Устройство и работа дозировочных агрегатов

Конструктивно агрегат является самостоятельным изделием, требующим подключения:

• клемм электродвигателя к электросети трёхфазного тока;
• гидроцилиндра (или мембранной головки) к всасывающему и нагнетательному трубопроводам;
• узла уплотнения плунжера гидроцилиндра к магистралям промывки (при необходимости);
• рубашки обогрева (или охлаждения) проточной части к магистралям обогрева или охлаждения (при необходимости).

В общем случае агрегат состоит из привода 2 (рис.1), на котором смонтированы гидроцилиндр (или мембранная головка) 3 и электродвигатель 1.

Привод предназначен для преобразования вращательного движения вала электродвигателя посредством кривошипно-шатунного механизма в возвратно-поступательное движение ползуна, соединённого с плунжером насоса, и регулирования подачи агрегата путём изменения длины хода ползуна. Используются 10 основных исполнений приводов, которые отличаются друг от друга мощностью, длиной хода ползуна и типом регулирования длины хода ползуна.

Все дозировочные агрегаты имеют устройство регулирования подачи методом изменения длины хода вытеснителя. Применяются два конструктивных варианта механизма регулирования: вручную на ходу и при остановленном двигателе, а также механизм регулирования вручную только при остановленном двигателе. В агрегатах с двумя рабочими органами может быть реализовано регулирование подачи каждого насоса или регулирование суммарной подачи.

Устройство и работа привода

Привод работает следующим образом:

• электродвигатель через муфту сообщает вращательное движение червяку;
• червяк приводит во вращение червячное колесо, при этом происходит понижение числа оборотов и повышение крутящего момента;
• червячное колесо посредством шпонки вращает вал эксцентрика, на шлицах кривошипа которого установлен эксцентрик;
• эксцентрик сообщает движение шатуну;
• шатун преобразует вращательное движение эксцентрика в возвратно-поступательное движение ползуна.

Изменение длины хода ползуна осуществляется вращением за маховичок 1 (рис.2) винта отсчётного устройства. Винт при вращении за маховичок ввинчивается в стакан передний и перемещает подвижную опору с закреплённым в ней валом эксцентрика по стакану 4. Указатель шкал, выполненный на подвижной опоре, показывает длину хода ползуна на шкалах линейки 3.

Так как шлицы вала эксцентрика, на которых расположен эксцентрик, выполнены по винтовой линии, то при осевом перемещении вала относительно эксцентрика происходит поворот эксцентрика вокруг вала. При этом изменяется суммарный эксцентриситет системы «вал эксцентрика – эксцентрик» относительно общей оси вращения, что приводит к изменению амплитуды возвратно-поступательного движения ползуна. Фиксация установленного значения производится стопором 2 винта отсчётного устройства.

Привод работает следующим образом:

• электродвигатель через муфту сообщает вращательное движение червяку;
• червяк приводит во вращение червячное колесо, при этом происходит понижение числа оборотов и повышение крутящего момента;
• червячное колесо посредством шпонки вращает вал эксцентрика, на гладком кривошипе которого установлен эксцентрик;
• эксцентрик сообщает движение шатуну;
• шатун преобразует вращательное движение эксцентрика в возвратно-поступательное движение ползуна.

Эксцентрик имеет возможность вращаться вокруг кривошипа. При этом изменяется суммарный эксцентриситет кривошипа и эксцентрика относительно общей оси вращения вала, что приводит к изменению амплитуды возвратно-поступательного движения ползуна. Поворот эксцентрика осуществляется при вращении кольца регулировки 4 (рис.3). Таким образом, происходит изменение длины хода плунжера и, следовательно, изменение подачи агрегата. Указатель шкалы показывает на шкале лимба 1 длину хода ползуна в миллиметрах. Фиксация установленного значения производится гайкой 2.

Устройство и работа гидроцилиндра одностороннего действия плунжерных агрегатов

Гидроцилиндр (рис. 4, 5, 6, 7) является исполнительным органом агрегата и предназначен для напорного дозирования жидких сред.

В общем случае в состав гидроцилиндра входят:

• плунжер;
• цилиндр;
• узел уплотнения плунжера
• клапаны – всасывающий и нагнетательный.

Проточная часть гидроцилиндра образована полостью цилиндра, ограниченной плунжером и клапанами, а также внутренними полостями клапанов.

Узел уплотнения плунжера служит для герметизации проточной части гидроцилиндра и имеет четыре конструктивных исполнения, различающихся в зависимости от подачи и предельного давления на выходе агрегата, а также наличия подвода охлаждающей, промывочной или затворной жидкости.

В общем случае в состав узла уплотнения плунжера входят:

• грундбукса, служащая опорой плунжеру;
• манжеты, уплотняющие плунжер;
• детали, обеспечивающие поджатие манжет – различные кольца и стаканы;
• фонарь (при необходимости) для подвода промывочной, охлаждающей и затворной жидкости.

В узле уплотнения плунжера в зависимости от агрессивности перекачиваемой среды и предельного давления на выходе применяются:

• грундбуксы из следующих материалов:
  • Ф4К20 (коксонаполненная фторопластовая композиция);
  • фторопласт 4 (до 100 кгс/см²).
• манжеты из следующих материалов:
  • фторопласт 4 (до 100 кгс/см²);
  • резиновые (до 250 кгс/см²);
  • резинотканевые (до 400 кгс/см²);
  • Ф4К20 (до 400 кгс/см²).

Жидкость, подаваемая в узел уплотнения плунжера, в зависимости от схемы подключения промывочного узла и свойств самой жидкости, может выполнять различные функции:

• смазывать трущиеся поверхности, охлаждать плунжер и узел уплотнения;
• препятствовать попаданию твёрдых частиц из перекачиваемой жидкости в узел уплотнения;
• образовывать гидравлический затвор, предотвращающий попадание паров перекачиваемой жидкости в атмосферу и подсос воздуха из атмосферы в проточную часть и т.п.

Подвод жидкости в узел уплотнения и её отвод осуществляется через два радиальных отверстия в цилиндре. Эти отверстия имеют коническую резьбу К1/4'' ГОСТ 6111-52 и в них вкручены промывочные штуцеры 16 (рис.5). Подключение трубопроводов осуществляется соединением по наружному конусу развальцованных концов труб (труба ø10×1) по ГОСТ 13954-74 с креплением трубопроводов посредством ниппелей с накидными гайками.

Узел уплотнения плунжера без подвода охлаждающей, промывочной или затворной жидкости агрегатов во всём диапазоне подач и давлений на выходе показан на рис.4.

Узел уплотнения плунжера с подводом охлаждающей, промывочной или затворной жидкости агрегатов во всём диапазоне подач и давлением на выходе до 100 кгс/см² включительно показан на рис.5, 7. Проточная часть гидроцилиндров с подачей свыше 10 л/ч и длиной хода плунжера 16 и 30 мм отделена от промывки четырьмя манжетами без разделительного кольца (рис.7).

Узел уплотнения плунжера агрегатов во всём диапазоне подач с давлением на выходе свыше 100 кгс/см² – 125, 160, 250, 320, 400 кгс/см² – показан на рис.6 и имеет раздельный зажим уплотнения проточной части и уплотнения промывки.

В качестве нагнетательного и всасывающего клапанов в гидроцилиндрах и мембранных головках дозировочных агрегатов в зависимости от подачи применяются шаровые или тарельчатые клапаны.

Присоединение нагнетательного и всасывающего трубопроводов:

• агрегатов с подачей до 10 л/ч – по наружному конусу развальцовкой трубы или приварными патрубками;
• агрегатов с подачей более 10 л/ч – приварными патрубками.

Присоединение промывочных трубопроводов – по наружному конусу развальцовкой трубы или приварными патрубками.

Рубашка обогрева (или охлаждения) проточной части агрегата служит для поддержания требуемой температуры гидроцилиндра.

Работу гидроцилиндра (рис.4, 5, 6, 7) агрегата можно разделить на такт всасывания и такт нагнетания.

Такт всасывания – ползун привода сообщает возвратно-поступательное движение плунжеру 1, который периодически изменяет объём проточной части гидроцилиндра. При движении плунжера 1 влево из правой «мёртвой» точки объём проточной части гидроцилиндра начинает увеличиваться, в жидкости, заполняющей проточную часть, происходит разрежение, в результате чего образовавшийся перепад давлений на нагнетательном клапане 10 прижимает шарик (затвор) к седлу, отсекая линию нагнетания от проточной части. Одновременно перепад давлений на всасывающем клапане 11 поднимает шарик с седла, соединяя проточную часть с линией всасывания и обеспечивая подачу перекачиваемой жидкости в гидроцилиндр.

Такт нагнетания – при движении плунжера 1 вправо из левой «мёртвой» точки объём проточной части гидроцилиндра уменьшается и в жидкости создаётся избыточное давление, прижимающее шарик всасывающего клапана 11 к седлу и поднимающее шарик нагнетательного клапана 10 над седлом. При этом происходит разобщение проточной части гидроцилиндра и линии всасывания с одновременным её сообщением с линией нагнетания. При движении вправо плунжер 1 подаёт перекачиваемую жидкость в линию нагнетания.

Устройство и работа мембранной головки с дифференциальным подпиточным клапаном

Мембранная головка (рис.8) является исполнительным органом гидроприводного герметичного дозировочного агрегата и предназначена для напорного дозирования жидких сред.

Агрегаты с подачей от 25 л/ч комплектуются мембранной головкой с дифференциальным подпиточным клапаном, которая включает в себя:

• корпус, состоящий из двух половин – правой 10 и левой 4, стянутых шпильками 9 с гайками 8. Корпус притянут к кронштейну четырьмя шпильками 15;
• мембрану 11, представляющую собой плоский диск и разделяющую приводную камеру А и насосную камеру Б;
• плунжер 1, ввёрнутый в ползун привода, при движении которого в цилиндре 2, изменяется объем приводной камеры А;
• цилиндр 2, посредством которого корпус мембранной головки установлен на кронштейне привода;
• узел уплотнения плунжера 3;
• бак 5 с воздухоотделителем 6.

Приводная камера А состоит из двух полостей, соединенных отверстиями перфорированной стенки левой половины корпуса:

• полости цилиндра 2, ограниченной с одной стороны уплотнённым плунжером 1, а с другой – перфорированной стенкой левой половины корпуса 4;
• подмембранной полости, образованной мембраной 11 и профилированной поверхностью левой половины корпуса 4.

• нажимной стакан;
• нажимное кольцо;
• фонарь, предназначенный для подвода масла, которое не только смазывает плунжер и манжеты, но и образует гидравлический затвор, препятствующий попаданию воздуха в приводную камеру мембранной головки на такте всасывания. Масло в фонарь подводится через отверстие в цилиндре из подпиточного бака;
• грундбукса, служащая опорой плунжеру;
• набор шевронных манжет, которые зажимаются нажимным стаканом через нажимное кольцо и уплотняют плунжер мембранной головки.

На правой половине корпуса 10, являющейся основной деталью проточной части насоса, смонтированы нагнетательный 7 и всасывающий 12 клапаны. Нагнетательный клапан 7, отделяющий насосную камеру Б мембранной головки от линии нагнетания, установлен в верхней части корпуса мембранной головки, а всасывающий клапан 12, отделяющий насосную камеру Б мембранной головки от линии всасывания – в нижней. Технические характеристики и применяемость клапанов мембранных головок аналогичны клапанам плунжерных гидроцилиндров.

Бак 5 устанавливается на левой половине корпуса 4 и предназначен для хранения приводного масла, восполняющего утечки, и размещения воздухоотделителя. Он соединён проходным каналом с приводной камерой А, а трубками с узлом уплотнения плунжера 3 и подпиточным клапаном 13.

Воздухоотделитель 6 выполнен в виде двухседельного шарового клапана и служит для удаления газовых пузырьков из масла, находящегося в приводной камере мембранной головки. Бак 5 закрывается крышкой с прозрачным колпачком, позволяющим контролировать работу воздухоотделителя.

В левой половине корпуса 4 смонтирован подпиточный 13 и обратный 14 клапаны системы восполнения утечек. Подпиточный клапан 13 предназначен для восполнения утечек масла из приводной камеры мембранной головки маслом, хранящимся в баке. Обратный клапан 14 установлен в канале, связывающем подпиточный клапан с баком 5, и обеспечивает одностороннее движение масла из бака в приводную камеру для предотвращения обратных выбросов масла по каналу подпитки при такте нагнетания.

В нормальном положении подпиточный клапан 13 разобщает приводную камеру мембранной головки и полость бака 5. Подпиточный клапан 13 представляет собой седло со вставленным в него подпружиненным затворным элементом, на котором в верхней части выполнен собственно затвор, а в нижней – золотник, уплотняющий канал связи с полостью А. Полость между затворной и золотниковой частями соединена с баком. Надзатворная полость каналом сообщается с полостью цилиндра. Обратный клапан 14 представляет собой шариковый клапан со свободным шаром.

В нижней части левой половины корпуса 4 имеется сливное отверстие, соединённое проходным каналом с приводной камерой А и заглушаемое пробкой. Отверстие предназначено для слива масла из приводной камеры.

Работу мембранной головки с дифференциальным подпиточным клапаном можно разделить на такт всасывания и такт нагнетания.

Такт всасывания – ползун привода сообщает возвратно-поступательное движение плунжеру 1. При движении плунжера влево в масле, заполняющем приводную камеру А, происходит разрежение, в результате чего мембрана 11 прогибается в сторону камеры А, увеличивая объем насосной камеры Б мембранной головки. В результате увеличения объема в камере Б падает давление, вследствие чего образовавшийся перепад давлений на нагнетательном клапане 7 прижимает шарик к седлу, отсекая линию нагнетания от камеры Б. При этом перепад давлений на всасывающем клапане 12 поднимает шарик с седла, соединяя камеру Б с линией всасывания и обеспечивает подачу перекачиваемой жидкости в мембранную головку.

Такт нагнетания – при движении плунжера 1 вправо в камерах А и Б создаётся избыточное давление, прижимающее шарик всасывающего клапана 12 к седлу и поднимающее шарик нагнетательного клапана 7 над седлом. При этом происходит разобщение камеры Б и линии всасывания с одновременным её сообщением с линией нагнетания. При движении вперёд плунжер 1 посредством масла, заполняющего камеру А, воздействует на мембрану 11, которая в результате выгибается вправо, уменьшая объем камеры Б и подавая перекачиваемую жидкость в линию нагнетания.

На такте всасывания при падении давления в масле из него начинает выделяться растворённый в нём воздух. Воздух также может попадать в камеру А из атмосферы по уплотнению плунжера.

Наличие в камере А воздуха ведёт к уменьшению точности дозирования, так как способный сжиматься воздух компенсирует ход плунжера, уменьшая амплитуду колебаний мембраны 11, и, следовательно, уменьшая изменение объема камеры Б. Для удаления воздуха из заполняющего камеру А масла служит воздухоотделитель 6. Удаление газовых пузырьков в начале хода нагнетания и герметичность приводной камеры на большей части цикла работы обеспечивается попеременным открытием и закрытием каналов в сёдлах воздухоотделителя 6 при перемещении шарика между ними.

В процессе работы происходит утечка масла из приводной камеры мембранной головки через узел уплотнения плунжера 3 и через воздухоотделитель 6, поэтому возникает необходимость восполнять эти потери.

Этапы работы механизма восполнения утечек масла:

• утечки приводят к уменьшению объема жидкости, подаваемого в линию нагнетания, относительно объема, вытесняемого плунжером 1;
• прогиб мембраны 11 в сторону приводной камеры А в конце такта всасывания постепенно увеличивается;
• мембрана 11 ложится на профильную поверхность левой половины корпуса 4, перекрывая каналы, соединяющие полость цилиндра 2 и подмембранную полость приводной камеры А;
• при дальнейшем движении плунжера 1 влево создаётся перепад давлений между полостью цилиндра 2, в которой разрежение продолжает увеличиваться, и подмембранной полостью, в которой давление остаётся неизменным и равным давлению всасывания;
• перепад действует на золотник подпиточного клапана 13, открывая затвор клапана;
• масло из бака 5 поступает в полость цилиндра приводной камеры, восполняя потери;
• в начале такта нагнетания мембрана 11 отходит от перфорированной стенки, соединяя подмембранную полость и полость цилиндра приводной камеры;
• давление в обеих полостях выравнивается и подпиточный клапан 13 под действием пружины закрывается, отсекая приводную камеру мембранной головки от полости бака 5, а случае запаздывания запирания или при «зависании» подпиточного клапана разобщение осуществляет обратный клапан 14.

1 – электродвигатель; 2 – привод; 3 – гидроцилиндр; 4 – табличка; 5 – отсчётное устройство.

Рисунок 1 – Агрегат электронасосный дозировочный плунжерный одностороннего действия типа НДР.

1 – маховичок; 2 – стопор; 3 – линейка; 4 – стакан передний.

Рисунок 2 – Отсчётное устройство привода с регулировкой длины хода ползуна на ходу и при остановленном агрегате.

1 – лимб; 2 – гайка; 3 – вал эксцентрика; 4 – кольцо регулировочное.

Рисунок 3 – Отсчётное устройство привода с регулировкой длины хода ползуна только при остановленном агрегате.

1 – плунжер; 2 – стакан нажимной; 3 – цилиндр; 4 – кольцо нажимное; 5 – фланец цилиндра; 6 – штуцер клапана; 7 – хомут; 8 – гайка; 9 – винт; 10 – нагнетательный клапан; 11 – всасывающий клапан; 12 – ниппель;13 – гайка накидная; 14 – грундбукса; 15 – манжета; 16 –кольцо.

Рисунок 4 – Гидроцилиндр.

1 – плунжер; 2 – стакан нажимной; 3 – цилиндр; 4 – кольцо нажимное; 5 – фланец цилиндра; 6 – хомут; 7 – гайка; 8 – винт; 9 – штуцер клапана; 10 – нагнетательный клапан; 11 – всасывающий клапан; 12 – ниппель; 13 – гайка накидная; 14 – грундбукса; 15 – манжета; 16 – штуцер промывочный; 17 – кольцо; 18 – фонарь.

Рисунок 5 – Гидроцилиндр.

 
1 – плунжер; 2 – стакан нажимной; 3 – цилиндр; 4 – кольцо нажимное; 5 – фланец цилиндра; 6 – штуцер промывочный; 7 – фонарь; 8 – кольцо опорное; 9 – кольцо; 10 – нагнетательный клапан; 11 – всасывающий клапан; 12 – гайка накидная; 13 – патрубок; 14 – грундбукса; 15 – манжета; 16 – кольцо; 17 – винт нажимной.

Рисунок 6 – Гидроцилиндр.

1 – плунжер; 2 – стакан нажимной; 3 – цилиндр; 4 – кольцо нажимное; 5 – фланец цилиндра; 6 – штуцер промывочный; 7 – фланец клапана; 8 – фланец патрубка; 9 – патрубок; 10 – нагнетательный клапан; 11 – всасывающий клапан; 12 – гайка; 13 – шпилька; 14 – грундбукса; 15 – манжета; 16 – фонарь; 17 – кольцо разрезное.

Рисунок 7 – Гидроцилиндр.

1 – плунжер; 2 – цилиндр; 3 – узел уплотнения плунжера; 4 – половина корпуса левая; 5 – бак; 6 – воздухоотделитель; 7 – нагнетательный клапан; 8 – гайка; 9 – шпилька; 10 – половина корпуса правая; 11 – мембрана; 12 – всасывающий клапан; 13 – клапан подпиточный; 14 – клапан обратный; 15 – шпилька.

Рисунок 8 – Мембранная головка с дифференциальным подпиточным клапаном.