RU2458260C1

RU2458260C1 - Booster superhigh-pressure pump unit

Info

Publication number: RU2458260C1
Application number: RU2011110280/06A
Authority: RU
Inventors: Иван Николаевич Ищенко (RU); Иван Николаевич Ищенко; Витольд Ильич Иванов (RU); Витольд Ильич Иванов; Игорь Иванович Сазанов (RU); Игорь Иванович Сазанов
Priority date: 2011-03-18
Filing date: 2011-03-18
Publication date: 2012-08-10

Abstract

FIELD: engines and pumps.

SUBSTANCE: proposed unit consists of two interconnected plunger-type hydraulic pressure boosters 1, 10. Note here that casing of boosters 10 are made up of two cylinders arranged aligned one in another to make chambers 20 and 21 between inner cylinder outer surface and outer cylinder inner surface, said chambers making shrouding shells. Booster 1 is communicated with booster 10 to force working fluid in shrouding shells 20 and 21 and working chambers 11 and 12. So, liners 31 and 32 of booster 10 are at invariable inside and outside pressure in suction strokes that allows their unloading. Outside pressure is equal 1/2 of inside pressure in pump strokes.

EFFECT: higher reliability, longer life.

2 cl, 1 dwg

Description

Изобретение относится к насосам, а именно к плунжерным гидравлическим мультипликаторным насосным установкам сверхвысокого давления, которые используются в качестве силового агрегата высокопроизводительных гидрорезных комплексов, применяемых при резке, раскрое и изготовлении деталей различной конфигурации, в том числе со сложными, объемными поверхностями, а также для очистки и доводки поверхностей изделий, карьерной разработки и добычи полезных ископаемых.The invention relates to pumps, namely to plunger hydraulic multiplier pumping units of ultrahigh pressure, which are used as the power unit of high-performance hydraulic cutting complexes used in cutting, cutting and manufacturing of parts of various configurations, including complex, bulky surfaces, as well as for cleaning and refinement of product surfaces, quarrying and mining.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому объекту из уровня техники является мультипликаторная установка сверхвысокого давления, которая состоит из двух соединенных плунжерных гидравлических мультипликаторов, ресивера, соединяющего их напорные гидролинии, а также из гидросистем приводов мультипликаторов (см. Патент США №5337561, F15В 3/00, публ. 1994 г.).The closest in technical essence to the claimed object of the prior art is an ultrahigh pressure multiplier installation, which consists of two connected plunger hydraulic multipliers, a receiver connecting their pressure hydraulic lines, as well as hydraulic systems of the multiplier drives (see US Patent No. 5,337,561, F15B 3 / 00, publ. 1994).

Известная установка позволяет получить на выходе суммарный расход от двух мультипликаторов, а также значительно уменьшить скачки давления, возникающие при реверсе каждого мультипликатора путем управления работой мультипликаторов так, чтобы реверс одного мультипликатора происходил во время рабочего хода другого. Для этого предлагаются схемы управления радиально поршневыми насосами переменной производительности. Каждый такой насос обеспечивает работу одного мультипликатора.The well-known installation allows you to get the total flow rate from two multipliers at the output, as well as significantly reduce pressure surges that occur during the reversal of each multiplier by controlling the operation of the multipliers so that one multiplier reverses during the working stroke of the other. For this, control schemes for variable displacement radial piston pumps are proposed. Each such pump provides operation of one multiplier.

Несмотря на то, что данная схема позволяет снизить пульсации давления на выходе, близкого к такому эффекту, можно добиться путем подбора объема ресивера для одиночного мультипликатора. При этом данная схема не направлена на повышение долговечности гильз мультипликаторов, работающих при циклически действующих нагрузках. При работе мультипликатора общий уровень максимальных и минимальных значений эквивалентных напряжений на внутренних поверхностях гильз остается таким же, как у одиночного мультипликатора, также не изменяется амплитуда колебаний давления в гильзах при работе мультипликаторов.Despite the fact that this scheme allows to reduce the pressure pulsation at the outlet, close to this effect, it can be achieved by selecting the receiver volume for a single multiplier. At the same time, this scheme is not aimed at increasing the durability of the sleeves of multipliers operating under cyclically acting loads. When the multiplier operates, the overall level of maximum and minimum equivalent stresses on the inner surfaces of the sleeves remains the same as that of a single multiplier, and the amplitude of the pressure fluctuations in the sleeves does not change during the operation of the multipliers.

В основу изобретения положена задача разработать мультипликаторную насосную установку сверхвысокого давления, в которой простыми техническими средствами достигается возможность повышения долговечности деталей плунжерного гидравлического мультипликатора, работающих при циклически изменяющихся сверхвысоких давлениях до 600 МПа. Это достигается путем значительного снижения эквивалентных напряжений во внутренней, наиболее нагруженной поверхности рабочей гильзы плунжерного гидравлического мультипликатора. На фоне снижения эквивалентных напряжений снижается также и амплитуда колебаний давления при работе плунжерного гидравлического мультипликатора, что приближает вид нагружения гильзы от циклического к статическому.The basis of the invention is the task of developing an ultrahigh pressure multiplier pump unit, in which, by simple technical means, it is possible to increase the durability of the plunger hydraulic multiplier parts operating at cyclically changing ultrahigh pressures up to 600 MPa. This is achieved by significantly reducing the equivalent stresses in the inner, most loaded surface of the working sleeve of the plunger hydraulic multiplier. Against the background of a decrease in equivalent stresses, the amplitude of pressure fluctuations during the operation of the plunger hydraulic multiplier also decreases, which brings the type of loading of the sleeve from cyclic to static.

Поставленный технический результат достигается за счет того, что в мультипликаторной насосной установке сверхвысокого давления, организованной, по меньшей мере, из двух соединенных между собой плунжерных гидравлических мультипликаторов, согласно изобретению корпуса одного из них выполнены из двух соосно расположенных один в другом цилиндров, с возможностью образования между внешними поверхностями внутренних цилиндров и внутренними поверхностями внешних цилиндров полостей, функционально являющихся бандажными, при этом они через ресивер соединены с рабочими полостями высокого давления второго мультипликатора, которые в свою очередь через упомянутый ресивер соединены с рабочими полостями высокого давления первого мультипликатора.The technical result achieved is achieved due to the fact that in an ultrahigh pressure multiplier pump unit, organized from at least two interconnected plunger hydraulic multipliers, according to the invention, the bodies of one of them are made of two cylinders coaxially arranged in one another, with the possibility of formation between the outer surfaces of the inner cylinders and the inner surfaces of the outer cylinders of the cavities that are functionally retaining, while they through the siver is connected to the working cavities of the high pressure of the second multiplier, which, in turn, through the above-mentioned receiver are connected to the working cavities of the high pressure of the first multiplier.

Оптимально ресивер, соединенный с рабочими полостями второго мультипликатора через обратные клапаны высокого давления, также соединять через обратный клапан с ресивером, соединенным с рабочими полостями высокого давления первого мультипликатора.Optimally, the receiver connected to the working cavities of the second multiplier through high pressure non-return valves is also connected through the non-return valve to the receiver connected to the high pressure working cavities of the first multiplier.

Предлагаемая мультипликаторная насосная установка сверхвысокого давления содержит плунжерный гидравлический мультипликатор 1 (низшей ступени сжатия), соединенные с его рабочими полостями 2 и 3 два всасывающих клапана 4 и 5, а также два напорных клапана 6 и 7. Напорные клапаны 6 и 7 по каналу 8 соединены с ресивером 9. Мультипликаторная насосная установка сверхвысокого давления содержит также плунжерный гидравлический мультипликатор 10 (высшей ступени сжатия), который своими рабочими полостями 11 и 12 соединен с всасывающими клапанами 13 и 14, а они в свою очередь соединены с ресивером 9 по каналу 15. При этом рабочие полости 11 и 12 плунжерного гидравлического мультипликатора 10 соединены с напорными клапанами 16 и 17, а те в свою очередь соединены по каналу 18 с ресивером 19. Ресивер 9 соединен с полостями бандажирования 20 и 21 плунжерного гидравлического мультипликатора 10, минуя обратные клапаны по каналу 22. Ресивер 9 и ресивер 19 соединены друг с другом через обратный клапан 23. Работу плунжерных гидравлических мультипликаторов обеспечивают две гидравлические системы 24 и 25 (изображены частично). Подача рабочей жидкости к плунжерному гидравлическому мультипликатору 1 осуществляется через всасывающие клапаны 4 и 5 от системы фильтрации 26 рабочей жидкости.The proposed multiplier pumping unit ultrahigh pressure contains a plunger hydraulic multiplier 1 (lower compression stage), connected to its working cavities 2 and 3, two suction valves 4 and 5, as well as two pressure valves 6 and 7. Pressure valves 6 and 7 are connected through channel 8 with receiver 9. The ultra-high pressure multiplier pump unit also contains a plunger hydraulic multiplier 10 (highest compression stage), which is connected to the suction valves 13 and 14 by their working cavities 11 and 12, and they in turn, connected to the receiver 9 through the channel 15. In this case, the working cavities 11 and 12 of the plunger hydraulic multiplier 10 are connected to the pressure valves 16 and 17, and those in turn are connected through the channel 18 to the receiver 19. The receiver 9 is connected to the banding cavities 20 and 21 of the plunger hydraulic multiplier 10, bypassing the check valves along the channel 22. The receiver 9 and the receiver 19 are connected to each other through the check valve 23. The operation of the plunger hydraulic multipliers is provided by two hydraulic systems 24 and 25 (partially shown ). The supply of working fluid to the plunger hydraulic multiplier 1 is carried out through the suction valves 4 and 5 from the filtration system 26 of the working fluid.

Мультипликаторная насосная установка сверхвысокого давления работает следующим образом.Multiplier pumping unit ultrahigh pressure works as follows.

Плунжерный гидравлический мультипликатор 1 создает поток жидкости под давлением в два раза ниже максимального давления, развиваемого мультипликаторной насосной установкой сверхвысокого давления. Для этого жидкость под низким давлением от гидравлической системы 24 подается поочередно в полости 27 и 28 с большими эффективными площадями плунжерного гидравлического мультипликатора 1. Плунжер 29 совершает возвратно-поступательные движения, и рабочие полости 2 и 3 поочередно становятся всасывающими или нагнетающими. Жидкость поочередно всасывается через систему фильтрации 26 и клапаны 4 и 5 в полости 2 и 3 с меньшими эффективными площадями, где происходит ее сжатие до рабочего давления первой ступени сжатия. Поток жидкости под рабочим давлением поступает через напорные клапаны 6 и 7 в ресивер 9, который сглаживает пульсации давления, возникающие при реверсе плунжерного гидравлического мультипликатора 1. От ресивера 9 жидкость по каналу 22 поступает напрямую в полости бандажирования 20 и 21, создавая в них постоянный уровень давления, равный давлению в ресивере 9. Также от ресивера 9 жидкость подходит по каналу 15 к всасывающим клапанам 13 и 14, обеспечивая тем самым начальный уровень давления в рабочих полостях 11 и 12 плунжерного гидравлического мультипликатора 10. Работа плунжерного гидравлического мультипликатора 10 аналогична работе плунжерного гидравлического мультипликатора 1, только в рабочих полостях 11 и 12 плунжерного гидравлического мультипликатора 10 происходит повышение давления в два раза по сравнению с плунжерным гидравлическим мультипликатором 1. Жидкость под максимальным давлением через напорные клапаны 16 и 17 поступает в ресивер 19 по каналу 18. От ресивера по каналу 30 жидкость поступает к потребителю, например, к режущему соплу (не показано). В случае работы только плунжерного гидравлического мультипликатора 1 жидкость будет подаваться напрямую от ресивера 9 к ресиверу 19 через обратный клапан 23.The plunger hydraulic multiplier 1 creates a fluid flow under pressure two times lower than the maximum pressure developed by an ultrahigh pressure multiplier pump unit. For this, the liquid under low pressure from the hydraulic system 24 is supplied alternately to the cavities 27 and 28 with large effective areas of the plunger hydraulic multiplier 1. The plunger 29 reciprocates, and the working cavities 2 and 3 alternately become suction or discharge. The fluid is alternately sucked through the filtration system 26 and valves 4 and 5 in the cavity 2 and 3 with smaller effective areas, where it is compressed to the working pressure of the first compression stage. The fluid flow under operating pressure enters through the pressure valves 6 and 7 into the receiver 9, which smoothes out the pressure pulsations that occur when the plunger hydraulic multiplier 1 is reversed. From the receiver 9, the liquid flows through the channel 22 directly into the banding cavities 20 and 21, creating a constant level in them pressure equal to the pressure in the receiver 9. Also, from the receiver 9, the liquid passes through the channel 15 to the suction valves 13 and 14, thereby providing an initial pressure level in the working cavities 11 and 12 of the plunger hydraulic multi liquid 10. The operation of the plunger hydraulic multiplier 10 is similar to the operation of the plunger hydraulic multiplier 1, only in the working cavities 11 and 12 of the plunger hydraulic multiplier 10 there is a two-fold increase in pressure compared to the plunger hydraulic multiplier 1. Fluid under maximum pressure through the pressure valves 16 and 17 enters the receiver 19 through the channel 18. From the receiver through the channel 30, the liquid enters the consumer, for example, to a cutting nozzle (not shown). In the case of operation only of the plunger hydraulic multiplier 1, the liquid will be supplied directly from the receiver 9 to the receiver 19 through the check valve 23.

Таким образом, на тактах всасывания внутренние рабочие гильзы 31 и 32 плунжерного гидравлического мультипликатора 10 будут находиться под постоянным давлением, равным давлению в ресивере 9, действующим как на внешние, так и на внутренние их поверхности. Следовательно, эквивалентные напряжения во внутренних поверхностях гильз будут равны нулю (за исключением напряжений, возникающих в гильзах в осевом направлении при сжатии их крышками). На тактах нагнетания давление снаружи гильз составляет 1/2 давления внутри гильз. Такое распределение давлений снижает уровень эквивалентных напряжений в 2 раза по сравнению с небандажируемой гильзой. В результате того, что во внутренней поверхности рабочей гильзы плунжерного гидравлического мультипликатора 10 имеется начальное давление, равное, например, половине максимального для мультипликаторной насосной установки, колебания давления в его гильзах при работе уменьшатся в два раза по сравнению с одноступенчатым сжатием. Это приближает характер нагружения рабочей гильзы от циклического к статическому, что в значительной мере позволит продлить срок службы деталей, работающих при сверхвысоких давлениях.Thus, at the suction strokes, the internal working sleeves 31 and 32 of the plunger hydraulic multiplier 10 will be under constant pressure equal to the pressure in the receiver 9, acting both on their external and internal surfaces. Consequently, the equivalent stresses in the inner surfaces of the sleeves will be zero (except for the stresses arising in the sleeves in the axial direction when they are compressed by the covers). On the injection strokes, the pressure outside the sleeves is 1/2 the pressure inside the sleeves. Such a pressure distribution reduces the equivalent stress level by a factor of 2 compared to a non-shrink sleeve. As a result of the fact that in the inner surface of the working sleeve of the plunger hydraulic multiplier 10 there is an initial pressure equal to, for example, half the maximum for a multiplier pump unit, the pressure fluctuations in its sleeves during operation will be reduced by half compared with single-stage compression. This brings the loading of the working sleeve from cyclic to static closer, which will significantly extend the service life of parts operating at ultrahigh pressures.

Анализ заявленного технического решения на соответствие условиям патентоспособности показал, что указанные в независимом пункте формулы признаки являются существенными и взаимосвязаны между собой с образованием устойчивой совокупности неизвестной на дату приоритета из уровня техники необходимых признаков, достаточной для получения требуемого синергетического (сверхсуммарного) технического результата.The analysis of the claimed technical solution for compliance with the conditions of patentability showed that the characteristics indicated in the independent claim are interrelated with each other with the formation of a stable set of necessary attributes unknown at the priority date from the prior art sufficient to obtain the required synergistic (over-total) technical result.

Свойства, регламентированные в заявленном соединении отдельными признаками, общеизвестны из уровня техники и не требуют дополнительных пояснений.The properties regulated in the claimed compound by individual features are well known in the art and require no further explanation.

Таким образом, вышеизложенные сведения свидетельствуют о выполнении при использовании заявленного технического решения следующей совокупности условий:Thus, the above information indicates the fulfillment of the following set of conditions when using the claimed technical solution:

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении предназначен для создания потока жидкости при сверхвысоком давлении;- the object embodying the claimed technical solution, in its implementation is intended to create a fluid flow at ultrahigh pressure;

- для заявленного объекта в том виде, как он охарактеризован в независимом пункте формулы изобретения, подтверждена возможность его осуществления с помощью вышеописанных в материалах заявки известных из уровня техники на дату приоритета средств и методов;- for the claimed object in the form described in the independent claim, the possibility of its implementation using the means and methods known from the prior art on the priority date on the priority date has been confirmed;

- объект, воплощающий заявленное техническое решение, при его осуществлении способен обеспечить достижение усматриваемого заявителем технического результата, который позволяет при использовании мультипликаторной насосной установки сверхвысокого давления значительно увеличить срок службы ее деталей, работающих при сверхвысоких давлениях.- an object embodying the claimed technical solution, when implemented, is capable of achieving the achievement of the technical result perceived by the applicant, which, when using an ultrahigh pressure multiplier pump unit, can significantly increase the service life of its parts operating at ultrahigh pressures.

Следовательно, заявленный объект соответствует требованиям условий патентоспособности «новизна», «изобретательский уровень» и «промышленная применимость» по действующему законодательству.Therefore, the claimed subject matter meets the requirements of the patentability conditions of “novelty”, “inventive step” and “industrial applicability” under applicable law.

Claims

1. Multiplier pumping unit ultra-high pressure, organized at least two interconnected plunger hydraulic multipliers, characterized in that the housing of one of them is made of two coaxially arranged in one another cylinders with the possibility of formation between the outer surfaces of the inner cylinders and the inner the surfaces of the outer cylinders of the cavities that are functionally retaining, while they are connected through the receiver to the working cavities of the high pressure of the second mu a multiplier, which, in turn, through the aforementioned receiver are connected to the working cavities of the high pressure of the first multiplier.

2. Installation according to claim 1, characterized in that the receiver connected to the working cavities of the second multiplier via high pressure check valves is also connected through a check valve to the receiver connected to the high pressure working cavities of the first multiplier.