СПОСОБ ДОЗИРОВАННОЙ ПОДАЧИ ЖИДКОСТИ Российский патент 2005 года по МПК G01F13/00 

Изобретение относится к области общего машиностроения и приборостроения, в частности к способам дозированной подачи малых объемов жидкости, и предназначено для использования, например, в химической промышленности для получения гранулированного материала, в автоматических линиях разлива в сосуды жидкостей сложного состава и в медицине.

Известен способ подачи жидкости, например расплавленной пластмассы через зкструзионную головку, путем выдавливания определенного объема пластмассы из цилиндрической полости с помощью червячного механизма [Каталымов А.В., Любартович В.А. Дозирование сыпучих и вязких материалов. Л., Химия, 1990, с.180].

Используется также способ объемного дозирования жидкости, при котором жидкость наливается в протарированную емкость с определением по шкале занимаемого жидкостью объема [Орлов С.П. Дозирующие устройства. М. Изд. Машиностроение, 1966, с.147].

Наиболее близким к предложенному по технической сущности и достигаемому результату является способ капельной подачи жидкости, состоящий в выдавливании жидкости из сосуда через капилляр [БСЭ. - 1973, т.11, с.1070. М.: Сов. энцикл., 1973. - 3-е изд.]. Отрыв капли от торца капилляра происходит при равенстве сил поверхностного натяжения на торце капилляра и силы тяжести капли. Согласование количества подаваемой жидкости и интенсивности ее подачи в технологической цепочке с параметрами капилляра достаточно затруднено или вовсе невозможно.

Задача изобретения - организация капельной подачи жидкости из сосуда через отверстие с проходным сечением, обеспечивающим требуемый объем вытекающей капли.

Поставленная задача решается следующим образом.

Заполненный жидкостью сосуд с отверстием, расположенным ниже уровня жидкости, подвергают вибрации, вызывающей капельное истечение жидкости из отверстия.

Сущность предлагаемого способа поясняется чертежами фиг.1, фиг.2.

На фиг.1 показана общая схема вибрирующего в газовой среде сосуда, заполненного жидкостью и имеющего отверстие в его дне. На схеме введены следующие обозначения: 1 - сосуд с жидкостью, 2 - газ, окружающий сосуд, 3 - пузырек воздуха, 4 - капля жидкости.

На фиг.2 представлена зависимость перепада давления в жидкости вблизи отверстия в сосуде от времени (по оси ординат отложен безразмерный перепад давления у отверстия Δр/ΔР при вибрации сосуда, а по оси абсцисс - безразмерное время τ=ωt).

Предлагаемый способ реализуется следующим образом.

Сосуду, до определенного уровня заполненному жидкостью, сообщают, например, вертикальные гармонические колебания по закону , где А - амплитуда, ω - частота вибрации. При этом давление в жидкости в любом поперечном сечении сосуда изменяется периодически.

Объемный секундный расход жидкости из отверстия сосуда определяется в каждый момент времени формулой Торричелли:

где Q - расход жидкости, t - время, μ - коэффициент расхода отверстия, F - площадь отверстия, - статический перепад давления у отверстия (см. фиг.1), ρ - плотность жидкости, h - высота столба жидкости в сосуде над отверстием, у'' - ускорение сосуда, w - коэффициент перегрузки.

При коэффициенте перегрузки w>1 в промежутке (фиг.2), где , величина и газ 2 (фиг.1), окружающий сосуд, засасывается внутрь сосуда с образованием пузырька [Блехман И.И., Блехман Л.И., Вайсберг Л.А., Васильков В.Б., Якимова К.С. Нелинейные эффекты при истечении жидкости из вибрирующих сосудов. ДАН, 2003, т.391, №2, с.185-188]. В промежутке безразмерного времени , величина и жидкость 1 вытекает в виде капли 4 из сосуда.

Промежуток времени, в течение которого жидкость вытекает из сосуда, составляет (см. фиг.1)

Тогда объемный расход жидкости за один период колебаний сосуда в соответствии с (1) будет равен

Учитывая, что , после приближенного вычисление интеграла, получим следующее выражение объемного расхода жидкости за один период колебаний

где

Очевидно, что за время t из сосуда вытечет объем жидкости

Согласно предлагаемому техническому решению при сообщении сосуду вибрации в вертикальном направлении, как видно из графика на фиг.2, давление у отверстия в дне сосуда меняется периодически с периодом, равным периоду колебаний сосуда . В течение части периода колебаний T_- реализуется засасывание в жидкость газа, окружающего сосуд. В течение другой части периода T₊ происходит вытекание капли жидкости из сосуда, т.е. за каждый период колебаний сосуда вытекает одна капля жидкости. Размер капли зависит от параметров вибрации, от площади поперечного сечения отверстия, от свойств жидкости.

В предложенном способе капельное истечение жидкости из отверстия сосуда формируется за счет вибрационного воздействия независимо от капиллярных свойств системы стенка сосуда - жидкость.

Использованная литература

1. Каталымов А.В., Любартович В.А. Дозирование сыпучих и вязких материалов. Л., Химия, 1990, с.180.

2. Орлов С.П. Дозирующие устройства. М., Изд. Машиностроение, 1966, с.147.

3. БСЭ. - 1973, Т.11, с.1070. М.: Сов. энцикл., 1973. - 3-е изд.

4. Блехман И.И., Блехман Л.И., Вайсберг Л.А., Васильков В.Б., Якимова К.С. Нелинейные эффекты при истечении жидкости из вибрирующих сосудов. ДАН, 2003, т.391, №2, с.185-188.

Изобретение относится к средствам дозированной подачи малых объемов жидкости и может быть использовано, например, в химической промышленности при получении гранулированного материала, в автоматических линиях разлива в сосуды жидкостей сложного состава, в медицине. Изобретение направлено на организацию капельной подачи жидкости из сосуда через отверстие с проходным сечением, обеспечивающим объем вытекающей капли, при которой сосуду сообщают вибрацию, при этом объем жидкости, вытекающей через отверстие, определяют по формуле Q₀=ω/2πQt, где ω - частота колебаний сосуда, Q - объем одной капли, t - время истечения. 2 ил.

Способ дозированной подачи жидкости, состоящий в организации капельного истечения из сосуда заполняющей его жидкости, отличающийся тем, что сосуду сообщают вибрацию, при этом объем жидкости, вытекающей через отверстие, определяют по формуле

Q₀=ω/2πQt,

где ω - частота колебаний сосуда, Q - объем одной капли, t - время истечения.