ОДНОВИНТОВОЙ ЭКСЦЕНТРИКОВЫЙ НАСОС-ДОЗАТОР
SINGLE-SCREW ECCENTRIC DOSING PUMP

Область техники
Настоящее изобретение относится к области дозирующих головок для вязких жидкостей, в частности к одновинтовому эксцентриковому насосу-дозатору, в котором корпус насоса-дозатора является частью фиксирующей оболочки эластичного статора.
Уровень техники
В процессе эксплуатации насоса-дозатора, преимущественно при дозировании вязких жидкостей с высоким содержанием мелких твердых частиц, приходится часто проводить обслуживание и чистку внутреннего полого пространства насоса, так как мелкие твердые частицы, находящие в перекачиваемой жидкости, засоряют все возможные полости внутри насоса, налипают на внутренней поверхности корпуса и создают ускоренный износ подвижных частей насоса, контактирующего с перекачиваемой средой, что приводит к более частой замене статора и уплотнения гибкого вала, сложной чистке резьбовых, быстросъемных, к примеру байонетного типа и других соединений частей насоса и прочие элементы насоса дозатора.
Известен аналог (US 2018252211 А1), в котором для решения вышеописанной проблемы корпус насоса с входной по потоку стороны статора выполнен с крышкой. В этой заявке раскрыт насос, у которого корпус состоит из основного корпуса и крышки, причем основной корпус содержит осевую направляющую поверхность в форме сегмента кольца, расположенную напротив крышки. Основной корпус и крышка, собранные вместе, образуют кольцевой замкнутый контур, обеспечивают герметизацию внутреннего полого пространства насоса, сохраняя удобное обслуживание. При этом статор данного насоса является отдельной частью, монтируемой с торцевой стороны кольцевой части корпуса, образованной основным корпусом и крышкой. Данное решение существенно упрощает процесс замены ротора насоса. Недостатком данного решения является сложность очистки внутреннего полого пространства насоса, в случае перекачивания вязких абразивных жидкостей.
Как правило, для повышения точности дозирования в зоне между выходной по потоку частью статора и выходным отверстием выходного наконечника располагают датчик давления, показания которого, с учетом характеристики перекачиваемой среды, используют для точного определения объема дозируемой жидкости. При перекачивании вязких жидкостей с высоким содержанием абразивных частиц происходит быстрый износ и засорение зоны повышенного давления, расположенной между выходной по потоку частью статора и выходным отверстием наконечника, где как правило происходит измерение давления при помощи датчика, что может привести к нестабильной работе датчика давления и как следствие к неточностям при дозировании.
Для обеспечения высокой точности дозирования, насос-дозатор оснащается датчиком давления, установленным в районе выходного наконечника, а для удобства обслуживания и чистки внутреннего пространства корпус насоса выполняют разъемным, как описано в патентной заявке ЕР 2022571 А1, являющегося прототипом предлагаемого изобретения, однако данное техническое решение является сложным в исполнении и обслуживании.
Раскрытие сущности изобретения
Данное изобретение направлено на устранение вышеописанных технических проблем. Поэтому в основу данного изобретения положена задача обеспечения быстрого и удобного обслуживания, замены изнашиваемых элементов насоса-дозатора, в частности статора и уплотнения гибкого вала, а также обеспечение стабильной работы датчика давления.
Изобретение также может содействовать в устранении застойных зон внутри корпуса насоса-дозатора, следствием наличия которых является сложность очистки внутреннего полого пространства насоса, в случае перекачивания вязких абразивных жидкостей, и также в устранении негативного влияния перекачиваемой абразивной среды на работу датчика давления, расположенного на выходной по потоку части статора.
В одном из примеров исполнения настоящего изобретения одновинтовой эксцентриковый насос-дозатор включает следующие элементы. Гибкий вал, разъемно соединенный с ротором. Также есть уплотнение гибкого вала. Ротор выполнен с наружной винтовой нарезкой. Статор выполнен целиковым из эластичного материала так, что он имеет внутреннюю периферийную поверхность для размещения ротора с внутренней винтовой нарезкой и внешнюю винтовую поверхность, образованную эквидистантой профиля внутренней винтовой поверхности, при этом с выходного по потоку края статор содержит кольцевую часть, выступающую по радиусу наружу. Корпус, с внутренним полым пространством, выполнен так, что контуры поверхностей данного внутреннего полого пространства на участке между входной и выходной по потоку частей статора в точности повторяют контуры контактирующих с ним внешних поверхностей статора. Фиксатор статора, установлен в натяг на внешней периферии статора, при этом контуры наружных поверхностей фиксатора статора в точности повторяют контуры контактирующих с ним поверхностей статора, так что наружные поверхности статора плотно прилегают к поверхностям внутреннего полого пространства корпуса и фиксатора статора. Датчик давления, установлен на внешней периферии одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора. Элемент, передающий давление, выполнен с возможностью передачи давления перекачиваемой среды от эластичного статора к измерительной части датчика давления. Выходной наконечник плотно прилегает своей входной по потоку частью к выходной по потоку кольцевой части статора и зафиксирован в данном положении накидной гайкой, соединенной с корпусом посредством резьбового соединения. При этом внутреннее полое пространство корпуса выполнено открытым в плоскости по меньшей мере одной наружной продольной поверхности корпуса, с возможностью введения со стороны данной продольной наружной поверхности в данное открытое полое пространство уплотнения гибкого вала, статора, фиксатора статора и элемента, передающего давление. При этом элемент, передающий давление, расположен на участке между входной и выходной по потоку частями статора, а крышка установлена поверх открытого участка внутреннего полого пространства корпуса и плотно стянута с корпусом посредством винтовых стержней на участке между входной и выходной по потоку частей статора.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора элемент, передающий давление, выполнен из жесткого материала.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора элемент, передающий давление, выполнен из жидкости.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора в качестве элемента, передающего давление, используется фиксатор статора.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора по меньшей мере одна поверхность элемента, передающего давление, в точности повторяет частичную наружную поверхность статора и прилегает к данной частичной наружной поверхности.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора эластичная прокладка выполнена с переменной толщиной сечения на участке между входной и выходной по потоку частями статора.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора эластичная прокладка выполнена с переменной толщиной сечения на участке между уплотнением гибкого вала и входной по потоку частями статора.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора крышка корпуса выполнена с переменной толщиной сечения на участке между уплотнением гибкого вала и входной по потоку частью статора.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора крышка корпуса выполнена с проемами в районе между входной и выходной по потоку частями статора, а также между уплотнением гибкого вала и входной по потоку частью статора, при этом между крышкой и корпусом расположена эластичная прокладка.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтовой эксцентриковый насос-дозатор включает датчик давления, расположенный на участке между входной и выходной по потоку частями статора.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтовой эксцентриковый насос-дозатор включает датчик давления, расположенный на участке между уплотнением гибкого вала и входной по потоку частью статора, при этом измерительная часть датчика давления отделяется от перекачиваемой среды эластичной прокладкой и элементом, передающим давление, а сила давления перекачиваемой среды измеряется посредством деформации данной эластичной прокладки.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтовой эксцентриковый насос-дозатор включает датчик давления, расположенный на участке между уплотнением гибкого вала и входной по потоку частью статора, при этом измерительная часть датчика давления отделяется от перекачиваемой среды крышкой корпуса, а сила давления перекачиваемой среды измеряется посредством деформации участка крышки корпуса, на котором закреплена измерительная часть датчика давления.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора статор выполнен с переменной толщиной сечения в зоне, расположенной между входной и выходной по потоку частями статора.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора статор выполнен с переменным профилем внутреннего профилированного канала в зоне, расположенной между входной и выходной по потоку частями статора.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора статор выполнен с переменной толщиной сечения и переменным профилем внутреннего профилированного канала в зоне, расположенной между входной и выходной по потоку частями статора.
В другом примере исполнения настоящего изобретения одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора статор выполнен с переменной толщиной сечения и цилиндрическим профилем внутреннего профилированного канала в зоне, расположенной между входной и выходной по потоку частями статора.
В еще одном примере исполнения настоящего изобретения одновинтового эксцентрикового насос-дозатора для решения вышеуказанных проблем предлагается одновинтовой эксцентриковый насос-дозатор, содержащий такие элементы насоса как:
Гибкий вал, разъемно соединенный с ротором и приводом насоса-дозатора.
Уплотнения гибкого вала, выполненное с возможностью быстрой замены.
Ротор с наружной винтовой нарезкой для установки внутри статора, имеющий стандартную для данных типов насоса конструкцию.
Статор, выполненный целиковым из эластичного материала так, что он имеет внутреннюю периферийную поверхность для размещения ротора с внутренней винтовой нарезкой и внешнюю винтовую поверхность, образованную эквидистантой профиля внутренней винтовой поверхности, при этом с выходного по потоку края статор содержит кольцевую часть, выступающую по радиусу наружу, служащую для уплотнения зоны контакта с концевым наконечником.
По сути, статор является расходным элементом насоса и сочетает в себе несколько функций: во-первых, используется для перекачивания жидкости, взаимодействуя с ротором, во-вторых, используется для измерения давления, взаимодействуя с элементом, передающим давление от перекачиваемой среды к датчику давления.
Данный способ использования статора позволяет решить проблему нестабильной работы датчика давления по следующим причинам.
Во-первых, так как зона измерения выходного давления, создаваемого насосом, находится между входной и выходной по потоку частей статора, она обладает свойством самоочищения, посредством вращения ротора, там самым исключается риск засыхания и налипания на внутренней поверхности зоны, где осуществляется измерение выходного давления твердых абразивных частиц, которыми может быть наполнена перекачиваемая жидкость.
В то же время важно отметить, что, выигрывая в надежности измерения характеристик давления, уменьшается максимальное давление, развиваемое насосом, так как некоторая часть статора используется для измерения давления и менее эффективно сопротивляется деформации от давления перекачиваемой среды.
Корпус с внутренним полым пространством, выполненным так, что контуры поверхностей данного внутреннего полого пространства на участке между входной и выходной по потоку частей статора в точности повторяют контуры контактирующих с ним внешних поверхностей статора, при этом данное внутреннее полое пространство выполнено открытым в плоскости по меньшей мере одной наружной продольной поверхности корпуса, с возможностью свободного введения или извлечения со стороны данной продольной наружной поверхности в данное открытое полое пространство деталей насоса-дозатора, к примеру гибкого вала, уплотнения гибкого вала, статора, фиксатора статора и/или элемента передающего давление.
Корпус одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора по настоящему изобретению отличается от традиционной конструкции, применяемой в аналогичных по функциональному назначению устройствах, к примеру, в дозирующем устройстве, описанном в патентной заявке ЕР 2295800 А2, где корпус выполнен открытым только со стороны торцевых частей, соответственно введение и извлечение статора и уплотнения гибкого вала осуществляется со стороны торцов корпуса.
Также известен корпус насоса, описанный в патентной заявке US 20180252211 A1, где корпус состоит из основного корпуса и крышки, причем основной корпус содержит осевую направляющую поверхность в форме сегмента кольца, расположенную напротив крышки. Основной корпус и крышка, собранные вместе образуют кольцевой замкнутый контур, обеспечивают герметизацию внутреннего полого пространства насоса, сохраняя удобное обслуживание. При этом статор данного насос является отдельной частью, монтируемой с торцевой стороны кольцевой части корпуса, образованной основным корпусом и крышкой.
Таким образом описанный корпус одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора по настоящему изобретению, отличается от представленных аналогов тем, что внутреннее полое пространство корпуса открыто со стороны торцевых частей корпуса и по меньшей мере со стороны одной наружной продольной поверхности корпуса, с возможностью свободного введения или извлечения со стороны данной продольной наружной поверхности в данное открытое полое пространство деталей насоса-дозатора, к примеру гибкого вала, уплотнения гибкого вала, статора, фиксатора статора и/или элемента передающего давление, при этом корпус также является частью жесткой оболочки эластичного статора.
Данная конструкция корпуса позволяет существенно упростить операции, связанные с заменой изношенных частей насоса, к примеру статора и уплотнений гибкого вала, потому что для установки и извлечения данных частей насоса требуется лишь демонтировать одну крышку корпуса, после чего изношенные элементы извлекаются свободно без использования дополнительного инструмента.
Также упрощается отчистка внутреннего полого пространства корпуса, потому что, во-первых, отсутствует разъемное соединение между корпусом и жестким кожухом статора, которое требует особого внимания при отчистке от твердых абразивных частиц перекачиваемой жидкости, во-вторых, данное внутреннее пространство является открытым со стороны продольной плоскости корпуса, что позволяет визуально наблюдать следы загрязнения внутреннего полого пространства, легко вводить чистящий инструмент и оказывать очищающее воздействие. Фиксатор статора, установленный в натяг на внешней периферии статора, при этом контуры наружных поверхностей фиксатора статора в точности повторяют контуры контактирующих с ним поверхностей статора, так что наружные поверхности статора плотно прилегают к поверхностям внутреннего полого пространства корпуса и фиксатора статора. При этом фиксатор статора выполнен без сцепления со статором, с возможностью свободного перемещения внутри открытого полого пространства корпуса в одном направлении, преимущественно в перпендикулярном направлении продольной оси статора, а установка его в натяг на поверхность статора осуществляться за счет прижимающего усилия крышки корпуса. По сути, фиксатор статора выполняет функцию второй половины жесткой обкладки статора, в то время как функцию первой половины жесткой обкладки статора выполняет корпус насоса.
Крышку, установленную поверх открытого участка внутреннего полого пространства корпуса, плотно стянутую с корпусом посредством преимущественно винтовых стержней для надежной герметизации внутреннего полого пространства корпуса. При этом надежная герметизация внутреннего полого пространства корпуса можем быть достигнута как использованием эластичной прокладки, расположенной между крышкой и корпусом, так и без прокладки за счет плоскостности и шероховатости сопрягаемых поверхностей корпуса и крышки.
Датчик давления, установленный на внешней периферии насоса-дозатора-дозатора, на участке между входной и выходной по потоку частями статора.
Элемент, передающий давление, выполнен с возможностью передачи давления перекачиваемой среды от эластичного статора к измерительной части датчика давления, при этом элемент, передающий давление, расположен на участке между входной и выходной по потоку частями статора.
Выходной наконечник, плотно прилегающий своей входной по потоку частью к выходной по потоку кольцевой части статора и зафиксированный в данном положении накидной гайкой, соединенной с корпусом посредством резьбового соединения.
Простота обслуживания и отчистки насоса, отсутствие застойных зон внутри корпуса достигается за счет использования корпуса с открытым со стороны продольной поверхности внутренним полым пространством.
Стабильность работы датчика давления достигается за счет самоотчистки зоны измерения давления, расположенной на участке между входной и выходной частей статора, преимущественно ближе к выходной части, при этом давление перекачиваемой среды от эластичного статора к измерительной поверхности датчика давления передается при помощи элемента, передающего давление.
Краткое описание чертежей
Базовые обозначения:
1. Насос дозатор
2. Корпус
3. Внутреннее полое пространство
4. Ротор
5. Статор
6. Фиксатор статора
7. Элемент, передающий давление
8. Эластичная прокладка
9. Крышка
10. Гибкий вал
11. Уплотнение гибкого вала
12. Выходной наконечник
13. Накидная гайка
14. Входная по потоку часть статора
15. Выходная по потоку часть статора
16. Кольцевая часть статора
17. Поверхность фиксатора статора, контактирующая со статором
18. Поверхность элемента, передающего давление, контактирующая со статором
19. Датчик давления (показан условно)
20. Измерительная часть датчика давления
21. Наружная поверхность статора
22. Наружная продольная поверхность корпуса с открытым внутренним полым пространством корпуса
23. Поверхности внутреннего полого пространства корпуса, повторяющие наружные контуры статора.
На фиг. 1 изображен общий вид возможного одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора в разнесенном виде.
На фиг. 2 изображен продольный разрез возможного одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора-дозатора, обозначены возможные функциональные участки статора.
51 - участок размещения уплотнений гибкого вала
52 - участок входа перекачиваемой жидкости
53 - участок нагнетания давления
54 - участок измерения давления
55 - участок установки концевого наконечника
На фиг. 3 изображен поперечный разрез одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора-дозатора, проходящий через середину зоны S2. Датчик давления условно не показан.
На фиг. 4 показаны поверхности фиксатора статора и элемента, передающего давление, контактирующие со статором.
На фиг. 5 изображен статор с обозначением основных его элементов.
Осуществление изобретения
Далее, со ссылками на прилагаемые чертежи, описан вариант реализации одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора. Данное изобретение может быть использовано в качестве печатающей головки 3D принтера, печатающего вязкими жидкостями аналогично технологии DIW (direct ink wiring). В частности, вязкая жидкость может быть наполнена до 80% твердыми частицами, к примеру, керамическими или металлическими частицами.
Данный вариант реализации одновинтового эксцентрикового насоса-дозатора -дозатор включает корпус 2, выполненный из жесткого пластика и имеющий форму вытянутого в осевом направлении параллелепипеда, с открытым со стороны широкой продольной плоскости 22 внутренним полым пространством 3. Внутреннее устройство данного насоса-дозатора может быть условно разделенным на 5 функциональных участков в соответствии с фиг. 2.
На участке S1 внутреннего полого пространства корпуса 3 расположено кольцевое посадочное место, предназначенное для размещения уплотнения гибкого вала 11, выполненное с возможностью введения уплотнения вала через открытую со стороны плоскости 22 внутреннюю полость 3.
На участке S2 размещен гибкий вал 10, а внутреннее полое пространство корпуса выполнено достаточно широким для его беспрепятственного вращения и свободного перетекания перекачиваемой жидкости к входной по потоку части статора. Также на участке S2, в крышке 9 корпуса 2 выполнено входное отверстие для подачи перекачиваемой жидкости во внутреннее полое пространство корпуса 2 насоса 1.
От участка S3 до участка S5 во внутреннем полом пространстве 3 корпуса установлены:
статор 5, выполненный целиковым из эластичного материала так, что он имеет внутреннюю периферийную поверхность для размещения ротора с внутренней винтовой нарезкой и внешнюю винтовую поверхность 21, образованную эквидистантой профиля внутренней винтовой поверхности, при этом с выходного по потоку края 15 статор содержит кольцевую часть 16, выступающую по радиусу наружу и служащую для уплотнения зоны контакта с концевым наконечником, при этом наружные поверхности 23 внутреннего полого пространства корпуса, контактирующие со статором, в точности повторяют контуры наружной поверхности 21 и кольцевой части 16 статора 5, так что статор плотно прилегает к данным поверхностям;
ротор 4 разъемно соединенный с гибким валом 10;
фиксатор статора 6, выполненный как отдельная деталь, не сцепленная со статором, установленный поверх статора 5, поверхность 17 фиксатора статора в точности повторяет контуры поверхностей статора и плотно прилегает к ней. При этом фиксатор статора 6 вводится во внутреннее полое пространство 3 со стороны плоскости 22 корпуса 2. Вместе фиксатор статора 6 и корпус 2 на участке от S3 до S5 образуют замкнутый контур, в точности повторяющий наружный контур статора, что предотвращает статор от проворота и смещения в осевом направлении, обеспечивая этим стабильность работы винтового насоса. Также фиксатор статора имеет такие размеры, что будучи установленным поверх статора 5 поверхность фиксатора статора 6 противоположная поверхности 17 располагается заподлицо с поверхностью 22 корпуса 2 и контактирует с крышкой 9, которая в свою очередь ограничивает перемещения фиксатора статора в направлении перпендикулярном оси статора.
На участке S4 осуществляется измерение давления. На данном участке расположен элемент, передающий давление, 7. В данном варианте осуществления изобретения элемент, передающий давление, 7 выполнен в виде цилиндра, проходящего сквозь фиксатор статора 6, со сложной торцевой поверхностью 18, контактирующей со статором, контуры которой в точности повторяют контуры частичной поверхности статора, с которой она контактирует. Вторая торцевая поверхность элемента, передающего давление, контактирует с измерительной поверхностью датчика давления 19. При этом элемент, передающий давление, выполнен с возможностью свободного перемещения в направлении от статора 5 к измерительной поверхности датчика давления 19.
На участке S5 расположен выходной наконечник 12, плотно притянутый своей входной по потоку частью к кольцевой части 16 статора посредством накидной гайки 13, соединенной с корпусом резьбовым соединением.
Поверх поверхности 22 корпуса 2 установлена крышка 9, плотно стянутая с корпусом винтами (винты условно не показаны). Для обеспечения герметичности внутреннего полого пространства корпуса со стороны плоскости 22, между крышкой 9 и корпусом расположена эластичная прокладка 8.