PL219756B1 - Pompa wysokociśnieniowa - Google Patents

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy pompy wysokociśnieniowej do eksploatacji podziemnej w górnictwie, przeznaczonej do sprężania płynów takich jak woda do ciśnienia wynoszącego ok. 300 do 350 bar. Pompy tego rodzaju są zasadniczo znane i zwykle zbudowane jako pompy tłokowe, w których silnik elektryczny napędza poprzez przekładnię wał korbowy, na którym umieszczona jest większa liczba tłoków, przy czym każdy napędzany jest za pomocą własnego korbowodu. Każdy tłok znajduje się w swoim cylindrze i zasysa płyn z wlotu i wypiera go pod ciśnieniem do wylotu.

Takich konstrukcji opisanych powyżej pomp wysokociśnieniowych służących do zaopatrywania ścian w górnictwie pod względem ich konstrukcji od dawna nie zmieniano ani nie optymalizowano.

Zadaniem wynalazku jest stworzenie pompy wysokociśnieniowej opisanego powyżej rodzaju, która przy niskich kosztach wytwarzania byłaby prosta w konserwacji i charakteryzowałaby się wysoką skutecznością.

Stąd istotą wynalazku realizującą powyższe zadanie jest pompa wysokociśnieniowa posiadająca korpus i wał korbowy, który napędza większą liczbę tłoków poprzez oddzielny korbowód dla każdego tłoka, przy czym każdy tłok pracuje w swoim cylindrze, który jest przymocowany do głowicy cylindra, i zasysa płyn z wlotu oraz wypiera pod ciśnieniem do wylotu, która również posiada prowadnicę korbowodu, charakteryzująca się tym, że zawiera atmosferyczny stabilizator ssania obejmujący uszczelnioną membranę położoną w przestrzeni ssawnej, której jedna strona jest otwarta do atmosfery.

W korzystnej pompie wysokociśnieniowej korpus posiada sztywne żebra, które przejmują siły występujące między wałem korbowym a głowicą cylindra, przy czym żebra korzystnie biegną na zasadzie klamry wokół głowic cylindrów, aby je podpierać od tyłu.

W korzystnej pompie wysokociśnieniowej człon składający się z głowicy cylindra, cylindra i tłoka stanowi moduł, który można wprowadzać od góry do korpusu.

Pompa wysokociśnieniowa jest szczególnie korzystna, gdy w korpusie znajduje się miska olejowa i gdy przynajmniej część płynu przepuszczana jest przez rury chłodzące, które są poprowadzone przez miskę olejową.

Korzystnie pompa wysokociśnieniowa zawiera moduł, który obejmuje elementy strony ssawnej takie jak zbiornik wody, kanał doprowadzający i/lub rury chłodzące, który jako samonośny moduł korzystnie wykonany jest ze stali szlachetnej.

Równie korzystnie w pompie wysokociśnieniowej w wale korbowym w obszarze korbowodu znajduje się otwór doprowadzający olej, który w odniesieniu do dolnego martwego położenia korbowodu (UT) i punktu środkowego czopu korbowego (M) jest cofnięty przeciwnie do kierunku obrotów o kąt α, który wynosi korzystnie około 20° - 120°, a szczególnie korzystnie około 80° - 110°.

W pompie wysokociśnieniowej w korzystnym jej wykonaniu w układzie smarowania olejowego pompy znajduje się mechaniczne urządzenie blokujące, które zapobiega pompowaniu płynu przy niedostatecznym ciśnieniu oleju.

Równie korzystne jest, gdy w pompie wysokociśnieniowej tłok jest uszczelniony w cylindrze za pomocą dwóch położonych obok siebie uszczelnień zapewnionych pierścieniem ślizgowym, między którymi korzystnie ma swoje ujście kanał kontrolny do ciśnienia oleju. Ponadto korzystne jest gdy w pompie wysokociśnieniowej tłok jest uszczelniony w cylindrze za pomocą uszczelnienia pierścieniem ślizgowym, które posiada pierścień ślizgowy zaopatrzony od strony tłoka w występ oraz pierścień typu O-ring, który jest osadzony w rowku cylindra, który posiada w przekroju zaokrąglone narożniki, przy czym pierścień typu O-ring od strony pierścienia ślizgowego może przylegać do wklęsłego rowka pierścienia ślizgowego.

W korzystnej pompie wysokociśnieniowej cylinder posiada doprowadzenie do filmu olejowego, które jest uszczelnione za pomocą korzystnie dwóch uszczelnień pierścieniem ślizgowym.

W pompie wysokociśnieniowej korzystnie zawarte są zawór wlotowy i zawór wylotowy, z których każdy posiada szczelne gniazdo i talerz zawora, których współdziałające ze sobą powierzchnie uszczelniające mają postać segmentów kuli, przy czym korzystnie talerz zaworu jednego zaworu prowadzony jest w talerzu zaworu drugiego zaworu oraz jeden z obu tych talerzy zaworów posiada stałą prowadnicę umieszczoną nieruchomo w korpusie pompy.

Korzystnie pompa wysokociśnieniowa zawiera zawór ograniczający ciśnienie, którego ciśnienie otwarcia można fabrycznie ustawić i zablokować bez możliwości zmiany.

Korzystnie pompa wysokociśnieniowa w celu sterowania objętością pompowania zawiera elektrohydrauliczny sterownik, który powoduje dezaktywację poszczególnych zaworów wlotowych.

PL 219 756 B1

Korzystne formy realizacji wynalazku są opisane w opisie, na figurach rysunku jak również w zastrzeżeniach zależnych, których cechy można łączyć w dowolny sposób z zastrzeżeniem niezależnym.

Pompa wysokociśnieniowa według wynalazku posiada korpus, w którym ułożyskowany jest wał korbowy, który napędza większą liczbę tłoków poprzez oddzielny korbowód dla każdego tłoka, przy czym każdy tłok pracuje w swoim cylindrze, który jest przymocowany do głowicy cylindra. Dzięki napędzaniu wału korbowego za pomocą silnika elektrycznego, który np. przyłączony jest do korpusu za pomocą kołnierza, każdy tłok zasysa płyn z wlotu i wypiera go pod ciśnieniem do wylotu.

W przypadku pompy wysokociśnieniowej według wynalazku dla optymalizacji wielkości konstrukcji jak również wytrzymałości zamiast powszechnej prowadnicy korbowodu o okrągłym cylindrycznym przekroju do prowadzenia wolnego końca korbowodu może być przewidziany trzewik ślizgowy, prowadzony wewnątrz korpusu. Taki trzewik ślizgowy może otrzymać dużo mniejszą szerokość niż odpowiednia okrągła cylindryczna prowadnica korbowodu, przy czym wymagana wytrzymałość może zostać osiągnięta przez wąską i wysoką konstrukcję. Dzięki temu wał korbowy może być krótszy i przez to zdecydowanie sztywniejszy.

Ponadto może być korzystnym, jeżeli wolny koniec tłoka można wprowadzić do trzewika ślizgowego łącząc je kształtowo, ponieważ w tym wypadku możliwy jest prosty montaż tłoka względem modułu połączonego z tłokiem.

Zaopatrzenie trzewika ślizgowego w olej może odbywać się poprzez otwory przewidziane w korbowodzie. W tym celu sworzeń, za pomocą którego trzewik ślizgowy jest połączony z korbowodem, może być wyposażony w odpowiednie kanały.

Aby mimo zwartej i taniej konstrukcji móc dobrze przejmować występujące siły, korpus może posiadać większą liczbę sztywnych żeber, które przejmują siły występujące między wałem korbowym i głowicą cylindra. Przy tym może być korzystnym, jeśli żebra biegną na zasadzie klamry wokół głowic cylindrów, aby je podpierać od tyłu. Przykładowo żebra mogą posiadać otwory przelotowe, przez które przebiega wał korbowy, tak że wał korbowy jest ze wszystkich stron otoczony przez żebra. Równocześnie każde żebro może posiadać zasadniczo odcinek w kształcie litery L, który zachodzi za głowice cylindrów i przez to przejmuje siły występujące w kierunku ruchu tłoków. Taka konstrukcja w rodzaju otwartej klamry musi być dostatecznie sztywna na odcinku łączącym między głowicą cylindra a walem korbowym. Aby dodatkowo zwiększyć sztywność, ta jednostronnie otwarta klamra może zostać zamknięta przez odcinek łączący, np. w postaci pokrywy, przy czym ten odcinek łączący może być połączony z żebrami korzystnie przez zazębienie kształtowe, tak że unika się rozgięcia klamry podczas pracy pompy.

Ponadto może być korzystnym, jeśli głowica cylindra, cylinder i tłok tworzą moduł, który można wytwarzać jako osobny człon i wprowadzać od góry do korpusu. W ten sposób podczas montażu i konserwacji moduł można łatwo i szybko umieścić w korpusie względnie usunąć z korpusu. W połączeniu z trzewikiem ślizgowym, do którego można wprowadzić wolny koniec tłoka łącząc go kształtowo, może odbywać się szczególnie szybka wymiana. Głowica cylindra nie jest według wynalazku przymocowana do korpusu głównego przez śruby, które muszą trzymać głowicę cylindra przeciwnie do kierunku sity tłoka. Raczej wystarcza, jeśli ten jest unieruchomiony śrubami na powierzchni przyłożenia korpusu. Dzięki temu duże siły nacisku są przejmowane przez powierzchnię przyłożenia, ale nie przez śruby, W wypadku pompy wysokociśnieniowej według wynalazku przewidziany jest korzystnie układ smarowania, który zaopatruje różne części pompy w olej smarujący. Przy tym może być korzystnym, jeśli w korpusie jest przewidziana miska olejowa, przy czym przynajmniej część pompowanego płynu - w eksploatacji podziemnej, zazwyczaj wody - jest przepuszczana przez rury chłodzące, które są poprowadzone przez miskę olejową. W ten sposób olej smarujący jest chłodzony podczas pompowania przez pompowany lub mający być pompowanym płyn. Przy tym korzystnym jest, jeśli płyn płynący przez miskę olejową odbierany jest po stronie niskiego ciśnienia pompy, ponieważ w tym przypadku rury poprowadzone przez miskę olejową nie muszą spełniać wymagań wysokiego ciśnienia.

Według wynalazku kompletne zaopatrzenie w olej smarujący jak również rura ssawna pompy olejowej mogą być zintegrowane z korpusem, przy czym korzystne może być ujęcie całego zaopatrzenia w olej smarujący, a więc pompy olejowej, regulatora ciśnienia, rur, etc., w jednym module.

Dla zaopatrzenia w olej smarujący w wale korbowym w obszarze korbowodu może być w znany jako taki sposób - przewidziany otwór doprowadzający olej, przy czym ten otwór w odniesieniu do dolnego martwego położenia korbowodu i punktu środkowego czopu korbowego korbowodu

PL 219 756 B1 jest cofnięty przeciwnie do kierunku obrotów o ustalony kąt, przy czym ten kąt może wynosić np. 90°. W ten sposób umiejscowienie przewodu doprowadzającego jest wybrane względem pozycji kątowej tak, że zaopatrzenie w olej, tj. podawanie oleju smarującego odbywa się między wałem korbowym a korbowodem, zawsze w strefie wolnej od obciążenia. Innymi słowy zaopatrzenie w olej nie jest wystawione na nacisk spowodowany przez obciążenie siłą przez korbowód, tylko otwór doprowadzenia oleju smarującego jest cofnięty przeciwnie do kierunku obrotów wobec dolnego martwego położenia korbowodu. Dla wsparcia wału korbowego na płytach między łożyskami korbowodów mogą zostać przewidziane łożyska ślizgowe, które wykorzystują panewki łożyska z materiału kompozytowego, np. stali/brązu/teflonu, przy czym te panewki łożyska mogą być zaopatrzone w kieszenie smarne. Odpowiednie łożyska ślizgowe mogą zostać przewidziane dla ułożyskowania korbowodu na wale korbowym i przy cylindrze. Zaopatrzenie w olej może odbywać się poprzez kanaliki względnie przewody doprowadzające z wału korbowego, przy czym może być korzystnym, jeśli otwór wylotowy będzie zrealizowany w postaci kieszeni smarnej, która posiada skośny otwór i wyfrezowania kończące się płasko w kierunku obrotów.

Według wynalazku zaopatrzenie w olej do smarowania łożysk ślizgowych, do filmu olejowego, dla uszczelnienia tłoka, etc. może odbywać się poprzez różne kanaliki, przy czym przepływ do poszczególnych kanalików może być ograniczony przez zwężki. Przy tym wszystkie zwężki można zainstalować w jednym miejscu, aby uprościć przez to kontrolę zwężek w ramach czynności konserwacyjnych. W wypadku pompy według wynalazku olej smarujący może także znajdować się pod ciśnieniem sterującym, co może być korzystne, ponieważ przez to w pompie bez ciśnienia oleju można wyłączyć ciśnienie. To oznacza jednak, że albo ciśnienie oleju musi być tak wysokie jak ciśnienie sterujące albo ciśnienie sterujące musi zostać obniżone do poziomu ciśnienia oleju smarującego. Jako ciśnienie sterujące wyznacza się jako dolną granicę zwykle ok. 80 do 120 bar a jako ciśnienie oleju do smarowania wybiera się zwykle 10 do 20 bar jako górną granicę. Do rozwiązania tego problemu można sobie wyobrazić różne możliwości. Można albo zastosować dwie pompy hydrauliczne, albo też zaopatrywanie odbywa się za pomocą jednej tylko pompy oraz przy podwyższonym ciśnieniu zasilającym. Takie podwyższone ciśnienie zasilające do smarowania ma także tę zaletę, że przepływ do różnych miejsc smarowania może być rozdzielany przez zwężki.

Aby podczas pracy pompy wysokociśnieniowej zapobiec pompowaniu, jeżeli układ smarowania pompy nie jest sprawny, korzystnym może być przewidzenie w układzie smarowania pompy mechanicznego urządzenia blokującego, które zapobiega pompowaniu płynu w wypadku niedostatecznego ciśnienia oleju. Takie mechaniczne urządzenie blokujące gwarantuje w prosty i tani sposób, że silnik elektryczny, który napędza pompę wysokociśnieniową, może zostać uruchomiony początkowo na biegu jałowym i że nie można wytworzyć wysokiego ciśnienia, jeżeli ciśnienie oleju nie jest dostateczne. Takie mechaniczne urządzenie blokujące można otrzymać w prosty sposób przez to, że tłok obciążony sprężyną podnosi zawór wlotowy pompy wysokociśnieniowej tak długo, jak długo ten nie zostanie dociśnięty tak daleko w dół przeciwnie do siły sprężyny przez poprawnie zbudowane ciśnienie oleju, że zawór wlotowy będzie mógł się zamknąć. Dopiero gdy układ smarowania poprawnie zbuduje ciśnienie, obciążony sprężyną tłok zostanie poruszony ze swojej pozycji blokującej, tak że zawór wlotowy będzie mógł się zamknąć i będzie mogło być wytwarzane wysokie ciśnienie.

Do uszczelnienia tłoka w cylindrze mogą zostać użyte uszczelnienia pierścieniem ślizgowym, przy czym według wynalazku tłok w cylindrze może być uszczelniony za pomocą dwóch położonych obok siebie uszczelnień pierścieniem ślizgowym, ponieważ to wydłuża żywotność uszczelnienia, a po uszkodzeniu pierwszego uszczelnienia wciąż jeszcze jest do dyspozycji drugie uszczelnienie. Przy tym, może być korzystnym, aby między oboma uszczelnieniami pierścieniem ślizgowym doprowadzić do przestrzeni cylindra kanał kontrolny, za pomocą którego będzie można mierzyć panujące tam ciśnienie. Jeśli jedno z uszczelnień ulegnie uszkodzeniu, to zmieni się ciśnienie oleju w kanale kontrolnym, co może zostać wykryte przez odpowiednie urządzenia kontrolne.

Do filmu olejowego może zostać przewidziane jedno lub dwa dalsze uszczelnienia pierścieniem ślizgowym, przy czym te uszczelnienia mogą być różnie ukształtowane. Na przykład uszczelnienie zorientowane w kierunku przestrzeni ciśnienia może być nieco bardziej porowate, a uszczelnienie odwrócone od przestrzeni ciśnienia może lepiej zgarniać. Alternatywnie oba uszczelnienia mogą być identyczne.

Jeśli przewidzianych jest więcej cylindrów i dla tych cylindrów istnieje więcej kanałów kontrolnych do pomiaru ciśnienia oleju, wówczas może być korzystnym, jeśli podczas pomiaru ciśnienia wszystkie kanały kontrolne sprowadzane są do jednego czujnika ciśnienia, ponieważ przez to otrzyPL 219 756 B1 many sygnał ciśnienia w wypadku uszkodzenia uszczelnienia mniej pulsuje. Alternatywnie może zostać przewidziana większa liczba czujników ciśnienia.

Tłok może być uszczelniony w cylindrze za pomocą uszczelnienia pierścieniem ślizgowym, które posiada pierścień ślizgowy zaopatrzony od strony tłoka w występ jak również pierścień typu O-ring, który jest osadzony w rowku cylindra. Przy tym może być korzystnym, jeśli rowek cylindra posiada w przekroju zaokrąglone narożniki, a pierścień typu O-ring od strony pierścienia ślizgowego przylega do wklęsłego rowka pierścienia ślizgowego. W tej formie realizacji z racji zaokrąglonych narożników rowka cylindra i wklęsłego rowka pierścienia, do którego przylega pierścień typu O-ring, niepożądana deformacja pierścienia typu O-ring jest uniemożliwiona i zapewnione jest uszczelniające przyleganie tegoż do ściany cylindra z jednej i pierścienia ślizgowego z drugiej strony bez uszkodzenia.

Pompa wysokociśnieniowa według wynalazku może ponadto posiadać zawór wlotowy i zawór wylotowy, które są ulokowane np. w głowicy cylindra i z których każdy posiada szczelne gniazdo i talerz zaworu. Według wynalazku współdziałające ze sobą powierzchnie uszczelniające obu zaworów mogą przy tym mieć postać segmentów kuli, przy czym szczelne gniazdo może stanowić osłonięty pierścień z materiału PEEK, z czego wynikają samocentrujące właściwości. Ponadto talerz jednego zaworu może być prowadzony w talerzu drugiego zaworu, przy czym jeden z obu talerzy zaworów posiada prowadnicę umocowaną stabilnie w korpusie. Ponieważ w zaworze tego rodzaju albo talerz zaworu wlotowego albo talerz zaworu wylotowego podczas suwu ssania albo podczas suwu sprężania są ustalone, to każdorazowo ów drugi talerz zaworu również w każdym momencie jest prowadzony w sposób wycentrowany.

W wypadku pompy wysokociśnieniowej według wynalazku może ponadto odbywać się sterowanie ciśnieniem przez to, że powyżej pożądanego ciśnienia pompowanie przełączane jest na przewód powrotny. Odpowiedni do tego zawór zwrotny może być wykonany jako zawór talerzowy, przy czym objętość przepływu przed zamknięciem po stronie przewodu powrotnego powinna zostać zmniejszona, aby uniknąć kawitacji w szczelnym gnieździe. Ponadto może być korzystnym, żeby ostatni przepływ po stronie ciśnienia przepuścić przez wąską szczelinę, aby szczelne gniazdo pozostawić wolnym od większych cząsteczek.

Do sterowania ciśnieniem może zostać przewidziany zawór ograniczający ciśnienie ze stałym nastawieniem, który generalnie nadaje się do wszystkich zastosowań w hydraulice, i który może być tak wykonany, że ciśnienie otwarcia jest fabrycznie nastawiane, a następnie blokowane, tak że błąd w obsłudze zaworu ograniczającego ciśnienie jest wykluczony. Zablokowanie uprzednio ustalonego ciśnienia otwarcia może odbywać się przez doszczelnienie albo zawinięcie obwodowe obrzeża dwóch elementów zaworu albo też za pomocą nierozłączalnego z zewnątrz sprężystego pierścienia drucianego. Alternatywnie wykonanie może zostać tak wybrane, że pierścień druciany można zdjąć tylko z użyciem specjalnych narzędzi.

W dopływie pompy wysokociśnieniowej może ponadto w prosty sposób zostać przewidziany atmosferyczny stabilizator ssania, który umożliwia pracę bez sprężarki doładowującej. Taki stabilizator ssania może obejmować uszczelnioną membranę położoną w przestrzeni ssawnej, której jedna strona jest otwarta do atmosfery, przez co eliminowane są niepożądane wahania ciśnienia po stronie ssawnej.

Poniżej wynalazek opisywany jest czysto przykładowo na podstawie korzystnej formy realizacji i z odniesieniem do dołączonych figur rysunku, na których:

fig. 1 ukazuje widok w przekroju przez pompę wysokociśnieniową;

fig. 2 - widok boczny żebra korpusu;

fig. 3 - widok aksonometryczny korpusu pompy wysokociśnieniowej z fig. 1;

fig. 4 - widok aksonometryczny trzewika ślizgowego z przymocowanym w środku korbowodem;

fig. 5 - powiększony widok uszczelnień tłoka w przekroju;

fig. 6 - schematyczne przedstawienie korbowodu przy różnych kątach ustawienia wału korbowego; fig. 7 - widok w przekroju przez głowicę cylindra; fig. 8 - schemat olejowego układu hydraulicznego;

fig. 9 - schemat olejowego układu hydraulicznego z fig. 8 z elektronicznym podnoszeniem zawora;

fig. 10 - zawór suwakowy z fig. 9;

fig. 11 - schemat układu hydraulicznego sterowania ciśnieniem; fig. 12 - przekrój przez zawór ograniczający ciśnienie;

fig. 13 - różne etapy podczas montażu zawora ograniczającego ciśnienie z fig. 12;

PL 219 756 B1 fig. 14 - różne etapy podczas montażu alternatywnego zaworu; oraz fig. 15 - różne etapy podczas demontażu zaworu z fig. 14.

Fig. 1 ukazuje mocno schematycznie pompę wysokociśnieniową posiadającą korpus 11, w którym wał korbowy 10 jest ułożyskowany obrotowo, która jest napędzana przez (nie przedstawiony) silnik elektryczny, który może być przyłączony do boku korpusu za pomocą kołnierza. Wał korbowy 10 napędza poprzez dany korbowód 12 tłok 14, przy czym w przedstawionym przykładzie wykonania przewidziane są razem trzy tłoki. Każdy tłok 14 pracuje w swoim cylindrze 16, który jest przymocowany do swojej głowicy cylindra 18, przy czym tłok 14 zasysa płyn z wlotu 54 (por. fig. 7) i wypiera pod ciśnieniem do wylotu 118.

Przedstawiony w widoku aksonometrycznym na fig. 3 korpus 11 posiada większą liczbę ustawionych równoległe wobec siebie sztywnych żeber 20 do 23, które przejmują siły występujące między wałem korbowym 10 a głowicą cylindra 18.

Przedstawione w widoku bocznym na fig. 2 żebro 20 (jak również żebra 21 do 23) w rodzaju otwartej klamry biegnie wokół głowic cylindrów 18, aby je podpierać od tyłu. Jak uwidacznia fig. 2, każde żebro posiada w przybliżeniu okrągłe wycięcie 24, przez które przebiegają wał korbowy 10 i jego łożyska, tak że wał korbowy 10 jest podparty i ułożyskowany przez żebra tworzące korpus 11. Ponadto każde żebro posiada przebiegający mniej więcej horyzontalnie odcinek łączący 26, z którym łączy się tworzący klamrę pionowy odcinek 28. Pionowy odcinek 28 posiada przy tym w kierunku otworu 24 stopniowane wycięcie 30, w które wchodzi rygiel poprzeczny 32, który z kolei służy jako opór dla głowic cylindrów 18.

Jak uwidacznia fig. 1, głowica cylindra 18, złączony z nią śrubami cylinder 16 i pracujący w nim tłok 14 tworzą oddzielony moduł, który może zostać wprowadzony do korpusu 11 od góry (por. fig. 1 i fig. 3).

Połączenie między korbowodem 12 a tłokiem 14 zapewnia prowadnica korbowodu ukształtowana jako trzewik ślizgowy 34, przy czym trzewik ślizgowy 34 posiada wydrążoną podciętą wnękę 36, do której może zostać wprowadzony od góry wolny koniec tłoka 14, tak zrealizowane jest kształtowe połączenie między tłokiem 14 a trzewikiem ślizgowym 34.

Do ułożyskowania trzewików ślizgowych 34 w korpusie 11 służy prowadnica ślizgowa 38 (fig. 1) w kształcie płyty, która przechodzi przez szczelinę 40 w żebrach 20 do 23 i jest połączona z żebrami. Przy tym w prowadnicy ślizgowej 38 dla każdego trzewika ślizgowego 34 przewidziana jest prowadnica liniowa 42, w której prowadzony jest trzewik ślizgowy 34 ze swoim nieco poszerzonym dolnym końcem 35. Trzewik ślizgowy 34 posiada przy tym zasadniczo postać prostopadłościanu i wysokość, która odpowiada mniej więcej podwójnej szerokości. Dzięki tej małej szerokości prowadnic ślizgowych dla korbowodów 12, która wynika z odejścia od prowadnicy ślizgowej o okrągłym cylindrycznym przekroju, sztywność wału korbowego udało się zasadniczo wyraźnie zwiększyć, ponieważ może on być krótszy. To jest ważne szczególnie dlatego, że sztywność wału korbowego jest odwrotnie proporcjonalna do kwadratu jego długości. Przez zmniejszenie odstępu między cylindrami z np. 135 mm do 100 mm można więc podwoić obciążenie wału korbowego.

W stanie zmontowanym trzewiki ślizgowe 34 są prowadzone przez leżącą na górze płytę ślizgową 44 (fig. 1), która może być zamontowana np. uchylnie do korpusu 11. Połączenie między trzewikiem ślizgowym 34 a korbowodem 12 odbywa się w znany sposób przez sworznie 46, które umożliwiają wychylny ruch korbowodu 12 w obie strony względem trzewika ślizgowego 34,

Jak uwidacznia ponadto fig. 1, w korpusie 11 jest przewidziana miska olejowa 50, z której nie przedstawiona pompa olejowa pompuje olej smarujący. Ponadto poniżej głowic cylindrów 18 umieszczony jest zbiornik wody 52 (por. także fig. 7), który wyprodukowany jest korzystnie ze stali szlachetnej, i który podaje płyn na wlot 54. Płyn (woda) zassany podczas pompowania przez wlot 54 prowadzony jest przy tym między kanałem doprowadzającym 56 a wlotem 54 przez rury chłodzące 58, które biegną aż do miski olejowej 50.

Dla smarowania wału korbowego 10 tenże posiada w obszarze każdego korbowodu 12 otwór 15 doprowadzający olej (por. fig. 6), przy czym ten otwór doprowadzający olej jest w odniesieniu do dolnego martwego położenia korbowodu UT i do punktu środkowego M to czopu korbowego korbowodu cofnięty przeciwnie do kierunku obrotów zaznaczonego strzałką o kąt a, który w przedstawionym przykładzie wykonania wynosi ok. 90°. W ten sposób olej smarujący nie jest doprowadzany do tego obszaru, który wystawiony jest na duży nacisk przez siły korbowodu, które na fig. 6 są symbolizowane przez strzałki. Doprowadzenie oleju smarującego odbywa się zawsze w strefie wolnej od obciążeń.

PL 219 756 B1

Fig. 5 ukazuje powiększony przekrój przez cylinder 16, w którym (w przedstawionym przykładzie wykonania) przewidziane są w sumie cztery uszczelnienia pierścieniem ślizgowym. Do uszczelnienia między cylindrami 16 a tłokiem 14 przewidziane są dwa położone obok siebie uszczelnienia pierścieniem ślizgowym, które obejmują pierścień ślizgowy 60 oraz odpowiadający mu pierścień typu O-ring 62 jak również pierścień ślizgowy 64 oraz odpowiadający mu pierścień typu O-ring 66. Między oboma uszczelnieniami pierścieniem ślizgowym ma swoje ujście kanał kontrolny 68, który ciśnienie oleju panujące między tłokiem 14 a cylindrami 16 prowadzi do urządzenia kontrolnego 69.

Oba zasadniczo identycznie ukształtowane pierścienie ślizgowe 60 i 64 posiadają od strony tłoka występ 70, a po stronie współpracującego pierścienia typu O-ring 62, 66 pierścienie ślizgowe 60 i 64 posiadają wklęsły rowek 72. Pierścienie typu O-ring są osadzone w rowku cylindra 74, 76, który nie posiada prostokątnego przekroju, tylko posiada narożniki zaokrąglone w przekroju w obszarze pierścienia typu O-ring.

Ponadto cylinder 16 posiada doprowadzenie 78 do filmu olejowego 80, przy czym to doprowadzenie 78 ma swoje ujście między dwoma uszczelnieniami pierścieniem ślizgowym 82 i 84, które są zbudowane podobnie jak opisane powyżej uszczelnienia pierścieniem ślizgowym. Przy tym możliwa jest także rezygnacja z uszczelnienia pierścieniem ślizgowym 82, ponieważ wówczas pierścień ślizgowy 64 ze swoim pierścieniem typu O-ring 66 służy równocześnie jako uszczelnienie dla filmu olejowego 80.

Fig. 7 ukazuje jak, już wspomniano przekrój przez głowicę cylindra 18, która jest szczelnie nasadzona na zbiornik wody 52. Przy tym głowica cylindra 18 posiada zawór wlotowy 100, zawór wylotowy 110 i mechaniczne urządzenie blokujące 90, które zapobiega pompowaniu płynu przy niedostatecznym ciśnieniu oleju. Urządzenie blokujące 90 w przedstawionym przykładzie wykonania jest tworzone przez tłok 92, który uszczelniony jest ułożyskowany w prowadnicy 93, która jest przyłączona do układu smarowania. Tłok 92 jest połączony z tłoczyskiem 94, które jest dociskane przez sprężynę 95 na fig. 7 do góry, tj. w kierunku zawora wlotowego 100. Przy tym długość tłoczyska 94 jest tak dobrana, że otwiera ono zawór wlotowy 100, jeżeli ciśnienie oleju smarującego naciskające na tłok 92 nie jest dostatecznie wysokie. Jednak przy wystarczającym zaopatrzeniu w olej smarujący względnie wystarczającym ciśnieniu oleju smarującego tłok 92 - tak jak przedstawiono na fig. 7 - jest dociskany w dół do ogranicznika, tak że również tłoczysko 94 porusza się w dół, przez co zawór wlotowy 100 może się zamknąć. W tym momencie może zacząć się pompowanie płynu względnie budowanie ciśnienia.

Jak uwidacznia ponadto fig. 7, zawór wlotowy 100 posiada talerz 102 zaworu, który przylega do szczelnego gniazda 104, a zawór wylotowy 110 posiada talerz 112 zaworu, który przylega do szczelnego gniazda 114. Współdziałające ze sobą powierzchnie uszczelniające zawora wlotowego 100 i zaworu wylotowego 110 posiadają każda kształt segmentu kuli.

Wnętrze cylindra 16 przechodzi w głowicy cylindra 18 w tę przestrzeń, która rozciąga się między oboma talerzami zaworów 102 i 112, przy czym powyżej talerza zawora 112 zawora wylotowego 110 przyłącza się kanał wylotowy 118, przez który wyprowadzany jest płyn będący pod wysokim ciśnieniem.

Prowadzenie obu talerzy zaworów jest tak dobrane, że talerz 102 zawora wlotowego 100 jest prowadzony w talerzu 112 zawora wylotowego 110, i że talerz 112 zawora wylotowego 110 posiada prowadnicę 116 nieruchomą, przyśrubowaną w głowicy cylindra 18. Talerz zawora 112 jest wstępnie naprężony wobec prowadnicy 116 jak również wobec talerza zawora 102 przez sprężyny.

Gdy tłok 14 na fig. 7 porusza się na prawo dla wykonania suwu ssania, to talerz 112 zawora wylotowego 110 dociskany jest przez górną na fig. 7 sprężynę do prowadnicy 116 w swoim gnieździe zaworu 114, tak że talerz zawora 112 tworzy stabilną prowadnicę dla leżącego poniżej talerza zaworu 112 zawora wlotowego 100, który podnosi się ze swojego gniazda 104 i umożliwia wpłynięcie płynu z wlotu. Podczas ruchu tłoka 14 w lewo talerz 102 zawora wlotowego 100 zamyka się, do momentu aż ten przylgnie stabilnie do swojego szczelnego gniazda 104 i talerz 112 zaworu wylotowego 110 podniesie się ze swojego szczelnego gniazda 114.

Jak uwidacznia ponadto fig. 7, w przestrzeni ssawnej utworzonej przez zbiornik wody 52 jest przewidziany atmosferyczny stabilizator ssania, który obejmuje membranę 55 położoną w przestrzeni ssawnej, która oddziela od wnętrza zbiornika 52 przestrzeń wyrównawczą 51. Membrana 55 jest przymocowana szczelnie do wewnętrznej strony ścian zbiornika 52, przy czym po obu stronach membrany przewidziane są żebra podporowe 180, 181, które uniemożliwiają nadmierne rozciągnięcie się membrany 55. Przestrzeń wyrównawcza 51 oddzielona przez membranę we wnętrzu zbiornika wody 52

PL 219 756 B1 jest otwarta do atmosfery przez jeden albo więcej otworów 182, tak że może odbywać się napowietrzanie przestrzeni wyrównawczej 51. W eksploatacji podziemnej zbiornik znajduje się zazwyczaj w bezpośredniej bliskości pompy, przy czym poziom napełnienia zbiornika zwykle leży powyżej pompy. Dzięki opisanemu powyżej atmosferycznemu stabilizatorowi ssania można eksploatować o wiele większą pompę z dłuższym przewodem doprowadzającym bez sprężarki doładowującej, jako że wahania ciśnienia powstające po stronie ssawnej są wyrównywane.

Fig. 8 ukazuje schemat opisanej powyżej instalacji hydraulicznej olejowej z urządzeniami blokującymi 90, które są połączone poprzez przewód 120 z pompą olejową 122. Tylko gdy ciśnienie oleju smarującego doprowadzane poprzez przewód 120 jest wystarczające, tłoczyska 94 obniżają się tak daleko, że każdy zawór wlotowy 100 może się zamknąć. Na fig. 8 znak referencyjny 124 oznacza sterownik pompy, znak referencyjny 126 czujnik poziomu oleju a znak referencyjny 128 czujnik ciśnienia.

Fig. 9 ukazuje bardziej złożoną w porównaniu z fig. 8 instalację hydrauliczną, przy czym te same składniki oznaczone są tymi samymi znakami referencyjnymi. W tej formie realizacji w zależności od ciśnienia oleju zmierzonego przez czujnik ciśnienia 128 aktywowane są poprzez sterownik 124 elektromagnetyczne zawory 130, z których każdy dla wzmocnienia uruchamia jeden zawór suwakowy 132, który dopiero przy wystarczającym ciśnieniu oleju aktywuje proces pompowania. W tej formie realizacji przewód olejowy 120 jest połączony ze zbiornikiem ciśnieniowym 134. Ponadto przewód olejowy 120 jest połączony poprzez zwężki z różnymi innymi odcinkami pompy wymagającymi smarowania, jak np. filmem olejowym w cylindrze, smarowaniem trzewików ślizgowych, smarowaniem korbowodu albo wału korbowego. Za pomocą sterownika 124 można aktywować zawory elektromagnetyczne 130 w zależności od zmierzonego ciśnienia oleju albo też w zależności od zmierzonego ciśnienia wyjściowego, wybiórczo i indywidualnie, tak że dla każdego pojedynczego cylindra zawór wlotowy 100 może zostać podniesiony, tak że ten poszczególny cylinder nie będzie brał udziału w pompowaniu. W ten sposób każdy pojedynczy cylinder może być uruchamiany albo wyłączany, aby sterować przepływem względnie powstającym ciśnieniem wyjściowym.

Fig. 10 ukazuje przekrój przez zawór suwakowy 132 z fig. 9, który może być sterowany w znany sposób przez przewód sterujący 136, i przez to otwiera lub zamyka połączenie przepływowe do strony ciśnienia P albo do wewnętrznego przewodu powrotnego R.

Fig. 11 ukazuje sterowanie ciśnieniem opisywanej pompy wysokociśnieniowej przez przełączanie pompowania do przewodu powrotnego. Przewidziany do tego zawór zwrotny 140 może posiadać postać zaworu talerzowego, Do sterowania zaworem zwrotnym przewidziany jest zawór ograniczający ciśnienie 142, przedstawiony na fig. 12 w powiększonym przekroju. Ciśnienie otwarcia tego zaworu ograniczającego ciśnienie można nastawić fabrycznie i ustalić bez możliwości zmiany, aby użytkownik nie mógł samodzielnie zmieniać nastawionego ciśnienia.

Zawór 142 przedstawiony na fig. 12 obejmuje tuleję 144, która połączona jest nierozłącznie z korpusem zawora 146. W korpusie zawora 146 jest przewidziana kula zaworowa 148, która w przypadku wystąpienia określonego ciśnienia granicznego na wejściu 149 otwiera się przeciwnie do siły sprężyny 150, która jest umieszczona w tulei 144. Przeniesienie siły zamykającej ze sprężyny 150 na kulę zaworową 148 odbywa się przez trzon zawora 152, który przez talerz 154 i jedną albo więcej podkładek 156, za pomocą których fabrycznie może zostać nastawione ciśnienie otwarcia, przylega do trzonu zawora 152. Jeśli kula zaworowa 148 podniesie się ze swojego gniazda, wpływający płyn może odpłynąć przez promieniowe otwory wypływowe 158 do wewnętrznego przewodu powrotnego R (porównaj fig. 11).

Fig. 13 ukazuje trzy fazy połączenia między tuleją 144 a korpusem zaworu 146. Jak widać tuleja 144 posiada po stronie wewnętrznej na jej otwartym końcu skos wprowadzający 160, za pomocą którego podczas wciskania tulei 144 na korpus zaworu 146 sprężysty pierścień druciany 162 początkowo wciskany jest do rowka 164 korpusu zaworu 146. Gdy następnie tuleja 144 wciskana jest dalej na korpus zaworu 146, rowek pierścieniowy 166 znajdujący się na wewnętrznym obwodzie tulei 144 przesuwa się w obszar pierścienia drucianego, tak że ten rozszerza się promieniowo na zewnątrz i układa wewnątrz obu rowków 166 i 164, przez co tuleja 144 i korpus zaworu 146 stają się ze sobą połączone nierozłącznie.

Fig. 14 ukazuje alternatywną formę realizacji, w której pierścień druciany 162 może zostać zamontowany i zdemontowany za pomocą specjalnego narzędzia. W tym celu rowek 166 na wewnętrznym obwodzie tulei 144 patrząc w przekroju ma kształt niesymetryczny, tak że pierścień druciany 162 może być trzymany za pomocą narzędzia 170 (porównaj fig. 15) a przez kształt rowka 166 może zoPL 219 756 B1 stać ściśnięty koncentrycznie (porównaj fig. 15, rys. 5). Montaż obu elementów 144 i 164 jest objaśniony na fig. 14 za pomocą rysunków 1 do 3. Przy tym pierścień druciany 162 najpierw jest ściskany poprzez nasunięcie tulei 144, do momentu aż połączy on następnie oba elementy (rys. 3). Do demontażu począwszy od rys. 4 na fig. 15 najpierw między korpus zaworu 146 a tuleję 144 wprowadzane jest pierścieniowe narzędzie 170, przy czym za pomocą wypustki pierścieniowej 172 prowadzi ono pierścień druciany 162 na skos wyprowadzający 174 rowka pierścienia tulei 144, tak że ten pierścień druciany 162 jest ściskany koncentrycznie (rys. 5 na fig. 15) i może być utrzymany przez narzędzie 170 w rowku pierścienia korpusu zaworu 164, do momentu aż tuleja 144 zostanie wyciągnięta z korpusu zaworu 164.

Claims (13)

1. Pompa wysokociśnieniowa posiadająca korpus (11) i wał korbowy (10), który napędza większą liczbę tłoków (14) poprzez oddzielny korbowód (12) dla każdego tłoka, przy czym każdy tłok (14) pracuje w swoim cylindrze (16), który jest przymocowany do głowicy cylindra (18), i zasysa płyn z wlotu (54) oraz wypiera pod ciśnieniem do wylotu (118), a także posiadająca prowadnicę korbowodu, znamienna tym, że zawiera atmosferyczny stabilizator ssania obejmujący uszczelnioną membranę położoną w przestrzeni ssawnej, której jedna strona jest otwarta do atmosfery.

2. Pompa wysokociśnieniowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że korpus (11) posiada sztywne żebra (20-23), które przejmują siły występujące między wałem korbowym (10) a głowicą cylindra (18), przy czym żebra korzystnie biegną na zasadzie klamry wokół głowic cylindrów (18), aby je podpierać od tyłu.

3. Pompa wysokociśnieniowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że człon składający się z głowicy cylindra (18), cylindra (16) i tłoka (14) stanowi moduł, który można wprowadzać od góry do korpusu (11).

4. Pompa wysokociśnieniowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że w korpusie (11) znajduje się miska olejowa (50), i że przynajmniej część płynu przepuszczana jest przez rury chłodzące (58), które są poprowadzone przez miskę olejową (50).

5. Pompa wysokociśnieniowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że zawiera moduł, który obejmuje elementy strony ssawnej takie jak zbiornik wody (52), kanał doprowadzający (56) i/lub rury chłodzące (58), który jako samonośny moduł korzystnie wykonany jest ze stali szlachetnej.

6. Pompa wysokociśnieniowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że w wale korbowym (10) w obszarze korbowodu (12) znajduje się otwór doprowadzający olej, który w odniesieniu do dolnego martwego położenia korbowodu (UT) i punktu środkowego czopu korbowego (M) jest cofnięty przeciwnie do kierunku obrotów o kąt α, który wynosi korzystnie około 20° - 120°, a szczególnie korzystnie około 80° - 110°.

7. Pompa wysokociśnieniowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że w układzie smarowania olejowego pompy znajduje się mechaniczne urządzenie blokujące (90), które zapobiega pompowaniu płynu przy niedostatecznym ciśnieniu oleju.

8. Pompa wysokociśnieniowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że tłok (14) jest uszczelniony w cylindrze (16) za pomocą dwóch położonych obok siebie uszczelnień pierścieniem ślizgowym (60-66), między którymi korzystnie ma swoje ujście kanał kontrolny do ciśnienia oleju.

9. Pompa wysokociśnieniowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że tłok (14) jest uszczelniony w cylindrze (16) za pomocą uszczelnienia pierścieniem ślizgowym, które posiada pierścień ślizgowy (60, 64) zaopatrzony od strony tłoka w występ (70) oraz pierścień typu O-ring (62, 66), który jest osadzony w rowku cylindra (74, 76), który posiada w przekroju zaokrąglone narożniki, przy czym pierścień typu O-ring (62, 66) od strony pierścienia ślizgowego może przylegać do wklęsłego rowka (72) pierścienia ślizgowego.

10. Pompa wysokociśnieniowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że cylinder posiada doprowadzenie (78) do filmu olejowego (80), które jest uszczelnione za pomocą korzystnie dwóch uszczelnień pierścieniem ślizgowym (82, 84).

11. Pompa wysokociśnieniowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że zawiera zawór wlotowy (100) i zawór wylotowy (110), z których każdy posiada szczelne gniazdo (104, 114) i talerz zawora (102, 112), których współdziałające ze sobą powierzchnie uszczelniające mają postać segmentów kuli, przy czym korzystnie talerz zawora (102) jednego zaworu (100) prowadzony jest

PL 219 756 B1 w talerzu zawora (112) drugiego zawora (110) oraz jeden z obu tych talerzy zaworów (112) posiada stałą prowadnicę (116) umieszczoną nieruchomo w korpusie pompy.

12. Pompa wysokociśnieniowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że zawiera zawór ograniczający ciśnienie (142), którego ciśnienie otwarcia można fabrycznie ustawić i zablokować bez możliwości zmiany.

13. Pompa wysokociśnieniowa według zastrzeżenia 1, znamienna tym, że do sterowania objętością pompowania zawiera elektrohydrauliczny sterownik (124), który powoduje dezaktywację poszczególnych zaworów wlotowych (100).