Устройство автоматического дозирования жидкостей

1719909 лаоое,р салегюФ 8 озФуколослЕулреаююаикВектилЕЬ бфойгт алек росгюало кюуароелтОибоЕМытищи. е третьего ЬэЪгесра 7 аоадРФфРОЮмл.Сердюкова ректор А.Обруцар Редак хред исина Тираженного комитета по изобретениям и 13035, Москва, Ж, Раушская наб Подписноекрытиям при ГКНТ СССд, 4/5 Заказ 765НИИПИ Госуда н, 101 Производственно-издательский комбинат "Патент", г. Ужгород, ул.Изобретение относится к устройствам дозирования жидкостей и его целе-.сообразно применение для дозированияагрессивных, пожароопасных жидкостей,а также их смесей, Изобретение можетбыть использовано в химической и других отраслях промышленности,Известно устройство для дозирования жидкостей, содержащее герметичную мерную емкость с каналами подачии слива жидкости, подачи сжатого газаи вакуума, в которых установленыпневматические переключатели, соединенные с электрическим узлом управпения, соединенным с пневмоэлектрическим переключателем, подключеннымк верхней части герметичной мернойемкости, причем в канале подвода вакуума установлен анализатор жидкости Юв виде электродос, соединенных с электрическим узлом управления,Недостатками указанной конструкции является невысокая надежность,так как отсутствует контроль исправ 25ности узлов дозатора, а сигнал о подаче дозы определяется по косвенномупоказателю.В известном техническом рещинииописывается конструкция жидкостного З 0клапана с пневмоусилителем.Однако известное устройство харак"теризуется недостаточной надежностьюзакрытия клапана.Наиболее близким к предлагаемому З 5является устройство для автоматического дозирования жидкостей, содержащее исполнительное устройство, электропневмоклапаны, генератор-формирователь, включающий генератор импульсов, 40триггер со счетным входом, усилительмощности со схемами задержки.Однако указанное устройство недостаточно надежно ввиду отсутствия узла контроля исправности, 45Цель изобретения - повышение надежности.Указанная цель доСтигается тем,что в устройство автоматического дозирования жидкостей, содержащее мембранный импульсный дозатор с двумя парами впускных и выпускных клапанов, подключенных к выходам первого и Второго управляющих вентилей, отсечйой клапан, установленный на подводящем к Впускным клапанам трубопроводе и подключенный к третьему управляющему вентилю, и блок управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму управляющим вентилям, введены блок аварийного отключения, сигнализатор потока жидкости и блок контроля исправности, причем к первому, второму и третьему входам блока контроля исправности подключены соответственно первый, второй и третий выходы блока управления, к четвертому входу подключен сигнализатор потока жидкости, а к выходу - вход блока аварийного отключения, выход которого подключен к входам блока управления и третьего управляющего вентиля, а сигнализатор потока жидкости установлен на трубопроводе после выпускных клапанов,Кроме того, блок контроля исправности выполнен в виде элементов ИЛИ, ИЛИ-НЕ, ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, двух элементов И и Т-триггера, причем входы элементов ИЛИ и ИЛИ-НЕ подключены к первому и второму входам блока контроля исправности, третий вход которого подключен к одному входу элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, к другому входу которого подключен выход первого элемента И, к одному входу которого подключен четвертый вход блока контроля исправности, а к другому входу- вход элемента ИЛИ, Выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к входу Т- триггера, выход которого соединен с одним входом второго элемента И, другой вход которого соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ, а выходом второго элемента И образован выход блока контроля исправности.Впускные и выпускные клапаны выполнены каждый в виде пневмоусилите ля из двух мембран с разными эффективными площадями, причем отношение эффективных площадей мембран равно от М до 5, при этом в нижней части межмембранного пространства выполнено отверстие с патрубком для слива,Мембранный импульсный дозатор снабжен ограничителями подвижности мембраны, центральная часть которого выполнена вогнутой, а края - выпуклыми, причем ограничители выполнены с симметричными отверстиями.На фиг. 1 представлена схема устройства автоматического дозирования жидкостей; на фиг. 2 - мембранный импульсный дозатор с впускными и выпускными клапанами; на фиг. 3 - узел крепления мембраны мембранного им"5 17пульсного дозатора; на фиг. 4 - клапан; на фиг. 5 - сигнализатор потока; на фиг, 6 - блок-схема, устройст-.ва автоматического дозирования жидкости; на фиг. 7 - циклограмма работыустройства автоматического дозирования жидкости,Предлагаемое устройство автомати"ческого дозирования жидкостей (фиг,1)содержит мембранный импульсный дозатор 1, сигнализатор 2 потока, отсечной клапан 3, электропневматическиеуправляющие вентили 4-6, генераторформирователь 7, блок 8 контроля исправности, блок 9 аварийного отключения, тумблеры 10 и 11.Мембранный импульсный дозатор содержит корпус 12 (фиг. 2), состоящийиз двух, половин, содержащих проходыдля жидкости, в каждой из которыхжестко установлен круглый ограничи,тель 13 подвижности мембран, междукоторыми закреплена вялая мембрана14, Иембрана состоит из несколькихпластин мягкого материала, например,фторопласта,Дозирующая камера образуется пространством между мембраной, находящейся в крайнем положении, и противолежащим ограничителем подвижностимембраны,К каждой половине корпуса подсоединено по одному впускному и одномувыпускному клапану 15 одинаковойконструкции. Корпус и ограничителиподвижности мембран выполнены из жесткого материала, например, стали12 Х 18 Н 10 Т.Центральная часть ограничителейподвижности мембран выполнена вогнутой, радиус К (фиг. 2), а краявыпуклыми, радиус Р(фиг. 3), причемограничители подвижности мембран вы"полнены с гимметричными относительнооси отверстиями, равномерно расположенными по их поверхности (фиг, 2и 3). Кромки отверстий выполнены затупленными. Каждый клапан 15 (фиг.4)состоит из. основания 16, к которомукрышками 17 (с отверстием для входавоздуха) и 18 прижаты составные мембраны 19 и 20. Между мембраной 20 икрышкой 18 образована жидкостная камера, сообщающаяся с входом и выходом клапана наклонными относительногоризонтальной оси каналами,К мембране 19 большей эффективнойплощади прикреплен шток 21. С мемб 50 55 ду элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ, к другому входу которого подключен выходпервого элемента И, к одному входукоторого подключен четвертый входблока контроля исправности, а к другому входу.- выход элемента ИЛИ. Выход элемента ИСКЛЮЧАЮЩЕЕ ИЛИ подключен к входу Т-триггера, выход кото"рого соединен с одним входом второгоэлемента И, другой вход которого 199096раной 20 этот шток механически несвязан. Мембраны 18 и 20 со штоком 2 Ти прилегающими воздушными полостями5образуют пневмоусилитель.В нижней части межмембранного пространства основания 16 выполнено отверстие с патрубком для слива, из которого от всех четырех клапанов жидкость поступает в подставку 22 (фиг,2),Сигнализатор потока (фиг. 5) со"держит патрубок с сужением 23 навыходе жидкости после выпускных клапанов и присоединенного к нему сигна 15 лизатора давления, который состоитиз корпуса 24 и крышки 25, между которыми. винтами зажата составная мембрана 26 из двух слоев пленки фторопластатолщиной 0,3-0,5 мм, обра 20 щенной к рабочей жидкости, и прорезиненного мембранного полотна толщиной0,8-1,0 мм.К мембране 26 пружиной 27 прижатшток 28. Величина усилия пружины25 регулируется винтом 29 в зависимостиот давления жидкости. После регулировки винт закрепляется контргай-.кой 30.Микропереключатель 31 крепится в30 пазах к пластине, являющейся частьюкрышки 25, Иикропереключатель 31 относительно пластины по вертикали установлен с возможностью регулировки,Ыток 28 имеет выступ 32,35К крышке 25 крепится клеммная колодка 33, в которой подведены выводы контактов микрбпереключателя.Клеммная колодка защищена колпаком34 с прокладкой 35.Блок контроля исправности (фиг.6)выполнен из элементов ИЛИ 36, ИЛИ-НЕ.37, ИСКЛЮЧАОЩЕЕ ИЛИ 38, двух элементов И 39, 40 и Т-триггера 41, Сигнальная лампа 42 включена параллель 45 но генератору"формирователю.Входы элементов ИЛИ и ИЛИ-НЕ подключены к первому и второму входамблока контроля исправности, третийвход которого подключен к одному вхо"соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ,а выходом второго элемента И образован вход блока аварийного отключения,П р и м е р. Мембрана 19, контакти 5рующая с воздухом при нормальной работе, выполнена из эластичного материала, например, прорезиненногомембранного полотна толщиной 0,81,0 мм. Мембрана 20 состоит из одного-двух слоев коррозионностойкого материала, контактирующего с жидкостью,например фторопластатолщиной 0,30,5 мм и слоя эластичного материала,например, прорезиненного полотна 15толщиной 0,8-1,0 мм.Поверхность штока 21, соприкасающаяся с мембраной 20 при запиранииклапана, совпадает по профилю призазоре, равном толщине мембраны 20 с 20поверхностью жидкостной камеры крышки 18,Основания 16, крышки 17 и 18, шток21 выполнены из жесткого материала,например стали 12 Х 18 Н 10 Т, 25Генератор-формирователь 7 можетбыть выполнен, например, на базесинхронного электродвигателя с редуктором и кулачками на выходном валу,включающими необходимое количество 30контактов в нужной последовательностиили иным образом.Первый и второй выходы генератораформирователя 7 соединены с управляющими вентилями 4 и 5, а также первый,З 5второй и третий выходы - с блокомконтроля исправности (первый, второй,третий входы), а к четвертому входуподключен выход сигнализатора потока,Источник питания, сигнал от которого 40подается через генератор-формирователь, не указанВ качестве электропневматическихуправляющих вентилей 4-6 могут бытьиспользованы стандартные пневмораспределители трехлинейные с электромагнитным управлением П-РЭ 3/2,5 ис"полнения 1126, Четвертый вход блока8 контроля исправности (фиг, 1) сое=динен с выходом, сигнализатора 2 потока, а выход блока 8 контроля исправности - с входом блока 9 аварийного отключения. Первый и второй выходы блока аварийного отключениясоединены с управляющим вентилем 6и генератором-формирователем 7. Электропитание на блоки 9 и 8 подаетсячерез тумблеры 10 и 11. Пневматический выход управляющеговентиля 4 подводится к перекрестнорасположенным впускному и выпускномуклапанам, К другой паре впускной-выпускной клапан подводится пневматический выход от управляющего вентиля. Пневматический выход от управляющего вентиля 6 подведен к отсечномуклапану,Блок аварийного отключения можетбыть выполнен на базе электромеханического реле с предусилителем,Все элементы блока контроля исправности, блока аварийного отключения, генератора-формирователя стандартные, выпускаются промышленностьюв виде микросхем, реле, усилителейи других элементов, Существуют стандартные отсечные клапаны.Устройство автоматического дозирования жидкости работает следующимобразом,Открывается вентиль на подаче сжатого воздуха, Управляющие вентили4 и 5 обесточены и подаваемый черезних сжатый воздух закрывает два впускных и два выпускных клапана. Привключении электропитания тумблером10 через нормально закрытые контактыблока аварийного отключения подаетсянапряжение на управляющий вентиль 6и генератор-формирователь 7, и сжатымвоздухом открывается отсечной клапан (вентиль 6 подключен так, чтоприподаче напряжения им подается сжатыйвоздух),Открываются вентили на входе и выходе жидкости. От генератора-формирователя подается электрический импульс на управляющий вентиль 4, При этом прекращается подача воздуха на питаемые от него впускной и выпускной клапаны, которые более не запираются. Мембрана в мембранном импульсном до" заторе давлением жидкости переводится в правое крайнее положение, содержимое правой полости поступает на выход через сигнализатор 2 потока, Далеепрекращается подача электрических импульсов от генератора-формирователя 7. Вновь все впускные и выпуск" ные клапаны закрываются, Затем от генератора-Формирователя подается электрический импульс на управляющий вентиль 5, аналогично открываются дру. гие впускной и выпускной клапаны, Мембрана давлением жидкости переводится в левое положение, содержимоелевой камеры через сигнализатор потока поступает на выход,После двух-четырех циклов работыи заполнения системы жидкостью включается при помощи тумблера 11 блокконтроля исправности,На фиг, 7, поясняющей работу устройства, представлены сверху внизв зависимости от времени ь следующиевеличины: давление воздуха послеуправляющих вентилей 4-6; подачаэлектросигнала на управляющие вентили 4-6, третий выход генератораформирователя; давление.жидкостй всигнализаторе потока: при нормальной работе норма) все мембраны целы.Крестиками помечено время прекращения подачи электрического сигнала(размыкание нормально открытого контакта в, сигнализаторе потока); припрорыве мембран импульсного дозатораклапанов: первая пара - впускной,выпускной; вторая пара - впускной,выпускной; остальные сочетания.Из рассмотрения циклограммы(фиг, 7) .следует, что при соответствующем сопротивлении гидравлическойлинии на выходе устройства при его .нормальной исправной работе сначаласрабатывает (замыкается) нормально,открытый контакт сигнализатора потока, а затем отпускает ранее, чемзаканчивается подача электрическогосигнала на управляющие вентили 4или 5. где 3 " время от начала подачи элекнтрического сигнала на любойиз управляющих вентилей 4и 5 до размыкания нормально открытого контакта сигнализатора потока;л- время, начало которого соот"ветствует началу лс, а конец - началу подачи третьего импульса генератора-формирователя;льд - время, начало которого соот-.ветствует ск, а конец " прелкращение подачи электрического сигнала на любой изуправляющих вентилей 4или 5,л лЭто соотношение времени ри, ь,с.обусловлено тем, что переход мембраны в крайнее положение при правильно подобранном цикле заканчиваетсяранее прекращения подачи электрического сигнала на управляющие вентили4 или 5Поскольку в крайнем положении мембраны источник давления в выходной линии отсутствует, давлениежидкости на СП падает до начальногоуровня. При прорыве мембран жидкость10 поступает на выход, и давление падает до начального уровня. Величинаможет регулироваться пружиной сигЦнализатора потока, а положение вовремениотносительно ь я - регулил л15 ровкой .длительности импульсов 1, 2,3 генератора-формирователяВ остальных случаях при любой неисправности устройства ь н ъ , Плавное изл лменение давления жидкости на сигнали 20 заторе потока обусловлено гидравлическим сопротивлением перехода жидкости через дозатор. Таким образом, алгоритм нормальной работы дозатораследующий; при подаче электрическогосигнала на управляющие вентили 4 или5 снацала происходит замыкание контакта сигнализатора потока, затемего размыкание раньше, чем начнетсяподача электрического сигнала третьего импульса генератора-формирователяЭтот алгоритм реализован в блоке контроля исправности, который работает следующим образом.Сигнал, подаваемый на управляющие35 вентили 4 или 5 через элемент 36, поступает на элемент 39, где складывается с сигналом от сигнализатора 2потока, возникающим при прохождениичерез него жидкости, Выход с элемента40 39 поступает через элемен 38 наэлемент 41, на выходе которого появляется сигнал. Этот сигнал складывается на элементе 40 с сигналом отэлемента 37, поступающим только тог 45,да, когда на управляющие вентили 4и 5 не подано напряжение. Таким об"разом, в течение промежутка временилд, сигнал не проходит через схемуэлемента 40,После перехода мембраны в крайнееположение давление жидкости в сигнализаторе потока падает, подача сигнала от него прекращается. Через вре-.мя ьна элемент 37 подается третийсигнал генератора-формирователя, ко-.торый перебрасывает элемент 41, ина выходе его сигнал отсутствует,Когда на элемент 40 поступает сигналот. элемента 37, на выходе элемента 40 сигнал вновь отсутствует. Это происходит при нормальной работе устройства,15В случае ненормальной работы сиг нал сигнализатора потока не прекращается в течение времени , третий сигнал генератора-формирователя на элемент 41 не проходит через элемент 1 О 38 и не возвращает его в нулевое положение на выходе. В этом случае на блок аварийного отключения поступает сигнал, он срабатывает и прекращает подачу электропитания на генератор-формирователь и управляющий вентиль 6, отсечной клапан закрь 1 вается. Подача жидкости на мембранный импульсный дозатор перекрыта, генератор-формирователь остановлен, Парал О лельно генератору-формирователю может быть включена сигнальная лампа.В случае отсутствия давления жидкости или несрабатывания управляющих вентилей 4 или 5 неисправности сиг 25 нализатора потока сигнал на элемент 41 поступает только .от генератора- формирователя, второго сигнала не будет. Устройство также будет остановлено.ЗОВ случае пропадания давления воздуха или электропитания (фиг. 7) отсечной клапан будет закрыт, и мембранный импульсный дозатор остановится. 35Средний расход жидкости на выходе дозатора определяется количеством выданных доз в единицу времени.Наличие устройства контроля ис О правности позволяет своевременнообнаружить любую неисправность и остановить устройство, что особенно важно при ведении технологических процессов с применением агрессивных, по жароопасных жидкостей, дорогостоящего сырья. При остановленном дозаторе, в случае прорыва мембраны, жидкость через сливной аварийный патрубок (фиг. 4) поступает в подставку 22,5 О что свидетельствует о прорыве соответствующей мембраны. Это позволяет быстрее произвести ремонт, повышает ремонтопригодность и соответственно надежность. 55Проводились исследования зависимости пропускания клапанов дозатора от величины К,где Б,Б - эффективные площади мембран 19 и 20, м;Р,Р, - давление управляющеговоздуха и дозируемой жидкости, МПа.Установлено, что при величине К более 2,25 пропусков жидкости не наблюдалось. Так как обычно давление агрессивных жидкостей в ряде процессов редко превосходит 0,25 МПа, а давление воздуха обычно 0,14 МПа, то целесообразно брать отношение Б- 4-5. При указанном соотношении Яисключаются пропуски жидкости клапанами дозатора и повышается его надежность.Установка в дозаторе,ограничителей подвижности мембран, центральная часть которых имеет вогнутый профиль, а края - выпуклый со сквозной перфорацией в виде симметричных отверстий, равномерно расположенных по их поверхности (фиг. 2), также способствует повышению надежности дозатора. Наличие симметричных отверстий демпфирует подачу жидкости, обеспечивая плавную симметричную нагрузку на мемб- рану, и, кроме того, симметричное равномерное расположение отверстий наограничителе подвижности мембран приналичии вялых мембран исключает локализацию (невыталкивание) части объема дозы. При диаметре отверстий 4 мм и расстоянии между отверстиями 8-10 мм изменения объема дозы не наблюдалось, Наличие радиуса закругления, в 2-3 раза большего толщины мембраны 0 у места ее закрепления (фиг2 и 3) уменьшает концентрацию напряжений в местах перегиба и увеличивает ее долговечность и надежность дозатора.Кроме того, шлам - мелкие твердые частицы, находящиеся в жидкости, проходит через отверстия ограничителей. Объем дозирующей камеры не меняется, что приводит к увеличению точности и надежности устройства.Испытания показали, что при указанных соотношениях: радиусе закругления К =2, отношении диаметра мембраны к йеремещению ее центра 1/10 ее ресурс увеличивается от сотен тысяч срабатываний до нескольких милли. онов.1, Устройство автоматического дозирования жидкостей, содержащее мембранный импульСный дозатор с двумя парами впускных и выпускных клапанов, подключенных к выходам первого и второго управляющих вентилей, отсечной клапан, установленный на подводящем трубопроводе к впускным клапанам и подключенный к третьему управляющему вентилю, и блок управления, первый и второй выходы которого подключены соответственно к первому и второму управляющим вентилям, о т л и ч а ю щ е е с я тем, что, с целью повышения надежности, в него введены блок аварийного отключения, сигнализатор потока. жидкости и блок контроля исправности, причем к первому, второму и третьему входам блока контроля исправности подключены соответственно одноименные выходы блока управления, к четвертому вхо-ду - сигнализатор потока жидкости, а к выходу - вход блока аварийного отключения, выход которого подключен к входам блока управления и третьего управляющего вентиля, а сигнализатор потока жидкости установленна трубопроводе после выпускных клапанов.2. Устройство по и. 1, о т л ич а ю щ е е с я тем, что блок контроля исправности выполнен в виде элементов ИЛИ, ИЛИ-НЕ, ИСКЛЮЧАОЦЕЕ ИЛИ, двух элементов И и Т-триггера, причем входы элементов ИЛИ и ИЛИ-НЕ 131 Формула изобретения/19909подключены к первому и второму вхо- .дам блока контроля исчравности,третий вход которого подключен к одному входу элемента ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ,к другому входу которого подключенвыход первого элемента И, к одномувходу которого подключен четвертыйвход блока контроля исправности, а к10 другому входу - выход элемента ИЛИ,выход элемента ИСКЛЮЧАЮЦЕЕ ИЛИ подключен к входу Т-триггера, выход которого соединен с одним входом вто"рого элемента И, другой вход которо 15 го Соединен с выходом элемента ИЛИ-НЕ,а выходом второго элемента И образован выход блока контроля исправности.3. Устройство по пп. 1 и 2, о т"л и ч а ю щ е е с я тем, что блокаварийного отключения выполнен в виде релейного элемента с усилителем,4. Устройство по и, 1, о т л и ч аю щ е .е с я тем, что впускные и выпускные клапаны выполнены каждый ввиде пневмоусилителя из двух мембранс,разными эффективными площадями,причем отношение эффективных площадей мембран равно 4-5, при этом внижней части межмембранного просто ранства выполнено отверстие с патрубком для слива,5. Устройство по и. 1, о т л и ч аю щ е е с я тем, что мембранный импульсный дозатор снабжен ограничиЗ 5 телями подвижности мембраны, центральная часть которых выполнена вогнутой, а края - выпуклыми, причемограничители подвижности мембраны выполнены с симметричными отверстиями.