雙作用流體泵的製作方法
2023-05-16 17:35:06
專利名稱：雙作用流體泵的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種流體泵。
背景技術：
現有技術的流體泵10在圖1-3中表示。圖1表示了現有技術的流體泵10，該流體泵10包括螺線管12、彈簧14和在氣缸18內的活塞16。吸入閥和輸出閥20、22位於缸18 上，該缸18將流體(例如液體和氣體)泵送出泵10。在圖1所示的壓縮衝程中，螺線管12 斷電，彈簧14沿箭頭17的方向使活塞16橫移。流體被推出輸出閥22。在壓縮衝程結束時，螺線管12通電，以便克服彈簧14的力，並使得活塞16沿箭頭19的方向退回，如圖2中所示。活塞16的退回擴大了泵送腔室24，並通過吸入閥20而將流體吸入泵送腔室M內。 在吸入衝程中，流體並不從輸出閥22流出。在吸入衝程結束時，如圖3中所示，彈簧14被壓縮。當螺線管12斷電時，彈簧14被減壓，並開始將流體泵送出輸出閥22的壓縮衝程，如圖1中所示。循環重複進行，以便將流體泵送出流體泵。螺線管12進行通電以便實現吸入衝程，進行斷電以便使得彈簧能夠實現壓縮衝程。這樣的循環重複進行，以便將流體吸入泵送腔室M內和將流體泵送出流體泵10。對於活塞16的一半行程(即吸入衝程)，流體並不被泵送出流體泵10。流體只在壓縮衝程中被泵送出流體泵10。因此，流體泵10的流體流量需求必須被設計至壓縮衝程中。如果希望更大流體流量，則活塞16的衝程必須增加，或者活塞16的面積必須擴大，以便增加活塞16 在壓縮衝程中的線性容積排量。不幸的是，這些調節在輸出閥22處產生較大的流體壓力峰值，因為流體只在壓縮衝程中流出流體泵。也可選擇，為了增加流體流速，可以增加活塞的每分鐘循環數。不幸的是，這種調節增加了不希望的振動和噪音。因此，本領域需要一種改進的流體泵。
發明內容
這裡所示和所述的改進流體泵解決了上面所述、後面所述和本領域已知的這些要求。流體泵具有第一活塞和第二活塞，該第一活塞和第二活塞牢固地附接在共同軸上。第一活塞和第二活塞為不同尺寸，使得它的線性容積排量不同。在這裡所示的實例中， 第一活塞小於第二活塞，使得對於第一活塞的每個增加的線性排量，都排出比第二活塞的容積排量更小的容積。在流體泵的操作過程中，次級腔室在吸入衝程中減小，從而將流體泵送出流體泵的出口。在壓縮衝程中，次級腔室的容積增加。不過，流體被泵送出出口。這通過在第二活塞中結合單向閥來實現。在壓縮衝程中，單向閥打開，以便在次級腔室和泵送腔室之間提供流體連通。儘管次級腔室的容積在壓縮衝程中增加，但是次級腔室和泵送腔室的累積容積減小，以便將流體泵送出該泵。次級腔室和泵送腔室的容積被累加，因為單向閥打開，並提供在它們之間的流體連通。因此，在壓縮衝程中，流體被泵送出該泵。泵在壓縮衝程和吸入衝程中都泵送流體。因為流體在壓縮衝程和吸入衝程中都被泵送出該泵，因此在泵的輸出中的流體流速可以擴展至較長的時間階段，這與只在壓縮衝程中排出流體的現有技術泵相比在輸出閥處提供了較低的最大壓力峰值。而且，流體壓力可以有助於壓縮衝程和吸入衝程。特別是，流體泵的出口可以總是被增壓。這使得次級腔室中處於正壓力。當布置在第二活塞上的單向閥處於關閉位置時， 流體壓力在第二活塞和第一活塞上施加力。不過，因為第二活塞大於第一活塞(即更大表面面積)，由於流體壓力而引起的淨偏壓力提供了用於開始壓縮衝程的流體壓力偏壓力。當壓縮衝程進行時，在泵送腔室內的壓力增加，這最終打開第二活塞上的單向閥。這時，流體壓力並不在第二活塞上產生力。不過，當單向閥打開時，第一活塞充分地布置在螺線管內， 因此，螺線管的動力能夠在沒有流體壓力偏壓力的情況下驅動壓縮衝程的其餘部分。在壓縮衝程結束時，泵送腔室被稍微增壓，這幫助開始吸入衝程。另外，在流體泵的出口處的壓力可以幫助壓縮衝程。特別是，在流體泵的出口處的壓力作用在第二活塞上，因為這時單向閥關閉。流體壓力在第二活塞上產生流體壓力偏壓力。彈簧必須克服作用在第二活塞上的流體壓力偏壓力。幸運的是，在流體泵的出口處的壓力還被施加在第一活塞上，並在第一活塞上產生沿相反方向的流體壓力偏壓力。在第一活塞上的該流體壓力偏壓力抵抗在第二活塞上的流體壓力偏壓力，因此可以使用較弱的彈簧。彈簧由施加在第一活塞上的流體壓力來幫助克服在第二活塞上的流體壓力偏壓力。較小的彈簧還允許使用較弱的螺線管來驅動吸入衝程。在泵出口處的流體壓力用於幫助壓縮衝程和吸入衝程，以便減小螺線管和彈簧的尺寸要求。可以使用較弱的彈簧和螺線管，這降低了流體泵的操作溫度，並降低了流體泵的噪音和振動。更特別是，本發明公開了一種改進的流體泵。改進的流體泵可以包括殼體、第一活塞和第二活塞。殼體可以限定第一空腔和與該第一空腔流體連通的第二空腔。第一空腔的線性容積排量可以小於第二空腔的線性容積排量。殼體可以具有出口，用於將流體排出該出口。第一活塞和第二活塞可以牢固安裝在軸上。第一活塞可以可滑動地置於第一空腔內。第二活塞可以可滑動地置於第二空腔內。第一活塞和第二活塞可以共同限定次級腔室， 該次級腔室在往復運動過程中增大和減小。出口可以與次級腔室流體連通。第一活塞和第二活塞可在壓縮衝程和吸入衝程之間橫移，用於分別擴大和減小泵送腔室的容積。第二活塞可以具有單向閥，用於在壓縮衝程中允許流體從泵送腔室流動到次級腔室。單向閥在吸入衝程中關閉，以便將流體排出出口，單向閥在壓縮衝程中打開，使得泵送腔室和次級腔室的容積共同減小，以便使流體排出出口。彈簧可以安裝在第一活塞和第二活塞上，電線圈安裝在殼體上，用於使得第一活塞和第二活塞在壓縮衝程和吸入衝程中橫移。電線圈可以環繞第一空腔布置。彈簧可以環繞該軸布置在第一空腔內。第一活塞的直徑可以小於第二活塞的直徑。出口可以與次級腔室流體連通。泵可以是用於排出或泵送氣體(例如空氣等)的壓縮機。也可選擇，泵可以排出或泵送液體，例如油、水等。
通過下面的說明和附圖，將更好地理解這裡所述的多個實施例的這些和其它特徵和優點，在全部附圖中，相同標號表示相同部件，且附圖中圖1是現有技術的流體泵在壓縮衝程中的剖視圖；圖2是圖1中所示的現有技術流體泵在吸入衝程中的剖視圖；圖3是圖2中所示的現有技術流體泵在吸入衝程結束時的剖視圖；圖4是改進的流體泵的剖視圖；圖5是改進的流體泵在壓縮衝程中的剖視圖；圖6是改進的流體泵在吸入衝程中的剖視圖；以及圖7是圖4中所示的改進流體泵的分解剖視圖。
具體實施例方式如這裡使用的，術語「泵」是指排出或泵送液體或氣體的裝置。另外，如這裡使用的，術語「流體」是指液體或氣體，例如空氣。下面參考圖4-6，圖中表示了雙作用雙衝程流體泵110。泵110在壓縮衝程(圖5 中所示)中和在吸入衝程(圖6中所示)中將流體泵送出出口 112。在壓縮衝程中，單向閥 114打開，使得當第一活塞115(見圖幻移動時，次級腔室116和泵送腔室118的累積容積減小，從而將流體泵送出出口 112。在圖6所示的吸入衝程中，單向閥114關閉，從而使得次級腔室116與泵送腔室118隔離，使得次級腔室116的容積減小，從而將流體泵送出出口 112。流體泵110在壓縮衝程和吸入衝程中都排出流體，使得更均勻的流體流被排出流體泵 110，且與現有技術的流體泵相比最大流體壓力峰值較低。而且，出口 112可以具有高於大氣壓力的恆定正壓力。因此，次級腔室116總是被加壓。在壓縮衝程開始時，活塞120處於圖4中所示的位置。在次級腔室116中的恆定流體壓力幫助開始壓縮衝程。第二活塞120大於第一活塞115。因此，流體壓力在第二活塞 120上產生比在第一活塞115上更大的力。這有助於開始壓縮衝程。螺線管124並不需要做開始壓縮衝程的全部功。可以使用較小的螺線管。較小的螺線管吸收較小功率，並產生較少熱量和振動。在次級腔室116中的流體壓力也幫助彈簧122驅動圖6中所示的吸入衝程。使第二活塞120在吸入衝程中沿圖6中所示的方向橫移。在出口 112處的流體壓力向第二活塞 120提供了沿與該第二活塞120在吸入衝程中的希望運行方向相反的方向的偏壓力。在現有技術的流體泵中，只有彈簧122來克服施加在第二活塞120上的該流體偏壓力。幸運的是，在出口 112處的流體壓力也施加在第一活塞115上，這產生了與施加在第二活塞120上的流體偏壓力相反的流體偏壓力。在第一活塞115上的流體壓力的偏壓力抵抗流體壓力在第二活塞120上的偏壓力，使得能夠使用較小的彈簧122。該較小彈簧122還能夠使用較小的螺線管124，該螺線管IM必須克服壓縮衝程中的彈簧力。與現有技術的流體泵相比，較小彈簧和較小螺線管使得流體泵能夠更冷地運行，並產生更小噪音和振動。下面參考圖4，流體泵110可以具有次級腔室116和泵送腔室118，它們在第二活塞120的相對側。通過軸M而牢固地附接在第二活塞120上的第一活塞115可滑動地置於殼體壁130上，以便在第一活塞115和殼體壁130之間提供相當緊密的流體密封。第二活塞120也可以滑動地置於殼體壁130上，以便在第二活塞120和殼體壁130之間形成相當緊密的流體密封。當在壓縮衝程和吸入衝程之間循環時，次級腔室116和泵送腔室118的容積增加和減小。當螺線管124斷電時，第一活塞和第二活塞115、120可以處於圖4中所示的位置。單向閥114和單向閥132處於關閉位置。出口 112可以具有增壓流體，該增壓流體向次級腔室116提供正壓力。增壓流體向第一活塞和第二活塞115、120施加力。在第二活塞120上的力大於在第一活塞115上的力，因為第二活塞120比第一活塞115更大。 第二活塞120的更大表面面積向第一活塞和第二活塞115、120提供了將活塞115、120向右偏壓的淨力，如圖4中的箭頭134所示。該淨力幫助螺線管驅動壓縮衝程。因此，可以使用更小的螺線管124，使得流體泵產生更少熱量、振動和噪音。當螺線管IM通電時，螺線管 IM與由於在出口 112處的壓力而作用在第一活塞和第二活塞115、120上的淨流體偏壓力一起朝著間隙136而向右驅動第二活塞120，如箭頭134所示。單向閥114結合在第二活塞120中。只要單向閥114保持關閉，次級腔室116就與泵送腔室118隔離，淨流體偏壓力在壓縮衝程中幫助驅動第一活塞和第二活塞115、120。 當單向閥114打開時，流體能夠從泵送腔室118運行至次級腔室116。當單向閥114打開時，次級腔室116和泵送腔室118的累積容積在壓縮衝程中減小，以便將流體泵送出流體泵 110。另外，殼體壁130可以具有單向閥132，該單向閥132允許流體(例如大氣流體)在吸入衝程中進入泵送腔室118 (參見圖6)。當壓縮衝程進行時，在泵送腔室118內的壓力從大氣壓力增加或升高至高於大氣壓力，直到它達到和超過在次級腔室116中的壓力。這時，單向閥114打開，如圖5中所示。 在出口 112處的正流體壓力不再提供沿箭頭134方向的淨流體偏壓力。不過，第一活塞115 充分地布置在螺線管124內，使得來自螺線管124的動力足以驅動或完成壓縮衝程。因為單向閥114打開，因此第一活塞和第二活塞115、120向右側的進一步運動將減小次級腔室 116和泵送腔室118的累積容積。因此，在次級腔室116內的流體在壓縮衝程中被泵送出出 Π 112。在完成壓縮衝程之後，螺線管IM被斷電，彈簧122將第一活塞115如箭頭136所示向左推動，如圖6中所示。另外，在壓縮衝程完成時，單向閥114這時關閉，泵送腔室118 被稍微增壓。在泵送腔室118內的壓力幫助開始吸入衝程。而且，出口 112的正壓力使得力置於第二活塞120上，該力必須由彈簧122來克服。幸運的是，在出口 112處的流體壓力也被施加在第一活塞115上，從而抵抗在第二活塞120上的流體偏壓力。在泵送腔室118 中的壓力和作用在第二活塞120上的力減小(由於在出口 112處的流體壓力作用在第一活塞115上)將減小螺線管IM和彈簧122的尺寸要求。可以使用較小的彈簧122和較弱的螺線管124，這能夠使得流體泵110產生較小熱量、振動和噪音。彈簧122使得第一活塞115和第二活塞120向左橫移。當第一活塞115和第二活塞120向左橫移時，次級腔室116的容積減小，因為單向閥114關閉和次級腔室116與泵送腔室118隔離。流體被泵送出流體泵110的出口 112。在吸入衝程中，在泵送腔室118中的壓力降低至低於大氣壓力，從而打開單向閥132，以便允許流體從流體泵的外部進入泵送腔室118中。流體泵110在壓縮衝程和吸入衝程中都使得流體排出流體泵110。流體泵110的流體流量需求能夠擴展至壓縮衝程和吸入衝程，而並不象現有技術的流體泵那樣只在壓縮衝程上。最大流體流量排出速率與現有技術的流體泵相比能夠更低，卻保持相同的總的流體流量排出速率。與具有類似流體流量特徵的現有技術流體泵相比，流體泵110還有更小噪音和更小振動。下面參考圖7，流體泵110可以以如下方式來裝配。流體泵110可以包括內部和外部殼體138、140。該內部和外部殼體138、140可以具有螺紋142、144，其中，內部殼體138 可以被螺紋連接在外部殼體148上或外部殼體148內，並向下擰緊(cinch down)，以便將內部殼體138固定在外部殼體140上。內部或外部殼體138、140還可以具有由出口 112限定的孔146、148。孔146、148可以相互對齊，以便限定出口 112的內部通道。內部或外部殼體138、140可以具有大致圓柱形結構，以便接收也可以具有相應圓柱形形狀的第一活塞和第二活塞115、120。內部殼體138可以具有帽150。該帽150可以具有孔152。為了開始裝配流體泵110，將第一活塞和第二活塞115、120相互固定的軸154穿過孔152插入。剛性0形環160可以在槽161處固定在軸巧4上。柔性0形環162可以置於0形環160和第二活塞120之間。第二活塞120可以放置在軸154的遠端之上，並通過螺釘156而附接在遠端上。螺釘156將帽163和密封件165附接在第二活塞120上。彈簧 122布置在軸巧4上面，並置於帽150上。第一活塞115被按壓在軸巧4上面，並通過螺釘 158而附接在軸巧4的遠端部分上。螺釘158還將帽167和密封件169附接在第一活塞115 上。這時，彈簧122預負載，以便將第一活塞和第二活塞115、120偏壓至圖4所示的位置。 柔性0形環162可以限定單向閥114，從而允許流體從泵送腔室118運行至次級腔室116， 如圖5中所示。流體穿過流體孔164運行，該流體孔164穿過第二活塞120而形成。第一活塞115可以具有凹口 166，該凹口 166接收軸154的遠端部分。第一活塞和第二活塞115、120都可以裝備有密封件165、169，該密封件165、169與各內部或外部殼體 138、140的內表面形成緊密的流體密封。在第一活塞和第二活塞115、120被附接在軸巧4上和安裝在帽150上的情況下， 第一活塞115可以被插入外部殼體140的第一空腔1 中。帽150被推入外部殼體140中， 直到帽150在突出部170處降至最低點。這時，內部殼體138可以螺紋連接在外部殼體140 上。這樣做時，第二活塞120置於內部殼體138的第二空腔128內。內部和外部殼體138、 140的孔146、148相互對齊，以便允許流體被泵送出出口 112。在將內部殼體138附接在外部殼體140上之前，單向橡膠密封件172可以附接在內部殼體138上，以便形成單向閥132。 流體孔174提供了從大氣至泵送腔室118的流體連通。螺線管IM布置在外部殼體140上面。改進的流體泵110在壓縮衝程和吸入衝程中都在出口 112處輸出流體。因此，由流體泵110引起的脈動(pulsation)小於現有技術的流體泵。還有，流體輸出速率或流體輸出量更穩定或者具有更小的極限值，因為與現有技術的流體泵相比，改進的流體泵在每次壓縮衝程和吸入衝程中都提供了一半的流體輸出量。上面的說明是通過實例給出，而不是進行限制。通過上述說明，本領域技術人員可以設計多種變化形式，包括裝配改進的流體泵10的多種方式，這些變化形式處於這裡所述的本發明的精神和範圍內。而且，這裡所述的實施例的各種特徵能夠單獨使用，或者相互變化組合，且並不局限於這裡所述的特定組合。因此，權利要求的範圍並不由所述實施例來限定。
權利要求
1.一種流體泵，包括殼體，所述殼體限定第一空腔和與所述第一空腔流體連通的第二空腔，第一空腔的線性容積排量小於第二空腔的線性容積排量，所述殼體具有出口，用於將流體排出所述出口 ； 以及第一活塞和第二活塞，所述第一活塞和第二活塞牢固地安裝在軸上，第一活塞可滑動地置於第一空腔內，第二活塞可滑動地置於第二空腔內，第一活塞和第二活塞共同限定次級腔室，所述次級腔室在往復運動的過程中增大和減小，所述出口與次級腔室流體連通，第一活塞和第二活塞可在壓縮衝程和吸入衝程之間橫移，用於分別擴大和減小泵送腔室的容積，第二活塞具有單向閥，用於在壓縮衝程中使流體從泵送腔室流到次級腔室；其中，單向閥在吸入衝程中被關閉，以便將流體排出出口，單向閥在壓縮衝程中被打開，使得泵送腔室和次級腔室的容積共同減小，從而使流體排出出口。
2.根據權利要求1所述的流體泵，還包括彈簧，所述彈簧安裝在第一活塞和第二活塞上；以及電線圈，所述電線圈安裝在殼體上，用於使第一活塞和第二活塞在壓縮衝程和吸入衝程中橫移。
3.根據權利要求2所述的流體泵，其中電線圈環繞第一空腔布置，彈簧圍繞軸布置在第一空腔中。
4.根據權利要求1所述的流體泵，還包括彈簧，所述彈簧安裝在第一活塞和第二活塞上；以及電線圈，所述電線圈安裝在殼體上，用於使得第一活塞和第二活塞在壓縮衝程和吸入衝程中橫移。
5.根據權利要求1所述的流體泵，其中第一活塞的直徑小於第二活塞的直徑。
6.根據權利要求1所述的流體泵，其中出口與次級腔室流體連通。
7.根據權利要求1所述的流體泵，其中所述泵是用於排出氣體的壓縮機。
8.根據權利要求1所述的流體泵，其中所述流體是液體，所述泵排出液體。
全文摘要
本申請公開了一種具有壓力輔助的雙作用雙衝程流體泵。第一活塞和第二活塞安裝在共同軸上，該共同軸在壓縮衝程和吸入衝程中往復運動。在各衝程中，流體在出口處被泵送出來。這通過在第二活塞上的單向閥來實現，該單向閥根據第一活塞和第二活塞是處於壓縮衝程還是吸入衝程而打開或關閉。另外，來自出口的壓力幫助第一活塞和第二活塞在壓縮衝程中橫移。在吸入衝程中，流體壓力在第一活塞上施加力，以便抵抗在第二活塞上的流體壓力，從而可以使用更小的彈簧。螺線管和彈簧的尺寸要求減小。另外，該流體泵與現有技術的流體泵相比提供了更低的壓力峰值，因為流體在壓縮衝程和吸入衝程中都泵送出來，且該流體泵還提供了流出流體泵的更均勻流體流。
文檔編號F04B3/00GK102374148SQ201110226058
公開日2012年3月14日 申請日期2011年8月9日 優先權日2010年8月9日
發明者B·R·杜 申請人:山麓小丘之地有限責任公司