Поршневой насос

007695 Изобретение относится к поршневому насосу, содержащему корпус и поршень, ограничивающий в цилиндре насоса посредством перемещений рабочую полость, согласно ограничительной части п.1 формулы изобретения. Преимущественно изобретение относится к поршневому насосу для подачи и дозирования жидких сред самого разного рода. Поршневые насосы общеизвестны во множестве вариантов выполнения и служат самым разным целям подачи или привода (гидравлика). Известные поршневые насосы используют лишь одну торцевую поверхность поршня для наполнения и вытеснения среды. Из-за этого возникает нежелательная пульсация, которая в случае кривошипно-шатунного механизма происходит для хода всасывания или рабочего хода синусообразно с ее негативными последствиями для допустимого предельного напора на всасывании NPSH (Net Positive Inlet Head) или для кавитации. Кроме того, у этих поршневых насосов работа клапана происходит чисто самостоятельно, т.е. разрежение всасывания и давление рабочего хода соответственно открывают и закрывают обратные клапаны. В результате хорошо управлять кинематикой работы клапана (угол задержки закрывания) можно только у чистых сред. Это обуславливает, однако,благоприятные соотношения давлений установочной системы. В противном случае нельзя избежать избыточной или недостаточной подачи. Проблему представляет любой вид частиц в жидкой среде, которые негативно влияют на герметичность и, возможно, подвижность осциллирующей части клапана. Частицы имеют разное происхождение: желательно в виде содержащегося вещества (суспензия) и нежелательно в виде грязи из установочной системы или в виде пыли от истирания уплотнения поршня. Если кинематика неблагоприятная и/или частицы в жидкой среде неизбежны или являются желательной составной частью, то подобные поршневые насосы нельзя использовать для количественного дозирования без изменения дозируемого потока. К тому же подобные насосы приходится конструировать в зоне клапана довольно сложными, чтобы можно было использовать содержащие частицы жидкие среды.Vane Francis Barritt в GB M08480A предложил в области жидкостных напорных двигателей насосов и ДВС снабдить поршни двустороннего действия насоса управлением клапанов, состоящим из множества рычагов и т.п., а именно одним для каждого клапана комплекта, причем на названные рычаги клапанов и т.п. воздействует кулачковый механизм, который они содержат сообща и который приводится шатуном двигателя. Управление клапанами исходит из кулачкового механизма, состоящего из толкателя или детали скольжения в сочетании с шатуном и побуждаемого следовать за пазом, верхняя поверхность которого состоит из увеличенных концов или утолщений качающихся рычагов, согласованных для управления клапанами. Позднее М. Arthur Castelnau в FR 551600 А предложил насос двустороннего действия, у которого открывание или закрывание всасывающей и нагнетательной линий происходит посредством движущегося возвратно-поступательно толкателя, причем толкатель скользит по диску или между двумя дисками и предназначен для захвата на своем пути мягких твердых веществ или их разрезания при прохождении. Против слишком высокого давления жидкости в очень слабых отверстиях шлицев автор предлагает расположить между деталью скольжения и поршневым штоком одну или несколько пружин. Обоим изобретениям присуща их сложная механика с множеством отдельных деталей и, тем самым,множеством поверхностей трения или износа. Кроме того, эти предложенные конструкции очень трудно герметизировать снаружи из-за множества поверхностей скольжения и трения. В DE 1177007 В (DEKASA) предложен поршневой насос двустороннего действия, впускные и выпускные клапаны которого гидравлически связаны с поршнями, причем их цилиндры соответственно попарно соединены между собой посредством замкнутого трубопровода. Нашло ли это предложение практическое применение, представляется, скорее, невероятным, поскольку небольшое давление всасывания впускного клапана или усилие его поршня не в состоянии поддерживать повышенное давление нагнетания насоса через связанный поршень закрывающего клапана и поэтому он будет течь. К тому же это предложение имеет много мест уплотнения, которые, в целом, делают насос и его механизм трудноуправляемым. В основе изобретения лежит задача создания поршневого насоса описанного выше типа, который работал бы с малой пульсацией и эффективно только с одним поршнем, содержал бы принудительно управляемые всасывающие и напорные клапаны и имел бы простую компактную конструкцию. Эта задача решается согласно изобретению за счет того, что поршень своими верхней и нижней торцевыми поверхностями ограничивает рабочую полость в цилиндре насоса с обеих сторон и что рабочая полость связана посредством принудительно управляемых впускных и выпускных клапанов, которые по достижении обоих конечных положений поршня попеременно открываются для наполнения рабочего объема и закрываются для вытеснения рабочего объема. Благодаря двойной нагрузке поршня на каждый рабочий ход достигается дополнительный, уменьшенный на долю объема поршневого штока рабочий объем, благодаря чему производительность почти удваивается и/или возникает объемная подача с малой пульсацией. Небольшая остаточная пульсация имеется из-за короткого промежутка времени для смены положения клапанов с открыться на закрыться по достижении обоих конечных положений поршня в цилиндре. За счет выбора относительно большого хода поршня по отношению к углу открывания клапанов эту остаточную пульсацию можно минимизировать. Равномерные потоки перекачиваемой среды достигаются за счет линейного привода поршня, например посредством пневмоцилиндра, гидроцилиндра, подъемного магнита или линейного двигателя. Согласно изобретению, далее предложено, что впускные и выпускные клапаны соединены посредством рычажной системы с поршнем таким образом, что по-1 007695 достижении одного конечного положения поршня соответственно принудительно открываются один впускной и один выпускной клапаны и закрываются другой впускной и другой выпускной клапаны, а по достижении другого конечного положения поршня принудительно закрываются один впускной и один выпускной клапаны и открываются другой впускной и другой выпускной клапаны. Благодаря этому простому изобретательскому решению с двумя впускными и двумя выпускными клапанами, попарно соединенными посредством системы рычагов, проблема двухстороннего нагружения поршня решается простым образом. В частности, поршневой насос не требует за счет этого двойных впускных и выпускных каналов, а только двух клапанных камер, действующих попеременно в качестве полости всасывания и полости нагнетания. Принудительное открывание и закрывание клапанов эффективно препятствует ошибочному течению перекачиваемой среды из напорного патрубка во всасывающий патрубок или наоборот. Согласно изобретению к тому же предложено, что оба впускных и оба выпускных клапана расположены симметрично на своем поршневом штоке. За счет этого простым образом решается задача синхронизации движений клапанов только с двумя местами уплотнения и минимумом подвижных частей только с двумя штоками. Для принудительного попеременного приведения в действие впускных и выпускных клапанов далее предложено, что штоки одной стороной проходят сквозь клапаны, корпус насоса и клапанную крышку и на конце соединены коромыслом, один конец которого удлинен и посредством накладки подвижно соединяет штоки с нагнетательным рычагом. Для подачи с малой пульсацией и для регулирования объемной подачи согласно изобретению предложено, что цилиндр нагруженным поршнем, шток которого проходит сквозь цилиндр, соединен посредством приводного рычага с крышкой насоса и что этот приводной рычаг в зоне между своими концевыми точками вращения подвижно размещает приводную штангу, которая другим концом подвижно соединена с нагнетательным рычагом. Преимущественно привод осуществляется пневмоцилиндром, который оснащен автоматическим переключающим устройством в обоих конечных положениях поршня. За счет этого поршневой насос может использоваться также во взрывоопасных областях. Для обеспечения компактности и простоты далее согласно изобретению предложено, что корпус насоса имеет три лежащие по одной оси расточки, причем одна расточка образует рабочую полость, а обе другие расточки с одной поперечной расточкой каждая образуют впускной и выпускной каналы таким образом, что при работе насоса впускные и выпускные клапаны попеременно для перемещения поршня закрывают и открывают расточки с одной стороны. За счет этого приводной рычаг приходится посередине продольной оси насоса, в результате чего конструкция становится простой и компактной. Принудительное приведение в действие клапанов согласно изобретению происходит за счет того, что штоки на обращенной к крышке насоса стороне имеют на конце резьбу с гайкой, завинчивая или отвинчивая которую уменьшают или увеличивают расстояния между симметрично расположенными парами клапанов для регулирования зазора. Седла клапанов могут быть выполнены при этом плоскими, коническими или сферическими. Минимальный ход при необходимом сечении открытия клапана достигается тарельчатыми клапанами. Для надежной герметизации при перекачивании содержащих частицы жидких сред и/или для снижения точности посадок клапаны могут быть выполнены с упругим покрытием. Конструкция поршневого насоса обеспечивает согласно изобретению,что два или более поршневых насоса за счет связи своих приводных рычагов с общим поршневым штоком могут эксплуатироваться синхронно. Для этого согласно изобретению предлагается, что соединение насосов происходит преимущественно за счет вертикального расположения друг над другом таким образом, что могут соединяться приводные штанги непосредственно с нижележащим цилиндром, в результате чего все насосы располагают с общим приводом. Там, где этого не позволяют пространственные условия, два или более насоса могут быть расположены также рядом друг с другом и эксплуатироваться синхронно за счет общего соединения их поршневых штоков. В качестве привода предложен преимущественно пневмоцилиндр с триггерной схемой. Может быть присоединен, однако, любой вид линейного привода или кривошипно-шатунного механизма. У кривошипно-шатунного механизма объемная подача,однако, синусообразная с негативными последствиями для допустимого предельного напора на всасывании NPSH. Регулирование объемной подачи при постоянной частоте хода решается, согласно изобретению, за счет того, что ход нагнетания можно изменять по отдельности у каждого связанного насоса посредством смещения его приводной штанги на ее приводном рычаге. Ниже изобретение более подробно поясняется с помощью изображающих только один путь его реализации чертежей, на которых представляют: фиг. 1 - продольный разрез поршневого насоса; фиг. 2 - разрез А-А поршневого насоса; фиг. 3 - два связанных поршневых насоса. На фиг. 1 изображен корпус 1, 2, 3 насоса с цилиндром 5, в котором размещен герметизированный кольцом 6 круглого сечения поршень 4 со штоком 7. Будучи герметизирован кольцом 6 круглого сечения и сальником 9, шток 7 своим обращенным от поршня 4 концом проходит через корпус 3 насоса и клапанную крышку 8 и соединен на конце посредством коромысла 19, один конец которого удлинен и посредством накладки 22 подвижно соединяет штоки 11, 15 с нагнетательным рычагом 25. Нагнетательный рычаг 25, установленный с возможностью вращения во втулках 23, 26, 27 скольжения, посредством приводной штанги 28 соединен с приводным рычагом 31. Приводной рычаг 31 фиксирован посередине с-2 007695 возможностью изменения точки приложения нагнетательного рычага 25 посредством извлекаемого пальца 32. Таким образом, ход поршня 4 можно увеличивать или уменьшать. Приводной рычаг 31 шарнирно соединен на одном конце с крышкой 2 насоса посредством пальца 34, а на другом конце со штоком 35 - посредством пальца 33. Шток 35 выходит из пневмоцилиндра 36, которым управляют с возможностью самопроизвольного совершения им постоянного возвратно-поступательного перемещения (триггерная схема). Преимущественно это происходит посредством двух электромагнитных выключателей и двух пневмоклапанов для обоих конечных положений поршня. Клапанная крышка 8 расположена на расстоянии от основания 29 посредством двух дистанционных стержней 30. Коромысло 19 установлено посредством втулки 21 скольжения посередине между обоими поршневыми штоками 11, 15 на возвышении клапанной крышки 8. На обращенном от поршня 4 конце коромысло 19 немного удлинено и соединено с возможностью качания посредством втулок 23, 24 скольжения с накладкой 22. Это удлинение коромысла 19, т.е. расстояние между воздействием усилия накладкой 22 и точкой 21 качания коромысла 19, следует выбирать таким образом, чтобы затраты усилия для приведения в действие штоков 11, 15 через точки 18,20 качания были заметно ниже затрат усилия для перемещения поршня. В противном случае нагнетательный рычаг 25 вращался бы только в точке 23 качания, не перемещая штоки 11, 15. На фиг. 2 изображен разрез А-А поршневого насоса посередине впускных клапанов 14, 16. В частности, этот разрез показывает впускной канал, который в зависимости от положения обоих симметрично расположенных клапанов 14, 16 вверху или внизу открыт или закрыт. На фиг. 3 изображен фрагмент двух связанных друг над другом поршневых насосов из фиг. 1 с одним общим пневмоцилиндром 36 в качестве привода. Поршневой шток 35 этого пневмоцилиндра 36 через вращаемое пальцевое соединение 37 приводит удлинительную штангу 38, которая, в свою очередь,через вращаемое пальцевое соединение 39 приводит приводной рычаг 40 второго поршневого насоса. Приводной рычаг 40 имеет здесь между своими центрами 39,45 вращения паз, содержащий шпиндель со шпиндельной гайкой 43, на которой шарнирно фиксирована приводная штанга 44. Посредством вращения маховичка 42 вращают шпиндельную гайку 43, а с ней - приводную штангу 44 в направлении поршневого насоса или маховичка 42. За счет этого изменяется ход поршня связанного второго насоса, в результате чего может быть отрегулирована измененная относительно первого насоса объемная подача при такой же расточке нагнетательного цилиндра. ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ 1. Поршневой насос с корпусом (1, 2, 3), поршнем (4) двустороннего действия, ограничивающим в цилиндре (5) насоса посредством перемещений рабочую полость (а), и принудительным управлением клапанами для закрывания всасывающей и нагнетающей линий, отличающийся тем, что его корпус (1) имеет расположенные параллельно цилиндру (5) две расточки (b, с), которые за счет поперечных расточек служат соответственно в качестве всасывающей и нагнетательной линий и через которые проходят штоки (11, 15), снабженные с обеих сторон на концах клапанами (10, 12, 14, 16), которые через соединенную с поршневым приводом принудительно управляемую и пропорциональную по усилию рычажную систему (19, 22, 25, 28) вызывают по достижении верхнего или нижнего конечного положения поршня (4) соответственно для наполнения и вытеснения рабочего объема закрывание открытых клапанов (12, 14) и открывание закрытых клапанов (10, 16) или наоборот открывание закрытых клапанов (12,14) и закрывание открытых клапанов (10, 16). 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что штоки (11, 15) одной стороной проходят сквозь клапаны(14, 10), корпус (3) насоса и клапанную крышку (8) и на конце соединены коромыслом (19), один конец которого удлинен и посредством накладки (22) подвижно соединяет штоки (11,15) с нагнетательным рычагом (25). 3. Насос по любому из пп.1 или 2, отличающийся тем, что штоки (11, 15) на обращенной к крышке(2) насоса стороне имеют на конце резьбу с гайкой (13, 17), завинчивая или отвинчивая которую уменьшают или увеличивают расстояния между симметрично расположенными парами (10, 12; 14, 16) клапанов для регулирования зазора. 4. Насос по любому из пп.1-3, отличающийся тем, что два или более поршневых насосов могут эксплуатироваться синхронно за счет соединения их приводных рычагов (31, 40) с одним общим поршневым штоком (35, 38). 5. Насос по п.4, отличающийся тем, что соединение насосов происходит преимущественно за счет вертикального расположения друг над другом с возможностью связывания приводных штанг (28, 44) непосредственно с нижележащим цилиндром (36), в результате чего все насосы располагают с общим приводом. 6. Насос по п.4 или 5, отличающийся тем, что ход нагнетания можно изменять по отдельности у каждого связанного насоса посредством смещения его приводной штанги (28, 44) на ее приводном рычаге