МЕМБРАННЫЙ НАСОС С ИМПУЛЬСНЫМ ПНЕВМОПРИВОДОМ Российский патент 1997 года по МПК F04B43/06 

Изобретение относится к насосостроению, а именно к мембранным пневмоприводным насосам, и может быть использовано для перекачивания либо перемешивания парогазовых сред, в том числе токсичных и агрессивных, при нормальной и повышенной температуре в лабораторных условиях.

Известен мембранный насос с импульсным пневмоприводом, выбранный в качестве прототипа, содержащий корпус и размещенные в нем две мембраны с жесткими центрами, соединенные через ось в мембранный блок и образующие две рабочие и две пневматические камеры, последние разделяются через золотниковый механизм, выполненный в виде полой цилиндрической втулки с перегородкой и радиальными каналами для подвода и сброса приводной среды и снабженный двумя пружинами и выступами для фиксации крайних положений. Золотниковый механизм данного насоса работает по принципу счетного триггера.

Недостатком известного насоса является недостаточная долговечность, т.к. золотниковый механизм, представляющий собой цилиндрическое отверстие в центре корпуса с вставленной в него цилиндрической втулкой, содержит элементы износа, работающие на истирание. Кроме того, для герметичного разделения пневматических камер центральное отверстие в корпусе известного насоса имеет полированную внутреннюю поверхность, а втулка золотника снабжается разрезными кольцами по типу поршневых механизмов. Такая конструкция золотникового механизма усложняет его изготовление и настройку, особенно при использовании насоса при повышенных температурах, когда необходимо учитывать тепловое расширение деталей золотника, и требует периодической замены разрезных колец.

Перед авторами ставилась задача упростить изготовление и настройку насоса и увеличить срок его работы.

Для решения поставленной задачи мембранный насос с импульсным пневмоприводом, содержащий корпус, размещенные в нем с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования насосных и приводных камер две мембраны, жесткие центры которых связаны между собой при помощи оси, распределительный золотник с каналами для подвода и сброса приводной среды, фиксирующими выступами и подпружиненный относительно мембран, импульсный привод, дополнительно снабжен двумя мембранами золотника, полой втулкой, питающим клапаном и двумя пружинами, подпружинивающими питающий клапан относительно мембран, а корпус насоса выполнен с отверстиями для сброса питающей среды и разделен на две части, связанные между собой через мембраны золотника и дополнительную полую втулку. Питающий клапан выполнен в центре полой втулки и размещен на оси, суммарная длина дополнительных пружин выбрана меньше длины оси на величину свободного перемещения этого клапана, выступы золотника выполнены с герметизирующими прокладками, а золотник выполнен в виде двух одинаковых полых цилиндрических втулок, связанных между собой через мембраны золотника и полую втулку.

Технический результат предлагаемого изобретения заключается в упрощении изготовления и настройки насоса, в частности золотникового механизма, и увеличении срока его работы. Технический результат обусловлен тем, что элементы износа золотника, работающие на истирание, заменяются на элементы износа, работающие на изгиб.

На фиг.1 представлена конструкция насоса, фиг.2 5 схемы, отражающие работу насоса.

Мембранный насос с импульсным приводом содержит импульсный привод 1, с двумя рабочими позициями (а и б) побудитель расхода, состоящий из корпуса, разделенного на две части 2, 3, связанные между собой через полую втулку 4, и двух крышек 5, 6. Крышки 5, 6 подсоединены к корпусам 2, 3 через мембраны 7, 8. Мембраны 7, 8 связаны через центральную ось 9 в мембранный блок, при этом образуются две рабочие 10, 11 и две пневматические 12, 13 камеры. Последние разделяются через центральный золотник 14, выполненный в виде двух одинаковых полых цилиндрических втулок 15, 16, связанных между собой через две мембраны 17, 18 и полую цилиндрическую втулку 19 с радиальными отверстиями для подвода приводной среды и размещенным в ее внутренней полости питающим клапаном 20, через который свободно проходит центральная ось 9. Снаружи золотник 14 имеет снабженные герметизирующими прокладками 21, 22 выступы 23, 24 для фиксации крайних положений, а внутри втулок 15, 16 имеются выступы 25, 26 для ограничения перемещения и герметизации питающего клапана 20. Мембраны 17, 18 закреплены между корпусами 2, 3 и втулкой 4. Таким образом, золотник оказывается свободно подвешенным на мембранах. Во внутреннюю полость втулки 4 через вход 27 подается приводная среды от импульсного привода 1. Между каждой мембраной 7, 8 и золотником 14 размещены по две пружины пружины 28, 29 упираются во втулки 15, 16, а пружины 30, 31 в питающий клапан 20. Суммарная длина всех пар пружин 28, 29 и 30, 31 меньше длины свободных перемещений золотника 14 и питающего клапана 20, при этом пружины 28, 29 сильнее пружин 30, 31. Корпуса 2, 3 имеют упоры 32, 33 для ограничения перемещения золотника 14 и отверстия 34, 35 для сброса приводной среды из пневмокамер 12, 13.

Клапанная коробка 36 подсоединена к рабочим камерам 10, 11 побудителя расхода и включает нагнетающий клапан 37, пару всасывающих клапанов 38, 39, входной штуцер 40 и выходной штуцер 40.

Мембранный насос с импульсным пневмоприводом работает следующим образом. Импульсный привод 1 поочередно соединяет с заданной периодичностью (любым известным способом) вход 27 побудителя расхода либо с магистралью приводной среды, находящейся под высоким давлением, либо с атмосферой. При этом насос работает по схеме счетного триггера с четырьмя характерными позициями, показанными на фиг.2 5.

В отсутствии импульсного пневмопитания мембранный блок, золотник 14 и его питающий клапан 20 находятся в нижнем положении (фиг.2). При этом верхняя пневмокамера 12 соединяется через питающий клапан 20 с выходом привода 1, а ее сообщение с атмосферой перекрыто выступом 23 и прокладкой 21, упирающимися в упор 32 корпуса 2. Нижняя пневмокамера 13 соединяется с атмосферой через отверстия 35 в корпусе 3, а ее сообщение с приводом 1 перекрыто клапаном 20.

При подаче с привода 1 импульса приводной среды (фиг.3) последняя поступает в верхнюю пневмокамеру 12 и перемещает мембранный блок вверх, при этом золотник 14 и клапан 20 дополнительно фиксируются в нижнем положении давлением приводной среды. По окончании перемещения мембранного блока нижние пружины 29 и 31 сжимаются.

При снятии с привода 1 импульса приводной среды (фиг.4) верхняя пневмокамера 12 соединяется с атмосферой через привод 1, давление в ней уменьшается, под действием сжатых нижних пружин 29 и 31 золотник 14 и клапан 20 перебрасываются в верхнее положение, золотник соединяет верхнюю пневмокамеру 12 с атмосферой через отверстия 34 в корпусе 2, а клапан 20 соединяет нижнюю пневмокамеру 13 с выходом привода 1, при этом сообщение нижней пневмокамеры 13 с атмосферой прерывается за счет прижатия выступа 24 с прокладкой 22 к упору 33 корпуса 3.

При повторной подаче с привода 1 импульса приводной среды (фиг.5) последняя поступает в нижнюю пневмокамеру 13 и перемещает мембранный блок вниз, при этом золотник 14 и клапан 20 дополнительно фиксируются в верхнем положении давлением приводной среды. По окончании перемещения мембранного блока верхние пружины 28 и 30 сжимаются.

При повторном снятии с привода 1 импульса приводной среды нижняя пневмокамера 13 соединяется с атмосферой через привод 1, давление в ней уменьшается, под действием сжатых верхних пружин 28 и 30 золотник 14 и клапан 20 перебрасываются в нижнее положение, дополнительно соединяя нижнюю пневмокамеру 13 с атмосферой через отверстия 35, при этом восстанавливается позиция, изображенная на фиг.2а.

Перемещение мембранного блока вверх и вниз вызывает процессы нагнетания и сжатия перекачиваемой среды в рабочих камерах 10 и 11. Пульсирующие потоки на выходах этих камер превращаются в однонаправленный поток с помощью клапанной коробки 36.

Экспериментальные исследования заявляемого пневматического мембранного насоса с импульсным пневмоприводом показали, что по сравнению с прототипом заявляемый насос существенно более прост в изготовлении и настройке, так как нет необходимости с высокой точностью и чистой обрабатывать рабочие поверхности золотника и учитывать тепловое расширение его деталей. Обеспечение длительной и надежной работы единственной детали насоса, работающей на истирание центрального питающего клапана не представляет трудностей, так как утечки приводной среды в зазор между осью и клапаном незначительны и не влияют на работу насоса.

Производительность насоса определяется произведением объема среды, перемещаемой за один цикл из рабочих камер, на частоту повторения циклов и не зависит от вязкости перекачиваемой среды и гидродинамического сопротивления выходных магистралей, что позволяет эффективно использовать его для перемешивания газопаровых и агрессивных сред при повышенных (до 180^oC) температурах в составе лабораторных каталитических реакторов проточно-циркуляционного типа.

Использование: для перекачивания либо перемешивания парогазовых сред, в том числе токсичных и агрессивных, при нормальной и повышенной температуре в лабораторных условиях. Сущность изобретения: насос содержит корпус, размещенные в нем с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования насосных и приводных камер две мембраны. Жесткие центры мембран связаны между собой при помощи оси. Распределительный золотник имеет каналы для подвода и сброса приводной среды, фиксирующие выступы подпружинены относительно мембран. Золотник имеет две дополнительные мембраны, полую втулку, питающий клапан и две пружины, подпружинивающие питающий клапан относительно мембран. Корпус насоса выполнен с отверстиями для сброса приводной среды и разделен на две части, связанные между собой через мембраны золотника и полую втулку. Питающий клапан насоса выполнен в центре полой втулки и размещен на оси. Суммарная длина дополнительных пружин выбрана меньше длины оси на величину свободного перемещения этого клапана. Выступы золотника выполнены с герметризующими прокладками. Золотник выполнен в виде двух одинаковых полых цилиндрических втулок, связанных между собой через мембраны золотника и полую втулку. 4 з.п. ф-лы, 5 ил.

1. Мембранный насос с импульсным пневмоприводом, содержащий корпус, размещенные в нем с возможностью возвратно-поступательного перемещения и образования насосных и приводных камер две мембраны, жесткие центры которых связаны между собой при помощи оси, распределительный золотник с каналами для подвода и сброса приводной среды, фиксирующими выступами и подпружиненный относительно мембран, импульсный привод, отличающийся тем, что он дополнительно снабжен двумя мембранами золотника, полой втулкой, питающим клапаном и двумя пружинами, подпружинивающими питающий клапан относительно мембран, а корпус насоса выполнен с отверстиями для сброса приводной среды и разделен на две части, связанные между собой через мембраны золотника и полую втулку. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что питающий клапан выполнен в центре полой втулки и размещен на оси. 3. Насос по п.1, отличающийся тем, что суммарная длина дополнительных пружин выбрана меньше длины оси на величину свободного перемещения этого клапана. 4. Насос по п. 1, отличающийся тем, что выступы золотника выполнены с герметизирующими прокладками. 5. Насос по п. 1, отличающийся тем, что золотник выполнен в виде двух одинаковых полых цилиндрических втулок, связанных между собой через мембраны золотника и полую втулку.