НАСОС-ДОЗАТОР Российский патент 2002 года по МПК F04B13/00 

Изобретение относится к области автоматического дозирования в технологических процессах энергетической, химической, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности и, в частности, предназначено для дозирования присадок при регенерации отработанных смазочных масел.

Известны насосы-дозаторы возвратно-поступательного действия, различающиеся по виду исполнительного устройства на поршневые, плунжерные, мембранные, сильфонные с приводом, выполненным электрическим, пневматическим, гидравлическим и комбинированным. При этом наибольшее распространение получили дозаторы с автоматической системой регулирования расхода и системы автоматического дозирования, в частности частотно-импульсные системы.

Так, например, известен импульсный автоматический дозатор (а.с. СССР 821925, МКИ G 01 F 11/00), содержащий исполнительное устройство объемного типа, прибор управления, выполненный в виде управляющего генератора импульсов, и узел для сглаживания пульсаций расхода, узел для сглаживания пульсаций выполнен в виде гидравлического сопротивления с управляемым приводом, вход которого соединен с входом прибора управления дозатором.

Известен дозатор (а.с. СССР 857716, МКИ G 01 F 11/00), содержащий исполнительное устройство с гидравлическим приводом и прибор управления с электронной схемой по авт. св. 617684, он снабжен ограничителем хода поршня, выполненным в виде полого штока, установленного внутри корпуса при помощи двух гибких кольцевых мембран с возможностью регулируемого перемещения, причем кольцевые мембраны образуют герметичную полость, сообщенную с полостью штока посредством отверстий, которые выполнены в его боковой поверхности с выходными отверстиями.

Известен также плунжерный дозатор жидкости (а.с. СССР 932244, МКИ G 01 F 11/08), содержащий корпус с мерной и рабочей камерами, мембрану, делящую рабочую камеру на надмембранную и подмембранную части, плунжер с сальниковым уплотнением, установленный между мерной камерой и мембраной, жесткий центр мембраны, соединенный с плунжером, ограничитель обратного хода плунжера, входные и выходные патрубки и клапаны мерной камеры, патрубок надмембранной части, в который введен канал, соединяющий надмембранную часть рабочей камеры с выходом входного патрубка и с входом клапана.

Расход этих устройств формируется в виде последовательности доз постоянного объема, выдаваемого с переменной или постоянной частотой, которая зависит от управляющего сигнала. Управляющий сигнал может вырабатываться по заданному алгоритму в зависимости от параметров жидкостей, для чего тоже, вероятно, необходима электронная схема.

Недостаток таких дозаторов заключается в необходимости использования источников питания для работы как исполнительных устройств, так и блока управления. Причем необходимость снабжения электропитанием возникает не только для дозаторов с электрическим приводом, но и для дозаторов с пневматическим и гидравлическим приводами для работы компрессора и насоса. Кроме того, точность дозирования осуществляется с помощью довольно сложных электронных схем.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является насос, описанный в книге Т.М. Башта. Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем. М: Машиностроение, 1974, с. 373, содержащий плунжер, связанный с поршнем приводного силового цилиндра (гидродвигателя). Насос снабжен питающим и нагнетательным клапанами, установленными на линиях и питания и нагнетания соответственно, реверсирование движения плунжера осуществляется с помощью распределителя, который переключается непосредственно поршнем гидродвигателя.

Недостатком данного устройства является наличие в нем сложного золотникового устройства.

Задача изобретения - автоматическое регулирование оптимального количества дозируемой присадки.

Поставленная задача решается за счет того, что насос-дозатор содержит плунжер, связанный с поршнем гидродвигателя, питающий и нагнетательный клапаны, установленные на питающей и нагнетательной магистралях соответственно, и распределитель, взаимодействующий с поршнем гидродвигателя, при этом нагнетательная магистраль связана с всасывающей магистралью, с одной стороны которой расположена емкость, а с другой - насос привода гидродвигателя, выход которого магистралью связан через распределитель с гидродвигателем, при этом распределитель содержит два клапана двойного действия, расположенных в своих каналах, сообщающихся с одной стороны с одной приводной полостью гидродвигателя, а с другой - каналом между собой, причем к каналу одного клапана подводится напорная магистраль с выхода насоса, а к каналу другого клапана подводится магистраль, соединенная с другой приводной полостью гидродвигателя, а магистраль сброса приводящей среды соединена с каналом, подведенным к направляющей этого клапана, при этом штоки клапанов жестко соединены между собой стержнем, который соединен с рычагом с возможностью перемещения по симметрично расположенным относительно друг друга пазам внутри рычага, второй рычаг соединен со штоком с возможностью поворота относительно него, а на противоположном конце штока имеется ограничитель хода, расположенный внутри полости, выполненной в поршне гидродвигателя, на выходе которой установлен стопор, а два рычага стянуты между собой упругим элементом и установлены на опоре, жестко закрепленной на корпусе гидродвигателя, с возможностью поворота вокруг нее.

Новые существенные признаки:
1. Нагнетательная магистраль связана с всасывающей магистралью.

2. С одной стороны всасывающей магистрали расположена емкость, а с другой - находится насос привода гидродвигателя.

3. Выход насоса магистралью связан через распределитель с гидродвигателем.

4. Распределитель содержит два клапана двойного действия, расположенных в своих каналах, сообщающихся с одной стороны с одной приводной полостью гидродвигателя, а с другой - каналом между собой.

5. К каналу одного клапана подводится напорная магистраль с выхода насоса.

6. К каналу другого клапана подводится магистраль, соединенная с другой приводной полостью гидродвигателя.

7. Магистраль сброса приводящей среды соединена с каналом, подведенным к направляющей этого клапана.

8. Штоки клапанов жестко соединены между собой стержнем.

9. Стержень соединен с рычагом с возможностью перемещения по симметрично расположенным относительно друг друга пазам внутри рычага.

10. Второй рычаг соединен со штоком с возможностью поворота относительно него.

11. Противоположный конец штока имеет ограничитель хода, расположенный внутри полости, выполненной в поршне гидродвигателя.

12. На выходе полости установлен стопор.

13. Два рычага стянуты между собой упругим элементом.

14. Рычаги установлены на опоре, жестко закрепленной на корпусе гидродвигателя с возможностью поворота вокруг нее.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Технический результат достигается за счет того, что предлагаемый насос-дозатор не нуждается в автономных источниках энергии и сам регулирует дозу присадок до оптимальных значений в зависимости от характеристик рабочей среды, являющейся в предлагаемом устройстве, например, смазочным маслом. Известно, что при регенерации отработанных смазочных масел некоторые процессы регенерации протекают при повышенных температурах от 60 до 180^oС, при этом понижается вязкость и плотность самого масла. В соответствии с этим меняется величина массовой подачи масла насосами объемного типа. В этой ситуации необходимо уменьшать дозу вводимой в масло присадки.

Предлагаемый насос-дозатор чутко реагирует на изменение плотности рабочей среды и без автономного источника энергии и специальных управляющих приборов с громоздкой электронной схемой меняет дозировку. Это достигается тем, что в устройстве, содержащем насосную камеру, привод, напорную магистраль с рабочей средой (масло) и питающую магистраль, содержащую присадки, напорная магистраль которой связана с магистралью рабочей среды, гидравлический привод связан с напорной магистралью рабочей среды, являющейся в данном случае приводящей средой, а напорная магистраль насоса-дозатора связана с всасывающей магистралью рабочей среды. Энергия потока рабочей среды приводит в действие поршень исполнительного механизма и позволяет исключить использование электродвигателя или любого другого автономного источника энергии.

Связь напорной магистрали насоса-дозатора именно с всасывающей магистралью, т. е. перед штатным насосом, обеспечивает значительное уменьшение энергии на привод насоса-дозатора (присадка подается в среду с низким давлением), а также позволяет избежать влияния пульсаций давления в магистрали с рабочей средой, которые могут препятствовать подачам в нее очередных доз от насоса-дозатора, и дополнительно к этому эффекту обеспечивает лучшее перемешивание рабочей среды с присадками, т.к. они потом совместно проходят через штатный насос.

Принципиальным в предлагаемом решении является использование рабочей среды (масла) в качестве приводящей среды привода, которая обеспечивает его саморегулирование за счет неоднородности плотности рабочей среды, в данном устройстве влияющей на частоту функционирования насоса дозатора. Использование в известных насосах-дозаторах, в том числе и в прототипе, автономных источников энергии не позволяет обеспечивать автоматического дозирования без применения сложных и дорогостоящих систем управления, в частности электронных.

Упругий механический переключатель содержит два рычага, с одной стороны соединенные осью, а с другой связанные упругим элементом, например пружиной. При этом один из рычагов со стороны пружины жестко связан с клапанами распределителя, а другой рычаг тоже со стороны пружины связан с поршнем приводного цилиндра насоса-дозатора штоком с возможностью его перемещения относительно этого поршня, для чего в поршне выполнена полость со стопором на его выходе.

Таким образом, в предлагаемом насосе-дозаторе гидравлический привод работает за счет утилизации энергии потока рабочей среды (масла), циркулирующего в системе регенерации под действием штатного насоса, который присутствует в системе и потребляет электроэнергию. Сам же насос-дозатор в автономном источнике питания не нуждается. Именно это упрощение и удешевление конструкции и обеспечивает одновременно автоматическое дозирование присадок без применения сложных схем управления. Регулирование дозы обеспечивается в предлагаемом техническом решении за счет частоты подачи доз, которая прямо пропорциональна плотности масла. В данном случае плотность масла регулирует частоту подачи присадок, т.е. чем выше плотность, тем больше доз будет подаваться в единицу времени и наоборот. Тот же механизм регулирования присадок в обрабатываемое масло осуществляется и при различных режимах работы штатного насоса. При работе насоса на частичных режимах снижается интенсивность работы привода и снижается соответственно частота подачи присадок, т.е. на меньшую массу масла тратится меньше присадок, а на большую массу - больше присадок, что и требуется по техническим условиям. Таким образом, осуществляется саморегулирование подачи присадок в регенерируемое масло.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображено поперечное сечение насоса-дозатора для ввода присадок в масло при его регенерации. На фиг.2 - разрез насоса дозатора по А-А. На фиг.3 изображен механический переключатель. На фиг.4 изображен разрез механического переключателя по Б-Б.

Предлагаемый насос-дозатор содержит насосную камеру 1 с плунжером 2, связанным с гидравлическим приводом. Гидравлический привод включает в себя приводной цилиндр 3, разделенный на приводные полости 4 и 5 поршнем 6, который и связан с плунжером 2.

Гидравлический привод содержит распределитель 7, в котором имеются клапаны 8 и 9, размещенные в каналах 10 и 11, соединенных между собой каналом 12. К каналу 10 и месту, где расположен клапан 8, подведена напорная магистраль 13. Распределитель 7 и приводной цилиндр 3 разделены между собой прокладкой 14. К каналу распределителя 11 подведены магистрали 15 и 16, причем магистраль 15 связывает каналы 11 и 12 с приводной полостью 5, а магистраль 16 подведена к направляющей клапана 9 и является магистралью сброса приводящей среды (масла), по которой можно возвращать это масло, например, в масляную магистраль. Клапаны двойного действия 8 и 9 позволяют открывать доступ приводной среды (масла) в полости 4 и 5 только одному из этих клапанов попеременно, а клапан 9 может открывать попеременно доступ на сброс то со стороны полости 4, то со стороны полости 5.

Насосная камера 1 снабжена питающей магистралью 17, связывающей ее с емкостью с присадками 18, и напорной магистралью 19 с всасывающей магистралью 20 рабочей среды (масла), т.е. расположена перед насосом 21, который перекачивает масло из запасной емкости 22 в расходную емкость 23 и далее в емкость регенерированного масла 24. В насосной камере 1 предусмотрены клапаны одностороннего действия 25 и 26, при этом клапан 25 - всасывающий, а клапан 26 - нагнетательный.

Предлагаемый механический переключатель клапанов расположен между распределителем 7 и приводным цилиндром 3 и представляет собой, например, два V-образных рычага 27 и 28, которые установлены на опоре 29. В выпуклых частях рычагов 27 и 28 выполнены отверстия и в них вставлены стержни 30, 31, а стержень 32 расположен в двух симметричных относительно друг друга пазах рычага 27 с возможностью свободно перемещаться по ним. Стержни 30 и 31 связаны упругим элементом, например пружиной 33, а стержень 32 связан с клапанами 8 и 9, Кроме того, стержень 31 связан с поршнем 6 приводного цилиндра 3 штоком 34, заведенным в полость 35, выполненную в поршне 6. В полости 35 имеется стопор 36.

Предлагаемый насос-дозатор работает следующим образом.

Когда насос 21 начинает перекачивать регенерируемое масло из запасной емкости 22 в расходную емкость 23 и далее в емкость регенерированного масла 24, масло из напорной магистрали 13 начинает поступать в распределитель 7. Клапан 8, например, находится в крайнем левом положении. Тогда масло не может попасть к каналу 12, а поступает в приводную полость 4, оказывая давление на поршень 6. При этом клапан 9 препятствует прохождению масла из полости 4 к магистрали сброса 16. Поршень 6 начинает перемещение, вытесняя при этом из приводной полости 5 имеющуюся там от прошлого цикла рабочую среду (масло) по магистрали 15, затем по каналу 11 и, минуя клапан 9, к магистрали сброса 16. Одновременно с вытеснением масла из полости 5 на сброс происходит вытеснение присадок из насосной камеры 1 за счет перемещения плунжера 2, связанного с поршнем 6. Эта порция присадок подается по напорной магистрали 19 на всасывающую магистраль с маслом 20, т.е. перед насосом 21. Перемещение поршня 6 вызывает перемещение штока 34, который увлекает за собой стержень 31, связанный с выпуклой частью рычага 28. При перемещении рычага 28 растягивается пружина 33, которая по достижении определенного положения поворачивает на опоре 29 второй рычаг 27 таким образом, что между ними опять образуется угол, но расположенный с противоположной стороны (фиг.4). Такое расположение переключателя вызывает смену положения клапанов 8 и 9, и тогда масло, поступающее на распределитель 7, минуя клапан 8, находящийся теперь в крайнем правом положении, по каналам 10, 12 и магистрали 15 поступает в приводную полость 5. Клапан 8 перекрывает проход в полость 4, а клапан 9 открывает доступ маслу из приводной полости 4 в магистраль сброса 16 и перекрывает доступ масла из канала 12 на сброс. Таким образом, заполнение полости 5 вызывает перемещение поршня 6 в другую сторону, а это обеспечивает вытеснение масла из полости 4 через клапан 9 на сброс. Одновременно с поршнем 6 в ту же сторону двигается плунжер 2, вызывая в насосной камере 1 разрежение, в результате чего она заполняется очередной порцией присадки из емкости 18. Перемещение поршня 6 приводит в движение шток 34, и в определенном положении механический переключатель меняет свое положение на первоначальное, вызывая смену положений клапанов 8 и 9, далее весь цикл повторяется вновь. Необходимо отметить, что заполнение полости 4, вызывающее движение поршня 6, не сразу вызывает перемещение штока 34, заведенного в полость 35. Это движение будет осуществлено после сцепления штока 34 со стопором 36. Полость 35 позволяет увеличить ход поршня 6 и связанного с ним плунжера 2.

Изобретение предназначено для использования в области автоматического дозирования в технологических процессах энергетической, химической, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности, в частности для дозирования присадок при регенерации отработанных смазочных масел. Насос-дозатор содержит плунжер, связанный с поршнем гидродвигателя, питающий и нагнетательный клапаны, установленные на питающей и нагнетательной магистралях соответственно. Распределитель взаимодействует с поршнем гидродвигателя. Нагнетательная магистраль связана с всасывающей магистралью, с одной стороны которой расположена емкость, а с другой - насос привода гидродвигателя, выход которого магистралью связан через распределитель с гидродвигателем. Распределитель содержит два клапана двойного действия, расположенных в своих каналах соответственно, сообщающихся с одной стороны с приводной полостью гидродвигателя, а с другой - каналом между собой. К каналу одного клапана подводится напорная магистраль с выхода насоса, а к каналу другого клапана подводится магистраль, соединенная с другой приводной полостью гидродвигателя. Магистраль сброса приводящей среды соединена с каналом, подведенным к направляющей клапана. Штоки клапанов жестко соединены между собой стержнем, который соединен с рычагом с возможностью перемещения по пазам, симметрично расположенным относительно друг друга внутри рычага. Второй рычаг соединен со штоком с возможностью поворота относительно него. На противоположном конце штока имеется ограничитель хода, расположенный внутри полости, выполненной в поршне гидродвигателя, на выходе которой установлен стопор. Два рычага стянуты между собой упругим элементом и установлены на опоре, жестко закрепленной на корпусе гидродвигателя, с возможностью поворота вокруг нее. Предлагаемый насос-дозатор позволяет автоматически регулировать оптимальное количество дозируемой присадки. 4 ил.

Насос-дозатор, содержащий плунжер, связанный с поршнем гидродвигателя, питающий и нагнетательный клапаны, установленные на питающей и нагнетательной магистралях соответственно, и распределитель, взаимодействующий с поршнем гидродвигателя, отличающийся тем, что нагнетательная магистраль связана с всасывающей магистралью, с одной стороны которой расположена емкость, а с другой - насос привода гидродвигателя, выход которого магистралью связан через распределитель с гидродвигателем, при этом распределитель содержит два клапана двойного действия, расположенных в своих каналах и сообщающихся с одной стороны с одной приводной полостью гидродвигателя, а с другой - каналом между собой, причем к каналу одного клапана подводится напорная магистраль с выхода насоса, а к каналу другого клапана подводится магистраль, соединенная с другой приводной полостью гидродвигателя, а магистраль сброса приводящей среды соединена с каналом, подведенным к направляющей этого клапана, при этом штоки клапанов жестко соединены между собой стержнем, который соединен с рычагом с возможностью перемещения по симметрично расположенным относительно друг друга пазам внутри рычага, второй рычаг соединен со штоком с возможностью поворота относительно него, а на противоположном конце штока имеется ограничитель хода, расположенный внутри полости, выполненной в поршне гидродвигателя, на выходе которой установлен стопор, а два рычага стянуты между собой упругим элементом и установлены на опоре, жестко закрепленной на корпусе гидродвигателя, с возможностью поворота вокруг нее.