RU2282059C2

RU2282059C2 - Posinive displacement pump

Info

Publication number: RU2282059C2
Application number: RU2004133181/06A
Authority: RU
Inventors: Анатолий Иванович Костенко (RU); Анатолий Иванович Костенко
Priority date: 2004-11-15
Filing date: 2004-11-15
Publication date: 2006-08-20
Also published as: RU2004133181A

Abstract

FIELD: hydraulic machine building.

SUBSTANCE: piston groove in proposed positive displacement pump is made sectional, with antifriction side wall from side of ring groove of housing movably mating with working cylinder.

EFFECT: enlarged sphere of application as to parameters, increased service life, reliability in operation, provision of convenience in assembling of pump.

3 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к области гидромашиностроения, в частности к устройству объемных насосов.The invention relates to the field of hydraulic engineering, in particular to the device of volumetric pumps.

Известен объемный насос, содержащий корпус, снабженный сообщенной с напорным трактом кольцевой проточкой, выполненной в расточке корпуса в месте расположения подвижно сопряженного с расточкой направляющей штока, жестко связанного с расположенным в рабочем цилиндре корпуса между полостями рабочей камеры и всасывающего тракта поршнем, снабженным кольцевой канавкой, в которой свободно расположен между боковыми стенками с натягом по поверхности рабочего цилиндра всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель в форме эластомерного уплотнительного кольца круглого поперечного сечения и выполнены выпускные каналы со стороны кольцевой проточки корпуса, в котором свободно расположен с натягом по поверхностям штока и боковых стенок кольцевой проточки корпуса напорный клапанно-штоковый уплотнитель в форме эластомерного уплотнительного кольца круглого поперечного сечения (Авт. свидетельство СССР №1397618, МПК F 04 В 13/00, 1986).A volume pump is known, comprising a housing provided with an annular groove communicated with the pressure path, made in the housing bore at the location of a rod guide movably conjugated with the bore, rigidly connected to a piston provided with an annular groove located in the housing’s working cylinder between the cavities of the working chamber and the suction tract in which a suction valve-piston seal in the form of an elastomeric seal is freely located between the side walls with an interference fit on the surface of the working cylinder of a circular annular cross-section and discharge channels are made on the side of the annular groove of the housing, in which a pressure valve-stem seal in the form of an elastomeric O-ring of circular cross-section is freely located with an interference fit on the surfaces of the stem and lateral walls of the housing (USSR Author's Certificate No. 1397618 IPC F 04 B 13/00, 1986).

Недостатком данной конструкции насоса является трудность обеспечения и стабилизации требуемых функциональных натягов сопряжений эластомерных уплотнителей в особенности при их маломассивном исполнении и с течением времени воздействия эксплуатационных факторов и условий хранения, что снижает экономичность и надежность работы такого насоса.The disadvantage of this pump design is the difficulty in ensuring and stabilizing the required functional interference of the elastomeric sealant mates, especially when they are of low mass performance and over time exposure to operational factors and storage conditions, which reduces the efficiency and reliability of such a pump.

Наиболее близким к рассматриваемому в заявке по техническому существу и достигаемым результатам является техническое решение, предусматривающее снабжение выполненных в форме эластомерного кольца круглого поперечного сечений уплотнителей жесткими каркасами, сопряженными с натягом с соответствующими поверхностями этих уплотнителей (Авт. свидетельство СССР №1402711, МПК F 04 В 13/00, 1986).The closest to the technical substance considered in the application and the results achieved are the technical solution, which provides for the supply of seals made in the form of an elastomeric ring of circular cross-section of the seals with rigid frames interfaced with an interference fit with the corresponding surfaces of these seals (USSR Author's Certificate No. 1402711, IPC F 04 B 13/00, 1986).

Наличие жестких каркасов в данной конструкции насоса обеспечивает создание требуемых натягов функциональных сопряжений эластомерных элементов уплотнителей, что позволяет снизить потери хода поршня на начальных участках перемещений его из крайних положений, повышая тем самым экономичность работы насоса, а возможность учета в этих натягах временных и температурных факторов воздействия на эластомерные уплотнительные элементы, условий хранения и эксплуатации позволяет повысить надежность его работы.The presence of rigid frames in this pump design ensures the creation of the required interference of the functional joints of the elastomeric elements of the seals, which allows to reduce the piston stroke loss at the initial stages of displacement from extreme positions, thereby increasing the efficiency of the pump, and the possibility of taking into account the time and temperature factors in these interference on elastomeric sealing elements, storage and operating conditions can improve the reliability of its operation.

Однако данная конструкция насоса также имеет ряд недостатков, обусловленных в частности наличием относительно больших величин радиального зазора сопряжения рабочего цилиндра с поршнем и его консоли расположения относительно расточки подвижного сопряжения штока в направляющей, размерные соотношения которых определяются с одной стороны величиной подачи насоса, а с другой стороны ограничены условием необходимости обеспечения отсутствия выдавливания в зазор сопряжения поршня с рабочим цилиндром материала эластомерного уплотнительного элемента под воздействием перепада давления на нем в такой степени, при которой возможно его разрушение в пределах невыработанного заданного ресурса работы насоса, что в общем случае снижает область применения этого насоса по параметрам подачи и напора при заданных параметрах массогабаритных показателей. При этом наличие большой консольности расположения поршня относительно направляющей штока в процессе возвратно-поступательных перемещений поршня обуславливает соизмеримое с величиной зазора рабочего цилиндра с поршнем эксцентричное смещение его в пределах зазора подвижного сопряжения штока с направляющей и упругости системы под воздействием материала эластомерного уплотнительного элемента, неравномерно выдавливаемого перепадом давления на нем в эксцентрический зазор рабочего цилиндра с поршнем, усугубляя тем самым ограничение области применения насоса по параметрам и ухудшая условия работы эластомерных уплотнительных элементов всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей, штока в сопряжении с направляющей и самого рабочего цилиндра в сопряжении с поршнем, что приводит к снижению ресурсоспособности и надежности работы насоса. Кроме этого, наличие жесткого каркаса в составе всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя затрудняет возможность оборки его с поршнем насоса.However, this pump design also has a number of disadvantages, due in particular to the relatively large radial clearance between the working cylinder and the piston and its cantilever relative to the bore of the movable rod mating in the guide, the dimensional ratios of which are determined on the one hand by the pump feed and on the other hand limited by the condition of the need to ensure that there is no extrusion into the clearance gap between the piston and the working cylinder of the elastomeric sealing material th element under the influence of differential pressure on it to an extent at which it is possible destruction within nevyrabotannogo specified resource pump that generally reduces the field of application of this pump pressure and flow parameters at given parameters of weight and dimensions. Moreover, the presence of a large cantilever arrangement of the piston relative to the rod guide during reciprocating movements of the piston causes its eccentric displacement commensurate with the size of the clearance of the working cylinder with the piston within the range of the movable coupling between the rod and the guide and the elasticity of the system under the influence of elastomeric sealing element material that is unevenly extruded by the differential pressure on it into the eccentric clearance of the working cylinder with the piston, thereby exacerbating the restriction areas of application of the pump by parameters and worsening operating conditions of elastomeric sealing elements of the suction valve-piston and pressure valve-rod seals, the rod in conjunction with the guide and the working cylinder in conjunction with the piston, which reduces the service life and reliability of the pump. In addition, the presence of a rigid frame in the composition of the suction valve-piston seal makes it difficult to frill it with the pump piston.

Задачами, на решение которых направлено настоящее изобретение, являются расширение области применения по параметрам, повышение ресурсоспособности, надежности работы и обеспечение удобства сборки насоса.The tasks to which the present invention is directed are to expand the scope of application in terms of parameters, increase serviceability, reliability and ensure ease of assembly of the pump.

Указанные задачи решаются за счет того, что в известном насосе, содержащем расположенный в кольцевой канавке поршня всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель с жестким каркасом, кольцевая канавка поршня выполнена составной с подвижно сопряженной с рабочим цилиндром антифрикционной боковой стенкой со стороны кольцевой проточки корпуса, в которой расположен напорный клапанно-штоковый уплотнитель. При этом указанная антифрикционная боковая стенка может быть выполнена в форме разрезного цилиндрического кольца с внутренней цилиндрической ступенькой, сопряженной с выполненной в поршне со стороны кольцевой проточки корпуса дополнительной кольцевой канавкой, а в качестве материала может быть использована пластмассовая композиция на фторопластовой основе с графитовым наполнителем, например композиция Ф4-К20 ТУ 6-05-1413-76.These problems are solved due to the fact that in the known pump containing a suction valve-piston seal located in the annular groove of the piston with a rigid frame, the annular piston groove is made integral with the antifriction side wall movably mated to the working cylinder from the side of the annular groove of the housing in which pressure valve-stem seal. Moreover, the specified antifriction side wall can be made in the form of a split cylindrical ring with an inner cylindrical step, conjugated with an additional annular groove made in the piston from the side of the annular groove of the housing, and a plastic composition with a fluoroplastic base with graphite filler can be used as the material, for example composition F4-K20 TU 6-05-1413-76.

Изобретение поясняется чертежами, на которых изображены:The invention is illustrated by drawings, which depict:

на фиг.1 - конструктивная схема общего вида предлагаемого объемного насоса, на фиг.2 - разрез А-А фиг.1.figure 1 is a structural diagram of a General view of the proposed volumetric pump, figure 2 is a section aa of figure 1.

Объемный насос содержит корпус 1, снабженный сообщенной с напорным трактом 2 кольцевой проточкой 3, выполненной в расточке корпуса в месте расположения подвижно сопряженного с расточкой направляющей 4 штока 5, жестко связанного с расположенным в рабочем цилиндре 6 корпуса между полостями рабочей камеры 7 и всасывающего тракта 8 поршнем 9, снабженным кольцевой канавкой 10, в которой свободно расположен между боковыми стенками 11, 12 с натягом по поверхности рабочего цилиндра 6 всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель 13, содержащий сопряженный с натягом внутренней поверхностью с жестким каркасом 14 эластомерный уплотнительный элемент 15, и выполнены выпускные каналы 16 со стороны кольцевой проточки 3 корпуса, в которой свободно расположен с натягом по поверхностям штока 5 и боковых стенок 17, 18 кольцевой проточки 3 корпуса напорный клапанно-штоковый уплотнитель 19, содержащий эластомерный уплотнительный элемент 20, охваченный с натягом по наружной поверхности жестким каркасом 21. Кольцевая канавка 10 поршня 9 выполнена составной с подвижно сопряженной с рабочим цилиндром 6 антифрикционной боковой стенкой 11 со стороны кольцевой проточки 3 корпуса. Антифрикционная боковая стенка 11 выполнена в форме разрезного цилиндрического кольца, состоящего из двух полуколец 22, 23 с внутренней цилиндрической ступенькой 24, сопряженной с выполненной в поршне 9 со стороны кольцевой проточки 3 корпуса дополнительной кольцевой канавкой 25. Уплотнение внутренних поверхностей от внешней среды осуществлено уплотнительными элементами 26, 27.The volumetric pump comprises a housing 1, provided with an annular groove 3 connected to the pressure path 2, made in the housing bore at the location of the guide 4 of the rod 5 movably conjugated with the bore, rigidly connected with the housing located in the working cylinder 6 between the cavities of the working chamber 7 and the suction path 8 a piston 9 provided with an annular groove 10 in which is freely located between the side walls 11, 12 with an interference fit on the surface of the working cylinder 6, a suction valve-piston seal 13, comprising tightened inner surface with a rigid frame 14 elastomeric sealing element 15, and the exhaust channels 16 are made from the side of the annular groove 3 of the housing, which is freely located with an interference fit on the surfaces of the rod 5 and side walls 17, 18 of the annular groove 3 of the housing pressure valve-stem seal 19, containing an elastomeric sealing element 20, covered with an interference fit on the outer surface of the rigid frame 21. The annular groove 10 of the piston 9 is made integral with the anti-friction slidingly connected to the working cylinder 6 constant side wall 11 from the annular groove 3 of the housing. The antifriction side wall 11 is made in the form of a split cylindrical ring, consisting of two half rings 22, 23 with an inner cylindrical step 24, coupled with an additional annular groove 25 made in the piston 9 from the side of the annular groove 3 of the housing. The internal surfaces are sealed from the external environment by sealing elements 26, 27.

Насос работает следующим образом.The pump operates as follows.

На фиг.1 насос изображен в положении, соответствующем завершению цикла всасывания, при котором поршень 9 находится в крайнем положении. При этом напорный клапанно-штоковый уплотнитель 19 поджат трением в сопряжении со штоком 5 и перепадом давления на нем к расположенной со стороны рабочей камеры 7 боковой стенке 18 кольцевой проточки 8 корпуса 1, герметично разобщая тем самым рабочую камеру 7 от напорного тракта 2, а всасывающий клапанно-поршневой уплотнитель 13 поджат трением о поверхность рабочего цилиндра 6 к боковой стенке 11 кольцевой канавки 10 поршня 9, обеспечивая сообщение рабочей камеры 7 со всасывающим трактом 8 посредством выпускных каналов 16, радиального и осевого зазоров между поверхностями всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя 19 и кольцевой канавки 10 поршня 9, радиального функционального зазора между поверхностями рабочего цилиндра 6 и боковой стенки 12 кольцевой канавки 10 поршня 9, через которые рабочая жидкость поступила из всасывающего тракта 8 и заполнила рабочую камеру 7 по мере увеличения ее объема перемещением поршня 9 в процессе предшествующего цикла всасывания.In Fig.1, the pump is shown in the position corresponding to the end of the suction cycle, in which the piston 9 is in the extreme position. At the same time, the pressure valve-stem seal 19 is preloaded by friction in conjunction with the rod 5 and the pressure drop on it to the side wall 18 of the annular groove 8 of the housing 1 located on the side of the working chamber 7, thereby sealing the working chamber 7 from the pressure path 2, and the suction the valve-piston seal 13 is friction-tightened against the surface of the working cylinder 6 to the side wall 11 of the annular groove 10 of the piston 9, ensuring the communication of the working chamber 7 with the suction tract 8 through the outlet channels 16, radial and axial clearance ditch between the surfaces of the suction valve-piston seal 19 and the annular groove 10 of the piston 9, the radial functional clearance between the surfaces of the working cylinder 6 and the side wall 12 of the annular groove 10 of the piston 9, through which the working fluid entered from the suction path 8 and filled the working chamber 7 as increase its volume by moving the piston 9 during the previous suction cycle.

При последующем обратном ходе поршня 9 в процессе цикла нагнетания сначала происходит выборка осевого зазора между поверхностями всасывающего клапанно-поршневого уплотнителя 13 и боковой стенкой 12 кольцевой канавки 10 поршня 9, а затем с момента соприкосновения указанных поверхностей между собой и по мере возрастания в рабочей камере 7 избыточного давления до достаточного уровня происходит отжатие напорного клапанно-штокового уплотнителя 19 от боковой стенки 18 кольцевой проточки 3 корпуса 1 и через образованный при этом осевой и существующий радиальный зазоры между поверхностями этих элементов рабочая жидкость из рабочей камеры 7 по мере уменьшения ее объема перемещением поршня 9 вытеснится в напорный тракт 2. По достижении поршнем 9 своего крайнего в этом направлении перемещения положения в рабочей камере 7 происходит понижение уровня давления и напорный клапанно-штоковый уплотнитель 19 упругостью изначального натяга в осевом сопряжении с боковыми стенками кольцевой проточки 3 корпуса 1 и перепадом давления на нем спонтанно подожмется к боковой стенке 18 этой проточки, герметично разобщая тем самым полости напорного тракта 2 и рабочей камеры 7. С началом дальнейшего перемещения поршня в обратном направлении на цикле всасывания происходит дополнительное поджатие этого уплотнителя к боковой стенке кольцевой проточки корпуса усилием трения в сопряжении со штоком, повышающее надежность герметизации разобщения указанных функциональных полостей и, как следствие, надежность и качество осуществления рабочего процесса. При этом подвижно сопряженная с малым радиальным зазором с поверхностью рабочего цилиндра 6 антифрикционная боковая стенка 11 кольцевой канавки 10 поршня 9 обеспечивает надежную центровку поршня относительно расточки цилиндра в любом из положений возвратно-поступательных перемещений поршня, создавая благоприятные условия работы функциональных элементов конструкции.With the subsequent reverse stroke of the piston 9 during the injection cycle, the axial clearance is first selected between the surfaces of the suction valve-piston seal 13 and the side wall 12 of the annular groove 10 of the piston 9, and then from the moment these surfaces come into contact with each other and increase in the working chamber 7 of excess pressure to a sufficient level, the pressure valve-rod seal 19 is pressed away from the side wall 18 of the annular groove 3 of the housing 1 and through the axial The radial clearances between the surfaces of these elements, the working fluid from the working chamber 7 is displaced into the pressure path 2 by moving the piston 9 and, when the piston 9 reaches its extreme position in the working chamber 7, the pressure level decreases and the pressure valve rod seal 19 elasticity of the initial interference in axial conjugation with the side walls of the annular grooves 3 of the housing 1 and the pressure drop on it will spontaneously press on the side wall 18 of this groove, thereby metically separating the cavities of the pressure path 2 and the working chamber 7. With the beginning of further movement of the piston in the opposite direction on the suction cycle, this seal is additionally pressed to the side wall of the annular groove of the housing by friction in conjunction with the rod, which increases the reliability of sealing the isolation of the indicated functional cavities and as a result, the reliability and quality of the workflow. In this case, the antifriction side wall 11 of the annular groove 10 of the piston 9 movably coupled with a small radial clearance to the surface of the working cylinder 6 provides reliable centering of the piston relative to the cylinder bore in any of the positions of the reciprocating piston movements, creating favorable working conditions for the functional structural elements.

В дальнейшем циклы повторяются. Further cycles are repeated.

Таким образом, согласно предлагаемым настоящим изобретением техническим решениям насос оснащен максимально приближенной к всасывающему клапанно-поршневому уплотнителю с минимально возможной консольностью расположения дополнительной опорой скольжения, практически исключающей возможность эксцентренных смещений поршня и штока в зазорах их функциональных сопряжений, гарантируя концентричность этих зазоров и, как следствие, отсутствие неравномерности по кольцевым периметрам вытеснения материала эластомерных уплотнительных элементов всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей в эти зазоры под воздействием перепада давления на них, расширяя тем самым область применения насоса по параметрам и улучшая условия работы эластомерных уплотнительных элементов всасывающего клапанно-поршневого и напорного клапанно-штокового уплотнителей, штока в сопряжении с расточкой направляющей и самого рабочего цилиндра в сопряжении с поршнем, что, как следствие, обеспечивает повышение ресурсоспособности и надежности работы насоса в целой, а выполнение кольцевой канавки поршня составной с разъемной боковой стенкой обеспечивает удобство сборки насоса.Thus, according to the technical solutions proposed by the present invention, the pump is equipped as close as possible to the suction valve-piston seal with the smallest possible cantilever arrangement with an additional sliding support, virtually eliminating the possibility of eccentric displacements of the piston and rod in the gaps of their functional interfaces, ensuring the concentricity of these gaps and, as a result , the lack of unevenness along the annular perimeters of the displacement of the material of the elastomeric sealing elements of the suction valve-piston and pressure valve-rod seals in these gaps under the influence of a differential pressure on them, thereby expanding the scope of the pump in terms of parameters and improving the working conditions of the elastomeric sealing elements of the suction valve-piston and pressure valve-rod seals, the pair in conjunction with the bore of the guide and the working cylinder itself in conjunction with the piston, which, as a result, provides increased serviceability and reliability of the pump as a whole, and ix annular groove of the piston integral with the split side wall provides ease assembly of the pump.

Данный объемный насос может быть использован в любых отраслях промышленности, где требуется эффективное перекачивание жидкостных сред в системах различного целевого назначения. При этом благодаря эластичному контактированию функциональных уплотнительных поверхностей в клапанных распределителях принудительного действия данный насос менее чувствителен к наличию механических примесей в перекачиваемой среде по сравнению с объемными насосами другой конструкции клапанных распределителей и поэтому он может быть эффективно использован в работе на загрязненных механическими включениями неабразивного характера рабочих средах, где объемные насосы с другими конструкциями клапанных распределителей малоэффективны.This volumetric pump can be used in any industries where efficient pumping of liquid media in systems for various purposes is required. Due to the elastic contacting of the functional sealing surfaces in forced-action valve distributors, this pump is less sensitive to the presence of mechanical impurities in the pumped medium compared to volumetric pumps of a different valve distributor design and therefore it can be effectively used in working on non-abrasive mechanical media contaminated with mechanical inclusions where displacement pumps with other valve designs are ineffective s.

Claims

1. A volume pump comprising a housing provided with an annular groove in communication with the pressure path, made in the housing bore at the location of a rod guide movably conjugated with the bore, rigidly connected to a piston equipped with an annular groove located in the housing’s working cylinder between the cavities of the working chamber and the suction tract in which a suction valve-piston sealant is located between the side walls with an interference fit on the surface of the working cylinder, comprising an internal associated with an interference fit a tapered surface with a rigid frame, an elastomeric sealing element, and exhaust channels are made from the side of the annular groove of the housing, in which a pressure valve-stem seal is freely located with an interference fit on the surfaces of the stem and side walls of the annular groove of the housing, containing an elastomeric sealing element covered with an interference fit on the outer the surface with a rigid frame, characterized in that the annular piston groove is made integral with the antifriction laterally movably coupled to the working cylinder wall from the annular groove of the housing.

2. The volume pump according to claim 1, characterized in that the antifriction side wall of the annular piston groove is made in the form of a split cylindrical ring with an inner cylindrical step, coupled with an additional annular groove made in the piston from the side of the annular groove of the housing.

3. The volume pump according to claim 1, characterized in that the antifriction side wall of the annular piston groove is made of a plastic composition on a fluoroplastic base with graphite filler.