Перистальтический насос Советский патент 1993 года по МПК F04B43/12 

Изобретение относится к кассете для перистальтического насоса с деформируемой трубкой, образованной корпусом, содержащим вблизи каждого из своих краев цилиндрическую поверхность качения, к ней подводятся и катятся по ней сателлиты, которые расплющивают деформируемую трубку, лежащую между двумя поверхностями качения.

Кассета такого типа известная из, например, ЕР-0 041 267. Однако устройство такой кассеты довольно сложное и ограничивает возможности ее использования;

Целью изобретения являются, главным образом, кассеты описанного выше типа простой и прочной конструкции, обеспечивающей эффективную насосную работу и с расширенными возможностями применения.

Согласно изобретению, кассета для перистальтического насоса с деформируемой трубкой такого типа, как указано выше, отличается тем, что сателлиты являются трубчатыми и свободно установлены внутри корпуса, в вогнутой части деформируемой трубки, причем этот корпус, по крайней мере, с одной стороны, имеет центральное отверстие, диаметр которого достаточен для осуществления привода сателлитов либо непосредственно от вращающегося диска, снабженного органами планетарной передачи, которые могут входить в зацепление с трубчатыми сателлитами, либо от вала, входящего во внутреннее зацепление между трубчатыми сателлитами.

Таким образом, одна и таже кассета может приводиться в движение либо непосредственно от диска - причем такой способ

т

С

ы

О

ел

00 х|

привода позволяет в любой момент времени точно знать угловое положение диска, и следовательно, сателлитов, - либо от центрального вала, с возможностью повышенной скорости вращения. Сателлиты выполнены простым и экономичным способом, и их свободная установка внутри кассеты предпочтительна для функционирования насоса.

Когда кассета отделена от двигателя привода, сателлиты возвращаются к центру под давлением трубки в состоянии покоя, при этом трубка остается открытой, что дает возможность легко осуществлять полную

стерилизацию.

Предпочтительно, корпус имеет внутренний желоб с вогнутым сечением, в котором укладывается деформируемая трубка, тогда как сателлиты имея снаружи форму бочек с выпуклым профилем, соответствую- щим вогнутому профилю желоба, чтобы оказывать давление на деформируемую трубку, Причем каждый сателлит имеет, с одной и с другой стороны от зоны бочкообразного профиля, цилиндрическую зону, которая мо- жет катиться по соответствующей поверхности качения; такой корпус с вогнутым внутренним профилем обеспечивает самоцентрирование трубки и сателлитов.

Предпочтительно, корпус содержит центральный цилиндрический венец, на котором закреплен, с одной и с другой стороны, например, с помощью зажима или посредством защелкивания, фланец, имеющий внутреннюю поверхность качения, при- чем фланец, расположенный со стороны двигателя привода, имеет борт в существенной степени в форме усеченного конуса для обеспечения фиксации корпуса на кожухе двигателя привода посредством взаимодей- ствия этого борта в форме усеченного конуса с зубьями, имеющими некоторую упругость в радиальном направлении, и предусмотренными на всей периферийной части зубчатого венца, связанного с кожу- хом двигателя.

Трубчатые сателлиты обычно изготовлены из упругой пластмассы.

Изобретение также относится к перистальтическому насосу снабженному кассе- той, как описанная пыше, причем этот насос содержит двигатель, который может осуществлять привод трубчатых сателлитов.

Предпочтительно, двигатель насоса имеет выходной вал, снабженный диском с осями, на которых установлены вхолостую ролики, способные входить в зацепление в трубчатые сателлиты. Диск может содержать, о частности, ось. расположенную в продолжении вала двигателя, на которой

5

5

0 5

0 5 0 5

0

5

вхолостую установлен с довольно значительны зазором самоцентрирования центральный ролик, могущий взаимодействовать с внешней поверхностью сателлитов.

Корпус кассеты обычно со стороны, противоположной двигателю, закрыт насаженной крышкой, причем на внутренней поверхности этой крышки может быть предусмотрена одна из поверхностей качения.

В одном из конкретных примеров реализации диск насоса имеет четыре ролика на одинаковом расстоянии друг от друга и один центральный ролик, а кассета содержит четыре сателлита.

Изобретение, кроме уже упомянутых положений, состоит еще в некотором числе отличительных особенностей, о которых будет более подробно сказано ниже для конкретных, но не ограничивающих вариантов реализации, описанных со ссылками на прилагаемые чертежи.

На фиг.1 показан вид-в перспективе перистальтического насоса согласно изобретению, причем кассета отделена от диска; на фиг.2 - вид диска; на фиг.З - вид кассеты; на фиг.4 - вид кассеты; на фиг.5 - вид слева (с вырывом) диска; на фиг.6 - продольный разрез, со снятыми деталями, насоса, причем диск установлен внутри кассеты; на фиг.7- вид с разрезе другого варианта реализации на.соса согласно изобретению, причем кассета показана в разрезе; на фиг.8 - вид зубчатого венца, служащего кассето- держателем; на фиг.9 - разрез одного пред- почтительного варианта реализации изобретения.

На чертежах можно видеть перистальтический насос 1, содержащий деформируемую трубку 2, в частности из пластмассы, образующую цилиндр насоеа. Эта трубка вставлена между внешним цилиндрическим кожухом 3 и внутренними роликами 4, могущими взаимодействовать с центральным органом привода 5, на который вращение передается от электродвигателя 6.

Насос 1 содержит съемную кассету 7, образованную цилиндрическим корпусом 8, в которо м установлена трубка 2 и трубчатые сателлиты 9, которых в рассматриваемом примере реализации всего четыре.

Эти сателлиты 9 образуют ролики 4 и предпочтительно выполнены из упругой пластмассы. Сателлиты 9 могут быть получены в виде отрезков труб, изготовленных из пластмассы выдавливанием.

Трубка 2 описывает внутри корпуса 8 в существенной степени полукруг и выходит из корпуса через отверстия 10 в виде двух ветвей 11. в существенной степени параллельных.

Когда кассета снята, как показано на фигурах 1, 3 и А, сателлиты 9 свободны внутри корпуса, и трубка 2 практически не сжата.

Поверхность 12 корпуса, которая должна прилегать к двигателю 6, содержит центральное отверстие 13, диаметр которого достаточен для осуществления привода сателлитов 9, как это будет рассмотрено ниже. Диаметр поверхности 12 превышает диа метр корпуса 8 и образует фланец, выступающий в радиальном направлении относительно корпуса, причем во фланце предусмотрены две петли 14, расположенные диаметрально противоположно друг другу, для фиксации кассеты 7 на двигателе 6, имеющем штырьки Л.5 с головками, которые могут взаимодействовать с петлями 14.

Корпус 8 кассеты содержит вблизи каждого из своих краев, в осевом направлении, цилиндрическую поверхность качения 16, 17 (см.фигуру 4), к которой могут прилегать и катиться по ней трубчатые сателлиты 9, причем деформируемая трубка 2 расположена между двумя поверхностями каче- нияО, у цилиндрической поверхности 18, диаметр которой больше диаметра поверхностей качения 16, 17.

Корпус 8 со стороны, противоположной двигателю насоса, закрыт насаженной крышкой 19, на которой предусмотрена поверхность качения 17, образующая внутреннюю поверхность центрирующего воротника крышки 19 в корпусе. Внутренняя поверхность крышки 19 имеет центральную выемку 20.

Сателлиты 9 удерживаются в продольном направлении между внутренней поверхностью крышки 19 и заплечиком 21 (фигура 4), ограничивающим отверстие 13с внутренней стороны корпуса.

Расстояние I, в осевом направлении, между заплечиком 21 и внутренней поверхностью крышки 19 лишь немного превышает осевую длину h сателлитов 9, чтобы обеспечить хорошее удержание этих сателлитов и избежать какого-либо перекоса. Предпочтительно, разность l-h меньше или равна 0,2 мм.

Ролики 22, вхолостую установленные на осях 23 диска 24, могут входить в зацепление с сателлитами 9, проходя через отверстие 13. Ролики 22 равномерно распределены вокруг оси диска 24. Число роликов 22 равно числу сателлитов 9, т.е. в рассматриваемом примере равно четырем.

Конец 25 каждого ролика 22, удаленный от диска 24, имеет форму в существенной степени, усеченного конуса для облегчения ввода ролика в соответствующий сателлит

9. Конец оси 23 снабжен головкой 26, которая способна удерживать ролик 22 в продольном направлении.

Диаметр d роликов 22 немного меньше

внутреннего диаметра f (фигура 4} сателлитов 9. Зазор, т.е. разность f-d, предпочтительно составляет порядка 0,3 мм.

Центральный ролик 27 установлен свободным во вращение на оси 28, расположен0 ной в продолжении вала двигателя б когда диск 24 закреплен на валу двигателя.

Этот центральный ролик 27 также имеет конец в форме усеченного конуса, который входит в выемку 20 (см.фигуру 6). Головка

5 оси 28 лежит полностью внутри расточки, предусмотренной на конце ролика 27.

Как показано на фигуре 5, ролик 27 имеет большую длину, чем ролики 22. Так, когда вся совокупность сходит в отверстие 13 и

0 кассету 7, то конец ролика 27 проходит, прежде всего, в пространство 29 (см.фигуру 3), заключенное между сателлитами 9, и вызывает отклонение сателлитов, что облегчает зацепление роликов 22 с этими

5 сателлитами.

Ролик 27 установлен на своей оси 28 с радиальным зазором самоцентрирования (разность между диаметром внутренней расточки ролика 27 и наружным диаметром

0 оси 28), который является довольно значительным, а именно порядка 0,5 мм.

Ролик 27, о частности благодаря значительному зазору самоцентрирования, обеспечивает динамическое равновесие всех

5 усилий.

Крепление диска 24 на выходном валу двигателя может обеспечиваться любыми средствами, в частности блокирующими винтами, как например, 30 (фигура 1), ори0 ентированных в радиальном направлении.

Когда кассета 7, отдельно от двигателя

6 и роликов 22 и 27, положена для хранения,

то сателлиты 9 возвращаются к центру под

давлением трубки 2 в состоянии покоя, как

5 показано на фигуре 3, причем трубка остается открытой вплоть до стабилизации сателлитов в положении взаимной опоры по касательной. Это позволяет избежать слипания стенок трубки при хранении, которое

0 могло бы произойти, если бы трубка хранилась в расплющенном состоянии.

Трубка 2 может удерживаться на месте двумя стопорными сварными кольцами, заклинивающихся в точных пазах под давлени5 ем опорного воротника, представляющего одно целое с крышкой кассеты.

В серийном производстве монтаж трубки 2 на кассете производится очень быстро. С учетом вышеизложенного, насос работает следующим образом.

После того как кассета 7 установлена на диске 5, ролики 22 находятся внутри трубчатых сателлитов 9, которые опираются на центральный ролик 27, Кассета застопоривается на станине двигателя легкий поворотом, который, после вхождения штырьков 15 в часть большого диаметра петли 14, перемещает эти штырьки в более узкую часть петли, через которую головка штырьков 15 пройти не может.

Ролики привода 22 с небольшим зазором входят внутрь трубчатых сателлитов 9, когда как центральный опорный ролик 27 оказывает давление на наружную поверхность сателлитов 9. которые отклоняются вплоть до достижения герметичности закрытия трубки 2 цилиндра насоса самой себя. Такой монтаж может быть выполнен одной рукой за несколько секунд.

Эффект насосной работы достигается, когда двигатель 6 начинает вращаться, осуществляя привод диска 5 и сателлитов 9. Ролики 22, приводимые от диска 5, не воздействуют непосредственно на трубку 2 - цилиндр насоса, что позволяет избежать вытягивания цилиндра насоса в направлении нагнетательного отверстия и тенденции к закрыванию отверстия всасывания. В результате характеристика производительности насоса в функции от скорости вращения является относительно прямолинейной. Центральный свободный ролик 27 обеспечивает опору и динамическое равновесие всех усилий работы.

При разумном выборе толщины стенки сателлитов 9 можно воздействовать на выходное давление перекачиваемых жидкостей.

На фигурах 7 и 8 можно видеть вариант реализации кассеты и насоса согласно изобретению. Элементы фигур 7 и 8, имеющие те же или сходные функции, что и элементы, описанные выше в связи с предыдущими фигурами, обозначены цифровыми позициями, равными сумме цифры 100-и позиции, использованной на предыдущих фигурах, и повторного детального описания их не приводится.

Корпус 108 кассеты 107 содержит центральный цилиндрический венец 3.1. на котором, с одной и с другой стороны зафиксированы защелкивание фланцы 32 и 33, причем каждый фланец содержит одну из поверхностей качения 116, 117. Фланец 33 образует крышку 119, которая смещена в осевом направлении относительно борта, служащего для защелкивания на венце 31.

Фланец 32, расположенный со стороны двигателя привода 106, имеет борт 34 в существенной степени в форме усеченного конуса, диаметр которого увеличивается в направлении двигателя 106. Борт 34 позволяет произвести фиксацию корпуса кассеты 107 на кожухе двигателя привода 106 путем вза. имодействия борта 34 с зубьями 35, предусмотренными по всей периферийной части зубчатого венца 36,. связанного с кожухом двигателя 106.

Зубья 35 выступают в радиальном на0 правлении относительно средней плоскости венца, как это показано на фигуре 7. и равномерно распределены по всей окружности, как видно на фигуре 8. Пространство 37 отделяет два соседних зуба. Каждый зуб 35

5 имеет определенную упругость в радиальном направлении, о частности, может изгибаться к основанию, допуская прохождение края большого диаметра борта 34 и захватывание поверхности усеченного конуса этого

0 борта. Эффект уклона, образованного наклонными поверхностями зубьев и борта 34, позволяет прикладывать с осевым давлением часть фланца 32 относительно зоны венца 36, находящейся внутри, в радиальном

5 направлении, зубьео 35.

Венец 36 образует кассетодержатель, очень простой и выгодный, позволяющий устанавливать кассету одной рукой, без необходимости придавать определенную ори0 ентацию кассете 107 относительно кожуха двигателя 106.: .

В рассматриваемом примере реализации, показанном на фигуре 7, орган привода 105 образован валом, входящим в зацепле5 ние внутри между трубчатыми сателлитами 104.

На фигуре 9 показан вариант реализации, о котором элементы, играющие ту же роль, что и уже описанные в связи с фигура0 ми 1-6, обозначены цифровыми позициями, равными сумме числа 200 и позиций, использованных на этих фигурах 1-6.

Корпус 208 имеет внутренний желоб 37 вогнутого сечения, повернутый к оси корпу5 са, в котором укладывается деформируемая трубка 202. Сателлиты 209 имеют снаружи форму бочек 38, с выпуклым профилем, соответствующим вогнутому профилю 37 желоба корпуса.

0 Сателлиты 209 имеют, с одной и с другой стороны от зоны бочкообразного профи- г i 38, цилиндрические зоны 39, 40, которые могут катиться по соответствующей поверхности качения 216,217. Сателлиты 204 могут

5 содержать внутреннюю цилиндрическую полость, допускающую вход органов планетарной передачи, аналогичных тем, которые представлены на фигуре 1.

Корпус 208 на фигуре 9, с внутренним вогнутым профилем, позволяет осуществить самоцентрирование трубки и сателлитов 209, так что практически уже нет необходимости предусма;ривать заплечики с одной и с другой стороны сателлитов для удержания их в осевом направлении. Из этого следует существенное снижение износа сателлитов и увеличение срока службы кассеты. Кроме того, снижается нагрев. Герметичность, достигаемая расплющиванием рубки 202 между вогнутой поверхность 37 и выпуклой поверхность 38 ролика, улучшается, в частности, на уровне соединения. Это дает возможность получить повышенные давления подачи насоса и, при одинаковой производительности, экономию энергии.

Кассета и насос согласно изобретению имеют многочисленные преимущества.

К ним относятся самоцентрирование между насосом и двигателем, происходящее без радиального давления, что оберегает подшипники двигателя. Автоматически происходит выборка зазора, при этом устранены осевые нагрузки на оси роликов.

Насос работает бесшумно, сборка его в серийном производстве - легкая. Небольшие издержки производства и легкость сборки позволяют использовать одноразовые кассеты, в частности, для применения в медицине.

Цилиндр насоса имеет максимальный срок службы, а допусти изготовления при использовании необработанных деталей из прессованной пластмассы легко быть выдержаны.

Стерилизация может производиться в окиси этилена путем подвода циркуляции окружающей среды к открытой трубке кассеты в состоянии покоя.

В движении находится минимальное число деталей, движение осуществляется при пониженном трении и динамически уравновешенных усилиях, что обеспечивает очень хороший механический КПД и позволяет использовать маломощные двигатели, менее дорогостоящие и более надежные. Во время работы обеспечивается максимальная вентиляция-, противодействующая нагреву.

Точность характеристик производительности насосов достигается благодаря хорошей возможности стандартизации при автоматизированной установке трубок - цилиндров насоса в кассетах, с точными номи- нальны ми размерами. .Диск привода, смонтированный на валу двигателя, легко заменяется и имеет небольшую стоимость благодаря простоте его механической конструкции, изготовляемой из пластмасс.

Трубчатые сателлиты 9, как уже указывалось, могут быть экономично получены

разрезанием трубок, изготовленной выдавливанием, что позволяет обойтись без дорогостоящей в изготовлении формы.

Такой насос обладает хорошей совме- стимостью в работе с шаговыми двигателями или серводвигателями-редукторами.

Несложно также изготовление вращающихся деталей из материалов с высокой прочностью типа полиимидов, углеродного 0 волокна, арамидного волокна, используемых в современной технологии.

Контроль за качеством кассет легко осуществляется в конце производственного конвейера, обеспечивая строгую стандарти- 5 зацию при выпуске кассет.

Нужно также отметить, что для случая четырех сателлитов трубка 2 закрывается расплющиванием, по крайней мере, в двух местах. 0 Формула изобретения

1.Перистальтический насос с деформируемой трубкой, содержащий корпус, имеющий вблизи каждого своего края цилиндрическую поверхность качания, вы5 полненную с возможностью прилегания к ней и качения по ней сателлитов, расплющивающих деформируемую трубу, расположенную между двумя поверхностями качения, отличающийся тем, что, с

0 целью упрощения и упрочнения конструкции и повышения эффективности работы насоса, сателлиты выполнены трубчатыми и свободно установлены внутри корпуса в вогнутости деформируемой трубки, причем

5 корпус содержит, по крайней мере с одной стороны центральное отверстие, имеющее диаметр, равный диаметру приводного диска, снабженного органами планетарной передачи, уставленными с возможностью

0 входа в зацепление с трубчатыми сателлитами, либо равный диаметру вала, входящего во внутреннее зацепление между трубчатыми сателлитами.

2.Насос по п. 1, о т л и ч а ю щ и и с я 5 тем, что сателлиты выполнены с возможностью возвратах центру под давлением трубки в состояние покоя, причем трубка остается открытой для осуществления полной стерилизации.

03. Насос по пп.1 и 2, отличающийся

тем, что в корпусе выполнено углубление для деформируемой трубки, сателлиты имеют снаружи бочкообразную форму с выпуклым профилем, соответствующим профилю

5 углубления корпуса, при этом каждый сателлит имеет с одной и с другой стороны от зоны выпуклого профиля цилиндрическую зону, выполненную с возможностью качения по соответствующей поверхности качения, причем углубление корпуса выполнено

с возможностью обеспечения самоцентрирования трубки и сателлитов.

4,Насос по одному из пп.1-3, отличающийся тем, что корпус содержит центральный цилиндрический венец, на котором с одной и с другой стороны закреплены путем защелкивания фланцы и зубчатый венец, связанный с кожухом двигателя, причем каждый фланец, расположенный со стороны двигателя привода, имеет борт, выполненный в виде усеченного конуса для взаимодействия с зубьями, выполненными на периферийной части зубчатого венца, связанного с кожухом двигателя.

5.Насос по одному из пп.1-4, отличающийся тем, что трубчатые сателлиты выполнены из упругой пластмассы.

6.Насос по одному из пп.1-5. от л ича ю- щ и и с я, тем что он содержит двигатель, выходной вал которого снабжен приводным диском, несущим оси, на которых установлены вхолостую ролики с возможностью входа в зацепление с трубчатыми сателлитами, причем приводной диск содержит ось, расположенную в продолжении вала двигателя, на которой вхолостую установлен с

зазором центральный ролик.

7.Насос по п.6, отличающийся тем, что на корпусе со стороны, противоположной двигателю, установлена крышка, внутренняя поверхность которой является

поверхностью качения для сателлитов.

8.Насос по п.6 или 7, о т л и ч а ю щ и й- с я тем, что на диске установлены четыре ролика и один центральный ролик.

Сущность изобретения: корпус имеет вблизи каждого края цилиндрическую поверхность качения, выполненную с возможностью прилегания к ней и качения по ней сателлитов, расплющивающих деформируемую трубку. Трубка расположена между двумя поверхностями качения. Сателлиты выполнены трубчатыми и свободнр установлены онутри корпуса з вогнутости деформируемой трубки. Корпус имеет с одной стороны цилиндрическое отверстие, диаметр которого равен диаметру приводного диска, снабженного органами планетарной передачи, установленным с возможностью входа в зацепление с сателлитами, или равен диаметру вала, входящего в внутренние зацепление между сателлитами. 7 з.п.ф-лы, 9 ил.

А . ч.

°N/7 X

-V/ ч

р// /А

/ / / &/П&Л1

.(fMtiy

}

«-I

30

42

фиЪ.1

26

, К

фиг. г

11

-11

фи$.3

36