WO2021235967A1 - Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии - Google Patents
Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии Download PDFInfo
- Publication number
- WO2021235967A1 WO2021235967A1 PCT/RU2020/000242 RU2020000242W WO2021235967A1 WO 2021235967 A1 WO2021235967 A1 WO 2021235967A1 RU 2020000242 W RU2020000242 W RU 2020000242W WO 2021235967 A1 WO2021235967 A1 WO 2021235967A1
- Authority
- WO
- WIPO (PCT)
- Prior art keywords
- plunger
- rotor
- cylinder
- energy recovery
- liquid
- Prior art date
Links
Classifications
-
- F—MECHANICAL ENGINEERING; LIGHTING; HEATING; WEAPONS; BLASTING
- F04—POSITIVE - DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS FOR LIQUIDS OR ELASTIC FLUIDS
- F04B—POSITIVE-DISPLACEMENT MACHINES FOR LIQUIDS; PUMPS
- F04B1/00—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders
- F04B1/12—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis
- F04B1/20—Multi-cylinder machines or pumps characterised by number or arrangement of cylinders having cylinder axes coaxial with, or parallel or inclined to, main shaft axis having rotary cylinder block
Definitions
- the present invention relates to multi-cylinder piston pumps with a rotating block of cylinders, in particular used in reverse osmosis devices and providing for energy recovery.
- the harmonic law used assumes a significant change in the speed of the plunger and, accordingly, the pressure drop of the pumped liquid being pushed out. And the use of only the range of values of the harmonic law function corresponding to the fastest and most uniform movement of the plunger leads to an increase in the time interval for the transition from the suction of the pumped liquid to its expulsion, an increase in friction and an increase in energy consumption.
- an axial-plunger pump with energy recovery including a rotor with plunger-bushings and a cylinder block made with channels open from the end of the rotor connected to the sub-piston cavity of the cylinders for the pumped liquid , and channels connected to the above-plunger cavity of the cylinders for the liquid used for energy recovery, and the stator in contact with the end of the rotor, made with channels for the pumped liquid and channels for liquid used for energy recovery.
- Plunger-sleeves are used to adapt the pump to the volume of the fluid entering the supra-plunger cavity, which is used for energy recovery.
- the patent document does not disclose the operation of the energy recovery axial plunger pump. And the design of the axial plunger pump does not provide for a decrease in the pressure drop of the pumped out liquid.
- the achieved technical result consists in reducing the time interval for the transition from filling the cylinders of the rotor of the axial-plunger pump with the pumped liquid to pushing the pumped liquid out of the cylinders (crossing the dead center) by increasing the pressure of the pumped liquid at the very beginning of its expulsion from the sub-piston cavity of the cylinder.
- This also ensures the adaptation of the volume of the supra-plunger cavity to the volume of liquid used for energy recovery, depending, in particular, on the salinity of the water desalinated in the reverse osmosis unit, which includes an axial plunger pump.
- the excess pressure of the fluid used for energy recovery and entering the channel connected to the cylinder supra-plunger cavity can be relieved.
- the excess volume of liquid used for energy recovery can be discharged from the stator channel used to supply this liquid and periodically connected to the corresponding rotor channel and the cylinder supra-plunger cavity into another stator channel used to drain this liquid from the rotor channel and the supra-plunger cavity. cylinder cavity.
- an axial plunger pump with energy recovery which includes a rotor with plungers each displaced according to a harmonic (cosine) law and a cylinder block made with open channels at the end of the rotor connected to the sub-plunger cavity of the cylinders for the pumped liquid, and with the over-plunger the cavity of the cylinders for the liquid used for energy recovery, and the stator in contact with the end of the rotor, made with arcuate holes (channels) elongated along two concentric circles on the surface in contact with the end of the rotor, while the channels for the pumped liquid open at the end of the rotor periodically, when rotation of the rotor, coincide with the openings of the stator for intake and expulsion of the pumped liquid, located along a larger diameter circle, and the channels open at the end of the rotor for the liquid used for energy recovery coincide with the holes, respectively, for pushing and picking up the liquid used for energy recovery, located along a circle of smaller diameter, while the rotor
- the relative position of the arcuate openings of the stator for the pumped liquid pushed out of the cylinders and the supply of the liquid used for energy recovery to the cylinders relative to the corresponding rotor channels provides an increase in the pressure of the pumped liquid at the very beginning of its expulsion from the cylinder.
- a control valve may be installed in the stator to connect the opening in the stator for the energy recuperative fluid supplied to the rotor with the opening in the stator for the rotor outlet fluid used for energy recovery.
- a microrelief in the form of helical grooves can be applied for lubricating and cooling the cylindrical surfaces of the plungers and the cylinder with the pumped liquid.
- Plungers moving in cylinders according to a harmonic (cosine) law can be equipped with an elastic stop limiting the movement of the plunger-sleeve in the direction of the plunger cavity - opposite to the direction of pushing out of the pumped liquid.
- the rotor can include a disc in contact with the stator, made with holes that are parts of the rotor channels connected to the sub-plunger and supra-plunger cavities of the cylinders, and with bushings installed in the holes of the disk with sealing collars inserted into the corresponding holes of the cylinder block.
- the bushings allow maintaining a uniform gap between the rotor disc and the stator, regardless of the oscillatory movements of the rotor cylinder block.
- the end surface of the cylinder block on the side opposite to the side of the rotor disk can be made with tangential grooves that circulate fluid inside the pump to cool and lubricate the rubbing surfaces.
- FIG. 1 shows the claimed axial plunger pump in section.
- FIG. 2 shows a stator plate with arcuate holes, elongated along two concentric circles on the surface in contact with the end of the rotor, for intake and expulsion of the pumped liquid, located along the circle of a larger diameter, and for pushing out and intake of liquid used for energy recovery, located along the circumference of the smaller diameter.
- Dotted lines show the channels for the pumped liquid open at the end of the rotor.
- the channel open at the end of the rotor connected to the sub-plunger cavity of the cylinder only begins to partially coincide with the through hole of the stator for the pumped liquid pushed out of the cylinder, and the channel open at the end of the rotor connected to the supra-plunger cavity of this cylinder already partially coincides with the stator hole for supplying the liquid used for energy recovery.
- axial plunger pump includes a housing (stator) 1 and a rotor driven by shaft 2 with a cylinder block 3 installed in the housing 1 by means of a bearing assembly 4 and a disc 5 connected to the cylinder block 3 by bushings 6 with cuffs 7 and pressed against the plate 8 of the stator 1 by a spring 9 damping vibrations of the cylinder block 3.
- the listed pump elements, including bushings 6, but in addition to cups 7 and bearing assembly 4, are preferably made of corrosion-resistant steel.
- Cuffs 7 and bearing assembly 4 are made of antifriction and non-stick polymer material, for example, Teflon.
- the plungers 10 are each mounted in a spherical joint 11 on a support bearing 12, sliding along the surface of the swash plate 13 and providing thus, the movement of each plunger 10 in the cylinder in accordance with the cosine (harmonic) law.
- the plungers 14 are each made in the form of a sleeve and are mounted with the possibility of sliding relative to the cylinder and the plunger 10, which moves according to a harmonic (cosine) law.
- Plunger-bushings 14 adjoin the outer cylindrical surface to the cylinder wall, and the inner cylindrical surface to the cylindrical surface of the plunger 10.
- a microrelief is applied on the inner and outer surfaces of the plunger-bushing 14, a microrelief is applied in the form of helical grooves for lubrication and cooling by the pumped liquid of the surfaces of the cylinder and plungers 10 and 14
- the plungers of the sleeve 14 are made of antifriction polymer material.
- the pumped liquid is supplied to the sub-plunger cavity 15 of the cylinders through the channel (d) passing through the hole in the plate 8, the hole in the disc 5 of the rotor and the bushing 6.
- the liquid used for energy recovery is discharged from the above-plunger cavity 16 through channel (c), passing through the bushing 6, the hole in the disc 5 of the rotor and the hole in the plate 8.
- Ejection of the pumped liquid under increased pressure from the sub-plunger cavity 15 of the cylinders is carried out through the channel (a) passing through the bushing 6, the hole in the rotor disc 5 and the hole in the plate 8.
- the pumped liquid for example seawater, is pumped by a high-pressure axial plunger pump into a reverse osmosis membrane.
- the concentrate discharged from the reverse osmosis membrane is the liquid used for energy recovery in the axial plunger pump.
- the claimed technical solution uses two plungers in each cylinder of the rotor.
- An additional second plunger moved by the liquid used for energy recovery, increases the pressure of the pumped liquid at the very beginning of its expulsion from the sub-plunger cavity, when the speed of the first plunger, moved in accordance with the cosine law, is close to zero.
- the use of two plungers allows earlier to start pushing the pumped liquid out of the sub-puddle cavity and assumes for this earlier entry into the supra-plunger cavity of the liquid used for energy recovery. Therefore, in comparison with the technical solution disclosed in US7799221, the claimed technical solution has changed the relative position in the end of the rotor of the openings of the channels connected to the sub-plunger and supra-plunger cavities of the cylinder.
- FIG. 2 shows the plate 8 of the stator 1 with holes 17, 18, 19 and 20 of an arcuate shape, elongated along two concentric circles on the surface in contact with the end of the rotor.
- the openings 17 and 18 are intended, respectively, for pushing out and taking in the pumped liquid and are located along a circle with a larger diameter.
- the openings 19 and 20 are intended, respectively, for the intake and expulsion of the liquid used for energy recovery, and are located along a circle of smaller diameter. It is assumed that the rotor (cylinder block 3 with disc 5) rotates clockwise relative to plate 8.
- Dotted lines show the openings in the channels 21, 22, 23, 24 and 25 open in the end of the rotor for the pumped liquid and openings in the end of the rotor of the channels 26, 27, 28, 29 and 30 for the liquid used for energy recovery.
- the channel 21, open at the end of the rotor, connected to the sub-plunger cavity of the cylinder only begins to partially coincide with the stator hole 17 for the pumped liquid pushed out of the cylinder, and the channel 26, open at the end of the rotor, connected to the above-plunger cavity of this cylinder, already partially coincides with the hole of the stator 19 for supply of fluid used for energy recovery.
- Plunger-sleeve 14 will begin to push out the pumped liquid under the action of the fluid pressure used for energy recovery, immediately with the beginning of the partial coincidence of the channel 21 open at the end of the rotor with the stator hole 17, while the speed of the first plunger 10 in accordance with the cosine law has a value close to zero.
- a control valve 32 is installed in the stator plate 8, through which the hole in the plate 8 (channel b) for the fluid supplied to the rotor used for energy recovery is connected to the hole (channel c) in the plate 8 for the discharged from the rotor of the fluid used for energy recovery.
- the plungers 10 are equipped with a stop 33, made elastic to damp the impact of the plunger-sleeve 14 on the stopper during its return stroke.
- Rotation to the cylinder block is communicated through the shaft 2.
- the sliding bearing unit 2 perceives the unbalanced load from the cylinder block, arising from the movement of the plungers 10, in the radial and axial directions without breaking the uniform gap between the flat surfaces of the rotor disc 5 and the stator plate 8.
- the cylinder block 3 and the rotor disc 5 are mated to each other without loss of tightness using connecting bushings 6 with sealing collars 7, while bushings 6 are made in one piece with the rotor disc 5, and sealing collars 7 are made of a material with a low friction coefficient. This ensures that a uniform gap between the rotor disc 5 and the cylinder block 3 is maintained, regardless of the oscillatory movements of the cylinder block.
- the pump casing (stator) 1 is filled with the pumped liquid through the inlet channel (e) connecting the cavity of the pump casing and channel (d).
- tangential grooves 32 are applied, which ensure the circulation of liquid inside the housing 1 during the rotation of the rotor, creating a directed circulation of the liquid in the housing 1, thereby lubricating and cooling the bearing assembly 4.
Landscapes
- Engineering & Computer Science (AREA)
- Mechanical Engineering (AREA)
- General Engineering & Computer Science (AREA)
- Reciprocating Pumps (AREA)
Abstract
В аксиально-плунжерном насосе с рекуперацией энергии используются два плунжера в каждом цилиндре ротора. Дополнительный второй плунжер, перемещаемый жидкостью, используемой для рекуперации энергии, увеличивает давления перекачиваемой жидкости в самом начале ее выталкивания из подплунжерной полости, когда скорость первого плунжера, перемещаемого в соответствии с косинусоидальным законом, близка к нулю.
Description
АКСИАЛЬНО-ПЛУНЖЕРНЫЙ НАСОС С РЕКУПЕРАЦИЕЙ ЭНЕРГИИ
Область техники
Настоящее изобретение относится к многоцилиндровым поршневым насосам с вращающимся блоком цилиндров, в частности, используемых в устройствах обратного осмоса и предусматривающих рекуперацию энергии.
Предшествующий уровень техники
Из уровня техники известен, см. патент US7799221, опубликованный 21.09.2010, способ рекуперации энергии в аксиально-плунжерном насосе, включающем ротор с блоком цилиндров, выполненными с каналами, соединенными с подплунжерной полостью цилиндров для жидкости, перекачиваемой плунжерами, перемещаемыми по гармоническому (косинусоидальному) закону, и каналами, соединенными с надплунжерной полостью цилиндров для жидкости, используемой для рекуперации энергии.
Используемый гармонический закон предполагает существенное изменение скорости плунжера и, соответственно, перепад давления выталкиваемой перекачиваемой жидкости. А использование только участка значений функции гармонического закона, соответствующего наиболее быстрому и равномерному перемещению плунжера, приводит к увеличению интервала времени перехода от всасывания перекачиваемой жидкости к ее выталкиванию, увеличению трения и увеличению затрат энергии.
Из уровня техники известен, см. патент РФ 145663, опубликованный 27.09.2014, аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии, включающий ротор с плунжерами-втулками и блоком цилиндров, выполненным с открытыми с торца ротора каналами, соединенными с подплунжерной полостью цилиндров для перекачиваемой жидкости, и каналами, соединенными с надплунжерной полостью цилиндров для жидкости, используемой для рекуперации энергии, и контактирующий с торцом ротора статор, выполненный с каналами для перекачиваемой жидкости и каналами для
жидкости, используемой для рекуперации энергии. Плунжеры-втулки используются для адаптации насоса к объему поступающей в надплунжерную полость жидкости, используемой для рекуперации энергии.
В патентном документе не раскрыто функционирование аксиально- плунжерного насоса с рекуперацией энергии. А конструкция аксиально-плунжерного насоса не предусматривает уменьшение перепада давления выталкиваемой перекачиваемой жидкости.
Раскрытие изобретения
В заявленном изобретении достигаемый технический результат заключается в сокращении интервала времени перехода от заполнения цилиндров ротора аксиально- плунжерного насоса перекачиваемой жидкостью к выталкиванию перекачиваемой жидкости из цилиндров (перехода через мертвую точку) за счет увеличения давления перекачиваемой жидкости в самом начале ее выталкивания из подплунжерной полости цилиндра. При этом также обеспечивается адаптация объема надплунжерной полости к объему жидкости, используемой для рекуперации энергии, зависящий, в частности, от солености воды, опресняемой в установке обратного осмоса, в состав которой входит аксиально плунжерный насос.
Указанные технические результаты достигаются в способе рекуперацией энергии в аксиально-плунжерном насосе, включающем ротор с блоком цилиндров выполненными каждый с открытыми с торца ротора каналами, соединенными с подплунжерной полостью цилиндров, заполняемой жидкостью, выталкиваемой плунжерами, перемещаемыми в цилиндрах по гармоническому (косинусоидальному) закону, и с надплунжерной полостью цилиндров, заполняемой жидкостью для рекуперации энергии, и контактирующий с торцом ротора статор, при этом используют дополнительные плунжеры, выполненные каждый в форме втулки, примыкающей наружной цилиндрической поверхностью к стенке цилиндра, а внутренней цилиндрической поверхностью к цилиндрической поверхности плунжера, перемещаемого по гармоническому закону, и в начале выталкивания перекачиваемой жидкости из каждого цилиндра перемещают плунжер-втулку жидкостью, используемой для рекуперации энергии, вдоль плунжера, перемещаемого по гармоническому закону, при этом плунжером-втулкой выталкивают из подплунжерной полости цилиндра часть (большую часть, пока плунжер-втулка обгоняет плунжер, перемещаемый по гармоническому закону) перекачиваемой жидкости, а затем,
остальную часть перекачиваемой жидкости выталкивают из подплунжерной полости цилиндра плунжером, увеличившим свою скорость в цилиндре в соответствии с гармоническим законом.
В начале выталкивания перекачиваемой жидкости из каждого цилиндра можно перемещать плунжер-втулку жидкостью, используемой для рекуперации энергии, вдоль плунжера, перемещаемого по гармоническому закону, до упора плунжера- втулки в неподвижную втулку, вставленную в каждый цилиндр и соединяющую блок цилиндров с диском ротора, контактирующего со статором.
Можно контролировать превышение заданного значения давления жидкости, используемой для рекуперации энергии и поступающей в канал, соединенный с надплунжерной полостью цилиндра, и, используя клапан, сбрасывать избыточный объем жидкости, используемой для рекуперации энергии. В частности, сбрасывать избыточный объем жидкости, используемой для рекуперации энергии, можно из канала статора, используемого для подвода этой жидкости и периодически соединяемого с соответствующим каналом ротора и надплунжерной полостью цилиндра, в другой канал статора, используемый для отвода этой жидкости из канала ротора и надплунжерной полости цилиндра.
Указанные технические результаты достигаются в аксиально-плунжерном насосе с рекуперацией энергии, включающим ротор с плунжерами, перемещаемыми каждый по гармоническому (косинусоидальному) закону и блоком цилиндров, выполненным с открытыми с торца ротора каналами, соединенными с подплунжерной полостью цилиндров для перекачиваемой жидкости, и с надплунжерной полостью цилиндров для жидкости, используемой для рекуперации энергии, и контактирующий с торцом ротора статор, выполненный с отверстиями (каналами) дугообразной формы вытянутой вдоль двух концентричных окружностей на поверхности контактирующей с торцом ротора, при этом открытые в торце ротора каналы для перекачиваемой жидкости периодически, при вращении ротора, совпадают с отверстиями статора для забора и выталкивания перекачиваемой жидкости, расположенными вдоль окружности большего диаметра, а открытые в торце ротора каналы для жидкости, используемой для рекуперации энергии, при этом совпадают с отверстиями, соответственно, для выталкивания и забора жидкости, используемой для рекуперации энергии, расположенными вдоль окружности меньшего диаметра, при этом ротор включает дополнительные плунжеры, выполненные в форме втулки, установленные с возможностью скольжения относительно цилиндра и плунжера, перемещаемого по
гармоническому (косинусоидальному) закону под воздействием перекачиваемой жидкости и жидкости, используемой для рекуперации энергии, примыкающие наружной цилиндрической поверхностью к стенке цилиндра, а внутренней цилиндрической поверхностью к цилиндрической поверхности плунжера, перемещаемого по гармоническому (косинусоидальному) закону, а для опережающего выталкивания перекачиваемой жидкости из цилиндра плунжером, выполненным в форме втулки, начало частичного совпадения сквозного отверстия статора для выталкиваемой (из цилиндров) перекачиваемой жидкости и открытого в торце ротора канала, соединенного с подплунжерной полостью цилиндра, соответствует, по меньшей мере, частичному совпадению отверстия статора для подачи жидкости, используемой для рекуперации энергии, и открытого в торце ротора канала, соединенного с надплунжерной полостью этого цилиндра.
Взаимное расположение отверстий дугообразной формы статора для выталкиваемой из цилиндров перекачиваемой жидкости и подачи в цилиндры жидкости, используемой для рекуперации энергии, относительно соответствующих каналов ротора обеспечивает увеличения давления перекачиваемой жидкости в самом начале ее выталкивания из цилиндра.
В статоре может быть установлен регулировочный клапан, соединяющий отверстие в статоре для подаваемой в ротор жидкости, используемой для рекуперации энергии, с отверстием в статоре для отводимой из ротора жидкости, используемой для рекуперации энергии.
На внутренней и наружной цилиндрических поверхностях плунжеров-втулок может быть нанесен микрорельеф в виде винтовых канавок для смазки и охлаждения перекачиваемой жидкостью цилиндрических поверхностей плунжеров и цилиндра.
Плунжеры, перемещаемые в цилиндрах по гармоническому (косинусоидальному) закону, могут быть снабжены упругим упором, ограничивающим перемещение плунжера-втулки в направлении надплунжерной полости - обратном направлению выталкивания перекачиваемой жидкости.
Ротор может включать контактирующий со статором диск, выполненный с отверстиями, являющимися частями каналов ротора, соединенными с подплунжерными и надплунжерными полостями цилиндров, и с установленными в отверстиях диска втулками с уплотняющими манжетами, вставленными в соответствующие отверстия блока цилиндров.
Втулки позволяют сохранять равномерный зазор между диском ротора и статором независимо от колебательных движений блока цилиндров ротора.
Торцевая поверхность блока цилиндров со стороны противоположной стороне расположения диска ротора может быть выполнена с тангенциальными канавками, обеспечивающими циркуляцию жидкости внутри насоса для охлаждения и смазки трущихся поверхностей.
Краткое описание чертежей
На фиг. 1 показан заявленный аксиально-плунжерный насос в разрезе.
На фиг. 2 показана плита статора с отверстиями дугообразной формы, вытянутой вдоль двух концентричных окружностей на поверхности контактирующей с торцом ротора, для забора и выталкивания перекачиваемой жидкости, расположенными вдоль окружности большего диаметра, и для выталкивания и забора жидкости, используемой для рекуперации энергии, расположенными вдоль окружности меньшего диаметра. Пунктиром показаны открытые в торце ротора каналы для перекачиваемой жидкости. Открытый в торце ротора канал, соединенный с подплунжерной полостью цилиндра только начинает частично совпадать со сквозным отверстием статора для выталкиваемой из цилиндра перекачиваемой жидкости, а открытый в торце ротора канал, соединенный с надплунжерной полостью этого цилиндра уже частично совпадает с отверстием статора для подачи жидкости, используемой для рекуперации энергии.
Реализация изобретения
Представленный на фиг. 1 аксиально-плунжерный насос включает корпус (статор) 1 и приводимый во вращение валом 2 ротор с блоком цилиндров 3, установленным в корпусе 1 посредством подшипникового узла 4, и диском 5, соединенным с блоком цилиндров 3 втулками 6 с манжетами 7 и прижимаемым к плите 8 статора 1 пружиной 9, демпфирующей колебания блока цилиндров 3. Перечисленные элементы насоса, в том числе, втулки 6, но кроме манжет 7 и подшипникового узла 4, изготовлены, предпочтительно, из коррозионно-стойкой стали. Манжеты 7 и подшипниковый узел 4 изготовлены из антифрикционного и антипригарного полимерного материала, например, из тефлона.
Плунжеры 10 установлены каждый в сферическом сочленении 11 на опорном подпятнике 12, скользящим по поверхности наклонной шайбы 13 и обеспечивающим
тем самым перемещение каждого плунжера 10 в цилиндре в соответствии с косинусоидальным (гармоническим) законом.
Плунжеры 14 выполнены каждый в форме втулки и установлены с возможностью скольжения относительно цилиндра и плунжера 10, перемещаемого по гармоническому (косинусоидальному) закону. Плунжеры-втулки 14 примыкают наружной цилиндрической поверхностью к стенке цилиндра, а внутренней цилиндрической поверхностью к цилиндрической поверхности плунжера 10. На внутреннею и наружную поверхности плунжера-втулки 14 нанесен микрорельеф в виде винтовых канавок для смазки и охлаждение перекачиваемой жидкостью поверхностей цилиндра и плунжеров 10 и 14. Плунжеры втулки 14 изготовлены из антифрикционного полимерного материала.
Перекачиваемая жидкость подводится в подплунжерные полости 15 цилиндров через канал (d), проходящий через отверстие в плите 8, отверстие в диске 5 ротора и втулку 6. При этом из надплунжерной полости 16 отводится жидкость, используемая для рекуперации энергии, через канал (с), проходящий через втулку 6, отверстие в диске 5 ротора и отверстие в плите 8.
Выталкивание перекачиваемой жидкости под повышенным давлением из подплунжерной полости 15 цилиндров осуществляется через канал (а), проходящий через втулку 6, отверстие в диске 5 ротора и отверстие в плите 8. При этом через канал (Ь), проходящий через втулку 6, отверстие в диске 5 ротора и отверстие в плите 8 в надплунжерную полость 16 подводится жидкость, используемая для рекуперации энергии.
Перекачиваемая жидкость, например, морская вода, подается аксиально- плунжерным насосом под высоким давлением в обратноосмотическую мембрану. Концентрат, отводимый из обратноосмотической мембраны, является жидкостью, используемая для рекуперации энергии в аксиально-плунжерном насосе.
В заявленном техническом решении используются два плунжера в каждом цилиндре ротора. Дополнительный второй плунжер, перемещаемый жидкостью, используемой для рекуперации энергии, увеличивает давления перекачиваемой жидкости в самом начале ее выталкивания из подплунжерной полости, когда скорость первого плунжера, перемещаемого в соответствии с косинусоидальным законом, близка к нулю. Тем самым, использование двух плунжеров позволяет раньше начинать выталкивание перекачиваемой жидкости из подплужерной полости и предполагает для этого более раннее поступление в надплунжерную полость жидкости, используемой
для рекуперации энергии. Поэтому, по сравнению с техническим решением, раскрытым в US7799221, в заявленном техническом решении изменено взаимное расположение в торце ротора отверстий каналов, соединенных с подплунжерной и надплунжерной полостями цилиндра.
На фиг. 2 показана плита 8 статора 1 с отверстиями 17, 18, 19 и 20 дугообразной формы, вытянутой вдоль двух концентричных окружностей на поверхности контактирующей с торцом ротора. Отверстия 17 и 18 предназначены, соответственно, для выталкивания и забора перекачиваемой жидкости и расположены вдоль окружности большего диаметра. Отверстия 19 и 20 предназначены, соответственно, для забора и выталкивания жидкости, используемой для рекуперации энергии, и расположены вдоль окружности меньшего диаметра. Предполагается, что ротор (блок цилиндров 3 с диском 5) вращается относительно плиты 8 по часовой стрелке. Пунктиром показаны отверстия открытых в торце ротора каналов 21, 22, 23, 24 и 25 для перекачиваемой жидкости и отверстия, открытых в торце ротора каналов 26, 27, 28, 29 и 30 для жидкости, используемой для рекуперации энергии. Открытый в торце ротора канал 21, соединенный с подплунжерной полостью цилиндра только начинает частично совпадать с отверстием 17 статора для выталкиваемой из цилиндра перекачиваемой жидкости, а открытый в торце ротора канал 26, соединенный с надплунжерной полостью этого цилиндра, уже частично совпадает с отверстием статора 19 для подачи жидкости, используемой для рекуперации энергии. Плунжер- втулка 14 начнет выталкивание перекачиваемой жидкости под действием давления жидкости, используемой для рекуперации энергии, сразу с началом частичного совпадения открытого в торце ротора канала 21 с отверстием 17 статора, в то время, как скорость первого плунжера 10 в соответствии с косинусоидальным законом имеет значение близкое к нулю.
Возможным вариантом реализации изобретения является следующие действия:
1) с начала выталкивают перекачиваемую жидкость из каждого цилиндра плунжером-втулкой 14 до упора плунжера-втулки в неподвижную втулку 6, вставленную в каждый цилиндр и соединяющую блок цилиндров 3 с диском 5 ротора, контактирующего с плитой 8 статора 1, а затем
2) выталкивают перекачиваемую жидкость из каждого цилйндра плунжером 10, увеличившим скорость в соответствии с косиносуидальным законом, и при воздействии на него жидкости, используемой для рекуперации энергии.
Увеличение давления перекачиваемой жидкости в самом начале ее выталкивания из подплунжерной полости 15 цилиндра позволяет приблизить отверстие 17 в плите 8 статора к так называемой «мертвой точке» 31 и сократить интервал времени перехода от заполнения цилиндров ротора аксиально-плунжерного насоса перекачиваемой жидкостью до начала выталкивания перекачиваемой жидкости из цилиндров. Соответственно, сокращается время торможения ротора, испытываемого им на указанном временном интервале.
Для предотвращения избыточного давления в надплунжерной полости 16 в плите 8 статора установлен регулировочный клапан 32, через который отверстие в плите 8 (канал Ь) для подаваемой в ротор жидкости, используемой для рекуперации энергии, соединяется с отверстием (канал с) в плите 8 для отводимой из ротора жидкости, используемой для рекуперации энергии. А для ограничения перемещения плунжера- втулки 14 в направлении надплунжерной полости, плунжеры 10 снабжены упором 33, выполненного упругим для демпфирования удара плунжера-втулки 14 об ограничитель при его обратном ходе.
Вращение блоку цилиндров сообщается через вал 2. Подшипниковый узел скольжения 2 воспринимает неуравновешенную нагрузку от блока цилиндров, возникающую из-за движения плунжеров 10, в радиальном и осевом направлении без нарушения равномерного зазора между плоскими поверхностями диска 5 ротора и плиты 8 статора 1.
Блок цилиндров 3 и диск 5 ротора сопрягаются между собой без потери герметичности с использованием соединительных втулок 6 с уплотняющими манжетами 7 при этом втулки 6 выполнены за одно целое с диском 5 ротора, а уплотняющие манжеты 7 выполнены из материала с низким коэффициентом трения. Тем самым обеспечивается сохранение равномерного зазора между диском 5 ротора и блоком цилиндров 3, независимо от колебательных движений блока цилиндров.
Неизменность равномерного зазора между плоскими поверхностями диска 5 ротора и плиты 8 обеспечивается тем, что пружина 9 прижимает диск 5 ротора к плите 8.
Корпус (статор) 1 насоса заполняется перекачиваемой жидкостью через подводящий канал (е), соединяющий полость корпуса насоса и канал (d).
На поверхность торца блока цилиндров 3 нанесены тангенциальные пазы 32, обеспечивающие циркуляцию жидкости внутри корпуса 1 при вращении ротора, создавая направленную циркуляцию жидкости в корпусе 1, осуществляя тем самым смазку и охлаждение подшипникового узла 4.
Claims
1. Способ рекуперации энергии в аксиально-плунжерном насосе, включающем ротор с блоком цилиндров выполненными каждый с открытыми с торца ротора каналами, соединенными с подплунжерной полостью цилиндров для жидкости, перекачиваемой плунжерами, перемещаемыми в цилиндрах по гармоническому закону, и с надплунжерной полостью цилиндров для жидкости, используемой для рекуперации энергии, и контактирующий с торцом ротора статор, отличающийся тем, что используют дополнительные плунжеры, выполненные каждый в форме втулки, примыкающей наружной цилиндрической поверхностью к стенке цилиндра, а внутренней цилиндрической поверхностью к цилиндрической поверхности плунжера, перемещаемого по гармоническому закону, в начале выталкивания перекачиваемой жидкости из каждого цилиндра перемещают плунжер-втулку жидкостью, используемой для рекуперации энергии, вдоль плунжера, перемещаемого по гармоническому закону, при этом плунжером-втулкой выталкивают из подплунжерной полости цилиндра часть перекачиваемой жидкости, а затем, остальную часть перекачиваемой жидкости выталкивают из подплунжерной полости цилиндра плунжером, увеличившим свою скорость в цилиндре в соответствии с гармоническим законом.
2. Способ по п.1 , отличающийся тем, что в начале выталкивания перекачиваемой жидкости из каждого цилиндра перемещают плунжер-втулку жидкостью, используемой для рекуперации энергии, вдоль плунжера, перемещаемого по гармоническому закону, до упора плунжера-втулки в неподвижную втулку, вставленную в каждый цилиндр и соединяющую блок цилиндров с диском ротора, контактирующего со статором.
3. Способ по п.2, отличающийся тем, что контролируют превышение давления жидкости, используемой для рекуперации энергии, заданного значения, и, при необходимости, сбрасывают избыточный объем жидкости, используемой для рекуперации энергии и поступающей в канал, соединенный с надплунжерной полостью цилиндров.
4. Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии, включающий ротор с плунжерами, перемещаемыми каждый по гармоническому закону и блоком цилиндров, выполненным с открытыми с торца ротора каналами, соединенными с подплунжерной
полостью цилиндров для перекачиваемой жидкости, и с надплунжерной полостью цилиндров для жидкости, используемой для рекуперации энергии, и контактирующий с торцом ротора статор, выполненный с отверстиями для забора и выталкивания перекачиваемой жидкости дугообразной формы вытянутой вдоль двух концентричных окружностей на поверхности контактирующей с торцом ротора, при этом открытые в торце ротора каналы для перекачиваемой жидкости при вращении ротора периодически совпадают с отверстиями статора, расположенными вдоль окружности большего диаметра, а открытые в торце ротора каналы для жидкости, используемой для рекуперации энергии, при этом совпадают с отверстиями, расположенными вдоль окружности меньшего диаметра, отличающийся тем, что ротор включает дополнительные плунжеры в каждом цилиндре, выполненные в форме втулки, примыкающей наружной цилиндрической поверхностью к стенке цилиндра, а внутренней цилиндрической поверхностью к цилиндрической поверхности плунжера, перемещаемого по гармоническому закону, а для опережающего выталкивания перекачиваемой жидкости из цилиндра плунжером, выполненным в форме втулки, начало частичного совпадения сквозного отверстия статора для выталкиваемой перекачиваемой жидкости и открытого в торце ротора канала, соединенного с подплунжерной полостью цилиндра, соответствует, по меньшей мере, частичному совпадению отверстия статора для подачи жидкости, используемой для рекуперации энергии, и открытого в торце ротора канала, соединенного с надплунжерной полостью этого цилиндра.
5. Насос по п.4, отличающийся тем, что в статоре установлен регулировочный клапан, соединяющий отверстие в статоре для подаваемой в ротор жидкости, используемой для рекуперации энергии, с отверстием в статоре для отводимой из ротора жидкости, используемой для рекуперации энергии.
6. Насос по п.1 , отличающийся тем, что на внутренней и наружной цилиндрических поверхностях плунжеров-втулок нанесен микрорельеф в виде винтовых канавок для смазки и охлаждения перекачиваемой жидкостью цилиндрических поверхностей плунжеров и цилиндра.
7. Насос по п.1, отличающийся тем, что плунжеры, перемещаемые в цилиндрах по гармоническому закону, снабжены упругим упором, ограничивающим перемещение плунжера-втулки в направлении надплунжерной полости - обратном направлению выталкивания перекачиваемой жидкости.
8. Насос по п.1, отличающийся тем, что ротор включает контактирующий со статором диск, выполненный с отверстиями, являющимися частями каналов ротора, соединенными с подплунжерными и надплунжерными полостями цилиндров, и с установленными в отверстиях диска втулками с уплотняющими манжетами, вставленными в соответствующие отверстия блока цилиндров.
9. Насос по п.1, отличающийся тем, что торцевая поверхность блока цилиндров со стороны противоположной стороне расположения диска ротора выполнена с тангенциальными канавками, обеспечивающими циркуляцию жидкости внутри насоса для охлаждения и смазки трущихся поверхностей.
Priority Applications (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2020/000242 WO2021235967A1 (ru) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии |
Applications Claiming Priority (1)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2020/000242 WO2021235967A1 (ru) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии |
Publications (1)
| Publication Number | Publication Date |
|---|---|
| WO2021235967A1 true WO2021235967A1 (ru) | 2021-11-25 |
Family
ID=78707469
Family Applications (1)
| Application Number | Title | Priority Date | Filing Date |
|---|---|---|---|
| PCT/RU2020/000242 WO2021235967A1 (ru) | 2020-05-18 | 2020-05-18 | Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии |
Country Status (1)
| Country | Link |
|---|---|
| WO (1) | WO2021235967A1 (ru) |
Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8419940B2 (en) * | 2008-01-15 | 2013-04-16 | Ocean Pacific Technologies | Combined axial piston liquid pump and energy recovery pressure exchanger |
| RU131424U1 (ru) * | 2013-02-21 | 2013-08-20 | Владимир Фёдорович Фомин | Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии |
| RU145663U1 (ru) * | 2014-06-03 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Аква-Лайф" | Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии |
| CN205370878U (zh) * | 2016-01-19 | 2016-07-06 | 沃尔科技有限公司 | 能量回收的高压柱塞泵 |
-
2020
- 2020-05-18 WO PCT/RU2020/000242 patent/WO2021235967A1/ru active Application Filing
Patent Citations (4)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| US8419940B2 (en) * | 2008-01-15 | 2013-04-16 | Ocean Pacific Technologies | Combined axial piston liquid pump and energy recovery pressure exchanger |
| RU131424U1 (ru) * | 2013-02-21 | 2013-08-20 | Владимир Фёдорович Фомин | Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии |
| RU145663U1 (ru) * | 2014-06-03 | 2014-09-27 | Общество с ограниченной ответственностью "Научно-производственный центр "Аква-Лайф" | Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии |
| CN205370878U (zh) * | 2016-01-19 | 2016-07-06 | 沃尔科技有限公司 | 能量回收的高压柱塞泵 |
Similar Documents
| Publication | Publication Date | Title |
|---|---|---|
| US2769393A (en) | Hydraulic pump and control | |
| KR20010013938A (ko) | 레이디얼 피스톤 펌프 | |
| CN112888858A (zh) | 活塞及液压泵·马达 | |
| US4792287A (en) | Wobble driven axial piston pump | |
| CN111396279B (zh) | 力平衡式二维柱塞泵 | |
| WO2021235967A1 (ru) | Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии | |
| US5085127A (en) | Cavitation resistant hydraulic cylinder block porting faces | |
| RU2792490C1 (ru) | Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии | |
| JP2007535633A (ja) | 長ピストン液圧機械 | |
| KR101157258B1 (ko) | 압축기 | |
| KR101990259B1 (ko) | 유체 기계，열교환 장치 및 유체 기계의 작동방법 | |
| WO2014129926A1 (ru) | Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии | |
| RU2649176C1 (ru) | Плунжерный насос | |
| US2839008A (en) | Pump or motor | |
| RU2732650C1 (ru) | Скважинная насосная установка | |
| WO1994029591A1 (en) | A radial piston pump | |
| CN100348862C (zh) | 双作用径向柱塞泵 | |
| JPH0658243A (ja) | 流体回転機械 | |
| KR20200016026A (ko) | 스러스트 압력을 견디는 정량펌프 | |
| RU145663U1 (ru) | Аксиально-плунжерный насос с рекуперацией энергии | |
| WO2023115330A1 (zh) | 一种采用滚动支撑的水润滑高压泵 | |
| RU1815420C (ru) | Аксиально-плунжерна гидромашина | |
| WO2023115328A1 (zh) | 一种基于水或水溶液润滑的高压水泵 | |
| KR100674656B1 (ko) | 유압펌프의 경사판 구조 | |
| RU2646519C1 (ru) | Радиально-поршневой насос с соединительным кольцом |
Legal Events
| Date | Code | Title | Description |
|---|---|---|---|
| 121 | Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application |
Ref document number: 20936537 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |
|
| NENP | Non-entry into the national phase |
Ref country code: DE |
|
| 122 | Ep: pct application non-entry in european phase |
Ref document number: 20936537 Country of ref document: EP Kind code of ref document: A1 |