RU67195U1

RU67195U1 - MEMBRANE HYDRAULIC DRIVE DOSING PUMP

Info

Publication number: RU67195U1
Application number: RU2006145423/22U
Authority: RU
Inventors: Валерий Иванович Грянин; Владимир Александрович Подрезов
Original assignee: ЗАО "Талнах"
Priority date: 2006-12-21
Filing date: 2006-12-21
Publication date: 2007-10-10

Abstract

Предлагается полезная модель (мембранный гидроприводной дозировочный насос), которая относится к области машиностроения и предназначена для дозированной подачи нейтральных, агрессивных, токсичных, взрывопожароопасных и других текучих сред в различных отраслях промышленности. Прототипом предлагаемой полезной модели является насос дозировочный мембранный гидроприводной, содержащий приводной механизм, корпус с перфорированной стенкой, отделяющей камеру вытеснителя от приводной камеры, мембранный разделитель, установленный в корпусе с образованием насосной и приводной камер, емкость для запаса приводной жидкости с установленными в ней предохранительным клапаном и фильтром, дифференциальный подпиточный клапан с полостью, образованной между запорным и золотниковым элементами последнего, соединенной каналом через обратный клапан с емкостью для запаса приводной жидкости. (RU 2171398 C1, F04B 43/067, 27 июля 2001 года). Конструкция ближайшего прототипа имеет технические противоречия и поэтому невысокую надежность работы. Для нормальной работы насоса не должно быть протечки приводной жидкости во время хода всасывания из емкости для запаса приводной жидкости через золотниковое уплотнение в приводную камеру. В противном случае произойдет переполнение приводной камеры и разрыв мембранного разделителя. Для обеспечения указанного требования золотник должен иметь минимальный зазор между своей поверхностью и стенкой отверстия в корпусе подпиточного клапана. При уменьшении указанного зазора увеличивается сопротивление трения золотника в корпусе и для обеспечения нормальной работы подпиточного клапана требуется увеличить усилие пружины, обеспечивающей закрытие клапана. С одной стороны, увеличение усилия пружины, обеспечивающего закрытие подпиточного клапана, приводит к увеличению перепада давления на мембране в конце хода всасывания и к уменьшению всасывающей способности насоса, что в значительной степени ухудшает надежность его работы. Увеличение перепада давления на мембране также ухудшает эксплуатационную надежность устройства, так как увеличивается износ мембраны за счет увеличенного давления ее на перфорированную стенку в конце хода всасывания. С другой стороны, уменьшение усилия пружины подпиточного клапана может привести к повреждению мембраны. При движении приводной жидкости через перфорированную стенку во время хода всасывания возникает перепад давления между приводной камерой и камерой вытеснителя, действующий на открытие подпиточного клапана, зависящий от скорости движения приводной жидкости через отверстия перфорированной стенки, а при заданной подаче насоса, зависящий от гидравлического сопротивления всех отверстий перфорированной стенки, а, следовательно, от суммарной площади сечения отверстий. При малом усилии пружины подпиточного клапана может произойти ложное срабатывание подпиточного клапана, который откроется до соприкосновения мембраны с перфорированной стенкой, а в дальнейшем приводная камера переполняется приводной жидкостью и происходит разрыв мембраны. Целью предлагаемой полезной модели является устранение технического противоречия, имеющегося в конструкции прототипа, а, следовательно, повышение надежности работы насоса. Указанная цель достигается тем, что в предлагаемой полезной модели, являющейся прототипом указанного выше насоса, введены конструктивные отличия, а именно: суммарная площадь сечения всех отверстий перфорированной стенки превышает площадь сечения отверстия седла всасывающего клапана насоса не менее, чем на пятьдесят процентов, при этом пружина подпиточного клапана, действующая на закрытие запорного элемента его выполнена с усилием, определяемым по формуле:A utility model (hydraulic diaphragm metering pump) is proposed, which belongs to the field of mechanical engineering and is designed for the dosed supply of neutral, aggressive, toxic, explosive and fire hazardous and other fluids in various industries. The prototype of the proposed utility model is a hydraulic metering diaphragm pump containing a drive mechanism, a housing with a perforated wall separating the displacer chamber from the drive chamber, a membrane separator installed in the housing with the formation of the pump and drive chambers, a reservoir for supplying the drive fluid with a safety valve installed in it and a filter, a differential make-up valve with a cavity formed between the shutoff and spool elements of the last connected channel m through a non-return valve with a reservoir for a supply of drive fluid. (RU 2171398 C1, F04B 43/067, July 27, 2001). The design of the closest prototype has technical contradictions and therefore low reliability. For normal operation of the pump, there should be no leakage of the drive fluid during the suction stroke from the reservoir for holding the drive fluid through the spool seal into the drive chamber. Otherwise, the drive chamber will overfill and the membrane separator will break. To ensure this requirement, the spool must have a minimum clearance between its surface and the wall of the hole in the make-up valve body. By decreasing the specified gap, the friction resistance of the spool in the housing increases, and to ensure the normal operation of the make-up valve, it is necessary to increase the force of the spring, which ensures the closing of the valve. On the one hand, an increase in the force of the spring, which ensures closing of the make-up valve, leads to an increase in the pressure drop across the membrane at the end of the suction stroke and to a decrease in the suction capacity of the pump, which significantly worsens its reliability. An increase in the pressure drop across the membrane also affects the operational reliability of the device, as the wear of the membrane increases due to its increased pressure on the perforated wall at the end of the suction stroke. On the other hand, decreasing the spring force of the make-up valve can damage the diaphragm. When the drive fluid moves through the perforated wall during the suction stroke, a pressure differential occurs between the drive chamber and the displacer chamber, which acts on the opening of the make-up valve, depending on the speed of the drive fluid through the holes of the perforated wall, and for a given pump flow, depending on the hydraulic resistance of all holes perforated wall, and, therefore, from the total cross-sectional area of the holes. With a small spring force of the make-up valve, the make-up valve may malfunction, which will open until the membrane contacts the perforated wall, and then the drive chamber will be filled with the drive fluid and the membrane will rupture. The purpose of the proposed utility model is to eliminate the technical contradiction that exists in the design of the prototype, and, consequently, increase the reliability of the pump. This goal is achieved by the fact that in the proposed utility model, which is the prototype of the above pump, design differences are introduced, namely: the total cross-sectional area of all holes of the perforated wall exceeds the cross-sectional area of the hole of the seat of the pump suction valve by at least fifty percent, while the spring make-up valve, acting to close the shut-off element it is made with an effort determined by the formula:

Р=(0,3...0,52)S, где:P = (0.3 ... 0.52) S, where:

Р - усилие пружины в КГс; (0,3...0,52) - коэффициент в КГс/см²;P - spring force in KGs; (0.3 ... 0.52) - coefficient in kgf / cm ² ;

S - площадь сечения золотника в см².S is the cross-sectional area of the spool in cm ² .

Description

Полезная модель относится к области машиностроения и предназначена для использования в различных отраслях промышленности для дозированной подачи нейтральных, агрессивных, токсичных, взрывопожароопасных и других текучих сред.The utility model relates to the field of engineering and is intended for use in various industries for the dosed supply of neutral, aggressive, toxic, explosive and fire hazardous and other fluids.

Прототипом предлагаемой полезной модели является насос дозировочный мембранный гидроприводной, содержащий приводной механизм, корпус с перфорированной стенкой, отделяющей камеру вытеснителя от приводной камеры, мембранный разделитель, установленный в корпусе с образованием насосной и приводной камер, емкость для запаса приводной жидкости с установленными в ней предохранительным клапаном и фильтром, дифференциальный подпиточный клапан с полостью, образованной между запорным и золотниковым элементами последнего, соединенной каналом через обратный клапан с емкостью для запаса приводной жидкости. (RU 2171398 C1, F04B 43/067, 27 июля 2001 года).The prototype of the proposed utility model is a hydraulic metering diaphragm pump containing a drive mechanism, a housing with a perforated wall separating the displacer chamber from the drive chamber, a membrane separator installed in the housing with the formation of the pump and drive chambers, a reservoir for supplying the drive fluid with a safety valve installed in it and a filter, a differential make-up valve with a cavity formed between the shutoff and spool elements of the last connected channel m through a non-return valve with a reservoir for a supply of drive fluid. (RU 2171398 C1, F04B 43/067, July 27, 2001).

Для компенсации потерь приводной жидкости в нем использован дифференциальный подпружиненный клапан, в корпусе которого находится запорный элемент, связанный штоком с цилиндрическим золотником.To compensate for the losses of the drive fluid, it uses a differential spring-loaded valve, in the housing of which there is a locking element connected by a rod to a cylindrical spool.

Конструкция прототипа имеет технические противоречия и поэтому невысокую надежность работы.The design of the prototype has technical contradictions and therefore low reliability.

Для нормальной работы насоса не должно быть протечки приводной жидкости во время хода всасывания из емкости для запаса приводной жидкости через золотниковое уплотнение в приводную камеру. В противном случае произойдет переполнение приводной камеры и разрыв мембранного разделителя (далее - мембраны).For normal operation of the pump, there should be no leakage of the drive fluid during the suction stroke from the reservoir for holding the drive fluid through the spool seal into the drive chamber. Otherwise, the drive chamber will overflow and the membrane separator (hereinafter referred to as the membrane) will rupture.

Для обеспечения указанного требования золотник должен иметь минимальный зазор между своей поверхностью и стенкой отверстия в корпусе подпиточного клапана. При уменьшении указанного зазора увеличивается сопротивление трения золотника в корпусе и для обеспечения To ensure this requirement, the spool must have a minimum clearance between its surface and the wall of the hole in the make-up valve body. By reducing the specified gap increases the friction resistance of the spool in the housing and to ensure

нормальной работы подпиточного клапана требуется увеличить усилие пружины, обеспечивающей закрытие клапана.For normal operation of the make-up valve, it is necessary to increase the force of the spring, which ensures the closing of the valve.

С одной стороны, увеличение усилия пружины, обеспечивающего закрытие подпиточного клапана, приводит к увеличению перепада давления на мембране в конце хода всасывания и к уменьшению всасывающей способности насоса, что в значительной степени ухудшает надежность его работы. Увеличение перепада давления на мембране также ухудшает эксплуатационную надежность устройства, так как увеличивается износ мембраны за счет увеличенного давления ее на перфорированную стенку в конце хода всасывания.On the one hand, an increase in the force of the spring, which ensures closing of the make-up valve, leads to an increase in the pressure drop across the membrane at the end of the suction stroke and to a decrease in the suction capacity of the pump, which significantly worsens its reliability. An increase in the pressure drop across the membrane also affects the operational reliability of the device, since the wear of the membrane increases due to its increased pressure on the perforated wall at the end of the suction stroke.

С другой стороны, уменьшение усилия пружины подпиточного клапана может привести к повреждению мембраны. При движении приводной жидкости через перфорированную стенку во время хода всасывания возникает перепад давления между приводной камерой и камерой вытеснителя, действующий на открытие подпиточного клапана, зависящий от скорости движения приводной жидкости через отверстия перфорированной стенки, а при заданной подаче насоса, зависящий от гидравлического сопротивления всех отверстий перфорированной стенки, а, следовательно, от суммарной площади сечения отверстий. При малом усилии пружины подпиточного клапана может произойти ложное срабатывание подпиточного клапана, который откроется до соприкосновения мембраны с перфорированной стенкой, а в дальнейшем приводная камера переполняется приводной жидкостью и происходит разрыв мембраны.On the other hand, a decrease in the spring force of the make-up valve can damage the membrane. When the drive fluid moves through the perforated wall during the suction stroke, a pressure differential occurs between the drive chamber and the displacer chamber, which acts on the opening of the make-up valve, depending on the speed of the drive fluid through the holes of the perforated wall, and for a given pump flow, depending on the hydraulic resistance of all holes perforated wall, and, therefore, from the total cross-sectional area of the holes. With a small spring force of the make-up valve, the make-up valve may malfunction, which will open until the membrane contacts the perforated wall, and then the drive chamber will be filled with the drive fluid and the membrane will rupture.

Целью предлагаемой полезной модели является устранение технического противоречия, имеющегося в конструкции прототипа, а, следовательно, повышение надежности работы насоса.The purpose of the proposed utility model is to eliminate the technical contradiction that exists in the design of the prototype, and, consequently, increase the reliability of the pump.

В результате теоретических расчетов и всесторонних испытаний насоса на проливочном стенде эта задача решается тем, что в предлагаемой полезной модели мембранный гидроприводной дозировочный насос содержит приводной механизм, корпус с перфорированной стенкой, отделяющей камеру вытеснителя от приводной камеры, мембранный As a result of theoretical calculations and comprehensive tests of the pump at the pouring stand, this problem is solved by the fact that in the proposed utility model, the membrane hydraulic metering pump contains a drive mechanism, a housing with a perforated wall separating the displacer chamber from the drive chamber, and a membrane

разделитель, установленный в корпусе с образованием насосной и приводной камер, емкость для запаса приводной жидкости с установленными в ней фильтром и предохранительным клапаном в сборе с воздухоотделителем, дифференциальный подпружиненный подпиточный клапан (далее - подпиточный клапан), с полостью, образованной между запорным и золотниковым элементами последнего, соединенной каналом через обратный клапан с емкостью для запаса приводной жидкости, а суммарная площадь сечения всех отверстий перфорированной стенки превышает площадь сечения отверстия седла всасывающего клапана насоса не менее, чем на пятьдесят процентов, при этом пружина подпиточного клапана, действующая на закрытие запорного элемента его выполнена с усилием, определяемым по формуле:a separator installed in the housing with the formation of the pump and drive chambers, a reservoir for the supply of drive fluid with a filter and a safety valve assembled in it with an air separator, a differential spring-loaded make-up valve (hereinafter - make-up valve), with a cavity formed between the shut-off and spool elements the latter, connected by a channel through a non-return valve with a container for the supply of drive fluid, and the total cross-sectional area of all holes of the perforated wall exceeds the area of cheniya suction pump the valve seat hole is not less than fifty percent, the replenishing valve spring acting to close the closure element it is provided with a force determined by the formula:

Р=(0,3...0,52)S, где:P = (0.3 ... 0.52) S, where:

На фиг.1 изображен насос в положении, соответствующем концу хода нагнетания, пунктиром показано положение мембраны и вытеснителя в конце хода всасывания.Figure 1 shows the pump in the position corresponding to the end of the discharge stroke, the dotted line shows the position of the diaphragm and displacer at the end of the suction stroke.

Насос содержит приводной двигатель с приводным механизмом (на фиг.1 не показаны), обеспечивающий возвратно-поступательное перемещение вытеснителя 4, мембраны 10, установленной в корпусе 5 с образованием насосной 11 и приводной 12 камер. Насосная камера 11 содержит всасывающий клапан 18 и нагнетательный клапан 9. Приводная камера 12 отделена от камеры 13 вытеснителя 4 перфорированной стенкой 14, которая сопряжена с профильной поверхностью 16, утопленной относительно перфорированной стенки 14 в сторону камеры 13 вытеснителя 4 с образованием в конце хода всасывания с поверхностью мембраны 10 кольцеобразной камеры 17. Насос содержит также подпиточный клапан 24, в корпусе которого с образованием золотниковой 22, подпиточной 3 и отсечной 15 камер на одном конце штока 21 закреплен запорный элемент 19, поджатый пружиной 23 к торцу подпиточного клапана, а другой конец The pump contains a drive motor with a drive mechanism (not shown in FIG. 1), providing reciprocating movement of the displacer 4, the membrane 10, mounted in the housing 5 with the formation of the pump 11 and the drive 12 chambers. The pump chamber 11 contains a suction valve 18 and a discharge valve 9. The drive chamber 12 is separated from the chamber 13 of the displacer 4 by a perforated wall 14, which is associated with a profile surface 16, recessed relative to the perforated wall 14 towards the chamber 13 of the displacer 4 with the formation at the end of the suction stroke with the surface of the membrane 10 of the annular chamber 17. The pump also contains a make-up valve 24, in the housing of which, with the formation of the slide valve 22, make-up 3 and shut-off 15 chambers, a shut-off ement 19, preloaded by a spring 23 to the end of the make-up valve and the other end

выполнен в виде золотника 20, причем площадь сечения золотника 20 равна площади сечения проходного отверстия запорного элемента 19. Пружина 23 выполнена с усилием, определяемым по формуле:made in the form of a spool 20, and the cross-sectional area of the spool 20 is equal to the cross-sectional area of the through hole of the locking element 19. The spring 23 is made with a force determined by the formula:

Р=(0,3...0,52)S, где:P = (0.3 ... 0.52) S, where:

Золотниковая камера 22 соединена с кольцеобразной камерой 17 приводной камеры 12, отсечная камера 15 - с камерой 13 вытеснителя 4, подпиточная камера 3 гидравлически связана с емкостью 8 для запаса приводной жидкости, находящейся под атмосферным давлением. В канале 1, связывающем подпиточную камеру 3 с емкостью 8, установлен обратный клапан 2. В емкости 8 установлен предохранительный клапан 7 в сборе с воздухоотделителем и фильтр 6. Перфорированная стенка 14 имеет отверстия (на фиг.1 отверстия цифрой не обозначены), через которые гидравлически связана приводная камера 12 и камера 13 вытеснителя 4. Суммарная площадь сечения всех отверстий перфорированной стенки 14 превышает площадь сечения отверстия седла 25 всасывающего клапана 18 насоса не менее, чем на пятьдесят процентов. В качестве базового размера для определения суммарной площади сечения всех отверстий перфорированной стенки 14 принято сечение отверстия седла 25 всасывающего клапана 18 насоса, так как оно является расчетной величиной, зависящей от подачи насоса, а сечение отверстия седла нагнетательного клапана 9 в некоторых случаях имеет меньший размер.The spool chamber 22 is connected to the annular chamber 17 of the drive chamber 12, the shut-off chamber 15 is connected to the chamber 13 of the displacer 4, the make-up chamber 3 is hydraulically connected to the reservoir 8 for supplying the drive fluid under atmospheric pressure. A non-return valve 2 is installed in the channel 1 connecting the make-up chamber 3 with the capacity of 8. A safety valve 7 is assembled in the capacity of the assembly 8 with an air separator and a filter 6. The perforated wall 14 has holes (holes are not indicated by numbers in Fig. 1) through which hydraulically connected drive chamber 12 and chamber 13 of the displacer 4. The total cross-sectional area of all holes of the perforated wall 14 exceeds the cross-sectional area of the hole of the seat 25 of the pump suction valve 18 by at least fifty percent. As the base size for determining the total cross-sectional area of all the holes of the perforated wall 14, the section of the hole of the seat 25 of the suction valve 18 of the pump is taken, since it is a calculated value depending on the pump supply, and the section of the hole of the seat of the pressure valve 9 is smaller in some cases.

Насос работает следующим образом.The pump operates as follows.

При возвратно-поступательном движении вытеснителя 4 аналогичные движения совершает мембрана 10, в результате чего происходит периодическое изменение объемов приводной 12 и насосной 11 камер, всасывание в камеру 11 перекачиваемой среды через всасывающий клапан 18 и вытеснение через нагнетательный клапан 9 в нагнетательную магистраль.When the displacer 4 is reciprocating, the membrane 10 makes similar movements, as a result of which the volumes of the drive 12 and pump 11 chambers are periodically changed, the pumped medium is sucked into the chamber 11 through the suction valve 18 and displaced through the discharge valve 9 into the discharge line.

При работе насоса происходит потеря приводной жидкости в автоматическом воздухоотделителе, в уплотнениях вытеснителя 4, а также при срабатывании предохранительного клапана 7. Поэтому мембрана 10 при приближении вытеснителя 4 к положению, соответствующему концу хода всасывания, ложится на перфорированную стенку 14, перекрывая в ней отверстия, соединяющие камеры 12 и 13.When the pump is operating, the drive fluid is lost in the automatic air separator, in the displacer seals 4, and also when the safety valve 7 is activated. Therefore, the membrane 10, when the displacer 4 approaches the position corresponding to the end of the suction stroke, lies on the perforated wall 14, blocking the openings in it, connecting chambers 12 and 13.

От приводной камеры 12 в этот момент мембрана 10 отделяет кольцеобразную камеру 17 и камеру 13 вытеснителя 4. При дальнейшем движении вытеснителя 4 влево в камере 13 разрежение увеличивается по сравнению с разрежением в кольцеобразной камере 17. На запорном элементе 19 и золотнике 20, связанных штоком 21, возникает перепад давления. В результате этого запорный элемент 19 открывается, и из емкости 8 приводная жидкость за счет разрежения через обратный клапан 2 и подпиточную камеру 3 поступает в камеру 13 вытеснителя 4. Таким образом, осуществляется компенсация потерь приводной жидкости.At this point, the membrane 10 separates the annular chamber 17 and the displacer chamber 13 from the drive chamber 12. With a further movement of the displacer 4 to the left in the chamber 13, the vacuum increases compared to the vacuum in the annular chamber 17. On the locking element 19 and the spool 20 connected by a rod 21 , a pressure drop occurs. As a result of this, the locking element 19 is opened, and the drive fluid from the container 8 due to rarefaction through the check valve 2 and the make-up chamber 3 enters the chamber 13 of the displacer 4. Thus, the loss of the drive fluid is compensated.

При ходе нагнетания обратный клапан 2 перекрывает линию подпитки за счет разницы давлений в камере 13 вытеснителя 4 и сообщенной с атмосферой емкостью 8, запорный элемент 19 закрывается пружиной 23. В конце хода всасывания мембрана 10 отсекает определенный объем приводной жидкости в камере 17, что исключает дальнейший прогиб ее к профильной поверхности корпуса 5.During the discharge process, the check valve 2 closes the make-up line due to the pressure difference in the chamber 13 of the displacer 4 and the capacity 8 connected to the atmosphere, the shut-off element 19 is closed by a spring 23. At the end of the suction stroke, the membrane 10 cuts off a certain amount of drive fluid in the chamber 17, which eliminates further its deflection to the profile surface of the housing 5.

При ходе нагнетания срабатывает обратный клапан 2, предотвращая возможные протечки приводной жидкости через подпиточный клапан по трубке 1 в емкость 8.During the discharge process, the check valve 2 is activated, preventing possible leakage of the drive fluid through the make-up valve through the pipe 1 to the tank 8.

На ходе всасывания за счет увеличения сопротивления во всасывающем тракте возможно возникновение повышенного разрежения в приводной камере 12, но запорный элемент 19 подпиточного клапана 24 не открывается самопроизвольно, так как в камерах 12 и 13 разрежения (или давления на ходе нагнетания) равны между собой. Подпиточный клапан 24 открывается только в конце хода всасывания при упоре мембраны 10 в перфорированную стенку 14, что предотвращает переподпитку приводной During suction due to an increase in resistance in the suction path, an increased rarefaction may occur in the drive chamber 12, but the shut-off element 19 of the make-up valve 24 does not spontaneously open, since the pressure chambers 12 and 13 are equal to each other. Make-up valve 24 opens only at the end of the suction stroke with the diaphragm 10 resting against the perforated wall 14, which prevents over-feeding of the actuator

камеры 12 приводной жидкостью при повышенном разрежении во всасывающем тракте, а, следовательно, мембрана 10 защищена от разрушения даже при полном перекрытии всасывающего тракта.the chamber 12 with a driving fluid at an increased vacuum in the suction path, and therefore, the membrane 10 is protected from destruction even when the suction path is completely blocked.

В аварийных случаях, при превышении давления в напорной магистрали сверх допустимого, срабатывает предохранительный клапан 7, перепуская приводную жидкость из камеры 12 в емкость 8.In emergency cases, when the pressure in the pressure line exceeds the permissible limit, the safety valve 7 activates, bypassing the drive fluid from the chamber 12 into the tank 8.

Проведенные испытания опытных образцов мембранных насосов на проливочном стенде подтвердили правильность предложенного технического решения.The tests of prototype diaphragm pumps on the pouring stand confirmed the correctness of the proposed technical solution.

Claims

Hydraulic diaphragm metering pump containing a drive mechanism, a drive motor, a housing with a perforated wall separating the displacer chamber from the drive chamber, a membrane separator installed in the housing to form the pump and drive chambers, a reservoir for supplying the drive fluid with a filter and a safety valve installed in it complete with air separator, differential spring-loaded make-up valve with a cavity formed between the shut-off and spool elements of the latter and a single channel through a non-return valve with a reservoir for supplying drive fluid, characterized in that the total cross-sectional area of all holes of the perforated wall exceeds the cross-sectional area of the hole of the seat of the pump suction valve by at least 50%, while the spring of the make-up valve acting to close the shut-off element it is made with an effort determined by the formula

P = (0.3 ... 0.52) S,

where P is the spring force, kgf;

(0.3 ... 0.52) - coefficient, kgf / cm ² ;

S is the cross-sectional area of the spool, cm ² .