Сильфонный насос-дозатор - регулятор расхода

Сильфонный насос-дозатор - регулятор расхода

Иллюстрации

Показать все

Реферат

Изобретение относится к области гидравлики, в частности к насосам и регуляторам расхода жидких сред, преимущественно токсичных, летучих, агрессивных.

Известен сильфонный глубинный насос (патент РФ №2536437 МПК F04B 47/08, опубликовано: 27.12.2014), содержащий сборный цилиндрический корпус. В нижней части корпуса размещен плунжер с возвратной пружиной, поршень со штоком. В средней части корпуса размещен разделитель сред, выполненный в виде металлического сильфона, один торец которого закреплен в ступенчатом отверстии корпуса насоса, а второй герметично перекрыт круглой пластиной, которая жестко соединена со штоком поршня. В верхней части корпуса установлен клапанный блок с двумя параллельными каналами для размещения в них соответственно всасывающего и нагнетательного клапанов. С одной стороны каналы клапанного блока соединены с полостью сильфона, с другой стороны каналы клапанного блока соединены с всасывающим и нагнетательным патрубками соответственно. Всасывающий патрубок и корпус насоса снабжены соответственно отверстиями для входа пластовой жидкости. Выход нагнетательного патрубка соединен с выходом насоса. Технический результат - повышение надежности, ремонтопригодности, удобства монтажа, ресурса работы насоса.

Известен дозировочный насос (патент РФ №2208180, МПК F04B 45/02, опубликован 10.07.2013), ближайший по технической сущности к заявляемому изобретению и принятый за прототип. По первому варианту насос содержит корпус с полостью, в которой размещен сильфон, входное и выходное устройства распределения жидкости. Один конец сильфона герметично скреплен с корпусом, а другой установлен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль своей оси. На подвижном конце сильфона расположен клапан так, что сообщает полость сильфона с полостью корпуса при сжатии сильфона. При этом внутренний объем сильфона гидравлически сообщен с входным устройством, а полость корпуса с выходным устройством и полость сильфона заполнена дозируемой жидкостью. По второму варианту насос содержит клапан, расположенный на подвижном конце сильфона, который установлен так, что сообщает полость сильфона с полостью корпуса при растяжении сильфона. При этом внутренний объем сильфона гидравлически сообщен с выходным устройством, а полость корпуса - с входным, полость сильфона заполнена дозируемой жидкостью. При работе насоса в системе с повышенным давлением позволяет минимизировать мощность привода подвижного конца сильфона.

В известных дозировочных насосах содержатся подвижные элементы (поршень, ротор и т.д.), перемещение которых обеспечивается устройством (штоком, валом и пр.), а рабочая полость устройства, содержащая перемещаемую жидкость, отделена от окружающей среды посредством уплотнения подвижного привода. В случае перекачки агрессивных, токсичных и летучих жидкостей возможны утечки, что не обеспечивает безопасность работы и обслуживания систем, а также нежелательны и потери компонента (например, одорантов). Как бы тщательно и совершенно не изготавливалось уплотнение подвижного элемента, оно не позволяет полностью исключить утечки жидкости.

Технической проблемой, на решение которой направлено заявляемое изобретение, является создание универсального устройства, которое одновременно является насосом-дозатором и регулятором расхода.

Технический результат, на достижение которого направлено предлагаемое изобретение, заключается в повышении точности дозирования и равномерности подачи рабочей жидкости, а также надежности работы устройства и экономичности за счет обеспечения герметичности подвижных элементов и исключения потерь рабочей жидкости.

Технический результат достигается тем, что в сильфонном насосе-дозаторе, регуляторе расхода, содержащем корпус с пневмополостью, в которой размещен сильфон, один конец которого герметично скреплен с корпусом, а другой установлен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль своей оси, входную и выходную магистрали распределения жидкости, новым является то, что дополнительно введен второй корпус, идентичный вышеупомянутому с пневмополостью, в которой размещен сильфон, один конец которого герметично скреплен с корпусом, а другой установлен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль своей оси, при этом корпуса жестко соединены между собой, полости сильфонов обоих корпусов соответственно гидравлически сообщены с входной и выходной магистралями посредством входных и выходных клапанов, штоки присоединены к соответствующим сильфонам посредством упоров, выведены за корпуса и жестко связаны с тягой, к которой присоединен общий привод, обеспечивающий совместное возвратно-поступательное движение штоков, сообщенный с датчиком перемещения и блоком управления, который задает и регулирует частоту и величину перемещения штоков, полости сильфонов заполнены рабочей жидкостью.

Перемещение тяги и связанных с ней штоков может осуществляться механическим приводом.

Перемещение тяги и связанных с ней штоков может осуществляется пневматическим приводом путем подачи управляющего давления из газовой магистрали поочередно в полости сильфонов через редуктор, при этом в газовой магистрали установлены электропневмоклапаны.

Перемещение сильфонов и связанной с ними тяги ограничивается датчиками перемещения, расстояние между которыми, равное ходу штока L, может регулироваться (задаваться).

Впускной и выпускной клапаны снабжены соответственно седлом с тонкостенкой обечайкой и тарелью, обеспечивающей самоцентрирование клапана в седле, кроме того, в тарели выполнены отверстия для прохода рабочей жидкости

Датчики перемещения, электропневмоклапаны и блок управления связаны электрическими линиями управления и коммутации.

На фиг. 1 представлен продольный разрез сильфонного насоса-дозатора, регулятора расхода.

На фиг. 2 представлен продольный разрез коробки клапанной.

Позиции на фигурах: 1 - магистраль входа; 2 - магистраль выхода; 3 и 4 - корпус; 5 и 6 - крышка; 7 и 8 - фланец; 9 и 10 - сильфон; 11 и 12 - полости сильфона; 13 и 14 - пневмополости; 15 и 16 - коробки клапанные впускные; 17 и 18 - коробки клапанные выпускные; 19 и 20 - клапаны впускные; 21 и 22 - клапаны выпускные; 23, 24, 25, 26 - седла клапанов 19, 20, 21, 22, соответственно; 27 - пружина (упругий элемент); 28 - тарель; 29 - упор; 30 - корпус сальника; 31 - сальник (манжета); 32 и 33 - штоки; 34 - рейка; 35 - тяга; 36 - датчик; 37, 38, 39, 40 - пневмоэлектроклапаны; 41 - привод механический (электромеханический); 42 - блок управления (процессор); 43 - баллон; 44 - редуктор; 45 - электрические линии управления и коммутации; 46 - датчик; 47 - газовая магистраль; 48 - отверстия в тарели; L - ход штока (задаваемый и регулируемый); h - толщина тонкостенной цилиндрической обечайки седла.

Сильфонный насос-дозатор, регулятор расхода (фиг. 1 и фиг. 2) содержит два корпуса 3 и 4, внутри которых помещены сильфоны 9 и 10. Корпуса 3 и 4 жестко соединены между собой рейкой 34. С одной стороны к корпусам 3 и 4 герметично прикреплены крышки 5 и 6, а с другой стороны фланцы 7 и 8. Корпуса 3 и 4 вместе с сильфонами 9 и 10, крышками 5 и 6 и фланцами 7 и 8 образуют герметично разделенные между собой полости: полость 11 сильфона 9 с пневмополостью 13 в корпусе 3 и полость сильфона 12 с пневмополостью 14 в корпусе 4. На крышке 5 в корпусе 3 установлена коробка клапанная впускная 15 и коробка клапанная выпускная 17. На крышке 6 в корпусе 4 установлена коробка клапанная впускная 16 и коробка клапанная выпускная 18. На крышке 5 в коробке клапанной впускной 15 смонтировано седло 23 с клапаном впускным 19, пружиной 27 и тарелью 28, а в коробке клапанной выпускной 17 смонтировано седло 25 с клапаном выпускным 21, пружиной 27 и тарелью 28. На крышке 6 в коробке клапанной впускной 16 смонтировано седло 24 с клапаном впускным 20, пружиной 27 и тарелью 28, а в коробке клапанной выпускной 18 смонтировано седло 26 с клапаном выпускным 22, пружиной 27 и тарелью 28. К сильфонам 9 и 10 приварены (припаяны) упоры 29. К упорам 29 присоединены штоки 32 и 33 соответственно, которые через отверстия во фланцах 7 8 выведены вне корпусов. На фланцах 7 и 8 установлены корпуса сальников 30 с манжетами 31 для обеспечения герметичности. Штоки 32 и 33 жестко связаны с тягой 35. К тяге 35 присоединен привод 41 с возможностью отключения. Перемещение тяги 35 и связанных с ней штоков 32 и 33 осуществляется либо механическим приводом, либо (при отключенном приводе 41) пневматическим приводом, путем подачи управляющего давления поочередно в пневмополости 13 и 14 от баллона 43 со сжатым газом через редуктор 44. Перемещение тяги 35 ограничивается датчиками 36 и 46, расстояние между которыми, равное ходу L штоков 32 и 33, может регулироваться (задаваться). К пневмополостям 13 и 14 подведена газовая магистраль 47, соединяющая пневмополости 13 и 14 с баллоном 43 через электропневмоклапны 38, 39 и редуктор 44. Электропневмоклапаны 40 и 37 соединяют пневмополости 13 и 14 с атмосферой. Открытие и закрытие электропневмоклапанов обеспечивает блок управления 42 по задаваемому алгоритму работы устройства и сигналам датчиков 36 и 46, фиксирующих возвратно-поступательное перемещение тяги 35 и связанных с ней сильфонов 9, 10 в заданном диапазоне перемещений хода L штоков. Датчики, электропневмоклапаны и блок управления связаны электрическими линиями управления и коммутации 45.

Сильфонный насос-дозатор, регулятор расхода может работать от пневматического привода, или от механического. В обоих вариантах исходное положение насоса следующее: полости 11 и 12 сильфонов 9, 10 заполнены перемещаемой жидкостью; тяга 35 находится в промежуточном положении относительно датчиков 36; клапаны 37, 38, 39, 40 закрыты.

При работе с пневматическим приводом блок управления 42 подает команду на открытие клапанов 37 и 39, при этом клапаны 38 и 40 закрыты. Газ с управляющим давлением, величина которого регулируется (задается) редуктором 44, поступает из баллона 43 в пневмополость 13. Под действием давления газа сильфон 9 перемещается слева направо, давление в полости 11 сильфона 9 возрастает, что приводит к открытию клапана выпускного 21 и выталкиванию жидкости в магистраль 2. При этом клапан впускной 19 прижимается к седлу 23 вследствие усилия пружины 27 и действующего на клапан давления в полости 11, превышающего давление в магистрали входа 1. Одновременно с этим происходит перемещение вправо сильфона 10, что приводит к понижению давления в полости 12, открытию клапана впускного 20 и всасыванию жидкости из магистрали входа 1 в полость 12 сильфона 10. Клапан выпускной 22 при этом прижат к седлу 26, поскольку на него оказывает прижимающее воздействие как пружина 27, так и повышенное давление в магистрали выхода 2 по сравнению с магистралью входа 1. Для снижения препятствий перемещения сильфонов 9 и 10, пневмополость 14 сообщается с окружающей средой при открытом пневмоклапане 37. Вследствие перемещения сильфонов 9, 10 и связанных с ним штоков 32, 33 происходит перемещение тяги 35 до момента контакта с датчиком 36. В момент контакта датчика 36 с тягой 35, датчик 36 через блок управления подает команду на закрытие электропневмоклапанов 39 и 37 и открытие электропневмоклапанов 40 и 38. Газ из баллона 43 поступает в пневмополость 14 и стравливается из пневмополости 13. Происходит обратный цикл, в результате которого жидкость из магистрали входа 1 поступает в полость 11 сильфона 9 и выталкивается из полости 12 сильфона 10 в магистраль выхода 2. Обратный цикл заканчивается при перемещении сильфонов 9 и 10 справа налево до момента контакта тяги 35 с датчиком 36.

Циклы повторяются до достижения заданного количества перемещаемой жидкости. В результате единичного цикла из магистрали входа 1 в магистраль выхода 2 поступает количество жидкости, кратное величине перемещения сильфонов 9 и 10, равное ходу L штоков. Дозирование, расход и регулирование количества жидкости, подаваемой насосом, может осуществляться как изменением объема жидкости, перемещаемой в единичном цикле путем изменения хода L штоков 32 и 33, так и скоростью (частотой) перемещения сильфонов 9 и 10 путем изменения величины давления управляющего газа с помощью редуктора 44.

В режиме работы насоса с подключенным приводом 41 электропневмоклапаны 37 и 40 постоянно открыты, а электропневмоклапаны 38 и 39 постоянно закрыты. Перемещение сильфонов 9, 10 осуществляется от привода 41, который посредством тяги 35 и штоков 32 и 33 жестко связан с ними. В качестве привода может быть использован механический, электромеханический, индуктивный и прочие приводы, обеспечивающие регулируемое, возвратно-поступательное движение тяги 35. Работа впускных 19, 20 и выпускных 21, 22 клапанов и перемещение жидкости из магистрали входа 1 в магистраль выхода 2 происходит таким же образом, как и в режиме с «пневмоприводом». Работа привода 41 обеспечивается блоком управления 42, который учитывает величину перемещения тяги 35, количество и частоту циклов (с помощью датчиков 36 и 37).

В качестве датчиков 36 и 37 (детекторов перемещения) могут использоваться концевые выключатели, индуктивные, емкостные, потенциометрические, оптические и прочие сигнализаторы положения.

Надежность работы насоса и исключение протечек перемещаемой жидкости обеспечивается отсутствием в гидравлических магистралях насоса подвижных уплотнений и улучшением работы впускных 19, 20 и выпускных 21, 22 клапанов (фиг. 2) за счет того, что седла 23, 24, 25, 26 в месте контакта с клапанами впускными 19, 20 и клапанами выпускными 21, 22 выполнены в виде тонкостенных цилиндрических обечаек с возможностью упругой деформации при контакте седла с клапаном. Толщина тонкостенной обечайки седла составляет h=0,1…0,5 мм. Кроме того, клапаны 19, 20, 21, 22 установлены с возможностью самоцентрирования относительно седла, что обеспечивается их свободной посадкой в отверстии тарели 28. Отверстия в тарели 28 выполнены для снижения гидравлического сопротивления при прохождении перемещаемой жидкости через гидравлическую магистраль клапанной коробки.

Величина перемещения штоков и частота их перемещения однозначно определяют дозу рабочей жидкости, поступающей в магистраль выхода 2, и расход. Измерение хода L штоков 32, 33 и частоты перемещений позволяет измерять количество жидкости. Измерение количества жидкости за определенный промежуток времени позволяет определять расход, а регулирование (задание) частоты перемещения штоков 32, 33 и хода L штоков с помощью датчиков 36, 46 блоком управления 42 позволяет регулировать расход жидкости, поступающей в магистраль выхода 2.

Таким образом, предлагаемое устройство является универсальным и позволяет осуществлять как функцию насоса-дозатора, так и функцию регулятора расхода жидкости за счет использования двух камер соответственно с пневмополостями и сильфонами, объединенных общим штоком, а также за счет возможности регулирования величины перемещения штока и частоты его перемещения, что обеспечивает повышение равномерности и точности дозирования рабочей жидкости, повышение точности регулирования и измерения расхода жидкости. Обеспечение герметичности подвижных элементов исключает потери рабочей жидкости и повышает надежность и экономичность работы устройства.

1. Сильфонный насос-дозатор - регулятор расхода, содержащий корпус с пневмополостью, в которой размещен сильфон, один конец которого герметично скреплен с корпусом, а другой установлен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль своей оси, входную и выходную магистрали распределения жидкости, отличающийся тем, что дополнительно введен второй корпус, идентичный вышеупомянутому с пневмополостью, в которой размещен сильфон, один конец которого герметично скреплен с корпусом, а другой установлен с возможностью возвратно-поступательного движения вдоль своей оси, при этом оба корпуса жестко соединены между собой, полости сильфонов корпусов соответственно гидравлически сообщены с входной и выходной магистралями посредством входных и выходных клапанов, штоки присоединены к соответствующим сильфонам посредством упоров, выведены за корпуса и жестко связаны с тягой, к которой присоединен общий привод, обеспечивающий совместное возвратно-поступательное движение штоков, сообщенный с датчиком перемещения и блоком управления, который задает и регулирует частоту и величину перемещения штоков, полости сильфонов заполнены рабочей жидкостью.

2. Сильфонный насос по п. 1, отличающийся тем, что перемещение тяги и связанных с ней штоков осуществляется механическим приводом.

3. Сильфонный насос по п. 1, отличающийся тем, что перемещение тяги и связанных с ней штоков осуществляется пневматическим приводом, путем подачи управляющего давления из газовой магистрали поочередно в полости сильфонов через редуктор, при этом в газовой магистрали установлены электропневмоклапаны.

4. Сильфонный насос по п. 1, отличающийся тем, что перемещение тяги ограничивается датчиками перемещения, расстояние между которыми, равное ходу штока L, может регулироваться.

5. Сильфонный насос по п. 1, отличающийся тем, что впускной и выпускной клапаны снабжены соответственно седлом с тонкостенкой обечайкой и тарелью, обеспечивающей самоцентрирование клапана в седле, кроме того, в тарели выполнены отверстия для прохода рабочей жидкости.

6. Сильфонный насос по п.п. 1 или 3, отличающийся тем, что датчики перемещения, электропневмоклапаны и блок управления связаны электрическими линиями управления и коммутации.