Устройство для регулирования расхода жидкости

ЕСЕСОЮ:-т .1Ауу

ПАТЕНТ11О-ПМ1таЧЖИЙ би:1-;,**îòåêа ЦЫ

< 76950!

ОПИСАНИЕ

ИЗОБР ЕТЕ Н И Я

К АВТОРСКОМУ СВИДЕТЕЛЬСТВУ

Союз Советских

Социалистических

Республик. (61) Дополнительное к авт. свид-ву— (22) Заявлено 07.12.78 (21) 2694932/18 24 (51) М.Кл. С 05 D 7/0 1 с присоединением заявки— (23) Приоритет—

Государственный комитет ло делам изобретений и открытий (43) Опубликовано 07.10.80. Бюллетень М 37 (53) УДК 621.646.3 (088.8) (45) Дата опубликования описания 14.10.80 (72) Автор изобретения

И. В. Сердюков (71) Заявитель (54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛ И РОВАН ИЯ

РАСХОДА ЖИДКОСТИ

Изобретение относится к области автоматики и может быть использовано для точного регулирования (дозирования) расхода жидкости.

Известен регулятор расхода жидкости, содержащий трубопровод подачи жидкости, связанный с проточной камерой с входным и выходным патрубками, переменный дроссель и регулирующий механизм (1).

Недостатком известного устройства является невысокая точность стабилизации расхода жидкости.

Наиболее близким по технической сущности к изобретению является устройство для регулирования расхода жидкости (сосуд Мариотта), представляющее собой, сосуд с жидкостью, имеющий два патрубка; один в верхней части, другой в дне или около дна сосуда 12). Верхний патрубок герметично закрыт пробкой, в которую вставлен длинный капилляр. Нижний патрубок представляет собой трубку с краном для регулирования расхода вытекающей жидкости. Давление, под которым вытекает жидкость из сосуда, равно гидростатическому давлению жидкости, равному р g Н, где р — плотность жидкости; g ускорение силы тяжести, Н вЂ” высота столба жидкости. Для воды и водных растворов слабой концентрации это давление равно высоте столба жидкости Н. По мере вытекания жидкости нз нижнего патрубка высота столба жидкости уменьшается, а следовательно, уменьшается и гпдростатиче5 ское давление (напор), под которым вытекает жидкость, поэтому расход вытекающей жидкости должен постепенно уменьшаться.

В сосуде Мариотта верхняя горловина

10 закрыта пробкой с капиллярной трубкой, которая при закрытом кране заполняется жидкостью до верхнего уровня жидкости в сосуде (по закону сообщающихся сосудов), При открытом кране по мере вытекания жидкости давление над ее поверхностью, равное Р, (в начальный момент оно равно атмосферному Рс), начнет уменьшаться (появится разрежение) и под действием атмосферного давления столбик жидкости

20 в каплллярной трубке снижается значительно быстрее, чем уровень H в сосуде (из-за большой разницы площадей поперечного сечения сосуда и трубки). Как только из капиллярной трубки появятся пу25 зырькп воздуха, отрицательное давление

Р, станет увеличиваться (и приближаться к атмосферному), но одновременно будет уменьшаться и высота столба жидкости Н, т. е гидростатическое давление, а разница давлений «Н вЂ” Р,» все время будет оста769501 ваться постоянной и поэтому расход вытекающей жидкости также будет постоянный.

Это физическое, явление действительно имеет место, но только для сравнительно больших расходов жидкости. При малых расходах (кран пр иоткрыт слегка, жидкость вытекает по каплям), наблюдается явление облитерации, заключающееся в том, что выходной канал (полузакрытый кран или тонкий капилляр, используемый вместо крана) постепенно «зарастает» молекулами жидкости, гидравлическое сопротивление его увеличивается и в результате наблюдается существенное уменьшение расхода жидкости.

Для уменьшения этого эффекта расход жидкости регулируют дросселированием поступающего в сосуд атмосферного воздуха, однако это затруднено тем, что кап илляр для атмосферного воздуха должен быть очень малого внутреннего сечения илп сравнительно большой длины, а это делает его уязвимым для пыли, так как даже отдельные пылинки могут уменьшить его проходимость, а поэтому воздух должен подаваться в сосуд через капилляр идеально чистым.

Кроме того, имеет место изменение сопротивления капилляра при его термическом расширен ни, а также влияние изменения вязкости воздуха, следовательно для повышения точности дозирования необходимо тщательно термостатировать всю систему. Это превращает сосуд Мариотта в сложную, насыщенную регуляторами и другими устройствами установку со строгой стабилизацией температуры.

Целью изобретения является повышение точности работы устройства.

Эта цель достигается тем, что устройство для регулирования расхода жидкости, содержащее сосуд с жидкостью, связанный с входным каналом проточной камеры с выходным каналом, содержит шаровой компенсационный элемент, установленный в проточной камере и образующий переменный дроссель слива со стенками проточной камерь, тем что оно содержит механизм нагружения шаровото компенсационного элемента, тем что механизм нагружения шарового компенсационного элемента выполнен в виде рычажного .механизма, связанного натрузочной цепью с ведущим колесом, а также тем, что проточная камера установлена с возможностью перемещения вдоль вертикальной оаи, а ее выходной канал связан гибкой трубкой с неподвижно закрепленным выходным патрубком.

На фиг. 1 изображена схема предлагаемого устройства; на фиг. 2 — то же с компенсацией давления; на фиг. 3 — то же со ступенчатым заданием расхода; на фиг. 4 — то же с плавным заданием расхода.

65 сом жидкости (как показано на чертеже: сначала в наружную часть камеры, а затем по магистрачи слива). Избыточное давле6 — f ние в камере Р= +H (1) (где G—

S вес шарового поршня, f — выталкивающая сила жидкости, действующая на поршень, $ — миделево сечение поршня, Н вЂ” высота столба жидкости, соответствующая гидростатическому давлению) .

При этом давлении из выходного патрубка 9, диаметр которого, много больше капиллярного (для дозаторов на малые расходы порядка 3 мм) жидкость будет вытекать с постоянным расходом. При малых расходах поток жидкости от насосапобудителя расхода можно уменьшить при помощи запорного вентиля 7 (в простейшем случае резиновый шланг от насоса частично пережимают винтовым зажимом).

Устройство для регулирования расхода жидкости содержит проточную камеру 1, закрываемую сверху свободно проходящим внутрь камеры шаровым компенсационным

5 элементом-поршнем 2. Проточная камера связана мапистралью слива 8 с сосудом

4 с жидкостью, в котором установлен циркуляционный насос 5, осуществляющий подачу жидкости в камеру 1 через входной канал б с запорным вентилем 7. Из камеры

1 дозированная жидкость вытекает через выходной канал 8 и выходной патрубок 9.

Для осуществления плавного задания расхода предлагаемое устройство содержит

15 механизм нагружения шарового компенсационного элемента, выполненного в виде рычажного механизма 10, связанного нагрузочной цепью 11 с ведущим колесом 12.

Зазор между шаровым элементом (поршнем):и отверстием камеры небольшой, порядка сотых долей миллиметра. Для облетчения шарового поршня его можно делать пустотелым. При смещении центра тяжести вниз он всегда будет ориентирован в одном направлении, что позволит уменьшить требование к его строгой сферичности.

Без шарового поршня проточная камера работает как сосуд с перетоком (стабильность расхода поддерживается высотой

З0 уровня Н), поэтому верхняя кромка делается острой, чтобы меньше сказывалось влияние поверхностного натяжения жидкости.

Устройство работает следующим образом.

В пустой камере шаровой поршень лежит на дне. При работе циркуляционного насоса б (например, центробежного насоса термостата),камера заполняется жидкостью. При этом поднимается поршень 2, 40 который, выйдя из камеры немного более, чем наполовину, начнет пропускать через увеличившийся зазор между камерой и шаровым поршнем избыток жидкости, возвра щающийся самотеком в емкость с запа769501

Для получения минимальных расходов жидкости при данных геометрических параметрах устройства конец патрубка 9 (гибкий шланг) поднимают выше уровня перетока жидкости, что приводит к частичной компенсации давления P за счет приращения гидростатического давления ЛЬ в патрубке 9. При закрепленном выходном патрубке, установив проточную камеру с возможностью перемещения вдоль вертикальной оси (на подъемном столике), поднимая или опуская проточную камеру можно в широких пределах плавно (от нулевого до максимального) регулировать расход жидкости.

При больших расходах к шаровому поршню необходимо приложить дополнительную нагрузку. Для ступенчатого задания расхода шаровой поршень посредством механизма нагружения (коромысла и подвески) нагружают дополнительными грузами. Для плавного задания расхода шаровой поршень можно нагружать, например, при помощи рычажного механизма 10, связанного нагрузочной- цепью 11 с ведущим колесом 12.

В этом варианте устройства при вращении (по часовой стрелке) ведущего колеса 12, по, окружности которого имеются шпильки, удерживающие цепь 11 от проскальзывания, отрезок цепи, соединенный с коромыслом через подвеску, будет постепенно нагружать шаровой поршень 2 и таким образом можно плавно регулировать расход жидкости при высокой степени стабилизации.

Предлагаемое устройство поддерживает постоянное давление в проточной камере за счет изменения площади кольцевого зазора между шаровым поршнем в стенками 4О камеры, что обеспечивает стабильность расхода жидкости на выходе устройства независимо от изм енения производительности насоса-побудителя расхода. Это позволяет заменить насос обычным напорным бачком- 45 с жидкостью. В этом случае с уменьшением уровня жидкости в напорном бачке расход жидкости на входе в проточной камере будет непрерывно уменьшаться, однако давлен ие жидкости в проточной камере будет оставаться постоянным за счет уменьшения площади сечения кольцевого зазора, что обеспечивает постоянство расхода на выходе камеры.

При этом точность дозирования практически не зависит от температуры. Если допустить, что в результате термического расширения диаметр шарового поршня увеличится, то это пр иведет к сужению кольцевого зазора, что вызовет увеличение 60 давления в проточной камере Это приведет к подъему поршня, в результате чего увеличится площадь кольцевого зазора, а следовательно, увеличится поток жидкости на слив в линию рециркуляции. При этом 65 давление в проточной камере уменьшится и опять станет равным первоначальному в соответствии с формулой (1).

Аналогичная картина будет иметь место при термическом расширении самой проточной камеры. В этом случае с увеличением кольцевого зазора шаровой поршень займет более низкое положение, что вновь приведет к установлению заданного давления в проточной камере в соответствиями с формулой (1).

Наконец, при одновременном термическом изменении геометрических размеров камеры и шарового поршня автоматическая компенсация расхода жидкости через кольцевой зазор приведет к заданному давлению в камере. Таким образом, расход жидкости на выходе устройства остается строго постоянным.

Предлагаемое устройство может быть использовано как для непрерывного дозирования жидкости (стабилизированного потока), например введевия какого-либо раствора вещества в непрерывный химический процесс, так и для порционного (при отключении устройства через заданные промежутки времеви).

Формула изобретения

1. Устройство для регулирования расхода жидкости, содержащее сосуд с жидкостью, связанный с входным каналом проточной камеры с выходным каналом, о тл и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения точности работы устройства, оно содержит шаровой компенсационный элемент, установленный в проточной камере и образующий переменный дроссель слива со стенками проточной камеры, 2. Устройство по и. 1, отлич ающее с я тем, что оно содержит механизм нагружения шарового компенсационного элемента

3. Устройство по п. 2, о т л и ч а ю щ е ес я тем, что механизм нагружения шарового

:компенсационного элемента выполнен в виде рычажного механизма, связанного нагрузочной цепью с ведущим колесом

4. Устройство по п. 1, о тл и ч а ю щее с я тем, что выходной канал связан гибкой трубкой с неподвижно закрепленным выходным патрубком.

Источники информации, принятые во внимание при экспертизе:

1.. Авторское свидетельство СССР

Хо 148543, кл. G 05 D 7/01, 1960.

2. Гмелин П. и др. Контролирующие и регулирующие приборы в химической промышленности. Киев, Гос. научно-техн ическое издательство Украины, К., 1935, с. 140 (прототип).

769501

Составитель Л. Подшибихин

Техред О. Павлова Корректор И. Осииовская

Редактор Л. Утехина

Тип. Харьк. фил. пред. «Патент»

Заказ 1300/1291 Изд, № 479 Тираж 956 Подписное

НПО «Поиск» Государственного комитета СССР по делам изобретений и открытий

113035, Москва, %-35, Раушская наб., д. 4/5