СИФОННЫЙ ДОЗАТОР Российский патент 1995 года по МПК G01F13/00 

Изобретение относится к дозированию жидкости и может быть использовано в различных отраслях промышленности.

Известно устройство, содержащее мерную емкость с сифоном и дополнительную емкость [1].

Данное устройство обладает недостаточной производительностью.

Наиболее близким к изобретению является сифонный дозатор, содержащий герметичную емкость, в которую пропущена воздушная трубка, нижний торец которой установлен выше торца всасывающего конца сифона, размещенного в мерной емкости, снабженной устройством для впуска воздуха [2].

Недостатком данного дозатора является невозможность регулирования дозы программы выдачи, узкий диапазон дозирования.

Это достигается тем, что в сифонный дозатор, содержащий герметичную емкость, в которую пропущена воздушная трубка, нижний торец которого установлен выше торца всасывающего конца сифона, размещенного в мерной емкости, снабженной устройством для впуска воздуха, введены подключенный к мерной емкости подводящий трубопровод с регулировочным устройством и дополнительная емкость с верхним и двумя нижними патрубками, которые снабжены кранами, причем верхний патрубок подключен к верхней части мерной емкости, а нижние - соответственно к подводящему трубопроводу и нижней части мерной емкости, причем устройство для впуска воздуха выполнено в виде клапана и установленного на опоре на крышке мерной емкости двуплечего рычага со сменными грузами на его плечах и с вертикальным регулировочным винтом, установленным на одном из его плеч с возможностью контакта с крышкой мерной емкости, причем запорный орган клапана установлен на другом плече двуплечего рычага и размещен под отверстием, выполненным в крышке емкости.

На чертеже показана принципиальная схема сифонного дозатора.

Устройство состоит из мерной емкости 1, подводящего жидкость трубопровода 2 с регулировочным устройством (краном) 3, сифона 4, резиновой пробки 5, открытой с обоих концов воздушной трубки 6, верхнего 7 и двух нижних 19, 21 патрубков, воздушного крана 8, закрепленного на одном конце 9 двуплечего рычага клапана с запорным органом в виде резиновой прокладки 10, опоры 11, регулировочного винта 12, хвостовика 13, сменных грузов 14 и 15, дополнительной емкости 16, водомерной трубки 17, шкалы 18 и кранов 20, 22.

Назначение деталей сифонного дозатора состоит в следующем.

Мерная емкость 1 служит для отмеривания доз, по подводящему трубопроводу 2 подается дозируемая жидкость в мерную емкость. С помощью регулировочного устройства 3 осуществляется изменение расхода Q_нжидкости, подаваемой в мерную емкость. Регулирование расхода Q_ннеобходимо для настройки сифонного дозатора перед его работой и для изменения его параметров в относительно небольших пределах. По сифону 4 дозируемая жидкость переливается из мерной емкости 1 в товарную или технологическую емкость.

С помощью резиновой пробки 5 происходит герметизация полости мерной емкости, т.е. ее разобщение с атмосферой, что очень важно в случаях, когда из дозируемой жидкости выделяются химически агрессивные пары.

Трубка 6 является основным регулятором параметров работы сифонного дозатора. Изменяя степень ее погружения в дозируемую жидкость, можно ступенчато увеличить или уменьшить величину дозы, периода работы, частоту дозирования. Изменять степень погружения трубки 6 в дозируемую жидкость можно вручную путем перемещения ее вверх или вниз относительно стенок отверстия в пробке 5. По трубке 6 поступает воздух из атмосферы в верхнюю часть мерной емкости 1, т.е. в пространство над уровнем свободной поверхности жидкости в мерной емкости во время выдачи дозы. На патрубке 7 смонтирован кран 8, который является дополнительным регулятором параметров работы сифонного дозатора. Изменяя степень открытия крана, можно бесступенчато регулировать количество воздуха, поступающего в мерную емкость из дополнительной емкости 16 в процессе выдачи дозы, и тем самым изменять параметры работы сифонного дозатора.

Запорный орган 10 клапана предназначен для выпуска воздуха из мерной емкости 1 во время выполнения ее дозируемой жидкостью, а также для герметизации мерной емкости в процессе выдачи дозы. Опора 11 предназначена для возможности поворота клапана 9. Винт 12 служит для фиксирования угла поворота клапана, а также для полного дополнительного закрытия отверстия при определенных режимах работы сифонного дозатора. На хвостовике 13, имеющем винтовую резьбу, располагается груз 14. Грузы 14 и 15 служат для изменения степени прижатия клапана к гнезду, т.е. для настройки системы.

Дополнительная емкость 16 служит для увеличения и регулирования объема воздушного пространства над уровнем свободной поверхности жидкости в мерной емкости, а следовательно, для регулирования параметров работы сифонного дозатора и программы выдачи дозы. Водомерное стекло 17 и шкала 18 предназначены для контроля уровня дозируемой жидкости в дополнительной емкости 16. Патрубок 19 предназначен для подачи дозируемой жидкости из трубопровода 2 в дополнительную емкость 16. Кран 20 предназначен для регулирования подачи дозируемой жидкости, следовательно для регулирования объема воздушного пространства на уровне свободной поверхности жидкости в мерной емкости. Патрубок 21 с краном 22 служит для выпуска дозируемой жидкости из дополнительной емкости 16 в мерную емкость.

Мерная емкость 1 располагается на фундаменте производственного помещения или на технологическом оборудовании. Подводящий жидкость трубопровод 2 присоединен герметично к емкости, так, чтобы исключалось вращение дозируемой жидкости в мерной емкости. Если мерная емкость является, например, цилиндрической, то ось подводящего жидкость трубопровода 2 расположена по радиусу поперечного сечения мерной емкости. Для нормальной работы сифонного дозатора и исключения волнения уровня свободной поверхности жидкости в мерной емкости в момент окончания выдачи дозы подводящий жидкость трубопровод 2 присоединен в непосредственной близости ко дну мерной емкости, ниже торца восходящего участка сифона 4. Это повышает точность дозирования. Регулировочное устройство (кран 3) монтируется жестко и герметично в разъеме трубопровода 2. Восходящий участок сифона 4 находится внутри мерной емкости 1, нисходящий участок сифона 4 - вне ее, сбоку, а "горб" сифона 4 "проходит" стенку мерной емкости, плотно и герметично присоединяется к мерной емкости. Трубка 6 монтируется в отверстии резиновой пробки 5. Соединение трубки 6 и пробки 5 - герметичное, но которое все же позволяет при этом перемещать трубки 6 вверх и вниз в целях изменения параметров работы сифонного дозатора (диаметр отверстия в резиновой трубке 5 меньше внешнего диаметра трубки 6).

Верхний торец трубки 6 расположен выше верхней точки "горба" сифона; это исключает перелив дозируемой жидкости наружу. Превышение h верхнего торца трубки 6 относительно верхней точки "горба" сифона 4 зависит от гидравлических сопротивлений сифона 4 и, как показали эксперименты, должно быть не менее (4...5)d_c, где d_c - диаметр сифона.

Верхний торец трубки 6 расположен выше торца восходящего участка сифона 4. Откидной клапан смонтирован над отверстием в верхней стенке мерной емкости. При медленном заполнении мерной емкости откидной клапан приподнимается, поворачиваясь на шарнирной опоре, и обеспечивает выпуск воздуха из мерной емкости. При выдаче дозы за счет собственного веса атмосферного давления сверху и вакуума, образующегося внутри верхней части мерной емкости, откидной клапан прижимается к острой кольцевой кромке отверстия в верхней стенке мерной емкости и обеспечивает герметичность мерной емкости. Резиновая прокладка 10 с помощью винта прикрепляется к нижней части плеча 9 рычага. Опора 11 жестко закреплена к верхней торцовой стенке мерной емкости, винт 12 "проходит" отверстие с резьбой, имеющееся и двуплечем рычаге. Вращая винт 12, можно изменять зазор между торцом винта 12 и торцовой стенкой мерной емкости, и таким образом регулировать угол поворота откидного клапана относительно торцовой стенки мерной емкости. Груз 14 соединен с хвостовиком 18 с помощью резьбы (в грузе 14 имеется отверстие с резьбой). Вращая груз 14 вокруг горизонтальной оси, можно изменять плечо груза, а следовательно, и момент, действующий на клапан по часовой стрелке. Съемный груз 15 располагается на верхней площадке плеча рычага 9 на специальном стержне. В грузе 15 имеется сквозное отверстие с вертикальной осью. Дополнительная емкость 16 расположена рядом с мерной емкостью 1 (это уменьшает длину патрубков 7, 19 и 21).

В случае производственной необходимости дополнительная емкость 16 может быть отнесена и на значительное расстояние от мерной емкости. Важно только, чтобы уровень дна дополнительной емкости был либо выше дна мерной емкости, либо совпадал с ним. Это необходимо для обеспечения слива дозируемой жидкости из дополнительной емкости 16 в мерную.

Водомерная трубка 17 (из стекла) присоединена частично к дополнительной емкости 16. Шкала 18 расположена на специальном щитке, также прикрепленном к дополнительной емкости 16, рядом с водомерной трубкой 17. Левый конец патрубка 19 присоединен к трубопроводу 2 перед регулировочным устройством 3, а правый конец патрубка 19 - к дополнительной емкости 16. Кран 20 герметично смонтирован в разъеме патрубка 19 с помощью резьбового соединения. Патрубок 21 герметично присоединен к мерной емкости 1 и дополнительной емкости 16 так, что ось патрубка 21 расположена ниже торца восходящего участка сифона 4. Кран 22 герметично смонтирован в разъеме патрубка 21 с помощью резьбового соединения.

Принцип действия сифонного дозатора зависит от того, на какой режим работы настроен дозатор.

Режим 1.

Клапан настроен так, что при малейшем увеличении давления воздуха в верхней части мерной емкости 1 он способен повернуться по часовой стрелке и выпустить часть воздуха через зазор между резиновой прокладкой 10 и гнездом. Краны 8, 20, 22 закрыты, регулировочное устройство открыто. Торец восходящего участка сифона 4 находится ниже торца трубки 6, но выше оси трубопровода 2.

В исходном положении мерная емкость 1 или совсем свободна от дозируемой жидкости, или жидкость находится на дне мерной емкости 1 слоем толщиной l_o. При открытии регулировочного устройства 3 в мерную емкость поступает по трубопроводу 2 дозируемая жидкость. При этом воздух из мерной емкости выходит в атмосферу через сифон 4, трубку 6, а затем после того, как впускное отверстие восходящего участка сифона 4 будет затоплено дозируемой жидкостью, воздух из мерной емкости будет продолжать выходить в атмосферу через трубку 6. Когда окажется затопленным и нижний конец трубки 6, выход воздуха из мерной емкости в атмосферу продолжится через отверстие в верхней стенке мерной емкости. При этом запорный орган 10 клапана будет приподнят сжатым воздухом, находящимся в верхней части мерной емкости 1 поднимается от плоскости сравнения ОХ на величину Z_c сифон 4 включится в действие, т.е. во внутренней полости сифона потечет жидкость при стопроцентном заполнении его поперечного сечения.

Расход жидкости при этом будет равен:
Q_c = где ω_c - площадь поперечного сечения сифона;
μ_c- коэффициент расхода жидкости через сифон в начале истечения дозы; он определяется числом Рейнольдса, т.е. зависит от скорости движения жидкости в сифоне, диаметра сифона и коэффициента кинематической вязкости. Опыты заявителя показали, что μ_c≈0,6;
g - ускорение силы тяжести;
Z_c - расстояние от плоскости сравнения ОХ, проходящей через торец нисходящего участка, до уровня свободной поверхности жидкости в мерной емкости. Обычно указанный уровень свободной поверхности жидкости в мерной емкости в момент включения сифона находится выше верхней точки "горба" сифона на расстоянии h, причем:
Δ h ≅ (4...5)d_c, где d_c - диаметр сифона.

Расход Q_н жидкости, поступающей в мерную емкость, меньше, чем расход Q_c жидкости, вытекающей из мерной емкости 1 через сифон 4 (это условие является обязательным для нормальной работы любого сифона периодического действия), поэтому уровень свободной поверхности жидкости в мерной емкости будет понижаться. За счет разности давления над и под откидным клапаном 9 он автоматически повернется против часовой стрелки, плотно закроет отверстие в верхней торцовой стенке мерной емкости. Давление воздуха, находящегося в верхней части мерной емкости, будет уменьшаться и через некоторый короткий промежуток времени после включения сифона будет меньше атмосферного. Уровень жидкости в трубке 6 будет понижаться до нижнего торца трубки, т.е. она полностью освободится от жидкости. На уровне нижнего торца трубки давление будет равно атмосферному, а выше уровня свободной поверхности жидкости в мерной емкости давление будет равно ниже атмосферного на величину Δ Р
ΔP = g(Z_c-Z_o), где ρ - плотность дозируемой жидкости;
Z_o - расстояние от плоскости сравнения ОХ до нижнего торца трубки 6.

Воздух из атмосферы по трубке 6 поступает при этом к нижнему ее торцу, а затем, преодолевая сопротивление столба дозируемой жидкости Z_c-Z_o в виде отдельных пузырьков, будет проникать в верхнюю часть мерной емкости, автоматически поддерживая изменяющееся разрежение в верхней части мерной емкости (при вытекании дозируемой жидкости из мерной емкости через сифон 4 столб жидкости Z_c-Z_o над торцом трубки 6 уменьшается, а разрежение воздуха, находящегося над уровнем свободной поверхности жидкости в мерной емкости 1, уменьшается). Истечение дозируемой жидкости из мерной емкости 1 через сифон 4 с момента уравновешивания столба жидкости Z_c-Z_o разрежением, создавшимся в мерной емкости до момента, когда уровень свободной поверхности жидкости в мерной емкости совпадет с нижним торцом трубки 6, будет происходить за счет напора Z_o.

Расход Q_c жидкости в указанный период будет равен:
Q = где μ_c′ - коэффициент расхода жидкости через сифон 4 при истечении жидкости в пределах от Z_c до Z_o (можно считать, что μ′≈ μ ≈ 0,6 ).

Так как в рассматриваемом периоде времени величина напора Z_o не изменяется, а давление внутри жидкости на уровне, совпадающем с нижним торцом трубки 6, равно атмосферному, расход будет постоянным. После того, как уровень свободной поверхности жидкости в мерной емкости достигнет нижнего торца трубки 6, величина напора, вызывающего истечение жидкости через сифон 4 из мерной емкости, будет постепенно уменьшаться. Как только уровень свободной поверхности жидкости в мерной емкости совпадает с торцом восходящего участка сифона 4, во внутреннюю полость его поступит из атмосферы воздух (через трубку 6) и сифон 4 выключится, т.е. по нему перестанет течь жидкость.

Затем цикл работы сифонного дозатора будет повторяться.

Режим 2.

Регулировочное устройство 3 открыто, а краны 8, 20, 22 закрыты. Груз 15 снят, винт 12 вывинчен так, что двуплечий рычаг повернут по часовой стрелке, отверстие в крышке мерной емкости открыто. Мерная емкость 1 свободна от жидкости. Сифонный дозатор работет в этом случае так же, как обычный сифонный дозатор.

В этом случае расход жидкости и время ее выдачи существенно отличается от рассмотренного выше.

Режим 3.

За счет установки груза 15 на откидной клапан 9, а также за счет подвижки груза 14 в крайнее левое положение и ввинчивания винта 12, рычаг поворачивается против часовой стрелки и плотно прижимают к гнезду. Таким образом, отверстие в крышке мерной емкости оказывается плотно закрытым. Регулировочное устройство 3 открыто, а краны 8, 20 и 22 закрыты. Мерная емкость свободна от жидкости. При открытии регулировочного устройства 3 в мерную емкость поступает по трубопроводу 2 дозируемая жидкость. При этом воздух из мерной емкости выходит в атмосферу вначале через сифон 4 и трубку 6, а затем после того, как впускное отверстие восходящего участка сифона 4 будет затоплено дозируемой жидкостью, воздух из мерной емкости 1 будет выходить через трубку 6. Когда окажется затопленным и нижний конец трубки 6, выход воздуха из мерной емкости в атмосферу прекратится и воздух, находящийся в верхней части мерной емкости, начнет сжиматься.

Дозируемая жидкость, поступающая под давлением, большим, чем давление воздуха в верхней части мерной емкости, продолжает заполнять мерную емкость. При этом уровень свободной поверхности жидкости в трубке 6 и сифоне 4 становится выше уровня свободной поверхности жидкости в мерной емкости 1. Расход Q_н дозируемой жидкости, поступающей по трубопроводу 2 в мерную емкость, постепенно уменьшается. При достижении давления Δ Р воздуха, находящегося в верхней части мерной емкости 1, сифон 4 включается в действие.

Величина дозы при режиме 3 будет меньше, чем при режиме 2.

Параметры дозирования и программа выдачи дозы могут быть существенно также изменены следующими способами:
путем изменения положения по вертикали трубки 6 относительно стенок отверстия в резиновой пробке 5, т.е. путем изменения величины;
за счет изменения степени открытия регулировочного устройства 3 ;
за счет изменения степени открытия воздушного крана 8;
за счет изменения положения уровня свободной поверхности жидкости в емкости 16.

Использование: деление жидкости на заданные переменные части. Сущность изобретения: в герметичную емкость 1 установлены воздушная трубка 6 и выходящий конец сифона 4. На крышке мерной емкости установлен двуплечий рычаг на опоре 11. Меняя по величине сменные грузы 14, 15, а также изменяя положение вертикального регулировочного винта 12, изменяют степень прижатия запорного органа 10, установленного на одном из плеч 9 рычага и размещенного над отверстием в крышке мерной емкости. Объем мерной емкости меняют подключением дополнительной емкости с помощью кранов 7, 20, 22. В зависимости от величины заданной дозы также изменяют положение трубки 6. При подаче жидкости через подводящий трубопровод 2 она заполняет мерную емкость и, если требуется, дополнительную емкость, воздух отводится через трубку 6 и в зависимости от регулировки запорного органа 10 через клапан. После заполнения горба сифона 4 доза сливается потребителю. 1 ил.

СИФОННЫЙ ДОЗАТОР, содержащий герметичную емкость, в которую пропущена воздушная трубка, нижний торец которой установлен выше торца всасывающего конца сифона, размещенного в мерной емкости, снабженной устройством для впуска воздуха, отличающийся тем, что, с целью регулирования дозы, программы выдачи доз и расширения диапазона дозирования, в него введены подключенный к мерной емкости подводящий трубопровод с регулировочным устройством и дополнительная емкость с верхним и двумя нижними патрубками, которые снабжены кранами, причем верхний патрубок подключен к верхней части мерной емкости, а нижние - соответственно к подводящему трубопроводу и нижней части мерной емкости, причем устройство для впуска воздуха выполнено в виде клапана и установленного на опоре на крышке мерной емкости двуплечего рычага со сменными грузами на его плечах и с вертикальным регулировочным винтом, установленным на одном его плече с возможностью контакта с крышкой мерной емкости, причем запорный орган клапана установлен на другом плече двуплечего рычага и размещен под отверстием, выполненным в крышке мерной емкости.