深井灌溉泵的製作方法
2023-05-08 12:31:26
專利名稱：深井灌溉泵的製作方法
技術領域：
本發明通常涉及抽吸裝置。
下面參照以下附圖來簡要地描述本發明的典型實施例圖1示出了根據在這裡描述的本發明的一個方面。
圖2示出了根據在這裡描述的本發明的第二方面。
圖3示出了根據在這裡描述的本發明的第三方面。
圖4示出了根據在這裡描述的本發明的第四方面。
圖5示出了根據在這裡描述的本發明的第四方面。
圖6示出了根據在這裡描述的本發明的第四方面。
發明描述從以下參考附圖的描述中，本發明的方式、特徵和優點將變得更容易理解。以下為本發明的優選實施例。對於本領域技術人員顯而易見的是，上述內容僅僅是說明性而不是限制性的，只藉助於實例來陳述。除非特意聲明，否則在本描述中公開的特徵可通過實現同樣目的、等同方案或者相似目的的選擇特徵來替代。因此，本發明修改的許多其他實施例被認為屬於在這裡限定以及另外等同方案的本發明範圍內。
圖1示出了根據本發明構造的有效泵設備100的典型實施例。如圖所示，所述泵設備包括鬆動設置在缸體內的活塞組件。活塞組件包括連接頂部滲漏活塞的驅動索纜和具有與之連接止回閥的底部滲漏活塞。缸體包括在其上部的出口管和位於該缸體下端的止回閥。以下是泵設備100的關鍵特徵的描述。
長鬆動滲漏活塞在典型實施例中，本發明使用兩個「長鬆動滲漏活塞」，其中該「長鬆動滲漏活塞」長度比用於現有技術繩索和衝洗泵中的傳統墊圈長度大。「長鬆動滲漏活塞」當在缸體內上下往復運動時，排出大量流體並形成壓頭。在活塞和缸體之間的松配合提供了特別寬鬆的尺寸公差(象在許多發展中國家中可找到的不一致管道那樣)，並還具有下列許多其他優點。活塞和缸體之間並非緊密地配合，而是由內徑略小於活塞外徑的缸體管道製成(以至直徑數個百分點)。當活塞運動時，該活塞的長度形成了構成水壓密封的曲折滲漏通道，並使活塞對流體加壓。活塞越長，間隙越小，而該密封就變得越有效。
「長鬆動滲漏活塞」優越於現有技術活塞的優點包括(1)在活塞和缸體之間很少有摩擦，而該摩擦不隨著抽吸深度改變很多。在活塞和缸體之間的間隙充滿流體，使它們形成液體動態潤滑。在正常的活塞和缸體泵中，有一個活塞皮碗(通常為皮革或者橡膠)，其中密封力和因而形成的摩擦力隨著抽吸深度線性地增加，並極大地增加需要的抽吸力。因此這個新泵與正常的活塞和缸體泵相比非常節能。
(2)對於清潔的流體，在活塞或者缸體上幾乎不出現磨損問題，液壓潤滑不象傳統活塞泵那樣，磨損是主要問題，因而需要缸體由硬化材料製成，而活塞圈/皮碗亦要定期更換。
(在這種情況下摩擦和磨損當然是緊密相關的)。
(3)由於在活塞和缸體之間沒有直接接觸，從而需要降低活塞的力也極大地減少，此時只有穿過閥的水動力阻力，而這使我們只靠重力來降低活塞。在傳統的活塞缸體泵中，需要向下推動活塞杆以降低活塞(克服在活塞皮碗和缸體之間的摩擦力)。
(4)由於滲漏活塞具有實質的滲漏通道，因此泵的抽吸效率主要取決於速度(不象傳統的活塞和缸體泵)。活塞運動越快，泵就變得越有效。減少水必須再加速的次數，而且衝程越長，泵就變得越有效(因為在衝程之間閥開啟花費的時間較短)，但這最後一點在傳統的活塞泵上也是存在的。
(5)抽吸效率也取決於缸體一活塞間隙以及取決於活塞長度(滲漏通道長度)。較長活塞和較緊密間隙可以降低滲漏，增加容積效率，但也因此在極限情況下最終增加了水動力阻力，會降低了能量效率。在普通的活塞和缸體泵中，體積效率幾乎是恆定的(由於在活塞和缸體之間存在的密封)，同時由於極大提高的摩擦損失，能量效率會隨著泵深度而降低。
(6)與傳統的活塞泵相比，滲漏活塞也很少受影響於在活塞和缸體之間的精確尺寸公差，此外缸體的表面質量(通常必須為非常光滑的加工表面)不再是主要問題。這意味著具有滲漏活塞的泵可由相當粗糙材料製成。然而，活塞和缸體長度的尺寸直線度仍然是關鍵的。對於精確公差的較低要求意味著抽吸管道也可以作為缸體，這是本設計的另外突出優點。
柔軟線纜驅動在典型的實施例中，本發明還使用柔軟線纜驅動(例如鏈、繩索、導線或者其它柔性件)。大多數往復運動深井泵使用堅硬傳動杆以向下推動活塞(以及向上拉)。該設計需要更多材料和支承基礎結構，以阻止杆彎曲。本發明利用重力使底部活塞返回它的底部位置，提供了更便宜、更容易組裝/運輸以及可靠的方案。
在活塞和缸體之間沒有接觸，因此在活塞缸體之間沒有實際牽引發生。
頂部活塞和底部活塞為了使壓頭在地面上產生，本發明(這對於包括灌溉的許多應用中是非常重要的)包括一個沒有任何附加閥門的頂部滲漏活塞(除了在底部缸體和活塞中兩個止回閥外)。在進行壓縮衝程時(強使頂部活塞向下)，被壓向底部止回閥使其關上，並從在井頂部的出口流出。本實施例減少了閥門和密封件的數目。
然而，在出口管內增加另一個單向閥可提高泵效率。沒有這個附加閥門，在進行上衝程時，下部鬆動活塞間隙露出完整壓力頭(在地面以下和在地面以上)，導致更多的洩漏，亦同時降低了效率。本發明的另外實施例在頂部缸體上加上外套，其中僅僅在它頂端具有出口管，而不是在頂部缸體底部具有出口管。增加外套的特徵使井下部件總直徑保持到最小值，使泵用於小直徑鑽孔內。
本發明的另外實施例根據本發明的選擇性實施例，泵可設計成只具有底部滲漏活塞和向上牽拉活塞並使其通過重力下落的柔軟受拉構件(繩索、錨鏈等等)。泵可以沒有頂部滲漏活塞和出口管。
根據本發明的第二選擇性實施例，任何形式驅動機構可連接到泵機構上，這些驅動機構包括但不限於其他手動傳動件、汽油發動機或者電動機。
根據本發明第三選擇性實施例，柔軟活塞的選擇將用於設有非直列式缸體的情況中。在這情況下，液體動壓力會令活塞屈曲，使它不會卡在缸體內。這對於在彎曲管道中抽吸流體是非常有用的。
根據本發明的第四選擇性實施例，可採用雙往復式活塞泵(具有兩個活塞，一個在另外一個上面，以偏離同步180度操作)，其中兩個索纜使抽吸管道下降。
根據本發明的第五選擇性實施例，可採用任何類型的閥門。
圖2A-D示出了底部滲漏活塞的細部，而圖3A-B示出了頂部滲漏活塞的細部。
圖4A-D示出了泵設備100選擇性典型實施例的各個方面。
圖5A-D示出了泵設備100選擇性典型實施例的各個方面。
圖6示出了包括泵設備100典型實施例的組件。
本發明的泵設備100通過上下重複驅動頂部活塞進行操作，同時底部缸體和止回閥浸沒在流體中。在上衝程進行時流體被抽到底部止回閥，而在下衝程期間流體在壓力下從出口管脫出。兩個活塞通過柔軟受拉構件連接(繩索、錨鏈)，該受拉構件在上衝程拉起底部活塞，然後在下衝程重力使底部活塞返回到位。泵100可通過類似小樓梯控制機構(stair mastermachine)的兩個腳踏板驅動。
泵100把可變機械增益添加到驅動機構上，在每次衝程開始時提供高機械增益(允許提高加速度)，而在每個衝程結束時提供低機械增益(允許提高速度)，從而提升每次平均活塞速度衝程至最大值，並提高泵的總能量效率。這是人力泵的一個有吸引力的特徵。
以上描述了本發明的優選實施例，對於本領域技術人員顯而易見的是，上述內容僅僅是說明性而不是限制性的，只藉助於實例來陳述。除非特意聲明，否則在本說明書中公開的所有特徵(包括任何附加權利要求、摘要和附圖)可通過實現同樣目的、等同方案或者相似目的的選擇特徵來替代。因此，本發明修改的許多其他實施例被認為屬於由附加權利要求限定以及另外等同方案的本發明範圍內。
權利要求
1.一種節能泵設備，包括具有第一和第二端部的第一封閉管路；具有封閉端的第一可移動活塞，該封閉端具有大於所述管路半徑中位數的有效長度A，所述第一活塞鬆動地位於所述第一封閉管路內部，從而具有預定中位數尺寸的間隙形成在所述第一活塞和第一封閉管路之間；其中所述第一活塞可以相對於所述封閉管路的一定速度在所述封閉管路內移動，從而當所述第一活塞沿著所述封閉管路運動時，所述第一活塞形成相當繚繞的滲漏通道，而該滲漏通道在所述第一活塞和所述封閉管路之間形成水壓密封，因此使所述第一活塞沿著所述封閉管路排出流體；以及其中所述水壓密封的效率基於所述間隙的所述預定中位數尺寸、所述第一活塞的所述有效長度A和所述活塞的所述速度。
2.如權利要求1的泵設備，其中所述第一活塞還包括位於其中的單向閥；其中當所述第一活塞沿著所述封閉管路前後運動時，所述活塞沿著所述封閉管路牽拉和抽吸流體。
3.如權利要求2的泵設備，其中所述封閉管路以不同於水平的某一角度設置，同時所述封閉管路還在其下部包括單向進口閥，其中當所述第一活塞沿著所述封閉管路上下運動時，流體在所述第一封閉管路內被牽拉並向上抽吸。
4.如權利要求3的泵設備，還包括連接到所述第一活塞頂端並可操作以沿著所述封閉管路上下移動所述第一活塞的傳動件。
5.如權利要求4的泵設備，其中所述傳動件是柔性的。
6.如權利要求5的泵設備，還包括具有預部和第二端部的管道；固定到所述第一封閉管路所述頂端的所述管道的所述第二端；其中在所述泵設備的上衝程期間，所述第一活塞通過所述傳動件拉起，而在所述泵設備的下衝程期間，所述第一活塞被重力下拉，因此在所述管道內向上牽拉並抽吸流體。
7.如權利要求6的泵設備，還包括具有頂部和第二端部的第二封閉管路，第二可移動活塞鬆動地布置在所述第二封閉管路內，從而具有預定尺寸中位數的間隙形成在所述第二活塞和所述第二封閉管路之間；所述第二活塞具有連接在其中的堅硬傳動件；所述第二封閉管路的所述第二端固定到所述管道的所述第一端；在所述第二封閉管路下端的出口；其中在所述泵設備操作期間，所述第一和第二活塞在所述各自封閉管路內運動，以在上衝程促使流體流動到所述第一封閉管路內，而後流動到所述管道內並向上流動，同時在下衝程在壓力作用下從所述出口流出。
8.如權利要求7的泵設備，還包括連接到所述第二封閉管路下端出口的出口管和布置在所述出口管內、在上衝程對移動所述第一和第二活塞需要力大小進行限制的單向出口閥。
9.如權利要求7的泵設備，還包括封閉套出口管路，該出口管路包括封閉套和連接到所述封閉套上部的出口管；所述封閉套出口管路覆蓋所述第二管路並在所述第二管路外壁和所述封閉套內壁之間形成套-管路間隙，從而所述套-管路間隙在所述封閉套出口管路底部和頂部被密封，同時穿過所述第二封閉管路下端所述出口流動的任何流體流入到所述套-管路間隙內；其中在所述泵設備操作期間，所述第一和第二活塞在所述各自封閉管路內運動，以在上衝程期間促使流體流動到所述第一封閉管路內，流動到所述管道內並向上流動，並流入所述第二封閉管路內，同時在下衝程期間壓力作用下，穿過所述第二封閉管路的所述開口，流入所述套-管路間隙並從所述出口管流出。
10.如權利要求9的泵設備，其中所述套出口管包括布置在其中的單向閥，以對在上衝程移動所述第一和第二活塞所需要力的大小進行限制。
11.一種加壓、排出和抽吸大量流體的節能泵設備，包括封閉管路；活塞組件，該組件包括具有長度寬度尺寸大於墊圈的頂部活塞；具有長度寬度尺寸大於墊圈同時具有連接所述頂部和底部活塞的柔性傳動件的底部活塞；所述活塞組件鬆動地布置在所述封閉管路內，從而具有預定的間隙形成在所述活塞和所述封閉管路之間；所述活塞組件可在所述封閉管路內移動，從而當所述頂部和底部活塞運動時，所述頂部和底部活塞形成相當繚繞的滲漏通道，而該滲漏通道在所述頂部和底部活塞與所述封閉管路之間形成水壓密封，因此使所述活塞組件排出所述流體；其中所述水壓密封的效率基於所述間隙的所述預定尺寸、所述頂部和底部活塞的所述長度-寬度尺寸。
12.如權利要求11的泵設備，其中所述封閉管路為具有上部的缸體。
13.如權利要求12的泵設備，還包括連接到所述上部缸體部頂部區域的出口和布置在所述出口內用於除去所述排出流體的單向出口閥。
14.如權利要求13的泵設備，其中所述出口是套出口管。
15.如權利要求11的泵設備，其中所述底部活塞包括用於在所述設備上衝程操作期間流體向上流動的單向閥。
16.如權利要求11的泵設備，其中在所述設備操作期間，所述柔性傳動件提供重力回程。
17.如權利要求11的泵設備，其中所述柔性傳動件為索纜、繩索、鏈條、導線或者上述組合。
18.一種加壓、排出和抽吸大量流體的節能泵設備，包括框架；以不同於水平的某一角度安裝在所述框架上的缸體和管道組件，並包括管道、頂部缸體和通過所述管道連接到所述頂部缸體上的底部缸體；具有底部止回閥的所述底部缸體；所述頂部缸體具有連接到所述頂部缸體上部區域的出口和布置在所述出口內用於除去所述排出流體的單向出口閥；活塞組件，該活塞組件具有具有比帶封閉端墊圈大的長度寬度尺寸的無閥門頂部活塞、具有比墊圈大的長度寬度尺寸並還具有單向流體進口閥的空心底部活塞，其中在所述設備上衝程操作期間，該單向流體進口閥使流體穿過其中向上流動；以一定距離連接所述頂部和底部活塞的柔性受拉構件，從而當所述活塞組件布置在所述缸體和管道組件內，所述頂部活塞在所述頂部缸體內，而所述底部活塞在所述底部缸體內；所述活塞組件鬆動地布置在所述缸體和管道組件內，並在所述活塞和所述缸體之間形成具有預定尺寸的間隙；所述活塞組件可在所述缸體和管道組件內移動，從而當所述活塞組件運動時，所述頂部和底部活塞形成相當繚繞的滲漏通道，而該滲漏通道在所述活塞與所述缸體之間形成水壓密封，因此使所述頂和底活塞對所述大量流體加壓並排放；其中所述水壓密封的效率基於所述間隙的所述預定尺寸和所述頂部和底部活塞的所述長度。
19.如權利要求18的泵設備，其中所述管道為堅硬或者柔軟管道。
20.如權利要求18的泵設備，其中所述出口是套出口管。
21.如權利要求18的泵設備，其中在所述設備操作期間，所述柔性傳動件提供重力回程。
22.如權利要求18的泵設備，其中所述柔性傳動件為索纜、繩索、鏈條、導線或者上述組合。
23.一種節能泵設備，包括具有第一和第二端部的第一封閉管路；具有封閉端的第一可移動活塞；所述第一活塞鬆動地布置在所述第一封閉管路內，從而具有預定中位數尺寸的間隙形成在所述第一活塞和所述第一封閉管路之間；其中所述第一活塞可以相對於所述封閉管路的一定速度在所述封閉管路內移動，從而當所述第一活塞沿著所述封閉管路運動時，所述第一活塞形成相當繚繞的滲漏通道，而該滲漏通道在所述第一活塞和所述封閉管路之間形成水壓密封，因此使所述第一活塞沿著所述封閉管路排出流體；以及；其中所述水壓密封的效率基於所述間隙的所述預定中位數尺寸和所述活塞的所述速度；其中所述第一活塞還包括布置在其中的單向閥；其中當所述第一活塞沿著所述封閉管路前後運動時，所述活塞沿著所述封閉管路牽拉和抽吸流體。
24.如權利要求23的泵設備，其中所述封閉管路以不同於水平的某一角度設置，同時所述封閉管路還在其下部包括單向進口閥；其中當所述第一活塞沿著所述封閉管路上下運動時，流體被牽拉到所述第一封閉管路內並向上抽吸。
25.如權利要求24的泵設備，還包括連接到所述第一活塞頂端並可操作以沿著所述封閉管路上下移動所述第一活塞的傳動件。
26.如權利要求25的泵設備，其中所述傳動件是柔性的。
27.如權利要求26的泵設備，還包括具有頂部和第二端部的管道；固定到所述第一封閉管路所述頂端的所述管道的所述第二端；其中在所述泵設備的上衝程期間，所述第一活塞通過所述傳動件拉起，而在所述泵設備的下衝程期間，所述第一活塞通過重力被下拉，因此在所述管道內向上牽拉並抽吸流體。
28.如權利要求27的泵設備，還包括具有頂部和第二端部的第二封閉管路，第二可移動活塞鬆動地布置在所述第二封閉管路內，從而具有預定中位數尺寸的間隙形成在所述第二活塞和所述第二封閉管路之間；具有連接在其中的堅硬傳動件的所述第二活塞；所述第二封閉管路的所述第二端固定到所述管道的所述第一端；在所述第二封閉管路下端的出口；其中在所述泵設備操作期間，所述第一和第二活塞在所述各自封閉管路內運動，以在上衝程促使流體流動到所述第一封閉管路內，而後流動到所述管道內並向上流動，同時在下衝程在壓力作用下從所述出口流出。
29.如權利要求28的泵設備，還包括連接到所述第二封閉管路下端出口的出口管和布置在所述出口管內、在上衝程對移動所述第一和第二活塞需要力大小進行限制的單向出口閥。
30.如權利要求28的泵設備，還包括封閉套出口管路，該出口管路包括封閉套和連接到所述封閉套上部的出口管；所述封閉套出口管道覆蓋所述第二管路並在所述第二管路外壁和所述封閉套內壁之間形成套-管路間隙，從而所述套-管路道間隙在所述封閉套出口管路底部和頂部被密封，同時穿過所述第二封閉管路下端所述出口流動的任何流體流入到所述套-管路間隙內；其中在所述泵設備操作期間，所述第一和第二活塞在所述各自封閉管路內運動，以在上衝程期間促使流體流動到所述第一封閉管路內，流動到所述管道內並向上流動，並流入所述第二封閉管路內，同時在下衝程期間壓力作用下，穿過所述第二封閉管路的所述開口，流入所述套-管路間隙並從所述出口管流出。
31.如權利要求30的泵設備，其中所述套出口管包括布置在其中的單向閥，以對在上衝程移動所述第一和第二活塞所需要力的大小進行限制。
全文摘要
在這裡提供有效泵設備的典型實施例。在一個實施例中，泵設備包括鬆動設置在缸體內的活塞組件。活塞組件包括連接頂部滲漏活塞和底部滲漏活塞的驅動索纜。該底部滲漏活塞具有連接到上述索纜的止回閥。缸體包括在其上部的出口管和位於缸體下端的止回閥。活塞在缸體內以相對於管道的一定速度運動，從而當活塞沿著缸體時，並在活塞和缸體之間形成水壓密封，產生相當繚繞的滲漏通道。
文檔編號F04B53/12GK1950605SQ200480040449
公開日2007年4月18日 申請日期2004年11月15日 優先權日2003年11月14日
發明者馬丁·J·費舍, 勞倫茨·E·卡爾森, 本·塔貝爾, 喬納森·I·卡普蘭, 奧弗·多隆·約姆-託弗, 亞雷·T·艾德勒, 克裡斯汀·M·庫簡, 羅伯特·伊恩·李斯特, 施拉傑特·本納吉, 穆罕默德·施瓦雷, 艾倫·C·斯拜比, 阿布達卡迪爾·穆罕默德·穆薩 申請人:凱克斯達國際有限公司