Універсальний насос-дозатор (варіанти)

1 Універсальний насос-дозатор, що включає зігнутий трубопровід, вхідний кінець якого введений у з'єднану з джерелом тиску камеру, в якій виконаний отвір з клапаном для входу рідини, який відрізняється тим, що клапан виконаний у вигляді вільнолежачого на СІДЛОВИНІ отвору диска, об'ємна ЩІЛЬНІСТЬ якого більша або дорівнює ЩІЛЬНОСТІ рідини, переважно у межах 1,1-1,2 від ЩІЛЬНОСТІ рідини, а над диском встановлені обмежувачі його вертикального переміщення, при цьому висота розміщення обмежувачів визначена з умови забезпечення рівності площин прохідних перерізів під і над диском при ПІДЙОМІ останнього до упору в обмежувачі Винахід стосується пристроїв для перекачування та дозування рідини, а саме, високотемпературних розплавів металів або солей У багатьох виробництвах кольорової та чорної металурги, хімічної промисловості при перекачуванні та дозуванні рідкого середовища між технологічними ємностями постійно відбувається зміна взаємного розташування рівнів рідини за висотою первісно більш високий рівень рідини у ВИХІДНІЙ ємності в процесі перекачування опускається нижче рівня в кінцевій ємності В таких випадках виникає потреба у використанні пристроїв для перекачування з комбінованим принципом дії, що поєднує, наприклад, позитивну якість економічних за енергетичними витратами сифонів із надійністю насосів заміщення Відомий "Сифон", а с №956846, F04F 10/02, з 23 02 81 р , що включає зігнутий трубопровід, вхідний кінець якого введений у зв'язану з джерелом тиску камеру, а на вихідному КІНЦІ трубопроводу 2 Універсальний насос-дозатор, що включає зігнутий трубопровід, вхідний кінець якого введений у з'єднану з джерелом тиску камеру, в якій виконаний отвір з клапаном для входу рідини, який відрізняється тим, що клапан виконаний у вигляді вільнолежачої на СІДЛОВИНІ отвору кулі, об'ємна ЩІЛЬНІСТЬ якої більша або дорівнює ЩІЛЬНОСТІ рі дини, переважно у межах 1,1-1,2 від ЩІЛЬНОСТІ рідини, а над кулею встановлені обмежувачі и вертикального переміщення, при цьому висота розміщення обмежувачів визначена з умови забезпечення рівності площин прохідних перерізів під і над кулею при ПІДЙОМІ останньої до упору в обмежувачі 3 Універсальний насос-дозатор за п 2, який відрізняється тим, що вхідний кінець зігнутого трубопроводу має розтруб з зазором, що охоплює кулю 4 Універсальний насос-дозатор за пп 1, 2, який відрізняється тим, що в верхній точці зігнутого трубопроводу введено сполучений з атмосферою патрубок з запірним пристроєм виконаний отвір для входу рідини У відомому пристрої для забезпечення запуску сифону необхідно різко подати в камеру високий тиск, бо при низькому тиску або при тиску, що повільно нарощується, більша частина рідини витече через отвір на вхідному КІНЦІ трубопроводу і не забезпечить підйом рівня рідини в трубопроводі, достатній для запуску сифону Але наявність надто високого тиску в камері може привести до її руйнування, бо при перекачуванні високотемпературних рідин, наприклад, розплавів, МІЦНІСТЬ нагрітих стінок камери знижується Крім того, для різкого нарощування тиску в камері необхідно зв'язати и з джерелом тиску трубопроводом великого перерізу, що робить відомий пристрій громіздким і підвищує вартість його виготовлення Низький коефіцієнт корисної дії використання енергії стисненого газу в відомому сифоні зумовлений тим, що при запуску сифону більша частина рідини даремно витікає через отвір на вхідному О О (О 1^ (О со 36760 КІНЦІ трубопроводу Відомий пристрій непрацездатний при зниженні рівня рідини у ВИХІДНІЙ ємності нижче рівня у кінцевій ємності, тобто в режимі насосу, оскільки при цьому рідина через отвір у горизонтальному патрубку буде перетікати з кінцевої ємності у вихідну Ще суттєво обмежує технологічні можливості використання відомого пристрою Відомий також "Сифон", а с №1071820, F04F 10/00, 3 22 02 82, що включає зігнутий трубопровід, вхідний кінець якого введений у зв'язану з джерелом тиску камеру, що має отвір з клапаном для входу рідини Відомий сифон можливо використовувати як у режимі сифону, так і в режимі насосу, тому він є найближчим до об'єкту, що заявляється - універсальному насосу-дозатору Дане технічне рішення прийнято як прототип Показаний на малюнку відомого пристрою поворотний клапан на отворі в камері є ненадійним при роботі в умовах корозійних або високотемпературних середовищ, наприклад, розплавів металів або солей, оскільки шарніри клапану з часом будуть втрачати рухомість У відомому пристрої течія рідини, що надходить до камери, окрім зусилля в шарнірах, повинна подолати також зусилля від власної ваги клапану Це необхідно для утримання останнього у відкритому стані на протязі всього часу зливу рідини Для подолання цих зусиль течія повинна постійно мати велику швидкість При сифонному зливі велика швидкість течи може бути забезпечена тільки при значній різниці рівнів рідини у ВИХІДНІЙ І кінцевій ємностях При зменшенні цієї різниці в процесі роботи пристрою швидкість течи та и кінетична енергія знижуються, тому клапан під дією власної ваги опускається на вхідний отвір, закриває його та припиняє злив Таке виконання клапану обмежує технологічні можливості застосування відомого пристрою Для зупинки сифонного зливу у відомому пристрої необхідно повністю заповнити камеру стиснутим газом, після чого газ зможе попасти у трубопровід і розірвати потік рідини Це приводить до великих непродуктивних витрат стиснутого газу та зросту матеріальних втрат на перекачування рідини, особливо при використанні дорого коштуючих інертних газів Крім того, при використанні відомого пристрою для сифонного транспортування розплавів, яке звичайно відбувається з невеликою швидкістю, відбувається охолодження розплаву в трубопроводі Це може привести - особливо в період запуску сифону - до замерзання трубопроводу та виходу пристрою з ладу В основу винаходу поставлено задачу підвищення надійності роботи та розширення технологічних можливостей застосування пристрою, а також зниження витрат стиснутого газу Рішення поставленої задачі щодо першого варіанту досягають тим, що в універсальному насосідозаторі, який включає зігнутий трубопровід, вхідний кінець якого введений в зв'язану з джерелом тиску камеру, в який виконаний отвір з клапаном для входу рідини, клапан виконаний у вигляді вільнолежачого на СІДЛОВИНІ отвору диску, об'ємна ЩІЛЬНІСТЬ якого більша або дорівнює ЩІЛЬНОСТІ рідини, переважно у межах 1 1-1,2 від ЩІЛЬНОСТІ рідини Вільне розміщення клапана на СІДЛОВИНІ без шарнірно-поворотних сполучень забезпечує його надійну експлуатацію як у корозійних, так і в високотемпературних середовищах, наприклад, розплавах За рахунок того, що об'ємна ЩІЛЬНІСТЬ клапану близька до ЩІЛЬНОСТІ рідини, диск легко піднімається над отвором камери і утримується у такому стані силою течи рідини, що має більш низьку кинетическую енергію, тобто швидкість Завдяки цьому забезпечується експлуатація насосудозатора в сифонному режимі при досить малій різниці рівнів рідини у ВХІДНІЙ та кінцевій ємностях Над диском встановлені обмежувачі його вертикального переміщення Висота їх розміщення визначена із умови забезпечення рівності площин прохідних перерізів під і над диском при ПІДЙОМІ останнього до упору в обмежувачі Це також сприяє зниженню гідравлічного опору при проходженні потоку рідини з вхідного отвору в камері у трубопровід У верхній точці зігнутого трубопроводу введений сполучений з атмосферою патрубок із запірним пристроєм Це забезпечує переривання течи у трубопроводі та зупинку сифонного зливу без додаткових витрат стиснутого газу Згідно другого варіанту винаходу клапан виконаний у вигляді вільнолежачої на СІДЛОВИНІ отвору кулі, об'ємна ЩІЛЬНІСТЬ якої більше або дорівнює ЩІЛЬНОСТІ рідини, переважно у межах 11-12 від ЩІЛЬНОСТІ рідини Сферична форма клапана створює оптимальні умови для його обтікання потоком рідини і дозволяє знизити гідравлічний опір траси перекачування рідини Крім того, виконання клапана у формі кулі робить неможливим перекіс або нещільний контакт клапану при його опусканні на круглу сідловину отвору Завдяки цьому виключаються непродуктивні витрати рідини із-за витікання та підвищується надійність пристрою Над кулею встановлені обмежувачі и вертикального переміщування Висота їх розміщення визначена із умови забезпечення рівності площин прохідних перерізів під і над кулею при ПІДЙОМІ останньої до упору в обмежувачі Це сприяє зниженню гідравлічного опору при проходженні потоку рідини з вхідного отвору в камері до трубопроводу На вхідному КІНЦІ трубопроводу виконаний розтруб, що охоплює кулю з зазором необхідним для проходу рідини в трубопровід при ПІДНЯТІЙ кулі Наявність розтруба дає можливість знизити забірну кромку вхідного торця трубопроводу, не створюючи при цьому завад для вертикального переміщення кулі Завдяки цьому збільшують обсяг відкачуваної з камери циклової порції рідини і, ВІДПОВІДНО, загальну продуктивність насосудозатора Об'єднання двох технічних рішень у одну заявку зв'язано з тим, що два даних пристрої вирішують одну і ту ж задачу - підвищення надійності роботи універсального насосу-дозатору, зниження витрат стиснутого газу при експлуатації та розширення технологічних можливостей застосування насосу-дозатора - принципово одним і тим же шляхом зниження гідравлічного опору траси пере 36760 качуваннята виключення непродуктивних витрат Технічні рішення, що заявляються, відрізняються від прототипу тим, що клапан виконаний або у вигляді вільнспежачого на СІДЛОВИНІ отвору диску, або у вигляді вільно-лежачої на СІДЛОВИНІ отвору кулі, об'ємна ЩІЛЬНІСТЬ матеріалу яких більша або дорівнює від ЩІЛЬНОСТІ рідини, переважно складає 1 1 - 1 2 від неї Форма клапану та задані межі його переміщення до обмежувачів створюють оптимальні умови для обтікання клапану потоком рідини, що дозволяє зменшити гідравлічний опір при проході рідини із вхідного отвору камери в трубопровід Крім того, виконання клапану у вигляді кулі робить неможливим перекіс або нещільний контакт клапану при його опусканні на круглу сідловину отвору, що виключає непродуктивні витрати рідини із-за и витоку та підвищує надійність роботи насосу-дозатору З для входу рідини 4 Клапан отвору 3 виконаний у вигляді вільно-лежачої на СІДЛОВИНІ отвору 3 кулі 5, об'ємна ЩІЛЬНІСТЬ якої більша, або дорівнює ЩІЛЬНОСТІ рідини 4 Переважно об'ємну ЩІЛЬНІСТЬ кулі приймають більше за ЩІЛЬНІСТЬ рідини 4, у межах 1 1 - 1 2 від неї Це, по-перше, полегшує самовстановлення плаваючого кулеподібного клапана 5 на сідловину отвору 3 в режимі запуску сифону, а по-друге, забезпечує підйом та утримання клапану в режимі сифонного перекачування при мінімальному зусиллі (швидкості) течи Вибрана об'ємна ЩІЛЬНІСТЬ клапану дозволяє підняти клапан і утримувати його в робочому стані силою течи рідини, яка має більш низьку кінетичну енергію (швидкість) Таким чином забезпечується можливість експлуатації пристрою при невеликій різниці рівнів рідини у ВИХІДНІЙ і кінцевій ємностях, що розширює технологічні можливості застосування насосу Для забезпечення такої об'ємної ЩІЛЬНОСТІ кулю 5 виконують або порожнистою, або 3 матеріалу, ЩІЛЬНІСТЬ якого близька до ЩІЛЬНОСТІ рідини 4 Над кулеподібним клапаном 5 встановлені обмежувачі 6 и вертикального переміщування Кріплення та висота встановлення обмежувачів 6 визначена як у першому варіанті Другий варіант теж має з'єднаний з атмосферою патрубок 8 з запірним пристроєм 9, введений у верхній точці зігнутого трубопроводу 1, а камера 2, що розміщена у ВХІДНІЙ ємності 9, зв'язана патрубком 10 з джерелом тиску (на фіг не показане) Між останніми встановлений запірно-регулюючий пристрій 11 Вихідний кінець зігнутого трубопроводу 1 введений у кінцеву ємність 12 Застосування у верхній точці трубопроводу патрубку, який сполучений з атмосферою та має запірний пристрій, забезпечує переривання течи в трубопроводі та зупинку сифонного зливу без додаткових витрат стиснутого газу На фігурах 1-3 зображений приклад конкретного виконання першого варіанту універсального насосу-дозатору, який включає зігнутий трубопровід 1, вхідний кінець якого введений у зв'язану з джерелом тиску камеру 2 Камера 2 має отвір З для входу рідини 4 Отвір 3 має клапан виконаний у вигляді диску 5, вільно лежачого на СІДЛОВИНІ отвору 3 Об'ємна ЩІЛЬНІСТЬ диску прийнята у межах 1 1 - 1 2 від ЩІЛЬНОСТІ рідини Для забезпечення такої об'ємної ЩІЛЬНОСТІ диск 5 виконують або з На вхідному КІНЦІ трубопроводу 1 прилагоджений розтруб 13, що охоплює кулю 5 з зазором для проходу рідини 4 в трубопровід 1 у піднятому стані кулеподібного клапану 5 Розтруб 13 може мати форму конусу (як показано на ф і г ) , або форму циліндру чи сфери Універсальний насос-дозатор працює таким чином До камери 2 через запірно-регулюючий пристрій 11 і патрубок 10 приєднують джерело тиску (наприклад, цехову пневмомережу) Запірнорегулюючий пристрій 11 і запірний пристрій 9 з'єднують з системою керування перекачування рідини Якщо у якості рідини 4 використовують високотемпературні розплави, то трубопровід 1 прогрівають до потрібної температури порожниною, або з матеріалу, ЩІЛЬНІСТЬ ЯКОГО бли Вхідну ємність 9 заповнюють рідиною (фіг 1-а і 4-а) За рахунок гідростатичного тиску, що створюєтеся із-за різниці рівнів у ємності 9 та камері 2, рідина 4 проходить у камеру 2 При цьому клапан 5 (диск або куля) спливає над отвором 3 і відкриває його для входу рідини 4 Після заповнення камери 2 відкривають запірно-регулюючий пристрій 11 і подають через патрубок 10 до камери 2 пневмотиск, наприклад, стиснуте повітря або інертний газ Швидкість подачі газу не має значення Під ВПЛИВОМ тиску газу всередині камери 2 частина рідини 4 витискується з камери 2 через отвір З, притискуючи при цьому до нього клапан 5 Отвір З перекривається клапаном 5, тому подальше витиснення рідини 4 з камери 2 відбувається через трубопровід 1 Після заповнення порожнини трубопроводу 1 переключають запірно-регулюючий пристрій 11 і сполучають порожнину камери 2 з атмосферою При цьому тиск у камері 2 знижується до атмосферного, а у порожнині трубопроводу 1 створюється розрідження, що необхідне для запуску сифону (фіг 1-6, 4-6) Починається перетік рідини 4 в кінцеву ємність 12 Оскільки рівень рідини 4 у камері 2 в цю мить розташований нижче зька до ЩІЛЬНОСТІ рідини 4 Над диском 5 встановлені обмежувачі 6 його вертикального переміщення, які виконані у формі кронштейнів, закріплених або на камері 2 (як показано на ф і г ) , або на трубопроводі 1, або на самому диску 5 Висота встановлення обмежувачів 6 визначена з умови забезпечення рівновеликих площин прохідних перерізів під і над диском 5 при ПІДЙОМІ останнього до упору в обмежувачі 6 У трубопровід 1 у верхній його точці введений сполучений з атмосферою патрубок 7 з прилаштованим запірним пристроєм 8 Камера 2 розміщена у ВХІДНІЙ ЄМКОСТІ 9 та зв'я зана патрубком 10 з джерелом тиску (на фіг не показане) Між патрубком 10 і джерелом тиску встановлений запірно-регулюючий пристрій 11 Вихідний кінець зігнутого трубопроводу 1 введений у кінцеву ємкість 12 На фігурах 4-6 зображений другий варіант універсального насосу-дозатора, який включає зігнутий трубопровід 1, вхідний кінець якого введений у зв'язану з джерелом тиску камеру 2, що має отвір 36760 рівня рідини у ВХІДНІЙ ємності 9, то за рахунок різниці гідростатичного тиску рідина 4 через отвір З спрямовується в камеру 2 При цьому клапан 5 знову спливає та притискується течією рідини до обмежувачів 6 Оскільки клапан 5 має об'ємну ЩІЛЬНІСТЬ близьку до ЩІЛЬНОСТІ рідини, то відрив клапану 5 від сідловини отвору 3, а також його утримування у піднятому над отвором 3 стані не потребують створення значного зусилля та забезпечуються навіть при незначній швидкості течи в отворі 3 Це забезпечує роботу сифонного зливу навіть при досить малій різниці рівнів рідини 4 у ВХІДНІЙ 9 та кінцевій 12 ємностях При необхідності зупинки сифонного зливу (наприклад, при необхідності дозування рідини) по сигналу від системи управління відкривають запірний пристрій 8 (фіг 1 -в, 4-в) Атмосферне повітря під впливом розрідження в порожнині трубопроводу 1 усмоктується в нього, розриває течію рідини 4 і сифонний злив припиняється Для зливу нової порції рідини до ємності 12 запірний пристрій 8 закривають, і здійснюють новий запуск універсального насосу-дозатора у ПОСЛІДОВНОСТІ, що вказана вище У процесі сифонного перекачування рівень рідини 4 в ємності 9 знижується, а в ємності 12 підвищується При зближенні рівнів на величину, що дорівнює гідравлічному опору траси перекачування, сифонний злив рідини 4 спонтанно припиня Фіг 1 ється Для продовження перекачування рідини 4 із ємності 9 у ємність 12 універсальний насосдозатор переводять у режим перекачування методом заміщення (фіг1-г і 4-г) Для цього переключають запірно-регулюючий пристрій 11 на подачу стиснутого газу в камеру 2 Спрямовування течи рідини 4 у отворі 3 змінюється на протилежне Клапан 5 знову притискується до сідловини, а рідина 4 з камери 2 по трубопроводу 1 перекачується у кінцеву ємність 12 Перекачування ведуть до встановленої межі порції, після чого по сигналу від системи управління відбувається перемикання пристрою 11 і тиск у камері 2 знижується до атмосферного Межа порції рідини встановлюється або рівнем у камері 2, що фіксує спеціальний датчик, або тривалістю подачі тиску до камери 2, що встановлюється таймером Таким чином, рішення, що заявляється, може бути використане як дозатор також і в режимі заміщення, тобто в режимі насосу Далі цикли повторюють до досягнення потрібного рівня у кінцевій ємності 12 Таким чином, використання винаходів, що заявляються, дозволяє підвищити надійність їх пристрою, розширити його технологічні можливості та знизити витрати стиснутого газу при експлуатації універсального насосу-дозатору 36760 10 A Б Фіг 2 \гЪ 11 36760 12 Фіг.6 ФІг 5 ДП «Український інститут промислової власності» (Укрпатент) вул Сім'ї Хохлових, 15, м Київ, 04119, Україна ( 0 4 4 ) 4 5 6 - 2 0 - 90 ТОВ "Міжнародний науковий комітет" вул Артема, 77, м Київ, 04050, Україна (044)216-32-71