CN100545489C

CN100545489C - 泵密封装置

Info

Publication number: CN100545489C
Application number: CNB2005800136744A
Authority: CN
Inventors: D·A·科蒂斯
Original assignee: Hargraves Technology Corp
Current assignee: Hargraves Technology Corp
Priority date: 2004-03-16
Filing date: 2005-03-16
Publication date: 2009-09-30
Anticipated expiration: 2025-03-16
Also published as: US20070157800A1; CN1950632A; EP1725792A2; EP1725792A4; JP2007529689A; WO2005089389A3; JP5144253B2; US7401543B2; WO2005089389A2; EP1725792B1

Abstract

用于泵的密封装置包括具有周向楔形的套的第一元件；具有与所述套相对的边缘的第二元件；置于这两个元件之间的隔膜。隔膜包括：中心杆部，连接到杆部的盘状头部以及围绕头部的外周设置的直立凸缘。所述凸缘包括第一成角度表面以及第二成角度表面。凸缘容纳在套中，从而在隔膜和第一元件之间形成两个独立的、间隔开的密封表面。所述密封装置也可以包括由弹性材料制成的垫片，其具有一平面板，所述平面板具有置于两个元件之间的密封装置内的环形横截面的凸缘。选择凸缘和密封装置的尺寸，使得凸缘从其自由态沿直径压缩至少大约40%。

Description

泵密封装置

技术领域

本发明通常涉及泵，更特别是一种隔膜泵。隔膜泵装配有多个形成接头的元件，为了确保无泄漏条件，这些元件必须被密封。典型的目前的隔膜泵密封技术不能生产在所有条件下无泄漏的泵。

背景技术

有两种主要的接头在评价小型隔膜泵时必须要考虑。第一种是当隔膜夹在泵头，通常为多个部件的组件，和泵主体之间时，围绕隔膜外周的密封接头。这种密封接头为密封和夹紧端，从而在操作泵时确保隔膜处于原位。因此，如果存在良好的密封但是隔膜不能适当地被夹紧，由于操作泵隔膜移动可能导致密封失败。第二个密封区域为容纳泵阀的元件之间的区域。其通常为形成典型地被称作“头部”的上部元件和典型地被称作“腔”的下部元件的泵头内的缝隙。目前有几种方法对与阀整体成形的垫片到围绕接头的阀部分的单独的垫片的接头进行密封。

在历史上，目前用于所述接头的技术不能在泵可能经历的所有条件下，保持泵不泄漏。在其中，这些条件包括高压、极粘性流体、具有非常低表面张力的流体、极度热变化。因此需要一种具有牢固密封的隔膜泵。

发明内容

因此，本发明的一个目的是证明一种具有坚固密封特性的隔膜泵。

本发明的另一目的是提供一种具有双密封表面的隔膜。

本发明的另一目的是提供一种具有大量压缩的垫片的隔膜泵。

所述和其它目的由本发明满足，其中一种实施方案提供一种用于泵的密封装置，包括：具有形成的周向楔形的套的第一元件；具有与套相对的边缘的第二元件；置于第一和第二元件之间的隔膜。所述隔膜包括：具有纵轴的中心杆部；连接到杆部的盘状头部；围绕头部的外周设置的直立凸缘，凸缘包括通常径向向外的第一成角度表面，以及通常径向向内的第二成角度表面。凸缘容纳在套中，从而在隔膜和第一元件之间形成两个独立的、间隔开的密封表面。

根据本发明的另一实施方案，每个成角度的表面与纵轴的角度设置成大约10度至大约30度。

根据本发明的另一实施方案，每个成角度的表面与纵轴的角度设置成大约15度。

根据本发明的另一实施方案，凸缘包括置于成角度表面之间、基本平坦的轴向表面。

根据本发明的另一实施方案，隔膜包括邻近第二成角度表面设置的、基本上有平行边的第一平面部分，第一平面部分夹在第一和第二元件之间。

根据本发明的另一实施方案，隔膜包括邻近第二成角度表面设置的、基本上有平行边的第二平面部分，第二平面部分夹在第一和第二元件之间。

根据本发明的另一实施方案，在边缘中形成V形凹槽。

根据本发明的另一实施方案，隔膜包括选自含氟弹性体和乙烯丙稀二烯三元共聚物的一种材料。

根据本发明的另一实施方案，套包括基本上径向向外的第三成角度表面，以及基本上径向向内的第四成角度表面。

根据本发明的另一实施方案，密封装置包括：第一和第二元件，每个元件具有平面，元件共同限定用于容纳垫片的密封装置；垫片置于密封装置内、由弹性材料制成，垫片包括一平面板，以及在第一密闭通道延伸的具有环形横截面的第一凸缘。选择第一凸缘和第一和第二元件的尺寸，使得第一凸缘从其自由态沿直径压缩至少大约40％。

根据本发明的另一实施方案，第一凸缘从其自由态压缩大约50％至大约60％。

根据本发明的另一实施方案，垫片进一步包括在第一密闭通道内的密闭通道延伸并容纳在密封装置内的具有环形横截面的第二凸缘。选择第二凸缘和第一和第二元件的尺寸，使得第二凸缘从其自由态沿直径压缩至少大约40％。

根据本发明的另一实施方案，第二凸缘从其自由态压缩大约50％至60％。

根据本发明的另一实施方案，泵包括具有形成的周向楔形套的泵头；具有与套相对边缘的主体；以及置于泵头和主体之间的隔膜。隔膜包括设置的具有纵轴的中心杆部；连接到杆部的盘状头部；围绕头部的外周设置的直立的隔膜凸缘，隔膜凸缘包括通常径向向外的第一成角度表面，以及通常径向向内的第二成角度表面。隔膜凸缘容纳在套中，从而在隔膜和第一元件之间形成两个间隔的密封表面。

根据本发明的另一实施方案，泵头包括腔和具有匹配平面的头部，腔和头部共同限定用于容纳垫片的密封装置。泵进一步包括置于密封装置内、由弹性材料制成的垫片。垫片包括平面板，以及在第一密闭通道延伸的具有环形横截面的第一凸缘。选择第一凸缘和第一和第二元件的尺寸使得第二凸缘从其自由态沿直径压缩至少40％。

附图说明

参考下述说明并结合附图，可以极好地理解视为本发明的主题，其中：

图1是根据本发明构造的隔膜泵的顶视图；

图2是沿图1线2-2得到的图；

图3是根据本发明构造的泵隔膜的顶视图；

图4是沿图3线4-4得到的图；

图5是图4中一部分隔膜的放大图；

图6是根据本发明构造的垫片的顶视图；

图7是沿图6线7-7得到的图；

图8是图7中一部分垫片的放大图；

图9是图1中一部分泵的放大截面图，显示其中设置有垫片；

图10是图1中一部分泵的放大截面图，显示其中设置有隔膜；

图11是一部分泵腔和主体的放大截面图，显示了设置的隔膜的一种可选择的实施方案。

具体实施方式

参考图，其中在全部各种图中相同的参考数字表示相同的部件，图1和2显示根据本发明构造的示例性隔膜泵10。头部12与腔14连接。头部12和腔14共同被称作泵头16。头部12和腔14之间的接头用垫片18密封。泵体20与泵头16的下端连接。一柔软的隔膜22置于泵头和主体20之间。隔膜22是泵10主要的工作部件，并也密封泵头16和腔14之间的接头，从而形成一工作空间24。隔膜22与动力源，例如电发动机通过适宜的连接，例如通过显示的曲柄臂和凸轮元件26连接。在泵头16内形成进入通道28，从入口30穿过吸入阀套32延伸到工作空间24。在泵头内形成出口通道34，从工作空间24穿过出口阀套36延伸到排出阀38。

图3，4和5更详细地显示隔膜22。隔膜22由柔软、防漏的材料构成。可以使用任何阻挡流体被泵送并具有适当的弹性的材料。适宜的材料的实施例包括乙烯丙稀二烯三元共聚物(EPDM)或VITON含氟弹性体材料。隔膜22具有通常圆柱形、位于中央的杆部40以及盘状的头部42，其上表面形成隔膜22的表面44。在杆部40内形成中心孔46。直立的凸缘48，在图5中更详细地显示，形成于隔膜22的外周边缘50上。凸缘48包括一扁平、面向轴向的表面52，其侧面是径向向外的外部成角度的表面54，以及径向向内、内部成角度的表面56。每个成角度的平面54和56被设置成与隔膜22的纵轴“L”平行的参照线成角度“A”。

图10显示隔膜22如何设置在主体20和泵腔14之间。腔14包括绕其外周轴向延伸的楔形套58，套容纳隔膜22的凸缘48。套58通常具有和凸缘48相同的横截面形状，并且包括轴向的表面60，所述表面的侧面是第一和第二成角度的表面62和64。将套58设置成使得隔膜22上凸缘48的中心线“B”(见图5)与套58的中心线“P”重合。然而，隔膜22的凸缘48和腔14的套58之间的尺寸关系是这样，以致当完全装配时，套58和头部48之间形成预定的阻碍，压缩凸缘48并形成主要的接头66。

所述的阻碍对头部48的每个成角度表面54和56产生一定量的压缩力。所述压缩在隔膜22的成角度表面54和56以及腔14的接触面62和64之间形成密封。由于隔膜22中使用的材料基本上是不能压缩的，腔14内的套58的深度大于凸缘48的高度，其允许被压缩的凸缘材料在主要接头66移动。图10中用实线显示隔膜22被压缩的形状，用标为“FD”的虚线显示隔膜22自由的形状。

主要接头66的对称锥形设计产生两个密封表面，相同的压力施加到两个侧面上。由于产生的压力具有水平向量(即，相对于泵中心线L径向定向)和垂直向量(即，与泵中心线L水平)，主要接头66起密封特性作用，防止腔14和主体20之间的泄漏，以及夹紧特性作用，使隔膜22保持原位。角度“A”在大约10°至30°变化。比大约10°小得多的角度开始失去有效的夹紧作用所需的垂直向量。比大约30°小得多的角度开始失去产生坚固的密封作用所需的水平向量。在显示的实施例中，角度“A”为大约15°。

阻碍的量部分由构造成进入凸缘48的角度、用于隔膜22的材料的类型和隔膜22的设计，包括但不限于其厚度和全径所确定。显示的设计使用相当数量的阻碍，其等于大约为22％的总压缩率，但是，可以使用大约16％至大约40％的比率。当所述范围的上限等同于O型环的表面密封条件中认为的工业标准，凸缘48的锥形设计允许压缩率的下限降至较低的水平，而仍保持极好的密封和夹紧特征。

除了套58和凸缘48的接头提供的夹紧作用，压缩力施加到直接靠近凸缘48的内部成角度表面56的隔膜22的小平行边平面68。平面68的宽度“W”(见图4)可以与实际的一样大，但应不小于0.38mm(.015英寸)。宽度W的示例性值从大约0.38mm(.015英寸)至大约0.51mm(.020英寸)。该宽度足够用于直径为大约2.54cm(1英寸)的隔膜。大的隔膜可能需要平面68增加一些宽度。平面68夹在形成于腔14内的周向上边缘70和形成于主体20内的周向下边缘72，所述下边缘以V形槽74为界。由于泵10的设计有意为隔膜22在所述区域的移动提供非常小的空间，平面68上的压缩量将小于现有技术“表面密封”设计使用的压缩量。显示的实施例使用的压缩率为大约13.5％。然而，根据总体设计，大约10％至大约25％的压缩率对所述夹紧特性是适宜的。

作为一种选择，如图11所示，具有朝凸缘148径向向外设置的平面168的隔膜122可以用在腔114和主体120之间。在所述实施方案中，可以提供区域76俘获更多的弹性体位移。对于俘获的位移，可以容易地施加更高的压缩率，例如30％以上或40％。

平面68不是主要的密封或夹紧部件，但作为次要夹紧部件隔离隔膜22从主要接头66的运动。这消除了隔膜22的成角度表面54和56和产生锥形主要接头66的腔14的配合表面62和64之间可能的运动。通过这样，在隔膜22和腔14之间产生永久并坚固的接头。对具有所述构造的装配过程同样有益。凸缘48和套58的锥形形状驱动隔膜22到达腔14内的准确同心位置，从而防止装配时没有对准隔膜22。对于现有的平面隔膜或具有直边凸缘的隔膜，没有体现出这种益处。

即使凸缘48的中心线直径和套58之间有偏差，锥形接头构造足以补偿这两个部件之间任何预期的改变。如果，例如凸缘48的中心线直径(在线“B”测量)大于或小于套68的中心线直径(在线“P”测量)0.254mm(.010英寸)，装配时凸缘48开始仍对准套58，分别被径向向外拉动或径向向外推动，促使所述部件如预期一起固定。

现在回到图6-9，更详细地显示垫片18。垫片18由柔软、防漏材料构成。可以使用任何阻挡预期的流体被泵送并具有适当的弹性的材料。适宜的材料的实施例包括乙烯丙稀二烯三元共聚物(EPDM)，含氟弹性体和全氟弹性体，以及VITON含氟弹性体材料。垫片18为一连续元件，包括平面板78，一对间隔的具有环形截面的外凸缘80和80’，一对间隔的具有环形截面的内凸缘82和82’，每对具有直径“O”。如果需要，可以只使用一个凸缘或多个凸缘。在平面图中，垫片18被构造成使得凸缘80和82围绕区域的周边被密封。在显示的特定的实施例中，垫片18包括两个基本上成矩形的区域84和86。

图9显示垫片18如何被设置在头部12和腔14之间。垫片18被容纳在的头部12的平坦下表面88和形成于腔14的上表面92的凹槽90之间，所述下表面和凹槽共同限定一密封装置94。选择密封装置94的尺寸，使得当装配完全时，在形成密封的密封装置95和套凸缘80和82之间形成预定的干涉。在图9中用实线显示垫片18被压缩的形状，用标有“FG”的虚线显示自由的形状。由于所述密封为永久的固定密封，发现可以施加垫片凸缘80和82的高压缩，没有产生不利的结果。由于密封装置94的设计，具有在高压缩条件下垫片18变形的适宜的空间。

现有技术推荐的固定O形环表面密封的压缩范围为大约20％至大约40％。这种典型的固定压缩的范围作用良好，但如果需要，可达大约50％至60％的压缩量可以施加到垫片凸缘80和82上。当和用某些先进的工程树脂模制的塑料部件一起使用时，这是有益的。这些塑料材料中的一些倾向于显示不正常的模制后条件例如下陷或弯曲，这实际上会导致密封装置94的深度变化。密封装置94的标称深度越小，假定的变形量会具有越大的影响。尽管这些塑料变形是从来不希望的，当和塑料注射模制的部件，特别是当和某些相容性或其它物理特性必需的某些材料一起使用时，所述变形是固有的。

例如，密封装置94可以具有0.89mm(.035英寸)的标称深度D。允许35％压缩率的典型的O形环设计具有1.37mm(.054英寸)的标称直径。如果头部12和腔14具有一定程度的下陷和/或弯曲，其结合使密封装置94的某些区域增加0.20mm(.008英寸)，希望在最大深度1.09mm(.043英寸)允许35％的压缩率。因此，直径“O”为1.68mm(.066英寸)的O形环可以用于垫片凸缘80和82。因此在密封装置深度D只有0.89mm(.035英寸)的地方，这会产生47％的压缩。当压缩率高于工业可接受范围内认为的压缩率，本发明设计允许高压缩有效地工作从而密封所述接头。

上述描述了具有独特密封装置的隔膜泵。尽管描述了本发明特定的实施方案，对本领域普通技术人员来说显而易见的是可以对其进行各种改进而没有偏离本发明的精神和范围。因此提供本发明优选实施方案的前述描述和实现本发明的最佳方式仅是为了说明的目的，而不是为了限制。

Claims

1、一种用于泵的密封装置，包括：

具有形成于其内的周向楔形套的第一元件；

具有与所述套相对的边缘的第二元件；

置于所述第一元件和所述第二元件之间的隔膜，该隔膜包括：

具有纵轴的中心杆部，

连接到所述杆部的盘状头部，以及

围绕所述头部的外周设置的直立凸缘，所述凸缘包括通常径向向外的第一成角度表面，以及通常径向向内的第二成角度表面；

其中所述凸缘容纳在所述套中，从而在所述隔膜和所述第一元件之间形成两个独立的、间隔开的密封表面。

2、权利要求1的密封装置，其中每个所述第一成角度表面和所述第二成角度表面与所述纵轴的角度设置成大约10度至大约30度。

3、权利要求2的密封装置，其中每个所述第一成角度表面和所述第二成角度表面与所述纵轴的角度设置成大约15度。

4、权利要求1的密封装置，其中所述凸缘包括置于所述第一成角度表面和所述第二成角度表面之间的基本平坦的轴向表面。

5、权利要求1的密封装置，其中：

所述隔膜包括邻近所述第二成角度表面设置的有平行边的第一平面部分；以及

所述第一平面部分夹在所述第一元件和所述第二元件之间。

6、权利要求1的密封装置，其中：

所述隔膜包括邻近第二成角度表面设置的有平行边的第二平面部分；以及

所述第二平面部分夹在所述第一元件和所述第二元件之间。

7、权利要求1的密封装置，其中在所述边缘中形成V形凹槽。

8、权利要求1的密封装置，其中所述隔膜包括一种选自由含氟弹性体、乙烯丙稀二烯三元共聚物及其组合物构成的组中的材料。

9、权利要求1的密封装置，其中所述套包括基本上径向向外的第三成角度表面，以及基本上径向向内的第四成角度表面。

10、一种泵，包括：

具有形成于其内的周向楔形套的泵头；

具有与所述套相对的边缘的主体；

以及置于所述泵头和所述主体之间的隔膜，该隔膜包括：

设置的具有纵轴的中心杆部，

连接到所述杆部的盘状头部，以及

围绕所述头部的外周设置的直立的隔膜凸缘，所述隔膜凸缘包括通常径向向外的第一成角度表面，以及通常径向向内的第二成角度表面；

其中所述隔膜凸缘容纳在所述套中，从而在所述泵头和所述隔膜之间形成两个间隔的密封表面。

11、权利要求10的泵，其中所述泵头包括腔和具有匹配平面的头部元件，所述腔和所述头部元件共同限定用于容纳一个垫片的密封装置，所述泵进一步包括：

置于所述密封装置内由弹性材料制成的垫片，所述垫片包括平面板，以及在第一密闭通道中延伸的具有环形横截面的第一凸缘；

其中，选择所述第一凸缘及所述腔和所述头部元件的尺寸，使得所述第一凸缘从其自由状态沿直径压缩至少大约40％。

12、权利要求11的泵，其中所述第一凸缘从其自由状态压缩大约50％至大约60％。

13、权利要求11的泵，其中所述垫片进一步包括在所述第一密闭通道内的密闭通道中延伸并容纳在所述密封装置内的具有环形横截面的第二凸缘，其中选择所述第二凸缘、所述头部元件和所述腔的尺寸，使得所述第二凸缘从其自由状态沿直径压缩至少大约40％。

14、权利要求13的泵，其中所述第二凸缘从其自由状态压缩大约50％至大约60％。

15、权利要求11的泵，其中所述隔膜包括一种选自由含氟弹性体、乙烯丙稀二烯三元共聚物及其组合物构成的组中的材料。