NO167598B

NO167598B - Pumpe til utlevering av kontrollerte vaeskemengder.

Info

Publication number: NO167598B
Application number: NO844529A
Authority: NO
Inventors: Roger Thackston Guthrie
Original assignee: M & T Chemicals Inc
Priority date: 1983-11-14
Filing date: 1984-11-13
Publication date: 1991-08-12
Also published as: IL73488A; KR910006336B1; NZ210078A; MX163088B; NO844529L; PT79489B; BR8405782A; EP0150575A3; GR80886B; ATE41979T1; US4536140A; PT79489A; DK538884D0; NO167598C; ES537605A0; EP0150575A2; DK538884A; IN162291B; DE3477598D1; IL73488A0

Description

Oppfinnelsen angår en pumpe til fullstendig å innslutte og nøyaktig å utmåle jevne pulser av små mengder farlig og reaktiv væske, omfattende

et ensartet stempelhus med indre sylindervegger og en langstrakt boring som strekker seg fra en åpen, første ende til et sted i nærheten av en lukket, annen ende, og som har et pumpekammer ved den annen ende,

et pumpefluidinnløp til pumpekammeret,

et pumpefluidutløp fra pumpekammeret,

et resiproserende og roterende stempel som er anordnet i tett sammenpassende forhold med innerveggene av stempelhuset med liten klaring under pumpecyklusen for resiproserende bevegelse i boringen i stempelhuset fra en første posisjon hvor stempelet stort sett opptar plassen inne i pumpekammeret og fortrenger pumpet fluid fra dette, til en annen posisjon hvor stempelet hovedsakelig er fjernet fra pumpekammeret og suger pumpefluid inn i kammeret, og

en rørledningsanordning for et sperrefluid til motvirkning av en strøm av pumpefluid mellom stempelet og stempelhuset.

En representativ pumpe samt en diskusjon av andre tidligere kjente pumper finnes i US patentsøknad nr. 385 176. Den pumpe som der er beskrevet, overvinner mange av de tidligere kjente problemer, f.eks. den tidligere manglende evne til å utlevere like store mengder materiale ved meget lave strømnings-hastigheter. Det er imidlertid funnet at det er gunstig å anvende en pumpe uten membraner fordi fluidene som pumpes, og materialet i membranen ugunstig kan påvirke hverandre eller membranmaterialet kan oppvise en variasjon i karakteristikken som har sammenheng med bruken.

Videre er det fra FR-PS nr. 2 044 936 kjent en pumpe av den ovennevnte type som pumper et plastmateriale, som inneholder et fyllstoff. Pumpen har en leppepakning, en ringformet utsparing og et pumpesystem for et plastmateriale uten fyllstoff som utgjør et sperrefluid, hvor hensikten med dette system er å opprettholde et overtrykk på dette pumpede plastmateriale. Pumpen er avhengig av at viskositeten på sperrefluidet er forholdsvis stor.

Videre er det nødvendig å benytte en egen krets for sperrefluidet, hvor denne krets omfatter en bunnfellingstank.

Det er funnet at problemene ved den tidligere kjente teknikk kan overvinnes ved bruk av et system som innbefatter en spesiell pumpekonstruksjon og sikkerhetsmekanismer.

Det karakteristiske ved pumpen ifølge oppfinnelsen fremgår av de i kravene angitte, kjennetegnende trekk.

Hensiktene og fordelene med oppfinnelsen vil fremgå tydeligere og være lettere å forstå ved henvisning til den følgende detaljerte beskrivelse av oppfinnelsen i forbindelse med de ledsagende tegninger hvor: Fig. 1 er et skjematisk oppriss av et utleveringssystem for fluid i henhold til oppfinnelsen. Fig. 2 er et riss i større målestokk og delvis i snitt av pumpen på fig. 1. Fig. 3 er et detalj riss av den indre mekanisme av pumpen på fig. 2. Fig. 4 viser et skjematisk tverrsnitt av innretningen på fig. 3 etter linjen 4-4 på fig. 5. Fig. 5 viser et utsnitt av innretningen på fig. 3, idet stempelet befinner seg nær den øvre ende av sitt slag. Fig. 6 viser et skjematisk tverrsnitt av innretningen på fig. 3 etter linjen 6-6 på fig. 7, idet stempelet befinner seg ved bunnen av sitt slag. Fig. 7 viser et utsnitt av innretningen på fig. 3, idet stempelet befinner seg ved bunnen av sitt slag. Fig. 8 viser et skjematisk tverrsnitt av innretningen på fig. 3 etter linjen 8-8 på fig. 9, idet stempelet befinner seg ved toppen av sitt slag. Fig. 9 viser et utsnitt av innretningen på fig. 3, idet stempelet befinner seg ved toppen av sitt slag.

Innretningen ifølge oppfinnelsen er et system til utlevering av små mengder fluid til et påføringsorgan hvor fluidet påføres på et substrat. I en spesiell utførelsesform kan systemet være i henhold til det som er angitt i US-PS nr. 4 389 234 og nr. 4 144 362.

Fig. 1 viser den samlede mekanisme som anvendes i den foreliggende oppfinnelse. Utleveringssystemet omfatter en pumpe 100 som overfører fluidet, f.eks. en monobutyltinnkloridholdig blanding, til et seglass 160 hvor det blandes med luft. Luften leveres til seglasset 160 fra en ikke vist kilde ved et trykk som reguleres på en måte som er velkjent i faget. Dersom lufttrykket synker under en kritisk nedre grense, stenger et føleorgan 140 av pumpen 100 inntil den nødvendige luftstrøm er gjenopprettet. Det skal bemerkes at føleorganet kan være anordnet på oppstrømssiden eller nedstrømssiden av et rotameter 153.

Blandingen av luften og fluidet i seglasset 160 er kritisk da pumpen 100 leverer en pulsert fluidstrøm og det fluid som leveres til en røykhette eller en annen fluidpåføringsinn-retning, må være jevn. Den blanding av luft og fluid som strømmer i seglassets utløpsledning 165, oppnår den grad av homogenitet som er nødvendig ved det endelige punkt for fluidpåføring.

Fluidstrømningshastigheten blir nøye regulert ved hjelp av en justeringsmekanisme 130 som kan være et mikrometer eller en annen mekanisme slik det er velkjent i faget.

Pumpen 100 er forsynt med en skala 131 som tillater brukeren å innstille systemet på forhåndsbestemte strømningshastigheter. Fluidet fra et ikke vist lagringsfat eller en annen beholder kommer inn i pumpen 100 gjennom et innløpsorgan 114. Det pumpede fluid kommer ut gjennom et utløp 112 og leveres gjennom en ledning 125 til seglasset 160. Tørr luft leveres til rotameteret 153 fra en ikke vist kilde gjennom en ledning 168 til rotameterets innløp 166. For å sikre at pumpen er i drift bare så lenge som der er tilførsel av luft som leveres med det ønskede trykk til rotameteret 153, kan der anordnes et trykkføleorgan 140 som tidligere angitt. Føleren aktiverer en transduktor som sikrer at pumpen 100 er PA bare i forbindelse med luft. En ytterligere sikkerhetsinnretning som kan anordnes, er en alarm som aktiverer en føler 150 som reagerer på et for stort trykk i utløpsledningen 165, som vil kunne forekomme når en feil i lufttørkeren ved luftkilden tillater fuktighet å komme inn i systemet og reagere med det pumpede fluid og tilstoppe ledningen 165 med fast hydrolyseprodukt.

Luft/fluid-blandingen leveres gjennom ledningen 165 til en påføringsinnretning, f.eks. en ikke vist hette for glass-belegging. Et forbindelsesorgan 167 anvendes for levering av det kombinerte fluid til innløpet av påføringshetten eller til en hvilken som helst, annen ønsket innretning.

Det vil ses at systemet må være istand til å levere regulerte mengder av en jevn strøm av fluidet til påføringssonen. Den resiproserende fortrengningspumpe produserer imidlertid en jevn puls av små mengder av fluidet. Seglasset 160 tjener som et blandekammer for luften og fluidet, men tjener ikke til å eliminere den pulserende strøm fra pumpen. Den langstrakte, trange strømningsledning 165, hvis ene ende står i forbindelse med blandekammerutløpet, og hvis andre ende står i forbindelse med fluidpåføringssonen, tjener til å omforme det blandede fluid/luft-fluid fra en pulserende strøm til en jevn strøm. Luftens funksjon er hovedsakelig å være bærer og fortynnings-middel for fluidet og å skaffe tilstrekkelig samlet fluidvolum til at en jevn strøm kan oppnås.

Det er funnet at konstruksjonen av pumpen ved pumping av organotinnhalogenid-blandinger til bruk i belegging av glass er uhyre kritisk på grunn av fluidets reaktivitet, særlig sammen med fuktig luft, de ualminnelig lave strømningshastigheter man opererer med, og tendensen for fluidet og/eller blandingen av luft og fluid til å oppføre seg på uforutsigbare måter samt forhold som ikke er så åpenbare.

Pålitelig pumping av fluid over lengre tid, slik det er nødvendig i det system som er angitt i US-PS nr. 4 389 234, har vært vanskelig å oppnå. Bruken av en pumpe som ikke krever membraner eller typiske ventiler, er funnet å overvinne de problemer man støter på ved forskjellige tidligere kjente og nye pumper. Den pumpe som er vist på fig. 1 og fig. 3, oppviste imidlertid en mangel som man ikke typisk støter på ved andre pumper. Kombinasjonen av de ønskelige trekk ved andre pumper og fraværet av problemer som man støter på ved tidligere kjente pumper og pumper av den type som er vist på fig. 3, dvs. en optimal innretning, ble oppnådd ved at pumpen 100 ble forsynt med en fluidsperre mellom pumpekammeret 116 og pakningsringer 120.

Hvis man nå ser på driften av pumpen i detalj, vil man se at pumpen 100 har et hovedhus 113. Inne i hovedhuset 113 er der en stempelkonstruksjon som er generelt betegnet med 110. Konstruksjonen 110 innbefatter et stempelhus 111 som er fremstilt fra et korrosjonsfast, meget sterkt materiale som kan maskineres, freses, eller på annen måte forsynes med overflater med små toleranser for sammenpasning med et resiproserende stempel 118. Selv med den aller minste toleranse mellom det resiproserende stempel 118 og de indre sylindriske vegger 115 i stempelhuset 111, kan en meget liten mengde av fluidet som pumpes, vandre fra pumpekammeret til pakningsringene 120. Når fluidet er et korrosivt materiale såsom en blanding inneholdende monobutyltinntriklorid, bevirker den meget lille vandring av fluid at pakningsringene 120, som typisk er fremstilt fra et materiale såsom polytetrafluoreten eller en syntetisk gummi, svikter i løpet av en ikke-forutsigbar periode. Svikten kan skyldes at oppløsningsmiddelet virker inn på tetningsmaterialet eller at pakningene slites av ved partikler som dannes på utsiden av pumpehuset i nærheten av dekselet 121. Mengden av fluidlekkasje forbi pakningsringene 120 og forbi lokket eller dekselet 121 som holder stempelkonstruksjonen 110 i stempelhuset 111, kan være så liten at den er praktisk talt umerkelig eller i det minste uten betydning. Men det er funnet at det resiproserende stempel 118, som i likhet med stempelhuset 111 kan være fremstilt av et hardt til sprøtt materiale såsom aluminium-oksid, iblant kan sette seg fast og sprekke på grunn av inntrengning av de ovenfor nevnte faste partikler av hydro-lysat.

Som vist på fig. 3 kan et fluidinnløp 122 anordnes i det øvre parti av stempelhuset 111 nedenfor den ende som vender mot pakningene 120 og over det parti som går inn i pumpekammeret 116. En meget liten mengde inert fluid tvinges inn i området mellom det resiproserende stempel 118 og innerveggene 115 av stempelhuset 111. Det skal bemerkes at de meget glatte overflater av det resiproserende stempel 118 og stempelhuset 111 virker som en tetning. Følgelig kan mengden fluid som pumpes inn i stempelhuset 111 gjennom fluidinnløpet 122, være av størrelsesorden noen få gram pr. dag. Den kritiske faktor er at fluidtrykket ved innløpet 122 for fortrengnings- eller sperrefluid er større enn fluidtrykket i stempelkammeret 116, slik at der er et fullstendig fravær av fluidstrøm fra pumpe^ kammeret 116 til området for pakningsringene 120 og en minimal strøm fra fluidinnløpet 122 til pakningsringene 120 og pumpekammeret 116. Jo større trykkforskjell mellom fluidinn-løpet 122 og stempelkammeret 116, desto mindre er'risikoen for at fluid som pumpes, skal vandre forbi pakningene 120 til det utvendige område 123 av det resiproserende stempel 118, men desto høyere er forbruket av sperrefluid og forurensningen av fluidet som pumpes med sperrefluidet. Skjønt sperrefluid-innløpet kan omfatte en rekke åpninger, kan det ønskede resultat oppnås med en enkel åpning. I det tilfelle at en rekke åpninger anvendes, er det av største viktighet at alle åpningene tjener som innløp, og en kontinuerlig strøm gjennom innløpene og utløpene bør unngås, da en slik ordning dramatisk ville øke forbruket av sperrefluid og gjøre det nødvendig med avhending av sperrefluid forurenset med det fluid som pumpes. I de tilfeller hvor f.eks. to innløpsåpninger anvendes, bør begge åpninger være forbundet med en eneste kilde for sperrefluid.

Når det fluid som pumpes, er et organotinn, f.eks. monobutyltinntriklorid eller vannfritt tinntetraklorid, kan sperrefluidet være en ikke-vaskende olje, f.eks. smøreolje, eller et organisk oppløsningsmiddel, f.eks. vannfri metanol, eller tørr luft. Det er meget viktig at sperrefluidet er forenlig med det fluid som pumpes, og foreligger i så.lave konsentrasjoner og/eller har slike egenskaper at ingen ugunstige virkninger observeres ved systemets påføringsende. Når det pumpede fluid er vannfri svovelsyre, kan sperrefluidet være silikon eller fluorkarbonvæsker eller tørr luft. I tilfellet av vandige oppløsninger av radioaktive, patogene eller giftige materialer kan sperrefluidet være rent vann. Ved pumping av svoveldioksid, hydrogensulfid eller fosgen, kan hydrokarbonoljer, luft samt silikon eller fluorkarbonvæsker anvendes.

For glassbeleggingssystemer kan påføringstemperaturen være tilstrekkelig høy til å fordampe den lille mengde sperrefluid som i pumpekammeret blandes med fluidet som pumpes, særlig da det er funnet at så lite som én ml olje pr. dag kan hindre pumpesvikt, mens tilsvarende pumper som også håndterer den samme monobutyltinntriklorid-blanding, sviktet i løpet av så lite som to eller tre dager. Keramikk-mot-keramikk-tetningen av overflatene av stempelet 118 og innerveggen 115 i stempelhuset 111 i kombinasjon med det positive trykk av sperrefluidet i forhold til fluidet som pumpes, ble funnet å hindre partikkel-dannelse på stempelstangen 123 og følgelig sørge for at pumpen kunne drives uten svikt. Et reservoar 134 for sperrefluid er forbundet med en luftkilde med et trykk på ca. 138 kPa for å skaffe den ønskede trykkforskjell.

Fig. 4, 6 og 8 viser stillingene av det resiproserende stempel i forhold til fluidinnløpsåpningen 114 og fluidutløpsåpningen 112 og den ventilvirkning som frembringes i løpet av pumpecyklusen. Fig. 5, 7 og 9 viser stillingene av det resiproserende stempel i forhold til pumpekammeret 116 i løpet av pumpecyklusen.

På fig. 4 og 5 er stempelet 118 vist på det høyeste punkt av sin bevegelse, og volumet av pumpekammeret 116 er på et maksimum. På dette tidspunkt er innløpsåpningen 114 lukket og utløpsåpningen 112 er åpen. Det resiproserende stempel roterer som angitt ved pilen 174, og samtidig går stempelet også ned mot sin laveste stilling. Begynnelsen av overgangen mellom utslippscyklusen og innsugningscyklusen er vist på fig. 6 og 7.

Ved enden av utslippscyklusen åpnes fluidinnløpet 114 og fluidutløpet 112 lukkes. Som vist på fig. 8 ved slutten av innsugningscyklusen resulterer den fortsatte rotasjon av stempelet 118 i retningen for pilen 174 i lukking av fluid-innløpet og åpning av fluidutløpet som vist på fig. 4. Under stempelets rotasjon resiproserer det også, noe som øker den tilgjengelige plass i pumpekammeret under innsugningscyklusen og minsker den tilgjengelige plass for fluidet under innsugningscyklusen. Regulering av den lengde det resiproserende stempel tilbakelegger, oppnås ved justering av mikrometeret 130, som tjener til å forandre vinkelen mellom senterlinjen av en motor 132 og det resiproserende stempel 118 slik det er velkjent i faget. Detaljene i reguleringen av fluidets strømningshastighet ved vinkeljustering er velkjent i tidligere kjent teknikk og utgjør ikke noen del av den foreliggende oppfinnelse. Den er derfor ikke forklart i detalj i den foreliggende fremstilling.

Claims

1. Pumpe til fullstendig å innslutte og nøyaktig å utmåle jevne pulser av små mengder farlig og reaktiv væske, omfattende et ensartet stempelhus (111) med indre sylindervegger (115) og en langstrakt boring som strekker seg fra en åpen, første ende til et sted i nærheten av en lukket, annen ende, og som har et pumpekammer (116) ved den annen ende, et pumpefluidinnløp (114) til pumpekammeret (116), et pumpefluidutløp (112) fra pumpekammeret (116), et resiproserende og roterende stempel (118) som er anordnet i tett sammenpassende forhold med innerveggene (115) av stempelhuset (111) med liten klaring under pumpecyklusen for resiproserende bevegelse i boringen i stempelhuset fra en første posisjon hvor stempelet stort sett opptar plassen inne i pumpekammeret og fortrenger pumpet fluid fra dette, til en annen posisjon hvor stempelet hovedsakelig er fjernet fra pumpekammeret og suger pumpefluid inn i kammeret, og en rørledningsanordning for et sperrefluid til motvirkning av en strøm av pumpefluid mellom stempelet (118) og stempelhuset (111), karakterisert ved at enhver rørledning (122) for sperrefluid som munner ut i den langstrakte boring utgjør et innløp for sperrefluid, og at det ikke er anordnet noen tetning mellom innløpet eller innløpene og pumpekammeret (116).

2. Pumpe som angitt i krav 1, karakterisert ved at rotasjonen av stempelet (118) skaffer den nødvendige åpning og lukking av pumpefluid-innløpet (114) til pumpekammeret (116) og pumpefluidutløpet (112) fra dette.

3. Pumpe som angitt i krav 1, karakterisert ved at sperrefluidtrykket er ca. 138 kPa.

4. Pumpe som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter et sperrefluidreservoar som står i fluidforbindelse med sperre-fluidinnløpet, og trykkorganer til å holde sperrefluidet under et trykk som er større enn det fluidtrykk som utvikles i pumpekammeret.

5. Pumpe som angitt i krav 1, karakterisert ved at den omfatter organer til å innstille lengden av stempelslaget.