Устройство для подачи текучей рабочей среды
Владельцы патента RU 2334159:
Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр - Всероссийский научно-исследовательский институт экпериментальной физики" - ФГУП "РФЯЦ-ВНИИЭФ" (RU)
Устройство предназначено для подачи текучих рабочих сред, в том числе различных смазок, к трущимся частям механизмов, тормозных или грузоподъемных устройств. Устройство содержит корпус с выходным патрубком и размещенную в корпусе камеру со стенкой из эластичного материала, заполненную текучей рабочей средой. Камера размещена в корпусе с возможностью образования изолированной от нее полости для газа, а внутри камеры установлен коллектор с возможностью вывода текучей рабочей среды. Коллектор соединен одним торцом с выходным патрубком. Внутри камеры вдоль ее стенки установлены не менее трех опорных ребер, распределенных равномерно по поперечному сечению, при этом поверхность опорных ребер выполнена с радиусом скругления не менее толщины стенки камеры. Опорные ребра могут быть выполнены в виде стержней. Стержни могут быть закреплены одним концом в торцевой части корпуса со стороны выходного патрубка и с помощью элементов крепления соединены с коллектором. Опорные ребра могут быть выполнены на внутренней поверхности камеры в виде местных утолщений ее стенки. Технический результат: стабильный КПД по количеству подаваемой текучей рабочей среды; высокая надежность в течение времени хранения и эксплуатации устройства. 3 з.п. ф-лы., 4 ил.
Устройство для подачи текучей рабочей среды (ТРС) относится к гидротранспорту с использованием давления газа и может быть применено для подачи различных жидкостей.
Известны устройства для подачи, дозирования и распределения смазок и других ТРС. Перемещение и транспортирование ТРС к месту ее потребления достигается, чаще всего, за счет обжатия (или расширения) давлением рабочего газа камеры (мешка, оболочки, колпака и т.д.) со стенкой из эластичного материала. Уменьшение (или увеличение) объема этой камеры обеспечивает выдавливание ТРС из резервуара или из той части его полости, где рабочая среда находится до срабатывания устройства.
При изучении справочно-информационных и патентных фондов были выделены наиболее близкие аналоги изобретения:
- устройство для автоматической подачи смазки, приведенное в патенте ФРГ №3718357, МПК7 F16N 11/10, публикация 17.11.88. Устройство содержит резервуар, который посредством вкладыша разделен на камеру, заполненную смазкой, и полость, в которой установлен прибор для электрохимического производства сжатого рабочего газа. Расширяющийся (или перемещающийся) под давлением рабочего газа разделительный вкладыш с упругим элементом выдавливает смазку из устройства;
- автоматическое устройство для подачи смазки, приведенное в международной заявке №89/01589, МПК7 F16N 11/10, публикация 23.02.89. Устройство содержит резервуар со смазкой, камеру со стенкой из эластичного материала и электрохимический элемент для генерирования рабочего газа, посредством давления которого камера расширяется и выдавливает смазку из резервуара;
- устройство для смазки пневматических механизмов с использованием давления газа, приведенное в патенте США №3724601, МПК7 F16N 7/30, публикация 3.04.73. Устройство имеет корпус с выходным патрубком, в котором размещен контейнер со смазкой в виде мешка со стенкой из эластичного материала, который под давлением потока воздуха сплющивается и через перфорированный элемент (жиклер) выдавливает смазку в этот поток. Перфорированный элемент установлен перед выходным патрубком.
Общими недостатками этих аналогов является низкий и нестабильный КПД (количество выдавливаемой ТРС относительно количества, размещенного в устройстве) из-за неравномерности обжатия или расширения камеры, в которой она хранится, вследствие чего надежность устройства невысокая.
Известно устройство для подачи ТРС с использованием давления газа, приведенное в патенте RU №2223441, МПК7 F16N 7/30, 11/10, публикация 10.02.2004, БИ №4. Устройство содержит корпус с выходным патрубком, размещенные в корпусе камеру со стенкой из эластичного материала, заполненную ТРС, полость для газа, изолированную от камеры, и коллектор, установленный в камере с возможностью вывода из нее ТРС, при этом один торец коллектора соединен с выходным патрубком.
Данное устройство выбрано за прототип.
К недостаткам конструкции этого устройства следует отнести, прежде всего, ненадежность ее срабатывания в условиях отрицательных температур, так как в этих условиях целостность и работоспособность стенок камеры, в которой размещается ТРС, не могут гарантироваться физико-механическими свойствами известных эластичных неметаллических материалов.
В процессе выдавливания ТРС камера обжимается давлением рабочего газа, при этом ее стенки деформируются и складываются в фигуру типа ромашки с произвольным числом лепестков. В вершине лепестка стенки прогибаются с малым радиусом, за счет этого в используемом эластичном материале с большой вероятностью могут образоваться трещины, приводящие к прорыву стенок камеры. Основной причиной, приводящей к образованию трещин в стенках камеры, является недостаточно высокая морозостойкость известных неметаллических материалов, например деталей из резиновых смесей, которые могут использоваться для их изготовления. При отрицательной температуре резина затвердевает, резко теряет свою эластичность и охрупчивается. Поэтому изгиб с малым радиусом приводит к образованию трещин и последующему прорыву стенок камеры.
Следует отметить, что пластичные металлы и сплавы обладают более высокой морозостойкостью, однако для их использования требуется значительное увеличение давления рабочего газа, габаритов и массы устройства. Поэтому изготовление эластичных камер из металлов и сплавов затруднено.
Надежность срабатывания устройства, выбранного за прототип, и стабильность его КПД не гарантируются также в связи с возрастанием вероятности прорыва стенок камеры с течением времени хранения. При хранении неметаллического материала, используемого для изготовления камеры, как отдельно, так и в составе устройства, наблюдается наличие дополнительной потери его эластичности и охрупчивания, обусловленной характерными естественными процессами старения.
Задачей настоящего изобретения является повышение уровня надежности срабатывания устройства за счет обеспечения стабильности КПД.
При использовании предлагаемого изобретения достигается следующий технический результат:
- повышение уровня надежности срабатывания устройства за счет стабильности КПД в течение времени хранения и эксплуатации устройства;
- исключение прорыва стенок камеры при срабатывании устройства в условиях как положительных, так и отрицательных температур, в том числе с течением времени хранения и эксплуатации, и за счет этого повышение стабильности КПД;
- расширение возможностей выбора эластичного неметаллического материала, используемого для изготовления камеры, за счет облегчения условий работы стенок камеры в процессе их деформации при выдавливании ТРС.
Решение поставленной задачи и достижение технического результата обеспечивается тем, что в известном устройстве для подачи ТРС с использованием давления газа, содержащем корпус с выходным патрубком, размещенные в корпусе камеру со стенкой из эластичного материала, заполненную ТРС, полость для газа, изолированную от камеры, и коллектор, установленный в камере с возможностью вывода из нее ТРС, при этом один торец коллектора соединен с выходным патрубком, согласно предлагаемому изобретению:
а) внутри камеры вдоль ее стенки установлены не менее трех опорных ребер, распределенных равномерно по поперечному сечению, при этом поверхность опорных ребер выполнена с радиусом скругления не менее толщины стенки камеры;
б) опорные ребра могут быть выполнены в виде стержней;
в) стержни могут быть закреплены одним концом в торцевой части корпуса со стороны выходного патрубка и с помощью элементов крепления соединены с коллектором;
г) опорные ребра могут быть выполнены на внутренней поверхности камеры в виде местных утолщений ее стенки.
Установка внутри камеры вдоль ее стенок не менее трех опорных ребер, распределенных равномерно по поперечному сечению, обеспечивает при обжатии камеры давлением рабочего газа однозначность складывания стенок в фигуру типа ромашки в конкретных местах и с заданным числом лепестков. Следует отметить, что при числе ребер менее трех однозначность складывания стенок не достигается, так как могут появляться дополнительные складки в виде неполных (укороченных) лепестков. При числе ребер не менее трех может быть обеспечено равенство длин контурной линии ромашки и окружности наружного диаметра камеры, что исключает неоднозначность складывания стенок камеры и появление дополнительных складок в виде неполных (укороченных) лепестков. Это позволяет выполнить процесс изгиба стенок в какой-то степени управляемым, что способствует исключению возможности их повреждения и прорывов.
Выполнение опорных ребер с поверхностями, имеющими радиусы округления, позволяет облегчить условия работы стенок камеры в процессе их деформации при выдавливании ТРС, и за счет этого расширяются возможности выбора эластичного материала, используемого для изготовления камеры, исключается возможность повреждения стенок камеры и их прорывов.
Выполнение радиусов скругления поверхностей опорных ребер по величине не менее толщины стенки камеры позволяет исключить возможность повреждения и прорывов стенок камеры, что подтверждено экспериментально.
В совокупности отличительные признаки предложенного устройства обеспечивают повышение стабильности КПД и надежности срабатывания конструкции в течение времени хранения и эксплуатации.
Конструктивная схема предлагаемого устройства поясняется фиг.1, 2, 3 и 4.
Устройство для подачи ТРС содержит, см. фиг.1 и 2, корпус 1, камеру 2 и полость А для рабочего газа. Стенки камеры 2 по всей наружной поверхности или в каких-то ее частях могут касаться внутренних поверхностей корпуса 1 (на иллюстрациях места касания не изображены). В зависимости от характера касания стенками камеры 2 корпуса 1 полость А может быть распределена по длине корпуса 1 и иметь составные части, например А1 и А2, пневматически соединяющиеся между собой (на иллюстрациях не показано). Полость А, включая все ее составные части, изолирована от внутренней полости камеры 2. В качестве примера изоляции показан элемент Б, выполненный в виде бурта Т-образной формы. Внутри камеры 2 размещена ТРС 3, а вдоль ее стенки установлены три опорных ребра 4. В корпусе 1 для подачи рабочего газа в полость А выполнен входной патрубок 5. С противоположной стороны корпуса 1 выполнен выходной патрубок 6. В выходном патрубке 6 установлена мембрана 7. Внутри камеры 2 установлен коллектор 8, выполненный в виде трубки с наружным диаметром D. Один из концов трубки коллектора 8 соединен с выходным патрубком 6. Опорные ребра 4 выполнены в виде стержней с наружным диаметром d, равным удвоенной толщине стенки камеры 2. Один конец каждого стержня через отверстие d1 крепится к корпусу 1 со стороны выходного патрубка 6. Вторые концы стержней крепятся также к корпусу 1 со стороны входного патрубка 5 или за коллектор 8 (на иллюстрациях не показано). При длине ребер 4 более ≈30d, с целью обеспечения жесткости конструкции, требуется их дополнительное крепление к коллектору 8 в местах, распределенных приблизительно равномерно по длине ребер 4. В качестве примера такого крепления выполнены элементы В и Г.
Через отверстия Д, выполненные в трубке коллектора 8, ТРС 3 имеет возможность перетекать из камеры 2 во внутреннюю полость коллектора 8 и доходить до мембраны 7.
На фиг.3 представлено поперечное сечение с изображением фигуры, образуемой стенкой камеры 2 при срабатывании устройства.
На фиг.4 представлена схема варианта исполнения устройства с опорными ребрами 4, выполненными непосредственно в стенке камеры 2. В этом случае элементы крепления опорных ребер 4 к корпусу 1 и коллектору 8 не требуются.
Устройство работает следующим образом, см. фиг.1, 2, 3 и 4.
При подаче через входной патрубок 5 рабочий газ попадает в полость А, в том числе, в ее составные части А1 и А2, при этом он доходит до стенок камеры 2. Под действием давления рабочего газа стенки камеры 2 отходят от внутренней поверхности корпуса 1. Камера 2 обжимается (промежуточные положения стенки камеры 2 на иллюстрациях не показаны), при этом ее стенки складываются в фигуру типа ромашки с тремя лепестками, как показано на фиг.3, практически, без дополнительного растяжения. В вершинах лепестков оказываются опорные ребра 4. При этом стенки камеры 2 изгибаются с радиусом, равным половине диаметра d. За счет этого исключается возможность прорывов стенок камеры 2.
В процессе обжатия камеры 2 ТРС 3 через отверстия Д в трубке коллектора 8 выдавливается в направлении выходного патрубка 6.
Под действием давления, близкого к давлению рабочего газа, ТРС 3 разрушает мембрану 7 в выходном патрубке 6 и по мере выдавливания поступает к месту ее потребления (вид мембраны 7 после разрушения и место потребления ТРС 3 на иллюстрациях не показаны).
Деформация стенок камеры 2 происходит без дополнительного растяжения, а ребра 4 с элементами В, Г и коллектор 8 исключают возможность повреждения камеры 2 или ее схлопывания. За счет плавного и равномерного обжатия камеры 2 исключается возможность прорывов ее стенок, что обеспечивает повышение стабильности КПД и надежности работы устройства.
Для повторного срабатывания камера 2 вновь заполняется заданным количеством ТРС 3, а разрушенная мембрана 7 заменяется.
В процессе опробования конструкции данного устройства для изготовления камеры 2 была использована резиновая смесь. Толщина стенки камеры 2 составляла ≈1 мм. Опорные ребра 4 изготавливались из стальных стержней диаметром d=2 мм, а крепежные элементы В и Г - из стальной фольги толщиной 0,2 мм. Жесткость стальных стержней выбранного диаметра позволила размещать крепежные элементы на расстоянии друг от друга до ≈70 мм.
Работоспособность устройства была проверена путем обжатия стенок камеры 2 инертным газом под избыточным давлением. Испытания проводились в условиях как положительных, так и отрицательных температур. Прорыв камеры или появление трещин на наружной и внутренней поверхностях ее стенок не наблюдались.
Практические результаты, полученные при срабатывании устройства, показывают, что в случае выполнения конструкции согласно предлагаемому изобретению, обеспечивается обжатие камеры без прорыва ее стенок и подача ТРС, масса которой может быть сколь угодно большой. При этом обеспечиваются высокая надежность работы и стабильный КПД в течение времени хранения и эксплуатации устройства.
1. Устройство для подачи текучей рабочей среды с использованием давления газа, содержащее корпус с выходным патрубком, размещенные в корпусе камеру со стенкой из эластичного материала, заполненную текучей рабочей средой, полость для газа, изолированную от камеры, и коллектор, установленный в камере с возможностью вывода из нее текучей рабочей среды, при этом один торец коллектора соединен с выходным патрубком, отличающееся тем, что внутри камеры вдоль ее стенки установлены не менее трех опорных ребер, распределенных равномерно по поперечному сечению, при этом поверхность опорных ребер выполнена с радиусом скругления не менее толщины стенки камеры.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опорные ребра выполнены в виде стержней.
3. Устройство по п.2, отличающееся тем, что стержни закреплены одним концом в торцевой части корпуса со стороны выходного патрубка и с помощью элементов крепления соединены с коллектором.
4. Устройство по п.1, отличающееся тем, что опорные ребра выполнены на внутренней поверхности камеры в виде местных утолщений ее стенки.
