CN107923381B - 泵系统 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种泵系统，包括具有大致圆筒状的泵壳(12)的泵(10)；所述泵壳(12)在一端布置有进液口(14)，在第二端布置有出液口(16)；布置在所述泵壳(12)内的管状膜(18)；布置在所述进液口(14)附近用于在所述膜(18)和所述壳(12)之间引入加压流体的第一通道(22)；布置在所述出液口(16)附近用于释放所述加压流体的第二通道(24)；其中，所述膜(18)具有弹性，当加压流体脉冲通过所述第一通道(22)进入时，所述膜(18)提供局部径向压缩和环状流体隔室(50)；其中所述环状流体隔室(50)沿着所述壳(12)行进，携带一定量的液体。本发明的特征在于，所述系统还包括膨胀箱(46)，该膨胀箱可操作地附接至所述出液口(16)，用于减少由所述加压流体脉冲的作用引起的所述液体中的压力变化。

Description

泵系统
技术领域
本发明涉及一种用于泵送液体的泵系统，尤其涉及一种其中的泵可在被浸没状态工作的泵系统。
背景技术
市场上有多种泵采用在管状壳内具有管状膜的原理工作，所述管状壳可交替地压缩和膨胀(例如在加压空气的作用下)，从而使一定体积的液体通过泵壳。在EP 1122435、JP01240777和JP03149373中公开了这种泵的实例。
在EP 1122435中公开的泵在其设计上相当复杂，具有布置在管道内的细长软管，并且该细长软管在膨胀时会在管道内的材料上施加作用。为了沿着管道的长度推动材料，所述软管具有多个段，这些段的壁厚沿着所述软管的长度逐渐增大，由此具有最薄的壁的一段会首先膨胀，随后壁厚逐渐增大的段会依次膨胀。
另外两个文献公开了一种具有内部软管的类似方案。细长管道段和柔性软管之间的加压介质被控制为使得软管沿各段的长度以波浪的形式膨胀，从而使管道段内的材料朝一个输送方向移动。
文献SE 520389C2中公开了利用上述原理的另一种泵方案。该泵包括具有略呈圆锥状的细长管。在所述管内沿着管的长度布置有软管，并且该软管在端部附接。该管布置有进气口和出气口。在使用期间，压缩空气脉冲被迫进入进气口，由此所述管被径向压缩，从而产生环状空间。该环状空间沿着管子的长度朝出气口移动，使软管内的液体与其一起流动。当该空间到达出气口时，压缩终止。同时，通过进气口进入的空气脉冲产生连续的空间。
SE 520389C2中的方案的缺点在于，泵中的脉冲式的空间产生以及连续和脉动式的液体体积的移动在整个泵系统中引起脉动力，这对泵的性能具有不良影响。如果能减少这些力的影响以增加泵的容量，那么将是有益的。
发明内容
本发明的目的是提供一种用于泵送各种液体的坚固、简单、经济高效且可靠的泵系统。
此目的是通过包括独立专利权利要求中的特征的泵系统实现的。
本发明的优选实施方式构成从属专利权利要求的主题。
根据本发明，所述泵系统可包括具有大致圆筒状泵壳的泵，其中所述泵壳在一端布置有进液口，在第二端布置有出液口。优选在所述泵壳内布置有管状膜，其中在所述进液口附近布置有用于在所述膜和所述壳之间引入加压流体的第一通道，并在出液口附近布置有用于释放加压流体的第二通道。
所述膜具有弹性，从而当加压流体脉冲通过第一通道进入时，所述膜提供局部径向压缩和环状流体隔室，其中该环状流体隔室沿着壳行进，携带一定量的液体。
根据一种优选方案，所述系统还可包括膨胀箱，该膨胀箱可操作地附接至所述出液口，用于减少由所述加压流体脉冲的作用引起的所述液体中的压力变化。通过这种方式，环状流体隔室与压缩空气的作用对泵送功能的影响大大降低，因为当环状流体隔室在泵中移动时产生的脉冲被膨胀箱处理并衰减。
为了在运转期间实现泵系统的最佳性能，泵壳被布置为使所述入口大致竖直向下，并使所述出口大致竖直向上。在此方面，所述泵系统还可包括附接至所述出液口并且大体上处于竖直朝向以形成液柱的导管。该液柱具有将膜压靠在泵壳上的重要功能，以消除流体泄漏，否则这种流体渗漏会导致效率降低。
因此，所述导管的长度和直径优选可选择为能产生具有一定重量液柱，该液柱在所述膜上产生压力，从而确保所述膜和所述泵壳的内表面之间的紧密密封。
根据另一个特征，所述导管的上端设置有支路，其中所述膨胀箱附接至一条支路，而第二条支路构成出液口。由此获得了一种用于附接膨胀箱并为泵送的液体提供出口连接的简单且有效的方案。
所述系统优选还包括能够向泵壳提供加压流体脉冲的压缩机，其中，该压缩机可操作地连接至能够向该压缩机供电的发电机，例如光伏面板。所述系统还可包括可操作地连接至压缩机和发电机的至少一个电池。通过这种方式，获得了一种用于运转所述泵系统的极低成本的能源系统。
为了实现非常高效的泵系统，所述泵系统优选还可包括与泵壳的入口通道液体连通的止回阀。另外，所述泵系统还可包括在沿液体方向观察时位于所述止回阀之前的过滤单元。
根据一种有利的方案，所述止回阀可包括具有多个通道的大致管状的本体，以及在所述主体内同轴布置的大致管状的柔性膜，该管状膜的一端固定附接至所述壳。
通过阅读下文中的本发明的详细说明和附图，本发明的这些方面和其它方面以及本发明的优点将变得更明显。
附图说明
下面将参照附图对本发明进行详细说明，在附图中：
图1是本发明的泵系统的示意图；
图2是包括在图1中的泵系统内的泵的横截面图；
图3是可与图1的泵系统结合使用的止回阀的横截面图；和
图4是示出图2的泵的工作原理的横截面图。
具体实施方式
如下所述的泵系统包括泵10，泵10具有大致管状的细长泵壳12，泵壳12在其每端处具有通道，包括一个入口通道14和一个出口通道16。所述通道布置有合适的附接元件，用于将适当的导管连接到每个通道。所述附接元件例如可包括螺纹、卡口接头、花园软管型快速接头，等等。
所述壳的内部布置有大致管状的柔性元件或膜18，例如橡胶软管。但是应理解，可以使用具有所需特性的其它类型的材料，例如塑料。柔性元件18的形状和尺寸使得当其被放置在壳12中时与壳12的内表面的至少一大部分接触。柔性元件18的端部通过适当的附接元件20在入口和出口通道处附接至壳12。
壳12还在其侧表面上布置有两个通道22、24。在沿周向观察时，通道22、24优选处于同一侧上，但这不是必需的。但是，一个重要的因素是一个通道22比另一个通道24更靠近入口14。每个通道布置有适当的附接元件，例如螺纹。更靠近入口14的通道22通过适当的导管23连接至能够提供脉动加压空气的适当压力源26，如下文所述。例如，可使用压缩机26产生加压空气，并在压缩机26和用于空气的通道22之间可布置脉冲发生器25。所述脉冲发生器例如可以是压力阀，该压力阀在压力高于某一压力阈值时打开，并在压力低于所述压力阈值时关闭。然而，市场上有许多其他类型的脉冲发生器可以使用，并且是本领域技术人员已知的。
压缩机26连接至适当的电源，该电源可根据泵的应用和可用功率从各种替代产品中选择。它可以分别连接到常规的市电供电系统、光伏面板27a、电池27b和/或水或空气驱动的发电机27c、27d。如果使用电池，那么可以使用其它发电机来为电池充电。
用于空气的出口通道24布置有一定长度的导管28，以确保导管28的出口远高于被浸没的泵的液面LL。导管28优选由非柔性材料构成，并且其尺寸应使得经过空气的流动阻力尽可能低。
壳12的入口14优选直接或经由适当的导管31附接至止回阀30。止回阀30还可具有过滤器32，以防止物体和较大颗粒进入泵10。过滤器32可以是能与止回阀30集成在一起的普通网式过滤器，也可以包括组合阀门和过滤器，其中阀门构件布置在过滤器32的孔口中。由于本发明的泵10能够处理尺寸稍小于泵的内径的较大物体而不会被损坏(如下文所述)，因此所述孔口可以相当大。
图3示出了一种止回阀，其具有大致管状的本体34，其一端与泵10液体连通。另一端由盖或壁36封闭。在该主体的周围布置有多个通道38。在本体34内，布置有大致管状的柔性膜40，该柔性膜的形状和尺寸使得其与本体34的内表面接触。当阀门30的内部充满液体并且泵10不工作时，沿竖直方向观察能看到，布置在阀门30上方的泵系统中的液柱会将膜按压在本体的内表面上，从而有效地关闭通道，如图3a所示。另一方面，当泵10工作并且液体被泵10抽吸时，则由于泵10的抽吸作用，柔性膜40会向内弯曲(图3b)，从而打开通道38，使得液体可以流动。通道38的尺寸被选择为能防止较大的物体进入。
泵10的出口通道16布置有一定长度的导管42。其长度选择为能够获得一定重量的液柱。所述重量选择为确保膜18被压靠在泵壳12的内表面上。在导管42的上端，可布置支路44，例如T形连接。膨胀箱46附接至所述连接之一，优选附接至如图1所示的竖直连接。膨胀箱46的功能是应对泵10在工作时产生的压力峰值，以相对于在运转期间在泵系统中形成的压力平滑压力峰值。
至于泵两侧的导管31和42，将它们设置为可互相连接的固定长度的模块可能比较有利。通过这种方式，例如在泵放置在钻井中的情况下，可以修改泵，使其具有更长的入口。另一方面，在某些情况下使出口更长可能有利，以便产生更高的水柱。对于钻井的情况，可以选择泵的横向尺寸，包括通道22、24和导管的附接，以适应钻井的井筒。
如果将泵放置在湖泊、池塘或类似的较大水域中，那么可以布置某种浮力元件60，例如附接至泵的漂浮材料板。浮力元件60还可布置有附接功能(例如通孔)，可通过该附接功能布置锚杆62，并将锚杆62附接到湖底LB。所述附接功能也可以是或包括用于将泵保持在适当位置的绳索等。如果泵用于钻井或挖掘井中，那么浮力元件60还可用作盖子。
所述泵系统的工作方式如下。将泵10放入到待泵送的液体中，优选垂直放置，使其入口14向下，其出口16向上。将泵10放置在适当的深度，使得压缩空气的导管28的出口通道远高于液面。然后启动压缩机26，从而输送压缩空气。在此方面，压缩机26可由光伏面板驱动，从而在缺乏电力的地方实现廉价运转。连接至压缩机的脉冲发生器产生一系列压缩空气脉冲。每个压缩空气脉冲导致膜18被局部径向压缩(图4a)。因此，空气脉冲产生环状流体隔室50，其在膜18和壳12之间朝出口向上移动。
为了确保泵送效果(即，形成局部环状流体隔室50)，必须在每个新的空气脉冲到来之前将膜18压靠在壳12的内表面上。将膜18压靠在壳12上所需的力由附接至出液口的导管42产生的液柱产生，该液柱的重量产生必要的力。应理解，较长的导管42会产生较重的液柱，这种液柱更容易将膜18压靠在壳12上。但是若重量过大，则会影响泵的抽吸能力。因此，如果重量增加，那么空气脉冲的压力也必须增加。而且该液柱还构成所述系统的水输出。
膨胀箱46确保空气脉冲的作用是受限的，并且它们与系统的压力平衡，其目的是使泵在工作时的反冲力尽可能小，因为当膜18被压缩并向上推动液体时，每个空气脉冲在泵壳12内产生向下运动。
入口14处的止回阀30具有很重要的功能，它防止被吸入泵10中的液体在空气脉冲之间回流。一方面，也可以使用可能与网式过滤器32集成的普通止回阀30。
另一方面，可利用上述的简单但有效的止回阀来实现该功能。在止回阀中优选使用与泵中的管状膜为同一类型的管状膜。通过这种方式，能获得一种非常经济高效的方案。例如，普通的自行车内胎(例如BMX自行车的内胎)可以用在所述泵和所述止回阀中。止回阀本体中的通道38的数量和尺寸可根据具体应用来选择。
应理解，上文所述和附图所示的实施方式应仅视为非限定性实例，并且在专利权利要求的范围之内可以修改。

Claims (26)

1.泵系统，包括具有大致圆柱形的泵壳(12)的泵(10)；所述泵壳(12)在一端布置有进液口(14)，在第二端布置有出液口(16)；
-布置在所述泵壳(12)内的管状膜(18)；
-布置在所述进液口(14)附近用于在所述管状膜(18)和所述泵壳(12)之间引入加压流体的第一通道(22)；
-布置在所述出液口(16)附近用于释放所述加压流体的第二通道(24)；
其中，所述管状膜(18)具有弹性，当加压流体脉冲通过所述第一通道进入时，所述管状膜(18)提供局部径向压缩和环状流体隔室(50)；其中所述流体隔室(50)沿着所述泵壳行进，携带一定量的液体；
其特征在于，所述系统还包括膨胀箱(46)，该膨胀箱可操作地附接至所述出液口(16)，用于减少由所述加压流体脉冲的作用引起的所述液体中的压力变化。
2.如权利要求1所述的泵系统，其中，所述泵(10)在操作期间布置为使得所述进液口(14)大致竖直向下，并且所述出液口(16)大致竖直向上。
3.如权利要求2所述的泵系统，还包括附接至所述出液口(16)并且大体上处于竖直朝向以形成液柱的导管(42)。
4.如权利要求3所述的泵系统，其中，所述导管(42)的长度选择为使其形成一定重量的液柱，该液柱在所述管状膜(18)上产生压力，确保所述管状膜(18)与所述泵壳(12)的内表面之间的紧密密封。
5.如权利要求3或4所述的泵系统，其中，所述导管(42)的上端布置有支路(44)，其中所述膨胀箱(46)附接至一个支路，并且第二支路构成所述液体的出口。
6.如前述权利要求1至4中任一项所述的泵系统，还包括压缩机(26)，该压缩机可操作地连接至脉冲发生器(25)，用于向所述泵壳提供加压流体脉冲。
7.如权利要求6所述的泵系统，其中，脉冲发生器(25)是压力阀，该压力阀在高于某一压力阈值时打开，并在低于所述压力阈值时关闭。
8.如权利要求6所述的泵系统，其中该泵系统还包括可操作地连接至所述压缩机(26)的发电机(27a,27b,27c,27d)，该发电机能够向所述压缩机供电。
9.如权利要求8所述的泵系统，其中，所述发电机包括光伏面板(27a)、风轮机(27c)和水轮机(27d)之中的一种或多种。
10.如权利要求9所述的泵系统，其中，所述发电机包括可操作地连接至所述压缩机(26)的至少一个电池(27b)。
11.如权利要求10所述的泵系统，其中，所述光伏面板(27a)、风轮机(27c)、水轮机(27d)之中的一种或多种布置为对所述至少一个电池(27b)进行充电。
12.如权利要求1所述的泵系统，还包括与所述泵壳(12)的所述进液口(14)液体连通的止回阀(30)。
13.如权利要求12所述的泵系统，还包括相对于所述液体的流向布置在所述止回阀(30)之前的过滤单元(32)。
14.如权利要求12所述的泵系统，其中，所述止回阀(30)包括设置有多个通道(38)的管状的主体(34)、以及布置在所述主体(34)内并与所述主体(34)同轴的管状的柔性膜(40)，所述柔性膜(40)的一端固定连接到所述主体(34)上。
15.如权利要求1所述的泵系统，其中，所述第二通道(24)布置有适当长度的导管(28)，该导管(28)的长度确保当其被置于液体中时其自由端高于液面。
16.如权利要求1-4任一项所述的泵系统，其中，所述加压流体是加压空气。
17.如权利要求1-4任一项所述的泵系统，其中，所述系统包括浮力元件。
18.如权利要求1-4任一项所述的泵系统，其中，所述系统包括用于附接至湖泊、池塘或类似的较大水域底部用于将泵(10)保持在适当位置的锚杆(62)和绳索中的一种。
19.如权利要求1-4任一项所述的泵系统，其中，泵(10)的内侧和外侧的导管设置为可互相连接的固定长度的模块。
20.一种具有大致圆柱形的泵壳(12)的泵(10)；所述泵壳(12)在一端布置有进液口(14)，在第二端布置有出液口(16)；所述泵(10)包括：
-布置在所述泵壳(12)内的管状膜(18)；
-布置在所述进液口(14)附近用于在所述管状膜(18)和所述泵壳(12)之间引入加压流体的第一通道(22)；
-布置在所述出液口(16)附近用于释放所述加压流体的第二通道(24)；
所述管状膜(18)具有弹性，当加压流体脉冲通过所述第一通道进入时，所述管状膜(18)提供局部径向压缩和环状流体隔室(50)；其中所述流体隔室(50)沿着所述泵壳(12)行进，携带一定量的液体。
21.如权利要求20所述的泵(10)，其中，柔性的管状膜(18)由橡胶软管和具有所需特性的塑料之中的一种制成，所述管状膜的形状和尺寸使得当其被放置在泵壳(12)中时与泵壳(12)的内表面的至少一大部分接触。
22.如权利要求20所述的泵(10)，其中，管状膜(18)的端部通过适当的附接元件(20)在进液口(14)和出液口(16)处附接至泵壳(12)。
23.如权利要求20所述的泵(10)，其中，第一通道(22)比第二通道(24)更靠近进液口(14)。
24.如权利要求20所述的泵(10)，其中，在沿周向观察时，两个通道(22、24)处于泵壳(12)同一侧上，每个通道(22、24)布置有适当的附接元件。
25.如权利要求24所述的泵(10)，其中，所述附接元件包括螺纹。
26.如权利要求20所述的泵(10)，其中，所述加压流体是脉冲加压空气。
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