САМОТЕЧНЫЙ ДОЗАТОР ЖИДКОСТИ Российский патент 1995 года по МПК G01F11/00 

Изобретение относится к устройствам для дозированного ввода жидкостей в различные среды и найдет применение во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства.

Известны устройства для дозирования жидкостей, содержащие емкость для дозируемой жидкости и дозирующий плунжерный насос, приводимый в действие электродвигателем (см. например, книгу Ибрагимова Г.З. и Хисамутдинова Н. И. Справочное пособие по применению химических реагентов в добыче нефти. М. Недра, 1983, с. 31-32).

Недостатком этих устройств является необходимость источника внешней энергии.

Известен дозатор реагента, содержащий трубчатый контейнер с реагентом с отверстиями для входа среды, в которую дозируется реагент, и выхода реагента в среду, и поршень, размещенный в контейнере над отверстием для выхода реагента. Поршень под действием собственного веса давит на реагент, находящийся под ним, и вытесняет его в среду (а.с. СССР N 1364700).

Недостатком этого устройства является низкая точность и неравномерность дозирования, обусловленные тем, что перепад давления на выходном отверстии контейнера зависит не только от веса поршня, но и от высоты столбов реагента и среды, находящейся над поршнем, которые с течением времени изменяются, приводя к увеличению или уменьшению указанного перепада в зависимости от соотношения плотностей реагента и среды.

Известен самотечный дозатор реагента, содержащий трубчатый контейнер, заполненный реагентом, плотность которого меньше плотности среды, выходное калиброванное сопло, размещенное в верхней части контейнера, и входной патрубок, сообщающий среду с нижней частью контейнера. Среда за счет разности плотностей поступает через входной патрубок в низ контейнера и вытесняет реагент. Расход реагента определяется размерами сопла и перепадом давления, зависящим от уровня поверхности раздела между средой и реагентом в контейнере.

Недостатком дозатора является неравномерность подачи реагента в среду вследствие того, что в процессе работы уровень раздела двух сред в контейнере повышается, что ведет к снижению перепада давления на сопло.

Наиболее близким по технической сущности к предлагаемому является самотечный дозатор реагента, содержащий трубчатую емкость для реагента, выпускной патрубок с калиброванной диафрагмой и впускной патрубок с гидрозатвором, исключающим выход реагента через впускной патрубок. Выходное отверстие выпускного патрубка находится выше выходного отверстия впускного патрубка, что обуславливает постоянный перепад давления на диафрагме и равномерную во времени подачу реагента в окружающую среду, плотность которого ниже плотности среды, пока уровень раздела сред в емкости не дойдет до впускного патрубка (см. Дозатор реагента погружной. Техническое описание и инструкция по эксплуатации. 5600-000ТО. ТатНИПИнефть, 1980).

Недостатком этого дозатора является невозможность его использования при дозировании смешивающихся со средой жидкостей. Это обусловлено тем, что поступающая в емкость дозатора среда смешивается (растворяется) с реагентом в верхней части емкости, что изменяет плотность реагента. Непрерывное изменение во времени плотности дозируемой жидкости ведет к изменению перепада давления на диафрагме и, следовательно, расхода подаваемого реагента. Кроме того, смешивание реагента со средой ведет к непрерывному снижению концентрации реагента в верхней части емкости, что также снижает подачу чистого реагента. Более того, при смешивании двух жидкостей меняется вязкость реагента, особенно в случае образования дисперсной системы (например, эмульсии), что также приводит к неравномерности подачи реагента.

Цель изобретения обеспечение работоспособности дозатора независимо от смешиваемости реагента со средой, в которую он дозируется.

Эта цель достигается тем, что в самотечном дозаторе жидкости, содержащем емкость для дозируемой жидкости, впускной и выпускной патрубки, сообщающие емкость со средой, в которую дозируется жидкость, причем выходные концы патрубков смещены по вертикали, а один из патрубков выполнен с насадкой с калиброванным отверстием, новым является то, что выходной конец впускного патрубка соединен с зоной скопления поступающей в емкость среды пленочным рукавом.

Пленочный рукав (эквивалент эластичная трубка) препятствует не только смешиванию дозируемой жидкости со средой (такую роль играет жесткая труба в третьем из описанных выше аналогов), но и образованию в нем переменного по высоте непрерывного столба поступающей в емкость среды, влияющего на расход дозируемой жидкости, поскольку пленочный рукав под действием внешнего сминающего давления, образующегося за счет разности плотностей среды и дозируемой жидкости, плотно сминается, а поступающая среда движется по такому рукаву отдельными порциями аналогично свободному всплыванию или осаждению несмешивающейся со средой жидкости. Это доказано гидравлическими расчетами и экспериментами. Кроме того, пленочный рукав выполняет функцию гидрозатвора, имеющегося в прототипе. С этой точки зрения предложенное решение может быть квалифицировано как неочевидное.

На чертеже изображен дозатор, вертикальный разрез, для подачи жидкости, плотность которой ниже плотности среды, в которую дозируется жидкость.

В среде 1 с удельным весом γ_с вертикально размещен дозатор, состоящий из емкости 2 для дозируемой жидкости 3 с удельным весом γ_ж, впускного патрубка 4 длиной l с калиброванным отверстием диаметром d₀, впускного патрубка 5, диаметр которого d₁ не менее чем в 2 раза превышает d₀, соединенного с нижней частью емкости 2 пленочным (напр. из полимерного материала) рукавом 6. Впускной 4 и выпускной 4 патрубки установлены в верхнем торце емкости 2 таким образом, что выходные их концы смещены по вертикали на величину h.

Дозатор работает следующим образом.

Среда 1 через впускной патрубок 5 за счет большего удельного веса в виде отдельных порций (капель) поступает в нижнюю часть емкости 2, раздвигая стенки пленочного рукава 6, и вытесняет соответствующий объем дозируемой жидкости 3 через патрубок 4 в среду 1. Причем поступающая среда 1 не может образовать в рукаве 6 непрерывный столб, так как в противном случае внешнее давление превысит внутреннее давление среды в рукаве, что невозможно. Рукав не может также полностью запереться, поскольку в этом случае давление более тяжелой среды у нижнего отверстия патрубка 5 превысит давление жидкости в емкости на этом же уровне, поэтому стенки рукава начнут раздвигаться, пропуская порцию среды. Таким образом, крайние состояния рукава (в форме заполненной средой трубки и полностью смятой форме невозможны, поэтому возможно промежуточное состояние, когда рукав открывается периодически для пропуска изолированных порций среды.

Расчеты показали, что расход дозируемой жидкости можно определить по формуле (при d₁ ≥ 2d₀):
Q где g ускорение свободного падения;
ν кинематическая вязкость дозируемой жидкости; остальные обозначения приведены выше.

Предложенный дозатор может работать и при противоположном соотношении плотностей среды и дозируемой жидкости, т.е. при γ_с < γ_ж. В этом случае дозатор размещают в среде в перевернутом на 180^о виде. Формула для расчета расхода будет отличаться от вышеприведенной лишь знаком.

Использование предложенного самотечного дозатора в хозяйстве обеспечит возможность равномерного дозирования жидкостей в различные среды независимо от их смешиваемости друг с другом без применения источников внешней энергии. В частности, предложенный дозатор может использоваться в нефтяной промышленности для подачи в скважины (на устье или забое), нефтепроводы и водоводы различных химреагентов (ингибиторов коррозии, солеотложения и парафинизации, бактерицидов, деэмульгаторов и др.), многие из которых растворяются или диспергируют в водной или нефтяной фазах.

Использование: устройства для дозированного ввода жидкости в различные среды и может найти применение во многих отраслях промышленности и сельского хозяйства. Сущность изобретения: самотечный дозатор жидкости позволяет равномерно дозировать жидкости в жидкие и газообразные среды независимо от взаимной смешиваемости дозирующей жидкости и среды. Дозатор состоит из замкнутой емкости, заполненной дозируемой жидкостью, впускного и выпускного патрубков, сообщающих емкость со средой, причем выходные концы патрубков смещены по вертикали, один из патрубков выполнен с насадкой с калиброванным отверстием, а выходной конец впускного патрубка соединен с зоной скопления поступающей в емкость среды пленочным рукавом. Дозатор работает при любом соотношении плотностей дозирующей жидкости и среды. Приводится формула для расчета производительности дозатора. 1 ил.

САМОТЕЧНЫЙ ДОЗАТОР ЖИДКОСТИ, содержащий емкость для дозируемой жидкости, впускной и выпускной патрубки для сообщения емкости со средой с дозируемой жидкостью, причем выходные концы патрубков смещены по вертикали, в один из патрубков выполнен с насадкой с калиброванным отверстием, отличающийся тем, что он снабжен пленочным рукавом для соединения выходного конца впускного патрубка с зоной скопления поступающей в емкость среды.