RU2330991C2

RU2330991C2 - Eccentric pump

Info

Publication number: RU2330991C2
Application number: RU2005128420/11A
Authority: RU
Inventors: Евгений Рафаилович Савинов (RU); Евгений Рафаилович Савинов; Юлий Рафаилович Зельдин (RU); Юлий Рафаилович Зельдин
Original assignee: Евгений Рафаилович Савинов; Юлий Рафаилович Зельдин
Priority date: 2005-09-12
Filing date: 2005-09-12
Publication date: 2008-08-10
Also published as: RU2005128420A

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention relates to devices intended for pumping over liquids, in particular, to the design of hydraulic eccentric pumps. The pump consists of casing (1) with inlet (2) and outlet (3) openings, eccentric shaft (4) accommodating oscillating or rotating cylindrical piston (5) and separator (6) separating the low- and high-pressure zones. The cylindrical piston inside space accommodates a counterweight fitted on the eccentric shaft. Separator (6) is a plate with one end attached to axle fitted into casing (1) and the other end being in contact with cylindrical piston (5).

EFFECT: higher reliability and efficiency, simpler design.

6 cl, 6 dwg

Description

Изобретение относится к устройствам для перекачивания жидкостей, а именно к конструкции гидравлических насосов. Известны механические насосы разных типов для перекачивания жидкостей под давлением: поршневые, мембранные, шестеренные, лопастные, винтовые, центробежные и т.д. Большинство этих насосов конструктивно сложны, требуют точного изготовления или имеют низкий коэффициент полезного действия. Они широко известны и подробно описаны в литературе (см., например, справочное пособие «Насосы», - М., «Машиностроение», 1979 г., с.12).The invention relates to a device for pumping liquids, and in particular to the design of hydraulic pumps. There are various types of mechanical pumps for pumping liquids under pressure: piston, diaphragm, gear, vane, screw, centrifugal, etc. Most of these pumps are structurally complex, require precise manufacturing, or have a low efficiency. They are widely known and described in detail in the literature (see, for example, the reference manual "Pumps", - M., "Mechanical Engineering", 1979, p.12).

Известен эксцентриковый насос, названный в указанном пособии роликовым, состоящий из корпуса, эксцентрикового вала, расположенного на нем колеблющегося цилиндрического поршня и разделителя, отделяющего зоны высокого и низкого давления (там же, с.12-13). Этот насос по своей технической сущности наиболее близок к предлагаемому и принят за прототип.A known eccentric pump, called in this manual a roller, consisting of a housing, an eccentric shaft, an oscillating cylindrical piston located on it and a separator separating the high and low pressure zones (ibid., Pp. 12-13). This pump in its technical essence is the closest to the proposed and adopted as a prototype.

В прототипе разделитель, отделяющий друг от друга зоны высокого и низкого давления, представляет собой пластину сложной формы, закрепленную на поршне, которая во время работы насоса перемещается в полости, которая недостаточно надежно уплотнена, из-за чего неизбежные утечки снижают КПД насоса. К тому же приводит и трение между разделителем и его уплотнениями. Кроме того, конструкция подвижных частей насоса не уравновешена, что приводит к его вибрации во время работы.In the prototype, the separator separating the high and low pressure zones from each other is a plate of complex shape mounted on a piston, which during operation of the pump moves in a cavity that is not adequately sealed, due to which inevitable leaks reduce the efficiency of the pump. Friction between the separator and its seals also leads to this. In addition, the design of the moving parts of the pump is not balanced, which leads to its vibration during operation.

Целью изобретения является ликвидация указанных недостатков.The aim of the invention is the elimination of these disadvantages.

Поставленная цель достигается тем, что в эксцентриковом насосе, состоящем из корпуса с входным и выходным отверстиями, эксцентрикового вала, расположенного на нем вращающегося или колеблющегося цилиндрического поршня и разделителя, отделяющего зоны высокого и низкого давления, согласно изобретению внутри цилиндрического поршня выполнена полость, в которой расположен закрепленный на эксцентриковом валу противовес, уравновешивающий дебаланс элементов конструкции, перемещающихся при вращении эксцентрикового вала, причем разделитель выполнен в виде пластины, установленной на закрепленной в корпусе оси, а вторым концом контактирующей с поршнем, или выполнен в виде закрепленной на поршне плоской пластины и уплотнен в корпусе двумя стержнями из упругого антифрикционного материала, например полиуретана, или в виде упругой, например резиновой, пластины, закрепленной одним концом в корпусе, а вторым в цилиндрическом поршне, или выполнен в виде цилиндрического ролика из антифрикционного материала и подпружинен или в виде двух цилиндрических роликов, один из которых контактирует с поршнем и со вторым роликом, который в свою очередь контактирует со стенкой полости в корпусе, а в корпусе насоса выполнена полость, одна из стенок которой соприкасается с вторым роликом, причем внутри цилиндрического поршня выполнена полость, в которой расположен закрепленный на эксцентриковом валу противовес, уравновешивающий дебаланс элементов конструкции, перемещающихся при вращении эксцентрикового вала.This goal is achieved by the fact that in an eccentric pump, consisting of a housing with inlet and outlet openings, an eccentric shaft, a rotating or oscillating cylindrical piston located on it and a separator separating the high and low pressure zones, according to the invention, a cavity is made inside the cylindrical piston in which a counterweight mounted on the eccentric shaft is located, balancing the unbalance of the structural elements moving during the rotation of the eccentric shaft, and the separator made in the form of a plate mounted on an axis fixed in the housing and contacting the piston with the second end, or made in the form of a flat plate fixed on the piston and sealed in the housing with two rods of elastic antifriction material, such as polyurethane, or in the form of elastic, such as rubber, a plate fixed at one end in the housing and the second in a cylindrical piston, or made in the form of a cylindrical roller made of antifriction material and spring-loaded or in the form of two cylindrical rollers, one of which is a contact interacts with the piston and with the second roller, which in turn is in contact with the cavity wall in the housing, and a cavity is made in the pump housing, one of the walls of which is in contact with the second roller, and a cavity is made inside the cylindrical piston in which the counterweight mounted on the eccentric shaft is located balancing the unbalance of structural elements moving with the rotation of the eccentric shaft.

В предлагаемом изобретении конструкция разделителя представлена в нескольких вариантах, поэтому она поясняется чертежами, на которых изображены:In the present invention, the design of the separator is presented in several versions, therefore, it is illustrated by the drawings, which depict:

Вариант 1 - фиг. 1 - насос с вращающимся поршнем и разделителем в виде пластины, установленной в корпусе на оси и прижатой к поршню.Option 1 - FIG. 1 - a pump with a rotating piston and a separator in the form of a plate mounted in the housing on the axis and pressed against the piston.

Вариант 2 - фиг.2 - насос с разделителем в виде плоской пластины с упругими уплотнителями.Option 2 - figure 2 - pump with a separator in the form of a flat plate with elastic seals.

Вариант 3 - фиг.3 - насос с разделителем из эластичной пластины.Option 3 - figure 3 - pump with a separator from an elastic plate.

Вариант 4 - фиг.4 - насос с разделителем в виде цилиндрического ролика.Option 4 - figure 4 - pump with a separator in the form of a cylindrical roller.

Вариант 5 - фиг.5 - насос с разделителем в виде двух цилиндрических роликов.Option 5 - figure 5 - pump with a separator in the form of two cylindrical rollers.

Фиг.6 - сечение по линии А-А из фиг.1 (общее для всех вариантов).6 is a section along the line aa from figure 1 (common to all options).

Устроен предлагаемый насос следующим образом.The proposed pump is arranged as follows.

По первому варианту (фиг.1 и 6) насос содержит корпус 1 с входным 2 и выходным 3 отверстиями и установленные в корпусе эксцентриковый вал 4, цилиндрический поршень 5 и разделитель 6. Поршень 5 представляет собой цилиндрическую деталь с отверстием в центре, установленную на эксцентриковом валу 4 с возможностью вращения. Корпус 1 состоит из трех деталей: собственно корпуса 1 и боковых стенок - щек 7 и 8. В корпусе 1 имеется отверстие 9, диаметр которого больше диаметра поршня 5 на величину двух эксцентриситетов вала 4. К поверхности поршня 5 прижат разделитель 6, представляющий собой планку такой же ширины, как и поршень, закрепленную на оси 10. Поршень 5 на эксцентриковом валу 4 установлен посредством стенок 11 и 12, между которыми внутри поршня 5 на эксцентриковом валу 4 выполнен противовес 13.According to the first embodiment (Figs. 1 and 6), the pump comprises a housing 1 with an input 2 and an output 3 holes and an eccentric shaft 4, a cylindrical piston 5 and a separator 6 installed in the housing. The piston 5 is a cylindrical part with a hole in the center mounted on an eccentric shaft 4 rotatably. The housing 1 consists of three parts: the housing 1 itself and the side walls - jaws 7 and 8. In the housing 1 there is an opening 9, the diameter of which is larger than the diameter of the piston 5 by the size of the two eccentricities of the shaft 4. A separator 6 is pressed against the surface of the piston 5, which is a bar the same width as the piston mounted on the axis 10. The piston 5 on the eccentric shaft 4 is installed by means of walls 11 and 12, between which the counterweight 13 is made inside the piston 5 on the eccentric shaft 4.

По второму варианту (фиг.2) разделитель 14 выполнен в виде пластины, закрепленной на поршне 5 и входящей в полость 15, выполненную в корпусе 1. По обе стороны разделителя 6 в корпусе 1 установлены два уплотнителя - стержня 16, изготовленных из упругого антифрикционного материала, например полиуретана. Эти уплотнители заполняют собой зазор между корпусом 1 и разделителем 6 и препятствуют утечкам перекачиваемой жидкости при работе насоса.According to the second variant (Fig. 2), the separator 14 is made in the form of a plate fixed on the piston 5 and entering the cavity 15 made in the housing 1. On both sides of the separator 6 in the housing 1 there are two seals - a rod 16 made of elastic antifriction material for example polyurethane. These seals fill the gap between the housing 1 and the separator 6 and prevent leakage of the pumped liquid during pump operation.

По третьему варианту (фиг.3) пластина разделителя 6 выполнена из упругого материала, например резины, и при вращении эксцентрикового вала 4 изгибается примерно так, как показано на чертеже, то есть когда эксцентриситет вала 4 направлен влево, разделитель занимает положение, показанное сплошной линией, как на чертеже, когда он направлен вниз - положение, показанное штриховыми линиями, а когда эксцентрик направлен горизонтально, например влево - положение, показанное пунктиром. Для улучшения условий уплотнения зазора между поршнем 5 и поверхностью отверстия 9 поверхность поршня 5 покрыта слоем 17 эластичного материала, например резины или полиуретана.According to the third embodiment (Fig. 3), the separator plate 6 is made of an elastic material, for example rubber, and when the eccentric shaft 4 rotates, it bends approximately as shown in the drawing, that is, when the eccentricity of the shaft 4 is directed to the left, the separator occupies the position shown by a solid line as in the drawing, when it is directed downward - the position shown by dashed lines, and when the eccentric is directed horizontally, for example to the left - the position shown by the dashed line. To improve the sealing conditions of the gap between the piston 5 and the surface of the hole 9, the surface of the piston 5 is covered with a layer 17 of elastic material, such as rubber or polyurethane.

По четвертому варианту (фиг.4) разделитель представляет собой ролик 18, изготовленный из антифрикционного материала, например фторопласта. Ролик установлен в корпусе 1 на оси 19, закрепленной в рычагах 20 (показаны пунктиром), установленных, в свою очередь, на оси 21 в корпусе 1.According to the fourth embodiment (figure 4), the separator is a roller 18 made of an antifriction material, for example fluoroplastic. The roller is installed in the housing 1 on the axis 19, mounted in the levers 20 (shown by a dotted line), installed, in turn, on the axis 21 in the housing 1.

Чтобы ролик 18 во время работы насоса мог в корпусе перемещаться, в корпусе 1 выполнена полость 22, размеры которой, как показано на чертеже, несколько больше, чем зона перемещения ролика 18 (его положение при подъеме поршня вверх показано штрихами).So that the roller 18 during operation of the pump can move in the housing, a cavity 22 is made in the housing 1, the dimensions of which, as shown in the drawing, are slightly larger than the zone of movement of the roller 18 (its position when the piston is raised upward is indicated by strokes).

Поршень 5 в этом варианте может вращаться, огибая при вращении эксцентрикового вала внутреннюю поверхность отверстия 9. Если, как показано на фиг.4, эксцентриковый вал вращается по часовой стрелке, то ролик 18, касаясь поршня 5, будет стремиться повернуться тоже по часовой стрелке. При этом рычаги 20 будут приподымать ролик 18, как бы отрывая его от поверхности поршня 5 и способствуя тем самым увеличению утечек из зоны нагнетания (зона В) в зону всасывания (зона Н) перекачиваемой жидкости. Поэтому для успешной работы этого варианта конструкции нужна пружина (не показана), прижимающая ролик 18 к поршню 5.In this embodiment, the piston 5 can rotate around the inner surface of the hole 9 when the eccentric shaft rotates. If, as shown in Fig. 4, the eccentric shaft rotates clockwise, then the roller 18, touching the piston 5, will tend to rotate also clockwise. In this case, the levers 20 will raise the roller 18, as if tearing it off the surface of the piston 5 and thereby contributing to an increase in leakage from the discharge zone (zone B) to the suction zone (zone H) of the pumped liquid. Therefore, for the successful operation of this design option, a spring (not shown) is needed that presses the roller 18 against the piston 5.

Для ликвидации этого недостатка предназначен пятый вариант исполнения.To eliminate this drawback, the fifth embodiment is intended.

По пятому варианту (фиг.5) разделитель состоит из двух роликов 14 и 22, изготовленных из антифрикционного материала, например фторопласта. Ролики установлены в корпусе 1 на осях 23 и 24, закрепленных в рычагах 25 (показаны пунктиром), установленных, в свою очередь, на оси 26 в корпусе 1.According to the fifth embodiment (figure 5), the separator consists of two rollers 14 and 22 made of antifriction material, for example fluoroplastic. The rollers are installed in the housing 1 on the axes 23 and 24, mounted in the levers 25 (shown by a dotted line), mounted, in turn, on the axis 26 in the housing 1.

Все разделители имеют ширину, равную ширине поршня 5, и установлены с допусковым зазором между ними и стенками 7 и 8 корпуса 1.All dividers have a width equal to the width of the piston 5, and are installed with a tolerance gap between them and the walls 7 and 8 of the housing 1.

Предлагаемый насос работает следующим образом.The proposed pump operates as follows.

По первому варианту исполнения (фиг.1 и 6) цилиндрическое отверстие 9 в корпусе 1, в котором расположен поршень 5, по диаметру, как уже отмечалось, больше диаметра поршня 5 на величину удвоенного эксцентриситета эксцентрикового вала 4. Поэтому при вращении эксцентрикового вала 4 поршень 5 обкатывается по внутренней поверхности отверстия 9 в корпусе, что и вызывает появление в корпусе 1 зон В (зона всасывания) и Н (зона нагнетания). Благодаря движению поршня 5 объем этих зон постоянно изменяется. Если вал 4 вращается по часовой стрелке, как показано на фиг.1, то объем зоны Н растет, а жидкость в нее засасывается, а объем зоны В уменьшается, и жидкость из нее выдавливается через выходное отверстие 3.According to the first embodiment (Figs. 1 and 6), the cylindrical hole 9 in the housing 1, in which the piston 5 is located, has a diameter, as already noted, greater than the diameter of the piston 5 by the amount of double the eccentricity of the eccentric shaft 4. Therefore, when the eccentric shaft 4 rotates, the piston 5 runs on the inner surface of the hole 9 in the housing, which causes the appearance in the housing 1 of zones B (suction zone) and H (discharge zone). Due to the movement of the piston 5, the volume of these zones is constantly changing. If the shaft 4 rotates clockwise, as shown in FIG. 1, then the volume of zone H grows, and the liquid is sucked into it, and the volume of zone B decreases, and the liquid is squeezed out of it through the outlet 3.

Разделитель 6 при этом благодаря контакту его с поверхностью поршня 5 отделяет зоны Н и В друг от друга, препятствуя перетеканию жидкости из зоны низкого в зону высокого давления.In this case, the separator 6, due to its contact with the surface of the piston 5, separates the zones H and B from each other, preventing the fluid from flowing from the low zone to the high pressure zone.

При вращении эксцентрикового вала 4 и движущегося вместе с ним поршня 5 возникают центробежные силы, приводящие к вибрации всего насоса. Это явление устраняется противовесом 13, посредством которого дебаланс системы устраняется.When the eccentric shaft 4 and the piston 5 moving with it rotate, centrifugal forces arise, leading to vibration of the entire pump. This phenomenon is eliminated by the counterweight 13, by which the system unbalance is eliminated.

По второму варианту (фиг.2) разделитель 14 предлагается выполнить в виде плоской пластины, закрепленной на поршне 5. Поршень при этом не вращается, а только колеблется, а поверхность его огибает изнутри поверхность отверстия 9. В остальном работа насоса ничем не отличается от работы его по первому варианту.According to the second option (figure 2), the separator 14 is proposed to be made in the form of a flat plate mounted on the piston 5. The piston does not rotate, but only oscillates, and its surface bends around the surface of the hole 9. The operation of the pump is no different from the rest him according to the first option.

По третьему варианту (фиг.3) роль разделителя 6 выполняет гибкая пластина, выполненная из эластичного материала, например резины. Изгибаясь во время работы насоса, эта пластина выполняет ту же роль, что и разделитель 14 во втором варианте, так же надежно отделяя зону высокого давления от зоны низкого.According to the third option (figure 3), the role of the separator 6 is performed by a flexible plate made of an elastic material, such as rubber. Bending during operation of the pump, this plate performs the same role as the separator 14 in the second embodiment, also reliably separating the high pressure zone from the low zone.

При работе по четвертому варианту (фиг.4) поршень 5 вращает ролик 18, который, благодаря минимальным зазорам между роликом 18 и поверхностями поршня и корпуса, разделяет зоны В и Н, обеспечивая такую же работу насоса, как в предыдущих вариантах.When working in the fourth embodiment (figure 4), the piston 5 rotates the roller 18, which, thanks to the minimum clearances between the roller 18 and the surfaces of the piston and the housing, separates zones B and H, providing the same pump operation as in previous versions.

По пятому варианту (фиг.5) ролики 14 и 22 устанавливаются так, чтобы был обеспечен контакт между ними и с поршнем и корпусом в точках М, N и Р.According to the fifth embodiment (figure 5), the rollers 14 and 22 are installed so that contact is made between them and with the piston and the housing at points M, N and P.

Ролики установлены на осях 23 и 24, закрепленных в рычагах 25 (показаны пунктиром), установленных, в свою очередь, на оси 26 в корпусе 1. Благодаря этому направление вращения ролика 22 при его трении о поверхность корпуса 1 противоположно вращению ролика 14 и помогает ролику 14 прижиматься к поверхности поршня 5, содействуя тем самым более надежному разделению зон В и Н.The rollers are mounted on axes 23 and 24, fixed in levers 25 (shown by a dotted line), mounted, in turn, on an axis 26 in the housing 1. Due to this, the direction of rotation of the roller 22 when it is rubbed against the surface of the housing 1 is opposite to the rotation of the roller 14 and helps the roller 14 to press against the surface of the piston 5, thereby contributing to a more reliable separation of zones B and N.

При этом перекачиваемая среда служит смазкой в зоне трения между роликом 22 и корпусом 1.In this case, the pumped medium serves as a lubricant in the friction zone between the roller 22 and the housing 1.

Как видно из чертежей, отличаясь друг от друга конструкцией разделителя, все предлагаемые варианты насоса работают практически одинаково. Они содержат всего несколько деталей простой конструкции. Во время работы насоса жидкость в нем не совершает вихревых движений, а напрямую перекачивается из зоны Н в зону В.As can be seen from the drawings, differing from each other in the design of the separator, all the proposed pump options work almost the same. They contain only a few parts of a simple design. During pump operation, the liquid in it does not make vortex movements, but is directly pumped from zone H to zone B.

Это обеспечивает насосу простоту изготовления и высокий коэффициент полезного действия. Проверка работоспособности конструкции на изготовленных нами опытных образцах это подтвердила.This provides the pump with ease of manufacture and high efficiency. Verification of the operability of the design on the prototypes made by us has confirmed this.

Claims

1. Eccentric pump, consisting of a housing with inlet and outlet openings, an eccentric shaft, an oscillating or rotating cylindrical piston located on it and a separator separating the high and low pressure zones, characterized in that a cavity is made inside the cylindrical piston in which is mounted on eccentric shaft counterbalance, balancing the unbalance of structural elements that move when the eccentric shaft rotates.

2. The pump according to claim 1, characterized in that the separator is made in the form of a plate mounted at one end on an axis fixed in the housing, and the second end in contact with a cylindrical piston.

3. The pump according to claim 1, characterized in that the separator is made in the form of a flat plate fixed in a cylindrical piston and sealed in the housing by two rods of elastic antifriction material, for example polyurethane.

4. The pump according to claim 1, characterized in that the separator is made in the form of an elastic, for example rubber, plate fixed at one end in the housing and the second in a cylindrical piston.

5. The pump according to claim 1, characterized in that the separator is made in the form of a cylindrical roller in contact with the cylindrical piston and the housing wall, while a cavity is made in the pump housing, one of the walls of which is in contact with the separator, and the volume of this cavity is more than that volume within which the separator moves.

6. The pump according to claim 1, characterized in that the separator is made in the form of two cylindrical rollers, one of which is in contact with the cylindrical piston and with a second roller, which in turn is in contact with the cavity wall in the housing.