Прямоточна помпа

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в строительстве и промышленности строительных материалов. Известен насос с гидравлическим приводом [1], включающий насосную колонку с проточным дифференциальным поршнем и двумя клапанами, гидравлический привод поршня от гидроцилиндра, управляемого двумя дифференциальными золотниками -золотником управления и основным золотником. Этот насос обеспечивает равномерную подачу перекачиваемой среды в течение каждого полухода поршня, однако имеет увеличенные габариты по высоте из-за отдельно выполненного гидроцилиндра привода поршня; кроме того, в данном насосе не предусмотрена промывка уплотнений поршня и штока насосной колонки, снижающая износ трущихся деталей поршневой группы при перекачивании абразивосодержащих сред. Известен также прямоточный диафрагменный гидроприводной насос [2], содержащий корпус с патрубками подвода и отвода перекачиваемой среды, перегородку корпуса с распределительным устройством в виде подпружиненных клапанов, две диафрагмы разного диаметра, установленные в корпусе одна над другой и герметично связанные между собой подвижным патрубком, установленным в перегородке корпуса с образованием между диафрагмами и перегородкой корпуса всасывающей и нагнетательной приводных камер, а между диафрагмами и патрубками подвода и отвода перекачиваемой среды соответственно всасывающей и нагнетательной рабочих камер, два клапана, один из которых установлен над патрубком подвода перекачиваемой среды, а другой - над подвижным патрубком. Этот насос достаточно компактный. Однако низкая прочность эластичных диафрагм не допускает работу насоса на повышенном давлении, снижает надежность насоса. Кроме того, при относительно большом диаметре диафрагм и малом их ходе такая расслаивающаяся среда как строительный раствор теряет подвижность в рабочих камерах насоса и перестает поступать в полость подвижного патрубка, а распределительное устройство с подпружиненными клапанами может устойчиво работать только при определенном давлении приводной жидкости, что не всегда удается обеспечить в условиях производства. В основу изобретения поставлена задача усовершенствования прямоточного насоса, в котором заменой диафрагм не поршни и подпружиненных клапанов распределенного устройства на два золотника обеспечивается повышение надежности и устойчивости работы насоса при различных уровнях давления приводной жидкости. Поставленная задача решается тем, что вместо двух эластичных диафрагм, разного диаметра в корпусе насоса установлены два поршня разного диаметра, жестко связанные между собой подвижным патрубком, пропущенным через перегородку корпуса с возможностью возвратно-поступательного движения, а в распределительном устройстве вместо подпружиненных клапанов установлено два золотника, имеющих по два рабочих пояска разного диаметра. Один из этих золотников является золотником управления, он снабжен двумя хвостовиками, и установлен в перегородке корпуса соосно с подвижным патрубком таким образом, чтобы оба хвостовика этого золотника выходили в приводные камеры насоса. Основной золотник предназначен для попеременного соединения всасывающей приводной камеры с линиями напора или слива и снабжен камерой управления, которая с помощью золотника управления также сообщается попеременно с линиями напора или слива. Замена малопрочных эластичных диафрагм на полые поршни разного диаметра позволила существенно увеличить диапазон давления насоса. Появилась возможность при сохранении неизменным рабочего объема насоса уменьшить диаметры поршней и увеличить их ход по сравнению с диаметрами и ходом диафрагм, что привело к устранению "мертвых зон" в рабочих камерах насоса и, следовательно, повысило устойчивость работы насоса при перекачивании малоподвижных и расслаивающихся сред. Введение в конструкцию насоса основного золотника и золотника управления с двумя хвостовиками взамен клапана с подпружиненными запорными тарелками дало возможность обеспечивать устойчивую автоматическую работу гидропривода насоса при любом давлении приводной жидкости. Таким образом, указанные усовершенствования конструкции насоса позволили существенно расширить диапазон рабочего давления и повысить устойчивость работы насоса за счет устранения "мертвых зон" в его рабочих камерах. На чертеже представлена схема прямоточного насоса. Насос состоит из корпуса, включающего рабочую всасывающую камеру 1 с патрубкомподвода перекачиваемой среды 2 и клапаном 3 в нагнетательную рабочую камеру 4 с патрубком отвода перекачиваемой среды 5. В рабочих камерах 1 и 4 размещены с возможностью возвратно-поступательного движения полые поршни 6 и 7 разного диаметра, жестко связанные подвижным патрубком 6, пропущенным через перегородку корпуса 9, в которой установлены два дифференциальных золотника, имеющих по два рабочих пояска, - основной золотник 10 и золотник управления 11. В полости поршня 6 большего диаметра расположен второй клапан 12. Штоковая полость поршня 6 образует всасывающую приводную камеру 13, а штоковая полоса поршня 7 - нагнетательную приводную камеру 14. Всасывающая приводная камера 13 через основной золотник 10 попеременно сообщается с линиями напора или слива, а нагнетательная приводная камера 14 постоянно сообщена с линией напора. Полость 15 управления основного золотника 10 посредством золотника управления 11 может сообщаться как с линией напора, так и с линией слива. Насос работает следующим образом. При подаче напора от приводной жидкости поршни 6 и 7 вместе с подвижным патрубком 8 будут перемещаться вверх, так как нагнетательная приводная камера 14 сообщена с линией напора, а всасывающая приводная камера 13-е линией слива. При этом золотник управления 11 под действием давления в приводной камере 14 будет устойчиво удерживаться в крайнем нижнем положении, а основной золотник 10 под действием давления в полости управления 15 -в крайнем правом положении. Когда поршень 6 в конце хода поднимает золотник управления 11 вверх, полость управления 15 сообщается с линией слива, основной золотник 10 перемещается в крайнее левое положение и сообщает всасывающую приводную камеру 13 с линией напора. При этом поршни 6 и 7 с патрубком 8 начнут двигаться вниз, так как усилие давления приводной жидкости на поршень 6 значительно больше, чем на поршень 7. Приводная жидкость из камеры 14 по золотниковому каналу перегородки 9 будет перетекать в камеру 13, ускоряя движение поршней 6 и 7. При этом золотник управления 11 будет удерживаться в верхнем положении давлением приводной жидкости в приводной камере 13 до тех пор, пока поршень 7 не нажмет на его хвостовик. Поршни насоса автоматически совершают возвратно-поступательное движение. При этом во время хода поршней б и 7 вверх при закрытом клапане 12 из патрубка 2 через открытый клапан 3 во всасывающую рабочую камеру 1 засасывается перекачиваемая среда. Одновременно эта среда через патрубок отвода 5 из нагнетательной рабочей камеры 4 вытесняется в нагнетательный трубопровод. Поскольку общий объем всасывающей рабочей камеры 1 лишь ненамного больше рабочего объема поршня 6, насос обладает хорошей всасывающей способностью. При ходе поршней 6 и 7 вниз клапан 3 закрыт, а перекачиваемая среда через открытый клапан 12 перетекает в нагнетательную рабочую камеру 4. Одна часть этой среды идет на заполнение расширяющейся камеры 4, а другая - вытесняется в патрубок отвода 5. Таким образом, насос работает по принципу двойного действия, то есть осуществляет подачу при ходе поршней в обе стороны. Неодинаковость порций подачи при ходе поршней вверх и вниз зависит от соотношения диаметров 02 поршня 7 и di подвижного патрубка 8. При ходе поршней вверх подача перекачиваемой среды равна где q - подача приводной жидкости, (м3/час); d2 - диаметр поршня 7 меньшего диаметра; d1 - наружный диаметр подвижного патрубка 8. При ходе поршней вниз подача насоса составит Соотношение диаметров поршней 6 и 7 на величину подачи при ходе их в обе стороны не влияет, от величины диаметра d3 поршня 6 зависит только линейная скорость движения поршней вниз. Для того, чтобы поршни 6 и 7 двигались вверх и вниз с одинаковой скоростью, площадь штоковой полости поршня 6 должна быть в два раза больше площади штоковой полости поршня 7, то есть должно соблюдаться условие: d32=2d22 – d12 при котором динамические нагрузки на поршни 6 и 7 будут одинаковы при их ходе в обе стороны и минимальны по величине. На основе предложенного решения разработки эскизный проект насоса для перекачивания строительных растворов со следующими параметрами: d1=50 мм, d2=100 mm, d3=125 mm, d4=40 мм; ход поршней 160 мм; число двойных ходов - 40 в минуту; максимальное давление 2,5 МПа; приводная жидкость - вода; давление приводной жидкости - до 4 МПа; подача насоса 4 м /ч; расход приводной жидкости 3,5 м3/ч. В предложенном насосе нет "мертвых зон", гидропривод его поршней устойчиво работает при любых давлениях приводной жидкости, жесткость и прочность поршней допускает работу насоса на высоком давлении (до 10 МПа и выше), перекачиваемая среда не испытывает при прохождении через рабочие камеры насоса никаких поворотов, клапаны насоса расположены по оси потока перекачиваемой среды, поэтому срабатывают эффективно и не "зависают" даже в среде минимальной подвижности, использование в качестве приводной жидкости воды (или еще лучше - разбавленного водой известкового молока) способствует охлаждению, промывке от абразивных частиц и смазке трущихся деталей поршневой группы и тем самым существенно повышает ресурс их работы. Данный насос может оказаться очень полезным при подаче по трубопроводам бетонов с мелкими фракциями наполнителей и механизации операций ι ορкретирования поверхностей строящихся зданий.