CN100381703C - 隔膜泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种用于抽吸侵蚀性和/或磨损性介质，如泥浆的隔膜泵，其包括一个隔膜室和至少一个基本为圆形的柔性隔膜，其中隔膜室装在基本垂直设置的管道系统中，所述基本垂直设置的管道系统包括至少一个入口和至少一个位于入口上方一定距离的出口，所述隔膜在可以加压工作流体的作用下可在隔膜室内移动，其中隔膜的圆形外边缘通过一个圆形夹紧元件卡紧在隔膜室中。根据本发明，该隔膜泵的特征在于，圆形夹紧元件在其周边上设有一个平行于该夹紧元件形成的平面延伸的凸缘。因为圆形夹紧元件设有一个在该夹紧元件形成的平面内延伸的凸缘，故将防止隔膜在传输行程中的不利变形，因为变形隔膜将紧靠该凸缘。

Description

隔膜泵

技术领域

本发明涉及一种用于抽吸侵蚀性和/或磨损性介质，如泥浆的隔膜泵，其包括一个隔膜室和至少一个基本为圆形的柔性隔膜，其中隔膜室装在基本垂直设置的管道系统中，所述基本垂直设置的管道系统包括至少一个入口和至少一个位于入口上方一定距离的出口，所述隔膜在可以加压工作流体的作用下可在隔膜室内移动，而隔膜的圆形外边缘通过一个圆形夹紧元件卡紧在隔膜室中。

背景技术

这种隔膜泵例如可从美国专利No.6234677中得知，并且这类泵通常用于抽吸可能具有或可能不具有很高温度的侵蚀性和/或磨损性介质，如泥浆的泵系统中。已知的隔膜泵具有一个可弹性移动的隔膜，该隔膜把要抽吸的介质与泵的活动和脆弱部分隔开。柔性隔膜的抽吸运动通过这些活动部分实现，例如液压缸内移动的活塞和可以加压的工作流体。

为此，通过活塞杆连接到驱动单元的活塞在液压缸内往复运动，使得隔膜在工作流体的作用下以某一频率进行连续的抽吸和传输行程。在抽吸行程或抽吸周期中，隔膜室内产生负压，使得可以经由入口吸入一定量的泥浆，这些泥浆在传输行程中由隔膜经由出口压入排出管道。

为了确保抽吸行程和传输行程的正确运行，分别在入口管部分和出口管部分中安装了单向阀，这些阀确保要抽吸的介质正确穿流(through-flow)。

前述美国专利的隔膜泵安装在管道系统的空管(dead pipe)部分，其应用特别适合于抽吸具有相对高温的泥浆。如果泥浆具有较低的温度，就基本上不需要保护隔膜泵免受所述热腐蚀性泥浆的损坏，因而该隔膜泵可以安装在如引言中所述的管道系统中。由于结构上的原因，管道系统垂直设置，而入口位于出口下面。

很明显，在隔膜泵的运行过程中流体动力现象会在隔膜室内的泥浆中产生，特别是在传输行程中，该现象在隔膜室顶部位置和隔膜室底部位置之间产生非常大的压差，造成柔性隔膜的不利变形。

柔性隔膜的所述不利变形限制了隔膜能够负载的程度，这使得在抽吸行程量具有特值时必须选择更大的隔膜，以确保足够长的寿命。

发明内容

本发明的目标是提供上述问题的一种解决方案并且提供一种隔膜泵，其中隔膜在运行中的非对称变形在必要的位置受到限制，使得隔膜变形在别处增加，且这不会导致过载。因此所选隔膜尺寸的输出能力将最大限度地得到利用，同时获得最佳寿命。

上述的隔膜泵也公开在美国专利No.3416461、美国专利No.2405734、美国专利No.5620746、比利时专利No.502350、欧洲专利申请No.0524820和法国专利No.2164025中。在所列的这些专利出版物中公开的隔膜泵具有一个可移动容纳于腔室中的圆形柔性隔膜。该隔膜都通过圆形夹紧元件将其圆形外边缘夹紧在隔膜室中。

如所列这些专利出版物中使用的夹紧元件都表现为对称圆形，在使用中仍然导致夹紧隔膜的非对称变形。

根据本发明，该隔膜泵的最终特征在于，圆形夹紧元件在其周边上设有一个平行于该夹紧元件形成的平面延伸的凸缘。

因为圆形夹紧元件设有一个在该夹紧元件形成的平面内延伸的凸缘，故将防止隔膜在传输行程中的所述不利变形，因为变形隔膜将紧靠该凸缘。

通过实验已经证实，隔膜在传输行程中的不利变形特别出现在管道系统的出口部位，致使根据本发明的圆形夹紧元件大致在管道系统的出口部位设有所述伸出凸缘。

根据本发明，伸出凸缘沿夹紧元件的上半周边设置，以便尽可能地防止隔膜上部中的不利变形。

根据本发明，伸出凸缘的长度沿上半周边变化，因为隔膜的不利变形的程度也决定于其在隔膜室内的位置而变化。更具体地说，伸出凸缘的长度在靠近出口处最大，因为传输行程中产生的隔膜不利变形在此部位最大，因此在该部位也将抵消最多。

根据本发明，伸出凸缘的长度在周边的中间基本等于零，特别是在周边中间下方直到约30°基本等于零。

根据本发明，伸出凸缘的端边为曲线，以防止伸出凸缘切入隔膜中，这将导致隔膜被切开并损坏。端边的曲率半径可以近似等于隔膜的厚度，更具体地说，端边的曲率将近似等于预成型隔膜的反向曲率。因此还防止当隔膜紧靠伸出凸缘时隔膜材料损坏，这种损坏也可能缩短隔膜的寿命。

更具体地说，端边的曲率半径范围为8至80mm。

曲率也可以表现为二次或更高次的多项式形式，这可以通过前述曲率半径计算。

附图说明

现在将参考附图更详细地说明本发明，其中：

图1是一种用于抽吸泥浆的泵系统外形图，其中使用了现有技术的隔膜泵；

图2是图1的细节视图；

图3是隔膜不利变形的瞬间视图，特别是在传输行程中；和

图4示出根据本发明的隔膜泵细节实施例。

具体实施方式

图1和2是泥浆泵系统的视图，其中使用了现有技术的隔膜泵。这种泥浆泵系统通常用于长距离抽吸含有颗粒物质，如沙子、煤炭、矿石或采矿废弃物，另外有时为高温的、通常为侵蚀性和腐蚀性的液体或泥浆。这种泥浆泵系统还经常用于采矿工业、化学工业和煤炭工业。抽吸这种混合物，也称为泥浆，使得对整个泵系统的可靠性和耐磨损性提出很高的要求。因为泥浆混合物的磨损特性，特别是泵的活动部分必须满足很严格的要求。

因此，一种由驱动单元10驱动的隔膜泵20被用于抽吸这种磨损性泥浆混合物。隔膜泵20包括一个夹紧在装于管道系统40内的隔膜室29中的隔膜25。隔膜25设有一个隔膜杆26，该隔膜杆26可移动容纳在设置于压力室28内的导向装置27中。压力室28充满了工作流体24，工作流体24可以通过活塞22加压，而活塞22通过活塞杆21连接到驱动单元10。活塞22在液压缸23内由驱动单元10完成的往复运动导致工作流体24被加压，因此使得隔膜25在隔膜室29内的两个极限位置之间移动。

活塞23的往复运动和引起的隔膜25的运动包括一个抽吸行程或抽吸周期，其中活塞23和隔膜25承受向右的运动，见图1和2，而活塞23和隔膜25在传输行程中承受向左的运动，见图1和2。

隔膜室29安装在形成更大管网(未示出)部分的基本立置管道系统40中。隔膜室29的立置管道系统40包括入40a和出口40b。安装在入口管部分42上的是单向阀41a，而相同的单向阀41b则装在出口管部分43上。单向阀41a和41b这样装在管道系统上，要使单向阀41在抽吸行程中保持关闭状态(所以，此时隔膜25向右移动)，而单向阀41a在所述抽吸行程中开启，因而能将一定量的泥浆吸入隔膜室29中。在随后的传输行程中(为此，此时隔膜25向左移动)，单向阀41a在弹簧的作用下自动关闭，而单向阀41b在传输压力的作用下自动开启，以致聚集在隔膜室29中一定量的泥浆经由出口40b被压入排出管道43中。

当以这种方式以所需的行程频率驱动隔膜泵时，通常在高压下可以抽吸大量的泥浆。

隔膜用作替代元件的功能很明显：因此，隔膜保护所有运动的、容易磨损的部件免受立管部分40中存在的磨损性且经常也是腐蚀性介质的损坏。

已经发现，当使用其入口40a位于出口40b下面的立管部分40时，特别是在传输行程中，流过隔膜室29的泥浆混合物中会产生流体效应，该流体效应会引起隔膜室底侧40a和顶侧40b之间的压差。因为与隔膜室中靠近隔膜中心的大通道相比出口40b形成一节流管部分，所述压差特别会产生，其结果导致所述管部分起到文氏管的作用，并且特别是在传输行程的中间部分，当活塞23的正弦速度曲线到达峰值时，泥浆混合物通过出口40b从隔膜室29中高速压出。出口40b处的所述高速导致与隔膜25的其他部分相比在出口40b部位形成压降，因此导致隔膜25相应的不利变形。

此外，由于泥浆混合物与工作介质比重上差异的结果，增加的静压差从上到下作用在隔膜上。

图3示出隔膜25特别是在传输行程中不利变形的瞬间视图。该图清楚地表示，由于流过出口40b而在出口40b部位“沿隔膜抽吸”的泥浆混合物产生压力的结果，隔膜25在出口40b部位(图1和2)移出或极端变形进入隔膜室29中(在A处表示)。此外，该图还表示在底侧40a处不明显的变形B。不言而喻，在长期运行中，隔膜25的这种极端变形将引起疲劳或损坏，并因此显著降低隔膜的寿命。这意味着泵系统1必须定期停止运行以进行检查和可能的维修。

为了防止不必要的停机并提供具有更长寿命的隔膜泵，其中隔膜更不容易由运行中产生的不利变形而引起疲劳或磨损，图4示出一种可以防止所述不利变形的解决方案。

如图1和2所示，隔膜25形状为圆形并且具有圆形端边25a，该端边25a通过一个环形夹紧元件29a夹紧在隔膜室29中(见图2)。如图4所示，为了防止隔膜25特别是在隔膜泵的传输行程动作中不必要的非对称变形，圆形夹紧元件29a大致在隔膜室29的出口40b部位在其周边29a′上设有一个伸出凸缘50，该凸缘平行于夹紧元件形成的平面或在该平面内延伸。

环绕圆形夹紧元件的周边，更具体地说靠近或在隔膜室29出口40b部位设置伸出凸缘可防止隔膜25进入隔膜室29中的不利变形，更具体地说是极端变形。在传输行程中，在出口40b部位，隔膜25支撑在圆形夹紧元件29a的伸出凸缘50上，因而防止隔膜材料25不利的、不期望的变形和损坏。

如图4所示，伸出凸缘50沿夹紧元件的上半周边设置。

尽管伸出凸缘也可以沿夹紧元件29a的下半周边，即靠近入口40a设置，但是已经发现，隔膜25的不利变形主要表现在隔膜室29的出口40b部位。在传输行程中，管道系统40的出口管部分43上的单向阀41b开启(而管道系统40的入口部分42上的单向阀41a关闭)，并且已经聚集在隔膜室29中一定量的泥浆混合物通过工作流体24和隔膜25在活塞23的高压下经由出口40b的狭窄喉道被压出。

在所述流动中出口40b的喉道起到文氏管的作用，以致在该喉道内形成很高流速的泥浆混合物。这种流体动力现象导致出口40b处形成压降，因而使得在出口40b部位的隔膜25极端变形(见图3)。伸出凸缘50主要防止这种极端变形。隔膜的寿命因此显著延长，因为隔膜不再遭受重复的极端变形，而这通常加速一般由橡胶制成的隔膜25的老化进程。

根据图4所示的一个实施例，伸出凸缘的长度l沿周边变化。更具体地说，伸出凸缘的长度在靠近出口40b处最大，而在周边29a′的中间等于零。更具体地说，伸出凸缘50在靠近夹紧元件29a的中间与周边29a′重合(沿从入口40a到出口40b的流动方向看)。

因为隔膜25在运行的各个传输行程中紧靠在伸出凸缘50上，为了防止边缘切入柔性隔膜25，而使伸出凸缘50的端边50a具有曲率R。更具体地说，端边50a的曲率半径R与隔膜25的厚度成比例，在另一实施例中，端边50a的曲率半径R与预成型隔膜25的反向曲率成比例，并且以这样的方式在变位时产生的延伸量低至足以获得所需的寿命。

已经发现，如果端边50a的曲率半径范围为8至80mm，就可以防止所述边缘切入隔膜中，其结果使隔膜25的寿命进一步延长。

还要注意的是，最好在夹紧元件29a的下半周边29a′不要设置伸出凸缘50，因为这可能导致泥浆混合物聚集在凸缘和隔膜25之间，而这可能对隔膜造成损坏。

Claims (12)

1.一种用于抽吸侵蚀性和/或磨损性介质的隔膜泵，其包括一个隔膜室(29)和至少一个具有圆形外边缘(25a)且基本为圆形的柔性隔膜(25)，其中隔膜室装在基本垂直设置的管道系统(40)中，所述基本垂直设置的管道系统包括至少一个入口(40a)和至少一个位于入口上方一定距离处的出口(40b)，所述隔膜在可以加压的工作流体(24)的作用下可在隔膜室内移动，而隔膜的圆形外边缘(25a)通过一个圆形夹紧元件(29a)夹紧在隔膜室中，其中所述夹紧元件(29a)形成一个圆形平面，其特征在于，圆形夹紧元件在其周边(29a′)上设有一个平行于该夹紧元件形成的平面延伸的凸缘(50)。

2.根据权利要求1所述的隔膜泵，其特征在于，圆形夹紧元件(29a)大致在管道系统(40)的出口(40b)部位设有所述伸出凸缘(50)。

3.根据权利要求1或2所述的隔膜泵，其特征在于，伸出凸缘(50)沿夹紧元件(29a)的上半周边(29a′)设置。

4.根据权利要求3所述的隔膜泵，其特征在于，伸出凸缘(50)的长度沿上半周边(29a′)变化。

5.根据权利要求4所述的隔膜泵，其特征在于，伸出凸缘(50)的长度在靠近出口(40b)处最大。

6.根据权利要求4或5所述的隔膜泵，其特征在于，伸出凸缘(50)的长度在周边(29a′)的中间等于零。

7.根据权利要求6所述的隔膜泵，其特征在于，伸出凸缘(50)的长度在所述周边中间下方直到30°等于零。

8.根据权利要求1所述的隔膜泵，其特征在于，伸出凸缘(50)的端边(50a)为曲线。

9.根据权利要求8所述的隔膜泵，其特征在于，端边(50a)的曲率半径(R)近似等于隔膜(25)的厚度。

10.根据权利要求8所述的隔膜泵，其特征在于，端边(50a)的曲率与预成型隔膜(25)的反向曲率成比例。

11.根据权利要求8至10中任一所述的隔膜泵，其特征在于，端边(50a)的曲率半径范围为8至80mm。

12.根据权利要求11所述的隔膜泵，其特征在于，端边(50a)的曲率按照二次或更高次的多项式延伸。

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