НАСОС ПЕРИСТАЛЬТИЧЕСКИЙ Российский патент 1999 года по МПК F04B43/12 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в химической, пищевой, медицинской и других отраслях науки и техники в качестве побудителя расхода различных (в том числе агрессивных и стерильных) сред с высокой степенью надежности и точности дозирования.

Известны насосы традиционной схемы, состоящие из цилиндрического корпуса, внутри которого размещена эластичная трубка (шланг) и ротор с одним или более роликами. При вращении ротора ролики, пережимая шланг, отсекают последовательно порции перекачиваемой среды от всасывающего патрубка и перемещают ее на выход. Недостатками подобных насосов являются большие габариты, масса, относительная сложность конструкции и низкая надежность из-за быстрого износа эластичного материала.

Известны перистальтические насосы, в которых вращающиеся пережимные ролики заменены рядом толкателей, поступательно перемещающихся перпендикулярно шлангу и приводимыми в действие электромоторным приводом с эксцентриковым валом (1). Несмотря на увеличение ресурса работы шланга и снижение массогабаритных характеристик, подобное решение еще более усложняет конструкцию насоса и не увеличивает его надежность по причине повышенного износа толкателей и эксцентриков, а также наличия электромоторного привода с редуктором.

Известен также перистальтический насос, содержащий эластичный шланг и подвижные пережимные элементы, установленные по длине шланга, и их приводы, а также систему управления приводами пережимных элементов (2). Данное устройство наиболее близко к заявляемому и является прототипом.

Обладая высокой надежностью, относительной простотой, удобством управления и регулирования расхода в широких пределах, указанный насос имеет и ряд недостатков. Наличие гибких соединительных связок подвижных элементов друг с другом усложняет конструкцию насоса и увеличивает его габариты. Кроме этого, серьезной проблемой насосов подобного типа является повышенная пульсация расхода, обусловленная дискретным принципом его работы. Снижение пульсаций может быть достигнуто увеличением числа подвижных элементов, однако, с одной стороны это еще более усложняет конструкцию устройства, а с другой - ограничено разумными габаритами насоса. Положительный эффект может быть также достигнут уменьшением линейных размеров подвижных элементов и максимальным сближением их друг с другом, но в этом случае ограничения накладываются конечными габаритами индивидуальных приводов подвижных элементов.

Технической задачей, поставленной в настоящем изобретении является - упрощение конструкции насоса и снижение пульсаций его расхода.

Эта задача достигается тем, что в перистальтическом насосе, содержащем эластичный шланг, подвижные пережимные элементы, установленные по длине шланга и их приводы, а также систему управления подвижными элементами, перистальтический эффект реализуется двумя (или более) несвязанными между собой пережимными элементами, перистальтический эффект реализуется двумя (или более) не связанными между собой пережимными элементами (кулачками), размещенных вплотную друг к другу по длине шланга и оснащенными каждый двумя независимыми приводами, установленными на противоположных концах пережимного элемента, при этом узел крепления пережимных элементов с приводами выполнен с возможностью поворота пережимных элементов вокруг оси перпендикулярной направлению перемещения приводов. При этом система управления приводами пережимных элементов обеспечивает их поочередное перемещение так, что каждый последующий по направлению движения перекачиваемой среды привод включается ранее отключения предыдущего на величину до 1/2 от длительности времени нахождения его во включенном состоянии.

Таким образом, отличительными признаками изобретения являются: наличие минимального количества (двух) пережимных элементов (кулачков), реализующих перистальтический эффект и свободно перемещающихся относительно друг друга без использования гибких связей (отсутствие гибких связей между ними); размещение кулачков вплотную друг за другом по длине шланга; наличие для каждого из кулачков двух независимых приводов, шарнирно связанных с противоположными концами кулачков так, что их оси вращения перпендикулярны направлению перемещения приводов; различное во времени пространственное положение осей вращения кулачков относительно поверхности шланга; алгоритм работы системы управления приводами.

На фиг. 1 представлен эскиз заявляемого устройства; на фиг. 2 - разрез А-А фиг. 1; фиг. 3 - временные диаграммы алгоритма работы привода насоса; на фиг. 4 - последовательность рабочего цикла насоса.

Гибкий шланг 1 (в зависимости от назначения насоса их может быть несколько; на чертеже изображен двухканальный насос) уложен на основании насоса 2 и подсоединен к входному и выходному штуцерам 3. Пережимные элементы 4 и 5 (в данном случае два) шарнирно связаны с толкателями 6 приводов насоса a, b, c и d (например, электромагнитными), причем каждый пережимной элемент содержит по два привода, установленных на противоположных концах по его длине. Длина пережимных элементов (кулачков) определяется необходимой производительностью насоса и габаритами используемых приводов; необходимым условием является их размещение по длине шланга практически вплотную друг к другу (конструктивно-технологический зазор с допуском H14). Узел крепления пережимных элементов 4 и 5 с приводами выполнен с возможностью поворота пережимных элементов вокруг оси, перпендикулярной направлению перемещения приводов. Ограничение рабочего хода толкателей (в зависимости от диаметра используемого шланга) осуществляется резьбовым стопом 7; для возврата их в исходное положение служат пружины 8. Обратный ход толкателей ограничен регулируемыми упорами 9, установленными в крышке насоса 10. Узел крепления пережимных элементов 4, 5 выполнен с возможностью изменения пространственного положения осей поворота пережимных элементов относительно поверхности шланга 1.

Система питания приводов насоса построена по следующему принципу.

Последовательность импульсов питания (в данном случае электрических) приводов a, b, c и d формируется таким образом, что каждый последующий импульс подается до окончания предыдущего на время Δt до 1/2 длительности каждого из них (фиг. 3). При этом частота следования импульсов может изменяться от единиц Гц до десятых и сотых долей Гц, что обеспечивает плавное изменение производительности насоса в 10...100 раз.

Устройство работает следующим образом.

С приходом первого импульса питания (момент t₁, фиг.3) на соленоид (например, а), его сердечник (привод) перемещает левую часть пережимного элемента 4 до пережатия шланга 1. Одновременно с этим продолжает оставаться включенным соленоид d и правая часть пережимного элемента 5 также пережимает шланг 1, отсекая тем самым в нем некоторый объем рабочей среды (положение I, фиг. 4). В следующий момент времени (t₂, фиг. 3) соленоид d обесточивается, пережимной элемент 5 возвращается в исходное состояние, но срабатывает соленоид b и пережимной элемент 4, поворачиваясь вокруг левого шарнира его крепления с приводом, последовательно перемещает порцию рабочей среды к пережимному элементу 5 (положение II, фиг. 4). По окончании срабатывания соленоида b отключается соленоид а, но одновременно срабатывает соленоид с, пережимной элемент 5 поворачивается и левая его часть пережимает шланг непосредственно в месте пережатия его правой частью пережимного элемента 4 (положение III, фиг. 4), подготавливая тем самым дальнейшее перемещение рабочей среды к выходному штуцеру пережимным элементом 5 в следующий момент времени при включении соленоида d (t₄, фиг. 3). Соленоиды а и b отключаются, пережимной элемент 4 возвращается в исходное состояние (положение IV, фиг. 4). Далее описанный цикл повторяется в той же последовательности с частотой, задаваемой системой управления приводами. Таким образом, в процессе каждого цикла одновременно с поворотами пережимных элементов их оси вращения последовательно смещаются на величину хода приводов (величину деформации шланга для его полного пережатия). При соответствующем выборе длительности, скважности и относительного смещения Δt фронтов импульсов питания относительно друг друга (в зависимости от постоянной времени срабатывания и отпускания приводов), пережимные элементы совершают непрерывные волнообразные колебания и, несмотря на дискретный режим работы привода, осуществляют плавное и равномерное перемещение рабочей среды по гибкому шлангу.

Реализация предлагаемого устройства позволяет существенно упростить конструкцию насоса и уменьшить его габариты и массу за счет замены множества пережимных элементов (у прототипа) всего лишь двумя при одновременном максимальном снижении пульсаций расхода. В качестве приводов в данном устройстве с этим же успехом могут использоваться не только электромагнитные, но и пневматические, и гидравлические.

Источники информации
1. Насос перистальтический Перипумп ЕЛ, тип 5186. Проспект фирмы МТА KUTESZ, Будапешт, Венгрия.

2. Патент Великобритании GB 2257478 А, МПК F 04 B 43/12, 45/08; 1993 г.

Насос предназначен для использования в химической, пищевой, медицинской и других отраслях науки и техники в качестве побудителя расхода различных ( в том числе агрессивных и стерильных) сред с высокой степенью надежности и точности дозирования. Содержит эластичный шланг, два или более не связанных между собой пережимных элемента (кулачка), каждый из которых оснащен двумя независимыми приводами (электромагнитными, пневматическими или гидравлическими), шарнирно связанными с противоположными по длине концами кулачков. Кулачки размещены по длине шланга вплотную друг к другу. Система управления приводами кулачков реализует их поочередное перемещение таким образом, что каждый последующий привод включается ранее отключения предыдущего на величину до 1/2 от длительности времени нахождения его во включенном состоянии. Позволяет существенно упростить конструкцию насоса, уменьшить его габариты и массу за счет замены множества пережимных элементов у прототипа всего лишь двумя при одновременном максимальном снижении пульсаций расхода. 2 з.п.ф-лы, 4 ил.

1. Насос перистальтический, содержащий эластичный шланг и подвижные пережимные элементы, установленные по длине шланга, и их приводы, а также систему управления приводами пережимных элементов, отличающийся тем, что насос содержит по меньшей мере два не связанных между собой пережимных элемента, размещенных вплотную друг к другу по длине шланга и оснащенных каждый двумя независимыми приводами, установленными на противоположных концах пережимного элемента, при этом узел крепления пережимных элементов с приводами выполнен с возможностью поворота пережимных элементов вокруг оси, перпендикулярной направлению перемещения приводов. 2. Насос перистальтический по п.1, отличающийся тем, что узел крепления пережимных элементов выполнен с возможностью изменения пространственного положения осей поворота пережимных элементов относительно поверхности шланга. 3. Насос перистальтический по п.1, отличающийся тем, что система управления приводами пережимных элементов выполнена с возможностью включения каждого последующего по направлению движения перекачиваемой среды привода ранее отключения предыдущего на величину до 1/2 от длительности времени нахождения его во включенном состоянии.