способ управления и контроля производительности плунжерного дозировочного насоса и устройство его осуществления

Формула изобретения

1. Способ управления и контроля производительности плунжерного дозировочного насоса с синхронным электроприводом, состоящим из цилиндра, плунжера, впускного и выпускного обратных клапанов, путем перепуска части жидкости обратно в расходную емкость, отличающийся тем, что при нагнетающем ходе плунжера насоса в течение заданного времени от начала момента всасывания впускной клапан насоса принудительно удерживают открытым, перепуская часть жидкости через него обратно в емкость, а после истечения этого времени впускной клапан закрывают и через выпускной клапан остаток жидкости продавливают плунжером на выход насоса потребителю дозируемой жидкости, при этом, изменяя заданное время, изменяют дозу жидкости или количество доз жидкости, при этом момент начала всасывания фиксируют по моменту падения давления после цикла нагнетания.

2. Способ управления и контроля производительности плунжерного дозировочного насоса с синхронным электроприводом по п.1, отличающийся тем, что определяют время цикла нагнетания от момента возникновения давления в полости цилиндра до момента его исчезновения, пересчитывают его в единицах объема на единицу времени, исходя из конструктивных данных насоса (диаметр цилиндра, ход плунжера, время полного хода плунжера).

3. Способ управления и контроля производительности плунжерного дозировочного насоса с синхронным электроприводом по п.1, отличающийся тем, что определяют суммарное время всех циклов нагнетания за весь период работы насоса и исходя из его конструктивных данных пересчитывают в единицы объема.

4. Устройство для управления и контроля производительности плунжерного дозировочного насоса с синхронным электроприводом, состоящее из цилиндра, плунжера, впускного и выпускного клапанов, отличающееся тем, что впускной клапан выполнен принудительно управляемым (например, электромагнитом), а в полости цилиндра установлен датчик давления.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к области дозирования жидкости при использовании плунжерного насоса с синхронным электродвигателем, которое используется в нефтяной, химической и других отраслях промышленности.

Широко известен способ регулирования производительности насоса, использованный в серийно выпускаемых различными заводами насосах типа НД, который заключается в том, что изменяют ход плунжера перемещением эксцентрика привода винтом отсчетного устройства вручную или электрическим сервоприводом. Недостатком этого способа является то, что ручной привод не позволяет автоматизировать процесс, а электрический сервопривод, хотя и позволяет автоматизировать процесс, но стоимость сервопривода соизмерима со стоимостью насоса и качество регулирования получается весьма низкое, т.к. за счет люфтов в механической передаче редуктора и выбега электродвигателя точность регулирования низкая. Кроме того, этот способ не позволяет измерять количество прокачанной жидкости, для этого требуется последовательно с насосом установить дополнительно весьма дорогостоящий расходомер для пульсирующих потоков [1].

Известен и другой способ регулирования производительности насоса путем его периодического включения и отключения [2]. Хотя этот способ и позволяет без больших затрат осуществить автоматизацию изменения производительности насоса, но режим работы насоса создается весьма тяжелый, т.к. частые запуски двигателя могут привести к его перегреву и полному отказу, а качество регулирования будет грубее и хуже, чем в предыдущем способе [2].

Известен также способ, реализованный в устройстве по патенту России 2171790 [3], в котором часть жидкости перепускают с выхода насоса на его вход. Этот способ не имеет жесткой связи между положением плунжера и моментом включения и выключения прерывателя потока и потому не позволяет точно контролировать количество закачиваемой жидкости. Контроль можно осуществить только усредненно после значительного времени работы насоса.

Вторым недостатком этого способа является то, что прерывание потока осуществляется на напорной стороне насоса, где давление достигает сотен атмосфер, поэтому орган, прерывающий подачу, должен быть достаточно прочным и энергоемким, а значит, и дорогим.

Третьим недостатком этого способа и всех описанных выше является то, что они осуществляют косвенное управление и контроль, т.е. все сводится к изменению величины хода или числа ходов плунжера, но не контролируется результат (качает насос жидкость или нет? Исправен он или нет? Поступает на вход насоса жидкость или нет?). Этими способами не различается работа насоса вхолостую и полезная.

Технический результат: предлагаемым изобретением решается задача автоматического или дистанционного управления изменением производительности плунжерного дозировочного насоса и контроля его реальной производительности с учетом переходных процессов, технического состояния насоса и физических характеристик закачиваемой среды.

Для достижения указанного технического результата предлагается способ управления и контроля производительности дозировочного насоса путем перепуска части жидкости обратно в расходную емкость, заключающийся в том, что при нагнетающем ходе плунжера насоса в течение заданного времени от начала момента всасывания впускной клапан насоса принудительно удерживается открытым, перепуская часть жидкости через него обратно в емкость, а после истечения этого времени впускной клапан закрывают и через выпускной клапан остаток жидкости продавливают плунжером на выход насоса потребителю дозируемой жидкости, а изменяя заданное время изменяют дозу жидкости или количество доз жидкости, при этом момент начала всасывания фиксируют по моменту падения давления после цикла нагнетания, определяют время цикла нагнетания от момента возникновения давления в полости цилиндра до момента его исчезновения, пересчитывают его в единицах объема на единицу времени исходя из конструктивных данных насоса (диаметр цилиндра, ход плунжера, время полного хода плунжера), определяют суммарное время всех циклов нагнетания за весь период работы насоса и исходя из его конструктивных данных пересчитывают в единицы объема.

Реализация вышеизложенного способа осуществляется устройством для управления и контроля производительности плунжерного дозировочного насоса с синхронным электроприводом, состоящим из цилиндра, плунжера, впускного и выпускного клапанов, в котором впускной клапан выполнен принудительно управляемым (например, электромагнитом), а в полости цилиндра установлен датчик давления.

Реализация способа осуществляется устройством, показанном на фиг.1, состоящем из цилиндра 1, плунжера 2, впускного клапана 3, выпускного клапана 4, толкателя электромагнита 5, самого электромагнита 6, толкателя плунжера 7, направляющей втулки 8, возвратной пружины 9, эксцентрика 10, вала редуктора 11, самого редуктора 12, синхронного электродвигателя 13, датчика давления 14 и контроллера 15.

Работает устройство следующим образом. При включении электродвигателя 13 он через редуктор 12 и вал 11 начинает вращать эксцентрик 10, который, достигая наибольшего диаметра, перемещает толкатель 7 и через него плунжер 2 в крайнее правое положение. При дальнейшем вращении эксцентрика 10 его диаметр уменьшается, а возврат толкателя 7 и плунжера 2 в крайнее левое положение осуществляется пружиной 9. Процесс перемещения плунжера 2 после каждого полного оборота эксцентрика 10 повторяется и таким образом плунжер 2 за каждый полный оборот перемещается из одного крайнего положения в другое и возвращается обратно.

При движении плунжера 2 из крайнего правого положения в левое происходит наполнение цилиндра 1 через впускной клапан 3, дойдя до крайнего левого положения плунжер 2 начнет двигаться в обратную сторону вправо, но впускной клапан при этом остается открытым и жидкость начинает сбрасываться через впускной клапан 3 обратно в емкость до тех пор, пока не поступит команда от контроллера на электромагнит 6 и, пока он не освободит свой толкатель 5, клапан 3 не сможет закрыться. Как только толкатель 5 освободит клапан 3, он закроется под воздействием давления жидкости и это давление откроет выпускной клапан 4, через который жидкость начнет поступать на выход потребителю.

Таким образом, изменяя время открытого состояния впускного клапана и сбрасывая через него часть объема обратно на вход, изменяют величину полезной дозы жидкости, проходящей к потребителю через напорный клапан 4.

Началом (моментом) отсчета времени является момент начала всасывания (наполнения) цилиндра 1 плунжером 2, для чего непосредственно в цилиндре 1 установлен датчик давления 14, который фиксирует момент падения давления после цикла нагнетания и дает команду на отсчет заданного времени, по истечении которого поступает команда на разрешение закрытия клапана 3.

Отсчет интервалов времени, обработка информации от датчика давления и подачи команд на электромагнит осуществляются контроллером 15.

На фиг.2 показан график зависимости производительности насоса от момента закрытия всасывающего клапана

tраб = Т - (Т/2 + tзад - tпер),

где Т - период работы насоса, состоящий из одного цикла всасывания и одного цикла нагнетания;

tраб - время нагнетания;

tзад - заданное время перепуска жидкости через впускной клапан (tзад<Т/2);

tперех - время переходного процесса, связанное со временем открытия и закрытия клапанов в зависимости от давления на входе и выходе, вязкости среды и т.д. (tперех = tпер + t2 пер).

Для конкретного насоса НД2,5/400 T-const и равно 1,6 секунды.

Время нагнетания составляет 50% от общего рабочего времени, т.е. за 1 час работы нагнетание составит 0,5 часа (1800 секунд).

Производительность насоса Q=2,5 л/час=2500 мл/час, из чего следует, что максимальная одиночная доза составит а из пропорции следует - это мгновенный расход в пересчете на 1 час,

- суммарный расход за все время работы.

Предлагаемое устройство позволяет кроме вышепредложенного способа реализовать и другие способы управления производительностью насоса.

Для реализации способа, используемого в прототипе, необходимо заданное время установить кратным Т/2, но и в этом случае сохраняется ряд преимуществ предлагаемого способа, таких как возможность определения среднего мгновенного и суммарного расхода закачиваемой жидкости и диагностика состояния клапанов.

Источники информации

1. Агрегат электронасосный дозировочный одноплунжерный типа НД мощностью до 0,55 кВт. Руководство по эксплуатации НД1.01.150 РЭ ЗАО «Дозировочные насосы и системы», г.Тула, 2004 г.

2. http://www.pomp.ru/products/26.html.

3. Патент РФ №2171790 от 2001.08.10. Блок приготовления химреагентов блочных установок.