CS242918B1 - Peristaltické hadiěkové čerpadlo - Google Patents

Abstract

Peristaltické hadičkové čerpadlo je určeno pro čerpání velmi malých množství tekutin s dobře reprodukovateinou proporcionalitou mezi množstvím odměřené tekutiny a počtem otáček pohonného hřídele. Kruhově stočená hadička je periodicky postupně stlačována tlačnými palci proti dorazovým palcům. Tlačné palce jsou neseny symetricky du kruhu seřazenými toočnými rameny, která se kladkami opírají o ústřední vačku na hřídeli pohonného orgánu. Tvar vačky je specifikován. Optimální přítlak hadičky v jednotlivých tlačných systémech se jemně nastavuje seřízením polohy dorazových palců

Description

(54) Peristaltické hadiěkové čerpadlo

Peristaltické hadičkové čerpadlo je určeno pro čerpání velmi malých množství tekutin s dobře reprodukovateinou proporcionalitou mezi množstvím odměřené tekutiny a počtem otáček pohonného hřídele. Kruhově stočená hadička je periodicky postupně stlačována tlačnými palci proti dorazovým palcům. Tlačné palce jsou neseny symetricky du kruhu seřazenými toočnými rameny, která se kladkami opírají o ústřední vačku na hřídeli pohonného orgánu. Tvar vačky je specifikován. Optimální přítlak hadičky v jednotlivých tlačných systémech se jemně nastavuje seřízením polohy dorazových palců.

Obr.l

Vynález se týká uspořádání hadičkového peristaltického tlačkového čerpadla, vhodného zejména pro reprodukovatelné čerpání malých množství tekutin.

VStňina používaných peristaltických čerpadel pracuje s hadičkovou smyčkou, kde na vnéjži streně se hadička opírá o válcovou stěnu pouzdra, zatímco z vnitřní strany jí stlačují kroužící válečky zprostředkovávající čerpání.

Přítlak válečků obstarávají pružiny neb péra. Nevýhodou ,tu je skutečnost, že pro zaručení těsnéhc sevření hadičky v místě působení válečku musí být pro jistotu použito poměrní značné přítlačné síly.

Ίο vede brzy k opotřebení a ztrátě pružnosti hadičky. V tomto směru jsou výhodnější tlačkové systémy, kde je možné individuálně seřídit stisk hadičky v přítlačném místě jen natolik, aby se hadička bezpečně uzavřela, aniž by se přílišným tlakem poěkozovala.

Jsou pak užívána čerpadla se systémy lineárně seřazených tlaček, ovládaných příslušným počtem vaček, neb čerpadla s dvoupákovým dvojčinným systémem, jejichž výhodou je to, že se u nich vystačí pouze se dvěma vačkami.

Podstata předmětného peristaltického hadičkového čerpadla tkví v uspořádání, kde čerpadlová hadička, kruhově stočená v rovině rovnoběžné s rámem čerpadla, obepíná tlačné palce upevněné na kruhově seřazených tlačných ramenech.

Tlačná ramena jsou otočná kolem ramenových os kolmých k rámu čerpadla a opírají se kladkami o vačku na ose pohonného orgánu rovněž kolmá k rámu čerpadla. Radiálně vůči ose pohonného orgánu proti tlačným palcům na vnější straně hadičky jsou situovány dorazová palce.

Tyto jsou upevněny na seřizovačích ramenech přidržovaných k rámu čerpadla jednak osovými Šrouby, jednak příchytnými šrouby v drážkách, umožňujících pootáčení seřizovačích ramen kolem osových Šroubů.

Seřizovači ramena jsou pak ještě z vnějšku opřena o seřizovači šrouby uložené na rámu čerpadla, s nímž je osa šroubů rovnoběžná. Výhody přináší zejména symetrické rozmístění tlačných ramen vůči ose pohonného orgánu, kdy systém tvoří rovnostranný trojúhelník se středem v této ose, v jehož rozích jsou přítlačné systimy s přítlačnými palci.

Vačka je pak tvořena nejlépe dvěmi kruhovými úseky, jednak úsekem radiálním, jednak úsekem prohlubňovým, jehož střed je posunut za osu pohonného orgánu. Poloměry kruhových úseků jakož i posuv prohlubňového úseku musí být voleny tak, aby průsečíky úseků, tj. průsečík náběhový a průsečík výběhový, omezovaly délku radiálního úseku pouze v rozsahu 120 - 200 úhlových stupňů.

Jde-li o to zajistit předpoklady pro rovnoměrnost kroutící zátěže osy pohonného orgánu, hodí se vytvořit na vačce vybouleni, začínající v místě na obvodu vakčy ležícím 120 úhlových stupňů proti směru otáčení od výběhového průsečíku.

Výhodou předmětného uspořádání hadičkového čerpadla je jeho jednoduchost ve srovnání s jinými Háčkovými systémy, a skutečnost, že aparatura čerpadla pracuje s jedinou vačkou.

Při vhodném tvarování vačky lze dosáhnout toho, že síla vyvozená uvolněním stisku hadičky v jednom rameni, může kompenzovat sílu potřebnou k stisku hadičky v předchozím rameni.

Pro pohon čerpadla vystačí se pak s motorkem o malém výkonu. Kruhové uspořádání ramen a vůbec celého systému je rovněž úsporné z hlediska prostornosti. Přitom jsou zachovány všechny výhody, jaké přináší Háčkový princip, zejména dlouhá životnost hadičky a v neposlední řadě reprodukováni nos L přečerpaného množství tekutiny ve vztahu k počtu otáček pohonného orgánu čerpadla.

Uspořádání peristaltického hadičkového čerpadla je znázorněno na připojených nákresech, z nichž obr. 1 představuje celek systému čerpadla, obr. 2 pak detailní provedeni vačky.

Střed třítlačkového systému čerpadla, jak patrno z obr. 1, tvoří vačka JJ na ose 12 pohonného orgánu, kolmo procházející rámem 15 čerpadla. Souměrně a rovnoměrně kolem osy jj jsou rozmístěna tlačná ramena X, £, X, (otočná kolem ramenových os J, X, 12.i zakotvených vertikálně v rámu 15 čerpadla.

Ramena X, 2, X tangenciálně dosedají kladkami Jj, JJ, JJ na vačku JJ, na vnějěí straně nesou pak tlačná palce 2, J, J. Proti nim jsou radiálně vůči ose JJ situovány dorazové palce 17. JJ, 19 nesené seřizovacími rameny 22» JL, 2J·

Tato jsou upevněna na rámu 15 čerpadla jednak osovými šrouby 21, 11, IX, jednak příchytnými šrouby J2, JJ, JJ v drážkách 22, 12, 11· Dřážky jsou kruhovitě zakřiveny tak, aby umožňovaly otáčení seřizovačích ramen 22, JI, 21 kolem osových šroubů 21, 11, 2X·

Seřizovači ramena 20. 21. 22 se z vnější strany opírají o boční seřizovači šrouby 26,

JL, 12 vešroubované v hranolech zakotvených v rámu 15 čerpadla. Mezi tlačné palce 2, 1, 1 a dorazové palce JX, JJ, 19 je volně vložena čerpadlová hadička 1 stočená ve smyčku v rovině rovnoběžné s rámem 15 čerpadla. . , .

Jak patrno z nákresu na obr. 1 tvoří tlačkové systémy s tlačnými palci 2, 1, J rovnostranný trojúhelník, kde osa 16 výstupní hřídele pohonného orgánu je v jeho středu.

Nestejnoměrnost torzního odporu, jaký během jedné otáčky klade systém tlačných ramen X, 2, X otáčení výstupního hřídele pohonného orgánu značně závisí na tom, jaký tvar je dán vačce JJ. S ohledem na spolehlivý rozběh rozhoduje tento faktor i o požadavcích na výkon motoru čerpadla.

Příklad po této stránce dobře vyhovující vačky představuje obr. 2. Výhodou je tu i snadná vyrobítelnost vačky. Vačka JJ je tu tvořena dvěmi kruhovými úseky, jednak úsekem radiálním 35 o poloměru r , u něhož střed leží v ose JJ, jednak úsekem prohlubňovým 32 o poloměru Γρ, kde střed kruhu ý posunut za osu JJ.

Průsečíky příslušných kružnic určují, v kterém okamžiku začne to které rameno χ, X,

X hadičku χ plné uzavírat resp. uvolňovat. Ka obr. 2 se, jak je šipkou naznačeno, vačka JJ otáčí ve směru pohybu hodinových ruček. Pak průsečík kružnic, kterým vačka JJ nabíhá na kladky, lze označit jako průsečík náběhový JX, druhý pak jako průsečík výběhový JJ.

Má-li pak při rovnoměrném rozmístění:tlačných ramen X, 6, χ vznikat v hadičce X posuv tekutiny, musí průsečíky JX, 38 omezovat déllfu oblouku radiálního úseku JX v rozsahu 120 --200 úhlových stupňů.

Příklad vačky s dobře vyhovujícími rozměry podává přímo obr. 2. Zde je poloměr r_p kruhu prohlubňového úseku 36 k poloměru r_p kruhu radiálního úseku JX v poměru r / r_r = 0,96. Střed kruhu prohlubňového úseku 36 je pak za osu JJ posunut o 0,072 r .

I když popsaný tvar vačky při každém přítlaku hadičky jen mírně zbrzďuje otáčení výstupního hřídele pohonnéh.. orgánu a opačně působí při uvolňování stisku, vznikají v souvislosti s tím nežádoucí periodicky rychle se opakující změny směru záběru v soukolí pohonného orgánu. Tomto nedostatku se čelí tím, že na osu JJ čili na výstupní hřídel pohonného orgánu se za vačku JJ vloží setrvačník.

Při postupném rovnoměrném stlačování hadičky neroste potřebná přítlačná síla stejnoměrně.

Daleko největšího stisku je zapotřebí,když sehadičkp právě tlakem uzavírá. V tom momentě je brzdící účinek příslušného tlačného ramene na pohon největší. Opačná při uvolňování stistku napomáhá hadička otáčení výstupního hřídele.

Jde-li o to zrovnoměrnit torzní pulzaci přenášenou na výstupní hřídel v maximální míře lze k tomuto cíli tvar vačky 14 dále upravit. Při předmětném uspořádání čerpadlového systému třeba vytvořit podmínky, aby otáčivý moment vyvíjený při uvolňování stisku hadičky 1 u jednoho z tlačných ramen £, £, 2, kompenzoval brzdící moment vznikající při přítla ku prostředkovaném tlačným ramenem následným.

Je pak účelné upravit tvar vačky 14 vyboulením 39 na jejím obvodu, jak je naznačeno čárkovaně na obr. 2. Toto začíná 120 úhlpvých stupňů proti směru otáčení výstupního hřídele pohonného orgánu od výběhového průsečíku 38. Průběh vyboulení vytvoří se podle empiricky stanovené přítlakové charakteristiky hadičky £.

Charakteristika závislosti přítlačné síly na hloubce stisku je specifická jednak pro druh materiálu hadičky, jednak pro poměr tlouštky její stěny k světlosti. U předmětného systému lze při správně navrženém průběhu vyboulení 29 vačky 14 dosáhnout téměř rovnoměr ného torzního zatížení pohonu.

S čerpadlem se pracuje následovně; Nejprve se seřídí přítlaky jednotlivých ramen. Provede se to např. tak, že se nejprve postupným pootáčením vačky 14 uvolní hadička 1 ze sevření dvou ze tří ramen, třeba ramen 21 ^a 22> hde stlačení uskutečňuji palce 2 a ifi a i a 1£. Jeden konec vývodu hadičky se zasune pod hladinu tekutiny v nádobce a na druhý konec se napojí zdroj přetlakového vzduchu, pak se mírně povolí osové a příchytné šrouby 22 a 22. načež se bočním šroubem 26 otáčí nejprve tak, aby se hadička ze sevření uvolnila což se projeví unikáním vzduchu v nádobce.

Pak se boční šroub 26 pozvolna dotahuje, až vzduch přestane unikat. Nato se šrouby 22 a 22 d?táhnout. Podobným postupem se seřídí maximální sevření zbývajících dvou ramen 21 a 22· Když se poté pootáčením vačky ϋ hadička vtlačí do všech tlačkových systémů, je čerpadlo připraveno k provozu.

Otáčí-li se vačka II ve směru šipky a hadička, je sacím koncem napojena na zásobník tekutiny, protlačuje se prostřednictvím svíraných palců tekutina nucené hadičkou ve směru vyznačeném šipkami do vývodu.

Děj čerpání má pulzující charakter, což obecně platí 6 všech peristaltickýoh čerpadlech. V daném případě je puls třídobý, na vstupu dvě doby aktivní představují sání, jedna doba s negativním efektem představuje výtlak. Na výtupu je tomu naopak. Použije-li se pro pohon čerpadla synchronní motor, je množství přečerpané tekutiny v delším časovém úseku dobře úměrné době čerpání.

Na analogickém principu může být čerpadlo konstruováno i s větším počtem ramen. Pak je poměr aktivních dob vůči negativní době příznivější.

Čerpadlo může najít použití všude tam, kde jde o čerpání velmi malých množství tekutin, a kde se zároveň požaduje dobrá reprodukovatelnost co do čerpaného množství. Proto se např. čerpadlo hodí pro čerpání titrační tekutiny u automatických titrátorů.

Claims (4)

1. PŘEDMĚT VYNÁLEZU

   1. Peristaltické hadičkové čerpadlo s nejméně třemi sekvenčně pracujícími tlačkami vyznačené tím, že čerpadlová hadička (1) kruhově stočená v rovině rovnoběžné s rámem (15) čerpadla, obepíná tlačné palce (2, 3, 4) upevněné na tangenciálně do kruhu seřazených tlačných ramenech (5, 6, 7) otočných kolem kolmo k rámu (15) směřujících ramenových os (8, 9, 10) a opřených kladkami (11, 12, 13) o vačku (14) na ose (16 výstupní hřídele pohonného orgánu rovněž kolmo k rámu (15) uložené, přičemž dále jsou radiálně vůči ose (16) pohonného orgánu proti tlačným palcům (2, 3, 4) na vnějěí straně hadičky (1) situovány dorazové palce (17, 18, 19) upevněné na seřizovačích ramenech (20, 21, 22) přidržovaných k rámu (15) jednak osovými šrouby (23, 24, 25), jednak příchytnými šrouby (32, 33, 34) v drážkách (29, 30, 31), kterážto seřizovači ramena (20, 21, 22) jsou z vnějšku opřena o boční rovnoběžně s rámem (15) uložené seřizovači šrouby (26, 27, 28).
2. 2. Peristaltickě hadičkové čerpadlo podle bodu 1, vyznačené symetrickým rozmístěním tlačných ramen (5, 6, 7) vůči ose (16) výstupní hřídele pohonného orgánu tak, aby systém tvořil rovnostranný trojúhelník se středem v ose (16), v jehož rozích jsou přítlačné systémy s tlačnými palci (2, 3, 4), kde pak vačka (14) je· tvořena dvěmi kruhovými úseky (35,

   36), totiž úsekem radiálním (35) a úsekem prohlubňovým (36), který má střed posunutý za osu (16) tak, aby průsečíky příslušných kružnic, tj. průsečík náběhový (37) a průsečík výběhový (38), omezovaly délku oblěuku radiálního úseku (35) v rozsahu 120 - J00 úhlových stupňů.
3. 3. Peristaltické hadičkové čerpadlo podle bodu 2, vyznačené tím, že na hřídeli pohonného orgánů je setrvačník.
4. 4. Peristaltické hadičkové čerpadlo podle bodu 2, vyznačené vyboulením (39) vačky (14; začínajícím v místě na obvodu vačky (14) ležícím 120 úhlových stupňů proti směru otáčeni od výběhového průsečíku (38).