Дозатор жидкости Советский патент 1992 года по МПК G01F13/00 

связи с тем, что расход жидкости, вытекающей через сифон, ограничен потому, что истечение из сифона происходит только под действием силы тяжести.

Целью изобретения является повышение производительности и расширение диапазона дозирования.

Эта цель достигается тем, что в дозатор жидкости введены спиральный диффузор и привод вращения, с которым связана мерная емкость, выполненная в виде вертикально установленного цилиндра с осевым отверстием в верхнем торце, причем сифон размещен горизонтально с одной стороны от оси вращения цилиндра, входное его колено герметично пропущено через торец последнего, а выходное - в спиральный диффузор, установленный неподвижно и со- осно с цилиндром, к оси вращения которого обращен перегиб сифона. Выходной конец подводящего трубопровода с зазором пропущен через осевое отверстие верхнего торца цилиндра.

На фиг. 1 показана схема предлагаемого дозатора жидкости; на фиг.2 - схема его использования в качества генератора механических колебаний.

Дозатор жидкости состоит из мерной емкости 1, подводящего жидкость трубопровода 2, регулировочного устройства 3, восходящего 4 и нисходящего 5 участков сифона, корпуса 7 подшипникового узла, отвода 8, вала 9 привода, радиального подшипника 10, узла уплотнения 11, верхнего 12 и нижнего 13 уплотнительных колец, выходного патрубка 14, распорных втулок 15 и 16, уплотнительного узла 71 сифона, гайки 18, балансировочной полости 6, заполненной материалом расчетной плотности, соединительных винтов 19 и 20, распорной втулки 21 и шпонки 22.

В мерной емкости 1 сосредоточивается перед выдачей доза жидкости. Трубопровод

2служит для подведения жидкости в мерную емкость 1. Регулировочное устройство

3предназначено для регулирования расхода жидкости, подаваемой в мерную емкость 1. По восходящему 4 и нисходящему 5 участкам сифона осуществляется истечение жидкости из мерной емкости 1 в отвод 8 и далее к потребителю.

Благодаря балансировочной полости 6 достигается уравновешивание вращающихся масс деталей предлагаемого дозатора жидкости.

К отводу 8 присоединяется напорный трубопровод, по которому жидкость поступает к потребителю. Вал 9 передает крутящий момент от привода (например, от электродвигателя) к мерной емкости 1. Радиальный подшипник 10 служит опорой от вала 9. Узел уплотнения 11 служит для предупреждения попадания жидкости в подшипник 10 и утечки ее из отвода 8

спирального диффузора.

Верхнее 12 и нижнее 13 уплотнитель- ные кольца уменьшают утечки жидкости из отвода 8 спирального диффузора через зазоры между вращающимися неподвижными

0 деталями дозатора. Как и в центробежных насосах, кольца 12 и 13 увеличивают объемный КПД предлагаемого дозатора. Выходной патрубок 14 служит для присоединения к нему трубопровода. Распорные втулки 15,

5 16 и 21 задерживают вращающиеся детали предлагаемого дозатора от возможного осевого перемещения. Уплотнительный узел 17 предупреждает утечку жидкости из спирального отвода 8 наружу. Гайка 18 удерживает

0 в плотно прижатом состоянии одна к другой участки 4 и 5. Крепежные винты 19 и 20 обеспечивают разъемное соединение предлагаемого дозатора. Шпонка 22 предупреждает проворачивание восходящего 4 и

5 нисходящего 5 участков сифона на валу 9.

Мерная емкость 1 вращается вокруг вертикальной оси вместе с деталями 4, 5, 6, 9, 18 и 22 от привода. Мерная емкость закреплена консольно на валу 9 с помощью

0 гайки 18. Ось ее совпадает с осью вала 9. Ось вращения мерной емкости 1 расположена вертикально. Это обеспечивает одинаковые условия включения и выключения сифона. Если ось вращения мерной емкости

5 1 будет горизонтальной или наклонной, то за счет действия силы тяжести толщина слоя внизу мерной емкости 1 будет больше толщины слоя сверху ее. Это явление особенно сильно будет проявляться при малых числах

0 оборотов мерной емкости. Трубопровод 2 проходит отверстие в передней стенке мерной жидкости 1. Регулировочное устройство 3 (например, кран) располагается в непосредственной близости к мерной емкости

5 1 так, чтобы было удобно регулировать расход жидкости, однако так, чтобы при регулировании расхода жидкости, подаваемой в мерную емкость 1, обслуживающий персонал не мог травмироваться вращающейся

0 мерной емкостью 1.

Восходящий участок 4 сифона располагается внутри мерной емкости 1 радиально. Нисходящий участок 5 сифона плотно соединяется с восходящим участком 4, образуя

5 вращающийся вместе с мерной емкостью 1 сифон. Ступицы нисходящего 5 и восходящего 4 участков сифона насажены на шпонке 22 вала 9 и от осевого перемещения удерживаются выступом на валу 9 и гайкой 18. Балансировочные полости 6, заполнявмые материалом расчетной плотности, располагаются с противоположной стороны восходящего и нисходящего участков каналов сифона.

Корпус 7 спирального диффузора является статической основой предлагаемого дозатора: на нем крепятся детали 8, 10, 14, 19 и 20.

Корпус 7 прикрепляется к основанию производственного помещения (на фиг.1 и 2 не показано). Отвод 8 прикрепляется к корпусу 7 спирального диффузора и отлит заодно с ним. Вал 9 привода располагается внутри корпуса 7 коаксиально. Ось его является осью вращения мерной емкости 1 и сифона (участки 4, 5). Подшипник 10 насажен на вал 9 и находится так же, как и узел уплотнения 11, внутри корпуса 7. Верхнее 12 и нижнее 13 уплотнительные кольца смонтированы неподвижными в корпусе 7 спирального диффузора. Корпус 7 прикреплен винтами 19 и 20 к отводу 8 спирального диффузора. Распорная втулка 15 запрессована внутри корпуса 7 спирального диффузора на валу 9. Гайка 18 навинчена на конец вала 9, имеющий соответствующую резьбу. Шпонка 22 находится в шпоночной канавке вала 9.

Дозатор работает следующим образом.

При открытии регулировочного устройства 3 жидкость поступает по трубопроводу 2 во вращающуюся мерную емкость 1 и наполняет ее. При этом будет заполняться жидкостью восходящий участок 4 сифона. После того, как уровень свободной поверхности жидкости в мерной емкости 1 превысит горб сифона, жидкость будет наполнять и его нисходящий участок 5. При заполнении всей длины участка 5 сифона под действием центробежной силы жидкость будет вытекать через сифон 1 в отвод 8 и далее к потребителю. Так как расход жидкости, поступающей в мерную емкость 1, меньше расхода жидкости, вытекающей через сифон в спиральный диффузор (это условие является обязательным при работе любого сифона периодического действия), то уровень свободной поверхности жидкости в мерной емкости 1 относительно ее вертикальных стенок понижается, т.е. цилиндрическая свободная поверхность жидкости приближается к вертикальным стенкам вращающейся мерной емкости 1.

Когда впускное отверстие восходящего участка сифона обнажится, в него из атмосферы поступит воздух и течение жидкости через сифон прекратится. Затем описанный цикл повторится. Основной отличительной чертой предлагаемого дозатора жидкости является наличие центробежной силы, действующей на неуравновешенную часть жидкости в нисходящем участке сифона, которая может существенно превышать силу тяжести указанной части жидкости в извест- ном устройстве.

В самом деле, центробежная сила F, действующая на неуравновешенную часть жидкости в нисходящем участке сифона равна

10

m v

(D

5

где m - масса неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона;

v - окружная скорость движения центра тяжести неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона;

г - радиус центра тяжести неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона.

0Вес G неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона можно выразить так:

G mg,(2)

где g - ускорение силы тяжести.

Отношение рассмотренных сил

,2

(3)

Ј.Ґ1

G g r

Вначале находят массу m неуравнове- Q шенной части жидкости в нисходящем участке сифона при движении потока жидкости через сифон

(IH-U)

m

п &

(4)

4 Vn g

5 где dc - диаметр сифона;

1Н и 18 - длины нисходящего и восходящего участков сифона;

у- объемный вес жидкости; g - ускорение силы тяжести. 0Затем определяют радиус г центра тяжести неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона 1н-1&

г IB + 5 илиг- М

(5)

(6)

Угловая скорость вращения мерной емкости 1 сифона

тг h,-.-.

Ш {7)

где п - частота вращения мерной емкости и сифонов, об/мин

Окружная скорость движения центра тяжести неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона может быть выражена так:

v шг(8)

С учетом выражений (1...(8) центробежную

силу F действующую на неуравновешенную часть

жидкости в нисходящем участке сифона,вы- ражают так:

F din2 ()(g)

h72CFg

При диаметре сифона предлагаемого дозатора, например, 25 мм, длине нисходящего участка 300 мм, длине восходящего участка 200 мм.объемный вес у жидкости 1 г/см3, числе оборотов мерной емкости 1 и сифона 1000 об/мин конкретные параметры работы сифона находят следующим образом.

Длина неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона

н - Ig 300 мм - 200 мм 100 мм 10 см. Объем неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона

W |Ц|н - IB) - 0,785-2,52.10 48 см3.

Вес неуравновешенной части жидкости в нисходящемучастке сифона

G yW 1Z/CM348 см3 48 г 0,048 кг.

Радиус центра тяжести части жидкости в нисходящем участке сифона

н +lfe 300 +200 г2 - 2

- 250мм 25см -0,25м.

Угловая скорость вращения центра тяжести неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона

п h 3J4jJOOO 1Q5 рад

О)

ТЯГ

3(Г- с

Окружная (линейная) скорость движения центра тяжести неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона v шг 105-0,25 26 м/с. Центробежная сила F, действующая на неуравновешенную часть жидкости в нисходящем участке

m v

0.048 9,81

G

g

2 б2 0,25

13,4 кг

Отношение центробежной силы F, действующей на неуравновешенный участок жидкости в нисходящем участке сифона в предлагаемом дозаторе, к силе тяжести G, действующей на неуравновешенный участок жидкости в нисходящем участке сифона в известном дозаторе, при прочих равных условиях, будет равно

Г - 1 J,r - ОЯП

G 0048 28°Таким образом, сила, обеспечивающая истечение жидкости из мерной емкости 1 через сифон в предлагаемом дозаторе, в 280 раз больше силы, обеспечивающей движение жидкости через сифон из мерной емкости в известном дозаторе (при прочих равных условиях).

Приведенные расчеты показывают, что сила, под действием которой вытекает жидкость из мерной емкости 1 по сифону предлагаемого дозатора, существенно больше силы, под действием которой вытекает жидкости по сифону известного дозатора. А это значит, что скорость истечения по сифону

0 предлагаемого дозаторе будет тоже существенно больше. Следовательно, может быть больший расход жидкости, поступающей в мерную емкость 1.

Другими существенными отличитель5 ными признаками предлагаемого дозатора жидкости являются наличие спирального диффузора и размещение в нем выходного колена сифона; сифон размещен горизонтально с одной стороны от оси вращения

0 цилиндра, входное его колено герметично пропущено через торец последнего, а выходное - в спиральный диффузор, установленный неподвижно и соосно с цилиндром, к оси вращения которого обращен перегиб

5 сифона.

На фиг.2 показана схема примера конкретного применения предлагаемого дозатора. Здесь приняты следующие обозначения: 23 - электродвигатель, 24 - резервуар, 25 0 напорный трубопровод, 26 - дополнительное регулировочное устройство, 27 - мембранная коробка, 28 - мембрана, 29 - пружина, 30 - шток мембраны, 31 - муфта, 32 - обратный клапан. Детали 27-30 пред5 ставляют собой единый узел, называемый мембранным приводом.

Схема, в которую включен дозатор жидкости, обеспечивает возвратно-поступательные движения штока 30. Устройство,

0 изображенное на фиг.2, может быть применено, например, для штамповки деталей, испытаний образцов на изгиб и т.п.

Устройство работает следующим образом.

5 Дозатор жидкости обеспечивает подачу разрывного периодического потока (при непрерывной работе привода 23) по трубопроводу 25 в мембранную коробку 27.

При этом поток жидкости, выходя из

0 трубопровода 25, разделяется на два потока. Основная часть потока направляется в мембранную коробку 27 и создает механическое движение штока 30. Вторая часть потока направляется к дополнительному ре5 гулировочному устройству 26 и далее в резервуар 24. После того, как течение жидкости по сифону прекратилось (сифон выключился из работы), пружина 29 возвращает мембрану 28 в исходное положение. Жидкость при этом перетекает через регулировочное устройство 26. Обратный клапана 32 исключает перетекание жидкости из мембранной коробки 27 во внутреннюю полость дозатора жидкости (когда сифон включен).

Таким образом, предлагаемый дозатор жидкости имеет широкий рабочий диапазон по расходу жид кости, подаваемой в мерную емкость 1 и обладает большой производительностью.

Изменяя число оборотов привода 23 дозатора жидкости, можно обеспечить изменение параметров работы дозатора (величину дозы, период, частоту дозирования).

Путе уменьшения или увеличения числа оборотов мерной емкости 1 можно изменять программу выдачи дозы.

Формула изобретения 1. Дозатор жидкости, содержащий мерную емкость, расположенный над ней подводящий трубопровод с регулируемым клапаном и сифон, входное колено которого размещено в мерной емкости, отличающийся тем, что, с целью повышения

производительности и расширения диапазона дозирования, в него введены спиральный диффузор и привод вращения, с которым связана мерная емкость, выполненная в виде вертикально установленного

цилиндра с осевым отверстием в верхнем торце, причем сифон размещен горизонтально с одной стороны от оси вращения цилиндра, входное его колено герметично пропущено через торец последнего, а выходное - в спиральный диффузор, установленный неподвижно и соосно с цилиндром, к оси вращения которого обращен перегиб сифона.

2. Дозатор по п.1,отличающийся

тем, что выходной конец подводящего трубопровода с зазором пропущен через осевое отверстие верхнего торца цилиндра.

/4

22