ДВУХСТУПЕНЧАТЫЙ МЕМБРАННЫЙ НАСОС (ВАРИАНТЫ)

Полезная модель может быть использована в вакуумной технике для откачки воздуха или технологических газов, а также в гидро- и пневмосистемах для перекачки жидкой или газообразной среды.
Из уровня техники известен насос, содержащий полый корпус, устройства питания и управления в виде электромагнитного привода, шток клапана, соединенный с одной стороны с заслонкой герметизирующего узла, а с другой - с якорем электромагнита, катушку электромагнита и пружину (см. проспект НПФ «АРГОНАВТ-ТЕПЛОЭНЕРГО»). При включении известного клапана, т.е. при подаче напряжения на катушку электромагнита, якорь втягивается в катушку, и шток с заслонкой перемещается в состояние «открыто», преодолевая усилие пружины.
Недостатком известного технического решения является невысокие эксплуатационные характеристики, а также надежность и долговечность.
Задачей полезной модели является создание клапана, обеспечивающего высокую скорость откачки, более высокий вакуум при относительно небольших технологических затратах.
Поставленная задача решается тем, что насос содержит полый корпус, состоящий из впускной и выпускной частей, между которыми своей периферийной частью закреплена мембрана, в центральной части которой выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, перекрываемое промежуточным клапаном, закрепленным на указанной центральной части мембраны, со стороны впускной части корпуса размещен впускной клапан с электромагнитным приводом, а со стороны выпускной части корпуса размещен выпускной клапан с другим электромагнитным приводом, при этом промежуточный клапан, являющийся якорем указанных электромагнитных приводов, выполнен с возможностью перемещения вместе с центральной частью мембраны в полости корпуса, а также
открывания и закрывания отверстия или отверстий в мембране под действием указанных электромагнитных приводов.
При этом каждый из электромагнитных приводов впускного и выпускного клапана состоит из полого корпуса с центральным сквозным отверстием, герметично закрепленного на соответствующей части корпуса насоса, обмотки, размещенной на наружной поверхности корпуса привода, и сердечника с центральным сквозным отверстием, расположенным внутри корпуса.
Кроме того, впускной клапан состоит из тарелки клапана, размещенной с возможностью перекрывания, по меньшей мере, одного отверстия соответствующего электромагнитного привода, и штока, одним концом закрепленного в центральной части тарелки, а другим концом частично входящего в центральное отверстие корпуса указанного привода и сердечника, и подпружиненным относительно корпуса привода.
При этом выпускной клапан состоит из тарелки клапана с центральным сквозным отверстием, выполненной с возможностью перекрывания, по меньшей мере, одного отверстия, выполненного в выпускной части корпуса насоса, и подпружиненной относительно корпуса или сердечника соответствующего электромагнитного привода.
Промежуточный клапан состоит из тарелки клапана с центральным отверстием, по периметру которой со стороны мембраны насоса закреплена мембрана клапана с возможностью ее прощелкивания и перекрытия ею отверстия или отверстий в мембране насоса при прощелкивании в сторону тарелки, на мембране клапана в ее центральной части со стороны тарелки закреплен конец ограничителя, проходящего через центральное отверстие тарелки клапана и имеющего упор, ограничивающий перемещение мембраны клапана.
Задача решается также тем, что насос по второму варианту содержит полый корпус, состоящий из впускной и выпускной частей, между которыми своей периферийной частью закреплена мембрана, в
центральной части которой выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, перекрываемое промежуточным клапаном, закрепленным на указанной центральной части мембраны, со стороны впускной части корпуса размещен впускной клапан с электромагнитным приводом, а со стороны выпускной части корпуса в выпускном патрубке размещен обратный выпускной клапан, при этом промежуточный клапан, являющийся якорем указанного электромагнитного привода, выполнен с возможностью перемещения вместе с центральной частью мембраны в полости корпуса, а также открывания и закрывания отверстия или отверстий в мембране под действием указанного электромагнитного привода.
Электромагнитный привод, промежуточный клапан и впускной клапан выполнен аналогично первому варианту.
Выпускной клапан включает тарелку клапана, выполненную с возможностью перекрывания отверстия или отверстий выпускной части корпуса насоса и подпружиненную относительно упора, размещенного в выпускном патрубке.
Задача решается также тем, что по третьему варианту насос содержит полый корпус, состоящий из впускной и выпускной частей, между которыми своей периферийной частью закреплена мембрана, в центральной части которой выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, перекрываемое промежуточным клапаном, закрепленным со стороны выпускной части корпуса на указанной центральной части мембраны, на которой со стороны впускной части корпуса закреплен якорь с центральным отверстием, в котором размещен впускной клапан, имеющий электромагнитный привод, а со стороны выпускной части корпуса размещен обратный выпускной клапан, при этом промежуточный клапан вместе с центральной частью мембраны и якорем выполнены с возможностью перемещения в полости корпуса и открывания и закрывания отверстия или отверстий в мембране под действием указанного электромагнитного привода.
Электромагнитный привод впускного клапана состоит из закрепленного на впускной части корпуса насоса сердечника с центральным сквозным отверстием, на наружной поверхности которого размещена обмотка привода.
Впускной клапан состоит из тарелки клапана, размещенной с возможностью перекрывания отверстия, выполненного в седле клапана, расположенном в отверстии якоря, и штока, одним концом закрепленного на тарелке, другим концом входящего в отверстие седла клапана и сердечника и подпружиненного относительно сердечника привода, а на противоположном от тарелки клапана конце штока закреплен якорь привода впускного клапана.
Выпускной клапан включает тарелку, выполненную с возможностью перекрывания отверстия или отверстий выпускной части корпуса насоса и подпружиненную относительно упора, размещенного в выпускном патрубке.
Промежуточный клапан состоит из плоской мембраны, закрепленной своей центральной частью в центральной части мембраны насоса и выполненной с возможностью перекрытия отверстия или отверстий в мембране насоса.
Полезная модель поясняется чертежами. На фиг.1 изображен насос по первому варианту изобретения. На фиг.2 изображен насос по второму варианту изобретения. На фиг.3 изображен насос по третьему варианту изобретения. На фиг.4 изображена конструкция промежуточного клапана. На фиг.5 изображен вариант выполнения части корпуса насоса. Насос по первому варианту полезной модели содержит полый корпус, состоящий из впускной 1 и выпускной частей 2, между которыми своей периферийной частью закреплена мембрана 3, в центральной части которой выполнено, по меньшей мере, одно отверстие, перекрываемое промежуточным клапаном 4, приваренным к центральной части мембраны
3. Части корпуса 1 и 2 сжаты кольцами 5, 6, равномерно передающие усилия от крепежной группы 7, 8, 9, соединяющей данные кольца.
Части корпуса 1 и 2 могут быть выполнены штамповкой толстостенных заготовок, как это показано на фиг.1-3.
Они могут также изготавливаться штамповкой тонкостенных заготовок (фиг.5). В этом случае части корпуса 1 и 2 закрепляются каждая на массивном кольцевом элементе 66, выполненном из жесткого композитного полимерного материала на основе двухкомпонентных эпоксидных смол и термопластов и имеющем углубления по форме части 1 корпуса. Металлическое кольцо 67, закрепленное на кольцевом элементе 66, предохраняет его от сколов. Центральный патрубок 68, на котором закреплены часть 1 корпуса и кольцевой элемент 66, имеет кольцевой выступ, размещенный в массе материала кольцевого элемента 66 и предотвращающий проминание части 1 корпуса и отсоединение полимерного материала от корпуса.
Мембрана 3 может быть выполнена круглой или овальной формы в виде тарелки, как с прощелкиванием, так и без прощелкивания, и имеет отверстие или отверстия в центральной части. Предпочтительно мембрана 3 выпуклая, но может быть и выпукло-вогнутой формы. Герметичность соединения мембраны 3 с впускной 1 и выпускной 2 частями корпуса обеспечивается уплотнениями 10, 11.
Со стороны впускной части 1 корпуса размещен впускной клапан 12 с электромагнитным приводом, а со стороны выпускной части 2 корпуса размещен выпускной клапан 13с другим электромагнитным приводом.
Промежуточный клапан 4 (см фиг.4) выполнен с возможностью продольного перемещения вместе с центральной частью мембраны 3 в полости корпуса. Промежуточный клапан 4 состоит из тарелки 14 клапана, являющейся якорем указанных электромагнитных приводов, выполненной из сильного постоянного магнита, в центре которой выполнено отверстие, а по периметру закреплена мембрана 15 клапана, выполненная с
возможностью ее прощелкивания и имеющая уплотнение 16 по своему периметру. На поверхности мембраны 16 клапана в ее центральной части со стороны тарелки закреплен один из концов ограничителя 17, проходящего через центральное отверстие тарелки 14 клапана и имеющего кольцевой упор на другом из своих концов, ограничивающий перемещение мембраны 15 клапана, не позволяя последней выходить из зоны упругой деформации. Крепление мембраны 15 к мембране 3 производят сваркой, в частности, лазерной. Промежуточный клапан 4 крепится к мембране 3 насоса таким образом, что центральная его ось совпадает с центральной осью клапана.
Каждый из электромагнитных приводов впускного и выпускного клапанов 12, 13 выполняет как функцию привода указанных клапанов, так и функцию привода мембраны 3 и состоит из полого корпуса 18, 19 (соответственно) с центральным сквозным отверстием, имеющего фланец 20, 21 (соответственно) для герметичного закрепления с помощью уплотнителя 22, 23 и крепежных элементов 24, 25 на фланце 26, 27 соответствующей части корпуса насоса.
На наружной поверхности корпуса 18 размещены обмотка 28 привода впускного клапана, удерживаемая с помощью составных фланцев 29, 30, между которыми размещено уплотнение 31. Составные фланцы скреплены крепежными элементами 32, например, в форме болтов с головкой «Торекс», а также крепежными элементами 33. Внутри корпуса 18 расположен сердечник 34 с центральным сквозным отверстием.
На наружной поверхности корпуса 19 размещена обмотка 35 привода выпускного клапана. Внутри корпуса 19 расположен сердечник 36 с центральным отверстием, удерживаемый с помощью гайки 37.
Впускной клапан 12 состоит из тарелки клапана, являющейся якорем привода, по периметру которой на ее поверхности расположено уплотнение 38 для перекрывания центрального отверстия привода, и штока 39, одним концом закрепленного в центральной части тарелки клапана 12, а другим
концом частично входящего в центральное отверстие корпуса 18 привода и сердечника 34. На шток 34 надета пружина 40, один конец которой упирается во внутреннюю поверхность корпуса 18 привода, а другой в кольцевой упор 41, выполненный, например, в виде гайки на конце штока 39.
Выпускной клапан 13 состоит из тарелки клапана, являющейся якорем привода 19 выпускного клапана с центральным сквозным отверстием, по периметру которой на ее поверхности со стороны электромагнитного привода 19 выпускного клапана расположено уплотнение 42 для перекрывания отверстий, выполненных в выпускной части 2 корпуса насоса. На тарелку клапана 13 надета пружина 43, один конец которой упирается в сердечник 36 привода выпускного клапана, а другой - в кольцевой упор 44, выполненный на боковой поверхности тарелки клапана 13.
Конструкция насоса по второму варианту полезной модели аналогична конструкции насоса по первому, кроме конструкции выпускного клапана, а также отсутствия электромагнитного привода указанного клапана.
Выпускной клапан (см. фиг.2) состоит из тарелки 45 клапана, по периметру которой на ее поверхности со стороны корпуса насоса расположено уплотнение 46 для перекрывания центрального отверстия выпускной части 2 корпуса насоса, и штока 47, закрепленного в центральной части тарелки 45 с противоположной от уплотнения 46 стороны и проходящего через отверстие полой втулки 48 с отверстиями для прохода газа, установленной в полости фланца 49 выпускной части 2 корпуса. На шток 47 надета пружина 50, один конец которой упирается в наружную поверхность тарелки 45, а другой в поверхность втулки 48. Втулку 48 ввинчивают в полость фланца 49 и тем самым регулируют усилие уплотнение и жесткость клапана.
Конструкция насоса по третьему варианту полезной модели аналогична конструкции насоса по второму варианту, кроме конструкции впускного и промежуточного клапанов, а также привода мембраны насоса.
Электромагнитный привод (см. фиг.3) впускного клапана 54 и мембраны насоса 3 состоит из фланца 51 с центральным сквозным отверстием, закрепленного на фланце 52 впускной части 1 корпуса насоса. В отверстии фланца 51 закреплен сердечник 34 с центральным сквозным отверстием, на наружной поверхности которого размещена обмотка привода 28
На центральной части мембраны 3 со стороны впускной части 1 корпуса закреплен якорь 53 привода мембраны 3 с центральным отверстием, в котором размещен впускной клапан.
Впускной клапан 54 состоит из тарелки клапана, по периметру которой на ее поверхности со стороны электромагнитного привода расположено уплотнение 55 для перекрывания центрального отверстия, выполненного в седле 56 клапана, расположенном в отверстии якоря 53 и закрепленном своей периферийной частью 57 меду фланцами 52, 51 корпуса впускной части насоса и привода, штока 58, одним концом закрепленным в центральной части тарелки клапана 54, а другим концом входящим в центральное отверстие седла 56 клапана и сердечника 34. На шток 58 надета пружина 59, один конец которой упирается в направляющую шайбу 60 с отверстиями, закрепленную между седлом 56 клапана и сердечником 34 привода, а другой - в упор 61, выполненный в виде штифта, закрепленного на штоке 58. На противоположном от тарелки клапана 54 конце штока 58 размещен якорь 62 привода впускного клапана, удерживаемой гайкой-держателем 63.
Промежуточный клапан состоит из плоской мембраны 64, по периметру которой со стороны мембраны насоса размещено уплотнение 65, а центральная часть которой закреплена в центральной части мембраны 3 насоса.
Следует отметить, что на впускных и выпускных клапанах уплотнения могут располагаться по-разному в зависимости от назначения насоса.
При использовании насоса для получения вакуума уплотнение может быть установлено на тарелке клапана или на седле.
При использовании насоса для откачки чистых жидкостей уплотнение может вообще отсутствовать, и герметизация обеспечивается соответствующим изготовлением поверхностей тарелки и седла.
При использовании насоса для откачки газов или жидкостей уплотнение можно устанавливать и на седле, и на тарелке клапана.
Работа насоса по первому варианту полезной модели осуществляется следующим образом.
В исходном положении впускной клапан 12 закрыт, мембрана 3 насоса находится в верхнем положении, промежуточный клапан 4 открыт, выпускной клапан 13 закрыт. На обмотки приводов 28, 35 впускного и выпускного клапанов напряжение не подается.
На обмотку 28 главного привода впускного клапана 12 подается напряжение определенной полярности 1-ого уровня. По обмотке протекает ток. Сила действует на якорь (тарелку) промежуточного клапана 4, закрепленного на мембране 3 насоса. Якорь отталкивается от сердечника 34 привода и воздействует на мембрану 15 промежуточного клапана 4, которая при определенном уровне напряжения прощелкивает и закрывает отверстия в мембране 3 насоса. Промежуточный клапан 4 закрыт. В закрытом состоянии промежуточного клапана 4 мембрана 15 сама по себе создает достаточное усилие уплотнения на уплотнитель 16.
Увеличивают напряжение той же полярности, подаваемое на контакты обмотки 28 привода (напряжение 2-ого уровня). Сила начинает действовать на тарелку впускного клапана 12, являющейся якорем привода. Преодолевая сопротивление пружины 40, тарелка отходит от седла
клапана, открывая отверстиие в корпусе привода. Впускной клапан 12 открыт.
На обмотку 35 привода выпускного клапана 13 подается напряжение определенной полярности. Сила начинает действовать на тарелку выпускного клапана 13, являющейся якорем привода. Преодолевая сопротивление пружины 43, тарелка клапана 13 отходит к сердечнику 36, открывая отверстиия в корпусе выпускной части 2. Выпускной клапан 13 открыт.
Увеличивают напряжение той же полярности, подаваемое на контакты обмотки 28 привода (напряжение 3-ого уровня). Увеличивается и сила, действующая на якорь привода промежуточного клапана 4 и мембраны 3 насоса. Мембрана 3 деформируется и прощелкивает, занимая нижнее положение. Промежуточный клапан 4 закрыт.
Впускной объем насоса увеличивается, создавая разрежение, и через открытый впускной клапан 12 газ поступает во впускной объем, выравнивая давление во впускном и откачиваемом объемах.
Выпускной объем уменьшается и сжимаемый газ покидает выпускной объем через открытый выпускной клапан 13, выравнивая давление в выпускном объеме и объеме, в который происходит откачка (например, атмосфера).
На обмотки 28, 35 приводов перестает подаваться напряжение, в результате чего под действием пружин 40, 43 впускной и выпускной клапан 12, 13 закрываются. Все клапаны закрыты. Мембрана 3 насоса находится в нижнем положении.
На обмотку 35 привода выпускного клапана 13 подается напряжение обратной полярности 1-ого уровня. По обмотке 35 протекает ток. На якорь промежуточного клапана 4 действует сила, отталкивающая его от сердечника 36 привода выпускного клапана. Мембрана 15 деформируется и при определенном усилии прощелкивает, открывая промежуточный клапан 4. Промежуточный клапан 4 открыт.
На обмотку 35 привода выпускного клапана подается напряжение обратной полярности большего -2-ого уровня. Сила, действующая на якорь промежуточного клапана 4 увеличивается, деформируя его мембрану 15. Якорь отходит, упираясь в ограничитель 17, и не деформируя дальше мембрану 15 промежуточного клапана 4, передает все усилие на мембрану 3 насоса. При определенном уровне усилия мембрана 3 деформируется и прощелкивает, занимая верхнее положение.
Впускной объем насоса уменьшается, сжимая газ, а выпускной объем увеличивается, создавая разрежение. Через открытый промежуточный клапан 4 газ поступает из впускного объема в выпускной объем, выравнивая в них давление.
Впускной клапан 12 закрыт, мембрана 3 насоса находится в верхнем положении, промежуточный клапан 4 открыт, выпускной клапан 13 закрыт. Насос пришел в исходное положение.
Работа насоса по второму варианту полезной модели в значительной степени схожа с работой насоса по первому варианту полезной модели, поэтому приводятся только отличия в работе.
Обратный клапан закрыт все время, кроме того периода, когда мембрана 3 насоса, перемещаясь из верхнего положения в нижнее, сжимает газ в выпускном объеме, который, создавая давление на тарелку 45 клапана, преодолевая силу действия пружины 50, открывает данный клапан и вытекает из выпускного объема. При падении давления в выпускном объеме до определенного уровня выпускной обратный клапан закрывается. При давлении на клапан с другой стороны он остается закрытым.
Работа насоса по третьему варианту полезной модели в значительной степени схожа с работой насоса по второму варианту полезной модели, поэтому приводятся только отличия в работе.
Впускной клапан 54 закрыт. Мембрана 3 насоса находится в верхнем положении. На обмотку 28 привода впускного клапана 54 подается напряжение определенной полярности 1-ого уровня. По обмотке 28
протекает ток. Сила действует на якорь 62 привода впускного клапана 54, притягивающая его к сердечнику 34 главного привода. Усилие через гайку-держатель 63 якоря передается на шток 58. При определенном усилии сопротивление пружины 59 преодолевается, происходит открытие впускного клапана 54, и далее тарелка клапана 54 отходит от седла 56 клапана. Впускной клапан 54 открыт.
Увеличивают напряжение той же полярности, подаваемое на контакты обмотки 28 привода (напряжение 2-ого уровня). На якорь 53 привода мембраны действует усилие, отталкивающее ее от сердечника 34 привода. Мембрана 3 насоса прощелкивает в нижнее положение. Во впускной полости насоса создается разрежение, куда устремляется газ через открытый впускной клапан 54, уравнивая давление во впускной полости и откачиваемом объеме. В выпускной полости вследствии уменьшения ее объема создается избыточное давление газа, который открывает обратный выпускной клапан и покидает выпускной объем в окружающую среду, пока разность давления остается достаточной для открытия выпускного клапана. Затем выпускной клапан закрывается. Впускной клапан 54 открыт. Мембрана 3 насоса в нижнем положении.
На обмотку 28 перестает подаваться напряжение. Якорь 62 впускного клапана 54 перестает притягиваться к сердечнику 34 привода и отходит от него под действием пружины 59. Тарелка впускного клапана 54 прижимается к седлу 56 клапана, перекрывая его. Впускной клапан 54 закрыт. Мембрана 3 насоса в нижнем положении. Подача на обмотку привода напряжения обратной полярности не вызывает открытие впускного клапана 54, а только усиливает давление на уплотнитель 55, улучшая герметизацию.
На обмотку 28 привода подается напряжение обратной полярности. По обмотке 28 протекает ток. На якорь 53 привода мембраны действует сила, притягивающая его к сердечнику 34 привода. При определенном усилии мембрана 3 прощелкивает, занимая верхнее положение. Впускной
объем уменьшается, сжимая содержащийся в нем газ, а выпускной объем увеличивается, создавая разрежение. Под действием давления газа промежуточный клапан открывается, и газ из впускного объема перетекает в выпускной объем, пока во впускном объеме сохраняется давление достаточное для открывания промежуточного клапана. Впускной клапан 54 закрыт. Мембрана 3 находится в верхнем положении.
Предложенные варианты насосов технологичны в их изготовлении и позволяют получать высокие эксплуатационные характеристики.