ДОЗАТОР ЖИДКОСТИ Российский патент 1995 года по МПК G01F11/20 

Изобретение относится к устройствам для непрерывного дозирования жидкости и может быть применено во всех отраслях промышленности, особенно в химической, при работе с агрессивными жидкими веществами.

Известно устройство для объемного дозирования жидкости [1], содержащее резервуар со сливной трубой внутри, на которой телескопически установлен дозирующий сосуд, перемещаемый по высоте.

Указанное устройство в конструктивном исполнении требует применения уплотняющих элементов (манжет, колец и т.п.), что не всегда возможно, например, при работе с агрессивными жидкими веществами. Кроме того, износ уплотняющих элементов на стыке сливной трубы и дозирующего сосуда не обеспечивает условие дозирования жидкости по величине и, следовательно, такое устройство ненадежно в работе.

В другом известном устройстве [2], содержащем шарнирно закрепленную над резервуаром для жидкости дозирующую трубу с закрытым концом и вырезом в трубе, в связи с чем это устройство является чисто теоретическим и не может иметь широкого практического применения в случае необходимости высокой точности дозирования при различных уровнях жидкости в резервуаре. Объясняется это тем, что дозирование жидкости в момент ее истечения не может происходить вдоль только одной линии тока (линия в проекции дает точку, по положению совпадающую с вершиной), а необходима совокупность таких линий тока, которые совместно образуют реально влияющую на точность дозирования поверхность истечения. Проекцией этой поверхности истечения может быть только линия (прямая, кривая) и не может быть точка. Кроме того, процесс дозирования во времени практически мгновенен, в связи с чем возможны случаи заброса или недобора жидкости, например, по причине колебания жидкости в резервуаре.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому техническому решению является устройство [3] для дозирования жидкости или сыпучих материалов, содержащее резервуар с жидкостью по ограниченным уровням, элемент дозирования, переноса и слива дозы в виде единой сборки полой опоры вращения и цилиндрического ковшеобразного тела, на боковых стенках которого выполнены отверстия дозирования, ограничивающие минимальный уровень жидкости в резервуаре, а отверстие слива расположено с возможностью соприкосновения своим краем с внутренней цилиндрической поверхностью ковшеобразного тела и свободного перетекания дозы.

Но устройство [3] именно из-за приведенной совокупности элементов дозирования, переноса и слива обладает следующими недостатками.

Дозирующие ковши, неподвижно закрепленные на неопределенном расстоянии от оси вращения фланца, совершают круговое движение, в связи с чем для слива дозы используется трубопровод с изгибом. Удлинение пути слива и изгиб приводят к дополнительным гидравлическим потерям и, следовательно, различным образом могут влиять на точность дозирования.

При вращении ковшей, а вместе с ними и трубопроводов, наклон трубопровода изменяется, в связи с чем изменяется режим течения жидкости как в самом трубопроводе, так и на его конце, причем на конце трубопровода (в месте истечения дозы) наблюдается изменение потока жидкости как в количественном выражении, так и изменение по направлению. Указанный факт не позволяет использовать в качестве приемной емкости дозы сосуды с узким входным отверстием (например, бутылки) или требует соответствующего усложнения конструкции дозатора для улавливания сливаемой дозы.

Изменение режима течения жидкости в трубопроводе связано с изменением скорости течения (возможно и ламинарное и турбулентное течение), а поэтому изменяется величина гидравлических потерь, которая обуславливает зависимость дозирования от случайных явлений.

Жидкость в трубопроводе постоянно находится в очень сложном движении по внутренней цилиндрической поверхности, качество обработки которой практически всегда низкое (трубопроводы используются в состоянии поставки, механически почти не обрабатываются из-за большой длины и малого диаметра) и даже различной для двух трубопроводов, тем более для трубопроводов со сварным швом. Поэтому теоретически невозможно предсказать на момент окончания слива, какие капли жидкости от дозы и когда могут быть задержаны на этой поверхности или могут сорваться в приемную емкость. Результатом этого анализа является факт, что точность дозирования подвержена случайным явлениям.

В дозаторе [3] максимальный уровень жидкости конструктивно связан только с резервуаром, а не с элементом дозирования, переноса и слива жидкости. В таком случае возможно конструктивное исполнение дозатора, когда сливное отверстие может оказаться ниже уровня жидкости и, как следствие, дозатор не будет выполнять свои функции.

При большом количестве дозирующих ковшей на вращающемся фланце становится невозможным остановить дозатор в таком положении, чтобы все объемы дозирующих ковшей были свободными от жидкости (за исключением случая, когда на фланце находится только один дозирующий ковш). Это обстоятельство усложняет и требует определенных регламентных работ при замене жидкости в резервуаре, при окончании или при возобновлении работы с дозатором, а также может быть опасным моментом в работе с агрессивными жидкими веществами или неблагоприятным для некоторых жидких веществ в течение времени открытого хранения (например, расплавленные вещества могут полностью или частично закристаллизоваться).

С другой стороны, значительное количество дозирующих ковшей на вращающемся фланце без учета конкретных параметров производительности может привести к тому, что дозатор [3] станет промытым счетчиком доз, т.е. возможен вариант конструктивного исполнения, когда предыдущая доза еще не слита и уже начинает сливаться последующая.

Цель изобретения - повышение точности дозирования при различных уровнях жидкости в резервуаре.

Цель достигается тем, что в дозаторе жидкости, содержащем резервуар с жидкостью по ограниченным уровням, элемент дозирования, переноса и слива дозы в виде единой сборки полой опоры вращения и цилиндрического ковшеобразного тела, на боковых стенках которого выполнены отверстия, ограничивающие минимальный уровень жидкости в резервуаре, а отверстие слива расположено с возможностью соприкосновения своим краем с внутренней цилиндрической поверхностью ковше- образного тела и свободного перетекания дозы, ось отверстия слива расположена по оси наружной и внутренней цилиндрических поверхностей полой опоры вращения, установленной относительно резервуара с возможностью ограничения максимального уровня жидкости в резервуаре наружной цилиндрической поверхностью опоры вращения и перетекания дозы по внутренней цилиндрической поверхности вдоль полой опоры вращения.

Единая сборка элемента дозирования, переноса и слива дозы очевидно не требует применения уплотняющих средств, что особенно важно при работе с агрессивной жидкостью, тем более в случае изготовления этого элемента из стекла.

Отверстия дозирования, которые выполнены концентрически цилиндрической части ковшеобразного тела и конструктивно (по положению) не совпадают с внутренним диаметром полой опоры вращения, обеспечивают условия для дозирования при разных уровнях жидкости в резервуаре с учетом: возможный минимальный уровень ограничен положением отверстия дозирования в самой крайней нижней точке и связан с возможностью заполнения ковшеобразного тела необходимой дозой по величине; максимальный уровень ограничен положением наружной цилиндрической поверхности опоры вращения и является предельным, кратковременным состоянием жидкости из-за возможности просачивания ее из резервуара вдоль опоры вращения, что с точки зрения техники безопасности не всегда возможно, а с точки зрения экономики нецелесообразно. Таким образом, положения предельных уровней жидкости в резервуаре конструктивно связаны с основным рабочим органом предлагаемого устройства. При этом следует отметить, что процесс дозирования протекает независимо от конкретного уровня жидкости в резервуаре и по времени более длителен в сравнении с дозатором [2], так как включает время выхода заходной части ковшеобразного тела на поверхность жидкости и время переноса дозы вплоть до момента начала ее слива. Указанные факты исключают влияние окружающей среды на процесс дозирования, обеспечивая тем самым повышение точности дозирования и, в совокупности, повышение надежности в работе.

Возможность предлагаемого устройства работать при уровнях жидкости определенного интервала позволяет исключить технологический процесс непрерывной прокачки жидкости через резервуар, получая экономию материальных и энергетических средств, равных организации системы отвода жидкости и привода соответственно. Для нормальной работы предлагаемого устройства необходимо поддерживать лишь уровень жидкости в интервале между положением минимального и максимального уровней, для чего совершенно не нужна непрерывность в работе наноса подачи жидкости в резервуар.

Сопоставительный анализ с прототипом показывает, что предлагаемое устройство дозатора жидкости отличается тем, что ось отверстия слива расположена по оси наружной и внутренней цилиндрических поверхностей полой опоры вращения, установленной относительно резервуара с возможностью ограничения максимального уровня жидкости в резервуаре наружной цилиндрической поверхностью опоры вращения и перетекания дозы по внутренней цилиндрической поверхности вдоль полой опоры вращения.

В предложенном автором устройстве жидкость перетекает вдоль внутренней цилиндрической поверхности полой опоры вращения, при этом при наличии подпора жидкость сливается всегда в нижней части этой поверхности (предлагая, что дозатор и, следовательно, опора вращения расположены горизонтально) и практически в одном режиме; при отсутствии подпора остаток дозы перетекает по кругу, предварительно смачивая внутреннюю поверхность опоры вращения, т. е. автоматически подготавливается поверхность к приему следующей дозы. Как правило, внутренняя цилиндрическая поверхность, хорошо обработанная, небольшой длины и прямолинейная, в силу чего гидравлические потери на ней минимальные и легко учитываемые. Таким образом, заявляемое техническое решение соответствует критерию изобретения "Новизна". Сравнение заявляемого решения не только с прототипом, но и с другими техническими решениями в другой области техники позволило сделать заключение, что в известных в науке и технике технических решениях указанной совокупности признаков и их функциональных связей не обнаружено. Следовательно, можно сделать вывод о соответствии заявляемого решения критериям изобретения "Существенные отличия".

На фиг. 1 изображен дозатор жидкости; на фиг.2 - сечение А-А на фиг.1; на фиг.3 изображен дозатор жидкости в момент начала слива дозы.

Дозатор жидкости содержит резервуар 1 с жидкостью 2 по ограниченным уровням 12 и 14, элемент дозирования, переноса и слива дозы в виде единой сборки полой опоры 4 вращения и цилиндрического ковшеобразного тела 3, на боковых стенках 10 которого выполнены отверстия 11 дозирования, ограничивающие минимальный уровень 12 жидкости 2 в резервуаре 1, отверстие слива расположено с возможностью соприкосновения своим краем 8 с внутренней цилиндрической поверхностью 9 ковшеобразного тела 3 и свободного перетекания дозы 6 (см. фиг.3), ось 18 отверстия слива 8 расположена по оси наружной 13 и внутренней 19 цилиндрических поверхностей полой опоры 4 вращения, установленной относительно резервуара 1 с возможностью ограничения максимального уровня 14 жидкости 2 в резервуаре 1 наружной цилиндрической поверхностью 13 опоры 4 вращения и перетекания дозы 6 (см. фиг.3) по внутренней цилиндрической поверхности 19 вдоль полой опоры вращения 4.

Отражательные кольца 15 защищают концы опор вращения 4 и 5 от жидкости 2, стекающей в резервуар 1 со стенок 10 и обечайки 16, с целью исключения просачивания жидкости 2 вдоль опор вращения 4 и 5. Заходная часть 17 цилиндрического ковшеобразного тела 3 выполнена в виде "носика" с целью забора избытка жидкости в объем 7 цилиндрического ковшеобразного тела 3, что особенно необходимо при минимальном уровне 12 жидкости 2 в резервуаре 1.

Устройство работает следующим образом.

При вращении цилиндрического ковшеобразного тела 3 относительно опор 4 и 5 в момент погружения заходной части 17 его объем 7 начинает заполнять жидкость 2 из резервуара 1. В момент расположения отверстий 11 дозирования в крайней нижней точке объем 7 полностью заполнен жидкостью 2 из резервуара 1. При выходе заходной части 17 цилиндрического ковшеобразного тела 3 за пределы уровня жидкости 2 начинается процесс дозирования (избыток жидкости вытекает через отверстие 11 дозирования), который продолжается до момента, когда в объеме 7 цилиндрического ковшеобразного тела 3 останется только доза, уровень которой касается тела отверстия 11 дозирования. С этого момента при последующем вращении цилиндрического ковшеобразного тела 3 осуществляется процесс переноса дозы, уровень которой продолжает касаться края отверстия 11 дозирования. С момента, когда уровень переносимой дозы коснется края отверстия 8 слива, начинается процесс слива дозы, который длится до полного вытекания жидкости из объема 7 цилиндрического ковшеобразного тела 3, не исключая при этом нового погружения заходной части 17 в жидкость 2.

Особый интерес вызывает предлагаемое устройство в химической промышленности при работе с агрессивной жидкостью. Единая сборка элемента дозирования, переноса и слива дозы в виде цельной конструкции цилиндрического ковшеобразного тела с полой опорой вращения из химически стойких материалов (например, даже из стекла) вполне осуществима и позволяет повысить надежность технологического процесса дозирования.

С учетом того, что нет необходимости поддерживать стабильный уровень жидкости в резервуаре с помощью насоса подачи жидкости, а также с учетом существования значительного перечня дозируемых жидкостей, номенклатуры насосов разной мощности и предприятий по переработке жидкостей, можно ориентировочно подсчитать экономию от сокращения энергетических затрат, а также от снижения материальных затрат и от повышения надежности предлагаемого дозатора жидкости в работе.

Использование: изобретение относится к производственным средствам дозирования жидкости и может быть использованно во всех отраслях промышленности. Цельность конструкции элементов дозирования, переноса и слива дозы с учетом работы этих элементов при разных конструктивно ограниченных уровнях жидкости в резервуаре позволяет повысить точность дозирования и надежность в работе, а также сократить материальные и энергетические затраты. Возможность применения химически стойких материалов при изготовлении основного рабочего органа дозатора (цилиндрического ковшеобразного тела с полой опорой вращения) позволяет использовать дозатор в работе с химическими агрессивными жидкими веществами. Сущность изобретения: в цилиндрической части ковшеобразного тела во время его вращения уровень жидкости относительно концентричного отверстия дозирования не изменяется, при этом край отверстия является предельным для положения уровня дозы, так как избыток жидкости вытекает через это отверстие. 3 ил.

ДОЗАТОР ЖИДКОСТИ, содержащий резервуар с жидкостью по ограниченным уровням, элемент дозирования, переноса и слива дозы в виде единой сборки полой опоры вращения и цилиндрического ковшеобразного тела, на боковых стенках которого выполнены отверстия дозирования, ограничивающие минимальный уровень жидкости в резервуаре, а отверстие слива расположено с возможностью соприкосновения своим краем с внутренней цилиндрической поверхностью ковшеобразного тела и свободного перетекания дозы, отличающийся тем, что, с целью повышения точности дозирования при различных уровнях жидкостей в резервуаре, ось отверстия слива расположена по оси наружной и внутренней цилиндрических поверхностей полой опоры вращения, установленной относительно резервуара с возможностью ограничения максимального уровня жидкости в резервуаре наружной цилиндрической поверхностью опоры вращения и перетекания дозы по внутренней цилиндрической поверхности вдоль полой опоры вращения.