СПОСОБ ПЕРИСТАЛЬТИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД И ПЕРИСТАЛЬТИЧЕСКИЙ НАСОС СОЛОВЬЕВА О.В.

СПОСОБ ПЕРИСТАЛЬТИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД И ПЕРИСТАЛЬТИЧЕСКИЙ НАСОС СОЛОВЬЕВА О.В. 


RU (11) 2016233 (13) C1

(51) 5 F04B43/12 

(12) ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ К ПАТЕНТУ РОССИЙСКОЙ ФЕДЕРАЦИИ 
Статус: по данным на 26.12.2007 - прекратил действие 

--------------------------------------------------------------------------------

(21) Заявка: 4948636/29 
(22) Дата подачи заявки: 1992.06.26 
(45) Опубликовано: 1994.07.15 
(56) Список документов, цитированных в отчете о поиске: Патент США N 4424009, кл. F 04B 43/10, опублик.1984. 
(71) Заявитель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности 
(72) Автор(ы): Соловьев О.В. 
(73) Патентообладатель(и): Всероссийский научно-исследовательский институт мясной промышленности 

(54) СПОСОБ ПЕРИСТАЛЬТИЧЕСКОГО ПЕРЕМЕЩЕНИЯ ТЕХНОЛОГИЧЕСКИХ СРЕД И ПЕРИСТАЛЬТИЧЕСКИЙ НАСОС СОЛОВЬЕВА О.В. 

Использование: в насосостроении, в насосах перистальтического типа перерабатывающей промышленности в различных отраслях народного хозяйства для перекачивания и транспортировки различных технологических сред, в том числе и вязких с твердыми включениями из резервуаров и с больших глубин. Сущность изобретения: перистальтический насос содержит корпус 1 с кольцевой проточкой 2 на входе и дроссельным отверстием 3 с краном 4 на выходе, рабочий орган 5 в виде эластичного шланга, образующий с корпусом 1 и проточкой 2 замкнутую камеру 6 изменяемого объема. В проточку 2 подсоединена система 7 подачи энергоносителя через управляемый обратный клапан 8, связанный с реле времени. 2 с и 2 з.п.ф-лы, 3 ил. 


ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ



Изобретение относится к насосостроению, преимущественно к насосам перистальтического типа перерабатывающей промышленности, и может быть использовано в различных отраслях народного хозяйства для переключения и транспортировки различных технологических сред, в том числе и вязких с твердыми включениями из резервуаров и с больших глубин.

Известен перистальтический насос, содержащий корпус, в котором установлен эластичный насосный трубопровод, взаимодействующий с роликами ротора и имеющий восстанавливающие элементы в виде газозапорных эластичных трубчатых камер, установленных снаружи вдоль боковых образующих насосного трубопровода.

Недостатком является сложность конструкции, низкая долговечность эластичного насосного трубопровода из-за обкатывания по нему роликами и существенный износ при перекачке или транспортировке жидкой среды с твердыми включениями.

Наиболее близким по технической сущности и достигаемому результату, принятым за прототип, является перистальтический насос, содержащий корпус, выполненный из сплошной трубы с эластичным рабочим органом в виде шланга, герметично закрепленного на концах корпуса, замкнутую полость, соединенную с системой подвода и отвода энергоносителя и образованную между наружной поверхностью шланга и внутренней поверхностью корпуса.

Недостатком является наличие зазора между корпусом и наружной поверхностью эластичного рабочего органа, что приводит к провисанию последнего под тяжестью перекачиваемой среды и неравномерному его пережатию, существенно снижая быстродействие насоса и его производительность. Кроме того, способ перемещения содержимого насоса основан на эффекте передавливания из одной полости в другую, что связано с трением скольжения перекачиваемой среды о стенки и между ее слоями, а это существенные энергетические потери. При этом жесткие выступающие элементы на внутренней поверхности корпуса способствуют быстрому изнашиванию рабочего органа, снижая надежность насоса.

Цель изобретения - повышение производительности и надежности в работе.

Это достигается тем, что в способе перистальтического перемещения технологических сред, предусматривающем подвод и отвод энергоносителя в замкнутую полость, вытеснение технологической среды путем выпучивания эластичного рабочего органа, подвод и отвод энергоносителя осуществляют циклично с образованием перемещающихся замкнутых энергетических объемов, последние производят тороидальное перекатывание технологической среды по внутренней поверхности рабочего органа путем волнового деформирования его стенок, при этом частоту и амплитуду деформирования регулируют расходом энергоносителя.

Цель достигается тем, что в перистальтическом насосе, содержащем корпус, выполненный из сплошной трубы с эластичным рабочим органом в виде шланга, герметично закрепленного на концах корпуса, замкнутую полость между наружной поверхностью шланга и корпусом, сообщенную с системой подвода и отвода энергоносителя, шланг непосредственно примыкает без зазора к внутренней стенке корпуса, а на входе энергоносителя в корпус на его внутренней поверхности выполнена кольцевая проточка, соединенная с системой подвода энергоносителя, при этом кольцевая проточка образует с наружной поверхностью шланга замкнутую камеру переменного объема с возможностью перемещения последнего и отвода из нее энергоносителя в конце корпуса через выполненное в нем дроссельное отверстие и кран в атмосферу, причем наружная поверхность шланга обладает адгезионными свойствами к внутренней поверхности корпуса.

На внутреннюю поверхность корпуса нанесена вязкая среда.

Корпус и рабочий орган выполнены из прозрачного материала.

На фиг. 1 изображен продольный разрез перистальтического насоса в вертикальном положении; на фиг. 2 - то же в горизонтальном положении; на фиг. 3 - процесс деформирования рабочего органа и механизм движения частиц технологической среды.

Перистальтический насос содержит корпус 1 с кольцевой проточкой 2 на входе и дроссельным отверстием 3 с краном 4 на выходе, рабочий орган 5 в виде эластичного шланга, образующий с корпусом 1 и кольцевой проточкой 2 замкнутую камеру 6 изменяемого объема. В проточку 2 подсоединена система 7 подачи энергоносителя через управляемый обратный клапан 8, связанный с реле времени.

Перистальтический насос работает следующим образом.

В корпусе 1, выполненном в виде сплошной трубы из прочного материала, расположен рабочий орган 5, представляющий собой эластичный шланг или трубопровод, который плотно прикреплен к корпусу 1 по образующим входного и выходного отверстий. Наружная поверхность рабочего органа 5 обладает адгезионными свойствами к внутренней поверхности корпуса 1 либо на внутреннюю поверхность корпуса 1 нанесена вязкая или липкая среда. Наружная поверхность рабочего органа 5 плотно без зазора прилегает к внутренней поверхности корпуса 1, и благодаря адгезии или вязкой среде обеспечивается надежное уплотнение от перетекания сжатого воздуха между рабочим органом 5 и корпусом 1.

Транспортируемая технологическая среда (см. фиг. 1 и 2) поступает во внутреннюю полость рабочего органа 5 и заполняет его. По команде от реле времени включают обратный клапан 8 и осуществляют подачу энергоносителя, например сжатого воздуха, по системе 7 в кольцевую проточку 2 камеры 6 на входе в перистальтический насос. Проточка 2 выполнена для облегчения деформирования рабочего органа 5 в первоначальный момент подачи сжатого воздуха.

Принимая во внимание то, что рабочий орган 5 плотно прикреплен к корпусу 1 по образующей его входа поступающий в камеру 6 сжатый воздух, преодолевая адгезионные силы сцепления наружной поверхности рабочего органа 5 с внутренней поверхностью корпуса 1 или силы сцепления вязкой среды, последовательно перемещает стенки рабочего органа 5 в направлении от внутренней поверхности корпуса 1 к центральной оси насоса (см. фиг. 1). Объем камеры 6 увеличивается одновременно в радиальном и осевом направлениях. Увеличение объема камеры 6 в радиальном направлении приводит, например, к полному перекрытию проходного сечения рабочего органа 5, отсекая часть транспортируемой среды от основной массы. Дальнейшее поступление сжатого воздуха продолжает увеличивать объем камеры 6, но уже только в осевом направлении, вытесняя поступательно отсеченную часть транспортируемой среды в сторону выхода из насоса.

Частичное перекрытие проходного сечения обуславливается различным физическим состоянием транспортируемой технологической среды, например, присутствие в жидкой фазе мелких или значительных твердых включений, перемещение кускового жира или мясного шрота и т.д., что повышает износостойкость рабочего органа 5 и надежность работы всего перистальтического насоса.

По команде от реле времени обратный клапан 8 прекращает подачу воздуха в камеру 6, образуется замкнутый уравновешенный воздушный объем, заключенный между изогнутыми от деформирования стенками рабочего органа 5 и частью внутренней поверхности корпуса 1. По форме этот объем напоминает кольцевую камеру с расположенной в центре и радиально сжатой цилиндрической частью рабочего органа 5, переходящей на торцах этой камеры в конусообразно вогнутые поверхности. Адгезионные силы или силы сцепления вязкой среды позволяют сохранить форму изогнутых стенок, удерживая замкнутый воздушный объем в заданных пределах.

Со стороны входа в насос поступающая транспортируемая среда воздействует на переднюю торцовую конусообразно вогнутую поверхность камеры 6, преодолевает усилия, сжимающие стенки рабочего органа 5, распрямляет их и вместе с упругими силами эластичного материала прижимает обратно к внутренней поверхности корпуса 1 (см. фиг. 1 и 2). Объем камеры 6 уменьшается, а давление Р воздуха внутри нее возрастает (см. фиг. 3). Увеличение давления воздуха внутри замкнутого объема передается во все стороны одинаково, следовательно, произведение увеличения давления на площадь противоположной конусообразно вогнутой поверхности камеры 6 дает величину усилия, которое, воздействуя на эту поверхность, вызывает перемещение стенок рабочего органа 5 в обратном направлении, т.е. от внутренней поверхности корпуса 1 к центральной оси пропорционально перемещению на передней торцовой поверхности. Таким образом, на передней торцовой поверхности камеры 6 со стороны входа в насос, и на противоположной со стороны выхода из насоса стенки рабочего органа 5 двигаются в противоположных направлениях (колебательно в противофазе) перпендикулярно продольной оси насоса, тем самым позволяя перемещаться вдоль этой оси замкнутому воздушному объему, вытесняя поступательно отсеченную часть транспортируемой среды к выходу.

По мере заполнения на входе в насос внутренней полости рабочего органа 5 следующей порцией транспортируемой среды подается сигнал от реле времени, включающий обратный клапан 8, и снова подают сжатый воздух по системе 7 в кольцевую проточку 2 камеры 6. Образовывают новый подвижный воздушный объем, перемещающий поступательно к выходу вновь отсеченную порцию транспортируемой среды, а вместе с ней и все образованные ранее порции и воздушные объемы.

Происходит непрерывное циклическое объемное сжатие стенок единого эластичного рабочего органа 5 и образование ими последовательно чередующихся подвижных замкнутых воздушных объемов и объемов, заполненных порциями транспор- тируемой среды. При этом одни и те же изогнутые на торцовых поверхностях стенки составляют для воздушных объемов вогнутые конусообразные поверхности, а для объемов, заполненных транспортируемой средой, - выпуклые. Отсюда усилие, равное произведению увеличения давления на площадь поверхности изогнутой торцовой стенки со стороны воздушного объема, передается этой же стенкой на частички транспортируемой среды, находящиеся в соседнем объеме.

Перемещение стенок рабочего органа 5 от корпуса 1 к центральной оси насоса представляет собой процесс одновременного перемещения стенок и их сжатие, т. е. во время движения стенок происходит уменьшение диаметра проходного отверстия, цилиндрическая форма которого переходит в конусообразную. В связи с этим, перемещающиеся стенки воздействуют на частички транспортируемой среды по нормали с силой N, которая раскладывается на составляющие: силу Т - в радиальном направлении перпендикулярно центральной оси и силу F - вдоль оси насоса (см. фиг. 3). Действие этих сил заставляет частички участвовать одновременно в двух движениях: со стенками к центральной оси и вдоль оси, выталкиваемые друг другом с конусообразной поверхности за счет уменьшения диаметра проходного сечения. Результирующая этих движений перемещает частички по криволинейным траекториям. Следовательно, объемная деформация стенок рабочего органа 5 при переходе их из цилиндрической формы в конусообразную создает вращающий момент М частичкам транспортируемой среды, направленный по часовой стрелке в сторону выхода из насоса.

В продольном сечении насоса (см. фиг. 3) линейная скорость частичек, находящихся на внутренней поверхности цилиндрической части рабочего органа 5, меняется от Vо=0 до максимума Vмах вблизи центральной оси, т.е. линейная скорость потока транспортируемой среды, а вместе с ней и величина момента М меняются обратно пропорционально величине радиуса насоса. Это говорит о том, что предлагаемый способ перистальтического перемещения полностью исключает скольжение транспортируемой среды о стенки и проскальзывание (сдвиг) между ее слоями.

Пройдя расстояние до противоположной конусообразной поверхности этого же объема, частички транспортируемой среды воздействуют на нее и вместе с упругими силами материала распрямляют стенки рабочего органа 5. Процесс распрямления стенок представляет собой обратную картину их сжатия: одновременное перемещение от центральной оси трубопровода к внутренней поверхности корпуса 1 и распрямление, т.е. во время движения стенок происходит увеличение диаметра проходного отверстия, конусообразная форма торцовой поверхности переходит в цилиндрическую. Распрямляющиеся стенки рабочего органа 5 захватывают и переносят частички транспортируемой среды к корпусу 1, сообщают им другой вращающий момент М1, совпадающий по направлению с первым моментом М. Частички транспортируемой среды, захваченные стенками рабочего органа 5 и перенесенные на периферию потока к корпусу 1, остаются вместе со стенками на их цилиндрической части относительно неподвижными до подхода следующего воздушного объема, а за полный цикл колебания стенок совершают как минимум один оборот вокруг своей оси. Другими словами порция транспортируемой среды, заключенная в замкнутом объеме, при колебательном движении стенок на его торцах совершает перекатывание по внутренней поверхности рабочего органа 5 без проскальзывания и сдвига между слоями. В то время, как в известных насосах, происходит скольжение транспортируемой среды по внутренней поверхности и сдвиг между слоями, на что уходит основная часть энергии перемещения.

Известно, что трение качения на порядок меньше трения скольжения, следовательно, предлагаемый способ перистальтического перемещения, а точнее перекатывания, технологических сред по трубопроводу позволяет значительно снизить сопротивление, увеличивая тем самым его пропускную способность и производительность. Но наибольший эффект от использования предлагаемого способа получают при транспортировании пластических и вязких сред, так как их адгезионные свойства практически не создают сопротивления, а наоборот, помогают стенкам более эффективно (без проскальзывания) совершать процесс перекатывания.

Если рассматривать процесс течения по предлагаемому способу в аксонометрической проекции, то он выглядит в виде тороидального перекатывания, где максималь- ная величина кинетической энергии потока сосредоточена вблизи центральной оси насоса, т.е. внутри самого потока, и убывает до 0 на его периферии, а именно на внутренней поверхности стенок рабочего органа 5, что подтверждает вывод об отсутствии трения скольжения транспортируемой среды о стенки насоса.

Перемещаясь к выходу, порция транспортируемой среды выходит из насоса, а следующий за ней воздушный объем, сжимая стенки рабочего органа 5 у выхода, открывает тем самым дроссельное отверстие 3, соединяющее воздушный объем с атмосферой через кран 4. Сжатый воздух выходит в атмосферу, стенки рабочего органа 5 возвращаются и плотно прижимаются к внутренней поверхности корпуса 1, закрывая дроссельное отверстие 3 и освобождая выход из насоса очередной порции транспортируемой среды, до подхода следующего воздушного объема.

Скорость перемещения транспортируемой среды регулируется путем увеличения или уменьшения расхода сжатого воздуха через дроссельное отверстие 3 при помощи открывания или закрывания крана 4. Полное закрытие крана 4 приводит к прекращению процесса, так как замкнутый воздушный объем, остановившийся у выхода, перекрывает проходное рабочее сечение насоса.

По окончании подачи транспортируемой среды насос, продолжая работать в прежнем режиме, автоматически самоочищается. В этом случае циклическая подача сжатого воздуха по системе 7 в проточку 2 камеры 6, при отсутствии транспортируемой среды со стороны входа, приводит постепенно к объемному сжатию рабочего органа 5 по всей длине насоса, вытесняя остатки содержимого на выход. Для ускорения этого процесса подачу сжатого воздуха в проточку 2 осуществляют непрерывно, блокируя обратный клапан 8. Потеря сырья практически исключена, нет необходимости в осуществлении разборки насоса для удаления остатков содержимого, а санитарную обработку проводят моющим раствором или горячей водой, включая его по тому же принципу.

Предлагаемая конструкция насоса выгодно отличается от известных тем, что в процессе эксплуатации можно плавно изменять его пропускную способность и производительность путем уменьшения или увеличения частоты образования замкнутых воздушных объемов либо их размеров. Например, при вертикальном расположении насоса (см. фиг. 1) и большой его протяженности, когда гравитационные силы начинают оказывать существенное влияние, целесообразно увеличить размер воздушных объемов и частоту их образования, уменьшая этим объемы, заполненные технологической средой.

Для визуального контроля за характером прохождения транспортируемой среды, состоянием рабочего органа 5 и функционированием других элементов заявленного устройства корпус 1 и рабочий орган 5 выполнены из прозрачного материала, что позволяет предупредить аварийную ситуацию и повысить надежность в работе насоса.

Заявленный объект может работать как самостоятельно при наличии гидростатического давления или действия гравитационных сил, так и в паре с нагнетающим насосом малой мощности, причем насос служит только для формирования порции перекачиваемой среды.

В перерабатывающей промышленности предлагаемое устройство находит широкое применение в качестве самоочищающегося насоса или объемного дозатора для транспортировки жира, мясного фарша, творога и других продуктов, обладающих адгезионными свойствами и вызывающих в связи с этим огромные затруднения при перекачивании из-за сопротивления по длине трубопровода, что влечет за собой падение производительности, перерасход энергии, неизбежные потери сырья при санитарной обработке и т.д.

Надежную работу предлагаемого устройства можно наблюдать и в других отраслях народного хозяйства, например откачивание вязких сред из резервуаров большой емкости, добыча нефти из отработанных скважин или откачивание со дна моря и т.д., там, где откачиваемая среда обладает запасом какой-либо энергии.

Таким образом, предлагаемое техническое решение повышает производительность при перекачивании и транспорти- ровке различных сред, в том числе и вязких с твердыми включениями, путем снижения сопротивления и ускорения прохождения через насос в результате предлагаемого перистальтического воздействия, а отсутствие вращающихся или трущихся рабочих органов повышает износостойкость эластичного рабочего органа и тем самым надежность в работе. 


ФОРМУЛА ИЗОБРЕТЕНИЯ



1. Способ перистальтического перемещения технологических сред, включающий подвод и отвод энергоносителя в замкнутую полость, вытеснение технологической среды путем выпучивания эластичного рабочего органа, отличающийся тем, что подвод и отвод энергоносителя осуществляют циклично с образованием перемещающихся замкнутых энергетических объемов, последние производят тороидальное перекатывание технологической среды по внутренней поверхности рабочего органа путем волнового деформирования его стенок, при этом частоту и амплитуду деформирования регулируют расходом энергоносителя.

2. Перистальтический насос, содержащий корпус, выполненный из сплошной трубы с эластичным рабочим органом в виде шланга, герметично закрепленного на концах корпуса, замкнутую полость между наружной поверхностью шланга и корпусом, сообщенную с системой подвода и отвода энергоносителя, отличающийся тем, что шланг непосредственно примыкает без зазора к внутренней стенке корпуса, а на входе энергоносителя в корпус на его внутренней поверхности выполнена кольцевая проточка, соединенная с системой подвода энергоносителя, при этом кольцевая проточка образует с наружной поверхностью шланга замкнутую камеру переменного объема с возможностью перемещения последнего и отвода из нее энергоносителя в конце корпуса через выполненное в нем дроссельное отверстие и кран в атмосферу, причем наружная поверхность шланга обладает адгезионными свойствами к внутренней поверхности корпуса.

3. Насос по п.2, отличающийся тем, что на внутреннюю поверхность корпуса нанесена вязкая среда.

4. Насос по п.2, отличающийся тем, что корпус и рабочий орган выполнены из прозрачного материала.




ПРОЧИТАТЬ НУЖНО ВСЕМ !
Судьба пионерских изобретений и научных разработок, которым нет и не будет аналогов на планете еще лет сорок, разве что у инопланетян



Независимый научно технический портал
Насосы и компрессорное оборудование






СОВЕРШЕННО БЕСПЛАТНО!
Вам нужна ПОЛНАЯ ВЕРСИЯ данного патента? Сообщите об этом администрации портала. В сообщении обязательно укажите ссылку на данную страницу.


ПОИСК ИНФОРМАЦИИ В БАЗЕ ДАННЫХ


Режим поиска:"и" "или"

Инструкция. Ключевые слова в поле ввода разделяются пробелом или запятой. Регистр не имеет значения.

Режим поиска "И" означает, что будут найдены только те страници, где встречается каждое из ключевых слов. При использовании режима "или" результатом поиска будут все страници, где встречается хотя бы одно ключевое слово.

В любом режиме знак "+" перед ключевым словом означает, что данное ключевое слово должно присутствовать в найденных файлах. Если вы хотите исключить какое-либо слово из поиска, поставьте перед ним знак "-". Например: "+центробежный -насос".

Поиск выдает все данные, где встречается введенное Вами слово. Например, при запросе "насос" будут найдены слова "насосы", "насосом" и другие. Восклицательный знак после ключевого слова означает, что будут найдены только слова точно соответствующие запросу ("насос!").



Рейтинг@Mail.ru