CZ4087U1

CZ4087U1 - Device for proportioning liquids

Info

Publication number: CZ4087U1
Application number: CZ19954508U
Authority: CZ
Inventors: Miroslav Bareš
Original assignee: Bareš Pavel Ing.
Priority date: 1992-08-14
Filing date: 1992-08-14
Publication date: 1995-11-06
Also published as: CZ251092A3

Description

Oblast technikyTechnical field

Technické řešení řeší zařízení pro dávkování kapalin, pracující na principu objemového dávkování, jehož funkce je založena na přímočarém vratném pohybu pracovního orgánu čerpadla - zpravidla plunžru, vlnovce či membrány.The technical solution solves the device for dosing of liquids, working on the principle of volumetric dosing, whose function is based on the rectilinear reciprocating motion of the pump working element - usually the plunger, bellows or membrane.

Dosavadní stav technikyBackground Art

Současná zařízení pro dávkování kapalin, využívající principu objemového dávkování kapalin, odvozeného od přímočarého * vratného pohybu pracovních orgánů, mají výstupní průtok definován * vztahem:Current liquid dosing devices, using the principle of volumetric dispensing of liquids, derived from the rectilinear * reciprocating motion of the working organs, have an output flow defined by * the relation:

_w Q = S . h . n kde: _w Q = S. h. n where:

Q... průtok kapaliny z čerpadla (m³/s)Q ... fluid flow from pump (m ³ / s)

S... účinná plocha pracovního orgánu (m²)S ... effective area of the body (m ² )

h... zdvih pracovního orgánu (m)h ... working organ stroke (m)

n... zdvihová frekvence (s^-1)n ... stroke frequency (s ^-1 )

Ze vztahu (1) vyplývá, že za předpokladu konstantní účinné plochy pracovního orgánu lze dosáhnout změny průtoku buď změnou délky zdvihu nebo změnou zdvihové frekvence, případně současnou změnou obou parametrů. Obvyklé konstrukce, které využívají pro pohon jako zdroj kroutícího momentu elektromotor, jsou schopny pomocí změny otáček elektromotoru měnit zdvihovou frekvenci pracovního orgánu a to zpravidla v rozmezí až 1 : 20. Pro změnu velikosti zdvihu, resp. jeho délky, je používán další nezávislý pohon. Délku zdvihu lze rovněž měnit v rozsahu až 1 : 20. Současnou regulací zdvihové frekvence i délky zdvihu je možno výstupní průtok nastavovat max. v rozsahu až 1 : 400. Přesné řízení velikosti průtoku vyžaduje přesné nastavení uvedených regulovaných veličin. Pro dosažení hodnot odchylek průtoku < 1 % od nastavené hodnoty vyžadují tyto systémy zpětnovazební informace o okamžité velikosti obou parametrů, t.j. zdvihu i jeho frekvenci. Znamená to, že jejich správná funkce je podmíněna montáží zpětnovazebního snímače otáček a snímače velikosti zdvihu pracovního orgánu. Dále jsou známa čerpadla tzv. stavebnicové koncepce, u kterých jeden hnací elektromotor je zdrojem otáček pro více čerpadel. Průtok , u tohoto typu čerpadel je řízen pro každé čerpadlo samostatně změnou velikosti zdvihu a pro všechna čerpadla současně změnou < otáček el. motoru a tedy změnou frekvence zdvihu. Je zřejmé, že regulační rozpětí průtoku je v tomto případě sníženo absencí mož, nosti změny otáček mezi jednotlivými čerpadly. Uvedená objemová ’ dávkovači čerpadla musí mít výtlačné potrubí chráněno pojistným zařízením jako ochranu před nepovoleným zvýšením tlaku, které by mohlo způsobit destrukci čerpadla nebo jeho částí. Další vlastností objemových dávkovačích čerpadel s přímočarým vratným pohybem pístu je nelineární, zpravidla sinusová závislost mezi zdvihem pracovního orgánu a úhlem natočení rotoru elektromotoru, která je dána konstrukcí klikového mechanismu převodu rotačního pohybu na přímočarý vratný. Tato vlastnost způsobuje, že rychlost prac. orgánu a tím i velikost průtoku se mění se změnou zdvihu při pohybu mezi koncovými polohami. Důsledkem těchto změn jsouIt follows from (1) that assuming a constant effective area of the working organ, a change in flow can be achieved either by changing the stroke length or by changing the stroke frequency, or by simultaneously changing both parameters. Conventional designs that use an electric motor to drive as a torque source are able to change the stroke frequency of the working organ by varying the speed of the electric motor, typically up to 1: 20. To change the stroke size, respectively. its length, another independent drive is used. The stroke length can also be varied in the range up to 1: 20. By simultaneously controlling the stroke frequency and stroke length, the output flow rate can be set up to a maximum of 1: 400. Precise flow control requires precise adjustment of said controlled variables. To achieve flow deviation deviations of <1% from the setpoint, these systems require feedback information about the instantaneous magnitude of both parameters, i.e., stroke and frequency. This means that their correct operation is conditioned by the installation of a speed feedback sensor and a workpiece stroke sensor. In addition, so-called modular pumps are known, in which one drive motor is the source of multi-pump speed. Flow rate, for this type of pump, is controlled for each pump separately by changing the stroke size and for all pumps simultaneously by changing the <el. and thus by changing the stroke frequency. Obviously, the flow control range is reduced in this case by the absence of the possibility of changing the speed between pumps. Said volumetric pump dispenser must have a discharge conduit protected by a safety device to prevent unauthorized pressure build-up which could cause the pump or its parts to be destroyed. Another feature of the positive displacement pumps with linear reciprocating motion of the piston is the non-linear, usually sinusoidal, relationship between the stroke of the working organ and the angle of rotation of the rotor of the electric motor, which is determined by the design of the crank mechanism of the rotational movement to rectilinear reciprocating. This feature causes speed to work. and thus the flow rate varies with the change in stroke when moving between the end positions. These changes are the result

-1CZ 4087 U pulzace tlaku ve výstupním potrubí. Z hlediska použitelnosti obvyklých dávkovačích čerpadel pro dávkování přesných objemů lze považovat za nevýhodu tu vlastnost, že nejmenší dávkovaný objem je dán jedním celým zdvihem pracovního orgánu a počet těchto zdvihů určuje celkový načerpaný objem. Pokud požadovaný celkový objem není celočíselným násobkem objemů odpovídajících zdvihu prac. orgánu, dojde nutně k chybě zaokrouhlováni.-1GB 4087 U Output Pulsation Pulsation. In view of the usability of conventional dispensing pumps for dispensing accurate volumes, the disadvantage is that the smallest dispensed volume is given by one whole stroke of the working organ and the number of these strokes determines the total pumped volume. If the required total volume is not an integer multiple of the volumes corresponding to the stroke of the work. authority, the error will be rounded off.

Podstata technického řešeníThe essence of the technical solution

Výše uvedené nedostatky odstraňuje zařízení pro dávkování kapalin podle tohoto technického řešení, jehož podstata spočívá v tom, že řídicí jednotka je svým nejméně jedním výstupem připojena na vstup motoru, jehož rotor je na jednom konci osazen snímačem polohy. Výstup snímače polohy je zaveden na vstup řídicí jednotky. Druhý konec rotoru je osazen ozubeným převodem, který je v záběru s nejméně jedním ozubeným hřebenem. Aspoň jeden ozubený hřeben je na alespoň jednom svém konci opatřen pracovním orgánem, tj. plunžrem, membránou či vlnovcem zavedeným do tělesa čerpadlové hlavy. Spojení čerpadlových hlav s motorem zajišťuje těleso.The aforementioned drawbacks are eliminated by the fluid dispensing device according to the present invention, the controller having at least one outlet connected to a motor input, the rotor of which is provided with a position sensor at one end. The position sensor output is input to the controller. The other end of the rotor is fitted with a gear transmission which engages at least one gear rack. At least one toothed rack is provided at least at one end with a working member, i.e. a plunger, a diaphragm or a bellows introduced into the pump head body. The connection of the pump heads to the motor is ensured by the body.

Zařízení podle tohoto technického řešení zajišťuje nezávislost rychlosti zdvihu pracovního orgánu na jeho poloze mezi koncovými polohami. Tato vlastnost zajišťuje prakticky konstantní hodnotu průtoku na výstupu ze zařízení a odstraňuje kolísání průtoku z důvodu nelineární závislosti zdvihu prac. orgánu na úhlu otočení rotoru motoru. Regulační rozpětí nastavitelného průtoku je určen rozsahem řídicí frekvence výkonových pulsů a dosahuje hodnoty až 1:1000. Možností změny uvedených pulsů je určen kroutící kterou pracovní orgán působí na čerpanou kapalinu. Využitím této skutečnosti lze snadno nastavit hodnotu maximálního tlaku, který zařízení může vyvinout a není je nutno chránit pojistným ventilem před destrukcí. Další z vlastností popsaného zařízení je, že nejmenší dávkovaný objem je určen zvolenou posloupností výkonových pulsů definujících nejmenší zdvih pracovního orgánu, přičemž tento mikrozdvih dosahuje typicky hodnot kolem jedné setiny zdvihu prac. orgánu od jedné úvrati do druhé. Tato vlastnost zajišťuje přesné čerpání objemů dávkovaných kapalin v rozmezí běžně až 1:10000. Další výhodou zařízení podle vynálezu je konstrukční jednoduchost a malý počet mechanických dílů, ze kterých plyne vyšší životnost a spolehlivost zařízení.The device according to the present invention ensures the independence of the stroke of the working organ at its position between the end positions. This feature ensures a virtually constant flow rate at the device outlet and eliminates flow fluctuations due to non-linear stroke dependence of the work. of the rotor on the rotation angle of the motor rotor. The adjustable flow control range is determined by the control frequency range of the power pulses and reaches up to 1: 1000. The possibility of changing these pulses is determined by the twisting of which working organ acts on the pumped liquid. By using this fact, it is easy to set the maximum pressure that the device can develop and not to be protected by a safety valve against destruction. Another feature of the described device is that the smallest dispensed volume is determined by the selected sequence of power pulses defining the smallest stroke of the working organ, this micromachine typically reaching about one hundredth of the stroke of the work. authority from one headland to another. This feature ensures accurate pumping of dosed liquids in the range of up to 1: 10000. A further advantage of the device according to the invention is the structural simplicity and the small number of mechanical parts, resulting in a longer service life and reliability of the device.

hodnoty elektrického proudu moment motoru a tím i síla,the value of the electric current torque of the motor and thus the force,

Objasněni přiložených výkresůExplanation of the attached drawings

Na přiloženém výkresu č. 1 je znázorněno zařízení pro dávkování kapalin.1 shows a fluid dispensing device.

Příklad provedeniExample Execution

Příkladem provedení technického řešení je zařízení pro dávkování kapalin, jehož řídicí jednotka 1 je svým nejméně jedním výstupem připojena na vstup motoru 2, jehož rotor je na jednom konci osazen snímačem polohy 8, jehož výstup je zaveden na vstup řídicí jednotky a na druhém konci ozubeným převodem 2/ který je v záběru s nejméně jedním ozubeným hřebenem 4, přičemž aspoň jeden ozubený hřeben je na alespoň jednom svém konci opatřen pra-2CZ 4087 U covním orgánem 5 zavedeným do tělesa čerpadlové hlavy 6, jejíž spojení s motorem zajištuje těleso 7.An exemplary embodiment of the invention is a fluid dispensing device, the control unit 1 of which is connected to at least one motor outlet 2 with a rotor at one end of which is equipped with a position sensor 8, the output of which is input to the control unit and at the other end by a gear transmission 2 / which engages at least one rack 4, wherein at least one rack is provided with at least one end of the rack 4, introduced into the body of the pump head 6, the connection of which to the engine is provided by the body 7.

Zařízení je osazeno dvěma čerpadlovými hlavami 6, jednou hřebenovou tyčí 4. se dvěma plunžry 5. Pohon pastorku 3 zajištuje krokový motor 2, přičemž úhel a úhlová rychlost rotace rotoru je určována výkonovými pulsy ze spínače řízeného mikroprocesovou řídicí jednotkou 1. Volbou parametrů čerpání na klávesnici řídicí jednotky a na základě zvoleného programu je určena časová posloupnost pulsů, které přesně definují velikost dráhy plunžru pro jeden úhlový krok rotoru motoru, frekvenci krokování a tedy posuvnou rychlost pohybu plunžru, počet kroků a tím i velikost zdvihu plunžru a směr pohybu plunžru. Po volbě parametrů čerpání a následném spuštění zařízení pro dávkování kapalin se plunžr • pohybuje z náhodné výchozí polohy do své úvrati. Kapalina naplňui jící prostory čerpadlových hlav je vytlačována plunžrem na jedné straně hřebenové tyče do výtlačného potrubí χ a plunžrem na druhé straně hřebenové tyče je nasávána ze sacího potrubí 10. Dosažení mechanické úvratě plunžru, tj. polohy, za kterou není pohyb plunžru povolen, je signalizován snímačem 8 polohy rotoru motoru. Po dosažení této polohy se změní smysl rotace rotoru a tím i směr pohybu plunžru. Plunžr, který kapalinu vytlačoval, nyní kapalinu nasává a naopak. Výtlačná potrubí obou čerpadlových hlav jsou spojena a představují jediný výstup kapaliny z čerpadla jako celku. Cyklické střídání směru pohybu plunžru a konstantní rychlost jejich posuvu zajištuje plynulý průtok kapaliny.The device is equipped with two pump heads 6, one comb rod 4 with two plungers 5. The pinion drive 3 is provided by a stepper motor 2, the angle and rotation angle of the rotor being determined by the power pulses from the switch controlled by the microprocessor control unit 1. of the control unit, and based on the selected program, a time sequence of pulses is defined which accurately defines the plunger path size for one angular step of the motor rotor, the jogging frequency and thus the plunger moving speed, the number of steps and thus the plunger stroke and the plunger direction. After selecting the pumping parameters and then starting the liquid dosing device, the plunger moves from a random starting position to its dead center. The liquid filling the spaces of the pump heads is pushed out by the plunger on one side of the comb rod into the discharge conduit χ and the plunger on the other side of the comb rod is sucked from the suction line 10. motor rotor position sensor 8. When this position is reached, the direction of rotation of the rotor and thus the direction of movement of the plunger will change. The plunger that has displaced the liquid is now sucking in the liquid and vice versa. The discharge lines of the two pump heads are connected and represent the only liquid outlet from the pump as a whole. The cyclic alternation of the plunger direction and the constant feed rate ensure fluid flow.

Průmyslová využitelnostIndustrial usability

Zařízení pro dávkování kapalin lze používat jako inteligentní akční člen směšovacích obvodů v chemickém, potravinářském a farmaceutickém průmyslu, v úpravnách vody, při čištění odpadních vod resp. všude tam, kde je nutno kapaliny kontinuálně či po dávkách přesně odměřovat a mísit, a to i ve složitých v čase proměnných procesech.Liquid dispensing equipment can be used as an intelligent mixing circuit actuator in the chemical, food and pharmaceutical industries, water treatment plants, wastewater treatment plants, and wastewater treatment plants. wherever liquids need to be continuously metered and mixed accurately, even in complex time-varying processes.

Claims

PROTECTION REQUIREMENTS

Device for dispensing liquids, characterized in that the control unit (1) with its at least one output connected to the input of the motor (2) whose rotor is at one of its kon _t ci equipped with a position sensor (8) whose output is introduced to the input and at its other end provided with a gear (3) engaging at least one toothed rack <(4), wherein at least one toothed rack is provided at at least one end with a working member (5) displaceably mounted in the body a pump head (6) which is connected to the motor by means of a housing