CN101173662A - 带有摆动定子和磁驱动的渐进腔式泵 - Google Patents

Abstract

渐进腔式泵，包括构造为由马达旋转的驱动构件和与所述驱动构件通过磁力可旋转地连接的被驱动构件。所述被驱动构件与所述驱动构件流体隔离。该泵还包括摆动定子和设置在所述定子内部的转子，该转子构造成使得所述被驱动构件的旋转促使所述转子和所述定子之间相对旋转，所述转子和所述定子之间的相对旋转又促使泵中的材料通过泵被泵送。

Description

带有摆动定子和磁驱动的渐进腔式泵

本申请要求于2006年10月6日提交的美国临时申请系列编号60/850,199的优先权，其全部内容在此引入作为参考。

技术领域

本发明涉及渐进腔式泵，并且尤其是包括摆动定子和/或磁驱动的渐进腔式泵。

背景技术

渐进腔式泵可以用来泵送各种各样的材料，包括可能具有相对侵蚀性的或者腐蚀性的化学材料。本发明提供的泵结构通过配备各种各样的密封结构、流体隔离结构及其他特征可以适应这些相对侵蚀性的或者腐蚀性的化学品。

发明内容

在一个实施例中，本发明的渐进腔式泵包括构造为由马达旋转的驱动构件和与所述驱动构件通过磁力可旋转地连接在一起的被驱动构件。该被驱动构件与驱动构件是流体隔离的。所述泵还包括摆动定子和设置在定子内部的转子，所述转子构造成使得被驱动构件的旋转促使转子和定子之间相对旋转，转子和定子之间的相对旋转又促使泵中的材料被通过泵泵送。

在本发明的另一个实施例中，用于操作渐进腔式泵的方法包括以下步骤：提供包括驱动构件、被驱动构件、摆动定子和设置在该定子内部的转子的渐进腔式泵。该方法还包括促使驱动构件旋转、从而磁性地促使被驱动构件旋转的步骤。被驱动构件的旋转促使转子和定子之间相对旋转，转子和定子之间的相对旋转又促使泵中的材料被泵送通过。

附图说明

图1是本发明的泵的一个实施例的侧横截面图；

图2是图1的泵的侧横截面透视图；

图3是图1的泵的分解透视图；和

图4是图1的泵的部分分解的侧横截面图。

具体实施方式

参见附图，本发明的渐进腔式泵10可以利用标准马达、变速箱或者齿轮马达12来可旋转地驱动输出轴或者传动轴14。为了可旋转地将驱动轴14连接到泵10的转子16上，可以使用磁驱动连接系统18。更特别的是，该磁驱动连接系统18可以包括大体上为圆柱状的外部磁体，或者与驱动轴14可机械旋转地连接的驱动磁体/构件20。驱动轴14可以具有键槽或者″平槽(flat)″15，并且该外部磁体20可以具有在其中紧密地接纳驱动轴14的套筒22，以可旋转地连接外部磁体20和驱动轴14。然而，各种各样的其它机构或者装置都可以用来可旋转地连接驱动轴14和外部磁体20，例如利用内接合(interengaging)几何结构、销、螺栓、开口挡圈、压配合、紧固件等等。这些连接方法，以及各种各样的其它机构或者装置也可以用于实现在本文中公开的其它旋转连接。

外部磁体20在其中接纳大体上为圆柱状的护罩或者密封件24，并且大体上为圆柱状的内部磁体或者驱动磁体/构件26接纳在该护罩24的内部。正如接下来将要详细描述的，护罩24有助于给泵10提供流体隔离。举例来说，内部磁体26可以流体地暴露于通过泵10移送/泵送的材料，护罩24有助于在其中容纳泵送的材料，并且也可以流体地隔离外部磁体20及其他构件。

因此，在示意性的实施例中，呈护罩24形式的密封件设置在内部磁体26和外部磁体20之间以便流体地隔离那些构件。该护罩24允许在内部磁体26和外部磁体20之间进行充分的磁性相互作用，同时仍然提供流体隔离。当护罩24磨损之后，该护罩24是可移动的和可替换的。

外部磁体20、护罩24和内部磁体26接纳在外壳28中，该外壳28具有安装凸缘30，所述安装凸缘30可用于将外壳28连接到马达12上。外壳28与排放壳体32连接在一起，并且该护罩24设置在外壳28和排放壳体32之间。更特别的是，护罩24包括向外延伸的凸缘部分34，所述凸缘部分34设置在外壳28和排放壳体32之间。凸缘部分34也提供用于O型圈33的座，该O型圈33在外壳28/护罩24和排放壳体32之间提供了流体不能透过的密封。

排放壳体32大体上为圆柱状，其包括横向延伸的排放口36，泵送的材料由此通过而流出泵10。该排放壳体32连接至大体上为圆柱状的进入/吸入壳体40，进入/吸入壳体40包括轴向延伸的入口42，被泵送的材料通过该入口42进入泵10。在示意性的实施例中，大体上为圆柱状的过渡件44设置在排放壳体32和吸入壳体40之间。

泵10包括转子16，所述转子16设置在一对定子46、48内部，并且贯穿该对定子46、48。正如接下来将要详细描述的，泵10可以包括比两个定子多或者少的情形。转子16安装在设置于泵10的内部并且沿着泵10的大部分长度延伸的对准轴50上。该对准轴50可以由相对较硬的材料构成，例如陶瓷，也可以由对任何待泵送的化学物无活性的并且提供高耐用性的材料构成。

轴50的输出端50a固定地(即不可旋转地)安装在护罩24上，例如通过将对准轴50的偏心端50a插入到护罩24上的相应形状的套筒52中来实现。该对准轴50的输入端50b类似地固定或者不可旋转地安装在吸入壳体40上。更特别的是，在示意性的实施例中，吸入壳体40包括在其中紧密地接纳对准轴50的偏心输入端50b的悬臂端凸缘55。当然，也可以使用各种各样其它安装和保持对准轴50的方法。

止推垫圈54a、54b设置在对准轴50的相对两端以容纳轴50的轴向/推力载荷。更特别的是，在泵10操作期间，止推垫圈54a、54b承载轴向载荷，否则该轴向载荷将施加于对准轴50上，从而减少轴50、套筒52和凸缘55的磨损。止推垫圈54a、54b也有助于保持轴50的对准和定位。而且，在其它的构件装配在轴50上时，该止推垫圈54a、54b通过将轴50保持在适当的位置而有助于泵的组装。该止推垫圈54a、54b可以由相对较硬的惰性材料例如陶瓷构成。

大体上为圆柱状的轴衬56可旋转地与内部磁体26的内表面连接，例如通过过盈配合、粘合剂或者机械装置连接。该轴衬56可以由各种各样的材料构成，例如石墨，并且在它的末端包括开口58。该开口58在其中接纳转子16的输出端16a。转子16的输出端16a通过各种各样的方式例如通过过盈配合、通过互相接合的几何结构、销、螺栓、开口挡圈、圆柱状的夹紧构件57等等与轴衬56连接。因此，轴衬56、内部磁体26和转子16可围绕对准轴50旋转，并且该对准轴50为转子16提供了径向支承面。

内部磁体26可在轴向沿着轴衬56滑动。更特别的是，可以有小间隙或者空隙(即图2的间隙59)以允许内部磁体26轴向地运动或者膨胀，但是所述运动受护罩24和限定开口58的轴衬56一端的约束。因此内部磁体26沿着一个轴向端可不受约束以允许热膨胀或者运动。该内部磁体26可以具有比较高的热质量(thermal mass)，这样的结构允许内部磁体26膨胀，例如由于热膨胀而膨胀，而不会导致对泵10的破坏。可见，外部磁体20基本可以不受约束以允许它的热膨胀。

转子16贯穿并且接纳在一对定子46、48中。该转子16可以由各种各样的任意的材料构成，但是可以具有比对准轴50的材料更大的挠性和/或韧性以允许转子16适应施加在其上的弯曲应力。在任何情况下转子16可以由化学上惰性和耐磨的材料构成，尽管转子16不是必须具有这样的特性。

下游定子46安装在过渡壳体44的内部，上游定子48安装在吸入壳体40的内部。每个定子46、48包括大体上为圆柱状并限定了内孔62的中心核60和大体上为圆柱状并围绕该中心核60的外裙部64。每个裙部64从相关的中心核60间隔开以在其间限定间隙66。

定子46、48可以由弹性材料和/或柔性弹性体材料构成。如接下来将要详细描述的，定子46、48可能需要是弹性的和/或柔性的，以便保证泵10适当操作。举例来说，定子46、48可以由以下材料构成：弹性体、丁腈橡胶、天然橡胶、合成橡胶、氟橡胶、聚氨酯、乙烯-丙烯-二烯系单体(″EPDM″)橡胶、聚烯烃树脂、全氟橡胶(perfluoroelastomer)、氢化腈和氢化丁腈橡胶、聚氨基甲酸酯、表氯醇聚合物、热塑性聚合物、聚四氟乙烯(″PTFE″)、聚氯丁烯(例如氯丁橡胶)、合成橡胶或者橡胶混合物，例如由位于Wilmington Delaware的E.I.du Pont de Nemours and Company出售的VITON材料，合成弹性体，例如E.I.du Pont de Nemours and Company出售的HYPALON聚烯烃树脂和合成弹性体，合成橡胶，例如由E.I.du Pont de Nemours and Company出售的KALREZ合成橡胶，四氟乙烯/丙烯共聚物，例如由日本东京的Asahi Glass联合有限公司出售的AFLAS四氟乙烯/丙烯共聚物，酸-烯烃共聚物，例如由Chemfax，Incorporated of Gulfport Mississippi出售的CHEMROZ酸-烯烃共聚物，以及各种各样其它的材料。

转子16可以由相对较硬的材料构成，例如钢、碳素钢、工具钢、由E.I.duPontde Nemours and Company出售的TEFLON氟代烃和聚合物、A2工具钢、17-4pH不锈钢、坩埚钢、4150钢、4140钢或者1018钢、热塑性塑料、由ChevronPhillips Chemical Company of Woodlands Texas出售的RYTON热塑性塑料或者树脂，由宾夕法尼亚的Arkema，Inc.of philadelphia出售的KYNAR含氟合成树脂或者其它的可以铸造、机械加工或者注模生成的适合的材料。由于转子16可以由相对较硬的材料构成，这可以增加转子16的强度和耐用性。

转子16可以是呈单螺距螺旋形式的外螺纹转子16。每个定子46、48具有大体上纵向地贯穿的开口或者内孔62，呈双螺距螺旋螺母的形式，以提供具有内螺纹的定子46、48。转子16可以包括单外螺旋凸齿70，该凸齿70的齿距是定子46、48的内螺旋槽62的齿距的两倍。

定子46、48的齿距长度可以是转子16的两倍，并且该示意性的实施例显示了已知为1∶2剖面元件(profile element)的转子/定子组件组合，这意味着转子16具有单螺距并且定子46、48每个具有两个螺距。然而，本发明也可以应用任何各种各样的转子/定子结构，包括更加复杂的渐进腔式泵例如9∶10设计，其中转子具有九个螺距，定子具有十个螺距。一般而言，差不多任意的螺距组合都可以使用，只要定子46、48具有比转子16多一个螺距即可。美国专利号2,512,764、2,612,845和6,120,267提供了渐进腔式泵的操作和构造的更多信息，这些专利的全部内容在此引入作为参考。

转子16和定子46、48提供一系列的螺旋状的密封线72，在密封线72上，转子16和定子46、48相互接触，或者形成得相互非常接近。用这样的方式，转子16的外螺旋凸齿70和定子46、48的内螺旋槽62在其间限定了多个空腔74。密封线72限定或密封地限定了通过转子16和定子46、48的表面界定的不连续空腔74。

为了操作泵10，马达12可旋转地驱动输出轴14，这又促使外部磁体20旋转。外部磁体20和内部磁体26之间的磁性力/相互作用促使内部磁体26在护罩24的内部旋转。内部磁体26的旋转又促使轴衬56旋转，这相应地促使转子16在定子46、48的内部围绕轴50旋转。

需要注意到的是，代替由固有磁性材料构成，内部磁体26还可以由可磁化的材料(即铁质材料等等)构成，这种材料能被外部磁体20磁性地吸引。或者，内部磁体26可以由磁性材料构成，而外部磁体20可以由可磁化的材料构成，然而，不论在哪种情况下，内部磁体26或者外部磁体20的至少一个可以由永磁性材料构成。

随着转子16在定子46、48内部转动，空腔74从转子/定子对的入口或者吸入端前进到转子/定子对的出口或者排放端。在转子16的单个360度的旋转过程中，一套空腔74在入口42打开或者产生，其完全相同于第二套空腔74在出口36关闭或者结束的速率，这就产生可预测的、无脉动的泵送流体流。这样，在定子46、48内部的转子16的旋转将位于泵10中的材料从入口42泵送到出口36。

当转子16围绕它的中心轴旋转时，每个定子46、48的中心核60径向地运动或变形，或者“摆动”以容纳转子16的外表面/螺旋凸齿70的偏心旋转。因此每个定子46、48组成大家所知的偏心定子或者摆动定子，并且应该具有足够的柔性以容纳这些摆动。每个定子46、48中的间隙66提供了足够的空隙以容纳每个定子46、48的中心核60的摆动。

转子16可以同心地安装在它的中心轴线上，定子46、48可以相对于中心轴偏心地设置。以这样的结构，转子16平稳地围绕对准轴50旋转，并且其中心轴不会径向地平移；而任意径向运动都被定子46、48收容。因此，在这个结构中，转子16不需要万向联轴节。去除万向联轴节可以节省成本，减少泵10的元件个数和复杂性。此外，磁驱动18提供密封驱动系统，并且有助于确保所有被泵送的材料(例如腐蚀性材料等等)不会通过驱动连接件逸出。

如果需要，相对刚性的套筒等等(未显示)可以设置在定子46、48的一个或多个内核60的外表面80上。所述套筒提供限制的特征，其限制定子46、48的挠性，从而限制它的摆动，并可以根据需要改变泵10的特性。举例来说，利用套筒可以允许泵10提供更高的压力能力。

该示出的实施例显示了泵10带有的过渡件44将定子46接纳在其中。如果需要，其他的在其中设置有定子的过渡件可以设置在排放壳体32和吸入壳体40之间。另外，如果需要，过渡件44可以移除，排放壳体32可以直接连接到吸入壳体40上。因此这种灵活性允许泵10以模块方式根据需要分段或者布置有任意多个定子，不过可能需要安装不同长度的定子16和轴50以容纳不同数量的定子。

泵10可用来泵送腐蚀性化学品等。在这种情况下，泵10的全部过流面可以由惰性的和/或耐蚀的材料构成，或者涂敷这样的材料。举例来说，排放壳体32、吸入壳体40、转子16、护罩24和过渡件44中的每个都可以由热塑性塑料或树脂材料或者任意的化学惰性树脂或者聚合材料构成，或者涂敷这样的材料。一种这样的材料例如为RYTON热塑性塑料或者树脂。内部磁体26也可以覆盖有这样的保护涂层。然而，泵10的材料和/或过流面可以由各种任意的材料构成，例如差不多化学惰性的树脂、聚合体或树脂材料。

护罩24大体上围绕内部磁体26，其与密封件33一起，密封和保护泵10的下游组件(即外部磁体20和马达12)免于接触待泵送的材料。此外，由于磁驱动连接，不需要直接机械驱动连接到泵10的内部，因为磁驱动力透过(密封的)护罩24传输。因此磁驱动结构给泵10提供了更好的完整性并且消除了对机械密封的需要。因此本发明提供了紧凑的、密封较少的塑料泵。

以上对本发明进行了详细的描述，并且参考了优选的实施例，显然，可以对其进行修改和变化而不脱离本发明的范围。

Claims (20)

1.一种渐进腔式泵，包括：

构造为由马达旋转的驱动构件；

与所述驱动构件通过磁力可旋转地连接的被驱动构件，其中所述被驱动构件与所述驱动构件流体隔离；

摆动定子；和

设置在所述定子内部的转子，该转子构造成使得所述被驱动构件的旋转促使所述转子和所述定子之间相对旋转，所述转子和所述定子之间的相对旋转又促使泵中的材料通过泵被泵送。

2.根据权利要求1所述的泵，其中所述驱动构件和被驱动构件都由永磁性材料构成。

3.根据权利要求1所述的泵，其中所述驱动构件或被驱动构件中的一个由永磁性材料构成，而驱动构件或被驱动构件中的另一个由可磁化的材料构成。

4.根据权利要求1所述的泵，其中所述驱动构件大体上径向向外地相对于所述被驱动构件设置，并且其中沿径向在驱动构件和被驱动构件之间设置了密封件，以将驱动构件和被驱动构件基本上流体隔离。

5.根据权利要求1所述的渐进腔式泵，其中所述驱动构件或被驱动构件中的一个直接流体地暴露于通过所述泵泵送的材料，并且所述驱动构件或被驱动构件中的另一个与通过所述泵泵送的材料流体隔离。

6.根据权利要求1所述的渐进腔式泵，其中所述驱动构件直接可旋转地与所述转子连接。

7.根据权利要求1所述的渐进腔式泵，其中所述泵的基本上全部的过流面由惰性的或耐腐蚀的材料构成，或者涂敷这种材料，这样所述泵可以设置用于泵送腐蚀性材料。

8.根据权利要求1所述的渐进腔式泵，还包括在其上支承所述转子的对准轴，其中所述转子相对于所述对准轴是可旋转的，并且其中所述对准轴至少部分地延伸穿过所述驱动构件和被驱动构件。

9.根据权利要求1所述的渐进腔式泵，其中所述摆动定子包括在其中紧密地接纳转子的中心核和裙部，所述裙部与所述中心核径向地间隔开，这样，在所述中心核和所述裙部之间限定了间隙，并且其中当所述定子和所述转子之间有相对旋转时，所述中心核相对于所述裙部摆动。

10.根据权利要求1所述的渐进腔式泵，其中所述转子构造为围绕同心轴旋转，并且其中所述摆动定子相对于所述转子的同心轴偏心地设置。

11.根据权利要求1所述的渐进腔式泵，其中所述转子的硬度比定子的大。

12.根据权利要求1所述的渐进腔式泵，还包括附加的摆动定子，其中所述转子设置在所述附加的定子的内部，这样，所述转子和所述附加的定子之间的相对旋转促使在所述附加的定子内部的材料通过泵被泵送。

13.根据权利要求1所述的渐进腔式泵，其中所述泵构造为以模块的方式在其上接纳一个或多个附加的摆动定子。

14.根据权利要求1所述的渐进腔式泵，还包括可旋转地与所述驱动构件连接的马达，以旋转所述驱动构件。

15.根据权利要求14所述的渐进腔式泵，其中所述马达以紧密连接的方式安装。

16.根据权利要求1所述的渐进腔式泵，其中所述被驱动构件至少在其一个轴端是无约束的，因此允许所述被驱动构件沿轴向膨胀以包容其热膨胀或者其他的膨胀或者运动。

17.根据权利要求1所述的泵，其中所述转子为螺旋状的螺母，并且其中所述定子包括其中接纳所述螺旋状的螺母转子的螺旋状的孔。

18.根据权利要求1所述的泵，其中在所述定子和转子之间限定了多个空腔，并且其中在所述转子相对于所述定子旋转时，所述空腔沿着所述泵的长度前进。

19.一种渐进腔式泵，包括：

构造为由马达旋转的驱动构件；

构造为由所述驱动构件通过磁力旋转的被驱动构件，其中所述被驱动构件与所述驱动构件流体隔离；

定子；和

设置在所述定子内部的转子，该转子构造成使得所述被驱动构件的旋转促使所述转子和所述定子之间相对旋转，所述转子和所述定子之间的相对旋转又促使泵中的材料通过泵被泵送。

20.一种用于操作渐进腔式泵的方法，包括以下步骤：

提供渐进腔式泵，其包括驱动构件、被驱动构件、摆动定子和设置在该定子内部的转子；和

促使所述驱动构件旋转，由此通过磁力促使所述被驱动构件旋转，因此所述被驱动构件的旋转促使所述转子和所述定子之间相对旋转，所述转子和所述定子之间的相对旋转又促使泵中的材料通过泵被泵送。

Images