МЕМБРАННЫЙ НАСОС-ДОЗАТОР Российский патент 2000 года по МПК F04B43/04 

Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано в системах дозирования различных (в том числе агрессивных и стерильных) сред или в качестве дискретного питателя, обеспечивающего строгое постоянство среднего значения расхода при непрерывной подаче доз с заданной частотой.

Ввиду большого диапазона технических возможностей и относительной простоты реализации в последнее время для перекачивания токсичных, агрессивных, стерильных и т. п. жидкостей все большее применение находят мембранные насосы-дозаторы с электромоторным, электромагнитным или пневмогидравлическим приводом.

Известны мембранные насосы моделей МН-1Ж, МН-2Ж, и МН-4Ж для перекачки растворов агрессивных веществ [1]. Насосы состоят из одной, двух или четырех дозирующих головок с эластичной мембраной и общего электромоторного привода. Наличие электромоторного привода существенно усложняет кинематическую схему насоса, снижает его надежность и ограничивает диапазон регулировки величины расхода. Кроме того, указанные насосы обеспечивают лишь незначительное (0,1 кг/см²) избыточное давление на нагнетание, и в их конструкции не предусмотрено никаких мер по снижению зависимости величины расхода от противодавления.

Известен также мембранный насос с электромагнитным приводом, в значительной степени свободный от перечисленных недостатков [2]. Насос содержит две дозирующие головки с всасывающими и нагнетающими клапанами, две эластичные мембраны, оснащенные каждая двумя металлическими дисками для придания им жесткости, и электромагнитный привод с двумя соленоидами, в зазоре которых размещен подвижный якорь, жестко связанный с обеими мембранами. Данное устройство наиболее близко к заявляемому по большинству существенных признаков и является прототипом.

Несмотря на ряд преимуществ, упомянутый насос также имеет серьезные недостатки, ограничивающие область его применения, снижающие долговечность эластичных мембран и усложняющие технологию его изготовления.

В конструкции насоса не предусмотрено изменение величины рабочего перемещения (хода) мембраны, что не позволяет регулировать объем однократного дозирования и сужает диапазон изменения суммарной производительности насоса. Конструкция узла крепления мембран, требующая наличия специальных приливов по периферийной их части, усложняет технологию изготовления мембран и заставляет работать их преимущественно на растяжение. Дополнительному растяжению способствует и переменная радиальная нагрузка мембран, обусловленная действием поперечного электромагнитного поля соленоидов на якорь, фиксация которого в рабочем зазоре осуществляется только с их помощью. Все это приводит к сокращению срока службы мембран, поскольку с точки зрения надежности, предпочтительнее работа материала мембран не на растяжение, а на изгиб (предел прочности при растяжении [σ]_в меньше предела прочности при изгибе [σ]_и).
Задача изобретения - обеспечение возможности регулирования объема однократного дозирования, расширение диапазона изменения суммарной производительности насоса, а также технологии изготовления мембран и увеличение ресурса их работы.

Поставленная задача решается посредством того, что в предлагаемом мембранном насосе, содержащем две дозирующие головки, две эластичные мембраны, электромагнитный привод с двумя соленоидами и подвижный якорь, связанный с помощью толкателя с мембранами, ярмо каждого из соленоидов имеет резьбовые вкладыши (втулки) из магнитно-мягкого материала, которые являются упорами диска якоря и могут при своем повороте одновременно перемещаться вдоль оси якоря в противоположных направлениях. Мембраны выполнены простой вырубкой из листового эластичного материала и закреплены между двумя конусными поверхностями (фланцами) с углом конуса 45^o по отношению к плоскости мембран и вершиной конуса, обращенной в сторону толкателя.

Технический результат, достигаемый решением указанной задачи, состоит в следующем.

Наличие у обоих соленоидов резьбовых втулок, могущих одновременно перемещаться при своем повороте в противоположных направлениях и являющихся упорами дискового якоря, позволяет в достаточно широких пределах изменять ход якоря. В свою очередь, это вызывает и изменение рабочего хода связанных с ним обеих мембран и, соответственно, изменение объема однократного дозирования практически от нуля (при полностью заторможенном якоре) до максимального значения, определяемого объемом дозирующей головки. При работе насоса в непрерывном режиме (например, в качестве побудителя расхода), это позволяет существенно расширить диапазон изменения его суммарной производительности.

Крепление мембран между двумя конусными фланцами с вершиной конуса, обращенной в сторону толкателя, придает мембранам при их установке куполообразную форму. В итоге рабочие перемещения связанного с мембранами толкателя вызывает у них лишь деформацию изгиба. Одновременно с этим отсутствие поперечного магнитного поля и фиксация толкателя в направляющих корпуса насоса полностью разгружают мембраны от радиальной нагрузки, что в совокупности и способствует увеличению ресурса их работы. Наконец, предложенный узел крепления мембран обеспечивает надежную и герметичную их установку без применения дополнительных приливов (буртиков) по периферийной части и упрощает технологию изготовления мембран.

Таким образом, отличительными признаками изобретения являются: наличие выдвижных частей (втулок) ярма обоих соленоидов, служащих упорами якоря и имеющих возможность одновременного перемещения в противоположных направлениях вдоль оси якоря при изменении рабочего зазора; конструкция и форма узла крепления мембран к корпусу насоса.

На прилагаемом чертеже представлен эскиз заявляемого устройства.

Две дозирующие головки 1 с шариковыми клапанами 2 и эластичными мембранами 3 установлены с обеих сторон разъемного корпуса насоса 4, являющегося одновременно и ярмом электромагнита. Внутри каждой из половин корпуса размещены обмотки 5 соленоидов прямого и обратного хода. Мембраны, выполненные из листового эластичного материала, устойчивого к перекачиваемым средам (например, фторуретанового эластомера "Сурэл" ТУ38.303.04.1-10-96), закреплены между конусными поверхностями (угол конуса 45^o) торцевых частей корпуса 4 и дозирующих головок 1 и жестко связаны с толкателем 6 дискового якоря 7 с помощью прижимных винтов 8. Фиксация толкателя 6 в радиальном направлении осуществляется с помощью приливов в торцевых частях корпуса 4, обеспечивающих посадку толкателя H7/f7. Оба ярма электромагнита имеют резьбовые втулки 9, являющиеся упорами якоря 7 и выполненные из магнитно-мягкого материала (аналогично ярму), причем одна из втулок имеет правую резьбу, а другая - левую. Вращение втулок 9 осуществляется с помощью лимба 10 регулятора расхода (дозы) с выфрезерованным пазом для штифтов 11, запрессованных во втулки. Обе части корпуса насоса крепятся к основанию 12, служащему для монтажа устройства на рабочем объекте.

Устройство работает следующим образом. При поочередной подаче на обмотки соленоидов от блока управления прямоугольных импульсов напряжения (в качестве генератора таких импульсов может быть использован симметричный мультивибратор, в плечи которого включены обмотки), якорь 7 электромагнита совершает возвратно-поступательные движения и с помощью толкателя 6 приводит в действие мембраны 3. Когда якорь перемещается влево (по чертежу), осуществляется всасывание рабочей жидкости правой мембраной; объем отбираемой дозы определяется площадью мембраны и величиной ее хода (ходом якоря). При движении якоря вправо правая мембрана вытесняет из дозирующей головки отобранную дозу жидкости в рабочую магистраль, одновременно левой мембраной всасывается следующая порция и т. д. на протяжении всего времени работы насоса. Ход якоря, (а, следовательно, и мембраны) может регулироваться от нуля до максимального значения изменением зазора между якорем и резьбовыми втулками 9 ярма электромагнита путем их одновременного перемещения в противоположных направлениях (от центра к периферии и наоборот) при повороте лимба 10. Такое решение позволяет в достаточно широких пределах изменять объем однократного дозирования (при работе насоса в качестве дозатора) и расширяет диапазон регулирования суммарного расхода при работе насоса в непрерывном режиме. При этом всегда сохраняется нейтральное (среднее) положение мембран, относительно которого и совершаются колебания, что обеспечивает симметричную деформацию мембран на всех режимах работы насоса, а это, в свою очередь, повышает их долговечность. Частота срабатывания соленоидов и связанное с этим число колебаний мембран в единицу времени, также определяющее суммарное значение расхода, задается частотой генерации мультивибратора и может меняться от 0,05 до 2...3 Гц. Возможность регулировки расхода не только механическим, но и электрическим путем (простым изменением параметров времязадающей RC-цепи мультивибратора) позволяет эффективно использовать предлагаемое устройство в системах автоматического управления технологическими процессами. При необходимости получения максимального расхода обе дозирующие головки могут быть включены параллельно на общую магистраль. Одновременно с этим вдвое снижаются и пульсации расхода, так как мембраны головок работают в противофазе.

ИСТОЧНИКИ ИНФОРМАЦИИ
1. Аналитические приборы экологического назначения. Каталог АНПО "ОПТЭК", Санкт-Петербург, 1994, стр. 49.

2. Патент США N 5011379 М.Кл. F 04 B 45/04; F 04 B 39/14 1991.

Устройство предназначено для использования в машиностроении, в системах дозирования различных (в том числе агрессивных и стерильных) сред или в качестве дискретного питателя, обеспечивающего строгое постоянство среднего значения расхода при непрерывной подаче доз с заданной частотой. Мембранный насос-дозатор содержит две дозирующие головки, две эластичные мембраны и два соленоида, попеременно работающие на один подвижный якорь. Ярмо каждого соленоида содержит резьбовые втулки из магнитно-мягкого материала, являющиеся упорами якоря электромагнита и имеющие одна правую, а другая левую резьбу для одновременного их перемещения в противоположных направлениях с помощью связанного с ними поворотного лимба. Мембраны насоса выполнены из листового эластичного материала и каждая из них закреплена между двумя конусными фланцами с углом конуса 45° по отношению к плоскости мембраны. Устройство обеспечивает возможность регулирования объема дозирования, расширяется диапазон изменения суммарной производительности насоса. 1 з.п.ф-лы, 1 ил.

1. Мембранный насос-дозатор, содержащий две дозирующие головки, две эластичные мембраны, электромагнитный привод с двумя соленоидами и подвижный якорь с толкателем, отличающийся тем, что ярмо каждого соленоида содержит резьбовые втулки из магнитно-мягкого материала, являющиеся упорами якоря электромагнитного привода и имеющие одна правую, а другая левую резьбу для возможности одновременного их осевого перемещения в противоположных направлениях с помощью связанного с ними поворотного лимба. 2. Мембранный насос-дозатор по п.1, отличающийся тем, что каждая мембрана выполнена из листового эластичного материала и закреплена между двумя конусными фланцами с углом конуса 45^o по отношению к плоскости мембраны и вершиной конуса, обращенной в сторону толкателя.