RU2364752C1

RU2364752C1 - Ultrahigh pressure plunger pump

Info

Publication number: RU2364752C1
Application number: RU2008118707/06A
Authority: RU
Inventors: Юрий Васильевич Ковалев (RU); Юрий Васильевич Ковалев; Владимир Юрьевич Чернобаев (RU); Владимир Юрьевич Чернобаев; Андрей Витальевич Диваев (RU); Андрей Витальевич Диваев
Original assignee: Юрий Васильевич Ковалев; Владимир Юрьевич Чернобаев; Андрей Витальевич Диваев
Priority date: 2008-05-14
Filing date: 2008-05-14
Publication date: 2009-08-20

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: invention is intended for use in the field of machine building, in particular in ultrahigh pressure plunger pumps, which are used as power set of highly efficient hydraulic cutting complexes. Device comprises body and head joined to it with block of valves. Forcing valve is connected to outlet channel of working fluid, for instance with cutting nozzle. Suction valve coaxial to it is connected to inlet channel of working fluid supply into cylinder. Driving pair plunger - spring-loaded cartridge is installed in cylinder coaxially to valves. Cavity is available between cylinder and body. Communication channel is arranged between outlet channel of forcing valve and this cavity. Both valves are installed inside body. Internal surface of cartridge is arranged as conic with creation of gap between this surface and plunger, which value varies.

EFFECT: increased reliability and resource of plunger pump operation, by exclusion of effect of cyclic stretching stresses at block of valves, cylinder and design elements installed in them, by exclusion of difference between internal pressure in working chamber and pressure at external surface of working chamber during pump operation.

2 cl, 2 dwg

Description

Изобретение относится к машиностроению, в частности к созданию плунжерных насосов сверхвысокого давления, которые используются в качестве силового агрегата высокопроизводительных гидрорезных комплексов: при водоструйной резке и очистке, вырезании изделий сложного контура из листового материала (металл, пластмассы, керамика и др.); при точной резке строительных материалов (бетон, стекло); при резке и очистке трубопроводов; при резке поделочного и облицовочного камня; при резке горных пород при проходке шахт, разрезании корпусов снарядов и вымывании взрывчатых веществ в целях их дальнейшего использования в хозяйстве; при разрезании корпусов подводных лодок при их утилизации, при резке оборудования и трубопроводов при выводе из эксплуатации реакторов в атомной энергетике, а также в других отраслях, использующих высоконапорные насосные установки с рабочим давлением, равным или большим 100 МПа.The invention relates to mechanical engineering, in particular to the creation of ultra-high pressure plunger pumps that are used as the power unit of high-performance hydraulic cutting complexes: during water-jet cutting and cleaning, cutting complex products from sheet material (metal, plastic, ceramics, etc.); with precise cutting of building materials (concrete, glass); when cutting and cleaning pipelines; when cutting ornamental and facing stone; when cutting rocks during the sinking of mines, cutting shells of shells and leaching of explosives with a view to their further use in the economy; when cutting the hulls of submarines during their disposal, when cutting equipment and pipelines during the decommissioning of reactors in the nuclear industry, as well as in other industries using high-pressure pump units with a working pressure equal to or greater than 100 MPa.

Известен плунжерный насос сверхвысокого давления, содержащий корпус и головку с блоком, в котором размещены нагнетательный клапан, сообщающийся с выходным каналом, соосный ему всасывающийся клапан с седлом, сообщающийся с входным каналом, а также установленные в корпусе с возможностью постоянного контакта с блоком клапанов головки плавающую втулку (цилиндр) и скользящую внутри него другую втулку (гильзу), в которой с возможностью перекрытия стыкового зазора между блоком клапанов и этими втулками установлена уплотнительная втулка, и соосный клапанам плунжер, при этом полость между цилиндром и корпусом насоса связана с каналом, выполненным в стенке этого корпуса (см. патент РФ №2030637, кл. F04B 53/00, публ. 1995 г.).Known ultra-high pressure plunger pump containing a housing and a head with a block in which a discharge valve is located, communicating with the output channel, a suction valve coaxial to it with a seat communicating with the input channel, and also floating in the housing with the possibility of constant contact with the valve block of the head a sleeve (cylinder) and another sleeve (sleeve) sliding inside it, in which a sealing sleeve is installed between the valve block and these bushings with the possibility of overlapping the joint gap, and a plunger, which is adjacent to the valves, wherein the cavity between the cylinder and the pump casing is connected to a channel made in the wall of this casing (see RF patent No. 2030637, class F04B 53/00, publ. 1995).

Описанная выше конструкция не обеспечивает на практике надежную работу насоса на сверхвысоких давлениях (более 300 МПа) и большом (более 25 л/мин) расходе на выходе.The design described above does not provide in practice the reliable operation of the pump at ultrahigh pressures (more than 300 MPa) and large (more than 25 l / min) flow rate at the outlet.

Это связано с тем, что для обеспечения большого расхода жидкости на выходе (при неизменных геометрических размерах рабочей камеры) необходимо увеличить частоту возвратно-поступательного движения плунжера, так как при частоте движения плунжера насоса-прототипа выше 2-3 Гц значительно возрастет сила трения по поверхности контакта плунжера и плавающей втулки из-за отсутствия какой-либо смазки и температурной деформации контактируемых деталей, что может привести к заклиниванию плунжера во втулке. При дальнейшей эксплуатации вследствие этого идет интенсивный износ контактирующих поверхностей, увеличение радиального зазора, что приводит к снижению давления в рабочей камере и на выходе к большим утечкам.This is due to the fact that to ensure a large flow rate of liquid at the outlet (with the geometrical dimensions of the working chamber being constant), it is necessary to increase the frequency of the reciprocating movement of the plunger, since with a frequency of movement of the plunger of the prototype pump above 2-3 Hz the friction force on the surface will increase significantly contact of the plunger and the floating sleeve due to the absence of any lubrication and thermal deformation of the contacted parts, which can lead to jamming of the plunger in the sleeve. During further operation, as a result of this there is intensive wear of the contacting surfaces, an increase in the radial clearance, which leads to a decrease in pressure in the working chamber and at the exit to large leaks.

Указанные выше проблемы решает изобретение РФ №2150026, кл. F04B 53/00, публ. 2000 г., в котором благодаря изменению конструкции рабочей камеры и новому размещению плунжера с возможностью захода во внутреннюю полость вставки (блока клапанов) с образованием рабочей камеры, при этом внутренняя полость вставки выполнена ступенчатой, а клапаны размещены соосно друг другу и перпендикулярно этой полости. Это позволило значительно снизить удельное потребление энергии, повысить КПД насоса, а также ресурс работы узлов и деталей при частоте движения плунжера выше 5 Гц, давлении на выходе до 600 МПа и расходе более 25 л/мин.The above problems are solved by the invention of the Russian Federation No. 2150026, class. F04B 53/00, publ. 2000, in which, thanks to a change in the design of the working chamber and the new placement of the plunger with the possibility of entering the internal cavity of the insert (valve block) with the formation of the working chamber, the internal cavity of the insert is made stepwise, and the valves are placed coaxially to each other and perpendicular to this cavity. This made it possible to significantly reduce the specific energy consumption, increase the efficiency of the pump, as well as the service life of the units and parts with a plunger frequency of more than 5 Hz, an outlet pressure of up to 600 MPa and a flow rate of more than 25 l / min.

Известен также плунжерный насос сверхвысокого давления, содержащий корпус, соединенную с ним головку со вставкой (блоком клапанов), в которой расположен нагнетательный клапан, с выходным каналом, размещенную в корпусе плавающую втулку (цилиндр), контактирующую со вставкой (блоком клапанов), установленный во втулке (цилиндре) плунжер, уплотнительный узел и всасывающий клапан, причем клапаны расположены соосно с плунжером, при этом вставка (блок клапанов) размещена в головке и в корпусе с возможностью поджатая уплотнительного узла, установленного коаксиально на плунжере и упирающегося с одной стороны в торец втулки (цилиндра), а с другой стороны - в элемент корпуса, причем корпус перекрывает стык между вставкой (блоком клапанов) и втулкой (цилиндром), а в плунжере выполнена осевая полость, сообщающаяся с камерой подпитки и с осевым каналом всасывающего клапана, который закреплен в торцевом отверстии плунжера и образует рабочую камеру, сопряженную с осевым каналом нагнетательного клапана (см. патент РФ №2247262, кл. F04B 53/00, публ. 2004 г.).An ultra-high pressure plunger pump is also known, comprising a housing, a head connected to it with an insert (valve block), in which a discharge valve is located, with an output channel, a floating sleeve (cylinder) located in the housing in contact with the insert (valve block) installed in a sleeve (cylinder), a plunger, a sealing assembly and a suction valve, the valves being located coaxially with the plunger, while the insert (valve block) is located in the head and in the housing with the possibility of a pre-tightened sealing assembly, installed coaxially on the plunger and abutting on one end of the sleeve (cylinder) end, and on the other hand, into the housing element, the housing overlapping the joint between the insert (valve block) and the sleeve (cylinder), and the axial cavity communicating with make-up chamber and with the axial channel of the suction valve, which is fixed in the end hole of the plunger and forms a working chamber, mating with the axial channel of the discharge valve (see RF patent No. 227262, cl. F04B 53/00, publ. 2004).

Данное изобретение решает те же проблемы, что и предыдущее, однако оно может обеспечить надежную работу насоса лишь при давлении рабочей среды до 300 МПа.This invention solves the same problems as the previous one, however, it can ensure reliable operation of the pump only at a working fluid pressure of up to 300 MPa.

Насосы, описанные выше, хотя и обеспечивают подачу рабочей жидкости, например в режущее сопло, под давлением 300 МПа и выше, при расходе более 25 л/час сложны по своей конструкции, нетехнологичны в изготовлении, а главное ненадежны в работе и обладают низким ресурсом. Это связано с тем, что из-за перепада давления между низким в полости закачки между корпусом и цилиндром и высоким внутри рабочей камеры (между торцом плунжера и нагнетательным клапаном) плавающая втулка (цилиндр) и канал в блоке клапанов, по которому поступает рабочая жидкость, при открытии нагнетательного клапана, куда жидкость идет под высоким давлением, постоянно подвержены циклическим растягивающим напряжениям, что приводит к быстрому износу и разрушению блока клапанов (вставки) и деталей, размещенных в рабочей камере, а также цилиндра (плавающей втулки).The pumps described above, although they provide a supply of working fluid, for example, to a cutting nozzle, at a pressure of 300 MPa and higher, with a flow rate of more than 25 l / h are complex in design, low-tech to manufacture, and most importantly unreliable in operation and have a low resource. This is due to the fact that due to the pressure difference between the low in the injection cavity between the housing and the cylinder and the high inside the working chamber (between the end of the plunger and the discharge valve), the floating sleeve (cylinder) and the channel in the valve block through which the working fluid flows, when the discharge valve is opened, where the fluid goes under high pressure, it is constantly exposed to cyclic tensile stresses, which leads to rapid wear and destruction of the valve block (insert) and parts located in the working chamber, as well as the cylinder and (floating sleeves).

Применение высокопрочных легированных сталей значительно повышает стоимость этих деталей, но не существенно повышает их ресурс. Кроме того, использование щелевого уплотнения с постоянным зазором по всей длине уплотнения в статическом состоянии приводит к тому, что в зазоре между плунжером и гильзой вследствие вязкого течения рабочей жидкости давление падает от рабочего до атмосферного, происходит упругая деформация скользящей втулки (гильзы), которая увеличивает зазор на входе уплотнения, поэтому чтобы получить необходимое падение давления в щели уплотнения, необходимо увеличивать его длину, как это сделано в прототипе.The use of high-strength alloy steels significantly increases the cost of these parts, but does not significantly increase their resource. In addition, the use of a gap seal with a constant gap along the entire length of the seal in a static state leads to the fact that in the gap between the plunger and the sleeve due to the viscous flow of the working fluid, the pressure drops from the working to atmospheric, elastic deformation of the sliding sleeve (sleeve) occurs, which increases the gap at the inlet of the seal, therefore, in order to obtain the necessary pressure drop in the gap of the seal, it is necessary to increase its length, as is done in the prototype.

По своей технической сущности и достигаемому результату плунжерный насос сверхвысокого давления, защищенный патентом №2030637, является наиболее близким к предложению заявителя, и оно выбрано за прототип.According to its technical nature and the achieved result, the ultra-high pressure plunger pump, protected by patent No. 2030637, is the closest to the proposal of the applicant, and it is selected as a prototype.

Задача новой разработки состоит в повышении надежности насосов сверхвысокого давления и повышении их ресурса за счет исключения циклических растягивающих напряжений, оказывающих разрушительное действие на блок клапанов, деталей, находящихся в рабочей камере, а также цилиндр, путем исключения перепада давления между рабочей камерой и полостью между цилиндром и корпусом насоса и уменьшения зазора между поверхностью гильзы (скользящей втулки) и плунжером.The objective of the new development is to increase the reliability of ultra-high pressure pumps and increase their service life by eliminating cyclic tensile stresses that have a destructive effect on the valve block, parts located in the working chamber, as well as the cylinder, by eliminating the pressure drop between the working chamber and the cavity between the cylinder and the pump casing and reducing the gap between the surface of the liner (sliding sleeve) and the plunger.

Указанный выше технический результат достигается за счет того, что в предлагаемом плунжерном насосе, содержащем корпус, соединенную с ним головку с блоком клапанов, в котором размещен нагнетательный клапан, с выходным нагнетательным каналом рабочей жидкости, например, к резательному соплу, и соосный нагнетательному клапану - всасывающий клапан с седлом и входным всасывающим каналом подачи рабочей жидкости в цилиндр, который установлен в корпусе контактно блоку клапанов, при этом в цилиндре соосно клапанам установлена приводная пара плунжер - подпружиненная гильза, а между цилиндром и корпусом выполнена полость с каналом в стенке корпуса, между выходным каналом нагнетательного клапана и полостью между цилиндром и корпусом выполнен канал сообщения, головка установлена с перекрытием блоком клапанов соединения между головкой и корпусом и размещением обоих клапанов внутри последнего, при этом внутренняя поверхность гильзы выполнена конической с образованием переменного зазора между этой поверхностью и поверхностью плунжера, величина которой изменяется от минимально расчетной у клапанного узла до максимально расчетной у выхода из корпуса приводного конца плунжера, а канал в корпусе насоса и выходной канал нагнетательного клапана выполнены с возможностью их перекрытия, при этом седло всасывающего клапана выполнено в виде диска с отверстиями, ответными отверстиям на торце клапанного узла, и закреплено на нем с возможностью замены.The above technical result is achieved due to the fact that in the proposed plunger pump containing a housing, a head connected to it with a valve block in which a discharge valve is located, with an outlet discharge channel of the working fluid, for example, to a cutting nozzle, and a coaxial discharge valve - a suction valve with a seat and an inlet suction channel for supplying a working fluid to the cylinder, which is installed in the housing in contact with the valve block, while the actuator pair is installed in the cylinder coaxially to the valves nzher is a spring-loaded sleeve, and a cavity with a channel in the body wall is made between the cylinder and the body, a communication channel is made between the outlet channel of the discharge valve and the cavity between the cylinder and the body, the head is installed with the valve block overlapping the connection between the head and the body and the placement of both valves inside the latter while the inner surface of the sleeve is made conical with the formation of a variable gap between this surface and the surface of the plunger, the value of which varies from the minimum p counting at the valve assembly to the maximum calculated at the exit from the housing of the drive end of the plunger, and the channel in the pump housing and the outlet channel of the discharge valve are made with the possibility of overlapping, while the seat of the suction valve is made in the form of a disk with holes, mating holes on the end of the valve assembly, and mounted on it with the possibility of replacement.

Сообщение выходного канала нагнетательного клапана через канал сообщения с полостью между цилиндром и корпусом позволяет практически исключить перепад давления при открытии нагнетательного клапана между рабочей камерой и полостью, между цилиндром и корпусом, что в свою очередь исключает циклические растягивающие напряжения, возникающие в цилиндре и деталях (клапанах) в рабочей камере, которые их разрушают.The output channel of the discharge valve through the communication channel with the cavity between the cylinder and the housing allows you to virtually eliminate the pressure drop when opening the discharge valve between the working chamber and the cavity, between the cylinder and the housing, which in turn eliminates the cyclic tensile stresses arising in the cylinder and parts (valves ) in the working chamber that destroy them.

Размещение блока с клапанами в корпусе насоса и в цилиндре также практически исключает возникающие циклические растягивающие напряжения, так как давление внутри рабочей камеры, на блок клапанов и в полости между цилиндром и корпусом практически одинаковы, в результате чего исключается разрушение блока клапанов.The placement of the block with valves in the pump housing and in the cylinder also virtually eliminates the occurring cyclic tensile stresses, since the pressure inside the working chamber, on the valve block and in the cavity between the cylinder and the body is almost the same, as a result of which the destruction of the valve block is eliminated.

Выполнение внутренней поверхности гильзы конической с образованием переменного зазора между ней и поверхностью плунжера уменьшает рабочий зазор и исключает трение металла по металлу, что также увеличивает срок службы этих деталей и уменьшает габаритные размеры щелевого уплотнения, улучшая качество его работы. Увеличивает срок службы деталей в рабочей камере и выполнение седла всасывающего клапана в виде диска с отверстиями, ответными отверстиям на торце клапанного узла, и крепление его с возможностью замены.The implementation of the inner surface of the conical sleeve with the formation of an alternating gap between it and the surface of the plunger reduces the working gap and eliminates metal friction on metal, which also increases the service life of these parts and reduces the overall dimensions of the gap seal, improving the quality of its work. It increases the service life of parts in the working chamber and the execution of the seat of the suction valve in the form of a disk with holes, mating holes at the end of the valve assembly, and mounting it with the possibility of replacement.

Все это способствует улучшению качества работы насоса, повышению его надежности и увеличению ресурса, а также упрощению конструкции и технологии ее изготовления.All this contributes to improving the quality of the pump, increasing its reliability and increasing the resource, as well as simplifying the design and technology of its manufacture.

Сведения, подтверждающие возможность осуществления изобретения с получением вышеуказанного технического результата, поясняются чертежами, на которых показан общий вид предлагаемого плунжерного насоса сверхвысокого давления в разрезе для различных вариантов подачи рабочей жидкости к потребителю, например, к резательному соплу:Information confirming the possibility of carrying out the invention with obtaining the above technical result is illustrated by drawings, in which a General view of the proposed plunger pump of ultrahigh pressure in section for various options for supplying the working fluid to the consumer, for example, to the cutting nozzle:

на фиг. 1 - через канал в корпусе и коллектор, при этом выходной нагнетательный канал перекрыт, например, винтовой пробкой;in FIG. 1 - through a channel in the housing and the collector, while the output discharge channel is blocked, for example, by a screw plug;

на фиг. 2 - через выходной нагнетательный канал, при этом канал в стенке корпуса перекрыт, например, винтовой пробкой, или отсутствует как на фиг.2.in FIG. 2 - through the outlet discharge channel, while the channel in the housing wall is blocked, for example, by a screw plug, or is absent as in FIG. 2.

Предлагаемый плунжерный насос сверхвысокого давления состоит из корпуса 1, который заделан в станине 2 со стороны привода (на чертеже привод не показан). С противоположного торца корпуса 1 через уплотнение 3 закреплена головка 4, фланец 5 которой с помощью шпилек 6 с гайками 7 соединен со станиной 2. В головке 4 размещен блок 8 клапанов с перекрытием соединения головки 4 и корпуса 1 в месте уплотнения 3 и размещением внутри корпуса 1 нагнетательного клапана 9 с выходным нагнетательным каналом 10, например, к резательному соплу (на чертеже не показано), и соосно нагнетательному клапану 9, всасывающего клапана 11 с входным всасывающим каналом 12, выполненным в блоке 8 и во фланце 5. Седло 13 всасывающего клапана 11 выполнено в виде диска с отверстиями (на чертеже не показаны), ответными отверстиям на торце клапанного блока 8, и закреплено на упоре 14 с возможностью замены и сообщения с входным всасывающим каналом 12 подачи рабочей жидкости в цилиндр насоса. В корпусе 1 соосно клапанам 9 и 11 и контактно блоку 8 клапанов с одной стороны и через торцовое уплотнение 15 с другой стороны герметично установлен цилиндр 16, с образованием полости «А» между его внешней стенкой и внутренней стенкой корпуса 1. Внутри цилиндра 16 размещена гильза 17 щелевого уплотнения, подпружиненная относительно направляющей 18 пружиной 19 к торцевому седлу 20. Внутри гильзы 17 в направляющих 18 и 21 соосно клапанам 9 и 11 блока 8 установлен приводной плунжер 22. В стенке корпуса 1 выполнен канал 23, а между полостью «А» и выходным нагнетательным каналом 10 выполнен канал 24 сообщения. Внутренняя поверхность гильзы 17 выполнена конической (на чертеже не показано) с образованием между этой поверхностью и плунжером 22 переменного зазора, величина которого изменяется от минимально расчетной со стороны клапанного блока 8 до максимально расчетной у выхода из корпуса 1 конца плунжера 22. Выходной нагнетательный канал 10 и канал 23 в корпусе 1 выполнены с возможностью перекрытия их с помощью, например, винтовых пробок 26 (см. фиг. 1). Оба канала 10 и 23 могут быть связаны, например, с режущим соплом, через коллектор 27.The proposed ultra-high pressure plunger pump consists of a housing 1, which is sealed in the frame 2 on the drive side (the drive is not shown in the drawing). From the opposite end of the housing 1, a head 4 is fixed through the seal 3, the flange 5 of which is connected to the bed 2 with the help of studs 6 with nuts 7. In the head 4 there is a valve block 8 with overlapping connection of the head 4 and the housing 1 at the seal 3 and placement inside the housing 1 of the discharge valve 9 with the outlet discharge channel 10, for example, to the cutting nozzle (not shown in the drawing), and coaxial to the discharge valve 9, the suction valve 11 with the inlet suction channel 12, made in block 8 and in the flange 5. Seat 13 of the suction valve Ana 11 is made in the form of a disk with holes (not shown in the drawing), mating holes on the end face of the valve block 8, and is mounted on a stop 14 with the possibility of replacement and communication with the inlet suction channel 12 for supplying the working fluid to the pump cylinder. In the housing 1 coaxial with valves 9 and 11 and the contact block 8 of the valves on the one hand and through the mechanical seal 15 on the other hand, the cylinder 16 is hermetically mounted, with the formation of a cavity “A” between its outer wall and the inner wall of the housing 1. Inside the cylinder 16 there is a sleeve 17 slotted seals, spring-loaded relative to the guide 18 by a spring 19 to the end seat 20. Inside the sleeve 17 in the guides 18 and 21 coaxially to the valves 9 and 11 of block 8, a drive plunger 22 is installed. A channel 23 is made in the wall of the housing 1, and between the cavity “A” and weekend pump Channel 10 is a channel 24 messages. The inner surface of the sleeve 17 is made conical (not shown) with the formation between this surface and the plunger 22 of a variable gap, the value of which varies from the minimum calculated from the valve block 8 to the maximum calculated at the outlet from the housing 1 of the end of the plunger 22. The outlet discharge channel 10 and the channel 23 in the housing 1 is configured to overlap them using, for example, screw plugs 26 (see Fig. 1). Both channels 10 and 23 can be connected, for example, with a cutting nozzle, through a collector 27.

Плунжерный насос сверхвысокого давления работает следующим образом: плунжер 22 совершает возвратно-поступательное перемещение от привода насосной установки (на чертеже не показано). При перемещении в направляющих 18 и 21 плунжера 22 вправо происходит закачка рабочей жидкости через входной всасывающий канал 12, выполненный во фланце 5 и блоке 8 клапанов, в полость цилиндра 16 через всасывающий клапан 11, который в этот момент под давлением поступающей рабочей жидкости открывается, а нагнетательный клапан 9 закрывается под действием рабочего давления в насосе от других цилиндров (на чертеже не показано). При перемещении плунжера 22 влево до упора 14 всасывающий клапан 11 закрывается, под действием рабочей жидкости, которая сжимается в пространстве между рабочим торцом плунжера 22 и нагнетательным клапаном 9 (в рабочей камере) до достижения рабочего давления, которое поддерживают другие элементы системы нагнетания, затем открывается нагнетательный клапан 9 и рабочая жидкость через его отверстие из камеры «Б» нагнетания клапанного блока 8, через выходной нагнетательный канал 10 поступает в канал 24 сообщения его с полостью «А» и через него в полость «А» между цилиндром 16 и корпусом 1, таким образом охлаждая его, и далее через канал 23 в стенке корпуса 1 и коллектор 27 в резательное сопло (см. фиг. 1). При этом выходное отверстие нагнетательного клапана 10 перекрыто винтовой пробкой 26 (см. фиг. 1), а давление внутри и снаружи цилиндра 16, а также внутри рабочей камеры и снаружи клапанного блока 8 будет одинаковым, что исключает полностью циклические растягивающие напряжения, разрушающие в конце концов основные элементы плунжерного насоса сверхвысокого давления. При движении плунжера 22 вправо происходит закачка рабочей жидкости в цилиндр 16, давление в котором падает до давления 1-2 МПа, а давление в полости «А» сохраняется равным рабочему, возникающие при этом в цилиндре 16 сжимающие напряжения не влияют на усталостную прочность этого цилиндра.The ultra-high pressure plunger pump operates as follows: the plunger 22 makes a reciprocating movement from the pump unit drive (not shown in the drawing). When moving to the right 18 and 21 of the plunger 22 to the right, the working fluid is injected through the inlet suction channel 12, made in the flange 5 and the valve block 8, into the cavity of the cylinder 16 through the suction valve 11, which at that moment opens under the pressure of the incoming working fluid, and the discharge valve 9 closes under the action of the working pressure in the pump from other cylinders (not shown in the drawing). When the plunger 22 is moved to the left until it stops 14, the suction valve 11 closes, under the action of the working fluid, which is compressed in the space between the working end of the plunger 22 and the discharge valve 9 (in the working chamber) until the working pressure that is supported by other elements of the pressure system is reached, then opens the discharge valve 9 and the working fluid through its opening from the discharge chamber “B” of the valve block 8, through the outlet discharge channel 10, enters its channel 24 with the cavity “A” and through it into the polo «A’ between the cylinder 16 and the housing 1, thereby cooling it, and then through the channel 23 in the wall of the housing 1 and the manifold 27 into the cutting nozzle (see Fig. 1). In this case, the outlet of the discharge valve 10 is closed by a screw plug 26 (see Fig. 1), and the pressure inside and outside the cylinder 16, as well as inside the working chamber and outside of the valve block 8, will be the same, which eliminates fully cyclic tensile stresses that destroy at the end Finally, the main elements of a super-pressure plunger pump. When the plunger 22 moves to the right, the working fluid is injected into the cylinder 16, the pressure in which drops to a pressure of 1-2 MPa, and the pressure in the cavity "A" remains equal to the working one, compressive stresses arising in the cylinder 16 do not affect the fatigue strength of this cylinder .

Радиальное уплотнение плунжера обеспечивается бесконтактным щелевым уплотнением в виде гильзы 17, подпружиненной пружиной 19 к торцевому седлу 20 с переменным кольцевым зазором, между внутренней поверхностью 25 гильзы 17 и плунжером 22, увеличивающимся от минимального у входа со стороны клапанного блока 8 головки 4 до максимального у выхода из уплотнения. Зазор в щелевом уплотнении и его длина рассчитываются из условий работы насосной установки, то есть рабочего давления и производительности. При рабочем перемещении плунжера 22 (нагнетании) рабочая жидкость, протекая через радиальный зазор щелевого уплотнения, создает падение давления от рабочего у входа до атмосферного у выхода из уплотнения в дренаж. При этом на наружную поверхность гильзы 17 действует рабочее давление, которое будет деформировать (сжимать) гильзу 17, уменьшая радиальный кольцевой зазор, причем деформация будет изменяться в зависимости от внутреннего давления в радиальном кольцевом зазоре щелевого уплотнения: от нуля у входа до максимального у выхода из уплотнения. Расчет радиального зазора в статическом состоянии, то есть размеров конической внутренней поверхности гильзы 17, ведется из условия, что при рабочем давлении радиальный зазор между плунжером 22 и гильзой 17 будет постоянным и минимально возможным, то есть равным зазору у входа в уплотнение при статическом состоянии, что значительно уменьшает необходимую длину щелевого уплотнения и значительно повышает эффективность его работы.The radial seal of the plunger is provided by a non-contact gap seal in the form of a sleeve 17, a spring-loaded spring 19 to the end seat 20 with a variable annular gap, between the inner surface 25 of the sleeve 17 and the plunger 22, increasing from the minimum at the entrance from the valve block 8 of the head 4 to the maximum at the exit out of the seal. The gap in the gap seal and its length are calculated from the operating conditions of the pump unit, that is, the working pressure and performance. During the working movement of the plunger 22 (pumping), the working fluid flowing through the radial clearance of the gap seal creates a pressure drop from the worker at the entrance to the atmospheric pressure at the exit from the seal to the drain. At the same time, the working pressure acts on the outer surface of the sleeve 17, which will deform (compress) the sleeve 17, reducing the radial annular gap, and the deformation will vary depending on the internal pressure in the radial annular gap of the gap seal: from zero at the entrance to the maximum at the exit seals. The calculation of the radial clearance in the static state, i.e. the dimensions of the conical inner surface of the sleeve 17, is carried out from the condition that at operating pressure the radial clearance between the plunger 22 and the sleeve 17 will be constant and minimally possible, that is, equal to the gap at the entrance to the seal in a static state, which significantly reduces the required length of the gap seal and significantly increases its efficiency.

В настоящее время изготовлен опытный образец предложенного устройства, который прошел испытания на автоматизированном комплексе гидроструйной обработки различных материалов и доказал не только промышленную применимость, но и полностью подтвердил указанный выше технический результат.At present, a prototype of the proposed device has been manufactured, which has been tested on an automated complex for hydro-blasting various materials and has proved not only industrial applicability, but also fully confirmed the above technical result.

Предложенное техническое решение позволило значительно повысить надежность и ресурс работы плунжерного насоса сверхвысокого давления за счет исключения влияния циклических растягивающих напряжений на блок клапанов, цилиндр и размещенные в них элементы конструкции путем исключения разности внутреннего давления в рабочей камере и давления на наружную поверхность рабочей камеры во время работы насоса, что приводит к увеличению срока службы входящих элементов, а также за счет уменьшения длины щелевого уплотнения, что значительно увеличивает эффективность его работы.The proposed technical solution has significantly improved the reliability and service life of the ultra-high pressure plunger pump by eliminating the influence of cyclic tensile stresses on the valve block, cylinder and structural elements placed in them by eliminating the difference in internal pressure in the working chamber and pressure on the outer surface of the working chamber during operation pump, which leads to an increase in the service life of the inlet elements, as well as by reducing the length of the gap seal, which significantly increased respects the effectiveness of his work.

Claims

1. An ultra-high pressure plunger pump, comprising a housing, a head connected to it with a valve block in which a discharge valve is located, with an outlet discharge channel of the working fluid, for example, to a cutting nozzle, and coaxial to the discharge valve, a suction valve with a seat and an inlet suction channel supply of working fluid to the cylinder, which is installed in the housing in contact with the valve block, while in the cylinder, a drive pair of a plunger-spring-loaded sleeve is installed coaxially with the valves, and between the cylinder and the housing in A cavity has been made with a channel in the body wall, characterized in that a communication channel is made between the outlet channel of the discharge valve and the cavity between the cylinder and the body, the head is installed with the valve block overlapping the connection between the head and the body and the placement of both valves inside the latter, while the inner surface of the sleeve made conical with the formation of a gap between this surface and the surface of the plunger, the value of which varies from the minimum calculated at the valve block to the maximum hydrochloric near the exit of the housing of the driving end of the plunger and the bore in the pump housing and an outlet of the discharge valve are arranged to be overlapping.

2. The plunger pump according to claim 1, characterized in that the seat of the suction valve is made in the form of a disk with holes, mating holes at the end of the valve block, and is mounted on it with the possibility of replacement.