CN102374148A - 双作用流体泵 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种具有压力辅助的双作用双冲程流体泵。第一活塞和第二活塞安装在共同轴上，该共同轴在压缩冲程和吸入冲程中往复运动。在各冲程中，流体在出口处被泵送出来。这通过在第二活塞上的单向阀来实现，该单向阀根据第一活塞和第二活塞是处于压缩冲程还是吸入冲程而打开或关闭。另外，来自出口的压力帮助第一活塞和第二活塞在压缩冲程中横移。在吸入冲程中，流体压力在第一活塞上施加力，以便抵抗在第二活塞上的流体压力，从而可以使用更小的弹簧。螺线管和弹簧的尺寸要求减小。另外，该流体泵与现有技术的流体泵相比提供了更低的压力峰值，因为流体在压缩冲程和吸入冲程中都泵送出来，且该流体泵还提供了流出流体泵的更均匀流体流。

Description

双作用流体泵

技术领域

本发明涉及一种流体泵。

背景技术

现有技术的流体泵10在图1-3中表示。图1表示了现有技术的流体泵10，该流体泵10包括螺线管12、弹簧14和在气缸18内的活塞16。吸入阀和输出阀20、22位于缸18上，该缸18将流体(例如液体和气体)泵送出泵10。在图1所示的压缩冲程中，螺线管12断电，弹簧14沿箭头17的方向使活塞16横移。流体被推出输出阀22。在压缩冲程结束时，螺线管12通电，以便克服弹簧14的力，并使得活塞16沿箭头19的方向退回，如图2中所示。活塞16的退回扩大了泵送腔室24，并通过吸入阀20而将流体吸入泵送腔室24内。在吸入冲程中，流体并不从输出阀22流出。在吸入冲程结束时，如图3中所示，弹簧14被压缩。当螺线管12断电时，弹簧14被减压，并开始将流体泵送出输出阀22的压缩冲程，如图1中所示。循环重复进行，以便将流体泵送出流体泵。

螺线管12进行通电以便实现吸入冲程，进行断电以便使得弹簧能够实现压缩冲程。这样的循环重复进行，以便将流体吸入泵送腔室24内和将流体泵送出流体泵10。对于活塞16的一半行程(即吸入冲程)，流体并不被泵送出流体泵10。流体只在压缩冲程中被泵送出流体泵10。因此，流体泵10的流体流量需求必须被设计至压缩冲程中。如果希望更大流体流量，则活塞16的冲程必须增加，或者活塞16的面积必须扩大，以便增加活塞16在压缩冲程中的线性容积排量。不幸的是，这些调节在输出阀22处产生较大的流体压力峰值，因为流体只在压缩冲程中流出流体泵。也可选择，为了增加流体流速，可以增加活塞的每分钟循环数。不幸的是，这种调节增加了不希望的振动和噪音。

因此，本领域需要一种改进的流体泵。

发明内容

这里所示和所述的改进流体泵解决了上面所述、后面所述和本领域已知的这些要求。

流体泵具有第一活塞和第二活塞，该第一活塞和第二活塞牢固地附接在共同轴上。第一活塞和第二活塞为不同尺寸，使得它的线性容积排量不同。在这里所示的实例中，第一活塞小于第二活塞，使得对于第一活塞的每个增加的线性排量，都排出比第二活塞的容积排量更小的容积。在流体泵的操作过程中，次级腔室在吸入冲程中减小，从而将流体泵送出流体泵的出口。在压缩冲程中，次级腔室的容积增加。不过，流体被泵送出出口。这通过在第二活塞中结合单向阀来实现。在压缩冲程中，单向阀打开，以便在次级腔室和泵送腔室之间提供流体连通。尽管次级腔室的容积在压缩冲程中增加，但是次级腔室和泵送腔室的累积容积减小，以便将流体泵送出该泵。次级腔室和泵送腔室的容积被累加，因为单向阀打开，并提供在它们之间的流体连通。因此，在压缩冲程中，流体被泵送出该泵。泵在压缩冲程和吸入冲程中都泵送流体。因为流体在压缩冲程和吸入冲程中都被泵送出该泵，因此在泵的输出中的流体流速可以扩展至较长的时间阶段，这与只在压缩冲程中排出流体的现有技术泵相比在输出阀处提供了较低的最大压力峰值。

而且，流体压力可以有助于压缩冲程和吸入冲程。特别是，流体泵的出口可以总是被增压。这使得次级腔室中处于正压力。当布置在第二活塞上的单向阀处于关闭位置时，流体压力在第二活塞和第一活塞上施加力。不过，因为第二活塞大于第一活塞(即更大表面面积)，由于流体压力而引起的净偏压力提供了用于开始压缩冲程的流体压力偏压力。当压缩冲程进行时，在泵送腔室内的压力增加，这最终打开第二活塞上的单向阀。这时，流体压力并不在第二活塞上产生力。不过，当单向阀打开时，第一活塞充分地布置在螺线管内，因此，螺线管的动力能够在没有流体压力偏压力的情况下驱动压缩冲程的其余部分。在压缩冲程结束时，泵送腔室被稍微增压，这帮助开始吸入冲程。另外，在流体泵的出口处的压力可以帮助压缩冲程。特别是，在流体泵的出口处的压力作用在第二活塞上，因为这时单向阀关闭。流体压力在第二活塞上产生流体压力偏压力。弹簧必须克服作用在第二活塞上的流体压力偏压力。幸运的是，在流体泵的出口处的压力还被施加在第一活塞上，并在第一活塞上产生沿相反方向的流体压力偏压力。在第一活塞上的该流体压力偏压力抵抗在第二活塞上的流体压力偏压力，因此可以使用较弱的弹簧。弹簧由施加在第一活塞上的流体压力来帮助克服在第二活塞上的流体压力偏压力。较小的弹簧还允许使用较弱的螺线管来驱动吸入冲程。在泵出口处的流体压力用于帮助压缩冲程和吸入冲程，以便减小螺线管和弹簧的尺寸要求。可以使用较弱的弹簧和螺线管，这降低了流体泵的操作温度，并降低了流体泵的噪音和振动。

更特别是，本发明公开了一种改进的流体泵。改进的流体泵可以包括壳体、第一活塞和第二活塞。壳体可以限定第一空腔和与该第一空腔流体连通的第二空腔。第一空腔的线性容积排量可以小于第二空腔的线性容积排量。壳体可以具有出口，用于将流体排出该出口。

第一活塞和第二活塞可以牢固安装在轴上。第一活塞可以可滑动地置于第一空腔内。第二活塞可以可滑动地置于第二空腔内。第一活塞和第二活塞可以共同限定次级腔室，该次级腔室在往复运动过程中增大和减小。出口可以与次级腔室流体连通。第一活塞和第二活塞可在压缩冲程和吸入冲程之间横移，用于分别扩大和减小泵送腔室的容积。第二活塞可以具有单向阀，用于在压缩冲程中允许流体从泵送腔室流动到次级腔室。

单向阀在吸入冲程中关闭，以便将流体排出出口，单向阀在压缩冲程中打开，使得泵送腔室和次级腔室的容积共同减小，以便使流体排出出口。

弹簧可以安装在第一活塞和第二活塞上，电线圈安装在壳体上，用于使得第一活塞和第二活塞在压缩冲程和吸入冲程中横移。电线圈可以环绕第一空腔布置。弹簧可以环绕该轴布置在第一空腔内。第一活塞的直径可以小于第二活塞的直径。出口可以与次级腔室流体连通。

泵可以是用于排出或泵送气体(例如空气等)的压缩机。也可选择，泵可以排出或泵送液体，例如油、水等。

附图说明

通过下面的说明和附图，将更好地理解这里所述的多个实施例的这些和其它特征和优点，在全部附图中，相同标号表示相同部件，且附图中：

图1是现有技术的流体泵在压缩冲程中的剖视图；

图2是图1中所示的现有技术流体泵在吸入冲程中的剖视图；

图3是图2中所示的现有技术流体泵在吸入冲程结束时的剖视图；

图4是改进的流体泵的剖视图；

图5是改进的流体泵在压缩冲程中的剖视图；

图6是改进的流体泵在吸入冲程中的剖视图；以及

图7是图4中所示的改进流体泵的分解剖视图。

具体实施方式

如这里使用的，术语“泵”是指排出或泵送液体或气体的装置。另外，如这里使用的，术语“流体”是指液体或气体，例如空气。

下面参考图4-6，图中表示了双作用双冲程流体泵110。泵110在压缩冲程(图5中所示)中和在吸入冲程(图6中所示)中将流体泵送出出口112。在压缩冲程中，单向阀114打开，使得当第一活塞115(见图5)移动时，次级腔室116和泵送腔室118的累积容积减小，从而将流体泵送出出口112。在图6所示的吸入冲程中，单向阀114关闭，从而使得次级腔室116与泵送腔室118隔离，使得次级腔室116的容积减小，从而将流体泵送出出口112。流体泵110在压缩冲程和吸入冲程中都排出流体，使得更均匀的流体流被排出流体泵110，且与现有技术的流体泵相比最大流体压力峰值较低。

而且，出口112可以具有高于大气压力的恒定正压力。因此，次级腔室116总是被加压。在压缩冲程开始时，活塞120处于图4中所示的位置。在次级腔室116中的恒定流体压力帮助开始压缩冲程。第二活塞120大于第一活塞115。因此，流体压力在第二活塞120上产生比在第一活塞115上更大的力。这有助于开始压缩冲程。螺线管124并不需要做开始压缩冲程的全部功。可以使用较小的螺线管。较小的螺线管吸收较小功率，并产生较少热量和振动。

在次级腔室116中的流体压力也帮助弹簧122驱动图6中所示的吸入冲程。使第二活塞120在吸入冲程中沿图6中所示的方向横移。在出口112处的流体压力向第二活塞120提供了沿与该第二活塞120在吸入冲程中的希望运行方向相反的方向的偏压力。在现有技术的流体泵中，只有弹簧122来克服施加在第二活塞120上的该流体偏压力。幸运的是，在出口112处的流体压力也施加在第一活塞115上，这产生了与施加在第二活塞120上的流体偏压力相反的流体偏压力。在第一活塞115上的流体压力的偏压力抵抗流体压力在第二活塞120上的偏压力，使得能够使用较小的弹簧122。该较小弹簧122还能够使用较小的螺线管124，该螺线管124必须克服压缩冲程中的弹簧力。与现有技术的流体泵相比，较小弹簧和较小螺线管使得流体泵能够更冷地运行，并产生更小噪音和振动。

下面参考图4，流体泵110可以具有次级腔室116和泵送腔室118，它们在第二活塞120的相对侧。通过轴54而牢固地附接在第二活塞120上的第一活塞115可滑动地置于壳体壁130上，以便在第一活塞115和壳体壁130之间提供相当紧密的流体密封。第二活塞120也可以滑动地置于壳体壁130上，以便在第二活塞120和壳体壁130之间形成相当紧密的流体密封。当在压缩冲程和吸入冲程之间循环时，次级腔室116和泵送腔室118的容积增加和减小。当螺线管124断电时，第一活塞和第二活塞115、120可以处于图4中所示的位置。单向阀114和单向阀132处于关闭位置。出口112可以具有增压流体，该增压流体向次级腔室116提供正压力。增压流体向第一活塞和第二活塞115、120施加力。在第二活塞120上的力大于在第一活塞115上的力，因为第二活塞120比第一活塞115更大。第二活塞120的更大表面面积向第一活塞和第二活塞115、120提供了将活塞115、120向右偏压的净力，如图4中的箭头134所示。该净力帮助螺线管驱动压缩冲程。因此，可以使用更小的螺线管124，使得流体泵产生更少热量、振动和噪音。当螺线管124通电时，螺线管124与由于在出口112处的压力而作用在第一活塞和第二活塞115、120上的净流体偏压力一起朝着间隙136而向右驱动第二活塞120，如箭头134所示。

单向阀114结合在第二活塞120中。只要单向阀114保持关闭，次级腔室116就与泵送腔室118隔离，净流体偏压力在压缩冲程中帮助驱动第一活塞和第二活塞115、120。当单向阀114打开时，流体能够从泵送腔室118运行至次级腔室116。当单向阀114打开时，次级腔室116和泵送腔室118的累积容积在压缩冲程中减小，以便将流体泵送出流体泵110。另外，壳体壁130可以具有单向阀132，该单向阀132允许流体(例如大气流体)在吸入冲程中进入泵送腔室118(参见图6)。

当压缩冲程进行时，在泵送腔室118内的压力从大气压力增加或升高至高于大气压力，直到它达到和超过在次级腔室116中的压力。这时，单向阀114打开，如图5中所示。在出口112处的正流体压力不再提供沿箭头134方向的净流体偏压力。不过，第一活塞115充分地布置在螺线管124内，使得来自螺线管124的动力足以驱动或完成压缩冲程。因为单向阀114打开，因此第一活塞和第二活塞115、120向右侧的进一步运动将减小次级腔室116和泵送腔室118的累积容积。因此，在次级腔室116内的流体在压缩冲程中被泵送出出口112。

在完成压缩冲程之后，螺线管124被断电，弹簧122将第一活塞115如箭头136所示向左推动，如图6中所示。另外，在压缩冲程完成时，单向阀114这时关闭，泵送腔室118被稍微增压。在泵送腔室118内的压力帮助开始吸入冲程。而且，出口112的正压力使得力置于第二活塞120上，该力必须由弹簧122来克服。幸运的是，在出口112处的流体压力也被施加在第一活塞115上，从而抵抗在第二活塞120上的流体偏压力。在泵送腔室118中的压力和作用在第二活塞120上的力减小(由于在出口112处的流体压力作用在第一活塞115上)将减小螺线管124和弹簧122的尺寸要求。可以使用较小的弹簧122和较弱的螺线管124，这能够使得流体泵110产生较小热量、振动和噪音。

弹簧122使得第一活塞115和第二活塞120向左横移。当第一活塞115和第二活塞120向左横移时，次级腔室116的容积减小，因为单向阀114关闭和次级腔室116与泵送腔室118隔离。流体被泵送出流体泵110的出口112。在吸入冲程中，在泵送腔室118中的压力降低至低于大气压力，从而打开单向阀132，以便允许流体从流体泵的外部进入泵送腔室118中。

流体泵110在压缩冲程和吸入冲程中都使得流体排出流体泵110。流体泵110的流体流量需求能够扩展至压缩冲程和吸入冲程，而并不象现有技术的流体泵那样只在压缩冲程上。最大流体流量排出速率与现有技术的流体泵相比能够更低，却保持相同的总的流体流量排出速率。与具有类似流体流量特征的现有技术流体泵相比，流体泵110还有更小噪音和更小振动。

下面参考图7，流体泵110可以以如下方式来装配。流体泵110可以包括内部和外部壳体138、140。该内部和外部壳体138、140可以具有螺纹142、144，其中，内部壳体138可以被螺纹连接在外部壳体148上或外部壳体148内，并向下拧紧(cinch down)，以便将内部壳体138固定在外部壳体140上。内部或外部壳体138、140还可以具有由出口112限定的孔146、148。孔146、148可以相互对齐，以便限定出口112的内部通道。内部或外部壳体138、140可以具有大致圆柱形结构，以便接收也可以具有相应圆柱形形状的第一活塞和第二活塞115、120。内部壳体138可以具有帽150。该帽150可以具有孔152。

为了开始装配流体泵110，将第一活塞和第二活塞115、120相互固定的轴154穿过孔152插入。刚性O形环160可以在槽161处固定在轴154上。柔性O形环162可以置于O形环160和第二活塞120之间。第二活塞120可以放置在轴154的远端之上，并通过螺钉156而附接在远端上。螺钉156将帽163和密封件165附接在第二活塞120上。弹簧122布置在轴154上面，并置于帽150上。第一活塞115被按压在轴154上面，并通过螺钉158而附接在轴154的远端部分上。螺钉158还将帽167和密封件169附接在第一活塞115上。这时，弹簧122预负载，以便将第一活塞和第二活塞115、120偏压至图4所示的位置。柔性O形环162可以限定单向阀114，从而允许流体从泵送腔室118运行至次级腔室116，如图5中所示。流体穿过流体孔164运行，该流体孔164穿过第二活塞120而形成。

第一活塞115可以具有凹口166，该凹口166接收轴154的远端部分。第一活塞和第二活塞115、120都可以装备有密封件165、169，该密封件165、169与各内部或外部壳体138、140的内表面形成紧密的流体密封。

在第一活塞和第二活塞115、120被附接在轴154上和安装在帽150上的情况下，第一活塞115可以被插入外部壳体140的第一空腔126中。帽150被推入外部壳体140中，直到帽150在突出部170处降至最低点。这时，内部壳体138可以螺纹连接在外部壳体140上。这样做时，第二活塞120置于内部壳体138的第二空腔128内。内部和外部壳体138、140的孔146、148相互对齐，以便允许流体被泵送出出口112。在将内部壳体138附接在外部壳体140上之前，单向橡胶密封件172可以附接在内部壳体138上，以便形成单向阀132。流体孔174提供了从大气至泵送腔室118的流体连通。螺线管124布置在外部壳体140上面。

改进的流体泵110在压缩冲程和吸入冲程中都在出口112处输出流体。因此，由流体泵110引起的脉动(pulsation)小于现有技术的流体泵。还有，流体输出速率或流体输出量更稳定或者具有更小的极限值，因为与现有技术的流体泵相比，改进的流体泵在每次压缩冲程和吸入冲程中都提供了一半的流体输出量。

上面的说明是通过实例给出，而不是进行限制。通过上述说明，本领域技术人员可以设计多种变化形式，包括装配改进的流体泵10的多种方式，这些变化形式处于这里所述的本发明的精神和范围内。而且，这里所述的实施例的各种特征能够单独使用，或者相互变化组合，且并不局限于这里所述的特定组合。因此，权利要求的范围并不由所述实施例来限定。

Claims (8)

1.一种流体泵，包括：

壳体，所述壳体限定第一空腔和与所述第一空腔流体连通的第二空腔，第一空腔的线性容积排量小于第二空腔的线性容积排量，所述壳体具有出口，用于将流体排出所述出口；以及

第一活塞和第二活塞，所述第一活塞和第二活塞牢固地安装在轴上，第一活塞可滑动地置于第一空腔内，第二活塞可滑动地置于第二空腔内，第一活塞和第二活塞共同限定次级腔室，所述次级腔室在往复运动的过程中增大和减小，所述出口与次级腔室流体连通，第一活塞和第二活塞可在压缩冲程和吸入冲程之间横移，用于分别扩大和减小泵送腔室的容积，第二活塞具有单向阀，用于在压缩冲程中使流体从泵送腔室流到次级腔室；

其中，单向阀在吸入冲程中被关闭，以便将流体排出出口，单向阀在压缩冲程中被打开，使得泵送腔室和次级腔室的容积共同减小，从而使流体排出出口。

2.根据权利要求1所述的流体泵，还包括：弹簧，所述弹簧安装在第一活塞和第二活塞上；以及电线圈，所述电线圈安装在壳体上，用于使第一活塞和第二活塞在压缩冲程和吸入冲程中横移。

3.根据权利要求2所述的流体泵，其中：电线圈环绕第一空腔布置，弹簧围绕轴布置在第一空腔中。

4.根据权利要求1所述的流体泵，还包括：弹簧，所述弹簧安装在第一活塞和第二活塞上；以及电线圈，所述电线圈安装在壳体上，用于使得第一活塞和第二活塞在压缩冲程和吸入冲程中横移。

5.根据权利要求1所述的流体泵，其中：第一活塞的直径小于第二活塞的直径。

6.根据权利要求1所述的流体泵，其中：出口与次级腔室流体连通。

7.根据权利要求1所述的流体泵，其中：所述泵是用于排出气体的压缩机。

8.根据权利要求1所述的流体泵，其中：所述流体是液体，所述泵排出液体。

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