Способ регулирования кратности и/или производительности смесеобразования и устройство для его осуществления - RU2296613C2

Чертежи

Описание

Предлагаемое изобретение относится к технике регулирования дозирования компонентов при смесеобразовании в непрерывном потоке. Устройство относится к шестеренчатым смесителям нагнетательного типа.

Основными задачами дозирования являются:

- поддержание постоянства заданного расхода;

- поддержание заданного соотношения (кратности) компонентов без нарушения непрерывности их подачи;

- обеспечение устойчивости процесса дозирования во времени;

- сокращение переходного процесса при корректировке кратности смешивания.

Эти задачи решаются с помощью автоматических систем управления и представляют собой сложные устройства. Объектом управления, как правило, являются дозирующие устройства и среди них насосы-дозаторы, например шестеренные насосы [1]. Обычно регулирование дозирования шестеренным насосом осуществляется изменением числа оборотов, при этом дополнительно решается задача стабилизации угловой скорости. Недостатком существующего способа является необходимость наличия датчиков, линии связи, преобразования управляющего сигнала. Из-за этого происходит запаздывание исполнения команды, что в конечном счете приводит к длительному переходному процессу регулирования кратности смешивания и большим погрешностям.

Наиболее близким по технической сущности и достигнутому результату является способ перемешивания твердых и жидких веществ (варианты) и устройство для его осуществления [2]. В этом изобретении специальное устройство спроектировано таким образом, чтобы отношение твердого вещества к жидкому оставалось постоянным от момента предварительного контакта друг с другом до момента выпуска из устройства в качестве смеси. Давление подаваемой жидкости регулируют так, чтобы оно превышало минимальное давление и было меньше, чем максимальное давление вращающейся массы жидкости, поток жидкости подают перпендикулярно его кольцевому сечению. То есть способ перемешивания основывается на балансе давлений. Отсюда очевидны недостатки этого способа, заключающиеся в необходимости постоянного регулирования давлений и скорости подачи компонента в область смешивания. Такое "косвенное дозирование" исходных компонентов зависит от погрешности дозирования исходных компонентов, точности управления потоками для обеспечения нужного режима смешения.

Целью предлагаемого изобретения является осуществление бесступенчатого прецизионно-устойчивого режима регулирования кратности и/или производительности смесеобразования в непрерывном потоке. Эта цель достигается тем, что с помощью регулирующего элемента и механизма шестеренного насоса, содержащего раздельные входные каналы, меняют рабочий объем межзубовой впадины зубчатого ротора шестеренного насоса путем осевого перемещения регулирующего элемента вдоль зубьев перед входом зубьев в охватывающую поверхность роторной полости механизма шестеренного насоса.

Конструктивно это решается с помощью механизма шестеренного насоса, содержащего раздельные входные каналы, и регулирующего элемента по меньшей мере в одном канале, выполненного в виде дополнительного зубчатого ротора с возможностью изменять объем межзубовой впадины зубчатого ротора шестеренного насоса, при этом регулирующий элемент установлен в дополнительной регулирующей роторной полости, сообщенной с одной стороны с входным (всасывающим) каналом, а с другой стороны с основной роторной полостью. Регулирующий элемент кинематически связан с основным нагнетательным зубчатым ротором и выполнен с возможностью перемещения по своей оси вращения. При этом всасывающий (входной) канал расположен по оси регулирующего элемента - дополнительного зубчатого ротора. Кроме этого, на конец регулирующего элемента, обращенного во входной канал, может быть установлен нагнетатель в виде винта или шнека.

Дополнительный регулирующий зубчатый ротор имеет возможность смещаться по оси своего вращения относительно зубьев основного нагнетательного зубчатого ротора, перекрывая, таким образом, частично или полностью его межзубовые впадины, то есть меняя длину линии зацепления, а значит, и объем межзубовой впадины. Для расчета производительности шестеренного насоса имеется приближенная формула [1, стр.54]

где:

r_о - радиус начальной окружности;

m - модуль колеса;

В - ширина ротора;

n - скорость вращения;

η - коэффициент подачи.

Элементарный межзубовый объем захватываемого компонента определяется величинами m и В. При постоянном m, изменяя длину линии зацепления, можно получить часть нормированного объема компонента, который поступает далее в межзубовое пространство основного ротора. Решение этой задачи схематично показано на чертежах, где:

Фиг.1 - схема устройства, поясняющая способ регулирования кратности и/или производительности смесеобразования;

Фиг.2 - сечение А-А по фиг.1 (смешения нет);

Фиг.3 - положение регулирующего ротора при частичном смещении относительно основного ротора (кратность смешения L₁ : L₂);

Фиг.4 - максимальное смещение регулирующего ротора (кратность смешения L₂:L₂ (1:1).

Устройство состоит из корпуса 1, первого зубчатого ротора шестеренного насоса 2, второго зубчатого ротора шестеренного насоса 3, первого регулирующего элемента 4, второго регулирующего элемента 5, входных патрубков 6, выходного патрубка 7, подающих винтов 8, закрепленных на регулирующих элементах (роторах) 4 и 5, камеры смесеобразования 9. Входные патрубки 6 формируют раздельные входные каналы 10 и 11, которые расположены соосно дополнительным регулирующим роторным полостям 12 и 13. Зубчатые роторы 2 и 3 расположены в своих основных роторных полостях 14 и 15 и, соприкасаясь своими наружными поверхностями с охватывающими поверхностями 16 и 17 основных роторных полостей 14 и 15, образуют элементарные объемы межзубовых впадин 18. Начальные объемы регулирующей роторной полости обозначены L₁ и L₂.

Работа по предлагаемому способу осуществляется следующим образом. На вход 1 подается компонент 1, на вход 2 - компонент 2. Подача исходных компонентов 1 и 2 осуществляется через входные патрубки 6, расположенные соосно регулирующим роторам 4 и 5. На фиг.2 показано положение регулирующих роторов 4 и 5, при котором нагнетание и смесеобразование не происходит, так как зубья регулирующих роторов 4 и 5 полностью находятся в зацеплении с зубьями основных роторов 2 и 3 на всю их длину (или ширину ротора). При этом часть жидкости, попавшая в межзубовые пространства регулирующих роторов 4 и 5, при совместном вращении роторов 2, 3, 4, 5 выдавливается зацеплением по межзубовым впадинам 18 опять в входные патрубки 6. В положении, показанном на фиг.3, регулирующий ротор 4 частично смещен по оси своего вращения относительно основного ротора 2 на величину L₁ и образован начальный частичный объем регулирующей роторной полости. В этом случае происходит захват жидкости зубьями основных роторов 2 и 3 на величину L₁, которая транспортируется зубьями основных роторов 2 и 3 до зацепления и выдавливается в камеру смесеобразования 9, при этом кратность смесеобразования L₁:L₂. Готовая смесь поступает на выход.

Аналогичный процесс происходит в положении (фиг.4), когда регулирующие роторы 4 и 5 максимально смещены относительно основных роторов 2 и 3 на величину, обеспечивающую их кинематическую связь, при этом кратность образования L₂:L₂ (1:1). На чертежах фиг.3 и фиг.4 показано, что смещением регулирующих роторов 4 и 5 можно регулировать не только кратность смешения, но и производительность, которая зависит от модуля зубьев и величины смещения l₁ и L₂. Таким образом, смещая регулирующие роторы 4 и 5 на различные величины L₁, L₂...Ln, можно получать требуемые кратности смешения и регулировать производительность. Смещение регулирующего ротора можно осуществлять вручную, путем установки в заданное положение или автоматически по заданной программе. В зависимости от реологических свойств компонентов на конец регулирующего ротора, обращенный в канал входного патрубка, может быть установлен нагнетатель, например винт или шнек, обеспечивающий напор компонента для эффективного заполнения межзубовых впадин основного ротора. Возможность менять кратность и производительность на ходу, не прекращая процесса смесеобразования в автоматическом режиме, представляет особый интерес при изготовлении водо-топливных эмульсий для дизельных установок, например в тепловозах, где в зависимости от грузоподъемности состава, рельефа местности нужно разное энергопотребление для движения, а это регулируется кратностью смешения, то есть степенью обводненности топлива.

В литературе до настоящего времени автором не обнаружено способа регулирования кратности и/или производительности смесеобразования с помощью изменения рабочих объемов межзубовых впадин, что позволяет сделать вывод о новизне предлагаемого решения. Исследование патентно-технической информации при изучении уровня техники дает основание утверждать, что известные технические решения не в полной мере отвечают современным требованиям новых технологий, а поэтому заявляемое решение не вытекает явным образом из известного на сегодняшний день уровня техники. Поэтому предлагаемое решение соответствует изобретательскому уровню. Конструктивное исполнение предлагаемого устройства может быть реализовано традиционными технологиями. Из этого можно сделать вывод, что техническое решение обладает промышленной применимостью.

Таким образом, применение заявляемого способа регулирования кратности и/или производительности смесеобразования и устройства для его осуществления позволяет реализовать бесступенчатый прецизионно-устойчивый режим регулирования в непрерывном потоке наиболее простым и эффективным образом.

Использованная литература

1. Ю.Д.Видинеев. Автоматическое непрерывное дозирование жидкостей. Изд. "Энергия", 1967.

2. Патент РФ 2079353, МКИ: 6 B 01 F 5/16, опубликовано 20.05.97.

3. Патент РФ 2155633, МКИ: 7 B 01 F 5/00, опубликовано 10.09.2000.

4. Патент РФ 2093257, МКИ: 6 B 01 F 5/04, опубликовано 20.10.97.

5. Патент РФ 2181620, МКИ: 7 B 01 F 5/04, опубликовано 27.04.2002.

Реферат

Изобретения относятся к технике регулирования дозирования компонентов при смесеобразовании в непрерывном потоке. Устройство относится к шестеренчатым смесителям нагнетательного типа. С помощью регулирующего элемента и механизма шестеренного насоса, содержащего раздельные входные каналы, меняют рабочий объем межзубовой впадины зубчатого ротора шестеренного насоса путем осевого перемещения регулирующего элемента вдоль зубьев перед входом зубьев в охватывающую поверхность роторной полости шестеренного механизма. Технический результат состоит в повышении устойчивости режима регулирования. 2 н. и 2 з.п. ф-лы, 4 ил.

Формула