СИСТЕМА УПРАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТНЫМ ДИАФРАГМЕННЫМ НАСОСОМ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ЖИДКОСТНЫМ ДИАФРАГМЕННЫМ НАСОСОМ Российский патент 1997 года по МПК F04B43/06 

Изобретение относится к области гидромашиностроения и может быть использовано для поддержания постоянного потока жидкости в различных гидросистемах.

Известна система управления жидкостным диафрагменным насосом, содержащая диафрагменный насос с корпусом, разделенным диафрагмой на камеру накачивания и приводную камеру, в которой размещен измерительный шток, связанный с диафрагмой, а также источник приводной среды под давлением, сообщенный с приводной камерой, и датчик перемещения диафрагмы, известен также способ управления жидкостным диафрагменным насосом, включающий ход заполнения камеры накачивания и ход ее опорожнения при подаче приводной среды под заданным давлением в приводную камеру, а также формирование сигналов управления по перемещению [1]
Техническим недостатком данных системы и способа управления является недостаточная точность из-за наличия ручных операций.

Известна также система управления жидкостным диафрагменным насосом, содержащая диафрагменный насос с корпусом, разделенным диафрагмой на камеру накачивания и приводную камеру, в которой размещен измерительный шток, связанный с диафрагмой, а также источник приводной среды под давлением, сообщенный с приводной камерой через последовательно связанные управляемый питательный клапан и регулятор давления приводной среды, датчики верхнего и нижнего крайних положений штока и чувствительный элемент для регистрации перемещения диафрагмы между крайними положениями, соединенный с центральным блоком формирования сигналов управления, подключенный к питательному клапану, известен также способ управления жидкостным диафрагменным насосом, включающий ход заполнения камеры накачивания и ход ее опорожнения при подаче приводной среды под заданным давлением в приводную камеру с одновременным контролем крайних положений диафрагмы и формированием сигналов управления циклом работы насоса [2]
Техническими недостатками этих известных системы и способа являются также недостаточная точность и неполная автоматизация процесса управления.

Технической задачей изобретения является обеспечение высокой точности управления с одновременной полной автоматизацией всех операций в процессе управления.

Сущность изобретения заключается в том, что в системе управления жидкостным диафрагменным насосом, содержащей диафрагменный насос с корпусом, разделенным диафрагмой на камеру накачивания и приводную камеру, в которой размещен измерительный шток, связанный с диафрагмой, а также источник приводной среды под давлением, сообщенный с приводной камерой через последовательно связанные управляемый питательный клапан и регулятор давления приводной среды, датчики верхнего и нижнего крайних положений штока и чувствительный элемент для регистрации перемещения диафрагмы между крайними положениями, соединенный с центральным блоком формирования сигналов управления, подключенным к питательному клапану, центральный блок снабжен элементом вычисления фактического времени опорожнения камеры накачивания и элементом сравнения для формирования сигнала рассогласования фактического и заданного времени опорожнения, подключенным к регулятору давления приводной среды, элемент вычисления фактического времени опорожнения подключен через чувствительный элемент к датчикам крайних положений, центральный блок выполнен с возможностью запоминания заданного времени опорожнения и формирования сигнала на увеличение давления приводной среды при положительном сигнале рассогласования, центральный блок выполнен с возможностью запоминания заданного времени опорожнения и формирования сигнала на уменьшение давления приводной среды при отрицательном сигнале рассогласования, центральный блок снабжен программируемым реле времени для установления времени длительности полного цикла работы насоса, подключенным к входу управления питательного клапана, питательный клапан подключен входом управления к датчику нижнего крайнего положения штока.

В способе управления жидкостным диафрагменным насосом, включающем ход заполнения камеры накачивания и ход ее опорожнения при подаче приводной среды под заданным давлением в приводную камеру с одновременным контролем крайних положений диафрагмы и формированием сигналов управления циклом работы насоса, по результатам контроля крайних положений вычисляют фактическое время опорожнения камеры накачивания и сравнивают его с заданным временем опорожнения для формирования сигнала рассогласования, с помощью которого осуществляют управление давлением приводной среды, причем предварительно задают время длительности полного цикла работы насоса, а управление давлением приводной среды осуществляют после окончания заданного времени цикла.

В системе управления жидкостным диафрагменным насосом, содержащей диафрагменный насос с корпусом, разделенным диафрагмой на камеру накачивания и приводную камеру, сообщенную с источником приводной среды под давлением через последовательно связанные управляемый питательный клапан и регулятор давления приводной среды, чувствительный элемент для регистрации перемещения диафрагмы между крайними положениями, соединенный с центральным блоком формирования сигналов управления, подключенным к питательному клапану, центральный блок снабжен элементом вычисления фактического времени опорожнения камеры накачивания и элементом сравнения фактического и заданного времени опорожнения, подключенным к регулятору давления, а питательный клапан выполнен трехлинейным с возможностью соединения приводной камеры с атмосферой.

На чертеже изображена схема системы управления жидкостным диафрагменным насосом.

Система содержит диафрагменный насос 1 с корпусом 2 и гибкой диафрагмой 3, которая делит корпус 2 на камеру 4 накачивания и приводную камеру 5. Корпус 2 снабжен верхней крышкой 6 и нижней частью 7. Таким образом, камера 4 накачивания включает пространство между диафрагмой 3 и внутренней стенкой 8 нижней части 7, а приводная камера 5 включает пространство между диафрагмой 3 и внутренней стенкой 9 верхней крышки 6.

Камера 4 связана с транспортирующим жидкость трубопроводом 10, имеющим входное отверстие 11 и выходное отверстие 12. Входной обратный клапан 13, расположенный рядом с входным отверстием 11 и выходной обратный клапан 14, расположенный рядом с выходным отверстием 12, служат для регулирования потока жидкости через трубопровод 10 и обеспечивают соответствующее функционирование диафрагменного насоса 1.

Приводная камера 5 соединена трубопроводом 15 с управляемым питательным клапаном 16, который соединен трубопроводом 17 с регулятором 18 давления приводной среды. Регулятор 18 давления соединен трубопроводом 19 с воздушным фильтром 20 и источником 21 приводной среды под давлением (например, воздуха).

К диафрагме 3 прикреплен измерительный шток 22, который простирается через центральное отверстие 23 в крышке 6 насоса 1 и через приводную камеру 5. Питательный клапан 16 может быть выполнен трехлинейным с возможностью соединения камеры 5 с атмосферой.

Необходимо заметить, что внутри корпуса 2 насоса 1 расположена только небольшая часть измерительного штока 22, а основная его часть расположена снаружи корпуса 2.

К открытому концу измерительного штока 22 прикреплен чувствительный элемент для регистрации перемещения диафрагмы, выполненный в виде чувствительного элемента переключателя 24 сближения, который работает вместе с датчиком верхнего крайнего положения в виде верхнего переключателя 25 сближения и датчиком нижнего крайнего положения в виде нижнего переключателя 26 сближения для измерения времени опорожнения диафрагменного насоса 1 и передачи соответствующего сигнала к центральному блоку 27 формирования сигналов управления в виде центрального контролера. Электрический кабель 28 соединяет верхний переключатель 25 сближения с центральным блоком 27, а электрический кабель 29 соединяет нижний переключатель 26 сближения с центральным блоком 27 и через последний с клапаном 16.

Верхний переключатель 25 сближения указывает, когда диафрагма 3 находится в своем верхнем положении, а нижний переключатель 26 указывает, когда диафрагма 3 находится в своем нижнем положении. Центральный блок 27 соединен с соленоидом 30 питательного клапана 16 посредством электрического кабеля 31. Необходимо отметить, что, хотя указанные выше переключатели 24, 25, 26 сближения являются частью предпочтительного воплощения изобретения, они могли бы быть заменены фотоэлектрическими переключателями или любым другим соответствующим датчиком. Кроме того, чувствительный элемент переключателя 24 сближения может быть поршнем воздушного цилиндра, диском, прикрепленным к стержню, или любым другим подобным устройством.

Центральный блок 27 регулирует давление воздуха, проходящего через регулятор 18 давления. Центральный блок 27 соединен с соленоидом 32, выполненным с цифровым управлением электрическим кабелем 33, а соленоид 32 соединен с контрольным клапаном 34, который обеспечивает прохождение воздуха под давлением от входного клапанного элемента 35 к выходному клапанному элементу 36. Центральный блок 27 соединен также с реле 38 давления, которое предотвращает любое повышение давления путем подачи соответствующего сигнала по электрическому кабелю 39.

Для снижения давления в приводной камере 5 центральный блок 27 соединен электрическим кабелем 40 с соленоидом 41 с цифровым управлением для приведения в действие клапана 34 для обеспечения прохождения воздуха под давлением от выходного клапанного элемента 36 к атмосферному клапанному элементу 37.

Центральный блок 27 определяет необходимость повышения или понижения давления в приводной камере 5 путем вычисления элементом 42 вычисления фактического времени опорожнения камеры 4 накачивания диафрагменного насоса 1 для последующего сравнения фактического времени с заданным задатчиком (не изображен) временем опорожнения 43. Элемент 44 сравнения центрального блока 27 сравнивает время элемента 42 вычисления действительного времени опорожнения и заданное время опорожнения 43 для формирования сигнала рассогласования. Для установления времени длительности цикла работы насоса центральный блок 27 снабжен программируемым реле 45 времени, находящемся внутри центрального блока 27.

Система управления реализует способ управления жидкостным диафрагменным насосом следующим образом.

Перед началом работы насоса 1 в центральный блок 27 вводятся данные, касающиеся фактического времени цикла и заданного времени опорожнения насоса. Время цикла представляет собой время, необходимое для совершения полного цикла работы насоса, и регулируется в процессе работы насоса 1 программируемым реле времени. Время опорожнения это время, необходимое для перехода диафрагмы 3 из верхнего положения в нижнее положение.

Цикл насоса состоит из хода опорожнения и хода заполнения. Ход опорожнения начинается тогда, когда диафрагма 3 находится в своем верхнем положении, упираясь или находясь рядом с крышкой 6 насоса. В этом месте жидкая среда, которая должна перекачиваться, находится в камере 4 накачивания и воздух под давлением окружающей атмосферы находится в камере 5. Ход опорожнения начинается при открывании питательного клапана 16, когда обеспечивается возможность прохождения в камеру 5 воздуха под давлением, который толкает диафрагму 3 вниз, тем самым вытесняя жидкую среду, содержащуюся в камере 4 накачивания, в трубопровод 10. Из-за того что обратный клапан 13 не будет давать возможность жидкой среде проходить через входное отверстие 11, жидкая среда вынуждена проходить через выходной обратный клапан 14. При завершении хода опорожнения питательный клапан 16 закрывается, обеспечивая возможность удаления сжатого воздуха из приводной камеры 5 и снижения его давления до атмосферного. Поскольку питательный клапан 16 является трехлинейным, он закрыт в невозбужденном состоянии. В открытом положении обеспечивается возможность прохождения воздуха из трубопровода 17 в трубопровод 15. В закрытом положении обеспечивается возможность прохождения воздуха из трубопровода 15 в атмосферу. Ход заполнения диафрагменного насоса 1 начинается с возвращения диафрагмы 3 в верхнее положение. В этот момент времени движение диафрагмы 3 приводит к всасыванию жидкой среды через входной обратный клапан 13 в камеру 4 накачивания. Как только диафрагма 3 достигает или приближается к своему верхнему положению рядом с крышкой 6 и заполняется камера 4 накачивания, ход заполнения завершается и диафрагменный насос 1 готов начать следующий цикл. Однако следующий ход опорожнения не будет начинаться до тех пор, пока реле 45 времени центрального блока 27 не укажет, что заданное время цикла достигнуто. Необходимо заметить, что возвращение диафрагмы 3 в верхнее положение может облегчиться или с помощью сжатой пружины, или с помощью воздушного цилиндра. Однако в некоторых применениях необязательно наличие каких-либо вспомогательных устройств.

В начале цикла работы насоса 1 запускается реле 45 времени и начинается опорожнение насоса, соленоид 30 приводится в действие центральным блоком 27 и открывается питательный клапан 16. Программируемое реле 45 времени запускается, когда верхний переключатель 25 сближения ощущает, что чувствительный элемент 24 находится в верхнем положении. Движение чувствительного элемента 24 является индикатором движения диафрагмы 3, так как чувствительный элемент и диафрагма соединены измерительным штоком 22.

Открытие питательного клапана 16 дает возможность вхождения жидкой среды под давлением в приводную камеру 5 и осуществления хода диафрагмы 3 вниз. Питательный клапан 16 остается открытым до тех пор, пока диафрагма 3 не достигнет своего нижнего положения, при достижении которого чувствительный элемент 24 приводит в действие нижний переключатель 26 сближения и к центральному блоку 27 посылается сигнал для снятия возбуждения с соленоида 30 и закрывания питательного клапана 16. Если диафрагма 3 не достигает своего нижнего положения по истечении фиксированного промежутка времени, блок 27 снимает возбуждение с соленоида 30, который закрывает питательный клапан 16.

В этот момент времени блок 27 определяет время, необходимое для перемещения чувствительного элемента 24 между верхним переключателем сближения 25 и нижним переключателем сближения 26. Это время является фактическим временем опорожнения диафрагменного насоса 1 и центральный блок 27 сравнивает его с заданным временем опорожнения, которое ранее было введено в блок 27.

Если фактическое время опорожнения больше заданного времени опорожнения, то есть сигнал рассогласования положительный, величина установочного давления на регуляторе давления 18 должна быть увеличена и блок 27 посылает сигнал на соленоид с цифровым управлением 32 для увеличения сигнала давления, подаваемого к регулятору 18 давления. Наоборот, если фактическое время опорожнения меньше заданного времени опорожнения, то есть сигнал рассогласования отрицательный, блок 27 посылает сигнал на соленоид 41 с цифровым управлением для уменьшения сигнала давления, подаваемого к регулятору 18 давления.

После закрытия питательного клапана 16 начинается ход заполнения. После завершения хода заполнения диафрагма 3 будет оставаться в исходном положении до тех пор, пока программируемое реле 45 времени не достигнет ранее введенного заданного времени цикла. При достижении заданного времени цикла будет повторяться цикл насоса.

Необходимо заметить, что на блок 27 может подаваться внешний сигнал для прекращения работы насоса в любое время. Кроме того, реле 38 давления может использоваться для остановки насоса в случае достижения слишком высокого уровня давления.

Использование: для использования постоянного потока жидкости в различных гидросистемах. Сущность изобретения: корпус насоса разделен диафрагмой на камеру накачивания и приводную камеру, в которой размещен измерительный шток, связанный с диафрагмой. Источник приводной среды сообщен с приводной камерой через последовательно связанные управляемый питательный клапан и регулятор давления. Датчики верхнего и нижнего крайних положений штока и чувствительный элемент для регистрации перемещения диафрагмы соединены с центральным блоком формирования сигналов управления, подключенным к питательному клапану. Центральный блок снабжен элементом вычисления фактического времени опорожнения камеры накачивания и элементом сравнения для формирования сигнала рассогласования фактического и заданного времени опорожнения, а также программируемым реле времени для установления времени длительности полного цикла работы насоса. Управление давлением приводной среды осуществляют после окончания заданного времени цикла. Питательный клапан выполнен трехлинейным с возможностью соединения приводной камеры с атмосферой. 3 с. и 6 з.п. ф-лы, 1 ил.

1. Система управления жидкостным диафрагменным насосом, содержащая диафрагменный насос с корпусом, разделенным диафрагмой на камеру накачивания и приводную камеру, в которой размещен измерительный шток, связанный с диафрагмой, а также источник приводной среды под давлением, сообщенный с приводной камерой через последовательно связанные управляемый питательный клапан и регулятор давления приводной среды, датчики верхнего и нижнего крайних положений штока и чувствительный элемент для регистрации перемещения диафрагмы между крайними положениями, соединенный с центральным блоком формирования сигналов управления, подключенным к питательному клапану, отличающаяся тем, что центральный блок снабжен элементом вычисления фактического времени опорожнения камеры накачивания и элементом сравнения для формирования сигнала рассогласования фактического и заданного времени опорожнения, подключенным к регулятору давления приводной среды. 2. Система по п.1, отличающаяся тем, что элемент вычисления фактического времени опорожнения подключен через чувствительный элемент к датчикам крайних положений. 3. Система по п.1, отличающаяся тем, что центральный блок выполнен с возможностью запоминания заданного времени опорожнения и формирования сигнала на увеличение давления приводной среды при положительном сигнале рассогласования. 4. Система по п. 1, отличающаяся тем, что центральный блок выполнен с возможностью запоминания заданного времени опорожнения и формирования сигнала на уменьшение давления приводной среды при отрицательном сигнале рассогласования. 5. Система по п. 1, отличающаяся тем, что центральный блок снабжен программируемым реле времени для установления времени длительности полного цикла работы насоса, подключенным к входу управления питательного клапана. 6. Система по п.1, отличающаяся тем, что питательный клапан подключен входом управления к датчику нижнего крайнего положения штока. 7. Способ управления жидкостным диафрагменным насосом, включающий ход заполнения камеры накачивания и ход ее опорожнения при подаче приводной среды под заданным давлением в приводную камеру с одновременным контролем крайних положений диафрагмы и формированием сигналов управления циклом работы насоса, отличающийся тем, что по результатам контроля крайних положений вычисляют фактическое время опорожнения камеры накачивания и сравнивают с заданным временем опорожнения для формирования сигнала рассогласования, с помощью которого осуществляют управление давлением приводной среды. 8. Способ по п.7, отличающийся тем, что предварительно задают время длительности полного цикла работы насоса, а управление давлением приводной среды осуществляют после окончания указанного времени цикла. 9. Система управления жидкостным диафрагменным насосом, содержащая диафрагменный насос с корпусом, разделенным диафрагмой на камеру накачивания и приводную камеру, сообщенную с источником приводной среды под давлением через последовательно связанные управляемый питательный клапан и регулятор давления приводной среды, и чувствительный элемент для регистрации перемещения диафрагмы между крайними положениями, соединенный с центральным блоком формирования сигналов управления, подключенным к питательному клапану, отличающаяся тем, что центральный блок снабжен элементом вычисления фактического времени опорожнения камеры накачивания и элементом сравнения фактического и заданного времени опорожнения, подключенным к регулятору давления, а питательный клапан выполнен трехлинейным с возможностью соединения приводной камеры с атмосферой.