Результат интеллектуальной деятельности: УСТРОЙСТВО ДЛЯ РЕГУЛИРОВАНИЯ МАЛЫХ РАСХОДОВ ПОТОКОВ

Изобретение относится к средствам воздействия на расход потоков и предназначено для установки и регулирования малых расходов капельных жидкостей в технологических процессах различных отраслей промышленности: при внесении присадок (одорантов), катализаторов в технологических устройствах химической и нефтехимической промышленности, фармацевтическом и полупроводниковом производствах, газоаналитических измерениях (газоанализаторах, хроматографах), при подаче растворов с помощью медицинских капельниц, в научных установках для моделирования и изучения процессов, как в научных, так и в практических целях.

Предпосылкой для создания изобретения явилась идея разработки простого, компактного и надежного устройства для регулирования малых расходов капельных жидкостей в широком арсенале устройств, как лабораторных, так и технологических.

Из уровня техники известны различные конструкции устройств, предназначенных для выполнения функции регуляторов потоков капельных жидкостей.

Известен способный деформироваться клапанный механизм для управления подачей текучей среды, относящийся к медицинской технике, содержащий клапанное седло, имеющее коническое углубление с отверстием с поверхностью, срезанной на конус, и клапанную мембрану, содержащую коническую часть, имеющую основание и верхушку. Коническая часть выполнена с возможностью посадки с натягом внутрь конического углубления клапанного седла. Клапанная мембрана выполнена с возможностью обеспечения прохождения текучей среды от входного отверстия вдоль пути потока между коническим углублением и конической частью к выходному отверстию, когда клапанная мембрана находится в недеформированном состоянии, и блокирования пути потока от входного отверстия к выходному отверстию, когда клапанная мембрана находится в радиально деформированном состоянии. Клапанное седло и клапанная мембрана выполнены так, что коническая часть отделена зазором от поверхности, срезанной на конус, когда клапанная мембрана находится в недеформированном состоянии, и зазор закрыт, когда клапанная мембрана находится в радиально деформированном состоянии. Щель между верхушкой конической части и дном закрыта, что приводит к радиальному деформированию конической части (Патент РФ №2570344 С2, дата приоритета 05.05.2011, дата публикации 10.12.2015, автор ЭБЕЛ Даниел, US).

Недостатком известной конструкции является ее сложность из-за наличия двух систем подачи текучей среды - части длительного пользования, выполненной в виде механизма приведения в действие, и части одноразового действия, выполненной в виде первого клапана, кроме того, элементы конструкции требуют прецизионного исполнения, что усложняет изготовление клапанного механизма.

Известно устройство для регулирования малых расходов газа и жидкости содержащее источник напряжения, токоподводы которого установлены на концах тонкостенной капиллярной трубки для подвода и отвода газа или жидкости, и штуцеры. При этом изменение расхода рабочего тела (газа или жидкости) осуществляется за счет изменения вязкости рабочего тела при его нагревании электрическим током от источника напряжения, что приводит к изменению расхода рабочего тела (Патент РФ №114776 U1, дата приоритета 29.11.2011, дата публикации 10.04.2012, авторы: Костин А.Н., Байдаков С.Г., RU).

Недостатком аналога является необходимость монтажа токоподводов на капиллярной трубке, причем трубка для этого должна иметь достаточно высокую прочность или специальное приспособление для поддержания трубки в устойчивом вертикальном положении.

В качестве прототипа принята капельница медицинская, относящаяся к устройству для регулирования малых расходов потоков капельных жидкостей, перемещаемых в эластичных капиллярных трубках, выполненная с возможностью использования для дополнительного закапывания другого медицинского препарата, содержащая резервуар с иглой для введения в сосуд с медицинским препаратом, соединенный с эластичной трубкой, имеющей на конце инъекционную иглу и содержащей роликовый регулятор скорости подачи медицинского препарата, при этом резервуар капельницы медицинской выполнен заодно с боковой камерой, герметично отделенной от него эластичной упругой мембраной с встроенным в нее коромыслом, на одном конце которого закреплена чаша с дренажным отверстием, предназначенная для контроля завершения процесса закапывания медицинского препарата, а на другом конце коромысла - устройство для включения короткой звуковой и постоянной световой сигнализации, имеющее электромагнитный клапан пережатия эластичной трубки для прекращения истечения из резервуара остатков медицинского препарата (Патент РФ №2504407 С1, дата приоритета 14.02.2013, дата публикации 20.01.2014, автор Парамошко В.A., RU, прототип).

Недостатками прототипа являются: необходимость монтажа боковой камеры с эластичной упругой мембраной и достаточно сложным устройством контроля завершения процесса закапывания, а также ограниченная область использования в качестве медицинского средства.

Технической проблемой, решаемой изобретением, является создание устройства для регулирования малых расходов потоков капельных жидкостей, перемещаемых в эластичных капиллярных трубках, принцип действия которого основан на механическом пережатии приводным регулятором проходного сечения трубки для использования в широком арсенале устройств, как лабораторных, так и технологических.

Также технической проблемой является обеспечение механического пережатия сечения капиллярной трубки при воздействии на сечение приводного штока с упором, который приводится в действие за счет системы шестерен - ведущей, приводимой в действие с помощью шагового двигателя, и ведомой, причем в качестве внешней силы предусматривается использование источника питания, а установка трубки предусмотрена в съемном элементе, соединенном с корпусом устройства.

Для решения технической проблемы предложено устройство для регулирования малых расходов потоков, перемещаемых в эластичных капиллярных трубках. Принцип действия устройства основан на механическом пережатии регулятором проходного сечения трубки. Новым является то, что устройство содержит корпус, в котором в качестве регулятора проходного сечения трубки установлен приводной шток с возможностью поступательно-возвратного перемещения и взаимодействия с эластичной трубкой, установленной в съемном U-образном элементе в виде скобы, соединенном снаружи с корпусом, в котором выполнено отверстие для прохождения приводного штока при изменении проходного сечения эластичной трубки. В корпусе смонтированы приводная и исполнительная части устройства, связанные между собой зубчатой передачей из двух шестерен, одна из которых ведущая, другая ведомая, предназначенных для восприятия механического импульса от ведущей шестерни приводной части к ведомой шестерни исполнительной части и выполнения открытия или перекрытия сечения эластичной трубки при поступательно-возвратном движении штока, образующего с ведомой шестерней передачу винт-гайка.

Согласно изобретению, приводная часть устройства содержит источник питания, соединенный с ним электрической связью ключ управления, встроенный в корпус, с ключом управления последовательно соединены драйвер, плата управления и шаговый двигатель, на валу которого установлена ведущая шестерня, а для управления направлением вращения вала шагового двигателя в выполненных в корпусе отверстиях установлены кнопочные выключатели, электрически связанные с драйвером и платой управления.

Согласно изобретению, исполнительная часть устройства содержит приводной шток с резьбой по длине, на котором установлена ведомая шестерня, образующая передачу винт-гайка, и смонтированы опорные диски ведомой шестерни и направляющие приводного штока, расположенные с обеих сторон от ведомой шестерни, а конец приводного штока снабжен упором, предназначенным для взаимодействия с эластичной трубкой.

Согласно изобретению, устройство смонтировано в корпусе с крышкой, соединенной с корпусом магнитной стяжкой.

Согласно изобретению, корпус с крышкой, ведущая и ведомая шестерни, упор приводного штока, направляющие приводного штока и съемный U-образный элемент в виде скобы выполнены из пластмассы.

Заявляемое устройство для регулирования малых расходов потоков поясняется чертежами, где: на фиг. 1 представлена схема приводной части устройства, включающая заключенную в корпус известную часть и дополнительные элементы; на фиг. 2 схематично изображена исполнительная часть устройства; на фиг. 3 показана функциональная схема приводной части устройства; на фиг. 4 представлено устройство для регулирования малых расходов потоков в виде фото с условно снятой крышкой корпуса, общий вид.

На чертежах приведены следующие обозначения: 1 - корпус; 2 - источник питания; 3 - ключ управления: 4 - драйвер; 5 - плата управления; 6 - шаговый двигатель; 7 - вал шагового двигателя; 8 - ведущая шестерня; 9 - кнопочный выключатель для управления направлением вращения шагового двигателя по часовой стрелке; 10 - кнопочный выключатель для управления направлением вращением шагового двигателя против часовой стрелки; 11 - ведомая шестерня; 12 - приводной шток; 13 - направляющие для приводного штока; 14 - опорные диски; 15 - упор приводного штока; 16 - съемный U-образный элемент в виде скобы; 17 - эластичная трубка.

Представленная на фиг. 1 схема приводной части устройства включает заключенную в корпус 1 известную часть схемы, см электронный ресурс (https://vandex.ru/images/search?text=%D1%81%D1%85%D0%B5%D0%BC%D1%8B%20%D 0%B4%D1%80%D0%B0%D0%B9%D0%B2%D0%B5%D1%80%2C%20%D0%B0%D1%80%D0%B4%D1%83%D0%B8%D0%BD%D0%BE%2C%20%D1%88%D0%B0%D0%B3%D0%BE%D0%B2%D1%8B%D0%B9%20%D0%B4%D0%B2%D0%B8%D0%B3%D0%B0%D1%82%D0%B5%D0%BB%D1%8C&lr=62&pos=7&img url=https%3A%2F%2Fotvet.imgsmail. ru%2Fdow). и дополнительные элементы: источник питания 2, ключ управления 3, кнопки 9, 10 управления направлением вращения шагового двигателя.

Корпус 1 представляет собой полый прямоугольный параллелепипед с крышкой, изготовленный из пластмассы, например с использованием 3D-технологии. Для соединения корпуса и крышки используются магнитные стяжки, для чего по верхнему периметру корпуса 1 установлены на опорах три неодимовых магнита в форме «таблетки», и такие же магниты расположены соответственно на внутренней стороне крышки (условно не показано). В корпусе 1 смонтированы приводная и исполнительная части устройства, для чего в нем предусмотрены технологические отверстия под следующие элементы: USB-гнездо для подключения внешнего источника питания 2, для ключа управления 3, для кнопочных выключателей 9, 10 управления направлением вращения вала 7 шагового двигателя 6, для выхода штока 12 с упором 15 на конце в съемный U-образный элемент в виде скобы 16 с целью воздействия на сечение эластичной трубки 17. Кнопочный выключатель 9 управления направлением вращения шагового двигателя по часовой стрелке служит для обеспечения движения приводного штока 12 на перекрытие сечения эластичной трубки 17. Кнопочный выключатель 10 управления направлением вращения шагового двигателя против часовой стрелки служит для обеспечения движения штока 12 на открытие сечения эластичной трубки 17.

Съемный U-образный элемент в виде скобы 16 выполнен из пластмассы и присоединяется к корпусу с помощью разборного сквозного соединения с прямыми шипами (условно не показано).

Источник питания 2 может быть смонтирован либо в корпусе 1 устройства, либо вне корпуса 1. В качестве источника питания 2 может быть использован любой источник постоянного тока с напряжением 7-12 В, например, источник питания типа Rover Bank. Ключ управления 3 предназначен для подключения источника питания 2 к приводной части устройства, в которой для обеспечения работы шагового двигателя 6 типа 28BYJ-48, имеющего вал 7, использованы драйвер 4 с чипом типа ULN2003APG и плата управления 5 типа ARDUINO- NANO. На валу 7 смонтирована ведущая шестерня 8. Драйвер 4 имеет светодиод для визуального контроля работы устройства. При работе устройства ведущая шестерня 8, установленная на валу 7 шагового двигателя 6 с натягом, совершает вращательное движение по часовой стрелке и против часовой стрелки, направление вращения регулируется кнопочными выключателями 9 и 10.

Ведомая шестерня 11 исполнительной части устройства, установленная на приводном штоке 12, воспринимает механический импульс от ведущей шестерни 8 приводной части устройства. Обе шестерни изготовлены из пластмассы по 3D -технологии с передаточным числом, равным единице. Приводной шток 12 изготовлен из металла, имеет резьбу по всей длине и образует с ведомой шестерней 11 механическую передачу «винт-гайка» и при этом в процессе работы совершает поступательно-возвратное движение в осевом направлении за счет указанной передачи и изменения направления вращения ведомой шестерни 11. Для обеспечения надежного сцепления обеих шестерен в процессе работы ширина ведомой шестерни 11 превышает ширину ведущей шестерни 8. Для обеспечения правильной работы приводного штока 12 используются две направляющие 13, выполненные из пластмассы и жестко установленные на днище корпуса 1. Устойчивость работы ведомой шестерни 11 поддерживается с обеих сторон опорными дисками 14, которые выполнены из металла, свободно надеты на приводной шток 12 с обеих сторон ведомой шестерни 11. На конце приводного штока 12 смонтирован упор 15, выполненный из пластмассы и предназначенный для открытия или перекрытия поперечного сечения эластичной трубки 17 при взаимодействии с ней. Упор 15 может перемещаться согласно направлению движения приводного штока 12 через отверстие в корпусе 1 в съемный элемент 16, осуществляя открытие или перекрытие эластичной трубки 17. Для обеспечения надежной работы упора 15 в корпусе 1 для него может быть предусмотрена опора (условно не показано).

Подготовка к осуществлению главного назначения устройства - открытию или перекрытию поперечного сечения эластичной трубки 17 осуществляется следующим образом. Перед началом работы устройство подготавливается к использованию. Для этого к приводной части через USB-гнездо присоединяется источник питания 2. Эластичная трубка 17 устанавливается в съемном U-образном элементе в виде скобы 16, после чего съемный элемент 16 монтируется на корпусе 1. Ключом управления 3 включают приводную часть устройства. Затем через эластичную трубку 17 подается рабочая среда. При необходимости уменьшения расхода рабочей среды воздействуют на кнопочный выключатель 9, и приводной шток 12 начинает перемещаться в сторону съемного U-образного элемента 16. При этом сечение трубки 17 начинает перекрываться с помощью упора 15 либо до полного прекращения подачи, либо до достижения нужного расхода потока, массовый расход которого определяется с помощью мерного устройства (условно не показано). При возвратном движении штока 12 с помощью кнопочного выключателя 10 восстанавливается первоначальный режим течения. После окончания работы снимают съемный элемент 16 и удаляют эластичную трубку 17. Приводной шток 12 перемещают в сторону, противоположную съемному элементу 16, выключают устройство ключом управления 3 и отсоединяют источник питания 2.

Преимуществом устройства является его мобильность за счет возможности использования независимого источника питания, а также применение системы шестерен и передачи «винт-гайка» для перемещения приводного штока с упором для обеспечения открытия или перекрытия трубок, по которым перемещается жидкая рабочая среда, что упрощает работу устройства.

Технический результат заключается в создании устройства для регулирования малых расходов потоков, перемещаемых в эластичных капиллярных трубках, простого по конструкции, компактного, надежного и удобного в работе, принцип действия которого основан на механическом пережатии приводным регулятором проходного сечения трубки для использования в медицине и в широком арсенале устройств как лабораторных, так и технологических.