SE437068B - Membranpump - Google Patents

Description

7714413-7 kPa, kunna åstadkomma vätsketryck uppgående till åtskilliga MPa. Vid en god membranpump krävs det därför att de av trycket förorsakade spänningarna över membranet hålls vid ett minimum under membranets fram- och återgående rörelser.

Ett annat problem som måste beaktas vid konstruktion av en membranpump är reglering av membranets medelutböjningsläge. I ett idealläge böjs membranet ut framåt och bakåt ett stycke lika med slaglängden för driv- kolven, och denna utböjning bestäms från ett "vilo"-läge vanligen av den omkretslinje, där membranets kant är fastsatt i pumpen. I den ut- sträckning som hydrauloljevolymen i den slutna kammaren, som avgränsas av drivkolven vid ena änden och av membranet vid den andra änden, kan hållas vid en konstant "ideal" volym, kommer membranutböjningen alltid att ske mellan samma främre och bakre lägen. I en verklig situation kan vätskevolymen i den oljefyllda kammaren öka utöver den "idela" volymen, varigenom membranet bringas att böja ut kring ett medelläge som avviker från medelläget vid "vilo"-läge. Då medelutböjningsläget ändras, blir resultatet ökad påkänning på membranet, eftersom membra- nets runtomgående kant förblir fastsatt i pumpen, men det maximala utböjningsavståndet förflyttas längre från denna linje. Om denna ef- fekt inte regleras, kan den leda till att membranet går sönder.

Tidigare försök att minska krafterna över membranet har alltid resul- terat i reglerventiler i vardera av slagets båda rörelseriktningar.

Teknik och anordningar har åstadkommits för att sänka ett alltför stort oljetryck under tryckslaget och för att fylla på oljevolymen under re- turslaget, eller alternativt avlasta och sänka trycket på den pumpade vätskan.

Ett annat problem som behandlats inom känd-teknik är apparaten för att åstadkomma en fram- och återgående rörelse för membranet. Ett stort antal kolvdrivna anordningar har föreslagits, vilka har drivits av vev- stakar, vingelskivor, kammar och andra drivkällor som ger en fram- och återgående rörelse.

Syftet med uppfinningen är att öka pumpförmágan och minska membran- slita9e och problem med membranbrott.

Detta uppnås enligt uppfinningen därigenom att drivmekanismen för kol- ven och oljevolymreglermekanismen omfattar: 7714413-7 a) en roterbar vevaxel med en excentriskt belägen kam, b) en med kammen samverkande lagersko, som har en för samverkan med kolven avsedd lageryta, varvid lagerskon har ett oljespår längs sin med kammen samverkande yta och har en oljeport mellan nämnda spår och den med kolven samverkande lagerytan, och c) en igenom kolven löpande oljeport, som mynnar i den kolvyta som är i kontakt med nämnda lageryta, varigenom oljeporten i kolven och oljeporten i lagerskon är anordnade att bringas i linje med varand- ra under varje arbetscykel för kolven.

Härigenom säkerställs att en bestämd oljemängd från den oljefyllda kammaren kan strömma ut en gång under varje kolvslag, varigenom erhålls en nominell arbetsoljevolymreferens för att reglera den maximala övre gränsen för den invändiga oljevolymen, varigenom membranets medelut- böjningsläge kan regleras för att reglera den maximala påkänningen på membranet.

Uppfinningen förklaras i det följande närmare med hjälp av ett på bi- fogade ritning visat utföringsexempel, där fig. 1 visar en sprängskiss av en membranpump med en anordning enligt uppfinningen, fig. 2 visar ett tvärsnitt igenom en anordning enligt uppfinningen, fig. 3 visar en perspektivvy av lagerskon underifrån, fig. 4 visar i tvärsnitt en ändvy av en membranpump, fig. 5A visar uppfinningen vid kolvens returläge. fig. SB visar uppfinningen vid kolvens framåtgående rörelse, fig. 5C visar uppfinningen vid kolvens främre läge och fig. 5D visar uppfinningen vid kolvens returrörelse.

I fig. 1 visas en sprängskiss av uppfinningen, varvid komponenterna flyttats ut i axiell led. En membrampump 10 har en enda cylinder 14 och en i denna fram- och återgående kolv 18. Andra likvärdiga utföran- den kan utgöras av membranpumpar med flera cylindrar, med i huvudsak samma arbetsegenskaper som beskrivs i fortsättningen. Kolven 18 belas- tas inåt i riktning mot en drivaxel 36 med hjälp av en fjäder 20, som är belägen inuti kolven 18 och hålls på plats av pumpkammarhuset 12.

Pumpkammarhuset 12 är fastsatt vid pumpen 10 med hjälp av bultar 22, som är iskruvade i gängade hål 23.

Drivaxeln 36 är insatt i en urborrning 16 i membranpumpen och är ro- .7714413-7 terbart lagrad i bussningar 25 och 27. Lagerytor 26 och 28 bildar ett lager, på vilket drivaxeln 36 kan rotera i bussningarna. En lagersko 32 har en undre krökt yta, som passar mot vevslängen 30, som är ex- centriskt belägen i förhållande till drivaxelns 36 längdaxel. Ovan- sidan 34 på lagerskon 32 ligger an mot undersidan av kolven 18 och är i god kontakt med denna. Då drivaxeln 36 ansluts till en lämplig drivkälla, såsom t.ex. en elektrisk motor, ger vevslängen 30 kolven 18 en fram- och återgående rörelse, varvid den roterande rörelsen hos vevslängen 30 omvandlas till en fram-och âtergâende rörelse med hjälp av lagerskon 32.

Fig. 2 visar uppifrån ett tvärsnitt längs axellinjen för drivaxeln 36 och kolven 18. Bussningarna 25 och 27 är insatta i urborrningen 16 och uppbär drivaxeln 36. Lagerskon 32 är belägen mellan vevslängen 30 och kolven 18. En port 21 löper igenom änden på kolven 18 och förbin- der lagerytan 34 och oljetryckkammaren 24 intill kolven 18 med varand- ra. Porten 21 möjliggör kommunikation mellan den oljefyllda kammaren 24 och behållaren 11, såsom kommer att beskrivas längre fram. Under normala förhållanden råder atmosfärtryck i oljebehållaren 11, som är ventilerad via ett oljepâfyllningslock 13 eller på annat sätt.

Fig. 3 visar i en perspektivvy underifrån lagerskon 32. En rundad yta 33 är avsedd att passa till vevslängen 30. Ett oljespâr 37 löper från en kant på lagerskon 32 till åtminstone ett ställe som är i förbindel- se med en port 35, som löper igenom lagerskon 32 och mynnar i ovansi- dan 34. I ett föredraget utförande är porten 35 riktad längs en icke radiell linje från ytan 33 av skäl som kommer att beskrivas längre fram Lagerskon 32 är lämpligen gjord av brons eller annat standardmaterial som används i dylika sammanhang. Oljespåret 37 kan sträcka sig längs hela ytan 33 och därigenom bilda en smörjkanal-för bättre smörjning av vevslängen 30 och undersidan av lagerskon 32, samt för att bilda en avlastningspassage för olja i kammaren 24.

Fig. 4 visar från änden ett tvärsnitt igenom membranpumpen längs cent- rum för kolven 18 och cylindern.Drivaxeln 36 antages rotera i den av pilen visade riktningen, och vevslängen 30 rör sig därför i en sådan riktning, att kolven 18 tvingas nedåt i ett tryckslag. Porten 35 är förskjuten i sidled relativt kolvporten 21, men då drivaxeln 36 fort- sätter att rotera, förflyttas porten 35 så att den kommer i linje med kolvporten 21 vid något ställe under kolvens slag. I det föredragna 7714413-7 utförandet kommer porten 21 att för första gången sammanfalla med por- ten 35, då drivaxeln 36 är i ett läge flera grader förbi det övre vänd- läget för kolven 18. Tidsmässigt inträffar detta alldeles efter det att kolven 18 påbörjat sitt returslag. W Fig. 4 visar även membranet 40 och slidventilen 42 i fullt tillbakafört läge, vilket inträffar, då ansatsen 100 stöter emot stoppet 101 och kolven 18 drages in till bottenläge, vilket inträffar då vevslängen 30 befinner sig vid sitt undre vändläge. Då dessa komponenter är i dessa lägen, har den volym som avgränsas i kammaren 24 och begränsas av mem- branet 40, ventilen 102, ventilen 45 och kolven 18, ett värde V, som i fortsättningen kommer att benämnes den “ideala“ volymen V. Under op- timala arbetsförhållanden är denna volym helt fylld med hydraulolja, och därför är den "ideala" oljevolymen alltid V. Då kolven 18 rör sig fram och åter, förflytter den denna oljevolym och försätter därmed membranet i rörelse fram och åter, och i den utsträckning som oljevo- lymen V förblir innestängd mellan kolven 18 och membranet 40, kommer membranet 40 att böjas ut på ett repeterbart sätt tillsammans med kol- ven 18. I verkligheten läcker emellertid en liten mängd olja förbi kolven 18 och ut igenom backventilerna 45 och 102, varigenom den invän- diga oljevolymen reduceras till V - v. Därför måste en oljevolym v fyl- las på i kammaren 24 för att bibehålla förmågan för membranet 40 att pumpa i överensstämmelse med slaget för kolven 18.

Päfyllning av oljevolymen v sker via slidventilen 41 och backventilen 45. Eftersom slidventilen 42 är fästad vid membranet 40, rör den sig i förhållandet 1:1 med membranet mellan ett främre läge definierat av den streckade konturen för membranet 40 och ett bakre läge som in- träffar, då ansatsen 100 kommer i kontakt med stoppet 101. Då olje- volymen i kammaren 24 minskar till ett värde V - v, kommer ansatsen 100 att komma i kontakt med stoppet 101, innan kolven 18 når sitt bak- re läge. Den fortsatta bakâtgående rörelsen för kolven 18 ger upphov till ett i förhållande till i oljebehållaren 11 negativt tryck i kam- maren 24, varigenom backventilen 45 öppnar och släpper in olja från be- hållaren 11 till kammaren 24 via passagen 44, som öppnas av slidventi- len 42. Under optimala förhållanden uppgår den i kammaren 24 på detta sätt insläppta oljemängden till v, varigenom den totala oljevolymen i kammaren 24 återställs till värdet V. Då kolven 18 ändrar sin rörelse- riktning och påbörjar sitt tryckslag, bildas ett positivt tryck i kam- maren 24 relativt backventilen 45, varigenom backventilen 45 stängs 7714413-7 och oljan stannar kvar i kammaren 24. Fortsatt rörelse för kolven 18 under tryckslaget tvingar membranet 40 framåt och slidventilen 42 stänger passagen 44. Detta senare särdrag säkerställer att ett nega- tivt tryck i kammaren 24 kan öppna backventilen 45 endast då ansatsen 100 är i kontakt med stoppet 101, vilket inträffar då slidventilen 42 är i ett sådant läge, att passagen 44 öppnas.

Den föregående beskrivningen anger funktionen för slidventilen 42 och backventilen 45 under optimala arbetsförhållanden. Man har emellertid funnit att under vissa dynamiska arbetsförhållanden tenderar dessa ven- tilmekanismer att släppa in för mycket olja i kammaren 24, och en grad- vis uppbyggnad av en alltför stor oljevolym inträffar. Detta tros för- orsakas av en kombination av olika faktorer, inkluderande de dynamiska egenskaperna hos slidventilen 42 och backventilen 45. Resultatet av denna ökning till alltför stor oljevolym i kammaren 24 är att medelut- böjningsläget för membranet 40 tenderar att flyttas i riktning mot ytan 47. Utan korrigering kommer den gradvisa flyttningen av membranets me- delutböjningsläge att öka påkänningen på membranet 40, med membranbrott såsom slutresultat. Genom att emellertid porten 35 kommer att befinna sig i linje med porten 21 under varje kolvcykel erhålls en automatisk oljevolymavlastning för kammaren 24, varigenom säkerställs att någon extra oljemängd inte kan samlas. Den i kammaren 24 samlade överskotts- oljan avlägsnas under den korta tidsperiod,dåpcmünna 21 och 35 befin- ner sig i linje med varandra, kort efter avslutat tryckslag för kolven.

Storleken av den mängd olja som passerar igenom dessa portar bestäms av nettotrycket i kammaren 24 och eftersom detta tryck tenderar att öka, tenderar även den avlägsnade oljemängden att öka. Tvärsnittsare- an i portarna 21 och 35 väljs för att avlägsna tillräckligt mycket vätska från kammaren 24 för att membranet 40 skall kunna återvända till sitt stopp under returslaget för kolven 18. Den vätskevolym som passe- rar igenom dessa portar är faktiskt större än vad som skulle vara nöd- vändigt under normala arbetsförhållanden, med resultatet att en viss mängd olja fylls på via backventilen 45 under varje returslag för kol- ven 18. Genom att emellertid utforma portarna 21 och 35 på detta sätt undviks den tidigare nämnda flyttningen av membranets medelutböjnings- läge, och membranet förskonas från de ofördelaktiga spänningar som an- nars skulle uppstå. Eftersom portarna 21 och 35 kommer i linje med var- andra först sedan kolven passerat sitt främsta läge under tryckslaget, förloras inte någon pumpförmåga. Den maximalt tillåtna tvärsnittsarean för portarna 21 och 35 måste vara mindre än den effektiva arean hos 7714413-7 strömningsvägen igenom påfyllningsbackventilen 45, ty om portarna skulle göras större, skulle mer olja avlägsnas via dem än vad som skulle fyllas på via backventilen 45.

Fig. SA visar kolven 18 i helt tillbakafört läge, vilket är samma lä- ge som visas i fig. 4. Drivaxeln 36 roterar i pilens riktning, och lagerskon 32 förflyttas i sidled relativt kolven 18. Fig. SB visar kolven 18 halvvägs under sitt tryckslag, och lagerskon 32 börjar att röra sig i sidled åt motsatt håll, så att portarna 21 och 35 föres mot ett läge, där de befinner sig i linje med varandra. Fig. 5C visar kol- ven 18 i det främsta läget under tryckslaget, och porten 35 på lager- skon 32 börjar just att komma i linje med porten 21 i kolven 18. Då drivaxeln 36 fortsätter att rotera, kommer porten 35 kortvarigt att be- finna sig i linje med porten 21 och åstadkommer en förbindelse via vilken överskottsolja kan avlägsnas från kolvkammaren 24. Fig. 5D vi- sar kolven 18 halvvägs under returslaget, och lagerskon 32 är förskju- ten maximalt i sidled relativt kolven 18, varvid portarna 35 och 21 inte längre sammanfaller. Nettoresultatet av denna operation är att en snabb volymminskning möjliggörs omedelbart efter det att kolven har passerat sitt främre läge, varigenom olja kan avlägsnas frân kolvkam- maren 24. Den föregående arbetssekvensen visar den speciella volym- minskande funktion hos uppfinningen som befunnits markant öka membran- livslängden i pumpar av denna typ. Eftersom oljevolymen i kolvkamma- ren minskas efter det att kolven nått sitt maximala tryckläge, påver- kas inte systemets pumpförmåga.

Uppfinningen kan även realiseras på andra sätt än vad som här visats, och det visade utförandet skall därför tolkas i belysande och inte i begränsande syfte.

Claims (8)

7714413-7 Patentkrav

1. Membranpump med en fram- och återgående kolv (18) för att alternerande trycksätta och avlasta en oljefylld kam- mare (2H) där ett membran (M0) skiljer nämnda kammare från en för vätska avsedd pumpkammare, k ä n n e t e c k n a d av att drivmekanismen för kolven och oljevolymreglermeka- nísmen omfattar: a) en roterbar vevaxel (36) med en excentriskt be- lägen kam (30), b) en med kammen samverkande lagersko (32), som har en för samverkan med kolven avsedd lageryta (33), var- vid lagerskon har ett oljespår (37) längs sin med kammen samverkande yta och har en oljeport (35) mellan nämnda spår och den med kolven samverkande lagerytan (3U), och c) en igenom kolven (18) löpande oljeport (21), som mynnar i den kolvyta som är i kontakt med nämnda lageryta (3ü), varigenom oljeporten (21) i kolven (18) och oljeporten (35) Ä lagerskon (32) är anord- nade att bringas i linje med varandra under varje arbetscykel för kolven.

2. Membranpump enligt krav 1, k ä n n e~t e c k n a d av att oljeporten (21) i kolven (18) är belägen i centrum på nämnda kolvyta.

3. Membranpump enligt krav 2, k ä n n e t e c k n a d av att oljeporten (35) i lagerskon (33) löper igenom lager- skon längs en linje som inte utgör radie till den med kam- men samverkande lagerytan (33) på lagerskon.

U. Membranpump enligt krav 3, k ä n n e t e c k n a d av att oljeporten (35) i lagerskon (32) och oljeporten (21) i kolven (18) är anordnade att sammanfalla då kolven nått ett 71714413-7 <1 läge förbi det maximala tryckslaget.

5. Membranpump enligt något av kraven 1-U, k ä n n e - t e c k n a d av att den vidare omfattar en i förbindelse med oljespåret (37) stående oljebehållare (11) samt en mellan oljebehållaren (11) och den oljefyllda kammaren (2ü) anordnad backventil (H5) som tillåter strömning in í kamma- ren (ZU) vid ett första volymflöde då en tryckskíllnad rå- der över backventilen (H5).

6. Membranpump enligt krav 5, k ä n n e t e c k n a d av att oljeporten (21) i kolven och oljeporten (35) i lagerskon är anordnade att befinna sig i linje med varandra för att åstadkomma vätskeförbíndelse sedan kolven förflyttat sig ett maximalt stycke in i den oljefyllda kammaren (24).

7. Membranpump enligt krav 6, k ä n n e t e c k n a dl av att de båda oljeportarna (21, 35) är dimensíonerade för att tillåta ett mindre volymflöde än nämnda backventil (H5).

8. Membranpump enligt något av kraven 1-1, k ä n n e t e c k- n a d av att oljespåret (37) i lagerskon sträcker sig längs hela den yta (33) På lagerskon som är i kontakt med vevaxeln.