CN101111682A - 旋转泵 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种旋转泵(100)，其中一个或者多个包括旋转缸体(160和160’)和旋转活塞(150和150’)的转子在壳体(110)内转动以压缩或者抽取流体，所述壳体(110)具有吸入孔(102)和排出孔(104)。更具体地，两个旋转活塞(150和150’)设置成在所述两个旋转活塞(150和150’)的重心与转轴(130)的重心重合的状态下绕转轴(130)回转，因此不仅可以减少振动或者噪音的产生，而且还可以降低流体流量的变化。旋转泵可具有根据压力打开或关闭的盖件(250)，以在排出孔的压力与吸入孔的压力不同时防止因为旋转泵的转动而产生回流和脉动。

Description

旋转泵

技术领域

本发明涉及一种旋转泵，其中一个或者多个转子在接收到转矩时在壳体内转动以压缩或者抽取流体，每个所述转子包括旋转缸体和旋转活塞，所述壳体具有吸入孔和排出孔。更具体地，本发明涉及一种旋转泵，其中两个旋转活塞设置成在所述两个旋转活塞的重心与转轴的重心重合的状态下绕转轴回转，因此不仅可以减少振动或者噪音的产生，而且还可以降低流体流量的变化。

本发明还涉及一种旋转泵，其中在排出孔处设置有可以根据压力自由打开或关闭的盖件，因此即使排出孔的压力与吸入孔的压力不同，也可以防止在旋转泵转动过程中产生回流和脉动。

背景技术

总体来说，泵是一种压缩或者抽取流体——例如气体或者液体——的设备。这样的泵可以操作而直接将压力低于大气压的流体抽入或者推入高压容器内。根据其使用目的，泵可以被称作压缩机、计量泵、真空泵，等等。在这里，所有种类的泵都简称为泵。

泵基本上可以分类为往复泵和旋转泵。往复泵的构造使得活塞在缸体内往复运动以抽取流体。旋转泵构造成使转子、齿轮和螺杆转动以起到活塞的作用。

参见图1，传统的往复泵10是一种容积泵，其中根据封闭空间的体积变化来抽取液体。传统的往复泵10包括：带有吸入阀12和排出阀14的缸体16；往复活塞18；以及连杆20，用于将旋转运动转化为活塞18的直线往复运动。当活塞18线性地往复进出缸体16时，例如气体或者液体的流体被吸入或者排出缸体16。具体地说，当活塞18从缸体16中抽出时，缸体16中的内部压力降低，致使排出阀14关闭而吸入阀12开启。因此，容置在容器22中的流体通过吸入管吸入到缸体16中。在这种情况下，排出管24中没有流体流动。相反的，当活塞18进入到缸体16中时，吸入阀12关闭，同时，容置在缸体16中的流体排出到排出管24中，同时推动排出阀14。在这种情况下，吸入管中没有流体流动。

上面提及的单动泵类型的传统往复泵10容易引起流体流量的过大变化和过大的脉动。因此，采用复动泵或者差动往复泵以解决上述的问题。但是，复动泵或者差动往复泵为了减少流体流量变化需要使用大量的缸体、活塞以及阀，其缺点在于结构复杂，而且也不能够有效地降低流体流量的这种变化。

另外，传统的往复泵10还有一些其它的问题，例如，活塞18的线性往复运动会无法避免地引起过大的噪声和振动，流体流动经常被中断，且阀12和14、活塞18以及连杆20的惯性会阻碍泵10的快速运作。为了解决这些问题，最近主要应用一种能够以较低的噪声和振动快速转动的旋转泵。

如图2所示，一种传统的旋转泵50包括：带有吸入孔52和排出孔54的圆筒形壳体56，所述吸入孔52与排出孔54形成在壳体56周向的相对的位置处；在壳体56内回转的旋转缸体58；在旋转缸体58内滑动的旋转活塞60；安装在旋转活塞60的中心的回转轴64；以及相对于旋转活塞60的中心偏心地安装的转轴62。

旋转泵50与往复泵10的不同之处在于，其消除了使用吸入阀和排出阀、曲柄以及连杆的必须性。简单地讲，当旋转缸体58与其它数个元件在壳体56内回转、且旋转活塞60在旋转缸体58内绕转轴62回转时，旋转缸体58的内部空间的体积随着一次完整的圆周运动而变化，从而抽取流体。因为旋转泵50与上面所述的单动泵10不同地没有流体流动的间断，所以旋转泵50获得平稳得多的流体流动以及甚至优于两个单动泵组合的高流量。因此，旋转泵50适合抽取高密度的流体。此外，旋转泵50的优点在于：即使加以高压，压力也仅在转轴62上作用一个转矩，而不会造成机器的超载。旋转泵50还能够完全地排出所吸入的流体，因而取得高的效率。

但是，如上所述的传统的旋转泵50存在如下的一些问题。

传统的旋转泵50在转动过程中会受到振动的影响，这是因为转轴62与回转轴64和旋转活塞60相连接，而回转轴64和旋转活塞60的重心都偏离转轴62的重心。当然，可以通过利用配重完全消除该振动。但是，这种解决方法会导致传统旋转泵50的整体体积与重量的增加。而且，虽然传统的旋转泵50与传统的往复泵10相比确实获得了稳定得多的流体流动，但是传统旋转泵50也不可避免地遇到流体流动间断的问题。因此，旋转泵50没有消除流体流动的不平稳和脉动的产生。

而且，虽然传统旋转泵50不需要往复泵10中的吸入阀12和排出阀14，但是位于壳体56相对侧上的吸入孔52与排出孔54依据旋转缸体58的转动而开合，导致各种操作问题。

例如，在传统旋转泵50的情形中，吸入孔52和排出孔54同时地打开或者关闭。在旋转缸体58的内部空间通过旋转活塞60分成为两个空间的状态下，如果吸入孔52关闭，则排出孔54同时打开，而如果排出孔54关闭，则吸入孔52同时打开，并与两个空间的其中一个相联。因此，只有在吸入孔52和排出孔54关闭或者打开时，空间中的压力等于或近似于吸入孔52中的压力。从而，当传统的旋转泵50作为压缩泵或者真空泵的时候，一旦排出孔54打开，则位于吸入孔52外部的气体就通过吸入孔52立刻地吸入旋转缸体58内的低压空间，但是随着旋转活塞60的操作通过吸入孔52推出。如此的气体快速回流导致脉动的增加和流动的不平稳性。

因为如果排出孔54关闭，则旋转缸体58中不剩有有效空间，因此，从吸入孔52吸入的流体能够通过排出孔54完全地排出。但是，通过关闭的排出孔54的窄小开口迅速排出的流体会在旋转活塞60上突然地施加一个过大的高压，阻止旋转活塞60的转动。当然，通过减小旋转活塞60上下拱形表面的厚度以在旋转活塞60的上下两侧限定出空间，便可以解决这个问题。但是，如果流体是气体，则吸入的气体就会部分地残留在所述空间内而没有完全地排出，因此在吸入孔52开启时导致回流。由于这个原因，当旋转泵被用作压缩泵的时候，它只能取得低于空间压缩率的有限压缩率。另一方面，当旋转泵被用作真空泵的时候，残留气体导致真空度的降低。

发明内容

技术问题

本发明的目的是用以解决上述问题，且本发明第一目的是提供一种能够以简化的结构实现抽取流体平稳流动的复动旋转泵或者差动旋转泵。

本发明的第二目的是提供一种能够在转动过程中不使用配重地降低振动和噪声的旋转泵。

本发明的第三目的是提供一种即使是当吸入孔与排出孔之间存在压力差时也没有脉动和回流的危险的旋转泵。

本发明的第四目的是提供一种能够在完全排出所吸入流体的同时进行平稳的旋转运动、以及能够实现压缩率和真空度的改善的旋转泵。技术方案

依照本发明的第一个方面，上述第一和第二目的可以通过一种旋转泵来实现，其中吸入孔和排出孔接连地重复开合而不使用阀，流体依据在转子接收到外部转矩而转动时的空间体积变化而受压缩或者被抽取，所述旋转泵包括：壳体，其限定圆筒形的内部空间并在所述壳体周向上的相对位置处设置有流体吸入孔和流体排出孔；转轴，其以可旋转的方式插入穿过形成在所述壳体相对端处的孔、并用作所述壳体的回转轴线；一对回转轴，其在相对于所述转轴的中心对称的位置处在所述转轴上沿纵向彼此隔开，所述回转轴的中心轴线沿相反的方向与转轴的中心轴线隔开相同的距离；一对立方形的旋转活塞，其分别装配在所述回转轴上，每个所述立方形旋转活塞都具有凸出的对称拱形上下表面；以及一对旋转缸体，其安装成在所述壳体内回转、并具有一对设置成彼此之间具有90度相位差的旋转缸体室，用于紧密插入在相应旋转缸体室内的旋转活塞滑动运动；以及一对圆盘，每个所述圆盘在相对于其中心偏心的位置处具有转轴孔、且用于使所述旋转缸体室彼此隔开。

当回转轴和旋转活塞回转一周时，旋转缸体转动半周。

依照本发明的第二方面，本发明的第三和第四目的可以通过一种旋转泵来实现，其中吸入孔和排出孔依据转子的转动接连地重复开合而不使用阀，且流体依据在转子接收到外部转矩而转动时的空间体积变化而受压缩或者被抽取，其中所述吸入孔与排出孔彼此相邻安置，而不是相对设置。即，与上述吸入孔与排出孔形成在旋转泵相对侧的构造相比较，仅将排出孔的位置上移90度。依照本发明的第二方面，同样，开/合盖件安装在排出孔处以向外打开。此盖件构造成覆盖限定于所述排出孔与扩展的排出通道之间的突肩，所述扩展的排出通道的直径大于排出孔的直径。当排出孔内的压力小于排出孔外的压力时，盖件向内运动而关闭排出孔。相反的，当排出孔内的压力大于排出孔外的压力时，盖件由高压从排出孔向外推动，因此使得流体能够从排出孔中排出。

有益效果

依据本发明第一方面的具有上述构造的旋转泵具有以简化的结构实现流体平稳流动、以及不通过使用配重来防止振动和噪声的产生的效果。众所周知，使用配重有效地防止振动和噪声。因此，本发明中的旋转泵允许使用轻和小的配重。

此旋转泵可以应用于转缸发动机。

依据本发明第二方面的具有上述构造的旋转泵能够适合用怍压缩泵或者真空泵，其中吸入孔与排出孔彼此之间存在压力差。理论上讲，此旋转泵没有压缩率和真空度的限制。

附图说明

通过下面对实施方式的说明并结合附图，本发明的示例实施方式的这些和/或其它的方面和优点将变得明显和更易于理解，其中：

图1是示出传统往复泵的构造的截面图；

图2是示出传统旋转泵的构造的截面图；

图3是示出依据本发明第一优选实施方式的旋转泵的分解立体图；

图4是示出依据本发明第一优选实施方式的旋转泵的构造的截面图；

图5至图9是示出依据本发明第一优选实施方式的旋转泵的操作的截面图；

图10是示出依据本发明第一优选实施方式的吸入孔处的体积变化与相位角之间的相对关系的曲线图；以及

图11是示出依据本发明第二优选实施方式的旋转泵的构造的截面图。

具体实施方式

现在，将参照附图详细说明依据本发明的旋转泵的优选实施方式。此处假设转子的角速度恒定。

图3和图4分别是示出依据本发明第一优选实施方式的旋转泵的分解立体图和截面图。图5至图9的截面图示出依据本发明第一优选实施方式的旋转泵的操作。图10的曲线图示出依据本发明第一优选实施方式的吸入孔处的体积变化与相位角之间的相对关系。

如上述附图所示，依据本发明第一实施方式的旋转泵100包括：壳体110，其限定圆筒形的内部空间并在该壳体110周向的相对位置处设置有流体吸入孔102和流体排出孔104；一对圆盘120，其耦联于壳体110以闭合壳体110的圆筒形内部空间的相对侧，每个圆盘具有转轴孔112，钻孔的位置相对于居中地附于该圆盘上的小圆盘的中心是偏心的；转轴130，其插入穿过圆盘120的转轴孔112；一对回转轴140和140’，其在相对于转轴130中心对称的位置处在转轴130上沿纵向彼此隔开，回转轴140和140’的中心轴线沿相反的方向与转轴130的中心轴线隔开相同的距离；一对立方形的旋转活塞150和150’，其分别安装在回转轴140和140’上，每一个立方形旋转活塞150和150’都具有凸出的对称拱形上下表面；以及一对旋转缸体160和160’，其安装成在壳体110内回转、并具有一对设置成彼此之间具有90度相位差的旋转缸体室152和152’，每一个旋转缸体室允许相关联的一个旋转活塞滑动运动，并在其相反侧处开放。

在旋转泵100的操作中，如果回转轴140和140’回转一周，则旋转缸体160和160’以及旋转活塞150和150’转动半周。即，由于旋转活塞150和150’与旋转缸体160和160’接合，所以，当旋转活塞150和150’绕转轴130回转一周时，旋转活塞150和150’也跟随转动半周的旋转缸体160和160’转动半周。

在本发明的旋转泵100中，一对回转轴140和140’在转轴130上沿纵向彼此隔开，使得回转轴140和140’的中心轴线相对于转轴130的中心轴线沿相反的方向隔开相同的距离。通过这个构造，回转轴140和140’的中心轴线与转轴130的中心轴线成180度角。而且，限定于旋转缸体160和160’中的旋转缸体室152和152’彼此间存在一个90度的相位差，同时沿转轴130的纵向彼此平行。

旋转缸体160和160’的旋转缸体室152和152’通过连接孔162彼此连接，但是塞子170配合入连接孔162中以使旋转缸体室152和152’彼此之间完全隔开。塞子170上钻出有另外的转轴孔112。

旋转缸体160和160’的中心轴线到转轴130的中心轴线的距离与回转轴140和140’的中心轴线到转轴130的中心轴线的距离相同。从而，如果转轴130转动一周、且相应地一对回转轴140和140’以及一对旋转活塞150和150’也绕转轴130回转一周，则旋转缸体160和160’回转半周，导致旋转活塞150和150’转动半周。

参见图5，一半的吸入孔102与排出孔104被由实线所示的旋转缸体160完全地封闭，而剩余的一半吸入孔102完全连接于由虚线所示的另一个旋转缸体160’的旋转缸体室152’。从而，对于前半部分而言，吸入孔102开始关闭以停止抽吸流体，同时，排出孔104开始开启以排出所抽取的流体，导致旋转缸体室152的体积变化为零。相反地，对于剩余的一半部分而言，旋转活塞150’开始经过旋转活塞室152’的中心，从而使得流体在旋转活塞150’的左侧吸入并在旋转活塞室152’的右侧排出，导致旋转缸体室152’体积的变化最大。

图5至图9示出旋转泵100在旋转以抽取流体时的一个循环。图7示出图5的反相状态，图9示出与图5一致的恢复状态。因此，图5、图7和图9示出旋转泵100空间的体积变化是相同的。另外，图6和图8示出旋转泵100空间的体积变化是相同的。

图10示出体积随旋转泵100转动的变化。图10的横坐标是旋转泵100中转轴130或者回转轴140的相位，而图10的纵坐标是空间体积的变化。具体而言，图6示出在旋转泵100吸入孔102处的体积变化。在排出孔104处的体积变化与图6中的曲线基于水平轴对称。图6中，细实线指的是在与旋转泵100的旋转缸体室152相关联的那半部分吸入孔102处的体积变化，虚线指的是在与旋转缸体室152’相关联的剩余半部分吸入孔102处的体积变化，而粗实线指的是两个体积变化的总和。即，粗实线指的是在旋转泵100的整个吸入孔102处的体积变化。此处，如同可以容易地理解的那样，细粗实线和虚线均画为正弦曲线。

基于液体密度基本不变的事实，可以理解，当旋转泵100抽取液体的时候，液体流量的变化与旋转缸体室152和152’的体积变化近似相同。而且，如图6所示，所抽取的液体的流动非常平稳，并产生较小的脉动。尽管传统往复泵10在具有四对缸体16的情况下可获得较为平稳的流体流动，但是，因为传统往复泵10中的活塞18根据连杆20的操作而往复运动、并因此不可避免地导致缸体10体积比正弦曲线更不平稳地变化，所以，传统往复泵10所获得的流体流动无法与旋转泵100获得的平稳流体流动相比。

如上所述，依据本发明第一实施方式的旋转泵100具有一个特点：其流体的流动是定量的。因此，旋转泵10适用于应用在静脉曲张治疗仪器中以及其它的仪器中，以把营养剂或者抗生素注射入病人的有问题的消化器官内，或者把止痛剂注射入长期病痛患者。

图11是示出依据本发明第二优选实施方式的旋转泵的构造的截面图。

如图11所示，依据本发明第二实施方式的旋转泵200包括：壳体260，其具有一个圆筒形的内部空间以使旋转缸体240在其内回转，所述壳体260具有一个位于图左侧的流体吸入孔242、一个位于图上侧的流体排出孔244、与排出孔相连且直径大于排出孔244直径的扩展的排出管255、和限定于排出孔244与扩展排出管255之间的突肩252；转轴210，其用以将外部转矩传递给转子；立方体旋转活塞230，其配合在回转轴220上，每一个立方体旋转活塞230都具有凸出的拱形上下表面；旋转缸体240，其安装成在壳体260的内部回转、并在内部分别限定出旋转缸体室234和234’，每一个旋转缸体室234和234’在其相对侧开口、并且构造成允许旋转活塞230滑动运动；以及盖件250，其构造成覆盖排出孔244外部的突肩252，以根据压力来开合排出孔244。

在具有上述结构的本实施方式中，重要的是：在壳体260周向的相邻位置处钻出吸入孔242与排出孔244，而且盖件250安装成从排出孔244向外开启。

本实施方式的旋转泵200适用于压缩或抽取气体。现在，参考图11说明旋转泵200的旋转操作。此处，旋转泵200逆时针转动。在操作过程中，流体通过吸入孔242从吸入管254吸入到旋转缸体室234中，然后在向上推动盖件250的同时通过排出孔244向上运动进入到排出管255中。特别地，为了开启盖件250，旋转滑动室234’的压力必须大于排出管255的压力。为此，吸入管254与排出管255之间的压力差越大，越需要降低旋转缸体室234’中的压力。这样做的效果可以缩短盖件250的开启时间。当转子进一步转动时，旋转缸体室234的体积逐渐增加，使气体从吸入管254被抽取到旋转缸体室234中。随着旋转缸体240的转动，只有当吸入孔242被旋转缸体壁236封闭住的时候，旋转缸体室234的体积达到最大，且结束从旋转活塞230下侧抽取气体。在此情形下，旋转活塞230上部的旋转缸体室234’的体积达到最小并近似为零。因此，没有气体向上运动，而且向上推动盖件250的力消失。从而，盖件250通过从排出管255施加的向下推动压力和其自身的弹性关闭排出孔244。随后，随着转子进一步转动，旋转缸体室234的体积减小，导致容置在旋转缸体室234内的气体被压缩。另一方面，旋转缸体室234的体积逐渐增加，而且同时，缸体壁236开启吸入孔242、允许吸入气体。在此情形下，由于吸入孔242与排出孔244彼此相邻，便存在一个危险，即从排出孔244外部获得高压的流体可能被推入到吸入孔242内。但是在此实施方式中，盖件250有效地防止流体的回流。

尽管示出并描述了本发明的实施方式，但是本领域的技术人员可以知晓，可以修改此实施方式不背离本发明的原理和精神，本发明的范围限定在权利要求及其等同体中。例如，依据本发明实施方式的旋转泵可以通过利用气体的膨胀力、热空气的膨胀力或者压缩气体的膨胀力来应用在转缸发动机中以转动转子。

工业实用性

从上文的描述可知，本发明提供了一种旋转泵，其具有以下的效果。

第一，本发明的旋转泵可以通过优于具有四对缸体的往复泵的简化结构来更平稳地抽取更多的流体。

第二，此旋转泵可以降低振动和噪声，并且不但可以防止在气体压缩或者抽取时所引起的周期性回流和脉动，而且还可以防止阻碍旋转泵转动的突然的过大压力。

第三，此旋转泵可以在较短的时间内大量地大规模制造，这样可以降低产品价格，并且获得稳定和可靠的产品。

Claims (4)

1.一种旋转泵，其中吸入孔和排出孔依据转子的转动打开或关闭而不使用阀，且流体依据空间体积的变化而受压缩或者被抽取，所述旋转泵包括：

壳体，其限定圆筒形的内部空间并在所述壳体周向上的相对位置处设置有流体吸入孔和流体排出孔，一对圆盘分别耦联到所述壳体的相对端处并具有转轴孔；

转轴，其以可旋转的方式插入穿过所述转轴孔；

一对回转轴，其在所述转轴上沿纵向彼此隔开，所述回转轴的中心轴线沿相反的方向与转轴的中心轴线隔开相同的距离；

一对立方形的旋转活塞，其分别绕所述回转轴回转，每个所述立方形旋转活塞都具有凸出的对称拱形上下表面；以及

一对旋转缸体，其安装成在所述壳体的圆筒形内部空间中回转、同时紧密地容置在所述圆筒形内部空间中，并且具有一对用于所述旋转活塞滑动运动的旋转缸体室，所述旋转缸体室沿所述转轴的纵向平行地设置、使得彼此之间具有90度的相位差。

2.一种旋转泵，其中吸入孔和排出孔依据转子的转动打开或关闭而不使用阀，且流体依据空间体积的变化而受压缩或者被抽取，所述旋转泵包括：

壳体，其具有圆筒形的内部空间以允许旋转缸体的回转、并在所述壳体周向上的相邻位置处设置有流体吸入孔和流体排出孔；

转轴，其用作旋转活塞的回转轴；

回转轴，其装配在所述转轴上、且其中心轴线相对于所述转轴的中心轴线偏心；

立方形的旋转活塞，其装配在所述回转轴上以绕所述回转轴回转，且每个所述立方形旋转活塞都具有凸出的拱形上下表面；以及

旋转缸体，其安装成在所述壳体的圆筒形内部空间中回转、同时紧密地容置在所述圆筒形内部空间中，并且其内部限定有用于所述旋转活塞滑动运动的旋转缸体室。

3.如权利要求2所述的旋转泵，进一步包括：

扩展的排出管，其与所述排出孔相连接并且直径大于所述排出孔的直径，以在所述排出孔与所述扩展的排出管之间限定有向内延伸的突肩；以及

盖件，其设置在所述排出孔处以依据流体的压力向外打开，从而用来防止在所述排出孔外部接收到高压的流体被推入到相关联的其中一个旋转缸体室中。

4.如权利要求1所述的旋转泵，其中所述旋转泵适于应用到设计成利用流体的压力来转动的转缸发动机中，所述流体的压力例如为气体的膨胀力、热蒸汽的膨胀力、以及压缩气体的膨胀力。

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