RU26821U1 - Аксиально-плунжерный насос (варианты) - Google Patents

Description

200Z103247

НШШЯМШИР

о л г 1 в

АКСИАЛЬНО-ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС

Изобретение может быть использовано при производстве плунжерных насосов с высоким выходным давлением, предназначенных для перекачки загрязненных и агрессивных жидкостей.

Известны аксиальные насосы с неподвижным цилиндровым блоком с вращающейся наклонной щайбой (Т. М. Бащта «Машиностроительная гидравлика, изд. «Машиностроение, Москва, 1971, стр. 201, рис. 91, стр. 202, рис. 946).

В известных насосах усилие от плунжеров воспринимается упорными подшипниками и массивными корпусными деталями, что связано с увеличением массы насосов.

Известен самовсасывающий аксиальный насос с принудительным ведением плунжеров с помощью упорного кольца (Т. М. Башта «Гидравлические приводы летательных аппаратов, изд. «Машиностроение, Москва, 1967, стр. 135, рис. 68).

Наличие центральной сферической опоры упорного кольца усложняет конструкцию насоса, а трение по сферам вызывает механические потери.

Известен также аксиальный насос с гидростатически разгруженными опорами плунжеров (Т. М. Башта и др. «Гидравлика гидромашины и гидроприводы, изд. «Машиностроение, Москва, 1982, стр. 319, рис. 3.31, cip. 321, рис. 3.33).

Упорное кольцо принудительного ведения плунжеров этого насоса воздействует на опоры, соединенные с плунжерами ненадежной вальцовкой.

Плунжеры известных насосов размещены параллельно осям блоков и образуют в середине участка нагнетания наибольший угол с плоскостью наклонной шайбы при этом, скорость движения и его усилие на наклонную шайбу максимальны, а радиальная составляющая силы вызывает повышенное трение и износ стенок направляющих отверстий и Ш1)шжеров.

Применение известных насосов ограничено тем, что перекачиваемая жидкость, контактирующая с подшипниками и другими подвижными деталями, должна быть очишена от загрязнений, что не всегда возможно, а также обладать хорошими смазывающими и антикоррозионными свойствами.

Задача, на решение которой направлено изобретение, заключается в повышении надежности насоса, уменьшении его массы, снижении механических потерь, увеличении производительности

F04B

при одинаковых с известными насосами прочих условиях, обеспечении возможности перекачки жидкости с плохими смазывающими свойствами, загрязненных и агрессивных жидкостей, а также в обеспечении эффективного отвода тепла, выделяемого при работе насоса.

Технический результат достигается тем, что в плунжерном аксиальном насосе с вращающимся кулачком, перемещающим плунжера с помощью упорного кольца принудительного ведения плунжеров, с магистралями входа и выхода с всасываюпщми и нагнетательными клапанами, с разделением смазывающей и перекачиваемой жидкостей радиальными уплотнениями плунжеров с гидростатически разгруженными опорами, в тонкостенной трубе установлены два цилиндровых блока, а этих блоков направлены навстречу друг другу и взаимодействуют с двухсторонним кулачком, закрепленным на валу между блоками с возможностью вращения вала в радиальных подшипниках, расположенных в осевых отверстиях блоков. Двухсторонний кулачок воздействует при вращении на плунжеры каждого блока торцами в виде равноотклоненных в противоположные стороны плоскостей, заставляя при нагнетании перемещаться плунжеры в направлении друг от друга. При этом осевые составляющие силы от плунжеров уравновещивают друг дрзта, а радиальные составляющие воспринимаются радиальными подщипниками, что позволяет исключить упорные подщипники, применяемые в известных насосах.

Обращенные друг другу торцы каждого блока выполнены в форме выступающего усеченного конуса с углом при больщем основании равным углу наклона плоскости кулачка. С конусами контактируют по образующей линии конусов плоские кольца принудительного ведения плунжеров. При вращении кулачка линии контакта колец с конусами перемещаются по окружности вокруг оси вращения, описывая конуса, а контактирующие поверхности колец и блоков взаимодействуют между собой без проскальзывания. При этом исключаются щаровые опоры упорных колец с трущимися сферическими поверхностями, применяемые в известных насосах.

В окна упорных колец принудительного ведения плунжеров вставлены со стороны кулачка, с радиальным зазором по меньщей ступени, ступенчатые втулки, опирающиеся плоской кольцевой ступенью на кольцо, а внутренней сферической фаской, образованной со стороны торца больщей ступени, взаимодейств)(тющие со сферическими головками плунжеров, установленных в цилиндровые блоки сквозь осевые отверстия ступенчатых втулок. При этом диаметр сферы головки больще диаметра юбки плунжера и осевого отверстия ступенчатой втулки. При всасывании упорные

кольца воздействуют через ступенчатые втулки на плунжера, а не на опору, как в известных насосах, что позволяет исключить ненадежную вальцовку шарового шарнира плунжер-опора.

Оси Ш1 тнжерных отверстий каждого блока расположены в плоскостях параллельных оси блока с наклоном к ней и образуют с осью блока угол скрещивания, равный злглу наклона плоскости кулачка, при этом в середине фазы нагнетания плунжеры занимают перпендикулярное положение к плоскости. Такое расположение плунжерных отверстий позволяет уменьшить при нагнетании радиальные силы со стороны стенок цилиндров, а, следовательно, уменьшить износ стенок и плунжеров. Одновременно, при одинаковых прочих условиях, увеличивается ход плунжеров и возрастает производительность в сравнении с известными насосами.

Для гидростатической разгрузки плунжерных опор смазывающей жидкостью каждая опора выполнена в виде поршневого насоса и содержит корпус в форме гильзы со сквозным отверстием в дне, выходящим с одной стороны в разгрузочную выемку на наружной стороне дна (подошва опоры), а с другой стороны сообщенным с поршневой камерой, образованной стенками гильзы, дном и поршнем, установленным в гильзе с возможностью осевого перемещения, ограниченного с одной стороны дном гильзы, а с другой - сферической головкой плунжера, контактирз ющей со сферической выемкой, образованной на наружном торце поршня. В поршне выполнено сквозное осевое отверстие, выходящее с одной стороны в поршневую камеру, а с другой - перекрываемое поверхностью сферической головки плунжера. В поршневой полости между поршнем и дном гильзы установлена пружина сжатия, воздейств)тошая на поршень, обеспечивая его контакт со сферой плунжера, а также контакт подошвы гильзы с кулачком. В кулачке концентрично оси врашения выполнено сквозное окно в форме полукольца, выходящее на наклонные плоскости кулачка и ограниченное по дуге началом и концом участка всасывания. Окно сообщает при всасывании поршневую камеру опоры с внутренней полостью насоса через разгрузочную выемку и отверстие в дне гильзы. При нагнетании поршневая камера разъединена с внутренней полостью перекрытием разгрузочной выемки плоской поверхностью кулачка. Разгрузка опор смазывающей жидкостью позволяет перекачивать под высоким давлением загрязненные и агрессивные жидкости.

На сферической головке каждого плунжера со стороны опоры выполнена концентрично оси плунжера кольцевая канавка, ограничивающая гидравлически разгружаемый участок сферы, сообщенная с внутренней полостью насоса сквозными отверстиями.

пересекающимися в центре сферы, образовывая в пересечении полость масляного резервуара. Канавка сообщена при всасывании с порщневой камерой через отверстие в порщне и разобщена с ней при нагнетании.

Сквозные отверстия и полость в сфере снижают массу плунжера и обеспечивают эффективную смазку щарового щарнира плунжер-опора, что позволяет повысить давление напора и частоту вращения кулачка.

Корпус насоса состоит из наружной трубы с входным штуцером и внутренней трубы с прикрепленной внутри вдоль оси призматической щпонкой. Концентрично установленные трубы образуют межтрубную и внутреннюю полости, ограниченные с торцев крышками. К одной крышке прикреплен щтуцер выхода, другая - с осевым отверстием для приводного вала. Крышки контактируют с плоскими торцами цилиндровых блоков, вставленных шпоночными пазами на шпонку во внутренней трубе. Снаружи крышки соединены между собой тонкими стягивающими трубами по количеству пар, направленных навстречу друг другу плунжеров. Стягивающие трубы с левой и правой резьбами на концах ввинчены в резьбовые разделки крышек и зафиксированы контрогайками.

В каждой крышке размещены в радиальных разделках всасывающие клапана по количеству плунжеров в сопрягаемом блоке, сообщающие полость между трубами с полостью над каждым плунжером при всасывании и разобщающие при нагнетании. В крыщке со штуцером выхода размещены радиально, последовательно за всасывающими, нагнетательные клапана, взаимодействующие с каждой парой направленных навстречу друг дрзту плунжеров, сообщающие полости между клапанами со штуцером выхода при нагнетании и разобщающие при всасывании. Напорные магистрали в крыщках соединены стягивающими трубами, а в разделках крыщек над каждым плунжером установлены самоочищающиеся фильтры, защищающие плунжера от воздействия твердых частиц загрязнений.

Защита плунжеров самоочищающимися фильтрами позволяет перекачивать загрязненные жидкости, а образованная в пространстве между трубами рубашка охлаждеьшя эффективно отводить тепло от насоса.

На фиг.1 представлен заявленный насос в осевом сечении, при этом плунжеры условно показаны в плоскости сечения; на фиг. 2 сечение А-А на фиг.1; на фиг.З - плунжерный узел в такте всасывания; на фиг.4 - плунжерный узел в такте нагнетания.

Плунжерный насос содержит составной корпус 1, включающий наружную трубу 2 со штупером входа 3 и внутреннюю трубу 4 с прикрепленной внутри шпонкой 5. Торцы труб закрыты крышками 6 и 7. В трубе 4 установлены два цилиндровых блока 8 и 9 со шпоночным пазом 10. Плунжеры 12 вставлены в отверстия блоков с радиальными уплотнениями 13 до упора сферических головок 14 в сферические фаски 15 ступенчатых втулок 16. Втулки размещены с радиальным зазором по меньшей ступени 17 в окнах 18 упорных колец 19 принудительного ведения плунжеров и взаимодействуют с кольцами плоскими ступенями 20. Упорные кольца 19 взаимодействуют с конусами 21 блоков 8 и 9. В центральных отверстиях блоков установлен на подшипниках 22 вал 23 с двухсторонним кулачком 24 с окном 11. С кулачком взаимодействуют опоры 25 плунжеров 12. Каждая опора включает гильзу 26 со сквозным отверстием 27 в дне, с одной стороны сообщенным с поршневой камерой 28, а с другой - с разгрузочной выемкой 29 на подошве опоры 25. В гильзу 26 вставлен поршень 30 со сквозным отверстием 31. Поршень подпружинен к головке 14 плунжера 12 от дна гильзы пружиной 32. В сферической головке 14 плунжера выполнены сквозные отверстия 33, образующие в пересечении в центре сферы полость 34. Отверстия сообщены между собой кольцевой канавкой 35. В крышке 6 со штуцером выхода 36 размешены клапана всасывания 37 и нагнетания 38 с магистралями 39. В крышке 7 размещены клапана всасывания 37 с магистралями и выполнено осевое отверстие 40 с радиальным уплотнением 41 вала 23. Обе крышки соединены между собой тонкими стягиваюшими трубами 42 с контргайками 43. Над плунжерами установлены фильтры 44. Внутренние полости трубы 4 опор 25 и сферических головок 14 заполнены рабочей жидкостью, например, минеральным маслом, а в стыках составных элементов корпуса установлены уплотнения (на фиг.1 не изображены).

Работа насоса

При вращении вала 23 плунжеры 12, взаимодействуюпще с кулачком 24 через опоры 25, с помощью упорных колец 19, опираюпщхся на конуса 21 блоков 8, 9 совершают возвратнопоступательное движение, изменяя объем между клапанами 37 и 38.

При движении плунжера в сторону кулачка (всасывание) из-за разряжения в полости между клапанами, клапан 38 закрывается, а клапан 37 открывается, после чего перекачиваемая жидкость из штуцера 3, проходя между трубами 2 и 4 поступает в полость между клапанами 37 и 38. При движении плунжера от кулачка (нагнетание) возросшим давлением над плунжерами закрываются всасываюп1;ие клапаны 37 в крышках 6 и 7 и открывается клапан 38 в крышке 6, после чего перекачиваемая жидкость поступает к штуцеру 36 и далее потребителю, при этом нагнетаемая жидкость поступает от крышки 7 к крышке 6 по стягиваюпщм трубам 42. При нагнетании плунжер 12 под действием давления перекачиваемой жидкости, а также сил инерции плунжера и трения по его наружной поверхности, преодолевая усилие пружин 32, перемепхает относительно гильзы 26 поршень 30 в сторону дна гильзы. При этом осевое отверстие 31 в поршне перекрыто наружной поверхностью сферической головки 14, а разгрузочная выемка 29 - плоскостью кулачка 24, и дальнейшее движение поршня в этом направлении возможно лишь с вытеснением рабочей жидкости из замкнутой поршневой камеры 28 через прецизионный зазор поршень-гильза, между сопряженными поверхностями пар подошва опоры-кулачок и поршень-плунжер. Так как указанные перетечки не велики из-за плотного прилегания поверхностей, то давление рабочей жидкости в камере 28, в разгрузочной выемке 29 и в зазоре поршень-пл ижер повышается пропорционально давлению над плунжером. При этом происходит гидростатическая разгрузка плоского сопряжения подошва гильзы-кулачок и сферического поршень-плунжер. При всасывании давление над плунжером падает и под действием пружины 32, а также сил инерции и трения, плунжер 12с поршнем 30 перемещается в направлении от гильзы 26 до упора сферической головки 14 в сферическую фаску 15 ступенчатой втулки 16, опираюш,ейся плоской ступенью 20 на упорное кольцо 19. Одновременно разгрузочная выемка 29 вскрывается окном 11 кулачка 24 и сообщает поршневую камеру 28 через отверстие 27 с внутренней полостью насоса и камера 28 заполняется рабочей жидкостью. Далее процесс повторяется. При этом, при всасывании частицы загрязнений оседают на защитном фильтре 44, а при нагнетании, под действием вытесняемой плунжером жидкости, частицы загрязнений снимаются с фильтра (фильтр самоочищается) и уносятся перекачиваемой жидкостью в напорную магистраль.

Claims (6)

1. Аксиально-плунжерный насос с магистралями входа и выхода с всасывающими и нагнетательными клапанами, отличающийся тем, что в корпусе в форме трубы размещена концентрично с радиальным зазором внутренняя труба, в которой установлены неподвижно два цилиндровых блока, а плунжеры этих блоков направлены навстречу друг другу и взаимодействуют с равноотклоненными в противоположные стороны плоскостями двухстороннего кулачка, закрепленного на валу между блоками, с возможностью вращения вала в подшипниках, установленных в осевых отверстиях блоков, при этом обе трубы закрыты с торцев крышками, стянутыми между собой тонкими трубами, соединяющими напорные магистрали в крышках.

2. Аксиально-плунжерный самовсасывающий насос с постоянной величиной хода плунжеров, с упорным кольцом принудительного ведения плунжеров с гидростатически разгруженными опорами, отличающийся тем, что плоское упорное кольцо принудительного ведения плунжеров с одной стороны опирается на торец цилиндрового блока в виде усеченного конуса с углом при большем основании равным углу подъема наклонной шайбы, а с другой - взаимодействует с плоскими ступенями ступенчатых втулок, размещенных с радиальным зазором по меньшей ступени в окнах упорного кольца, при этом плунжеры вставлены в блок цилиндров сквозь ступенчатые втулки и взаимодействуют головкой в форме сферы со сферической фаской ступенчатых втулок с одной стороны и со сферическим углублением в опоре плунжера с другой.

3. Плунжерный насос с гидростатической разгрузкой плунжерных опор, с разделением рабочей и перекачиваемой жидкостей радиальными уплотнениями плунжеров, отличающийся тем, что каждая опора содержит гильзу со сквозным отверстием в дне, выходящим с одной стороны в разгрузочную выемку на наружной поверхности дна, а с другой стороны сообщенным с камерой, образованной стенками гильзы, дном и поршнем, установленным с возможностью осевого перемещения относительно гильзы, ограниченного с одной стороны дном гильзы, а с другой - головкой плунжера в форме сферы, взаимодействующей со сферическим углублением в поршне, пружину сжатия, установленную между дном гильзы и поршнем, при этом камера сообщена при всасывании с полостью с рабочей жидкостью сквозным окном на наклонной шайбе в форме полукольца, ограниченным по окружности началом и концом участка всасывания и разобщена плоской поверхностью наклонной шайбы при нагнетании.

4. Аксиально-плунжерный насос с постоянной величиной хода плунжеров, отличающийся тем, что направляющие отверстия плунжеров выполнены в блоке под углом скрещивания с осью вращения равным углу подъема наклонной шайбы, при этом каждый плунжер в середине фазы нагнетания занимает перпендикулярное положение к плоскости наклонной шайбы.

5. Плунжерный насос с гидростатической разгрузкой плунжерных опор, отличающийся тем, что в сферической головке, наклонно оси плунжера, выполнены радиальные отверстия, образующие при пересечении в центре сферы полость, сообщенную отверстиями с рабочей жидкостью, при этом заходы отверстий со стороны сферического углубления опоры соединены канавкой, ограничивающей гидравлически разгружаемый участок сферы головки плунжера.

6. Плунжерный насос с магистралями входа и выхода, с всасывающими и нагнетательными клапанами, отличающийся тем, что направляющие отверстия плунжеров закрыты со стороны перекачиваемой жидкости фильтрами.