CN104813023A - 活塞隔膜泵 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种活塞隔膜泵(100)，其包括用于吸入要输送的介质的抽吸管路(19、20)，在所述抽吸管路(19、20)中设置有动态的体积存储元件(31)。

Description

活塞隔膜泵

技术领域

本发明涉及一种活塞隔膜泵，其包括用于吸入要输送的介质的抽吸管路。

背景技术

活塞隔膜泵用于输送液体或气体。其工作原理类似于活塞泵，然而其中，要输送的介质通过膜片与驱动装置隔开。由此，通过该分隔膜保护驱动装置免受输送介质的有害影响。输送介质也与驱动装置的有害影响分开。

在活塞隔膜泵中，活塞的振荡运动通过工作介质传递到膜片上。作为工作介质可以使用包括水溶性的矿物添加物的水或尤其是液压油。与此相应地，以工作介质填充的体积也称为“储油器”。由于在活塞和膜片之间储油器的恒定体积，活塞的运动直接引起膜片的振动并且由此引起抽吸脉冲和压力脉冲。

原则上，本发明涉及各种规格和各种使用目的的活塞隔膜泵。但是，本发明尤其是涉及在土方作业时设置用于输送也称为泥浆的浆体的活塞隔膜泵。这样的活塞隔膜泵设计用于持久使用并且必须可靠地在长的时间间隔、直至数年尽可能无故障地工作，因为有损坏的活塞隔膜泵的更换由于其规格之故而通常关系到显著的工作耗费和时间耗费。

这种泥浆泵尤其是设置用于输送非常大量的泥浆。申请人的包括两个双作用活塞和由此四个膜片的、多样化使用的泥浆泵类型在大约50bar的输送压力下输送直至多于700m³/h。要输送的泥浆在抽吸管路侧以典型地在数bar数量级的过压、所谓的“充装压力”供应给这种泥浆泵。为了减少在抽吸管路侧由泵冲引起的压力波动，通常将压力贮气罐接入抽吸管路中。

发明内容

虽然这种活塞隔膜泵很久以来已证明可用于输送泥浆，但总是力求以尽可能小的结构上的和制造技术上的耗费在输送能力确定的情况下进一步提高要期望的使用寿命或者在使用寿命不变的情况下提高输送能力。

该任务通过权利要求1中描述的活塞隔膜泵得以解决。

此活塞隔膜泵的特征在于，在抽吸管路中设置有动态的体积存储元件。“动态的体积存储元件”指的是如下构件，该构件适合于与压力相关地相对于每时间单位的输送量而言将要输送的介质(也称为“输送介质”)的相比于每小时输送的输送量非常小的体积(例如每小时输送的输送量的L1‰(千分之一))快速地接收并且也快速地再次放出。换言之，动态的体积存储元件这样构造，使得其在抽吸管路中的压力增大时快速地接收输送介质的这个相比于每时间单位的输送量非常小的体积，并且在抽吸管路中的压力下降时也快速地与压力相关地再次放出输送介质的量。意想不到地表明，通过这种动态的体积存储元件，不需其他结构变化，可以可测量地增大每时间单位的泵冲的数量，而在进入阀和排出阀之间的区域中不发生空穴效果，膜片室也属于该区域。此外已经表明，按照本发明的活塞隔膜泵(相对于在其他方面结构相同的、但在抽吸管路中不具有动态的体积存储元件的活塞隔膜泵)改善了输送介质对泵室的填充。此外，按照本发明的活塞隔膜泵(相比于结构相同的、但不设有动态的体积存储元件的活塞隔膜泵)在输送能力相同的情况下表现出较少的振动。

按照本发明的活塞隔膜泵的特性的改进可能如下解释，即，动态的体积存储元件通过放出少量输送介质在抽吸冲程开始时在压力下降时支持在进入阀的封闭元件上游处于静止的输送介质的加速，从而在短的时间间隔内在泵参数其他方面不变的情况下实现通过进入阀的更大的体积流量。

体积存储元件可以以各种任意可设想的、能实现将动态的体积存储元件设置在抽吸管路中的方式构造，只要动态的体积存储元件能够与压力相关地快速地接收和放出至少少量输送介质。特别优选的是动态的体积存储元件的一种实施方式，该实施方式包括排挤体，所述排挤体的排挤体积是弹性可变的。由此，该动态的体积存储元件的排挤体积取决于压力，输送介质处于所述压力下。因此，在该压力增大时，动态的体积存储元件的体积减少，这相当于接收相应于所述体积减少的量的输送介质。相应相反地，在压力下降时该动态的体积存储元件增大其体积，这相当于放出相应于所述体积增大的量的输送介质。

在一种优选的结构构造方案中，排挤体包括弹性可变形的外套，所述外套围成以处于压力下的气体填充的或可充注的压力空间。所述外套例如可以由橡胶弹性的材料制成，只要所述材料相对于输送介质是惰性的。

排挤体也可以包括第一和第二端部件，其中，所述端部件的外径与所述外套的内径这样适配，使得所述外套以其端部区域气密封闭地与所述端部件是可连接的或连接。于是，排挤体的特征在于特别简单的可制造性，其中，尤其是当外套以选择性可装配的卡箍紧固在端部件上时，也在损坏情况下是简单可更换的。

此外特别优选，所述端部件借助设置在所述外套内部的间距保持件彼此隔开距离地固定地相互连接，所述间距保持件的外径小于所述外套的内径。压力空间于是通过在外套的内周面和间距保持件的外周面之间的、沿其纵向方向由端部件限界的确定的环形空间构成。

为了可以将动态的体积存储元件的特性与改变的运行条件、例如改变的每时间单位的输送量或者尤其是与不同的充装压力适配，所述动态的体积存储元件优选这样构造，使得所述压力空间中的气压是可变的。

为此，所述第一端部件例如可以具有直通通道，所述直通通道通入所述压力空间中，其中，在外部在所述第一端部件上设置有用于连接气压源的器件。

这些器件可以包括截止阀，从而在以希望的气压加载动态的体积存储元件之后可以再次取消与气压源的连接。

优选地，设置用于显示所述动态的体积存储元件的压力室中的气压的显示仪器。基于这种措施，在按照本发明的活塞隔膜泵的运行期间能够监视压力室中的气压。因此，如果压力室中的气压以不利的方式改变，便可以采取合适的措施，而无不必要的延迟。

附图说明

本发明的其他细节、特征和优点从借助附图对实施例进行的下述解释得出。附图中：

图1示出用作泥浆泵的活塞隔膜泵的这个实施例的透视图；

图2以从左斜方观察的视图局部地并且部分剖切地示出同一活塞隔膜泵，但没有压力贮气罐；

图3以按照图2从左观察的视图再次局部地并且部分剖切地示出同一活塞隔膜泵；

图4以单独视图示出动态的体积存储元件的在按照图1至3的活塞隔膜泵中使用的实施例的透视图；

图5示出按照图4的动态的体积存储元件的实施例的缩短的部分剖视图；

图6示出按照图5从左观察的视图；

图7示出在按照图1至3的活塞隔膜泵的实施例中在进入阀附近在抽吸管路中的与时间相关的压力变化曲线，但没有动态的体积存储元件；以及

图8示出在活塞隔膜泵的同一实施例中在相同位置上在抽吸管路中的压力的时间上的变化曲线，但包括使用的动态的体积存储元件。

具体实施方式

在图1中示出的并且总体上以100标记的活塞隔膜泵设置用于泵吸泥浆并且下面也称为“泥浆泵”。活塞模式泵构成为双作用的双缸泵。因此，活塞模式泵包括两个大致互相相反驱动的活塞，所述活塞在两个彼此平行设置的缸中工作。缸壳体在附图中以1和2标记。在按照图2的部分剖视图中可看出在右边的缸中工作的活塞3。两个活塞缸配置结构双作用地构造。因此，在活塞两侧存在工作液体体积，其中，在图2中只可看出属于活塞3的俯视侧的工作液体体积4。该工作液体体积以工作液体、通常液压油填充。在图2中还未示出的工作液体(也称为储油器)填充工作容积直到设置在膜片室6中的膜片5。由于是部分剖视图，在图2中又只可看出仅一个膜片和一个膜片室。

活塞隔膜泵100对于每个活塞/缸配置结构按照双作用的构造包括两个分开的工作液体体积、膜片和膜片室，如这通过四个在图1中可看出的膜壳7、8、9、10示出的那样。

每个膜壳具有一个下面的吸入弯管11、12、13、14，各吸入弯管分别通过一个进入阀15、16、17、18通入两个抽吸管路19、20之一中。

此外，在每个膜壳7、8、9、10上在与相应的吸入弯管11、12、13、14对置的那侧上设置有排出阀21、22、23、24。排出阀在排出侧通过管段与一个共同的压力管路25连接。

两个抽吸管路19和20通入吸入侧的压力贮气罐26中，要输送的介质在压力贮气罐的入口27在典型地数bar的压力、所谓的充装压力下供应给所述压力贮气罐。压力贮气罐用于均衡压力并且避免由于泵吸过程在吸入侧上的振动。

压力管路25也通入压力侧的压力贮气罐28中。在运行中，在附图中未示出的压力管路连接到其出口29上，通过该出口将输送介质泵吸到希望的位置。压力贮气罐28用于避免压力侧的压力波动和振动。

两个分别属于双作用的活塞缸单元的进入阀和排出阀分别反相地工作。如果例如属于膜壳9的进入阀17处于吸入循环中，也就是进入阀17打开，则属于膜壳10的进入阀18处于排出循环中，也就是进入阀18关闭。这意味着，通过抽吸管路20提供的输送介质交替地经由进入阀17和排出阀18通过分别所属的弯管13、14到达相应的膜片室中并且在相应的压力循环中通过所属的排出阀23或24供应给压力管路25。

如在图3中可看出的那样，按照本发明的活塞隔膜泵具有从盲端30伸入到抽吸管路20中的动态的体积存储元件31。在图3中不可看出的、由抽吸管路20遮盖的抽吸管路19以相应的方式同样装备有第二个动态的体积存储元件。

动态的体积存储元件如尤其是在图4至6中示出的那样包括法兰32，借助该法兰将所述体积存储元件装配在相应的抽吸管路19、20中并且所述法兰将相应的抽吸管路19、20相对于各盲端密封地封闭。

在法兰32上紧固有第一端部件33。第二端部件34通过间距保持件35与第一端部件33连接。在两个端部件33、34的外周面上借助软管箍37紧固柔性的外套36。由此，在间距保持件35的外周面和柔性外套36的内周面之间限定出在第一和第二端部件33、34之间的环形空间38，该环形空间气密地向外封闭。

环形空间38与此相应地构成用于处于压力下的气态介质的压力空间39，所述介质通过截止阀40和由该截止阀选择性地可闭塞的直通通道41可引入压力空间39中。相对于在压力空间39中存在的大气而言的过压可以借助连接的在这里构成为压力表的测压计42读取。由于外套的柔韧性和压力空间中的气体的可压缩性，动态的体积存储元件31构成排挤体43，该排挤体的排挤体积是弹性可变的。

如已经提到的那样，要泵吸的输送介质在过压(“充装压力”)下提供给抽吸管路19、20。试验已表明，在活塞隔膜泵的在这里示出的实施方式中，如果压力空间39内部的气体具有大约相当于充装压力的三分之一的压力，动态的体积存储元件31的使用起特别积极的作用。

活塞隔膜泵的抽吸管路中的动态的体积存储元件的使用的有利作用能够大致如下解释：

在泵单元的压力循环期间，也就是在其进入阀处于关闭状态期间，输送介质基本上静止地在大约充装压力下贴靠在进入阀的关闭机构上。在超过死点并且进而引入抽吸冲程之后，膜片室内的压力下降，从而在充装压力下进入阀克服引起关闭配合的弹簧的力打开。然而，由于输送介质的质量的惯性，所述输送介质不相应于压差地流动到膜片室中。这导致在膜片室内部和抽吸管路内部之间增长的压差，这最后导致输送介质虽然时间延迟地、但较快速地流入到膜片室中。在此，膜片室中的压力又快速升高，也就是说在膜片室内部和抽吸管路内部之间的压差下降。该过程在抽吸冲程期间多次重复，如在图7中象征性地表示的那样。在此，时间偏移(Zeithub)的持续过程通过椭圆形标示。在图7中，相对于环境的过压与时间相关地在一次抽吸循环期间表示，在进入阀附近的输送介质处于所述超压下。

通过在这里可看出的、也鉴于吸入侧的压力贮气罐26的存在是意想不到的压力波动，进入阀的关闭机构在抽吸冲程期间执行具有相对高频率的持续的往复运动，这不仅在抽吸冲程期间对膜片室的填充度起不利的作用，而且导致阀的磨损增大。

在按照本发明的活塞隔膜泵中，通过使用动态的体积存储元件，使在抽吸冲程期间抽吸管中的压力变化曲线显著地平滑，如通过对照图8和图7是毫无疑问可看出的那样。在图8中，抽吸管中的压力变化曲线在与图7中相同的位置上记录，但包括使用的动态的体积存储元件。

动态的体积存储元件的平滑效果可能如下解释，即，所述体积存储元件在压力峰值时接收处于抽吸管路中的输送介质的体积占比，以便该占比然后在压力下降时又放出。进入阀因此在抽吸冲程期间仅实施较少并且还较缓慢的运动，这对磨损起缓和作用。此外，改进了在膜片室中输送介质的填充度。通过较小的压力波动，减少了空穴的危险。因此，在与没有使用动态的体积存储元件时输送能力相同的情况下，可期待在其他方面结构相同的活塞隔膜泵的更高的使用寿命。同样地，如果使用动态的体积存储元件，可以在保持使用寿命的情况下增提高输送能力。

动态的体积存储元件的使用尤其是在如下情况下也是有利的，在所述情况中，所述体积存储元件由于活塞隔膜泵的结构可能发生由于交替打开的和关闭的、与同一输送管路连通的进入阀的特别振动。这样的情况例如可以在活塞隔膜泵的在这里示出的实施例中由于交替打开的和关闭的进入阀17、18或15、16的作用尤其是在抽吸管路20或19的区域中存在，进入阀通入所述区域中。与此相应有利的是，在这种情况中这样设置动态的体积存储元件，在这里应基于通过不同阀的相互影响的流动考虑流动振荡、紊流等。

附图标记列表

100 活塞隔膜泵

1   缸壳体

2   缸壳体

3   活塞

4   工作液体体积

5   膜片

6   膜片室

7   膜壳

8   膜壳

9   膜壳

10  膜壳

11  吸入弯管

12  吸入弯管

13  吸入弯管

14  吸入弯管

15  进入阀

16  进入阀

17  进入阀

18  进入阀

19  抽吸管路

20  抽吸管路

21  排出阀

22  排出阀

23  排出阀

24  排出阀

25  压力管路

26  压力贮气罐

27  入口

28  压力贮气罐

29  出口

30  盲端

31  动态的体积存储元件

32  法兰

33  第一端部件

34  第二端部件

35  间距保持件

36  柔性外套

37  软管箍

38  环形空间

39  压力空间

40  截止阀

41  直通通道

42  测压计

43  排挤体

Claims (10)

1.活塞隔膜泵(100)，其包括用于吸入要输送的介质的抽吸管路(19、20)，其特征在于，在所述抽吸管路(19、20)中设置有动态的体积存储元件(31)。

2.按照权利要求1所述的活塞隔膜泵，其特征在于，沿介质的输送方向观察，在所述动态的体积存储元件(31)上游接有压力贮气罐(26)。

3.按照权利要求1或2所述的活塞隔膜泵，其特征在于，所述动态的体积存储元件(31)包括排挤体(43)，所述排挤体的排挤体积是弹性可变的。

4.按照权利要求3所述的活塞隔膜泵，其特征在于，所述排挤体(43)包括弹性可变形的外套(36)，该外套封闭以处于压力下的气体填充的或可充注的压力空间(39)。

5.按照权利要求4所述的活塞隔膜泵，其特征在于，所述排挤体(43)包括第一和第二端部件(33、34)，其中，所述端部件(33、34)的外径与所述外套(36)的内径这样适配，使得所述外套(36)以其端部区域气密封闭地与所述端部件(33、34)是可连接的或连接。

6.按照权利要求5所述的活塞隔膜泵，其特征在于，所述端部件(33、34)借助设置在外套(36)内部的间距保持件(35)彼此隔开距离地固定地相互连接，所述间距保持件的外径小于所述外套(36)的内径。

7.按照权利要求4至6之一所述的活塞隔膜泵，其特征在于，所述压力空间(39)中的气压是可变的。

8.按照权利要求5和7所述的活塞隔膜泵，其特征在于，所述第一端部件(33)具有通入所述压力空间(39)中的直通通道(41)，其中，在外部在所述第一端部件(33)上设置有用于连接气压源的器件。

9.按照权利要求8所述的活塞隔膜泵，其特征在于，所述器件包括截止阀(40)。

10.按照权利要求4至7之一所述的活塞隔膜泵，其特征在于，设置有用于显示所述压力室(39)中的气压的显示仪器。