Устройство для подачи текучей рабочей среды

Устройство для подачи текучей рабочей среды

Реферат

Устройство для подачи текучей рабочей среды (ТРС) относится к гидротранспорту с использованием давления газа и может быть применено, например, для подачи различных жидкостей, в том числе смазок, к трущимся частям механизмов, тормозных или грузоподъемных устройств.

Известны устройства для подачи, дозирования и распределения смазок и других ТРС. Перемещение и транспортирование ТРС к месту ее потребления достигается, чаще всего, за счет обжатия или расширения давлением рабочего газа эластичной камеры (мешка, оболочки, колпака и т.д.). Уменьшение или увеличение объема эластичной камеры обеспечивает выдавливание ТРС из резервуара или из той части его полости, где эта рабочая среда находится до срабатывания устройства. Устройства могут быть как одноразового действия, так и многоразовые, в том числе, периодического типа или с автоматическим действием.

При рассмотрении патентных материалов были выделены наиболее близкие аналоги изобретения:

а) устройство для автоматической подачи смазки, приведенное в патенте ФРГ №3718357, МПК⁷ F16N 11/10, публикация 17.11.88. Устройство содержит резервуар, который посредством вкладыша разделен на камеру, заполненную смазкой, и камеру, в которой установлен прибор для электрохимического производства сжатого рабочего газа. Расширяющийся или перемещающийся под давлением рабочего газа разделительный вкладыш с упругим элементом выдавливает смазку из устройства;

б) автоматическое устройство для подачи смазки, приведенное в международной заявке №89/01589, МПК⁷ F16N 11/10, публикация 23.02.89. Устройство содержит резервуар со смазкой, эластичную камеру и электрохимический элемент для генерирования рабочего газа, посредством давления которого камера расширяется и выдавливает смазку из резервуара;

в) устройство для смазки пневматических механизмов с использованием давления газа, приведенное в патенте США №3724601, МПК⁷ F16N 7/30, публикация 03.04.73. Устройство имеет корпус с выходным патрубком, в котором размещен контейнер со смазкой в виде мешка из эластичного материала, который под давлением рабочего газа (потока воздуха) сплющивается и через перфорированный элемент (жиклер) выдавливает смазку в этот поток. Перфорированный элемент установлен перед выходным патрубком.

Общими недостатками этих аналогов является низкий КПД по количеству выдавливаемой смазки из-за неравномерности обжатия или расширения камеры, в которой она хранится, вследствие чего надежность устройства невысокая.

Наиболее близким к заявляемому техническому решению является устройство для подачи ТРС с использованием давления газа, содержащее корпус с выходным патрубком, установленную в корпусе камеру из эластичного материала, заполненную заданным количеством ТРС, причем камера из эластичного материала установлена в корпусе с возможностью образования изолированной от нее полости для рабочего газа. Внутри камеры из эластичного материала установлен коллектор в виде трубчатого перфорированного элемента, через который осуществляется вывод ТРС. Торец перфорированного элемента соединен с выходным патрубком, патент RU №2223441, МПК⁷ F16N 7/30, 11/10, публикация 10.02.2004, Б.И. №4.

Данное устройство выбрано за прототип.

К недостаткам конструкции этого устройства следует отнести, прежде всего, возможность образования неразъемного соединения наружной поверхности камеры из эластичного материала с внутренней поверхностью корпуса с течением времени хранения в пределах гарантийного срока. С таким явлением часто сталкиваются автолюбители при шиномонтаже колес после длительной эксплуатации, когда автомобильная камера приклеивается (прилипает или "прикипает") к диску. То же самое может реализоваться в устройстве, выбранном за прототип. При срабатывании устройства в таком случае произойдет прорыв давлением рабочего газа стенок камеры из эластичного материала.

Отсутствие прорывов стенок камеры из эластичного материала, в основном, определяет работоспособность этой конструкции. Однако стенки являются самым слабым звеном. Если все другие элементы конструкции обладают достаточной механической жесткостью и прочностью, так как они выполняются из металлов и сплавов, то стенки камеры из эластичного материала менее прочны и не исключается возможность их повреждения более прочными элементами, в том числе и внутренней поверхностью корпуса.

В связи с тем, что корпус устройства должен быть разъемным, его внутренняя поверхность имеет сложную форму. Это обусловлено наличием переходов от диаметров больших к малым и наоборот. В местах указанных переходов неизбежно появление неровностей и острых кромок, которые также могут привести к прорыву стенок камеры из эластичного материала. Прорыв стенок приводит к попаданию рабочего газа вовнутрь камеры из эластичного материала и образованию в ней газонаполненных полостей по всей высоте, занимаемой ТРС. Вследствие этого возможно резкое снижение КПД устройства по количеству подаваемой ТРС, что в большинстве случаев равнозначно отказу срабатывания устройства и, в итоге, приводит к снижению надежности его работы.

Следует отметить, что наиболее опасным может быть скрытый, не обнаруживаемый в процессе контроля при изготовлении устройства, сквозной прорыв стенок камеры из эластичного материала. В данной конструкции возможность реализации этого весьма высока. Дело в том, что наличие или отсутствие прорывов стенок окончательно может быть определено при контроле их герметичности газовой средой перед заполнением ТРС путем подачи избыточного давления во внутрь камеры из эластичного материала после ее установки в корпус. Однако в процессе проведения этого контроля камера из эластичного материала расширяется, и ее стенки поджимаются к внутренней поверхности корпуса. После этого место сквозного прорыва стенки также плотно ложится на поверхность корпуса и течь контрольной газовой среды прекращается. Одним словом, отделить бракованные камеры от годных невозможно.

Уровень надежности срабатывания устройства с обеспечением требуемого количества подаваемой ТРС при использовании таких камер из эластичного материала не может быть высоким. Более того, в связи с возрастанием вероятности возможного приклеивания (прилипания или "прикипания") наружной поверхности камеры к внутренней поверхности корпуса с течением времени хранения устройства, а также с учетом наличия характерных естественных процессов потери эластичности и охрупчивания, обусловленных старением материала, из которого выполнена камера, указанный параметр работы этого устройства еще более снижается к концу гарантийного срока.

Задачей настоящего изобретения является повышение уровня надежности срабатывания устройства с обеспечением требуемого КПД при подаче ТРС.

При использовании предлагаемого изобретения достигается следующий технический результат:

а) повышение стабильности получения требуемого КПД устройства по количеству подаваемой ТРС (на уровне до ˜95%);

б) повышение уровня надежности срабатывания устройства и обеспечение его сохранности в пределах гарантийного срока, в том числе за счет исключения дефектов в стенках эластичной камеры на этапе заполнения ее заданным количеством ТРС.

Решение поставленной задачи и достижение технического результата обеспечивается тем, что в известном устройстве для подачи ТРС с использованием давления газа, содержащем корпус с выходным патрубком, установленную в корпусе камеру из эластичного материала, заполненную ТРС, причем камера из эластичного материала установлена в корпусе с возможностью образования изолированной от нее полости для газа, согласно предлагаемому изобретению в полости для газа между наружной поверхностью камеры из эластичного материала и внутренней поверхностью корпуса дополнительно установлен слой, обладающий продольной и поперечной газопроницаемостью, инертный по отношению к контактирующим с ним материалам и способный без разрушения изменять форму адекватно изменениям формы камеры из эластичного материала.

Установка в полости для газа между наружной поверхностью камеры из эластичного материала и внутренними поверхностями корпуса дополнительного слоя обеспечивает исключение их взаимного контакта и, как следствие, возможности повреждения и прорывов стенок камеры из эластичного материала более прочными элементами конструкции. Прежде всего, это актуально при наличии неровностей и острых кромок на внутренних поверхностях корпуса в местах переходов от диаметров больших к малым и наоборот. Кроме того, за счет сглаживания дополнительным слоем неровностей на внутренних поверхностях корпуса уменьшается степень деформации стенок камеры при размещении в ней ТРС, что также снижает вероятность появления в процессе изготовления и эксплуатации устройства сквозных прорывов стенок камеры. Это способствует повышению уровня надежности срабатывания устройства с обеспечением требуемого КПД по количеству подаваемой ТРС.

Установка дополнительного слоя:

а) обладающего продольной и поперечной газопроницаемостью - позволяет перед заполнением ТРС проводить объективный и качественный контроль герметичности стенок камеры из эластичного материала, при этом наличие газопроницаемого слоя в процессе контроля при изготовлении устройства исключает возможность необнаружения скрытых сквозных прорывов. Кроме того, исключение взаимного контакта между наружной поверхностью камеры из эластичного материала и внутренней поверхностью корпуса с образованием между ними газопроницаемого слоя обеспечивает более свободный доступ рабочего газа к наружной поверхности камеры из эластичного материала при срабатывании устройства. Это обеспечивает повышение плавности и равномерности обжатия камеры давлением рабочего газа и приводит также к повышению уровня надежности срабатывания устройства с обеспечением требуемого КПД по количеству подаваемой ТРС;

б) инертного по отношению к контактирующим с ним материалам - позволяет исключить возможность приклеивания (прилипания или "прикипания") стенок камеры из эластичного материала к внутренней поверхности корпуса в течение времени хранения в пределах гарантийного срока. Это приводит к исключению возможности прорывов стенок камеры и, следовательно, к повышению уровня надежности работы устройства с обеспечением требуемого КПД по количеству подаваемой ТРС;

в) способного без разрушения изменять форму адекватно изменениям формы камеры из эластичного материала - позволяет исключить прорыв стенок камеры при их деформации не только в процессе заполнения камеры заданным количеством ТРС при изготовлении устройства, но и при хранении ТРС в камере до его срабатывания, а также во время эвакуации ТРС из камеры при срабатывании, то есть в течение всего времени наличия контакта дополнительного слоя с наружной поверхностью камеры с одной стороны, и внутренней поверхностью корпуса - с другой. Отсутствие разрушений дополнительного слоя исключает возможность прямого контакта стенок камеры из эластичного материала с внутренней поверхностью корпуса даже на малых участках и, тем самым, также уменьшает вероятность не обнаружения сквозных прорывов стенок камеры в процессе контроля герметичности при изготовлении устройства. В итоге, это приводит также к повышению как стабильности получения требуемого КПД устройства по количеству подаваемой ТРС, так и уровня надежности его работы.

Конструктивная схема предлагаемого устройства поясняется чертежом.

Устройство для подачи ТРС содержит корпус 1, камеру 2 из эластичного материала и полость А для рабочего газа. Внутри корпуса 1 выполнен канал Б, который соединен с полостью А. Внутренняя полость камеры 2 в корпусе 1 изолирована от полости А. Камера 2 заполнена заданным количеством ТРС 3. В полости А установлен дополнительный слой 4. Он выполнен из материала, инертного по отношению к материалам корпуса и эластичной камеры. Для укладки используемого материала выбран способ, обеспечивающий продольную и поперечную газопроницаемость слоя 4 и позволяющий без разрушения изменять его геометрическую форму адекватно изменениям формы камеры из эластичного материала.

В корпусе 1 для поступления рабочего газа в полость А выполнены входной патрубок 5, соединяющийся с каналом Б, и выходной патрубок 6 для выхода ТРС 3. В выходном патрубке 6, выполненном в корпусе 1, установлена герметизирующая мембрана 7. Во внутренней полости камеры 2 установлен коллектор 8 в виде трубки, один из концов которой внутри корпуса 1 соединен с выходным патрубком 6. Через отверстия В, выполненные в стенках трубки коллектора 8, ТРС 3 имеет возможность перетекать из камеры 2 во внутреннюю полость коллектора 8 и доходить до мембраны 7.

Устройство работает следующим образом.

При подаче через входной патрубок 5 рабочий газ по каналу Б доходит до полости А и попадает в дополнительный слой 4. Вследствие того, что дополнительный слой 4 обладает продольной и поперечной газопроницаемостью, рабочий газ доходит также до стенок камеры 2. Благодаря тому, что материал, из которого выполнен дополнительный слой 4, инертен по отношению к контактирующим с ним материалам корпуса 1 и камеры 2, под действием давления рабочего газа стенки камеры 2 начинают плавно, равномерно и без прорыва деформироваться в направлении от внутренней поверхности корпуса 1 к наружной поверхности трубки коллектора 8. Камера 2 сжимается и сплющивается, выдавливая ТРС 3 через отверстия В коллектора 8 в направлении выходного патрубка 6.

При движении под давлением, близким к давлению рабочего газа, ТРС 3 прорывает мембрану 7 в выходном патрубке 6 и также под давлением поступает к месту ее потребления (на фиг.1 не показано).

После доставки ТРС 3 к месту ее потребления рабочий газ может быть стравлен из полости А в окружающую среду через дополнительный слой 4, канал Б и входной патрубок 5.

Следует отметить, что с использованием дополнительного слоя 4, не обладающего продольной и поперечной газопроницаемостью, после срабатывания устройства рабочий газ, попавший внутрь корпуса 1, при попытке его стравливания из полости А за счет образующегося обратного потока может притягивать стенку камеры 2 к внутренней поверхности корпуса 1 вблизи канала Б. При этом канал Б может быть перекрыт и выход рабочего газа из полости А прекращается. После этого стравливание рабочего газа в окружающую среду через канал Б и входной патрубок 5 становится невозможным.

При использовании дополнительного слоя 4, обладающего продольной и поперечной газопроницаемостью, после срабатывания устройства канал Б не перекрывается и выход рабочего газа из полости А протекает до выравнивания давления внутри корпуса 1 с давлением окружающей среды.

Для повторного срабатывания сначала удаляется порванная мембрана 7, а затем камера 2 вновь заполняется заданным количеством ТРС 3 и устанавливается новая мембрана 7.

Перед заполнением камеры 2 заданным количеством ТРС проводится контроль герметичности газовой средой путем подачи от технологической системы избыточного давления вовнутрь камеры 2 после ее установки в корпус 1.

В процессе отработки данного устройства для изготовления дополнительного слоя 4 были использованы изделия по ГОСТ 8541-94 со 100-процентным содержанием полиамидов. В соответствии с указанным государственным стандартом эти изделия изготавливаются вязанием из капроновых или нейлоновых нитей. Используемые изделия, как из капрона, так и из нейлона, в полном объеме удовлетворяют требованиям, обеспечивающим достижение технического результата:

а) по инертности к материалам корпуса 1 (нержавеющим сталям и алюминиевым сплавам) и камеры 2 (резиновой смеси HO-68-I НТА) в течение времени хранения в пределах гарантийного срока при любых климатических условиях на территории Российской федерации - за счет физико-механических свойств указанных полиамидов;

б) по продольной и поперечной газопроницаемости - за счет пористости, приобретаемой при изготовлении изделий вязанием;

в) способности без разрушения стенок изменять форму дополнительного слоя 4 адекватно изменениям формы камеры 2 - за счет растяжимости вязаных изделий.

Практические результаты, полученные при использовании устройства, показывают, что в случае выполнения конструкции согласно предлагаемому изобретению обеспечивается равномерное обжатие камеры из эластичного материала без прорыва ее стенок и подача ТРС, масса которой может быть сколь угодно большой. При этом обеспечиваются высокий уровень надежности работы устройства при любых климатических условиях на территории Российской Федерации, и стабильный КПД до ˜95% по количеству подаваемой ТРС в течение всего гарантийного срока.

Устройство для подачи текучей рабочей среды с использованием давления газа, содержащее корпус с выходным патрубком, установленную в корпусе камеру из эластичного материала, заполненную текучей рабочей средой, причем камера из эластичного материала установлена в корпусе с возможностью образования изолированной от нее полости для газа, отличающееся тем, что в полости для газа между наружной поверхностью камеры из эластичного материала и внутренней поверхностью корпуса дополнительно установлен слой, обладающий газопроницаемостью, инертный по отношению к контактирующим с ним материалам и способный без разрушения изменять форму адекватно изменениям формы камеры из эластичного материала.