CN1079911C - 具有不受结构直接制约的溢流阀的泵 - Google Patents

Abstract

一种泵，包括由高密度聚合物材料整体同轴制成的溢流阀元件，它装在硬金属的套中。套以过盈配合压入到围绕着溢流通道的第一沉孔中。套的带有阀座表面的那个轴向端越过第一沉孔的突肩，以相应于套长度一定比例的距离，突伸到较大直径的第二沉孔中，以此提供一个围绕着套的外径表面的环形空间，使套的阀座端不受结构方面的直接制约。

Description

具有不受结构直接 制约的溢流阀的泵

发明背景

本发明涉及一种阀结构，更具体地说，本发明涉及一种与饮料泵一体构成的改进的旁通/溢流阀。

叶片泵因能够以适度的高压和体积流速无噪音地输送饮料而被经常用于饮料、食品和保健品工业中。例如，作为碳酸饮料生产中的一个步骤，用叶片泵将水喷入到200～250磅/平方英寸压力下的一个二氧化碳气罐中。

叶片泵的一个特殊的结构设计是在泵的吸入管路和排出管路之间提供了旁路通道。通过该旁路的流动是由同轴的阀元件单独控制的。通过一个位于该旁路通道的出口端的受弹簧作用的提升元件对沿溢流阀阀芯的轴向孔进行流向控制。实际上，这是一个由弹簧施加很大压力的单向阀，当泵的吸入口处的压力超过排出口处的压力时，通过该阀使流体绕过泵的转子而旁通，从吸入口直接进流到排出口。

排出口处的溢流阀阀芯通过一个作用力可调的压簧靠压在截流座上。该压簧与泵的排放压力相抗衡。通过弹簧座的一轴向位移来调整溢流阀弹簧的预压力。弹簧装放在一个螺纹旋塞上，通过手动旋转使该旋塞前进或退后。当使用在阀芯座横截面面积上的出口压力的作用力大于阀座弹簧的预定作用力时，阀芯便离开阀座面，因而使泵所排出的流体重新循环，直接返回到泵的吸入管路中。

为快餐店、医院等日常生活应用或为食品加工而制造的泵大多是用黄铜做的，以及在溢流阀的通道中使用黄铜的阀芯。尽管这种设计通常能够很好地工作许多年，但近来，尤其是在软饮料的基本应用场合中，对泵的可靠性有了更高的要求。经统计现已确认，这种泵中的溢流阀是失效的主要原因。以软金属相互作用的方式表现的阀元件之间的金属对金属的配合会有少量的泄漏，但这种泄漏对阀的运转只有很小的或者说无明显的影响。然而，一旦开始泄漏，腐蚀便会加剧损害，最初的少量泄漏便发展成足以导致泵无法工作的严重的故障。

导致同一结果的另一原因来自于加工机床的缺陷或低精度，这些机床车、镗或切割出不精确或不规则的形状和表面。对眼前利益而言，如果溢流阀的阀座或阀芯座表面不是圆的，这一对元件就无法相互配合以形成对流体的密闭，而且少量的泄漏会很快发展成大量的泄漏。

因此，本发明的一个目的是提供一种用于饮料流体叶片泵的溢流阀结构和设计，其中阀的密闭表面的形状具有很高的精度。

本发明的另一目的是提供一种溢流阀的结构和设计，其中的一个密闭元件比另一个密闭元件软很多。

本发明的又一目的是公开一种阀芯材料，它比阀座更软和更柔韧。

发明概要

通过附图和下面的详细描述，上述的发明目的以及其它目的将变得更清楚，这些目的是这样实现的：一种泵，其具有由一溢流通道相互连通的吸入口和排出口。在溢流通道与吸入口相交处设置有两个阶梯状的沉孔，以容纳一个薄壁套。与薄壁套以压配合方式所装入的那个较深的和直径较小的沉孔相比，套的轴向长度比该沉孔的长度大30％或更长一些。一阀座是围绕着薄壁套的伸出端的内径而形成的。套的伸出端不受任一沉孔的直接制约，即便沉孔的横截面是椭圆或其它非圆形状时，套的伸出端仍将保持其圆形的横截面形状。正如通过下面的描述将变得更清楚的那样，套的伸出端构成了阀的一部分，以及通过使它保持较为精确的圆形，这就大大减少了现有技术的泵中常见的泄漏失效。

装设在套的内孔中作轴向往复运动的是一个管状的阀芯，其特征包括一个轴向通孔和一靠近阀芯一端的一个外径突肩。在该突肩的台阶处成形出锥形的阀座表面。在阀座表面的下方，管状阀芯的外壁上可以有纵向的棱筋，或呈现为一非圆形的几何截面形状，例如方形或三角形。当阀芯的阀座表面离开薄壁套上的阀座时，阀芯的这些外壁截面形状便在阀芯外壁与套孔的内壁之间提供了供流体流通的纵向通道。

一个一端抵靠在阀芯上而另一端抵靠在一个螺纹旋塞上的螺旋压缩弹簧为阀芯提供了可变化的预载，以克服在所期望的排放压力下产生的作用力而将阀芯密闭地保持在座套上。安排放口的压力超过弹簧的预载力时，阀芯克服弹簧的加载而移动，从而打开密闭的阀座，使流体可以从排放口流到吸入口。

管状阀芯的内部通孔由一个受拉簧作用的位于阀芯的出口处的提升阀塞进行双向关闭，当流体系统的工作条件导致吸入口的压力大于排出口的压力时，就可以使流体绕过泵叶而直接流入排出口。

图1是结合了本发明的一传统叶片泵的截面图；

图2是旁通/溢流阀阀芯的轴向截面图；

图3是旁通/溢流阀阀芯的端视图；

图4是泵的旁通通道的轴向截面图；

图5是旁通通道的插套的轴向截面图；

图6是旁通通道的插套的端视图；

图7是不带有溢流提升阀的旁通阀芯的轴向截面图；

图8是旁通阀芯的端视图；和

图9是具有方形横截面的旁通/溢流阀阀芯的端视图。

优选实施例的详细描述

参照附图所示，在一些附图中相同的参考标号代表相同的或类似的元件。图1示出了一种传统的叶片泵，它是有一个泵体10，该泵体带有一个在一偏心套15中转动的转子12和一些叶片14。尽管铝和塑料已被用来制造泵体，但泵体通常是由黄铜或不锈钢锻造或铸造而成的。一吸入口16将流体导入到偏心的泵腔17中，在那里再由转动的叶片14将流体输送到排出口18。一个精密安装的滤网19在流体到达偏心的泵腔17之前将流体中所含的颗粒予以捕获。在吸入口和排出口的入口处加工有管路或软管连接件用的螺纹，用以接纳流体外部管路的连接件。

在吸入口和排出口之间沿着轴线21钻出或镗出一圆柱形的旁路通道20。参照图4、5、图6所示，通道20与吸入口16的连接处加工有与轴线21同轴的双重沉孔。一第一沉孔提供一圆柱壁22，它的内端在一支承座肩24处终止，圆柱壁22的外端终止于一中间突肩26处，从而确定出第一沉孔的深度A。第二沉孔的具有一较小壁高B的圆柱壁28，其内端也终止于中间突肩26处。

以压配合的壁面结合方式座放在第一沉孔中的是一阀座套32。该阀座套最好是由不锈钢车削加工出的圆柱体，其内壁34的直径大致相等于通道20的孔径。外壁36的直径要对应于与第一沉孔的圆柱壁22压配合连接时的要求。套的外壁36的内端部分37有一个大约10°的锥形区，以便在开始压配合插入时有所控制，直到套的内端37靠压在座肩24上为止。

套32的外端39形成一锥形的阀座40，其锥面角大约为45。5°～47°。套32的内端37与外端39之间的轴向长度是距离C，它比第一沉孔的深度A约大30％或更多一点。中间突肩26的径向宽度提供了一个位于第二沉孔壁28和座套外壁36之间的环形空间，这就使得突伸到环形空间处的那部分座套不受到任何结构方面的制约。如果套32的壁的各个圆在制造时都是很精确的，那么，位于套的伸出的外端上的阀座40即便在第一沉孔的圆柱壁22稍微有些偏心时也会保持为很精确的的圆。距离C的选择应能保证套32的突伸端上的阀座40保持为圆形。尽管距离C的最小值随泵体的尺寸、材料和公差将有所变化，但对于一黄铜的泵体10和一不锈钢的座套32来说，通常可接受的距离C值大约为0.25英寸。为避免阀座40和/或阀芯50过早失效，阀座40的圆度是很重要的。

与旁路通道20和套32相配合的阀芯50最好由具有通用电气性能的商标为Ultem^的高密度聚合物制成。这个阀芯的特征是具有一个轴向通孔52，其在吸入口一侧的孔端有一沉孔54，以及在排出口一侧的孔端有一个提升阀阀座55。

阀芯50的外表面包括一个增大的圆柱形突肩56，该突肩通过一锥形的阀座部分58过渡到一较小的圆柱形腰部59。阀座部分的锥角β最好约为45°，或比座套32的阀座面40的锥角小0.5°～2.5°，以确保有一明确的密闭圆。其余的大约一半长度的阀芯具有一大致为圆形的横截面63，该截面带有纵向棱筋61。这些棱筋61作为引导件和隔离件而与旁路通道20的壁相接触，以保持阀芯50与通道孔的同轴心。流体沿着阀芯圆柱部分63和通道20的内壁之间的一些阀芯外表面的通道流过去。

应当理解，带棱筋的那部分阀芯也可采用其它的截面几何形状，例如三角形或图8所示的矩形。这个矩形截面的阀芯实施例是通过矩形的倒角70而在旁路通道孔20中进行引导和对中的，它所提供的一些流道位于通道孔20和矩形的平面72之间。

阀芯50的通孔52由一流通控制提升阀42双向关闭。该提升阀由一张紧簧44偏压作用到关闭状态。通常，排出口18中的压力要大于吸入口16中的压力。在这种正常的压差条件下，压差值使提升阀42靠压在阀座55上以保持流体密闭。

在非正常情况下，当吸入口16的压力超过排出口18的压力的压差值大于弹簧44的张力值时，提升阀42就从阀座55上升起，以允许流体从中通过。从通道20流过的所有流体都流经杂质滤网46。

通过一压簧65的偏压使溢流阀座部分58靠压在套的阀座面40上，而压簧65则靠放在滤网46附近的阀芯沉孔54中。压簧65的另一端座靠在螺纹旋塞67上并围绕着一中心销69。手动旋转螺纹旋塞67可使弹簧座轴向移动，用以调整弹簧65作用在阀芯50上的压力。

图6和图7表示了本发明的另一实施例，它不带具备吸入口至排出口旁通能力的提升阀42。图6和图7中的本发明结构仅提供了过压保护。在该结构中，旁通阀芯70的中心孔52终止于一实心的端壁76。旁通阀芯70的其它外部特征例如阀座部分58和引导棱筋61等都与前述相同。座放在阀芯70的沉孔54中的预加压弹簧65对阀座部分58施压，使阀座58与阀座面40密闭配合。弹簧65对阀芯70的压紧程度取决于螺纹前拧从而使旋塞67接近阀芯70的程度。因此，阀芯70开启时吸入口16与排出口18之间的压力差便限决于弹簧65的压紧程度。

在对本发明的优选实施例作出了详细描述后，本领域的普通技术人员就可以想出机械上等效的许多替换形式，然而，这些形式都在本发明的范围中。

Claims (11)

1.一种泵，其具有一吸入口和一排出口，以及一个位于吸入口和排出口之间并与之相交的溢流通道；围绕着所述溢流通道的基本上同心的第一和第二沉孔靠近溢流通道与吸入口的相交处，所述第一沉孔具有一第一轴向长度；一大致圆柱形的套元件其外径与所述第一沉孔的相应的一内径相对应，其轴向长度明显大于所述第一轴向长度，从而所述套元件装入第一沉孔后的组件伸出一段不受制约的轴向伸出端，该伸出端伸入到所述第二沉孔中；一个围绕着所述套元件的伸出端的圆形的阀座不直接受结构的制约；以及，一阀芯弹性地靠压在所述阀座上。

2.如权利要求1所述的泵，其特征在于，所述阀芯由聚合物材料制成。

3.如权利要求1所述的泵，其特征在于，所述阀座基本上是在所述套元件的伸出端上围绕其内径的锥面。

4.如权利要求3所述的泵，其特征在于，所述阀芯是一管状元件，其具有一个从中经过的轴向通孔，和一个围绕所述管状元件的外周的直径增大的突肩部分，所述突肩部分支承着一个大致圆锥形的、用以与所述阀座相配合以实现流体密闭的阀封表面。

5.如权利要求4所述的泵，其特征在于，通过一支承在所述管状元件上的第一弹簧对所述管状元件施加所述弹性偏压，使所述阀密封表面与所述阀座相配合。

6.如权利要求5所述的泵，其特征在于，阀芯的轴向孔由一个提升元件来封闭，以阻止流体从所述排出口向所述吸入口的流通；当所述吸入口中的流体压力超过所述排出口中的流体压力时，就使装在所述阀芯上的所述提升元件开启。

7.如权利要求6所述的泵，其特征在于，所述阀芯由聚合物材料制成。

8.如权利要求4所述的泵，其特征在于，从所述套元件的轴线度量的所述阀座锥面的锥角等于或大于阀芯封闭表面的锥角。

9.一种制造泵壳中的过压保护阀的方法，其包括下述步骤：在所述泵壳中设置一个与泵壳的肩状腔室相通的流体通道；设置一个与所述流体通道同轴的第二沉孔，该一第二沉孔具有一第二内径和从所述肩状腔室度量的一第二轴向深度；设置一个与所述流体通道同轴的第一沉孔，该第一沉孔具有一个小于所述第二内径的第一内径和一个从所述第二沉孔的底端度量的第一轴向深度；制备一个大致圆柱形的金属套，在该套的内径和外径之间有一很薄的环形壁，所述套的一轴向长度大于所述第一轴向深度以及套的外径与第一沉孔的内径相对应，所述套比泵壳具有较高的硬度和尺寸稳定性；将所述套固定到所述第一沉孔中，使套的在长度上超出所述第一轴向深度的那部分长度同轴地突伸到所述第二沉孔中，因而在所述套的外径和所述第二沉孔的内径之间确定了一个不受制约的环形空间；以及在所述套的伸出的轴向端上设置一阀座表面。

10.如权利要求9所述的方法，其特征在于，其进一步包括的步骤是提供一个与所述阀座表面密闭配合的聚合物的阀芯。

11.如权利要求10所述的方法，其特征在于，其进一步包括的步骤是朝着阀座表面对所述阀芯弹性加载。

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