НАСОС С ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧЕЙ Российский патент 2001 года по МПК F04B13/00 

Изобретение относится к области гидромашиностроения, а именно к насосам, предназначенным для объемного, напорного непрерывного дозирования жидкостей в технологических процессах на предприятиях различных отраслей промышленности.

При стабильных плотности и вязкости, температуре и параметрах режима эксплуатации они обеспечивают высокую точность дозирования.

Наряду с этим, немаловажной характеристикой такого насоса является его герметичность, исключающая протечки перекачиваемой жидкости в окружающую среду, если перекачиваемая жидкость является токсичной, агрессивной, радиоактивной, либо исключающая загрязнение перекачиваемой жидкости (чистой, сверхчистой) какими-нибудь примесями, могущими попасть в насос извне.

Кроме того, насос должен быть надежным при эксплуатации в промышленном производстве.

Для решения указанных проблем и предназначен заявляемый насос. Но прежде, чем описывать, как решаются эти проблемы предполагаемым изобретением, рассмотрим и проанализируем известные из уровня техники аналоги.

Так известен регулируемый насос (см. авт. свид. СССР N 1488544, кл. F 04 B 13/00, 1987), содержащий корпус с расточкой и крышкой, имеющей отверстие, соосное расточке, установленную в расточке с возможностью вращения распределительную гильзу, имеющую радиальные распределительные каналы и торцовый кулачок, размещенный в гильзе с образованием рабочей камеры подпружиненный плунжер с поводком, установленным с возможностью взаимодействия с торцовым кулачком гильзы для обеспечения возвратно-поступательного движения плунжера, последний снабжен хвостовиком, сопряженным с пазом втулки, размещенной в отверстии крышки и связанной с механизмом регулирования объемной подачи, а корпус имеет каналы подвода и отвода, входящие в расточку в зоне расположения распределительных каналов гильзы, при этом корпус снабжен продольным пазом, поводок соединен с плунжером с возможностью поворота относительно последнего и снабжен выступом, размещенным в указанном продольном пазе корпуса, втулка жестко соединена с механизмом регулирования и установлена в крышке с возможностью поворота, плунжер в зоне расположения распределительных каналов снабжен продольной лыской, а сопряжение корпус - гильза в зоне расположения распределительных каналов снабжено кольцевыми канавками.

Данный насос обеспечивает высокую точность дозирования перекачиваемых жидкостей.

Однако при работе с токсичными, агрессивными или радиоактивными средами известный насос не отвечает требованиям абсолютной герметичности. Обусловлен этот недостаток конструкцией насоса.

Установление распределительной гильзы в расточке корпуса с возможностью вращения и наличие здесь же радиальных распределительных каналов подвода и отвода не обеспечивают абсолютной герметичности в местах сопряжения указанных выше частей насоса из-за их подвижности. Эти обстоятельства являются причиной протечек перекачиваемой жидкости в окружающую среду. В случае перекачивания токсичных, агрессивных или радиоактивных жидкостей протечки опасны для окружающей среды и здоровья людей. В случае перекачивания рассматриваемым насосом чистых или сверхчистых жидкостей, используемых в медицине, фармацевтической, химической и пищевой отраслях промышленности, возможно загрязнение этих жидкостей нежелательными веществами из окружающей среды. Наличие в насосе червячного редуктора и необходимость смазки червяка и червячного колеса является причиной попадания смазочного материала в перекачиваемую жидкость через указанные выше сопряжения и прорезь, что недопустимо.

Серьезным недостатком этого насоса является и то, что в силу большого количества подвижных соединений деталей насоса между собой, причем в них осуществляется одновременно вращательное и возвратно-поступательное движения, могут возникнуть задиры на трущихся поверхностях деталей, выполненных из разных материалов с различной твердостью, произойти заклинивание, поломка и прекращение работы насоса.

Наиболее близким к заявляемому является бесклапанный поршневой насос (см. заявку PCT N 86/06794, кл. F 04 В 7/06, опубл. 20.11.86 N 25, а также рекламный материал "FLUID metering, inc. Valveless metering pumps. Printed in USA 1/94), принятый в качестве прототипа. Насос содержит корпус с расточкой, установленную в расточке гильзу, имеющую радиальные каналы, в зоне которых в корпусе выполнены входящие в расточку каналы подвода и отвода (в прототипе патрубки всасывания 2 и нагнетания 3), размещенный в гильзе с образованием рабочей камеры (в прототипе - нагнетательный цилиндр 6), плунжер (в прототипе поршень 4), снабженный лыской (в прототипе - грань 7) в зоне расположения радиальных каналов, и механизм для передачи вращения и возвратно-поступательного движения плунжеру (в прототипе "конец 8 поршня, противолежащий грани 7, поворачивается на вращающемся эксцентрике 9, ось вращения D которого образует тупой угол с осью поршня таким образом, что при вращении эксцентрика 9 поршень 4 одновременно выполняет осевой ход и поворот вокруг своей оси").

Данный насос обеспечивает высокую точность дозирования перекачиваемых жидкости или газа.

По-видимому, конструкция этого насоса отвечает требованиям герметичности и надежности его при использовании в лабораторных условиях и на пилотных установках.

Однако в условиях реального промышленного производства, а особенно при работе с токсичными, агрессивными и радиоактивными жидкостями герметичность такого насоса проблематична. Связан этот недостаток с конструкцией известного насоса. Прохождение плунжера через крышку корпуса и через уплотнительную прокладку (см. указанные выше рекламные материалы) между крышкой и корпусом не обеспечит абсолютную герметичность в месте сопряжения плунжера и прокладки во время работы насоса. Это обусловит протечки перекачиваемой жидкости из корпуса насоса в окружающую среду. При перекачивании токсичных, агрессивных или радиоактивных сред указанные протечки создадут угрозу загрязнения окружающей среды и для здоровья обслуживающего персонала. И, наоборот, при перекачивании чистых и сверхчистых жидкостей возможно попадание в них нежелательных примесей извне из-за неплотности сопряжения плунжер - крышка корпуса, что вообще недопустимо.

Кроме того, взаимное расположение вращающегося эксцентрика 9, вернее его оси D, и плунжера (поршня 4) под тупым углом друг к другу создают предпосылки к заклиниванию плунжера в гильзе; возможно заклинивание рычага 11 в отверстии сферической детали 12. Все это может привести к поломке деталей насоса и прекращению работы его.

Указанных недостатков не имеет заявляемый насос.

Авторами изобретения создан такой насос, конструкция которого вкупе с достоинствами насоса-прототипа позволит исключить протечки любой перекачиваемой жидкости: нейтральной, чистой или сверхчистой, токсичной, агрессивной или радиоактивной, и тем самым, не допустить ситуации, опасной для окружающей среды и здоровья людей.

Насос по настоящей заявке содержит корпус с расточкой, установленную в расточке гильзу, имеющую радиальные каналы, в зоне расположения которых в корпусе выполнены выходящие в расточку каналы подвода и отвода, размещенный в гильзе с образованием рабочей камеры плунжер, снабженный продольной лыской в зоне расположения радиальных каналов, и механизм для передачи вращения и возвратно-поступательного движения плунжеру.

Насос отличается от прототипа тем, что механизм для передачи вращения и возвратно-поступательного движения плунжеру выполнен в виде магнитной муфты, состоящей из смещенных относительно друг друга по оси ведущей и ведомой полумуфт с перегородкой - экраном между ними, соединенной с корпусом, размещенного в корпусе соосно связанному с плунжером валу ведомой полумуфты диска, имеющего наклонную торцевую поверхность, и жестко закрепленного на валу ведомой полумуфты устройства для взаимодействия с наклонной торцевой поверхностью диска.

Кроме того, насос отличается тем, что в качестве устройства для взаимодействия с наклонной торцевой поверхностью использован либо ролик, либо обращенный к ней дополнительный диск, размещенный на шаровой опоре.

Авторами предлагаемого изобретения заявлено и то, что вал ведомой полумуфты либо жестко связан с плунжером, либо вал ведомой полумуфты связан с плунжером посредством упругого компенсатора, например сильфона, охватывающего концы плунжера и вала, между которыми установлен сферический элемент. Упругий компенсатор может быть выполнен и в виде размещенных в стакане пружины и связанного с плунжером поводка над ней.

Охарактеризованный формулой изобретения по настоящей заявке насос исключает вышеперечисленные недостатки насоса-прототипа, т.е. негерметичность и ненадежность. При использовании изобретения в промышленном производстве будут исключены протечки в окружающую среду токсичных, агрессивных или радиоактивных жидкостей, а также загрязнение чистых и сверхчистых жидкостей примесями из окружающей среды.

Конструкция насоса обеспечивает и надежную работу его в условиях производства.

Заявленное изобретение соответствует всем критериям патентоспособности.

Оно является новым, т.к. на данный момент заявителем не обнаружено ни одного известного из уровня техники решения, характеризующегося такой же совокупностью признаков.

Изобретение соответствует критерию "изобретательский уровень", т.к. заявителем не выявлены решения, имеющие признаки, совпадающие с его отличительными признаками.

Более того, в настоящее время, в эпоху разработки экологически чистых технологических процессов и оборудования, потребность в абсолютно герметичных и надежных в работе насосах для перекачивания и высокоточного дозирования токсичных, агрессивных, радиоактивных, чистых и сверхчистых жидкостей сверхактуальна. А потому в силу указанной потребности, а также в связи с тем, что заявителем при проведении патентных исследований не обнаружено пригодных для решения такой задачи насосов, была определена необходимость разработки нового насоса, результатом которой и является настоящее изобретение.

Изобретение промышленно применимо, т.к. оно характеризуется конкретными конструктивными признаками, каждый из которых воспроизводит и не противоречит применению насоса в целом в промышленных условиях. Вся совокупность существенных признаков и каждый признак в отдельности направлены на достижение ожидаемого технического результата - исключить протечки и создать безопасные условия для здоровья людей и окружающей среды.

Подтверждение вышеуказанному - описание конструкции насоса и его работы.

На фиг. 1 изображен общий вид насоса в разрезе; на фиг. 2 и 3 отражены признаки изобретения по п.п. 3 и 6 формулы изобретения соответственно; на фиг. 4 - положение деталей насоса в момент всасывания жидкости.

Насос с дозированной подачей содержит вертикальный корпус 1 с расточкой 2, установленную в расточке 2 гильзу 3, имеющую радиальные каналы 4, в зоне расположения которых в корпусе 1 выполнены выходящие в расточку 2 канал подвода 5 перекачиваемой и дозируемой жидкости и канал 6 отвода ее, размещенный в гильзе 3 с образованием рабочей камеры 7 плунжер 8, снабженный продольной лыской 9 в зоне расположения радиальных каналов 4, и механизм для передачи вращения и возвратно-поступательного движения плунжеру 8.

Механизм выполнен в виде магнитной муфты, диска 10, имеющего наклонную торцевую поверхность 11, и устройства 12 для взаимодействия с наклонной торцевой поверхностью 11 диска 10.

Размещенная в стойке 13 магнитная муфта состоит из смещенных относительно друг друга по оси 14 ведущей 15 и ведомой 16 полумуфт с перегородкой - экраном 17 между ними, соединенной с корпусом 1 с помощью фланцев 18 и 19. Полумуфты 15 и 16 закреплены на валах 20 и 21 соответственно. Вал 20 соединен с валом электродвигателя (на чертеже не показан). Диск 10 размещен в корпусе 1 соосно валу 21, связанному с плунжером 8, а устройство 12 для взаимодействия с наклонной торцевой поверхностью 11 диска 10 жестко закреплено на этом валу.

В соответствии с п.2 формулы настоящего изобретения и фиг. 1 в качестве устройства 12 может быть использован ролик 22, установленный через подшипник 23 на оси 24, пропущенной сквозь вал 21.

В соответствии с п.3 формулы изобретения и фиг. 2 в качестве устройства 12 может быть использован дополнительный диск 25, торец которого сопряжен с наклонной торцевой поверхностью 11 диска 10, при этом диск 25 размещен на шаровой опоре 26, соединенной с пропущенной сквозь вал 21 осью 27.

Вал 21 ведомой полумуфты 16 и плунжер 8, в общем случае, могут быть жестко связаны между собой, представлять единую деталь насоса. Однако для того, чтобы исключить влияние на работу насоса неточностей, допущенных при изготовлении вала 21 и плунжера 8, а также отклонения от соосности вала 21 и плунжера 8 при монтаже, пунктом 5 формулы изобретения предусмотрено развитие признаков независимого пункта, а именно: вал 21 может быть связан с плунжером 8 посредством упругого компенсатора, например сильфона 28, охватывающего концы плунжера 8 и вала 21, между которыми установлен сферический элемент 29 (см.фиг. 1).

В развитие п.5 формулы изобретения в п.6 предусмотрено следующее: упругий компенсатор может быть выполнен в виде размещенных в стакане 30 пружины 31 и поводка 32, связанного с плунжером 8 и валом 21 ведомой полумуфты 16 (см. фиг. 3).

Работает насос следующим образом.

Подключают к питающей сети электродвигатель и включают его. Вал электродвигателя приводит во вращение ведущую полумуфту 15, которая затем передает вращение ведомой полумуфте 16, валу 21, устройству 12 и плунжеру 8.

Одновременно с вращением полумуфты 15 и 16 происходит и возвратно-поступательное движение ведомой полумуфты 16 благодаря тому, что полумуфты 15 и 16 смещены по оси 14 относительно друг друга, и магнитные силы смещенных вверх магнитов полумуфты 15 притягивают к себе магниты ведомой полумуфты 16, а потому последняя совершает поступательное движение вверх. Вместе с ней поступательно вверх двигаются вал 21 и устройство 12, а т.к. вал 21 и устройство 12 еще и вращаются, то ролик 22 в это время катится или дополнительный диск 25 скользит снизу вверх по наклонной торцевой поверхности 11 диска 10. Затем ролик 22 или диск 25 меняют направление своего поступательного движения на противоположное - сверху вниз по наклонной торцевой поверхности 11, заставляя вращающиеся полумуфту 16 и плунжер 8 двигаться вниз.

В то же время выполненная на плунжере 8 продольная лыска 9 в течение полного оборота плунжера 8 и поступательного движения его снизу вверх и обратно сначала открывает канал 5 и находящийся в зоне его расположения радиальный канал 4 гильзы 3, обеспечивая всасывание дозированной порции перекачиваемой жидкости в рабочую камеру 7, а затем, перекрыв упомянутые каналы 4 и 5, открывает канал 6 и находящийся в зоне его расположения канал 4, обеспечивая нагнетание в них из рабочей камеры 7 этой порции жидкости.

Далее описанный выше цикл работы насоса осуществляется столько раз, сколько этого требует технологический процесс.

Как видно из описания работы насоса, магнитная муфта выполняет не только свою обычную функцию - передачу вращения рабочему органу - плунжеру 8, но обеспечивает:
- возвратно-поступательное движение плунжера 8;
- постоянный прижим к наклонной торцевой поверхности 11 диска 10 устройства 12 для взаимодействия с ней (т.е. действует как упругий элемент-пружина 10 в прототипе);
- создает абсолютную герметичность корпуса 1 с помощью перегородки - экрана 17, исключая либо протечки любой перекачиваемой жидкости из насоса, либо попадание нежелательных примесей в перекачиваемую жидкость из окружающей среды.

Конструкция заявляемого насоса надежна при его эксплуатации, отсутствуют детали и узлы, предполагающие заклинивание, поломку и останов насоса. Этому способствует и развитие признаков независимого пункта формулы изобретения в зависимых пунктах.

Использование настоящего изобретения в промышленности безопасно для окружающей среды и здоровья людей.

Насос предназначен для использования в химической, радиохимической, пищевой, фармацевтической отраслях промышленности и в медицине для объемного напорного непрерывного дозирования жидкостей в технологических процессах. Насос с дозированной подачей содержит корпус с расточкой, установленную в расточке гильзу, имеющую радиальные каналы, в зоне расположения которых в корпусе выполнены выходящие в расточку каналы подвода и отвода. Плунжер размещен в гильзе с образованием рабочей камеры. Снабжен продольной лыской в зоне расположения радиальных каналов. Имеется механизм для передачи вращения и возвратно-поступательного движения плунжеру. Механизм для передачи вращения и возвратно-поступательного движения плунжеру выполнен в виде магнитной муфты, состоящей из смещенных относительно друг друга по оси ведущей и ведомой полумуфт с перегородкой - экраном между ними, соединенной с корпусом. Диск размещен в корпусе соосно связанному с плунжером валу ведомой полумуфты. Диск имеет наклонную торцевую поверхность. Имеется устройство, жестко закрепленное на валу ведомой полумуфты для взаимодействия с наклонной торцевой поверхностью диска. Кроме того, в качестве устройства для взаимодействия с наклонной торцевой поверхностью диска может быть использован ролик или сопряженный с ней торцем дополнительный диск, размещенный на шаровой опоре. Вал ведомой полумуфты может быть жестко связан с плунжером или связан с ним посредством упругого компенсатора, например сильфона, охватывающего концы плунжера и вала, между которыми установлен сферический элемент, или упругий компенсатор выполнен в виде размещенных в стакане пружины и поводка над ней, связанного с плунжером и валом ведомой полумуфты. В результате исключаются протечки любой перекачиваемой жидкости. 5 з.п. ф-лы, 4 ил.

1. Насос с дозированной подачей, содержащий корпус с расточкой, установленную в расточке гильзу, имеющую радиальные каналы, в зоне расположения которых в корпусе выполнены входящие в расточку каналы подвода и отвода, размещенный в гильзе с образованием рабочей камеры плунжер, снабженный продольной лыской в зоне расположения радиальных каналов, и механизм для передачи вращения и возвратно-поступательного движения плунжера, отличающийся тем, что механизм для передачи вращения и возвратно-поступательного движения плунжеру выполнен в виде магнитной муфты, состоящей из смещенных относительно друг друга по оси ведущей и ведомой полумуфт с перегородкой - экраном между ними, соединенной с корпусом, размещенного в корпусе соосно связанному с плунжером валу ведомой полумуфты диска, имеющего наклонную торцевую поверхность, и жестко закрепленного на валу ведомой полумуфты устройства для взаимодействия с наклонной торцевой поверхностью диска. 2. Насос по п.1, отличающийся тем, что в качестве устройства для взаимодействия с наклонной торцевой поверхностью диска использован ролик. 3. Насос по п.1, отличающийся тем, что в качестве устройства для взаимодействия с наклонной торцевой поверхностью использован сопряженный с последней торцем дополнительный диск, размещенный на шаровой опоре. 4. Насос по п. 1, отличающийся тем, что вал ведомой полумуфты жестко связан с плунжером. 5. Насос по п.1, отличающийся тем, что вал ведомой полумуфты связан с плунжером посредством упругого компенсатора, например, сильфона, охватывающего концы плунжера и вала, между которыми установлен сферический элемент. 6. Насос по п.5, отличающийся тем, что упругий компенсатор выполнен в виде размещенных в стакане пружины и поводка над ней, связанного с плунжером и валом ведомой полумуфты.