Смеситель-дозатор с магнитожидкостными управляющими элементами Российский патент 2017 года по МПК B01F13/08 

Изобретение относится к машиностроению.

Уровень техники.

Известны конструкции смесителей, выполненных в виде струйных насосов, патенты RU 2442686 С1 и RU 2507370 С1.

Раскрытие изобретения

Наиболее близкими являются конструкции, указанные в патентах RU 2442686 С1 и RU 2507370 С1. Представленные в патентах RU 2442686 С1 и RU 2507370 С1 смесители осуществляют перемешивание компонентов и транспортировку смеси за счет активного потока жидкой или газовой среды, создавая зону разряжения в рабочей камере и производя подсос пассивной среды в рабочую камеру. Также в описанных патентах смешение компонентов происходит под действием явлений турбулентного характера. В отличие от данных патентов предлагаемая конструкция создает зону пониженного давления посредством воздействия внешнего магнитного поля на кольцевую полость, заполненную магнитной жидкостью, примыкающую к рабочей камере смесителя и отделенную от рабочей камеры упругой мембраной. Забор компонентов, их смешение и транспортировка смеси в разработанном смесителе-дозаторе с магнитожидкостными управляющими элементами производится при помощи высокочастотной пульсации давления в рабочей камере при импульсной подаче сигнала на кольцевой электромагнит, в управляющем поле которого находится кольцевая полость, заполненная магнитной жидкостью. Внешнее магнитное поле, образующееся при подаче импульсной нагрузки на управляющий электромагнит, приводит к высокочастотному колебанию значений электромагнитной составляющей давления в магнитной жидкости. Также в отличие от существующих конструкций созданная конструкция смесителя-дозатора реализует процесс дозирования компонентов смеси и готовой смеси регулировкой степени перекрытия соответствующих каналов магнитожидкостными клапанами.

Технический результат

В традиционных струйных смесителях для осуществления смешения компонентов применяется комбинация пассивной среды и активной среды, посредством подачи которой и образуется зона разряжения. При этом в качестве источников давления используются насосные или компрессорные установки, имеющие подвижные механические элементы и достаточно сложные конструкции. Смеситель - дозатор с магнитожидкостными управляющими элементами позволяет производить смешивание компонентов и их дозированную подачу без применения подвижных механических элементов. Также простота его конструкции, в целом, значительно повышают его надежность и срок эксплуатации. Достаточно распространено применение в химической промышленности струйных смесителей в комбинации с лопастными насосами, в качестве источников давления. Но для этого требуется выбор стойких к агрессивным средам материалов и покрытий элементов лопастных машин, что значительно усложняет их производство, повышает стоимость смесителей и влечет механический износ защитных покрытий в процессе эксплуатации, значительно снижая ресурс системы смешения. Поэтому применение предложенного смесителя-дозатора с элементами конструкции, выполненными из химически инертных материалов, позволяет снизить технологические требования и затраты на производство, а также повысить ресурс смесителей, эксплуатируемых в химической промышленности. Необходимо отметить и то, что использование клапанов с магнитожидкостными запорными элементами позволяет повысить точность дозировки компонентов и готовой смеси, так как магнитожидкостные клапаны отличаются высокой точностью степени перекрытия рабочего сечения и при их закрытии значительной скоростью отработки сигнала управления.

Осуществление изобретения

Смеситель-дозатор с магнитожидкостными управляющими элементами Фиг. 1, Фиг. 2, Фиг. 3 состоит из корпуса 1, в котором выполнены подводящие каналы 2 и напорный канал 13 с размещенными в них магнитожидкостными управляющими элементами: магнитожидкостными клапанами - упругими сферическими капсулами, заполненными магнитной жидкостью 6, 7, 8, позиционированными в каналах и кольцевой полостью, заполненной магнитной жидкостью 4. Кольцевая полость, заполненная магнитной жидкостью, отделена от рабочей камеры мембраной. Для реализации управления магнитожидкостными элементами в корпус интегрированы герметизированные кольцевые электромагниты 9, 10, 11, 12. В местах позиционирования электромагнитов в корпусе выполнены посадочные полости. Направление действия магнитного поля электромагнита, управляющего кольцевой полостью, заполненной магнитной жидкостью перпендикулярно направлению тока смеси в рабочей камере, а направление действия магнитного поля электромагнитов, управляющих магнитожидкостными клапанами параллельно направлению тока компонентов и смеси в каналах. В управляющем магнитном поле происходит изменение электромагнитной составляющей давления в магнитной жидкости, находящейся в кольцевой полости. Передача импульсных скачков давления от кольцевой полости, заполненной магнитной жидкостью, к рабочей камере 5, при возникновении управляющего магнитного поля или его снятии, осуществляется через мембрану из упругого материала 3. Получаемая при этом разность давлений в рабочей камере и каналах, заполненных компонентами смеси 2, приводит к движению компонентов смеси к рабочей камере в момент падения в ней давления. Во избежание обратного тока смеси в подводящих каналах 2 установлены магнитожидкостные клапаны 6, 7, а во избежание неконтролируемого оттока смеси в напорном канале 13 установлен магнитожидкостный клапан 8. Дозирование количества компонентов смеси и готовой смеси производится регулировкой перекрытия соответственно подводящих каналов и напорного канала магнитожидкостными клапанами. Смешивание компонентов происходит под действием высокочастотной пульсации давления в рабочей камере смесителя-дозатора.

Устройство работает следующим образом.

Смеситель - дозатор с магнитожидкостными управляющими элементами работает по принципу создания зоны пониженного давления в рабочей камере 5 посредством изменения электромагнитной составляющей давления в магнитной жидкости, находящейся в полости 4, отделенной от рабочей камеры упругой мембраной 3. При импульсной подаче напряжения на кольцевой электромагнит 10, управляющий полостью, заполненной магнитной жидкостью, в магнитной жидкости происходит высокочастотная пульсация электромагнитного давления, являющегося составной частью полного давления, оказываемого на мембрану со стороны магнитной жидкости. Это приводит к передаче пульсации давления через мембрану в рабочую камеру смесителя-дозатора. Значение перепада давления в рабочей камере регулируется посредством управления нагрузкой, подаваемой на кольцевой электромагнит 10, управляющий полостью, заполненной магнитной жидкостью. В момент отключения кольцевого электромагнита 10, управляющего полостью, заполненной магнитной жидкостью, происходит падение давления в рабочей камере. За счет создания перепада давления, а именно зоны пониженного давления в рабочей камере, жидкие компоненты смеси, находящиеся в подводящих каналах 2, начинают течь в рабочую камеру при условии открытия магнитожидкостных клапанов 6, 7, расположенных в подводящих каналах и закрытия магнитожидкостного клапана 8, расположенного в напорном канале 13, заполненном смесью. Для реализации открытия магнитожидкостных клапанов 6, 7 необходимо подать напряжение на кольцевые электромагниты 11, 12, а для закрытия магнитожидкостного клапана 8 необходимо отключить питание кольцевого электромагнита 9. Для подачи готовой смеси в момент включения кольцевого электромагнита 10, управляющего полостью, заполненной магнитной жидкостью, и роста давления в рабочей камере необходимо открыть магнитожидкостный клапан 8, находящийся в напорном канале, заполненном смесью, и закрыть магнитожидкостные клапаны 6, 7, находящиеся в подводящих каналах. Для реализации закрытия магнитожидкостных клапанов 6, 7 необходимо снять напряжение на кольцевых электромагнитах 11, 12, а для открытия магнитожидкостного клапана 8 необходимо подать питание на кольцевой электромагнит 9. Степень открытия магнитожидкостных клапанов 6, 7, 8 управляется при помощи изменения мощности кольцевых электромагнитов 9, 11, 12 в зонах, действия которых размещены в соответствующие магнитожидкостные клапаны. Как известно, сферические объемы магнитной жидкости имеют свойство в направленном магнитном поле принимать эллипсоидальную форму. Поэтому упругие капсулы, заполненные магнитной жидкостью, находящиеся во внешнем магнитном поле, вытягиваются в направлении действия приложенного внешнего магнитного поля и сжимаются в направлении перпендикулярном магнитному полю. Приобретая эллипсоидальную форму, магнитожидкостные клапаны изменяют пропускную способность каналов, в которых они размещены. Количество поступающих компонентов в рабочую камеру регулируется посредством магнитожидкостных клапанов 6, 7, установленных в подводящих каналах, заполненных компонентами смеси, а количество подаваемой готовой смеси регулируется за счет магнитожидкостного клапана 8, установленного в напорном канале, заполненном смесью. Высокочастотная пульсация давления в рабочей камере приводит к перемешиванию компонентов. Подача управляющего электрического сигнала на электромагниты 9, 10, 11, 12, с учетом описанного алгоритма регулирования магнитожидкостных управляющих элементов, осуществляется при помощи микроконтроллера. Рабочие параметры смесителя-дозатора задаются магнитожидкостными управляющими элементами и регулируются за счет изменения вольт-амперных и частотных характеристик электрического сигнала управления, подаваемого на электромагниты. Смешивание компонентов происходит под действием высокочастотной пульсации давления в рабочей камере смесителя-дозатора, передаваемой смеси магнитной жидкостью, находящейся в кольцевой полости, через упругую мембрану

Перечень последовательностей:

Ссылочные обозначения Фиг. 1

1 - корпус,

2 - подводящий канал, заполненный компонентом смеси,

3 - мембрана,

4 - кольцевая полость, заполненная магнитной жидкостью,

5 - рабочая камера,

6, 7, 8 - магнитожидкостный клапан, упругая сферическая капсула, заполненная магнитной жидкостью,

9, 10, 11, 12 - кольцевой электромагнит,

13 - напорный канал, заполненный смесью.

Ссылочные обозначения Фиг. 2

1 - корпус,

3 - мембрана,

4 - кольцевая полость, заполненная магнитной жидкостью.

Ссылочные обозначения Фиг. 3

Н - магнитное поле.

Изобретение относится к машиностроению. Смеситель-дозатор с магнитожидкостными управляющими элементами предназначен для автоматического смешения компонентов в требуемых пропорциях и дозированной подачи их смеси. Принцип работы смесителя - дозатора с магнитожидкостными управляющими элементами основан на импульсном создании в рабочей камере 5 зоны пониженного давления, при помощи высокочастотной пульсации электромагнитной составляющей давления в полости, заполненной магнитной жидкостью 4 и отделенной от рабочей камеры упругой мембраной 3. Это приводит к току компонентов смеси из подводящих каналов 2 в рабочую камеру 5, где также под действием высокочастотной пульсации давления происходит смешивание компонентов. Для обеспечения дозированной подачи компонентов смеси, блокирования их обратного оттока и препятствия неконтролируемого оттока готовой смеси, в конструкции применяются магнитожидкостные клапаны 6, 7, 8, размещенные в подводящих и напорном каналах 2, 13. Регулирование степени открытия магнитожидкостных клапанов и давления в полости, заполненной магнитной жидкостью, реализуется при помощи электромагнитов 9, 10, 11, 12. В присутствии управляющего магнитного поля происходит изменение формы упругих запорных элементов магнитожидкостных клапанов 6, 7, 8 и электромагнитной составляющей давления в полости, заполненной магнитной жидкостью 4. Подача компонентов смеси, находящихся в подводящих каналах 2, в рабочую камеру 5 реализуется в момент отключения кольцевого электромагнита 10, управляющего полостью, заполненной магнитной жидкостью, и падения давления в рабочей камере 5 при условии открытия магнитожидкостных клапанов 6, 7, расположенных в подводящих каналах 2, и закрытия магнитожидкостного клапана 8, расположенного в напорном канале 13. Открытие магнитожидкостных клапанов 6, 7 происходит при подачи напряжения на кольцевые электромагниты 11, 12, а закрытие магнитожидкостного клапана 8 - при отключении питания кольцевого электромагнита 9. Подача готовой смеси происходит в момент включения кольцевого электромагнита 10, управляющего полостью, заполненной магнитной жидкостью, и роста давления в рабочей камере 5, при условии открытия магнитожидкостного клапана 8, находящегося в напорном канале 13, и закрытия магнитожидкостных клапанов 6, 7, находящихся в подводящих каналах 2. Для закрытия магнитожидкостных клапанов 6, 7 отключается напряжение на кольцевых электромагнитах 11, 12, а для открытия магнитожидкостного клапана 8 подается питание на кольцевой электромагнит 9. Изобретение обеспечивает повышение надежности, срока эксплуатации смесителей - дозаторов и точности дозировки компонентов и смесей. 3 ил.

Смеситель-дозатор, содержащий корпус, в котором выполнены подводящие каналы и напорный канал, отличающийсяся тем, что в корпусе размещены магнитожидкостные управляющие элементы: магнитожидкостные клапаны и кольцевая полость, заполненная магнитной жидкостью, отделенная от рабочей камеры мембраной, для реализации управления над магнитожидкостными элементами в корпус интегрированы герметизированные кольцевые электромагниты, в местах позиционирования электромагнитов в корпусе выполнены посадочные полости, направление действия магнитного поля электромагнита, управляющего полостью, заполненной магнитной жидкостью перпендикулярно направлению тока смеси в рабочей камере, а направление действия магнитного поля электромагнитов, управляющих магнитожидкостными клапанами, параллельно направлению тока компонентов и смеси в каналах, в управляющем магнитном поле происходит изменение электромагнитной составляющей давления в магнитной жидкости, находящейся в кольцевой полости, при импульсной подачи напряжения на кольцевой электромагнит, управляющий полостью, заполненной магнитной жидкостью, в магнитной жидкости происходит высокочастотная пульсация электромагнитного давления, являющегося составной частью полного давления, оказываемого на мембрану со стороны магнитной жидкости, передача импульсных скачков давления от кольцевой полости, заполненной магнитной жидкостью, к рабочей камере при возникновении управляющего магнитного поля или его снятии, осуществляется через мембрану из упругого материала, получаемая при этом разность давлений в рабочей камере и каналах, заполненных компонентами смеси, приводит к движению компонентов смеси к рабочей камере в момент падения в ней давления, во избежание обратного тока смеси в подводящих каналах установлены магнитожидкостные клапаны, и во избежание неконтролируемого оттока смеси в напорном канале установлен магнитожидкостный клапан, жидкие компоненты смеси, находящиеся в каналах, начинают течь в рабочую камеру, в момент отключения кольцевого электромагнита, управляющего полостью, заполненной магнитной жидкостью, и падения давления в рабочей камере, при условии открытия магнитожидкостных клапанов, расположенных в подводящих каналах, и закрытия магнитожидкостного клапана, расположенного в напорном канале для подачи готовой смеси в момент включения кольцевого электромагнита, управляющего полостью, заполненной магнитной жидкостью, и роста давления в рабочей камере необходимо открыть магнитожидкостный клапан, находящийся в напорном канале, и закрыть магнитожидкостные клапаны, находящиеся в подводящих каналах, дозирование количества компонентов смеси и готовой смеси производится регулировкой перекрытия соответственно подводящих каналов и напорного канала магнитожидкостными клапанами, значение перепада давления в рабочей камере регулируется посредством управления нагрузкой, подаваемой на кольцевой электромагнит, управляющий полостью, заполненной магнитной жидкостью, рабочие параметры смесителя-дозатора задаются магнитожидкостными управляющими элементами и регулируются за счет изменения вольт-амперных и частотных характеристик электрического сигнала управления, подаваемого на электромагниты, смешивание компонентов происходит под действием высокочастотной пульсации давления в рабочей камере смесителя-дозатора, передаваемой смеси магнитной жидкостью, находящейся в кольцевой полости через упругую мембрану.