragm, and a shaft with cranks made in the form of a disk, is solved by compressing each diaphragm by means of a single crank, which is connected with radially located plungers by means of their supports with the possibility of moving the latter along the cylindrical surface of the crank without tearing off, and each of the plungers is equipped with at least one channel that communicates its cylinder at the moment of suction from the oil bath of the pump, moreover, the pump is equipped with a control valve made on the principle of axial piston pumps, and the control valve is equipped with a device to reduce axial force.

Проведенный научно-технический анализ предложения и уровня техники свидетельствует о том, что предлагаемое техническое решение для специалиста не следует явным образом из уровня техники, при этом признаки изложенной совокупности взаимосвязаны, находятся в причинно-следственной связи с ожидаемым результатом и являются необходимыми и достаточными для его получения.The scientific and technical analysis of the proposal and the level of technology indicates that the proposed technical solution for a specialist does not follow explicitly from the prior art, while the features of the set described above are interconnected, are causally related to the expected result, and are necessary and sufficient for it receipt.

Изобретение поясняется чертежами, где:The invention is illustrated by drawings, where:

на фиг. 1 изображен фронтальный разрез плунжерного насоса с клапанным распределением жидкости;in FIG. 1 shows a frontal section of a plunger pump with valve distribution of fluid;

на фиг. 2 изображен поперечный разрез плунжерного насоса с клапанным распределением жидкости;in FIG. 2 is a cross-sectional view of a plunger pump with valve distribution of a liquid;

на фиг. 3 изображен увеличенный фрагмент канала в плунжере, сообщающий полость его цилиндра с масляной ванной насоса;in FIG. 3 shows an enlarged fragment of the channel in the plunger, communicating the cavity of its cylinder with the oil bath of the pump;

на фиг. 4 изображен увеличенный фрагмент опоры плунжера;in FIG. 4 shows an enlarged fragment of the support of the plunger;

на фиг. 5 изображен фронтальный разрез плунжерного насоса с гидрораспределителем;in FIG. 5 shows a frontal section of a plunger pump with a hydraulic distributor;

на фиг. 6 изображен поперечный разрез плунжерного насоса с гидрораспределителем;in FIG. 6 shows a cross section of a plunger pump with a hydraulic distributor;

на фиг. 7 и фиг. 8 изображен увеличенный фрагмент механизма снижения осевой силы гидрораспределителя;in FIG. 7 and FIG. 8 shows an enlarged fragment of the mechanism for reducing the axial force of the valve;

Плунжерный насос (см. фиг. 1 и фиг. 2) включает корпус 1 с радиальными отверстиями под плунжерные пары (цилиндры 2 и плунжеры 3). Радиальные отверстия сообщены с осевыми каналами 4, содержащими впускные 5 и выпускные 6 клапаны. Между клапанами 5 и 6 в каждом осевом канале 4 установлена герметичная эластичная диафрагма 7, которая отделяет плунжерные пары от агрессивной перекачиваемой жидкости 8 (показано крупными стрелками) и защищает их от преждевременного износа при попадании механических примесей. Для повышения надежности эластичная диафрагма 7 может быть выполнена многослойной. Полости цилиндров 2 и плунжеров 3 сообщаются с масляной ванной 9 насоса в момент всасывания посредством каналов 10 (см. фиг. 3), выполненных в плунжерах 3. В этот момент смазка 11 (показано мелкими стрелками) пополняет полости цилиндров 2 и плунжеров 3 (см. фиг. 1 и фиг. 2). Посредством смазки 11 плунжеры 3 сжимают диафрагмы 7 и вытесняют перекачиваемую жидкость 8 из насоса через выпускные клапаны 6 и выпускной патрубок 12.The plunger pump (see Fig. 1 and Fig. 2) includes a housing 1 with radial holes for plunger pairs (cylinders 2 and plungers 3). Radial holes are in communication with axial channels 4 containing inlet 5 and outlet 6 valves. Between the valves 5 and 6 in each axial channel 4 a sealed elastic diaphragm 7 is installed, which separates the plunger pairs from the aggressive pumped fluid 8 (shown by large arrows) and protects them from premature wear due to mechanical impurities. To increase reliability, the elastic diaphragm 7 can be multilayer. The cavities of the cylinders 2 and plungers 3 communicate with the oil bath 9 of the pump at the moment of suction through the channels 10 (see Fig. 3) made in the plungers 3. At this point, lubricant 11 (shown by small arrows) replenishes the cavities of the cylinders 2 and plungers 3 (see Fig. 1 and Fig. 2). By means of lubrication 11, the plungers 3 compress the diaphragms 7 and displace the pumped fluid 8 from the pump through the exhaust valves 6 and the exhaust pipe 12.

Все плунжеры 3 в отличие от насоса фирмы "FELUWAPumpenGmbH" подвижно связаны с единственным кривошипом 13 посредством их опор 14 (см. фиг. 2 и фиг. 4), причем кривошип 13 выполнен в виде диска и создает плунжерам 3 возвратно-поступательное движение. Это обеспечивает минимальную боковую силу плунжеров и минимальную динамическую нагрузку при минимальных габаритах кривошипа по сравнению с шатунным механизмом. Например, при радиусе диска, равном 250, мм и эксцентриситете, равном 100 мм, боковая сила составляет F_t=F⋅sin(100/(2π⋅250))=0,064⋅F, где F - осевая сила плунжера. Чтобы снизить боковую силу до такой же величины, поршневой насос фирмы "FELUWAPmnpenGmbH" должен иметь шатун длиной 1571 мм при длине кривошипа 100 мм.All plungers 3, unlike the pump of the FELUWAPumpenGmbH company, are movably connected to a single crank 13 by means of their supports 14 (see Fig. 2 and Fig. 4), and the crank 13 is made in the form of a disk and creates a reciprocating movement to the plungers 3. This provides a minimum lateral force of the plungers and a minimum dynamic load with the minimum dimensions of the crank compared to the connecting rod mechanism. For example, with a disk radius of 250 mm and an eccentricity of 100 mm, the lateral force is F _t = F⋅sin (100 / (2π⋅250)) = 0.064⋅F, where F is the axial force of the plunger. To reduce lateral force to the same value, the FELUWAPmnpenGmbH piston pump must have a connecting rod 1571 mm long with a crank length of 100 mm.

Опоры 14 (см. фиг. 2 и фиг. 4), выполнены с возможностью перемещаться по цилиндрической поверхности кривошипа 13 без отрыва при вытягивании плунжеров 3 (см. фиг. 1 и фиг. 2) из цилиндров 2. Кривошип 13 приводится во вращение валом 16. Все детали насоса размещены в обойме 17, закрытой крышками 18 и 19.The supports 14 (see Fig. 2 and Fig. 4) are made with the ability to move along the cylindrical surface of the crank 13 without tearing when pulling the plungers 3 (see Fig. 1 and Fig. 2) from the cylinders 2. The crank 13 is rotated by a shaft 16. All pump parts are housed in a ferrule 17 closed by covers 18 and 19.

Плунжерный насос вместо впускных 5 и выпускных 6 клапанов может быть снабжен гидрораспределителем 20 (см. фиг. 5 и фиг. 6), действующим по принципу гидрораспределителей аксиально-поршневых насосов. Гидрораспределитель 20 установлен на валу 16, так же как и кривошип 13, и вращается синхронно с ним. Гидрораспределитель 20 снабжен механизмом снижения осевой силы, выполненным в виде двух отверстий 21 и 22 (см. фиг. 7 и фиг. 8), сообщающими напорную и всасывающую полости гидрораспределителя 20. Эластичные диафрагмы 7 могут быть выполнены в виде стаканов и встроены в гидроцилиндры 2 (см. фиг. 5 и фиг. 6).Instead of the inlet 5 and outlet 6 valves, the plunger pump can be equipped with a directional control valve 20 (see FIG. 5 and FIG. 6), operating on the principle of axial-piston pump directional control valves. The valve 20 is mounted on the shaft 16, as well as the crank 13, and rotates synchronously with it. The valve 20 is equipped with a mechanism for reducing axial force, made in the form of two holes 21 and 22 (see Fig. 7 and Fig. 8), reporting pressure and suction cavity of the valve 20. The elastic diaphragm 7 can be made in the form of glasses and are integrated into the hydraulic cylinders 2 (see Fig. 5 and Fig. 6).

Работает плунжерный насос следующим образом: при повороте кривошипа 13, как показано на фиг. 1 и фиг. 2, часть плунжеров 3 вытягивается из цилиндров 2 кривошипом 13, а другая часть плунжеров 3 вталкивается в цилиндры 2. При вытягивании плунжеров 3 смазка 11 (показана мелкими стрелками) в каналах 4 освобождает диафрагмы 7 и перекачиваемая жидкость 8 (показана крупными стрелками) из всасывающего патрубка 15 через всасывающие клапаны 5 заполняет диафрагмы 7. При этом полости цилиндров 2 и плунжеров 3 пополняются смазкой 11 из масляной ванны 9 через каналы 10 (см. фиг. 3). При вталкивании плунжеров 3 (см. фиг. 1 и фиг. 2) в цилиндры 2 кривошипом 13 каналы 10 (см. фиг. 3) перекрываются и смазка 11 (см. фиг. 1) (показана мелкими стрелками) в каналах 4 сдавливает диафрагмы 7, вытесняя жидкость 8 (показана крупными стрелками) через выпускной клапан 6 и патрубок 12.The plunger pump operates as follows: when turning the crank 13, as shown in FIG. 1 and FIG. 2, part of the plungers 3 is pulled out of the cylinders 2 by a crank 13, and the other part of the plungers 3 is pushed into the cylinders 2. When pulling the plungers 3, lubricant 11 (shown by small arrows) in the channels 4 releases the diaphragms 7 and the pumped liquid 8 (shown by large arrows) from the suction the pipe 15 through the suction valves 5 fills the diaphragm 7. In this case, the cavities of the cylinders 2 and plungers 3 are replenished with grease 11 from the oil bath 9 through the channels 10 (see Fig. 3). When pushing the plungers 3 (see Fig. 1 and Fig. 2) into the cylinders 2 with a crank 13, the channels 10 (see Fig. 3) overlap and the lubricant 11 (see Fig. 1) (shown by small arrows) in the channels 4 compresses the diaphragms 7, displacing fluid 8 (shown by large arrows) through the exhaust valve 6 and the pipe 12.

Работа плунжерного насоса с гидрораспределителем 20 (см. фиг. 5 и фиг. 6) осуществляется аналогичным образом за исключением того, что перекачиваемая жидкость 8 поступает в насос и выходит из него через гидрораспределитель 20. При выходе из гидрораспределителя 20 жидкость 8 давит на его стенки и тем самым создает осевую силу. Для снижения осевой силы в напорной полости гидрораспределителя 20 выполнено дроссельное отверстие 21 (см. фиг. 7), а во всасывающей полости выполнено дроссельное отверстие 22 (см. фиг. 8). При перетекании жидкости 8 из отверстия 21 в отверстие 22 создается давление в полости между крышкой 19 (см. фиг. 5) и наружной стенкой гидрораспределителя 20. Это давление компенсирует осевую силу.The operation of the plunger pump with a control valve 20 (see. Fig. 5 and Fig. 6) is carried out in a similar manner except that the pumped fluid 8 enters and exits the pump through the control valve 20. When leaving the control valve 20, the fluid 8 presses on its walls and thereby creates axial force. To reduce the axial force in the pressure cavity of the control valve 20, a throttle hole 21 is made (see Fig. 7), and a throttle hole 22 is made in the suction cavity (see Fig. 8). When the fluid 8 flows from the hole 21 to the hole 22, a pressure is created in the cavity between the cover 19 (see Fig. 5) and the outer wall of the valve 20. This pressure compensates for the axial force.

Таким образом, изобретение позволяет получить технический результат, выражающийся в упрощении конструкции, снижении динамических нагрузок и повышении надежности плунжерных насосов.Thus, the invention allows to obtain a technical result, expressed in simplifying the design, reducing dynamic loads and improving the reliability of plunger pumps.

Claims (4)

1. Плунжерный насос, содержащий корпус с плунжерными парами, каждая из которых изолирована от перекачиваемой жидкости эластичной диафрагмой, и вал с кривошипами, выполненными в виде диска, отличающийся тем, что сжатие каждой диафрагмы осуществляется посредством единственного кривошипа, который связан с радиально расположенными плунжерами посредством их опор с возможностью перемещения последних по цилиндрической поверхности кривошипа без отрыва, а каждый из плунжеров снабжен по меньшей мере одним каналом, сообщающим полость его цилиндра в момент всасывания с масляной ванной насоса.1. A plunger pump comprising a housing with plunger couples, each of which is isolated from the pumped liquid by an elastic diaphragm, and a shaft with cranks made in the form of a disk, characterized in that the compression of each diaphragm is carried out by means of a single crank, which is connected to the radially located plungers by their supports with the ability to move the latter along the cylindrical surface of the crank without tearing off, and each of the plungers is equipped with at least one channel communicating the cavity of its cylinder ra at the time of absorption with the oil bath of the pump. 2. Плунжерный насос по п. 1, отличающийся тем, что он снабжен гидрораспределителем.2. The plunger pump according to claim 1, characterized in that it is equipped with a hydraulic distributor. 3. Плунжерный насос по п. 2, отличающийся тем, что гидрораспределитель снабжен устройством для снижения осевой силы.3. The plunger pump according to claim 2, characterized in that the valve is equipped with a device to reduce axial force. 4. Плунжерный насос по п. 1, отличающийся тем, что эластичная диафрагма выполнена многослойной.4. The plunger pump according to claim 1, characterized in that the elastic diaphragm is multilayer.

Images