САМООЧИЩАЮЩИЙСЯ МЕМБРАННЫЙ НАСОС
SELF-CLEANING MEMBRANE PUMPS

Изобретение относится к области конструкций вакуумных насосов с эластичными рабочими органами, а именно к конструкции мембранных (диафрагменных) насосов для откачки газов, содержащих загрязняющие примеси.
Известны многочисленные мембранные насосы, содержащие рабочую камеру по меньшей мере с одним впускным и по меньшей мере с одним выпускным клапанами, упругой диафрагмой, отделяющей рабочую камеру от окружающей среды и установленной с возможностью изменения объема рабочей камеры с помощью внешнего привода (например, US 7726954).
Недостатком их является то, что при откачке газов с включениями мелкодисперсных, жидких (аэрозоли, например), конденсирующихся (пары при сжатии в рабочей камере) и иных компонентов на поверхностях деталей клапанов, диафрагмы и стенок рабочей камеры происходит накопление и/или наслоение загрязнений, приводящих постепенно к ухудшению параметров насоса, потери работоспособности или к выходу из строя.
Известны мембранные насосы, выполненные с возможностью легкой разборки для быстрой очистки (например, патент RU 2281416).
Недостатком их является необходимость приостановки работы на время очистки, а также наличие условий и средств для разборки и чистки.
Известен мембранный насос с самоочисткой, после выпускного клапана которого введен клапан для подачи воздуха, разрушающего уплотнения сыпучих компонентов на выходе насоса и облегчающего их дальнейшую транспортировку по трубопроводу (патент US 3391963).
Недостатком его является невозможность очистки рабочего объема насоса.
Известны мембранные насосы с самоочисткой, в которых для периодической очистки от мелкодисперсных загрязнений на вход насоса подают для продувки газ (например, Self Cleaning Dry PTFE Diaphragm Pumps with Vacuum Regulator. - http://www.ilmvac.de/service/downloads/ deu/ WELCH%20Vacuum%20Pump%20and%20Systems%20catalog%202012.pdf).
Недостатком их является необходимость прерывания работы насоса по основному назначению и переключения входного канала на источник газа для продувки и обратного переключения после нее. Другим недостатком их является то, что продувкой можно удалить лишь сыпучие загрязнения и трудно или нельзя удалить загрязнения, налипшие на элементы насоса.
Технической задачей предлагаемого изобретения является создание возможности самоочистки насоса от липких загрязнений и плотных наслоений без остановки работы насоса.
Указанная задача решается тем, что насос, содержащий рабочую камеру по меньшей мере с одним впускным и по меньшей мере с одним выпускным клапанами, упругой диафрагмой, отделяющей рабочую камеру от окружающей среды и установленной с возможностью изменения объема рабочей камеры с помощью внешнего привода, содержит также средства для подачи жидкости для предотвращения налипания загрязнений (профилактическая жидкость) на поверхности деталей клапанов, на стенки рабочей камеры и на мембрану или жидкости для удаления уже налипших на эти поверхности загрязнений (очищающая жидкость).
Далее в тексте словом «жидкость», если не сказано, какая именно, обозначены оба ее упомянутых вида (или любой из них, или их смесь).
Очищающий эффект при использовании данного изобретения обеспечивается особенностью работы мембранного насоса: тем, что все чувствительные к загрязнению поверхности внутри рабочего объема - поверхности головки насоса, диафрагмы, лепестков и иных подвижных и неподвижных элементов клапанов - подвергаются механическому воздействию друг друга: бьются друг о друга, в некоторой степени трутся друг о друга, а также вибрируют, обеспечивая трибовоздействие при контакте жидкости с очищаемыми поверхностями. Все это способствует распределению подаваемой жидкости по всем этим поверхностям, усилению действия жидкости на загрязнения и последующему механическому удалению загрязнений и выносу их из рабочей области через выпускной клапан. По тем же причинам количество подаваемой жидкости может быть исключительно малым, т.к. она «втирается» диафрагмой и подвижными деталями клапанов в каждый участок очищаемой поверхности (бытовая аналогия - как мочалкой). В отсутствие жидкости те же процессы могут приводить к уплотнению, наросту и накоплению загрязнений.
В зависимости от загрязняющих насос веществ, профилактические и/или очищающие жидкости могут иметь разный состав. Профилактика загрязнения основана на том, что при покрытии поверхностей профилактической жидкостью на эту поверхность не могут налипать материалы определенного состава или их налипание затруднено. Например, керосин хорошо смачивает многие поверхности и способен вытеснять с них другие вещества, облегчая их дальнейшее удаление. При подаче очищающей жидкости в рабочий объем насоса во время его работы подвижные части (мембрана, лепестки клапанов и т.п.) и прокачиваемый газ «размажут» жидкость по всем внутренним поверхностям и контактным областям клапанов. Подаваемая по заданному закону профилактическая жидкость, например, поверхностно-активное вещество (ПАВ), препятствует налипанию слоев загрязнений или замедляет рост этих слоев. Очищающей жидкостью может служить растворитель загрязнений или ПАВ, ослабляющее сцепление загрязнений с поверхностями. Возможен вариант использования жидкости, обладающей одновременно профилактическими и очищающими свойствами, например того же керосина или моющих средств (детергентов).
В варианте изобретения средство для подачи жидкости включает установленный перед впускным клапаном насоса штуцер для подачи жидкости. Жидкость может подаваться через этот штуцер с использованием подходящих для этого подводящих и дозирующих устройств.
ат
раб
ат
раб
В варианте изобретения упомянутый выше штуцер для подачи жидкости соединен с трубопроводом, другой конец которого опущен в сосуд с жидкостью, уровень поверхности которой расположен ниже уровня насоса, но не ниже, чем на величину h=0,9(Р-Р)/ρg, где Р - атмосферное давление, Р - рабочее давление перед впускным клапаном, ρ - плотность жидкости, g - ускорение свободного падения. Для дозированной подачи жидкости в разрыв трубопровода или в его конце может быть встроен жиклер, ограничивающий - за счет выбранного проходного сечения - поток жидкости, подаваемой в насос, и/или клапан, открывающий или перекрывающий трубопровод в соответствии с заданной логикой или программой. Жиклер и/или клапан могут быть, в варианте устройства, выполнены в виде единого со штуцером узла. Для исключения перерывов в подаче очищающей жидкости, связанных со стеканием очищающей жидкости обратно в сосуд во время остановок насоса, устройство может содержать обратный клапан, включенный в разрыв трубопровода и исключающий возможность обратного тока жидкости. При включении насоса обратный клапан открывается благодаря создаваемому насосом разряжению и возникающему потоку, а при выключении насоса запирается. Вместо обратного клапана устройство может содержать управляемый клапан, открывающийся при включении насоса по заданной программе или по заданной логике от блока управления, являющегося его частью или частью устройства, в которое насос встроен. Дозатор может состоять из сочетания клапана и жиклера или - для подачи жидкости из нескольких источников (емкостей) - нескольких жиклеров (по числу источников). В данном варианте изобретения для подачи жидкости используется разряжение, создаваемое самим насосом.
Состав жидкости, количество и порядок ее подачи определяется назначением и конкретными условиями использования насоса.
Варианты предлагаемого насоса могут содержать инжектор, то есть устройство для впрыска жидкости, обеспечивающее ее подачу или в область перед впускным клапаном насоса, или непосредственно в рабочий объем, или в обе эти области, причем в каждой области точек впрыска может быть больше одной. Инжектор может иметь любую подходящую конструкцию, в том числе использующую разряжение, создаваемого самим насосом, или использующую дополнительные средства. Инжектор может быть снабжен блоком управления, обеспечивающим впрыск жидкости по заданной логике или по заданной программе, в том числе с чередованием разных жидкостей в заданном порядке.
На чертеже схематично изображен вариант исполнения предлагаемого самоочищающегося мембранного вакуумного насоса (без общеизвестных деталей). Односторонние стрелки показывают направления потоков, двусторонняя стрелка обозначает возвратно-поступательное движение.
Цифрами обозначены: 1 - насос, 2 - головка насоса, 3 - мембрана, 4 - выпускной клапан, 5 - рабочий объем, 6 - впускной клапан, 7 - трубопровод для жидкости, 8 - дозатор, 9 - профилактическая и/или очищающая жидкость.
3
Примером конкретного исполнения может служить, например, насос для создания разряжения в емкости сбора технических жидкостей в пассажирских железнодорожных вагонах или в самолетах производительностью 6 м/мин, с предельным разряжением 10 кПа, со среднесуточной наработкой 16 час, регламентным периодом обслуживания 1 год, сроком службы 3 года, в котором профилактической и очищающей жидкостью служит смесь анионных ПАВ, а подача этой жидкости в область перед впускным клапаном производится из сосуда, расположенного на два метра ниже насоса по трубке с электромеханическим затвором и с жиклером, имеющим проходное отверстие диаметром 0,1 мм.
Предлагаемое изобретение обеспечивает сохранение работоспособности и основных характеристик насоса в течение длительного времени, значительно увеличивает период регламентного обслуживания и срок работы узлов насоса. Изготовление узлов самоочистки не требует усложнения технологии изготовления насоса.