RU2140579C1

RU2140579C1 - Pneumatic submersible displacement pump

Info

Publication number: RU2140579C1
Application number: RU98108634A
Authority: RU
Inventors: В.П. Савенко; Л.С. Рагинский; Т.А. Малышева
Priority date: 1998-04-29
Filing date: 1998-04-29
Publication date: 1999-10-27

Abstract

FIELD: transfer of liquid phase biologically harmful, toxic, radioactive and aggressive products. SUBSTANCE: pump has working chamber with cover and suction valve in lower part of chamber enclosed in perforated box connected through rod with flange. Impulse branch pipe is located on cover. Pressure valve is arranged in upper part of perforated box which is placed in pressure branch pipe in zone of pressure valve with sealing over side surface. Pressure branch pipe at its outlet from working chamber is connected to blind branch pipe with fitted on regulator. Perforation holes are made on upper end face of box. Ratio of area of section of blind branch pipe to area of section of pressure branch pipe lies within 3 and 4. Regulator is made in form of union. Sealing is installed with slide fit. EFFECT: increased capacity and improved reliability of pump, reduced operating expenses. 4 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к области насосостроения, в частности к конструкции пневматического погружного насоса замещения, предназначенного для перекачивания жидкофазных продуктов, преимущественно биологически вредных, например, токсичных, радиоактивных и агрессивных, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства. The invention relates to the field of pump engineering, in particular to the design of a pneumatic submersible replacement pump, designed for pumping liquid-phase products, mainly biologically harmful, for example, toxic, radioactive and aggressive, and can be used in various sectors of the economy.

Известны погружные пневматические насосы замещения [1-3]. Submersible pneumatic displacement pumps are known [1-3].

Такие насосы содержат полый корпус (рабочую камеру), имеющий приемное отверстие и нагнетательную трубу, содержащие шаровые клапаны, а также различные поплавки, кинематически связанные с золотниками-распределителями воздуха в насос. Such pumps contain a hollow casing (working chamber) having a receiving hole and an injection pipe containing ball valves, as well as various floats kinematically connected with spools of air distributors into the pump.

Недостатками известных насосов являются малая надежность и долговечность работы, высокие эксплуатационные затраты и низкий КПД. The disadvantages of the known pumps are low reliability and durability, high operating costs and low efficiency.

Малая надежность и долговечность работы насосов обусловлена подвижными деталями (различные поплавки, золотники, шаровые клапаны), находящиеся в зоне непосредственного контакта с перекачиваемыми жидкофазными продуктами. Поплавки, кинематически связанные с золотниками-распределителями воздуха в насос через тяги с проушинами и оси, подвержены истиранию. Шаровые клапаны при работе насоса закрываются с сильным ударом о седло, удар быстро приводит к наклепу как клапана, так и седла. Коррозионная среда увеличивает истирание осей, проушин и золотника, а также способствует быстрой коррозии наклепанного металла, что приводит к негерметичности клапанов. Low reliability and durability of the pump is due to moving parts (various floats, spools, ball valves) located in the area of direct contact with the pumped liquid-phase products. Floats kinematically connected to spools distributing air into the pump through traction with eyelets and axles are subject to abrasion. Ball valves during pump operation close with a strong blow to the seat; a blow quickly leads to hardening of both the valve and the seat. Corrosive medium increases the attrition of axles, eyes and spool, and also contributes to the rapid corrosion of the riveted metal, which leads to leaks in the valves.

Высокие эксплуатационные затраты обусловлены тем, что для устранения неполадок, возникающих в насосе, требуется непосредственное его обслуживание, что в условиях дистанционной эксплуатации (перекачка биологически вредных продуктов) весьма опасно и трудоемко. High operating costs are due to the fact that to eliminate the problems that arise in the pump, it is necessary to directly service it, which is very dangerous and time-consuming in conditions of remote operation (transfer of biohazardous products).

Низкий КПД обусловлен принципом работы насосов. Распределитель воздуха - золотник в зависимости от положения поплавка попеременно соединяет рабочую камеру с источником повышенного и пониженного (атмосферного) давления воздуха. При пониженном давлении (нижнее положение поплавка) жидкость через приемное отверстие заполняет рабочую камеру (такт заполнения). При верхнем положении поплавка через золотник подается сжатый воздух (такт вытеснения), который вытесняет жидкость из рабочей камеры в нагнетательную трубу, действуя на жидкость подобно поршню. Поплавок опускается и переключает золотник, закрывая при этом поступление сжатого воздуха в рабочую камеру, и сообщает последнюю с атмосферой, жидкость вновь заполняет рабочую камеру, и далее цикл повторяется. При каждом такте вытеснения потенциальная энергия сжатого воздуха превращается в кинетическую энергию движущейся жидкости, преодолевая гидравлические и инерционные сопротивления в нагнетательной трубе, разгоняет жидкость от нулевой скорости до конечной скорости. При такте заполнения жидкость в нагнетательной трубе останавливается. Таким образом насос обеспечивает импульсную (прерывистую) подачу жидкости. Каждый раз при следующем такте вытеснения жидкость начинает движение вновь, на это затрачивается дополнительная энергия сжатого воздуха. Low efficiency is due to the principle of operation of the pumps. Air distributor - a spool, depending on the position of the float, alternately connects the working chamber with a source of high and low (atmospheric) air pressure. At reduced pressure (lower position of the float), liquid through the inlet fills the working chamber (filling stroke). In the upper position of the float, compressed air (displacement cycle) is supplied through the spool, which displaces the liquid from the working chamber into the discharge pipe, acting on the liquid like a piston. The float lowers and switches the spool, closing the flow of compressed air into the working chamber, and communicates the latter with the atmosphere, the liquid again fills the working chamber, and then the cycle repeats. With each displacement cycle, the potential energy of compressed air is converted into the kinetic energy of a moving fluid, overcoming hydraulic and inertial drags in the discharge pipe, it accelerates the fluid from zero speed to final speed. When the filling stroke, the fluid in the discharge pipe stops. Thus, the pump provides a pulsed (intermittent) fluid supply. Each time at the next cycle of displacement, the liquid begins to move again, additional energy of compressed air is expended on this.

Некоторых указанных недостатков лишены пневматические насосы с дистанционным распределителем воздуха. Some of these drawbacks are deprived of pneumatic pumps with a remote air distributor.

Известный пневматический насос замещения [4] содержит рабочую камеру с крышкой, в нижней части которой размещен всасывающий клапан, помещенный в перфорированную коробку, напорный патрубок с клапаном и импульсный патрубок. The known pneumatic replacement pump [4] contains a working chamber with a cover, in the lower part of which there is a suction valve placed in a perforated box, a discharge pipe with a valve and a pulse pipe.

Принцип действия насоса, погруженного в жидкость, сводится к следующему. Импульсный патрубок попеременно соединяет рабочую камеру с источником повышенного и пониженного (атмосферного) давления воздуха. При пониженном давлении жидкость через всасывающий клапан заполняет рабочую камеру (такт заполнения). При достижении определенного уровня, через импульсный патрубок, при соответствующем положении крана воздухораспределителя, подается сжатый воздух (такт вытеснения) который вытесняет жидкость из рабочей камеры до определенного уровня в напорный патрубок, действуя на жидкость подобно поршню. К этому времени поворотом крана воздухораспределителя рабочая камера сообщается с атмосферой, жидкость снова заполняет рабочую камеру, и цикл повторяется. The principle of operation of a pump immersed in a liquid is as follows. The pulse branch pipe alternately connects the working chamber with a source of high and low (atmospheric) air pressure. At reduced pressure, fluid through the suction valve fills the working chamber (filling stroke). When a certain level is reached, compressed air (displacement cycle) is supplied through the pulse branch pipe, at the corresponding position of the air distribution valve, which displaces the liquid from the working chamber to a certain level in the discharge pipe, acting on the liquid like a piston. By this time, by turning the valve of the air distributor, the working chamber is in communication with the atmosphere, the liquid again fills the working chamber, and the cycle repeats.

Этот насос надежнее и долговечнее в работе за счет ликвидации подвижных деталей из зоны рабочей камеры (поплавка, золотника) и безударного закрытия клапанов, обеспечиваемого конструкцией седла клапана. Но как показал опыт эксплуатации, ресурс известного насоса всецело зависит от надежности работы клапанных групп (клапан-шар, седло, ограничитель подъема шара), время работы которых составляет от 1 года до 5 лет в зависимости от технологии изготовления, применяемого материала, его термообработки и агрессивности перекачиваемой среды. Для устранения неполадок в работе клапанных групп их необходимо демонтировать из насоса, а это можно сделать только при полном демонтаже насоса из аппарата, в котором он установлен. Для этого необходимо обрезать все коммуникации: импульсный патрубок, напорную трубу и проходки для датчиков КИП, на что тратится большое количество времени и трудовых затрат. Последнее связано с тем, что перед ревизией (демонтажем) требуется не только отмывка насоса, но и одновременная отмывка аппарата, в котором установлен насос, что чрезвычайно трудоемко и опасно для здоровья обслуживающего персонала. This pump is more reliable and durable in operation due to the elimination of moving parts from the area of the working chamber (float, spool) and shock-free valve closure provided by the design of the valve seat. But as operating experience has shown, the resource of a well-known pump entirely depends on the reliability of the valve groups (valve-ball, seat, ball lift limiter), whose operating time is from 1 year to 5 years, depending on the manufacturing technology, the material used, its heat treatment and aggressiveness of the pumped medium. To eliminate malfunctions in the operation of the valve groups, they must be removed from the pump, and this can only be done with the pump completely removed from the apparatus in which it is installed. For this, it is necessary to cut off all communications: a pulse branch pipe, a pressure pipe and penetrations for instrumentation sensors, which takes a lot of time and labor costs. The latter is due to the fact that before the audit (dismantling), not only the washing of the pump is required, but also the simultaneous washing of the apparatus in which the pump is installed, which is extremely time-consuming and dangerous to the health of staff.

Таким образом, затрудненные условия эксплуатации насоса резко удорожают, усложняют и делают мало производительной работу основного технологического оборудования. Thus, difficult operating conditions of the pump sharply increase the cost, complicate and make the work of the main technological equipment less productive.

Известен также пневматический погружной насос замещения (прототип) [5]. Насос содержит рабочую камеру с крышкой, в нижней части которой размещен всасывающий клапан, помещенный в перфорированную коробку, напорный клапан, размещенный в напорном патрубке вне рабочей камеры, импульсный патрубок. Also known is a pneumatic submersible displacement pump (prototype) [5]. The pump contains a working chamber with a lid, in the lower part of which there is a suction valve placed in a perforated box, a pressure valve placed in the discharge pipe outside the working chamber, and a pulse pipe.

Принцип действия известного пневматического погружного насоса [5] аналогичен описанному известному насосу (4). The principle of operation of the known pneumatic submersible pump [5] is similar to the described known pump (4).

Как показала ревизия насосов после 8-летней эксплуатации их в непрерывном производстве, происходит значительный внутренний эрозионный износ напорного патрубка на участке до напорного клапана, толщина стенки трубы уменьшилась до 35% от первоначальной толщины. Исследования показали, что эрозия металла связана со знакопеременным давлением на этом участке трубы, так как минимальное давление падает ниже атмосферного, и это приводит к кавитации жидкости. As the revision of the pumps showed after 8 years of operation in continuous production, there is a significant internal erosion of the pressure pipe in the area up to the pressure valve, the pipe wall thickness decreased to 35% of the original thickness. Studies have shown that metal erosion is associated with alternating pressure in this section of the pipe, since the minimum pressure drops below atmospheric pressure, and this leads to cavitation of the liquid.

Демонтаж клапанных групп при неполадках происходит поочередно, что увеличивает время на ее проведение и небезопасно для обслуживающего персонала при транспортировке биологически опасных жидкофазных продуктов. Dismantling of valve groups in case of malfunctions occurs alternately, which increases the time for its implementation and is unsafe for maintenance personnel during transportation of biohazard liquid-phase products.

Предлагаемое изобретение решает следующие технические задачи: повышение надежности работы и производительности насоса, а также снижение эксплуатационных затрат. The present invention solves the following technical problems: improving the reliability and performance of the pump, as well as reducing operating costs.

Для достижения этого нового технического результата в пневматическом погружном насосе замещения, содержащем рабочую камеру с крышкой, в нижней части которой размещен всасывающий клапан, помещенный в перфорированную коробку, импульсный патрубок, расположенный на крышке, напорный клапан и напорный патрубок, напорный клапан расположен в верхней части перфорированной коробки, которая в зоне напорного клапана помещена в напорный патрубок с уплотнением по боковой поверхности, напорный патрубок в месте выхода из рабочей камеры подсоединен к глухому патрубку с установленным на нем фланцем и регулятором, при этом перфорированная коробка соединена при помощи штока с фланцем, а на ее верхнем торце выполнена перфорация, отношение площади сечения глухого патрубка к площади сечения напорного патрубка лежит в пределах 3-4, регулятор выполнен в виде штуцера, а уплотнение выполнено по посадке скольжения. To achieve this new technical result, in a pneumatic submersible displacement pump containing a working chamber with a cover, in the lower part of which there is a suction valve placed in a perforated box, a pulse pipe located on the cover, a pressure valve and a pressure pipe, a pressure valve is located in the upper part perforated box, which in the area of the pressure valve is placed in the pressure pipe with a seal on the side surface, the pressure pipe at the exit of the working chamber is connected a blind pipe with a flange and a regulator installed on it, while the perforated box is connected by a rod to the flange and perforated at its upper end, the ratio of the cross-sectional area of the blind pipe to the cross-sectional area of the pressure pipe is within 3-4, the controller is made in the form fitting, and the seal is made on a slip fit.

Предлагаемый пневматический погружной насос замещения поясняется представленным чертежом. The proposed pneumatic submersible displacement pump is illustrated in the drawing.

Насос содержит рабочую камеру 1 с крышкой 2, всасывающий клапан 3, помещенный в перфорированную коробку 4, с перфорацией на боковой поверхности 5, соединенную при помощи штока 6 с фланцем 7, импульсный патрубок 8, напорный патрубок 9, напорный клапан 10 расположен в верхней части перфорированной коробки 4, часть которой, в зоне напорного клапана 10 помещена в напорный патрубок 9 с уплотнением 11, при этом напорный патрубок 9 в месте выхода из рабочей камеры подсоединен к глухому патрубку 12 с регулятором 13, а на верхнем торце перфорированной коробки 4 выполнена перфорация 14. The pump contains a working chamber 1 with a cover 2, a suction valve 3, placed in a perforated box 4, with perforation on the side surface 5, connected by a rod 6 with a flange 7, a pulse pipe 8, a pressure pipe 9, a pressure valve 10 is located in the upper part perforated box 4, part of which, in the area of the pressure valve 10 is placed in the pressure pipe 9 with a seal 11, while the pressure pipe 9 at the exit from the working chamber is connected to a blind pipe 12 with a regulator 13, and on the upper end of the perforated box 4 to polyene perforation 14.

Пневматический погружной насос замещения, погруженный в жидкость до уровня А-А, работает следующим образом. Рабочая камера 1 насоса через приемное отверстие со всасывающим клапаном 3 и через перфорацию 5 заполняется жидкостью (такт заполнения). При достижении жидкостью уровня А-А через импульсный патрубок 8 при соответствующем положении крана воздухораспределителя (на чертеже не показан) подается сжатый воздух в рабочую камеру 1 (такт вытеснения). Всасывающий клапан 3 закрывается и сжатый воздух подобно поршню вытесняет жидкость из рабочей камеры 1 через перфорацию 5, напорный клапан 10 и перфорацию 14 в напорный патрубок 9 и по нему жидкость поступает первоначально в глухой патрубок 12, сжимает находящийся там воздух до давления, превышающего давление, необходимое для преодоления гидравлических и инерционных сопротивлений в выходящем из рабочей камеры напорном патрубке. По достижении этого давления жидкость начинает двигаться по напорному патрубку 9. После вытеснения жидкости из рабочей камеры 1 до уровня Б-Б к этому времени поворотом крана воздухораспределителя рабочая камера 1 сообщается с атмосферой, напорный клапан 10 закрывается и жидкость вновь заполняет ее до отметки А-А и цикл повторяется. Во время такта заполнения рабочей камеры 1 движение жидкости в напорном патрубке 9 продолжается за счет расширения сжатого воздуха в глухом патрубке 12, который работает как демпфер. Для возможности согласования и поддержания заданного (оптимального) объема воздушного демпфера служит регулятор 13, через который подается или сбрасывается необходимый объем сжатого воздуха. Pneumatic submersible displacement pump, immersed in a liquid to level AA, operates as follows. The working chamber 1 of the pump through the inlet with the suction valve 3 and through the perforation 5 is filled with liquid (filling cycle). When the liquid reaches level AA through the pulse pipe 8 with the corresponding position of the air distribution valve (not shown in the drawing), compressed air is supplied to the working chamber 1 (displacement cycle). The suction valve 3 closes and the compressed air displaces the liquid from the working chamber 1 through a perforation 5 like a piston 5, a pressure valve 10 and a perforation 14 into the pressure pipe 9 and through it the liquid enters initially into the blind pipe 12, compresses the air therein to a pressure exceeding the pressure, necessary to overcome hydraulic and inertial resistances in the discharge nozzle exiting the working chamber. Upon reaching this pressure, the liquid begins to move along the discharge pipe 9. After the liquid has been displaced from the working chamber 1 to the level B-B, by this time, by turning the valve of the air distributor, the working chamber 1 is in communication with the atmosphere, the pressure valve 10 is closed and the liquid replenishes it to the A- And the cycle repeats. During the cycle of filling the working chamber 1, the movement of fluid in the discharge pipe 9 continues due to the expansion of compressed air in the blind pipe 12, which acts as a damper. For the possibility of matching and maintaining a given (optimal) volume of the air damper, a regulator 13 is used, through which the required volume of compressed air is supplied or discharged.

Испытания опытного образца насоса показали, что в напорном патрубке 9 не создается давление ниже атмосферного, что исключает кавитацию, и как следствие, эрозию напорного патрубка, а следовательно, надежность работы насоса значительно повышается. Tests of the prototype pump showed that the pressure pipe 9 does not create a pressure below atmospheric, which eliminates cavitation, and as a result, erosion of the pressure pipe, and consequently, the reliability of the pump increases significantly.

Для демонтажа всасывающей и напорной клапанных групп при возникших неполадках достаточно разъединить фланец 7 дистанционными средствами механизации, поднять сборку (фланец 7, шток 6, перфорированную коробку 4 с обоими клапанами) и отправить сборку на отмывку и одновременно установить новую сборку. Следовательно, значительно сокращается время замены клапанных групп, что снижает трудозатраты при эксплуатации. To dismantle the suction and pressure valve groups in case of problems, it is enough to disconnect the flange 7 with remote means of mechanization, lift the assembly (flange 7, stem 6, perforated box 4 with both valves) and send the assembly for washing and at the same time install a new assembly. Therefore, valve replacement time is significantly reduced, which reduces labor costs during operation.

Испытания также показали, что насос увеличил производительность на 30-60%, причем подача жидкости насосом стала непрерывной, а энергозатраты (расход сжатого воздуха, идущего на привод) снизились на 10-15%. Это объясняется тем, что при вытеснении жидкости в напорный патрубок 9 в глухом патрубке 12 образуется воздушный демпфер, который, как известно, применяется на поршневых насосах и дает увеличение производительности, при этом затраченная на привод мощность уменьшается. Увеличение производительности с одновременным снижением затрачиваемой мощности обеспечивается тем, что инерционное и гидравлическое сопротивления, существующие в напорной линии, преодолеваются сжатым воздухом не только в такте вытеснения, но и в такте заполнения за счет расширения сжатого воздуха в воздушном демпфере, в то время как при работе без воздушного демпфера указанные сопротивления преодолеваются приводом только в такте вытеснения. Tests also showed that the pump increased productivity by 30-60%, and the fluid supply by the pump became continuous, and the energy consumption (compressed air flow to the drive) decreased by 10-15%. This is due to the fact that when liquid is displaced into the discharge pipe 9, an air damper is formed in the blind pipe 12, which, as you know, is used on piston pumps and gives an increase in performance, while the power spent on the drive decreases. An increase in productivity with a simultaneous decrease in power consumption is ensured by the fact that the inertial and hydraulic resistance existing in the pressure line are overcome by compressed air not only in the displacement cycle, but also in the filling cycle due to the expansion of compressed air in the air damper, while during operation without an air damper, the indicated resistances are overcome by the drive only in the displacement cycle.

Таким образом, заявляемый пневматический погружной насос замещения позволяет существенно увеличить надежность работы, снизить эксплуатационные затраты, повысить производительность и одновременно снизить энергозатраты. Thus, the claimed pneumatic submersible displacement pump can significantly increase the reliability, reduce operating costs, increase productivity and at the same time reduce energy consumption.

Источники информации
1. Авт. св. СССР N 443205, кл. F 04 F 1/02, 1972.Sources of information
1. Auth. St. USSR N 443205, class F 04 F 1/02, 1972.

2. Патент Франции N 1283340, F 04 F 1/02, 1961. 2. French patent N 1283340, F 04 F 1/02, 1961.

3. В. В. Серебренников и др. "Пневматические насосы вытеснения", изд, "Недра", 1970, с 9-34. 3. V. V. Serebrennikov et al. "Pneumatic displacement pumps", ed., "Nedra", 1970, 9-34.

4. Авт. св. СССР N 1052055, кл. F 04 F 1/02, 1982. 4. Auth. St. USSR N 1052055, class F 04 F 1/02, 1982.

5. Авт. св. СССР N 620679, (прототип), кл. F 04 F 1/02, 1976. 5. Auth. St. USSR N 620679, (prototype), cl. F 04 F 1/02, 1976.

Claims

1. Pneumatic submersible displacement pump, comprising a working chamber with a cover, in the lower part of which there is a suction valve placed in a perforated box, a pulse pipe located on the cover, a pressure valve and a pressure pipe, characterized in that the pressure valve is located in the upper part of the perforated box, which in the zone of the pressure valve is placed in the pressure pipe with a seal on the side surface, while the pressure pipe at the exit from the working chamber is connected to a blind pipe installed a flange and a regulator mounted on it, and a perforated box is connected by a rod to the flange and perforation is performed on its upper end.

2. The pneumatic submersible displacement pump according to claim 1, characterized in that the ratio of the cross-sectional area of the blind pipe to the cross-sectional area of the pressure pipe is within 3-4.

3. The pneumatic submersible displacement pump according to claim 1, characterized in that the regulator is made in the form of a fitting.

4. Pneumatic submersible displacement pump according to claim 1, characterized in that the seal is made on a slip fit.