CN1081749C - 具有成对圆筒转子的泵 - Google Patents

Abstract

一泵包含：形成一对转子室的装置；一对转子，置于转子室内，可转动安装在不同的转轴上，转轴分别偏心地与转子连接，转子绕各自的转轴反向转动时保持一恒定距离，转子沿转子室的内表面周向滑动；一将转子互相连接的连接板，以保持转子间的恒定距离，连接板延伸通过狭缝；形成吸入口和排出口的装置，该吸入口和排出口位于转子室互相邻接部位的相对两侧；相互啮合的同样的偏心齿轮，分别与转轴相连。

Description

具有成对圆筒转子的泵

本发明涉及一种泵，更具体地说涉及一种包含一对圆筒形转子的新型泵，这对转子分别适于绕一对转轴沿相反方向相对于有关的转轴以相同的偏心度旋转，而同时在其间保持恒定的距离，因此能获得高效率的、无噪声的且强劲的流体泵送效能。

一般地，传统泵适于通过围绕一泵体内的固定轴线旋转一叶片型、齿轮型、涡形或凸轮型的转子来获得流体泵送功能。然而，这种传统泵由于每一吸入/排出冲程中转子移动长度大、转子与被泵送的流体接触面积很大以及转子和流体间强烈紊流接触状态，其具有的缺点是消耗大量的力。此外，这种泵免不了产生大量摩擦热和磨损现象。因此，这种泵具有难于达到高速运转和寿命短的缺点。由于这种传统泵具有复杂的转子结构和复杂的转子室结构，因而它们在设计和应用上具有局限性。例如，叶片型泵其转子的加工很难且很昂贵。具体地说，这种泵不适于泵送出人类排泄物、含有各种外来杂质的废水或含有其它固态物质的其它流体，因为流体中含有的这些物质卡阻转子的叶片而干扰转子的泵送运动。此外，这种泵的结构不适于排出应避免紊流的化学液体和不适用于真空泵。

至于一种包含一具有单向阀装置的缸型泵体和一适于在泵体内作直线往复运动的活塞的泵，由于其包含对泵效率不利的脉动抽吸运动以及具有在缸盖与活塞之间、对流体吸入和排出不起作用的较高比例的无效容积比，因而得到的泵送效率低。由于活塞行程较长，这种泵还有就其泵送容量来说尺寸过大的缺点。

韩国专利文件No.91-4769(相应于日本专利申请No.昭63-126511)公开了一种与本发明的泵的工作方式相似的旋转型压缩机。这种压缩机包含：一缸体，一位于该缸体内沿该缸体内表面周向作偏心旋转的圆形转子，一个将缸体和转子之间形成的流体室分为吸入侧低压空间和排出侧高压空间的可动叶片件。但是，因为其泵送动作只通过单独一个圆形转子的偏心旋转来获得，所以为完成一完整的泵送循环这种泵的结构必然是转子行程很大。因此，泵送效率低。此外，这种压缩机结构复杂，包括一些薄弱部件，这主要是由将转子与泵体之间形成的流体室分为低压侧空间和高压侧空间的较薄可动叶片件和转子吸入冲程中防止流体从排出口倒流的阀门装置造成的。因此，这种压缩机包含的缺点是难于在高压和高速下无故障运行及寿命短。

还有人提供出一种叶片泵，这种泵包含：一偏心旋转的圆形件，一些装于旋转件上以便能在该部件上沿径向移进和移出的板式叶片，一个旋转件沿其内表面滑动的圆筒形泵壳。这种叶片泵公布于韩国专利文件No.90-3682(相应于日本实用型申请No.昭61-178289)。但是，这种泵由于其泵送运行只由一单独的偏心旋转件完成以及泵的结构包含一组泵送过程中移进和移出旋转件的板式叶片，因而也具有和上述压缩机相似的不足之处。

又有人提出一种泵，这种泵包含一制成螺旋形的固定涡管和一制成与固定涡管类似的螺旋形的可动涡杆，两个涡形件互相协同达到泵送诸如致冷剂之类流体所需的泵送运行。涡形泵公开于比如韩国专利文件No.89-628(相应于日本专利申请No.昭59-168236和59-222753)。但是，由于其完成泵送操作的涡形件具有用复杂的渐开线和圆周曲率所形成的复杂螺旋结构，因而这种泵的复杂结构会造成加工困难以及需要昂贵的加工费用。此外，由于在其泵送操作中流体的吸入和排出是通过可动涡杆和固定涡管之间所形成的狭长的流体室进行的，所以可动涡杆在一个泵送周期中的入/排出量较小。因此，这种泵不适用于泵送包含外来杂质的流体或浓稠流体或者大量其它普通流体的场合。

因此，本发明的目的是，解决传统泵上述的问题和不足，并且由此提供一种能达到易于加工、高泵送效率以及多种应用的具有简单有效结构的泵。

本发明提供一种泵，它包含：形成一对圆筒形转子室的装置，它们中每一个限定一内壁表面，所述转子室被一狭缝分隔；一对相同的圆形转子，分别置于所述转子室内，分别可转动安装在不同的转轴上，所述转轴分别偏心地与所述转子连接，使得所述转子绕它们各自的转轴反向转动时彼此保持一恒定距离，所述转子沿它们所在的转子室的内表面周向滑动；一适于将转子互相连接的连接板，以保持所述转子间的恒定距离，所述连接板延伸通过所述狭缝；形成吸入口和排出口的装置，该吸入口和排出口位于转子室互相邻接部位的相对两侧；相互啮合的同样的偏心齿轮，分别与所述转轴相连。

本发明目的的实现是借助于提供一种泵，它包含：一对相同的圆筒形转子，适于分别围绕其转轴沿相反方向相对于各自转轴以相同的偏心度旋转，而同时保持其间恒定的距离；一对相同的圆筒形转子室，分别容纳转子使转子沿其各自内表面滑动；以及一适于将转子互相联结的连接板。由于泵的转子和转子室完全是圆形的简单形状，该泵几乎不表现出如传统泵中常出现的由可动件造成的薄弱部件。此外，该泵加工非常容易且泵的寿命长。由于具有完全圆形的转子交替地基本上以转子绕其轴每旋转半周并且沿转子室各自内表面平滑滑动来进行每一泵送循环，所以这种泵达到了几乎没有任何不希望的脉动、噪声和振动的泵送操作。由于每个泵送循环中转子行程短、转子和被泵送流体间接触面积最小以及不产生任何涡流或紊流，因而这种泵也可能不浪费动力而达到一种有效率、无噪声的泵送操作。尤其是，即使在高速和高泵送压力情况下，这种泵也不会出故障。

本发明的其它目的和方面从下述参照附图对实施例所作的说明中会更加明白，附图中：

图1A到1D是本发明的泵的基本结构及其工作的剖视图；

图2是图1A至1D所示泵的转子优选实施例的局部剖视图；

图3A和3B是在转子转轴的回转角速度和转子绕转子转轴旋转的回转角速度设定得彼此相等的情况下两个转子运行关系的示意图；

图4是沿图2中IV-IV线截取的横截面示意图；

图5A和5B是在转子转轴的回转角速度与转子绕转子转轴旋转的回转角速度设定得彼此相等的情况下两转子之间的连接板优选实施例的示意图；

图6A和6B是与图5A和5B类似的示意图，但表示其另一种可能的实施例；

图7是按照图1、2和4所示的实施例制作的泵的分解透视图；

图8是图7所示泵在其装配状态下的剖视图；

图9是转子绕其转子转轴偏心旋转的又一可能实施例的示意剖视图；

图10是转子绕其转子转轴偏心旋转的再一可能实施例的示意剖视图；

图11是转子外表面形成有包层的本发明进一实施例的局部剖视图。

图1A到1D是说明本发明泵的基本结构和工作原理的剖视图。

如图1A到1D所示，本发明的泵包括一完全是圆形(或圆筒形)体的第一转子3。第一转子3以相对于轴线1的给定偏心度沿某一预定方向围绕轴线1旋转。该泵还包括一与第一转子3具有同样结构即完全是圆形体的第二转子4。第二转子4沿与第一转子3旋转方向相反的方向、相对于轴线2以和第一转子3相对于轴线1相同的偏心度围绕位于轴线1附近且与轴线1平行的另一轴线2旋转。泵还包括一对转子室，第一个由标号5标明，而第二个由标号6标明。在第一个转子室5内，第一转子3以一定方式沿周向滑动。在第二个转子室6内，第二转子4也以一定方式沿周向滑动。尽管分别作为转子3和4旋转中心的轴线1和2，为说明方便起见，以点的形式表示，但实际上它们是分别位于相应转子室5和6中心的转轴。这些转轴之一可以是由一如电机之类的外驱动源以一预定方向带动旋转的驱动轴，而另一转轴则为由驱动轴的回转力带动而沿与驱动轴转动方向相反的方向旋转的从动轴。

第一、第二转子3和4分别位于转子室5和6内而围绕轴线1和2，即其旋转中心，在保持其间等距的条件下沿相反方向旋转。第一、第二转子3、4以一定方式在其内沿周向滑动的第一、第二转子室5、6，在它们互邻接部分的一侧与吸入口7连通。第一、第二转子室5、6还在它们相邻部分的另一侧与排出口8连通。第一和第二转子室5和6、吸入口7和排出口8可以设在同一壳体9上，正如图示的情况。

连接板10设置于第一、第二转子3、4之间。连接板10穿过在第一、第二转子室5、6最接近部分之处形成的一狭缝11。连接板10其一端与第一转子3连接，其另一端与第二转子4连接。在泵的运行中，连接板10以及第一、第二转子3、4用于将壳体9内所限定的流体室分为一高压侧空间H和一低压侧空间L，如图1B所示。壳体9的流体室由第一和第二转子室5和6、吸入口7、排出口8和狭缝11形成。

图1A表示泵的一种初始状态，第一、第二转子3、4位于壳体9内底部死点，并且互相竖向对齐。在泵运行中，随着第一、第二转子3、4开始从初始状态分别以相反方向绕其轴线1、2旋转时，转子3、4和连接板10重复执行一系列动作得到图1B、图1C、图1D所示的顺序状态并返回图1A所示状态。图1B表示转子之一，例如转子3从图1A状态沿图1B箭头所指方向绕其轴线1转过90°的状态。图1D表示转子3从图1C状态沿与图1C相同方向再转过90°的状态。换句话说，在转子3和4中每一个进行其一周完整旋转中，泵的可动元件，包括第一、第二转子3、4和连接转子3和4的连接板10按顺序得到图1A、图1B、图1C和图1D依序连动状态。在这种运行中，第一、第二转子3、4以一定方式沿第一、第二转子室5、6的内圆筒表面周向滑动，而转子外圆柱表面分别与转子室5、6的内表面紧密接触。

在所有第一和第二转子3和4以及连接这两转子的板10被认为构成一单独的、整体的可动构件的场合下，壳体9的内部空间被分为与排出口8一侧连通的一高压侧空间(如空间H)和与吸入口7一侧连通的一低压侧空间(如空间L)，使得在上述运行中流体的吸入和排出动作产生在这些空间之内。例如，当第一转子3沿第一转子室5内表面滑动时，如从图1B状态经过图1C状态到图1D状态，第一转子室5内第一转子3和板10左侧确定的空间体积逐渐减小，从而引起该空间内所包含的流体在压力作用下向排出口8排出。同时，第一转子室5中第一转子3和板10右侧确定的空间体积逐渐增大，使其内压降低。因此，第一转子室5右侧空间出现真空状态，从而产生对流体的吸入力。紧随第一转子3的上述运动，第二转子4沿第二转子室6内表面滑动，如从图1D状态经图1A状态到图1C状态，第二转子室6内第二转子4和板10左侧确定的空间体积逐渐减小，而使该空间内所包含的流体在压力作用下向排出口8排出。同时，第二转子室6内第二转子4和板10右侧确定的空间体积逐渐增大，使其内压降低。因此，第二转子室6的右部空间出现真空状态，从而产生对流体的吸入力。这样，随着第一、第二转子3和4的流体吸入和排出操作以重复连续方式交替进行，泵就能以基本连续的方式输送流体。

特别应该注意的是，在泵的运行中转子3和4之一，如转子3，正好在另一转子如转子4绕其轴线2转过180°角度而完成其流体吸入和排出冲程之后开始进行其流体吸入和排出操作。在轴1是驱动轴的场合，驱动轴的每半(1/2)周旋转即实现一个完整的流体吸入排出操作。因此，本发明的泵能提供与适于经驱动轴每一周旋转而达到一完整流体吸入和排出操作的、具有一单一圆柱形回转结构的(韩国专利文件No.91-4796)传统泵相同的流体排量，而所用泵速和驱动能量都大体上是传统泵所用值的一半。换句话说，在相同的泵速和泵额定功率的条件下，本发明的泵获得两倍于传统泵所达到的流体排量。虽然转子3和4的流体吸入和排出操作被描述为在特定运动位置进行，但实际上是以对称互补并连续的方式在转子3和4几乎所有位置上进行的。因此，就流体吸入和排出功能而论，本发明的泵利用具有对称互补关系的转子3和4的和谐的泵送运动而提供在传统泵之中不能期望的高泵送效率以及几乎无脉动现象、噪声和振动的泵送操作。此外，由于转子3和4沿转子室5和6的各内表面顺滑而无噪声地滑动，同时又与该内表面紧密接触，所以本发明的泵的泵送操作是很安静且强劲的。因此，即使在高速和高压条件下操作，也不会出现任何过载。由于泵所用机构的磨损和损坏率减小到最低限度，因而能获得长的泵寿命。此外，由于泵具有转子3和4以及转子室5和6的简单结构，所以能随意地满足多种需要的泵容量。

按照本发明的一优选实施例，转子3和4各自绕轴线1和2的偏心旋转通过图2所示机构实现。在图2机构中，分别具有偏心转轴12和13的圆盘14和15与转轴形式的回转轴1和2各自一端相连接。在偏心转轴12和13各自自由端可旋转地安装着转子3和4。连接板10在其两端处与转子3和4各自相应部位固定连接。转轴1和2由传动齿轮16和17从操作上连接起来，使它们沿相反方向旋转。板10的装接可以将板10与转子3和4形成一整体或在转子3和4上焊接一单独连接板来实现。由于连接板10与转子3和4的这种坚固连接，连接板10能和转子3和4整体运动，使在板10的连接部位可既不出现磨损又不出现损坏。因此，有可能获得的优点是提供一种几乎无薄弱部位、具有坚固、耐用结构的泵。

在本实施例中，当转轴1和2旋转时，与转轴1和2偏心连接的转子3和4沿相反方向绕转轴1和2旋转，同时在其间保持恒定距离。如果转轴1和2的旋转角速度及围绕转轴1和2旋转的转子3和4的旋转角速度设置为彼此相等，则在从图3A的初始状态沿图3A箭头所示的相反方向转过90°以后所达到的图3B状态下，转子3和4的中心之间的距离变得比在图3A状态下的距离大。因此，该机构运行中可能会出现过载。

为了使转子3和4的相反旋转处于转子3和4之间距离保持恒定的状态，转子3和4的旋转角速度应该互不相同，其方式是，当转子3从图3A所示状态沿图3A中箭头所示的方向转过90°以后而到达图3B状态时，转子4沿着与转子3转动方向相反的方向而到达其转过稍大于90°角度的状态。为此，转子3和4由一传动齿轮机构联接起来，该机构包含一对互相啮合并分别与转轴1和2以偏心方式联接的相同的传动齿轮16和17，如图4所示，图4是沿图2中IV-IV线截取的横截面图。在这个结构中，当安装在转轴1上的齿轮16由于转轴1的旋转从图4状态转过90°时，在其小直径部位与齿轮16大直径部位啮合的齿轮17及由此固定支承齿轮17的转轴2沿图4中箭头所示方向转过一大于90°的角度。通过这种运行，分别绕转轴1和2旋转的转子3和4旋转角速度互不相同，使它们绕转轴1和2的相反旋转能处于转子3和4之间距离保持恒定的状态。

按照本发明另一实施例，转子的转轴1和2由一传动齿轮机构互相联接起来，该机构包含一对互相啮合并分别与转轴1和2以同心方式联接的相同的传动齿轮。在这种情况下，在转子3和4的上述运行期间，由于转轴1和2的回转角速度及由此以相同偏心度偏心地装于转轴1和2的转子3和4的回转角速度设置为彼此相同，转子3和4的中心之间距离以图3A和3B所述方式变化。因此，在这种结构中，如果转子3和4通过板10互相固定连接，该装置工作中就可能出现过载。为消除这个问题，需要采用吸收装置来吸收转子3和4中心之间距离的变动。这个吸收装置可包含一制成于转子3和4之一的某一部位之处的滑动槽3＇，比如，形成于要配接于板10的转子3上，而板10与转子3是分离的，如图5A和5B所示。在滑槽3＇内，板10要与转子3配接的一端要容纳成使其能顺着滑槽3＇沿转子3能径向滑动。在这种结构中，由于转子3和板10彼此分离而相对滑动，因而该装置在转子3和10的滑动区域出现磨损和损坏的可能性变大。但在这种情况下，由于用于使转轴1和2彼此联接的传动齿轮做成具有简单圆形的同心齿轮形式而不是偏心齿轮，因而其优点是泵的加工方便。

图6A和6B示出本发明另一可能实施例对图5A和5B结构的改进。按照该实施例，板10和转子3和4都固定连接，不象图5A和5B中的情况那样在其一端与转子3和4中相应的一个滑动连接。在这种情况下，一对弹性件18和19分别置于转子3和支承转子3的偏心轴12之间以及转子4和支承转子4的偏心轴13之间，以便吸收转子3和4中心之间距离的变动。弹性件18和19中可只安装其一。

按照图1A-1D、2和4所示的任一实施例的一个完整泵结构示于分解透视图7和对应于图7的剖视图8。该结构包含一对转子转轴1和2。转轴1用作由外部驱动源带动旋转的驱动轴，而转轴2作为由驱动轴1通过传动齿轮16和17传递的旋转力带动旋转的从动轴。一对转子3和4以相同偏心度偏心地安装于转轴1和2上。转子3和4与板10连接，使它们彼此成一整体，从而使它们如上所述进行旋转的同时保持其间的恒定距离。适于使转轴1和2互相联接的传动齿轮16和17具有偏心齿轮的形式，可使转子3和4沿相反方向转动而同时如上所述保持其间恒定的距离。一端板20和一中间板21分别与壳体9的两端连接。在端板20和中间板21之间的壳体9内限定一对密封转子室5和6。转子3和4分别在转子室5和6中旋转。中间板21还通过轴承22、23、24和25用作旋转地支承转轴1和2。在中间板21的与壳体9相对置的一侧上固定装有一适当的盖结构26，用于封盖转轴1和2以及它们的传动齿轮16和17以保护它们。最好是，转子3和4分别以轴承支承于偏心轴12和13。

图5A和5B或图6A和6B所示的泵与图7和图8所示泵具有相同的结构，除了转子3和4以及传动齿轮16和17的装配结构与图7和图8的结构稍有不同之外。

图9表示绕转轴1和2偏心旋转的转子3和4的又一可能的实施例。代替上述情况使用分别位于转轴1和2端部并适于支承转子3和4的偏心轴12和13，本结构使用一对分别环绕在转轴1和2端部形成的同心延伸部12＇和13＇而装配的偏心环27和28。环绕偏心环27和28分别装有转子3和4。

图10示明本发明再一实施例绕转轴1和2偏心旋转的转子3和4的另一可能实施例。按照本发明此实施例，转轴1和转子3之间以及转轴2和转子4之间分别连接着一对枢转杆29和30。

在本发明所有上述实施例中，转子3和4的外表面可以分别敷以由如橡胶之类的弹性和耐用材料做成的包层31和32，如图11所示。在这种情况下，包层31和32用于加强每一转子3和4与相应的每一转子室5和6中之间的密封效果，从而获得能无阻卡地泵送含固态物质的流体的效果。

在上述所有本发明的实施例中，若转子3和4绕其转轴1和2的旋转方向设定为与以上所述方向相反，吸入口7就成为排出口，而排出口8成为吸入口。就此而论，按照本发明制作的泵可以认为是一种对流体吸入和排出方向不加限制的双向泵，这与传统泵不同。本发明泵的这个特点是由于具有对称互补运动关系的成对圆筒形式的转子3和4的特有结构和功能所造成的。

虽然通过举例公开了本发明的优选实施例，但本领域技术人员会认识到，在不背离后附权利要求公开的本发明领域和精神的情况下，还可能有多种改变、增补和代换。

Claims (3)

1、一种泵，它包含：

形成一对圆筒形转子室的装置，它们中每一个限定一内壁表面，所述转子室被一狭缝分隔；

一对相同的圆形转子，分别置于所述转子室内，分别可转动安装在不同的转轴上，所述转轴分别偏心地与所述转子连接，使得所述转子绕它们各自的转轴反向转动时彼此保持一恒定距离，所述转子沿它们所在的转子室的内表面周向滑动；

一适于将转子互相连接的连接板，以保持所述转子间的恒定距离，所述连接板延伸通过所述狭缝；

形成吸入口和排出口的装置，该吸入口和排出口位于转子室互相邻接部位的相对两侧；

相互啮合的同样的偏心齿轮，分别与所述转轴相连。

2、如权利要求1所述的泵，其特征在于，还包含一对分别固定安装于各转轴端部的圆盘，每个圆盘具有一适于支承一相应转子的偏心轴。

3、如权利要求1所述的泵，其特征在于，还包含一对枢动杆，各设于每个转轴与每个相应的转子之间，适于使每个转子通过该转轴的旋转力围绕各自转轴旋转。

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