專利名稱：具有旁路閥的泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有旁路閥的泵。更詳細(xì)地說，本發(fā)明涉及可用于泵送流體、最好是液體(例如水)的具有旁路閥的正排量泵。
用來泵送各種液體的許多的泵已為人們所熟知。一種這樣的泵是隔膜泵，例如用搖擺板驅(qū)動(dòng)的隔膜泵。這種一般特性的泵，作為一個(gè)實(shí)例，示于Hargley的美國(guó)專利4153391和Hartley的美國(guó)專利4610605中。
這種泵通常包括一個(gè)根據(jù)泵的出口流體壓力來啟動(dòng)和停止泵電機(jī)的壓力開關(guān)。為了避免泵電機(jī)的連續(xù)的開和關(guān)循環(huán)，人們已經(jīng)提出了各種各樣的旁路閥。使用旁路閥，泵電機(jī)可以保持運(yùn)轉(zhuǎn)狀態(tài)而泵出的液體可以從泵的出口側(cè)旁路到入口側(cè)。包括旁路閥的泵的實(shí)例包括在Shoenmeyr的美國(guó)專利5261792和Zimmermann等人的美國(guó)專利5571000中所公開的那些。
對(duì)于具有旁路閥的新泵的需求仍然存在，這種新閥應(yīng)該是結(jié)構(gòu)和操作簡(jiǎn)單并且能提供有效、可靠和一致的流體旁路。
具有簡(jiǎn)單的旁路閥的泵已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，這種閥根據(jù)出口流體壓力而開關(guān)并且基本上與進(jìn)口流體壓力無(wú)關(guān)。本發(fā)明泵具有可在嚴(yán)格限定和調(diào)整的出口流體壓力作用下從關(guān)閉位置移動(dòng)到開啟位置從而使泵送流體有效旁路的旁路閥。此外，最好使旁路閥從關(guān)閉位置移到開啟位置的出口流體壓力能夠調(diào)整，以便在需要和要求時(shí)能提供適應(yīng)性。本發(fā)明的旁路閥便于制造和維修并且在使用中十分有效和可靠。
在本發(fā)明的一個(gè)主要方面的內(nèi)容中，提供了包括一個(gè)殼體，至少一個(gè)第一脈動(dòng)件，一個(gè)驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)，一個(gè)旁路通道和一個(gè)旁路閥的泵。該殼體具有至少一個(gè)第一脈動(dòng)腔，一個(gè)輸入口，一個(gè)從該輸入口通向該脈動(dòng)腔的入口通道，一個(gè)輸出口和一個(gè)從該脈動(dòng)腔通向該輸出口的出口通道。該第一脈動(dòng)件可在吸入沖程時(shí)在第一脈動(dòng)腔中運(yùn)動(dòng)，使得流體從入口通道被吸入到該脈動(dòng)腔中。該第一脈動(dòng)件也可在排出沖程時(shí)運(yùn)動(dòng)，使得在脈動(dòng)腔中的流體被排出到出口通道中。該驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)用來使脈動(dòng)件在吸入和排出沖程時(shí)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)。
該旁路通道從出口通道中的一個(gè)位置通向入口通道中的一個(gè)位置。該旁路閥、具體地說是該旁路閥零件可根據(jù)出口通道的流體壓力(并且基本上與入口通道的流體壓力無(wú)關(guān))從一個(gè)關(guān)閉位置(在此位置流體不能流過旁路通道)向一個(gè)開啟位置(在此位置流體可流過旁路通道)移動(dòng)。最好，該旁路閥是在該泵中的唯一的旁路閥。
在一個(gè)十分有用的實(shí)施例中，該旁路閥包括一個(gè)在閥處于關(guān)閉位置時(shí)受到來自出口通道的流體壓力作用的表面，以及一個(gè)第一密封件，例如一個(gè)設(shè)置來當(dāng)旁路閥處在關(guān)閉位置時(shí)防止該表面受到來自入口通道的流體作用的O型環(huán)。最好，該旁路閥還包括一個(gè)第二密封件，例如一個(gè)同第一密封件互相隔開并且設(shè)置來當(dāng)旁路閥處在關(guān)閉位置時(shí)防止從該表面延伸開來超過該第二密封件之外的這部分旁路閥受到來自入口通道的流體壓力作用的O型環(huán)。該旁路閥最好還包括一個(gè)例如位于第一和第二密封件之間并且在旁路閥零件外圓周上的環(huán)狀空間，該空間在旁路閥處于關(guān)閉位置時(shí)受到來自入口通道的流體壓力的作用。該環(huán)狀空間的優(yōu)點(diǎn)在于，例如可使該來自入口通道的流體壓力不只集中作用在旁路閥零件的某一部位上，而這種集中作用將產(chǎn)生一個(gè)能導(dǎo)致流體泄漏和/或旁路閥部分地基于來自入口通道的流體壓力而移動(dòng)的側(cè)向載荷。這樣的一個(gè)環(huán)狀空間當(dāng)旁路閥處于關(guān)閉位置時(shí)可以減少或者甚至完全取消入口通道的流體壓力對(duì)旁路閥的作用。
該旁路閥最好這樣構(gòu)成，使得出口通道的該流體壓力(在該壓力下旁路閥從關(guān)閉位置移動(dòng)到開啟位置)是可以調(diào)整的。
旁路閥最好包括一個(gè)閥零件，該閥零件是可以移動(dòng)的以便把旁路閥放置在開啟位置和關(guān)閉位置上，以及一個(gè)適合于作用在該閥零件上并能有效的推動(dòng)旁路閥進(jìn)入關(guān)閉位置的偏壓件，例如一個(gè)彈簧。在一個(gè)特別有用的實(shí)施例中，偏壓件作用在旁路閥零件上的力是可以調(diào)整的。較好提供有一個(gè)調(diào)整件，最好該調(diào)整件適合于用螺紋擰在該泵的殼體上。該調(diào)整件適合于與偏壓件相接觸。偏壓件作用在閥零件上的力是可以調(diào)整的，例如根據(jù)調(diào)整件擰入殼體中的部分的尺寸(例如長(zhǎng)度)來調(diào)整。這是一種十分方便和可靠的調(diào)節(jié)旁路閥據(jù)以從關(guān)閉位置移動(dòng)到開啟位置的流體壓力的方法。
在一個(gè)實(shí)施例中，閥零件包括一個(gè)內(nèi)孔而偏壓件至少部分地位于該內(nèi)孔中。
一種十分有用的結(jié)構(gòu)提供了一個(gè)旁路閥，該閥包括一個(gè)孔，當(dāng)旁路閥位于關(guān)閉位置時(shí)，旁路閥零件至少部分地位于該孔中。最好提供一個(gè)停止件，例如一個(gè)適當(dāng)尺寸的桿，該桿最好位于閥零件與殼體之間。該停止件的尺寸應(yīng)適合于當(dāng)旁路閥處于開啟位置時(shí)防止閥零件從該孔中全部移出。這個(gè)特征可有效地防止閥零件例如由于出口流體壓力的波動(dòng)而從該孔中全部移出。
旁路通道的尺寸和構(gòu)形具有一定的重要性。例如，旁路通道應(yīng)具有足夠大的尺寸，以便有效地容納從泵的出口側(cè)旁路到進(jìn)口側(cè)的流體。在一個(gè)實(shí)施例中，旁路通道具有基本上均勻的截面。旁路通道可以具有圓形截面和/或非圓形截面。旁路閥的尺寸和/或構(gòu)形最好選擇得能調(diào)整旁路閥的移動(dòng)，使得旁路閥能在關(guān)閉位置與開啟位置之間有效地移動(dòng)，而不會(huì)移動(dòng)得太快以致造成旁路閥和/或泵的其他零件的過度磨損和撕裂。
在一個(gè)實(shí)施例中，該旁路通道包括多個(gè)互相間隔開的從出口通道中的一個(gè)位置通向入口通道中的一個(gè)位置的通道。這些通道最好相對(duì)于旁路閥的縱向軸線處于不同的位置。這些通道中的每個(gè)最好具有不同尺寸的截面。在一個(gè)十分有用的實(shí)施例中，這些通道應(yīng)取向成使得當(dāng)旁路閥處于關(guān)閉位置時(shí)，具有最小截面的通道位于最靠近出口通道的位置，而當(dāng)旁路閥處于關(guān)閉位置時(shí)，具有最大截面的通道位于離出口通道最遠(yuǎn)的位置。在該實(shí)施例中，旁路閥零件的移動(dòng)的程度或大小控制著被旁路流體的數(shù)量。換句話說，當(dāng)出口壓力增加和旁路閥零件移過一個(gè)更長(zhǎng)的距離時(shí)，這種構(gòu)形將在旁路通道中提供顯著增加的流體流量。
雖然該有用的旁路閥可以使用在任何一種流體運(yùn)送泵中，例如一種正排量液體運(yùn)送泵中，但它特別適合于在具有多個(gè)脈動(dòng)腔和使用搖擺板來提供脈動(dòng)件運(yùn)動(dòng)的泵中使用。
本發(fā)明的各種特征可以單獨(dú)使用或者以任何方式組合使用。因此，所有這些特征和組合都包括在本發(fā)明的范圍內(nèi)。通過參看下面的說明并且結(jié)合附圖將可對(duì)本發(fā)明連同其附加特點(diǎn)和優(yōu)點(diǎn)得到最清楚的了解。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)所建造的泵的等角圖；圖2是沿圖1的2-2線截取的截?cái)嗟钠室晥D，圖中示出了脈動(dòng)腔中的一個(gè)在其吸入沖程末端時(shí)的情況；圖3是沿圖2的3-3線截取的該圖示旁路閥位于關(guān)閉位置時(shí)的剖視圖；圖4是與圖3相類似的剖視圖，但圖中的旁通閥位于開啟位置；圖5是沿圖4的5-5線截取的剖視圖；圖5A、5B和5C是旁路通道的幾個(gè)變更例的剖視圖；圖6是示出旁路閥的另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
圖1示出了泵11和一個(gè)安裝在適當(dāng)?shù)臋C(jī)座15上的配套電機(jī)13。如圖1中所示，泵11具有一個(gè)殼體17、輸入口19和輸出口21。泵11在很大程度上與Hartley的美國(guó)專利4610605中公開的泵相類似，該公開內(nèi)容通過引用整個(gè)結(jié)合在本文中?？偟挠脴?biāo)號(hào)23表示的旁路閥連接在殼體17上。
可以采用任何適當(dāng)構(gòu)造的殼體17在該實(shí)施例中包括一個(gè)可連接在電機(jī)殼體上的一個(gè)殼體件25(圖2)、一個(gè)中間殼體件27和一個(gè)殼體件29。殼體件25可通過多個(gè)緊固件30連接在殼體件27和29上。閥板31和隔膜33的周邊區(qū)域被夾持在殼體件27與29之間，后者通過緊固件35(圖2)固定在一起。隔膜33整個(gè)地跨過殼體17的內(nèi)部并且把該殼體內(nèi)部隔開。殼體件25、27、29和閥板31可以由適當(dāng)?shù)乃芰夏撼梢粋€(gè)整體件。隔膜33可以由適當(dāng)?shù)南鹉z制成。
偏置軸承37和45，襯套39和47，電機(jī)軸41和搖擺板49形成一個(gè)搖擺板傳動(dòng)機(jī)構(gòu)。利用這種結(jié)構(gòu)，搖擺板49承受章動(dòng)運(yùn)動(dòng)。
柱塞件59(圖2中示出了一個(gè))分別與三個(gè)隔開的區(qū)域61(圖2中示出了一個(gè))相連接，這是通過螺釘65把每個(gè)這樣的區(qū)域夾持在隔膜保持件63和與之相連的柱塞件59之間而實(shí)現(xiàn)的。最好，區(qū)域61是相同的并且以如圖2所示的相同方式連接在相關(guān)的柱塞件59上。
如圖2中所示，隔膜33的區(qū)域61與閥板31、相關(guān)的柱塞件59、保持件63和相關(guān)的螺釘65一起限定了一個(gè)脈動(dòng)腔81。隔膜33的其它區(qū)域61同樣地與相應(yīng)的結(jié)構(gòu)配合而限定二個(gè)另外相同的脈動(dòng)腔。每個(gè)脈動(dòng)腔81具有一個(gè)貫穿閥板31的入口83(圖2)和一個(gè)也貫穿該閥板的出口85。入口83與通向輸入口19的一個(gè)共同的輸入室89相連通。出口85通向與出口21連通的共用輸出室91。
單件整體結(jié)構(gòu)的共用出口閥93由閥板31攜帶并且可以用一種適當(dāng)?shù)牟牧侠缦鹉z模壓而成。
如圖3所示，旁路閥23的位置應(yīng)使旁路閥零件94能伸到殼體件29的孔92中。閥零件94包括一個(gè)由于太大不能進(jìn)入孔92中的第一端部區(qū)96。端部區(qū)96位于該殼體的一個(gè)大孔99中。彈簧100與閥零件94和與該閥零件隔開的調(diào)整件102相接觸。調(diào)整件102包括一個(gè)其上有螺紋的外圓周表面104，該表面的尺寸與敞開的殼體孔108的內(nèi)圓周表面106上的螺紋尺寸相配合?？梢詫?duì)調(diào)整件102擰入敞開的殼體孔108中的數(shù)值或長(zhǎng)度進(jìn)行控制或者調(diào)整，以便改變彈簧100的力。該彈簧100的力控制著一個(gè)壓力，在該壓力作用下閥零件94從關(guān)閉位置(圖3)移動(dòng)到開啟位置(圖4)。
閥零件94包括一個(gè)暴露在輸出腔91中的流體壓力中的端表面110。閥零件的前面的或第二端部區(qū)112包括第一凹槽114和第二凹槽116，該兩凹槽互相隔開并且在該閥零件的外圓周上。這些凹槽114和116的尺寸適于用來分別固定第一O型環(huán)密封件118和第二O型環(huán)密封件120。第一O型環(huán)密封件118的尺寸適于用來防止從表面110延伸并且超過該第一O型環(huán)密封件之外的這部分閥零件94在旁路閥處于關(guān)閉位置(圖3)時(shí)受到來自輸出腔91的流體壓力的作用。第二O型環(huán)密封件120的尺寸應(yīng)適合于用來防止從輸出腔延伸開來并且超過該第二O型環(huán)密封件之外的這部分旁路閥零件94受到來自輸入口19的流體壓力的作用。
一個(gè)環(huán)狀空間121位于第一與第二凹槽114和116之間。該環(huán)狀空間121完全布于旁路閥零件94的外圓周上并且起著把來自輸入口19的壓力完全圍繞該閥零件分配并且作用在O型環(huán)118和120上的作用。這樣就避免了任何作用在旁路閥零件94上的側(cè)向加載或者預(yù)加載荷，而這些載荷將可能導(dǎo)致旁路閥23的有害的泄漏和/或故障。
旁路通道122從共用輸出腔91延伸到共用輸入腔89。
在旁路閥零件94處于關(guān)閉位置的情況下，如圖3中所示，在共用輸出腔91中的流體不能通過旁路通道122進(jìn)入共用輸入腔89中。因此，在共用輸出腔中的流體只能通過輸出口21。
但是，當(dāng)在共用輸出腔91中的流體壓力超過某一個(gè)確定值時(shí)，閥零件94將克服彈簧100的作用力而移動(dòng)，從而使旁路閥23處于開啟位置。這種情況示于圖4。在開啟位置，來自共用輸出腔91的流體通過旁路通道122進(jìn)入共用輸入腔89中。這樣，來自共用輸出腔91的流體就旁路到泵的入口側(cè)。旁路閥23將保持在該開啟位置，直到共用輸出腔91中的壓力降低到克服推動(dòng)閥零件94進(jìn)入關(guān)閉位置的彈簧100的作用力之下為止。
旁路通道122可以具有均勻的截面，例如在圖4和5中所示。如圖5中所示，旁路通道122可以具有圓形截面。
如圖5b、5c和5d中所示，旁路通道122b、122c和122d可以分別具有一種非圓形截面。旁路通道的尺寸和構(gòu)形的選擇可以用來控制旁路閥的運(yùn)行，例如開啟和關(guān)閉。例如，旁路通道的構(gòu)形至少可以局部控制旁路閥何時(shí)移動(dòng)到開啟位置因而在旁路通道中建立起流體流量。在旁路閥移動(dòng)到開啟位置以后，旁路通道的尺寸和構(gòu)形可以用來至少有助于調(diào)整旁路閥再次移動(dòng)到關(guān)閉位置之前的這段時(shí)間周期。
在一個(gè)有用的實(shí)施例中，如圖5a中所示，該旁路通道包括多個(gè)旁路通道123、124和125，這些通道沿著旁路閥的縱向軸線126處于不同的位置。最小的旁路通道123(即該旁路通道具有最小的截面)最好位于最靠近共用輸出腔91的位置，而最大的旁路通道125位于離開該共用輸出腔最遠(yuǎn)的位置。這個(gè)特點(diǎn)在調(diào)整旁路閥23的移動(dòng)時(shí)非常有效，使得可以在實(shí)現(xiàn)有效的和可調(diào)整的流體旁路的同時(shí)，減少對(duì)于旁路閥的摩損和撕裂。
圖6示出了本發(fā)明的旁路閥的另一個(gè)實(shí)施例。與示于圖3和4中的旁路閥的零件相對(duì)應(yīng)的示于圖6中的旁路閥123的零件具有增加100后的對(duì)應(yīng)的標(biāo)號(hào)。
在示于圖6中的旁路閥123與示于圖3和4中的旁路閥23之間的主要區(qū)別在于，旁路閥零件的構(gòu)形，彈簧的形狀和定位，以及使用一根桿來停止旁路閥零件的移動(dòng)等。具體說來，旁路閥零件194包括一個(gè)細(xì)長(zhǎng)彈簧132位于其中的中央內(nèi)孔130。彈簧132從旁路閥零件194延伸開來并且與調(diào)整件(未示出)相接觸。此外，細(xì)長(zhǎng)桿134位于內(nèi)孔130中并且它的尺寸適合于隨著旁路閥零件194移動(dòng)而使該旁路閥零件位于開啟位置上時(shí)，該細(xì)長(zhǎng)桿就與調(diào)整件相接觸，從而可防止該旁路閥零件從孔192中完全移出。這樣就增加了一個(gè)額外的安全特征，使得該旁通閥123即便在重復(fù)的開/關(guān)循環(huán)以后和/或輸出口的流體壓力脈動(dòng)的情況下也能連續(xù)的工作。
雖然泵11適合于用來泵送各種流體，但它特別適合于用來泵送水。起動(dòng)電機(jī)13將使軸41轉(zhuǎn)動(dòng)和搖擺板49及柱塞件59的章動(dòng)運(yùn)動(dòng)。該章動(dòng)運(yùn)動(dòng)將使隔膜33的各區(qū)域61產(chǎn)生周期性的彎曲，以便在各個(gè)脈動(dòng)腔81中提供章動(dòng)脈動(dòng)作用。
在各脈動(dòng)腔中的吸入沖程時(shí)，脈動(dòng)腔中的壓力降低使得在輸入腔89中的液體可以打開入口閥87(如在圖2中所示)并且流入該脈動(dòng)腔。在排出沖程時(shí)，脈動(dòng)腔81中的壓力增加到超過在輸出腔91中的壓力，從而迫使彈性件97的相關(guān)部分離開出口85。出口閥93如上所述與閥板31相配合將另外的出口85與該打開的出口85封離。
當(dāng)輸出腔91中的壓力超過一個(gè)確定值時(shí)，例如在要求泵11的下游系統(tǒng)中的泵送液體暫時(shí)中止或停止的情況下，旁路閥23(或123)就能有效、可靠和不斷地為該液體提供從泵的出口側(cè)到進(jìn)口側(cè)的旁路，如上面所述的那樣。泵11保持運(yùn)行并且當(dāng)再次要求提供泵送液體時(shí)，則向泵的系統(tǒng)下游提供泵送液體。
雖然已經(jīng)示出和說明了本發(fā)明的一個(gè)典型的實(shí)施例，但在不脫離本發(fā)明的精神和范圍的情況下，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員還可以對(duì)本發(fā)明作出許多改變、修飾和替代。
權(quán)利要求
1.一種泵，包括一個(gè)殼體，該殼體具有至少一個(gè)第一脈動(dòng)腔、一個(gè)輸入口、一個(gè)從該輸入口通向該脈動(dòng)腔的入口通道、一個(gè)輸出口和一個(gè)從該脈動(dòng)腔通向該輸出口的出口通道；一個(gè)在該脈動(dòng)腔中運(yùn)動(dòng)的第一脈動(dòng)件，由此在吸入沖程時(shí)流體從該入口通道被吸入到該脈動(dòng)腔中，而在排出沖程時(shí)使在該脈動(dòng)腔中的流體排出到該出口通道中；一個(gè)使該脈動(dòng)件在吸入和排出沖程時(shí)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu)；一個(gè)從該出口通道中的一個(gè)位置通向該入口通道中的一個(gè)位置的旁路通道；以及一個(gè)可根據(jù)該出口通道的該流體壓力(并且基本上與入口通道的流體壓力無(wú)關(guān))從一個(gè)關(guān)閉位置(在此位置流體不能流過該旁路通道)向一個(gè)開啟位置(在此位置流體可流過該旁路通道)移動(dòng)的旁路閥。
2.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，該旁路閥包括一個(gè)在該關(guān)閉位置暴露于該出口通道的該壓力中的表面，一個(gè)設(shè)置來在該關(guān)閉位置時(shí)防止該表面暴露于該入口通道的該壓力中的第一密封件，以及一個(gè)第二密封件，該件同該第一密封件互相隔開并且設(shè)置來防止從該表面延伸開來并超過該第二密封件的這部分旁路閥暴露于該入口通道的該壓力中。
全文摘要
一種泵,包括:一個(gè)殼體,該殼體具有至少一個(gè)第一脈動(dòng)腔、一個(gè)輸入口、一個(gè)從該輸入口通向該脈動(dòng)腔的入口通道、一個(gè)輸出口和一個(gè)從該脈動(dòng)腔通向該輸出口的出口通道;一個(gè)在吸入和排出沖程時(shí)在該脈動(dòng)腔中運(yùn)動(dòng)的第一脈動(dòng)件;一個(gè)使該脈動(dòng)件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)的驅(qū)動(dòng)機(jī)構(gòu);一個(gè)從該出口通道中的一個(gè)位置通向該入口通道中的一個(gè)位置的旁路通道;以及一個(gè)可根據(jù)該出口通道的該流體壓力從一個(gè)關(guān)閉位置向一個(gè)開啟位置移動(dòng)的旁路閥。
文檔編號(hào)F04B49/22GK1191937SQ9711619
公開日1998年9月2日 申請(qǐng)日期1997年8月12日 優(yōu)先權(quán)日1997年2月28日
發(fā)明者B·J·庫(kù)爾思, A·B·帕特爾 申請(qǐng)人:舒弗羅泵制造公司