CZ307543B6 - Pístové čerpadlo pro kapaliny, zvláště pro viskóznější a pastovitá média - Google Patents

Abstract

Pístové čerpadlo (1) pro kapaliny, zvláště pro viskóznější a pastovitá média, obsahuje alespoň jednu pracovní pístovou jednotku, jejíž pracovní píst (102) je spojený s pístnicí (101) diferenciálního válce. Tento pracovní píst je posuvně uložený ve válci (10) a jeho pracovní komora (12) je propojena s plnicím kanálem (121) a výtlačným kanálem (122). Diferenciální válec se skládá z diferenciálního pístu (102-101) posuvně uloženého ve válci (10), který definuje dvojici vzájemně protilehlých ovládacích prostor (13, 14). Tyto ovládací prostory (13, 14) jsou napojeny prostřednictvím ovládacích kanálů (131, 141) na hydrogenerátor střídavého tlaku (21). Přečerpáním alespoň části pracovního média z jednoho ovládacího prostoru (13, 14) do druhého je vyvolán tlakový spád, který uvede píst (102) do pohybu. Vhodným směrem běhu hydrogenerátoru (21) se píst (102) posouvá požadovaným směrem pohybu.

Description

Pístové čerpadlo pro kapaliny, zvláště pro viskóznější a pastovitá média

Oblast techniky

Pístová čerpadla zařazujeme do kategorie hnaných pístových strojů pro dopravu tekutých médií a pro zvýšení jejich tlaku, používají se zpravidla pro menší objemové průtoky. V hydraulice je nazýváme jako hydrogenerátor, v pneumatice jako kompresor. Jedná se o mechanický stroj poháněný zpravidla jiným strojem - motorem. Médiu, které skrz něj protéká, dodává kinetickou a tlakovou energii. Pístové čerpadlo periodicky přeměňuje energii pohybujícího se pístu na kinetickou a tlakovou energii média, které skrz něj protéká.

Pístové čerpadlo chápeme jako soustrojí složené z mechanismu generujícího přímočarý vratný pohyb jednoho nebo více pístů a mechanismu přeměňujícího pohybovou energii tohoto jednoho nebo více pístů na tlakovou a kinetickou energii, předávanou dopravovanému médiu.

Dosavadní stav techniky

Z hlediska principu práce se pístová čerpadla rozdělují na jednočinná (pracovní komora je pouze na jedné straně pracovního pístu), dvojčinná (pracovní komora z obou stran pracovního pístu), diferenciální (druhý zdvih pístu je částečně pracovní) a zdvižná. Funkce pístového čerpadla je založena na principu vyrovnávání tlakového spádu v pracovní komoře, kdy tekuté médium je uváděno do pohybu ve směru od vyššího tlaku k nižšímu tlaku. Tlakový spád mezi vstupem do pracovní komory, a čelem pracovního pístu vyvolává sací zdvih tohoto pístu, naopak při výtlačném zdvihu pracovního pístu je médium z pracovní komory vytlačováno.

Mezi pístová čerpadla zařazujeme i jejich modifikace, jako např. axiální a radiální rotační pístová čerpadla, která pracují na principu postupného vratného zdvihu několika malých, paralelně uspořádaných rotujících pístů, membránová čerpadla, nebo i multiplikátor, přidávající tlakovou energii médiu, které skrz něj protéká.

Přímočarý vratný pohyb pístu je u pístových čerpadel nejčastěji generován elektromotorickým mechanismem s excentrickým hřídelem, nebo mechanismem ovládaným stlačeným vzduchem (pneumatickým válcem). Existují i další způsoby, jako např. ruční mechanismus nebo lineární elektromotor, těmi se ale v dalším nebudeme zabývat, neboť nejsou z pohledu vynálezu významné. Z pohledu vynálezu nejsou významné, mimo multiplikátoru, ani výše uvedené modifikace pístového čerpadla.

Multiplikátor, rovněž jako běžné pístové čerpadlo, v sobě obsahuje mechanismus udělující pracovnímu pístu přímočarý vratný pohyb, svojí funkcí nejvíce připomíná pístové čerpadlo poháněné stlačeným vzduchem. U multiplikátoru je výtlačný zdvih pracovního pístu ovládán tlakem média, přiváděného z externího zdroje do ovládacího prostoru pneumatického nebo hydraulického ovládacího válce, vratný (sací) zdvih je ovládán pružinou. Pracovním pístem multiplikátoru je zpravidla přímo pístnice ovládacího pneumatického nebo hydraulického válce. Stávající multiplikátory využívají pro svou funkci, vedle přívodu již natlakovaného dopravovaného média z primárního zdroje, zpravidla 4/2 rozvaděče pro ovládání mechanismu udělujícího pohyb pracovnímu pístu. Charakteristické pro multiplikátor je, že nejprve předá dopravovanému médiu pohybovou energii média vstupujícího do jeho pracovní pístové jednotky, tj. veškeré přiváděné médium posunuje dále bez pohybu pracovního pístu, a teprve až v okamžiku, kdy dojde k rovnováze tlaku média přiváděného do jeho pracovní pístové jednotky s hydraulickým tlakovým odporem připojeného výstupního potrubí, bránící výstupu dopravovaného média z pracovní pístové jednotky, začne přeměňovat (zesilovat) tlakovou energii média přiváděného do mechanismu ovládajícího pohyb pracovního pístu na vyšší tlak média nacházejícího se v pracovní komoře jeho pracovní pístové jednotky.

- 1 CZ 307543 B6

Jak bylo výše naznačeno, pístové čerpadlo i multiplikátor chápeme jako soustrojí složené z jedné nebo více pracovních pístových jednotek (pracovního hydraulického válce) a mechanismu, který generuje přímočarý vratný pohyb pracovního pístu této jedné/ nebo více pracovních pístových jednotek. Vlastní pracovní pístovou jednotku přitom chápeme jako válec s posuvně uloženým pracovním pístem, jehož čelo tvoří spolu s tímto válcem pracovní komoru, vhodně propojenou se vstupem a výstupem dopravovaného média. Pro názornost ji můžeme přirovnat k pumpičce na kolo. Pokud má pracovní píst dvě pracovní čela, vytváří spolu s válcem dvě protilehlé pracovní pístové jednotky.

Plnění pracovní pístové jednotky pístového čerpadla (i multiplikátoru) dopravovaným médiem je založeno na principu tlakového spádu mezi jejím vstupem a výstupem, kdy je kapalina nebo jiná látka uváděna do pohybu směrem od vyššího tlaku k nižšímu tlaku. Tlakový spád je přitom vyvoláván vratným pohybem pracovního pístu, kdy je vznikající podtlak v pracovní komoře vyrovnáván s přetlakem na vstupu. U čerpadel má dopravované médium na straně vstupu atmosférický tlak, zatímco do multiplikátoru je dopravované médium přiváděno z primárního zdroje přetlakem. Při každém dvoj-zdvihu pracovního pístu dochází v pracovní komoře k naplnění a následnému vytlačení určitého objemu dopravovaného média. Multiplikátor můžeme zjednodušeně považovat za přetlakově plněné pístové čerpadlo, které využívá multiplikační schopnosti mechanismu ovládajícího obousměrný pohyb pracovního pístu.

V hydraulických obvodech a obvodech centrálních ztrátových mazacích systémů používáme pístová čerpadla jako zdroj tlaku, a to zvláště v případech, kdy pracovním médiem je viskóznější olej nebo plastické mazivo. Multiplikátory, jakožto modifikace pístových čerpadel, se využívají tam, kde určitá část hydraulického systému vyžaduje značně vyšší tlak, než je primárně k dispozici (např. upínací funkce), v mazacích systémech se z ekonomických důvodů běžně nepoužívají.

Za hydraulický obvod se považuje seskupení hydraulických a jiných prvků, zajišťujících požadovanou funkci hydraulického mechanismu, tj. přenos energie mezi hnacím a hnaným (ovládaným) členem, zatímco obvodem centrálních ztrátových mazacích systémů se potom rozumí sestava hydraulických a jiných prvků, jenž má za úkol zajišťovat prostřednictvím rozdělovačů nebo dávkovačů dopravu malých množství maziva do mazaných míst. Mazací obvod chápeme jako zvláštní druh hydraulického obvodu, kde spotřebičem není hydromotor, ale rozdělovač maziva nebo dávkovač.

Z pohledu použitého média je mezi běžným hydraulickým obvodem a obvodem centrálních ztrátových mazacích systémů rozdíl v konzistenci tohoto média. V hydraulických obvodech používáme zpravidla řídké hydraulické oleje, zatímco v mazacích systémech mazací oleje a plastická maziva. Pro mazání viskóznějšími oleji a plastickými mazivy s konzistentní třídou do NLGI-2 (dle DIN 51818) používáme systémy s progresivními rozdělovači, kde zdrojem tlaku jsou mazací přístroje, např. typ PMP dodávaný firmou TriboTec, nebo pro konzistentnější maziva s konzistentní třídou do NLGI-3 jsou používány systémy s dvoupotrubními dávkovači, kde zdrojem tlaku jsou výkonnější mazací přístroje, např. typ Z2 rovněž od firmy TriboTec.

Oba typy uvedených mazacích přístrojů obsahují jednu nebo více pracovních pístových jednotek, jejichž pracovní píst je poháněn excentrickým hřídelem, přičemž při vysouvání tohoto pístu z válce vzniká v pracovní komoře podtlak a naopak při jeho zasouvání přetlak. Výtlačný kanál těchto pracovních pístových jednotek je z pracovní komory vyústěn v místě horní úvrati pracovního pístu, sací (plnicí) kanál je pak do pracovní komory zaústěn v dolní úvrati pracovního pístu. Výtlačný kanál je ukončen jednosměrným výstupním ventilem, sací kanál je otevírán a uzavírán přímo pístem, který má v tomto případě také funkci šoupátka.

Obdobné uspořádání mají i mazací přístroje nabízené jinými dodavateli, a to i mazací přístroje ovládané stlačeným vzduchem. Pracovní pístová jednotka se u nich vždy skládá z pracovního

-2CZ 307543 B6 pístu posuvně uloženého ve válci, sací kanál je do pracovní komory zaústěn zpravidla v dolní úvrati pracovního pístu a výtlačný kanál vyústěn z pracovní komory v horní úvrati pracovního pístu, na výstupu z této pracovní pístové jednotky je umístěn zpětný ventil. Mezi sebou se v podstatě tyto přístroje liší jen v počtu pracovních pístových jednotek a ve způsobu pohonu pracovního pístu (excentrický hřídel/pneumatický nebo hydraulický válec) a v otázce výkonu, tj. součinu objemového průtoku a hodnoty pracovního tlaku.

Všem doposud známým pístovým čerpadlům používaných v centrálních ztrátových mazacích systémech je společný stejný princip funkce, totiž že podtlakem vytvořeným pístem v pracovní komoře dojde k nasátí určitého objemu maziva s atmosférickým tlakem a výtlačným pohybem pracovního pístu dojde k natlakování tohoto objemu maziva a jeho následnému vytlačení z pracovní komory. Vystupující mazivo je schopno překonat značně vysoké protitlaky připojeného potrubí, řádově až několik set barů. Pracovní cyklus těchto pístových čerpadel se tedy skládá ze sací (plnicí) a výtlačné fáze jednotlivých pracovních pístových jednotek.

Samonasávací schopnost pracovní pístové jednotky je značně závislá na viskozitě dopravovaného média a na rychlosti jejího plnění. Objemový průtok je u viskóznějších olejů a plastických maziv tedy omezen kritériem rychlosti plnění pracovní komory, dalším kritériem omezujícím objemový průtok je u elektromotorického pohonu velikost zdvihu pracovního pístu. Ten je nutno volit s ohledem na zástavbový prostor excentrického hřídele, který je používán nejčastěji. Z celkového zdvihu pracovního pístu je navíc nutno odečíst úsek nezbytný pro překrývání a zakrývání sacího kanálu. Výsledkem je pak značně malý objemový průtok, řádově jen několik jednotek až desítek cm³/min., u nej výkonnějších mazacích přístrojů s příkonem motoru 750 W je to až 400 cm³/min.

Podstata vynálezu

Podstatnou myšlenkou při návrhu pístového čerpadla pro dopravu a tlakování médií podle vynálezu je eliminace kritéria rychlosti plnění pracovní komory a eliminace kritéria velikosti zdvihu, uvedených v předchozí kapitole nazvané „Dosavadní stav techniky”. Z pohledu prvního kritéria omezujícího rychlost plnění pracovní komory je vhodná změna plnění ze sání na přetlakové plnění a z pohledu druhého kritéria omezujícího velikost zdvihu je namístě upustit od excentrického mechanizmu pro přeměnu rotačního pohybu elektromotoru na přímočarý vratný pohyb. Řešení tohoto technického problému nejspíše spočívá v ’’inovaci” multiplikátoru.

Pokud se v soustrojí multiplikátoru, resp. jeho pohonu, podaří upravit mechanismus generujícího pohyb pracovního pístu tak, aby mohl být poháněn tlakem média v obou jeho směrech, např. zubovým čerpadlem, můžeme potom tímto čerpadlem nejen ovládat pohyb pracovního pístu, ale i přetlakově plnit pracovní komoru tohoto multiplikátoru. Tlak média vyvinutý uvažovaným zubovým čerpadlem může být relativně nízký, neboť mechanismus ovládající pohyb pracovního pístu je schopen ho zesílit svým multiplikačním účinkem.

Pro ovládání pohybu pístu, jehož pístnice může být přímo pracovním pístem (plunžrem), se výhodně nabízí známé řešení pro řízení pohybu přímočarého hydromotoru, zapojeného do tzv. uzavřeného hydraulického obvodu, viz www.isstvm.cz/sites/default/files/stranka/307...

Pokud prostřednictvím zubového čerpadla vyvodíme tlakový spád mezi ovládacími prostory pro pohyb pístu, uvedeme tento píst do pohybu ve směru od zvyšujícího se tlaku ke klesajícímu tlaku. Pohyb pístu se ’’snaží” vyrovnávat vznikající tlakový spád, tj. uvést soustavu do rovnováhy.

Výhodou předloženého řešení podle myšlenky vynálezu je, že je schopno značně eliminovat kritérium rychlosti plnění pracovní komory i kritérium omezující zdvih pracovního pístu pístových čerpadel. Navíc umožní rozšířit využití multiplikátorů i pro hydraulické obvody pracující s viskóznějšími médii.

-3 CZ 307543 B6

Objasnění výkresů

Obr. la a obr. 1b znázorňují dvojčinné pístové čerpadlo ovládané zubovým čerpadlem podle vynálezu, napájené dopravovaným médiem pod atmosférickým tlakem, ve dvou pracovních pozicích.

Obr. 2a a obr. 2b znázorňují jednočinné čerpadlo ovládané zubovým čerpadlem podle vynálezu, napájené dopravovaným médiem přetlakem ovládacího čerpadla, ve dvou pracovních pozicích.

Obr. 3a a obr. 3b znázorňují dvojčinné pístové čerpadlo ovládané zubovým čerpadlem podle vynálezu, zapojené do dvoupotrubního obvodu centrálního ztrátového mazacího systému, napájené dopravovaným mazivem z centrálního zdroje tlaku, ve dvou pracovních pozicích.

Obr. 4a a obr. 4b znázorňují jednočinné pístové čerpadlo podle vynálezu, zapojené spolu s ovládacím zubovým čerpadlem do obvodu dvoupotrubního centrálního ztrátového mazacího systému, napájené dopravovaným mazivem z centrálního zdroje tlaku, ve dvou pracovních pozicích.

Obr. 5a znázorňuje jiné provedení dvojčinného pístového čerpadla ovládaného zubovým čerpadlem podle vynálezu, napájeného dopravovaným médiem pod atmosférickým tlakem, v jedné pracovní pozici.

Obr. 5b znázorňuje dvojčinné pístové čerpadlo ovládané zubovým čerpadlem podle předchozího obr. 5a, napájené dopravovaným médiem z centrálního zdroje tlaku, v druhé pracovní pozici.

Příklady uskutečnění vynálezu

Na obr. la a obr. 1b je schematicky zobrazeno dvojčinné pístové čerpadlo 1 pro dopravu a tlakování médií, spojené prostřednictvím dvojice vedení 23 se zubovým čerpadlem 21 a dvojice přívodního vedení 34 s nádrží 31 dopravovaného média.

V tvarově odstupňovaném pracovním válci 10 je posuvně uložen píst 102 s oboustrannou pístnicí 101, přičemž tato oboustranná pístnice výhodně vykonává funkci dvou protilehlých pracovních pístů - plunžrů 101. Čela těchto protilehlých pístů 101 vytváří spolu s tvarově odstupňovaným pracovním válcem 10 dvě protilehlé, objemově stejně velké pracovní komory 12, píst 102 spolu s pístnicemi 101 pak dvě protilehlé, objemově stejně velké ovládací prostory ve tvaru dutého válce 13.

Společný píst 102 s oboustrannou pístnicí 101 je uváděn do pohybu tlakovým spádem mezi pravým a levým ovládacím prostorem 13, vznikajícím následkem přečerpávání média zubovým čerpadlem 21 z pravého ovládacího prostoru do levého ovládacího prostoru a naopak, a to směrem od zvyšujícího se tlaku ke snižujícímu se tlaku. Doplňovací ventily 133 umožňují doplňování úbytku ovládacího média z ovládacích prostor vlivem vnitřních netěsností, v opačném směru tyto ventily naopak zabraňují nežádoucímu úniku tlaku z hydraulického obvodu, ovládajícího pohyb pístu 102 s oboustrannou pístnicí 101.

V zobrazeném příkladu se uzavřený hydraulický obvod, ovládající pohyb pístu 102, resp. pracovních pístů 101, skládá ze zubového čerpadla 21, dvojice vedení 23, dvojice ovládacích kanálů 131, dvojice ovládacích prostorů 13 a vlastního pístu 102 s oboustrannou pístnicí 101.

Do pracovních komor 12 pracovních pístových jednotek jsou v místě dolních úvrati pracovních pístů zaústěny plnicí kanály 121, které spolu s přívodním vedením 34 spojují tyto prostory s nádrží 31 dopravovaného média, a v místě horních úvrati pracovních pístů jsou vyústěny výtlačné

-4CZ 307543 B6 kanály 122, spojující tyto prostory s výstupem z pracovní pístové jednotky. Do pracovních komor 12 pracovních pístových jednotek je střídavě nasáváno dopravované médium z nádrže 31, a to prostřednictvím plnicích kanálů 121. výtlačné ventily 124 na výstupu z dávkovačích komor pak zabraňují zpětnému pohybu (sání) média vytlačeného z těchto pracovních komor při předchozí výtlačné fázi. Ve fázi naplňování pracovní komory 12 jedné pracovní pístové jednotky je přitom z pracovní komory 12 protilehlé pracovní jednotky, prostřednictvím výtlačného kanálu 122 a výtlačného ventilu 124, dopravované médium z této protilehlé pracovní pístové jednotky vytlačováno.

Z pohledu terminologie se mechanismus tohoto dvojčinného pístového čerpadla skládá z dvojice protilehlých pracovních pístových jednotek 10-101-12-121-122, spřažených s hydromotorem ovládajícím pohyb jejich pracovních pístů 10-102-101-13-131.

Směr otáčení zubového čerpadla 21 měníme v závislosti na poloze pracovních pístů 101, tj. vždy když tento píst dosáhne jedné z krajních poloh, tj. horní nebo dolní úvrati. Pracovní cyklus pístového čerpadla se skládá z fáze plnění jedné pracovní komory 12 dopravovaným médiem a fáze následného vytlačení tohoto média z této pracovní komory, u protilehlé pracovní komory 12 je tomu právě naopak. Tento cyklus periodicky opakujeme tak dlouho, jak je potřeba - zpravidla než docílíme potřebný pracovní tlak v připojeném (nezobrazeném) hydromotoru nebo dávkovači.

Na obr. la se pístové čerpadlo nachází v pracovní pozici (okamžiku), kdy levá pracovní komora 12 je právě naplněna novou dávkou dopravovaného média V12 a z pravé pracovní komory 12 je právě ukončeno vytlačování stejně velké dávky V12 dopravovaného média.

Na obr. 1b je tomu naopak, naplněna novou dávkou dopravovaného média V12 je pravá pracovní komora 12 a přitom z levé pracovní komory 12 je právě ukončeno vytlačování stejně velké dávky V12 dopravovaného média.

Na Obr. 2a a obr. 2b je schematicky zobrazeno jednočinné pístové čerpadlo pro dopravu a tlakování médií, spojené prostřednictvím dvojice vedení 23 se zubovým čerpadlem 21 a dvojice přívodního vedení 34 s nádrží 31 dopravovaného média.

V tvarově odstupňovaném pracovním válci 10 je posuvně uložen píst 102. jehož jednostranná pístnice výhodně vykonává funkci pracovního pístu 101. Čelo tohoto pracovního pístu 101 vytváří spolu s tvarově odstupňovaným pracovním válcem 10 jednu pracovní komoru 12 a píst 102 spolu s jednostrannou pístnicí dva protilehlé, objemově různě velké ovládací prostory 13 a 14.

Uspořádání pístového čerpadla je obdobné jako u předchozího příkladu uvedeného na obr. la a obr. 1b, rovněž označení jednotlivých prvků je obdobné. Rozdíl je v tom, že píst 102 je opatřen jen jednou pístnicí 101, tedy že pístové čerpadlo obsahuje jen jednu pracovní pístovou jednotku, že ovládací prostory 13 a 14 se liší svým zdvihovým objemem a že plnicí kanál 121 je do pracovní komory 12 zaústěn v horní úvrati pracovního pístu.

Pracovní komora 12 je dopravovaným médiem plněna prostřednictvím zubového čerpadla 21, tedy přetlakově. Přímočarý vratný pohyb pracovního pístu 101 je generován neuzavřeným hydraulickým obvodem, vyvolávajícím tlakový spád mezi ovládacími prostory 13 a 14. Tento ovládací obvod se skládá ze zubového čerpadla 21, dvojice vedení 23, ovládacích kanálů 131 a 141, uvedených ovládacích komor 13 a 14 a pístu 102 s jednostrannou pístnicí 101, doplňovací ventily 133 a 143 přitom umožňují doplňovat úbytek ovládacího média z ovládacích prostorů J_3, 14, ve druhém směru naopak zabraňují úniku tlaku z tohoto ovládacího obvodu.

Z pohledu terminologie se mechanismus tohoto jednočinného pístového čerpadla skládá z pracovní pístové jednotky 10-101—12-121-122, spřažené s dvojčinným hydromotorem ovládajícím pohyb pracovního pístu 10-102-101-13-14-131-141.

-5CZ 307543 B6

Pracovní cyklus tohoto pístového čerpadla se skládá z fáze plnění pracovní komory 12 dopravovaným médiem a fáze následného vytlačení tohoto média V12 z této pracovní komory. Pro změnu z plnicí fáze na výtlačnou fázi a naopak měníme směr otáčení zubového čerpadla 21, a to výhodně v rámci prvního cyklu při přechodu z plnicí fáze na výtlačnou fázi v závislosti na hodnotě tlaku na výstupu z čerpadla, v ostatních případech pak v závislosti na poloze pracovního pístu 101, kdy se tento píst nachází v dolní nebo horní úvrati, nebo v časových intervalech. Tento cyklus periodicky opakujeme tak dlouho, jak je potřeba - zpravidla než docílíme potřebný pracovní tlak v připojeném (nezobrazeném) hydromotoru (upínací) nebo dávkovači. Čím větší bude mít pracovní komora 12 zdvihový objem, tím menší bude zapotřebí počet cyklů. V optimálním případě bude zapotřebí provést jen jeden cyklus.

Na obr. 2a se pístové čerpadlo nachází v pracovní pozici (okamžiku), kdy je plnění pracovní komory 12 novou dávkou V12 dopravovaného média právě ukončeno. Na základě bilančního vztahu zdvihových objemů V14=V13+V12 byl průběžně tlakový spád při přemisťování média V14 z ovládacího prostoru 14 do protilehlého ovládacího prostoru 13 a pracovní komory 12 vyrovnáván, a to až do okamžiku, kdy se pracovní píst 101 přesunul doprava do své dolní úvrati.

Pokud je hydraulický odpor (protitlak) připojeného (nezobrazeného) potrubí, bránící výstupu dopravovaného média z pracovní komory 12 (působící v místě výstupu z pracovní pístové jednotky), nižší než tlak pl3_mav, který je schopné vyvinout zubové čerpadlo 21, ponecháme po tuto dobu zubové čerpadlo 21 ještě v chodu, aby předávalo médiu V0 nasávaného z nádrže 31 svoji tlakovou a kinetickou energii. Mazivo V0 tak protéká pracovní komorou 12 směrem k nezobrazenému spotřebiči, a to až do okamžiku, než se zvýší protitlak působící proti vytlačení tohoto média z pracovní komory ]_2.

Na obr. 2b se pístové čerpadlo nachází v pozici, kdy se pracovní píst 101 právě přesunul do své levé horní úvrati a ukončil vytlačování natlakovaného média V12 z pracovní komory 12 do výtlačného kanálu 122, resp. do výstupu z pracovní pístové jednotky, kde je umístěn i výtlačný ventil 124. Sací ventil 123 zabraňuje nežádoucímu úniku tlaku z pracovní komory 12 do hydraulického obvodu ovládajícího pohyb pracovního pístu.

Pokud pomineme vnitřní tlakové ztráty pístového čerpadla, platí pro max. výstupní tlak z pracovní komory multiplikační vztah pl2,_nax=pl4(D²-d²)/d², kde p!4 je tlak v ovládací komoře 14, D je průměr většího pístu 102 a d je průměr pracovního pístu 101.

Na obr. 3a a obr. 3b je schematicky znázorněno provedení dvojčinného pístového čerpadla spojeného se zubovým čerpadlem 21, zapojeného do mazacího obvodu spolu se skupinou čtyř dvoupotrubních dávkovačů 41 (v provedení podle čs. patentu 305091), ve dvou pracovních pozicích.

Mazací obvod je prostřednictvím dvojice přívodního vedení 34 připojen k centrálnímu tlakovému rozvodu maziva 32, 33. Obdobně jako pístové čerpadlo podle tohoto vynálezu má i mazací obvod svůj pracovní cyklus, ten se skládá z fáze plnění maziva do dávkovačích komor dvoupotrubních dávkovačů 41 a z fáze vytlačení tohoto maziva o celkovém objemu ΣΥ41 ze všech těchto dávkovačích komor všech dávkovačů 44, a to směrem k nezobrazeným mazacím místům. Mazací obvod tedy obsahuje dva okruhy, jeden plnicí = vedení 411 připojené k pracovní komoře 12 levé pracovní pístové jednotky, dvoupotrubní dávkovače 44, přepouštěcí ventil 444 a vedení 442 připojené k pracovní komoře 12 pravé pracovní pístové jednotky, a druhý okruh výtlačný = vedení 412 připojené k pracovní komoře 12 pravé pracovní pístové jednotky, dvoupotrubní dávkovače 44, přepouštěcí ventil 413 a vedení 411 připojené k pracovní komoře 12 levé pracovní pístové jednotky. Prostřednictvím tohoto mazacího obvodu jsou pracovní komory 12 obou pracovních pístových jednotek propojeny, výtlačné ventily 124, použité v obou předchozích příkladech podle obr. 1 a obr. 2, u tohoto provedení záměrně chybí (jsou nahrazeny přepouštěcími ventily 413. 414).

-6CZ 307543 B6

V průběhu plnicí fáze pracovní komory 12 levé pracovní pístové jednotky je z protilehlé pravé pracovní pístové jednotky vytlačena dávka maziva o objemu V12 do výtlačného okruhu mazacího obvodu, ze všech dávkovačích komor všech dvoupotrubních dávkovačů 41 je přitom vytlačena do jednotlivých (nezobrazených) mazacích míst dávka maziva o celkovém objemu ΣΥ41, a prostřednictvím vedení 411 je do pracovní komory 12 levé pracovní pístové jednotky ’’natlačen’’ zbytek dávky V12, snížen o ’’ztracené’’ množství maziva ΣΥ41. Výtlačný okruh mazacího obvodu je tedy ztrátový, do levé pracovní pístové jednotky se nevrátila celá dávka maziva V12, která byla při této fázi vytlačena z protilehlé pravé pracovní pístové jednotky.

Naproti tomu plnicí okruh mazacího obvodu je uzavřen, do pravé pracovní pístové jednotky je při jejím plnění přemístěn prostřednictvím připojeného vedení 412 stejný objem maziva V12, který byl při této fázi vytlačen z protilehlé levé pracovní pístové jednotky. Pravá pracovní pístová jednotka tedy nepotřebuje pro své naplnění (doplnění) plnicí kanál 121 ani sací ventil 123.

Podobně jako v předchozích příkladech provedení vynálezu se pístové čerpadlo skládá ze dvou protilehlých pracovních pístových jednotek a mechanismu generujícího podélný vratný pohyb pístu 102 s oboustrannou pístnici 101, posuvně uloženého v tvarově osazeném pracovním válci 10. Spolu s tímto tvarově osazeným pracovním válcem 10 vytváří oboustranná pístnice 101 dvojici protilehlých pracovních komor 12 se stejně velkým zdvihovým objemem a píst 102 s oboustrannou pístnici dvojici protilehlých ovládacích prostorů J_3, rovněž se stejně velkým zdvihovým objemem.

Píst 102 s oboustrannou pístnici 101 je uváděn do pohybu tlakovým spádem mezi dvojicí ovládacích prostorů 13, a to ve směru od zvyšujícího se tlaku ke snižujícímu se tlaku. Tento tlakový spád vzniká následkem přečerpávání maziva o zdvihovém objemu V13 z pravého ovládacího prostoru do protilehlého levého ovládacího prostoru a naopak, a to prostřednictvím zubového čerpadla 21. Doplňovací ventily 133 přitom umožňují doplňování úbytku ovládacího maziva z ovládacích prostorů vlivem vnitřních netěsností, ve druhém směru naopak zabraňují nežádoucímu zpětnému pohybu maziva z hydraulického obvodu ovládajícího pohyb pracovních pístů, jenž se skládá se ze zubového čerpadla 21, dvojice vedení 23, ovládacích kanálů 131, dvojice ovládacích prostorů 13 a pístu 102 s oboustrannou pístnici 101.

Vedle funkce ovládání pohybu pístu 102 s oboustrannou pístnici 101 má zubové čerpadlo 21 i funkci přetlakového doplňování levé pracovní komory 12 novým mazivem z centrálního zdroje tlakového maziva 32. Za tím účelem je do příslušné pracovní komory 12, v místě horní úvrati pístu, zaústěn plnicí kanál J_2J_. Kanály 122, vyústěné z pracovních komor Γ2, mají v tomto případě sdruženou funkci výtlačného a plnicího kanálu z (do) pracovní komory 12. Sací ventil 123 zabraňuje úniku tlaku z levé pracovní komory 12 směrem do hydraulického obvodu ovládajícího pohyb pracovních pístů. U pracovní komory 12 pravé pracovní pístové jednotky záměrně chybí plnicí kanál 121 ve směru od zubového čerpadla 21 i sací ventil 123, neboť, jak bylo uvedeno, plnicí okruh mazacího obvodu tvoří spolu s čerpadlem uzavřený hydraulický odvod.

Z pohledu terminologie se mechanismus pístového čerpadla skládá z dvojice protilehlých pracovních pístových jednotek 10-101-12-122, spřažených s jedním hydromotorem ovládajícím pohyb jejich pracovních pístů 10-102-101-13-131.

Směr otáčení zubového čerpadla 21 měníme v závislosti na poloze pracovních pístů 101, tj. vždy když tento píst dosáhne jedné z krajních poloh, tj. horní nebo dolní úvrati. Pracovní cyklus pístového čerpadla se skládá z fáze plnění příslušné pracovní komory 12 mazivem a fáze následného vytlačení maziva z této pracovní komory. Pro správnou funkci dávkovačů je zřejmé, že zdvihový objem V12 pracovních komor 12 musí být ’’znatelně” větší, než je součet zdvihových objemů všech dávkovačů 41, aby při jednom mazacím cyklu vykonaly všechny písty dvoupotrubních dávkovačů 41 celý pracovní zdvih.

-7 CZ 307543 B6

Pro správnou funkci dvoupotrubních dávkovačů 41 je rovněž nezbytné střídání ovládacího tlaku v ovládacích prostorech těchto dávkovačů 41 a potažmo i ve vedení 412, a to z maximálního tlaku, nastaveného přepouštěcím ventilem 413, na tzv. odlehčovací tlak blížící se ideálně k nule.

Ke splnění tohoto požadavku příznivě přispívá střídavě vznikající podtlak v pracovní komoře 12 pravé pracovní pístové jednotky.

Střídavé přemísťování maziva směrem z jedné pracovní pístové jednotky do protilehlé pracovní pístové jednotky má příznivý vliv i na konzistenci tohoto maziva přímo v dávkovačích 41, neboť dochází k jeho hnětení, resp. zahřívání, stává se tekutějším, což příznivě ovlivňuje vnitřní hydraulické ztráty přímo v dávkovačích 41, a to zvláště v obvodech s hustými plastickými mazivy s konzistentní třídou maziva nad NLGI-1 (dle DIN 51818).

Na obr. 3a se pístové čerpadlo nachází v pracovní pozici (okamžiku), kdy je ukončeno plnění jeho levé pracovní komory 12 novou dávkou maziva, z části V12-ZV41 z připojeného výtlačného okruhu mazacího obvodu a z části ΣΥ41 z externího zdroje tlakového maziva 32 prostřednictvím zubového čerpadla 21, a v jeho pravé pracovní komoře 12 je právě ukončeno vytlačování stejně velké dávky maziva V12 směrem do výtlačného okruhu mazacího obvodu.

Na obr. 3b je tomu právě naopak, naplněna novou dávkou maziva je pravá pracovní komora 12 z připojeného plnicího okruhu mazacího obvodu v objemu V12. a z jeho levé pracovní komory 12 je právě ukončeno vytlačování stejně velké dávky maziva V12 směrem do připojeného plnicího okruhu mazacího obvodu.

Na obr. 4a a obr. 4b je schematicky znázorněn soubor 100 jednočinného pístového čerpadla se zubovým čerpadlem 21, zapojený do mazacího obvodu spolu se skupinou čtyř dvoupotrubních dávkovačů 41, ve dvou pracovních pozicích.

Jednočinné pístové čerpadlo se skládá z mechanismu vytvořeného syntézou pracovní pístové jednotky 10-101-12-122 a dvojčinného hydraulického válce 10—102—101—13—14—131—141 s jednostrannou pístnicí 101. výhodně propojenému s dvojicí doplňovacích ventilů 133-143 a sdruženým vstupem a výstupem do vedení 411. Kanál 122 má sdruženou funkci plnicího kanálu 121 a výtlačného kanálu 122.

Mazací obvod je připojen prostřednictvím dvojice přívodního vedení 34 k centrálnímu rozvodu tlakového maziva 32. 33. pro jeho pracovní cyklus platí totéž, co bylo uvedeno k příkladu provedení podle obr. 3a a obr. 3b.

Pro funkci ovládání pohybu pístu 102 s jednostrannou pístnicí 101. včetně účelu použití doplňovacích ventilů 133 a 143 a kritéria velikosti zdvihového objemu, platí totéž, co bylo uvedeno ve výkladu k předchozím obrázkům provedení pístového čerpadla podle vynálezu.

Na obr. 4a se pístové čerpadlo nachází zhruba v polovině plnicí fáze svého pracovního cyklu, kdy se prostřednictvím zubového čerpadla 21 přesouvá z ovládacího prostoru 14 mazivo o objemu V13 do protilehlého ovládacího prostoru 13 a zbytek maziva o objemu V12 do vedení 411 a potažmo do pracovní komory 12.

Plnicí okruh pracovní komory 12 pístového čerpadla se skládá z ovládacího prostoru 14. který slouží i jako zásobník maziva, vhodně propojeného se zubovým čerpadlem 21 a vedením 411, dvoupotrubních dávkovačů 41, přepouštěcího ventilu 414 a vedení 412 připojeného ke sdruženým vstupním a výstupním kanálům 122.

Na obr. 4b se pístové čerpadlo nachází zhruba v polovině vytlačovací fáze, kdy je z pracovní komory 12 vytlačováno do připojeného vedení 412 mazivo o objemu V12. ze všech dávkovačích komor všech dvoupotrubních dávkovačů 41 je přitom vytlačena do jednotlivých (nezobrazených)

-8CZ 307543 B6 mazacích míst dávka maziva o celkovém objemu ΣΥ41, a prostřednictvím vedení 411 je do soustrojí čerpadla 100 ’’natlačen” zbytek dávky V12, snížený o ’’ztracené” množství maziva

ΣΥ41. ’’Výtlačný” okruh mazacího obvodu je tedy ztrátový, do čerpadla se nevrátí celá dávka maziva Y12, proto je tento úbytek ΣΥ41 při této fázi doplněn z centrálního zdroje maziva 32.

’’Výtlačný” okruh pístového čerpadla zapojeného do mazacího obvodu se skládá z dvojice vedení 412 připojené k pracovní pístové jednotce, dvoupotrubních dávkovačů 41, přepouštěcího ventilu 413, zubového čerpadla 21 vhodně propojeného s vedením 411 a ovládacím prostorem 14.

Na obr. 5a a obr. 5b je schematicky znázorněno dvojčinné pístové čerpadlo 1, které se svým uspořádáním odlišuje od výše uvedených příkladů. Mechanismus čerpadla je výsledkem syntézy dvou protilehle umístěných jednočinných hydraulických válců 10-102-101-14-141 se společnou pístnicí 101 a dvojicí ovládacích prostor 14 se zaústěnými ovládacími kanály 141, přičemž prostory ve tvaru dutého válce 12 mají funkci pracovních komor, do nichž jsou zaústěny plnicí kanály 121 a vyústěny výtlačné kanály 122. Pístové čerpadlo dále obsahuje dvojici sacích ventilů 123 a dvojici výtlačných ventilů 124, propojených se společným výstupem z čerpadla. Doplňovací ventily 143 umožňují nahradit úbytek ovládacího média vlivem vnitřních netěsností z hydraulického obvodu, ovládajícího posuv dvoj-pístu 102 se společnou pístnicí 101, sestávajícího se ze zubového čerpadla 21, dvojice vedení 23, ovládacích kanálů 141, ovládacích prostor 14 a čel uvedeného dvoj-pístu.

Změna polohy dvoj-pístu 102 je aktivována zubovým čerpadlem 21, které přečerpá ovládací médium z příslušného ovládacího prostoru 14 do protilehlého ovládacího prostoru 14, přičemž následkem vznikajícího tlakového spádu mezi těmito ovládacími prostory se dvoj-píst (102) přesouvá ve směru od ovládacího prostoru s vyšším tlakem k ovládacímu prostoru nižším tlakem.

Na obr. 5a je pístové dvojčinné čerpadlo připojeno k zubovému čerpadlu 21 a prostřednictvím připojovacího vedení 34 k nádrži 31 dopravovaného média. Nachází se zhruba v polovině plnicí fáze levé pracovní komory 12 a výtlačné fáze pravé pracovní komory 12. Doplňovací ventily 143 jsou napájeny z pohotovostních zásobníků ovládacího média.

Na obr. 5b je totéž pístové dvojčinné čerpadlo připojeno k zubovému čerpadlu 21 a prostřednictvím připojovacího vedení 34 k centrálnímu rozvodu tlakového média 32, 33. Nachází se zhruba v polovině výtlačné fáze levé pracovní komory 12 a plnicí fáze pravé pracovní komory 12. Doplňovací ventily 143 jsou napájeny z centrálního rozvodu tlakového média.

Doslov k příkladům provedení podle vynálezu

Z uvedených obrázků vyplývá, že pístové čerpadlo 1 podle vynálezu chápeme jako soustrojí složené, spřažené nebo sdružené z alespoň jedné pracovní pístové jednotky a hydromotoru, který pracovnímu pístu pístové jednotky generuje vratný posuvný pohyb. Přitom termínem pracovní pístová jednotka se rozumí hydraulický válec 10 s posuvně uloženým pracovním pístem 101 a pracovní komorou 12 se vstupem a výstupem dopravované kapaliny, jejíž pracovní cyklus se skládá z plnicí a výtlačné fáze, termín hydromotor pak představuje hydraulický válec 10 s posuvně uloženým diferenciálním pístem 102-101, přeměňující tlakovou energii ovládací kapaliny na přímočarý pohyb pracovního pístu pístové jednotky, přičemž u jednočinného hydromotoru je pohyb uvedeného diferenciálního pístu řízen tlakem ovládacího média v jednom směru, u dvojčinného hydromotoru v obou směrech.

Termínem ovládací prostor je myšlena ovládací komora 13, 14 pro ovládání pohybu diferenciálního pístu 102-101 a termínem kanál 121, 122, 131 a 141 je myšleno obecně vedení pro přívod či vývod dopravovaného nebo ovládacího média do pracovní komory 12 nebo ovládacích komor 13, 14.

-9CZ 307543 B6

Jednotlivé činnosti, popsané v souvislosti s jedním z uvedených obrázků, jsou zamýšleny jako aplikovatelné i jako činnosti na ostatních obrázcích, pokud to není výslovně zapovězeno nebo pro odborníka jasně vyplývá, že takováto aplikace není vhodná či možná. Uvedené vnitřní uspořádání pístových čerpadel ovládaných zubovým čerpadlem podle vynálezu není vyčerpávající, v žádném případě by nemělo být vykládáno jako omezení rozsahu ochrany.

Pro rozsah ochrany pístového čerpadla podle vynálezu není podstatné, zda obsahuje jednu nebo více pracovních pístových jednotek, zda obsahuje jeden nebo více hydromotoru, jak jsou tyto pracovní pístové jednotky a hydromotory uspořádány ajak propojeny, zdaje do pracovní komory přiváděno dopravované médium pod atmosférickým tlakem nebo přetlakem, čím je tvořen pracovní píst - zda prostým pístem nebo pístnicí diferenciálního pístu, zda je píst v celku nebo složen z několika částí, podstatné není např. ani to, jaký průřez má tento píst, zda válcový, oválný nebo např. Čtvercový. Podstatné je jen to, že vratný přímočarý pohyb pracovního pístu pístové jednotky je generován hydromotorem, výhodně ovládaným obousměrným zubovým čerpadlem.

Vlastní vynálezecká činnost v podstatě spočívá v inovaci vzduchem poháněného jednočinného pístového čerpadla na čerpadlo poháněné dvojčinným hydromotorem, což umožňuje nejen přetlakové plnění pracovní komory pístové jednotky, ale i větší variabilitu vlastního konstrukčního řešení, např. možnost volby jednočinného či dvojčinného provedení pístového čerpadla.

Použití těchto pístových čerpadel se neomezuje jen na dopravu a tlakování viskóznějších (hustých) olejů a plastických maziv v systémech centrálního ztrátového mazání, ale podle potřeby je lze použít i v hydraulických a mazacích obvodech s médiem s nižší viskozitou, nebo v obvodech pro dopravu a tlakování jiných viskóznějších a pastovitých médií.

Claims (4)

1. PATENTOVÉ NÁROKY

   1. Pístové čerpadlo (1) pro kapaliny, zvláště pro viskóznější a pastovitá média, obsahující alespoň jednu pracovní pístovou jednotku, jejíž pracovní píst (102) je spojený, spřažený nebo sdružený s pístnicí (101) diferenciálního válce, přičemž tato alespoň jedna pracovní pístová jednotka obsahuje zmíněný pracovní píst posuvně uložený ve válci (10), pracovní komoru (12) propojenou se vstupem a výstupem dopravované kapaliny; uvedený diferenciální válec se skládá z diferenciálního pístu (102-101) posuvně uloženého ve válci (10), přičemž tento diferenciální píst definuje dvojici vzájemně protilehlých ovládacích prostor (13, 14), přičemž diferenciální píst a potažmo pracovní píst pracovní pístové jednotky je poháněný tlakem média v obou směrech pohybu, a to ve směru zvyšujícího se tlaku v jednom ovládacím prostoru ke snižujícímu se tlaku v druhém ovládacím prostoru, vyznačující se tím, že uvedená dvojice vzájemně protilehlých ovládacích prostor (13, 14) je napojena prostřednictvím ovládacích kanálů (131, 141) na hydrogenerátor střídavého tlaku pro vyvolání tlakového spádu ve zmíněné dvojici ovládacích prostor (13, 14).
2. 2. Pístové čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že uvedeným hydrogenerátorem střídavého tlaku je zubové čerpadlo (21), přičemž uvedené ovládací prostory (13, 14) jsou s dvojicí přívodního vedení (34) a/nebo s dvojicí doplňovacího vedení (35) spojeny prostřednictvím jednosměrných ventilů (133, 143) pro zabránění úniku tlaku z ovládacích prostor.
3. 3. Pístové čerpadlo podle nároku 1 nebo 2, vyznačující se tím, že alespoň u jedné jeho pracovní pístové jednotky je ovládací prostor (13) propojen s pracovní komorou (12) prostřednictvím sacího ventilu (123).

   - 10CZ 307543 B6
4. 4. Pístové čerpadlo podle nároků 1, 2 nebo 3, vyznačující se tím, že pracovním pístem alespoň u jedné jeho pracovní pístové jednotky je pístnice (101) diferenciálního pístu (102-101) nebo mezikruží diferenciálního pístu (102-101).

   5 výkresů

   Seznam vztahových značek:

   1 pístové čerpadlo

   10 pracovní válec (hydraulický válec)

   12 pracovní komora pracovní pístové jednotky

   13 ovládací prostor přímočarého hydromotoru pro ovládání pohybu pístu

   14 dtto

   100 soubor pístového čerpadla s ovládacím zubovým čerpadlem

   101 pístnice, píst s menším průměrem, pracovní píst pístové jednotky

   102 píst s větším průměrem

   102-101 diferenciální píst

   121 plnicí kanál pracovní komory

   122 výtlačný kanál pracovní komory, sdružený plnicí a výtlačný kanál

   123 sací ventil

   124 výtlačný ventil

   131 ovládací kanál

   133 doplňovací ventil

   141 ovládací kanál

   143 doplňovací ventil

   21 obousměrné (zubové) čerpadlo

   23 vedení zubového čerpadla

   31 nádrž dopravovaného média

   32 centrální zdroj tlakového média

   33 vedení centrálního rozvodu tlakového média

   34 přívodní vedení k pístovému čerpadlu

   35 doplňovací vedení (napájení doplňovacího ventilu)

   41 spotřebič, dvoupotrubní dávkovač maziva

   411 vedení dvoupotrubního obvodu

   412 dtto

   413 přepouštěcí ventil

   414 dtto

   V 12 zdvihový objem pracovní komory pístové jednotky

   V 0 průtokový objem pístovým čerpadlem v klidovém stavu pracovního pístu

   V 13 zdvihový objem ovládacího prostoru

   V 14 dtto

   V 41 objem maziva vytlačeného dávkovačem k jednotlivým mazacím místům p 12 tlak v pracovní komoře pracovní pístové jednotky pl 3 max. tlak, který je schopno vyvinout zubové čerpadlo p 14 tlak v ovládací komoře 14