Мембранный насос (варианты)
Устройство предназначено для использования в машиностроении, в системах перекачивания и дозирования токсичных, агрессивных, стерильных, пищевых и других жидкостей. Насос содержит две эластичные мембраны, два электромагнитных привода, всасывающий и нагнетательный клапаны. На мембранах из плоского эластичного материала с двух сторон выполнены концентрические полусферические проточки в виде волнового профиля, и ими же образована общая рабочая камера, в которой установлены всасывающий и нагнетательный клапаны. С двух сторон этой камеры установлены электромагнитные приводы, якоря которых жестко соединены с мембранами, а их усилия направлены в разные стороны. Клапаны насоса выполнены из неметаллического материала в виде единой детали со сферической головкой и прорезной пружиной. Во втором варианте описан насос одностороннего действия. Повышается производительность при упрощении ее регулирования в сочетании с простотой конструкции и увеличением надежности. 2 н.п. ф-лы, 3 ил.
Изобретение относится к области машиностроения и может быть использовано для перекачивания и дозирования токсичных, агрессивных, стерильных, пищевых и других жидкостей.
Мембранные насосы с электромагнитным приводом находят все большее применение ввиду простоты конструкции, отсутствия сальников, применения современных материалов для мембран, простоты регулирования производительности и незначительных энергозатрат.
Известны мембранные насосы для перекачки растворов агрессивных веществ и других жидкостей (1), (2). В качестве прототипа выбран мембранный насос (3), содержащий две дозирующие головки, две эластичные мембраны, электромагнитный привод с двумя соленоидами и подвижный якорь, связанный с помощью толкателя с мембранами. Ярмо каждого из соленоидов имеет резьбовые вкладыши, которые являются упорами для диска якоря и могут при своем повороте одновременно перемещаться вдоль оси якоря в противоположных направлениях. Мембраны выполнены из листового эластичного материала и закреплены между двумя конусными поверхностями с углом конуса 45° по отношению к плоскости мембран.
Указанный насос, имея определенные преимущества перед другими аналогами, все же не лишен некоторых недостатков.
Максимальная производительность указанного мембранного насоса определяется ходом якоря, частотой его колебаний и площадью мембраны. Якорь жестко связан с мембраной и его ход обычно незначителен, а частота генерации, создаваемая мультивибратором, в указанном случае может меняться от 0,05 до 3 Гц, что не позволяет получить высокую производительность. Мембраны насоса выполнены из листового эластичного материала и закреплены между конусными поверхностями. Такое крепление действительно создает надежный захват, но листовой материал на конусной поверхности образует складки, по которым возможны утечки из полости нагнетания. В указанном насосе две дозирующие головки с шариковыми клапанами и эластичными мембранами установлены с обеих сторон разъемного корпуса. Шариковые клапаны при работе насоса создают ударные нагрузки, а при перекачке агрессивных жидкостей это приводит к их быстрому износу. При работе насоса на общую магистраль требуется дополнительное соединение головок. Напряжение питания на обмотки соленоидов подается поочередно от блока питания прямоугольных импульсов, при этом давление нагнетания создается то в правой, то в левой дозирующей головке, что создает переменные нагрузки на крепеж головок и опору насоса. В качестве генератора прямоугольных импульсов напряжения использован симметричный мультивибратор, в плечи которого включены обмотки соленоидов. Это достаточно сложный прибор, что усложняет эксплуатацию насоса.
Техническим результатом изобретения является получение высокой производительности при упрощении ее регулирования в сочетании с простотой конструкции и увеличением надежности.
Согласно первому варианту технический результат достигается тем, что в предлагаемом мембранном насосе на мембранах из плоского эластичного материала с двух сторон выполнены концентрические проточки таким образом, что в разрезе образован волновой профиль, и ими же образована общая рабочая камера. С двух сторон этой камеры установлены электромагнитные приводы, якоря которых жестко соединены с мембранами, а их усилия направлены в разные стороны. В рабочую камеру установлены всасывающий и нагнетательный клапаны, которые выполнены из неметаллического материала в виде единой детали со сферической головкой и прорезной пружиной. Такое конструктивное решение позволяет удвоить производительность насоса за каждый цикл его работы, но так как эти циклы повторяются с частотой 3000 колебаний в минуту, то общая производительность насоса достаточно высокая. Так как одновременные движения якорей электромагнитов направлены в разные стороны, то волнообразная поверхность мембран, которые жестко закреплены на якорях, при движении последних вызывает в них только изгибающие усилия, что увеличивает срок их службы. Клапаны насоса, выполненные из неметаллического материала в виде единой детали со сферической головкой и прорезной пружиной, позволяют применять насос для перекачивания любых агрессивных, стерильных и пищевых жидкостей при резком уменьшении шума и увеличении надежности. Регулировка производительности насоса осуществляется изменением напряжения питания на обмотки катушек электромагнитов путем поворота ручки регулятора напряжения, при этом уменьшается или увеличивается усилие притяжения якорей, а следовательно, амплитуда колебаний жестко связанных с ними мембран, что приведет к изменению объема вытесняемой жидкости. Простота такой регулировки очевидна. Кроме того, в насосе нет ни вращающихся, ни трущихся частей, что обеспечивает безопасность и дополнительную надежность его работы.
На Фиг.1 представлен эскиз заявляемого устройства.
Два электромагнитных привода 1, содержащих статор 2, катушки 3, якоря 4 и пружину 5, установлены с двух сторон общей рабочей камеры 6, которая образована опорой 12 и двумя плоскими эластичными мембранами 7, жестко соединенными с якорями 4 посредством прижимных винтов 8. Мембраны выполнены из листового эластичного материала, устойчивого к перекачиваемым средам (фторопласт), и имеют с двух сторон концентрические выемки, которые в разрезе образуют волновой профиль (Фиг.2). Толщина волновой части мембраны составляет от 1 до 6 мм, в зависимости от ее диаметра и величины давления нагнетания насоса. Общая рабочая камера снабжена всасывающим 9 и нагнетающим 10 клапанами. Устройство клапанов выполнено в виде единой детали со сферической головкой и прорезной пружиной из неметаллического материала (фторопласт).
Корпуса электромагнитов 1 и рабочая камера 6 уплотнены через мембрану 7 стяжкой шпилек 11 на опору 12, через которую устройство закрепляется на объекте.
Устройство работает следующим образом.
При подаче напряжения одновременно на катушки 3 обоих электромагнитов 1 через однополупериодный выпрямитель и регулятор напряжения происходит намагничивание статоров 2, втягивание якорей 4 и сжатие пружин 5, при этом мембраны 1, жестко связанные прижимными винтами 8 с якорями 4, увеличивают объем общей рабочей камеры 6, и жидкость через всасывающий клапан 9 заполняет ее. В следующий полупериод напряжение на катушках электромагнитов отсутствует, и якоря 4 под действием усилия сжатия пружин перемещаются в обратном направлении, при этом мембраны 7 уменьшают объем камеры 6, вытесняя жидкость через нагнетательный клапан 10. Указанный цикл повторяется с частотой 3000 колебаний в минуту при амплитуде колебаний якорей 2 мм. Для примера, при параметрах насоса с мембраной диаметром 200 мм, жесткостью пружины 500кг/см и амплитудой колебания якоря 2 мм производительность его составляет 20м/ч.
Известен диафрагменный насос (4). Насос содержит установленную между корпусом и крышкой диафрагму, соединенную с приводом, всасывающий и нагнетательные клапаны. Диафрагма насоса выполнена в виде пакета пленок из полиэтилентерефталата толщиной 5-20 мкм, а уплотнительные элементы клапанов выполнены из того же материала толщиной 25-150 мкм. Насос может быть использован для перекачки агрессивных и стерильных жидкостей. Диафрагма в насосе работает на растяжение, и это при работе на большом давлении и больших расходах может вызвать сомнение в его надежности. Имеются насосы, мембраны которых выполнены с волновым профилем. Однако эти мембраны прессуются из резины и не пригодны для работы в стерильных или агрессивных средах.
Техническим результатом изобретения является получение высокой производительности при упрощении ее регулирования в сочетании с простотой конструкции и увеличением надежности.
Согласно второму варианту технический результат достигается тем, что в предлагаемом мембранном насосе на мембране из плоского эластичного материала с двух сторон выполнены концентрические проточки таким образом, что в разрезе образован волновой профиль, а всасывающий и нагнетательный клапаны выполнены из неметаллического материала в виде единой детали со сферической головкой и прорезной пружиной. В предлагаемом устройстве мембрана выполнена из плоского листового фторопласта, который не подлежит прессованию.
На Фиг.3 представлен эскиз заявленного устройства.
Насос состоит из электромагнитного привода 1, содержащего статор 2, катушку 3, пружину 4 и якорь 5. Рабочая камера образована плоской эластичной мембраной 6, жестко соединенной с якорем 5 посредством прижимного винта 8 и крышкой 7. Мембрана выполнена из листового эластичного материала, устойчивого к перекачиваемым средам (фторопласт), и имеет с двух сторон концентрические выемки, которые в разрезе образуют волновой профиль (Фиг.2). Толщина волновой части мембраны составляет от 1 до 6 мм, в зависимости от ее диаметра и величины давления нагнетания насоса. Рабочая камера снабжена нагнетающим 9 и всасывающим 10 клапанами. Устройство клапанов выполнено в виде единой детали со сферической головкой и прорезной пружиной из неметаллического материала (фторопласт). Корпус электромагнита 1 и крышка 7 уплотнены через мембрану 6 и стянуты болтами 11. Крышка имеет отверстие 12, через которое устройство подвешивается к опоре. Насос имеет штуцеры подвода13 и отвода14 перекачиваемой жидкости.
Подвешенное к опоре устройство работает как погружной насос. При подаче напряжения на катушки 3 электромагнита 1 через однополупериодный выпрямитель и регулятор напряжения происходит намагничивание статора 2, втягивание якоря 5 и сжатие пружин 4, при этом мембрана 6, жестко связанная прижимным винтом 8 с якорем 5, увеличивает объем рабочей камеры, и жидкость через всасывающий клапан 10 заполняет ее. В следующий полупериод напряжение на катушках электромагнита отсутствует, и якорь 5 под действием усилия сжатия пружины 4 перемещается в обратном направлении, при этом мембрана 6 уменьшает объем камеры, вытесняя жидкость через нагнетательный клапан 9. Указанный цикл повторяется с частотой 3000 колебаний в минуту. Для примера, насос с мембраной диаметром 90 мм, жесткостью пружины 100 кг/см и амплитудой колебания якоря 2 мм имеет производительность 0,5 м/ч с глубины 20 метров.
Источники информации
1. Патент России №1753035, М. Кл. 6 F 04 B 43/00.
2. Патент США №5011379, М. Кл. F 04 B 45/04.
3. Патент России №2160383, М. Кл. 7 А 04 В 43/04.
4. Патент России №1753035, Кл. 6 F 04 B 43/00.
1. Мембранный насос, содержащий мембраны из плоского эластичного материала, электромагнитный привод, всасывающий и нагнетательный клапаны, отличающийся тем, что на мембранах с двух сторон выполнены концентрические проточки таким образом, что в разрезе образован волновой профиль и ими же образована общая рабочая камера, с двух сторон которой установлены электромагнитные приводы, усилия якорей которых направлены в разные стороны, при этом клапаны насоса выполнены из неметаллического материала в виде единой детали со сферической головкой и прорезной пружиной.
2. Мембранный насос, содержащий мембрану из плоского эластичного материала, электромагнитный привод, всасывающий и нагнетательный клапаны, отличающийся тем, что на мембране с двух сторон выполнены концентрические проточки таким образом, что в разрезе образован волновой профиль, а клапаны насоса выполнены из неметаллического материала в виде единой детали со сферической головкой и прорезной пружиной.
