SU1724927A1 - Герметичный поршневой насос - Google Patents

Abstract

Изобретение относитс  к насосострое- нию, в частности к герметичным поршневым насосам, предназначенным дл  перекачивани  агрессивных и токсичных жидкостей. Целью изобретени   вл етс  повышение надежности путем обеспечени  посто нства направлени , действующего на мембрану давлени . Насос имеет цилиндр 1, поршень 3, установленный с возможностью ограниченного осевого перемещени  относительно штока 2, герметизирующую мембрану 5, дополнительный поршень 6, всасывающую 7 и мембранную 9 камеры. Шток 2 снабжен каналом 14суплотнитель- ным по ском 15, обращенным в сторону рабочей камеры 13, а поршень 3 снабжен уплотнительным по ском 11. При контакте уплотнительных по сков 11. и 15 образуетс  герметичный стык, преп тствующий дополнительному сообщению всасывающей 7 и мембранной 9 камер между собой. 2 ил., 1 табл.

Description

Изобретение относитс  к насосостро- ению, а точнее к герметичным насосам, предназначенным дл  перекачивани  агрессивных , токсичных и других жидкостей в технологических гидросистемах.

Известен герметичный поршневой насос , в цилиндре которого размещены шток с поршнем, герметизирующа  мембрана, установленна  между цилиндром и штоком, нагнетательный и всасывающий клапаны, установленные таким образом, что штоко- ва  полость насоса  вл етс  всасывающей камерой, в которой выполнен нагнетательный патрубок и котора  сообщаетс  с рабочей камерой насоса через нагнетательный клапан.

Мембрана, герметизирующа  штоко- вую полость такого насоса, нагружена давлением нагнетани , что раст гивает ее и преп тствует ее см тию и образованию по ней продольных и поперечных складок. Наличие этих складок приводит к разрушению герметизирующей мембраны из-за перетирани  ее материала. Таким образом, это решение повышает надежность насоса за счет повышени  долговечности герметизирующей мембраны.

Однако рабочее давление такого насоса ограничиваетс  прочностью герметизирующей мембраны.

Известен герметичный поршневой насос , в цилиндре которого размещены шток, поршень с установленным в нем самодействующим всасывающим клапаном и герметизирующа  мембрана, установленна  между цилиндром и штоком таким образом, что между ней и поршнем образована штокова  полость. На штоке выполнен дополнительный поршень, дел щий штоковую полость на всасывающую камеру, сообщающуюс  с всасывающей линией, и мембранную камеру , сообщающуюс  с всасывающей камерой посредством каналов в дополнительном поршне.

Герметизирующа  мембрана такого насоса не имеет контакта с жидкостью, наход щейс  под давлением нагнетани . В св зи с этим давление в гидросистеме не зависит от прочности герметизирующей мембраны. При работе насоса происходит периодическое изменение объема мембранной камеры, что приводит к по влению в каналах дополнительного поршн  переменного по направлению течени  жидкости . В результате этого давление в мембранной камере по сравнению с давлением во всасывающей камере увеличиваетс  при всасывании и уменьшаетс  при нагнетании. При определенном соотношении площадей поршн , дополнительного

поршн  и герметизирующей мембраны это позвол ет обеспечить коррекцию перепада давлени  на герметизирующей мембране. В результате такой коррекции обеспечиваетс  посто нство направлени  этого перепада в течение рабочего цикла и, что особенно важно, устанавливаетс  такое значение этого перепада, при котором услови  работы герметизирующей мембраны наиболее бла0 гопри тны.

Недостатком известного насоса  вл етс  относительно узкий диапазон изменени  соотношени  площадей поршн , вспомогательного поршн  и герметизирующей мем5 браны. На практике герметизирующие мембраны обычно  вл ютс  унифицированными элементами, поэтому число их типоразмеров невелико. При этом дл  повышени  надежности работы насоса не0 обходимо увеличить перепад давлени  на герметизирующей мембране во врем  нагнетани , тогда как во врем  всасывани  коррекцию его значени  проводить не следует . Возможны случай, в которых во врем 

5 всасывани  необходима коррекци  этого перепада давлени , а во врем  нагнетани  она не нужна.

Цель изобретени  - повышение надежности путем обеспечени  посто нства на0 правлени  давлени , действующего на мембрану.

Указанна  цель достигаетс  тем, что поршень установлен с возможностью осевого перемещени  относительно што5 ка, последний снабжен каналом дл  периодического , в одном из тактов движени  поршн , дополнительного сообщени  мембранной и всасывающей камер между собой , при этом вход в канал штока и поршень

0 в зоне контакта с последним снабжены уп- лотнительными по сками дл  периодического перекрыти  канала штока; при другом такте движени  поршн .

Выполнение поршн  подвижным отно5 сительно штока обеспечивает возможность изменени  взаимного расположени  поршн  и штока при переходе от нагнетани  к всасыванию и обратно.

Наличие канала в штоке обеспечивает

0 возможность изменени  общего сопротивлени  каналов, соедин ющих мембранную и всасывающую камеры.

Наличие уплотнительного по ска, расположенного вокруг входа в канал штока со

5 стороны всасывающей камеры, обеспечивает возможность перекрыти  канала в штоке. Наличие уплотнительного по ска на поршне со стороны всасывающей камеры позвол ет использовать поршень дл  перекрыти  канала в штоке.

Наличие на штоке ограничител  перемещени  поршн  обеспечивает фиксацию взаимного расположени  поршн  и штока, при котором канал в штоке открыт.

Повышение надежности работы насоса достигаетс  за счет того, что при нагнетании и при всасывании поршень смещен относительно штока в крайние положени , опреде- л емые взаимным расположением уплотнительных по сков на поршне и вокруг входа в канал в штоке, а также установкой на штоке ограничител  перемещени  поршн  относительно него. Если уплотни- тельный по сок на поршне обращен в сторону мембранной камеры, уплотнительный по сок на штоке - в сторону рабочей камеры , то во врем  всасывани  канал в штоке оказываетс  разгерметизированным, а во врем  нагнетани  уплотнительные по ски герметично перекрывают вход в выполненный в штоке канал. При всасывании жидкость имеет возможность перетекать по каналу в штоке из всасывающей камеры в мембранную камеру и обратно, что исключает коррекцию перепада давлени  на герметизирующей мембране. При нагнетании коммутаци  камеры подвода жидкости с мембранной камерой осуществл етс  только посредством каналов в дополнительном поршне, что обеспечивает в этом такте коррекцию перепада давлени  на герметизирующей мембране. Если уплотнительный по сок на поршне обращен в сторону рабочей камеры, а уплотнительный по сок на штоке - в сторону мембранной камеры, то во врем  всасывани  канал в штоке перекрыт , а во врем  нагнетани  - разгерметизирован , В результате этого коррекци  перепада давлени  осуществл етс  только при всасывании. Таким образом, в предлагаемом насосе коррекци  перепада давлени  на герметизирующей мембране осуществл етс  только во врем  одного из тактов: либо во врем  всасывани , либо во врем  нагнетани . Такое решение расшир ет диапазон изменени  размеров герметизирующей мембраны, в котором перепад давлени  на ней посто нен по направлению в течение всего рабочего цикла. Кроме того, в случа х, когда во врем  одного из тактов услови  работы герметизирующей мембраны оптимальны с точки зрени  ее долговечности , исключение коррекции перепада давлени  на ней во врем  этого такта повышает надежность работы насоса.

На фиг. 1 представлена конструктивна  схема насоса, обеспечивающего коррекцию перепада давлени  на герметизирующей мембране во врем  нагнетани ; на фиг. 2 - то же, во врем  всасывани .

Насос имеет цилиндр 1, в котором размещены шток 2, подвижный относительно штока 2 поршень 3 с установленным в нем самодействующим всасывающим клапаном

4 и герметизирующа  мембрана 5. Между поршнем 3 и герметизирующей мембраной 5 имеетс  штокова  полость, разделенна  вспомогательным поршнем б на штоке 2 на всасывающую камеру 7, к которой подключена всасывающа  лини  8, и мембранную камеру 9. Всасывающа  камера 7 и мембранна  камера 9 сообщаютс  посредством каналов 10 во вспомогательном поршне 6. На поршне 3 со стороны всасывающей ка-.

меры 7 выполнен уплотнительный по сок 11, обращенный в сторону мембранной камеры 9. На штоке имеетс  ограничитель 12 перемещени  поршн  3 относительно штока 2 в сторону рабочей камеры 13. В штоке

2 выполнен канал 14, соедин ющий мембранную камеру 9 и всасывающую камеру 7. На штоке 2 вокруг входа, в канал 14 имеетс  уплотнительный по сок ,15, обращенный в сторону рабочей камеры 13, образующий

герметичный стык с уплотнительным по ском 11 на поршне 3 и  вл ющийс  ограничителем перемещени  поршн  3 относительно штока 2 в сторону мембранной камеры 9.

Насос работает следующим образом.

Шток 2 совместно с поршнем 3 совершает в цилиндре 1 возвратно-поступательное движение, благодар  чему происходит изменение объема рабочей камеры 13 насоса и перекачивание жидкости. При этом имеет место циклическое изменение объема мембранной камеры 9, вызывающее переменное по направлению течение жидкости между ней и всасывающей камерой 7.

При всасывании поршень 3 смещен относительно штока 2 в крайнее по направлению к рабочей камере 13 положение. Стык между уплотнительными по сками 11 и 15 разгерметизирован, и жидкость вследствие

изменени  объема мембранной камеры 9 перетекает по каналам 10 и 14. Канал 14 имеет малое гидравлическое сопротивление , поэтому давление Рм в мембранной камере практически равно давлению во всасывающей камере 7 и определ етс  потер ми давлени  на всасывающей линии 8. Расход жидкости QB во всасывающей линии 8 во врем  всасывани 

QB V8 -Fi, .(1)

где VB - скорость движени  штока 2 во врем  всасывани ;

FI - эффективна  площадь герметизирующей мембраны 5 с учетом площади ее жесткого центра.

Давление в мембранной камере во врем  всасывани 

PM Po-/ GBVB2Fi2,(2)

где Ро - давление окружающей среды и давление на входе во всасывающую линию 8;

р- плотность жидкости;

GB - гидравлическое сопротивление всасывающей линии 8.

Во врем  нагнетани  поршень 3 смещен относительно штока 2 в крайнее по направлению к мембранной камере 9 положение . Уплотнительные по ски 11 и 15 прижаты друг к другу, в результате чего канал 14 перекрыт. Расход жидкости Gfc в каналах 10 во врем  нагнетани  определ етс  ско- ростью изменени  объема мембранной камеры

QK VH(F2-Fi),(3)

где VH - скорость движени  штока 2 во врем  нагнетани ;

F2- площадь дополнительного поршн  6. Расход жидкости во всасывающей линии во врем  нагнетани 

QB (Рз - F2)VH + QK VH(F3 - Fi),(4)

где Рз - площадь поршн  3.

Давление в мембранной камере 9 во врем  нагнетани  равно сумме потерь давлени  на всасывающей линии 8 и на каналах 10 PM Po-/9VH2 GB(F3-Fi) IF3-F1 I +GK(F2-Fi) lF2-Fil ,(5)

где GK - гидравлическое сопротивление каналов 10.

Из зависимостей (2) и (5) можно получить условие посто нства направлени  перепада давлени  на герметизирующей мембра- не 5 насоса, представленного на фиг. 1; SignCGeFi3) (F3- Fi) IF3- Fi I + Ск(Р2 - Fi) IF2-Fil.(6)

Соотношени  параметров Fi, F2l Fs, GK, GB, при которых зависимость (6) справедли- ва, представлены в таблице.

Насос по фиг. 2 отличаетс  от насоса по фиг. 1 тем, что уплотнительный по сок 1 на поршне 3 обращен в сторону рабочей камеры 13, а уплотнительный по сок 15 вокруг входа в канала 14 обращен в сторону мембранной камеры 9. Ограничитель 12 на штоке 2 ограничивает перемещение поршн  3 относительно него в сторону мембранной камеры 9 (обозначени  на фиг. 1 соответст- вуют обозначени м на фиг, 2).

Насос по фиг. 2 работает следующим образом.

При всасывании поршень 3 смещен относительно штока 2 в крайнее по направле- нию к рабочей камере 13 положение, Уплотнительные по ски 11 и 15 прижаты друг к другу, поэтому канал. 14 перекрыт. Расход жидкости GU в каналах 10 во врем 

всасывани  определ етс  скоростью изменени  объема мембранной камеры 9

QK - VB(F2 - Fi).(7)

Расход жидкости во всасывающей линии 8 во врем  всасывани 

Q3 F3VB-(F3-F2)VB-QK VBFi. (8) Давление Рм в мембранной камере 9 во врем  всасывани  равно сумме потерь давлени  на всасывающей линии 8 и на каналах 10 Рм Ро -р VB2 GBFi2 - GK(F2 - Fi) I F2 - Fi I . (9)

Во врем  нагнетани  поршень 3 смещен относительно штока 2 в крайнее по направлению к мембранной камере 9 положение . Стык между уплотнительными по сками 11 и 15 разгерметизирован и жидкость из-за изменени  объема мембранной камеры 9 протекает по каналам 10 и 14. Из-за малости гидравлического сопротивлени  канала 14 давление Рм в мембранной камере 9 практически равно давлению во всасывающей камере 7 и определ етс  потер ми давлени  на всасывающей линии 8. Расход жидкости во всасывающей линии 8 во врем  нагнетани 

Си, - VH(F3- Fi),(10)

тогда давление в мембранной камере во врем  нагнетани 

Рм Ро - GB VH2(F3 - Fi) I F3 - Fi I. (11)

Из зависимостей (9) и (11) можно получить условие посто нства направлени  перепада давлени  на герметизирующей мембране 5 насоса, представленного на фиг. 2:

Sign GBFi2 - GK(F2 - Fi) IF2 - Fi I (F3 - -Fi)IF3-Fi I.(12)

Соотношени  параметров Fi, F2, Fs, GB, GK, при которых зависимость (12) справедлива, представлены в таблице.

Таким образом, предлагаемый насос при определенных соотношени х параметров Fi, F2, FS, GB, GK обеспечивает посто нство направлени  перепада .давлени  на герметизирующей мембране. В результате этого так же, как и в известном насосе обеспечиваетс  повышение долговечности герметизирующей мембраны и, следовательно, повышаетс  надежность насоса.

Однако предлагаемый насос обладает преимуществом по сравнению с известным . Дл  давлени  в мембранной камере известного насоса во врем  нагнетани  справедливо уравнение (5), а во врем  всасывани  - уравнение (9). Условие посто нства направлени  перепада давлени  на герметизирующей мембране известного насоса имеет вид

Sign GBFi2-GK(F2-Fi) |F2-Fi l (F3- -Fi)|F3-Fil + GK(F2-Fi)| F2-Fil. (13) Соотношени  параметров Fi, F2, Рз, GB, GK, при которых зависимость (13) справедлива, также представлены в таблице.

Сравнение данных таблицы показывает , что площадь герметизирующей мембра- ны в предлагаемом насосе может измен тьс  в более широком диапазоне по сравнению с известным. На практике это позвол ет повысить надежность насосов, использу  меньшее количество типоразмеров герметизирующих мембран. Кроме того, когда перепад давлени  на герметизирующей мембране во врем  одного из тактов (нагнетани  или всасывани ) имеет оптимальное дл  ее долговечности значение, коррекци  значени  этого перепада нецелесообразна . В этом случае использование известного решени  может только ухудшить услови  работы герметизирующей мембраны , что приведет к снижению надежности насоса. Предлагаемый насос позвол ет исключить коррекцию перепада давлени  на герметизирующей мембране во врем  одно- го из тактов (либо при всасывании, либо при нагнетании) и, таким образом, повысить надежность насоса.

Claims (1)

1. Формула изобретени  Герметичный поршневой насос, содержащий размещенные.в цилиндре с образованием рабочей камеры шток и поршень с установленным в последнем всасывающим клапаном, герметизирующую мембрану, установленную между цилиндром и штоком с образованием между ней и поршнем штоко- вой полости, причем в последней между мембраной и поршнем на штоке установлен С образованием мембранной, и всасывающей камер дополнительный поршень с каналами дл  посто нного сообщени  указанных камер, о тл и ч а ю щ и и с   тем, что, с целью повышени  надежности путем обеспечени  посто нства направлени  действующего на мембрану давлени , поршень установлен с возможностью ограниченного осевого перемещени  относительно штока, последний снабжен каналом дл  периодического , на одном из тактов движени  пор- шн , дополнительного сообщени  мембранной и всасывающей камер между собой, при этом вход в канал штока и поршень в зоне контакта с последним снабжены уплотнительными по сками дл  периодического перекрыти  канала штока при другом такте движени  поршн .

   536 78

   12 13