CN106460823B - 在过载情形中具有降低了的泄漏程度的隔膜泵 - Google Patents

Abstract

一种隔膜泵包括将液压腔室(6)与输送腔室分开的隔膜，其中输送腔室连接至抽吸端口和压力端口，且可以使用脉动工作流体压力将压力施加至可以填充有工作流体的液压腔室(6)，以及该隔膜可以在压力位置与抽吸位置之间前后移动，在压力位置，输送腔室的容积较小，而在抽吸位置，输送腔室的容积较大。压力腔室(6)经由泄漏补给阀(5)连接至工作流体存储器，其中泄漏补给阀(5)构造成如果在隔膜的抽吸位置液压腔室中的压力小于预定最小值，泄漏补给阀(5)打开，且液压腔室(6)包括出口通道，该出口通道由限压阀关闭，限压阀构造成使得如果液压腔室(6)中的压力升高到预定最大值以上，则限压阀打开且工作流体可经由出口通道离开液压腔室(6)。工作流体存储器布置在第一腔室(1)和第二腔室(2)中，其中两个腔室(1，2)经由第一连接通道(4)彼此连接。

Description

在过载情形中具有降低了的泄漏程度的隔膜泵

本发明涉及具有泄漏补给阀的隔膜泵。

隔膜泵通常具有输送腔室，该输送腔室通过隔膜与液压腔室分离开，其中输送腔室既连接至抽吸连接件，又连接至压力连接件。可填充有工作流体的液压腔室然后可以在脉动工作流体压力的作用下动作。在脉动工作流体压力下，隔膜在压力位置与抽吸位置之间以脉动运动往复，在压力位置，输送腔室的容积更小，而在抽吸位置，输送腔室的容积更大。由此，当输送腔室的容积增加时，能够通过抽吸连接件抽取输送介质，该抽吸连接件通过合适的止回阀连接至输送腔室，并且当输送腔室的容积降低时，能够再次通过压力连接件排放输送介质，该压力连接件通过合适的止回阀连接至输送腔室。

通常，液压油用作工作流体。然而，原则上还能够使用其他合适的流体。

要输送的介质通过隔膜与驱动件分开，由此，一方面驱动件免受输送介质的损害影响，而另一方面，输送介质也可避免受到输送介质的损害影响，例如杂质。

脉动工作流体压力通常通过可移动活塞产生，该可移动活塞与工作流体接触。例如，在这种情形下，活塞在中空气缸件中往复运动，由此液压腔室的容积降低和增加，导致液压腔室中压力的升高和降低，并由此导致隔膜的运动。实际中，尽管倾向于防止工作流体在活塞周围流动的更宽范围的不同压力，在每个行程运动中，不能排除小量的工作流体通过活塞与气缸件之间留下的窄间隙损失的可能性，由此液体腔室中的工作流体量逐渐减少。

此外，气体可渗入液压腔室，且必须将该气体从液压腔室移除，以允许隔膜有完整的行程运动。为此，通常将排气阀连接至液压腔室，在压力行程中，可通过该排气阀排出给定量的气体和可能少量的工作流体。这也逐渐降低液压腔室中工作流体量。

结果是隔膜不再完整地实施压力行程，因为不再有足够可用的工作流体来用于隔膜的压力行程运动。

因此，例如DE 1 034 030已经提出了通过插入阀(所谓泄漏补给阀)来将液压腔室连接至工作流体供应源。

如果所要求的工作流体可以通过泄漏补给阀被随后引入液压腔室。然而，在这方面，需要考虑确保不会有过多的工作流体被引入液压腔室，因为如果这样，压力行程下的隔膜移动进入输送腔室太远，且在某些情形下与阀通路接触或者泵计量头的内部轮廓接触而被损坏。

正常运行中，泄漏补给阀的设计为，确切地说是在抽吸行程的终点，即，基本上在抽吸位置补充在压力行程期间损失的工作流体量。

所描述的计量泵通常用于相对应的工艺装置中，即是说其连接至相对应的抽吸管线和压力管线。然而，即使基本上不想要，也可能发生在工艺装置中，压力管线被误关闭，从而计量泵对封闭容积进行泵吸，由此会产生不可接受的高压，并可导致损坏隔膜或泵的驱动部件。

因此，为了防止这样，液压腔室通常装备有由限压阀关闭的出口通路，该限压阀设计成，如果液压腔室中的压力升高到预定最大值p_max以上，则限压阀打开，从而工作流体可以通过出口通路离开液压腔室并基本上返回入工作流体供应。

由此，能够防止压力进一步升高。

然而，由于机油循环，整个液压系统的温度显著升高，尤其是限压阀和液压油。

尤其是如果液压管线的堵塞存在相对长的时间，泵的温度可以显著升高，因为在每个压力行程中，液压液体必须通过限压阀再次排放，并通过泄漏补给阀返回。

然而，根据计量泵的相应使用领域，某些温度类别应遵守欧盟ATEX指令。因此，仅允许泵的温度升高一定程度。

为了符合ATEX指令的要求，现有技术中已知各种方式。例如，行程频率且因此计量功率可以被限制成即使在压力管线被堵住的情形下，在泵内任何位置处，都不超过极限温度。然而，该方式导致计量功率显著降低，因为即使在压力管线没有被堵住的情形下，泵也在受限行程频率下工作。此外，必须在相应地复杂和耗力的程序下确定泵具体限制功率。

符合ATEX指令的另一可能方式涉及使用合适的温度传感器，其检测泵的温度，较佳地是限压阀附近的温度，并且当超过限制温度时，输出可导致泵关闭的信号。然而，由于该方式，必须设置温度传感器。此外，由温度传感器提供的信号必须适当地准备和处理。

另一可能的方案涉及在出口通路中使用流量监控器，其在过压情形下通过限压阀检测液压油流量并用于关闭泵。

此处，涉及太多用于流量监控器以及连接至其的电子信号处理系统的额外成本。

因此，考虑到所描述的现有技术状态，本发明的目的是提供一种隔膜泵，其在过压情形下自动地降低计量功率而不需使用额外的传感器。

根据本发明，该目的如此实现，即工作流体供应源布置在第一和第二腔室中，其中两个腔室通过第一连接通路连接在一起。

该布置中，所述连接通路可关闭或者穿过所述连接通路的流量被节流或者至少可被节流，从而在过压情形下，即是说当液压油已经通过所述限压阀离开所述液压腔室，在行程期间，比可从所述第二腔室随后流入所述第一腔室更多的液压油随后从所述第一腔室出来而进入所述液压腔室。

在出口通路连接至工作流体供应源的情形中，该出口通路可连接至工作流体供应源的第二腔室。

流过活塞的工作流体量还可返回至两个腔室之一。

因此，取决于对应的构造，过压情形的结果是，第一腔室中的压力和/或第一腔室中的填充液位降低，因为与通过泄漏补给阀从第一腔室排放入液压腔室相比，较少的工作流体可以随后从第二腔室流入第一腔室。

然而，一旦第一腔室中的填充液位或者压力落到给定值以下，气体通过泄漏补给阀进入液压腔室。然而，如果液压腔室中存在气体，则由于该气体的可压缩性导致隔膜运动减少，从而计量功率降低，且由此防止计量泵的温度升高到预定最大温度上方。

因此，根据本发明的方法确保了在过压情形下，气体进入液压腔室并由此防止泵温度进一步升高。

在一种实施例中，连接通路可通过阀关闭。

该阀在泵的运行中通常关闭。已经通过活塞或通气阀逃逸的工作流体量通过泄压补给阀来补给。然而，该量非常少，从而第一腔室中工作流体的液位仅非常慢地降低。第一腔室的尺寸可以是，在该情况下，泵可以运行几天或者甚至几个星期而液位或者工作流体压力不降低至使得气体通过泄压补给阀进入液压腔室的程度。

还能够使流过活塞的工作流体返回至第一腔室，由此减慢流体液位的下降。

然而，在过压情形下，待通过泄压补给阀随后引入的工作流体的量大大增加，从而液位或工作流体压力快速下降且气体进入液压腔室。

一旦气体已经渗入液压腔室，泵的功能被干扰且排除温度进一步升高。

为了恢复泵的运行，连接通路的阀必须被打开，从而第一腔室再次被填充工作流体。由于在每个工作行程中，当液压腔室中存在气体时，给定体积的气体被输送出液压腔室，且没有其他气体通过泄漏补给阀引入，泵可以再次正常运行。

连接通路的阀可以定期短暂打开，更具体地或手动地(例如在故障情形中或者在定期检查期间)或者自动地(例如以时间控制的方式每24小时)打开，以增加第一腔室中工作流体的液位。

另一尤其优选的实施例中，在第一腔室与第二腔室之间存在第二连接通路。

在该情形中，第二连接通路可以布置在第一连接通路上方，且优选地在泄漏补给阀上方，尤其优选地，第二连接通路布置在第二腔室中工作流体的液位上方。

如果第二连接通路布置在两个腔室内工作流体的液位上方，其提供第一腔室与第二腔室之间的压力均衡。第二连接通路可以具有大的横截面，从而第一腔室和第二腔室中的压力总是相同。然而，第一连接通路的尺寸为，在过压情形下，如上面已经描述的，与能够从第二腔室流入第一腔室的工作流体相比，更多的工作流体通过第一连接通路从第一腔室排入液压腔室。

由此，第一腔室中的工作流体液位下降。一旦第一腔室中的工作流体的液位处于泄漏补给阀的高度处，较少的工作流体以及增加的气体随后被引入液压腔室。然而，如果液压腔室中存在气体，则由于气体的可压缩性导致隔膜降低运动，从而计量功率降低，且由此防止计量泵的温度升高到预定最大温度上方。一旦压力管线的阻挡被移除，则不再有工作流体通过限压阀从液压腔室逃逸。然后，液压腔室内包含的气体通过排气阀连续排出。由于现在液压腔室需要较少的液压流体，第一腔室中工作流体的液位再次升高且计量功率再次升高。

一种替代实施例提出第一腔室具有这样的设计，使得工作流体可以仅通过第一连接通路进入第一腔室。因此，该情形中，没有通过第二连接通路的压力均衡是可能的。在过压情况下，随着比可以从第二腔室流动到第一腔室中的工作流体更多的工作流体通过泄漏补给阀从第一腔室输送到液压腔室中，这意味着第一腔室中工作流体的压力显着减少。由于压力的降低，液压油经历气穴并因此将气体运送到液压腔室中。因此，泵的液压位移过程也受到严重干扰，使得驱动器的功率陡然下降，并且因此不发生液压油的温度的过度升高。

如果第二连接通路通过止回阀关闭，则在该实施例中第二连接通道可以是有帮助的，其中止回阀的通流方向沿所述第二腔室的方向布置。止回阀确保第二连接通道在泵的所有上述功能状态中保持关闭。

然而，应当注意的是，对于安全阀或特别设计的泄漏补给阀的许多使用情况而言，可以适当地将工作流体的至少一部分再次再循环到第一腔室中，以便在隔膜位置不符合所期望的位置时保护隔膜。这是例如在抽吸管线堵塞的情况下，如果隔膜没有移回到抽吸位置并且因此太多的工作流体流入液压腔室中的情形。在压力行程期间，隔膜然后移动超过压力位置，这可能导致隔膜的损坏。因此，可以提供安全阀或特别设计的泄漏补给阀，其在隔膜移动超过压力位置的情况下打开。

如果安全阀或泄漏补给阀被设计成使得发出的工作流体返回到第一腔室，则在第二连接通路中使用止回阀是有利的，因为然后可能在第一腔室中出现的增加的压力可以通过止回阀被输送到第二腔室。

有利地，泄压补给阀设计成具有关闭件，该关闭件在关闭位置与打开位置之间可往复运动，在所述关闭位置，所述阀通路关闭，在所述打开位置，所述阀通路打开，以及所述关闭件通过压力件被保持在所述关闭位置，其中所述压力件设计成使得如果液压腔室中的压力小于设定压力p_min，则关闭件沿打开位置的方向上移动。

在替代实施例中，第一连接通路布置得比泄漏补给阀更低。以这种方式，第二腔室可以具有相对紧凑的尺寸，因为仅需要连接通道总是在第二腔室中的工作流体的液位之下。

根据本发明的装置具有不需要外部电源的优点。此外，不需要信号处理和评估，这使得根据本发明的措施无需维护和无磨损。不需要额外的组件。

从下文两个优选实施例和相关的附图的描述中，其他优点、特征和可能的使用将清楚明显，附图中：

图1示出根据本发明的第一实施例的局部剖视图，

图2示出在正常运行下的图1中实施例的运行模式的示意图，

图3示出在过压运行下的图1中实施例的运行模式的示意图，

图4示出根据本发明的第二实施例的局部剖视图，

图4a示出具有旁路的止回阀的放大图，以及

图5示出图4的第二实施例的运行模式的示意图。

图1示出根据本发明的第一实施例的局部剖视图。隔膜(未图示)布置在图1的左外部并连接至泄漏补给阀5，泄漏补给阀5在液压腔室6内被弹性预加应力，并关闭液压腔室6与工作流体供应源的第一腔室1之间的连接。工作流体布置在第一腔室1和第二腔室2中。第一腔室1和第二腔室2通过第一连接通路4连接在一起，这里，第一连接通路4呈喷嘴形式。

喷嘴横截面的尺寸设计成，在过压的情形下，与能够通过喷嘴4添加的工作流体相比，更多的工作流体通过泄漏补给阀5被排入液压腔室。此外，用作第二连接通路的开口3被布置在第一腔室1与第二腔室2之间。泄漏补给阀5被设计成：当液压腔室6中的工作流体太少时，尤其在抽吸行程结束处，即在抽吸位置，泄漏补给阀5打开，从而工作流体可以从第一腔室流入液压腔室6。正常运行中，必须通过泄漏补给阀来替换的工作流体的量是非常小的。在过压情形下，即例如在压力管线被堵住时，液压腔室6中压力快速升高，从而为了安全起见，工作流体通过限压阀(图未示)从液压腔室6排出，并例如被输送至工作流体供应源的第二腔室2。在过压情形下，泄漏补给阀5必须将显著更大量的工作流体传送出第一腔室。

本发明的计量泵的运行模式将从图2和3的示意图中变得明显。

图2示出正常运行模式下的状态。能够看到包括第一腔室1和第二腔室2的工作流体源，第一腔室1和第二腔室2通过喷嘴4连接在一起，喷嘴4布置在流体液位下方并用作第一连接通路。第二连接通路通过布置在工作流体液位上方的开口3来实施。在打开泄漏补给阀5时，工作流体流出第一腔室，流入液压腔室，该液压腔室在图2的左边连接至第一腔室。

在泄漏补给阀5打开的时刻，工作流体流出第一腔室1且第一腔室中流体的液位下降。只要泄漏补给阀5再次关闭，第一腔室1中工作流体的液位再次升高，因为工作流体可以通过喷嘴4从第二腔室2流入第一腔室1。

在正常运行模式下，液压腔室中的工作流体损失非常轻微，以至于在整个行程期间，所补充的工作流体的量可以容易地通过第一连接通路4从第二腔室供应入第一腔室。

然而，在过压情形下，更大量的液压流体从液压腔室突然流出，并再次通过相对应的限压阀和馈送部7馈送至工作流体供应源的第二腔室2。在过压情形下，不仅在循环液压油中，而且在限压阀(图未示)中，存在着不想要的温度上升。

然而，根据本发明，工作流体供应源被分成通过窄的第一连接通路连接的两个腔室这一事实，在行程期间在过压运行模式下，不再能够使足够的工作流体从第二腔室流至第一腔室，以通过限压阀补偿工作流体损失。

由此，这意味着，如图3所示意性示出的，第一腔室1中的工作流体的液位逐渐下降。然而，有时，第一腔室1中的工作流体的液位会在通向泄漏补给阀的开口的区域中，从而当泄漏补给阀5打开时，气体也穿过进入液压腔室。然而，一旦气体在液压腔室中，由于气体的可压缩性，计量功率显著下降，由此更少的能量被引入泵并且不会发生温度升高。

一旦过压运行模式结束，即是说压力管线中可能存在的堵塞被移除，限压阀不再打开且因此不会有更大量的液压油离开液压腔室。这种情形下，与通过泄漏补给阀5从第一腔室1流入液压腔室的工作流体相比，更多的工作流体再次通过喷嘴4从第二腔室流入第一腔室，从而第一腔室1中的工作流体的液位再次升高。一旦液位已经升高至泄漏补给阀再次完全位于工作流体的液位下方的程度，则不再有更多的气体穿过进入液压腔室并且计量功率再次升高。液压腔室内包含的气体可以通过排气阀排出。

图4示出根据本发明的第二实施例的局部剖视图。这与第一实施例的不同之处主要在于，没有用作压力均衡装置的第二连接通路，以及第一腔室和第二腔室的连接由止回阀9关闭，止回阀9防止工作流体从第二腔室2流入第一腔室1并具有旁路10，旁路10具有小横截面，从而工作流体可以在微小程度上从第二腔室2流入第一腔室1。

图4a示出具有旁路10的止回阀9的放大图。可以看到，旁路管线10提供第一腔室1与第二腔室2之间的直接连通。

图5示出图4的实施例的运行模式的示意图。

在正常运行模式下，液压腔室中的工作流体损失非常轻微，以至于在整个行程期间，经由泄漏补给阀5添加的工作流体的量可以容易地旁路10从第二腔室供应入第一腔室。

然而，在过压情形下，更大量的液压流体从液压腔室突然流出并再次通过合适的限压阀和馈送装置7馈送至工作流体供应源的第二腔室2。在过压情形下，不仅在循环液压油中，而且在限压阀(图未示)中，存在着不想要的温度上升。

然而，根据本发明，工作流体供应源被分成通过窄第一连接通路连接的两个腔室的事实，使得在行程期间在过压运行模式下，不再能够使足够的工作流体从第二腔室流至第一腔室，以通过压力补给阀补偿工作流体损失。

由此，结果是，凭借在过压情形下缺少压力均衡，与通过旁路10从第二腔室2流入第一腔室1的工作流体相比，更多的工作流体从腔室1排入液压腔室6，从而第一腔室内的压力快速下降。这带来发生气穴的后果，即是说工作流体除气，且所得到的气体通过泄漏补给阀输送入液压腔室，其同样导致不完整的行程，由此引入泵的能量降低且温度降低。

一旦过压运行模式结束，即是说压力管线中可能存在的堵塞已经被移除，限压阀不再打开且因此不会有相对更大量的液压油离开液压腔室。这种情形下，与通过泄漏补给阀5从第一腔室1流入液压腔室的工作流体相比，更多的工作流体再次通过旁路10从第二腔室流入第一腔室，从而第一腔室1中的压力再次升高。一旦压力已经相应地再次升高，就不会再发生进一步的气穴，且计量功率再次升高。液压腔室内包含的气体可以通过排气阀排出。

关于隔膜位置方面，在失稳模式下，例如，在抽吸管线堵塞时，泄漏补给阀打开且过大体积的液压油可以通过第一腔室1和开口止回阀9在稍微升高的压力下流入第二腔室2而隔膜不遭受损坏。

附图标记列表

1 第一腔室

2 第二腔室

3 第二连接通路

4 喷嘴/第一连接通路

5 泄漏补给阀

6 液压腔室

7 馈送装置

9 止回阀

10 旁路

Claims (8)

1.一种隔膜泵，所述隔膜泵包括输送腔室，所述输送腔室通过隔膜与液压腔室分开，其中所述输送腔室分别连接至抽吸连接件和压力连接件，以及可填充有工作流体的所述液压腔室能够在脉动工作流体压力下动作，且所述隔膜能够在压力位置与抽吸位置之间往复运动，在所述压力位置，所述输送腔室的容积较小，而在所述抽吸位置，所述输送腔室的容积较大，其中所述液压腔室通过泄漏补给阀连接至工作流体供应源，其中所述泄漏补给阀被设计成，当所述隔膜在所述抽吸位置处的所述液压腔室中的压力小于预定最小值p_Min，所述泄漏补给阀打开且所述液压腔室具有出口通路，所述出口通路由限压阀关闭，所述限压阀设计成，如果所述液压腔室中的压力升高至预定最大值p_Max以上，则所述限压阀打开，从而工作流体可以通过所述出口通路离开所述液压腔室，其特征在于，所述工作流体供应源布置在第一工作流体供应腔室和第二工作流体供应腔室中，这两个腔室通过第一连接通路连接在一起；

其中，所述第一连接通路可关闭，或者穿过所述第一连接通路的流量能够被节流，从而在过压情形下，即，当液压油已经通过所述限压阀离开所述液压腔室时，与在行程期间可从所述第二工作流体供应腔室流入所述第一工作流体供应腔室的液压油相比，更多的液压油从所述第一工作流体供应腔室出来而进入所述液压腔室；

所述出口通路连接至所述第二工作流体供应腔室，所述出口通路在所述第二工作流体供应腔室中结束，所述泄漏补给阀布置在所述液压腔室和所述第一工作流体供应腔室之间，进一步包括用于关闭所述第一连接通路的阀。

2.如权利要求1所述的隔膜泵，其特征在于，所述泄漏补给阀具有关闭件，所述关闭件能够在关闭位置与打开位置之间往复运动，在所述关闭位置，所述泄漏补给阀的阀通路关闭，在所述打开位置，所述阀通路打开，以及所述关闭件通过压力件被保持在所述关闭位置，其中所述压力件设计成，使得当所述液压腔室中的压力小于所述预定最小值p_Min，所述关闭件沿所述打开位置的方向移动。

3.如权利要求1所述的隔膜泵，其特征在于，所述第一连接通路布置得比所述泄漏补给阀低。

4.如权利要求3所述的隔膜泵，其特征在于，在所述第一工作流体供应腔室与所述第二工作流体供应腔室之间设置有第二连接通路，其中所述第二连接通路布置在所述第一连接通路上方。

5.如权利要求4所述的隔膜泵，其特征在于，所述第二连接通路布置在所述泄漏补给阀上方。

6.如权利要求4所述的隔膜泵，其特征在于，所述第二连接通路布置在所述第二工作流体供应腔室中的工作流体的液位上方。

7.如权利要求4～6之一所述的隔膜泵，其特征在于，所述第一工作流体供应腔室设计成，使得所述工作流体能够仅通过所述第一连接通路从所述第二工作流体供应腔室穿过进入所述第一工作流体供应腔室。

8.如权利要求7所述的隔膜泵，其特征在于，所述第二连接通路通过止回阀关闭，所述止回阀的通流方向沿所述第二工作流体供应腔室的方向布置。

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