CN1526948A - 具有带泄漏开口的气缸的活塞泵 - Google Patents

Abstract

一高压/真空活塞泵具有一在气缸内作往复运动的活塞，气缸具有一小的泄漏开口，较佳地直径约为0.05英寸，以允许在活塞冲程的至少一部分过程中，将一些工作空气泄漏到泵外壳。泄漏开口与驱动轴和气缸中心线共面。对于活塞冲程的大部分过程，泄漏开口还位于活塞头和阀头之间，但当活塞位于上死点时，泄漏开口位于活塞皮碗密封件的下方与工作室隔绝。在泵的瞬时隔断的过程中，泄漏通道释放气缸内的高压或真空气体，以允许低转矩电机可靠地重新起动泵。

Description

具有带泄漏开口的气缸的活塞泵

相关申请

本申请要求对2003年2月6日提交的美国临时申请No.60/446,322的优先权。

对联合发起的研究或研发的陈述

无

技术领域

本发明涉及活塞泵，具体来说，涉及具有改进的重新起动能力的高压或真空泵。

背景技术

某些泵送应用要求泵在开-关循环中进行操作。在其压力在100psi或以上的量级的高压或真空泵的应用中，泵气缸的工作室内的空气的体积会显著地阻碍活塞的往复运动，以致泵的重新起动要求有一较大的转矩。贮留的空气可过度地加重泵驱动电机的重负，致使电机过早磨损，难于起动，起动不一致直至不能起动，和/或要求具有较高起动转矩的价格高的电机。

人们已经作了许多努力来使重新起动变得较容易或更一致。一种技术是使用对于正常操作明显超大的较大转矩的电机，但其能提供足以克服贮留的缸内空气的阻力。另一显著地更为有效的技术是在泵的阀板内的进气口处(或当抽真空时，则排气口处)形成一泄漏通道。这可通过在进气口处将阀板的内表面作成斜面来实现，这样，控制通过该口的流动的挡板阀不能完全地坐落和阻塞进气口，直到达到一阈值的气缸压力之后为止。该技术允许使用一相对低的转矩的(因此较便宜的)驱动电机。然而，为形成斜面，其要求相当花费和耗时的阀板的机加工。它也可能会使进口处的挡板阀产生疲劳，并显著地减小排出空气流的流量，这对某些要求特定的或最小流量的应用是不合适的。

因此，需要有一具有改进的重新起动能力的高压/真空泵。

发明内容

本发明提供一活塞泵，其具有一形成一内腔的外壳，内腔中设置一限定一圆柱形通道的气缸，一活塞头可在该通道内作往复运动，以变化气缸工作室的体积。气缸具有一泄漏开口，其在活塞冲程的至少一部分过程中，提供工作室和周围大气压力之间的连通。

泄漏开口定位成，对于活塞冲程的大部分是位于活塞头和阀头之间的。较佳地，泄漏开口具有一中心线，其位于轴的轴线和气缸中心线相交的一平面内，较佳地，该中心线平行于轴线且垂直于气缸中心线。泄漏开口还靠近位于气缸顶端，且间距小于约0.2英寸内，更为较佳地，其中心离气缸的顶端约为0.05英寸。活塞头包括一与气缸内直径滑动配合的密封件。泄漏开口的中心应在活塞位于上死点时，位于在活塞皮碗密封件下方不大于约0.1英寸处，较佳地约为0.05英寸，这样，活塞皮碗横穿过开口，并在靠近上死点处暂时地关闭它。

对不同尺寸的气缸，泄漏开口的尺寸可以不同，也可位于离气缸的顶端更近或更远的距离处。泄漏开口的尺寸和位置通常与活塞冲程无关。一般来说，增加泄漏开口可增加再起动可靠性并减小泵的流量，而进一步远离气缸的顶部(因而远离处于上死点的活塞密封件)地定位泄漏开口，会降低再起动可靠性和增加流量。然而，不管气缸尺寸如何，泄漏开口尺寸上应是类似的数量级，并应更靠近气缸的顶端、而非底端。

在气缸内具有泄漏开口的本发明的泵，能够将工作气体从气缸内排出到气缸外。该排放是间歇的，其原因在于，泄漏开口的较佳的位置使活塞皮碗在去往上死点的各冲程中从泄漏开口下方行进到泄漏开口上方。间歇的排放使得，在泵的瞬时停止过程中，气缸可被充分地减压，以允许用相对低转矩的驱动电机快速地重新起动泵。此外，泄漏开口可以是简单地是一通过快和低成本的钻孔操作形成的通孔。

因此，本发明提供一种具有高再起动可靠性的泵，它特别适合于高压或高真空开-关循环的应用。泵的改进的再起动能力是由一简单的钻孔操作来提供的，无需成本高的机加工操作。由于泄漏通道位于气缸内合适的部位，所以，随阀疲劳流量损失减小。

从下面的描述中，将显现出本发明上述的和其它的目的和优点。在此描述中，参照形成本说明书一部分的诸附图，其中，以示范的方式示出本发明的一优选的实施例。该实施例不一定代表本发明的全部范围，而是，因此必须参照附后的阐述本发明范围的权利要求书。

附图的简要说明

图1是根据本发明的一活塞泵的剖切开的侧视图，其中，移去外壳盖以显示其内部零件；

图2是沿线2-2截取的局部剖视图，示出一靠近冲程开始处的泵的气缸内的活塞；以及

图3是类似于图2的视图，示出在上死点处的活塞。

具体实施方式

图1和2示出一根据本发明的、具有改进的重新起动能力的单气缸高压/真空活塞泵。泵10一般地包括一安装有一电机14的外壳12，电机14带有一可转动的驱动轴16，其沿轴线17延伸进入外壳12内的曲柄箱18。轴16安装有一风扇20和活塞24的连接杆22，活塞24具有一扩放的圆形头部26，其设置在外壳12内的气缸28的内部，以大致地垂直于轴16，即，轴线17基本上垂直于气缸28的中心线29。活塞皮碗密封件30被捕获在头部26和保持件32之间。活塞皮碗密封件30的尺寸做成：随着活塞24因轴16的转动而上下往复运动，可滑动地密封抵靠气缸28的内直径。一具有合适的进口和由薄的金属挡板阀(未示出)控制的排气阀(未示出)的阀板34安装在外壳12的顶侧，并密封抵靠气缸28的顶端36。一阀头38安装在阀板34上，并具有进气40和排气43接头，用来如所要应用所需地连接进气和排气管线(未示出)。

如图1-3所示，一泄漏开口44，较佳地是一单一的钻孔，横向地延伸穿过气缸28的壁，在气缸28的内部和外壳12的内部之间提供连通。泄漏开口44位于气缸28顶端36附近，这样，如图2所示，在大部分(事实上，几乎全部)的活塞冲程中，其定位在活塞24和阀板34之间。在一较佳的位置，泄漏开口44这样定位：其中心线45位于一包含轴线17和气缸28的中心线29的平面内，并与轴线17平行，与气缸中心线29垂直。泄漏开口44还较佳地定位成：活塞皮碗密封件30位于其下方，除了当活塞24如图3所示靠近上死点(即，其最高位置)时之外，在此点上，活塞皮碗30越过泄漏开口44，并关闭与工作室的连通。这样，在绝大部分时间内，泄漏开口44位于活塞头26的工作侧，仅在位于或非常靠近上死点时位于活塞头26的非工作侧。换句话说，当曲柄角近似在10至350度之间时，泄漏开口44位于活塞头26上方。这允许泄漏开口44在几乎整个的活塞冲程中将工作空气从气缸28中放出。然而，泄漏或排放是间歇的，其原因在于，曲柄角在上死点处或上死点附近没有泄漏。

泄漏开口44相对较小(与气缸28的体积相比)，于是，在泵10以较高速度稳态工作的过程中，可实现足够压力或真空，以提供高的流量。然而，当泵10断电或如起动时那样低速操作时，泄漏开口44将允许气缸28内的工作空气快速地排出气缸，这样，活塞24的往复运动就较少受阻，由此，允许用低转矩电机进行重新起动。而且，由于对活塞的大部分冲程，泄漏开口44位于活塞24的工作侧，所以，当泵10停止时，活塞皮碗30将十分可能位于泄漏开口44的下方，从而允许排出气缸28内的压缩空气以备下一次的再起动。此外，当泵10停止且活塞24停止被电机的驱动时，气缸28内残余的工作空气起到迫使活塞24向下到达或邻近下死点的作用。这使得泄漏开口44与气缸28的工作室的连通甚至变得更加可能。因此，泄漏开口44将一致地提供必要的排气功能，以使即便采用一低转矩的电机，也可确保泵一致的重新起动。

在一优选的应用中，泵10使用一低转矩电机，该电机提供8 oz.-ft的起动转矩，并且泵10在约60psi下提供约0.5CFM输出流量。气缸28具有一2.25英寸的内直径和0.125英寸的壁厚。活塞冲程约为0.32英寸。在此情形中，泄漏开口44较佳地是直径不大于约0.1英寸，直径更为较佳地约为0.05英寸。泄漏开口44较佳地位于气缸28的顶端36的约0.5英寸内，更为较佳地离顶端36小于约0.2英寸，并且当活塞24位于上死点时，在活塞皮碗密封件30下方不大于约0.1英寸，较佳地是约0.05英寸。以上尺寸取自泄漏开口44的水平中心线。

应该指出的是，这只是一优选泵应用的一个实例。泄漏开口44的尺寸可以不同，并对于不同尺寸的气缸、操作压力和/或流量要求，可位于离气缸28的顶端36更近或更远的距离处。不管这些参数如何，泄漏开口44尺寸上应是类似的数量级，并应更靠近气缸的顶端、而非相对(底)端。

如上所述，泄漏开口44与驱动轴线17对齐，业已发现这可提供最大的流量(比泄漏开口垂直于轴线定位的情形，大约高25％)。根据经验也还确定，在增加再起动可靠性的同时，将泄漏开口44设置得较低(进一步远离气缸28的顶部和上死点处的活塞皮碗密封件30)时，会显著地减小泵的输出流量。一般来说，泄漏开口44的位置与活塞冲程无关。泄漏开口44的直径可根据应用的流量要求进行变化，较佳地保持最小的直径，以防止碎片阻塞泄漏开口44。一般来说，增加泄漏开口44的直径将提高再起动的可靠性，但减小泵的流量。

为了公开一实用的可操作的结构，以便可有利地实践本发明，已对本发明的一说明性的实施例进行了详细的描述。然而，所述装置仅旨在说明，在不脱离本发明范围的前提下，本发明的新颖的特征可被包括在其它结构形式中。例如，泄漏开口44的精确的尺寸和位置可根据流量和应用的压力要求进行变化。此外，尽管以上只描述和示出一单一的泄漏开口，气缸来在其中的不同部位处具有多个泄漏开口也是落入本发明的保护范围的。此外，尽管描述了一60psi的应用，但再起动可靠性和流量的提高可在100psi或以上的更高的压力或真空应用中得以实现。

Claims (10)

1.在这样一种活塞泵中，其具有一形成一内腔的外壳，内腔中设置一限定一圆柱形通道的气缸，一活塞头可在该通道内作往复运动，以变化气缸工作室的体积，改进在于，气缸具有一泄漏开口，其在活塞冲程的至少一部分过程中，提供工作室和周围大气压力之间的连通。

2.如权利要求1所述的改进，其特征在于，泄漏开口对于活塞冲程大部分过程是位于活塞头和阀头之间的。

3.如权利要求2所述的改进，其特征在于，泄漏开口位于靠近气缸顶端处。

4.如权利要求3所述的改进，其特征在于，泄漏开口位于离气缸顶端的小于约0.2英寸处。

5.如权利要求4所述的改进，其特征在于，活塞头包括一与气缸内直径滑动配合的活塞皮碗密封件，其中，泄漏开口的中心在活塞位于上死点时，位于在活塞皮碗密封件下方不大于约0.1英寸处。

6.如权利要求5所述的改进，其特征在于，泄漏开口的中心在活塞位于上死点时，位于活塞皮碗上方约0.05英寸处。

7.如权利要求1所述的改进，其特征在于，泄漏开口的直径小于约0.1英寸。

8.如权利要求7所述的改进，其特征在于，泄漏开口的直径约为0.05英寸。

9.如权利要求1所述的改进，其特征在于，活塞连接到一沿轴线延伸的驱动轴上，其中，泄漏开口具有一中心线，其位于一包含轴线和气缸中心线的平面内。

10.如权利要求9所述的改进，其特征在于，泄漏开口的中心线与轴线平行，且与气缸中心线垂直。

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