PL193314B1 - Urządzenie do obróbki płynów - Google Patents

Abstract

1. Urz adzenie do obróbki p lynów, sk ladaj ace si e z szeregu kolumn, którymi p lynie p lyn, które to ko- lumny s a usytuowane na wspólnej, obrotowej ramie no snej i s a zaopatrzone w elementy dolotowe i wylo- towe, które s a po laczone z elementem obrotowym pod azaj acym w przybli zeniu za ruchem ramy no snej, w której jest osadzony element pomocniczy pod aza- j acy za ruchem obrotowym na ograniczonym odcinku katowym a nast epnie cofaj acy si e z powrotem, gdzie w elemencie pomocniczym i elemencie obrotowym znajduj a si e wspó ldzia laj ace ze sob a otwory do doprowadzania i odprowadzania p lynu, przy czym element pomocniczy jest wyposa zony w zlaczki do stacjonarnych elementów doprowadzaj acych i od- prowadzaj acych p lyn, znamienne tym, ze zawiera czujniki (24, 26) okre slaj ace po lo zenie elementu obrotowego (20) i/lub pomocniczego (21), które s a po laczone z zespo lem steruj acym (25), przy czym zespó l steruj acy (25) jest po laczony funkcjonalnie z elementem pomocniczym (21) i/lub elementem obrotowym (20). PL PL PL PL PL PL

Description

Opis wynalazku

Wynalazek dotyczy urządzenia do obróbki płynów w przemysłowej technologii chromatografii kolumnowej.

Takie urządzenie jest znane z francuskiego opisu patentowego nr 1,506,445. W opisie tym ujawniono urządzenie z małymi kolumnami w postaci przewodów przez które płynie płyn i w którym znajduje się wspólny zespół napędowy zarówno do obracania elementu obrotowego jak i posuwu podziałowego elementów pomocniczych. W skład tego zespołu napędowego wchodzi elektromagnes i sprężyna. Ruch obrotowy jest realizowany za pomocą stałej siły nacisku sprężyny. Mechanizm zapadkowy łączy element obrotowy z ruchem napędowym sprężyny. Sprężyna jest ściskana wskutek działania elektromagnesu podczas ruchu wciągania kotwiczki. Podczas tego ruchu wciągania przemieszcza się z powrotem również element pomocniczy, ale ze względu na wspomniany powyżej mechanizm zapadkowy nie dotyczy to elementu obrotowego. Urządzenie to jest urządzeniem laboratoryjnym i służy do celów analitycznych bardzo małych ilości materiału. Podczas tego powrotnego ruchu wywołanego siłą elektromagnesu element obrotowy porusza się wolniej a nawet zatrzymuje. Natomiast ruch powrotny jest bardzo szybki i nie regulowany.

Nie ma możliwości zwiększenia wymiarów takiej konstrukcji. Zwiększenie wymiarów oznacza przemysłowe zastosowanie kolumn chromatograficznych. Kolumny stosowane w przemysłowej technologii mają wymiary na przykład metra i średnicę od kilku centymetrów do metra lub więcej. Na każdej z takich kolumn znajduje się element obrotowy i rama nośna, których waga może wynosić od kilkuset kilogramów do setek ton.

W urzą dzeniach o takich masach nie jest moż liwy posuw podział owy wed ł ug opisu do francuskiego patentu 1,506,445. Podczas szybkiego ruchu powrotnego pod działaniem siły elektromagnetycznej występuje niedopuszczalne uszkodzenie na powierzchni rozdziału pomiędzy elementem obrotowym a elementem pomocniczym.

Celem wynalazku jest skonstruowanie urządzenia, które można zastosować na skalę przemysłową i w którym jest możliwy opisany powyżej ruch postępowo-zwrotny.

Urządzenie do obróbki płynów, składające się z szeregu kolumn, którymi płynie wspomniany płyn, przy czym kolumny są usytuowane na wspólnej, obrotowej ramie nośnej i są zaopatrzone w przewody połączone z obrotową tarczą podążającą za ruchem ramy nośnej, w której jest osadzona pomocnicza tarcza podążająca za ruchem obrotowym na ograniczonym odcinku kątowym a następnie cofająca się z powrotem, gdzie w pomocniczej tarczy i obrotowej tarczy znajdują się współdziałające ze sobą otwory do doprowadzania i odprowadzania płynu, przy czym pomocnicza tarcza jest wyposażona w złączki do giętkich przewodów doprowadzających i odprowadzających płyn, według wynalazku charakteryzuje się tym, że zawiera czujniki określające położenie elementu obrotowego i/lub pomocniczego, które są połączone z zespołem sterującym, przy czym zespół sterujący jest połączony funkcjonalnie z elementem pomocniczym i/lub elementem obrotowym.

Urządzenie według wynalazku dodatkowo zawiera zespół napędowy elementu pomocniczego, który stanowi silnik elektryczny połączony funkcjonalnie z zespołem sterującym.

Element obrotowy zawiera zespół napędowy o działaniu ciągłym.

Urządzenie według wynalazku dodatkowo zawiera dopływ/odpływ, który jest podłączony do elementu pomocniczego za pomocą giętkiego węża.

Ponadto urządzenie zawiera czujniki, połączone zarówno z elementem obrotowym jak i elementem pomocniczym oraz z zespołem sterującym, powiązanym funkcjonalnie z elementem pomocniczym i/lub ramą nośną.

Element obrotowy jest połączony z ramą nośną.

Element obrotowy jest usytuowany pod kolumnami.

Liczba kolumn na ramie nośnej rzutuje na wielkość ograniczonego kąta (α) i ta zależność ma postać równania: (α=360°/η), gdzie (n) jest liczbą kolumn w ramie nośnej.

Przedmiot wynalazku uwidoczniono w przykładzie wykonania na rysunku, na którym fig. 1 przedstawia urządzenie do obróbki płynów w przekroju, fig. 2 - tarczę obrotową i pomocniczą tarczę w pierwszym położeniu, w rzucie z góry, fig. 3 - tarczę z fig. 2 w drugim położeniu, w rzucie z góry.

Na fig. 1 urządzenie według wynalazku oznaczono numerem identyfikacyjnym 1. W najważniejszej części urządzenia 1 znajduje się szereg kolumn 2, w których przebiegają reakcje chemiczne i/lub fizyczne z udziałem płynu przepływającego przez te kolumny. Kolumny 2 są osadzone w ramie nośnej 3, która z kolei jest osadzona na podstawie 5 za pośrednictwem łożyska 4, które przedstawiono bardzo

PL 193 314 B1 schematycznie. Rama nośna 3, a także kolumny 2, są osadzone w sposób umożliwiający im obrót tak, że płyn może być poddawany kolejno różnym obróbkom. Dla zapewnienia połączenia z otoczeniem zastosowano obrotowy zawór 6.

Przedstawiona tu konstrukcja obraca się na wale 7. Z jednej strony wał 7 jest sztywno połączony z ramą nośną 3, a z drugiej strony jest zaopatrzony w koło pasowe 8. Naturalnie stosuje się również odpowiednie łożyska. Koło pasowe 8 jest połączone paskiem z kołem pasowym 9 silnika napędowego 10. Na wale 7 jest osadzona tuleja 11 obracająca się względem tego wału i, za pośrednictwem kół pasowych 12 i 13 może być napędzana przez silnik 14. Oznacza to, że w pokazanej tu konstrukcji rama nośna 3 może obracać się niezależnie od tulei 11.

Kolumna 2 jest wyposażona w przewody 18 i 19, które drugimi końcami są podłączone do obrotowej tarczy 20 obrotowego zaworu 6. Obrotowa tarcza 20 jest wykonana korzystnie z tworzywa sztucznego. Tarcza ta jest połączona w ustalony obrotowy sposób z wałem 7 i dlatego realizuje ten sam ruch obrotowy, co rama nośna 3. W obrotowej tarczy 20 znajdują się otwory odpowiadające przewodom 18, 19. Dwa z tych otworów oznaczono numerami 29 i 30 na fig. 2 i 3.

Obrotowa tarcza 20 łączy się szczelnie z pomocniczą tarczą 21. Korzystnie, pomocnicza tarcza 21 jest wykonana z metalu, takiego jak stal, stop kwasoodporny z grupy Ni-Mo-Fe lub innych tego typu materiałów, znanych ze stanu techniki. W razie potrzeby, pomiędzy tarczami 20 i 21 można umieścić następną tarczę. Istnieje możliwość umieszczenia teflonowego pierścienia oznaczonego 38 na figurach 1, 2 i 3. Pierścień ten działa jak pierścień łożyskowy i uszczelniający pomiędzy tarczami 20 i 21. Ponadto w zagłębieniu 39 w obrotowej tarczy 20 i zagłębieniu 40 pomocniczej tarczy 21, można umieścić uszczelnienie promieniowe 41. Pomocnicza tarcza 21 jest połączona obrotowo w ustalony sposób z tuleją 11. Podobnie, w tarczy 21 znajdują się otwory, które na fig. 2 i 3 oznaczono numerami identyfikacyjnymi 33, 34, 35 i 37. Do otworów tych są dołączone przewody 22 i 23. Całość jest skonstruowana w taki sposób, że pomocnicza tarcza 21 może obracać się ruchem postępowo-zwrotnym na ograniczonym odcinku kątowym bez wywierania nadmiernego nacisku na przewody 22 i 23. Drugimi końcami przewody 22 i 23 są odpowiednio połączone ze źródłem płynu i doprowadzają dany płyn.

Czujnik 24 mierzy położenie ramy nośnej 3, natomiast czujnik 26 ustala położenie tulei 11. Powstałe sygnały są transmitowane do zespołu sterującego 25, który steruje obrotem silnika 14. Zespół sterowania 25 można również użyć do sterowania obrotami silnika 10.

Na fig. 2 i 3 pokazano nieco powiększone w stosunku do fig. 1 widoki tarcz 20 i 21 oraz wspomniane powyżej otwory 29 i 30 w obrotowej tarczy 20 oraz otwory 33 i 34 i 36, 37 w pomocniczej tarczy 21.

Sposób działania opisanego powyżej urządzenia jest następujący. Zaczynając od pierwszego położenia widocznego na fig. 1, silnik 10 obraca się w sposób ciągły, tj. rama nośna wykonuje ciągły ruch obrotowy. Ruch ten pokazano na fig. 2 za pomocą strzałki 31.

Pierwsza część tego ruchu jest równocześnie wykonywana przez pomocniczą tarczę 21, przy czym silnik 14 jest sterowany w taki sposób przez zespół sterowania 25, że pomocnicza tarcza 21 przemieszcza się w przybliżeniu z tą samą prędkością co obrotowa tarcza 20 podczas pierwszej części tego ruchu. W wyniku tego otwory 29 i 30 ustawiają się w jednej linii z otworami 33, 34. Sterowanie można realizować za pomocą sygnałów generowanych przez czujniki 24 i 26. Po wykonaniu przez obrotową tarczę 20 obrotu o z góry zadany kąt, który, korzystnie spełnia równanie a=360-n, gdzie n jest liczbą kolumn 2, obrotowa tarcza 20 kontynuuje swój ruch obrotowy, ponieważ rama nośna 3 wykonuje ciągły ruch obrotowy. Natomiast pomocnicza tarcza 21 zatrzymuje się i szybko wraca w kierunku pokazanym strzałką 35 tak, żeby otwory 29 i 30 znalazły się naprzeciwko otworów 36 i 37 (fig. 3). Następnie pomocnicza tarcza 21 wykonuje ponownie powolny ruch obrotowy wraz z obrotową tarczą 20 do obrócenia się o opisany powyżej kąt, po czym ponownie następuje posuw podziałowy tego typu.

W razie potrzeby opisane powyżej otwory 29, 30, 33, 34 i 25 36, 37 mogą mieć kształt szczelinowy.

Rozumie się samo przez się, że w ten sposób ogranicza się do minimum przerwy w przepływie płynu, co optymalizuje czas reakcji. Ponadto urządzenie może mieć stosunkowo prostą konstrukcję bez konieczności stosowania dodatkowych elementów konstrukcyjnych.

Sugeruje się używanie czujników oraz wykorzystywanie ich do przemieszczania, odpowiednio, elementu pomocniczego i elementu obrotowego, ponieważ w urządzeniu przemysłowym ruch elementu obrotowego względem elementu pomocniczego jest trudny do sterowania. W ten sposób możliwe

PL 193 314 B1 jest realizowanie otwierania elementu pomocniczego i elementu obrotowego, które są przeciwne do siebie przy przybliżonych wymiarach.

W zalecanym przykładzie wykonania wynalazku element obrotowy wykonuje, mając na względzie jego dużą masę, ciągły ruch obrotowy. Można to zrealizować za pomocą silnika elektrycznego. Pomocnicza tarcza posiadająca możliwość posuwu podziałowego może przemieszczać się w kierunku podłużnym podczas przesuwu przez obrotową tarczę, ale istnieje również możliwość użycia w tym celu innego ruchu. Ruch powrotny elementu pomocniczego jest realizowany w zalecanym przykładzie wykonania wynalazku za pomocą silnika elektrycznego, który jest sterowany przez opisany powyżej sterownik. Na wyposażeniu urządzenia znajdują się czujniki zapewniające gwarancję, że po ruchu powrotnym kilka otworów w pomocniczej tarczy i obrotowej tarczy ustawi się dokładnie nad sobą. Istnieje możliwość określenia położenia podczas każdego ruchu powrotnego z uwzględnieniem czujników. Czujniki mogą generować szereg impulsów dla każdego obrotu silnika. Impulsy te są zliczane i sterują zarówno silnikami jak i prędkoś cią i położeniem. Stosowany tu termin czujnik może odnosić się do każdego urządzenia tego typu używanego w tej dziedzinie techniki.

Według wynalazku pomocnicza tarcza z otworami doprowadzającymi i odprowadzającymi płyn realizuje ruch w zakresie ograniczonego kąta. Z tego względu ta pomocnicza tarcza realizuje posuw podziałowy. Taka konstrukcja może być stosunkowo prosta i oszczędna przestrzennie.

Dalsze uproszczenie można uzyskać umieszczając pomocniczą tarczę w pobliżu dolnej strony kolumn. Ponieważ konstrukcja taka może być zrealizowana w sposób zwarty więc jest łatwo dostępna do czynności serwisowych. Jest to szczególnie ważne w przypadku stosowania wyższych urządzeń o wysokoś ci, na przykł ad 2-7,5 metra.

Pomocnicza tarcza może realizować wszystkie najważniejsze ruchy. To jest, pomocnicza tarcza postępuje za ruchem obrotowym tarczy w obrotowym zaworze na określonym kącie, a następnie cofa się o taki sam kąt w celu doprowadzenia do usytuowania pierwszych otworów w tarczach obrotowych podczas pierwszej części tego ruchu naprzeciwko pierwszych otworów pomocniczej tarczy i do realizacji, po posuwie podziałowym, ustawienia pierwszych otworów obrotowej tarczy naprzeciwko drugich otworów w pomocniczej tarczy.

Pomocnicza tarcza w zaworze obrotowym zostanie umieszczona w położeniu połączonym z otoczeniem, zwłaszcza dzięki giętkim wężom, w wyniku czego stanie się możliwy ograniczony obrót.

Sterowanie różnymi ruchami według wynalazku można znacznie uprościć w porównaniu z tym, co znane jest z obecnego stanu techniki. Występują znacznie łagodniejsze problemy synchronizacyjne. Dotychczas konieczne jest podejmowanie specjalnych środków w celu eliminacji problemów w przypadku braku transmisji sygnał u do ruchu powrotnego albo zbyt szybkiej transmisji tego sygnał u. W konstrukcji według wynalazku wystarczą proste środki do sterowania różnymi ruchami względem siebie.

W celu sterowania powyższymi cechami, zarówno na ramie jak i pomocniczej tarczy moż na umieścić czujniki. Naturalnie, można zastosować elementy blokujące albo inne konstrukcje w celu realizacji sprzężenia pomiędzy pomocniczą tarczą a ramą nośną albo obrotową tarczą. Nie jest to jednak konieczne dla większości zastosowań, ponieważ różne otwory można doprowadzić do tego, żeby leżały dokładnie naprzeciwko siebie sterując silnikami napędowymi pomocniczej tarczy lub obrotowej tarczy, albo też obu. Każdą niedokładność można eliminować nadając otworom częściowo postać szczelinową.

Opisany powyżej ograniczony kąt, o jaki przemieszcza się pomocnicza tarcza względem otoczenia, wynika z liczby kolumn. Kąt ten może być mniejszy dla większej liczby kolumn.

W zalecanym przykładzie wykonania wynalazku, pomiędzy pomocniczą tarczą a obrotową tarczą znajduje się teflonowy pierścień. Działa on jak pierścień łożyskowy. Teflon ma dobre właściwości zarówno pod względem zmniejszania tarcia jak i uszczelnienia. Stwierdzono jednak, że prędkość obiektu znajdującego się po drugiej stronie łożyska, to jest części ślizgającej się po teflonie, nie powinna być za duża, ponieważ w przeciwnym wypadku następuje niedopuszczalne uszkodzenie teflonowego pierścienia. Jeżeli wykorzystuje się prędkość napędzanego elektromagnesu, co jest znane ze stanu techniki, istnieje możliwość wystąpienia takiego uszkodzenia. Można tego uniknąć stosując, na przykład, silnik elektryczny o mniejszej prędkości obrotowej.

Istnieje również możliwość przekształcenia bez większych trudności istniejących instalacji tak, żeby zwiększyć ich osiągi techniczne.

Pomimo, że powyżej opisano wynalazek na zalecanym przykładzie wykonania, to każda osoba znająca tę dziedzinę zorientuje się, że istnieje możliwość wprowadzenia w nim wielu oczywistych moPL 193 314 B1 dyfikacji. Na przykład, istnieje możliwość zastosowania szeregu wariantów konstrukcyjnych elementu wahliwego lub zaworu 6. Wszystkie takie odmiany uważa się za mieszczące się w ramach tego wynalazku.

Claims (8)

1. Zastrzeżenia patentowe

   1. Urządzenie do obróbki płynów, składające się z szeregu kolumn, którymi płynie płyn, które to kolumny są usytuowane na wspólnej, obrotowej ramie nośnej i są zaopatrzone w elementy dolotowe i wylotowe, które są połączone z elementem obrotowym podążają cym w przybliżeniu za ruchem ramy nośnej, w której jest osadzony element pomocniczy podążający za ruchem obrotowym na ograniczonym odcinku kątowym a następnie cofający się z powrotem, gdzie w elemencie pomocniczym i elemencie obrotowym znajdują się współdziałające ze sobą otwory do doprowadzania i odprowadzania płynu, przy czym element pomocniczy jest wyposażony w złączki do stacjonarnych elementów doprowadzających i odprowadzających płyn, znamienne tym, że zawiera czujniki (24, 26) określające położenie elementu obrotowego (20) i/lub pomocniczego (21), które są połączone z zespołem sterującym (25), przy czym zespół sterujący (25) jest połączony funkcjonalnie z elementem pomocniczym (21) i/lub elementem obrotowym (20).
2. 2. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że dodatkowo zawiera zespół napędowy elementu pomocniczego (21), który stanowi silnik elektryczny (14) połączony funkcjonalnie z zespołem sterującym (25).
3. 3. Urządzenie według zastrz. 1, znamienne tym, że element obrotowy (20) zawiera zespół napędowy o działaniu ciągłym.
4. 4. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2, znamienne tym, że dodatkowo zawiera dopływ/odpływ (22, 23) płynu, który jest podłączony do elementu pomocniczego (21) za pomocą giętkiego węża.
5. 5. Urządzenie według zastrz. 1 albo 2 albo 3, znamienne tym, że zawiera czujniki (24, 26), połączone funkcjonalnie zarówno z elementem obrotowym (20) jak i elementem pomocniczym (21) oraz z zespoł em sterują cym (25), powi ą zanym funkcjonalnie z elementem pomocniczym (21) i/lub ram ą nośną (3).
6. 6. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że element obrotowy (20) jest połączony z ramą noś n ą (3).
7. 7. Urządzenie według zastrz. 5, znamienne tym, że element obrotowy (20) jest usytuowany pod kolumnami (2).
8. 8. Urządzenie według zastrz. 5 albo 6, albo 7, znamienne tym, że ograniczony kąt (α) jest wyznaczony z następującego równania: (a=360°/n) , gdzie (n) jest liczbą kolumn w ramie nośnej (3).