RU2148190C1

RU2148190C1 - Straight-flow liquid-operated diaphragm pump

Info

Publication number: RU2148190C1
Application number: RU98109837A
Authority: RU
Inventors: Г.П. Тярасов
Original assignee: Тярасов Герман Павлович
Priority date: 1998-05-22
Filing date: 1998-05-22
Publication date: 2000-04-27

Abstract

FIELD: mechanical engineering; handling of contaminated liquids, drilling muds, concretes, and mortars. SUBSTANCE: diaphragm pump consists of three sections communicating through hydraulic distributors with sections of liquid-operated pump. Diaphragm pump sections are made in form of tubular housings, accommodating flexible tubular diaphragms. Valves have seats with dampers. Triple capacity changer is also provided. Flexible tubular diaphragm operates at no significant pressure differential, and valves, with soft fit. EFFECT: provision of long and reliable operation of small-size liquid-operated diaphragm pump operating at high pressure. 4 cl, 8 dwg

Description

Изобретение относится к гидромашиностроению, а именно к насосам для перекачки загрязненных жидкостей под высоким давлением. The invention relates to hydraulic engineering, and in particular to pumps for pumping contaminated liquids under high pressure.

Известен гидроприводной поршневой насос с автоматически действующими клапанами и гидроприводом (генеральный каталог фирмы "Maritime higraulies", стр. 36, 37). Он тихоходен, громоздок и его поверхности подвержены абразивному износу. Known hydraulic piston pump with automatically operating valves and hydraulic actuator (general catalog of the company "Maritime higraulies", p. 36, 37). It is slow-moving, bulky and its surfaces are subject to abrasive wear.

За прототип взят насос, содержащий перекачные секции с мембранами, гидроприводные всасывающие и нагнетательные клапаны, гидропривод с гидрораспределителями (RU 2035620, МПК 6 F 04 B 43/06, 1992 г.). A prototype was taken of a pump containing transfer sections with membranes, hydraulic actuated suction and discharge valves, a hydraulic actuator with hydraulic valves (RU 2035620, IPC 6 F 04 B 43/06, 1992).

Этот насос имеет большую высоту из-за необходимости иметь мембраны и клапаны большого диаметра. Его некоторые поверхности не защищены от абразивного износа. This pump has a large height due to the need to have diaphragms and valves of large diameter. Some of its surfaces are not protected against abrasion.

Техническая задача, решаемая изобретением, заключается в уменьшении габаритов и массы насоса с обеспечением повышенной работоспособности. The technical problem solved by the invention is to reduce the size and weight of the pump with enhanced performance.

Эта задача решается тем, что перекачные секции выполнены из трубчатых корпусов с размещенными внутри их упругими трубчатыми мембранами, клапаны имеют седла с демпферами, гидропривод мембран выполнен из многосекционного роликолопастного насоса, секции которого имеют механизм отключения, а гидрораспределители выполнены из неподвижных наружных гильз и вращающихся внутренних гильз с распределительными окнами, установленных в корпусах, имеющих карманы. This problem is solved by the fact that the transfer sections are made of tubular bodies with elastic tubular membranes located inside them, the valves have seats with dampers, the hydraulic actuator of the membranes is made of a multi-section roller pump, the sections of which have a shut-off mechanism, and the control valves are made of stationary outer sleeves and rotating internal sleeves with distribution windows installed in cases with pockets.

Устройство отключения секций роликолопастного насоса выполнено в виде затвора, вставленного в перепускной канал секции. The device for disconnecting sections of the roller pump is made in the form of a shutter inserted into the bypass channel of the section.

Окна внутренних гильз, попарно относящихся к каждой секции перекачного насоса, размещены со смещением α₁ = 120^o, окна неподвижной гильзы расположены напротив друг друга, дуга участка перекрытия между окнами наружной гильзы выполнена на угле α₃ >90^o, а окна внутренней гильзы - на дуге угла

Уплотнения секций гидрораспределителей имеют кольцевые уплотнения, состоящие из узких колец, помещенных в канавках вращающихся внутренних гильз, соединенных посредством отверстий, выполненных в них с их внутренней полостью, и широких колец, помещенных в канавках неподвижных наружных гильз, соединенных посредством отверстий, выполненных в них с карманами корпусов гидрораспределителей.The windows of the inner liners, pairwise related to each section of the transfer pump, are placed with an offset of α ₁ = 120 ^o , the windows of the fixed liner are located opposite each other, the arc of the overlap section between the windows of the outer liner is made at an angle of α ₃ > 90 ^o , and the windows of the inner liner are on an arc of an angle

The seals of the valve sections have o-rings, consisting of narrow rings placed in the grooves of the rotating inner sleeves connected by holes made in them with their inner cavity, and wide rings placed in the grooves of the fixed outer sleeves connected by holes made in them with pockets of valve housing.

На фиг. 1 изображена гидросхема насоса,
на фиг. 2 - продольный разрез перекачной секции насоса,
на фиг. 3 - продольный разрез гидроприводной секции насоса,
на фиг. 4 - поперечный разрез,
на фиг. 5 - блок гидрораспределителей по разрезу А-А фиг. 6.In FIG. 1 shows a hydraulic circuit of a pump,
in FIG. 2 is a longitudinal section of the transfer section of the pump,
in FIG. 3 is a longitudinal section of a hydraulic section of a pump,
in FIG. 4 is a transverse section,
in FIG. 5 - valve block along section AA of FIG. 6.

на фиг. 6 - блок гидрораспределителей с мембранным насосом в разрезе Б-Б фиг. 5,
на фиг. 7 - развертка контактных поверхностей неподвижной и вращаемой гильз гидрораспределителей,
на фиг. 8 - график непульсирующих потоков мембранного насоса.in FIG. 6 is a block of control valves with a diaphragm pump in section BB of FIG. 5,
in FIG. 7 - scan contact surfaces of the fixed and rotatable sleeves of the control valves,
in FIG. 8 is a graph of non-pulsating diaphragm pump flows.

Насос содержит блок 1 гидроприводных секций, блок 2 гидрораспределителей и блок 3 перекачных секций. Боковые гидроприводные секции 4 имеют устройства 5, отключающие их, обратные клапаны 7. The pump contains a block 1 of hydraulic sections, a block of 2 valves and a block of 3 transfer sections. Hydraulic lateral sections 4 have devices 5 that turn them off, check valves 7.

Перекачные секции имеют магистрали 8 подвода гидроприводной жидкости от общей магистрали гидроприводного насоса. Перекачные секции объединены магистралью 9 всасывания и магистралью 10 нагнетания загрязненной жидкости. Каждая секция состоит из корпуса 11, трубчатой мембраны 12, всасывающих 13 и нагнетательных 14 клапанов. The transfer sections have lines 8 for supplying the hydraulic fluid from the common highway of the hydraulic pump. The transfer sections are combined by a suction line 9 and a contaminated liquid discharge line 10. Each section consists of a housing 11, a tubular membrane 12, a suction 13 and a discharge valve 14.

К клапанам подведены гидромагистрали 15 принудительного открывания клапанов. The valves are connected to the hydraulic line 15 forced opening of the valves.

Корпус 16 перекачной секции (фиг. 2) выполнен в виде трубы с утолщениями по концам. The housing 16 of the transfer section (Fig. 2) is made in the form of a pipe with thickenings at the ends.

В корпусе 16 размещена трубчатая упругая мембрана 17, закрепленная на концах корпуса 16 кольцами 18 и стержнями 19. К корпусу 16 прикреплен корпус 20 всасывающего клапана с демпфером 21 и седлом 22 с обеспечением мягкой посадки клапана на седло. Клапан 23 выполнен из упругих тороидных оболочек с эластичным сердечником в середине и закреплен на стержне 24, имеющем на конце поршень 25. In the housing 16 there is a tubular elastic membrane 17 fixed at the ends of the housing 16 by rings 18 and rods 19. A housing 20 of the suction valve with a damper 21 and a seat 22 is attached to the housing 16 to ensure a soft fit of the valve on the seat. The valve 23 is made of elastic toroidal shells with an elastic core in the middle and is mounted on a rod 24 having a piston 25 at its end.

В центре корпуса имеется отверстие 26, установлена пружина 27 и защитный элемент в виде сильфона 28. В корпусе 20 выполнено боковое отверстие 29 всасывания перекачиваемой жидкости. In the center of the housing there is an opening 26, a spring 27 and a protective element in the form of a bellows 28 are installed. In the housing 20 there is a side opening 29 for suction of the pumped liquid.

С другой стороны корпуса 16 прикреплен корпус 30 нагнетательного клапана 32. Имеется седло 31 и демпфер 33. Клапан 32 закреплен на стрежне 34 с пружиной 35 и сильфоном 36. Перекачные секции насосов гидромагистралями 8 через гидрораспределители 6 сообщены с соответствующими секциями гидроприводного насоса. On the other side of the casing 16, the casing 30 of the discharge valve 32 is attached. There is a seat 31 and a damper 33. The valve 32 is fixed on the rod 34 with a spring 35 and a bellows 36. The transfer sections of the pumps by hydraulic lines 8 through the control valves 6 are in communication with the corresponding sections of the hydraulic drive pump.

Гидроприводной насос с корпусом 37 (фиг. 3) состоит, как правило, из 3-х секций, каждая из которых имеет два рабочих отсека, поочередно вытесняющих гидроприводную жидкость. В каждом отсеке имеется два рабочих диска 38 и два опорных диска 39. По их периферии имеются каналы всасывания 40 и напорные каналы 41, сообщенные с гидромагистралями 8. A hydraulic drive pump with a housing 37 (Fig. 3) usually consists of 3 sections, each of which has two working compartments, alternately displacing the hydraulic drive fluid. In each compartment there are two working disks 38 and two supporting disks 39. At their periphery there are suction channels 40 and pressure channels 41 connected with hydraulic lines 8.

В опорных дисках установлены втулки 42, в которых размещены опорные шейки замыкателей 43. In the supporting disks, bushings 42 are installed in which the supporting necks of the contactors 43 are placed.

В центре насоса установлен ротор 44 с валом 45. Ротор и замыкатели имеют зубчатое зацепление, расположенное в рабочих полостях насоса. На роторе при помощи стержней 46 и штифтов 48 установлены лопасти 47. A rotor 44 with a shaft 45 is installed in the center of the pump. The rotor and contactors have gearing located in the working cavities of the pump. Blades 47 are mounted on the rotor using rods 46 and pins 48.

В дисках 38 имеются каналы всасывания 49 и нагнетания 50. Боковые секции насоса имеют каналы 51 перепуска жидкости и вдвижные стопоры 52 их перекрытия. In the disks 38 there are suction and discharge channels 50. The lateral sections of the pump have channels 51 for liquid transfer and sliding stoppers 52 for their overlap.

Основным узлом, определяющим надежность работы насоса, является гидрораспределитель, распределяющий потоки гидроприводной жидкости в десятки литров в секунду. The main unit determining the reliability of the pump is a valve, distributing hydraulic fluid flows of tens of liters per second.

Блок гидрораспределителей вращательного действия гильзовой конструкции включает гидрораспределитель линии всасывания и гидрораспределитель линии нагнетания, соединенные с напорной трубой 53 и всасывания 54, идущие от гидроприводного насоса. К этим трубам соответственно присоединены напорные каналы 41 и всасывающие 40. Вал гидрораспределителя 55 с шестерней 56 соединен с валом 45 и установлен на подшипнике 57. The rotary valve control unit of the sleeve structure includes a suction line valve and a discharge line valve connected to pressure pipe 53 and suction 54, coming from the hydraulic drive pump. Pressure pipes 41 and suction 40 are respectively connected to these pipes. The control valve shaft 55 with the gear 56 is connected to the shaft 45 and mounted on the bearing 57.

Корпусы 58, 59 гидрораспределителей внутри имеют карманы 60, соединенные посекционно с секциями мембранного насоса отводами 61 и имеют общую крышку 62. Housings 58, 59 of the control valves inside have pockets 60, connected sectionally to sections of the diaphragm pump by taps 61 and have a common cover 62.

В центральные отверстия корпусов вставлены неподвижные гильзы 63 с окнами 64 и вращаемые гильзы 65 с окнами 66. Расположение указанных окон гильз показано на фиг. 6 и 7. Fixed sleeves 63 with windows 64 and rotatable sleeves 65 with windows 66 are inserted into the central openings of the housings. The arrangement of said sleeve windows is shown in FIG. 6 and 7.

На фиг. 7 выполнена развертка соприкасающихся поверхностей гильз. На поверхности неподвижной гильзы (редкая штриховка) показаны окна 64, а на поверхности вращаемой гильзы окна 66. In FIG. 7 a scan of the contacting surfaces of the liners. On the surface of the fixed sleeve (rare shading), windows 64 are shown, and on the surface of the rotatable sleeve of the window 66.

При трехсекционном мембранном насосе окна внутренней гильзы выполняются со смещением одной секции от другой на угол α₁ = 120^o.With a three-section membrane pump, the windows of the inner sleeve are displaced from one section from another by an angle α ₁ = 120 ^o .

Гидравлическая разгрузка вращаемой гильзы достигается при выполнении окон в неподвижной гильзе через α₂ = 180^o.Hydraulic unloading of the rotatable sleeve is achieved when the windows are made in the stationary sleeve through α ₂ = 180 ^o .

Дуга участка перекрытия между окнами наружной гильзы выполняется на угле α₃> 90^°(α₃= 110^°), а окна внутренней гильзы на дуге угла

(α₄= 30 - 33^o). Имеется одновременное открытие окон смежных секций, расположенных друг от друга через α₁= = 120^o.The arc of the overlap area between the windows of the outer sleeve is performed at an angle α ₃ > 90 ^° (α ₃ = 110 ^° ), and the windows of the inner sleeve at the arc

(α ₄ = 30 - 33 ^o ). There is a simultaneous opening of windows of adjacent sections located from each other through α ₁ = = 120 ^o .

α₅= α₃+α₄ - 120^o = 110+30-120=20^o
Указанные углы окон определены с учетом пропуска через них потоков гидроприводной жидкости в одну или в две секции, обеспечивая непульсирующие потоки перекачиваемой загрязненной жидкости (фиг. 8).α ₅ = α ₃ + α ₄ - 120 ^o = 110 + 30-120 = 20 ^o
The indicated window angles are determined taking into account the passage of hydraulic fluid flows through them into one or two sections, providing non-pulsating flows of the pumped contaminated liquid (Fig. 8).

Участки гидрораспределителей сопредельных секций, находящиеся то под высоким, то под низким давлением гидроприводной жидкости, отделены уплотнениями, выполненными в виде колец: узких 68, расположенных в канавках вращаемой гильзы 65, и широких 70, расположенных в канавках неподвижной гильзы 63. The sections of the hydraulic distributors of the adjacent sections, which are either under high or low pressure of the hydraulic fluid, are separated by seals made in the form of rings: narrow 68 located in the grooves of the rotatable sleeve 65, and wide 70 located in the grooves of the stationary sleeve 63.

Кольца 68 при наличии отверстий 69 во вращаемой гильзе 65 прижаты к кольцам 70, а в неподвижной гильзе 63 всасывающей магистрали при наличии отверстий 71 кольца 70 прижаты к кольцам 68. Rings 68 in the presence of holes 69 in the rotated sleeve 65 are pressed against the rings 70, and in a stationary sleeve 63 of the suction line, in the presence of holes 71 of the ring 70 are pressed against the rings 68.

Секции мембранного насоса непосредственно без компенсаторов подсоединены к всасывающей магистрали 73 и к напорной 72. The sections of the diaphragm pump directly without compensators are connected to the suction line 73 and to the pressure head 72.

Насос работает следующим образом. The pump operates as follows.

Вал 45 гидроприводного насоса вращается электродвигателем или другим быстроходным двигателем. The shaft 45 of the hydraulic pump is rotated by an electric motor or other high speed motor.

Гидроприводная жидкость, вытесняемая лопастями 47, поступает в напорные каналы 41, а из них через гидрораспределитель 6 поступает в гидромагистрали 8 и кольцевое пространство между корпусной трубой 16 и трубчатой мембраной 17. Мембрана прогибается внутрь, вытесняя загрязненную жидкость через клапан 32 в магистраль 10. The hydraulic fluid displaced by the blades 47 enters the pressure channels 41, and from them through the valve 6 it enters the hydraulic line 8 and the annular space between the housing pipe 16 and the tubular membrane 17. The membrane bends inward, forcing the contaminated liquid through valve 32 into the line 10.

При перемене позиции гидрораспределителя 6 в положение на всасывание клапан 32 под воздействием пружины 35 садится с демпфированием на седло 31. When changing the position of the valve 6 to the suction position, the valve 32 under the influence of the spring 35 sits with damping on the seat 31.

Всасывание загрязненной жидкости через клапан 23 происходит при восстановлении формы упругой трубчатой мембраны 17 и обратном движении жидкости по магистрали 8 через гидрораспределитель 6 в низконапорную магистраль гидроприводного насоса. The absorption of contaminated liquid through the valve 23 occurs when the elastic tubular membrane 17 is restored to shape and the liquid moves back along the line 8 through the valve 6 into the low-pressure line of the hydraulic drive pump.

Принудительное открытие всасывающих клапанов 23 жидкостью высокого давления, поступающей по магистралям 15 от секций, находящихся под высоким давлением, обеспечит необходимое проходное сечение клапанов 23. Forced opening of the suction valves 23 with a high-pressure liquid flowing along the lines 15 from the sections under high pressure will provide the necessary passage section of the valves 23.

Производительность насоса в зависимости от требований эксплуатации устанавливается ступенчато, то есть 1, 2/3, 1/3 номинальной. В случае необходимости повышение давления отключается одна или две секции путем вывода затворов 52 из перепускных каналов 51. Произойдет внутренняя циркуляция гидроприводной жидкости при отсутствии ее подачи в магистрали 8. Depending on the operating requirements, the pump performance is set in steps, i.e. 1, 2/3, 1/3 of the nominal. If necessary, the pressure increase is turned off by one or two sections by removing the shutters 52 from the bypass channels 51. An internal circulation of the hydraulic fluid will occur in the absence of its supply to the line 8.

Гидрораспределитель напорной линии и линии всасывания гидроприводного насоса работает от вращения гильз 65 валом 55 с шестерней 56, сцепленной с зубчатыми венцами 67 гильз 65. Гидроприводная жидкость или вытесняется в секцию мембранного насоса, или отсасывается из нее при соответствующем обусловленном расположении окон 64 и 66. The hydraulic distributor of the pressure line and the suction line of the hydraulic drive pump operates from the rotation of the sleeves 65 by the shaft 55 with the gear 56 engaged with the gears of the sleeves 67 of the sleeves 65. The hydraulic drive is either displaced into the diaphragm pump section or sucked out of it with the corresponding conditional arrangement of the windows 64 and 66.

Постоянный поток гидроприводной жидкости направляется или в одну, или в две секции, обеспечивая непульсирующие потоки перекачиваемой жидкости. На угле α₄ открыты окна двух секций, их потоки складываются, обеспечивая непульсирующий постоянный поток (фиг. 8) без использования компенсаторов.A constant flow of hydraulic fluid is directed either in one or in two sections, providing non-pulsating fluid flows. At the angle α ₄ the windows of two sections are open, their flows add up, providing a non-pulsating constant flow (Fig. 8) without the use of compensators.

Надежность работы клапанов при повышенной быстроходности насоса обусловлена демпфированием их посадки на седла. The reliability of the valves with increased speed of the pump due to the damping of their seating on the saddles.

Так как трубчатая упругая мембрана 17 работает в условиях отсутствия существенного перепада давления, ее работа также будет надежной в течение длительного времени при высоком давлении. Высокий к.п.д. насоса обеспечивает действием кольцевых уплотнений гидрораспределителей. Since the tubular elastic membrane 17 operates in the absence of a significant pressure drop, its operation will also be reliable for a long time at high pressure. High efficiency the pump provides the action of the o-rings of the control valves.

Все это обусловит надежную работу насоса малых габаритов и массы, обусловленной его быстроходностью. All this will determine the reliable operation of the small-sized pump and the weight due to its speed.

Claims

1. A direct-flow hydraulic actuator diaphragm pump containing transfer sections with membranes and hydraulic valves, a hydraulic drive with directional valves, characterized in that the transfer sections are made of tubular bodies with elastic tubular membranes located inside them, the valves have seats with dampers, the hydraulic drive of the membranes and a multi-section roller pump, sections of which have a shut-off mechanism, and control valves are made of fixed outer sleeves and rotating inner sleeves with edelitelnymi windows installed in buildings with pockets.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the device for disconnecting sections of the roller pump is made in the form of a shutter inserted into the bypass channel of the section.

3. The pump according to claim 1, characterized in that the windows of the inner sleeves, pairwise related to each section of the transfer pump, are placed with an offset of α ₁ = 120 ^o , the windows of the stationary sleeve are located opposite each other, the arc of the overlap section between the windows of the outer sleeve is made on angle α ₃ > 90 ^o , and the windows of the inner sleeve on the arc

4. The pump according to claim 1, characterized in that the seals of the sections of the control valves have o-rings, consisting of narrow rings placed in the grooves of the rotating inner sleeves, connected by holes made in them, with their inner cavity, and wide rings placed in grooves of fixed outer sleeves connected by holes made in them with pockets of valve bodies.