CN107250648A - 具有自动压力补偿的脉冲阻尼器 - Google Patents

Abstract

提供具有自动压力补偿的流体脉冲阻尼器。阻尼器中的腔室和通道系统产生内部反馈机构，其响应于流过膜的另一侧的流体的压力的增加或减小而增加或减小膜上的补偿压力。脉冲阻尼器的变化允许按照需要限制或增加气流的输入和/或输出。

Description

具有自动压力补偿的脉冲阻尼器

相关申请的交叉引用

N/A

技术领域

本发明总体上涉及脉冲阻尼器，更具体地涉及可以自动补偿流体压力变化的流体脉冲阻尼器以及使用该流体脉冲阻尼器的系统和方法。

背景技术

众所周知，当流体泵送通过导管时，可能发生压力变化或脉冲。这些压力变化和由此产生的机械振动可能会破坏流体的恒定流动并对管道和连接造成损坏和磨损。此外，这种压力变化可能会破坏或损坏可能依赖于光滑稳定的流量以使其正常工作的下游应用。为了解决这些问题，已经开发了脉冲阻尼器来减少或消除流体当它们被泵送通过加压系统时的脉冲和振动。常规的脉冲阻尼器通常包括连接到加压流体流过的管道或其他导管的腔室或通道，以及用于吸收和“抑制”脉冲的内部机构。常规脉冲阻尼器通常使用内部弹性膜，其响应于加压流体中的压力变化而膨胀和收缩，从而当流体通过阻尼器并经过膜时吸收脉冲。

使用弹性膜的常规阻尼器的一个主要缺点是，通常必须为低内部容积牺牲阻尼器的压力容限，反之亦然。为了使这种常规的阻尼器耐受高压(例如在100psi以上的压力)，弹性膜通常必须相对较厚，以防止其在该压力下撕裂或爆炸。然而，厚膜对脉冲相对不敏感，因此厚膜必须具有大的表面积才能成为有效的阻尼器。膜表面积越大不幸地意味着内部容积越大。相反，薄膜对压力波动非常敏感，因此可以产生较小的内部容积，同时保持良好的阻尼效果。然而，常规的薄膜通常在高压下破裂，这意味着具有较薄膜的常规阻尼器不能耐受高压流体系统。

为了解决这些问题，已经开发了补偿流体压力的方法。一种这样的方法是使用空气和空气压力来尝试抵消并补偿由移动通过阻尼器的加压流体所施加的压力。不使用弹性膜的常规脉冲阻尼器或浪涌阻尼器已经结合了空气室，使得允许随着流体压力增加，而被泵送通过导管的流体压缩空气室中的空气并且占据腔室容积的更大比例。当流体压力降低时，腔室中的空气膨胀并将一些流体从腔室返回到导管系统中。

然而，使用与流体通道连通的一个或多个气室的上述途径的问题是，一些空气将可能溶解在被泵送的流体中，从而减小腔室中的空气容积并潜在地影响被泵送的流体的组成。消除这个问题的替代途径是使用阻尼膜，其将被泵送通过导管系统的流体与用于补偿流体压力的空气室分离。在这种系统中，流体在膜上施加压力，从而使其朝向空气压力室膨胀，并且腔室中的空气推回膜以补偿该压力和膜的移位。使用这种方法的常规脉冲阻尼器可以使用具有静态空气量的封闭空气室。然而，不能增加或减少空气室中的空气量，空气的压力和容积不能独立控制。随着膜的一侧的流体压力增加，膜的另一侧上的空气室中的空气被压缩。空气压力上升，而空气占有的容积减少。这导致必须由流体填充的内部容积的相应增加。更大的问题是，随着空气容积被压缩，脉冲阻尼器在吸收脉冲方面越来越无效，因为它需要越来越多的流体压力来将剩余空气压缩任何给定的量。

已经开发了与这种阻尼器一起使用的反馈机构，以允许响应于流体压力的变化而将空气添加到空气室中或将空气从空气室中动态地移除。这样的反馈机构能够调节空气室中的压力，同时保持腔室中大致恒定的空气容积。然而，常规的反馈机构有几个限制：它们往往很复杂，并且使用复杂的机械或机电手段，从而使得制造和维护变得困难和昂贵。

例如，1998年8月25日颁发给Becke等人的题为“Adaptive HydropneumaticPulsation Dampener”的美国专利5797430，使用空气或气室来补偿加压流体对阻尼膜的移位。然而，Becke等人的5797430号专利所公开的液压气动脉冲阻尼器，使用加压流体本身来调节气室中的空气压力。该系统将液压系统与气室联接，使得一些加压流体被引导到气室中，并且对封闭气体的膜施加压力。当气体膜被流体压缩时，它将空气推向阻尼膜。节气门系统取决于液压系统中的压力变化来调节将多少流体引导到气室。因此，较高的流体压力以及阻尼膜朝向气室的较大相关移位导致在气室膜周围具有更大量的流体，这又反过来引起将更多的空气压力施加在阻尼膜上来抵消流体的压力。不幸的是，由于大量的流体被引导到气室中并且离开液压系统，所以在这种机构中使用液压流体本身来调节空气压力会产生巨大的内部容积。

1973年6月26日颁发给Rupp的题为“Surge Suppressor for Fluid Lines”的美国专利3741692公开了一种浪涌阻尼器，其使用空气室进行自动补偿，并结合了入口/出口阀系统来响应于流体压力的变化而调节在空气室中的空气压力，同时保持空气在空气室中的容积。该系统使用轴向杆和柱塞在合适的时间打开不同的阀，并具有非常大的空气室。

类似地，1985年12月3日颁发给Casilli的题为“Pulsation Dampener”的美国专利4556087涉及用于独立地调节腔室中的空气的压力和容积的复杂机械系统，包括大空气室、轴向杆连接件和开/关阀。这些类型的系统旨在适应极大的流体容积和压力，并且对于旨在以相对少量的流体有效地工作的阻尼器来说不是理想的。它们也是机械上很复杂的，并且制造成本很昂贵。

脉冲阻尼器的另一个示例被公开在1986年12月16日颁发给Kercher的题为“PulseDampener”的美国专利4629562。Kercher的该专利解释了脉冲阻尼器可以用于液相色谱系统，并教导了化学惰性膜和具有两部分(每个部分具有不同的压缩特性)的组合式塞子的使用。然而，没有为抑制脉冲提供压力反馈或补偿。

脉冲阻尼器的另一个示例示出在1985年11月12日颁发给Graham的题为“Hydraulic Pulse Dampener Employing Two Stiff Diaphragms and Nesting Members”的美国专利4552182中。Graham的该专利公开了两个膜的使用，每个膜被定位成与形成在脉冲阻尼器壳体中的凹部相对。两个膜被设计成使得每个膜将在不同的压力范围内弯曲。然而，没有为抑制脉冲提供压力反馈或补偿。

上述美国专利号5797430、3741692、4556087、4629562和4552182通过引用如同在此完全阐述那样并入本文。

发明内容

本公开提供了一种使用空气压力来补偿移动通过脉冲阻尼器的流体的压力变化的膜基脉冲阻尼器以及使用膜基脉冲阻尼器的方法。通常，如本文公开的实施例中的阻尼器使用简单、便宜的反馈机构来响应于流体压力的变化来增加或减少腔室中的气体(例如空气)量。通过动态地改变腔室中的气体量，可以改变压力以补偿流体压力变化，同时保持恒定或接近恒定的腔室容积。本公开的特征使得其成为跨越大范围的压力的、用于加压流体系统的有效脉冲阻尼器，因此在各种各样的应用中都是有用的。此外，本公开提供了具有小占用面积和非常小的内部容积的系统，使得其能够在尺寸和内部容积量必须最小化的系统中使用。本公开提供了一种脉冲阻尼器，其具有流体流过的主体和附接到主体并提供气压补偿机构的气动盖。与常规的膜基阻尼器一样，阻尼器的主体可以包括流体输入端口和流体输出端口，其可以附接并固定到系统的其他部件，例如连接到流体输入端口的泵以及通过阻尼器的中心通道，该阻尼器将输入端口连接到输出端口，以便流体可以通过阻尼器。在通道中可以有多个间隙或开口，其被至少一个弹性膜覆盖。膜可以由期望的材料制成并且具有期望的厚度。膜可以由例如天然橡胶、硅橡胶或山都平(Santoprene)构成。在更恶劣的化学环境(如流体是腐蚀性化学物质的环境)中，EPDM、Viton、Kalrez和Pharmed可能都是合适的材料。该膜用于吸收和抑制流经阻尼器的流体中的脉冲。在膜的另一侧上，用阻尼器的主体夹住膜可以是气动盖。

气动盖可以用于提供气压补偿功能。在一个实施例中，由与膜相邻的气动盖限定两个开口腔，使得当组装整个脉冲阻尼器时，膜覆盖或封闭该两个腔室。这些腔室可以位于流体通道中的间隙或开口所在的膜上的相同位置处。换句话说，膜可以暴露并偏离到相同位置的流体通道或腔室中。最靠近主体的输入端口的封闭腔室可用作阻尼室。

一些实施例中的阻尼室可以在其内包含膜止动件。在这样的实施例中，当加压流体流入流体输入端口并且跨越阻尼室的外部时，膜膨胀到阻尼室中并且抑制流体脉冲。膜止动件可以防止膜膨胀超过某一点。在这样的实施例中，膜止动件可以具有至少一个小孔，并且可以具有在其中允许空气畅通无阻的多个小孔。

在某些实施例中，另一个腔室处于流体通道的另一侧上并且位于阻尼室和流体输出端口之间，其可以称为空气压力缓冲室。在这种实施例中，该缓冲室经由小通道与阻尼室流体连通。在某些实施例中，空气压力缓冲室在与阻尼室相反的一侧具有空气输入端口，该空气输入端口将空气压力缓冲室敞开并暴露于大气中。加压空气源可以在空气输入端口处连接到气动盖，其可以提供用于补偿流体压力的空气压力源。

在该特定实施例中，与膜相邻的气动盖中的另一个腔室是可变限制元件(“VRE”)室。该VRE室位于主体中的流体输出端口和阻尼室之间，并且连接到气动盖内的两个通道：一个通道将其连接到空气压力缓冲室，而另一个通道将其连接到气动盖中的空气输出口。在该特定实施例中，空气输出口在气动盖的表面上敞开直通大气。

在一个实施例中，当加压流体通过阻尼器的主体时，其首先推压膜在阻尼室上方的那部分，从而导致膜朝向膜止动件偏离或膨胀到阻尼室中。当流体穿过位于VRE室上方的膜的那部分时，其导致膜的该部分偏离或膨胀到VRE室中。依赖于多个变量，膨胀到VRE室中的膜的那部分最终可以膨胀得足够远，从而阻塞将VRE室连接到空气压力缓冲室和空气输出端口的两个通道或通路。当发生这种阻塞时，通过空气输入端口泵送到空气压力缓冲室中的加压空气全部或部分地开始积聚在空气压力缓冲室中，因为它不再能够通过通道到VRE室，然后经由空气输出口离开阻尼器。这种增加的空气压力向后推压偏离到阻尼室中的膜，沿着流体压力的移位的相反方向推压或偏离，并将膜推回到其平衡或中立位置并远离膜止动件。空气压力的增加也导致膜上的压力增加，其完全或部分堵塞将VRE室连接到空气压力缓冲室的通道，从而导致偏离到VRE室中的膜也被推向或偏离到其平衡位置。基本上，流体压力随着流体通过流体通道而在阻尼器的主体中积聚得越多，覆盖VRE室的膜就越多地堵塞进入和离开VRE室的空气流，并且补偿空气压力缓冲室中的空气压力变得越高。

在某些实施例中，可以变更本公开内容的特征或添加特征来实现期望的结果并优化阻尼器的有效性。例如，在一个特定实施例中，可以使用两个单独的膜——一个单独的膜在阻尼室上方，而另一个单独的膜在VRE室上方。该方法允许优化每个膜来实现不寻常或独特的目的。例如，可以将不同的材料用于两个膜，或者一个膜可以较薄，而另一个膜可以较厚并且更耐受流体压力的小变化。类似地，如果需要，脉冲阻尼器的主体和气动盖可以由不同的材料制成。此外，可以基于脉冲阻尼器的预期应用来选择制造主体和气动盖的材料。例如，对于在流体中使用酸性或腐蚀性化学品的高压应用中使用的脉冲阻尼器，可能需要不锈钢主体和盖，而在其他应用中可以使用较便宜的材料，如丙烯酸。在另一个实施例中，脉冲阻尼器可以包括单一整体的主体部件，而不是具有彼此附接的主体和气动盖。

在一些替代实施例中，可以将一片膜或多片膜夹持在阻尼器的主体和气动盖之间。然而，这种夹持可能导致膜起皱或引起降低膜的效力的膜的其他畸形。因此，在其他替代实施例中，膜可以在同心环上拉伸，使得它们在阻尼室和VRE室上形成密封。这可以通过具有一系列的三个同心环来实现，其中膜被放置在中间环上并且通过外环和内环在该环的任一侧向下推压。外环将膜保持在中间环上的适当位置，并且内环对在阻尼室或VRE室的膜的向下推压使其在该室上形成密封。这些环可以集成到主体和气动盖本身中，或者被包括为完全组装的阻尼器的单独部件。

在某些实施例中，可以提供限制元件并将其附接到空气输入端口和/或空气输出端口，以优化空气流动并控制腔室内的空气压力。向空气输入端口添加一个或多个限制元件可以限制空气的输入流量，从而当VRE室开始堵塞时，防止压力在气压缓冲室内积聚得太快。提供附接到空气输出端口的一个或多个限制元件可以限制输入和输出空气流，并且可以帮助防止空气压力缓冲室的突然减压，如果液体通道中的压力下降太快，则可能发生这种突然减压。然而，向空气输出端口添加一个或多个限制元件可能会升高空气压力缓冲室中的零液体流压力。这又反过来可以朝向流体通道推压阻尼室中的膜，从而使得系统效率较低。

附图说明

图1是根据本公开的脉冲阻尼器的横截面视图。

图2是根据本公开的脉冲阻尼器的横截面视图。

图3是根据本公开的包括两个单独的膜的脉冲阻尼器的横截面视图。

图4是根据本公开的包括同心环的脉冲阻尼器的横截面视图。

图5是根据本公开的包括限制元件的脉冲阻尼器的横截面视图。

图6A、图6B和图6C是可以用于根据本公开的脉冲阻尼器的腔室的替代形状的俯视图。

具体实施方式

图1中示出了根据本发明的具有集成式气压补偿机构的流体脉冲阻尼器25的示例。阻尼器25包括两个主要部件：主体1和气动盖2。主体1具有输入端口5、输出端口10和流体通道6。当阻尼器25附接到加压导管系统(未示出)时，流体在输入端口5处进入阻尼器25，流过流体通道6，并且最终在输出端口10处离开阻尼器的主体。流体通常是液体，但也可以是液体和一种或多种气体的混合物，或者可以由气体组成。本领域技术人员将理解，流体可以是几乎任何类型的液体或气体。弹性阻尼膜3位于主体1和气动盖2之间。在与气动盖2相邻的第一侧上，弹性膜封闭由气动盖2限定的两个敞开空间或腔室：阻尼室7和可变限制元件(“VRE”)室9。弹性膜与主体1相邻的那一侧暴露于流体通道6，使得流过通道6的流体在位于阻尼室7和VRE室9正上方的两个位置处与弹性膜3接触。因此，膜3将通道6中的流体与阻尼室7和VRE室9分开。

如图1所示，阻尼室7经由小通道连接到空气压力缓冲室13。阻尼室7经由该通道与缓冲室13流体连通。存在位于阻尼室7内的膜止动件11。空气压力缓冲室13又具有空气输入端口12，其可连接到加压空气源。当空气通过空气输入端口12进入空气压力缓冲室13时，该空气通过空气通道14进入VRE室9。然后，该空气从VRE室9流动通过另一空气通道15、通过空气输出端口16并从阻尼器25流出。本领域技术人应该明白，在此提及“空气”反映了脉冲阻尼器25通向本地大气(其可以是空气或在某些应用中可能是与大气中的气体混合物不同的气体混合物)的情形，或使用加压空气的情形。然而，虽然为了方便而在本文中使用“空气”，但本领域技术人员将理解，可以使用其他气体或气体组合物，并且在一些应用中可以使用液体。

如图1所示的阻尼器25可以说是处于静止、中立或平衡状态。这是因为膜3不被推入阻尼室7或VRE室9中，或被偏离到或远离阻尼室7或VRE室9，或被推压或偏离出或远离阻尼室7或VRE室9。阻尼器25的主体1以及气动盖2可以由几乎任何一种或多种刚性材料制成，包括例如塑料、金属、陶瓷等，包括这些类型的材料的组合。低成本材料有助于保持费用和成本降低，特别是当这些材料与用于阻尼器25的给定应用的预定化学环境相得益彰时尤其如此。对于水溶液(例如丙烯酸)可以是用于主体1的良好材料。对于更苛刻的化学环境，诸如环烯烃聚合物和共聚物、聚砜、聚苯砜、PEEK和PTFE之类的高性能热塑性塑料是可以用于主体1的材料的示例。对于某些高压应用，诸如陶瓷和不锈钢或其他刚性金属之类的材料对于主体1可能是最有用的。在一个特定实施例中，主体1和气动盖25可以通过使用添加剂制造技术来制造。例如，立体光刻技术是一种添加剂制造技术，其中固态物体通过以选定图案在另一层的顶上依次印刷一种或多种材料的薄层而制成。应当理解，主体1和盖2可以是一个整体件，也可以彼此分离的(如图所示)。此外，如果需要，可以将不同的材料用于主体1和盖子2。

图2以活动(或偏离)状态示出了图1的脉冲阻尼器25。(总的来说，为了更便于参考，在整个本公开中，附图中的相同元素保持相同的附图标记。)随着流体进入缓冲器25的主体1并通过流体通道6，流体通道6中的压力增加，从而使得弹性膜3朝向膜止动件11膨胀到阻尼室7中。然后，加压流体穿过膜3位于VRE室9上方的那部分，从而使得膜3的该部分膨胀到VRE室9中。随着膜3膨胀到VRE室9中，膜3通过完全或部分地阻塞如图2所示的空气通道14和15来部分地堵塞进入和离开VRE室9的空气流。通道14和15被膜3阻塞的程度可以取决于几个因素，包括VRE室9的尺寸和深度，VRE室9在空气通道14和15的位置处的表面粗糙度，以及膜3的表面粗糙度和刚度。当VRE室9被堵塞时，空气压力在空气压力缓冲室13中积聚，然后空气流入阻尼室7，从而推回阻尼室7中的膜3。在这样做时，空气压力将已经膨胀到阻尼室7中的膜3推回其平衡位置(图1所示)并远离膜止动件11。空气压力也在通过空气通道14后推回VRE室9中的膜3，直到建立平衡气流。通过流体通道6的流体压力越大，VRE室9中的膜3越接近流路14和15，并且在空气缓冲室13中的补偿空气压力变得越高。

在一个实施例中，VRE室9的深度(因此其容积)保持较小，以便流体通道6中的最小流体压力将导致空气通道14和15的堵塞，因此空气压力补偿将以较低流体压力开始。在这个或替代实施例中，限制元件(图2中未示出)也可以放置在空气输入端口12和/或空气输出端口16中，以优化气流。向输入端口12添加限制元件来限制空气的输入流量，从而防止压力当膜3移动到VRE室9中并且VRE室9开始堵塞时，在空气压力缓冲室13中积聚太快。向输出端口16添加限制元件限制了输入和输出空气流，并且可以帮助防止如果流体通道6中的压力太快地减小而可能发生的空气压力缓冲室13的突然减压。

在某些实施例中，代替单个膜3(如图1和图2所示)，可以使用单独的阻尼膜3a和VRE室膜3b。使用单独的膜可以选择每个具有可以定制的属性，以使其适合其独特和不寻常的功能。图3示出了具有单独的膜3a和3b的脉冲阻尼器30的这种实施例。除了有两个不同的膜(阻尼膜3a和VRE膜3b)之外，气动盖2可以与图1和图2中的气动盖相同。在该实施例中，例如，阻尼膜3a可以被制造成非常柔软，使得其响应于小的压力脉冲并且具有良好的抑制力，而VRE膜3b可以较硬，以便其可以快速地反应流体通道6和空气缓冲室13中的压力变化。

有用的阻尼膜的一个示例是具有肖氏35A硬度计测量值的0.020英寸厚的硅氧烷膜。然而，如果需要较硬的VRE膜，例如在需要快速反应压力变化的情况下，合适的膜可以是具有肖氏50A硬度计测量值的0.0625英寸厚的山都平膜。本领域技术人员将理解，例如对于不同的应用可能需要其他材料和其他硬度计测量值。例如，在较苛刻的化学环境(例如，通道6中的流体由腐蚀性化学物质、酸等组成)中，对于膜3a和3b来说，EPDM、Viton、Kalrez和Pharmed可能是比硅胶或Santoprene更适合的材料。

虽然本发明的一些实施例可以具有夹持在主体1的平坦部分和气动盖2之间的单个膜3或两个单独的膜3a和3b，但其他实施例可以使用拉伸膜来防止膜起皱或形成其他可能影响性能的畸形。例如，在某些实施方案中，可以通过使用同心环来实现拉伸膜。图4示出了并入了分别用于拉伸阻尼膜43和VRE膜19的同心环的脉冲阻尼器35。如图4所示，脉冲阻尼器35的主体1具有两对环形凸起91和93。气动盖2不是具有与主体1相邻的平坦表面，而是具有围绕阻尼室的一端的突出的阻尼室环95以及围绕VRE室9的一端的突出的VRE室环96的形式的凸起95和96。主体上的环形凸起91和93分别具有较大的直径，但与阻尼室环95和VRE室环96同心，并且被适配成使得当主体1和气动盖2在脉冲阻尼器35的组装中被紧密地配合在一起时，中间环91配合在阻尼室环95周围，而中间环93配合在VRE室环96周围，如图4所示。在阻尼器35的组装过程中，阻尼膜43和VRE膜19分别穿过中间环91和93。然后，两个直径稍大但与中间环91和93同心的外环90和92分别放置在膜43和19的顶上，从而在外环90和中间环95之间捕获膜43，而在外环92和中间环93之间捕获膜19。然后，将气动盖2放置到位，使得阻尼室环95将阻尼膜43向下压平并在阻尼室7周围形成密封，而VRE室环96将VRE膜19向下压平并在VRE室9周围形成密封。在一个特定的实施例中，如图4所示并且如上所述，分别同心环对91和95与93和96分别与主体1和气动盖2成一体。然而，同心环对91和95与93和96分别也可以用在单个膜实施例中。在这样的实施例(未示出)中，将存在围绕阻尼室和VRE室的单组三个同心环。此外，如果需要，可以使用未集成到阻尼器的主体和气动盖中的单独的同心环来拉伸替代实施例中使用的一片膜或多片膜。

仍参考图4，脉冲阻尼器35包括作为通道6的一部分的中间或中间通道8。如图4所示，中间通道8远离气动盖2并朝向主体1的外部延伸。本领域技术人员将理解，中间通道8的使用可以允许更容易地制造主体1，并且如果有诸如为了保持腔室9和7之间的流体的一定容积、混合流体之类的需要，还可以通过适应中间通道8的长度、尺寸和形状来有利地使用。

现在参考图5，该图提供了根据本公开的脉冲阻尼器45的另一实施例的横截面视图。与图5中的特征和部件相似的特征和部件具有与其他图示中所示附图标记相同的附图标记。除了脉冲阻尼器45具有分别连接到空气输入端口12和空气输出端口16的限制元件60和80之外，脉冲阻尼器45可以类似于图1所示的脉冲阻尼器25。(虽然在图5中未示出，但如果需要的话，脉冲阻尼器45也可以仅具有限制元件60和80中的一个。)限制元件60限制空气流入空气缓冲室13中。这有助于防止压力当VRE室9由于膜3的移动而开始堵塞时过快地积聚。限制元件80有助于限制空气的流入和流出，并且有助于防止在流体通道6中的压力下降太快时可能发生的空气缓冲室13的突然减压。然而，本领域技术人员将理解，添加限制元件80还可以提高空气缓冲室13中的零液体流动压力，而空气缓冲室13又具有将阻尼室7中的膜3推向流体通道6的潜在作用。当这种情况发生时，脉冲阻尼器45可能在抑制流过流体通道6的流体中的脉冲方面效果较差。因此，通常优选的是操作具有限制元件60而没有限制元件80的脉冲阻尼器45。

图5还示出了连接到流体输出端口10的限制元件40。该限制元件40可以用于限制流体通过通道6的流动，从而响应于将另外产生的流体流动而在流体通道6内产生额外的压力。如果脉冲阻尼器45连接到对流动具有低内阻的系统，则这是特别有用的。

如图5所示，限制元件40、60和80均由挠性管提供，该挠性管可以很柔软并且具有被选择来按照阻尼器45的给定应用可能需要那样提供更大或更小的空气流限制的内径。应当理解，任何限制性元件40、60和80可以由管道或毛细管、孔口或以如下方式限制流体流动的任何其他部件来提供，该方式使得在阻尼器45中的流量上升时阻尼器45中的压力上升。在一个特定实施例中，限制元件40、60和80可以是具有1/32”或1/16”的外径并且具有介于千分之0.004英寸与千分之0.020英寸之间的内径的PEEK或FEP管。当然，管道、毛细管或孔口也可以由其他材料(如不锈钢、玻璃或铝)制成。

本领域技术人员将理解，本文示出和描述的脉冲阻尼器可以按照各种应用可能需要的尺寸和形状而变化。例如，本领域技术人员将理解，脉冲阻尼器25、30、35和45(如图1-5所示)可以用于各种不同的应用中并且用于各种不同的条件下。脉冲阻尼器25、30、35和45可以用于流体压力介于0至至少100psi左右之间的任何地方的系统中，和/或用于通过脉冲阻尼器的流体流量介于从每分钟0至每分钟1000微升左右之间的任何地方的系统中。这种脉冲阻尼器也可以用于具有高得多的流体压力的系统中，包括压力从100psi至10000psi左右的系统。此外，根据本公开的脉冲阻尼器通常可以用于其中流体的脉冲尺寸在从0至50微升左右的任何地方的系统中。在一个特定实施例中，本公开的脉冲阻尼器可以包括用于流体的介于100微升至1000微升左右之间的任何地方的容积(在一定程度上取决于阻尼器的尺寸以及与流体接触的膜是否被拉伸(并处于活动状态)或处于不会朝向或远离阻尼室偏离的中立位置(并处于静止状态))。当然，本领域技术人员还将理解，取决于本公开中所示和描述的材料的选择以及脉冲阻尼器的尺寸和形状及其特征，根据本公开的脉冲阻尼器可以在涉及与上述相比甚至更高的压力、流量和脉冲尺寸的情况下找到成功应用。

根据本公开的实施例的任何脉冲阻尼器的阻尼室(以及VRE室和流体通道)的尺寸和形状可以被选择并适用于在特定应用中特意抑制的脉冲。通常，为了最小化阻尼器中所需要的流体容积，腔室应该保持较小，同时仍然达到期望的抑制程度。这通常可以通过使用对压力脉冲高度响应的薄柔性膜来实现。此外，可以针对给定的应用选择空气压力缓冲室的容积和输入端口处的空气流量。VRE室的尺寸和形状也可以被调整为使得脉冲阻尼器或多或少地响应于压力和/或脉冲的小变化。例如，VRE室的深度可以影响启动空气压力补偿机构所需要的压力。如果VRE室非常浅，那么少量的压力和膜进入VRE室的相应的轻微膨胀可导致空气通道被堵塞，而较深的VRE室通常需要更大的膜移位(所有其他事情相等)来阻塞空气流动并启动气压补偿。类似地，膜的组成可以影响膜堵塞进入和离开VRE室的空气通道所需要的压力。

虽然一个实施例中的脉冲阻尼器可以与外部气压源一起使用，但如果加压空气源不可用，则没有什么可以防止这种阻尼器被用作常规的脉冲阻尼器。如果没有通过空气输入端口施加任何补偿空气压力，膜止动件可以防止膜膨胀直到爆裂。例如，当没有使用任何加压空气源时，空气输出端口可以可选地插入适应于空气输出端口的尺寸和形状的插头，并且空气输入端口可以任选地用作输送孔以便在发生意外的流体泄漏的情况下，用管道将液体从装置带走。

在另一个实施例中，提供了一种使用根据附图和前述公开的脉冲阻尼器的方法。在这种方法中，可以包括以下步骤：提供根据本公开的脉冲阻尼器；第一管或其他流体导管的第一端连接到阻尼器的流体输入端口，而该管的另一端连接到泵送系统，并且第二管或其他流体导管的第一端连接到阻尼器的流体输出端口，第三管或其他流体导管的第一端连接到阻尼器的空气入口，而该第三管的另一端连接到加压流体源，例如空气或其他气体，并且第四管或其他流体导管的第一端连接到阻尼器的空气出口，流体被泵送通过第一管并且通过流体输入端口进入阻尼器并且穿过阻尼器中的膜，其中膜由流体的压力而偏离到阻尼器中的阻尼室中，并且响应于来自在阻尼器中的加压气体的压力而从阻尼室偏离回来，从而当流体通过阻尼器时抑制流体中的脉冲。如上所述，阻尼器包括可变限制元件室和空气缓冲室，以便当流体通过VRE室上方的膜时，膜偏离到VRE室中并且完全或部分地堵塞在VRE室和空气缓冲室之间的通道，该空气缓冲室又连接到阻尼室，从而在膜上朝向流体通道并且远离阻尼室施加力。

根据本公开的脉冲阻尼器可以用于各种各样的应用中。例如，本公开的脉冲阻尼器可以用于分析仪器与生物技术系统(例如，液体或气相色谱、离子色谱、质谱、微量色谱、生化检测、生物感测、药物发现、药物递送、分子分离、蛋白质组学、光流体学等)，体外诊断(IVD)系统(例如流式细胞仪和临床化学分析仪，包括用于医疗和保健应用的进行血液、尿液、DNA等的测试或分析的系统)，以及在工业应用中使用的系统，诸如泵送和/或测试食品、饮用液体(如牛奶、水、软饮料、酒精饮料、橙汁、柠檬水和其他饮料)、空气、其他液体或其他流体的系统。本领域技术人员将理解，本公开的脉冲阻尼器可以用于其他应用中。

本领域技术人员还将理解，不同的应用通常使用不同类型的泵送机构，并且本文示出和公开的脉冲阻尼器可以与不同类型的泵送机构一起使用。例如，常规的蠕动泵和活塞泵通常用于将流体泵送通过系统的系统。当流体从泵流动时，这种常规的蠕动泵和活塞泵可能会产生不必要的流体波动，这反过来可能导致湍流流动而不是层流体流动。因此，本公开的脉冲阻尼器可以成功地连同可能产生压力波动的泵一起来使用，这种泵包括蠕动泵和活塞泵以及齿轮泵、注射泵、膜泵压力驱动泵和电渗泵。

本领域技术人员将理解，如上所示和描述的脉冲阻尼器可以根据尺寸、形状和维度而变化，并且可以按照给定应用可能需要的用于各种部件和特征的材料而变化。例如，阻尼室可以是圆形的、椭圆形的、或者大体上像眼睛一样地形成的，分别如图6A-6C所示。此外，这些形状中的任何一种或全部可以与如图4所示的阻尼室的半球形状或如图1-3所示的圆柱形状一起使用。此外，本领域技术人员将理解，如果需要，所示的脉冲阻尼器可以容易地适应于与针对给定应用的上述示出和描述的方位不同的方位。因此，关于附图中的图示，为了方便起见，仅仅为了方便而使用诸如“顶”、“底”、“右”、“左”、“上”、“下”等之类的术语，而不是限制本发明的范围。

本领域技术人员将进一步了解，本公开的脉冲阻尼器具有许多优点。本公开的脉冲阻尼器不需要复杂的机械或电气系统作为用于抑制脉冲的反馈或控制机构的一部分。因此，本公开的脉冲阻尼器可以更容易且更便宜地制造。

此外，本公开的脉冲阻尼器不会在系统中引入相对较大的内部容积，但仍然跨越宽范围的压力和流量地提供优异的抑制特性。考虑到本公开中所示和描述的实施例，这些优点和其他优点对于本领域技术人员将是显而易见的。

上述详细描述和公开内容仅仅是示例性的并且作为示例。本领域技术人员将理解，前述实施例可以以不同方式改变和布置，并且可以以各种方式实现，而不超出在以下权利要求中阐述的本发明的范围和精神。此外，虽然前述公开内容已经使用特定类型的脉冲阻尼器作为示例，但本领域技术人员将理解，本文描述的系统和方法将在本公开可能有用的各种领域中找到有用的应用。因此，应当理解，前述描述和附图仅是说明性的，而不是限制性的。

Claims (30)

1.一种具有自动补偿机构的流体脉冲阻尼器，其包括：

主体，其包括细长的流体通道，该流体通道在该流体通道的第一端处具有流体输入端口，而在该流体通道的第二端处具有流体输出端口，其中该流体输入端口和该流体输出端口能连接到加压流体导管，并且其中该流体通道具有第一开口和第二开口，其中第一开口比第二开口更靠近流体输入端口，而第二开口比第一开口更靠近流体输出端口；

膜，其与该流体通道的一部分相邻，其中所述膜覆盖所述第一开口和所述第二开口；

气动盖，其包括：

阻尼室，其与所述流体通道中的第一开口的至少一部分相邻，其中该气动盖限定该阻尼室的一部分并且所述膜封闭剩余部分；

可变限制元件(“VRE”)室，其与该流体通道中的第二开口的至少一部分相邻，其中该气动盖限定该VRE室的一部分，并且所述膜封闭剩余部分；

空气压力缓冲室，其中所述空气压力缓冲室通过第一通道连接到所述阻尼室，并且其中所述空气压力缓冲室通过第二通道连接到所述VRE室，其中所述空气压力缓冲室具有空气输入端口，其将所述空气压力缓冲室连接到外部气体源，并且其中所述空气输入端口能连接到作为外部气体源的加压空气源；以及

空气输出端口，其通过通道连接到所述VRE室并且通向外部气体。

2.根据权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，还包括在所述阻尼室内的膜止动件。

3.根据权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，还包括具有第一端和第二端的限制元件，其中所述限制元件限制空气流动，并且在第一端处连接到加压空气源，而在第二端处连接到空气输入端口。

4.根据权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，还包括空气输出限制元件，其中所述空气输出限制元件能限制通过其中的空气流动并且能连接到空气输出端口。

5.根据权利要求3所述的流体脉冲阻尼器，还包括空气输出限制元件，其中所述空气输出限制元件能限制通过其中的空气流动并且能连接到空气输出端口。

6.根据权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，还包括：

凸起内环，其处于该气动盖的与膜的一部分相邻定位的表面上，其中所述凸起内环具有从所述阻尼室上最接近流体输入端口的点延伸到所述VRE室上最接近流体输出端口的点的直径，并且其中所述凸起内环围绕所述阻尼室和所述VRE室；

凸起中间环，其处于所述主体的与所述膜相邻定位的表面上，其中所述中间环的直径大于所述内环的直径，并且其中所述中间环与所述内环同心；

外环，其直径大于所述中间环的直径，并且与所述中间环同心；并且

其中所述膜的直径大于所述外环的直径，并且所述外环和所述内环围绕所述中间环推压膜，并且所述膜跨越所述阻尼室和所述VRE室形成密封。

7.根据权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，其中所述主体和所述气动盖包括选自以下组的材料：该组由不锈钢、铝、聚醚醚酮、丙烯酸、陶瓷、环烯烃聚合物或共聚物、聚砜、聚苯砜或聚醚酰亚胺(Ultem)组成。

8.根据权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，其中所述膜包括柔性材料，其包含选自以下组的材料：该组由天然橡胶、硅酮、热塑性弹性体、乙烯丙烯二烯单体(EPDM)、荧光体(FKM，如Viton)、全氟弹性体(FFKM，如Kalrez)、如Teflon的氟聚合物和PharMed组成。

9.根据权利要求8所述的流体脉冲阻尼器，其中所述膜具有介于肖氏A10与肖氏A95之间的硬度测量值。

10.根据权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，其中所述主体、所述气动盖和所述膜每个都能承受高达至少100磅/平方英寸的流体压力。

11.根据权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，其中所述阻尼器室包括半球形状。

12.根据权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，其中所述阻尼器室包括眼睛形状。

13.根据权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，其中所述流体输入端口能直接或间接地连接到蠕动泵。

14.根据权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，其中所述流体输入端口能直接或间接地连接到活塞泵。

15.如权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，其中所述主体能接纳流量介于0至1000微升/分钟之间的流体。

16.根据权利要求15所述的流体脉冲阻尼器，其中所述流体脉冲阻尼器能补偿介于0至50微升之间的脉冲尺寸。

17.根据权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，其中所述空气输入端口和所述空气输出端口通向周围流体。

18.根据权利要求1所述的流体脉冲阻尼器，其中所述空气输入端口能连接到超过大气压力的加压气体源。

19.一种流体脉冲阻尼器，其包括：

主体，其包括细长的流体通道，该流体通道在该流体通道的第一端处具有流体输入端口，而在该流体通道的第二端处具有流体输出端口，其中该流体输入端口和该流体输出端口能连接到加压流体导管，并且其中该流体通道具有多个开口，其中所述多个开口中的至少第一开口比所述多个开口中的至少第二开口更靠近流体输入端口，而所述多个开口中的所述至少第二开口比所述多个开口中的所述至少第一开口更靠近所述流体输出端口；

第一膜，其与该流体通道的一部分相邻，其中所述第一膜覆盖所述多个开口中的所述至少第一开口；

第二膜，其与该流体通道的一部分相邻，其中所述第二膜覆盖所述多个开口中的所述至少第二开口；

气动盖，其包括：

阻尼室，其与所述流体通道中的所述多个开口中的所述至少第一开口的至少一部分相邻，其中该气动盖限定该阻尼室的一部分并且所述第一膜封闭剩余部分；

可变限制元件(“VRE”)室，其与该流体通道中的所述多个开口中的所述至少第二开口的至少一部分相邻，其中该气动盖限定该VRE室的一部分，并且所述第二膜封闭剩余部分；

空气压力缓冲室，其中所述空气压力缓冲室通过第一通道连接到所述阻尼室，并且其中所述空气压力缓冲室通过第二通道连接到所述VRE室，其中所述空气压力缓冲室具有输入端口，其将所述空气压力缓冲室连接到外部气体源，并且其中所述输入端口能连接到作为外部气体源的加压气体源；以及

输出端口，其通过通道连接到所述VRE室并且通向外部气体。

20.根据权利要求19所述的流体脉冲阻尼器，其中所述第一膜包括第一材料，而所述第二膜包括第二材料。

21.根据权利要求20所述的流体脉冲阻尼器，其中所述第一膜包括具有第一硬度计测量值的第一材料，而所述第二膜包括具有第二硬度计测量值的第二材料，并且其中所述第一硬度计测量值和所述第二硬度计测量值是不同的。

22.根据权利要求20所述的流体脉冲阻尼器，其中所述第一膜具有第一厚度，而所述第二膜具有不同于该第一厚度的第二厚度。

23.根据权利要求19所述的流体脉冲阻尼器，还包括在所述阻尼室内的膜止动件。

24.根据权利要求20所述的流体脉冲阻尼器，还包括具有第一端和第二端的空气输入限制元件，其中所述空气输入限制元件限制空气流动，并且能在其第一端处连接到加压空气源，而在其第二端处连接到空气输入端口。

25.根据权利要求19所述的流体脉冲阻尼器，还包括：

阻尼内环，其处于所述气动盖的与膜相邻的表面上，其中所述阻尼内环具有从阻尼室上最接近流体输入端口的点延伸到阻尼室上最远离流体输入端口的点的直径，并且其中所述阻尼内环围绕阻尼室；

阻尼中间环，其处于所述主体的与该阻尼膜相邻的表面上，其中所述阻尼中间环的直径大于所述阻尼内环的直径，并且其中所述阻尼中间环与所述阻尼内环同心；

阻尼外环，其直径大于阻尼中间环的直径，并且与阻尼中间环同心；并且

其中所述阻尼膜的直径大于所述阻尼外环的直径，并且所述阻尼膜被集成在所述阻尼器中，使得所述阻尼外环和所述阻尼内环围绕所述阻尼中间环向下推压该阻尼膜，并且所述阻尼膜跨越该阻尼室形成密封；

并且还包括：

VRE内环，其处于该气动盖的与该VRE膜相邻的表面上，其中所述VRE内环具有从该VRE室上最接近流体输出端口的点延伸到该VRE室上最远离流体输出端口的点的直径，并且其中所述VRE内环围绕VRE室；

VRE中间环，其处于该主体的与该VRE膜相邻的表面上，其中所述VRE中间环的直径大于VRE内环的直径，并且其中所述VRE中间环与所述VRE内环同心；

VRE外环，其直径大于VRE中间环的直径，并且与VRE中间环同心；并且

其中所述VRE膜的直径大于所述VRE外环的直径，并且所述VRE膜被集成在所述阻尼器中，使得所述VRE外环和所述VRE内环围绕所述VRE中间环向下推压该VRE膜，并且所述VRE膜跨越该VRE室形成密封。

26.一种脉冲阻尼器，其包括：

主体，其具有延伸穿过其中的细长通道并且具有在该通道的第一端处的第一输入端口和在该通道的第二端处的第二输出端口，其中该第一输入端口能连接到流体源，并且其中所述通道具有通向阻尼室的第一开口，并且其中所述通道具有通向第二室的第二开口，并且其中所述主体具有缓冲室，其中所述缓冲室与所述阻尼室和所述第二室流体连通，并且其中所述缓冲室与能连接到流体源的第二输入端口流体连通，并且具有与所述第二室流体连通的第二输出端口；以及

至少一个弹性膜元件，其与该流体通道的一部分相邻，其中所述至少一个弹性膜元件覆盖所述第一开口和所述第二开口。

27.一种抑制脉冲的方法，包括以下步骤：

提供脉冲阻尼器，其具有主体，该主体具有延伸穿过其中的细长通道，并且在该通道的第一端处具有第一入口端口，而在该通道的第二端处具有第二出口端口，其中所述第一入口端口能连接到流体源，并且其中所述通道具有通向阻尼室的第一开口，并且其中该通道具有通向第二室的第二开口，并且其中所述主体具有缓冲室，其中所述缓冲室与所述阻尼室和所述第二室流体连通，并且其中所述缓冲室与能连接到加压气体源的第二入口端口流体连通，具有与第二室流体连通的第二出口端口，并且还具有与该流体通道的一部分相邻的至少一个弹性膜元件，其中所述至少一个弹性膜元件覆盖第一开口和第二开口；

将脉冲阻尼器的第一入口端口连接到流体源；

将脉冲阻尼器的第一出口端口连接到第一管的第一端；

将第二管的第一端连接到脉冲阻尼器的第二入口端口；

将在压力下的流体泵入第一入口端口；以及

通过第二管向脉冲阻尼器的第二入口端口提供加压气体，从而通过响应于流体中的压力变化而移动脉冲阻尼器的至少一个膜元件来抑制流体中的压力变化。

28.根据权利要求27所述的方法，其中所述加压气体包括压力为0psi至100psi的加压空气。

29.根据权利要求27所述的方法，其中所述流体压力处于0psi至100psi的范围内。

30.根据权利要求27所述的方法，其中所述流体是液体。