CS197203B2 - Diaphragm pump - Google Patents

Description

Vynález se vztahuje na membránové čerpací zařízení, zvláště pro pistole na stříkání barvy, s první komorou pro čerpanou kapalinu s přívodem této kapaliny přes vstupní ventil a s jejím odvodem přes zpětný a regulační ventil, jakož i s druhou komorou pro hnací kapalinu, oddělenou od první komory pohyblivou membránou, jakož i s hnacím pístem pro stlačování a odlehčování hnací kapaliny a kyvným kotoučem pro pohon hnacího pístu a dále se zásobníkem hnací kapaliny, spojeným s druhou komorou jednak přepouštěcím potrubím s regulačním ventilem pro přepouštění hnací kapaliny do zásobníku při škrcení čerpané kapaliny, jednak doplňovacím potrubím s přepouštěcím ventilem pro doplňování hnací kapaliny při obnoveném odběru čerpané kapaliny.

Membránová čerpací zařízení uvedeného druhu pro čerpání barev v tekutém stavu jsou známa například z NSR vykládacího spisu 1 288 433 a US patentového spisu 3 254 845. U tohoto zařízení se při škrcení odběru čerpané kapaliny zvyšuje tlak v první komoře až na meznou hodnotu, kdy membrána i při změnách tlaku hnací kapaliny zůstává v klidu a alespoň část hnací kapaliny ve druhé komoře se odpařuje při odlehčení a opět kondenzuje při zvýšení tlaku.

Při práci známého membránového čerpa197203 čího zařízení se u hnací kapaliny využívá kavitace. Využití kavitace umožňuje udržovat části zařízení a čerpadla, uspořádané v oblasti hnací kapaliny, na přípustné střední teplotě jak za provozu, kdy čerpací zařízení dopravuje čerpanou kapalinu, tak i ve stavu pohotovosti, kdy membránové čerpací zařízení žádnou čerpanou kapalinu nedopravuje, ačkoliv hnací píst hnací kapaliny pracuje. Tento způsob chlazení se nazývá kavitačním chlazením. Při částečně, nebo úplně seškrceném odběru dopravované kapaliny, pracuje . okruh hnací kapaliny za podmínek vzniku ’ 'kavitace, kdy se hnací kapalina nebo alespoň její část cyklicky odpařuje a vzniklá pára poté kondenzuje. Toto rychle se střídající odpařování a kondenzace hnací kapaliny způsobuje tak zvané kavitační chlazení, jímž se ochlazuje nejen hnací kapalina, ale i ty části membránového hnacího čerpadla, jež . jsou s hnací kapalinou ve styku. Kavitace snižuje též příkon hnacího motoru membránového čerpacího zařízení při jeho pohotovostním provozu. Kavitace však třebení membránového- čerpacího zařízení způsobuje rychlé -a nekontrolovatelné opotřebení membránového čerpacího zařízení a neklidný jeho chod při pohotovostním provozu.

Úkolem vynálezu je vytvořit membránové čerpací zařízení uvedeného druhu, jež by pracovalo způsobem, při němž nevzniká kavitace a jehož pohotovostní chod je klidný.

Úloha je řešena vytvořením membránového čerpacího zařízení, zvláště pro pistole na stříkání barvy, s první komorou pro čerpanou kapalinu s přívodem této kapaliny přes vstupní ventil a jejím odvodem přes zpětný a regulační ventil, jakož i s druhou komorou pro hnací kapalinu, oddělenou od první komory pohyblivou membránou, jakož i s hnacím pístem pro stlačování a odlehčování hnací kapaliny a s kyvným kotoučem pro pohon hnacího pístu a dále se zásobníkem hnací kapaliny, spojeným s druhou komorou jednak přepouštěcím potrubím s regulačním ventilem pro přepouštění hnací kapaliny, jednak doplňovacím potrubím s přepouštěcím ventilem pro doplňování hnací kapaliny při obnovení odběru čerpané kapaliny, jehož podstata je podle vynálezu v tom, že zdvihový objem A hnacího pístu je určen vztahem

A= (0,5 až 2,5) . B, kde

В je rozdíl mezi objemem vzduchu, obsaženého ve zbytkovém množství hnací kapaliny jednak v rozpuštěném stavu, jednak ve formě bublinek, při maximálním pracovním tlaku a objemem téhož množství vzduchu při sacím tlaku a zároveň je dvakrát až desetkrát menší než objem zbytkového množství hnací kapaliny, přičemž objem zbytkového množství hnací kapaliny je roven objemu druhé komory mezi hnacím pístem v jeho přední úvrati a pohyblivou membránou, uspořádanou mezi první komorou a druhou komorou, a to v té poloze membrány, kdy pohyblivá membrána je přilehlá na vnitřní stěnu druhé komory na straně hnacího pístu.

Velikost zdvihového objemu hnacího pístu v mezích podle vynálezu zaručuje, že tlak vzduchu, obsaženého v hnací kapalině, neklesne během pracovního cyklu nikdy pod destilační tlak hnací kapaliny. Maximální podtlak je tlakem desetkrát až stokrát vyšším než destilační tlak hnací kapaliny za její provozní teploty. Takto vytvořené membránové čerpací zařízení pracuje zcela mimo oblast kavitace a nevyužívá kavitačního chlazení. Tohoto účinku se dosahuje také tím, že hnací kapalina, kterou je výhodně mazací olej, obsahuje nejméně dvě objemová procenta vzduchu, lépe však nejméně osm procent.

Vytvořením membránového čerpacího zařízení podle vynálezu se zabrání vzniku kavitace a jevům, které ji provázejí a které se vyskytují při náhlém odpařování a náhlé kondenzaci parních bublin, nebo malých objemů páry. Vzduch, obsažený v hnací kapalině, se při sacím zdvihu hnacího pístu uvolní beze změny skupenství a při výtlačném zdvihu se opět beze změny skupenství v hnací kapalině rozpustí, nebo rozptýlí. Upuš4 těním od kavitačního chlazení nastane zvýšení střední provozní teploty, avšak dobrým odváděním tepla a nízkou záměrnou zbytkovou cirkulací hnací kapaliny je udržována v přípustných mezích. Životnost hnací kapaliny se přitom zvyšuje, protože není namáhána periodickými změnami svého skupenství.

Podle vynálezu je dále výhodné, když zásobník, druhá komora a/nebo přepadové potrubí, případně i doplňkové potrubí jsou naplněny hnací kapalinou jen z části.

Rovněž podle vynálezu musí být maximální rychlost hnacího pístu nižší než 1,5 m/s. Vzduch se uvolňuje z kapaliny, v níž je rozpuštěn, podle Henryova zákona. Pokud se prostor, do nějž vzduch expanduje, zvětšuje rychlostí, při níž jsou splněny podmínky Henryova zákona, uvolňuje se vzduch z kapaliny plynule a jeho tlak neklesne pod destilační tlak hnací kapaliny. Při vyšší rychlosti hnacího pístu se vzduch nestačí z hnací kapaliny uvolňovat, vnikne podtlak, který je nižší než destilační tlak hnací kapaliny, čímž vznikne kavitace se všemi jejími průvodními jevy.

Je účelná, když podle vynálezu je v první komoře uspořádán pružinou zatížený ventil, seřízený na otvírací podtlak, který je nižší než podtlak v mrtvém prostoru první komory. Tím se zabrání, aby při pohotovostním provozu še mrtvý prostor nezaplnil čerpanou kapalinou.

Je rovněž výhodné, když podle vynálezu je pohyblivá membrána opatřena pružinou, předepjatou směrem к hnacímu pístu a opírající se jednak o opěrnou desku, jednak o prvek, spojený s pohyblivou membránou, například o kolík s maticí.

Protože membránová čerpací zařízení pracuje mimo oblast kavitace, je jeho životnost delší a jeho chod při pohotovostním provozu je klidný.

Příklad provedení vynálezu je znázorněn na přiložených výkresech, kde na obr. 1 je schematicky zobrazen řez membránovým čerpacím zařízením s připojenou pistolí, přičemž hnací píst je v poloze na konci, sacího zdvihu, na obr. 2 zařízení z obr. 1 avšak s hnacím pístem v poloze na konci výtlačného zdvihu, na obr. 3 zařízení z obr. 1 a 2 s hnacím pístem při výtlačném zdvihu a za úplného seškrcení oběhu čerpané kapaliny, na obr. 4 zařízení z obr. 1 až 3 s pístem na konci sacího zdvihu, následujícího po výtlačném zdvihu, při němž odběr čerpané kapaliny byl zcela seškrcen, na obr. 5 konstruktivní provedení membránového čerpacího zařízení, znázorněné v řezu.

Membránové čerpací zařízení 1 je opatřeno první komorou 2 pro čerpanou kapalinu, která se přivádí z nádrže 3 sací trubkou 4 a pružinou 30 zatíženým vypouštěcím ventilem 5. Čerpaná kapalina se dostává zvýšeným tlakem přes zpětný ventil 6 do spojovací hadice 7 a tou ke stříkací pistoli 8, která je opatřena ovládacím ventilem 9, kterým lze odběr čerpané kapaliny škrtit nebo zcela přerušit. Od první komory 2 je pomocí axiálně pohyblivé membrány 10, která je v oblasti kraje ohebná a uprostřed vytvořena jako kotouč, oddělena druhá komora 11 pro hnací kapalinu, která se pístovým čerpadlem 12 střídavě ’stlačuje a uvolňuje.

Pístové čerpadlo 12 je opatřeno hnacím pístem 14 hnací kapaliny, který je axiálně pohyblivý ve válcové komoře 13, připojené ke druhé komoře 11 a je poháněn pomocí kyvného kotouče 15, ke kterému je přitlačován tlačnou pružinou 28. Kyvný kotouč 15 rotuje působením hnacího motoru 13 nebo hnacího hřídele libovolného pohonu. Kyvný kotouč 15 rotuje v zásobníku 17 hnací kapaliny, který je připojen ' ke druhé komoře 11 přepadovým potrubím 18 s nastavitelným regulačním ventilem 19 a doplňovacím potrubím 20 s doplňovacím výřezem 21 ve stěně válcové komory 13, který je střídavě překrýván a otvírán pohybujícím se hnacím pístem 14, takže působí jako šoupátko pro doplňování hnací kapaliny přes válcovou komoru 13 do druhé komory 11 a tak vyrovnává odběr hnací kapaliny, případně ztráty vlivem netěsností. '

Hnací píst 14 pístového čerpadla 12 pracuje s malým zdvihem, přičemž hnací kapalinu žene střídavě sem a tam, takže membrána ID vykonává kmitavý pohyb. Mezerová ztráta hnací kapaliny se při každém zdvihu nahrazuje ze zásobníku 17 doplňovacím výřezem. 21, který je odkrýván hnacím pístem 14 v jeho zadní úvrati, případně · v její blízkosti.

Regulační ventil 19 je vytvořen jehlovým ventilem, zatíženým pružinou. Při částečném, škrcení odběru čerpané kapaliny musí být rozkmit membrány ID menší než při plném výkonu, takže i periodická změna objemu hnací kapaliny v druhé komoře 11 je menší. Zdvih hnacího pístu 14 však zůstává nezměněn,. Proto při prvním výtlačném zdvihu hnacího pístu 14 po seškrcení odběru dopravované kapaliny se pohybem hnacího pístu 14 vytlačené množství hnací kapaliny rozdělí na dva díly. První díl pohybuje membránou 10 se sníženým rozkmitem, kdežto druhý díl přeteče zpětným. potrubím 18 a regulačním ventilem 19 do zásobníku 17 hnací kapaliny.

Ačkoliv vratný pohyb vykonává jen redukovaný objem hnací kapaliny, pracuje hnací píst 14 nadále na plný zdvih.

Při sacím pohybu hnacího pístu 14 vzniká proces o dvou fázích. V první fázi hnací kapalina přetéká z druhé komory 11 do válcové komory 13 a membrána 10 se pohybuje vpravo tak dlouho, až dolehne na stěnu druhé komory 11, případně opěrný kotouč 22 za spolupůsobení pružiny 26. Tímto okamžikem nastává druhá fáze. Sací Zdvih hnacího pístu 14 pokračuje. Protože hnací kapalina je prakticky neroztažitelná, uvolňuje se z ní vzduch, který je · v ní obsažen, přičemž jeho tlak klesá. Zdvihový objem pístového čerpadla 12, čili průřez a velikost · zdvihu hnacího pístu 14, zbytkový objem hnací kapaliny, to je objem hnací kapaliny mezi hnacím. pístem 14 v jeho úvrati na konci jeho výtlačného zdvihu · a polohou membrány 10 v · témže okamžiku při seškrceném odběru čerpané kapaliny, jakož i množství vzduchu, obsažené v tomto objemu hnací kapaliny, jsou vzájemně sladěny tak, že podtlak, vznikající při sacím zdvihu hnacího pístu 14, je tlakem vždy vyšším, než je destilační tlak hnací kapaliny. Ve druhé fázi pohybu hnacího pístu 14 je druhá komora 11, válcová komora 13 a část zpětného potrubí 18 až po regulační ventil 19 vyplněna směsí hnací kapaliny a vzduchu, nikoliv však parami hnací kapaliny, které by vznikly jejím varem.

Při výtlačném zdvihu hnacího pístu 14 dochází jednak k čerpacímu pohybu membrány 10 v rozsahu, daném seškrcením odběru čerpané kapaliny, jednak k .opětovnému pohlcování uvolněného vzduchu a jeho stlačování na tlak, způsobující pohyb membrány ID.

Ztráty hnací kapaliny netěsnostmi se nahrazují periodickým přítokem malých množství hnací kapaliny doplňovacím výřezem 21 ze zásobníku 17. Pokud přítok · hnací kapaliny převyšuje její ztráty, nastává přepouštění přebytečné hnací kapaliny přes regulační ventil 19 zpět do zásobníku 17 na koníci výtlačného zdvihu hnacího pístu 14, což přispívá k ochlazování hnací kapaliny v pracovním prostoru pístového čerpadla 12.

První komora 2 je přitom vytvořena tak, že v ní vzniká mrtvý prostor 23, nezaplněný čerpanou kapalinou. · Vlivem mrtvého prostoru 23 kmitá membrána 10 jemně i při úplném seškrcení odběru čerpané kapaliny. Vpouštěcí ventil 5, zatížený pružinou 30 se však přitom neotvírá, protože je seřízen na otvírací tlak, který je nižší než tlak v mrtvém prostoru 23 při úplném seškrcení odběru čerpané kapaliny.

Otáčky kyvného kotouče 15 a jeho náklon vzhledem k ose rotace a tím i směru pohybu hnacího pístu · 14 jsou voleny tak, že hnací píst 14 se pohybuje pouze takovou rychlostí, která umožňuje, aby se vzduch, obsažený v hnací kapalině, plynule uvolňoval.

Konstruktivně je membránové čerpací zařízení vytvořeno tak, že hnací píst 14 pístového čerpadla 12 je přitlačován na kyvný kotouč 15 pomocí tlačné pružiny 26, opírající se o jeho čelní plochu a o vzpěrný pojistný kroužek 25, vytvořený na čelním konci válcového pouzdra 24. Mimoto je membrána 10 opatřena kolíkem 27, procházejícím opěrnou deskou 22, na němž je uspořádána tlačná pružina 28, opřená jednou stranou o matici 29, která je našroubována na konec kolíku 27 a druhou stranou pak o zadní stranu opěrné desky 22, čímž membránu 10 předpíná na opěrnou desku 22 do její koncové polohy. Působení tlačné pružiny 28 je podporováno sacím účinkem hnacího pístu 14 pístového čerpadla 12.

Claims (7)

1. PŘEDMĚT vynalezu

   1. Membránové čerpací zařízení, zvláště pro pistole na stříkání barvy, s první komorou pro čerpanou kapalinu s přívodem této kapaliny přes vstupní ventil a jejím odvodem přes zpětný a regulační ventil, jakož i s druhou komorou pro hnací kapalinu, oddělenou od první komory pohyblivou membránou, jakož i s hnacím pístem pro stlačování a odlehčování hnací kapaliny a s kyvným kotoučem pro pohon hnacího pístu a dále se zásobníkem hnací kapaliny, spojeným s druhou komorou jednak přepouštěcím potrubím s regulačním ventilem pro přepouštění hnací kapaliny, jednak doplňovacím potrubím a přepouštěcím ventilem pro doplňování hnací kapaliny pří obnoveném odběru čerpané kapaliny, vyznačující se tím, že zdvihový objem (A) hnacího pístu (14) je určen vztahem

   A= (0,5 až 2,5) . B, kde (B) je rozdíl mezi objemem vzduchu, obsaženého ve zbytkovém množství hnací kapaliny jednak v rozpuštěném stavu, jednak ve formě bublinek při maximálním pracovním tlaku a objemem téhož množství vzduchu při sacím tlaku a zároveň je dvakrát až desetkrát menší než objem zbytkového množství hnací kapaliny, přičemž objem zbytkového množství hnací kapaliny je roven objemu druhé komory (11) mezi hnacím pístem (14) v jeho přední uvrati a memránou (10), uspořádanou mezi první komorou (2) a druhou komorou (11), a to v té poloze membrány (10), kdy membrána (10) je přilehlá na vnitřní stěnu druhé komory (11) na straně hnacího pístu (14).
2. 2. Membránové čerpací zařízení podle bodu 1, vyznačující se tím, že druhá komora (11), zásobník (17) a/nebo přepadové potrubí (18), případně i doplňovací potrubí (20) jsou naplněny hnac·í kapaiinou jen z části.
3. 3. Membránové čerpací zařízení podle bodu 1 nebo 2, vyznačující se · tím, že maximální rychlost hnacího pístu (14) je nižší než 1,5 m/s.
4. 4. Membránové čerpací zařízení podle bodů 1 až 3, vyznačující se tím, že · v první komoře (2) je uspořádán pružinou (30) zatížený vpouštěcí ventil (5), seřízený na otvírací podtlak, který je nižší než podtlak v mrtvém prostoru (23) první komory (2).
5. 5. Membránové čerpací zařízení podle bodů 1 až 4, vyznačující se tím, že hnací kapalina v druhé komoře (11) a v zásobníku (17) obsahuje nejméně dvě · objemová procenta vzduchu.
6. 6. Mebránové čerpací zařízení podle bodů 1 až 5, vyznačující se · tím, že jako hnací kapalina v druhé · komoře (11) a zásobníku (17) je · použit mazací olej, pohlcující vzduch.
7. 7. Membránové čerpací zařízení podle bodů 1 až 6, vyznačující se tím, že pohyblivá membrána (10) je opatřena pružinou (28), předepjatou směrem k hnacímu pístu (14) a opřenou jednak o opěrnou desku (22), jednak o prvek, spojený s · pohyblivou membránou (10), například o kolík (27)· s maticí (29).