TWI407011B - 改進型高壓流體泵裝置與其建立方法 - Google Patents

改進型高壓流體泵裝置與其建立方法 Download PDF

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Description

改進型高壓流體泵裝置與其建立方法
本發明之方法和裝置與高壓流體的形成有關。這種方法與裝置可以利用較小的佔用面積而有效地產生流體，特別是此方法與裝置利用旋轉馬達的機械功率輸出使普通的家用或是商用的低壓水源產生高壓水流。
高壓清洗機(high pressure water washer)為眾所皆知的。他被用於各種不同的清洗目的，例如從較堅硬的表面上去除各種物質或污漬。高壓泵則被使用為高壓清洗機的一個部件，其具有提供較高壓力水流的作用與目的，且已經被開發多年。然而，這些泵都遵循著相似的設計思路，而無法實現人們所最想要的可靠性、性能、成本和佔用體積的有效結合。因此，具有較小佔用體積、高可靠性、低使用成本、以及低製作成本的泵不但是人們所需求的，在商業上也是具競爭力的。因此，這種泵在低成本與具有較小佔用體積的狀況下，可以具有更高的壽命。這樣的優點可以使更多人去購買與使用這種泵，並且在商業方面這種泵的結構具有更高的可靠性與更低的成本。
本發明之一目的為提供一種高壓流體泵。此高壓流體泵包含一活塞殼體、一與活塞殼體連接並由活塞殼體所支撐的泵頭、以及一用以支撐泵頭與活塞殼體的泵底座。泵頭接收低壓流體，並且與活塞殼體組合為一體，而將低壓流體通過一流道(flow channel)而產生高壓流體。在泵頭與活塞殼體的組合中包含一單向閥(“go thru” valve)，單向閥用以讓吸進的低壓流體通過單向閥，而進入一進水腔室(receiving chamber)，並且在進水腔室內的高壓流體經由單向閥輸出到一出水口(outlet port)時，堵住低壓流體的輸入通道。
本發明之一目的為提供一種泵頭為鋁材質製作的高壓流體泵，而泵頭的外部表面則具有凹凸結構，以增強泵頭的強度抵抗泵頭內的高壓沖擊。此外，此高壓流體泵具有一直徑大於5(mm)釐米的進水腔室。
根據上述目的，本發明之一實施例的高壓流體泵包含一活塞殼體、一與活塞殼體連接並由活塞殼體所支撐的泵頭、以及一用以支撐泵頭與活塞殼體的泵底座。其中，泵頭接收低壓流體，並且與活塞殼體組合為一體，而將低壓流體通過一流道(flow channel)而產生高壓流體。泵頭、活塞殼體以及泵底座結合並封閉而成的結合體，其包含一斜盤(wobble plate)、數個活塞、以及一進水/出水腔室(fluid receiving/exiting chamber)，其中，斜盤藉由一外部轉動源而進行轉動。斜盤與活塞連接而驅動活塞依序往復運動，活塞在第一個沖程時(on a first stroke離開進水/出水腔室而吸入流體到進水/出水腔室中，而在第二沖程時(on second first stroke)朝向進水/出水腔室前進則壓縮流體使其變成高壓流體。在泵頭與活塞殼體的組合中包含一單向閥(“go thru” valve)，單向閥用以讓吸進的低壓流體通過單向閥，而進入一進水腔室(receiving chamber)，並且在進水腔室內的高壓流體經由單向閥輸出到一出水口(outlet port)時，堵住低壓流體的輸入通道。
另外，本發明之一實施例中，高壓流體泵具有雙密封圈(double sealing arrangement)，用以防止活塞四周產生洩漏。
10‧‧‧高壓流體泵
12‧‧‧泵底座
14‧‧‧活塞殼體
16‧‧‧泵頭
17‧‧‧安裝孔
18‧‧‧斜盤
20‧‧‧長鍵銷
22‧‧‧深溝球軸承
24‧‧‧推力球軸承
30‧‧‧活塞
32‧‧‧回動彈簧
34‧‧‧彈簧座
40‧‧‧凹口
42‧‧‧油封
43‧‧‧進水管
44‧‧‧腔室
44a‧‧‧進水單向閥
45‧‧‧腔室
46‧‧‧出水單向閥
55‧‧‧凸面
60、62‧‧‧雙水封結構
80‧‧‧出水管
82‧‧‧安全放熱閥
84‧‧‧端蓋結構
86、88‧‧‧通道
第一圖係為本發明之一實施例之高壓流體泵的橫截面圖。
第二圖係為第一圖所示之高壓流體泵的泵底座的放大橫截面圖。
第三圖係為第一圖所示之高壓流體泵的外部機械結構的透視圖。
第四圖係為第一圖所示之高壓流體泵的流體流動部份的放大橫截面圖。
第五圖係為第一圖所示之高壓流體泵中的一活塞開始對流體進行壓縮時的橫截面圖。
第六圖為係為第一圖所示之高壓流體泵中的一活塞開始對流體結束壓縮時的橫截面圖。
參照第一圖，其中的高壓流體泵10有三個主要部件：泵底座12、活塞殼體14以及一泵頭(或出水體)16。泵底座12連接高壓流體泵與一馬達或是發動機(圖中未示)。此高壓流體泵10則是與發動機連接。當發動機的旋轉軸插入一高壓流體泵的斜盤(wobble plate)18的安裝孔(receiving recess)17中的時候時，以一長鍵銷(long key)20將發動機的旋轉軸鎖在斜盤18上。藉由發動機的旋轉軸的旋轉而帶動斜盤18進行旋轉。
參照第二圖，高壓流體泵10中具有一深溝球軸承(deep groove ball bearing)22用以控制斜盤18的徑向運動，並且有一推力球軸承(thrust ball bearing)24用以控制移動高壓流體泵的活塞30的軸向推力(axial thrust)。斜盤18的運轉使得活塞30(本實施例中具有三個活塞)進行往復運動。在泵底座12中，潤滑油被使用於減輕活塞30運動時所產生的磨擦力。
活塞殼體14包含三個活塞30，每一活塞30都具有各自的回動彈簧(return spring)32與彈簧座(spring seat)34。活塞30被回動彈簧32對著斜盤18的推力球軸承24緊緊地壓住，斜盤18的每次轉動會引起每只活塞30上升和下降運動一次，藉此在高壓腔室裡形成高壓水。活塞殼體14上具有數個各用以裝置油封(oil seal)42的凹口(concave indent)40，油封42則用以防止油隨著活塞30進出泵底座12的運動而由泵底座12洩出。
當高壓流體泵具有三只活塞30時，泵頭16具有三個彼此呈120度角的圓柱腔室，而容納三個活塞的在其中移動。當低壓水由進水管43進入一腔室44，再到單向閥(one way valve)44a，然後流動到與三個圓柱腔室相連的腔室45中(第五圖中深色交叉平行線陰影部份)，於此處，活塞30被斜盤18來回推動而壓縮腔室45內的水(第六圖中的黑色部份)。高壓流體泵的出水為單向閥46所控制。從腔室45中，被增壓的水注入一高壓管(high pressure hose)中(圖中未示)，並且由噴頭噴出。高壓流體泵能夠產生高壓水噴射的原因是因為由於噴頭的噴嘴直徑較小，導致被增壓的水不能自由地流出管路。
本實施例之泵頭16是由鋁合金所製作而成，而不是更加結實(與更重)的材料所製作，例如黃銅(brass)。通常鋁的伸展性遠遠不及黃銅，所以用以與2000psi左右或是以上的高壓水工作的泵頭大多都是以黃銅製作的。為使泵頭在與高壓水工作而不至於過早磨損，高壓流體泵被設計成流線型的水流通路。基於 這種結構，凸面(relieved surface)55(如第三圖所示)被用於增加泵頭的強度，以防止泵頭在沖擊下產生變形。同樣的，一較大的橫截面水流道，即腔室45，可以避免在高壓水道內的瓶頸或障礙，從而減少高壓流體泵內的高壓區域裡的張力(tensile pressure)。
本實施例所示的高壓流體泵採用雙水封結構(double water sealing construction)60、62則大大地提供了高壓流體泵結構的密封能力。
此高壓流體泵使用一「go thru」單向閥44a(進水閥；inlet valve)，以簡化水經過高壓流體泵的通道，其詳述如下：
本發明的高壓流體泵具有下列特性：
前述高壓流體泵的效能通常遠高於一般相同級別的高壓流體泵。為了提高效率，水流道區域45由通常的Φ 3.5mm增加到Φ 5-6.5mm以減少對水流的摩擦力。其結果導致壓力的損耗減少了，並且使此高壓流體泵能夠比類似級別的斜盤泵(wobble)產生更高的壓力。
為了節省材料與減少成本，單向閥(“go-thru” one-way valve)44a用在進水端，以致於當斜盤18使一活塞後退(朝著斜盤方向)，如第五圖所示，腔室45內形成一真空，並且進水單向閥44a打開而容許低壓水由腔室44流入腔室45中。
當活塞30前進而離開斜盤18時(如第六圖所示)，進水單向閥44a關閉，泵頭16內部的腔室45被加壓，而高壓水則通過出水單向閥(outlet one-way valve)46到達出水管80。在此一過程中，水由活塞腔室通過進水單向閥44a。在這個操作階段，進水單向閥44a變成一過道單向閥(“pass-thru” one-way valve)。藉由這種結構而簡化水通道路徑。由使用前述的單向閥44a，使得泵頭結構變得更加緊 湊。
如前述，為了進一步降低成本，泵頭採用鋁材質。然而，為了增強鋁製泵頭的耐壓性，而防止其在壓力下變形，高壓流體泵採用如第三圖標號55所示的凸面設計(“relieved surface” design)(前文已述)來強化泵頭。採用這樣的設計，在保持水流的暢通的同時，增強泵頭的強度。最後，如同前文所述，為了更進一步避免對水流動造成障礙或瓶頸，本發明之高壓流體泵採用了一個較大尺寸(Φ 5-6.5mm)的水流道。此外，高壓流體泵也使用一雙水封結構(double water seal construction)60、62(主水封與副水封)，以達到有效防止水洩漏的作用。
根據本發明所展示的實施例，此高壓流體泵更進一步具有適當操作與維護的安全特徵。例如，此高壓流體泵具有一安全放熱閥(thermal safety relief valve)82，用以釋放高壓流體泵腔室內的高溫水，從而防止因為高溫引起高壓流體泵的損害。另外，每一活塞皆與一對應之端蓋結構(end cap)84連通，其藉由腔室45通過出水單向閥46內的通道86而連接與相通。最後，雖然因為高壓流體泵的複雜特性而難以觀察其詳細結構，但是通道88與出水單向閥46經過一個隱藏的通道(圖中未示)相連接，並且與出水管86(即出水單向閥46內的通道86)連接。
10‧‧‧高壓流體泵
12‧‧‧泵底座
14‧‧‧活塞殼體
16‧‧‧泵頭
17‧‧‧安裝孔
18‧‧‧斜盤
20‧‧‧長鍵銷
22‧‧‧深溝球軸承
24‧‧‧推力球軸承
30‧‧‧活塞
32‧‧‧回動彈簧
34‧‧‧彈簧座
44‧‧‧腔室
44a‧‧‧進水單向閥
45‧‧‧腔室
46‧‧‧出水單向閥

Claims (5)

  1. 一高壓流體泵，包含：一活塞殼體；一泵頭，該泵頭與該活塞殼體連接並由該活塞殼體所支撐；以及一泵底座，用以支撐該泵頭與該活塞殼體，其中該泵頭接收低壓流體，並且該泵頭與活塞殼體組合為一體，而將低壓流體通過一流道(flow channel)而產生高壓流體，在該泵頭與活塞殼體的組合中包含一第一單向閥(“go thru” valve)，該第一單向閥用以讓吸進的低壓流體通過該第一單向閥的入口，而進入一進水腔室(receiving chamber)，並且用以在該進水腔室內的高壓流體經由該第一單向閥輸出到一出水口(outlet port)時，堵住該第一單向閥的入口，其中，該出水口包含一第二單向閥，該第二單向閥的軸向大致垂直於該第一單向閥的軸向。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之高壓流體泵，其中該泵頭包含鋁，並且該泵頭的外部表面具有凹凸結構，用以增強泵頭的強度抵抗泵頭內的高壓沖擊。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之高壓流體泵，其中該進水腔室的直徑大於5公釐(mm)。
  4. 一高壓流體泵，其包含：一活塞殼體；一泵頭，該泵頭與該活塞殼體連接並由該活塞殼體所支撐；以及 一泵底座，用以支撐該泵頭與該活塞殼體；其中該泵頭接收低壓流體，並且該泵頭與活塞殼體組合為一體，而將低壓流體通過一流道(flow channel)而產生高壓流體；該泵頭、該活塞殼體以及該泵底座結合而封閉，其包含一斜盤(wobble plate)、數個活塞、以及一進水/出水腔室(fluid receiving/exiting chamber)，其中該斜盤藉由一外部轉動源而進行轉動，該斜盤與該活塞連接而驅動該活塞依序往復運動，該活塞在第一個沖程時離開該進水/出水腔室而吸入水到進水/出水腔室中，而在第二沖程時朝向該進水/出水腔室前進則壓縮水使其變成高壓水；在該泵頭與活塞殼體的組合中包含一第一單向閥(“go thru” valve)，該第一單向閥用以讓吸進的低壓流體通過該第一單向閥的入口，而進入該進水/出水腔室，並且在該進水/出水腔室內的高壓流體經由該第一單向閥輸出到一出水口(outlet port)時，堵住該第一單向閥的入口，其中，該出水口包含一第二單向閥，該第二單向閥的軸向大致垂直於該第一單向閥的軸向。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之高壓流體泵，其中更包含一雙密封圈(double seal arrangement)用以防止該活塞周圍產生流體洩漏。
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