УСТРОЙСТВО ЗАПИРАНИЯ ПОТОКА ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ
FLUID MEDIUM FLOW CUTOFF DEVICE

Область изобретения
Настоящее изобретение связано с техникой запирания и восстановления потока текучей среды в трубе.
Описание известной техники
В настоящее время разнообразные устройства содержат текучие вещества, такие как жидкость или газ, протекающие по трубе. Например, такое устройство как аппарат для подачи питьевого продукта получает жидкий питьевой продукт из резервуара хранения по трубе, соединенной с резервуаром хранения. Обычно такая труба является мягкой, прозрачной и гибкой. Кроме того, на конце трубы обычно устанавливается вентиль, предназначенный для управления потоком питьевого продукта внутри трубы, или механизм зажима периферийной части трубы в середине трубы.
Также известны зажимы для регулирования потока жидкости в области медицины (см., публикации патентной документации 1 и 2).
Патентная публикация 1: Японская патентная публикация № Н07-313594.
Патентная публикация 2: Японская публикация полезной модели № Н07-46268.
Содержание изобретения
В случае применения вентиля для запирания потока текучей среды в трубе может произойти загрязнение питьевого продукта или медикамента. Кроме того, механизм для зажима периферийной части трубы, расположенный в средней ее части, может оказать чрезмерно большую нагрузку на трубу, и таким образом, привести впоследствии к ее повреждению.
Кроме того, в медицинский области зажимный механизм обычно применяется для очень мягких труб для вливания препаратов и не применим для особопрочных, труб, наполненных текучей средой под давлением.
Учитывая эти проблемы, целью настоящего изобретения является предложение устройства запирания потока текучей среды. Запирающее устройство не соприкасается непосредственно с текучей средой внутри в трубы, не мешает течению жидкости в трубе, насколько это возможно при нормальных условиях, и предполагает наблюдение и управление от одного блока независимо от вида текучей среды. Устройство для запирания текучей среды может запирать поток текучей среды в особопрочных трубах для текучей среды под давлением при помощи простого по конструкции привода.
Для достижения вышеуказанной цели в первом варианте данного изобретения устройство запирания текучей среды состоит из: блока поддержки 5 трубы 1, контролирующего поддержание формы трубы 1 в виде петли, и подвижного блока 4, сжимающего трубу 1 по поверхности. В результате сжатия трубы подвижным блоком 4 в петле трубы образуются сгибы 2, которые приводят к запиранию потока текучей среды 3 по трубе 1. При возвращении подвижного блока 4 в исходное положение сгибы 2 петли трубы 1 расправляются, и жидкость 3 свободно перемещается по трубе 1.
В частности, привод подвижного блока 4 преимущественно основан на механическом усилии от электродвигателя, электродвижущей силе, генерированной электромагнитной силой, или ручном усилии. Подвижный блок 4 может приводиться в движение электродвигателем, плунжером, пружиной или ручкой.
В первом варианте устройства запирания потока текучей среды при регулировании положения подвижного блока 4, сжимающего петлю трубы 1 с целью образования и сжатия сгибов, можно с легкостью производить запирание потока текучей среды под давлением при помощи эффекта рычага. То есть, чем дальше подвижный блок 4, сжимающий трубу 1, расположен от сгибов 2, тем, в соответствии с принципом рычага, меньшая сила потребуется для сгибания трубы 1. В результате снижается нагрузка на привод, а за ней и расходы по эксплуатации данного устройства.
Особенности второго варианта исполнения устройства запирания потока текучей среды заключаются в следующем: к блоку поддержки периферийной части трубы 1 подсоединяется механизм с вращающимся столом, при вращении которого образуются сгибы 2 в трубе 1, что приводит к запиранию потока текучей среды 3. При возвращении механизма вращающегося стола в исходное положение сгибы 2 в трубе 1 расправляются, и текучая среда 3 снова приходит в движение.
В частности, действие привода механизма вращающегося стола преимущественно основано на механическом усилии от электродвигателя, электродвижущей силе, генерированной электромагнитной силой, или ручном усилии.
Особенности третьего варианта исполнения устройства запирания потока текучей среды заключаются в следующем: в устройстве запирания третьего варианта используются как минимум два блока поддержки трубы 1, увеличение расстояния между которыми приводит к образованию сгибов 2, что в результате полностью останавливает течение текучей среды 3. При возвращении расстояния между блоками поддержки в исходное положение сгибы 2 трубы 1 расправляются, и движение текучей среды 2 в трубе 1 восстанавливается.
В частности, действие привода блоков поддержки преимущественно основано на механическом усилии от электродвигателя, электродвижущей силе, генерированной электромагнитной силой, или ручном усилии.
Кроме того, в устройствах запирания потока текучей среды первого, второго и третьего вариантов исполнения установлены средства детектирования для детектирования изменений одного или нескольких параметров текучей среды в трубе, таких как уменьшение количества текучей среды, величина утечки текучей среды, температура, вибрация. Средство привода приводится в действие автоматически по сигналу от средств детектирования с целью запирания или восстановления потока текучей среды в трубе.
Кроме того, в устройствах запирания потока текучей среды первого, второго и третьего вариантов исполнения применяются средства бесконтактного детектирования при помощи датчика инфракрасных, ультразвуковых, электрических волн, а также электростатического емкостного сопротивления. Средство привода приводится в действие автоматически по сигналу от средств детектирования с целью запирания или восстановления потока текучей среды в трубе.
Кроме того, в устройствах запирания потока текучей среды первого, второго и третьего вариантов исполнения средство привода приводится в действие автоматически по электрическому сигналу от операционного блока устройства запирания потока текучей среды или по внешнему электрическому сигналу с целью запирания и восстановления потока текучей среды в трубе.
Кроме того, в устройствах запирания первого, второго и третьего вариантов исполнения средство привода приводится в движение электродвижущей силой для запирания текучей среды и ручным усилием для восстановления потока текучей среды.
К тому же устанавливается средство оповещения о необходимости замены трубы в случае, когда время эксплуатации привода превышает заданную предельную величину. Таким образом, возможно определение времени замены трубы по указывающему на степень износа трубы количеству оборотов привода.
Кроме того, труба 1 устройства запирания потока текучей среды соединяется с трубой, находящейся вне зоны применения данного устройства запирания, через соединительную часть 8, поэтому, если трубу 1 в случае ее неисправности можно легко отсоединить от соединительной части 8, то можно продолжать использовать устройство, просто заменив трубу.
Альтернативно, если соединительная часть 8 легко отсоединяется от корпуса 9, то можно заменять весь комплект соединительной части 8 с трубой 1. Таким образом, можно выбирать способ замены трубы в зависимости от применения и целей.
Кроме того, устройство запирания потока текучей среды может состоять из множества механизмов запирания текучей среды, соединенных в виде какскада, и/или также добавляется дополнительное средство запирания/восстановления потока текучей среды, такое как зажимный клапан. Подобный метод запирания в зависимости от способа применения может привести к незначительной утечке. В этом случае устройство для запирания потока текучей среды может быть выполнено в виде многоступенчатого каскада с целью создания множества механизмов запирания, или можно использовать традиционные зажимные клапаны дополнительных средств запирания/восстановления потока во избежание утечки.
Кроме того, в зависимости от способа применения устройства запирания потока текучей среды усилие на приводе механизма запирания потока текучей среды меняется в зависимости от по меньшей мере одного из факторов, таких как обнаружение утечки, изменение температуры, давления, времени срабатывания в процессе запирания. Утечка в процессе запирания также может быть отрегулирована. Например, при обнаружении утечки небольшое увеличение усилия привода, приводящее к деформации трубы, может предотвращать незначительную утечку. Альтернативно, если обнаружено, что повышение температуры, давления или увеличение времени прохождения текучей среды привели к снижению уровня запирания трубы 1, то для поддержки уровня запирания можно также изменить величину усилия привода, необходимого для деформации трубы 1.
В дополнение, подвижный блок 4, сжимающий трубу 1 по поверхности, может быть удлинен на такую величину, чтобы стало возможным непосредственное нажатие на изгибы 2 в процессе запирания, что приведет к более надежному запиранию потока текучей среды. В качестве альтернативы может быть установлен механизм надежного сжатия сгибов 2 посредством удлиненной части подвижного блока.
Результат изобретения
В устройстве запирания потока текучей среды по данному изобретению, как оно представлено выше, не используются традиционные механизмы, такие как запорный клапан, которые обычно находятся в контакте с текучей средой. При обычной работе форма (конфигурация или внутренний диаметр) трубы не меняется, так что поток текучей среды проходит беспрепятственно. Поскольку функции обнаружения и управления выполняются при помощи единого устройства, на работу которого не влияет состав текучей среды, запирание потока текучей среды возможно осуществлять при помощи привода простой конструкции.
Например, для очистки труб в устройстве подачи бочкового пива в них вводится чистящая губка, выполненная с возможностью проникать по трубе с целью удаления бактерий. Однако, если применяется запорный вентиль, то это приводит к застреванию в нем губки и проблемам с ее использованием. В случае применения устройства конструкции, предлагаемой данным изобретением, обеспечивается постоянный внутренний диаметр трубы, и чистящая губка может легко проходить по всей длине трубы.
Использование зажимных клапанов тоже не приводит к их соприкосновению с текучей средой, но ввиду их прямого воздействия на трубу (1) для запирания потока текучей среды необходимо применять слишком большое усилие. Например, для остановки воды в водопроводе требуется большой электрический ток. Таким образом, зажимный клапан сложно реализовать. В устройстве настоящего изобретения положение сгибов 2 и подвижного блока 4, сжимающего трубу 1 по поверхности, выбирается таким образом, что благодаря использованию эффекта рычага при движении подвижного блока, в результате снижающего нагрузку привода, для запирания текучей среды требуется лишь небольшое усилие. Это означает, что средство привода определяет малую нагрузку и миниатюрные размеры устройства, что, в свою очередь, позволяет снизить эксплуатационные расходы.
Краткое описание чертежей
Фиг.1 - принципиальная схема устройства запирания по варианту 1 выполнения.
Фиг.2 - схема расположения устройства запирания по варианту 1 выполнения.
Фиг.3 - схема расположения устройства запирания по варианту 2 выполнения.
Фиг.4 - принципиальная схема устройства запирания по варианту 3 выполнения.
Фиг.5 - принципиальная схема устройства запирания по варианту 4 выполнения.
[Цифровые обозначения, используемые в описании и на чертежах.]
1. Труба
2. Сгиб трубы
3. Текучая среда, текущая по трубе
4. Подвижный блок
5. Блок поддержки трубы
6. Привод подвижного блока
7. Датчик мониторинга жидкости в трубе
8. Соединительная часть
9. Корпус устройства
10. Датчик инфракрасных волн
11. Блок поддержки
12. Механизм вращающегося стола
17, 18. Блоки поддержки (при их движении расстояние между ними изменяется)
20. Соединитель
21. Соединительная часть
22. Передвижной стол
Подробное описание изобретения
Ниже представлены предпочтительные варианты выполнения изобретения со ссылками на прилагаемые фигуры.
Вариант 1.
На Фиг.1 показана принципиальная схема устройства запирания по варианту 1 выполнения.
Устройство состоит из блока поддержки 5 трубы 1, контролирующего поддержание формы трубы 1 в виде петли, и подвижного блока 4, сжимающего трубу 1 по поверхности. Как показано стрелкой на Фиг.1(а), результате сжатия трубы подвижным блоком 4 в петле трубы образуются сгибы 2, которые приводят к запиранию потока текучей среды 3 в трубе 1, как показано на Фиг.1(b). При возвращении подвижного блока 4 в исходное положение, сгибы 2 петли трубы 1 расправляются, и текучая среда 3 свободно перемещается по трубе. На Фиг.1 подвижный блок 4 перемещается вниз по стрелке (см. Фиг.1(а)). Однако блок поддержки 5 может также перемещаться по стрелке вверх.
На Фиг.2 показана схема расположения устройства запирания потока текучей среды по варианту 1 выполнения. На Фиг.2 показан вид устройства запирания в перспективе после снятия верхней крышки коробки 9. В коробке 9 расположены блок поддержки 5, используемый для поддержания формы трубы 1 в виде петли, и подвижный блок 4, сжимающий трубу 1 по поверхности. Кроме того, содержатся привод 6 и датчик мониторинга жидкости 7 внутри трубы.
Соединительная часть 8, расположенная в корпусе 9 устройства, предназначена для соединения труб. В частности, соединительная часть 8 является соединителем двух труб вместе. В случае использования соединителя труба 1 легко снимается с этой соединительной части 8, что удобно для замены трубы при ее повреждении. И наоборот, может применяться конструкция для облегчения разъединения соединительной части 8 и корпуса 9. В этом случае работы по периодической замене частей устройства, находящихся в непосредственном контакте с текучей средой, могут быть легко проведены. При отсутствии соединительной части 8 возможна конструкция с удлинением трубы 1 в одном или двух направлениях.
В дополнение, в случае применения указанного выше устройства запирания текучей среды может происходить незначительная утечка текучей среды в области запирания по причине использования различных материалов трубы, типа текучей среды, изменения температуры или давления текучей среды. В случае недопустимости такой утечки возможно использование конструкции с применением нескольких петель или с дополнительной установкой традиционного запорного клапана в качестве вспомогательного средства для запирания и устранения подобной утечки. Хотя использование запорного клапана является затруднительным в среде высокого давления, такого как давление в водопроводе, поскольку запорный клапан производит малое усилие с целью сжатия трубы 1, однако запорный клапан может легко перекрыть поток в области малого давления, где наблюдается утечка. В случае применения отдельной конструкции запорная часть на первом этапе выполняет основные запирающие функции, а запорная часть на втором этапе или запорный клапан осуществляют перекрытие малых утечек, создавая таким образом конструкцию без потери текучей среды.
Применение других средств обнаружения утечки при запирании приводит к деформации трубы 1, которую, чтобы поддержать усилие запирания на надлежащем уровне, приходится регулировать увеличением силы привода (а именно, увеличением рабочего хода цилиндра).
Также порой подверженные деформации части трубы 1 медленно меняются в зависимости от материала трубы, вида текучей среды, температуры окружающей среды, повышения давления в трубе или длительного воздействия высокого давления при запирании, при этом функция запирания постепенно снижается. Для контроля изменения температуры, давления, а также времени срабатывания используются датчики температуры, давления или таймер для замеров времени. На основе полученной от этих датчиков информации определяется необходимое усилие электродвигателя для поддержания функции запирания на прежнем уровне.
Возможна также конструкция с удлинением подвижного блока 4 на такую величину, чтобы стало возможным непосредственное нажатие на сгибы 2, что приводит к более надежному запиранию потока текучей среды. В качестве альтернативы также может использоваться устройство для более надежного сжатия сгибов 2 утолщения в направлении сжатия удлиненной части подвижного блока или устройство поддержки сгибов 2.
Средством привода 6 подвижного блока 4 может служить электродвигатель. Электродвигатель приводит в действие соединитель 20 и посредством соединительной части 21, соединенной с подвижным столом 22, приводит его в движение. Как показано стрелкой на Фиг.2(b), соединитель 20 двигается в сторону электродвигателя, а подвижный стол 22 перемещается в сторону блока поддержки 5. Соответственно подвижный блок 4 подтягивается к блоку поддержки 5 и нажимает на петлю трубы 1.
Кроме вышеуказанного движения соединителя 20 под действием усилия от электродвигателя, он может также поворачиваться вокруг электродвигателя против часовой стрелки (на виде сверху). Вследствие этого подвижный стол 22 перемещается в сторону блока поддержки 5, а подвижный блок 4 приближается к блоку поддержки 5 и нажимает на петлю трубы 1.
Вместо электродвигателя возможно использование плунжера, пружины, ручки.
Далее также показывается действие датчика мониторинга жидкости 7. Датчик мониторинга жидкости устанавливается в трубе с целью осуществления наблюдения за расходом жидкости или за наличием загрязнений, тем самым с целью получения информации о качестве жидкости в трубе. В данном случае датчик мониторинга жидкости 7 состоит из светопроецирующего элемента, светоприемного элемента и блока переработки сигналов.
В частности, светопроецирующий элемент располагается на внешней стороне трубы для протекания жидкости, светоприемный элемент располагается на противоположной ее стороне, принимая свет от светопроецирующего элемента. По уровню принятого светоприемным элементом света блок переработки сигналов определяет наличие в жидкости чрезмерного количества пузырей, посторонних предметов и загрязнений в трубе, а также соотношение всех этих параметров.
Как обсуждалось выше, уровень принятого светоприемным элементом света меняется в зависимости от уменьшения количества жидкости, образования пузырей, перемешивания с чужеродным веществом. Датчик мониторинга жидкости 7 использует эту особенность, и блок переработки сигналов классифицирует уровни принятого света с целью определения внутреннего состояния. Например, наличие пузырей является признаком уменьшения количества жидкости или недостаточного давления воздуха.
По выходному сигналу датчика мониторинга жидкости 7 в соответствии с состоянием жидкости в трубе 1 срабатывает или не срабатывает привод 6 подвижного блока 4, что позволяет запереть или восстановить поток текучей среды в трубе 1.
Поскольку устройство запирания по варианту 1 не содержит клапан, непосредственно соприкасающийся с текучей средой 3 в трубе 1, а величина внутреннего диаметра трубы поддерживается практически постоянной, устройство не оказывает значительных помех потоку в трубе 1, датчик мониторинга жидкости 7 способен определять состояние жидкости, а привод 6 - управлять запиранием и восстановлением потока текучей среды 3 вне зависимости от видов текучей среды 3. Исполнительный механизм для запирания потока текучей среды в трубе 1 может быть выполнен в виде простой конструкции.
Вариант 2.
В варианте 2 конструктивного исполнения описывается работа устройства запирания потока текучей среды, основанная на запирании или восстановлении потока текучей среды при получении сигнала от датчика излучения в ближней инфракрасной области. На Фиг.3 показана схема расположения устройства запирания потока текучей среды по варианту 2.
Как показано на Фиг.3, привод 6 подвижного блока срабатывает по сигналу от датчика излучения в ближней инфракрасной области 10. На Фиг.3 стрелкой показано, что подвижный блок 4 нажимает на петлю трубы 1, в результате чего в трубе 1 образуется сгиб 2, что приводит к запиранию потока текучей среды в трубе 1. При возвращении подвижного блока 4 в исходное положение сгиб 2 трубы 1 расправляется, и текучая среда начинает свободно перемещаться по трубе 1.
Вместо датчика излучения в ближней инфракрасной области 10 возможно использование средства бесконтактного обнаружения датчиками ультразвуковых, электрических волн, а также электростатического емкостного сопротивления. Привод 6 срабатывает при сигналах от этих детектирующих средств и управляет процессом запирания и восстановления потока текучей среды в трубе.
Вариант 3.
В варианте 3 конструктивного исполнения описывается конструкция устройства запирания потока текучей среды, используемая для запирания и восстановления потока текучей среды в трубе 1. В устройстве для запирания потока текучей среды по варианту 3 конструктивного исполнения механизм 12 вращающегося стола размещен в блоке поддержки 11, поддерживающем периферийную часть трубы 1. При вращении механизма вращающегося стола 12 образуются сгибы 2, что приводит к запиранию потока проходящей по трубе 1 текучей среды. При возвращении механизма вращающегося стола в исходное положение сгибы 2 расправляются, восстанавливая поток текучей среды в трубе 1.
На Фиг.4 показана принципиальная схема устройства запирания по варианту 3 конструктивного исполнения. Как показано на Фиг.4, при движении механизма вращающегося стола 12 по часовой стрелке блок поддержки 11, установленный на механизме вращающегося стола, тоже вращается. На схеме блок поддержки 11 поддерживает периферийную часть трубы 1, и в результате вращения блока поддержки 11, например, на 90°, как показано на Фиг.4(b), образуются сгибы 2, которые приводят к запиранию потока текучей среды в трубе 1. При возвращении механизма вращающегося стола в исходное положение сгибы 2 трубы 1 расправляются, восстанавливая поток текучей среды в трубе 1.
Кроме того, требуется приводной механизм для приведения в движение механизма вращающегося стола 12. В качестве приводного механизма вращающегося стола 12 можно использовать электродвигатель.
В дополнение, блок поддержки 11 и механизм вращающегося стола могут быть объединены в единую конструкцию.
Вариант 4.
В варианте 4 конструктивного исполнения описывается конструкция устройства запирания потока текучей среды, используемая для запирания и восстановления потока текучей среды в трубе 1. В устройстве для запирания потока текучей среды по варианту 3 конструктивного исполнения установлены два блока поддержки 17 и 18. При увеличении расстояния между блоками поддержки 17, 18 образуются сгибы 2 в трубе 1, приводя к запиранию потока текучей среды, проходящему в трубе 1. При возвращении блоков поддержки 17 и 18 в исходное положение сгибы 2 трубы 1 расправляются, восстанавливая поток текучей среды в трубе 1.
На Фиг.5 показана принципиальная схема устройства запирания потока текучей среды в варианте 4 конструктивного исполнения. При движении двух блоков поддержки 17 и 18 по стрелке, как показано на Фиг.5(а), образуются сгибы 2 в трубе 1, приводя к запиранию потока текучей среды в трубе, как показано на Фиг.5(б). При возвращении блоков поддержки 17 и 18 в исходное положение сгибы 2 трубы 1 расправляются, восстанавливая поток текучей среды в трубе 1.
Возможности применения в производственных условиях
Запорное устройство, выполненное по настоящему изобретению, может применяться в трубопроводах подачи пива, в медицине, а также в пищевой и тяжелой промышленности. Область применения данного изобретения не ограничивается жидкостями и может широко использоваться для порошков и газов.