Устройство для подачи текучей рабочей среды
Владельцы патента RU 2334160:
Российская Федерация в лице Федерального агентства по атомной энергии (RU)
Федеральное государственное унитарное предприятие "Российский федеральный ядерный центр-Всероссийский научно-исследовательский институт экспериментальной 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, камеру со стенкой из эластичного материала, заполненную текучей рабочей средой и размещенную в корпусе с возможностью образования изолированной от нее полости для газа, коллектор, установленный внутри камеры из эластичного материала с возможностью вывода текучей рабочей среды. Один торец коллектора соединен с выходным патрубком, в котором установлена герметизирующая мембрана. Камера с текучей рабочей средой выполнена в виде стакана и соединена открытой стороной с выходным патрубком, а коллектор выполнен в виде консоли с радиусами скругления на свободном конце. Место соединения коллектора с выходным патрубком корпуса может быть выполнено шарнирным. В выходном патрубке корпуса может быть установлен обратный клапан, а герметизирующая мембрана установлена в запорном элементе обратного клапана. Технический результат: стабильный КПД по количеству подаваемой текучей рабочей среды; высокая надежность устройства в течение времени его хранения и эксплуатации. 2 з.п. ф-лы., 2 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 газа эластичной камеры (мешка, оболочки, колпака и т.д.). Уменьшение или увеличение объема эластичной камеры обеспечивает выдавливание ТРС из резервуара или из той части его полости, где эта 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, эластичную камеру 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 03.04.73. Устройство имеет корпус с выходным патрубком, в котором размещен контейнер со смазкой в виде мешка из эластичного материала, который под давлением рабочего газа (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 внутри камеры с возможностью вывода из нее ТРС, при этом один торец коллектора соединен с выходным патрубком, в котором установлена герметизирующая мембрана.
Данное устройство выбрано за прототип.
К недостаткам конструкции этого устройства следует отнести наличие у эластичной камеры двух открытых сторон, что приводит к необходимости не только двухсторонней изоляции ее внутренней полости от полости для рабочего газа, но также и двухстороннего жесткого соединения коллектора с выходным и входным патрубками. При этом с каждой стороны камеры ее изоляция от полости для рабочего газа должна выполняться с обеспечением достаточной степени герметичности. В противном случае будет возможна утечка рабочего газа, эквивалентная такой же утечке вследствие прорыва стенок камеры. Таким же образом с достаточной степенью надежности должны выполняться соединения коллектора с выходным и входным патрубками. В этом устройстве в таких местах, как изоляции камеры от полости для газа, так и соединений коллектора с патрубками, имеются переходы диаметров от больших к малым и наоборот. Места переходов располагаются внутри камеры. Поэтому выполнить их плавными, без выступов, канавок и острых кромок, затруднено. Также сложно обеспечить объективный контроль качества. В связи с этим в указанных местах возможны повреждения камеры, приводящие к прорыву ее стенок.
Следует отметить, что изоляция внутренней полости камеры от полости для рабочего газа не может быть выполнена в этом устройстве с обеспечением достаточной степени герметичности без жесткой заделки камеры с каждой из ее сторон. При срабатывании такого устройства, в процессе перемещения от внутренней поверхности корпуса до контура коллектора, стенки камеры должны дополнительно растягиваться. За счет этого в используемом эластичном неметаллическом материале, например в деталях, изготовленных из резиновой смеси, с большой вероятностью могут образоваться трещины, приводящие к прорыву стенок камеры. Вероятность реализации такого события увеличивается при срабатывании устройства в условиях отрицательных температур. Известно, что при отрицательной температуре резина затвердевает, резко теряет свою эластичность и охрупчивается. В этом случае образованию трещин могут способствовать даже небольшие растягивающие напряжения. Последующий прорыв стенок приведет к попаданию рабочего газа в камеру и образованию в ней газонаполненных полостей по всей высоте, занимаемой ТРС. В результате из устройства могут выходить или большое количество рабочего газа вместе с ТРС, или только один рабочий газ, а ТРС может остаться в камере. Вследствие этого стабильность КПД не обеспечивается. В итоге это приводит к снижению надежности работы устройства.
Надежность срабатывания устройства, выбранного за прототип, и стабильность его КПД не гарантируются также в связи с возрастанием вероятности прорыва стенок эластичной 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.
Кроме того, установка герметизирующей мембраны непосредственно в выходном патрубке этого устройства может выполняться только после окончания операции по заполнению камеры требуемым количеством ТРС. При выполнении данной операции могут быть потери ТРС.
Задачей настоящего изобретения является повышение надежности работы устройства и стабильности КПД.
При использовании предлагаемого изобретения достигается следующий технический результат:
- повышение стабильности КПД;
- повышение надежности срабатывания конструкции и обеспечение ее высокого уровня в течение времени хранения и эксплуатации устройства.
Решение поставленной задачи и достижение технического результата обеспечиваются 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 внутри камеры с возможностью вывода из нее ТРС, при этом один торец коллектора соединен с выходным патрубком, в котором установлена герметизирующая мембрана, согласно предлагаемому изобретению:
а) камера выполнена в виде стакана и соединена открытой стороной с выходным патрубком;
б) коллектор выполнен в виде консоли с радиусами скругления на свободном конце.
В данном устройстве для подачи ТРС место соединения коллектора с выходным патрубком корпуса может быть выполнено шарнирным.
В выходном патрубке корпуса данного устройства может быть установлен обратный клапан, а герметизирующая мембрана установлена в запорном элементе обратного клапана.
Выполнение эластичной камеры в виде стакана повышает технологичность ее изготовления и обеспечивает возможность сокращения в два раза мест изоляции камеры от полости для газа. Кроме того, в этом случае при срабатывании устройства, в процессе перемещения от внутренней поверхности корпуса до контура коллектора, стенки камеры обжимаются без дополнительного растяжения. За счет этого облегчаются условия работы используемого эластичного материала, что значительно уменьшает вероятность образования трещин, приводящих к прорыву стенок камеры.
Установка камеры открытой стороной в направлении выходного патрубка обеспечивает возможность размещения ТРС в ее внутренней полости и упрощает технологическую операцию по заполнению камеры требуемым количеством ТРС. При этом упрощается герметизация камеры с корпусом, а также исключается наличие выступов, канавок и острых кромок, которые могли бы служить возможными причинами повреждений, приводящих к прорыву стенок камеры.
Выполнение коллектора в виде консоли с радиусами скругления на свободном конце обеспечивает сокращение числа соединений коллектора с патрубками за счет исключения его соединения с входным патрубком. При этом упрощается конструктивное выполнение плавных переходов диаметров от больших к малым и наоборот. За счет этого как в месте соединения коллектора с выходным патрубком, так и на его свободном конце исключается наличие выступов, канавок и острых кромок, которые могли бы служить возможными причинами повреждений стенок камеры, приводящих к их прорыву, в том числе с течением времени хранения и эксплуатации.
Выполнение в данном устройстве для подачи ТРС места соединения коллектора с выходным патрубком корпуса шарнирным позволяет выполнять консоль любой длины. В этом случае при воздействии на устройство механических нагрузок свободный конец коллектора за счет указанного шарнирного соединения имеет возможность перемещаться в пределах внутреннего диаметра камеры без изгиба консоли по длине. Исключение изгиба консоли по длине повышает прочность коллектора, приводит к устойчивости его геометрической формы и способствует стабилизации процесса деформации стенок камеры, исключая возможность их повреждений или прорыва.
Выполнение в выходном патрубке корпуса данного устройства обратного клапана и установка герметизирующей мембраны в запорном элементе обратного клапана позволяют упростить выполнение операций по размещению ТРС в камере и уменьшить вероятность потерь ТРС.
В совокупности отличительные признаки предложенного устройства обеспечивают повышение как стабильности КПД, так и надежности срабатывания конструкции с обеспечением ее высокого уровня в течение времени хранения и эксплуатации.
Конструктивная схема предлагаемого устройства поясняется фиг.1 и 2.
Устройство содержит корпус 1 с выходным патрубком 2, камеру 3 в виде стакана, соединенного открытой стороной с выходным патрубком 2. Камера 2 имеет изолирующий элемент А в виде бурта Т-образной формы и глухое дно Б. 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 В может быть распределена по длине корпуса 1 и иметь составные части, например B1, B2 и В3, пневматически соединяющиеся между собой. При помощи элемента А камера 2 изолируется от полости В для рабочего газа. Внутри камеры 3 размещены ТРС 4 и коллектор 5, выполненный из трубки в виде консоли, жестко закрепленной в выходном патрубке 2. На свободном конце коллектора 5 установлен наконечник 6 с радиусами округления, предохраняющими стенки камеры 3 от повреждения и прорывов. В стенках трубки коллектора 5 и наконечника 6 выполнены отверстия Г1 и Г2 для прохода ТРС 4 из камеры 3 во внутреннюю полость коллектора 5. В корпусе 1 со стороны дна Б камеры 3 выполнен входной патрубок 7, служащий для подачи рабочего газа. В выходном патрубке 2 установлен колпачок Д с донышком, в котором выполнена мембрана 8. На цилиндрической поверхности колпачка Д выполнен элемент изоляции Е в виде кольца. Через отверстия Г1 и Г2 ТРС 4 имеет возможность перетекания из камеры 3 во внутреннюю полость коллектора 5 и доходить до мембраны 8.
В варианте исполнения устройства, представленном на фиг.2, коллектор 5 соединен с выходным патрубком 2 корпуса 1 при помощи винта 9 с резьбой Ж. Винт 9 в месте шарнирного соединения сферической поверхности его головки с ответной поверхностью в корпусе 1 фиксируется пружиной 10. Благодаря шарнирному соединению наконечник 6 имеет возможность перемещения в пределах внутреннего диаметра камеры 3 без изгиба трубки коллектора 5 по длине. Исключение изгиба консоли по длине приводит к устойчивости геометрической формы коллектора 5 и при срабатывании устройства способствует стабилизации процесса деформации стенок камеры 3, исключая возможность их повреждений или прорыва.
Пружина 10 одновременно удерживает мембрану 8, выполненную на донышке колпачка Д, служащего запорным элементом обратного клапана. Наличие обратного клапана позволяет устанавливать мембрану 8 до размещения в камере 3 ТРС 4, что упрощает этот процесс и уменьшает возможность потери ТРС 4 при его выполнении.
Процесс размещения ТРС 4 в данном устройстве позволяет проконтролировать работоспособность большинства его конструктивных элементов. Работа элементов устройства контролируется при выполнении необходимых технологических операций, которые проводятся в следующем порядке (промежуточные положения элементов на иллюстрациях не показаны):
- в варианте исполнения устройства, представленном на фиг.1:
- подается газовая среда со стороны входного патрубка 7 (до установки колпачка Д с мембраной 8), при этом камера 3 сжимается и сплющивается, выдавливая воздух из внутренней полости камеры 3 через выходной патрубок 2;
- подается ТРС 4 через выходной патрубок 2, при этом стенки камеры 3 расширяются и ТРС 4 размещается в ее внутренней полости;
- устанавливается в выходной патрубок 2 колпачок Д с мембраной 8 (после размещения в камере 3 требуемого количества ТРС 4). При этом внутренняя полость камеры 3 оказывается изолированной от окружающей среды;
- в варианте исполнения устройства, представленном на фиг.2:
- перемещается колпачок Д (запорный элемент обратного клапана с мембраной 8) внутрь камеры 3 на расстояние, после достижения которого элемент Е не обеспечивает изоляцию внутренней полости камеры 3 от окружающей среды, при этом пружина 10 сжимается, а внутренняя полость камеры 3 сообщается с окружающей средой через кольцевое отверстие И, образующееся между наружным диаметром элемента Е и внутренним диаметром отверстия в выходном патрубке 2;
- подается газовая среда со стороны входного патрубка 7, при этом камера 3 сжимается и сплющивается, выдавливая воздух из внутренней полости камеры 3 через отверстие И;
- подается ТРС 4 со стороны выходного патрубка 2 через отверстие И, при этом стенки камеры 3 расширяются и ТРС 4 размещается в ее внутренней полости;
- освобождается колпачок Д, при этом под действием усилия, создаваемого пружиной 10, мембрана 8 возвращается в исходное состояние и перекрывает выходной патрубок 2. После этого внутренняя полость камеры 3 оказывается изолированной от окружающей среды и возможность потерь ТРС 4 практически исключается.
Устройство работает следующим образом.
При подаче, см. фиг.1 и 2, через входной патрубок 7 рабочий газ попадает в полость В, в том числе в ее составные части B1, B2 и В3, при этом он доходит до стенок камеры 3. Под действием давления рабочего газа стенки камеры 3 отходят от внутренней поверхности корпуса 1 и камера 3 обжимается (промежуточные положения стенки камеры 3 на иллюстрациях не показаны). В процессе обжатия камеры 3 ТРС 4 через отверстия Г1 и Г2 в трубке коллектора 5 и наконечнике 6 выдавливается в направлении выходного патрубка 2.
Под действием давления, близкого к давлению рабочего газа, ТРС 4 разрушает мембрану 8 в выходном патрубке 2 и по мере выдавливания поступает к месту ее потребления (вид мембраны 8 после разрушения и место потребления ТРС 4 на иллюстрациях не показаны).
Деформация стенок камеры 3 происходит без дополнительного растяжения, а коллектор 5 с наконечником 6 и шарнирное соединение сферической поверхности головки винта 9 с ответной поверхностью в корпусе 1 исключают возможность повреждения камеры 3 или ее схлопывания. За счет плавного и равномерного обжатия камеры 3 исключается возможность прорывов ее стенок, что обеспечивает повышение стабильности КПД и надежности работы устройства в течение времени его хранения и эксплуатации.
Для повторного срабатывания камера 3 вновь заполняется заданным количеством ТРС 4, а разрушенная мембрана 8 заменяется.
В процессе опробования конструкции данного устройства для изготовления камеры 3 была использована резиновая смесь. Корпус 1 с патрубками 2 и 7, коллектор 5, наконечник 6 и мембрана 8 изготавливались из алюминиевых сплавов. Для изготовления винтов 9 использовалась сталь, а для пружины 10 - стальная проволока.
Работоспособность устройства была проверена путем обжатия стенок камеры 3 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 использовании устройства, показывают, что в случае выполнения конструкции согласно предлагаемому изобретению обеспечивается плавное обжатие эластичной камеры без прорыва ее стенок и подача ТРС, масса которой может быть сколь угодно большой. При этом обеспечивается высокая надежность работы и стабильный КПД устройства в течение времени его хранения и эксплуатации.
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 внутри камеры с возможностью вывода из нее текучей рабочей среды, при этом один торец коллектора соединен с выходным патрубком, в котором установлена герметизирующая мембрана, отличающееся тем, что камера выполнена в виде стакана и соединена открытой стороной с выходным патрубком, а коллектор выполнен в виде консоли с радиусами скругления на свободном конце.
2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что место соединения коллектора с выходным патрубком корпуса выполнено шарнирным.
3. Устройство по п.1 или 2, отличающееся тем, что в выходном патрубке корпуса установлен обратный клапан, а герметизирующая мембрана установлена в запорном элементе обратного клапана.
