TWI617740B - 泵系統 - Google Patents

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麥可 索德斯倫
亨利克 強漢森
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卡貝歐洲有限公司
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Abstract

本發明有關泵系統，包含具有大致上圓柱形泵外殼(12)之泵(10)；該泵外殼(12)係在一端部中配置有液體入口(14)及於第二端部中配置有液體出口(16)；管狀隔膜(18)，被配置在該泵外殼(12)內側；第一通道(22)，被配置在該液體入口(14)的附近，用於在該隔膜(18)及該外殼(12)之間導入加壓流體；第二通道(24)，被配置在該液體出口(16)的附近，用於釋放該加壓流體；其中該隔膜(18)係配置有當加壓流體之脈波係經過該第一通道(22)進入時提供一局部徑向壓縮的彈性及環形流體隔室(50)；其中該環形流體隔室(50)沿著該外殼(12)行進，隨之帶來一體積的液體。本發明之特徵在於該系統另包含可操作地附接至該液體出口(16)之膨脹容器(46)，用於減少藉由該脈波的加壓流體之作用所造成的液體中之壓力變化。

Description

泵系統
本發明有關用於泵吸液體的泵系統，且尤其是該泵可被沒入水中之泵系統。
在該市場上有許多泵，其以在管狀外殼內側具有管形隔膜的原理工作，該隔膜可藉由譬如加壓空氣被交換著地壓縮及膨脹，以便運動一體積之液體經過該泵外殼。此泵的範例被揭示在EP 1122435、JP 01240777及JP 03149373中。
於EP 1122435中所揭示之泵於其具有修長可撓管的設計中係非常複雜的，該可撓管被放置在一管子內側，且當充氣時將作用在該管子中之材料上。為了沿著該管子的長度推動材料，該管係沿著其長度配置有增加壁面厚度之區段，由此具有該最薄壁面的區段將首先被充氣，且接著相繼地具有增加壁面厚度之區段將依照順序被充氣。
其他二文件揭示具有內部、可撓軟管的類似解決方法。修長管子區段及該可撓軟管間之加壓媒介被控制，使 得該軟管將以像波浪的方式沿著該等區段之長度被充氣，在該管子區段內側於一運送方向中建立材料的運動。
利用該上述原理之另一泵解決方法被揭示於文件SE 520389C2中。該泵包含具有多少圓錐形狀的修長管。在該管內側，可撓軟管被沿著該管之長度配置及附接在該等端部。該管係配置有空氣入口及空氣出口。於使用期間，壓縮空氣之脈波被強迫進入該空氣入口，由此該管被徑向地壓縮，使得環狀空間被建立。該環狀空間沿著該管之長度運動朝該空氣出口，在該軟管內側隨之帶來液體。當該空間抵達該空氣出口時，該壓縮終止。同時，連續的空間被進入經過該空氣入口之空氣的脈波所建立。
以根據SE 520389C2之解決方法的缺點係該泵中之空間的脈波式建立及液體之體積的連續及脈波式運動造成該整個泵系統中之脈波式力量，其在該泵的性能上具有負效應。如果這些力量之效應在此減少以便增加該泵之能力將為一利益。
本發明之目標係提供穩固、簡單、具成本效益且又可靠的泵系統，用於泵吸各種液體。
此目標係藉由包含該申請專利範圍獨立項之特色的泵系統所獲得。
本發明之較佳實施例形成該等申請專利範圍附屬項的主題。
根據本發明，該泵系統可包含具有大致上圓柱形泵外殼之泵，在此該泵外殼係配置有於一端部中的液體入口及於第二端部中之液體出口。管狀隔膜較佳地係配置在該泵外殼內側，其中第一通道被配置於該液體入口附近，用於在該隔膜及該外殼之間導入加壓流體，且第二通道被配置於該液體出口附近，用於釋放該加壓流體。
當加壓流體之脈波係經過該第一通道進入時，該隔膜係配置有提供局部徑向壓縮的彈性、及環狀流體隔室，其中該環狀流體隔室沿著該外殼行進，隨之帶來一體積之液體。
根據較佳解決方法，該系統可另包含可操作地附接至該液體出口之膨脹容器，用於減少藉由該加壓流體的脈波之作用所造成的該液體中之壓力變化。以此方式，來自該環狀流體隔室與壓縮空氣的作用，在該泵吸功能上之效果被大幅地減少，其中當該環狀流體隔室在該泵中運動時所建立的脈波被處理及藉由該膨脹容器所衰減。
用於泵系統於操作期間之最佳性能，該泵外殼係以該大致上直立地往下的入口及以該大致上直立地往上之出口被定位。關於那一點，該泵系統可另包含附接至該液體出口且被大致上直立地導向的導管，用於建立液柱。該液柱在將該隔膜壓抵靠著該泵外殼中具有一重要之功能，而消除流體的滲漏，其以別的方式將導致減少之效率。
如此，該導管的長度及直徑較佳地係可被選擇，使得液柱被建立，其具有在該隔膜上建立一壓力之重量，而確 保該隔膜及該泵外殼的內表面間之繃緊密封。
根據另一特色，該導管的上端係配置有支管，其中該膨脹容器被附接至一支管，且第二支管構成用於該液體之出口。用於附接膨脹容器及提供用於該被泵吸液體的出口連接之簡單且又有效的解決方法藉此被獲得。
該系統較佳地係亦包含能夠提供加壓流體之脈波至該泵外殼的壓縮機，其中該壓縮機能為可操作地連接至發電機、例如光伏板，而能夠使該壓縮機通電。其亦可包含可操作地連接至該壓縮機及至該發電機的至少一電池。以此方式，用於運轉該泵系統之價格很便宜的能量系統被獲得。
為了具有很有效率之泵系統，其較佳地係可另包含與該泵外殼的入口通道液體相通之止回閥。此外，其可另包含如於該液體方向中所看見被配置在該止回閥之前的過濾器單元。
根據一有利之解決方法，該止回閥可包含設有許多通道的大致上管狀本體、被配置成與該本體同軸向且在該本體內側之大致上管狀可撓隔膜，而使該管狀隔膜的一端部固定地附接至該本體。
本發明之這些及其他態樣、及優點將由本發明的以下詳細敘述及由所附圖面變得明顯。
10‧‧‧泵
12‧‧‧外殼
14‧‧‧入口通道
16‧‧‧出口通道
18‧‧‧隔膜
20‧‧‧附接元件
22‧‧‧通道
23‧‧‧導管
24‧‧‧通道
25‧‧‧脈波產生器
26‧‧‧壓力來源
27a‧‧‧光伏板
27b‧‧‧電池
27c‧‧‧發電機
27d‧‧‧發電機
28‧‧‧導管
30‧‧‧止回閥
31‧‧‧導管
32‧‧‧過濾器
34‧‧‧管狀本體
36‧‧‧壁面
38‧‧‧通道
40‧‧‧隔膜
42‧‧‧導管
44‧‧‧接頭
46‧‧‧膨脹容器
50‧‧‧流體隔室
60‧‧‧浮力元件
62‧‧‧錨固桿
在本發明之以下詳細敘述中，將參考所附圖面，其中 圖1係根據本發明的泵系統之概要視圖；圖2係圖1的泵系統中所包含之泵的截面視圖；圖3a和圖3b係可與圖1之泵系統一起使用的止回閥之截面視圖；及圖4a和圖4b係圖2的泵之工作原理的截面視圖。
下述之泵系統包含具有大致上管狀修長泵外殼12之泵10，在其每一端部設有通道，即一入口通道14及一出口通道16。該等通道被配置有合適的附接元件，用於將合適之導管連接至每一通道。該附接元件可包含例如螺紋、卡口配件、園藝軟管型的快速耦接件、僅只論及一些。
該外殼之內部係配置有例如大致上管狀的可撓元件或隔膜18、諸如橡膠軟管。然而，其將被了解具有所需性質之其他型式的材料、諸如塑膠可被利用。該可撓元件18具有一形狀及尺寸，以便當被放置在該外殼12內側時接觸該外殼12之內表面的至少一主要部分。該可撓元件18之端部在該入口及出口通道藉由適當的附接元件20被附接至該外殼12。
該外殼12係在其側表面上另配置有二通道22、24。該等通道22、24較佳地係配置在該相同側面上，如於圓周方向中所看見，但這不是一需求。然而，重要之因素係一通道22比該另一通道24較接近該入口通道14。每一 通道係譬如配置有合適的附接元件、諸如螺紋。較接近該入口通道14之通道22係經由合適的導管23連接至合適之壓力來源26，其係能夠提供脈波式加壓空氣，如將被說明。例如，壓縮機26可被使用於建立加壓空氣，且用於該空氣的脈波產生器25可被配置在該壓縮機26及該通道22之間。該脈波產生器可譬如為壓力閥，其在某一壓力閾值以上打開，且在該壓力閾值以下關閉。然而，在該市場上有許多其他型式的脈波產生器，其可被使用，及係該熟習之人士所已知。
該壓縮機26被連接至合適的電力來源，其可被由各種替代方案所選擇，取決於該泵應用及該可用之電力。其可為分別連接至傳統主要電力系統、至光伏板27a、電池27b及/或水或空氣驅動發電機27c、27d之任一者。如果電池被利用，其他發電機亦可被使用於充電該等電池。
用於該空氣的出口通道24係配置有一段長度之導管28，使得該導管28之出口係適當地在該泵被沒入水中的液位LL上方被確定。該導管28較佳地係非可撓材料，且應被設計尺寸，使得用於該通過之空氣的流動阻抗係盡可能低的。
該外殼12之入口通道14較佳地係附接至止回閥30、直接地或經由合適導管31的任一者。該止回閥30可另被設有過濾器32，用於防止物體及較大微粒進入該泵10。該過濾器32可為盡可能與該止回閥30整合之普通的篩網過濾器、或其可包含組合式閥及過濾器之任一者，在 此閥構件被放置在該過濾器32的孔口中。既然本發明之泵10能處理相當大的物體，而該物體具有比沒有損壞之泵的內徑多少較小的尺寸，如將在下面被敘述，該孔口可為相當大的。
圖3a顯示一種止回閥，其具有大致上管狀本體34，使一端部與該泵10液體相通。該另一端部係藉由蓋件或壁面36關上。許多通道38被配置環繞該本體之圓周。大致上管形可撓隔膜40被配置在該本體34內側，具有一形狀及尺寸，以便與該本體34的內表面接觸。當該閥30之內部被充填以液體且該泵10係不活動時，如在直立方向中所看見，被配置在該閥30上方的泵系統中之液柱將該隔膜壓抵靠著該本體的內表面，有效地關閉如在圖3a中所看見之通道。在另一方面，如果該泵10係活動的，且液體被該泵10所汲取，該可撓隔膜40將由於該泵10之吸入作用而朝內伸縮，看圖3b，藉此打開該等通道38，以致液體可流動。該通道38的尺寸被選擇，使得該較大之物體被防止進入。
該泵10的出口通道16係配置有某一長度之導管42。該長度被選擇，使得某一重量的液柱被獲得。該重量被選擇，使得該隔膜18係壓抵靠著該泵外殼12之內表面被確定。接頭[例如T形連接件]44可被配置在該導管42的上端。膨脹容器46被附接至該接頭44之該等支管的其中一者，較佳地係如在圖1中所看見的直立支管。該膨脹容器46之功能係處理當該泵10正工作時所產生的高壓峰 值，以便使頂抗於操作期間被形成在該泵系統中之壓力的壓力峰值變平滑。
關於在該泵之兩側面上的導管31及42，其可為有利的是配置這些當作具有固定長度而可互連之模組。以此方式，該泵可被修改，以具有較長入口，例如如果該泵將被放置於鑽井中。在另一方面，在一些情況中，使該出口較長以便建立較高之水柱可為有利的。關於鑽井，於該橫向方向中包括該等通道22、24及該等導管之附接件的泵之尺寸可被選擇，以便裝在鑽井的管中。
如果該泵將被放置於湖泊、池塘或類似較大之水域中，其可被配置有某一型式的浮力元件60、諸如被附接至該泵之浮動材料的板件。該浮力元件60可另配置有附接功能、諸如穿透孔，錨固桿62可經過該等穿透孔被放置及依序附接至該湖泊底部LB。附接功能亦可或代替地包括繩索與類似者，用於將該泵固持在適當位置中。如果該泵被使用於鑽井或掘井中，該浮力元件60可另用作蓋件。
該泵系統係意欲作用如下。該泵10被放置在待泵吸之液體中，較佳地係使其入口14直立地往下及使其出口16往上。該泵10被放置在此一深度，使得用於該壓縮空氣的導管28之出口通道係適當地在該液位之上。該壓縮機26接著被作動，藉此其運送壓縮空氣。在那方面，該壓縮機26可藉由光伏板所驅動，在缺乏電力的適當位置中提供不貴之操作。被連接至該壓縮機的脈波產生器產生 一系列壓縮空氣之脈波。壓縮空氣的每一脈波下壓該隔膜18至局部地徑向壓縮，看圖4a。空氣之脈波如此建立環狀流體隔室50，其正在該隔膜18及該外殼12之間往上運動朝該出口。
為了確保泵吸效果、亦即建立該局部環狀流體隔室50，該隔膜18必需在每一新的空氣脈波之前被壓抵靠著該外殼12的內表面。將該隔膜18壓抵靠著該外殼12所需要之力量係藉由液柱所建立，該液柱係藉由被附接至該液體出口的導管42所建立，藉此其重量將建立該需要之力量。其將被了解較長的導管42將建立較重之液柱，其將更輕易地使該隔膜18壓抵靠著該外殼12。然而，如果該重量係太大，其將影響該泵的泵吸能力。如此，如果該重量增加，則該空氣脈波之壓力亦必需被增加。再者，該液柱亦構成出自該系統的水之運送。
該膨脹容器46將確保該空氣脈波的效應被限制，且它們如此頂抗該系統之壓力被平衡，在此該目標係使該泵以盡可能小的反衝力來工作，因為當該隔膜18被壓縮及往上脈動該液體時，每一空氣脈波在該泵外殼12內側建立一往下運動。
在該入口14之止回閥30具有一重要功能，因為其防止被吸入該泵10的液體流回該等空氣脈波之間。一方面，盡可能與篩網過濾器32整合的正常止回閥30可被使用。
在另一方面，上述之簡單且又有效的止回閥可被利用 於該功能。如於該泵中，相同型式之管狀隔膜較佳地係被使用於該止回閥中。以此方式，很具成本效益的解決方法被獲得。例如，諸如來自BMX-cycle之普通腳踏車軟管可被使用在該泵及該止回閥兩者中。在該止回閥的本體中，該等通道38之數目及尺寸可取決於應用被選擇。
其將被了解上述及在該圖面中所顯示的實施例僅只被視為非限制性範例，且其可在該等申請專利之範圍內於許多方面被修改。
10‧‧‧泵
12‧‧‧外殼
23‧‧‧導管
25‧‧‧脈波產生器
26‧‧‧壓力來源
27a‧‧‧光伏板
27b‧‧‧電池
27c‧‧‧發電機
27d‧‧‧發電機
28‧‧‧導管
30‧‧‧止回閥
31‧‧‧導管
32‧‧‧過濾器
42‧‧‧導管
44‧‧‧支管
46‧‧‧膨脹容器
60‧‧‧浮力元件
62‧‧‧錨固桿

Claims (14)

  1. 一種泵系統，包含具有大致上圓柱形泵外殼(12)之泵(10)；該泵外殼(12)係在一端部中配置有液體入口(14)及於第二端部中配置有液體出口(16)；管狀隔膜(18)，被配置在該泵外殼(12)內側，該管狀隔膜(18)的形狀和尺寸使得該管狀隔膜(18)接觸該泵外殼(12)之內表面的至少一主要部份；第一通道(22)，被配置在該液體入口(14)的附近，用於在該隔膜(18)及該外殼(12)之間導入加壓流體；第二通道(24)，被配置在該液體出口(16)的附近，用於釋放該加壓流體；其中該隔膜(18)係配置有當加壓流體之脈波經過該第一通道進入時提供一局部徑向壓縮的彈性及環形流體隔室(50)；其中該流體隔室(50)沿著該外殼行進，隨之帶來一體積的液體；其特徵在於該系統另包含可操作地附接至該液體出口(16)之膨脹容器(46)，用於減少該加壓流體之該脈波的作用所造成的該液體中之壓力變化。
  2. 如申請專利範圍第1項之泵系統，其中該泵(10)於操作期間係以大致上直立地往下的該入口(14)及以大致上直立地往上之該出口(16)定位。
  3. 如申請專利範圍第2項之泵系統，另包含附接至該液體出口(16)且被大致上直立地導向的導管(42)，用於建立液柱。
  4. 如申請專利範圍第3項之泵系統，其中該導管(42)的長度被選擇，使得液柱被建立，其具有在該隔膜(18)上建立一壓力之重量，而確保該隔膜(18)及該泵外殼(12)的內表面間之繃緊密封。
  5. 如申請專利範圍第3或4項之泵系統，其中該導管(42)的上端係配置有接頭(44)，其中該膨脹容器(46)被附接至該接頭的一支管，且該接頭的另一支管構成用於該液體之出口。
  6. 如申請專利範圍第1至4項的任一項之泵系統，另包含可操作地連接至脈波產生器(25)的壓縮機(26)，用於將加壓流體之脈波提供至該泵外殼。
  7. 如申請專利範圍第6項之泵系統，其中該泵系統另包含可操作地連接至該壓縮機的發電機，而能夠使該壓縮機通電。
  8. 如申請專利範圍第7項之泵系統，其中該發電機包含一或數個光伏板(27a)、風力渦輪機(27c)、水力渦輪機(27d)。
  9. 如申請專利範圍第7項之泵系統，其中該發電機包含可操作地連接至該壓縮機的至少一電池(27b)。
  10. 如申請專利範圍第8項之泵系統，其中該發電機包含可操作地連接至該壓縮機的至少一電池(27b)，且其中該一或數個光伏板、風力渦輪機、水力渦輪機被配置成來充電該至少一電池(27b)。
  11. 如申請專利範圍第1至4項的任一項之泵系統， 另包含與該泵外殼(12)的該入口通道(14)液體相通之止回閥(30)。
  12. 如申請專利範圍第11項之泵系統，另包含相對該液體的流動之方向被配置在該止回閥(30)之前的過濾器單元(32)。
  13. 如申請專利範圍第11項之泵系統，其中該止回閥(30)包含設有許多通道(38)的大致上管狀本體(34)、被配置成與該本體(34)同軸向且在該本體(34)內側之大致上管狀可撓隔膜(40)，而使該管狀可撓隔膜(40)的一端部固定地附接至該本體(34)。
  14. 如申請專利範圍第1至4項的任一項之泵系統，其中該第二通道(24)係配置有此一長度的導管(28)，以便確保其自由端當被放置於該液體中時係在該液位上方。
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