плунжерный насос
Классы МПК: | F04B9/04 с кулачками, эксцентриками, пальцами в пазу |
Автор(ы): | Эйсимонтт С.А. |
Патентообладатель(и): | Эйсимонтт Светлана Анатольевна |
Приоритеты: |
подача заявки:
2002-07-18 публикация патента:
20.05.2003 |
Изобретение предназначено для использования в нефтяной, химической, горной, металлургической и других отраслях промышленности при перекачке и нагнетании жидкостей. Насос содержит корпус с выполненным в нем картером для жидкой смазки. В нем размещены эксцентриковый приводной вал и шатун, связывающий эксцентрик приводного вала с двухступенчатым плунжером. Одна из ступеней плунжера образует в корпусе камеру для нагнетаемой жидкости. Другая образует изолированную от камеры для нагнетаемой жидкости смазочную камеру с линией подачи жидкой смазки в сопряжение шатуна с эксцентриком приводного вала. На сопрягаемой с эксцентриком поверхности шатуна выполнена осесимметричная полость, расположенная оппозитно камере для нагнетаемой жидкости и сообщенная со смазочной камерой посредством канала. Линия подачи жидкой смазки образована осесимметричной полостью и каналом. На сопрягаемой с эксцентриком поверхности шатуна вокруг осесимметричной полости выполнена канавка, связанная с картером каналом. Повышается надежность, более эффективно обеспечивается смазка и охлаждение шатуна с эксцентриком приводного вала. 1 з.п. ф-лы, 1 ил.
Рисунок 1
Формула изобретения
1. Плунжерный насос, содержащий корпус с выполненным в нем картером для жидкой смазки, в котором размещены эксцентриковый приводной вал и шатун, связывающий эксцентрик приводного вала с двухступенчатым плунжером, одна из ступеней которого образует в корпусе камеру для нагнетаемой жидкости, а другая образует изолированную от камеры для нагнетаемой жидкости смазочную камеру с линией подачи жидкой смазки в сопряжение шатуна с эксцентриком приводного вала, отличающийся тем, что на сопрягаемой с эксцентриком поверхности шатуна выполнена осесимметричная полость, расположенная оппозитно камере для нагнетаемой жидкости и сообщенная со смазочной камерой посредством канала, а линия подачи жидкой смазки образована указанными осесимметричной полостью и каналом. 2. Насос по п. 1, отличающийся тем, что на сопрягаемой с эксцентриком поверхности шатуна вокруг осесимметричной полости выполнена канавка, связанная с картером каналом.Описание изобретения к патенту
Настоящее изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, а конкретно - к насосам преимущественно для работы на несмазывающей жидкости, и может быть использовано в нефтяной, химической, горной, металлургической и других отраслях промышленности при перекачке и нагнетании жидкостей. Известен плунжерный насос, содержащий корпус с выполненным в нем картером для жидкой смазки, в котором размещены эксцентриковый приводной вал и шатун, связывающий эксцентрик приводного вала с плунжером, образующим в корпусе камеру для нагнетаемой жидкости (каталог-справочник "Гидравлическое оборудование". Часть 1, Москва, 1967 г., насос типа УН 100). Насосы этого типа оснащены наиболее простыми средствами смазки и охлаждения трущихся поверхностей, например, разбрызгиванием или поливом смазки от низконапорных вспомогательных насосов. При такой смазке трение скольжения, как правило, граничное, т.е. сопровождается сравнительно высокими потерями и быстрым нагревом трущихся деталей. Тепло от нагретых деталей через их поверхность передается охлаждающей жидкости посредством теплообмена, что определяет низкую эффективность теплоотвода. Для поддержания теплового равновесия на допустимом уровне в таких насосах применяют:- переход на подшипник качения, где это возможно, с целью снизить интенсивность тепловыделения (за счет снижения потерь трения);
- снижение скорости вращения насоса с той же целью;
- увеличение объема прокачиваемой через насос смазочно-охлаждающей жидкости с целью компенсации недостаточной эффективности теплообменного процесса;
- увеличение внешней поверхности насоса с целью увеличения непосредственной теплоотдачи во внешнюю среду. Все эти меры увеличивают габаритно-весовые характеристики насоса, усложняют систему охлаждения и конструкцию насоса в целом. Кроме того, снижение скоростей обычно компенсируется увеличением диаметра и хода плунжеров, что сопровождается ростом нагрузок на привод насоса и отрицательно сказывается на надежности. Наиболее близким по технической сущности и достигаемому техническому результату является известный насос, описанный в патенте Германии 2747843. Данный насос содержит корпус с выполненным в нем картером для жидкой смазки, в котором размещены эксцентриковый приводной вал и шатун, связывающий эксцентрик приводного вала с двухступенчатым плунжером, одна ступень которого образует в корпусе камеру для нагнетаемой жидкости, а другая ступень образует изолированную от камеры для нагнетаемой жидкости смазочную камеру с линией подачи жидкой смазки в сопряжение шатуна с эксцентриком приводного вала. В данном насосе делается попытка решения вопроса смазки и охлаждения одного из главных источников тепловыделения - сопряжения шатуна с эксцентриком приводного вала. Смазка в сопряжение, которое образует пару трения скольжения, подается принудительно из смазочной камеры в процессе хода нагнетания. Линия подачи смазки включает кольцевой канал вокруг эксцентрика, из которого смазка по зазору в сопряжении шатуна с эксцентриком вытесняется в картер. Учитывая, что зазор в сопряжении шатуна с эксцентриком приводного вала в ходе нагнетания приобретает эксцентричную форму, сводясь к нулю в зоне приложения нагрузки от эксцентрика к шатуну и имея максимум на противоположной стороне сопряжения, смазка в зоне приложения нагрузки будет по-прежнему граничной, сопровождаемой интенсивным трением, тепловыделением и износом трущихся деталей, а теплоотвод будет осуществляться в зоне увеличения зазора на противоположной стороне сопряжения, куда устремится весь поток вытесняемой смазки. Практически это означает, что тепло от нагретых из-за трения в зоне приложения нагрузки деталей будет передаваться смазке посредством теплообмена. При этом эффективность такого теплообмена может даже понизиться по сравнению с вышеописанным насосом из-за периодичности вытеснения смазки через зазор. Кроме того, необходимо отметить, что арсенал средств для поддержания теплового равновесия в данном случае даже сократится, так как переход на подшипники качения невозможен, а снижение скорости вращения влечет за собой также уменьшение объема прокачиваемой через зазор жидкости, т.е. ухудшения условий теплоотвода. В основу настоящего изобретения положена задача создать плунжерный насос повышенной надежности, конструктивное выполнение которого обеспечивает более эффективные смазку и охлаждение шатуна с эксцентриком приводного вала за счет вытеснения смазки через зону приложения нагрузки в сопряжении с образованием гарантированного жидкостного слоя, разделяющего сопряженные поверхности. Поставленная задача решается тем, что в плунжерном насосе, содержащем корпус с выполненным в нем картером для жидкой смазки, в котором размещены эксцентриковый приводной вал и шатун, связывающий эксцентрик приводного вала с двухступенчатым плунжером, одна из ступеней которого образует в корпусе камеру для нагнетаемой жидкости, а другая образует изолированную от камеры для нагнетаемой жидкости смазочную камеру с линией подачи жидкой смазки в сопряжение шатуна с эксцентриком приводного вала, согласно изобретению, на сопрягаемой с эксцентриком поверхности шатуна выполнена осесимметричная полость, расположенная оппозитно камере для нагнетаемой жидкости и сообщенная со смазочной камерой посредством канала, а линия подачи жидкой смазки образована указанными осесимметричной полостью и каналом. Благодаря тому, что на сопрягаемой поверхности шатуна выполнена осесимметричная полость, расположенная оппозитно камере для нагнетаемой жидкости (т. е. в зоне приложения нагрузки в сопряжении шатуна с эксцентриком приводного вала) и сообщенная со смазочной камерой, смазка, вытесняемая из смазочной камеры, действуя на стенки полости, преодолевает нагрузку на плунжер со стороны камеры для нагнетаемой жидкости и размыкает сопряженные поверхности шатуна и эксцентрика после достижения определенного давления. Таким образом образуется зазор (в пределах, позволяемых сопряжением), через который смазка выходит в картер. При этом образовавшийся зазор заполнен смазкой, что гарантирует жидкостное трение с минимальными потерями и износом. Образовавшееся при дросселировании смазки в зазоре тепло уносится смазкой непосредственно в картер без участия процессов теплообмена, благодаря чему значительно повышается эффективность теплоотвода, позволяя равноценное (с известным насосом) охлаждение осуществлять меньшим количеством жидкости. Для сокращения времени, в течение которого нагретая при дросселировании смазка взаимодействует с окружающими деталями, отдавая им часть своего тепла, а также для большей определенности при расчете давления вытесняемой смазки, целесообразно, чтобы на сопрягаемой с эксцентриком поверхности шатуна вокруг осесимметричной полости была бы выполнена канавка, связанная с картером каналом. В этом случае нагретая при дросселировании смазка попадает в канавку и далее по кратчайшему пути в картер, унося с собой большую часть тепла. Из картера жидкость переходит в контур очистки и охлаждения вне насоса, откуда возвращается обратно в смазочную камеру. В дальнейшем предлагаемое изобретение поясняется конкретным примером его выполнения и сопровождающим чертежом, на котором изображена конструктивная схема насоса, разрез по шатуну. Плунжерный насос содержит корпус 1 с выполненным в нем картером 2 для жидкой смазки, в котором размещен эксцентриковый приводной вал 3. В расточках корпуса 1 установлен двухступенчатый плунжер 4, одна ступень которого образует камеру 5 для нагнетаемой жидкости, закрытую пробкой 6, а другая - смазочную камеру 7, изолированную от камеры 5. Плунжер 4 связан с эксцентриковым приводным валом 3 при помощи шатуна 8. На поверхности шатуна 8, сопрягаемой с поверхностью эксцентрика приводного вала 3, выполнена осесимметричная полость 9, которая сообщена посредством канала 10 со смазочной камерой 7 и расположена оппозитно камере 5. Кроме того, вокруг осесимметричной полости 9 может быть выполнена канавка 11, связанная с картером 2 посредством канала 12 минимальной протяженности. В корпусе 1 установлены обратный клапан 13 для связи смазочной камеры 7 с линией 14 подачи жидкой смазки в сопряжение шатуна с эксцентриком, а также всасывающий и нагнетательный клапаны 15 и 16 соответственно, соединяющие камеру 5 соответственно с всасывающей и нагнетательной внешними магистралями (на чертеже не показаны) насоса. Предлагаемый плунжерный насос работает следующим образом. При вращении эксцентрикового приводного вала 3 плунжер 4 совершает возвратно-поступательное движение, при этом происходят последовательные циклы заполнения камеры 5 нагнетаемой жидкостью из всасывающей магистрали через всасывающий клапан 15 и вытеснения ее через нагнетательный клапан 16 в нагнетательную магистраль к потребителю. Одновременно происходят последовательные циклы заполнения жидкой смазкой смазочной камеры 7 из линии 14 через обратный клапан 13 и вытеснения жидкой смазки из смазочной камеры 7 в полость 9. При вытеснении жидкой смазки в смазочной камере 7 развивается давление, величина которого определяется нагрузкой со стороны камер 5 и 7, а также площадью оппозитной этой нагрузке полости 9. Учитывая, что давление в рабочей камере 5 определяется рабочим режимом насоса и может считаться в каждом конкретном случае постоянной величиной, а давление в смазочной камере 7 может возрастать практически беспредельно (так как смазка при нагнетательном цикле имеет только один выход), сопряженные поверхности шатуна 8 и эксцентрика вала 3 размыкаются и по образовавшемуся при этом зазору вытесняемая смазка выходит в картер 2, производя смазывание поверхностей и отвод от них тепла. При такой смазке трение на сопряженных поверхностях шатуна 8 и эксцентрика вала 3 носит преимущественно жидкостный характер при значительном снижении нагрузок в сопряжении из-за разгружающего действия полости 9. В связи с этим потери трения в сопряжении в целом невелики. Основное тепло выделяется при дросселировании вытесняемой жидкости в образовавшемся зазоре. Однако такое тепло отводится значительно проще, так как выходящая из зазора жидкость забирает основную часть тепла без передачи ее окружающим деталям. В этом случае равноценное охлаждение может осуществляться меньшим количеством жидкости. Нагретая жидкость непосредственно уходит в контур охлаждения и очистки (на чертеже не показан), откуда возвращается в линию 14. Учитывая, что при работе кривошипно-шатунного механизма расход жидкости, вытесняемой из смазочной камеры 7, а вслед за ним и величина образующегося зазора между поверхностями шатуна 8 и эксцентрика вала 3 будут переменными с максимумом в районе середины хода плунжера 4, соединение шатуна 8 с эксцентриком вала 3 имеет люфт для обеспечения свободного раздвигания образующих зазор поверхностей и свободного выхода жидкости (для схемы по чертежу люфт образуется за счет разницы диаметров отверстия в шатуне и эксцентрике). При использовании плунжерного насоса с высоким давлением на входе (например, в качестве усилителя потока, создаваемого центробежным насосом, при нагнетании воды в нефтяную скважину, когда давление на входе может достигать 20 МРа при давлении на выходе до 35 МРа), плунжеры в цикле заполнения работают в моторном режиме. Для разгрузки и смазки сопряжения шатуна 8 с эксцентриком вала 3 в этот период давление P1 в линии 14 выбирается из условия:
P1
![плунжерный насос, патент № 2204735](/images/patents/266/2204029/8805.gif)
![плунжерный насос, патент № 2204735](/images/patents/266/2204008/916.gif)
где k - размерный коэффициент, равный
![плунжерный насос, патент № 2204735](/images/patents/266/2204735/2204735-2t.gif)
F1 - площадь вытеснения смазочной камеры 7;
F2 - площадь вытеснения камеры 5;
F3 - площадь осесимметричной полости 9 оппозитной камеры 5;
Р2 - максимальное давление нагнетаемой жидкости на входе в насос;
![плунжерный насос, патент № 2204735](/images/patents/266/2204008/916.gif)
![плунжерный насос, патент № 2204735](/images/patents/266/2204008/916.gif)
![плунжерный насос, патент № 2204735](/images/patents/266/2204029/8804.gif)
Класс F04B9/04 с кулачками, эксцентриками, пальцами в пазу
кулисно-поршневой насос - патент 2511987 (10.04.2014) | ![]() |
устройство для привода плунжера топливного насоса высокого давления с кривошипно-ползунным механизмом - патент 2488014 (20.07.2013) | |
эксцентриковый вал - патент 2432505 (27.10.2011) | ![]() |
устройство для привода плунжерного насоса - патент 2431763 (20.10.2011) | ![]() |
приводная часть насоса - патент 2324069 (10.05.2008) | ![]() |
привод многоцилиндрового насоса - патент 2307952 (10.10.2007) | ![]() |
насос поршневой регулируемый - патент 2169860 (27.06.2001) | |
многофункциональная силовая установка модульного типа - патент 2164304 (20.03.2001) | |
поршневой насос - патент 2067214 (27.09.1996) | |
насос с кулачковым приводом - патент 2042049 (20.08.1995) |