CN100436818C - 隔膜式计量泵和从隔膜式计量泵中泄放冒泡气体的方法 - Google Patents

隔膜式计量泵和从隔膜式计量泵中泄放冒泡气体的方法 Download PDF

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Abstract

一种隔膜式计量泵适于计量冒泡气体。该泵具有一泵头，它包括：一产品腔室，该腔室具有一带有一单向入口阀的入口端和一带有一单向出口阀的出口端；一可位移的隔膜件，它形成产品腔室的边界，该隔膜件能往复运动而造成泵送位移；一排出侧，它设置在出口阀的下游；一通道，它在排出侧和产品腔室之间流体连通；一阀，它设置在通道内。阀间歇地打开以使液体适量地再次进入产品腔室内，以便有效地从产品腔室内排空气体而防止失效。

Description

隔膜式计量泵和从隔膜式计量泵中泄放冒泡气体的方法
本申请要求对2002年9月27日提交的美国临时申请60/414,183的优先权，该临时申请的发明名称为“冒泡气体泄放器装置”，本文已援引其以作参考。
技术领域
本发明一般地涉及液体计量泵，其用来从一个容器到另一容器，或从一供应源到一加工流(process stream)供应有控制的液体量。具体来说，本发明涉及一种新颖和改进的冒泡气体泄放器装置，用于一液体计量泵，以防止计量泵“气凝(airbinding)”或失效(losing prime)。
背景技术
人们熟知隔膜式计量泵，其用来将流体从一个地方传输到另一地方。一般来说，隔膜式泵包括一泵头区域，该区域包括一通过一位移隔膜件连接在一侧上的产品腔室。通向产品腔室的入口和出口分别设置有单向止回阀。当隔膜移离产品腔室时，出口止回阀在减小的压力下关闭，入口止回阀打开而流体被抽回到产品腔室内。此后，当隔膜朝向产品侧位移时在产品腔室内的流体压力增加，关闭入口止回阀而打开出口止回阀，迫使产品腔室内的流体流出出口。在连续操作中，隔膜式泵以脉动方式泵送流体通过产品侧。
隔膜的位移可通过机械驱动系统或液压驱动系统实现。机械驱动的实例是一电磁致动泵。在一电磁致动泵中，一致动器杆的一端固定于隔膜，而其相对端连接于电磁致动器。电气或电子控制的电磁电磁铁有效地造成致动器和致动器杆往复地直线运动，由此直接致使隔膜位移。作为一种变体，机械驱动系统可包括一电动机、齿轮箱和用来驱动致动器杆的偏心凸轮。
在一液压驱动隔膜式计量泵中，通过操作与液压腔室流体连通的往复运动的活塞以变化隔膜液压侧上的液压流体的压力，由此实现隔膜的位移。采用该类型的泵，但不是直接机械地附连于隔膜，而是使一液压流体在隔膜一侧上加压，致使隔膜朝向或背离产品腔室位移。这也造成一通过泵头的流体的脉动泵压(pulsed pumping)。
如果一定量的空气被吸入到入口管线内，以使空气移动通过吸入管，或在空转之后气体积聚在泵头内或泵下面的抽吸管内，则在操作过程中，会发生一可在隔膜式计量泵内产生的问题。吸入管或泵头内的空气或气体可致使泵失效。对于诸如次氯酸钠和过氧化氢之类的冒泡流体，往复型泵非常易于“气凝”和失效。如果泵失效而气体填充在隔膜式计量泵头区域，则隔膜的泵送位移可只压缩气体而不造成任何液体泵送或流体流动。因为气体的可压缩性造成了这种结果。如果失效，则一泵通常不能恢复到液压的稳固状态和再起动泵压。
发明内容
本发明的目的在于，提供一种可防止气凝或失效的隔膜式计量泵。
为实现上述目的，本发明提供了一种隔膜式计量泵，包括：一泵头，它包括一产品腔室，该腔室具有一带有一单向入口阀的入口端和一带有一单向出口阀的出口端；一可位移的隔膜件，它形成产品腔室的边界，该隔膜件能往复运动而造成泵送位移；一排出侧，它设置在出口阀的下游；一通道，它在排出侧与产品腔室之间流体连通；一阀，它设置在通道内；以及其中，所述阀被打开，从而使液体从所述排出侧传送至所述产品腔室，并且所述阀在间歇的基础上自动地打开。
上述目的主要是这样实现的，即，在一隔膜式计量泵的排出侧和产品腔室之间设置一个通道，并且该通道带有一个能被打开以允许液体适量地再次进入产品腔室内，以便有效地从产品腔室内排空气体而防止失效。本发明对容易发生气凝和失效的冒泡流体特别有用。
附图说明
图1是本发明的泵和冒泡气体泄放器装置的截面图；
图2是本发明的冒泡气体泄放器装置的一变化实施例的截面图；
图3是本发明的冒泡气体泄放器装置的另一变化实施例的截面图；
图4是图1和2所示的阀元件的详图；
图5A是由一响应于气体探测传感器的系统控制的本发明的示意图；以及
图5B是由一响应于流动探测装置的系统控制的本发明的示意图。
具体实施方式
一隔膜式计量泵10具有一往复隔膜件13。正如本技术领域内的技术人员所明白的，隔膜13的运动改变着泵头16内的压力，这样，在每一循环过程中，泵10在吸入部分和排出部分之间交替变化。
泵头16包括在一侧通过一可位移的隔膜13连接的一产品腔室19。通向该产品腔室的入口和出口分别设置有单向止回阀。所示的止回阀是球阀，但如本技术领域内的技术人员所知，还存在有其它类型的阀门。当隔膜13移离产品腔室19时，出口止回阀22在减小了的压力下关闭，入口止回阀25打开而流体被抽回到产品腔室19内。此后，当隔膜13朝向产品侧位移时，在产品腔室19内的流体压力增加，使关闭入口止回阀25而打开出口止回阀22，迫使流体以脉动方式通过产品侧。
参照图1，本发明的气体泄放器装置的实例是一电磁控制阀28，该电磁阀在由一重复循环定时器(repeat cycle timer)29控制的规则地定时的基础上打开。作为一种变体，阀28可以是操作者控制或由其它装置进行控制。电磁控制阀28是一挡板型阀，其带有一附连于杆31端部的挡板件30，所述杆31坐落在其关闭位置的一入口35上。如图4所示，杆31的第一端具有一电磁铁附连点，而第二端具有一阀门密封面。一密封垫沿着杆31的中间部分设置。该密封垫在图1所示的实施例中密封住阀体。通过电磁铁33致动阀28，致使挡板件30提升离开入口35而打开通道40，该通道从泵10的排出侧42引回到泵头16内。作为一变体(示于图2中)，阀28还可通过气动或液压缸100被致动，所述缸100由远处阀103操作。
杠杆型挡板阀28的压力平衡设计减小了为致动阀门28所需要的电磁铁33的尺寸，并提供一失效安全系统，这样，如果电磁铁33失效，则阀28仍将保持关闭。挡板件30通过排出止回阀22上方的压力被偏置在关闭位置。在泵10的吸入循环上，泵头16内的压力减小，其结果，挡板件30被偏置在关闭位置。在排出循环过程中，挡板件30保持偏置在关闭位置，其原因在于以下的因素：重力、作用在电磁铁柱塞上的弹簧形成的力，以及因出口止回阀22的打开引起挡板件30两侧上的压力相等。其它类型的阀元件也可使用，包括有(但不限于)滑阀、针式喷嘴阀、球阀或针阀。
电磁控制阀28可在近似30秒的定时间隔内设定为致动四分之一时间。该时间间隔可以缩短或放大。如果间隔缩短，则电磁铁33和挡板件30上的磨损增加。如果间隔增加，则气体抽空时间增加。业已发现，15和30秒之间的时间间隔执行得较佳，其中，要使阀28打开四分之一秒时间。
阀28在诸定时间隔上的操作独立于泵10上的隔膜13的操作。因此，当阀28在一定的时间过程中打开时，从泵10的隔膜侧42流出的液体可返回到泵头16。在其它的时间，泵头16内的压力可致使液体通过通道40到达泵10的排出侧42。在变化的实施例中，阀28的打开和关闭可随隔膜13的运动而定相位。此外，如图5A和5B所示，阀28的操作可束缚于系统200，该系统响应于气体探测传感器150或流动探测装置153，本技术领域内的技术人员对此显然明了。
通过提供一间歇地打开的阀28，通道40的直径可增加以避免堵塞的问题。如果通道太小，则结晶材料会堵塞管道。
另外，通道具有的横截面面积小于产品腔室。
一过量控制器50提供对阀28的手工控制，既可电气地也可机械地进行控制。
当本发明的气体泄放器装置操作时，它允许某些液体从泵10的排出侧42流回到泵10内，这可从泵头16通过出口阀22排出气体。这就防止了泵10“气凝”或失效。
这里的压缩比定义为带有延伸的隔膜的泵头内腔内的压力除以带有缩回的隔膜的泵头内腔内的压力。由于隔膜式泵相当小的压缩比和气体的可压缩性，隔膜式泵通常在泵头内仅能产生相当小的压力增高。
当阀28打开时，泵头16加压到近似等于出口止回阀22的另一侧上的上游压力。通过平衡该压力和添加液体回到泵头16内，由泵隔膜产生的小的压力增高可足以打开出口止回阀22。
当气泡出现在泵头16或泵下面的吸入管内时，本发明的气体泄放器装置重复循环，直到所有气体通过出口止回阀22排空为止。最大程度地减小内部体积的泵头16的设计改进了气体的排出，因为它增加泵头16内的压缩比。
本技术领域内的技术人员显然明白，通道40可以多种方式形成。如图1所示，通道40一体地形成在泵头16的本体内。如图3所示，通道40可通过一外管道60连接于定位在管线某位置上的泄放器阀62。外管道60可通过适配器64和66连接于泵头16和排出侧42。现有隔膜式泵可以此方式用外部管道的气体泄放器阀进行翻新。
也可构思阀28布置在外面，并对爆炸环境特别地进行评估。
尽管本发明已经结合某些实施例作了描述，但其目的不是将本发明的范围限制到所阐述的特殊的形式中，相反，本发明旨在涵盖可包括在由附后的权利要求书限定的本发明的精神和范围内的这样的变化、修改及其等价物。

Claims (23)

1.一种隔膜式计量泵，包括：
一泵头，它包括一产品腔室，该腔室具有一带有一单向入口阀的入口端和一带有一单向出口阀的出口端；
一可位移的隔膜件，它形成产品腔室的边界，该隔膜件能往复运动而造成泵送位移；
一排出侧，它设置在出口阀的下游；
一通道，它在排出侧与产品腔室之间流体连通；
一阀，它设置在通道内；以及
其中，所述阀被打开，从而使液体从所述排出侧传送至所述产品腔室，并且所述阀在间歇的基础上自动地打开。
2.如权利要求1所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀是杠杆型的挡板阀。
3.如权利要求1所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀由一电磁铁致动。
4.如权利要求1所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀由一遥控阀操作的一气缸致动。
5.如权利要求1所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀由一遥控阀操作的液压缸致动。
6.如权利要求1所述的隔膜式计量泵，其特征在于，通道一体地形成在泵内。
7.如权利要求1所述的隔膜式计量泵，其特征在于，所述隔膜式计量泵还设置有诸适配器，通道连接在诸适配器之间，其与排出侧和产品腔室流体连通。
8.如权利要求1所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀的打开与隔膜件的运动同步。
9.如权利要求1所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀的打开与隔膜件的运动不同步。
10.如权利要求1所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀的打开由响应于气体探测传感器的系统控制。
11.如权利要求1所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀的打开由响应于流动探测装置的系统控制。
12.一种隔膜式计量泵，包括：
一泵头，它包括一产品腔室，该腔室具有一带有一单向入口阀的入口端和一带有一单向出口阀的出口端；
一可位移的隔膜件，它形成产品腔室的边界，隔膜件能往复运动而造成泵送位移；
一排出侧，它设置在出口阀的下游；
一通道，在排出侧与产品腔室之间流体连通；以及
一阀，它设置在通道内，该阀被控制得使其在间歇的基础上打开，以允许液体适量地再次进入产品腔室内，以便有效地从产品腔室内排空气体而防止失效。
13.如权利要求12所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀由一电磁铁致动。
14.如权利要求12所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀由一遥控阀操作的气缸致动。
15.如权利要求12所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀由一遥控阀操作的液压缸致动。
16.如权利要求12所述的隔膜式计量泵，其特征在于，通道一体地形成在泵内。
17.如权利要求12所述的隔膜式计量泵，其特征在于，所述隔膜式计量泵还设置有诸适配器，通道连接在诸适配器之间，其与排出侧和产品腔室流体连通。
18.如权利要求12所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀是被手工控制的。
19.如权利要求12所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀的打开由响应于气体探测传感器的系统控制。
20.如权利要求12所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀的打开由响应于流动探测装置的系统控制。
21.如权利要求12所述的隔膜式计量泵，其特征在于，通道具有的横截面面积小于产品腔室。
22.如权利要求12所述的隔膜式计量泵，其特征在于，阀是一杠杆型的挡板阀。
23.一种从隔膜式计量泵中泄放冒泡气体的方法包括：
提供一泵头，它包括：一产品腔室，该腔室具有一带有一单向入口阀的入口端和一带有一单向出口阀的出口端；一可位移的隔膜件，它形成产品腔室的边界，隔膜件能往复运动而造成泵送位移；一排出侧，它设置在出口阀的下游；一通道，它在排出侧和产品腔室之间流体连通；以及，一阀，它设置在通道内；以及
在间歇的基础上打开该阀以使液体适量地再次进入产品腔室内，以便有效地从产品腔室内排空气体而防止失效。
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