насос-дозатор

Формула изобретения

Насос-дозатор, состоящий из гидродвигателя с насосом, объединенных в одном корпусе, распределитель, магистралью связанный с гидродвигателем, к насосу подсоединена магистраль, на которой установлены всасывающий и нагнетательный клапаны, отличающийся тем, что выход нагнетательного насоса магистралью связан с входами двух распределителей, штоки плунжеров золотников которых расположены с возможностью ограниченного перемещения в переключателях, последние жестко связаны со штоками поршней своих гидродвигателей, насосы которых через нагнетательные клапаны магистралью связаны с входом нагнетательного насоса, а всасывающие клапаны насосов магистралью связаны с емкостью для дозирования, при этом вторые выходы распределителей магистралями связаны с емкостью для обрабатываемой жидкости, при этом величина ограниченного перемещения L одного переключателя относительно штоков золотников распределителей определяется по формуле:

где V_ц — цикловая подача присадки одного насоса;

V₀ - минимальная цикловая подача присадки одного насоса;

F - площадь плунжера насоса,

при этом суммарная величина ограниченного перемещения Х двух переключателей

Х=L₁+L₂,

где L₁ и L ₂ величина перемещения первого и второго переключателей соответственно.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области автоматического дозирования в технологических процессах энергетической, химической, пищевой, медицинской и других отраслях промышленности, в частности предназначено для дозирования присадок при регенерации отработанных смазочных масел.

Известны насосы-дозаторы возвратно-поступательного действия, различающиеся по виду исполнительного устройства на поршневые, плунжерные, мембранные, сильфонные с приводом, выполненным электрическим, пневматическим, гидравлическим и комбинированным. При этом наибольшее распространение получили дозаторы с автоматической системой регулирования расхода и системы автоматического дозирования, в частности частотно-импульсные системы.

Так, например, известен импульсный автоматический дозатор (а.с. СССР №821925, МКИ G 01 F 11/00), содержащий исполнительное устройство объемного типа, прибор управления, выполненный в виде управляющего генератора импульса, и узел для сглаживания пульсации расхода, узел для сглаживания пульсаций выполнен в виде гидравлического сопротивления с управляемым приводом, вход которого соединен с входом прибора управления дозатором.

Известен дозатор (а.с. СССР №857716, МКИ G 01 F 11/00), содержащий исполнительное устройство с гидравлическим приводом и прибор управления с электронной схемой по авт. св. №617684, он снабжен ограничителем хода поршня, выполненным в виде полого штока, установленного внутри корпуса при помощи двух гибких кольцевых мембран с возможностью регулируемого перемещения, причем кольцевые мембраны образуют герметичную полость, сообщенную с полостью штока посредством отверстий, которые выполнены в его боковой поверхности с выходными отверстиями.

Известен также плунжерный дозатор жидкости (а.с. СССР №932244, МКИ G 01 F 11/08), содержащий корпус с мерной и рабочей камерами, мембрану, делящую рабочую камеру на надмембранную и подмембранную части, плунжер с сальниковым уплотнением, установленный между мерной камерой и мембраной, жесткий центр мембраны, соединенный с плунжером, ограничитель обратного хода плунжера, входные и выходные патрубки и клапаны мерной камеры, патрубок надмембранной части, в которой введен канал, соединяющий надмембранную часть рабочей камеры с выходом входного патрубка и с входом клапана.

Расход этих устройств формируется в виде последовательности доз постоянного объема, выдаваемого с переменной или постоянной частотой, которая зависит от управляющего сигнала. Управляющий сигнал может вырабатываться по заданному алгоритму в зависимости от параметров жидкостей, для чего тоже, вероятно, необходима электронная схема.

Недостаток таких дозаторов заключается в необходимости использования источников питания для работы как исполнительных устройств, так и блока управления. Причем необходимость снабжения электропитанием возникает не только для дозаторов с электрическим приводом, но и для дозаторов с пневматическим и гидравлическим приводами для работы компрессора и насоса. Кроме того, точность дозирования осуществляется с помощью довольно сложных электронных схем.

Наиболее близким аналогом к заявляемому изобретению является насос, описанный в книге Т.М.Башта “Объемные насосы и гидравлические двигатели гидросистем”. - М.: Машиностроение, 1974, с.373 (рис. 145, б), содержащий плунжер, связанный с поршнем приводного силового цилиндра (гидродвигателя). Насос снабжен питающими и нагнетательными клапанами, установленными на линиях питания и нагнетания соответственно.

Недостатком данного устройства является то, что реверсирование движения плунжеров осуществляется с помощью сложного электромагнитного распределителя, управляемого от концевых выключателей, на которые воздействует в конце ходов поршень силового цилиндра. Другим существенным недостатком является очевидность того, что насос с этой системой питания пригоден лишь для случаев, когда нагнетаемая им жидкость является рабочей средой гидродвигателя, а также не регулируется доза введения присадки за один ход плунжера.

Задача изобретения - автоматическое регулирование оптимального количества дозируемой присадки.

Поставленная задача решается за счет того, что насос-дозатор, состоящий из гидродвигателя с насосом, объединенных в одном корпусе, распределитель, магистралью связанный с гидродвигателем, к насосу подсоединена магистраль, на которой установлены всасывающий и нагнетательный клапаны, при этом выход нагнетательного насоса магистралью связан с входами двух распределителей, штоки плунжеров золотников которых расположены с возможностью ограниченного перемещения в переключателях, последние жестко связаны со штоками поршней своих гидродвигателей, насосы которых через нагнетательные клапаны магистралью связаны с входом нагнетательного насоса, а всасывающие клапаны насосов магистралями связаны с емкостью для дозирования, при этом вторые выходы распределителей магистралью связаны с емкостью для обрабатываемой жидкости, при этом величина ограниченного перемещения L одного переключателя относительно штока золотника распределителя определяется по формуле

где V_ц - цикловая подача присадки одного насоса;

V₀ - минимальная цикловая подача присадки одного насоса;

F - площадь плунжера насоса.

Суммарная величина ограниченного перемещения Х двух переключателей

Х=L ₁+L₂,

где L₁ и L₂ - величина перемещения первого и второго переключателей соответственно.

Новые существенные признаки:

1. Выход нагнетательного насоса магистралью связан с входами двух распределителей.

2. Штоки плунжеров золотников распределителей расположены с возможностью ограниченного перемещения в переключателях.

3. Переключатели жестко связаны со штоками поршней своих гидродвигателей.

4. Насосы гидродвигателей через нагнетательные клапаны магистралью связаны с входом штатного нагнетательного насоса.

5. Всасывающие клапаны насосов гидродвигателей магистралью связаны с емкостью для дозирования.

6. Вторые выходы распределителей магистралью связаны с емкостью для обрабатываемой жидкости.

7. Величина ограниченного перемещения одного переключателя относительно штока золотника распределителя определяется по формуле

где V_ц - цикловая подача присадки одного насоса;

V₀ - минимальная цикловая подача присадки одного насоса;

F - площадь плунжера насоса.

Суммарная величина ограниченного перемещения Х двух переключателей

Х=L ₁+L₂,

где L₁ и L₂ - величина перемещения первого и второго переключателей соответственно.

Перечисленные новые существенные признаки в совокупности с известными позволяют получить технический результат во всех случаях, на которые распространяется испрашиваемый объем правовой охраны.

Технический результат достигается за счет того, что предлагаемый насос-дозатор не нуждается в автономных источниках энергии и сам регулирует дозу присадок до оптимальных значений в зависимости от характеристик рабочей среды, являющейся в предлагаемом устройстве, например, смазочным маслом. Известно, что при повышении температуры масла понижаются его вязкость и плотность, в соответствии с этим уменьшается величина массовой подачи масла насосами объемного типа, и наоборот, при понижении температуры масла его вязкость и плотность повышаются, увеличивается величина массовой подачи масла. В этой ситуации необходимо уменьшать или увеличивать дозу вводимой в масло присадки.

Предлагаемый насос-дозатор чутко реагирует на изменение плотности рабочей среды и без автономного источника энергии и специальных управляющих приборов с громоздкой электронной схемой меняет дозировку. Это достигается тем, что два гидродвигателя насоса-дозатора через свои распределители работают от штатного нагнетательного насоса и создаваемого им напора в магистрали, рабочей средой которого является масло, а нагнетательная магистраль насоса дозирования присадки связана с всасывающей магистралью штатного нагнетательного насоса. Энергия потока рабочей среды приводит в действие поршень исполнительного механизма и позволяет исключить использование автономного источника энергии.

Связь нагнетательной магистрали насоса дозирования присадки именно с всасывающей магистралью штатного нагнетательного насоса обеспечивает значительное уменьшение энергии на привод насоса дозирования (присадка подается в среду с низким давлением), а также позволяет избежать влияния пульсаций давления в рабочей магистрали, которые могут препятствовать подачам в нее очередных доз от насоса дозирования присадки, и дополнительно к этому эффекту обеспечивает лучшее перемешивание рабочей среды (масла) с присадками при их совместном прохождении через штатный нагнетательный насос.

Принципиальным в предлагаемом решении является использование рабочей среды (масла) в качестве привода, которое обеспечивает его саморегулирование за счет изменения плотности рабочей среды, в данном устройстве влияющей на частоту функционирования насоса-дозатора. Использование в известных насосах-дозаторах, в том числе и в прототипе, автономных источников энергии не позволяет обеспечивать автоматического дозирования без применения сложных и дорогостоящих систем управления, в частности электронных.

В предлагаемом насосе-дозаторе гидравлический привод работает за счет энергии потока рабочей среды (масла), циркулирующего в системе регенерации под действием штатного нагнетательного насоса, присутствующего в системе и потребляющего электроэнергию. Именно это упрощение и удешевление конструкции обеспечивает одновременно автоматическое дозирование присадок без применения сложных схем управления. Регулирование дозы обеспечивается изменением температуры рабочей среды при неизменной температуре присадки, т.е. на меньшую массовую дозу масла (при увеличении температуры уменьшается плотность масла) подается неизменная массовая доза присадки, тем самым увеличивается доза вводимой присадки, и наоборот. Наименьшая доза вводимой присадки обеспечивается при одинаковой температуре масла и присадки.

Частота подачи доз вводимой присадки напрямую зависит от интенсивности работы привода, т.к. поршни гидродвигателей и плунжеры насосов дозирования жестко связаны между собой, т.е. на меньшую массу масла вводится меньше присадки, а на большую массу масла - больше присадки, тем самым обеспечивается саморегулирование подачи присадки в регенерируемое масло.

Одним из принципиальнейших решений является возможность регулирования подачи дозы вводимой присадки при установившемся температурном режиме рабочей среды (масла). Это достигается тем, что на штоках золотников распределителей имеются ограничители, регулирующие перемещение переключателей, которые жестко связаны со штоками поршней гидродвигателей. Увеличивая или уменьшая расстояние между ограничителями штоков золотников распределителей, изменяют ход поршней, а те в свою очередь, воздействуя через штоки на плунжеры насосов дозирования, увеличивают или уменьшают дозу вводимой присадки.

Изобретение поясняется чертежами. На фиг.1 изображена схема работы насоса-дозатора для ввода присадок в масло при его регенерации. На фиг.2 представлена круговая диаграмма рабочего цикла насоса-дозатора. На фиг.3 представлен график зависимости цикловой подачи присадки от суммарного регулируемого перемещения переключателя.

В систему работы насоса-дозатора (см. фиг.1) входит емкость 1 для обрабатываемой жидкости (например, регенерируемое смазочное масло), которая магистралью 2 соединена с входом штатного нагнетательного насоса 3, выход последнего магистралью 4 через тройник 5 соединен с входом 6 распределителя 7, который в своем составе имеет разделитель 8 и плунжеры 9 и 10 (они составляют единое целое - золотник, на фиг.1 не обозначен), а также два отверстия 11 и 12. Распределитель 7 разделителем 8 образует две рабочие камеры 13 и 14. На штоке 15 плунжера 10 установлены ограничители 16 и 17. Шток 15 размещен в переключателе 18 (например, рамка), с возможностью свободного перемещения в ограничителях 16 и 17. Переключатель 18 жестко соединен со штоком 19 поршня 20 гидродвигателя 21. Поршень 20 штоком 22 соединен с плунжером 23 насоса 24.

Гидродвигатель 21 поршнем 20 разделен на две рабочие камеры 25 и 26, каждая из которых имеет по отверстию 27 и 28 соответственно. Гидродвигатель 21 и насос 24 совмещены в одном корпусе и образуют преобразователь одинарного действия (на фиг.1 не показан). Насосная камера 29 насоса 24 имеет два отверстия 30 и 31. В отверстии 31 установлен нагнетательный клапан 32, который магистралью 33 соединен с магистралью 2 и входом штатного нагнетательного насоса 3. В отверстие 30 установлен всасывающий клапан 34, который магистралью 35 соединен с емкостью 36 для дозируемой жидкости (например, присадка).

Магистраль 4 через тройник 5 соединяется с отверстием 37 распределителя 38, который в своем составе имеет разделитель 39 и плунжеры 40 и 41 (они составляют единое целое - золотник, на фиг.1 не обозначен), а также два отверстия 42 и 43. Распределитель 38 разделителем 39 образует две рабочие полости 44 и 45.

На штоке 46 плунжера 41 установлены ограничители 47 и 48 с возможностью свободного перемещения в переключателе 49 (например, рамка), который жестко закреплен на штоке 50 поршня 51 гидродвигателя 52. Поршень 51 штоком 53 соединен с плунжером 54 насоса 55. Гидродвигатель 52 поршнем 51 образует две рабочие камеры 56 и 57, каждая из которых имеет отверстия 58 и 59 соответственно. Гидродвигатель 52 и насос 55 совмещены в одном корпусе и образуют преобразователь одинарного действия (на фиг.1 не показан). Насосная камера 60 насоса 55 имеет два отверстия 61 и 62. В отверстии 62 установлен нагнетательный клапан 63, который магистралью 33 соединен с магистралью 2 и с входом штатного нагнетательного насоса 3. В отверстие 61 установлен всасывающий клапан 64, который магистралью 35 соединен с емкостью 36 для дозируемой жидкости.

Распределитель 7 имеет выходное отверстие 65, а распределитель 38 имеет выходное отверстие 66. Эти выходные отверстия 65 и 66 магистралью 67 соединены с входом емкости 1.

Отверстия 11 и 12 распределителя 7 магистралями 68 и 69 соединены с отверстиями 59 и 58 гидродвигателя 52 соответственно.

Отверстия 42 и 43 распределителя 38 и отверстия 27 и 28 соединены между собой магистралями 70 и 71 соответственно.

Все упоминаемые отверстия, а также входы и выходы снабжены штуцерами (на фиг.1 не показаны).

Предлагаемый насос-дозатор работает следующим образом.

Из емкости 1 регенерируемое масло по магистрали 2 выкачивается штатным нагнетательным насосом 3, далее по магистрали 4 через тройник 5 поступает в распределители 7 и 38 через отверстия 6 и 37 соответственно.

Допустим, золотник распределителя 7 находится в крайнем левом положении, а золотник распределителя 38 - в крайнем правом положении (см. фиг.1). Тогда в распределителе 7 масло через отверстие 6 поступает в камеру 14, затем через отверстие 12 по магистрали 69 через отверстие 58 - в камеру 56 гидродвигателя 52, при этом в камере 56 масло окажется запертым, т.к. поршень 51 гидродвигателя 52 находится в крайнем правом положении и под действием давления масла не будет перемещаться. При этом прекращается вытеснение масла из камеры 57 гидродвигателя 52 через отверстие 59 по магистрали 68 через отверстие 11 в камеру 13 распределителя 7.

В то же время масло через отверстие 37 поступает в рабочую камеру 44 распределителя 38, далее через отверстие 42 по магистрали 70 через отверстие 27 в полость 25 гидродвигателя 21. Под давлением масла поршень 20 гидродвигателя 21 начинает перемещаться вправо и через шток 19 двигает вправо переключатель 18, который свободно перемещается по штоку 15 плунжера 10 между ограничителями 16 и 17. При этом плунжер 10 золотника распределителя 7 неподвижен до тех пор, пока переключатель 18 не вступит во взаимодействие с ограничителем 17.

Одновременно с этим шток 22 поршня 20 гидродвигателя 21 перемещает плунжер 23 насоса 24 вправо, при этом присадка из полости 29 насоса 24 через отверстие 31 и нагнетательный клапан 32 через магистраль 33 поступает в магистраль 2, где доза присадки смешивается с маслом, поступающим на вход нагнетательного насоса 3. При этом масло из полости 26 гидродвигателя 21 вытесняется поршнем 20 через отверстие 28 по магистрали 71 через отверстие 43 в камеру 45 распределителя 38 через отверстие 66 в магистраль 67 и сливается в емкость 1.

При взаимодействии переключателя 18 с ограничителем 17 шток 19 поршня 20, продолжая движение вправо, перемещает золотник распределителя 7 через шток 15 вправо. При достижении поршня 20 гидродвигателя 21 крайнего правого положения переключатель 18 переместит золотник распределителя 7 в крайнее правое положение. Тогда плунжер 9 золотника перекроет проход масла к отверстию 65 распределителя 7, а плунжер 10, наоборот, откроет проход масла к отверстию 65, а разделитель 8 золотника изменит направление движения потока масла. При этом поток масла из распределителя 7 через отверстие 11, магистраль 68 и отверстие 59 поступит в камеру 57 гидродвигателя 52 и поршень 51 под давлением масла начнет перемещаться влево. При этом масло из камеры 56 гидродвигателя 52 вытесняется поршнем 51 через отверстие 58 по магистрали 69 через отверстие 12 в полость 14 распределителя 7 через отверстие 65 в магистраль 67 и сливается в емкость 1.

Одновременно с этим поршень 51 гидродвигателя 52, двигаясь влево, через шток 53 перемещает плунжер 54 насоса 55 влево. Под действием разрежения в камеру 60 насоса 55 поступает присадка через всасывающий клапан 64, магистраль 35 из емкости 36 дозирования.

При достижении поршня 51 гидродвигателя 52 крайнего левого положения масло в камере 57 становится запертым и из камеры 56 гидродвигателя 52 прекращается вытеснение масла через отверстие 58 по магистрали 69 через отверстие 12 в камеру 14 распределителя 7.

Одновременно при своем движении влево поршень 51 гидродвигателя 52 через шток 50 начнет перемещать переключатель 49 влево, который будет свободно перемещаться по штоку 46 плунжера 41 между ограничителями 48 и 47. Достигнув ограничителя 47, при дальнейшем своем движении переключатель 49 через шток 46 начнет перемещать золотник распределителя 38 влево.

Одновременно с этим при достижении поршня 51 гидродвигателя 52 крайнего левого положения переключатель 49 переместит золотник распределителя 38 в крайнее левое положение. Тогда плунжер 41 золотника перекроет проход масла к отверстию 66 распределителя 38, а плунжер 40, наоборот, откроет проход масла к отверстию 66, а разделитель 39 золотника изменит направление движения потока масла. При этом поток масла из распределителя 38 через отверстие 43, магистраль 71 и отверстие 28 поступит в камеру 26 гидродвигателя 21 и поршень 20 под давлением масла начнет перемещаться влево и через шток 19 начнет двигать влево переключатель 18, который будет свободно перемещаться по штоку 15 плунжера 10 между ограничителями 17 и 16. При этом плунжер 10 золотника распределителя 7 неподвижен до тех пор, пока переключатель 18 не войдет во взаимодействие с ограничителем 16.

В то же время через шток 22 поршень 20 гидродвигателя 21 перемещает плунжер 23 насоса 24 влево. Под действием разрежения в камеру 29 насоса 24 поступает присадка через всасывающий клапан 34, магистраль 35 из емкости 36 дозирования. При этом масло из камеры 25 гидродвигателя 21 вытесняется поршнем 20 через отверстие 27 по магистрали 70 через отверстие 42 в камеру 44 распределителя 38 через отверстие 66 в магистраль 67 и сливается в емкость 1.

В то же время, когда переключатель 18, двигаясь влево, войдет во взаимодействие с ограничителем 16, он при своем дальнейшем движении будет перемещать золотник распределителя 7 через шток 15 влево. При достижении поршня 20 гидродвигателя 21 крайнего левого положения переключатель 18 переместит золотник распределителя 7 в крайнее левое положение. Тогда плунжер 10 золотника перекроет проход масла к отверстию 65 распределителя 7, а плунжер 9, наоборот, откроет проход масла к отверстию 65, а разделитель 8 золотника изменит направление движения потока масла. При этом поток масла поступает из распределителя 7 через отверстие 12 по магистрали 69 через отверстие 58 в камеру 56 гидродвигателя 52, и поршень 51 под давлением масла начнет перемещаться вправо и через шток 50 будет двигать вправо переключатель 49, который будет свободно перемещаться по штоку 46 плунжера 41 между ограничителями 47 и 46. При этом плунжер 41 золотника распределителя 38 неподвижен до тех пор, пока переключатель 49 не войдет во взаимодействие с правым ограничителем 48.

Одновременно с этим через шток 53 поршень 51 гидродвигателя 52 перемещает плунжер 54 насоса 55 вправо, при этом присадка из камеры 60 насоса 55 через отверстие 62 и нагнетательный клапан 63 через магистраль 33 поступает в магистраль 2, где доза присадки впрыскивается в масло и поступает на вход нагнетательного насоса 3. При этом масло из камеры 57 гидродвигателя 52 вытесняется поршнем 51 через отверстие 59 по магистрали 68 через отверстие 11 в камеру 13 распределителя 7, далее через отверстие 65 в магистраль 67 и сливается в емкость 1.

В то же время, когда переключатель 49, двигаясь вправо, войдет во взаимодействие с ограничителем 48, он при дальнейшем своем движении перемещает весь золотник распределителя 38 через шток 46 вправо. Когда поршень 51 гидродвигателя 52 достигнет своего крайнего правого положения, переключатель 49 переместит золотник распределителя 38 в крайне правое положение. Тогда плунжер 40 золотника перекроет проход масла к отверстию 66 распределителя 38, а плунжер 41, наоборот, откроет проход масла к отверстию 66, а разделитель 39 золотника изменит направление движения потока масла. При этом поток масла из распределителя 38 через отверстие 42 по магистрали 70 через отверстие 27 поступит в камеру 25 гидродвигателя 21, где начнет оказывать давление на поршень 20, перемещая его вправо.

Таким образом, завершив цикл работы, насос-дозатор принял исходное положение. Далее все процессы цикла повторяются.

Графически рабочий цикл насоса-дозатора представлен круговой диаграммой на фиг.2. Он состоит из четырех основных процессов, последовательно чередующихся между собой:

- первый процесс: подача насоса 24 и ожидание насоса 55;

- второй процесс: ожидание насоса 24 и всасывание насоса 55;

- третий процесс: всасывание насоса 24 и ожидание насоса 55;

- четвертый процесс: ожидание насоса 24 и подача насоса 55.

Регулирование дозы вводимой присадки осуществляется изменением расстояния L (мм) между ограничителями на штоках распределителей (см. фиг.1), где

Н - ход плунжера насоса преобразователя, мм;

S - ход плунжера золотника распределителя, мм;

Н=L+S, мм.

Если обозначить через F (мм²) площадь плунжера насоса, то цикловая подача V (мл/ц) для одного насоса преобразователя выразится формулой

V=F· H=F(L+S)=F· L+F· S, где F· L=var, a F· S=const=V₀.

Т.к. работают два преобразователя, то обозначим под индексом 1 параметры насоса 24 первого преобразователя, а под индексом 2 параметры насоса 55 второго преобразователя, тогда цикловая подача V_ц(мл/ц) присадки насоса-дозатора определится по формуле

V_ц=V₀+F₁· L₁+F₂· L ₂,

где V₀ - минимальная цикловая подача насосом-дозатором при условии, что

L₁=L ₂=0, тогда V₀=S(F₁+F₂), мл/ц;

F₁ и F₂ - площади плунжеров насосов 24 и 55, мм²;

L₁ и L ₂ - расстояние между ограничителями 16 и 17, 47 и 48, мм;

S - ход плунжера распределителя (у обоих распределителей ход плунжеров 10 и 41 одинаков), мм.

В случае, если F ₁=F₂=F, то цикловая подача присадки насоса-дозатора определится по формуле

V_ц=V₀+F(L ₁+L₂), где V₀=2· S· F.

Тогда зависимость цикловой подачи присадки V_ц от суммарного расстояния

Х=L₁+L₂ можно представить в виде графика (см. фиг.3).