CZ283324B6 - Čerpadlo s vratným pohybem - Google Patents

Abstract

Čerpadlo s pístem (14) pro čerpání vody ze vstupu (26) do výstupu (27) ve vyšší urovni. Čerpadlo (1) sestává z duté skříně (2) s vpustí (3) a výpustí (4) mezi kterými teče voda a skříň (2) částečně definuje komoru (7) přes kterou teče voda od vpusti (3) do výpusti (4). Membrána (6) je uložena ve skříni (2) a rovněž částečně definuje komoru (7). Ventil (16) otevírá a uzavírá výpust (4) tak, že pokud je uzavřena, rychlost kapaliny v komoře (7) náhle poleví zvýší se tlak, který pohybuje membránou (6) tak, že se zvětšuje objem komory (7). Po počátečním nárůstu tlaku tento tlak opadne do té míry, že tlačná pružina (19) otevře ventil (16) a tažná pružina (10) vrátí membránu (6) do polohy, kdy je objem komory (7) nejmenší. Membrána takto provádí vratný pohyb pod vlivem tlaku kapaliny a podle toho, zda je ventil (16) uzavřen či otevřen. ŕ

Description

Oblast techniky

Vynález se týká čerpadla s vratným pohybem, které se dá použít na čerpání kapaliny, například vody, při vyšším tlaku, než je tlak kapaliny, pohánějící čerpadlo. Čerpadlo je hlavně výhodné v uspořádání, kdy hnací kapalina přichází z relativně krátké vzdálenosti od úrovně čerpadla. Tato vzdálenost může být několik metrů i několik centimetrů.

Dosavadní stav techniky

Čerpadla výše uvedeného druhu jsou běžná a největším problémem je především ovládání ventilů. Např. ze spisů SU 909352 a SU 1242653 A je známo čerpadlo, kde je problém uzavírání jednotlivých toků či výtoků z komory řešen dvojicí předpjatých klapek, které jsou uloženy na čepech a uzavírají buď přítok nebo odtok pracovní kapaliny, která pohání čerpací elementy zařízení pro čerpání čerpané kapaliny. Toto řešení je poměrně složité a náročné na koordinaci. Klapky jsou blízko sebe a jsou ovládány jednak pružinami, a jednak se otáčejí na čepu, což činí konstrukci složitou s několika potencionálními poruchovými místy.

Ze spisu SU 1742525 Al je rovněž známo čerpadlo podobného typu s dvěma ventily na vpusti i výpusti komory, které pracují střídavě, tyto ventily však nejsou blíže specifikovány.

Britský spis GB 2 086 990 A představuje čerpadlo poněkud jiné konstrukce, kde je stavěči ventil uzavíratelný regulovatelně pomocí regulačního šroubu, který prochází klapkou a obsluha může průtok podle libosti přiškrcovat či zvyšovat. Toto řešení je však pro čerpadla s kmitajícími kladívkovými ventily nevhodné.

Ve starém britském spise GB 197 824 je představeno ovládání klapky ventilu pomocí kola, opatřeného výstupky na principu mlýnského kola. Tyto výstupky cyklicky přitlačují ventil do zavírací polohy. Toto velmi nepřesné řešení se pro potřeby výše uvedeného typu čerpadel rovněž nehodí.

Cílem vynálezu je představit zlepšenou konstrukci klapky s velmi jednoduchým uchycením pouze na předpjatém rameni, která by naprosto spolehlivě vykonávala požadované funkce.

Podstata vynálezu

Výše uvedené nedostatky odstraňuje do značné míry čerpadlo s vratným pohybem podle vynálezu, jehož podstata spočívá v tom, že ventil sestává z kyvného ramene, na kterém je uvnitř komory upevněna klapka, přičemž na kyvné rameno je usazena tlačná pružina, jejíž předpětí a tím i předpětí klapky je orientováno směrem do komory. Hlavní částí ventilu je klapka, která zavírá a otevírá výpusť, přičemž mechanické tlačné prostředky otevřou klapku, protože tlačná síla mechanických tlačných prostředků je dostatečná pro otevření klapky proti tlaku kapaliny, ale není dostatečná, aby zabránila uzavření klapky, když se zvýší síla od zrychlující se kapaliny, tekoucí od vpuste k výpusti.

Ve výhodném provedení je kyvné rameno napojeno na časovou aktivaci.

Jiným znakem vynálezu je to, že vratná pružina je předpjatá směrem k membráně a tím i komoře.

- 1 CZ 283324 B6

Dalším charakteristickým znakem vynálezu je to, že alespoň jedna stěna skříně je zároveň alespoň jednou stěnou komory.

Význačné rovněž je, že komora je upravena se skříní mezi membránou, vpustí a výpustí jako jeden prostor.

Dalším znakem zařízení je, že na membráně je uložena pístnice s pístem.

Jiným charakteristickým znakem je to, že okolo pístnice s pístem jsou uspořádány alespoň dvě tlačné pístové pružiny, ukotvené na membráně a na protilehlé opěrné stěně.

Dalším význačným znakem je to, že píst je přes pístnici přímo spojen s membránou.

Jiným znakem čerpadla podle vynálezu je to, že píst je spojen s membránou a z druhé strany je uchycena vratná pružina.

Dalším znakem čerpadla podle vynálezu je to, že píst je uložen ve válci, který je spojen se vstupem čerpané kapaliny přes spodní jednocestný ventil a s výstupem přes horní jednocestný ventil.

Jiným charakteristickým prvkem je to, že mezi horním jednocestným ventilem a výstupem je uspořádána tlaková nádoba se stlačitelným prvkem.

Ve výhodném provedení je stlačitelný prvek měchýř, obsahující stlačitelnou kapalinu.

V dalším provedení je měchýř pevné stlačitelné těleso.

Jiným charakteristickým prvkem je to, že ventil je napojen na ovládací deaktivační zařízení proti přívalu proudu kapaliny.

Jiným charakteristickým prvkem je to, že deaktivační zařízení sestává z plováku, napojeného na otočné lopatky, doléhající na kyvné rameno klapky ventilu.

Popis obrázků na výkresech

Vynález bude dále blíže popsán pomocí výkresů, na kterých obr. 1 představuje schematický řez prvním provedením čerpadla se základním provedením ventilu podle vynálezu v první fázi činnosti, obr. 2 znázorňuje provedení z obr. 1 ve druhé fázi činnosti, obr. 3 představuje totéž provedení čerpadla podle vynálezu ve třetí fázi činnosti, obr. 4 znázorňuje schematický řez druhým provedením čerpadla podle vynálezu, obr. 5 představuje schematický řez třetí variantou zařízení se zapojeným čerpadlem, podobné tomu z obr. 1 až 4, obr. 6 znázorňuje čelní pohled s částečným řezem druhým provedením ventilu u čerpadla podle vynálezu, obr. 7 pohled shora s částečným řezem druhým provedením ventilu z obr. 6, a obr. 8 znázorňuje schematický řez třetím provedením čerpadla podle vynálezu.

Příklady provedení vynálezu

Podle prvního provedení sestává čerpadlo 1 podle vynálezu, znázorněné na obr. 1 až 3, ze skříně 2 s vpustí 3 a výpustí 4. Vpust 3 je připojena k jedné či více trubkám, které přivádějí vodu od zdroje, například řeky, do vpusti 3 skříně 2. Zdroj vody by měl být nad úrovní vpusti 3, aby do něj voda vstupovala samospádem. Výška zdroje na vstupem může být od několika centimetrů až po několik metrů.

-2CZ 283324 B6

Uvnitř skříně 2 je uspořádána membrána 6, která se může uvnitř skříně 2 pohybovat, a která částečně vymezuje komoru 7 mezi membránou 6 a stěnou skříně 2 s vpustí 3 a výpustí 4, takže voda, která přiteče vpustí 3, proteče komorou 7 a odejde výpustí 4. Membrána je upevněna na gumových držácích 8, které umožňují membráně 6 výkyv mezi první polohou, znázorněnou na obr. 1, kdy je objem komoiy 7 relativně malý, a druhou a třetí polohou, které jsou znázorněny na obr. 2 a 3, kdy je objem komory 7 relativně velký.

Tažná pružina 10 je uložena mezi membránou 6 a závitovou hřídelí 11, procházející skříní 2, tak, že když je membrána 6 zatlačena do své druhé polohy, tak se pružina 10 natáhne a stahuje membránu 6 do její první polohy. Závitová matice 12 je našroubována na hřídel 11 zvenčí skříně 2 a přes ní se dá nastavovat předpětí pružiny 10.

Na membránu 6 je přes pístnici 13 napojen i píst 14, který se pohybuje mezi svou první a druhou polohou.

Výpust 4 se dá uzavřít klapkovým ventilem 16, sestávajícím z klapky 17, která může zakrýt výpust 4 a uzavřít ji a tato spolupůsobí s pružným kyvným ramenem 18, připevněným ke skříni

2. Kyvné rameno 18 je tlačeno tlačnou pružinou 19, a tak odklání klapku 17 do otevřené polohy. Tlak tlačné pružiny 19 se dá nastavit stavěči maticí 20.

Dále bude popsána funkce čerpadla 1 s vratným pohybem pístu 14 ve válci 15. V poloze, znázorněné na obr. 1, je membrána 6 v první poloze, takže objem komory 7 je relativně malý a klapkový ventil 16 je otevřený tlakem tlačné pružiny 19. Voda od zdroje teče trubkou 5 a vstupem 3 do komory 7, jak naznačuje šipka 21, zrychluje se a dále odchází výpustí 4. Její objem se však stále zvětšuje a vyvíjí sílu, dokud se nezavře klapka 17 proti působení tlačné pružiny 19. Voda tedy už nemůže dále vytékat výpustí 4. V komoře 7 se tedy nahromadí voda, což zvýší tlak v komoře 7 a ten se přenáší na plochu 9 membrány 6 a zatlačí membránu 6 do její druhé polohy, čímž se napne tažná pružina JO. Tak se samozřejmě zvětší objem komory 7.

Nicméně po relativně krátké době se tlak vody v komoře 7 ustálí, tlak proti membráně 6, znázorněný šipkami 22, a vůči klapce 17 poklesne pod hodnotu tahu stahující se tažné pružiny 10 a je překonáván tlak tlačné pružiny 19. Jak je znázorněno na obr. 3, klapkový ventil 16 se otevře a dovolí odchod vody výpustí 4, jak znázorňuje šipka 23, a membrána 6 se vrátí do své první polohy tahem tažné pružiny 10. Voda pak znovu natéká trubkou 5 a vpustí 3, jak znázorňuje šipka 24, zrychluje se, shromažďuje v komoře 7 a cyklus se opakuje.

Píst 14, který je napojen na membránu 6, provádí vratný pohyb ve válci 15 tak, jak se membrána 6 pohybuje mezi první a druhou polohou.

Toto provedení a uspořádání pístu 14 a válce 15 se používá pro čerpání vody do vyšší úrovně, než je úroveň zdroje, ale lze ho nasadit i pro jiné kombinace. V tomto provedení válec 15 spolupůsobí s potrubím 25, sahajícím od vstupu 26 u zdroje čerpané kapaliny na spodní úrovni a z výstupu 27 čerpané kapaliny. S výhodou se čerpá stejná voda, jako ta, která vytéká z výpusti 4 čerpadla 1.

Mezi válcem 15 a vstupem 26 v potrubí 25 je uložen spodní jednocestný ventil 29, uspořádaný tak, aby dovoloval tok vody pouze ve směru od vstupu 26 směrem k válci 15. Mezi válcem 15 a výstupem 27 v potrubí 25 je uložen horní jednocestný ventil 30, uspořádaný tak, aby dovoloval tok vody pouze ve směru od válce 15 směrem k výstupu 27. Horní a spodní jednocestné ventily 29, 30 s výhodou obsahují zátky 31, které dosedají na zúžení v potrubí 25 a které jsou natlačovány pružinami 32 vůči zúžení a tak uzavírají tok kapaliny.

-3 CZ 283324 B6

Když je píst 14 ve své vysunuté poloze, jak je znázorněno na obr. 3, a pak je zasunut do své zasunuté polohy, je nasávána kapalina vstupem 26 a spodním ventilem 29 do válce 15, jak ukazuje šipka 33, dokud se nedosáhne polohy, znázorněné na obr. 1. V další polovině cyklu, když se píst opět vysunuje, je kapalina čerpána přes horní ventil 30 a výstup 27 tak, jak ukazuje šipka 34. Tímto způsobem dochází k čerpání.

Aby bylo čerpání plynulejší a zlepšila se účinnost čerpadla, opatří se zařízení tlakovou nádobou 35 mezi horním ventilem 30 a výstupem 27. Tlaková nádoba 35 obsahuje pružný měchýř 36, který se může stahovat a roztahovat podle toho, jaký je tlak. Měchýř 36 je například naplněn vzduchem nebo pěnovou gumou. Měchýř má výpustní ventil 37, procházející přes stěnu tlakové nádoby 35, takže tlak vzduchu v měchýři 36 se dá upravit.

Takže, jak je kapalina čerpána ze vstupu 26 přes válec 15 horním ventilem 30 směrem k výstupu 27 v čerpacím cyklu, jak naznačuje šipka 38, tak vstupuje tato kapalina pod tlakem do tlakové nádoby 35 a stlačuje měchýř 36, který se stáhne na polooblouk 39, naznačený přerušovanou čarou. Když pak tlak poklesne, měchýř 36 se opět roztáhne a tlačí kapalinu z tlakové nádoby 35 směrem k výstupu 27. Pulz kapaliny není tedy u výstupu 27 tak prudký a tlak v potrubí 25 se sníží. To může šetřit výstupní trubku, pokud jsou hodnoty už blízko nejvyššímu stupni namáhání.

Na obr. 4 je znázorněno druhé provedení čerpadla podle vynálezu. Všechny prvky jsou podobné těm z prvního provedení a jsou označeny stejnými pozicemi. V tomto provedení není membrána 6 uložena ve skříni 2, nýbrž tvoří zároveň s gumovými držáky 8 jednu stěnu skříně 2. Klapka 17 je připojena přes jeden nebo více držáků 40 k listové pružině 41. Listová pružina 41 je uspořádána tak, aby odtlačovala klapku 17 do otevřené polohy a tato odtlačovací síla se dá nastavit pomocí stavěči matice 20.

V tomto provedení je na konci trubky proveden filtr 42 pro odstranění případných nečistot z vody, které by mohly ucpat či poškodit vnitřek čerpadla.

Kromě toho membrána 6 není tlačena do své první polohy tažnou pružinou, ale dvojicí tlačných pružin 43, které se opírají o stěnu 44 mimo skříň 2 a o vnější plochu membrány 6. Jinak je funkce druhého provedení stejná jako prvního.

V případě přívalu vody není zpravidla čerpání žádoucí, protože je voda znečištěna. Znečištěná voda by mohla poškodit čerpadlo nebo jednotlivé vnitřní součásti. Především je třeba chránit pohyblivé součásti. Aby se tedy čerpadlo mohlo vyřadit z činnosti v období přívalu vody, zařadí se ke klapkovému ventilu 16 deaktivační zařízení 46, které je znázorněno na obr. 6 a 7, a které je mimo skříň 2 čerpadla £. V tomto provedení, které je vidět nejlépe na obr. 7, je klapka 17 připojena dvěma závitovými hřídelemi 40 k pružnému rameni 18, které je připojeno ke skříni 2 přes gumové nákružky 45 aje stlačováno do polohy, kdy je výstup 4 otevírán pomocí pružin 19, které se dají upravit stavěcími maticemi 20.

Jak je vidět na obr. 6, deaktivační zařízení 46 sestává z válce 47, umístěného vertikálně na skříni 2 čerpadla £. Uvnitř válce 47 je plovák 48, pohybující se nahoru a dolů podle úrovně vody kolem čerpadla. Disk 49 je spojen se dnem plováku 48 pomocí tyče 50, která prochází otvorem 51 ve dnu válce 47. K disku 49 je na skříň 2 rotačně upevněna vačka 52. Vačka 52 má dvě lopatky 53, 54, které jsou k sobě orientovány o 90 stupňů a otáčejí se společně. První lopatka 53 je s přesahem uložená na disku 49, druhá lopatka 54 je delší aje vůči disku orientována téměř kolmo.

Takže pokud k žádnému přílivu nedochází, je plovák 48 na dně válce 47 a disk 49 je pod první lopatkou 53. která otáčí vačkou 52, pokud je lopatka 53 v kontaktu s diskem 49. Druhá lopatka 54 je odkloněna od pružného ramene £8, které potom může pracovat normálně a výpust 4 může být otevírána či uzavírána dle potřeby. V této poloze jsou lopatky 53, 54 na obr. 6 naznačeny

-4 CZ 283324 B6 plnou čarou. Nicméně, když přijde příval a plovák 48 se vysune na vrchol válce 47, vytáhne za sebou disk 49 a otočí tak i první lopatkou 53 nahoru a vačka 52 se otáčí, dokud druhá lopatka 54 není nad kyvným ramenem 18 a nezabrání mu tak v pohybu. Lopatky 53, 54 jsou v této poloze na obr. 6 znázorněny čárkovaně. Potom výpust 4 zůstává otevřena a čerpadlo už nemůže pracovat. Lopatky jsou uspořádány tak, že jakmile je druhá lopatka 54 opřena o kyvné rameno 18, zůstává v této poloze a může být po opadnutí přívalu uvolněna ručně.

Na obr. 8 je znázorněn řez shora třetím provedením čerpadla podle vynálezu. U tohoto provedení má velká trubka 55 vstup 56 a výstup 57 a je opatřena ventilem 58, podobným ventilu z obr. 4, který přiléhá na výstup 57 a otevírá jej či uzavírá. Komora 59 je uspořádána v návaznosti na trubku 55 a je s ní propojena můstkem 60. Membrána 61 je uložena na gumových držácích 62 v komoře 59 podobně, jako membrána 6 na obr. 1 až 3, a píst 63 je spojen s membránou 61 a je uložen ve válci 64. Vratný pohyb pístu 63 ve válci 64 může být využit pro jakýkoliv účel.

U tohoto provedení vstupuje voda do trubky 55 vstupem 56 a kumuluje se tam, než odteče výstupem 57. Když už je tlak dostatečný, tak se uzavře ventil 58, tlak v trubce 55 se uvolní a zvýší se tlak v komoře 59 a ten uvede do pohybu membránu 61. Když voda opadne a tlak se prudce sníží, otevře se zase ventil 58 a membrána se vrátí do původní polohy a voda v trubce 55 se znovu akumuluje a zvyšuje se tlak a cyklus se opakuje. Toto provedení funguje podobně jako provedení předchozí, jen samotná komora má pouze jeden otvor, který funguje zároveň jako vstup i výstup.

Pro odborníka se mohou nabízet i jiné varianty či modifikace, které však nepřekračují rámec vynálezu. Například ventil, uzavírající výpust 4, může být ovládán časovým spínačem v předem daném režimu. Na druhé straně skříně může být uspořádána i druhá komora se vstupem, výstupem a ventilem na druhé straně membrány a tlak vody může působit na membránu v obou směrech. Nebo membrána může být uspořádána tak, že ovládá dvojčinné pístové čerpadlo, nebo mohou být nasazeny velké zpětné pružiny pro absorbování energie z pohybu membrány a potom tlačit čerpadlový píst, zatímco se membrána vrací do původní polohy. Dále může být čerpadlo konstruováno tak, že membrána je vracena do výchozí polohy díky nižšímu tlaku.

Claims (15)

1. Čerpadlo s vratným pohonem, sestávající z duté skříně s vpustí a výpustí, z komory, uspořádané mezi vpustí a výpustí, z pružné membrány, která zčásti vymezuje komoru a je pohyblivá z ustálené polohy do pracovní polohy, přičemž objem komory je větší v pracovní poloze membrány, z vratné pružiny, napojené na membránu, a ventilu, uspořádaného na výpusti, vyznačující se tím, že ventil (16) sestává z kyvného ramene (18), na kterém je uvnitř komory (7) upevněna klapka (17), přičemž na kyvné rameno (18) je usazena tlačná pružina (19), jejíž předpětí a tím i předpětí klapky (17) je orientováno směrem do komory (7).

2. Čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že kyvné rameno (18) je napojeno na časovou aktivaci.

3. Čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že vratná pružina (10) je předpjatá směrem k membráně (6) a tím i komoře (7).

- 5 CZ 283324 B6

4. Čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že alespoň jedna stěna skříně (2) je zároveň alespoň jednou stěnou komory (7).

5. Čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že komora (7) se spolu se skříní (2) mezi membránou (6), vpustí (3) a výpustí (4) překrývá ve společný prostor.

6. Čerpadlo podle nároků 1, 3 nebo 5, vyznačující se tím, že na membráně (6) je uložena pístnice (13) s pístem (14).

7. Čerpadlo podle nároku 6, vyznačující se tím, že okolo pístnice (13) s pístem (14) jsou uspořádány alespoň dvě tlačné pístové pružiny (43), ukotvené na membráně (6) a na protilehlé opěrné stěně (44).

8. Čerpadlo podle nároku 7, vyznačující se tím, že píst (14) je přes pístnici (13) přímo uložen na membráně (6).

9. Čerpadlo podle nároku 6, vyznačující se tím, že píst (14) je uložen na membráně (6), přičemž na její druhé straně je uchycena vratná pružina (10).

10. Čerpadlo podle nároku 8 nebo 9, vyznačující se tím, že píst (14) je uložen ve válci (15), který je propojen se vstupem (26) čerpané kapaliny přes spodní jednocestný ventil (29) a s výstupem (27) přes horní jednocestný ventil (30).

11. Čerpadlo podle nároku 10, vyznačující se tím, že mezi horním jednocestným ventilem (29) a výstupem (27) je uspořádána tlaková nádoba (35) se stlačitelným vnitřním prvkem.

12. Čerpadlo podle nároku 11, vyznačující se tím, že stlačitelný vnitřní prvek je měchýř (36), obsahující stlačitelnou kapalinu.

13. Čerpadlo podle nároků 11 a 12, vyznačující se tím, že měchýř (36) je pevné stlačitelné těleso.

14. Čerpadlo podle nároku 1, vyznačující se tím, že k ventilu (16) je přiřazeno deaktivační zařízení (46) proti přívalu proudu kapaliny.

15. Čerpadlo podle nároku 14, vyznačující se tím, že deaktivační zařízení (46) sestává z plováku (48), spojitelného s otočnou první lopatkou (53), se kterou je spřažena druhá lopatka (54), usaditelná na kyvné rameno (18) ventilové klapky (17).