SE520389C2

SE520389C2 - Pressure operated liquid displacement pump, comprises tubular casing containing flexible membrane hose and ring shaped balloon

Info

Publication number: SE520389C2
Application number: SE0003352A
Authority: SE
Inventors: Stefan Larsson
Original assignee: Stefan Larsson
Priority date: 2000-09-20
Filing date: 2000-09-20
Publication date: 2003-07-01
Also published as: SE0003352L; SE0003352D0

Abstract

A liquid under pressure is supplied in pulses to a contact surface between an outer tubular casing (4) and an inner hose-like flexible membrane (6). A ring-shaped balloon (11) is evacuated through an outlet during local compression (12) of the membrane and discharge of a volume of liquid surrounded by the membrane. An Independent claim is also included for a liquid displacement method using the pump.

Description

25 30 520 389 2 Ovanstående syften möts i en medelst ett tryckmedium driven pump för deplacering av vätska uppvisande särdragen av patentkrav 1. Fördelaktiga utföringsformer av uppfinningen framgår av underordnade patentkrav. 520 389 2 The above objects are met in a pump driven by a pressure medium for displacement of liquid having the features of claim 1. Advantageous embodiments of the invention appear from subordinate claims.

UPPFINNINGEN I SAMMANDRAG Enligt uppfinningen anvisas i korthet ett deplacerande don eller en pump vari ett slangformat, flexibelt membran stötvis bringas till lokal radiell kompression genom en radiellt och axiellt avgränsad blåsa vars rörelse utmed membranet medbringar en av membranet omsluten vätskepelare, varefter bläsan utrymmer via ett utlopp.THE INVENTION In summary .

Uppﬁnningen beskrivs närmare nedan i anslutning till ett utföringsexempel som visas i bilagda schematiska ritningar, vari Fig. 1 visar ett längdtvärsnitt genom den uppfinningsenliga pumpen i viloläge; Fig. 2 visar en fig. l motsvarande vy i ett inledningsskede av komprimeringssteget, och Fig. 3 visar en ﬁg. 1 motsvarande vy i ett slutskede av komprimeringssteget.The invention is described in more detail below in connection with an exemplary embodiment shown in the accompanying schematic drawings, in which Fig. 1 shows a longitudinal section through the pump according to the invention in idle position; Fig. 2 shows a Fig. 1 corresponding view in an initial stage of the compression step, and Fig. 3 shows a ﬁ g. 1 corresponding view in a final stage of the compression step.

DETALJERAD BESKRIVNING AV UPPFINNINGEN Med hänvisning till ritningsfigurerna visas schematiskt i fig. 1 ett axiellt tvärsnitt genom pumpen enligt uppfinningen i ett viloläge.DETAILED DESCRIPTION OF THE INVENTION Referring to the drawing figures, Fig. 1 shows schematically an axial cross-section through the pump according to the invention in a rest position.

I nedanstående beskrivning skall med uttrycket "pump" förstås en anordning eller ett don som är verksamt för att alstra en relativ rörelse mellan donet och en av donet omsluten vätskevolym.In the following description, the term "pump" is understood to mean a device or a device which is operative to generate a relative movement between the device and a volume of liquid enclosed by the device.

Pumpen 1 beskrivs nedan i anslutning till en specifik tillämpning avsedd för uppfordring av vätska från ett vätskemagasin, och är i driftläget lämpligen nedsänkt i vätskan för att ha en väsentligen stående orientering. Pumpen io 15 20 25 30 520 389 3 har en nedre inloppsände eller sugsida 2 och en övre utloppsände eller trycksida 3. Pumpen 1 innefattar ett rörformat eller cylindriskt hus 4 med en inre yta 5. Huset 4 omsluter ett slangformat, ﬂexibelt membran 6.The pump 1 is described below in connection with a specific application intended for requesting liquid from a liquid magazine, and in the operating position is suitably immersed in the liquid in order to have a substantially standing orientation. The pump io 15 20 25 30 520 389 3 has a lower inlet end or suction side 2 and an upper outlet end or pressure side 3. The pump 1 comprises a tubular or cylindrical housing 4 with an inner surface 5. The housing 4 encloses a hose-shaped, visible membrane 6.

Membranet 6 kan med fördel utgöras av en gummislang, eller vara framställt av syntetmaterial. Membranet 6 har ett nedre inlopp 7 vilket i driftläget står i ﬂödesförbindelse med vätskemagasinet, och ett övre utlopp 8 varifrån den uppfordrade vätskan bortleds.The membrane 6 can advantageously consist of a rubber hose, or be made of synthetic material. The diaphragm 6 has a lower inlet 7 which in the operating position is in ﬂ communication with the liquid magazine, and an upper outlet 8 from which the requested liquid is diverted.

Membranet 6 ansluter tryck- eller lufttätt mot husets insida 5 och är fixerat mot insidan i dess inlopps- och utloppsändar 7 respektive 8. I viloläget omsluter membranet en vätskepelare, vilken medverkar till att pressa membranet i anliggning mot husets insida 5. Det inses därvid att trycket i vätskepelaren är högre i pelarens nedre ände än i den övre, när pumpen har en stående orientering.The diaphragm 6 connects pressure- or air-tight to the inside 5 of the housing and is fixed to the inside of its inlet and outlet ends 7 and 8, respectively. the pressure in the liquid column is higher in the lower end of the column than in the upper one, when the pump has a standing orientation.

Ett inlopp 9 för införing av en under tryck stående fluid är format genom husets vägg i närhet av membranets nedre anslutning till husets insida. Ett utlopp 10 är på motsvarande sätt format i närhet av membranets övre anslutning till husets insida. Den trycksatta ﬂuiden är företrädesvis en gas såsom tryckluft, men kan även vara en under tryck stående vätska.An inlet 9 for introducing a pressurized fluid is formed through the wall of the housing in the vicinity of the lower connection of the membrane to the inside of the housing. An outlet 10 is similarly formed in the vicinity of the upper connection of the membrane to the inside of the housing. The pressurized liquid is preferably a gas such as compressed air, but can also be a pressurized liquid.

Ett ej visat drivorgan för pumpen 1 är anslutet till inloppet 9. Företrädesvis tillhandahålls tryckluft från en kompressor för att driva pumpen 1 via en pulsgenerator innefattande en ackumulatorkammare och en ﬁäderbelastad ventil med reglerbar förspänning. Genom inställning av fjäderförspänningen bringas ventilen att öppna då det inställda trycket ackumulerats i kammaren, för att avge en tryckpuls till pumpen.A drive means (not shown) for the pump 1 is connected to the inlet 9. Preferably, compressed air is provided from a compressor for driving the pump 1 via a pulse generator comprising an accumulator chamber and a spring-loaded valve with adjustable bias. By adjusting the spring bias, the valve is caused to open when the set pressure has accumulated in the chamber, to deliver a pressure pulse to the pump.

Tryckpulsen införs via inloppet 9 till kontaktytan mellan husets insida 5 och membranet 6. Den trycksatta ﬂuiden fångas därvid till en ringformad blåsa 11, se ﬁg. 2 och 3, vilken radiellt begränsas av husets vägg och axiellt begränsas av membranets anliggning mot husets inre yta, ovanför och nedanför blåsan ll. Genom det högre trycket i ﬂuiden komprimeras 10 15 20 25 30 520 389 4 membranet radiellt, varvid membranets elasticitet företrädesvis väljs så att den omslutna vätskepelaren fullständigt avsnörs i en midja 12 väsentligen mittför blåsan 11.The pressure pulse is introduced via the inlet 9 to the contact surface between the inside 5 of the housing and the diaphragm 6. The pressurized ﬂ uid is then captured to an annular bladder 11, see ﬁ g. 2 and 3, which is radially bounded by the wall of the housing and axially bounded by the abutment of the membrane against the inner surface of the housing, above and below the bladder 11. Due to the higher pressure in the fluid, the membrane is compressed radially, the elasticity of the membrane preferably being chosen so that the enclosed liquid column is completely constricted in a waist 12 substantially opposite the bladder 11.

Blåsan 11 strävar att röra sig i riktning av utloppet 10, för att slutligen utrymma via utloppet. Härvid bidrar den tryckskíllnad som i vätskepelaren råder mellan blåsans övre sida eller trycksida 2, och dess undre sida eller sugsida 3. Vid blåsans rörelse eller stigning förflyttas midjan 12 så att trycksidans vätskepelare medbringas i riktning av membranets utlopp 8, samtidigt som ytterligare vätska sugs upp i membranet genom inloppet 7.The bladder 11 tends to move in the direction of the outlet 10, to finally escape via the outlet. The pressure difference which prevails in the liquid column between the upper side or pressure side 2 of the bladder and its lower side or suction side 3 contributes to this. in the membrane through the inlet 7.

Nya tryckpulser leds successivt in i pumpen i en hastighet som membranets elasticitet tillåter med bibehållen separation av de stigande blåsorna av tryckluft, eller under tryck stående gas eller vätska.New pressure pulses are successively introduced into the pump at a rate that the elasticity of the diaphragm allows while maintaining the separation of the rising bubbles of compressed air, or pressurized gas or liquid.

En backventil är företrädesvis anbringad i pumpens inloppsände för att förhindra återﬂöde av vätska i pumpens viloläge. Enligt uppfinningen anvisas en klaffventil med flexibla klaffar vilka öppnar sig i pumpsteget för att medge uppsugning av vätska i pumpen. En mjukt verkande klaffventil som utjämnar tryckstötar eventuellt framkallade av det moment som alstras på blåsans sugsida kan med fördel innefatta ett slangformat, flexibelt element, vilket i inloppsänden är format till en cirkulär öppning och i utloppsänden är format till två plana klaffar som i vilosteget sammanpressas genom trycket av den i pumpen stående vätskepelaren.A non-return valve is preferably fitted at the inlet end of the pump to prevent re-flow of liquid in the rest position of the pump. According to the invention, a flap valve is provided with flexible flaps which open in the pump stage to allow suction of liquid in the pump. A soft-acting flap valve which compensates for pressure shocks possibly caused by the torque generated on the suction side of the bladder may advantageously comprise a hose-shaped, flexible element, which at the inlet end is formed into a circular opening and at the outlet end is formed into two flat flaps the pressure of the liquid column in the pump.

Denna ventil är okänslig för sand och andra föroreningar som kan förekomma i vätskan.This valve is insensitive to sand and other contaminants that may be present in the liquid.

Pumpen enligt uppfinningen uppvisar företrädesvis ett koniskt cylindriskt hus och membran med mot utloppsänden avtagande radie. Genom den koniska formen understöds blåsans förmåga att komprimera membranet och bibehålla sitt deplacerande moment i pumpens längdriktning.The pump according to the invention preferably has a conical cylindrical housing and diaphragm with a radius decreasing towards the outlet end. The conical shape supports the bladder's ability to compress the diaphragm and maintain its displacement moment in the longitudinal direction of the pump.

Utföringsexemplet innefattar ett rotationssymmetriskt hus 4 med ett koniskt och mot utloppsänden avsmalnande mittparti som i ändarna ansluter till 10 15 20 25 30 520 389 5 cylindriska och utvändigt gängade samt rakt cylindriska ändpartier. Ett ﬂexibelt slangformat membran 6 är format för att inpassas i tät anliggning mot husets insida, varvid runtom gående valkar 13 är formade på membranets utsida för att i monterat läge vila i spår 14, formade invändigt i husets cylindriska partier. En låsring 15 fixerar membranets utloppsände mot huset med hjälp av en rörformad insats 16, vars yttre ände är formad för tillkoppling av ett rör eller en slang (ej visat). En läsring 17 fixerar på motsvarande sätt membranets inloppsände med hjälp av en rörformad insats 18. I utföringsexemplet mynnar utloppet 9 med sin inre ände i ett husets insida runtom gående spår 19 varmed den införda tryckpulsen initialt leds runt membranet för en symmetrisk kompression av membranet.The exemplary embodiment comprises a rotationally symmetrical housing 4 with a conical and tapered middle portion towards the outlet end which connects at the ends to cylindrical and externally threaded and straight cylindrical end portions. An external hose-shaped membrane 6 is formed to fit in close abutment with the inside of the housing, circumferential ridges 13 being formed on the outside of the membrane to rest in mounted position in grooves 14 formed inside the cylindrical portions of the housing. A locking ring 15 fixes the outlet end of the membrane against the housing by means of a tubular insert 16, the outer end of which is formed for connecting a pipe or a hose (not shown). A reading ring 17 correspondingly fixes the inlet end of the diaphragm by means of a tubular insert 18. In the exemplary embodiment, the outlet 9 opens with its inner end into an inner circumferential groove 19 of the housing, whereby the inserted pressure pulse is initially guided around the diaphragm for symmetrical compression of the diaphragm.

Uppfinningen har här visats principiellt och i anslutning till ett schematiskt utfört utföringsexempel. Uppfinningens grundtanke är att en tryckpuls sammanhålls i en blåsa som under rörelse i ett begränsat utrymme lokalt komprimerar ett flexibelt membran för att sätta en i membranet stående vätska i rörelse. Uppfinningen kan varieras utan att uppfinningstanken frångås, exempelvis behöver membranets övre ände inte vara fixerad i det omgivande huset utan blåsan kan medges att där utrymma i den i rörelse bringade vätskan.The invention has been shown here in principle and in connection with a schematically embodied embodiment. The basic idea of the invention is that a pressure pulse is held together in a bladder which, while moving in a limited space, locally compresses a flexible membrane in order to set a liquid standing in the membrane in motion. The invention can be varied without departing from the inventive concept, for example the upper end of the membrane need not be fixed in the surrounding housing but the bladder can be allowed to escape there in the agitated liquid.

Det inses att pumpen enligt uppfinningen alstrar en relativ rörelse mellan pumpen och den i pumpen stående vätskan. Det har därvid genom praktiska försök visat sig, att pumpens funktion inte är beroende av en lodrät eller väsentligen lodrät orientering. Sålunda har pumpen visat sig uppnå en verksam deplacerande effekt också i ett väsentligen vågrätt läge, genom verkan av det moment som på sugsidan alstras av det inledande komprimeringssteget. Pumpens deplacerande verkan kan därför genom lämplig utformning utnyttjas för att i ett stillastående medium istället frambringa en relativ rörelse mellan pump och vätska, som resulterar i en framdrivning av pumpen i vätskan. 10 15 520 389 6 Det inses även att pumpens effekt är beroende av arbetsdjupet och därmed sammanhängande tryck i vätskemagasinet, trycket av den drivande ﬂuiden, membranets längd och diameter samt tjocklek och elasticitet. Här kommer inte att ges några riktlinjer då fackmannen lätt kan prova sig fram till en för varje applikation lämplig styrning av dessa parametrar. Såsom exempel skall endast nämnas att en pump i den visade utföringsformen, med en utloppsdiameter om 25 mm vid ett arbetstryck om 2 bar i den drivande ﬂuiden förmår tillhandahålla en lyfthöjd om ca 5 meter från ett vattenmagasin vari pumpen är nedsänkt. Flödesmängden varieras genom pulshastigheten, som i sintur begränsas av membranets förmåga att separera de formade blåsorna av drivmedium. Det kan därvid i många applikationer vara gynnsamt att membranets längd och elasticitet väljs för att medge två eller ﬂera på varandra följande pulser att samtidigt verka mot membranet för en kontinuerlig verkan hos pumpen.It will be appreciated that the pump according to the invention generates a relative movement between the pump and the liquid in the pump. It has thereby been shown by practical experiments that the function of the pump is not dependent on a vertical or substantially vertical orientation. Thus, the pump has been found to achieve an effective displacing effect also in a substantially horizontal position, by the action of the torque generated on the suction side by the initial compression step. The displacing action of the pump can therefore be used by suitable design to instead in a stationary medium produce a relative movement between pump and liquid, which results in a propulsion of the pump in the liquid. It will also be appreciated that the power of the pump depends on the working depth and associated pressure in the fluid reservoir, the pressure of the driving surface, the length and diameter of the diaphragm and the thickness and elasticity. No guidelines will be given here as those skilled in the art can easily test themselves for a control of these parameters suitable for each application. As an example, it should only be mentioned that a pump in the embodiment shown, with an outlet diameter of 25 mm at a working pressure of 2 bar in the driving ﬂ uiden is able to provide a lifting height of about 5 meters from a water reservoir in which the pump is immersed. The flow rate is varied by the pulse rate, which in centrifugation is limited by the ability of the membrane to separate the formed bubbles of propellant. In many applications, it can be advantageous for the length and elasticity of the diaphragm to be chosen to allow two or ﬂ consecutive pulses to act simultaneously against the diaphragm for a continuous action of the pump.

Claims

10 15 20 25 520 389 7 PATENT REQUIREMENTS

A pump for displacing liquid, comprising a hose-shaped and visible membrane (6) which in the pump direction has an inlet (7) and an outlet (8), which membrane is at least in the vicinity of its inlet (7) pressure-tight fixed (13, 14) towards the inside of a housing (4) surrounding the diaphragm comprising an inlet (9) arranged in the region of an inlet end (3) of the pump for insertion of a pressurized drive ﬂ out between the diaphragm (6) and the surrounding housing (4) ), and an outlet for drive ﬂ uid arranged in the area of an outlet end (2) of the pump, characterized in that the diaphragm is dimensioned to abut with its outside in contact position against the inside (5) of the housing, and that the diaphragm has a elasticity which allows the diaphragm to be brought into local radial compression (12) by means of pulsed drive för uid in order to axially limit the drive iden uiden inserted in the space between the diaphragm and the housing into a bladder (11), the rise of the bladder along the diaphragm to the drive ﬂ uid outlet displacing them t compressed the portion (12) while generating a relative movement between the pump and a volume of liquid enclosed by the diaphragm.

Pump according to Claim 1, characterized in that the inlet (9) for drive ﬂ uid opens into a groove (19) arranged on the inside of the housing.

Pump according to Claim 1, characterized in that the housing (4) has an opening (10) in the region of the outlet end (2) of the pump, through which the space is driven.

Pump according to Claim 1, characterized in that the outlet end (8) of the diaphragm is not axed towards the inside of the housing, so that the drive is allowed to escape between the upper end edge of the diaphragm and the surrounding housing, in the displaced liquid.

Pump according to Claim 1, characterized in that the diaphragm (island) and the housing (4) are at least partially conically cylindrical and have decreasing radii towards the outlet end (2) of the pump.

Pump according to claim 1, characterized in that the drive fluid is pulse-fed into the housing via a pulse generator connected to an air compressor comprising an accumulator chamber and a spring-loaded pulse valve with adjustable bias voltage.

Pump according to Claim 1, characterized by a non-return valve arranged in the inlet end (3) of the pump and designed with ﬂ visible flaps.

Use of a pump according to claim 1 for propelling the pump in a liquid.