Лабораторный плунжерный насос
LABORATORY PLUNGER PUMP

Изобретение относится к контрольно-измерительным автоматическим прессам, которые используются в измерительной технике, а именно к лабораторному плунжерному насосу.
Из уровня техники известны различные лабораторные насосы, например, из CN 110566432 A, 13.12.2019 известен насос, который относится к аксиальному многоплунжерному безимпульсному инфузионному насосу высокого давления для жидкостного хроматографа. Осевой многоплунжерный безимпульсный инфузионный насос высокого давления состоит из корпуса насоса и головки насоса. Головка насоса представляет собой кольцо насоса и содержит центральный вращающийся вал, вращающийся диск и несколько поршней сборки. Многопоршневые узлы разбросаны по вращающемуся диску.
Известное устройство не обеспечивает высокой производительности прокачки жидкости через пористые образцы за короткие промежутки времени.
Цель изобретения – устранение недостатков известных устройств и расширение арсенала технических средств.
Технический результат изобретения – обеспечение реверсивного режима работы, то есть откачка рабочей жидкости обратно в цилиндры насоса при превышении фактического давления над заданным значением как в автоматическом так и в принудительном режимах.
Технический результат достигается за счёт лабораторного плунжерного насоса, который выполнен на возвратно-поступательном перемещении плунжера внутри цилиндра, перемещение плунжера происходит за счет сервопривода, передающего крутящий момент на редуктор, соединённый с шарико-винтовой передачей, преобразующей крутящий момент в возвратно-поступательное перемещение плунжера, оборудован двумя клапанами с пневматическим управлением, управление клапанами осуществляется с помощью пневмораспределителя с электромагнитным управлением, датчик давления установлен после цилиндра насоса. Положение плунжера контролируется количеством оборотов сервопривода, которые регистрируются энкодером и концевиками, установленными на направляющих.
Пояснения чертежей:
Фиг. 1 - Клапан в разрезе.
Фиг. 2 - Плунжерный насос в разрезе.
Фиг. 3 - Принципиальная схема одноплунжерной компоновки.
Фиг. 4 - Принципиальная схема двухплунжерной компоновки.
Фиг. 5 - Лабораторный цилиндр с сервоприводом.
Принцип работы Лабораторного насоса (далее – насос) построен на возвратно-поступательном перемещении плунжера 11 внутри цилиндра 8. Перемещение плунжера происходит за счет сервопривода 20, передающего крутящий момент на редуктор 19, соединённый с шарико-винтовой передачей (парой) 14, преобразующей крутящий момент в возвратно-поступательное перемещение плунжера.
Для перекачки жидкости насос оборудован двумя клапанами с пневматическим управлением. Пневматическое управление клапанами осуществляется с помощью пневмораспределителя с электромагнитным управлением (далее – пневмораспределитель).
Клапана состоят из корпуса 1, поршня 2, крышек 3, 4, пружин 5, шпилек 6, специального уплотнения 7, перекрывающего канал. При подаче воздуха с одной из сторон от поршня давление воздуха перемещает поршень. Поршень имеет специальный наконечник, который является уплотнением. Поршень либо открывает, либо закрывает проходное отверстие, таким образом открывая или закрывая клапан. Для обеспечения плавности хода, улучшения отклика в клапане установлены пружины 5 с обеих сторон от поршня 2. Для перемещения поршня 2 и обеспечения работы клапана необходимо давление не менее 5 бар. Клапан способен работать при давлении 1500 бар и температуре от -20 до + 200 °C.
Измерение давления рабочей жидкости в линии осуществляется с помощью датчика давления, установленного сразу после цилиндра 8.
Положение плунжера 11 контролируется количеством оборотов сервопривода 20, которые регистрируются энкодером и концевиками, установленными на направляющих.
Положение плунжера 11, пневмораспределителя, сервопривода 20 и давления рабочей жидкости в линии контролируется с помощью электронного блока управления, состоящего из плат и программного обеспечения, который в свою очередь позволяет осуществлять управление с автоматизированного рабочего места оператора так же оснащенного специальным программным обеспечением.
Работа насоса состоит из цикла набора рабочей жидкости, который происходит при открытии впускного клапана, и движении плунжера 11 в сторону сервопривода 20. При этом увеличивается рабочий объем в цилиндре 8, создавая разряжение, что дает возможность рабочей жидкости заполнять полость цилиндра 8.
И цикла вытеснения рабочей жидкости, который происходит при закрытии впускного клапана и движении плунжера 11 насоса в противоположенном направлении от сервопривода 20, что приводит к вытеснению рабочей жидкости из полости цилиндра 8.
Таким образом, набирая и вытесняя жидкость, насос способен контролировать давление и объем перекачиваемой жидкости.
При необходимости обеспечения беспрерывной подачи жидкости необходимо использовать не менее двух цилиндров насоса. Оба цилиндра насоса могут подключаться к блоку управления и контролироваться программным обеспечением на рабочем месте оператора.
В двухплунжерной компоновке режиме использования двух цилиндров 8 насоса принцип работы основывается следующим образом. Один цилиндр 8 находится в цикле вытеснения рабочей жидкости, второй цилиндр 8 находится в цикле набора рабочей жидкости.
Программное обеспечение управляет системой клапанов и синхронизирует скорости вращения сервоприводов 20 таким образом, чтобы минимизировать пульсации по расходу рабочей жидкости и давлению в рабочей линии, соединяющей насос с источником потребления рабочей жидкости.
Основные элементы насоса:
1 -  Корпус;
2 -  Поршень;
3 -  Крышка левая;
4 -  Крышка правая;
5 -  Пружина;
6 -  Шпилька;
7 -  Специальное уплотнение;
8 -  Цилиндр;
9 -  Комбинированное уплотнение;
10 -  Крепление цилиндра;
11 -  Плунжер;
12 -  Крепление плунжера;
13 -  Толкатель плунжера;
14 -  Шарико-винтовая пара zetek;
15 -  Гайка шарико-винтовой пары zetek;
16 -  Крепление опорного подшипника;
17 -  Опорный подшипник;
18 -  Соединительный каркас;
19 -  Редуктор;
20 -  Серводвигатель.
Цилиндр насоса 10 может быть установлен как вертикально, так и горизонтально. Может крепиться к другим системам и закрываться декоративными панелями.
Насос может быть разного размера. Маленькие насосы более точные, чем большие. Таблица 1 раскрывает режимы работы насоса в зависимости от его размера.
Таблица 1.
объем цилиндра
мл/мин
500
250
100
30
максимальный расход
мл/мин
140
80
50
30
минимальный расход
мл/мин
0,01
0,001
0,0001
0,0001
максимальное давление
бар
200
500
1000
1500
Конструкция насоса при изменении его размера не изменяется, меняются размеры составных частей, то есть предусмотрены варианты насоса в зависимости от необходимости и поставленных задач.
Основные режимы работы насосов:
• режим постоянного давления: автоматическое поддержание заданного давления; при этом насос может как вытеснять, так и принимать в себя рабочую жидкость;
• режим постоянного расхода: автоматическое поддержание заданного расхода жидкости; при этом насос может как вытеснять, так и принимать в себя рабочую жидкость;
• режим «прокачки» определенного объема;
• режим ручного управления;
• режим работы по расписанию: возможно запрограммировать циклы изменения параметров по времени либо иным условиям.
Предложенный насос прошёл все необходимые испытания и зарекомендовал себя как надежное, неприхотливое, долговечное устройство, не требующее дорогостоящего обслуживания.