МЕМБРАНА ИНТЕГРАЛЬНОГО ТИПА И СПОСОБ ЕЕ УСТАНОВКИ В УСТРОЙСТВАХ Российский патент 2003 года по МПК F16J3/00 

Изобретение относится к устройствам регулирующего, регистрирующего, вытесняющего и включающе-отключающего действия, в которых используются гибкие или эластичные мембраны.

Мембраной в технике принято называть гибкую пластину - круглую или некруглую по форме, - если ее прогиб превышает толщину в 5 раз и более [1]. Недостатком мембраны из гибких или эластичных материалов является то, что под действием рассредоточенной нагрузки давления жидкости или газа, превышающей заданную величину, мембрана теряет свою первоначальную форму до такой степени, что она способна воспринимать и, соответственно, передавать исполнительному механизму лишь часть сконцентрированной нагрузки. Для устранения этого недостатка прибегают к конструкциям двухкамерного вида, когда мембрана является разделительной стенкой между двумя камерами или полостями, одна из которых является рабочей, другая - компенсирующей и препятствующей чрезмерному видоизменению формы мембраны, что усложняет конструкцию устройства в целом. Мембраны или диафрагмы могут быть изготовлены из упругого материала, способного выдерживать до расчетного предела большие давления среды, не теряя формы, но главным их недостатком является слишком маленькая величина прогиба - не более пяти толщин материала [1].

Известен расходомер топлива по патенту 2017072, опубликованного 30.04.94, содержащий корпус, состоящий из верхней и нижней частей, между которыми установлена подпружиненная относительно верхней части диафрагма (мембрана), разделяющая полость корпуса на верхнюю полость с выпускным каналом и нижнюю полость с впускным каналом, а также переключающее устройство, играющее роль исполнительного механизма впуска и перепуска топлива из одной полости в другую в зависимости от изменения давления жидкости в той или иной полости, причем часть исполнительного механизма связана с центром диафрагмы (мембраны), сама диафрагма (мембрана) снабжена жестким кольцевым участком для опоры пружины и крепления переключающего устройства. Недостатком расходомера топлива является наличие двух рабочих полостей, что заметно усложняет всю конструкцию, а также то, что в своем центре диафрагма (мембрана) имеет отверстие для крепления частей исполнительного механизма, а жесткие кольцевые участки, закрепленные на диафрагме (мембране), выполняют лишь косвенное участие в концентрации рассредоточенной нагрузки давления среды и поэтому не способствуют передаче усилия исполнительному механизму по закону линейной зависимости, что значительно снижает точность работы устройства. Кроме того, нарушение целостности диафрагмы (мембраны) в данном исполнении отрицательно сказывается на прочности мембраны, долговечности и надежности работы устройства в целом.

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности и достигаемому результату является мембранный насос по авторскому свидетельству СССР 1089295, опубликованному 30.04.84, содержащий корпус, в котором с образованием рабочей камеры установлен вытеснитель, закрепленный на штоке и выполненный в виде двух мембран, взаимодействующих с набором размещенных между корпусом и штоком опорных телескопических колец, каждое из которых имеет кольцевой выступ для поочередного взаимодействия с соседним кольцом, с образованием между собой герметичной полости, заполненной смазывающей жидкостью.

Недостатком указанной конструкции является наличие двух мембран, причем одна из них опять-таки служит разделительной стенкой между двумя полостями, заполненными, соответственно, вытесняемой и смазывающей средами, а телескопически движущиеся кольца не способны передавать усилие в данном случае от исполнительного механизма на мембрану, действующую на вытесняемую жидкость, по закону линейной зависимости от изменения объема вытесняемой среды. Кроме того, потери на трение между телескопически движущимися кольцами резко снижают коэффициент полезного действия мембранного насоса.

Способ установки мембраны в устройствах, где мембрана является основным функциональным узлом конструкции, в приведенных аналогах и прототипе имеет тот недостаток, что крепление жестких элементов непосредственно с эластичной основой мембраны заставляет их перемещаться с мембраной, не совершая при этом какой-либо полезной работы, кроме того, нарушается целостность эластичной основы мембраны, снижая надежность работы и долговечность устройства в целом.

Цель изобретения - создать конструкцию мембраны для устройств, в которых рабочая или вытесняемая среда расположена по одну сторону эластичной основы мембраны, а жесткие элементы - по другую, что должно упростить конструкцию устройства, улучшить работоспособность и увеличить долговечность работы узла.

Указанная цель достигается тем, что мембрана интегрального типа, содержащая эластичную основу, снабжена по всей поверхности жесткими элементами секторообразной формы, оси симметрии которых выполнены в радиальном направлении относительно центра мембраны, а края жестких элементов загнуты перпендикулярно ее поверхности, при этом края эластичной основы мембраны защемляют корпусными деталями устройства и жесткие элементы шарнирно соединяют с ними же, причем в зависимости от функционального назначения устройства шарнирные крепления устанавливают вблизи центра мембраны, вблизи середины ее радиуса или по периферии мембраны. Жесткие элементы в наборе могут быть соединены с эластичной основой мембраны, например путем склеивания, спекания, вулканизации и т.п., частично или по всей площади прилегания каждого жесткого элемента. Жесткие элементы в наборе могут быть упруго соединены между собой.

На фиг.1 показана конструкция мембраны интегрального типа.

На фиг.2 показана конструкция одного жесткого элемента, выполненного из упругого листового материала.

На фиг. 3 показан способ установки мембраны интегрального типа, когда шарнирные крепления жестких элементов установлены по периферии мембраны.

На фиг. 4 показан способ установки мембраны интегрального типа, когда шарнирные крепления жестких элементов установлены вблизи центра мембраны.

На фиг. 5 показан способ установки мембраны интегрального типа, когда жесткие элементы имеют с корпусной деталью шарнирное крепление вблизи середины своей длины, а в корпусной детали выполнены по меньшей мере две полости, заполненные рабочей или вытесняемой средой.

Мембрана интегрального типа состоит из самой эластичной основы 1, снабженной жесткими элементами 2. Жесткие элементы 2 выполнены секторообразной формы и расположены по всей поверхности эластичной основы 1, оси симметрии которых направлены к центру мембраны. Края жестких элементов 2 загнуты перпендикулярно поверхности эластичной основы мембраны 1.

Как варианты исполнения мембраны интегрального типа жесткие элементы в наборе могут быть упруго соединены между собой, а также каждый жесткий элемент может быть соединен своей прилегающей плоскостью - частично или по всей площади прилегания - путем, например, склеивания, спекания, вулканизации и т.п. с эластичной основой мембраны.

Способ установки мембраны интегрального типа в устройствах, где мембрана является основным функциональным узлом конструкции, заключается в том, что края 3 эластичной основы 1 защемляют корпусными деталями 4 и 5 устройства, а жесткие элементы 2 шарнирно соединяют с корпусной деталью 4 устройства, причем шарнирные крепления 6 жестких элементов в зависимости от функционального назначения устройства располагают либо по периферии мембраны 1, либо вблизи середины ее радиуса, либо вблизи центра мембраны 1, а свободные концы каждого жесткого элемента 2 упирают в толкатель 7 исполнительного механизма устройства, что и показано на фиг.3, 4, 5.

Мембрана интегрального типа работает следующим образом: рабочая или вытесняемая среда воздействует рассредоточенной нагрузкой своего давления на эластичную основу 1 мембраны, которая в свою очередь давит на прилегающую плоскость каждого жесткого элемента 2, в результате чего каждый жесткий элемент 2 стремится повернуться в своем перемещении вокруг оси шарнирного крепления 6 и таким образом передает усилие свободным концом толкателю 7 исполнительного механизма устройства.

В зависимости от функционального назначения устройства может быть принято то или иное расположение шарнирного крепления 6 жестких элементов 2 с корпусной деталью 4 устройства, а в корпусной детали 5 устройства может быть выполнено несколько полостей, заполняемых рабочей или вытесняемой средой.

Например, при установке мембраны по способу, показанному на фиг.3, могут быть выполнены конструкции мембранных насосов повышенной точности, так как изменение вытесняемого объема среды под действием исполнительного механизма происходит по закону линейной зависимости от величины перемещения толкателя исполнительного механизма.

А при установке мембраны 1 по способу, показанному на фиг.4, могут быть выполнены разнообразные конструкции регулирующих, регистрирующих приборов и устройств повышенной чувствительности.

Установка мембраны 1 по способу, показанному на фиг.5, позволит получать конструкции устройств многофункционального действия и назначения, так как каждый жесткий элемент в данном случае имеет два свободных конца и оба могут быть уперты в два разных толкателя исполнительного механизма устройства с самыми разными функциями действия и назначения.

Показанные на фиг.3, 4, 5 способы установки мембраны интегрального типа позволят решить главную задачу цели данного изобретения, а именно изменение давления рабочей среды, если конструкция предназначена для устройств регулирующего, регистрирующего, включающе-выключающего действия или изменение вытесняемого объема среды под действием исполнительного механизма, если конструкция предназначена для устройств насосов, происходит по закону линейной зависимости от величины перемещения толкателя исполнительного механизма устройства, а именно
dp= k•dx - для устройств регулирующего, регистрирующего или включающе-отключающего действия,
где dp - изменение давления рабочей среды;
dx - величина перемещения толкателя исполнительного механизма устройства;
k - коэффициент пропорциональности;
или dv=k•dx- для устройств вытесняющего действия, например насосов;
где dv - изменение объема вытесняемой среды;
dx - величина перемещения толкателя исполнительного механизма;
k - коэффициент пропорциональности;
Такое техническое решение позволит
а) осуществить размещение рабочей или вытесняемой среды в одной или нескольких полостях только с одной стороны мембраны, что упрощает конструкцию устройства регулирующего, регистрирующего, вытесняющего или включающе-выключающего действия;
б) иметь целостную, без отверстий и без нарушения однородности материала, эластичную мембрану, что увеличивает ее прочность, долговечность и надежность работы устройства;
в) увеличить чувствительность и точность работы устройств регулирующего, регистрирующего, включающе-выключающего действия;
г) уменьшить потери на трение в процессах силового взаимодействия мембраны и исполнительного механизма устройств.

ИСТОЧНИК ИНФОРМАЦИИ
1. "Прочность, устойчивость, колебания". Справочник в трех томах под общей редакцией И.А. Биргера, Я.Г. Пановко, "Машиностроение", М., 1968.

Изобретение относится к машиностроению и используется в регулирующих и регистрирующих устройствах. Поверхность эластичной основы мембраны снабжают жесткими секторообразными элементами корытообразной формы, оси симметрии которых расположены по радиусам основы. Края эластичной основы мембраны защемляют, а элементы шарнирно соединяют с корпусными деталями устройства. Расширяет арсенал технических средств. 2 с. и 1 з.п.ф-лы, 5 ил.

1. Мембрана интегрального типа, содержащая эластичную основу, отличающаяся тем, что она снабжена по всей поверхности жесткими элементами секторообразной формы, оси симметрии которых выполнены в радиальном направлении относительно центра мембраны, а края жестких элементов загнуты перпендикулярно к ее поверхности. 2. Мембрана интегрального типа по п.1, отличающаяся тем, что жесткие элементы в наборе упруго соединены между собой. 3. Способ установки мембраны интегрального типа в устройствах, заключающийся в том, что края эластичной основы мембраны защемляют корпусными деталями устройства, отличающийся тем, что жесткие элементы мембраны интегрального типа шарнирно соединяют с корпусными деталями устройства, причем в зависимости от функционального назначения устройства шарнирные крепления размещают вблизи центра мембраны, вблизи середины ее радиуса или по периферии мембраны.