CN106870338A - 低脉动小流量抽气泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种低脉动小流量抽气泵，包括抽气泵，抽气泵安装在泵托架上，所述泵托架上安装有气容腔，所述气容腔的顶部开设有气容腔上出气口和气容腔上进气口，气容腔的底部开设有相互隔离开的气容腔下出气口和气容腔下进气口，气容腔下出气口与抽气泵的进气口连通，气容腔下进气口与抽气泵的出气口连通，所述气容腔上出气口通过管道连接柔性气容上所开设的柔性气容进气口，柔性气容上还开设有与大气连通的柔性气容出气口和用于连接微差压传感器的测压口，本发明在抽气流量范围内，大大降低了瞬时流量的脉动，提高了累计流量的计算准确度。泵的抽气流量下限平稳启动，可根据需要，可调整抽气流量下限及范围。

Description

低脉动小流量抽气泵

技术领域

本发明涉及一种用于气体采样器的小流量抽气泵，具体是一种低脉动小流量抽气泵。

背景技术

小流量抽气泵是气体采样器的重要部件，用于采集大气环境及车间现场中的二氧化硫、一氧化碳、氮氧化物等有害气体的专用必备仪器。广泛适用于室内外大气环境监测、疾病预防、安监、军事、气象、科研教学、冶金、化工、铁路、建材等领域的卫生监测和评价，也可与有关仪器配套使用。通常是用空气采样器来评价有危害气体的劳动作业场所的环境，衡量一个劳动作业班有害气体对人体健康的影响，对职业病防治的研究、生产环境、设备的改造提供理论依据。空气采样器测量空气中有害气体质量浓度的方法是计重法，其原理是用该空气采样器抽取一定体积的空气，有害气体被采样瓶中的吸收液吸收，在实验室分析出吸收液中有害气体的质量，根据下列公式计算出有害气体的质量浓度：

式中：ρ----------气体的质量浓度,mg/m³；

m-----------吸收液中有害气体的质量，mg；

q-----------采样流量，L/min；

t-----------采样时间，min；

由上式可知，准确测量某种有害气体质量浓度，与控制好采样流量和采样时间有关，采样时间控制不存在大的问题，关键在于控制采样泵抽气流量，但抽气泵的流量脉动是客观存在的，特别是在采样泵抽气能力的低端，瞬时抽气流量极其不稳定，波动很大，采样泵抽气流量的波动，必然导致采气累计体积的误差，由此导致气体质量浓度的误差，为了精确计量累计采气体积，提出了如何解决好泵的低端流量抽气稳定性的课题。原有气体采样器大多采用转子流量计计量瞬时采气流量，当采样流量处于低端时，由于抽气泵的脉动，转子流量计浮子上下窜动，难以读数，只能在上下窜动的平衡位置估读一个数值，用这个瞬时流量与时间的积，得到的累计采气体积，可见对气体质量浓度准确性的影响。在低流量采气系统中，如何解决采样流量低端启动、低端流量平稳性及采样负载能力问题是关键！

发明内容

本发明为了解决上述问题，为泵设计了前后阻容滤波器，将其与泵集成于一体，就能有效地解决了气体采样泵低端启动流量波动大问题，科学地兼顾了流量下限平稳启动工作与流量上限的负载能力的关系，提高了气体采样体积的准确性。

本发明的技术方案：一种低脉动小流量抽气泵，包括抽气泵，抽气泵安装在泵托架上，所述泵托架上安装有气容腔，所述气容腔的顶部开设有气容腔上出气口和气容腔上进气口，气容腔的底部开设有相互隔离开的气容腔下出气口和气容腔下进气口，气容腔下出气口与抽气泵的进气口连通，气容腔下进气口与抽气泵的出气口连通，所述气容腔上出气口通过管道连接柔性气容上所开设的柔性气容进气口，柔性气容上还开设有与大气连通的柔性气容出气口和用于连接微差压传感器的测压口，空气经气容腔上进气口进入气容腔然后经气容腔下出气口进入到抽气泵，经抽气泵推动后从气容腔下进气口输出经气容腔上出气口输送到柔性气容内再通过柔性气容出气口排出，所述抽气泵、泵托架、气容腔以及柔性气容组成低脉动小流量抽气泵。

所述抽气泵包括直流电机，直流电机的转轴上过盈配合固定偏心轮，偏心轮外套轴承，轴承外圈装入连杆轴承位，连杆与泵皮连接，泵皮通过泵皮压板压紧固定在连杆上，泵皮压板通过压紧螺钉与连杆固定连接，泵皮设置在泵腔阀板的泵腔内，泵腔阀板背对于泵腔的一面设置有泵膜阀片，泵膜阀片覆盖住泵腔阀板的泵腔进气口和泵腔出气口，气室板与泵腔阀板将泵膜阀片夹在两者之间，所述气室板上设置有与泵腔进气口和泵腔出气口对应连通的抽气泵的进气口和出气口，偏心轮通过轴承带动连杆左右往复运动，连杆带动泵皮在泵腔内往复运动从而推动泵膜阀片。

所述泵膜阀片的中间设置有两个在泵腔的气压作用下自由浮动的圆形阀片，用于打开或关闭泵腔进气口和泵腔出气口。

所述泵膜阀片的厚度为0.7～0.9毫米。

所述泵腔阀板包括便于设置泵膜阀片的泵膜阀片腔，泵膜阀片腔内开设有与泵腔连通的泵腔进气口和泵腔出气口，所述泵腔出气口设置有向泵膜阀片腔凸出的凸台，所述泵腔的侧壁设置成具有斜度的锥面，锥面与泵皮在最大升程时的形状相吻合。

所述气容腔被分隔为进气腔体和出气腔体，进气腔体内等间距的设置有分隔板，分隔板上交错的开设有开口从而将进入进气腔体的空气进行缓冲。

所述分隔板上开设的开口处填充有海绵块。

所述柔性气容还设置有柔性气容腔，柔性气容腔内安装有膜片，柔性气容的下部设置有用于将柔性气容与气容腔相连接的连接板。

所述柔性气容与气容腔通过设置在连接板外侧的连接螺钉紧固连接。

所述气容腔下出气口与抽气泵的进气口连通处和气容腔下进气口与抽气泵的出气口连通处均设置有密封垫，所述抽气泵通过紧固螺钉与泵托架连接。

本发明的技术效果：在抽气流量范围内，大大降低了瞬时流量的脉动，提高了累计流量的计算准确度。泵的抽气流量下限平稳启动，可根据需要，可调整抽气流量下限及范围。抽气泵在同样功率、同样体积条件下流量范围宽，抽气负压大，即抽气能力强。带测流量功能，集成度高，体积小、重量轻。

附图说明

图1是本发明整体结构示意图；

图2是图1的俯视结构示意图；

图3是本发明抽气泵结构示意图；

图4是本发明偏心轮结构示意图；

图5是本发明泵膜阀片结构示意图；

图6是本发明泵腔阀板结构示意图；

图7是图6的剖视结构示意图；

图8是本发明泵托架和气容腔结构示意图；

图9是图8的A-A向结构示意图；

图10是图8的B-B向结构示意图；

图11是图8的C-C向结构示意图；

图12是本发明柔性气容结构示意图；

图13是图12的A-A向结构示意图。

图中标号分别表示：1-抽气泵，2-管道，3-气容腔，4-柔性气容，5-连接螺钉，6-密封垫，7-泵托架，8-紧固螺钉，10-直流电机，11-轴承，12-偏心轮，13-连杆，14-压紧螺钉，15-泵皮压板，16-泵皮，17-泵腔阀板，18-泵膜阀片，19-气室板，20-进气口，21-出气口，31-气容腔上出气口，32-气容腔上进气口，33-进气腔体，34-分隔板，35-开口，36-气容腔下出气口，37-气容腔下进气口，38-出气腔体，41-柔性气容进气口，42-柔性气容出气口，43-测压口，44-柔性气容腔，45-膜片，46-连接板，171-泵膜阀片腔，172-泵腔进气口，173-泵腔出气口，174-凸台，175-泵腔，176-锥面。

具体实施方式

下面结合附图对本发明进一步说明：

如图1—图13所示，一种低脉动小流量抽气泵，包括抽气泵1，抽气泵1安装在泵托架7上，所述泵托架7上安装有气容腔3，所述气容腔3的顶部开设有气容腔上出气口31和气容腔上进气口32，气容腔3的底部开设有相互隔离开的气容腔下出气口36和气容腔下进气口37，气容腔下出气口36与抽气泵的进气口20连通，气容腔下进气口37与抽气泵的出气口21连通，所述气容腔上出气口31通过管道2连接柔性气容4上所开设的柔性气容进气口41，柔性气容4上还开设有与大气连通的柔性气容出气口42和用于连接微差压传感器的测压口43，空气经气容腔上进气口32进入气容腔3的进气腔体33内，然后经气容腔下出气口36进入到抽气泵1，经抽气泵1推动后从气容腔下进气口37输出到出气腔体38后经气容腔上出气口31输送到柔性气容4内再通过柔性气容出气口42排出，所述抽气泵1、泵托架7、气容腔3以及柔性气容4组成低脉动小流量抽气泵。

所述抽气泵1包括直流电机10，直流电机10的转轴上过盈配合固定偏心轮12，偏心轮12外套轴承11，轴承11外圈装入连杆13轴承位，连杆13与泵皮16连接，泵皮16通过泵皮压板15压紧固定在连杆13上，泵皮压板15通过压紧螺钉14与连杆13固定连接，泵皮16设置在泵腔阀板17的泵腔175内，泵腔阀板17背对于泵腔175的一面设置有泵膜阀片18，泵膜阀片18覆盖住泵腔阀板17的泵腔进气口172和泵腔出气口173，气室板19与泵腔阀板17将泵膜阀片18夹在两者之间，所述气室板19上设置有与泵腔进气口172和泵腔出气口173对应连通的抽气泵的进气口20和出气口21，偏心轮12通过轴承11带动连杆13左右往复运动，连杆13带动泵皮16在泵腔175内往复运动从而推动泵膜阀片18。

偏心轮在泵中与连杆构成曲柄连杆机构，偏心轮相当于曲柄，在电机驱动下，带着连杆往复运动，连杆带动泵皮在泵腔中往复运动，构成泵腔的容积变化，形成泵腔吸排气。偏心轮偏心距e是按泵结构连杆允许最大行程设计，最大行程为2e；偏心轮中设计以R为半径的半圆是用作惯性轮的，便于曲柄、连杆在“死点”的连续运动。

泵工作原理：当电机转动时，偏心轮通过轴承带动连杆左右往复运动，连杆带动泵皮在泵腔内往复运动，使泵腔产生容积变化；当连杆带动泵皮向左运动时，泵腔形成正压，压缩泵腔内气体，通过压缩气体推动泵膜阀片，关闭进气口；同时通过压缩气体推动另一个泵膜阀片，打开出气口，将泵腔内的气体排出泵腔外。反之，当连杆带动泵皮向右运动时，泵腔内形成负压，泵腔内吸入气体，通过吸入气体推动泵膜阀片，关闭出气口；同时通过吸入气体推动泵膜阀片，打开进气口；将外部气体吸入泵腔内。电机连续转动，泵腔不断容积变化，构成反复吸气、排气过程，实现抽气流量。

泵膜阀片材质是硅橡胶，所述泵膜阀片18的中间设置有两个在泵腔175的气压作用下自由浮动的圆形阀片，用于打开或关闭泵腔进气口172和泵腔出气口173。

所述泵膜阀片18的厚度为0.7～0.9毫米。

所述泵腔阀板17包括便于设置泵膜阀片18的泵膜阀片腔171，泵膜阀片腔171内开设有与泵腔连通的泵腔进气口172和泵腔出气口173，所述泵腔出气口173设置有向泵膜阀片腔171凸出的凸台174，所述泵腔175的侧壁设置成具有斜度的锥面176，锥面176与泵皮16在最大升程时的形状相吻合，可提高泵的容积效率，即提高泵的流量及负压；出气口的凸台有利于泵膜阀片的闭合。

气容腔3被分隔为进气腔体33和出气腔体38，进气腔体33的上端开设气容腔进气口32，出气腔体38的上端开设气容腔出气口31，进气腔体33内等间距的设置有分隔板34，分隔板34上交错的开设有开口35从而将进入进气腔体33的空气进行缓冲。

所述分隔板34上开设的开口35处填充有海绵块。

气容腔可使气流缓冲，起到滤波作用；进气腔体被分隔板分割成多格相通的腔体，可缓冲气流，起到滤波作用，还可根据泵的流量范围、负载能力的实际情况，填充适量海绵块，起到阻尼滤波作用，保证流量低端的平稳启动和工作。在设计气路阻尼滤波器时，滤料材料的密度、厚度是调节阻尼大小的关键，气路滤波效果与阻尼、腔室大小有关，(相当于电路中的阻容滤波)。值得注意的是：阻尼调得太小，气流就不够平稳；阻尼调得过大，流量上限就会达不到，负载能力消耗在阻尼上了；因此，阻尼的大小要通过实验得出，做到以满足流量下限准确度、稳定性要求的最小阻尼，使流量上限具有满足要求的负载能力。

所述柔性气容4还设置有柔性气容腔44，柔性气容腔44内安装有膜片45，柔性气容4的下部设置有用于将柔性气容4与气容腔3相连接的连接板46。

所述柔性气容4与气容腔3通过设置在连接板46外侧的连接螺钉5紧固连接。

柔性气容与气容腔下进气口相连通，通过柔性气容的压力(即出气背压)大小的测量，反映抽气流量的大小；背压的大小与流量成正比的关系。

柔性气容有缓冲气流、均匀柔性气容腔压力的作用，在设计柔性气容时，柔性气容腔的大小、膜片柔韧性是关键，要考虑抽气泵流量范围内的有效滤波，通过实验确定柔性气容腔、膜片等的相关参数，只有在合适的缓冲气容作用下，抽气泵的脉动抽气气流的尖峰才能被柔性气容的缓冲气容有效吸收，起到滤波作用，保证柔性气容腔气压的平稳性。测压口用于与压力传感器连接，测量柔性气容腔背压的大小；柔性气容出气口长度约25毫米左右，呈锥形，嘴内孔由内至外，是由大到小的锥形孔，它的作用是根据所需的流量范围，截取相应的柔性气容出口直径，使柔性气容腔背压在合适的压力范围；在一定流量下，出口直径大柔性气容腔背压小，反之，出口直径小柔性气容腔背压大。

所述气容腔下出气口36与抽气泵的进气口20连通处和气容腔下进气口37与抽气泵的出气口21连通处均设置有密封垫6，所述抽气泵1通过紧固螺钉8与泵托架7连接。

低脉动小流量抽气泵工作过程：

①接通相应直流电源；

②直流电机带动偏心轮转动；

③偏心轮通过轴承带动连杆往复运动；

④当连杆带动泵皮压缩泵腔容积时泵腔压力增大，气体压力同时推动泵膜阀片的两个阀片，即打开泵腔出气口，同时关闭泵腔进气口；

⑤泵腔处于正压状态，将气体排出泵腔外，进入气容腔进行气流缓冲滤波，再进柔性气室，测量出气背压后排出柔性气容外。

⑥当连杆带动泵皮压缩泵腔容积到极限位置后，再由连杆带动泵皮向外拉伸扩张泵腔容积时，泵腔负压压力增大，泵腔气体负压同时吸起泵膜阀片的两个阀片，即打开泵腔进气口，同时关闭泵腔出气口；

⑦泵腔处于负压状态，将气体从泵腔外吸入泵腔内；当连杆带动泵皮扩张泵腔容积到极限位置，再由连杆带动泵皮压缩泵腔容积，连杆泵皮反复运动，带来泵腔的容积变化，泵腔的进气出气就形成了泵的抽气流量。

偏心轮、泵腔阀板、气容腔、柔性气容材料均为ABS；泵皮材料为丁基橡胶；

泵膜阀片、膜片、密封垫材料为硅橡胶。

粘接连接处均用三氯甲烷粘接；

气密性：粘接件粘接好后，按部件组装好，将皂沫涂抹气路连接缝处，启动抽气泵，观察皂沫涂抹气路连接缝处，不得有漏气现象。

①抽气泵在进气口前气容腔，抽气气容腔下进气口接柔性气容，在保证抽气泵流量上限的负载能力的前提下，帮助抽气泵的流量低端平稳启动和工作，

②泵腔侧壁设计成一定斜度的锥面，锥面与泵皮在最大升程时的形状相吻合，提高泵的容积效率。

③气泵出口接柔性气室，通过柔性气容腔的压力(即出气背压)大小的测量，反映抽气流量的大小；

④柔性气容出气口呈一定长度的锥孔，通过截取锥孔长度即出气口面积大小，调整柔性气容腔背压的大小。

本发明的一种低脉动小流量抽气泵，在抽气流量范围内，大大降低了瞬时流量的脉动，提高了累计流量的计算准确度。泵的抽气流量下限平稳启动，可根据需要，可调整抽气流量下限及范围。抽气泵在同样功率、同样体积条件下流量范围宽，抽气负压大，即抽气能力强。带测流量功能，集成度高，体积小、重量轻。

Claims (10)

1.一种低脉动小流量抽气泵，包括抽气泵，抽气泵安装在泵托架上，其特征在于：所述泵托架上设有气容腔，所述气容腔的顶部开设有气容腔上出气口和气容腔上进气口，气容腔的底部开设有相互隔离开的气容腔下出气口和气容腔下进气口，气容腔下出气口与抽气泵的进气口连通，气容腔下进气口与抽气泵的出气口连通，所述气容腔上出气口通过管道连接柔性气容上所开设的柔性气容进气口，柔性气容上还开设有与大气连通的柔性气容出气口和用于连接微差压传感器的测压口，空气经气容腔上进气口进入气容腔然后经气容腔下出气口进入到抽气泵，经抽气泵推动后从气容腔下进气口输出经气容腔上出气口输送到柔性气容内再通过柔性气容出气口排出，所述抽气泵、泵托架、气容腔以及柔性气容组成低脉动小流量抽气泵。

2.根据权利要求1所述的低脉动小流量抽气泵，其特征在于：所述抽气泵包括直流电机，直流电机的转轴上过盈配合固定偏心轮，偏心轮外套轴承，轴承外圈装入连杆轴承位，连杆与泵皮连接，泵皮通过泵皮压板压紧固定在连杆上，泵皮压板通过压紧螺钉与连杆固定连接，泵皮设置在泵腔阀板的泵腔内，泵腔阀板背对于泵腔的一面设置有泵膜阀片，泵膜阀片覆盖住泵腔阀板的泵腔进气口和泵腔出气口，气室板与泵腔阀板将泵膜阀片夹在两者之间，所述气室板上设置有与泵腔进气口和泵腔出气口对应连通的抽气泵的进气口和出气口，偏心轮通过轴承带动连杆左右往复运动，连杆带动泵皮在泵腔内往复运动从而推动泵膜阀片。

3.根据权利要求2所述的低脉动小流量抽气泵，其特征在于：所述泵膜阀片的中间设置有两个在泵腔的气压作用下自由浮动的圆形阀片，用于打开或关闭泵腔进气口和泵腔出气口。

4.根据权利要求3所述的低脉动小流量抽气泵，其特征在于：所述泵膜阀片的厚度为0.7～0.9毫米。

5.根据权利要求2所述的低脉动小流量抽气泵，其特征在于：所述泵腔阀板包括便于设置泵膜阀片的泵膜阀片腔，泵膜阀片腔内开设有与泵腔连通的泵腔进气口和泵腔出气口，所述泵腔出气口设置有向泵膜阀片腔凸出的凸台，所述泵腔的侧壁设置成具有斜度的锥面，锥面与泵皮在最大升程时的形状相吻合。

6.根据权利要求1所述的低脉动小流量抽气泵，其特征在于：所述气容腔被分隔为进气腔体和出气腔体，进气腔体内等间距的设置有分隔板，分隔板上交错的开设有开口从而将进入进气腔体的空气进行缓冲。

7.根据权利要求6所述的低脉动小流量抽气泵，其特征在于：所述分隔板上开设的开口处填充有海绵块。

8.根据权利要求1所述的低脉动小流量抽气泵，其特征在于：所述柔性气容还设置有柔性气容腔，柔性气容腔内安装有膜片，柔性气容的下部设置有用于将柔性气容与气容腔相连接的连接板。

9.根据权利要求8所述的低脉动小流量抽气泵，其特征在于：所述柔性气容与气容腔通过设置在连接板外侧的连接螺钉紧固连接。

10.根据权利要求1-9任一所述的低脉动小流量抽气泵，其特征在于：所述气容腔下出气口与抽气泵的进气口连通处和气容腔下进气口与抽气泵的出气口连通处均设置有密封垫，所述抽气泵通过紧固螺钉与泵托架连接。