氣動雙隔膜泵的製作方法

2023-07-04 19:53:36 3

本發明涉及對氣動雙隔膜泵作出的改善。更具體地，本發明涉及對泵的軸和軸套進行改進以減少泵的空氣消耗的氣動雙隔膜泵。

背景技術：

氣動雙隔膜泵或者aodd泵是容積式往復泵，該泵利用壓縮空氣進行工作在隔膜上施加壓力，這產生抽吸作用以使流體移動。在流體本質上有研磨作用或者流體包含使用傳統軸向旋轉泵無法泵送的懸浮顆粒時，aodd泵是尤其有用的。由於泵送動作是通過由在容納待泵送流體的兩個增壓室內振蕩的軸連接的耐磨、柔性、合成的隔膜產生的，因此，aodd泵不像傳統軸向旋轉泵那樣容易損壞。

圖1a到1d示出了現有技術的氣動雙隔膜泵或者aodd泵是如何運行的。儘管一個製造商和另一個製造商設計的aodd泵不相同，但是圖1a中示出一般的設計。每一個泵(10)具有壓縮空氣入口(11)，通過該空氣入口(11)供應來自諸如空氣壓縮機等外部源的壓縮空氣。導向閥(12)引導壓縮空氣進入兩個腔室中的一個腔室(13a/13b)，其中，每一個腔室(13a/13b)是被隔膜(14a/14b)分為兩個空間的容積空間，其中，一側可以填充空氣而另一側可以填充流體。隔膜(14a/14b)由於在腔室(13a/13b)中的壓縮空氣和在另一側的待泵送流體之間的壓力差而能夠移動，以產生引起流體行進的泵送動作。兩個隔膜(14a/14b)被連接軸(15)驅動，使得在一側的腔室(13a)中的隔膜(14a)的運動引起在另一側的腔室(13b)中的隔膜(14b)的運動。流體經過流體入口(19)進入如圖1a中所示的泵中並且經過流體出口(20)離開，止回閥(18)產生存在於腔室(13a/13b)的流體側的流體的定向流動。

在圖1a中，泵(10)在其內不具有任何流體並且被供應壓縮空氣，該壓縮空氣被導向閥(12)引導進入位於泵(10)的右側的腔室(13b)的空氣側中。當壓縮空氣被引導進入右腔室(13b)中時，增強的壓力引起右側隔膜(14b)朝著右側移動，並且與此同時，連接軸(15)朝右拉動在左腔室(13a)處的左隔膜(14a)。在右腔室(13b)的流體側處的空氣被朝著流體出口(20)排出，同時，由左隔膜(14a)的移動引起的在左腔室(13a)的流體側的較低壓力從流體入口(19)吸入流體。

在圖1b中，右隔膜(14b)已經被完全推到右側，這還引起左隔膜(14a)被完全推到右側。然後，導向閥(12)引導壓縮空氣流進入左腔室(13a)的壓縮空氣側中，由於壓縮空氣壓力在左腔室(13a)的壓縮空氣側處增加並且大於在左腔室(13a)的流體側的流體壓力因此引起左隔膜(14a)開始向左移動。在右腔室(13b)的壓縮空氣側處的壓縮空氣被允許離開到壓縮空氣出口(17)。一般地，每個腔室(13a/13b)具有開口，該開口在腔室(13a/13b)被填充壓縮空氣以使隔膜(14a/14b)移動時允許空氣排出到壓縮空氣出口(17)，然而，某些泵可以具有排氣閥(16)，該排氣閥16僅在打開時允許空氣離開但是在腔室(13a/13b)被填充壓縮空氣以使隔膜(14a/14b)移動時保持閉合。

在圖1c中，示出隨著左隔膜(14a)朝左移動，從流體入口(19)吸入左腔室(13a)的流體側的流體被朝著流體出口(20)泵送。止回閥(18)確保流體朝著流體出口(20)移動並且防止流體回流到流體入口(19)。與此同時，流體通過右隔膜(14b)跟隨左隔膜(14a)移動的移動被從流體入口(19)吸入右腔室(13b)的流體側。在右腔室(13b)中殘留的任何壓縮空氣被迫向外到達壓縮空氣出口(17)。

在圖1d中，左隔膜(14a)和右隔膜(14b)兩者已經完全移動到左側。在左腔室(13a)的流體側處的流體已經被向上泵送，並且當左隔膜(14a)向右移動時更多流體可以從流體入口(19)吸入。現在，由右隔膜(14b)向左移動吸入的在右腔室(13b)的流體側處的流體準備朝著流體出口(20)被向上泵送。導向閥(12)將壓縮空氣引導到右腔室(13b)，這引起右隔膜(14b)與左隔膜(14a)一起向右移動並且開始新的循環。

在現有技術aodd泵中的這種布置具有內在的劣勢，例如由於壓縮空氣不得不輪流被引導到每個腔室，這導致慣性損失(當隔膜轉變方向時損失了有用能量)，所以泵的效率差。此外，為了增加泵的效率，更多的部件被增加以執行更多的功能，這導致每個泵的成本增加並且轉而由於高數量的部件需要維護而使維修變得更昂貴。由於aodd泵需要更多電力以產生相同的輸出，因此aodd泵與軸向旋轉泵相比效率更低。然而，由於aodd泵能夠在軸向旋轉泵不能工作的情形中工作的優勢，因此aodd泵仍舊非常受歡迎並且存在提供更有效率的aodd泵的需求。

技術實現要素：

本發明涉及氣動雙隔膜泵，其中，泵布置有軸和軸套。軸包括允許空氣通過的多個凹部，並且軸套適於容納軸並且和軸滑動配合。軸套包括形成在軸套上的通氣孔和形成在軸套的每個端部處的孔以允許空氣通過。該軸和軸套配置允許壓縮空氣在泵完成隔膜衝程之前從滑閥被更快地排出，並且允許滑閥改變方向。當滑閥正在改變方向時，泵將通過軸的動量完成隔膜衝程。滑閥方向的快速改變還允許一些壓縮空氣殘留在腔室中而沒有被完全排盡，並且該殘留的壓縮空氣可以用於下一個衝程，由此通過減少空氣消耗來產生更高的效率。

附圖說明

附圖構成說明書的一部分並且包括本發明的示例性或優選實施例，而本發明可以表現為不同形式。然而，應當理解，公開的優選實施例僅僅是本發明的例子。因此，本文公開的附圖不應當解釋為限制性的，而僅僅是用於權利要求以及用於教導本領域技術人員的基礎。

圖1a示出了現有技術氣動雙隔膜泵的示意性正面剖視圖，其中，該泵的腔室填充有壓縮空氣以泵送流體。

圖1b示出在圖1a中所示的現有技術氣動雙隔膜泵的示意性正面剖視圖，其中，該泵的一個腔室完全充滿壓縮空氣和另一個腔室填充有流體。

圖1c示出在圖1a中所示的現有技術氣動雙隔膜泵的示意性正面剖視圖，其中，該泵的一個腔室填充有壓縮空氣的腔室並且排出流體，而在另一個腔室中，在吸入液體的同時允許在空氣側處的空氣離開。

圖1d示出在圖1a中所示的現有技術氣動雙隔膜泵的示意性正面剖視圖，其中，該泵的一個腔室中液體被完全排出並且該腔室充滿壓縮空氣，並且另一個腔室中完全排出空氣並且充滿流體。

圖2a示出在本發明優選實施例中使用的軸套的軸側圖。

圖2b示出圖2a中所示軸套的沿著圖2d的剖面線b-b的俯視剖視圖。

圖2c示出圖2a中所示軸套的沿著圖2d的剖面線c-c的正面剖視圖。

圖2d示出圖2a中所示軸套的正面圖。

圖3a示出在本發明優選實施例中使用的軸的軸側圖。

圖3b示出圖3a中所示軸的俯視圖。

圖3c示出圖3a中所示軸的沿著圖3b的剖面線a-a的正面剖視圖。

圖3d示出圖3a中所示軸的沿著圖3c的剖面線b-b的側剖視圖。

圖4a示出與軸套滑動配合的軸的正面剖視圖。

圖4b示出圖4a中所示的相同的軸和軸套，其中軸已經移動到終點。

圖5a示出本發明優選實施例的氣動雙隔膜泵的正面剖視圖，其中，該泵具有填充有壓縮空氣以泵送流體的腔室。

圖5b示出在圖5a中所示的氣動雙隔膜泵的正面剖視圖，其中，該泵的一個腔室填充有壓縮空氣，並且另一個腔室填充有流體。

圖5c示出在圖5a中所示的氣動雙隔膜泵的正面剖視圖，其中，該泵的一個腔室填充有壓縮空氣並且排出流體，而在另一個腔室中，在吸入液體的同時允許空氣側處的空氣離開。

圖5d示出在圖5a中所示的氣動雙隔膜泵的正面剖視圖，其中，該泵的一個腔室中液體被完全排出並且該腔室充滿壓縮空氣，並且另一個腔室完全排出空氣並且充滿流體。

具體實施方式

本發明的優選實施例的詳細描述在本文中公開。然而，應當理解，實施例僅僅是本發明的例子，而本發明可以表現為不同形式。因此，本文公開的細節不應當解釋為限制性的，而僅僅是用於權利要求以及用於教導本領域技術人員的基礎。在說明書中使用的數值數據或者數值範圍不應當解釋為限制性的。

諸如左腔室和右腔室等部件的位置被放置為幫助理解本發明，本領域技術人員應當理解，這種部件的位置不必被限制為本說明書中這些部件被描述的樣子，並且這些部件的位置可以基於製造商的配置而不同。

在本發明的優選實施例中，對aodd泵的部件的配置做出改變，具體地，對軸套和與軸套配合的軸做出改變。這種改變能夠在增加aodd泵的流速的同時減小壓縮空氣的消耗率，這是通過減小空氣從壓縮空氣入口行進到壓縮空氣出口的阻礙並且減小軸和軸套之間的機械摩擦來實現的。

圖2a示出軸套(28)的軸側圖，圖2b示出相同的軸套(28)的俯視剖視圖，圖2c示出軸套(28)的側剖視圖，以及圖2d示出軸套(28)的正視圖。在軸套(28)一側的開口(21)允許軸穿過並且對應於與軸套(28)配合以實現滑動配合的軸的直徑。通氣孔(22)用於允許壓縮空氣在aodd泵運行期間通過。孔(24)從壓縮空氣入口接收壓縮空氣，然後該壓縮空氣被引導到腔室中以使隔膜移動。從示出俯視剖視圖的圖2b和示出沿著軸套(28)的縱向側面的側剖視圖的圖2c中可以看到，軸套(28)的內徑不是恆定的而是通過沿著軸套(28)的內表面的長度布置的肋部(26)在軸套(28)的不同部段處變化，以增加軸套緩衝區域，軸套緩衝區域通過提供用於空氣行進的間隙並且允許軸在軸套(28)中平滑地滑動(這是由於引起軸套(28)和軸之間的摩擦的表面區域減小)，來改善軸套(28)和軸之間的空氣流動。這些肋部(26)朝著軸從軸套(28)的內表面徑向地突出並且與軸滑動接觸。優選地，軸套(28)由塑料材料例如丙烯腈(abs)、縮醛樹脂(derlin)、高密度聚乙烯(hdpe)、低密度聚乙烯(ldpe)、聚乙烯(pe)製造，然而，具有低摩擦的任何硬質材料同樣適用。

圖3a示出軸(30)的軸側圖，圖3b示出相同的軸(30)的俯視圖，圖3c示出軸(30)的正面剖視圖，以及圖3d示出軸(30)的側剖視圖。軸具有縱長地布置在軸(30)的中間部分處的凹部(34)。這些凹部(34)用於允許空氣自由地通過。軸(30)在其端部緊固到aodd泵的左隔膜和右隔膜，其中，螺紋孔(32)允許在aodd泵的軸(30)和隔膜之間的機械連接。該螺紋孔(32)適於容納螺釘、螺母或者構造為螺紋連接的任何細長元件。或者，軸的端部(32)可以不包括螺紋孔(32)但是包括允許機械連接到隔膜的其它裝置(例如螺紋端、配合連接件)，或者允許永久連接(例如焊接或者粘接)。類似於軸套(28)，軸(30)優選地由諸如abs、hdpe、ldpe、pe等塑料材料製造，或者由低摩擦的任何硬質材料製造。

圖4a示出被軸套(28)保持的軸(30)的剖視圖。壓縮空氣被允許通過軸套(28)的通氣孔(22)和孔(24)。由於在軸(30)上存在凹部(34)，所以當凹部(34)與孔(24)和通氣孔(22)對齊時壓縮空氣被允許自由地通過而不被堵塞。滑閥(未示出)將壓縮空氣引導到軸套(28)的一側，壓縮空氣進入第一腔室並且開始第一衝程，由此，軸(30)移動到第一終點，其中，終點是軸(30)不經過並且反而改變方向的端點。當軸(30)從一個終點行進到另一個終點時，衝程完成。

如圖4b中所示，當軸(30)移動到結束第一衝程的第一終點時，在軸(30)上的凹部(34)與軸套(28)的孔(24)和通氣孔(22)對齊以建立如下路徑，該路徑允許被從滑閥引導到孔(24)的空氣通過由凹部(34)與孔(24)和通氣孔(22)對齊而被建立的路徑排出並排盡。這產生引起滑閥改變方向並且將空氣引導到軸(30)和軸套(28)的另一側的壓差。當滑閥改變方向時，滑閥將壓縮空氣轉向到通往第二腔室的軸套(28)的另一側，以開始下一個衝程。由於滑閥供應空氣的方向的快速改變，一定體積的空氣在下一個衝程期間殘留在腔室中而沒有被完全排出。這使得泵在下一個衝程使用更少的空氣。此外，由於在腔室中的空氣被排空時軸不暫停且不在終點處停止，而是立即改變方向並且向另一個點移動，因此當軸改變方向時慣性損失被最小化。同樣地，提高了泵的轉向速率(shiftingrate)。與具有相同空氣消耗速度的現有技術aodd泵相比，這實際上增加了泵的流速以允許輸出增加。相對比，產生與現有技術aodd泵相同的輸出的泵比現有技術aodd泵消耗的空氣少30-40％。

圖5a示出本發明的優選實施例，其中，aodd泵(40)布置有如圖2a到2d所示的軸套(28)和如圖3a到3d所示的軸(30)。滑閥(42)代替傳統的導向閥，該滑閥基於滑閥(42)的位置將壓縮空氣從壓縮空氣入口(41)引導到兩個腔室(43a/43b)中的一個。腔室(43a/43b)的內容積面積被隔膜(44a/44b)分開並且允許空氣和流體被泵入腔室(43a/43b)以及從這些腔室(43a/43b)泵出。本領域技術人員應當理解，隔膜(44a/44b)將腔室(43a/43b)的空氣側和流體側分開並且不允許空氣/流體混合。與傳統的現有技術中的aodd泵相同，壓縮空氣首先被引入腔室中，該腔室在本圖中示為aodd泵(40)的右腔室(43b)。由於在右腔室(43b)的壓縮空氣側的腔室中壓縮空氣的壓力大於佔據腔室(43b)的流體側的空氣的壓力，因此右隔膜(44b)向右移動，這也引起通過軸(30)連接到右隔膜(44b)的左隔膜(44a)向右移動。左隔膜(44a)的向右移動使得流體被吸入左腔室(43a)的流體側。由於在兩個腔室(43a/43b)中都沒有排氣閥，因此當右腔室(43b)被加壓時，氣體被允許排出並且從壓縮空氣出口(45)離開，同時。另外，泵(40)被構造為使得在壓縮空氣入口(41)和壓縮空氣出口(45)之間的壓縮空氣路徑中的空氣阻力最小化。這通過設置在壓縮空氣入口(41)和壓縮空氣出口(45)之間的用於壓縮空氣行進的路徑(諸如在軸套(28)上形成的通氣孔(22)和在軸(30)上的凹部(34)等)來實現。通過減小空氣阻力，更少的空氣被困在左腔室(43a)和右腔室(43b)之間，這實際上減小軸(30)的機械阻力。

在圖5b中，軸(30)、左隔膜(44a)和右隔膜(44b)已經移動到右側終點。這使得凹部(34)與在軸套(28)右側的孔(24)對齊。現在，壓縮空氣不再填充右腔室(43b)而是被朝著壓縮空氣出口(45)引導。這還引起軸(30)與左隔膜(44a)和右隔膜(44b)一起轉變方向。壓差使得滑閥(42)移動到允許壓縮空氣被引導到左腔室(43a)的另一個位置。

現在如圖5c所示，壓縮空氣在左腔室(43a)的空氣側的壓力的建立使得壓縮空氣的壓力大於被吸入左腔室(43a)的流體側的流體的壓力，並且流體被向外泵送，同時，流體被吸入右腔室(43b)的流體側中。與現有技術aodd泵一樣，止回閥(未示出)確保流體不會回流到流體入口並且流體僅在朝著流體出口的一個方向上運動。

在圖5d中，軸(30)、左隔膜(44a)和右隔膜(44b)已經到達左側終點並且改變方向。由於軸(30)的轉向速率增加，到軸(30)、左隔膜(44a)和右隔膜(44b)轉變方向時壓縮空氣沒有從右腔室(43b)完全排空並且一定量的壓縮空氣殘留在右腔室(43b)的壓縮空氣側。因此，使右腔室(43b)增壓所需要的壓縮空氣的量變少，並且這轉化為需要的較少的壓縮空氣來使aodd泵工作。現在，流體可以被再次吸入左腔室(43a)的流體側，同時，被吸入右腔室(43b)的流體側中的流體被向外泵送。凹部(34)與在軸套(28)左側的孔(24)對齊並且空氣被允許離開到壓縮空氣出口(45)。軸(30)、左隔膜(44a)和右隔膜(44b)向右移動，並且開始新的循環。