насос для текучей среды

Формула изобретения

1. Насос для текучей среды, содержащий тандемный цилиндр со штоком с поршнями, разделяющими его на четыре полости, из которых первая и вторая - штоковые соединены через гидрораспределитель с насосом и сливом рабочего компонента, а также полости для текучей среды, соединенные с входной и нагнетательной линиями текучей среды с обратными клапанами, отличающийся тем, что он содержит две дополнительные емкости, каждая из которых разделена поршнем на две полости, первые из которых являются полостями для текучей среды, а вторые полости первой и второй дополнительных емкостей соединены соответственно с третьей и четвертой поршневыми полостями тандемного цилиндра с образованием двух замкнутых гидравлических контуров, имеющих систему компенсации утечек, выполненную в виде двух трубопроводов, соединяющих вторую полость первой и второй дополнительных емкостей через гидрораспределитель с насосом и сливом рабочего компонента параллельно первой и второй штоковым полостям тандемного цилиндра, соответственно, причем каждый трубопровод системы компенсации утечек снабжен двумя противоположно направленными обратными клапанами, один из которых установлен в стенке второй полости дополнительной емкости с возможностью открытия при взаимодействии с поршнем соответствующей дополнительной емкости.

2. Насос по п.1, отличающийся тем, что в каждой дополнительной емкости полости соединены между собой каналом с обратным клапаном, открывающимся при превышении давления во второй полости по сравнению с давлением в первой.

3. Насос по п.1, отличающийся тем, что канал с обратным клапаном, соединяющий полости каждой дополнительной емкости, выполнен в ее поршне.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, точнее - к поршневым машинам с приводом, и может быть использовано для перекачки вязких и неоднородных жидкостей, преимущественно для поддержания пластового давления при добыче нефти.

Известно устройство для гидравлического транспортирования материалов (авт. свид. SU №1652245, МПК⁵ B65G 53/30, опубл. 1991 г.), содержащее две емкости с разделителями внутреннего объема в виде эластичных диафрагм, трубопроводы с обратными клапанами для подвода и отвода транспортируемой среды и трубопроводы подвода и отвода рабочего компонента, соединенные с емкостями по разные стороны разделителя.

Недостатком такого устройства является низкая эффективность при его использовании для транспортирования жидкости, находящейся под давлением, что объясняется автономной работой емкостей и необходимостью в использовании мощного источника давления рабочей среды.

Наиболее близким к заявляемому и принятым в качестве прототипа является насос для жидкости (RU №22201, МПК⁷ F04B 9/10, опубл. 2002 г.), содержащий тандемный цилиндр со штоком с поршнями, разделяющими его на четыре полости, из которых первая и вторая - штоковые соединены через гидрораспределитель с насосом и сливом рабочего компонента, а также полости для текучей среды, соединенные с входной и нагнетательной линиями текучей среды с обратными клапанами.

При работе такого насоса для транспортирования текучей среды, находящейся под давлением, на такте всасывания давление рабочего компонента в линии напора складывается из давления, создаваемого насосом рабочего компонента и давления текучей среды, поступающей на входе в насос, что позволяет частично повысить эффективность насоса.

Однако такой насос при транспортировании текучей среды, находящейся под давлением, на такте нагнетания также требует использования насоса рабочего компонента, создающего давление, превышающее давление во входной линии текучей среды, что повышает стоимость насоса и снижает его эффективность. Кроме того, поршни тандемного цилиндра работают в условиях агрессивной, загрязненной текучей среды, что снижает надежность работы насоса и вызывает необходимость частой замены уплотнительных элементов.

Задачей предлагаемого изобретения является повышение эффективности насоса за счет снижения требований к насосу подачи рабочего компонента и повышение надежности работы за счет улучшения условий работы поршней тандемного цилиндра.

Поставленная задача решается за счет того, что в конструкцию насоса, содержащего тандемный цилиндр со штоком с поршнями, разделяющими его на четыре полости, из которых первая и вторая - штоковые соединены через гидрораспределитель с насосом и сливом рабочего компонента, а также полости для текучей среды, соединенные с входной и нагнетательной линиями текучей среды с обратными клапанами, введены отличительные признаки.

Такими признаками являются: насос содержит две дополнительные емкости, каждая из которых разделена поршнем на две полости, первые из которых являются полостями для текучей среды, а вторые полости первой и второй дополнительных емкостей соединены соответственно с третьей и четвертой - поршневыми полостями тандемного цилиндра с образованием двух замкнутых гидравлических контуров, имеющих систему компенсации утечек, выполненную в виде двух трубопроводов, соединяющих вторую полость первой и второй дополнительных емкостей через гидрораспределитель с насосом и сливом рабочего компонента параллельно первой и второй штоковым полостям тандемного цилиндра соответственно, причем каждый трубопровод системы компенсации утечек снабжен двумя противоположно направленными обратными клапанами, один из которых установлен в стенке второй полости дополнительной емкости с возможностью открытия при взаимодействии с поршнем соответствующей дополнительной емкости.

Кроме того, в каждой дополнительной емкости полости могут быть соединены между собой каналом с обратным клапаном, открывающимся при превышении давления во второй полости по сравнению с давлением в первой.

Кроме того, канал с обратным клапаном, соединяющий полости каждой дополнительной емкости, может быть выполнен в ее поршне.

Снабжение насоса двумя дополнительными емкостями, каждая из которых разделена поршнем на две полости, первые из которых являются полостями для текучей среды, а вторые полости первой и второй дополнительных емкостей соединены соответственно с третьей и четвертой - поршневыми полостями тандемного цилиндра, позволяет в тандемном цилиндре суммировать давление, создаваемое насосом рабочего компонента с давлением текучей среды в ее входной линии, что позволяет использовать менее мощный насос рабочего компонента, снизить требования к уплотнительным элементам поршней тандемного цилиндра, так как они работают в условиях меньших перепадов давлений. Кроме того, при таком выполнении насоса исключается контакт поршней тандемного цилиндра с агрессивной, загрязненной текучей средой, что также повышает надежность работы насоса.

Снабжение замкнутых гидравлических контуров системой компенсации утечек, выполненной в виде двух трубопроводов, соединяющих вторую полость первой и второй дополнительных емкостей через гидрораспределитель с насосом и сливом рабочего компонента параллельно первой и второй штоковым полостям тандемного цилиндра соответственно, и снабжение каждого трубопровода системы компенсации утечек двумя противоположно направленными обратными клапанами, один из которых установлен в стенке второй полости дополнительной емкости с возможностью открытия при взаимодействии с поршнем соответствующей дополнительной емкости, обеспечивает подпитку рабочего компонента в замкнутые гидравлические контуры только в случае ее нехватки.

Соединение в каждой дополнительной емкости полостей между собой каналом с обратным клапаном, открывающимся при превышении давления во второй полости по сравнению с давлением в первой, позволяет исключить переполнение второй полости каждой емкости за счет сброса части рабочего компонента из второй полости первой емкости в первую и в линию нагнетания текучей среды, при этом клапан работает в условиях небольшого перепада давлений, что снижает требования к нему.

Выполнение канала с обратным клапаном, соединяющего полости каждой дополнительной емкости, в ее поршне - рациональный вариант конструкции.

Изобретение поясняется чертежом, где приведена гидравлическая схема предлагаемого устройства.

Насос для текучей среды содержит тандемный цилиндр 1 со штоком 2 с поршнями 3 и 4, разделяющими его на четыре полости 5, 6, 7 и 8, из которых первая 6 соединена трубопроводом 9 и вторая штоковая 7 соединены через гидрораспределитель 10 с насосом 11 и сливом 12 рабочего компонента. Насос содержит две дополнительные емкости 13 и 14, разделенные поршнями 15 и 16 на две полости - первая емкость 13 разделена на полости 17 и 18, а вторая емкость - на полости 19 и 20. Полости 17 и 19 являются полостями для текучей среды. Вторая полость 18 первой дополнительной емкости 13 соединена с третьей - поршневой полостью 5 тандемного цилиндра 1 с образованием первого замкнутого гидравлического контура. Вторая полость 20 второй дополнительной емкости 14 соединена с четвертой - поршневой полостью 8 тандемного цилиндра 1 с образованием второго замкнутого гидравлического контура. Замкнутые гидравлические контуры имеют систему компенсации утечек, выполненную в виде двух трубопроводов 21 и 22 с двумя противоположно направленными обратными клапанами 23 и 24 (в трубопроводе 21), 25 и 26 (в трубопроводе 22). Трубопровод 21 соединяет вторую полость 18 первой дополнительной емкости 13 через гидрораспределитель 10 с насосом 11 и сливом 12 рабочего компонента параллельно первой штоковой полости 6 тандемного цилиндра 1. Трубопровод 22 соединяет вторую полость 20 второй дополнительной емкости 14 через гидрораспределитель 10 с насосом 11 и сливом 12 рабочего компонента параллельно второй штоковой полости 7 тандемного цилиндра 1. Клапаны 24 и 26 установлены в стенке (в приведенном варианте в торцевой стенке 27 и 28) вторых полостей 18 и 20 дополнительных емкостей 13 и 14 с возможностью открытия при взаимодействии с поршнями 15 и 16 соответствующей дополнительной емкости 13 и 14. В приведенном варианте полости 17 и 18 емкости 13 соединены между собой каналом 29 с обратным клапаном 30, и полости 19 и 20 емкости 14 - каналом 31 с обратным клапаном 32. Клапан 31 открывается при превышении давления во второй полости 18 по сравнению с давлением в первой полости 17. Клапан 32 открывается при превышении давления во второй полости 20 по сравнению с давлением в первой полости 19. Канал 29 с клапаном 30 и канал 31 с клапаном 32 на изображенной схеме выполнены в поршнях 15 и 16 (могут быть выполнены в виде трубопроводов). Полость 17 соединена с входной линией 33 с обратным клапаном 34 для подвода текучей среды и нагнетательной линией 35 с обратным клапаном 36 для отвода текучей среды. Полость 19 соединена с входной линией 37 с обратным клапаном 38 для подвода текучей среды и нагнетательной линией 39 с обратным клапаном 40 для отвода текучей среды.

Предлагаемый насос работает следующим образом.

В исходном положении (показанном на чертеже) первая емкость 17 заполнена транспортируемой текучей средой (например, раствором для поддержания пластового давления), поступающей в полость 17 по трубопроводу 33 через открытый клапан 34. От насоса 11 рабочий компонент через гидрораспределитель 10 подается в штоковую полость 7 тандемного цилиндра 1. При этом поршень 4 и связанный с ним поршень 3 перемещаются вправо по чертежу, вытесняя рабочий компонент из полости 5 по трубопроводу в полость 18, перемещая поршень 15 и вытесняя текучую среду из полости 17 в нагнетательный трубопровод 35 через открывающийся клапан 36. Одновременно при движении поршня 3 увеличивается объем полости 8, в которую отсасывается рабочий компонент из полости 20. При этом вверх перемещается поршень 16 емкости 14, увеличивая объем полости 19, открывая обратный клапан 38, и по входной линии 37 текучая среда поступает в полость 19. В тандемном цилиндре 2 давление, создаваемое насосом 11 рабочего компонента, суммируется с давлением текучей среды во входной линии 37. При движении вправо поршней 3, 4 и штока 2 рабочий компонент вытесняется из полости 6 по трубопроводу 9 через гидрораспределитель 10 на слив 12. При достижении поршнями 3 и 4 крайнего правого положения происходит переключение потока (переключатель не показан), и рабочий компонент от насоса 11 через гидрораспределитель 10 по трубопроводу 9 подается в полость 6 тандемного цилиндра 1, обеспечивая движение штока 2 и поршней 3 и 4 влево. При этом происходит заполнение полости 19 текучей средой по трубопроводу 37 через открытый обратный клапан 38 и вытеснение текучей среды из полости 17 через открытый клапан 36 по трубопроводу 35. В тандемном цилиндре 2 давление, создаваемое насосом 11 рабочего компонента, суммируется с давлением текучей среды во входной линии 33. При достижении поршнями 3 и 4 крайнего левого положения цикл работы насоса повторяется, при этом обеспечивается постоянная подачи текучей среды в общую нагнетательную линию 41.

При уменьшении (из-за утечек) объема жидкости в первом замкнутом гидравлическом контуре (полостях 5 и 18) и во втором контуре (полостях 8 и 20), зона перемещения поршней 15 и 16 смещается вверх по чертежу. И поршни 15 и 16 в верхнем положении взаимодействуют с запорными элементами соответствующих обратных клапанов 24 и 26, открывая их и обеспечивая поступление рабочего компонента в полость 18 от насоса 11 по трубопроводу 21 через клапаны 23 и 24, а в полость 20 от насоса 11 по трубопроводу 22 через клапаны 25 и 26. При переключении гидрораспределителя 10 клапаны 23 и 25 закрываются, препятствуя сливу рабочего компонента из соответствующих замкнутых гидравлических контуров. Таким образом, подпитка рабочего компонента в замкнутые гидравлические контуры происходит только при ее нехватке.

В случае использования предлагаемого насоса для перекачки текучей среды, когда давление в полостях 17 и 19 меньше, чем давление, создаваемое насосом 11, может из-за утечек произойти переполнение полостей 18 и 20 рабочим компонентом, что приведет к подходу поршней 15 и 16 до дна емкостей 13 и 14 и увеличению давления в полостях 18 и 20. Под действием этого давления откроются клапаны 30 и 32 и излишки рабочего компонента по каналам 29 и 31 перетекут в полости 17 и 19 соответственно.

Таким образом, использование предлагаемого насоса позволяет повысить эффективность перекачки текучей среды за счет снижения требований к насосу подачи рабочего компонента, повысит надежность работы за счет улучшения условий работы поршней тандемного цилиндра, исключив необходимость остановки работы насоса из-за утечек рабочего компонента.