СПОСОБ И УСТРОЙСТВО ДЛЯ ДЕГАЗАЦИИ НАГНЕТАТЕЛЬНОГО ПРОСТРАНСТВА ДОЗИРОВОЧНОГО НАСОСА
METHOD AND DEVICE FOR DEGASSING OF DISCHARGE PRESSURE OF DOSING PUMP

Изобретение относится к способу дегазации нагнетательного пространства дозировочного насоса и к устройству для выполнения способа.
2
2
Проблема образования газов в нагнетательных пространствах дозировочных насосов, в частности, при дозировании жидкостей, известна. Образование газов происходит не только в процессах дозирования, но также во время перерывов дозирования насоса. В выделяющих газ веществах, таких как, например, перекись водорода НО, высвобождается газ, при этом количество и величина пузырей газа в нагнетательном пространстве во время перерывов дозирования или во время остановки возрастает. За счет этого повышается давление в нагнетательном пространстве дозировочного насоса. Если давление в дозировочном пространстве насоса превышает давления в напорном трубопроводе, то открывается расположенный на стороне нагнетания клапан насоса, после чего происходит перевод жидкости из дозировочного пространства дозировочного насоса в напорный трубопровод, за счет чего происходит выравнивание давления. Тем самым повышается отношение объема газа к объему жидкости в дозировочном пространстве насоса, что приводит к тому, что при запуске дозировочного насоса не выдаются сразу дозировочные объемы. Таким образом, процесс дозирования нарушается.
Поэтому желательно создание способа управления дозировочными насосами с улучшением характеристик запуска и соответствующих, пригодных для этого дозировочных насосов.
Исходя из уровня техники в основу изобретения положена задача создания улучшенного способа дегазации нагнетательного пространства и соответствующего устройства для реализации способа. Эти задачи решены с помощью способа с признаками независимого пункта 1 формулы изобретения и с помощью устройства с признаками независимого пункта 13 формулы изобретения. Модификации предметов изобретения раскрыты в соответствующих зависимых пунктах формулы изобретения.
Первый вариант выполнения способа дегазации образующей газ текучей среды в нагнетательном пространстве дозировочного насоса относится к насосу с нагнетательным пространством, в которое входит ограничивающее нагнетательное пространство вытеснительное тело, при этом нагнетательное пространство имеет два отверстия, из которых одно через всасывающий клапан ведет во всасывающий трубопровод, а второе - через напорный клапан в напорный трубопровод. Поскольку во время остановки насоса из-за образования газа из текучей среды непрерывно увеличивается давление в нагнетательном пространстве, то при превышении определенного значения открывается напорный клапан, так что неопределенное количество газа и текучей среды переходят в напорный трубопровод. Для предотвращения одновременного перехода при выходе образованного газа долей текучей среды в напорный трубопровод, с помощью способа, согласно изобретению, обеспечивается предпочтительно находящийся на стороне нагнетательного пространства у напорного клапана собирательный пузырь газа, так что при превышении давления открывания напорного клапана в напорный трубопровод выходит предпочтительно лишь газ. Для этого способ содержит выполнение подачи импульсов, при этом импульсы приводит к тому, что пузыри газа, которые возникли в нагнетательном пространстве за счет образующей газ текучей среды и прилипают к внутренним поверхностям нагнетательного пространства, отделяются от этих поверхностей. Для этого при подаче импульсов по меньшей мере на одну часть ограничивающих нагнетательное пространство поверхностей, соответственно, стенок и/или на находящуюся в нагнетательном пространстве текучую среду воздействует импульс. После отделения пузырей газа от внутренних поверхностей, они зависают в нагнетательном пространстве и могут аккумулироваться в более крупные пузыри газа, которые затем поднимаются предпочтительно в направлении напорного клапана, для образования предпочтительно на стороне нагнетательного пространства собирательного пузыря газа. Если теперь повышается давление в нагнетательном пространстве, то стоящий предпочтительно у напорного клапана собирательный пузырь газа выходит из нагнетательного пространства в напорный трубопровод в виде выходящих пузырей газа. Это повышение давления может быть следствием того, что при длительной остановке насоса еще больше газа образуется из текучей среды, в качестве альтернативного решения, можно также для повышения давления выполнять частичный нагнетательный ход вытеснительного тела, так что собирающий пузырь газа выходит в напорный трубопровод. При этом предпочтительно никакое или лишь небольшое количество текучей среды выпускается в напорный трубопровод. За счет этого выполнения подачи импульсов предпочтительно обеспечивается, что доля газа в нагнетательном пространстве дозировочного насоса не превышает значения, которое ведет к отказу насоса.
В другом варианте выполнения подача импульсов для отделения пузырей газа осуществляется за счет создания вибрационных колебаний с помощью генератора вибраций, который расположен в нагнетательном пространстве. При этом можно приводить в вибрацию вытеснительное тело и/или другие части нагнетательного пространства. В качестве альтернативного решения, можно в качестве подачи импульсов выполнять по меньшей мере частичный ход нагнетания и/или частичный ход всасывания вытеснительного тела, которое, например, предпочтительно всасывает лишь такой небольшой, возможно бесконечно малый объем, что, например, частичный всасывающий ход можно скорее рассматривать в качестве всасывающего импульса. За счет этого отделяются прилипшие к внутренним поверхностям нагнетательного пространства пузыри газа, и они могут аккумулироваться с другими имеющимися в нагнетательном пространстве пузырями газа.
Еще один вариант выполнения способа содержит выполнение последовательности частичных ходов. Эта последовательность частичных ходов может быть последовательностью частичных ходов всасывания и/или частичных ходов нагнетания. Предпочтительно, можно выполнять последовательные частичные ходы нагнетания попеременно с частичными ходами всасывания. При этом предпочтительно длина хода, с которой вытеснительное тело перемещается в нагнетательном пространстве, может увеличиваться, так что каждая следующая комбинация частичного хода нагнетания и частичного хода всасывания имеет большую длину хода, чем выполненная перед этим комбинация. Таким образом, собирательный пузырь газа, который стоит у напорного клапана, переводится в напорный трубопровод, и еще прилипающие к внутренним поверхностям пузыри газа отрываются в зависимости от нарастающей длины хода и в свою очередь снова образуют собирательный пузырь газа, который с помощью следующего частичного хода нагнетания снова переводится в напорный трубопровод. При этом предпочтительно возникающие вследствие увеличения длины хода при ходе всасывания в трубопроводе всасывания пузыри газа можно переводить в нагнетательное пространство, где они затем скапливаются в собирательный пузырь газа и с помощью следующего хода нагнетания переводятся в напорный трубопровод. С помощью этого выполнения последовательности частичных ходов можно почти полностью освобождать от газа нагнетательное пространство дозировочного насоса, так что при первом полном ходе, который является дозировочным ходом, предпочтительно лишь жидкость переводится в напорный трубопровод, так что происходит контролируемое дозирование. При этом количество частичных ходов может быть задано, так что последовательность частичных ходов с нарастающей длиной хода задается заранее.
В качестве альтернативного решения, последовательность частичных ходов с нарастающей длиной хода можно задавать с помощью желаемой степени дегазации, которую можно определять посредством измерения градиента давления в нагнетательном пространстве при выполнении хода нагнетания или хода всасывания. Этот измеренный градиент давления сравнивают с величиной нарастания давления, которая была определена для свободного от газа нагнетательного пространства в качестве калибровочного градиента давления. При этом желаемая степень дегазации может соответствовать соответствующему калибровочному градиенту давления нарастанию давления за вычетом допуска, например, 5% величины нарастания калибровочного давления.
Таким образом, за счет выполнения последовательности частичных ходов с нарастающей длиной хода можно обеспечивать целенаправленную и последовательную дегазацию нагнетательного пространства насоса, и тем самым также частично всасывающего трубопровода (трубопроводов), когда в перерывах работы или во время остановки образуется газ. Уже перед выполнением первого полного дозировочного хода можно за счет этого обеспечивать, что в экстремальном случае насос не откажет вследствие сжимаемости возникших пузырей газа или что в лучшем случае в нагнетательной системе насоса не содержатся отрицательно воздействующие и искажающие нагнетательный объем пузыри газа.
Частичный ход всасывания, согласно приведенному выше описанию, предпочтительно составляет от 0,1% до 99%, предпочтительно от 1% до 50%, наиболее предпочтительно от 1% до 25% полного хода всасывания. Соответственно, частичный ход нагнетания, согласно приведенному выше описанию, предпочтительно составляет от 0,1% до 99%, предпочтительно от 1% до 50%, наиболее предпочтительно от 1% до 25% полного хода нагнетания. При этом ход нагнетания выполняется известным образом предпочтительно за счет перемещения вытеснительного тела, например, поршня или мембраны.
Другие варианты выполнения способа относятся к тому, что, например, при известном времени остановки насоса предварительно устанавливают с помощью управляющего устройства, соединенного с насосом, интервалы времени или моменты времени, так что автоматически выполняется процесс дегазации, прежде чем насос снова включается в работу. Подачу импульсов для дегазации нагнетательного пространства предпочтительно выполняют во время простоя или во время остановки насоса. Выполнение последовательности частичных ходов с нарастающей длиной хода предпочтительно осуществляют для запуска насоса после времени остановки насоса.
Для проверки, образовался ли газ, или для проверки образовавшегося в системе количества газа, в другой стадии способа расположенный на нагнетательном пространстве датчик давления, который принимает давление в нагнетательном пространстве, может регистрировать ход изменения давления во время одного хода. Если определяемое во время одного хода изменение давления соотнести с длиной хода, соответственно, с ограниченным в нагнетательном пространстве пройденной длиной хода вытеснительного тела объемом и возможно отобразить в виде графика p/V, то кривая давления при одном ходе нагнетания показывает ход изменения, из которого можно вывести характеристики нарастания давления. Если насос находится в свободном от воздуха состоянии, то крутизна почти линейного нарастания давления, соответственно, падения давления, достигает максимального значения, которое принимается в качестве номинального значения характеристики нарастания давления. Если в нагнетательном пространстве имеются пузыри газа, то на графике давления при выполнении хода нагнетания или хода всасывания проявляется нарастание, соответственно, падение с меньшей крутизной, которая соответствует фактическому значению градиента давления. Таким образом, посредством сравнения фактического значения с номинальным значением можно выполнять способ дегазации насоса так долго, пока не будет достигнута наилучшая возможная дегазация нагнетательного пространства. Такое сравнение выполняется в устройстве оценки, и полученный результат подается в управляющее устройство в качестве управляющего параметра для приведения в действие насоса. Таким образом, можно целенаправленно в зависимости от образовавшегося объема газа инициировать дегазацию или задавать длительность дегазации, соответственно, эффективность дегазации. Результаты сравнения подают в управляющее устройство для приведения в действие насоса предпочтительно в виде параметров управления для запуска насоса во время простоя насоса, во время остановки насоса, после остановки насоса или для запуска насоса после времени простоя.
Действительно нагнетаемый в напорный трубопровод объемный поток во время одного хода вытеснительного тела зависит от величины общего объема газа. Действительная, т.е. фактическая характеристика нагнетания насоса, определяется и может сравниваться с номинальной характеристикой нагнетания насоса, так что с учетом определенных границ допуска можно судить, является ли еще насос пригодным для дозировочной работы.
Кроме того, изобретение относится к дозировочному насосу для дозирования текучих сред, который пригоден для выполнения способа, согласно приведенному выше описанию, с целью дегазации нагнетательного пространства дозировочного насоса. Нагнетательное пространство насоса соединено с возможностью прохождения текучей среды по меньшей мере с одним открываемым с помощью клапана всасывания трубопроводом всасывания и по меньшей мере с одни открываемым с помощью напорного клапана напорным трубопроводом. Кроме того, предпочтительно предусмотрено известным образом вытеснительное тело для вытеснения текучей среды в нагнетательное пространство, соответственно, нагнетательное пространство ограничено по меньшей мере на одной стороне с помощью этого вытеснительного тела, например, поршня или мембраны. Кроме того, в нагнетательном пространстве расположено устройство для выполнения подачи импульсов. Это может быть генератор вибраций, который соединен, например, с вытеснительным телом или стенкой нагнетательного пространства, с целью воздействия вибрацией, соответственно, импульсами на текучую среду в нагнетательном пространстве. В качестве альтернативного решения, в качестве устройства для выполнения подачи импульсов может служить сам привод вытеснительного тела. Для этого привод и/или его управление, соответственно, регулирование предпочтительно выполнены так, что привод может управлять вытеснительным телом так, что оно может выполнять небольшие ходы всасывания и/или нагнетания, которые воздействуют на текучую среду в нагнетательном пространстве лишь одним импульсом, который необходим для отделения пузырей газа в нагнетательном пространстве и их аккумулирования. При этом ход предпочтительно настолько мал, что по существу текучая среда не нагнетается. Кроме того, привод вытеснительного тела выполнен так, что оно может вытеснять собирательный пузырь газа, как указывалось выше, из нагнетательного пространства. Такой привод вытеснительного тела можно осуществлять механически, гидравлически, пневматически и/или магнитно. Например, вытеснительное тело может приводиться в движение шаговым двигателем через соответствующую передачу.
Один вариант выполнения насоса, согласно изобретению, с помощью которого можно выполнять способ, относится к тому, что вытеснительное тело, которое вытесняет текучую среду из нагнетательного пространства, приводится в действие с помощью приводного устройства с управлением пути, в частности, с помощью шагового или линейного двигателя, с целью обеспечения того, что необходимые частичные ходы всасывания, соответственно, частичные ходы нагнетания являются, соответственно, небольшими ходами всасывания или нагнетания и тем самым могут создавать, соответственно, небольшое разряжение или избыточное давление. За счет этого предпочтительно достигается, что вытеснительное тело, которое может быть мембраной или поршнем, возможно выполняет ходы длиной в десятые доли миллиметра. За счет этого возможны очень небольшие импульсы давления, которые обеспечивают возможность отделения пузырей газа, которые удерживаются на внутренних поверхностях нагнетательного пространства, а также на мембране или на обращенной в нагнетательное пространство поверхности вытеснительного поршня.
При этом мембрана выполняет вибрационное движение, которое соответствует «мерцанию желудочков», т.е. отсутствует или имеется очень небольшое нагнетательное действие для текучей среды, однако пузыри газа приводятся в движение, отделяются от стенок и объединяются в более крупные пузыри газа, которые затем под действием подъемной силы поднимаются в текучей среде.
Эти и другие преимущества следуют из приведенного ниже описания и приложенных чертежей.
Ниже приводится в качестве примера описание изобретения со ссылками на прилагаемые чертежи, на которых изображено:
фиг.1.1-1.8 - последовательность во времени процессов дегазации и состояний в нагнетательном пространстве мембранного насоса при прерывании работы;
фиг.2.1-2.10 - последовательность во времени процессов дегазации и состояний в нагнетательном пространстве мембранного насоса в способе приведения в рабочее состояние дозировочного насоса после прерывания работы; и
фиг.3 - схема выполнения способа и процессов во время прерывания работы и для приведения в рабочее состояние дозировочного насоса.
Для лучшего понимания предмета изобретения, ниже поясняются некоторые из применяемых в описании понятий.
Так, под линейным двигателем понимается электрический приводной двигатель, который приводит соединенные с ним объекты не во вращательное, а в поступательное движение. Если линейный двигатель соединен для приведения в действие поршня вытеснительного насоса, то поршень может проходить очень короткий путь. Таким образом, можно очень тонко дозировать ход поршня. То же относится к шаговому двигателю, ротор которого при каждом заданном извне шаге перемещается вперед лишь с крохотным угловым поворотом. Таким образом, можно обеспечивать наивысшую точность физического позиционирования и тем самым наименьшие дозировочные ходы, когда такой шаговый двигатель соединен, например, через эксцентрик с шатуном или с толкателем.
В качестве нагнетательного пространства или дозировочного пространства понимается пространство в дозировочном насосе, которое содержит подлежащую транспортировке текучую среду; вытеснительное устройство вводится в него с целью вытеснения текучей среды.
Под образующими газ текучими средами понимаются, в частности, жидкие химикалии, которые имеют склонность к образованию равновесия с продуктами их распада и поэтому выделяют газообразные продукты. Примером этому является перекись водорода. Множество других химикалий, например, содержащий активный хлор белильный раствор, также склонны к выделению газа.
Образованные газы повышают давление в нагнетательном пространстве, что приводит к тому, что в нагнетательном пространстве дозировочного насоса, которое с помощью напорных клапанов отделено от трубопровода всасывания и трубопровода нагнетания, создается давление за счет образования газов. Как только вызванное возникающими газами давление превышает давление удерживания напорных клапанов, напорный клапан открывается и газы, а также текучая среда проходят в напорный трубопровод.
Понятие «частичный ход всасывания», соответственно, «частичный ход нагнетания» обозначают долю полного хода всасывания/нагнетания, при этом полный ход достигается, когда вытеснительное устройство приводится в действие на всей длине хода. Если, например, вытеснительный поршень должен при стопроцентной нагрузке вытеснять объем 100 мл, то частичный ход нагнетания, который составляет лишь долю 0,1%, вытесняет лишь 0,1 мл. Частичный ход нагнетания может быть настолько малым, что выполняются лишь колебания поршня или в случае мембранного насоса-мембраны, предпочтительно, в диапазоне от 1 до 20 Гц, например, 2-10 Гц, особенно предпочтительно 3-4 Гц, при этом по существу не происходит транспортировки текучей среды.
Относительно вытесняемого объема в данном случае применяется также понятие «длина хода» в качестве эквивалента понятиям частичный ход всасывания, соответственно, частичный ход нагнетания, поскольку доля частичной длины хода соответствует относительно всей длины хода доле объема частичного хода относительно объема всего хода, так что, например, частичный ход, который соответствует доле 25% полного хода, одновременно соответствует 25% частичной длины хода всей длины хода.
Кроме того, ниже применяется понятие «желаемая степень дегазации», под чем понимается, что в зависимости от подлежащей дозированию текучей среды можно достигать определяемой экспериментально минимальной дегазации. Эта минимальная дегазация соответствует степени дегазации, равной 1. В химикалиях, которые постоянно выделяют газы, газы возникают также во время самого процесса дегазации, так что идеальная степень дегазации такой химикалии соответствует другой идеальной степени дегазации, чем для текучей среды, которая выделяет газы лишь постепенно и для которой действительно достигается степень дегазации вблизи 1. Для определения степени дегазации можно использовать способ измерения расхода, описание которого приведено в DE 3546189 А1, или же можно, как указывалось выше, с помощью расположенного в нагнетательном пространстве датчика давления измерять градиент давления при одном ходе вытеснительного тела и сравнивать это фактическое значение с номинальным значением.
В принципе данное изобретение относится к возможности выполнения подачи импульса во время простоя или после остановки насоса, в то время как выполнение последовательности частичных ходов с нарастающей длиной хода вытеснительного тела применяется для введения в действие, соответственно, при запуске насоса после времени простоя насоса.
Под временем простоя насоса ниже понимается промежуток времени, который достаточен для обеспечения соответствующего объема газа. В принципе время простоя составляет по меньшей мере 30 минут, под временем простоя понимается также не использование насоса ночью в течение более 12 часов, или же не использование насоса в течение нескольких дней при наличии в насосе текучей среды. Остановка насоса может иметь длительность от нескольких секунд до 30 минут. Для обеспечения возможности выполнения в насосе способа дегазации, согласно изобретению, во время простоя или при остановке насоса, насос должен быть «активным», т.е. он должен снабжаться током, и должен быть активирован режим дегазации, т.е. соответствующая имеющаяся в программном обеспечении насоса программа.
Транспортирующий образующую газ текучую среду дозировочный насос, нагнетательное пространство которого должно быть освобождено от образовавшегося газа, имеет входящий в нагнетательное пространство клапан всасывания, который проходит в трубопровод всасывания. Кроме того, нагнетательное пространство входит через напорный клапан в напорный трубопровод. То же справедливо при наличии нескольких напорных или всасывающих трубопроводов. Вытеснительное тело для вытеснения текучей среды ограничивает нагнетательное пространство, обычно на одной стороне, и расположено так, что оно может выполнять попеременно необходимые для вытеснения ходы нагнетания в комбинации с соответствующими ходами всасывания.
Для отделения возникающих за счет образующей газы текучей среды и прилипающих к ограничивающим нагнетательное пространство внутренним поверхностям пузырей газа от этих поверхностей, сначала выполняют подачу импульсов, при этом подача импульсов происходит посредством вибрационных колебаний с помощью расположенного в нагнетательном пространстве генератора вибраций или же, в качестве альтернативного решения, в виде первого частичного хода всасывания вытеснительного тела. Этот частичный ход всасывания соответствует доли от 0,1 до 99% полного хода всасывания и может быть также колебанием в диапазоне от 1 до 20 Гц. Когда пузыри газа за счет вибрационных колебаний или за счет, например, обеспечиваемого импульса всасывания, отделяются от ограничивающих нагнетательное пространство внутренних поверхностей, они накапливаются в нагнетательном пространстве и поскольку их объем увеличивается и они за счет этого получают большую подъемную силу, то они выполняют движение в направлении напорного клапана, при условии, что напорный клапан расположен в пространстве в направлении вверх, противоположно направлению силы тяжести.
Вследствие этого у обращенной к нагнетательному пространству стороны напорного клапана образуется собирательный пузырь газа, который должен быть выпущен через напорный клапан в клапанное пространство. Это происходит за счет нарастания давления в нагнетательном пространстве, которое вызывается за счет дальнейшего образования из текучей среды газа и/или с помощью частичного хода нагнетания, который может соответствовать доли от 0,1 до 99% полного хода нагнетания. За счет этого собирательный пузырь газа сжимается и оказывает в свою очередь давление на напорный клапан. При превышении давления открывания клапан открывается, и образующий собирательный пузырь газ переходит в виде выходных газовых пузырей в напорный трубопровод. При этом предпочтительно в напорный трубопровод не переходит текучая среда.
Частичный ход всасывания может соответствовать доли от 0,1% до 99%, предпочтительно от 1% до 50%, особенно предпочтительно от 1% до 25% полного хода всасывания. Частичный ход всасывания может быть также разделен на множество колебательных ходов, которые составляют в целом долю от 0,1 до 10% полного хода всасывания. Частичный ход нагнетания может соответствовать доли от 0,1% до 99%, предпочтительно от 1% до 50%, особенно предпочтительно от 1% до 25% полного хода нагнетания.
Для перевода дозировочного насоса в готовое для работы состояние, после указанного выше выполнения подачи импульсов во время прерывания работы, выполняют последовательность частичных ходов с нарастающей длиной хода вытеснительного тела, при этом частичные ходы составляют между 0,1 и 99% полного хода. За счет увеличивающегося давления в нагнетательном пространстве вследствие нарастающих ходов нагнетания, собирательный пузырь газа выходит из напорного клапана при частичных ходах нагнетания, в то время как за счет увеличивающихся ходов всасывания имеющиеся также в трубопроводе всасывания газовые пузыри могут переводиться в нагнетательное пространство, где они выполняют движение в направлении напорного клапана и образуют собирательный пузырь газа, который с помощью следующего хода нагнетания переводится в напорный трубопровод. Последовательность частичных ходов выполняют так долго, пока не будет достигнута оптимальная степень дегазации, которая задана либо количеством частичных ходов, либо задается с помощью управления на основе определения степени дегазации.
Определение степени дегазации включает в себя измерение градиента давления в нагнетательном пространстве при выполнении ходя нагнетания или всасывания, и сравнение определяемого градиента давления со служащим в качестве калибровочного градиента градиентом давления, который был определен для дегазированной текучей среды, при этом желаемая степень дегазации соответствует градиенту давления, соответствующему калибровочному градиенту давления за вычетом допуска, равного примерно 5% величины нарастания калибровочного давления.
Значения из определения фактического градиента давления во время одного хода вытеснительного тела и значения сравнения фактической характеристики нарастания давления насоса с номинальной характеристикой нарастания давления насоса можно подавать в устройство оценки для оценки результатов сравнения, а затем в качестве параметров управления подавать в управляющее устройство для приведения в действие насоса.
Кроме того, способ может содержать предварительную установку интервалов времени и моментов времени соединенного с насосом устройства временной синхронизации, так что приведение в действие насоса для запуска, во время простоя, после остановки насоса или для запуска насоса после времени простоя насоса можно выполнять с управлением во времени. За счет этого можно обеспечивать готовый к работе насос, когда после перерыва в работе или после ночного перерыва снова возобновляется работа дозировочного насоса.
Наконец, в способе также предусмотрено, что могут обеспечиваться другие параметры управления для запуска насоса во время простоя насоса, после остановки насоса или для запуска насоса после времени простоя. При этом речь идет об определении действительно транспортируемого объемного потока в напорный трубопровод во время заданного хода вытеснительного тела, и сравнении полученного за счет этого заданного хода фактической характеристики нагнетания насоса с характеристикой нагнетания насоса при идентичном заданном ходе, при этом противопоставление фактической характеристики нагнетания и номинальной характеристики нагнетания насоса показывает, имеется или нет газ в нагнетательной системе. За счет определения погрешности объема нагнетания можно с помощью управляющего устройства запускать соответствующий процесс дегазации, который может быть последовательностью частичных ходов с нарастающей длиной хода.
Предпочтительно, дозировочный насос для выполнения способа, согласно изобретению, является мембранным насосом. Естественно, что способ, согласно изобретению, применим также к поршневому насосу. Можно использовать любое вытеснительное тело при условии, что его можно применять для выполнения очень небольших движений хода посредством, например, соединения с шатуном, с помощью сжатого воздуха или другого подходящего устройства. Для выполнения небольших движений хода предпочтительно с помощью мембранного насоса, с вытеснительным телом может быть соединено приводное устройство с управляемым путем, такое как линейный двигатель или шаговый двигатель. Возможно также соединение через датчик сжатого воздуха.
2
2
3
В основе показанной на фиг.1.1-1.8 последовательности лежит следующая ситуация: во время остановки насоса или времени простоя насоса в нагнетательном пространстве 1 возникают различные газовые пузыри 4, 7, 8 из выделяющей газы текучей среды. Прежде всего, возникают газовые пузыри 4, 8 на внутренних стенках нагнетательного пространства, а также на поверхности 3' ограничивающего нагнетательное пространство 1 поршня 3. За счет увеличения газовых пузырей в нагнетательном пространстве 1 повышается давление р. Если давление р становится больше давления р в напорном трубопроводе, то открывается напорный клапан 6. За счет перехода текучей среды или собирательного газового пузыря 7 (в зависимости от того, что стоит у напорного клапана) из нагнетательного пространства 1 в напорный трубопровод происходит выравнивание давления.
2
1
2
3
При этом нежелательно, чтобы текучая среда переходила в напорный трубопровод, поскольку при этом увеличивается отношение доли газовых пузырей к доле текучей среды в нагнетательном пространстве 1. Если произведение объема газовых пузырей и давления в нагнетательном пространстве 1 настолько велико, что даже с помощью полного хода всасывания не достигается необходимое для открывания клапана 5 давление р, которое должно быть меньше давления р в трубопроводе всасывания, то в нагнетательное пространство 1 не протекает никакой объем текучей среды из трубопровода всасывания. Это означает в свою очередь, что за счет полного хода нагнетания давление р объема текучей среды в нагнетательном пространстве 1 нарастает максимально до давления, которое соответствует давлению рв напорном трубопроводе, так что напорный клапан 6 также не открывается. Лишь сжимаются заключенные в нагнетательном пространстве 1 газовые пузыри 4, 7, 8 и снова расширяются, без нагнетания насосом объемов из трубопровода всасывания в напорный трубопровод. Таким образом, процесс дозирования невозможен.
Для предотвращения этого необходимо, чтобы во время остановки насоса, соответственно, во время простоя, при увеличении газовых пузырей в нагнетательном пространстве 1 лишь небольшая доля текучей среды переходила из нагнетательного пространства 1 в напорный трубопровод, и доля газовых пузырей не увеличивалась до прерывания процесса дозирования. Для этого во время перерывов в работе насоса подаются импульсы для отделения газовых пузырей 4, 8 от внутренних стенок нагнетательного пространства 1. За счет этого небольшие газовые пузыри собираются в один большой собирательный газовый пузырь 7, который за счет подъемной силы поднимается до напорного клапана 6. Этот импульс можно создавать за счет движения поршня 3, как схематично показано на фиг.1.1-1.8.
2
2
На фиг.1.1-1.8 показано удерживание в готовности к работе насоса, который в данном случае является мембранным насосом, хотя сама мембрана не изображена. Газовые пузыри могут возникать за счет распада нестабильных текучих сред, таких как, например, перекись водорода (НО). Подача импульса осуществляется в виде частичного хода b всасывания и частичного хода а нагнетания, в качестве альтернативного решения, импульс можно создавать также за счет колебаний мембраны.
2
На фиг.1.1 газовые пузыри 4, 7, 8 увеличиваются в нагнетательном пространстве 1 во время перерыва в работе насоса, и давление р повышается с увеличением доли газовых пузырей.
2
За счет хода b всасывания поршня 3, как показано на фиг.1.2, за счет чего увеличивается заключенный в нагнетательном пространстве 1 объем, уменьшается давление р в нагнетательном пространстве 1, за счет чего газовые пузыри 4', 7, 8' занимают больший объем в соответствии с уравнением (I):
предш
предш
послед
послед
n
n
P × V  = p × V  (I)
На фиг.1.3 показано, как за счет продолжающегося хода b всасывания поршня 3 газовые пузыри 4', 7, 8' становятся еще больше, собираются и поднимаются в направлении напорного клапана 6. При этом клапан 5 всасывания может оставаться дальше закрытым.
На фиг.1.4 показан большой собирательный газовый пузырь 7 после окончания хода всасывания поршня 3. Увеличивающиеся перед этим, как показано на фиг.1.3, и отделившиеся от внутренней стенки нагнетательного пространства 1 газовые пузыри 8' объединились в этот собирательный газовый пузырь 7, который стоит теперь у напорного клапана 6; некоторые газовые пузыри 4' остались висеть на внутренних стенках нагнетательного пространства 1.
2
Следующий затем ход а нагнетания поршня 3, показанный на фиг.1.5, приводит снова к повышению давления р в нагнетательном пространстве 1, за счет чего заключенный в нагнетательном пространстве 1 объем уменьшается. Тем самым уменьшается в соответствии с уравнением (I), соответственно, объем находящихся в нагнетательном пространстве 1 газовых пузырей 4' и собирательного газового пузыря 7.
2
После окончания нагнетательного хода а поршня 3, как показано на фиг.1.6, достигается положение поршня 3, соответствующее положению на фиг.1.1. При этом уровень давления р в нагнетательном пространстве 1 также соответствует уровню давления на фиг.1.1. В противоположность ситуации на фиг.1.1, имеются еще лишь некоторые газовые пузыри 4' на внутренних стенках нагнетательного пространства 1 и собирательный газовый пузырь 7, который стоит у напорного клапана 6.
2
2
2
3
На фиг.1.7 показано, как за счет дальнейшего выделения газа из текучей среды увеличивается объем газовых пузырьков 4, 8 и собирательного газового пузыря 7 и повышается давление р в нагнетательном пространстве 1. Это повышение давления приводит к тому, что давление р в нагнетательном пространстве 1 становится больше, чем в напорном трубопроводе (р > р). За счет этого открывается напорный клапан 6, и прилегающий к нему собирательный газовый пузырь начинает выходить вследствие выравнивания давления в напорный трубопровод в виде выходных газовых пузырей 7'.
2
3
Дальнейшее выделение газа из текучей среды в нагнетательном пространстве 1 приводит к переходу других выходных газовых пузырей 7' собирательного газового пузыря 7 в напорный трубопровод, как показано на фиг.1.8. Это означает, что выделяющая газ текучая среда в нагнетательном пространстве 1 вытесняет собирательный газовый пузырь 7 в виде выходных газовых пузырей 7' из нагнетательного пространства 1 в напорный трубопровод так долго, пока давление р в нагнетательном пространстве 1 выше давления р в напорном трубопроводе. Для предотвращения вытеснения увеличивающимися газовыми пузырями 4, 8 текучей среды из нагнетательного пространства 1 в напорный трубопровод, снова выполняют ход b всасывания для образования собирательного газового пузыря 7 у напорного клапана 6, как показано на фиг.1.2.
Мелкие ходы всасывания и ходы нагнетания можно хорошо выполнять с помощью дозировочного насоса для дозирования текучих сред, когда вытеснительное тело приводится в действие с помощью шагового или линейного двигателя и он воздействует на мембрану или поршень в качестве вытеснительного тела, или когда установлен генератор вибраций для подачи импульсов.
Вытеснительное тело, которое может быть поршнем или гибкой мембраной 3, можно приводить в действие механически через шатун 2 или гидравлически или пневматически или магнитно.
Этот процесс дегазации нагнетательного пространства можно выполнять несколько раз во время простоя, например, тем, что устройство управления во времени (не изображено) выдает в заданные интервалы времени или в заданные моменты времени сигнал, который инициирует способ дегазации нагнетательного пространства. При этом можно использовать эмпирические данные, так что специалист может устанавливать интервалы времени так, что дегазация нагнетательного пространства происходит, когда ожидается соответствующее сильное образование газовых пузырей.
С другой стороны, можно выполнять стадию определения действительного градиента давления в нагнетательном пространстве во время хода нагнетания или всасывания и сравнение фактической характеристики нарастания давления насоса с номинальной характеристикой нарастания давления насоса с помощью устройства для оценки результатов сравнения, при этом результаты сравнения подаются в управляющее устройство для приведения в действие насоса в качестве параметров управления для запуска насоса после времени простоя насоса, соответственно, после остановки насоса. Стадии установки управления во времени или управления, основанного на определении нарастания градиента давления при ходе нагнетания или всасывания, можно выполнять в любые желаемые моменты времени, а также попеременно, например, попеременно с выполнением способа вручную.
2
Определение градиента давления можно выполнять с помощью имеющегося в нагнетательном пространстве устройства для измерения давления, которое регистрирует ход изменения давления р в нагнетательном пространстве в зависимости от хода нагнетания или всасывания, при этом при увеличивающемся образовании газовых пузырей крутизна нарастания давления, соответственно, падения давления уменьшается на регистрируемом графике зависимости давления от длины хода, поскольку газовые пузыри сжимаемы, и при превышении определенного порогового значения и за счет обратной подачи данных в управляющее устройство автоматически инициируется дегазация нагнетательного пространства.
Кроме того, способ, согласно изобретению, относится к обеспечению готового к работе состояния насоса тем, что нагнетательное пространство, а также подводящие трубопроводы, такие как всасывающий трубопровод, с помощью простейших средств возможно быстрее освобождаются от газовых пузырей, так что насос может выполнять свою задачу точного дозирования, без выполнения множества неточных дозировочных ходов перед возобновлением дозирования после перерыва.
Так, в основе показанной на фиг.2.1-2.10 последовательности лежит следующая ситуация: насос должен снова начинать дозирование после прерывания работы. При этом при выделяющих газы подлежащих дозированию текучих средах нельзя выполнять полный ход нагнетания, то есть, с помощью вытеснительного тела нельзя выполнять полный ход вытеснения объема.
Ниже со ссылками на фиг.2.1-2.10 приводится описание процессов перевода газовых пузырей 4, 4', 7, 8, 8' с помощью нарастающих частичных ходов a и b из нагнетательного пространства 1 в напорный трубопровод, так что лишь небольшая доля текучей среды переходит из нагнетательного пространства 1 в напорный трубопровод, прежде чем газовые пузыри 4, 4', 7, 8, 8' удаляются из нагнетательного пространства. Для этого доля газовых пузырей в нагнетательном пространстве 1 уменьшается с помощью частичных ходов с нарастающей длиной хода так, что может происходить процесс дозирования.
H
Как показано на фиг.2.1, в нагнетательном пространстве 1 образовались газовые пузыри, как собирательный газовый пузырь 7, так и газовые пузырьки 4, 8 на внутренних поверхностях нагнетательного пространства 1. Окруженная штриховой линией зона символизирует величину объема V20.
2
2
3
H
За счет движения хода а нагнетания поршня 3 повышается давление р в нагнетательном пространстве 1 (см. фиг.2.2), при этом ограниченный поршнем 3 объем в нагнетательном пространстве 1 уменьшается. При достижении давления открывания напорного клапана 6 (р > р) объем V20 частичного хода, однако прежде всего стоящий у напорного клапана 6 собирательный газовый пузырь, вытесняется в напорный трубопровод.
2
После окончания частичного хода а нагнетания в соответствии с фиг.2.2, выполняется частичный ход b всасывания, как показано на фиг.2.3. При этом за счет всасывающего движения поршня 3 понижается давление р в нагнетательном пространстве 1. Одновременно увеличивается ограниченный поршнем 3 объем в нагнетательном пространстве 1. В соответствии с указанным выше уравнением (I) увеличивается объем газовых пузырей 4', 8'. Некоторые из них собираются в один большой собирательный газовый пузырь 7, как показано на фиг.2.4, который стоит у напорного клапана 6.
H
На фиг.2.4 частичный ход b всасывания вытеснительного тела закончен и поршень 3 принял свое исходное положение. Снова имеются как собирательный газовый пузырь 7, так и газовые пузырьки 4' на внутренних поверхностях нагнетательного пространства 1. Однако теперь уменьшена объемная доля газовых пузырьков 4', которые имеются на внутренних поверхностях нагнетательного пространства 1. Объем V20 хода относится к следующему, показанному на фиг.2.5 частичному ходу нагнетания.
2
2
3
С помощью этого другого, второго частичного хода а нагнетания поршня 3 на фиг.2.5, причем длина второго хода а нагнетания больше длины предыдущего хода нагнетания на фиг.2.2, снова повышается давление р в нагнетательном пространстве 1 и уменьшается заключенный в нагнетательном пространстве объем. Самое позднее после превышения длины предыдущего хода достигается давление открывания напорного клапана 6 (р > р), так что объем 20 частичного хода текучей среды и прежде всего стоящий у напорного клапана 6 собирательный газовый пузырь 7 переводится в напорный трубопровод. Объем 20 частичного хода по меньшей мере равен разнице хода между предыдущим ходом и текущим более крупным частичным ходом.
2
На фиг.2.6 показано, что после окончания второго частичного хода нагнетания выполняется другой, второй частичный ход b всасывания. За счет частичного хода b всасывания поршня 3 понижается давление р в нагнетательном пространстве 1, в то время как заключенный в нагнетательном пространстве 1 объем в соответствии с уравнением (I) и тем самым также объем газовых пузырей 4' увеличивается. За счет этого газовые пузыри 4' поднимаются в направлении напорного клапана 6. Там или во время подъема они собираются в один новый большой собирательный газовый пузырь 7, который затем стоит у напорного клапана 6. Когда при этом достигается необходимое для открывания клапана 5 всасывания давление, всасывается также объем из трубопровода всасывания. Он может частично состоять из объема текучей среды и частично из объема газа. Вводимые с помощью клапана 5 всасывания из всасывающего трубопровода газовые пузыри 7'' поднимаются в нагнетательном пространстве 1 в направлении напорного клапана 6 (стрелка с).
На фиг.2.7 второй частичный ход всасывания поршня 3 закончен, и вытеснительное тело 3 занимает снова исходное положение. В это время имеется лишь стоящий у напорного клапана 6 собирательный газовый пузырь 7.
H
С помощью третьего хода а нагнетания, длина которого снова больше, чем длина предыдущего хода и соответствует здесь полному ходу нагнетания, поршень 3 сжимает заключенный с помощью поршня 3 в нагнетательном пространстве 1 объем, как показано на фиг.2.8. Также сжимается образованный прежде собирательный газовый пузырь 7, который стоит у напорного клапана 6 и который содержит всю долю газа в нагнетательном пространстве 1, так что он с объемом V20 хода может быть переведен в напорный трубопровод, как показано на фиг.2.9.
Если теперь выполнить полный ход а нагнетания, то собирательный воздушный пузырь 7 в виде выходных воздушных пузырьков 7' покидает нагнетательное пространство 1 через напорный клапан 6 в напорный трубопровод (см. фиг.2.9). В идеальном случае нагнетательное пространство 1 теперь свободно от прилипших к внутренним поверхностям нагнетательного пространства 1 газовых пузырьков.
H
Наконец, на фиг.2.10 показано, что после этого полного хода а нагнетания, с помощью которого нагнетательное пространство 1 полностью дегазировано, следует полный ход b всасывания. При этом в нагнетательное пространство 1 всасывается из трубопровода всасывания через всасывающий клапан 5 полный ходовой объем V20.
Таким образом, насос предпочтительно с помощью небольшого количества ходовых движений подвергнут дегазации, без нагнетания значительного количества дозируемой жесткости в напорный трубопровод, которое бы при следующем дозировочном ходе выдавалось нежелательным образом. Раскрытые в способе, согласно изобретению, частичные ходы всасывания, которые могут быть настолько малы, что их можно рассматривать как вибрацию, а также соответствующие частичные ходы нагнетания, достаточны для дегазации нагнетательного пространства, а также части трубопровода всасывания.
Способ дегазации нагнетательного пространства насоса для достижения готового к работе состояния можно инициировать вручную, однако возможно также управляемое регулирование, так что способ, согласно изобретению, может быть инициирован, когда с помощью управляющего блока получается сообщение о необходимости дозирования. Определяемые выше параметры можно известным для специалистов образом передавать в соответствующий соединенный с насосом управляющий и регулировочный блок, с целью инициирования способа, согласно изобретению, с желаемыми стадиями.
интервал
2
2
2
2
3
интервал
На фиг.3 показана графическая схема возможной временной, соответственно, логической последовательности выполнения способа, согласно изобретению. При этом наряду со стадиями способа приведено описание процессов в нагнетательном пространстве насоса. Исходя из перерыва дозирования дозировочного насоса, при этом в нагнетательном пространстве за счет выделяющей газы текучей среды внутри нагнетательного пространства образовались газовые пузыри, которые прилипают к внутренним поверхностям нагнетательного пространства (соответствует фиг.1.1 и 1.8), после заданного интервала времени t выполняют подачу импульсов, при которой в первой частичной стадии за счет частичного хода всасывания понижается давление р внутри нагнетательного пространства, за счет чего возрастает объем газовых пузырей, газовые пузыри собираются и поднимаются в собирательный газовый пузырь (соответствует фиг.1.2 и 1.3). В нагнетательном пространстве еще имеются газовые пузыри на внутренних поверхностях, а также собирательный газовый пузырь у напорного клапана (соответствует фиг.1.4). Вторая частичная стадия подачи импульсов происходит за счет частичного хода нагнетания, за счет чего повышается давление р в нагнетательном пространстве, за счет чего вызывается дальнейшее собирание газовых пузырей и подъем в собирательный газовый пузырь (соответствует фиг.1.5). С продолжением времени простоя увеличивается объем газовых пузырей за счет продолжающегося выделения газа текучей средой, за счет чего давление р в нагнетательном пространстве повышается далее, так что при превышении давления открывания напорного клапана, когда давление р в нагнетательном пространстве больше давления р в напорном трубопроводе, собирательный газовый пузырь выходит через клапан (соответствует фиг.1.6 и 1.7). Если перерыв в дозировании насоса продолжается, то продолжается выполнение подачи импульсов с помощью частичного хода всасывания и частичного хода нагнетания с предварительно установленным интервалом времени t, пока не будет закончен перерыв в дозировании.
n
n+1
n
1
Таким образом, после окончания перерыва в дозировании в нагнетательном пространстве имеются еще газовые пузыри на внутренних поверхностях нагнетательного пространства и собирательный газовый пузырь у напорного клапана (соответствует фиг.2.1). Для обеспечения готового к дозированию состояния дозировочного насоса выполняют последовательность частичных ходов с нарастающей длиной хода вытеснительного тела, при этом последовательность частичных ходов состоит из n комбинаций частичных ходов нагнетания и частичных ходов всасывания. Число n комбинаций может быть предварительно установлено или выбираться с помощью управляющего блока в зависимости от состояния дегазации нагнетательного пространства. Каждая комбинация частичного хода нагнетания и частичного хода всасывания выполняется с длиной хода, которая соответствует доле x% полной длины хода, при этом каждая следующая комбинация частичного хода нагнетания и частичного хода всасывания имеет большую длину хода (x > x). После выполнения первого частичного хода нагнетания с первой длиной хода, равной х% полной длины хода, при этом напорный клапан открывается и собирательный газовый пузырь выходит (соответствует фиг.2.2), выполняется первый частичный ход всасывания с первой длиной хода, за счет чего газовые пузыри собираются и поднимаются (соответствует фиг.2.3). После первой комбинации частичного хода нагнетания и частичного хода всасывания еще имеется собирательный газовый пузырь у напорного клапана и остаточные газовые пузыри в нагнетательном пространстве (соответствует фиг.2.4).
2
2
1
При второй комбинации частичных ходов с второй длиной хода х% полной длины хода, которая больше первой длины хода, выполнение второго частичного хода нагнетания соответствует показанному на фиг.2.5 состоянию, и выполнение второго частичного хода всасывания со второй длиной хода (соответствует фиг.2.6) приводит еще дополнительно к тому, что газовые пузыри могут входить из трубопровода всасывания в нагнетательное пространство, когда давление р в нагнетательном пространстве становится меньше давления р в трубопроводе всасывания, так что всасывающий клапан открывается.
3
Наконец, после выполнения второй комбинации частичных ходов имеется еще собирательный газовый пузырь у напорного клапана (соответствует фиг.2.7), который затем удаляется за счет выполнения третьего хода нагнетания, который в данном случае является полным ходом нагнетания с х, равным 100% длины хода. При этом открывается напорный клапан, и собирательный газовый пузырь выходит (соответствует фиг.2.8), нагнетательное пространство находится в дегазированном состоянии (фиг.2.9), и насос готов тем самым к работе.
H
Теперь насос может за счет выполнения полного хода всасывания транспортировать полный ходовой объем V (соответствует фиг.2.10).
В данном случае было приведено описание способа, согласно фиг.3, со ссылками на показанную на фиг.2.1-2.10 последовательность состояний, за счет выполнения последовательности частичных ходов с нарастающей длиной хода с количеством частичных ходов, равном 3. Однако количество частичных ходов последовательности частичных ходов с нарастающей длиной хода не ограничивается и может быть, соответственно, согласовано с условиями относительно нагнетательного пространства и подлежащей дозированию текучей среды. Как указывалось выше, количеством частичных ходов в последовательности частичных ходов можно также управлять с помощью соответствующей измерительной техники, в зависимости от наличия газовых пузырей в нагнетательном пространстве.
С помощью измерительной техники можно устанавливать, имеются или нет газовые пузыри. Это устройство может быть, например, оптическим датчиком или датчиком давления. Если больше не имеется газовых пузырей, то насос уже находится в готовом к работе состоянии; если устройство устанавливает, что газовые пузыри еще имеются, то инициируется выполнение последовательности частичных ходов с нарастающей длиной хода, при этом за счет частичных ходов всасывания краевые газовые пузыри из нагнетательного пространства собираются и поднимаются в собирательный газовый пузырь, который за счет частичного хода нагнетания переводится в напорный трубопровод. Этот процесс повторяют так долго, пока не будет больше газовых пузырей, так что насос находится в готовом к работе состоянии и может выполнять дозирование.
ПЕРЕЧЕНЬ ПОЗИЦИЙ
1 Нагнетательное пространство/дозировочное пространство
2 Шатун
3 Вытеснительный поршень
3' Обращенная к нагнетательному пространству поверхность поршня 3
4 Газовый пузырь
5 Клапан всасывания
6 Напорный клапан
7 Собирательный газовый пузырь
7' Выходной газовый пузырь
7'' Входящие из трубопровода всасывания газовые пузыри
8 Газовый пузырь
8' Поднимающийся газовый пузырь
9 Отверстие к трубопроводу всасывания
9' Клапанное пространство клапана всасывания
10 Отверстие к напорному трубопроводу
10' Клапанное пространство напорного трубопровода
H
20 Ходовой объем V
а Движение поршня в направлении нагнетательного пространства
b Движение поршня из нагнетательного пространства
с Движение газовых пузырей в нагнетательном пространстве.