Генератор пневматических импульсов Советский патент 1992 года по МПК F15C3/16 F15B21/12 

Изобретение относится к средствам автоматики и может быть использовано для управления процессом перемешивания путем создания пульсаций жидкости в различных аппаратах, применяемых в химической, гидрометаллургической и других областях промышлен ности.

Известен генератор пневматических импульсов с мембранно-клапанным устройством, который состоит из глухой и проточной камер, разделенных резиновой мембраной. Проточная камера соединена с патрубком сжатого воздуха и пульсопрово- дом, глухая камера - с опорной емкостью,В центре проточной камеры установлено седло клапана, запорным элементом которого служит мембрана, Для изменения формы и частоты колебаний между опорной емкостью и глухой камерой установлен сменный дроссель. Глухую камеру и опорную емкость заливают водой и создают в них повышенное давление, прижимающее мембрану к седлу. В проточку Ki камеру генератора им- пульс ов постоянно подают воздух через вентиль. Когда давление его в проточной камере превысит давление в опорной емкости, мембрана выгибается, отходит от седла и открывает выход воздуха. Давление под мембранойТГгТрТНГОчТюй камере и пульсоп- падает и становится меньше, чем в глухой камере. Давление в проточной камере и пульсопроводе снова возрастает, м цикл повторяется.

Этот генератор пневматических импульсов прост по конструкции и обеспечивает регулирование формы и частоты колебаний.

Однако энергетические затраты при работе генератора велики, так как сжатый воздух поступает в проточную камеру непрерывно как при запертом седле клапана (рабочий такт), так и при отжатой мембране (такт сброса в атмосферу).

Наиболее близким к предлагаемому по технической сущности является генератор пневматических импульсов, содержащий блок формирования импульсов, выполненный в виде одномембранного элемента, глухая камера которого заполнена жидкостью и подключена через патрубок, с установлен- . ным в нем гидравлическим сопротивлением к емкости опорного давления, а вход проточной камеры соединен с накопительной емкостью, подключенной через первый дроссель к каналу питания, одномембран- ный элемент сброса воздуха, камеры которого выполнены с центральным и концентрическим каналами, второй дроссель и выходной канал, при этом выход проточной камеры одномембранного элемента блока формирования импульсов соединен с центральным каналом первой камеры одно- мембранного элемента сброса воздуха, центральный канал второй камеры которого подключен к атмосфере, концентрический канал первой камеры соединен через второй дроссель с концентрическим каналом второй камеры и с выходным каналом генератора, причем во второй камере установлены опорная шайба и упругое кольцо.

Данный гене ратор пневматических импульсов обеспечивает пониженный по срав- нению с описанным расход сжатого воздуха, так как подача сжатого воздуха в пул ьсокамеру производится только при р абочем такте (вытеснение жидкости из пуль- сокамеры) и прекращается при соединении пульсокамеры с атмосферой через одно- мембранный элемент сброса воздуха, Затраты энергии при создании пульсаций жидкости данным генератором пневматических импульсов в 1,5 - 2,5 раза ниже, чем при работе описанного генератора.

Однако эти затраты энергии остаются

0 еще достаточно высокими, так как настройка частоты колебаний данного генератора пневматических импульсов производится изменением объема накопительной емкости, степени открытия дросселя перед нако5 пительной емкостью, давления в опорной емкости, изменением площади проходного сечения гидравлического сопротивления под опорной емкостью, т.е. частота и амплитуда импульсов подачи сжатого газа в пуль0 сокамеру регулируются только воздействием на газовую фазу без учета частоты собственных колебаний жидкости в системе аппарат - пульсокамера.

Это приводит к тому, что частота им5 пульсов сжатого газа не совпадает с частотой собственных колебаний жидкости в системе аппарат - пульсокамера. Например, жидкость еще заполняет пульсокаме- ру, а генератор подает в это время в нее

0 сжатый воздух. При этом энергия сжатого воздуха бесполезно теряется на преодоление инерции движущейся в противофазе жидкости и остановку ее и только затем совершается полезная работа по выталкивэ5 нию жидкости из пульсокамеры в аппарат. Известно, что минимальная энергия на поддержание колебательного движения наблюдается при совпадении фазы и частоты колебаний возмущающей силы и собствен0 ных колебаний системы, т.е. при резонансном режиме колебательного процесса). В данном случае фаза и частота пневматических импульсов, приводящих в колебательное движение жидкость, должны совпадать

5 с частотой и фазой колебаний этой жидкости в системе пульсокамера - аппарат. В известном устройстве это условие не реализуется, и расход сжатого воздуха на создание пульсаций жидкости велик,

0 Цель изобретения - сокращение энергетических затрат путем синхронизации по фазе подачи импульсов сжатого газа и час- собственных Колебаний жидкости в пулъсокамере.

5 Поставленная цель достигается тем, что в генераторе пневматических импульсов, содержащем блок формирования импульсов и мембранный элемент сброса воздуха, блок формирования импульсов выполнен в виде трехмембранного элемента, связанного общим штоком и образующих с корпусом четыре камеры, причем эффективная площадь первой мембраны больше эффективной площади второй мембраны, глухая камера, образованная корпусом и первой мембраной, через первый дроссель подсоединена к трубопроводу сжатого газа, подключенного к пульсокамере, камера между первой и второй мембранами сообщена с атмосферой, проточная камера между второй и третьей мембранами через второй дроссель присоединена к трубопроводу подачи сжатого газа и установленному в генераторе соплу, заслонка которого укреплена на штоке, связанном с эластичным элементом, чувствительными направлению движения жидкости и расположенным в пульсокамере, сопло проточной камеры между третьей мембраной и корпусом соединено с трубопроводом подачи сжатого газа и глухая камера мембранного элемента сброса газа снабжена пружиной растяжения и подключена к проточной камере между третьей мембраной и корпусом и к трубопроводу сжатого газа, подключенному к пульсокамере.

На чертеже схематически представлен генератор пневматических импульсов.

Генератор содержит узел 1 формирования импульсов, состоящий из верхней камеры 2 с соплом 3 и патрубком 4, мембраны 5, камер 6 и 7, мембран 8 и 9 и камеры 10. Мембраны 5, 8 и 9 связаны штоком 11 в единый блок, и эффективная площадь мембраны 9 больше эффективной площади мембраны 5, эффективная площадь которой больше эффективной площади мембраны 8. Камера 2 соединена трубопроьсдом 12 с пульсокамерой 13 и с трубопроводом 14 сжатого воздуха. С трубопроводом 14 через дроссель 15 соединена и камера 6, второй вход ее присоединен к соплу 16, площадь поперечного сечения которого много больше площади дросселя 15. Камера 7 соединена с атмосферой, а камера 10 через регулируемый дроссель 17 - с трубопроводом 12. Одномембранный элемент 18 сброса воздуха содержит камеры 19 и 20, между которыми закреплена мембрана 21. В камере 20 предусмотрены патрубки 22 и 23, камера 19 снабжена пружиной 24 растяжения и сообщена трубол роводом 25с трубопроводом 12. Патрубок 22 соединен с пульсокамерой 13, а патрубок 23 сообщен с атмосферой. В пульсокамере 13 расположен эластичный элемент в виде вялой мембраны 26 с отверстиями 27, к которой прикреплен шток 28 с заслонкой 29. Пульсо- камера 13 размещена в аппарате 30.

Генератор пневматических импульсов работает следующим образом.

Заполняют аппарат 30 жидкостью и открывают сжатый воздух в трубопровод 14. 5 При этом сжатый воздух отжимает блок мембран 5, 8 и 9 книзу и через сопло 3 и патрубок 4 свободно проходит в трубопровод 12 и далее в пульсокамеру 13 и по трубопроводу 25 в камеру 19 элемента 18

0 сброса воздуха. Давление сжатого воздуха, воздействующего на мембрану 21 сверху, преодолевает силу растяжения пружины 24, и мембрана 21 прижимается к торцу патрубка 22, разобщая пульсокамеру 13с атмосфе5 рой. Давление сжатого воздуха в полости пульсокамеры 13 возрастает, и жидкость из нее вытесняется в аппарат 30. Вялая мембрана 26 в это время, следуя за жидкостью, прогибается вниз и заслонка 29 штоком 28

0 отведена от сопла 16, Сжатый воздух, поступающий через дроссель 15 в камеру 6, свободно выходит через сопло 16 в атмосферу, и давление в камере 6 равно атмосферному. Через заданный регулируемым дросселем

5 17 промежуток времени давление сжатого воздуха в камере 10, в трубопроводе 12 и камере 2 почти сравнивается и, так как эффективная площадь мембраны 9 больше эффективной пощади мембраны 5, блок

0 мембран перемещается кверху, мембрана 5 перекрывает нижний торец сопла 3 и доступ сжатого воздуха в блок формирования импульсов 1 прекращается. При этом жидкость в пульсокамере 13, продолжает двигаться

5 вниз, воздух в ней, совершая полезную работу, расширяется и давление его падает. С падением давления сжатого воздуха наступает момент, когда сила, действующая на мембрану 21 сверху, становится меньше си0 лы растяжения пружины 24, мембрана 21 отходит от верхнего торца патрубка 22 и пульсокамера 13 через патрубки 22 и 23 сообщается с атмосферой. Жидкость в пульсокамере 13 еще некоторое время движется

5 вниз по инерции, при этом мембрана 5 остается прижатой к торцу сопла 3, так как благодаря наличию дросселя 17 в камере 10 еще остается избыточное давление и сила, действующая на мембрану 9, при этом мно0 го больше силы, действующей в обратную сторону на мембрану 5 по площади торца сопла 3.

Затем под действием разности уровней жидкости в аппарате 30 и пульсокамере 13

5 направление движения жидкости в ней изменяется на противоположное, следуя за жидкостью, вялая мембрана 26 прогибается вверх, перемещая кверху шток 28, заслонка 29 прижимается к соплу 16, выход воздуха из камеры 6 в атмосферу прекращается и,

так эффективная площадь мембраны 5 больше эффективной площади мембраны 8, в мембранном узле создается направленная кверух сила, прижимающая мембрану 5 к торцу сопла 3, сжатый воздух при этом через камеру 2 в трубопровод 12 не поступает, несмотря на то, что давление в камере 10 уже равно атмосферному (стравилось через дроссель17). Это положение сохраняется, пока жидкость в пульсокамере 13 движется по инерции вверх.

Затем направление движения жидкости меняется на обратное и вялая мембрана 26, следуя за жидкостыо,прогибается вниз, заслонка 29 штоком 28 отводится от сопла 16, давление в камере 6 падает до атмосферного, мембранный блок давлением сжатого воздуха в сопле 3 отжимается книзу и этот воздух поступает в трубопровод 12.

Цикл работы генератора пневматических импульсов повторяется.

Настройка частоты и амплитуды колебаний возмущающей силы, создаваемой блоком 1 формирования импульсов, производится регулируемым дросселем 17 и изменением натяга пружины 24. При увеличении проходного сечения дросселя 17 уменьшаются разовая порция сжатого воздуха, поступающего в пульсокамеру 13, и амплитуда колебаний жидкости в пульсока- мере 13, и, наоборот, при ослаблении натяга пружины 24 возрастают степень расширения сжатого воздуха в пульсокамере 13 и амплитуда колебаний.

Использование предлагаемого генератора пневматических импульсов для перемешивания жидкости в пульсационных аппаратах позволяет значительно снизить расход сжатого воздуха на создание пульсаций жидкости за счет синхронизации частоты подачи сжатого воздуха (возмущающая сила) с частотой собственных колебаний жидкости в системе пульсокамеры.

Формула изобретения

1.Генератор пневматических импульсов, содержащий узел формирования импульсов с блоком мембран, глухими и

проточными камерами, дросселями и трубопроводами сжатого газа, а также мембранный элемент сброса газа, соединенный с пульсокамерой, отличающийся тем, что, с целью сокращения энергетических затрат путем синхронизации по фазе подачи импульсов сжатого газа и частоты собственных колебаний жидкости в пульсокамере, блок мембран состоит из трех мембран, связанных общим штоком и образующих с корпусом четыре камеры, причем эффективная площадь первой мембраны больше эффективной площади третьей мембраны, эффективная площадь которой больше эффективной площади второй мембраны,

глухая камера, образованная корпусом и первой мембраной, через первый дроссель подсоединена к трубопроводу сжатого газа, подключенного к пульсокамере, проточная камера между первой и второй мембранами

сообщена с атмосферой, проточная камера между второй и третьей мембранами через второй дроссель присоединена к трубопроводу подачи сжатого газа и трубопроводу сжатого газа с введенным в генератор соплом, заслонка которого укреплена на штоке, связанном с эластичным элементом, чувствительным к направлению движения жидкости и расположенным в пульсокамере, сопло проточной камеры между третьей

мембраной и корпусом соединено с трубопроводом подачи сжатого газа, причем глухая камера мембранного элемента сброса газа снабжена пружиной растяжения и подключена к проточной камере между третьей

мембраной и корпусом и к трубопроводу сжатого газа, подключенного к пульсокамере

2.Генератор по п.1, отличающий- с я тем, что эластичный элемент выполнен в

виде вялой мембраны с отверстиями, закрепленной в пульсокамере. .

Изобретение относится к средствам автоматики и может быть исг.сгьзов нр для управления процессом перекеадеарив путем создания пульсаций жидкости i. различных аппаратах, применяемых в химической, гидрометаллургической и других областях промышленности. Цель изобретения - сокращение энергетических затрат путем синхронизации по фазе подачи импульсов сжатого газа и частоты собственных колебаний жидкости в пульсокамере. Сущность изобретения заключается в том, что блок мембран состоит из трех мембран, связанных общим штоком и образующих с корпусом четыре камеры, причем эффективная площадь первой мембраны больше эффективной площади третьей мембраны, эффективная площадь которой больше эффективной площади второй мембраны, глухая камера, образованная корпусом и первой мембраной, через первый дроссель присоединена к трубопроводу сжатого газа, подключенному к пульсокамере, камера между первой и второй мембранами сообщена с атмосферой, проточная камера между второй и третьей мембранами через второй дроссель присоединена к трубопроводу подачи сжатого газа и установленному в генераторе соплу, заслонка которого укреплена на штоке, связанном с эластичным элементом, чувствительным к направлению движения жидкости и расположенным в пульсокамере, сопло проточной камеры между третьей мембраной и корпусом соединено с трубопроводом подачи сжатого газа, глухая камера мембранного элемента сброса газа снабжена пружиной растяжения и подключена к проточной камере между третьей мембраной и корпусом и к трубопроводу сжатого газа, подключенному к пульсокамере, причем эластичный элемент выполнен в виде вялой мембраны с отверстиями, закрепленной в пульсокамере, 1 з.п.ф-лы, 1 ил. Х| сл Ј сл сл