гидроприводной возвратно-поступательный насос двойного действия

Формула изобретения

Гидроприводной возвратно-поступательный насос двойного действия, содержащий два идентичных рабочих гидроцилиндра, каждый из которых имеет шток, нагнетательный и всасывающий клапаны, два идентичных приводных гидроцилиндра, каждый из которых имеет шток и поршневую и штоковую полости, расположенный в корпусе регулируемый насос, обратные клапаны, вспомогательный насос и первичный источник мощности, отличающийся тем, что он снабжен двумя муфтами, каждая из которых содержит подпружиненную опору, шток первого приводного гидроцилиндра соединен одной муфтой со штоком первого рабочего гидроцилиндра, шток второго приводного гидроцилиндра соединен другой муфтой со штоком второго рабочего гидроцилиндра, коромысловым механизмом с оголовками, выходным валом с муфтой, каждый оголовок коромыслового механизма установлен в соответствующей подпружиненной опоре муфты первого и второго приводных гидроцилиндров, электрическим вращающимся бесконтактным датчиком положения штоков рабочих гидроцилиндров, соединенным муфтой с выходным валом коромыслового механизма, электрическим блоком управления, выполненным из последовательно соединенных блока задающих команд, блока коррекции сигнала и усилителя тока, при этом вход блока коррекции сигнала соединен с электрическим вращающимся бесконтактным датчиком положения штоков рабочих гидроцилиндров, баком компенсации утечек рабочей жидкости, соединенным с корпусом регулируемого насоса, расположенными в нем основным насосом с гидравлическими линиями, механизмом его управления, соединенным с ним напорным клапаном и обратными клапанами, подключенными к гидравлическим линиям, одна из которых соединена с поршневой полостью первого приводного гидроцилиндра и со штоковой полостью второго приводного гидроцилиндра, другая гидравлическая линия соединена с поршневой полостью второго приводного гидроцилиндра и со штоковой полостью первого приводного гидроцилиндра, предохранительными клапанами, вход каждого из которых подключен к одной гидравлической линии, а выход к другой гидравлической линии, входной вал основного насоса соединен с первичным источником мощности и зубчатой передачей, подключен к вспомогательному насосу, при этом рабочие гидроцилиндры расположены в одном гидроблоке.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к нефтегазовому гидромашиностроению и предназначено для перекачивания текучих сред с широко изменяющимися физико-механическими свойствами, например газа, газожидкостных субстанций, растворов, нефти.

Известен плунжерный насос (см. патент РФ 2203435, МПК7 F 04 В 9/20, 53/16, опубл. БИ №12-2003 г.) с возвратно-поступательным гидравлическим насосом (двойного действия), кривошипно-шатунным механизмом, крейцкопфами, соединенными тягой с плунжерными насосами. Кривошипно-шатунный механизм расположен на станине с коленчатым валом, червячным редуктором, системой принудительной смазки, подшипниками качения и скольжения. Входной вал червячного редуктора соединен приводным валом с редуктором раздаточной коробки двигателя внутреннего сгорания.

Однако такие устройства имеют малую долговечность и низкую надежность, большие массогабаритные показатели, неравномерность подачи жидкости, низкий КПД и узкий диапазон режимов работы.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому изобретению является гидроприводной возвратно-поступательный насос двойного действия (см. авторское свидетельство SU 1788318 A1, кл. F 04 В 9/08, опубл. БИ №2, 1993), содержащий два идентичных рабочих гидроцилиндра, перекачивающих рабочую смесь, каждый из которых имеет шток, нагнетательный и всасывающий клапаны, два приводных гидроцилиндра со штоками и поршневую и штоковую полости, золотниковый трехпозиционный гидрораспределитель, основной насос гидропривода, дополнительный (вспомогательный) насос, напорные клапаны, обратные клапаны, гидравлические датчики крайних положений приводных гидроцилиндров, состоящие из гидроаккумуляторов, обратных клапанов, запорных устройств с уплотнительными втулками, бака, и первичный источник мощности.

Недостатком такого гидроприводного насоса является низкая надежность работы из-за неизбежных утечек рабочей жидкости через подвижные элементы и торцевые полости золотникового распределителя, низкий КПД возвратно-поступательного насоса в целом, большие массогабаритные показатели.

Технической задачей изобретения является снижение массогабаритных показателей, увеличение производительности, сохранение энергетических ресурсов первичного источника мощности, повышение надежности и долговечности.

Поставленная техническая задача достигается тем, что известный гидроприводной возвратно-поступательный насос двойного действия, содержащий два идентичных рабочих гидроцилиндра, каждый из которых имеет шток, нагнетательный и всасывающий клапаны, два идентичных приводных гидроцилиндра, каждый из которых имеет шток и поршневую и штоковую полости, расположенный в корпусе регулируемый насос, обратные клапаны, вспомогательный насос и первичный источник мощности, снабжен двумя муфтами, каждая из которых содержит подпружиненную опору, шток первого приводного гидроцилиндра соединен одной муфтой со штоком первого рабочего гидроцилиндра, шток второго приводного гидроцилиндра соединен другой муфтой со штоком второго рабочего гидроцилиндра, коромысловым механизмом с оголовками, выходным валом с муфтой, каждый оголовок коромыслового механизма установлен в соответствующей подпружиненной опоре муфты первого и второго приводных гидроцилиндров, электрическим вращающимся бесконтактным датчиком положения штоков рабочих гидроцилиндров, соединенным муфтой с выходным валом коромыслового механизма, электрическим блоком управления, выполненным из последовательно соединенных блока задающих команд, блока коррекции сигнала и усилителя тока, при этом вход блока коррекции сигнала соединен с электрическим вращающимся бесконтактным датчиком положения штоков рабочих гидроцилиндров, баком компенсации утечек рабочей жидкости, соединенным с корпусом регулируемого насоса, расположенными в нем основным насосом с гидравлическими линиями, механизмом его управления, соединенным с ним напорным клапаном и обратными клапанами, подключенными к гидравлическим линиям, одна из которых соединена с поршневой полостью первого приводного гидроцилиндра и со штоковой полостью второго приводного гидроцилиндра, другая гидравлическая линия соединена с поршневой полостью второго приводного гидроцилиндра и со штоковой полостью первого приводного гидроцилиндра, предохранительными клапанами, вход каждого из которых подключен к одной гидравлической линии, а выход - к другой гидравлической линии, входной вал основного насоса соединен с первичным источником мощности и зубчатой передачей и подключен к вспомогательному насосу, при этом первый и второй рабочие гидроцилиндры расположены в одном гидроблоке.

Сущность изобретения поясняется чертежом, на котором представлена структурная схема гидроприводного возвратно-поступательного насоса.

Возвратно-поступательный гидроприводной насос двойного действия содержит расположенные в едином гидроблоке 1 идентичные первый рабочий гидроцилиндр 2 с нагнетательным 3 и всасывающим 4 клапанами и второй рабочий гидроцилиндр 5 с нагнетательным 6 и всасывающим 7 клапанами. Шток 8 первого рабочего гидроцилиндра 2 и шток 9 второго рабочего гидроцилиндра 5 соединены посредством соответствующих муфт 10 и 11 со штоками 12 и 13 первого 14 и второго 15 приводных гидроцилиндров, выполненных идентичными. Между муфтами 10 и 11 установлен коромысловый механизм 16, у которого первый оголовок 17 соединен с подпружиненной опорой 18 муфты 10 и второй оголовок 19 с подпружиненной опорой 20 муфты 11. Выходной вал 21 коромыслового механизма 16 муфтой 22 соединен с электрическим вращающимся бесконтактным датчиком 23 положения штоков 8 и 9 рабочих гидроцилиндров 2 и 5.

Регулируемый насос 24 содержит механизм управления 36 основным насосом 25. Гидравлические линии 26 и 27 основного насоса 25 соединены с предохранительными 28, 29 и обратными 30, 31 клапанами. Входной вал 32 основного насоса 25 соединен зубчатой передачей 33 со вспомогательным насосом 34, подключенным к напорному клапану 35, соединенный с обратными клапанами 30, 31 и с механизмом управления 36. Первичный источник мощности 37 соединен с входным валом 32 основного насоса 25.

Гидравлическая линия 26 основного насоса 25 соединена с поршневой полостью 38 первого приводного гидроцилиндра 14 и штоковой полостью 39 второго приводного гидроцилиндра 15. Другая гидравлическая линия 27 основного насоса 25 соединена со штоковой полостью 40 первого приводного гидроцилиндра 14 и с поршневой полостью 41 второго приводного гидроцилиндра 11.

Электрический прибор управления 42 выполнен в виде последовательно соединенных блока задающего сигнала 43, блока коррекции 44 и усилителя тока 45. Блок коррекции 44 соединен с выходом бесконтактного датчика 23 положения штоков 8, 9 рабочих гидроцилиндров 2 и 5. Выход усилителя тока 45 подключен к входу механизма управления 36 регулируемого насоса 24. Корпус 47 регулируемого насоса 24 соединен с баком 48 компенсации утечек рабочей жидкости и содержит основной насос 25 с гидравлическими линиями 26 и 27, механизм управления 36 основным насосом, напорный клапан 35 и обратные клапаны 30, 31, подключенные к гидравлическим линиям 26, 27, предохранительные клапаны 28, 29, вход каждого из которых подключен к соответствующей гидравлической линии, а выход - к другой гидравлической линии, входной вал 32 основного насоса 25.

Приводные гидроцилиндры 14, 15 и коромысловый механизм 16 размещены на одной раме с гидроблоком 1 и регулируемым насосом 24, могут быть расположены в любом месте нахождения первичного источника мощности 37. Соединение регулируемого насоса 24 с приводными гидроцилиндрами 14, 15 обеспечивает удобную компоновку насоса на мобильной или стационарной установке.

Возвратно-поступательный гидроприводной насос управления работает следующим образом.

Электрический блок управления 42 задает режим работы на блоке задающего сигнала 43 при определенном давлении нагнетания текущей среды и необходимой подаче жидкости от гидроблока 1. Управляющий сигнал с усилителя тока 45 поступает на вход механизма управления 36 основного насоса 25. В соответствии с током механизм управления 36 регулирует подачу жидкости, которая поступает, например, в поршневую полость 38 приводного гидроцилиндра 14 и штоковую полость 39 приводного гидроцилиндра 15. Одновременно из поршневой полости 41 приводного гидроцилиндра 15 и штоковой полости 40 приводного гидроцилиндра 14 рабочая жидкость поступает при низшем давлении в основном насосе 25, который подает рабочую жидкость в приводной гидроцилиндр 14, перемещающий рабочий гидроцилиндр 2, который нагнетает текущую среду в своей поршневой полости до открытия нагнетательного клапана 3 и конца хода рабочего гидроцилиндра 14, соответствующему определенному сигналу с бесконтактного датчика 23 положения штоков 8, 9 рабочих гидроцилиндров 2 и 5. Одновременно поршень приводного гидроцилиндра 15 двигается в другую сторону и под его действием рабочий гидроцилиндр 5 всасывает рабочую жидкость через всасывающий клапан 7. При подходе штока 12 приводного гидроцилиндра 14 к предмаксимальному положению по сигналу с бесконтактного датчика 23 положения штоков 8, 9 рабочих гидроцилиндров 2 и 5 блок коррекции 44 выдает сигнал управления на торможение штока 12 приводного гидроцилиндра 14. При максимальном ходе штока 12 приводного гидроцилиндра 14 и максимальном сигнале с бесконтактного датчика 23 положения штоков 8, 9 рабочих гидроцилиндров 2 и 5 блок коррекции 44 выдает сигнал на поворот органа регулирования основного насоса 25 в другую сторону. При этом жидкость от основного насоса 25 поступает в поршневую полость 41 приводного гидроцилиндра 15 и штоковую полость 40 приводного гидроцилиндра 14. Приводной гидроцилиндр 15 перемещает шток 9 рабочего гидроцилиндра 5 и гидроблок 1 подает рабочую жидкость в коллектор нагнетания. Цикличность работы гидроприводного возвратно-поступательного насоса определяется режимом работы с любой скоростью в заданном диапазоне скоростей движения поршней рабочих гидроцилиндров 2, 5 и, следовательно, заданной подачей возвратно-поступательного насоса.

Вспомогательный насос 34 с постоянной малой подачей жидкости, не более 7-10% от подачи регулируемого насоса 24, и напорным клапаном 35 низкого давления 2-2,5 МПа обеспечивает компенсацию утечек в гидравлических линиях 26, 27 через обратные клапаны 30, 31. В случае экстремальной ситуации и увеличении сил сопротивления на рабочих гидроцилиндрах 2, 5 выше допустимых срабатывает предохранительный клапан 28 или 29.

Приводные гидроцилиндры 14, 15 и регулируемый насос 24 имеют соответственно, общий КПД 0,95 и 0,9, т.е. минимальные механические и гидравлические потери мощности. Потребляемая мощность регулируемым насосом 24 всегда соответствует минимально необходимой мощности заданного режима работы.

Использование изобретения позволяет увеличить подачу возвратно-поступательного насоса двойного действия за счет увеличения хода приводных 10, 11 и рабочих цилиндров 2, 5, а также за счет удобства компоновки предлагаемого гидроблока 1 на одной мобильной или стационарной установке.

Предлагаемое изобретение с серийно изготавливаемыми и отработанными в процессе многолетней эксплуатации основным насосом 25 и гидроцилиндрами 14, 15 просты в изготовлении и обладают высокими показателями надежности и долговечности, например назначенным техническим ресурсом 12000 часов и назначенным сроком эксплуатации 15 лет.