RU2348017C1

RU2348017C1 - Weight liquids proportioner

Info

Publication number: RU2348017C1
Application number: RU2007137279/28A
Authority: RU
Inventors: Леонид Петрович Гаранин (RU); Леонид Петрович Гаранин; Геннадий Васильевич Брехов (RU); Геннадий Васильевич Брехов; Владимир Алексеевич Назаркин (RU); Владимир Алексеевич Назаркин
Priority date: 2007-10-08
Filing date: 2007-10-08
Publication date: 2009-02-27

Abstract

FIELD: physics, measurements.

SUBSTANCE: invention relates to batching of liquids, mainly viscous and pastelike, including explosive, used in manufacture of mixed solid propellants. The invention aims at increasing the batching accuracy. For this, the weight liquids proportioner consists of the hopper with a cover, loading unit with the intake valve and unloading unit with the drain valve, and a weight measuring device. In compliance with the invention, the proportioner comprises a vertical shaft with inclined blades and an auger arranged in the bottom cylindrical part of the hopper, while the blades are fitted in the tapered part. The hopper cover accommodates a bearing assembly and the shaft electric drive. The bottom cylindrical part of the hopper represents a sleeve with lengthwise ledges on its inner surface. The spring-loaded drain valve is fixed in the sleeve bottom part, the sleeve end face making its seat. The proportioner loading and unloading units are furnished with labyrinth seals.

EFFECT: increase in accuracy of batching high-viscosity and pastelike liquids, formation and control of weight of each portion in letting it out of hopper.

1 dwg

Description

Изобретение относится к области дозирования жидкостей, преимущественно вязких и пастообразных, в том числе взрывоопасных, применяемых в производстве смесевых твердых ракетных топлив. Дозатор может применяться и в других отраслях химической промышленности, где требуется дозировка вязких жидкостей.The invention relates to the field of dispensing liquids, mainly viscous and pasty, including explosive, used in the production of mixed solid rocket fuels. The dispenser can also be used in other sectors of the chemical industry, where a dosage of viscous liquids is required.

Дозируемая жидкость - это смесь полимерного связующего с порошкообразным металлическим наполнителем, а в ряде случаев с порошкообразным взрывчатым веществом, например октогеном. Такая жидкость в зависимости от содержания компонентов имеет вязкость от 10 до 200 Па·с (от 100 до 2000 пуаз).A dosed liquid is a mixture of a polymer binder with a powdered metal filler, and in some cases with a powdered explosive, such as octogen. Such a liquid, depending on the content of the components, has a viscosity of 10 to 200 Pa · s (100 to 2000 poise).

Известны весовые дозаторы жидкости, например дозаторы Швейцарской фирмы "K-TRON SODER", фирмы "Брабендер-технология" (Германия), дозаторы весоизмерительной компании "ТЕНЗО-М" (Россия, Московская обл., пос. Красково), дозаторы ПО "Веда" (Украина, г. Киев). Все эти дозаторы предназначены для дозирования низковязких жидкостей, таких как вода, жидкий маргарин. Так, например, фирма "K-TRON SODER", указывая в рекламе, что дозатор предназначен для дозирования жидкостей и паст, в технических характеристиках дает диапазон вязкости от 0,002 до 2 Па·с (от 0,02 до 20 пуаз). Т.е. это также довольно низковязкие жидкости.Weighted liquid dispensers are known, for example, dispensers of the Swiss company "K-TRON SODER", the company "Brabender-technology" (Germany), dispensers of the weighing company "TENZO-M" (Russia, Moscow region, settlement Kraskovo), dispensers PO "Veda" "(Ukraine, Kiev). All of these dispensers are designed for dispensing low-viscosity liquids such as water, liquid margarine. For example, the company "K-TRON SODER", indicating in an advertisement that the dispenser is intended for dispensing liquids and pastes, in the technical characteristics gives a viscosity range from 0.002 to 2 Pa · s (from 0.02 to 20 poise). Those. they are also fairly low viscosity fluids.

Известен весовой дозатор для жидкостей по патенту №2282832 РФ 2005 г. Этот дозатор перерабатывает жидкости с вязкостью до 10 Па·с (100 пуаз). Главным недостатком этих весовых дозаторов является их неработоспособность на высоковязких и пастообразных жидкостях с вязкостью от 20 до 200 Па·с (от 200 до 2000 пуаз). При дозировании таких жидкостей доза, как правило, формируется и выдается из дозатора при некотором избыточном давлении. Подводящие и отводящие дозируемую жидкость трубопроводы (даже если они выполнены из эластичных материалов) при наличии в них жидкости под давлением становятся жесткими, что не позволяет обеспечивать точный весовой контроль массы выдаваемых доз.Known weight dispenser for liquids according to patent No. 2282832 of the Russian Federation 2005. This dispenser processes liquids with a viscosity of up to 10 Pa · s (100 poise). The main disadvantage of these weight batchers is their inoperability on highly viscous and pasty liquids with a viscosity of from 20 to 200 Pa · s (from 200 to 2000 poise). When dosing such liquids, the dose is usually formed and issued from the dispenser at some overpressure. The pipelines supplying and discharging the dosed liquid (even if they are made of elastic materials) become rigid when they have liquid under pressure, which does not allow for accurate weight control of the mass of the issued doses.

В качестве прототипа принят автоматический дозатор жидких добавок "Гамма 50-1" (Каталог весоизмерительной компании "ТЕНЗО-М"). Дозатор состоит из бункера, крышки, сливного клапана, силоизмерителя. На подводящей жидкость трубе установлен загрузочный клапан. Основные операции каждого цикла дозирования в дозаторе-прототипе следующие. При закрытом сливном клапане открывается загрузочный клапан. При достижении заданной массы дозы загрузочный клапан закрывается и отсекает поток жидкости, поступающей в бункер. Происходит успокоение измерительной системы, взвешивание массы дозы в бункере. Открывается сливной клапан и происходит выдача дозы из бункера. Производится контроль массы пустого бункера, дозатор готов к началу следующего цикла дозирования.As a prototype adopted automatic dispenser of liquid additives "Gamma 50-1" (Catalog of the weighing company "TENZO-M"). The dispenser consists of a hopper, a cover, a drain valve, a force meter. A loading valve is installed on the fluid supply pipe. The basic operations of each dosing cycle in the prototype dispenser are as follows. With the drain valve closed, the loading valve opens. When the set dose mass is reached, the loading valve closes and cuts off the liquid flow entering the hopper. Calming the measuring system, weighing the dose in the hopper. The drain valve opens and a dose is dispensed from the hopper. The mass of the empty hopper is controlled, the dispenser is ready for the start of the next dosing cycle.

Как уже указывалось выше, основным недостатком известных весовых дозаторов, в том числе и дозатора, принятого за прототип, является невозможность дозировать с их помощью высоковязких жидкостей. Это обусловлено тем, что их конструкция предусматривает выдачу дозы за счет сил гравитации самотеком. В некоторых случаях в таких дозаторах используют отдельно стоящий насос, соединенный с выходом сливного клапана эластичной трубкой. Выдача дозы в этом случае реализуется не только за счет гравитации, а еще и за счет создаваемого насосом разрежения. Однако максимальный перепад давления при этом не может быть более 1 кгс/см², что также не решает проблемы выдачи доз при дозировании высоковязких жидкостей.As already mentioned above, the main disadvantage of known weight dispensers, including the dispenser adopted for the prototype, is the inability to dose highly viscous liquids with their help. This is due to the fact that their design provides for the issuance of a dose due to gravity by gravity. In some cases, such dispensers use a freestanding pump connected to the outlet of the drain valve by an elastic tube. The dose in this case is realized not only due to gravity, but also due to the vacuum created by the pump. However, the maximum pressure drop in this case cannot be more than 1 kgf / cm ² , which also does not solve the problem of dispensing doses when dosing highly viscous liquids.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка высокоточного весового дозатора для вязких и пастообразных жидкостей.The technical problem to which the invention is directed is the development of a high-precision weight batcher for viscous and pasty liquids.

Технический результат достигается тем, что весовой дозатор жидкости, состоящий из бункера с крышкой, загрузочного узла с клапаном набора и разгрузочного узла со сливным клапаном, а также весоизмерительного устройства, снабжен вертикальным валом с наклонными лопастями и шнеком. Шнек расположен в нижней цилиндрической части бункера, а лопасти - в конической. На крышке бункера закреплены подшипниковый узел и электропривод вала. Нижняя цилиндрическая часть бункера выполнена в виде втулки с продольными выступами на внутренней поверхности. Сливной клапан подпружинен и закреплен в нижней части втулки, а седлом его является торец втулки. Загрузочный и разгрузочный узлы дозатора снабжены лабиринтными уплотнениями. Такая конструкция дозатора позволяет с высокой точностью дозировать высоковязкие и пастообразные жидкости с формированием и контролем массы каждой дозы в процессе ее выдачи из бункера.The technical result is achieved by the fact that the weighing liquid dispenser, consisting of a hopper with a lid, a loading unit with a set valve and an unloading unit with a drain valve, as well as a weighing device, is equipped with a vertical shaft with inclined blades and an auger. The screw is located in the lower cylindrical part of the hopper, and the blades are in a conical one. A bearing assembly and an electric shaft drive are fixed on the hopper cover. The lower cylindrical part of the hopper is made in the form of a sleeve with longitudinal protrusions on the inner surface. The drain valve is spring-loaded and fixed at the bottom of the sleeve, and its seat is the end face of the sleeve. The loading and unloading units of the dispenser are equipped with labyrinth seals. This design of the dispenser makes it possible to dose highly viscous and pasty liquids with high accuracy with the formation and control of the mass of each dose during its delivery from the hopper.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом.The invention is illustrated in the drawing.

На чертеже схематически изображен предлагаемый дозатор. 1 - бункер; 2 - вал; 3 - лопасть; 4 - шнек; 5 - пружина; 6 - сливной клапан; 7 - колпак; 8 - силоизмерительный датчик; 9 - крышка бункера; 10 - подшипниковый узел вала; 11 - противовес; 12 - весовое коромысло; 13 - электропривод; 14 - втулка; 15 - трубопровод подачи жидкости; 16 - обечайка; 17 - кольцо загрузочного люка бункера; 18 - муфта; 19 - кольцо загрузочного люка смесителя; 20 - клапан набора; 21 - тарелка сливного клапана; 22 - тяга; 23 - фланец.The drawing schematically shows the proposed dispenser. 1 - hopper; 2 - shaft; 3 - blade; 4 - auger; 5 - spring; 6 - drain valve; 7 - a cap; 8 - load sensor; 9 - hopper cover; 10 - bearing assembly of the shaft; 11 - counterweight; 12 - weight rocker; 13 - electric drive; 14 - sleeve; 15 - pipeline fluid supply; 16 - shell; 17 - ring loading door of the hopper; 18 - coupling; 19 - ring loading hatch of the mixer; 20 - set valve; 21 - a plate of the drain valve; 22 - thrust; 23 - flange.

Весовой дозатор жидкости состоит из бункера 1, вала 2 с лопастями 3 и шнеком 4, установленного в подшипниковом узле 10 и через муфту 18 соединенного с электроприводом 13. Бункер 1 закрыт сверху крышкой 9, на которой закреплен подшипниковый узел 10 и электропривод 13. Бункер 1 представляет из себя коническую емкость, в нижней части которой крепится втулка 14, имеющая на внутренней цилиндрической поверхности продольные выступы. Та часть вала 2, где закреплены лопасти 3, расположена в конической части бункера, а шнек 4 находится в полости втулки 14. Продольные выступы на внутренней поверхности втулки 14 позволяют создать требуемую напорность и производительность шнека 4 при выгрузке вязкой жидкости из бункера 1. Наличие в конструкции дозатора шнека 4 для принудительной выгрузки жидкости обеспечивает его работоспособность при дозировании высоковязких жидкостей и паст. Наклонные лопасти 3 на валу 2 в конусной части бункера 1 обеспечивают надежную подпитку шнека 4 и наиболее полную выгрузку жидкости из всего объема бункера.The weighing liquid dispenser consists of a hopper 1, a shaft 2 with blades 3 and a screw 4 installed in the bearing assembly 10 and through a coupling 18 connected to the electric drive 13. The hopper 1 is closed on top by a cover 9, on which the bearing assembly 10 and the electric drive 13 are fixed. Hopper 1 is a conical container, in the lower part of which a sleeve 14 is attached, having longitudinal protrusions on the inner cylindrical surface. The part of the shaft 2, where the blades 3 are fixed, is located in the conical part of the hopper, and the screw 4 is located in the cavity of the sleeve 14. The longitudinal protrusions on the inner surface of the sleeve 14 allow you to create the required pressure and capacity of the screw 4 when unloading a viscous fluid from the hopper 1. The presence of the design of the auger 4 dispenser for forced unloading of the liquid ensures its operability when dispensing highly viscous liquids and pastes. Inclined blades 3 on the shaft 2 in the conical part of the hopper 1 provide reliable feeding of the screw 4 and the most complete discharge of liquid from the entire volume of the hopper.

Нижний торец втулки 14 снабжен сливным клапаном 6, который с помощью пружин 5, опертых на фланец 23, через тяги 22 своей тарелкой 21 перекрывает выход жидкости из бункера 1.The lower end of the sleeve 14 is equipped with a drain valve 6, which, with the help of springs 5, supported on the flange 23, through the rods 22 with its plate 21 closes the fluid outlet from the hopper 1.

Бункер вместе с электроприводом установлен на весоизмерительной системе, состоящей из силоизмерительных тензометрических датчиков 8 и коромысла 12 с противовесом 11. Опорные шарниры коромысла 12 и силоизмерительные датчики 8 установлены на независимом основании, выполненном в виде рамы дозатора. Противовесом 11 через коромысло 12 уравновешивается 90…95% тарной массы конструкции дозатора, силоизмерительные датчиками 8 воспринимаются остальные 5…10% тарной массы и вся масса загружаемой в бункер 1 дозируемой жидкости. Это позволяет применить силоизмерительные датчики с меньшей номинальной нагрузкой и соответственно с меньшей абсолютной погрешностью измерения.The hopper together with the electric drive is mounted on a weighing system consisting of load-measuring strain gauges 8 and a rocker arm 12 with a counterweight 11. Support hinges of the rocker arm 12 and force-measuring gauges 8 are installed on an independent base, made in the form of a metering frame. The counterweight 11 through the beam 12 is balanced 90 ... 95% of the tare mass of the design of the dispenser, load sensors 8 are perceived by the remaining 5 ... 10% of the tare weight and the entire mass of the dosed liquid loaded into the hopper 1. This allows the use of load cells with a lower nominal load and, accordingly, with a lower absolute measurement error.

Узлы загрузки жидкости в дозатор и разгрузки ее в последующий аппарат, например в смеситель, выполнены в виде лабиринтных уплотнений, что обеспечивает высокую чувствительность весоизмерительной системы и, соответственно, точность измерения массы при дозировании. При этом обеспечивается недоступность несанкционированного попадания посторонних предметов в бункер дозатора и в последующие аппараты, что необходимо для выполнения требований по безопасности процесса. Лабиринт в загрузочном узле образуется обечайкой 16 и кольцом 17 загрузочного люка бункера 1. Лабиринт разгрузочного узла образован колпаком 7 и кольцом 19 люка смесителя. На трубопроводе 15 установлен клапан 20 для управления набором жидкости в бункер 1.The nodes of loading the liquid into the dispenser and unloading it into the subsequent apparatus, for example, into the mixer, are made in the form of labyrinth seals, which ensures high sensitivity of the weighing system and, accordingly, the accuracy of mass measurement during dosing. This ensures the unavailability of unauthorized entry of foreign objects into the hopper of the dispenser and in subsequent devices, which is necessary to fulfill the requirements for process safety. The labyrinth in the loading unit is formed by the shell 16 and the ring 17 of the loading door of the hopper 1. The labyrinth of the discharge unit is formed by the cap 7 and the ring 19 of the mixer hatch. A valve 20 is installed on the pipe 15 to control the collection of fluid in the hopper 1.

Таким образом, электропривод 13 является единственным исполнительным механизмом, который конструктивно связан с весовой системой дозатора. Подвод питания к электроприводу 13 выполнен с помощью гибкого провода, что снижает влияние этой связи на чувствительность весовой системы.Thus, the electric drive 13 is the only actuator that is structurally associated with the weighing system of the dispenser. The power supply to the electric drive 13 is made using a flexible wire, which reduces the effect of this connection on the sensitivity of the weighing system.

Дозатор работает следующим образом.The dispenser works as follows.

По сигналу от системы управления начинается цикл работы дозатора. При этом открывается клапан 20, затем из расходной емкости насосом в бункер 1 подается дозируемая жидкость. Заполнение бункера контролируется по массе. Количество жидкости при заполнении бункера должно превышать массу дозы, чтобы при выдаче дозы заданной массы в бункере остался гарантированный остаток в пределах 0,2...0,5 массы дозы. По достижении в бункере заданного количества жидкости клапан 20 закрывается, прекращая подачу жидкости в бункер. После этого происходит успокоение весовой системы, точное взвешивание массы набранной в бункер жидкости. Затем включается электропривод 13 и через муфту 18 приводит во вращение вал 2 с лопастями 3 и шнеком 4. Шнек 4 нагнетает жидкость, создавая давление на клапан 6. Преодолевая усилие пружин 5, клапан 6 отходит от торца втулки 14, открывая выход жидкости из бункера 1. Выдача жидкости непрерывно контролируется датчиками 8 и таким образом происходит формирование дозы жидкости. По достижении заданной массы выданной дозы, производится кратковременное переключение электропривода на обратное вращение, давление на клапан 6 сбрасывается, жидкость в створе клапана обратным вращением шнека втягивается в конусную часть бункера 1, обеспечивая надежное закрытие клапана 6. Обратное вращение шнека продолжается в течение нескольких секунд, после чего электропривод 13 отключается. Происходит успокоение весовой системы, взвешивание остатка жидкости в бункере и точное определение массы выданной дозы. По сигналу системы управления производится запуск дозатора на выполнение очередного цикла.The signal from the control system starts the dispenser operation cycle. At the same time, valve 20 opens, then a dosed liquid is supplied from the supply tank to the hopper 1 by a pump. Hopper filling is weight controlled. The amount of liquid when filling the hopper must exceed the mass of the dose, so that when a dose of the given mass is dispensed, the guaranteed remainder in the hopper remains within 0.2 ... 0.5 of the mass of the dose. Upon reaching the specified amount of fluid in the hopper, the valve 20 closes, stopping the flow of fluid into the hopper. After this, the weighing system is calmed down, and the mass of the liquid collected in the hopper is accurately weighed. Then, the actuator 13 is turned on and, through the coupling 18, rotates the shaft 2 with the blades 3 and the screw 4. The screw 4 pumps the fluid, creating pressure on the valve 6. Overcoming the force of the springs 5, the valve 6 moves away from the end of the sleeve 14, opening the fluid outlet from the hopper 1 The delivery of fluid is continuously monitored by sensors 8 and thus the formation of a dose of fluid. Upon reaching the set mass of the given dose, the electric actuator is briefly switched to reverse rotation, the pressure on valve 6 is released, the liquid in the valve alignment is drawn into the conical part of the hopper 1 by reverse rotation of the screw, ensuring reliable closing of valve 6. The reverse rotation of the screw continues for several seconds, after which the electric drive 13 is turned off. Calming the weighing system, weighing the remainder of the liquid in the hopper, and accurately determining the mass of the dose given occurs. At the signal of the control system, the dispenser is launched to perform the next cycle.

Процесс набора и выдачи дозы контролируется дистанционно по вторичному прибору на пульте оператора.The process of recruiting and dispensing a dose is controlled remotely by a secondary device on the operator’s console.

Таким образом, наличие в бункере дозатора вала, приводимого во вращение электроприводом и имеющего лопасти и шнек, позволяет осуществлять принудительную выгрузку вязких и пастообразных жидкостей из бункера при выдаче дозы. Это обеспечивает возможность дозирования вязких и пастообразных жидкостей весовым способом. При этом высокая точность дозирования обеспечивается тем, что в дозаторе применен всего один, конструктивно связанный с весовой системой дозатора, исполнительный механизм-электропривод. Подвод питания к электроприводу выполнен гибким проводом, что обеспечивает малое влияние этой связи на чувствительность весовой системы и, соответственно, высокую точность дозирования. Кроме того, на достижение высокой точности дозирования направлено обеспечение загрузочного и разгрузочного узлов лабиринтными уплотнениями.Thus, the presence of a shaft in the hopper of the metering unit, driven by an electric drive and having blades and auger, allows for the unloading of viscous and pasty liquids from the hopper when the dose is issued. This makes it possible to dispense viscous and pasty liquids in a weighted manner. At the same time, high dosing accuracy is ensured by the fact that the dispenser uses only one, structurally connected with the weighing system of the dispenser, an actuator-electric drive. The power supply to the electric drive is made with a flexible wire, which provides a small effect of this connection on the sensitivity of the weighing system and, accordingly, high metering accuracy. In addition, the achievement of high metering accuracy is aimed at providing loading and unloading units with labyrinth seals.

Работоспособность основных узлов предлагаемого дозатора подтверждена в лабораторных условиях ФГУП "НИИПМ".The performance of the main nodes of the proposed dispenser is confirmed in laboratory conditions of FSUE "NIIPM".

Claims

A liquid weighing batcher consisting of a hopper with a lid, a loading unit with a set valve, an unloading unit with a drain valve, a weight measuring device, characterized in that a vertical shaft with inclined blades and an auger is installed in the hopper, a bearing assembly and a shaft electric drive are fixed on the hopper cover, the lower part of the hopper is made in the form of a sleeve with longitudinal protrusions on the inner surface, the drain valve is fixed in the lower part of the sleeve and spring-loaded, and its saddle is the end face of the sleeve, the drain spring to Apaana rest on a flange fixed on the outer side of the sleeve, and interact with a plate discharge valve through rods with adjustable force to bias the valve sleeve end, and the loading and unloading units are provided with labyrinth seals.