Дозатор жидкости Советский патент 1993 года по МПК G01F11/28 

Изобретение относится к технике объ- емнЬго дозирования жидких сред и может быть| использовано в микробиологической промышленности для дозирования пита- тельфых растворов при проточном культиви- , различных микроорганизмов, а такжЈ в фармацевтической и химической промышленности; может быть с успехом применено в исследовательской практике в указанных областях.

В настоящей заявке речь идет об объемных дозаторах дискретно непрерывного принципа действия.

Э|то обусловлено тем, что,нэпример в процессах проточного культивирования микроорганизмов такой принцип легко под- даетс я автоматизации за счет использования частотно-импульсных управляющих сигналов.

В то же время он налагает определенные требования к точности каждой объемной дозы и, главное, к быстродействию дозирования.

Повышение частоты импульсного дозирования относительно малых объемов доз вызвано стремлением избежать ударного воздействия каждой дозы концентрацией nnfaTeflbHbix веществ на растущую культуру микроорганизмов.

В свою очередь это и требует быстродействия механизма дозирования, повышения его производительности по частоте . подачи доз к адресату, т.е. ферментеру.

Известны дозаторы с калиброванным объемом, поршневым исполнительным органом и переключением патрубков входа и выхода дозируемой жидкости либо пнев- мопоршнем, либо трехходовым краном, в которых исходная жидкость должна подводиться к дозирующей камере обязательно под избыточным, давлением, способным обеспечить достаточное быстродействие дозатора.

ел

с

V4 чэ ел ю ю N

Недостатки таких дозаторов заключаются в большом количестве подвижных уп- лотнителыных элементов (поршней, золотников и т.п.), что неизбежно приводит к потерям надежности работы (потери при трениях, утечки дозируемой жидкости, износ уплотнительных элементов) и быстродействия их.

Кроме того, необходимость создания и поддержания избыточного давления в емкостях с жидкостью, предназначенной для до- зирования, требует подключения в работу дополнительных устройств и приводит к неудобствам в эксплуатации, обслуживании .

Известен дозатор объемного, погруж- ного типа, в котором калиброванный геометрический объем черпается из основной массы исходной жидкости и самотеком подается к адресату.

Но в таком дозаторе, кроме большой погрешности дозирования, низкое быстродействие: требуется достаточно большое время на транспортирование самотеком отмеренной дозы.к адресату.

Наиболее близким к предлагаемому устройству по технической сущности и достигаемому результату является механизм дозирования, в котором в калиброванном по объему неподвижном сосуде от пневмо- сильфона создается попеременно то вакуум для его заполнения жидкостью, то давление для вытеснения сначала излишков жидкости в исходный объем, а затем транспортирования отмеренной дозы к адресату.

Создание вакуума пневмосильфоном позволяет засасывать жидкость из емкости ее хранения без применения избыточного давления в ней, а создание этим же пневмосильфоном давления обеспечивает быстрый и полный возврат излишков жидкости в исходную емкость и, главное, быстрое принудительное вытеснение отмеренной дозы к адресату.

Но существует и очень серьезный недостаток, заключающийся в том, что такое давление приходится создавать дважды: сначала для вытеснения излишков жидкости в исходный сосуд, а затем после выполнения такта всасывания порции воздуха вновь создают давление для вытеснения самой дозы к адресату. При этом между перечисленными операциями приходится выполнять переключение распределительного крана. На все эти промежуточные операции уходит очень много времени, что значительно снижает быстродействие дозирования и производительность его по частоте подачи доз к адресату.

Достигаемый технический результат достигается тем,что в дозаторе жидкости, содержащем мерную емкость, верхний открытый кран которой размещен в камере, а нижний через клапан подключен к патрубку, сообщенному через канал слива с нижней

частью камеры, верхняя часть которой сообщена с сильфоном, одно днище которого закреплено неподвижно, а другое - подвижно, дополнительно введены золотниковый распределитель, обратный клапан и второй

патрубок со вторым клапаном, через который нижняя часть мерной емкости подключена ко второму патрубку, причем первый и второй клапаны выполнены шеппельными, корпус золотникового распределителя закреплен в сильфоне на его неподвижном дне, в котором выполнено отверстие, сообщающее полость корпуса золотникового распределителя с камерой, а золотник установлен на подвижном днище сильфона и

выполнен с каналом, открытым первым концом на боковую поверхность золотника и сообщена вторым концом с атмосферой, причем первый конец канала золотника в свободном состоянии сильфона сообщен с

отверстием, выполненным на боковой поверхности корпуса золотникового распределителя, причем обратный клапан установлен в канале слива и обращен входным отверстием к камере, а первый шеппельный клапан установлен в противофазе относительно второго шеппельного клапана и обратного клапана.

Введение этих новых элементов позволяет по окончании всасывания жидкости в

дозатор за счет соответствующего положения золотника в его направляющем стакане сбросить создавшийся вакуум в пневмо- сильфоне, заполнить его воздухом с атмосферным давлением, необходимым при

следующем такте создания пневмосильфоном давления для одновременного вытеснения как излишков жидкости в исходный сосуд, так и отмеренной дозы к адресату. При этом нет необходимости делать какие-либо переключения распределительным краном - установленные новые обратные клапаны автоматически направят оба объема жидкости по нужным адресам.

Все это исключает непроизводительные промежуточные операции, позволяет быстро, без задержек осуществлять всасывание жидкости только по калиброванному сосуду, ее отмеривание и .принудительную транспортировку дозы к адресату, обеспечивает высокую производительность дозатора по частоте подачи доз.

На чертеже представлена конструктивная схема предлагаемого дозатора (продольный разрез).

Он состоит из калиброванного сосуда 1, полости давления.или откачки воздуха 2, пневмосильфона 3, канала возврата излишков жидкости 4, распределительного крана, включающего обратные ниппельные клапаны 5 и 6, патрубков 7 - входа и 8 - выхода жидкости, золотника 9 с внутренним каналом 10, жестко связанного с верхней, перемещаемой крышкой 11 пневмосильфона 3. Привода 12 пневмосильфона (привод может быть пневмоэлектро и т.п.), его толкателя 13 С возвратной пружиной 14.

Золотник 9 перемещается в направляющем стакане 15, в верхней части которого имеются отверстия 16. : Золотник 9 имеет подвижные кольцевые уплотнения 17 его в направляющем стакане 15.

Внутренняя полость пневмосильфона 3 сообщена с полостью давления и откачки воздуха 2 отверстиями 18.

Канал возврата 4 оснащен обратным клапаном 19.

На корпусах клапанов 5 и б имеются эластичные упругие ниппельные трубки 20 (например, резиновые).

К патрубку входа 7 может быть подключена соответствующим трубопроводом емкость 21 с исходной питательной средой (дозируемая жидкость), оборудованная биофильтром 22 для связи с атмосферой.

Дозатор работает следующим образом.

При поступлении на привод 12 управляющего электро- или пневмоимпульса его толкатель 13, преодолев усилие пружины 14, перемещает крышку 11 вниз и сжимает пневмссильфон 3 (величина хода заложена в приводе 12).

Золотник 9 перемещается вниз в стакане 15, при этом его внутренний канал 10, сообщенный верхним его концом с атмосферой, за счет уплотнений 17изолирован,от внутренней полости пневмосильфона 3.

Таким образом, в полости 2 создается давление воздуха, которое вытесняет жидкость, имевшуюся в калиброванном сосуде 1i через обратный клапан 6 и патрубок 8 к адресату, а имеющуюся в нижней наклонной части полости 2 - через канал 4, обратный клапан 19 и патрубок 7 в емкость 21.

При этом сопротивления (усилия прижатия) обратных клапанов 6 и 19 сделаны одинаковыми, поэтому жидкость вытесняется через них одновременно от одного импульса давления в полости 2.

Поле снятия управляющего сигнала с привода 12 толкатель 13 под действием пружины 14 поднимается, перемещая за собой связанную с ним верхнюю крышку 11 пневмосильфона 3.

В результате пневмосильфон расширя5 ется вверх, создавая в полости 2 вакуум, под действием которого из мерной емкости 21 через патрубок 7 и обратный клапан 5 в калиброванный сосуд 1 засасывается жидкость (обратные клапаны 6 и 19 в этом слу0 чае закрываются).

Вакуум в полости 2 (и процесс всасывания жидкости) сохраняется до тех пор, пока золотник 9, перемещаясь вместе с верхней

5 крышкой 11, не установится в положении, . при котором отверстия 16 на окажутся между двумя уплотнительными кольцами 17, В этот момент канал 10 золотника 9 свяжет внутреннюю полость пневмосильфона 3 и

0 полость 2 с атмосферой, вакуумировзние прекратится - режим всасывания окончится.

Объем и ход пневмосильфона 3 подобраны таким образом, что всасывается жид5 кости несколько больше, чем вмещает калиброванный сосуд 1, поэтому излишки жидкости переливаются через кромку верхнего открытого конца сосуда 1 и собираются в нижней части полости 2,

0 Таким образом, в калиброванном сосуде 1 оказывается геометрически точно отмеренная доза жидкости.

Поступление на привод 12 очередного управляющего импульса вновь сжимает

5 пневмосильфон 3, золотник 9 перемещается вниз и отсекает полость 2 от атмосферы. В результате в полости 2 нарастает давление, которое и вытесняет отмеренную дозу жидкости из сосуда 1 к адресату, а ее излишки

0 возвращаете емкость21.

И так повторяется с поступлением каждого управляющего импульса и его снятием. .Биофильтр 22 позволяет атмосферному

5 воздуху компенсировать убыль дозируемой жидкости (питательной среды) из емкости 21 без заражения ее посторонней микрофлорой.

Как видно из приведенного описания, в

0 процессе дозирования и всасывания не требуется никаких дополнительных и непроизводительных операций, все происходит без задержек и определяется скоростью и дли- тельностью поступления управляющих им5 пульсов, промежутками между ними и вязкостными характеристиками дозируемой жидкости.

Формула изобретения

Дозатор жидкости, содержащий мерную емкость, верхний открытый край которой размещен в камере, а нижний через клапан подключен к патрубку, сообщенному через канал слива с нижней частью камеры, верхняя часть которой сообщена с сильфо- ном, одно днище которого закреплено неподвижно, а другое - подвижно, отличающийся тем, что, с целью повышения быстродействия, в него введены золотниковый распределитель, обратный клапан и второй патрубок с вторым клапаном, через который нижняя часть мерной емкости подключена к второму патрубку, причем первый и второй клапаны выполнены ниппельными, корпус золотникового распределителя закреплен в сильфоне на его неподвижном дне, в котором выполнено отверстие, сообщающее полость корпуса золотникового распределителя с камерой, а золотник уста- новлен на подвижном днище сильфона и выполнен с каналом, открытым первым концом на боковую поверхность золотника и сообщенную вторым концом с атмосферой, причем первый конец канала золотника в свободном состоянии сильфона сообщен с отверстием, выполненным на боковой поверхности корпуса золотникового распределителя, причем обратный клапан установлен в канале слива и обращен входным отверстием к камере, а первый ниппельный клапан установлен в противофазе относительно второго ниппельного клапана и обратного клапана.

Использование: объемное дозирование жидкости. Сущность изобретения: мерную камеру 1 заполняют жидкостью через первый патрубок 7 с питательным клапаном 20 за счет освобождения подвижного днища сильфона 3. Закрепленный на сильфоне 3 золотниковый распределитель обеспечивает сообщение камеры 2 с атмосферой. Излишки жидкости сливаются при нагрузке сильфона 3 через канал слива 4 с обратным клапаном 19, а доза - через второй шпиндельный клапан 6, установленный на втором патрубке 8. 1 ил.