перистальтический насос

Формула изобретения

Перистальтический насос, состоящий из цилиндрического корпуса с всасывающим и нагнетающим штуцерами, эластичного шланга круглого сечения и вращающегося ротора с пережимными роликами, создающими перистальтический эффект, отличающийся тем, что эластичный шланг свободно уложен в рабочей полости насоса с возможностью перемещения под действием тянущего усилия пережимных роликов совместно с всасывающим и нагнетающим штуцерами, на которых закреплены концы шланга, причем оба штуцера снабжены пружинами, воспринимающими данные усилия и обеспечивающими возврат штуцеров и шланга в исходное состояние после окончания взаимодействия каждого из роликов со шлангом.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к насосостроению и может быть использовано в химической, нефтехимической, пищевой, медицинской и других отраслях науки и техники в качестве побудителя расхода или дозатора различных (в том числе агрессивных и стерильных) сред с высокой степенью надежности и точности дозирования.

Среди перистальтических насосов наибольшее распространение получили насосы традиционной схемы, состоящие из цилиндрического корпуса, внутри которого размещены эластичная трубка (шланг) и ротор с одним или более роликами. При вращении ротора ролики, пережимая шланг, отсекают последовательно порции перекачиваемой среды от всасывающего патрубка (штуцера) и перемещают их на выход. Отличаясь своей простотой, насосы данного типа имеют серьезный недостаток - при своем перемещении ролики создают продольные деформации шланга (растяжения на всасывающей ветви и сжатия на выхлопной), что и является причиной довольно быстрого его разрушения. В итоге ресурс работы такого перистальтического насоса составляет в среднем 300-500 ч.

Известен перистальтический насос, в котором с целью снижения продольных деформаций шланга под действием пережимных роликов, ему придается специальный профиль, обеспечивающий жесткое крепление шланга по всей длине рабочей полости насоса [1].

Вызывая существенное усложнение конструкции (получение заданного профиля шланга представляет определенные трудности и не всегда достижимо), подобный прием не решает поставленной задачи. Жесткое крепление наружной (по отношению к роликам) стороны шланга не избавляет от деформаций его внутреннюю сторону, на которую собственно и воздействуют ролики. Более того, усилия чисто продольного растяжения (сжатия) шланга заменяются при этом тангенциальными усилиями, а так как поперечные размеры шланга существенно меньше продольных размеров его рабочей части, практически то же усилие оказывается распределенным на значительно меньшей длине, что вызывает не снижение, а увеличение деформаций.

Известен также перистальтический насос, содержащий цилиндрический корпус, эластичный шланг круглого сечения, закрепленный только своими концами на всасывающем и нагнетающем штуцерах и ротор с тремя пережимными роликами, которым для устранения продольных деформаций шланга сообщается принудительное вращение в направлении, обратном направлению вращения ротора [2]. Данное устройство наиболее близко к предлагаемому по совокупности существенных признаков и является прототипом.

Несмотря на решение в указанном устройстве поставленной задачи (устранение продольных усилий, действующих на шланг), основная цель - увеличение ресурса работы насоса не достигнута. Объясняется это тем, что принудительно вращающиеся (а не свободно катящиеся по шлангу) ролики вызывают повышенное его истирание и неизбежно приводят к преждевременному выходу шланга из строя. Кроме того, наличие дополнительного механизма принудительного вращения роликов усложняет конструкцию насоса, а это также снижает его надежность.

Цель изобретения - повышение ресурса работы насоса и упрощение его конструкции.

Очевидно, что требуемый технический результат может быть получен в том случае, если продольные растягивающе-сжимающие усилия пережимных роликов не будут создавать деформаций шланга, а сами ролики при своем воздействии со шлангом не будут вызывать его преждевременного износа (истирания). Тем не менее, анализ известных технических решений (изготовление шланга из материала с высокими механическими свойствами, армирование шланга металлической оплеткой, жесткое его крепление по всей рабочей зоне действия роликов, придание им принудительного вращения) показывает, что ни одно из них в полном объеме не решает поставленной проблемы.

Для достижения указанной цели в предлагаемом устройстве, содержащем цилиндрический корпус с всасывающим и нагнетающим штуцерами, эластичный шланг круглого сечения и вращающийся ротор с пережимными роликами, эластичный шланг свободно уложен в рабочей полости насоса с возможностью перемещения под действием тянущего усилия пережимных роликов совместно с всасывающим и нагнетающим штуцерами, на которых закреплены концы шланга. При этом оба штуцера снабжены пружинами, обеспечивающими возврат штуцеров в исходное состояние по окончанию взаимодействия каждого из роликов со шлангом.

Таким образом, по сравнению с прототипом, отличительными признаками изобретения являются: возможность перемещения шланга совместно со штуцерами под действием растягивающе-сжимающих усилий и наличие пружин на обоих штуцерах, воспринимающих данные усилия и обеспечивающих возврат штуцеров и шланга в первоначальное положение.

Возможность свободного перемещения шланга во время взаимодействия с ним роликов практически полностью исключает продольные деформации шланга, которые в данном случае "перекладываются" на возвратные пружины штуцеров, устойчивость которых к циклическим деформациям сжатия в несколько раз превышает стойкость значительного шланга. Одновременно с этим свободно катящиеся по шлангу (а не принудительно вращающиеся) ролики существенно уменьшают истирание шланга и упрощают конструкцию насоса.

На фиг. 1 представлен общий вид предлагаемого устройства (верхняя крышка насоса снята); на фиг. 2 -разрез А-А на фиг. 1.

В цилиндрическую полость корпуса насоса 1 свободно уложен эластичный шланг круглого сечения 2, концы которого подсоединены к всасывающему 3 и нагнетающему 4 штуцерам. Штуцеры имеют возможность поступательного перемещения в корпусе насоса, для их возврата в исходное состояние они содержат пружины сжатия 5 и 6. Шланг выполнен из материала, стойкого (или стерильного) по отношению к перекачиваемым средам, например из силиконовой резины или ПВХ. На роторе 7 с помощью коромысел 8 шарнирно закреплены два цилиндрических полированных ролика 9, свободно вращающихся при обегании их по шлангу. Количество роликов, в принципе, может быть любым (от одного и более), однако применение одного ролика нецелесообразно из-за появления радиальных усилий на валу ротора. Большее число роликов (три и выше) усложняет конструкцию насоса и уменьшает эффективность использования подпружиненных штуцеров. Необходимое усилие пережатия шланга обеспечивается пружинами 10. Привод насоса осуществляется электродвигателем 11 с регулируемым числом оборотов.

Устройство работает следующим образом. При вращении ротора 7 в направлении, указанном стрелкой, ролики 9, последовательно пережимая шланг 2, создают перистальтический эффект, перемещая порции рабочей среды от всасывающего штуцера 3 к нагнетающему 4. При этом в начальный момент времени взаимодействия одного из роликов со шлангом (показан на фиг. 1) всасывающая ветвь шланга испытывает растягивающее усилие, в результате чего шланг вместе со штуцером начинает перемещаться в направлении вращения ротора (вправо по фиг. 1), сжимая возвратную пружину 5. По мере продвижения ролика по шлангу и освобождении всасывающей ветви (повороте ротора на 180^o) возвратная пружина штуцера 3 возвращает его и шланг в исходное состояние. Одновременно с этим на нагнетающей ветви шланга возрастает сжимающее усилие и данная ветвь вместе со штуцером 4 перемещается влево, сжимая пружину 6. По окончании взаимодействия ролика со шлангом (сходе ролика) нагнетающая ветвь также освобождается и вместе со штуцером возвращается пружиной 6 в начальное положение. Во взаимодействие со шлангом вступает второй ролик, вновь начинает перемещаться всасывающая ветвь и т.д. в течение всего времени работы насоса.

Регулировка расхода осуществляется изменением частоты вращения электродвигателя.

Источники информации:

1. Перистальтический насос высокого давления. Патент СРР N 63659.

2. Перистальтический насос. Авт.св. СССР N 1221984.