Патент на изобретение №2227058

(54) УСТРОЙСТВО ДЛЯ ОБРАБОТКИ ТЕКУЧЕЙ СРЕДЫ

(57) Реферат:

Изобретение относится к устройству для обработки текучей среды. Устройство содержит несколько колонок, размещенных на общей вращающейся раме, через которые пропускают текучую среду. Колонки снабжены средствами подачи и отвода текучей среды, соединенными с вращающимся элементом, следующим движению опорной рамы. На раме расположен вспомогательный элемент, поворачивающийся вслед за движением вращающегося элемента на ограниченный угол и возвращающийся назад. Вспомогательный и вращающийся элементы снабжены взаимодействующими отверстиями для подачи или отвода текучей среды. Вспомогательный элемент снабжен соединениями со стационарными средствами подачи или отвода текучей среды. Устройство содержит датчики, определяющие положение вращающегося и/или вспомогательного элементов и соединенные со средством управления, управляющим движением указанных элементов. Предусмотрены также датчики, предназначенные для обеспечения точного совмещения после возвратного движения друг над другом отверстий во вспомогательном и вращающемся элементах. Изобретение позволяет свести к минимуму прерывание потока текучей среды, упростить конструкцию. 7 з.п. ф-лы, 3 ил.

Настоящее изобретение относится к устройству для обработки текучей среды.

В патенте Франции № 1506445 раскрыто устройство для обработки текучей среды, содержащее несколько колонок, через которые пропускают текучую среду и которые размещены на общей вращающейся опорной раме и снабжены средствами подачи и отвода текучей среды, соединенными с вращающимся элементом, по существу, следующим движению опорной рамы. На раме расположен вспомогательный элемент, поворачивающийся вслед за движением вращающегося элемента на ограниченный угол и возвращающийся назад. Вспомогательный элемент и вращающийся элемент снабжены взаимодействующими отверстиями для подачи или отвода текучей среды. Вспомогательный элемент снабжен соединениями со стационарными средствами подачи или отвода текучей среды. Это устройство имеет общий двигатель, предназначенный как для вращения вращающегося элемента, так и для поворотного движения вспомогательных элементов. Этот привод состоит из электромагнита и пружины. Вращательное движение реализуется путем развиваемого пружиной постоянного усилия давления. Посредством фиксатора вращающийся элемент соединяется с приводным движением пружины.

Пружину сжимают путем отвода назад электромагнитом при его включении. При этом возвратном движении вспомогательный элемент также движется назад, но благодаря упомянутому выше фиксатору этого не происходит с вращающимся элементом.

Указанное устройство является лабораторным устройством, т.е. предназначенным для работы с очень небольшими объемами материалов. В процессе возвратного движения под воздействием электромагнитной силы вращающийся элемент будет двигаться медленнее и, возможно, даже остановится. Возвратное движение является очень быстрым, неконтролируемым движением.

Такая конструкция не может быть усовершенствована. Под совершенствованием подразумевается промышленное применение хроматографических колонок. Применяются колонки размерами порядка метра и диаметром от нескольких сантиметров до метра или более. Вращающийся элемент, опорная рама, на которой размещены такие колонки, могут иметь вес от многих сотен килограммов до сотен тонн. В данном устройстве шаговое перемещение невозможно. В процессе быстрого возвратного движения, реализуемого посредством электромагнитной силы, возможно нанесение неприемлемого ущерба на разделительной поверхности между вращающимся элементом и вспомогательным элементом.

Техническим результатом настоящего изобретения является создание устройства для обработки текучей среды, которое может быть использовано в промышленных, “крупных” масштабах и в котором возможно возвратно-поступательное движение вспомогательного элемента.

Указанный технический результат достигается тем, что устройство для обработки текучей среды содержит несколько колонок, через которые пропускают текучую среду и которые размещены на общей вращающейся опорной раме и снабжены средствами подачи и отвода текучей среды, соединенными с вращающимся элементом, по существу, следующим движению опорной рамы, на которой расположен вспомогательный элемент, поворачивающийся вслед за движением вращающегося элемента на ограниченный угол и возвращающийся назад, причем вспомогательный элемент и вращающийся элемент снабжены взаимодействующими отверстиями для подачи или отвода текучей среды, вспомогательный элемент снабжен соединениями со стационарными средствами подачи или отвода текучей среды. Согласно изобретению устройство имеет датчики, определяющие положение вращающегося элемента и/или вспомогательного элемента и соединенные со средством управления управляющим движением вспомогательного элемента и/или вращающегося элемента, и датчики, предназначенные для обеспечения точного совмещения после возвратного движения друг над другом отверстий во вспомогательном и вращающемся элементах.

Указанные датчики используются для осуществления движения вспомогательного элемента и вращающегося элемента соответственно, поскольку в промышленном устройстве движение вращающегося элемента относительно вспомогательного элемента с трудом поддается контролю. Таким путем можно выполнить отверстия вспомогательного элемента и вращающегося элемента, расположенные друг против друга и имеющие приблизительно одинаковые размеры. Это является отличием от конструкции, приведенной в описании изобретения к патенту Франции 1506445, где один из указанных элементов снабжен кольцеобразным каналом, так что отверстие в другом элементе может размещаться в различных положениях, при которых сохраняется канал для текучей среды. Применение конструкции с большим количеством отверстий нежелательно.

Привод вспомогательного элемента может содержать электродвигатель, управляемый средством управления.

Вращающийся элемент может содержать привод для его непрерывного вращения.

Средство подачи или отвода текучей среды к вспомогательным элементам может содержать гибкий шланг.

Датчики могут являться датчиками, определяющими положение вращающегося элемента и вспомогательного элемента, и соединены со средством управления, оказывающим влияние на движение вспомогательного элемента и/или опорной рамы.

Вращающийся элемент может быть соединен с опорной рамой. Вращающийся элемент может быть размещен ниже указанных колонок.

Указанный ограниченный угол может определяться формулой =360/n, где n – количество колонок на опорной раме.

Датчики позволяют точно определить положение во время каждого возвратного движения. При каждом обороте двигателя датчики могут генерировать несколько импульсов. Эти импульсы подсчитываются и позволяют контролировать у обоих двигателей как частоту оборотов, так и положение. Каждое устройство, известное до сих пор, может включать в себя как описанные выше датчики, так и соответствовать приведенному ниже описанию.

Согласно изобретению вспомогательный элемент, т.е. стационарная клапанная пластина, реализует поворот на ограниченный угол. В связи с этим указанная клапанная пластина реализует возвратное движение. Такая конструкция может быть выполнена относительно просто и с экономией площади.

Дальнейшего упрощения можно достичь в случае размещения клапанной пластины или вспомогательного элемента возле нижней части колонки. Благодаря этому конструкцию можно сделать компактной, упростив доступ для целей обслуживания. Это особенно справедливо в случае более высокого устройства высотой, например, 2-7,5 метра.

Со вспомогательным элементом, соответственно стационарной клапанной пластиной, возможно осуществление всех имеющих значение движений. То есть стационарная клапанная пластина или вспомогательный элемент следует вращению вращающейся клапанной пластины или вращающегося элемента на определенный угол, после чего возвращается назад на такой же угол таким образом, чтобы первые отверстия во вращающихся элементах во время первой части этого движения находились против первых отверстий во вспомогательном элементе и чтобы после возвратного движения первые отверстия вращающегося элемента находились против вторых отверстий во вспомогательном элементе.

Стационарная клапанная пластина будет сообщаться с окружающей средой в основном с помощью гибких шлангов, что допускает возможность ограниченного вращения.

Управление различными движениями в соответствии с настоящим изобретением можно значительно упростить по сравнению с известными техническими решениями. Значительно сокращаются проблемы синхронизации. В известных технических решениях необходимо принять особые меры для того, чтобы избежать возникновения проблем в случае, если команда на возвратное движение не передается или передается слишком быстро. В предлагаемой конструкции достаточно простых средств для управления различными движениями одно относительно другого.

Для управления указанными характеристиками как на опорной раме, так и на вспомогательном элементе должны находиться датчики. Естественно, возможно присутствие средств блокировки для осуществления сопряжения между вспомогательным элементом и опорной рамой или вращающимся элементом. Однако это может не потребоваться в большинстве случаев применения, и различные отверстия могут быть размещены друг против друга путем управления приводным двигателем, вспомогательным элементом или вращающимся элементом или тем и другим вместе. Любой неточности можно избежать за счет выполнения отверстий частично в форме пазов.

Упомянутый выше ограниченный угол, на который вспомогательный элемент поворачивается относительно окружающей среды, определяется количеством колонок. Этот угол может быть меньше при большем количестве колонок.

Согласно предпочтительному варианту реализации изобретения между вспомогательным и вращающимся элементами помещается тефлоновое кольцо. Оно служит опорным кольцом. Тефлон обладает отличными характеристиками по уменьшению трения, а также служит прекрасным уплотнением. Однако обнаружено, что частота вращения предмета, находящегося с другой стороны опоры, т.е. детали, скользящей по тефлону, должна быть не слишком велика, поскольку в противном случае тефлоновое кольцо может получить неприемлемые повреждения. В случае применения частоты вращения включенного электродвигателя, как в случае, приведенном в описании изобретения к патенту Франции 1506445, такое повреждение будет иметь место. В случае применения, например, электродвигателя с меньшей частотой вращения таких повреждений можно избежать.

Ниже изобретение будет описано более подробно со ссылкой на вариант его реализации, изображенный на чертежах:

фиг.1 изображает вид сбоку поперечного сечения варианта устройства для обработки текучей среды согласно настоящему изобретению;

фиг.2 – вид сверху вращающегося элемента и вспомогательного элемента устройства в первом положении;

фиг.3 – вид, аналогичный фиг.2, во втором положении.

На фиг.1 показано устройство 1 для обработки текучей среды, являющееся предметом настоящего изобретения. Устройство содержит несколько колонок 2, в которых осуществляют химическую и/или физическую реакцию с текучей средой, пропускаемую через колонку. Колонки 2 опираются на опорную раму 3, которая, в свою очередь, с помощью очень схематически показанного подшипника 4 опирается на основание 5. Опорная рама 3 и колонки 2 установлены с возможностью вращения, так что текучая среда может подвергаться различным последовательным видам обработки. Для обеспечения сообщения с окружающей средой предусмотрен поворотный клапан 6.

Показанная конструкция вращается вокруг вала 7. С одной стороны, этот вал 7 жестко соединен с опорной рамой 3, а с другой стороны, он снабжен шкивом 8. Естественно, что имеется также подходящий подшипник. Шкив 8 через ремень соединен со шкивом 9 приводного двигателя 10. Вокруг вала 7 размещена втулка 11, которая может поворачиваться относительно вала 7 и через шкивы 12, 13 приводиться в движение двигателем 14. Это означает, что в показанной конструкции опорная рама 3 может вращаться независимо от втулки 11.

Колонка 2 снабжена трубопроводами 18, 19, открывающимися в верхний диск 20 или в верхнюю клапанную пластину поворотного клапана. Верхний диск 20 предпочтительно изготовлен из пластмассы. Диск 20 соединен не допускающим относительного вращения образом с валом 7 и поэтому выполняет такое же вращательное движение, как и опорная рама 3. Диск 20 снабжен отверстиями, соответствующими трубопроводам 18, 19. Два из этих отверстий обозначены позициями 29, 30 на фиг.2 и 3.

Диск 20 герметично прилегает к стационарному или вспомогательному диску 21. Вспомогательный диск 21 предпочтительно изготовлен из металла, такого как сталь, сплав “Хастеллой” или другие материалы, известные в данной области техники. В случае необходимости между дисками 20, 21 может быть помещен дополнительный диск. Возможно применение тефлонового кольца 38. Это кольцо 38 служит опорой и уплотнительным кольцом между дисками 20, 21. Кроме того, уплотнение может быть помещено в выемках 39, 40 в дисках 20, 21 соответственно. Этим уплотнением может служить радиальное уплотнение 41. Диск 21 соединен не допускающим относительного вращения образом со втулкой 11. Диск 21 аналогичным образом снабжен отверстиями 33, 34, 36, 37 (фиг.2, 3). К этим отверстиям присоединены трубопроводы 22, 23, обладающие определенной гибкостью. Все это спроектировано таким образом, что диск 21 может поворачиваться возвратно-поступательным образом на определенный угол, не создавая излишней нагрузки на эти трубопроводы 22, 23. Трубопроводы 22, 23 присоединены соответственно для подачи и отвода обрабатываемой текучей среды.

Датчик 24 определяет положение опорной рамы 3, в то время как датчик 26 определяет положение втулки 11. Результирующие сигналы передаются на средство 25 управления, управляющее вращением двигателя 14. Средство 25 управления может также использоваться для управления вращением двигателя 10. На фиг.2 и 3 показаны несколько увеличенные изображения дисков 20, 21 и отверстий 29, 30 в диске 20 и 33, 34, 36, 37 в диске 21.

Описанное выше устройство действует следующим образом. Начиная с первого положения, показанного на фиг.1, двигатель 10 вращается непрерывно, т.е. опорная рама совершает непрерывное вращательное движение. Это движение показано на фиг.2 стрелкой 31.

Первую часть этого движения сопровождает диск 21, т.е. управление двигателем 14 с помощью средства 25 управления осуществляется таким образом, что диск 21 движется во время первой части движения, по существу, с такой же скоростью, как и диск 20. В результате отверстия 29, 30 совмещаются с отверстиями 33, 34. Управление может осуществляться сигналами, посылаемыми датчиками 24, 25. После того, как диск 20 повернется на заданный угол, который предпочтительно определяется следующей формулой: =360/n, где n – количество колонок 2, диск 20 продолжает вращение, поскольку опорная рама 3 продолжает выполнять непрерывное вращательное движение. Однако движение диска 21 прекращается, и этот диск быстро возвращается обратно в направлении, указанном стрелкой 35, так что отверстия 29, 30 совмещаются с отверстиями 36, 37 (фиг.3). Затем более медленному вращению диска 20 снова следует диск 21 вплоть до поворота на указанный выше угол, после чего вновь повторяется возвратное движение.

В случае необходимости отверстия 29, 30, 33, 34, 36, 37 могут быть выполнены в форме пазов.

Ясно, что таким образом достигается сведение к минимуму прерывания потока текучей среды, что способствует оптимизации длительности реакции. Кроме того, устройство может иметь относительно простую конструкцию, не требуя дополнительных конструкционных изменений.

Можно также без особых трудностей преобразовать существующие установки с целью повышения их производительности.

Хотя изобретение описано выше со ссылкой на предпочтительный вариант реализации, специалистам в данной области техники должно быть понятно, что существует возможность осуществления многочисленных модификаций, что очевидно специалисту в данной области техники. В частности, например, существуют многочисленные варианты конструкции вертлюга или клапана 6.

Формула изобретения

1. Устройство (1) для обработки текучей среды, содержащее несколько колонок (2), через которые пропускают текучую среду и которые размещены на общей вращающейся опорной раме (3) и снабжены средствами (18, 19) подачи и отвода текучей среды, соединенными с вращающимся элементом (20), по существу следующим движению опорной рамы, на которой расположен вспомогательный элемент (21), поворачивающийся вслед за движением вращающегося элемента на ограниченный угол (а) и возвращающийся назад, причем вспомогательный элемент (21) и вращающийся элемент (20) снабжены взаимодействующими отверстиями для подачи или отвода текучей среды, вспомогательный элемент (21) снабжен соединениями со стационарными средствами (22, 23) подачи или отвода текучей среды, отличающееся тем, что оно имеет датчики (24, 26), определяющие положение вращающегося элемента и/или вспомогательного элемента и соединенные со средством (25) управления, управляющим движением вспомогательного элемента и/или вращающегося элемента (20), и датчики, предназначенные для обеспечения точного совмещения после возвратного движения друг над другом отверстий во вспомогательном и вращающемся элементах.

2. Устройство по п.1, отличающееся тем, что привод вспомогательного элемента содержит электродвигатель (14), управляемый средством (25) управления.

3. Устройство по одному из пп.1-2, отличающееся тем, что вращающийся элемент содержит привод для его непрерывного вращения.

4. Устройство по одному из пп.1-3, отличающееся тем, что средство (22, 23) подачи или отвода текучей среды к вспомогательному элементу содержит гибкий шланг.

5. Устройство по одному из пп.1-4, отличающееся тем, что датчики (24, 26) являются датчиками, определяющими положение вращающегося элемента и вспомогательного элемента, и соединены со средством (25) управления, оказывающим влияние на движение вспомогательного элемента и/или опорной рамы (3).

6. Устройство по одному из пп.1-5, отличающееся тем, что вращающийся элемент соединен с опорной рамой (3).

7. Устройство по одному из пп.1-6, отличающееся тем, что вращающийся элемент размещен ниже указанных колонок (2).

8. Устройство по одному из пп.1-7, отличающееся тем, что указанный ограниченный угол определяется формулой: а=360/n, где n – количество колонок на опорной раме (3).

РИСУНКИ