CN1191937A - 具有旁路阀的泵 - Google Patents

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Abstract

一种泵,包括:一个壳体,该壳体具有至少一个第一脉动腔、一个输入口、一个从该输入口通向该脉动腔的入口通道、一个输出口和一个从该脉动腔通向该输出口的出口通道;一个在吸入和排出冲程时在该脉动腔中运动的第一脉动件;一个使该脉动件产生运动的驱动机构;一个从该出口通道中的一个位置通向该入口通道中的一个位置的旁路通道;以及一个可根据该出口通道的该流体压力从一个关闭位置向一个开启位置移动的旁路阀。

Description

具有旁路阀的泵
本发明涉及具有旁路阀的泵。更详细地说，本发明涉及可用于泵送流体、最好是液体(例如水)的具有旁路阀的正排量泵。
用来泵送各种液体的许多的泵已为人们所熟知。一种这样的泵是隔膜泵，例如用摇摆板驱动的隔膜泵。这种一般特性的泵，作为一个实例，示于Hargley的美国专利4153391和Hartley的美国专利4610605中。
这种泵通常包括一个根据泵的出口流体压力来启动和停止泵电机的压力开关。为了避免泵电机的连续的开和关循环，人们已经提出了各种各样的旁路阀。使用旁路阀，泵电机可以保持运转状态而泵出的液体可以从泵的出口侧旁路到入口侧。包括旁路阀的泵的实例包括在Shoenmeyr的美国专利5261792和Zimmermann等人的美国专利5571000中所公开的那些。
对于具有旁路阀的新泵的需求仍然存在，这种新阀应该是结构和操作简单并且能提供有效、可靠和一致的流体旁路。
具有简单的旁路阀的泵已经发现，这种阀根据出口流体压力而开关并且基本上与进口流体压力无关。本发明泵具有可在严格限定和调整的出口流体压力作用下从关闭位置移动到开启位置从而使泵送流体有效旁路的旁路阀。此外，最好使旁路阀从关闭位置移到开启位置的出口流体压力能够调整，以便在需要和要求时能提供适应性。本发明的旁路阀便于制造和维修并且在使用中十分有效和可靠。
在本发明的一个主要方面的内容中，提供了包括一个壳体，至少一个第一脉动件，一个驱动机构，一个旁路通道和一个旁路阀的泵。该壳体具有至少一个第一脉动腔，一个输入口，一个从该输入口通向该脉动腔的入口通道，一个输出口和一个从该脉动腔通向该输出口的出口通道。该第一脉动件可在吸入冲程时在第一脉动腔中运动，使得流体从入口通道被吸入到该脉动腔中。该第一脉动件也可在排出冲程时运动，使得在脉动腔中的流体被排出到出口通道中。该驱动机构用来使脉动件在吸入和排出冲程时产生运动。
该旁路通道从出口通道中的一个位置通向入口通道中的一个位置。该旁路阀、具体地说是该旁路阀零件可根据出口通道的流体压力(并且基本上与入口通道的流体压力无关)从一个关闭位置(在此位置流体不能流过旁路通道)向一个开启位置(在此位置流体可流过旁路通道)移动。最好，该旁路阀是在该泵中的唯一的旁路阀。
在一个十分有用的实施例中，该旁路阀包括一个在阀处于关闭位置时受到来自出口通道的流体压力作用的表面，以及一个第一密封件，例如一个设置来当旁路阀处在关闭位置时防止该表面受到来自入口通道的流体作用的O型环。最好，该旁路阀还包括一个第二密封件，例如一个同第一密封件互相隔开并且设置来当旁路阀处在关闭位置时防止从该表面延伸开来超过该第二密封件之外的这部分旁路阀受到来自入口通道的流体压力作用的O型环。该旁路阀最好还包括一个例如位于第一和第二密封件之间并且在旁路阀零件外圆周上的环状空间，该空间在旁路阀处于关闭位置时受到来自入口通道的流体压力的作用。该环状空间的优点在于，例如可使该来自入口通道的流体压力不只集中作用在旁路阀零件的某一部位上，而这种集中作用将产生一个能导致流体泄漏和/或旁路阀部分地基于来自入口通道的流体压力而移动的侧向载荷。这样的一个环状空间当旁路阀处于关闭位置时可以减少或者甚至完全取消入口通道的流体压力对旁路阀的作用。
该旁路阀最好这样构成，使得出口通道的该流体压力(在该压力下旁路阀从关闭位置移动到开启位置)是可以调整的。
旁路阀最好包括一个阀零件，该阀零件是可以移动的以便把旁路阀放置在开启位置和关闭位置上，以及一个适合于作用在该阀零件上并能有效的推动旁路阀进入关闭位置的偏压件，例如一个弹簧。在一个特别有用的实施例中，偏压件作用在旁路阀零件上的力是可以调整的。较好提供有一个调整件，最好该调整件适合于用螺纹拧在该泵的壳体上。该调整件适合于与偏压件相接触。偏压件作用在阀零件上的力是可以调整的，例如根据调整件拧入壳体中的部分的尺寸(例如长度)来调整。这是一种十分方便和可靠的调节旁路阀据以从关闭位置移动到开启位置的流体压力的方法。
在一个实施例中，阀零件包括一个内孔而偏压件至少部分地位于该内孔中。
一种十分有用的结构提供了一个旁路阀，该阀包括一个孔，当旁路阀位于关闭位置时，旁路阀零件至少部分地位于该孔中。最好提供一个停止件，例如一个适当尺寸的杆，该杆最好位于阀零件与壳体之间。该停止件的尺寸应适合于当旁路阀处于开启位置时防止阀零件从该孔中全部移出。这个特征可有效地防止阀零件例如由于出口流体压力的波动而从该孔中全部移出。
旁路通道的尺寸和构形具有一定的重要性。例如，旁路通道应具有足够大的尺寸，以便有效地容纳从泵的出口侧旁路到进口侧的流体。在一个实施例中，旁路通道具有基本上均匀的截面。旁路通道可以具有圆形截面和/或非圆形截面。旁路阀的尺寸和/或构形最好选择得能调整旁路阀的移动，使得旁路阀能在关闭位置与开启位置之间有效地移动，而不会移动得太快以致造成旁路阀和/或泵的其他零件的过度磨损和撕裂。
在一个实施例中，该旁路通道包括多个互相间隔开的从出口通道中的一个位置通向入口通道中的一个位置的通道。这些通道最好相对于旁路阀的纵向轴线处于不同的位置。这些通道中的每个最好具有不同尺寸的截面。在一个十分有用的实施例中，这些通道应取向成使得当旁路阀处于关闭位置时，具有最小截面的通道位于最靠近出口通道的位置，而当旁路阀处于关闭位置时，具有最大截面的通道位于离出口通道最远的位置。在该实施例中，旁路阀零件的移动的程度或大小控制着被旁路流体的数量。换句话说，当出口压力增加和旁路阀零件移过一个更长的距离时，这种构形将在旁路通道中提供显著增加的流体流量。
虽然该有用的旁路阀可以使用在任何一种流体运送泵中，例如一种正排量液体运送泵中，但它特别适合于在具有多个脉动腔和使用摇摆板来提供脉动件运动的泵中使用。
本发明的各种特征可以单独使用或者以任何方式组合使用。因此，所有这些特征和组合都包括在本发明的范围内。通过参看下面的说明并且结合附图将可对本发明连同其附加特点和优点得到最清楚的了解。
图1是根据本发明的教导所建造的泵的等角图；
图2是沿图1的2-2线截取的截断的剖视图，图中示出了脉动腔中的一个在其吸入冲程末端时的情况；
图3是沿图2的3-3线截取的该图示旁路阀位于关闭位置时的剖视图；
图4是与图3相类似的剖视图，但图中的旁通阀位于开启位置；
图5是沿图4的5-5线截取的剖视图；
图5A、5B和5C是旁路通道的几个变更例的剖视图；
图6是示出旁路阀的另一个实施例的剖视图。
图1示出了泵11和一个安装在适当的机座15上的配套电机13。如图1中所示，泵11具有一个壳体17、输入口19和输出口21。泵11在很大程度上与Hartley的美国专利4610605中公开的泵相类似，该公开内容通过引用整个结合在本文中。总的用标号23表示的旁路阀连接在壳体17上。
可以采用任何适当构造的壳体17在该实施例中包括一个可连接在电机壳体上的一个壳体件25(图2)、一个中间壳体件27和一个壳体件29。壳体件25可通过多个紧固件30连接在壳体件27和29上。阀板31和隔膜33的周边区域被夹持在壳体件27与29之间，后者通过紧固件35(图2)固定在一起。隔膜33整个地跨过壳体17的内部并且把该壳体内部隔开。壳体件25、27、29和阀板31可以由适当的塑料模压成一个整体件。隔膜33可以由适当的橡胶制成。
偏置轴承37和45，衬套39和47，电机轴41和摇摆板49形成一个摇摆板传动机构。利用这种结构，摇摆板49承受章动运动。
柱塞件59(图2中示出了一个)分别与三个隔开的区域61(图2中示出了一个)相连接，这是通过螺钉65把每个这样的区域夹持在隔膜保持件63和与之相连的柱塞件59之间而实现的。最好，区域61是相同的并且以如图2所示的相同方式连接在相关的柱塞件59上。
如图2中所示，隔膜33的区域61与阀板31、相关的柱塞件59、保持件63和相关的螺钉65一起限定了一个脉动腔81。隔膜33的其它区域61同样地与相应的结构配合而限定二个另外相同的脉动腔。每个脉动腔81具有一个贯穿阀板31的入口83(图2)和一个也贯穿该阀板的出口85。入口83与通向输入口19的一个共同的输入室89相连通。出口85通向与出口21连通的共用输出室91。
单件整体结构的共用出口阀93由阀板31携带并且可以用一种适当的材料例如橡胶模压而成。
如图3所示，旁路阀23的位置应使旁路阀零件94能伸到壳体件29的孔92中。阀零件94包括一个由于太大不能进入孔92中的第一端部区96。端部区96位于该壳体的一个大孔99中。弹簧100与阀零件94和与该阀零件隔开的调整件102相接触。调整件102包括一个其上有螺纹的外圆周表面104，该表面的尺寸与敞开的壳体孔108的内圆周表面106上的螺纹尺寸相配合。可以对调整件102拧入敞开的壳体孔108中的数值或长度进行控制或者调整，以便改变弹簧100的力。该弹簧100的力控制着一个压力，在该压力作用下阀零件94从关闭位置(图3)移动到开启位置(图4)。
阀零件94包括一个暴露在输出腔91中的流体压力中的端表面110。阀零件的前面的或第二端部区112包括第一凹槽114和第二凹槽116，该两凹槽互相隔开并且在该阀零件的外圆周上。这些凹槽114和116的尺寸适于用来分别固定第一O型环密封件118和第二O型环密封件120。第一O型环密封件118的尺寸适于用来防止从表面110延伸并且超过该第一O型环密封件之外的这部分阀零件94在旁路阀处于关闭位置(图3)时受到来自输出腔91的流体压力的作用。第二O型环密封件120的尺寸应适合于用来防止从输出腔延伸开来并且超过该第二O型环密封件之外的这部分旁路阀零件94受到来自输入口19的流体压力的作用。
一个环状空间121位于第一与第二凹槽114和116之间。该环状空间121完全布于旁路阀零件94的外圆周上并且起着把来自输入口19的压力完全围绕该阀零件分配并且作用在O型环118和120上的作用。这样就避免了任何作用在旁路阀零件94上的侧向加载或者预加载荷，而这些载荷将可能导致旁路阀23的有害的泄漏和/或故障。
旁路通道122从共用输出腔91延伸到共用输入腔89。
在旁路阀零件94处于关闭位置的情况下，如图3中所示，在共用输出腔91中的流体不能通过旁路通道122进入共用输入腔89中。因此，在共用输出腔中的流体只能通过输出口21。
但是，当在共用输出腔91中的流体压力超过某一个确定值时，阀零件94将克服弹簧100的作用力而移动，从而使旁路阀23处于开启位置。这种情况示于图4。在开启位置，来自共用输出腔91的流体通过旁路通道122进入共用输入腔89中。这样，来自共用输出腔91的流体就旁路到泵的入口侧。旁路阀23将保持在该开启位置，直到共用输出腔91中的压力降低到克服推动阀零件94进入关闭位置的弹簧100的作用力之下为止。
旁路通道122可以具有均匀的截面，例如在图4和5中所示。如图5中所示，旁路通道122可以具有圆形截面。
如图5b、5c和5d中所示，旁路通道122b、122c和122d可以分别具有一种非圆形截面。旁路通道的尺寸和构形的选择可以用来控制旁路阀的运行，例如开启和关闭。例如，旁路通道的构形至少可以局部控制旁路阀何时移动到开启位置因而在旁路通道中建立起流体流量。在旁路阀移动到开启位置以后，旁路通道的尺寸和构形可以用来至少有助于调整旁路阀再次移动到关闭位置之前的这段时间周期。
在一个有用的实施例中，如图5a中所示，该旁路通道包括多个旁路通道123、124和125，这些通道沿着旁路阀的纵向轴线126处于不同的位置。最小的旁路通道123(即该旁路通道具有最小的截面)最好位于最靠近共用输出腔91的位置，而最大的旁路通道125位于离开该共用输出腔最远的位置。这个特点在调整旁路阀23的移动时非常有效，使得可以在实现有效的和可调整的流体旁路的同时，减少对于旁路阀的摩损和撕裂。
图6示出了本发明的旁路阀的另一个实施例。与示于图3和4中的旁路阀的零件相对应的示于图6中的旁路阀123的零件具有增加100后的对应的标号。
在示于图6中的旁路阀123与示于图3和4中的旁路阀23之间的主要区别在于，旁路阀零件的构形，弹簧的形状和定位，以及使用一根杆来停止旁路阀零件的移动等。具体说来，旁路阀零件194包括一个细长弹簧132位于其中的中央内孔130。弹簧132从旁路阀零件194延伸开来并且与调整件(未示出)相接触。此外，细长杆134位于内孔130中并且它的尺寸适合于随着旁路阀零件194移动而使该旁路阀零件位于开启位置上时，该细长杆就与调整件相接触，从而可防止该旁路阀零件从孔192中完全移出。这样就增加了一个额外的安全特征，使得该旁通阀123即便在重复的开/关循环以后和/或输出口的流体压力脉动的情况下也能连续的工作。
虽然泵11适合于用来泵送各种流体，但它特别适合于用来泵送水。起动电机13将使轴41转动和摇摆板49及柱塞件59的章动运动。该章动运动将使隔膜33的各区域61产生周期性的弯曲，以便在各个脉动腔81中提供章动脉动作用。
在各脉动腔中的吸入冲程时，脉动腔中的压力降低使得在输入腔89中的液体可以打开入口阀87(如在图2中所示)并且流入该脉动腔。在排出冲程时，脉动腔81中的压力增加到超过在输出腔91中的压力，从而迫使弹性件97的相关部分离开出口85。出口阀93如上所述与阀板31相配合将另外的出口85与该打开的出口85封离。
当输出腔91中的压力超过一个确定值时，例如在要求泵11的下游系统中的泵送液体暂时中止或停止的情况下，旁路阀23(或123)就能有效、可靠和不断地为该液体提供从泵的出口侧到进口侧的旁路，如上面所述的那样。泵11保持运行并且当再次要求提供泵送液体时，则向泵的系统下游提供泵送液体。
虽然已经示出和说明了本发明的一个典型的实施例，但在不脱离本发明的精神和范围的情况下，本领域的普通技术人员还可以对本发明作出许多改变、修饰和替代。

Claims (2)

1.一种泵，包括：
一个壳体，该壳体具有至少一个第一脉动腔、一个输入口、一个从该输入口通向该脉动腔的入口通道、一个输出口和一个从该脉动腔通向该输出口的出口通道；
一个在该脉动腔中运动的第一脉动件，由此在吸入冲程时流体从该入口通道被吸入到该脉动腔中，而在排出冲程时使在该脉动腔中的流体排出到该出口通道中；
一个使该脉动件在吸入和排出冲程时产生运动的驱动机构；
一个从该出口通道中的一个位置通向该入口通道中的一个位置的旁路通道；以及
一个可根据该出口通道的该流体压力(并且基本上与入口通道的流体压力无关)从一个关闭位置(在此位置流体不能流过该旁路通道)向一个开启位置(在此位置流体可流过该旁路通道)移动的旁路阀。
2.如权利要求1所述的泵，其特征在于，该旁路阀包括一个在该关闭位置暴露于该出口通道的该压力中的表面，一个设置来在该关闭位置时防止该表面暴露于该入口通道的该压力中的第一密封件，以及一个第二密封件，该件同该第一密封件互相隔开并且设置来防止从该表面延伸开来并超过该第二密封件的这部分旁路阀暴露于该入口通道的该压力中。
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