Результат интеллектуальной деятельности: ВЕСОВОЙ ДОЗАТОР ЖИДКОСТИ

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.

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).

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.

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.

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.

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.

Технической задачей, на решение которой направлено предлагаемое изобретение, является разработка высокоточного весового дозатора для вязких и пастообразных жидкостей.

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.

Предлагаемое изобретение поясняется чертежом.

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.

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.

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.

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.

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.

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.

Дозатор работает следующим образом.

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.

Процесс набора и выдачи дозы контролируется дистанционно по вторичному прибору на пульте оператора.

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.

Работоспособность основных узлов предлагаемого дозатора подтверждена в лабораторных условиях ФГУП "НИИПМ".