Результат интеллектуальной деятельности: НАСОС-ДОЗАТОР

Изобретение относится к технике дозирования жидких сред дозировочными устройствами, преимущественно, плунжерного или мембранного типа и предназначено для использования в химической, нефтеперерабатывающей и нефтегазодобывающей промышленностях.

Известен насос-дозатор гидравлический плунжерного типа (Патент РФ №64683 от 10.07.2007 г.), включающий нагнетатель в виде плунжерного насоса и кинематически связанного с ним привода. Нагнетатель дополнительно содержит камеры всасывания и нагнетания, плунжерный насос содержит корпус, в котором размещен плунжер, а между ними установлены эластичный элемент и прижим, причем последний размещен с возможностью взаимодействия с эластичным элементом для изменения герметичности рабочей камеры насоса, привод выполнен в виде электрогидравлического устройства, преобразующего электрическую энергию в механическую, с возвратно-поступательным движением исполнительного органа, при этом кинематическая связь плунжерного насоса с приводом осуществлена через систему двуплечий рычаг - подпружиненный упор, закрепленные на стойке, причем исполнительный орган привода шарнирно связан с одним плечом упомянутого рычага, конец второго плеча которого посредством закрепленного на нем ролика находится во взаимодействии с размещенным в стакане подпружиненным упором, а двуплечий рычаг размещен на стойке с возможностью поворота, при этом корпус плунжерного насоса и стакан, в котором размещен подпружиненный упор, жестко закреплены на стойке таким образом, что их продольные оси расположены на одной прямой.

Недостатками известного насоса являются недостаточная надежность его конструкции, связанная с соосностью упора с плунжером и соответственно с ускоренным односторонним износом плунжерной пары, и низкая надежность работы из-за отсутствия системы управления насосом-дозатором, обеспечивающей отключение насосного агрегата в аварийных случаях. Кроме того, размещение всего привода - двигателя и передаточного механизма в одном корпусе усложняет ремонтные работы при выходе из строя указанных узлов и повышает материальные затраты.

Наиболее близким устройством того же назначения к заявленному изобретению по совокупности признаков является насос-дозатор гидравлический (Патент РФ №90119 от 27.12.2009 г.), включающий нагнетатель, содержащий камеру всасывания, камеру нагнетания и объемный возвратно-поступательный насос с рабочим органом, рабочая камера которого сообщена с указанными камерами, и связанный с нагнетателем привод, выполненный в виде электрогидравлического устройства, преобразующего электрическую энергию в механическую, и состоящий из электродвигателя и передаточного механизма для передачи энергии нагнетателю. В качестве объемного возвратно-поступательного насоса он содержит плунжерный или мембранный насос, а привод выполнен в виде соединенных друг с другом передаточного механизма, заключенного в корпусе, и электродвигателя, размещенного вне указанного корпуса, в качестве передаточного механизма насос содержит соединенный с электродвигателем узел, преобразующий электрическую энергию в механическую, и подпружиненный шток с поршнем, выполненным с возможностью возвратно-поступательного перемещения под действием указанной механической энергии, при этом подпружиненный шток соединен непосредственно с рабочим органом объемного возвратно-поступательного насоса. Узел, преобразующий электрическую энергию в механическую, выполнен в виде крыльчатки или в виде масляного или шестеренчатого насоса. В качестве рабочего органа плунжерный насос содержит плунжер со штоком. В качестве рабочего органа мембранный насос содержит мембрану с механизмом ее перемещения. Между корпусом и рабочим органом объемного возвратно-поступательного насоса дополнительно установлены с возможностью взаимодействия эластичный элемент и прижим для изменения герметичности рабочей камеры указанного насоса. Электродвигатель снабжен блоком управления. Данное устройство принято за прототип.

Признаки прототипа, совпадающие с существенными признаками заявляемого изобретения - электродвигатель, снабженный блоком управления и соединенный с передаточным механизмом; передаточный механизм выполнен в виде насосной секции и гидроцилиндра; насосная секция содержит корпус, рабочее колесо; гидроцилиндр содержит корпус, имеющий полую крышку, в которой закреплен подпружиненный шток, уплотненный в крышке и соединенный с поршнем, выполненным с возможностью возвратно-поступательного перемещения; на крышке гидроцилиндра закреплен через переходник дозатор, содержащий плунжер, соединенный с подпружиненным штоком и уплотненный эластичными элементами в дозаторе.

Недостатком известного насоса-дозатора, принятого за прототип, является одномодульное решение расположения элементов, что ограничивает его функциональные возможности: с узкой применяемостью в одной области, в одном направлении, для одной задачи.

Задачей изобретения является разработка универсальной в использовании конструкции с повышенной надежностью работы за счет многомодульной компоновки разъемных элементов конструкции и блока управления с расширенными функциональными возможностями для обеспечения требуемых параметров.

Поставленная задача была решена за счет того, что в известном насосе-дозаторе, включающем электродвигатель, снабженный блоком управления и соединенный с передаточным механизмом, выполненным в виде насосный секции и гидроцилиндра, при этом насосная секция содержит корпус, рабочее колесо, гидроцилиндр содержит корпус, имеющий полую крышку, в которой закреплен подпружиненный шток, уплотненный в крышке и соединенный с поршнем, выполненным с возможностью возвратно-поступательного перемещения, на крышке гидроцилиндра закреплен через переходник дозатор, содержащий плунжер, соединенный с подпружиненным штоком и уплотненный эластичными элементами в дозаторе, согласно изобретению электродвигатель и передаточный механизм соединены через переходник, имеющий корпус, закрепленный па корпусе насосной секции, в корпусе переходника вал электродвигателя соединен с валом-муфтой, на котором жестко установлено рабочее колесо, при этом вал-муфта размещен и уплотнен в сквозном отверстии, выполненным в верхней части корпуса насосной секции, корпусы насосной секции и гидроцилиндра соединены с помощью отводящих трубопроводов, на которых закреплены шаровые клапаны, и к корпусам насосной секции и гидроцилиндра подсоединен подводящий жидкость канал, при этом насосная секция, гидроцилиндр, подводящий жидкость канал, дозатор выполнены сменными модулями, а блок управления дополнительно содержит элементы обратной связи, включающие датчик крутящего момента, установленный в корпусе переходника электродвигателя, датчик температуры, расположенный на корпусе гидроцилиндра, датчики расхода жидкости, установленные на отводящих трубопроводах, датчик перемещения плунжера, установленный на переходнике дозатора, и датчик измерения давления, установленный на выходе дозатора.

Целесообразно насос-дозатор дополнительно снабдить набором насосных секций, гидроцилиндров, подводящих жидкость каналов, дозаторов, имеющих различные геометрические размеры и материал, из которого выполнены упомянутые элементы.

Целесообразно использование дозатора мембранного или плунжерного типа.

Признаки заявляемого технического решения, отличительные от прототипа - электродвигатель и передаточный механизм соединены через переходник, имеющий корпус, закрепленный на корпусе насосной секции; в корпусе переходника вал электродвигателя соединен с валом-муфтой, на котором жестко установлено рабочее колесо; вал-муфта размещен и уплотнен в сквозном отверстии, выполненным в верхней части корпуса насосной секции; корпусы насосной секции и гидроцилиндра соединены с помощью отводящих трубопроводов, на которых закреплены шаровые клапаны; к корпусам насосной секции и гидроцилиндра подсоединен подводящий жидкость канал; насосная секция, гидроцилиндр, подводящий жидкость канал, дозатор выполнены сменными модулями; блок управления дополнительно содержит элементы обратной связи, включающие датчик крутящего момента, установленный в корпусе переходника электродвигателя, датчик температуры, расположенный на корпусе гидроцилиндра, датчики расхода жидкости, установленные на отводящих трубопроводах, датчик перемещения плунжера, установленный на переходнике дозатора, датчик давления, установленный на выходе дозатора; наличие набора насосных секций, гидроцилиндров, подводящих жидкость каналов, дозаторов, имеющих геометрические размеры и материал, из которого выполнены упомянутые элементы; в качестве дозатора использован дозатор мембранного или плунжерного типа.

Соединение электродвигателя и передаточного механизма через переходник позволит обеспечить соединение электродвигателя с рабочим колесом без установки вала двигателя в корпус насосной секции, что облегчает отсоединение электродвигателя в случае поломки.

Соединение корпусов насосной секции и гидроцилиндра с помощью отводящих трубопроводов, на которых закреплены шаровые клапаны, позволит обеспечить заданный расход жидкости за счет регулирования клапанов и создать универсальную в использовании конструкцию.

Подсоединение подводящего жидкость канала к корпусам насосной секции и гидроцилиндра позволит обеспечить отсутствие вихревого течения жидкости в насосе и повысит надежность и производительность работы насоса.

Выполнение насосной секции, гидроцилиндра, подводящего жидкость канала, дозатора отдельными сменными модулями с возможностью соединения и разъединения для обеспечения компоновки элементов в соответствии с предъявляемыми требованиями по производительности насоса-дозатора, но максимальному давлению, создаваемому насосом-дозатором, по условиям эксплуатации насоса-дозатора позволит создать универсальную в использовании конструкцию.

Каждый модуль заявленного устройства представляет собой элемент набора модулей, отличающихся по ряду признаков: материалу, из которого изготавливается, и геометрическим размерам. Компоновка и конструкция отдельного модуля выбирается на основе требований, предъявляемых как к данному модулю, так и ко всему устройству. За счет модульной конструкции повышается простота и удобство монтажа и демонтажа конструкции насоса-дозатора.

Например, при необходимости использования устройства с высоким выходным давлением дозируемой среды: устанавливают гидроцилиндр с большим диаметром, поршень с большим диаметром и пружину с большей жесткостью, без замены остальных модулей, или устанавливают насосную секцию, содержащую рабочее колесо с увеличенной геометрией, без замены остальных модулей, или устанавливают дозатор (мембранного или плунжерного типа) с уменьшенным отверстием под плунжер и плунжер меньшего диаметра, без замены остальных модулей.

При необходимости использования устройства в агрессивной среде, разъемные модули изготавливаются из коррозионностойких материалов.

Насосы-дозаторы с дозаторами мембранного типа предназначены в первую очередь для перекачивания вредных и особо опасных, также агрессивных жидкостей, утечка которых в окружающую среду не допускается.

Блок управления с расширенными функциональными возможностями обеспечивает обратную связь датчиков температуры, давления жидкости, перемещения плунжера, расхода жидкости, крутящего момента. На основании показаний датчиков осуществляется контроль состояния работы устройства и реализуется его защита в аварийной ситуации, что повышает надежность работы заявленного устройства.

Отличительные признаки в совокупности с известными позволят повысить надежность работы заявляемого насоса и компоновать его под предъявляемые требования, характеристики и параметры по мощности, производительности, условия эксплуатации, свойства дозируемого материала, т.е. создать универсальную в использовании конструкцию.

Заявляемый насос-дозатор иллюстрируется чертежами.

На фиг.1 показан схематически общий вид заявленного насоса-дозатора в разрезе.

На фиг.2 показан заключительный момент работы устройства в разрезе.

На фиг.3 показана схема плунжерного дозатора в разрезе.

На фиг.4 показана схема мембранного дозатора в разрезе.

Нacoc-дозатор содержит электродвигатель 1, снабженный блоком управления 2, обеспечивающий включение и выключение электродвигателя 1 по заданному режиму работы. Электродвигатель 1 установлен на переходнике, имеющем корпус 3, в верхней части которого выполнено сквозное отверстие 4 для установки в него вала электродвигателя 1. В корпусе 3 переходника установлен датчик 5 крутящего момента. Электродвигатель 1 соединен через переходник с передаточным механизмом, выполненным в виде насосный секции и гидроцилиндра. Насосная секция установлена под переходником электродвигателя 1, содержит корпус 6, крыльчатку в виде рабочего колеса 7, вал-муфту 8, жестко соединенную с рабочим колесом 7, размещенную в сквозном отверстии 9 корпуса 6 и уплотненную в сквозном отверстии 9 манжетой 10. Гидроцилиндр содержит корпус 11, имеющий съемную Т-образную полую крышку 12, в которой закреплен подпружиненный пружиной 13 шток 14, соединенный в корпусе 11 с поршнем 15 и уплотненный в Т-образной крышке 12. Поршень 15 выполнен с возможностью возвратно-поступательного перемещения. В корпусе 11 установлен датчик температуры 16, от корпуса 11 отходят к корпусу насосной секции 6 отводящие трубопроводы 17, с закрепленными на них шаровыми клапанами 18 и датчиками расходов 19 жидкости. К корпусу насосной секции 6 и к корпусу гидроцилиндра 11 подсоединен подводящий жидкость канал 20. На полой Т-образной крышке 12 гидроцилиндра закреплен переходник дозатора 21. На переходнике дозатора 21 закреплен дозатор 22 плунжерного или мембранного типа, содержащий плунжер 23, соединенный с подпружиненным штоком 14 посредством гайки 24. Плунжер уплотнен эластичными элементами 25 в дозаторе 22.

На переходнике дозатора 21 установлен датчик перемещений плунжера 26. На выходе из дозатора 22 установлен датчик измерения давления 27. Насосная секция, гидроцилиндр, подводящий жидкость канал, дозатор выполнены отдельными сменными модулями, соединены с помощью болтового соединения. Насос-дозатор дополнительно снабжен набором насосных секций, гидроцилиндров, подводящих жидкость каналов, дозаторов, имеющих различные геометрические размеры и материал, из которого выполнены упомянутые элементы. Блок управления 2 содержит элементы обратной связи, включающие датчики крутящего момента 5, температуры 16, расхода жидкости 19, перемещения плунжера 26, измерения давления жидкости 27, обеспечивающие контроль параметров модулей устройства.

Устройство работает следующим образом.

Блок управления 2 включает электродвигатель 1, который приводит во вращение рабочее колесо 7 насосной секции, через вал-муфту 8 и датчик крутящего момента 5. Рабочее колесо 7 создает напор рабочей жидкости, которая поступает по подводящему каналу 20 в корпус гидроцилиндра 11. Под напором жидкости от рабочего колеса, поршень 15 и соединенный с ним подпружиненный шток 14 сжимают пружину 13 и линейно перемещаются. При перемещении поршня 15 и подпружиненного штока 14 происходит отвод жидкости из корпуса гидроцилиндра 11 через отводящие трубопроводы 17 к корпусу 6 насосной секции. Плунжер 23 соединен с подпружиненным штоком 14 через гайку 24 и линейно перемещается в дозаторе 22 при перемещении подпружиненного штока 14. При этом происходит выбрасывание дозируемого реагента из дозатора 22. При остановке электродвигателя 1 блоком управления 2, останавливается рабочее колесо 7. Давление в корпусе насоса-дозатора падает и происходит возврат поршня 15, подпружиненного штока 14 и плунжера 23 в начальное положение под действием пружины 13. При этом происходит забор дозируемого реагента в дозатор 22 из внешнего объема. Работа заявленного устройства происходит циклами включения и выключения электродвигателя 1 по заданному закону работы на блоке управления 2.

В случае замены отдельных узлов или всех узлов, принцип работы схож с описанным ранее.

Преимущество заявленного устройства состоит в том, что оно:

- выполнено в виде отдельных сменных модулей, которые легко компонуются друг с другом в зависимости от области применения, материала дозирования и режима работы;

- оснащено блоком управления и датчиками, фиксирующими крутящий момент, температуру, расход жидкости, давление жидкости, перемещения плунжера, что позволяет контролировать режим работы в модулях устройства и предохранять от аварийной ситуации;

- модульная компоновка устройства повышает простоту монтажа, демонтажа и ремонтопригодность.