Перистальтический насос Советский патент 1992 года по МПК F04B43/12 

Фигг

Изобретение относится к гидравлическим машинам объемного вытеснения, в частности к насосам перистальтического действия с трубчатым эластичным органом.

Известен перистальтический насос, со- держащий корпус с опорным элементом П- образного сечения, установленный на опорном элементе эластичный шланг, ротор с роликами, взаимодействующими со шлангом, и размещенную между шлангом и роли- камй гибкую опорную ленту, снабженную заармиройанными в нее поперечными осями, концы которых размещены во втулках, установленных в боковых стенках опорного элемента.

Недостатком данного перистальтического насоса является сложность его конструкции из-за наличия соединительных элементов, выполненных в виде заармиро- ванных в ленте поперечных осей, входящих в пазы, выполненные во втулках, установленных в опорной детали с возможностью поворота. Кроме того, насос имеет невысокую всасывающую способность из-за того, что упругие силы деформируемого шланга частично расходуются на преодоление сил трения поперечных осей по пазам втулок и сил трения при повороте самих втулок в опорном элементе.

Наиболее близким к предлагаемому яв- ляется перистальтический насос, содержащий корпус с опорной деталью П-образного сечения, в котором установлен эластичный шланг, взаимодействующий с роликами ротора через упругую опорную ленту, связан- ную соединительными элементами с опорной деталью. С целью повышения всасывающей способности и упрощения конструкции соединительные элементы выполнены в виде упругих растяжек.

Недостатком данного перистальтиче- .ского насоса является его относительная сложность из-за наличия соединительных элементов, выполненных в виде упругих растяжек. Насос имеет невысокую всасыва- ющую способность из-за того, что энергия расходуется на деформации прогиба с растяжением лентой расположенных за рабочим роликом упругих растяжек и деформации сжатия шланга лентой, вызван- ные продольным изгибом ленты перед рабочим роликом, что увеличивает сопротивление движению жидкости на суженных участках шланга перед рабочим роликом. Кроме того, растяжки в местах контакта с лентой нарушают характер распределения давления ленты на шлаг, что является источником турбулизации потока.

Цель изобретения - упрощение конструкции, снижение турбулизации потока и

повышение всасывающей способности перистальтического насоса.

Поставленная цель достигается тем, что в перистальтическом насосе, содержащем корпус, эластичный шланг, ротор с роликами, взаимодействующими со шлангом, и размещенную между шлангом и роликами гибкую опорную ленту, эластичный шланг расположен на наружной поверхности корпуса, поверх шланга размещена гибкая опорная лента, концы которой прикреплены к корпусу, а шероховатости рабочих поверхностей ролика ленты, шланга и корпуса устанавливаются с выполнением условия

fi fe %,

rflefi -коэффициент трения между шлангом и корпусом;

f2 - коэффициент трения между лентой и шлангом;

f« - коэффициент трения качения ролика по ленте;

d - диаметр ролика.

На фиг.1 изображено схематично в виде перистальтического насоса в плоскости шланга, на фиг.2 - вид сбоку, на фиг.З показаны силы, действующие на рабочие органы.

Перистальтический насос содержит корпус 1, эластичный шланг 2, ротор 3 с роликами 4, взаимодействующими со шлангом 2, и размещенную между шлангом 2 и роликами 4 гибкую опорную ленту 5. Рабочая часть эластичного шланга 2, обкатываемая снаружи роликами 4, обхватывает наружную цилиндрическую поверхность корпуса 1. Подводная и отводная ветви шланга 2 выведены из зоны взаимодействия с роликами 4 через выполненные в корпусе

1каналы, на нерабочем участке корпуса 1 между подводной и отводной ветвями шлага

2имеется элемент 6 крепления к корпусу 1 концов ленты 5, подводная ветвь шланга 2 взаимодействует с элементом 7 прижима от утягивания,

Предлагаемый перистальтический насос работает следующим образом.

Ролики 4, обкатывая наружную поверхность корпуса 1, пережимают внутреннюю полость шланга 2 через ленту 5, перемещая жидкость в шланге 2 по направлению вращения ротора 3. При этом возникающие по обе стороны от зоны контакта рабочего ролика 4 эпюры монотонного изменения нормальных давлений и касательных усилий на контактирующих поверхностях ленты 5,

шланга 2 и корпуса 1 не вызывают дополнительную турбулизацию потока жидкости.

Наружное относительно корпуса 1 размещение шланга 2 позволяет использовать опорную ленту 5 без элементов соединения с корпусом 1, усложняющих конструкцию, вызывающих дополнительную турбулизацию потока жидкости и приводящих к непроизводительным затратами энергии на работу трения и деформации в элементах соединения. В целях избежания излишних затрат энергии при взаимодействии рабочих поверхностей собственно рабочих органов необходимо соблюдение условия:

fl f2 ,

rflefi - коэффициент трения между шлангом 2 и корпусом 1 ;

f2 - коэффициент трения между лентой 5 и шлангом 2;

TK - коэффициент трения качения ролика 4 по шлангу 2

d - диаметр шланга 2.

Приведенные условия вытекают из рассмотрения силового взаимодействия рабочих оргэиов насоса (фиг 3).

Утягиьгние ленты 5 роликом 4 и шланга 2 лентой Б но будет происходить соответственно, ри:

Т S2 + F2 F2 Si + Fi

роликом 4, точка приложения которой расположена за опорным диаметром.

Полагая, что суммарная равнодействующая приложена к точке пересечения опорного диаметра ролика 4 с линией контакта ленты 5 и шланга 4, при а. а2 и (1) и (2) вытекает:

S2ef20d S2 + ,

откуда

15

S 1 е 1 S2 е

(3)

Усилие утягивания шланга Si должно быть минимальным, т.е. необходимо стремиться к обеспечению условия Si 82 или

S2

и с учетом (3)

е ,

1

В реальных условиях при ,5

J,oi

будет е1 1 (см. например данные таблицы). С учетом этого из последнего неравенства следует

35

JiOi

е

fiflt

Использование: в насосостроении. Цель: снижение турбулмзации и повышение всасывающей способности Сущность изобретения: насос содержит корпус 1, эластичные шланг 2, ротор 3 с роликами 4, размещенную между шлангом 2 и роликами 4 гибкую опорную ленту 5. Гибкая лента 5 установлена с внешней стороны шланга 2, ролики 4 ротора 3 размещены с внешней стороны ленты, а коэффициенты трения связаны соотношением fi fa ,гдет1коэффициент трения между шлангом 2 и корпусом 1; f2 - коэффициент трения между шлангом 2 и лентой 5; fi - коэффициент трения качения ролика 4 по ленте 5; d - диаметр ролика 4. Положительный эффект- снижение повреждения частиц жидкости и исключение кавитационных явлений.

где Ft и Р2-силы трения скольжения шланга 2 с корпусом 1 и ленты 5 о шланг 2;

Si, 82 - возникающие усилия утягивания соответственно шланга 2 и ленты 5;

Т - тангенциальная составляющая усилия взаимодействия ролика 4 с лентой 5.

Известные формулы Эйлера для передачи окружных усилий гибкой связью дают предельные соотношения:

Т - S2ef F2 Sief

где f, f2 - коэффициенты трения скольжения шланга 2 о корпус 1 и ленты 5 о шланг 2;

О-1 1 углы обхвата шлангом 2 корпуса 1 и лентой 5 шланга 2.

Усилие F2 представляет собой сумму тангенциальной составляющей равнодействующей взаимодействия ролика 4 через ленту 5 со шлангом 2, точка приложения которой расположена перед опорным диаметром ролика 4 и силы трения скольжения ленты 5 о шланг 2 до зоны сжатия шланга 2

откуда

f 1 f2 ,

При нормальном давлении N ролика 4 на ленту 5 из (1) и (2) получаем

45

Nf Nf2 + N

С

(2)

откуда

50

f2 f (1 fioi

rflef - -условный коэффициент трения,

соответствующий коэффициенту fK трения качения по ленте 5 ролика 4 диаметром d При реальных значениях fi и а , когда

е f1 1 .вторым членом в скобках можно пренебречь. Тогда из последнего неравенства следует

f2 f

Формула изобретения Перистальтический насос, содержащий корпус, размещенный в корпусе эластичный шланг, ротор с роликами, взаимодействующими со шлангом, и размещенную между шлангом и роликами гибкую опорную ленту, закрепленную по концам в корпусе, отличающийся тем, что, с целью снижения турбулизации и повышения всасывающей способности насоса, эластичный шланг рас№/

положен на наружной поверхности корпуса, гибкая лента установлена с внешней стороны шланга, ролики ротора размещены с внешней стороны ленты, а коэффициенты трения между шлангом и корпусом (fi), шлангом и лентой f2 и коэффициент трения качения fK, ролика по ленте связаны между собой соотношением

10

fi f2

где d - диаметр ролика.

Ь

фиг.З