带性能控制的气动泵的制作方法

专利名称：带性能控制的气动泵的制作方法
带性能控制的气动泵
背景技术：
0001本发明的领域是泵和由空气驱动的泵的执行机构。
0002公知的是由经由执行机构阀的压縮空气所驱动的具有双隔膜 的泵。参考序列号为5， 957， 670; 5， 213, 485; 5， 169, 296和4， 247， 264 的美国专利并参考序列号为294， 947; 294， 946和275， 858的美国外观 专利。这些气动隔膜泵采用使用反馈控制系统的执行机构，该反馈控 制系统提供用于驱动泵的往复压缩空气。参考序列号为2005/0249612 的美国专利申请公开文件并参考序列号为4,549,467的美国专利。在 序列号为RE38， 239的美国专利中披露了通过螺线管驱动执行机构的另 一个机械装置。前述专利和专利申请的公开内容在此并入供参考。
0003其他的泵可由相同的执行机构驱动，但使用运作的相对的空 气执行室的其他配置来驱动往复泵送机械装置。而且对于运作的相对 的空气室，同样公知的是在圆柱体中的带密封圈的活塞。参考序列号 为3， 071， 118的美国专利。该专利的公开内容也在此并入供参考。
0004在关于气动隔膜泵的前述专利中披露的装置中大部分存在具 有面向外从而与泵隔膜协作的空气室的执行机构外壳。泵隔膜向外是 泵室外壳、进气歧管和出气歧管。通路从泵室外壳过渡到歧管。止回 球阀位于进气通路和出气通路中。空气室之间的执行机构包括从其中 穿过的轴，该轴与位于空气室和泵室之间的隔膜连结。能够使用这种 系统泵送粘性和物理特性差别很大的多种物质。
0005气动泵的执行机构通常包括控制气流从而改变压力并向每个 空气室排气和从每个空气室排气以致使泵往复的空气阀。空气阀由操 控系统控制，操控系统依次地由泵隔膜或者活塞的位置控制。因此， 提供反馈控制机械装置从而将恒定空气压力转变为将加压空气往复分 配到每个运作的相对的空气室。
0006在车间气源或者其他的常规加压空气源可用时采用限定往复 空气分配系统的执行机构是非常有利的。其他的加压气体也用于驱动这些产品。术语"空气"通常用于指代任何和所有的这些气体。通常 期望用加压空气来驱动产品，因为这些系统避免了可能产生火花的元 件。通过在泵上的阻力使压力均衡时轻易地允许执行机构达到停转点， 执行机构也能够提供连续的泵压力源。随着在泵上的压力减小，系统 将再次开始运作，根据需要建立运作系统。
0007在使用这种执行机构驱动这种泵时，能够承受差别很大的需 求。泵送物质的粘度、吸入压头或者输送压头以及所需的流动速率会 影响运作。典型地，加压空气源是相对恒定的。因此，泵运作存在由 这些事物(例如，吸入和压力压头以及液体流动阻力)限制的最大流 量。在泵的最大能力下，通过泵的输出的限制来控制流动速率(包括 在泵仍被加压时的零流动速率)。相对于进气，执行机构排气的调整 也被用于永久性的泵效率设定。
0008保持不变的是，控制泵的输出或者执行机构的排气可以改变泵
的性能从而实现在最大值之下的所需的流动速率，但是这种控制未考虑 有效率的运作和对泵的需求的变化。

发明内容
0009本发明关于使用带有相对的空气室的具有往复空气阀的执行 机构的气动泵。执行机构包括具有进气通路的通向空气阀的进口和控 制流经进气通路的气流的调整件。调整件包括可调整地延伸到进气通 路中直至空气阀的封闭构件。进口调整件的采用允许随变化着的泵效 率来平衡泵流动。
0010通过限制，在轻的和适度的泵送载荷下可以减小泵冲程上的 空气的装填量。这减少了排出侧的需求，因为可以释放较小的累积压 力。进一步，当典型地由于泵送物质的流动约束从而使得全部的压力 不能传送成比例的较大流动时或者当不需要完全流动时，可以用较小 的压力构建来实现泵送。通过减小在空气室内的驱动气压而不是通过 在泵送物质或者动力空气上施加背压来实现动力需求的有效减少。
0011在本发明的第一独立方面，调整件位于执行机构外壳中从而 提供对空气阀和相关联的泵的可预测的性能调整。
0012在本发明的第二独立方面，提供对执行机构的非线性控制。在低气流速率下，进口调整件位置成比例地变得更敏感。非线性控制 也可以配置为使得执行机构所产生的空气消耗变化基本上直接成比例 于执行机构的设置。
0013在本发明的第三独立方面，进口调整件具有螺旋轴肩和可调 整地延伸到进气通路中的封闭构件。啮合件相对于进气通路固定并且 啮合件延伸从而可操作地啮合螺旋轴肩。 一个构造包括与具有沿其长 度变化的斜度的可旋转调整件构件关联的螺旋轴肩。轴肩可由调整件 中的槽限定。
0014在本发明的第四独立方面，进口调整件包括螺旋槽和可调整
地延伸到进气通路中的封闭构件。啮合件相对于进气通路是固定的并 延伸从而可操作地啮合螺旋槽。在一种构造中，进口调整件可旋转地 安装在执行机构外壳中且截面图为圆柱。密封凹槽可有利地安置在槽 和封闭构件之间。
0015在本发明的第五独立方面，执行机构具有基本上提供泵的最 大可能容量的97%的最大气流设置。
0016在本发明的第六独立方面，可以结合任何的前述方面从而具 有更大优势。
0017因此，本发明的目标是提供改进的气动泵。其他的和进一步 的目的和优点将在下文阐述。


0018图l是气动隔膜泵的垂直截面图。0019图2是执行机构的俯视图。0020图3是执行机构的透视图。0021图4是执行机构的垂直截面图。0022图5是进口调整件的透视图。
具体实施例方式
0023转到图的细节，图l图示了气动双隔膜泵。在序列号为 5， 957， 670的美国专利中全面阐述了可应用于泵构造的原理和在该优 选实施例中设想的操作，该专利的公开在此并入供参考。
0024泵结构包括两个泵室外壳20、 22。这些泵室外壳20、 22均包 括形成泵送腔的凹的内侧，泵送物质经过泵送腔。单向球阀24、 26分 别在泵室外壳20、 22的下端。进气歧管28分配将被泵送到单向球阀24、 26两者的物质。单向球阀30、 32分别位于泵室外壳20、 22之上并构建 为提供在与阀24、 26相同的方向内的单向流动。出气歧管34与单向球 阀30、 32关联。
0025泵室外壳20、 22向内的中心段(概括地标示为36)限定了图2、 3和4中图示的执行机构。执行机构包括在执行机构外壳42任一侧的空 气室38、 40。在空气室38、 40中的气压提供相反方向的力并由此限定 运作的相对的室。如图1所示，具有以常规的方式分别地安置在泵室外 壳20和空气室38之间以及泵室外壳22和空气室40之间的两个泵隔膜 44、 46。泵隔膜44、 46沿其周界被保持在泵室外壳20、 22和空气室38、 40的相应的周界之间。
0026如图l、 3和图4所示，执行机构外壳42提供与空气室38、 4。的 共同轴线同轴地并延伸到每个空气室的第一导轨。轴50位于第一导轨 48内。导轨48提供作为沿导轨48彼此分离地密封空气室38、 40的机械 装置的密封件52、 54的槽。轴50包括在其每端的活塞组件56、 58。这 些组件56、 58包括占据每个泵隔膜44、 46的中心的构件。轴50引起泵 隔膜44、 46—起运作从而在泵内往复。
0027第二导轨60同样位于执行机构外壳42内，引导移动轴62位于 第二导轨60内。衬套限定的导轨经由中心段完全地延伸直至空气室38、 40，其在每一端是锥口孔腔。经由第二导轨60延伸的引导移动轴62也 延伸超出执行机构外壳42从而与活塞组件56、 58的内表面互相作用。 引导移动轴62可以延伸到任一组件56、 58的界面的行进路径中。因此， 随着轴50往复，引导移动轴62被前后驱动。
0028如序列号为2005/0249612的美国专利申请中的原理所述，在 优选实施例中的执行机构36是机械的和运作的，该专利的公开内容在 此并入供参考。
0029执行机构36的外壳42附加地包括从相对的空气室38、 40延伸 的空气室通路64、 66。这些空气室通路64、 66提供压縮空气以驱动泵 隔膜44、 46并且也提供用于使空气室排气的通路。0030执行机构外壳42的一部分由概括地表示为67的、附连到外壳 42的主体的一个壁的、限定空气阀68的可分离的圆柱体外壳部限定。 空气阀68包括通过空气室通路64、 66与空气室38、 40连通的圆柱体70。 不均衡的阀芯72提供在圆柱体70内的阀构件。
0031在外壳42中提供进口从而引导压縮空气经由进气通路74进入 圆柱体70。如序列号为5，957，670的美国专利和美国专利申请公开 2005/0249612所述，进气通路74可以包括分成从带螺纹端口 76通向圆 柱体70的三个各自通路的部分。圆柱孔78垂直地延伸到在带螺纹端口 76下游的进气通路74。进气通路可以包括在带螺纹端口76和执行机构 外壳42外的延伸的流体路径。
0032如图2、 3和图4所示，圆柱进口调整件80位于圆柱孔78中。最 佳视图见图5，圆柱进口调整件80包括在一端带有内六角头84的盖板 82。进口调整件80的圆柱主体包括螺旋槽86。槽86具有两端，因螺旋 布置的原因其一端低于另一端。圆柱进口调整件80的底部提供可调整 地延伸到进气通路74中的封闭构件88。密封凹槽90被配置在螺旋槽86 和封闭构件88之间。密封凹槽90容纳O形圈从而封住进气通路74防止经 由圆柱孔78排气。O形圈也起到使调整件80成角度地保持固定在外壳42 的适当的位置中的作用。
0033执行机构36进一步包括啮合件92。在优选的实施例中，啮合 件92是经由外壳42延伸进入圆柱孔78的带螺纹的销。相对于进口调整 件轴向地固定啮合件92并且啮合件92延伸到槽86以便与其啮合。
0034螺旋槽86限定两个平行的螺旋轴肩，其中一个与啮合件92配 合来限定调整件80的位置防止进气通路74中的压力使调整件80可能从 圆柱孔78弹出的情况。轴肩限定在圆柱孔78中的调整件80的轴向位置。 由于啮合槽86是螺旋的，进口调整件80的旋转使调整件80上升和下降 从而或多或少地伸迸迸气通路74中。
0035槽86的螺旋线具有使调整件80的旋转和行进之间的关系为非 线性的不同的斜度。槽86的构造使得随着进气通路逐渐地被调整件80 所限制，调整件80的行进比旋转的比率逐渐减小。槽86的非线性斜度 增加了执行机构的敏感性，其中调整件80的轴向行进具有最重要的影 响。附加地，从下面的图中也可看出，可进一步构建槽86的斜度以便经由进气通路74的流动速率变化基本上与进口调整件80的角度旋转成 比例。这提供了在不需要空气流动监测的情况下对影响效率的空气消
耗的直觉调整。而且，槽86仅部分地围绕调整件80 (大约30(T )延伸。 这避免了槽86的一端与另一端相交。
0036由根据经验确定的泵和执行机构阀的构造决定槽86端点的轴 向位置。在附图中图示了一个泵的示例。该泵不需要排出压力而在恒 定的100磅/平方英寸的气压和泵送水的条件下工作。
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0037当不需要快速的流动时，可以旋转调整件80使螺旋槽86的上 端接近啮合件92，即设置l。在这种情况下，泵效率提高。
0038当在设置1时调整件80基本上阻挡进气通路74。在设置1时， 调整件80最大程度地行进到圆柱体78中，且啮合件92在槽86的上端， 其构成最大的所选限制。在设置1时，泵的流动速率是5.9 GPM(加仑/ 分)，执行机构的空气消耗是3.5 SCFM (标准立方英尺/分钟)。随后 当进气通路敞开更大时，该设置具有更大的泵性能比率，泵性能比率 是泵流动与空气消耗的比率。但是，这种高的泵性能比率是以低的泵 容量为代价获得的。设置l被选作实际的较低的流动限制，其近似为不 带空气入口或者执行机构限制的给定泵的最大沆
0039
:这个示例中，当泵抵抗低阻力运作时，
/爪
如此低以致
被加压的空气室从未达到入口供给空气的全压力。在加压之前，泵达 到其行程的末端并且执行机构相反。这种结果提供了小的泵阻力下的 改进的性能比率。首先，采用较少的空气。其次，由于排气空气室同样未达到全压力，所以排气空气室具有较小的排出阻力。同时，随着 泵阻力增加，执行机构将允许加大压力从而满足所需的增加的压力。
0040继续阐述上图中相同的示例，当调整件80安置在离进气通路 74最远的位置，啮合件92位于槽86的下端。当调整件80在其最上面的 位置时提供了最小的限制。其由在上图中的泵为16. 4GPM和执行机构为 24.8SCFM的设置4表示。在设置4时，虽然性能比率是较低的，但有利 地实现了高的泵流动。
0041由于在泵中的流动限制，所以靠近最大的泵流动速率的泵性 能比率指数地减小。这可从随着流动速率增加上图的斜率逐渐减小而 看出。换句话说，除非压力增加，上图所示的空气流动比泵流动的曲 线事实上渐近于最大的泵流动速率而与所提供的空气量无关。由于在 恒定的压力下将空气供向进气通路74，空气流动速率同样将达到最大 值而非渐近的。
0042在调整件不存在时，最大的进气流动允许快速地填充作为动 力行程一部分的空气室。快速的填充提供了最大的泵流动速率，但具 有低的泵性能比率。当然，泵的实际的流动速率取决于吸入压头、出 口头、所泵送的液体的粘度等等。所泵送的液体粘度越大，快速的流 动所需的动力越大。即使是粘度较小的液体和极小差别的泵送压力， 超过有效运作水平的流动速率也需要不成比例的动力量。因此，当进 气通路74具有充分大的尺寸并且流动通路的剩余物不限制大于进气通 路74的流动时，压縮空气的自由流动将提供最大量的泵流动但不可以 超过有效运作水平。
0043当啮合件92位于螺旋槽86的下端时建立设置4，根据经验调节 设置4以限制流经进气通路74的空气流动从而在可接受的性能比率下
运作的同时有效地最大化流动。这种可接受的设置近似于给定泵设计 的最大泵流动的97%。图可用于计算在设置4最小时的泵性能比率，设 置4限定最小的所选限制。
0044执行机构外壳42具有概括地标示为94的围绕圆柱进口调整件 80的效率指示器，最佳视图见图2。可以将指示器94模制于外壳42中从 而达到最长寿命，指示器94包括分别表示最小设置(设置l)和最大设 置(设置4)的标记。相对的定向的箭头96、 98分别表示用于增加流动和增加效率时圆柱进口调整件80的角度旋转的方向。表示出了设置l和 设置4之间的两个中间角度位置。这些同样反映在上图中的中间角度位
置(设置2和设置3)被等角度地隔开。
0045每个角度设置(设置1到设置4)反映由于螺旋槽86和啮合件 92之间的配合而影响空气流动速率的圆柱进口调整件80相对于进气通 路74的轴向设置。两个中间角度位置反映泵为12.8 GPM且执行机构为 12 SCFM的设置2和泵为15.3 GPM且执行机构为18. 8 SCFM的设置3。指 示器槽口100设立在盖板82上。
0046效率指示器94上的设置与槽口100配合可用于辅助调整进气从 而重建反复的情况等等。四个等角度隔开的设置反映基本上相等的空 气流动的变化增量。取决于螺旋槽86的非线性斜度构造的这种关系提 供了不需要空气流动测量的对效率的直觉控制并赋予了遍及空气流动 调整全范围的相等敏感度的控制。
0047设置1到设置4的泵性能比率分别是1.69、 1.07、 0. 81和0. 66。
同时较慢的运作和输出减小获得了显著的效率。操作者必须确定设置 调整件的位置以便如所需要的有效的运作。预计泵送粘度更大的物质 或者增大压头使上图的曲线下降以克服增加的阻力。0048因此，公开了具有可变入口的允许高的泵输出或者高的泵效 率的气动泵。虽然展示和阐述了本发明的实施例和应用，但是对本领 域技术人员显而易见的是，在不背离本发明的设想的情况下可以进行 更多的修改。因此，本发明仅由所附权利要求限制。
权利要求
1. 气动泵，其包括执行机构，该执行机构包括执行机构外壳(42)、可操作地相对的空气室(38、40)、空气室通路(64、66)、在所述执行机构外壳(42)内的具有通过每个空气室通路(64、66)分别与所述空气室(38、40)连通的圆柱体(70)的空气阀(68)以及具有在所述执行机构外壳(42)内的延伸到所述圆柱体(70)的进气通路(74)的进口；泵主体，该泵主体包括至少一个可变容量的泵室(20、22)和由所述运作的相对的空气室(38、40)驱动的泵送构件(44、46)；其特征在于所述进口进一步具有可操作地安装在所述执行机构外壳(42)中的选择性地限制所述进气通路(74)的进口调整件(80)。
2. 如权利要求1所述的气动泵，安装所述进口调整件(80)以便 随所述进口调整件(80)的旋转迸入到所述进气通路(74)中。
3. 如权利要求2所述的气动泵，所述进口调整件(80)的旋转和 行进之间的关系是非线性的。
4. 如权利要求3所述的气动泵，随着所述进气通路(74)逐渐地被 所述进口调整件(80)所限制，所述进口调整件的行进与旋转的比率减小。
5. 如权利要求1-4中任一项权利要求所述的气动泵，所述进口调整 件(80)具有可调整地延伸到所述进气通路(74)的封闭构件(88)和 具有沿其长度变化斜度的螺旋轴肩(86)以及相对于所述进气通路(74) 固定的并延伸从而可操作地啮合所述螺旋轴肩(86)的啮合件(92)， 其中所述螺旋轴肩(86)具有随着所述进气通路(74)逐渐地被所述进 口调整件(80)所限制而逐渐减小的所述调整件的行进对旋转的比率。
6. 如权利要求5所述的气动泵，所述进口调整件(80)进一步具有绕所述进口调整件(80)延伸不超过300。的槽(86),所述槽(86)的 一侧限定所述螺旋轴肩。
7. 如权利要求1-4中任一项权利要求所述的气动泵，所述进口调整 件(80)具有封闭构件(88)，所述封闭构件被可操作地安装从而随角 度旋转轴向地移入和移出所述进气通路(74)从而选择性地限制在所述 进气通路(74)中的空气流动速率，第一角度位置在所述进气通路(74) 处于最大所选限制而第二角度位置在所述进气通路(74)处于最小所选 限制，经由所述进口的流动速率的变化基本上与所述进口调整件(80) 的所述角度旋转成比例。
8. 如权利要求7所述的气动泵，所述第二角度位置在最大泵送容 量的97%处。
9. 如权利要求7所述的气动泵，所述进口调整件(80)进一步具 有所述第一角度位置和所述第二角度位置之间的标记所限定的多个中 间角度位置，所述第一角度位置、所述第二角度位置和所述多个中间 角度位置被等角度隔开，每个角度位置具有影响空气流动速率的相应 的轴向位置，在邻近的等角度隔开的轴向位置之间的受控空气流动速 率的变化基本上相等。
10. 如权利要求9所述的气动泵，所述第二角度位置在最大泵送容 量的97%处。
全文摘要
气动隔膜泵包括具有带相对的空气室的外壳的性能控制执行机构。泵包括面向空气室的泵室和分别在每个空气室和每个泵室之间延伸的泵隔膜。执行机构进一步包括空气阀、通向空气阀的进口以及啮合件。进口包括进气通路和可旋转安装的性能控制进口调整件。进口调整件具有螺旋槽和可调整地延伸到进气通路中的封闭构件。啮合件与螺旋槽啮合以便控制进口。螺旋槽具有变化的斜度从而提供进口调整件的旋转和轴向行进之间的非线性关系。非线性关系使得流动速率与进口调整件的角度旋转成比例。
文档编号F04B43/06GK101449060SQ200780017800
公开日2009年6月3日 申请日期2007年4月6日 优先权日2006年4月19日
发明者C·W·迪茨奇, G·K·蓝特, G·S·邓肯 申请人:威尔顿泵业工程公司