Дозатор жидкости

 

СОЮЗ СОВЕТСКИХ

СОЦИАЛИСТИЧЕСКИХ

РЕСПУБЛИК (51)5 G 01 F 13/00

ГОСУДАРСТВЕННЫЙ КОМИТЕТ

ПО ИЗОБРЕТЕНИЯМ И ОТКРЫТИЯМ

ПРИ ГКНТ СССР

ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ! ! () ((Я 4 Э »

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ (21) 4774216/10 (22) 26,12.89 (46) 23,05,92. Бюл, N 19 (71) Дне продзержинский индустриальный институт им. M.È,Àðñåíè÷åâà (72) А.И.Куприн, Н,Ф,Цяпко, Г.И.Федоренко и B.Н.Гоцуленко (53) 66,028(088.8) (56) Авторское свидетельство СССР

N 1165895, кл. G 01 F 13/00, 1983, Грабовский М.А. Лекционные демонстрации по физике. — М.: Гостехиздат, 1948, с,46. (54) ДОЗАТОР ЖИДКОСТИ (57) Использование; в системах для импульсной подачи жидкости. Сущность изобретеИзобретение относится к дозированию жидкости и может быть использовано в сахарной, химической, пищевой, фармацевтической и других отраслях промышленности.

Дозатор жидкости может быть также использован в качестве генератора колебаний давления и расхода жидкости, например, в системах для испытаний деталей на износ.

Преимущественная область использования дозатора жидкости — в системах для импул ьсивной подачи воды в оросители системы пылеподавания от Открытых и закрытых источников, а также в устройствах тушения кокса на заводах коксохимического произ-. водства, Все известные сифонные дозаторы работают так, что дозируемая ими жидкость находится в гравитационном поле и движение ее обусловливается только этим полем, . Ж,„1735720 А1 ния: жидкость по подводящему трубопроводу 2 с регулируемым клапаном 3 поступает в мерную емкость 1, выполненную в виде вертикально установленного цилиндра с осевым отверстием в верхнем торце и связанную с приводом вращения. Жидкость, заполняя мерную емкость 1, одновременно поступает в герметично пропущенное через ее торец входное колено 4 сифона, размещенного горизонтально с одной стороны от оси вращения, При достижении жидкостью перегиба сифона под действием центробежной силы она будет вытекать в спиральный диффузор 8, в который герметично пропущено выходное колено 5 сифона, 1 з.п. флы, 2 ил.

Известен дозатор газа, в котором для повышения надежности в работе патрубок для отвода жидкости в гидрозатвор во второй рабочей камере выполнен в виде сифона, короткий конец которого размещен ниже конца трубы во второй рабочей камере, а длинный конец — в гидрозатворе.

Наиболее близким к предлагаемому является сифонный дозатор, который состоит из мерной емкости, подводящего жидкость трубопровода, регулировочного устройства и сифона, Недостатками этого сифонного дозатора являются малая скорость движения жидкости в момент опорожнения мерной емкости по причине того, что движение жидкости происходит поддействием лишь силы тяжести неуравновешенного столба жидкости,что ограничивает быстродействие дозатора;узкий рабочий диапазон работы дозатора в

1735720

10

20 связи с тем, что расход жидкости, вытекающей через сифон, ограничен потому, что истечение из сифона происходит только под действием силы тяжести.

Целью изобретения является повышение производительности и расширение диапазона дозирования.

Эта цель достигается тем, что в дозатор жидкости введены спиральный диффузор и привод вращения, с которым связана мерная емкость, выполненная в виде вертикально установленного цилиндра с осевым отверстием в верхнем торце, причем сифон размещен горизонтально с одной стороны от оси вращения цилиндра, входное его колено герметично пропущено через торец последнего, а выходное — e спиральный диффузор, установленный неподвижно и соосно с цилиндром, к оси вращения которого обращен перегиб сифона. Выходной конец подводящего трубопровода с зазором пропущен через осевое отверстие верхнего торца цилиндра, На фиг.1 показана схема предлагаемого дозатора жидкости; на фиг.2 — схема его использования в качества генератора механических колебаний.

Дозатор жидкости состоит из мерной емкости 1, подводящего жидкость трубопровода 2, регулировочного устройства 3, восходящего 4 и нисходящего 5 участков сифона, корпуса 7 подшипникового узла, отвода 8, вала 9 привода, радиального подшипника 10, узла уплотнения 11, верхнего

12 и нижнего 13 уплотнительных колец, выходного патрубка 14, распорных втулок 15 и

16, уплотнительного узла 71 сифона, гайки

18, балансировочной полости 6, заполненной материалом расчетной плотности, соединительных винтов 19 и 20, распорной втулки 21 и шпанки 22, B мерной емкости 1 сосредоточивается перед выдачей доза жидкости. Трубопровод

2 служит для подведения жидкости в мерную емкость 1. Регулировочное устройство

3 предназначено для регулирования расхода жидкости, подаваемой в мерную емкость

1. По восходящему 4 и нисходящему 5 участкам сифона осуществляется истечение жидкости из мерной емкости 1 в отвод 8 и далее к потребителю.

Благодаря балансировочной полости 6 достигается уравновешивание вращающихся масс деталей предлагаемого дозатора жидкости, К отводу 8 присоединяется напорный трубопровод, по которому жидкость поступает к потребителю. Вал 9 передает крутящий момент от привода (например, от электродвигателя) к мерной емкости 1. Ра25

55 диальный подшипник 10 служит опорой от вала 9. Узел уплотнения 11 служит для предупреждения попадания жидкости в подшипник 10 и утечки ее из отвода 8 спирального диффузора.

Верхнее 12 и нижнее 13 уплотнительные кольца уменьшают утечки жидкости из отвода 8 спирального диффузора через зазоры между вращающимися неподвижными деталями дозатора. Как и в центробежных насосах, кольца 12 и 13 увеличивают объемный КПД предлагаемого дозатора. Выходной патрубок 14 служит для присоединения к нему трубопровода, Распорные втулки 15, 16 и 21 задерживают вращающиеся детали предлагаемого дозатора от возможного осевого перемещения. Уплотнительный узел 17 предупреждает утечку жидкости из спирального отвода 8 наружу, Гайка 18 удерживает в плотно прижатом состоянии одна к другой участки 4 и 5. Крепежные винты 19 и 20 обеспечивают разъемное соединение предлагаемого дозатора, Шпонка 22 предупреждает проворачивание восходящего 4 и нисходящего 5 участков сифона на валу 9.

Мерная емкость 1 вращается вокруг вертикальной оси вместе с деталями 4, 5, 6, 9, 18 и 22 от привода. Мерная емкость закреплена консольно на валу 9 с помощью гайки 18. Ось ее совпадает с осью вала 9.

Ось вращения мерной емкости 1 расположена вертикально. Это обеспечивает одинаковые условия включения и выключения сифона. Если ось вращения мерной емкости

1 будет горизонтальной или наклонной, то за счет действия силы тяжести толщина слоя внизу мерной емкости 1 будет больше толщины слоя сверху ее, Это явление особенно сильно будет проявляться при малых числах оборотов мерной емкости. Трубопровод 2

"проходит" отверстие в передней стенке мерной жидкости 1, Регулировочное устройство 3 (например, кран) располагается в непосредственной близости к мерной емкости

1 так, чтобы было удобно регулировать расход жидкости, однако так, чтобы при регулировании расхода жидкости, подаваемой в мерную емкость 1, обслуживающий персонал не мог травмироваться вращающейся мерной емкостью 1.

Восходящий участок 4 сифона располагается внутри мерной емкости 1 радиально, Нисходящий участок 5 сифона плотно соединяется с восходящим участком 4, образуя вращающийся вместе с мерной емкостью 1 сифон. Ступицы нисходящего 5 и восходящего 4 участков сифона насажены на шпонке 22 вала 9 и от осевого перемещения удерживаются выступом на валу 9 и гайкой

18, Балансировочные полости 6, заполняе1735720 мые материалом расчетной плотности, располагаются с противоположной стороны восходящего и нисходящего участков каналов сифона.

Корпус 7 спирального диффузора является статической основой предлагаемого дозатора: на нем крепятся детали 8, 10, 14, 19 и 20..

Корпус 7 прикрепляется к основанию производственного помещения (на фиг.1 и

2 не показано). Отвод 8 прикрепляется к корпусу 7 спирального диффузора и отлит заодно с ним. Вал 9 привода располагается внутри корпуса 7 коаксиально. Ось его является осью вращения мерной емкости 1 и сифона (участки 4, 5), Подшипник 10 насажен на вал 9 и находится так же, как и узел уплотнения 11, внутри корпуса 7. Верхнее

12 и нижнее 13 уплотнительные кольца смонтированы неподвижными в корпусе 7 спирального диффузора, Корпус 7 прикреплен винтами 19 и 20 к отводу 8 спирального диффузора. Распорная втулка 15 запрессована внутри корпуса 7 спирального диффузора на валу 9. Гайка 18 навинчена на конец вала 9, имеющий соответствующую резьбу.

Шпонка 22 находится в шпоночной канавке вала 9.

Дозатор работает следующим образом.

При открытии регулировочного устройства 3 жидкость поступает по трубопроводу

2 во вращающуюся мерную емкость 1 и наполняет ее, При этом будет заполняться жидкостью восходящий участок 4 сифона.

После того, как уровень свободной поверхности жидкости в мерной емкости 1 превысит "горб" сифона, жидкость будет наполнять и его нисходящий участок 5.

При заполнении всей длины участка 5 сифона под действием центробежной силы жидкость будет вытекать через сифон 1 в отвод

8 и далее к потребителю. Так как расход жидкости, поступающей в мерную емкость

1, меньше расхода жидкости, вытекающей через сифон в спиральный диффузор (это условие является обязательным при работе любого сифона периодического действия), то уровень свободной поверхности жидкости в мерной емкости 1 относительно ее верти кал ьн ых стенок понижается, т.е. цилиндрическая свободная поверхность жидкости приближается к вертикальным стенкам вращающейся мерной емкости 1.

Когда впускное отверстие восходящего участка сифона обнажится, в него из атмосферы поступит воздух и течение жидкости через сифон прекратится. Затем описанный цикл повторится. Основной отличительной чертой предлагаемого дозатора жидкости является наличие центробежной силы, дей(4) ствующей на неуравновешенную часть жидкости в нисходящем участке сифона, которая может существенно превышать силу тяжести указанной части жидкости в извест5 ном устройстве, В самом деле, центробежная сила F, действующая на неуравновешенную часть жидкости в нисходящем участке сифона равна

10 и, ч2

F= (1) где m — масса неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона; ч — окружная скорость движения центра

"5 тяжести неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона;

r — радиус центра тяжести неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона, Вес 6 неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона можно выразить так:

G=mg, (2) где g — ускорение силы тяжести.

25 О-,ношение рассмотренных сил

F v (3)

G gr

Вначале находят массу m неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона при движении потока жидкости через сифон г

4 (Н ь)

35 где d — диаметр сифона;

lH и l — длины нисходящего и восходящего участков сифона;

y — объемный вес жидкости;

g — ускорение силы тяжести, Затем определяют радиус r центра тяжести неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона ! н — Ж

r=lg+

2 (5)

45 16+ н (6)

Угловая скорость вращения мерной емкости 1 сифона лЬ

50 30 (7) где n — частота вращения мерной емкости и сифонов, об/мин

Окружная скорость движения центра тяжести неуравновешенной части жидкости

55 в нисходящем участке сифона может быть выражена так:

v= (dr (8)

С учетом выражений (1)„,(8) центробежную силу F,äåéñòBóþùóþ на неуравновешенную часть

1735720 жидкости в нисходящем участке сифона выражают так:

F=

r (9)

При диаметре сифона предлагаемого дозатора, например, 25 мм, длине нисходящего участка 300 мм, длине восходящего участка 200 мм,объемный вес у жидкости 1 г/см, числе оборотов мерной емкости 1 и сифона 1000 об/мин конкретные параметры работы сифона находят следующим образом, Длина неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона

1 — Ig = 300 мм — 200 мм = 100 мм = 10 см.

Объем неуравновешенной части жидкости в нисходящем участке сифона

W =(! н — la) = 0,785 2,5 . 10 = 48 см, > С с г з

Вес неуравновешенной части жидкости в нисходящемучастке сифона

G = уЧ/ = 1 /см .48 см = 48 г = 0,048 кг, Радиус центра тяжести части жидкости в нисходящем участке сифона 25 ! н + Ig, 300 + 200

2 2

= 250мм = 25см = 0,25м.

Угловая скорость вращения центра тяжести неуравновешенной части жидкости в 30 нисходящем участке сифона

=ж — — — — — 1052ай . л h 3,14 1000

Окружная (линейная) скорость движения центра тяжести неуравновешенной ча- 35 сти жидкости в нисходящем участке сифона ч = соr= 105 025 = 26 м/с.

Центробежная сила F, действующая на неуравновешенную часть жидкости в нисходящем участке 40

mv Gч

r g r

0,048 26 — 13 4 кг .

Отношение центробежной силы F, дей- 45 ствующей на неуравновешенный участок жидкости в нисходящем участке сифона впредлагаемом дозаторе, к силе тяжести G, действующей на неуравновешенный участок жидкости в нисходящем участке сифона в известном дозаторе, при прочих равных условиях, будет равно

Е 13,4 =280

G 0,048

Таким образом, сила, обеспечивающая 55 истечение жидкости из мерной емкости 1 через сифон в предлагаемом дозаторе, в 280 раз больше силы, обеспечивающей движение жидкости через сифон из мерной емкости в известном дозаторе (при прочих равных условиях).

Приведенные расчеты показывают, что сила, под действием которой вытекает жидкость из мерной емкости 1 по сифону предлагаемого дозатора, существенно больше силы, под действием которой вытекает жидкости по сифону известного дозатора. А это значит, что скорость истечения по сифону предлагаемого дозаторе будет тоже существенно больше, Следовательно, может быть больший расход жидкости, поступающей в мерную емкость 1.

Другими существенными отличительными признаками предлагаемого дозатора жидкости являются наличие спирального диффузора и размещение в нем выходного колена сифона; сифон размещен горизонтально с одной стороны от оси вращения цилиндра, входное его колено герметично пропущено через торец последнего, а выходное — в спиральный диффузор, установленный неподвижно и соосно с цилиндром, к оси вращения которого обращен перегиб сифона.

На фиг.2 показана схема примера конкретного применения предлагаемого дозатора. Здесь приняты следующие обозначения;

23 — электродвигатель, 24 — резервуар, 25— напорный трубопровод, 26 — дополнительное регулировочное устройство, 27 — мембранная коробка, 28 — мембрана, 29— пружина, 30 — шток мембраны, 31 — муфта, 32 — обратный клапан. Детали 27 — 30 представляют собой единый узел, называемый мембранным приводом.

Схема, в которую включен дозатор жидкости, обеспечивает возвратно-поступательные движения штока 30, Устройство, изображенное на фиг.2, может быть применено, например, для штамповки деталей, испытаний образцов на изгиб и т.п.

Устройство работает следующим образом.

Дозатор жидкости обеспечивает подачу разрывного периодического потока (при непрерывной работе привода 23) по трубопроводу 25 в мембранную коробку 27.

При этом поток жидкости, выходя из трубопровода 25, разделяется на два потока. Основная часть потока направляется B мембранную коробку 27 и создает механическое движение штока 30, Вторая часть потока направляется к дополнительному регулировочному устройству 26 и далее в резервуар 24. После того, как течение жидкости по сифону прекратилось (сифон выключился из работы), пружина 29 возвращает мембрану 28 в исходное положение, Жидкость при этом перетекает через регу1735720

10 лировочное устройство 26. Обратный клапана 32 исключает г еретекание жидкости из мембранной коробки 27 во внутреннюю полость дозатора жидкости (когда сифон включен}.

Таким образом, предлагаемый дозатор жидкости имеет широкий рабочий диапазон по расходу жидкости, подаваемой в мерную емкость 1 и обладает большой производительностьюю.

Изменяя число оборотов привода 23 дозатора жидкости, можно обеспечить изменение параметров работы доэатора (величину дозы, период, частоту дозирования).

Путем уменьшения или увеличения числа оборотов мерной емкости 1 можно изменять программу выдачи дозы.

Формула изобретения

1. Дозатор жидкости, содержащий мернуа емкость, расположенный над ней подводящий трубопровод с регулируемым клапаном и сифон, входное колено которого размещено в мерной емкости, о т л и ч а юшийся тем, что, с целью. повышения

5 производительности и расширения диапазона дозирования, в него введены спиральный диффуэор и привод вращения, с которым связана мерная емкость, выполненная в виде вертикально установленного

10 цилиндра с осевым отверстием в верхнем торце, причем сифон размещен горизонтально с одной стороны от оси вращения цилиндра, входное его колено герметично пропущено через торец последнего, а вы15 ходное — в спиральный диффузор, установленный неподвижно и соосно с цилиндром, к оси вращения которого обращен перегиб сифона.

2, Дозатор по п,1, отличающийся

20 тем, что выходной конец подводящего трубопровода с зазором пропущен через осевое отверстие верхнего торца цилиндра.

1735720

Составитель А.Куприн

Техред М.Моргентал Корректор Н.Король

Редактор Т.Иванова

Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Гагарина, 101

Заказ 1810 Тираж Подписное

ВНИИПИ Государственного комитета по изобретениям и открытиям при ГКНТ СССР

113035, Москва, Ж-35, Раушская наб., 4/5