Мембранный гидроприводный дозировочный насос
Предлагается полезная модель (мембранный гидроприводной дозировочный насос), которая относится к области машиностроения и предназначена для дозированной подачи нейтральных, агрессивных, токсичных, взрывопожароопасных и других текучих сред в различных отраслях промышленности. Прототипом предлагаемой полезной модели является насос дозировочный мембранный гидроприводной, содержащий приводной механизм, корпус с перфорированной стенкой, отделяющей камеру вытеснителя от приводной камеры, мембранный разделитель, установленный в корпусе с образованием насосной и приводной камер, емкость для запаса приводной жидкости с установленными в ней предохранительным клапаном и фильтром, дифференциальный подпиточный клапан с полостью, образованной между запорным и золотниковым элементами последнего, соединенной каналом через обратный клапан с емкостью для запаса приводной жидкости. (RU 2171398 C1, F04B 43/067, 27 июля 2001 года). Конструкция ближайшего прототипа имеет технические противоречия и поэтому невысокую надежность работы. Для нормальной работы насоса не должно быть протечки приводной жидкости во время хода всасывания из емкости для запаса приводной жидкости через золотниковое уплотнение в приводную камеру. В противном случае произойдет переполнение приводной камеры и разрыв мембранного разделителя. Для обеспечения указанного требования золотник должен иметь минимальный зазор между своей поверхностью и стенкой отверстия в корпусе подпиточного клапана. При уменьшении указанного зазора увеличивается сопротивление трения золотника в корпусе и для обеспечения нормальной работы подпиточного клапана требуется увеличить усилие пружины, обеспечивающей закрытие клапана. С одной стороны, увеличение усилия пружины, обеспечивающего закрытие подпиточного клапана, приводит к увеличению перепада давления на мембране в конце хода всасывания и к уменьшению всасывающей способности насоса, что в значительной степени ухудшает надежность его работы. Увеличение перепада давления на мембране также ухудшает эксплуатационную надежность устройства, так как увеличивается износ мембраны за счет увеличенного давления ее на перфорированную стенку в конце хода всасывания. С другой стороны, уменьшение усилия пружины подпиточного клапана может привести к повреждению мембраны. При движении приводной жидкости через перфорированную стенку во время хода всасывания возникает перепад давления между приводной камерой и камерой вытеснителя, действующий на открытие подпиточного клапана, зависящий от скорости движения приводной жидкости через отверстия перфорированной стенки, а при заданной подаче насоса, зависящий от гидравлического сопротивления всех отверстий перфорированной стенки, а, следовательно, от суммарной площади сечения отверстий. При малом усилии пружины подпиточного клапана может произойти ложное срабатывание подпиточного клапана, который откроется до соприкосновения мембраны с перфорированной стенкой, а в дальнейшем приводная камера переполняется приводной жидкостью и происходит разрыв мембраны. Целью предлагаемой полезной модели является устранение технического противоречия, имеющегося в конструкции прототипа, а, следовательно, повышение надежности работы насоса. Указанная цель достигается тем, что в предлагаемой полезной модели, являющейся прототипом указанного выше насоса, введены конструктивные отличия, а именно: суммарная площадь сечения всех отверстий перфорированной стенки превышает площадь сечения отверстия седла всасывающего клапана насоса не менее, чем на пятьдесят процентов, при этом пружина подпиточного клапана, действующая на закрытие запорного элемента его выполнена с усилием, определяемым по формуле:
Р=(0,3...0,52)S, где:
Р - усилие пружины в КГс; (0,3...0,52) - коэффициент в КГс/см2;
S - площадь сечения золотника в см2.
Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для использования в различных отраслях промышленности для дозированной подачи нейтральных, агрессивных, токсичных, взрывопожароопасных и других текучих сред.
Прототипом предлагаемой полезной модели является насос дозировочный мембранный гидроприводной, содержащий приводной механизм, корпус с перфорированной стенкой, отделяющей камеру вытеснителя от приводной камеры, мембранный разделитель, установленный в корпусе с образованием насосной и приводной камер, емкость для запаса приводной жидкости с установленными в ней предохранительным клапаном и фильтром, дифференциальный подпиточный клапан с полостью, образованной между запорным и золотниковым элементами последнего, соединенной каналом через обратный клапан с емкостью для запаса приводной жидкости. (RU 2171398 C1, F04B 43/067, 27 июля 2001 года).
Для компенсации потерь приводной жидкости в нем использован дифференциальный подпружиненный клапан, в корпусе которого находится запорный элемент, связанный штоком с цилиндрическим золотником.
Конструкция прототипа имеет технические противоречия и поэтому невысокую надежность работы.
Для нормальной работы насоса не должно быть протечки приводной жидкости во время хода всасывания из емкости для запаса приводной жидкости через золотниковое уплотнение в приводную камеру. В противном случае произойдет переполнение приводной камеры и разрыв мембранного разделителя (далее - мембраны).
Для обеспечения указанного требования золотник должен иметь минимальный зазор между своей поверхностью и стенкой отверстия в корпусе подпиточного клапана. При уменьшении указанного зазора увеличивается сопротивление трения золотника в корпусе и для обеспечения
нормальной работы подпиточного клапана требуется увеличить усилие пружины, обеспечивающей закрытие клапана.
С одной стороны, увеличение усилия пружины, обеспечивающего закрытие подпиточного клапана, приводит к увеличению перепада давления на мембране в конце хода всасывания и к уменьшению всасывающей способности насоса, что в значительной степени ухудшает надежность его работы. Увеличение перепада давления на мембране также ухудшает эксплуатационную надежность устройства, так как увеличивается износ мембраны за счет увеличенного давления ее на перфорированную стенку в конце хода всасывания.
С другой стороны, уменьшение усилия пружины подпиточного клапана может привести к повреждению мембраны. При движении приводной жидкости через перфорированную стенку во время хода всасывания возникает перепад давления между приводной камерой и камерой вытеснителя, действующий на открытие подпиточного клапана, зависящий от скорости движения приводной жидкости через отверстия перфорированной стенки, а при заданной подаче насоса, зависящий от гидравлического сопротивления всех отверстий перфорированной стенки, а, следовательно, от суммарной площади сечения отверстий. При малом усилии пружины подпиточного клапана может произойти ложное срабатывание подпиточного клапана, который откроется до соприкосновения мембраны с перфорированной стенкой, а в дальнейшем приводная камера переполняется приводной жидкостью и происходит разрыв мембраны.
Целью предлагаемой полезной модели является устранение технического противоречия, имеющегося в конструкции прототипа, а, следовательно, повышение надежности работы насоса.
В результате теоретических расчетов и всесторонних испытаний насоса на проливочном стенде эта задача решается тем, что в предлагаемой полезной модели мембранный гидроприводной дозировочный насос содержит приводной механизм, корпус с перфорированной стенкой, отделяющей камеру вытеснителя от приводной камеры, мембранный
разделитель, установленный в корпусе с образованием насосной и приводной камер, емкость для запаса приводной жидкости с установленными в ней фильтром и предохранительным клапаном в сборе с воздухоотделителем, дифференциальный подпружиненный подпиточный клапан (далее - подпиточный клапан), с полостью, образованной между запорным и золотниковым элементами последнего, соединенной каналом через обратный клапан с емкостью для запаса приводной жидкости, а суммарная площадь сечения всех отверстий перфорированной стенки превышает площадь сечения отверстия седла всасывающего клапана насоса не менее, чем на пятьдесят процентов, при этом пружина подпиточного клапана, действующая на закрытие запорного элемента его выполнена с усилием, определяемым по формуле:
Р=(0,3...0,52)S, где:
Р - усилие пружины в КГс; (0,3...0,52) - коэффициент в КГс/см 2;
S - площадь сечения золотника в см 2.
На фиг.1 изображен насос в положении, соответствующем концу хода нагнетания, пунктиром показано положение мембраны и вытеснителя в конце хода всасывания.
Насос содержит приводной двигатель с приводным механизмом (на фиг.1 не показаны), обеспечивающий возвратно-поступательное перемещение вытеснителя 4, мембраны 10, установленной в корпусе 5 с образованием насосной 11 и приводной 12 камер. Насосная камера 11 содержит всасывающий клапан 18 и нагнетательный клапан 9. Приводная камера 12 отделена от камеры 13 вытеснителя 4 перфорированной стенкой 14, которая сопряжена с профильной поверхностью 16, утопленной относительно перфорированной стенки 14 в сторону камеры 13 вытеснителя 4 с образованием в конце хода всасывания с поверхностью мембраны 10 кольцеобразной камеры 17. Насос содержит также подпиточный клапан 24, в корпусе которого с образованием золотниковой 22, подпиточной 3 и отсечной 15 камер на одном конце штока 21 закреплен запорный элемент 19, поджатый пружиной 23 к торцу подпиточного клапана, а другой конец
выполнен в виде золотника 20, причем площадь сечения золотника 20 равна площади сечения проходного отверстия запорного элемента 19. Пружина 23 выполнена с усилием, определяемым по формуле:
Р=(0,3...0,52)S, где:
Р - усилие пружины в КГс; (0,3...0,52) - коэффициент в КГс/см2;
S - площадь сечения золотника в см2.
Золотниковая камера 22 соединена с кольцеобразной камерой 17 приводной камеры 12, отсечная камера 15 - с камерой 13 вытеснителя 4, подпиточная камера 3 гидравлически связана с емкостью 8 для запаса приводной жидкости, находящейся под атмосферным давлением. В канале 1, связывающем подпиточную камеру 3 с емкостью 8, установлен обратный клапан 2. В емкости 8 установлен предохранительный клапан 7 в сборе с воздухоотделителем и фильтр 6. Перфорированная стенка 14 имеет отверстия (на фиг.1 отверстия цифрой не обозначены), через которые гидравлически связана приводная камера 12 и камера 13 вытеснителя 4. Суммарная площадь сечения всех отверстий перфорированной стенки 14 превышает площадь сечения отверстия седла 25 всасывающего клапана 18 насоса не менее, чем на пятьдесят процентов. В качестве базового размера для определения суммарной площади сечения всех отверстий перфорированной стенки 14 принято сечение отверстия седла 25 всасывающего клапана 18 насоса, так как оно является расчетной величиной, зависящей от подачи насоса, а сечение отверстия седла нагнетательного клапана 9 в некоторых случаях имеет меньший размер.
Насос работает следующим образом.
При возвратно-поступательном движении вытеснителя 4 аналогичные движения совершает мембрана 10, в результате чего происходит периодическое изменение объемов приводной 12 и насосной 11 камер, всасывание в камеру 11 перекачиваемой среды через всасывающий клапан 18 и вытеснение через нагнетательный клапан 9 в нагнетательную магистраль.
При работе насоса происходит потеря приводной жидкости в автоматическом воздухоотделителе, в уплотнениях вытеснителя 4, а также при срабатывании предохранительного клапана 7. Поэтому мембрана 10 при приближении вытеснителя 4 к положению, соответствующему концу хода всасывания, ложится на перфорированную стенку 14, перекрывая в ней отверстия, соединяющие камеры 12 и 13.
От приводной камеры 12 в этот момент мембрана 10 отделяет кольцеобразную камеру 17 и камеру 13 вытеснителя 4. При дальнейшем движении вытеснителя 4 влево в камере 13 разрежение увеличивается по сравнению с разрежением в кольцеобразной камере 17. На запорном элементе 19 и золотнике 20, связанных штоком 21, возникает перепад давления. В результате этого запорный элемент 19 открывается, и из емкости 8 приводная жидкость за счет разрежения через обратный клапан 2 и подпиточную камеру 3 поступает в камеру 13 вытеснителя 4. Таким образом, осуществляется компенсация потерь приводной жидкости.
При ходе нагнетания обратный клапан 2 перекрывает линию подпитки за счет разницы давлений в камере 13 вытеснителя 4 и сообщенной с атмосферой емкостью 8, запорный элемент 19 закрывается пружиной 23. В конце хода всасывания мембрана 10 отсекает определенный объем приводной жидкости в камере 17, что исключает дальнейший прогиб ее к профильной поверхности корпуса 5.
При ходе нагнетания срабатывает обратный клапан 2, предотвращая возможные протечки приводной жидкости через подпиточный клапан по трубке 1 в емкость 8.
На ходе всасывания за счет увеличения сопротивления во всасывающем тракте возможно возникновение повышенного разрежения в приводной камере 12, но запорный элемент 19 подпиточного клапана 24 не открывается самопроизвольно, так как в камерах 12 и 13 разрежения (или давления на ходе нагнетания) равны между собой. Подпиточный клапан 24 открывается только в конце хода всасывания при упоре мембраны 10 в перфорированную стенку 14, что предотвращает переподпитку приводной
камеры 12 приводной жидкостью при повышенном разрежении во всасывающем тракте, а, следовательно, мембрана 10 защищена от разрушения даже при полном перекрытии всасывающего тракта.
В аварийных случаях, при превышении давления в напорной магистрали сверх допустимого, срабатывает предохранительный клапан 7, перепуская приводную жидкость из камеры 12 в емкость 8.
Проведенные испытания опытных образцов мембранных насосов на проливочном стенде подтвердили правильность предложенного технического решения.
Мембранный гидроприводной дозировочный насос, содержащий приводной механизм, приводной двигатель, корпус с перфорированной стенкой, отделяющей камеру вытеснителя от приводной камеры, мембранный разделитель, установленный в корпусе с образованием насосной и приводной камер, емкость для запаса приводной жидкости с установленными в ней фильтром и предохранительным клапаном в сборе с воздухоотделителем, дифференциальный подпружиненный подпиточный клапан с полостью, образованной между запорным и золотниковым элементами последнего и соединенной каналом через обратный клапан с емкостью для запаса приводной жидкости, отличающийся тем, что суммарная площадь сечения всех отверстий перфорированной стенки превышает площадь сечения отверстия седла всасывающего клапана насоса не менее, чем на 50%, при этом пружина подпиточного клапана, действующая на закрытие запорного элемента его выполнена с усилием, определяемым по формуле
Р=(0,3...0,52)S,
где Р - усилие пружины, кгс;
(0,3...0,52) - коэффициент, кгс/см2;
S - площадь сечения золотника, см2.
