用于往复式正排量泵的直接体积控制装置(dvcd)的制作方法
【专利摘要】一种体积控制装置具有一个壳体，该壳体具有一个进口通路、一个出口通路以及与该进口通路和出口通路连通的一个内部腔室。一个蓄积器被可移动地被定位在该内部腔室内并且基本上顺应该内部腔室的多个壁，该蓄积器包括允许流体流动穿过其中的一个内部通路。一个单向阀被定位在该蓄积器的内部通路中，其中该阀被偏置在一个关闭位置中并且一个可调节凹座在该壳体内部腔室内被定位在该蓄积器与该壳体出口通路之间。一个定位机构接合该壳体和可调节凹座，由此该可调节凹座在该壳体内部腔室内的位置可以被可调节地固定。
【专利说明】用于往复式正排量泵的直接体积控制装置(DVCD)
[0001]本申请根据35USC§ 119(e)要求在2013年3月4日提交的美国序号13/827，136的权益，该美国序号根据35USC§ 119(e)要求在2012年4月27日提交的美国序号61/639，524的权益，这两个美国序号以其全部内容通过引用结合在此。
发明领域
[0002]本发明涉及泵和流体注射系统。
[0003]置量
[0004]正排量泵被用来以可重复的方式来递送或“投加”可预见的、精准量的流体。通常，正排量泵使用实心物体例如柱塞、活塞或隔板的往复式运动来在吸入冲程过程中从连续源中汲取流体、接着在一个排放冲程过程中排放所汲取的流体。在此类往复式正排量泵中，典型地控制流体的流动以使得所汲取的流体部分在排放周期过程中不返回至其源、而是通过一个吸入止回阀来防止这样做，该吸入止回阀允许在仅一个方向上朝向该泵的流动。还典型的是，存在一个排放止回阀以便引导流体离开该泵而朝向既定的接收过程、并且以便防止在其操作过程中任何流体从该接收过程返回至该泵。
_5] 附图简要说明
[0006]图1展示了一个正排量泵。
[0007]图2展示了定位在图1的泵上的一个直接体积控制装置(DV⑶)。
[0008]图3是DV⑶的一个实施例的透视图。
[0009]图4是图1所示的DV⑶的分解视图。
[0010]图5是图1所示的DV⑶在第一位置中的截面视图。
[0011]图6是图1所示的DV⑶在第二位置中的截面视图。
[0012]图7是图1所示的DV⑶在第三位置中的截面视图。
[0013]图8是图1所示的DV⑶在第四位置中的截面视图。
[0014]图9是图1所示的DV⑶在第五位置中的截面视图。
[0015]图10是图1所示的DV⑶在第六位置中的截面视图。
[0016]图11是第二 DV⑶实施例的透视图。
[0017]图12是图11所示的DV⑶的截面视图。
[0018]图13是第三DV⑶实施例的透视图。
[0019]图14是图13所示的DV⑶实施例的分解视图。
[0020]图15是图13所示的DV⑶的截面视图。
[0021]图16是图13所示的DV⑶的截面视图，示出了流体路径。
[0022]图17是第四DV⑶实施例的截面视图。
[0023]图18是图17中所看到的DV⑶的放大视图。
[0024]图19是类似于图18的一个视图，但是展示了一个不同的柱塞位置。
[0025]图20是DV⑶/泵单元的一个端视图，示出了图21中所使用的截面线。
[0026]图21是对图17中所看到的DVCD实施例的修改的一个切除视图。
[0027]选定实施例的详细说明
[0028]图1展示了一种类型的常规正排量泵组件，该组件具有一个“驱动器”部分100以及一个泵“头部”组件105 (也称为“湿端”或“流体端”，除了其他技术术语之外)。头部组件105是泵组件的与有待泵送的流体发生接触的那部分。自然，所展示的泵头部组件105是在正排量泵系统中所使用的众多泵头部设计中的仅一种。该泵组件的驱动器部分100也是在往复式正排量泵中所使用的若干种设计中的仅一种。该驱动器可以由并且通常是由加压气体来供能的(气动式)，其中一个活塞在交替的气体压力的驱动下随着时间进行往复移动(例如，参见美国专利号8，087，345中的泵，该专利通过引用结合在此)。该驱动器也可以是电气的，例如在旋转马达使用机械装置来将旋转运动转变为往复式运动的情况下。该驱动器还可以由液压流体或任何其他能量源来供能，其中能量最终为可重复的、交替的、往复式运动。图1所示的驱动器类型是气动式的，这仅出于展示的目的，并且本发明可以采用许多不同规定类型的或进一步发展的驱动器。
[0029]本发明的许多实施例涉及控制来自该泵的流体在泵组件的头部部分处的流速或输出。在图1中，描绘了一个柱塞型泵头部105。在这个常规类型的泵头部中，驱动器作用于柱塞上使之进行线性往复式(来回)运动。通过使用一个密封件来将该柱塞连接至该泵头部上，该密封件被设计成用于在环境与该头部内的一个腔室之间屏障从而气密地隔离该腔室。该密封件允许该柱塞在腔室中可滑动地上下移动，同时维持紧密的气密式密封。当该柱塞部分地但非完全地从该头部内的腔室中撤出时，它在该腔室内产生了吸入作用(负压)。图1还示出了附接至头部部分105上的一个吸入止回阀106。当止回阀106附接至流体源上时，流体被抽入泵送腔室中从而填充由正撤出的柱塞所产生的膨胀空间。在某一点处，该柱塞(借助于该驱动器的往复运动)停止撤出并且开始向下返回至该腔室中。这个动作增大了该腔室中的压力，从而导致吸入止回阀106关闭并且迫使流体经由一个排放止回阀107离开该腔室。
[0030]若干种其他类型的正排量泵头部使用了用于交替产生负压然后正压的不同装置来以受控的方式吸入并且接着排放流体。在这些泵头部设计的每一种中，使用了至少一个吸入止回阀以及至少一个排放止回阀。例如，一个第二、非常普遍类型的泵头部(附图中未示出)被称为“隔板”型泵头部。这个泵头部使用了通过柱塞的往复运动而产生的液压流体压力，以便作用在隔板的一侧上或多个隔板的夹层结构上。在这个类型的头部设计中，该隔板或隔板组件的相反侧作用于正被泵送的流体上。其他类型的泵头部使用了用于控制、致动和泵送流体的替代性装置，例如波纹管型泵头部。所有这样的泵头部以及潜在地许多其他常规的和将来开发的泵头部都可以结合本发明来使用。
[0031]本发明的许多实施例涉及控制在任何往复式泵(与类型无关)的排放周期过程中所排放的流体量，包括在该泵头部使用了一个排放止回阀并且经由往复式运动而机械地改变腔室的内部体积的情况下。图2描绘了类似于图1的泵组件，但是该泵组件将排放止回阀107替换为本发明的一个实施例，即直接体积控制装置(DV⑶)I。
[0032]图3更好地展示了 DVCD I的这个实施例的外部特征，其中将它从该泵组件中移除。图3示出了 DV⑶I的壳体2、端帽7、进口 3、出口 4以及一个体积调节机构，在所展示的实施例中该体积调节机构是控制旋钮35，该控制旋钮包括带刻度的指示环36。进口 3可以包括用于连接至泵头部上的任何常规的装置，例如，螺纹接头70，通过该螺纹接头形成了进口 3。类似地，出口 4可以具有一个螺纹表面或允许附接至从DVCD I到要求对流体进行计量或将流体泵送至其的工艺的一根适当的管道或管路上的其他连接装置。本发明考虑了将DVCD I连接至该泵头部上和该工艺上的多个装置。例如，该螺纹部分在底部处可以是楔形的管道螺纹或任何其他常规的或将来开发的机械装置。在优选的实施例中，与该泵头部的附接是经由带有密封装置(例如，被定位在密封件凹槽39中的O环型密封件)的直螺纹完成的，该密封装置用于密封在该泵头部上。靠近出口 4的到螺纹部分可以是与将使用其的工艺相对应的任何类型的螺纹，或者也可以制成接受例如低压力“型锻”管路配件、或中压力或高压力“锥形且带螺纹的”连接件。通过观察图4(DVCD I的分解视图)和图5(组装后的DVCDl的切开视图)可以更好地理解DVCD I的内部部件。图5展示了壳体2的上端上的螺纹38将如何通过O形环8与端帽7上的匹配螺纹相接合，该O形环在这些元件之间形成密封。在该壳体内形成了内部腔室5，该内部腔室包括以下主要部件:凹座机构或装置(在这个实施例中为可调节凹座16)、单向阀45、蓄积器10以及用于允许对蓄积器10的位置进行调节的定位机构或装置20，如下文更详细描述的。内部腔室5的下端包括楔形侧壁9，以促进与蓄积器10的密封接合。在某些实施例中，内部腔室5包括可以称为蓄积器腔室的一个体积。
[0033]在图4中可最好地看到可调节凹座16的所展示实施例。这个实施例包括具有密封环凹槽64的圆形基部60以及具有椭圆形开口 62和凸轮销钉63 (例如，上部凸轮销钉63B和下部凸轮销钉63A，其功能在下文中进行解释)的直立区段61。图5展示了间隔件17在圆形基部60内如何滑动以及方形环密封件18如何定位在凹槽64内以便与内部壳体腔室5的内部侧壁形成密封。图4还示出了蓄积器10的这个实施例如何包含一个主体14、一个较小直径的上部区段41、一个密封件凹槽42以及一个下部开放通路44(参见图5)。参见图5，看到这个实施例如何将方形密封环11和支承密封环12定位在密封件凹槽42中。图5还示出了通路44如何与在蓄积器本体14中形成的内部空腔15连通并且较小直径的上部区段41如何滑入可调节凹座16的圆形基部60内的间隔件17之中。
[0034]蓄积器10的所展示实施例进一步包括被定位在蓄积器的内部空腔15内的一个单向阀45。在这些实施例中，该单向阀被示为包括提升阀46、压差弹簧47、弹簧固位件48以及O形环49的一个提升型阀。该提升阀46包括一系列侧开孔50以及(虽然被隐藏而看不见)一个开放的顶部区段，这样使得进入这些提升阀侧开孔中的流体可以通过该开放的顶部区段离开。进一步可以看到，弹簧47将提升阀46的具有O形环49的一端偏置成抵靠在蓄积器内部腔室15的下部分上。虽然这些所展示实施例示出了由提升阀组件形成的单向阀，但是可以使用许多不同的常规或将来开发的单向阀，例如但不限于不同的调整器(例如，背压调整器)、螺线管阀或梭阀。
[0035]图4最好地展示了定位机构20的一个实施例的单独部件，该定位机构影响可调节凹座16的定位并且最后影响蓄积器10的定位，如将在下文中更详细地解释。定位机构20的主要部件包括轴21、凸轮构件22A和22B、以及旋钮23，该旋钮充当一个控制表面或抓握表面以用于对轴24施加转矩。定位机构20的其他部件包括多个螺旋形环29、多个垫圈28、多个支承环27、多个O形环26、带刻度的标尺环24、多个固定销钉25、以及固定螺钉30。轴24将被定位成延伸穿过可调节凹座16的多个椭圆形开口 62 (在图5和6中可更好地看到)并且固定销钉25将多个凸轮构件22固定在轴21上以免旋转，其中每个凸轮构件的凸轮表面33(图5)被定向成是彼此大致上相反的。参见图5，可以理解凸轮构件22的旋转如何致使凸轮表面33跨坐在可调节凹座16上形成的凸轮销钉63上。例如在图5中，凸轮构件22A的所展示的凸轮表面33推动下部凸轮销钉63A相对于DV⑶壳体2向下移(即，由于轴21是通过延伸穿过壳体的这些侧面而相对于壳体2竖直地固定的)并且由此推动可调节凹座16在壳体2内向下。虽然附图中未明确示出，但是也可以理解作用于上部凸轮销钉63B上的凸轮构件22B将如何推动可调节凹座16向上。旋钮23的调节使轴21、凸轮构件22旋转并且由此移动可调节凹座16，同时带刻度的标尺环24提供对凸轮构件的移动程度的视觉指示。在所展示的实施例中，标尺环24上的刻度线是针对在旋钮23旋转时可调节凹座16移动的线性距离进行了校准的。通过这个机构，这些凸轮构件22用于精确地控制可调节凹座16在该内部壳体腔室内的向上和向下移动。
[0036]虽然若干个结构性部件被定位在壳体内部腔室5内，但是从进口 3到出口 4围绕这些部件仍存在一条流体路径。一旦进口 3处的流体压力致使单向阀45打开并且允许流体流经蓄积器10，则流体路径穿过提升阀46、穿过可调节凹座圆形基部64、围绕定位机构20并且穿过出口 4离开。
[0037]所展示实施例的操作
[0038]在正排量泵系统中使用时，通过位于壳体2外部下部上的螺纹或其他机械装置可以将DV⑶I连接至该泵头部组件上，如图2所示。参照图5，可调节凹座16被示为处于关闭或下部位置中、并且完全限制蓄积器10的运动，这样使得该蓄积器仍然紧密地定位在壳体2的楔形内部侧壁9上。在这个位置中，可以理解的是，当该泵头部开始其周期的排放或加压部分时，流体在DVCD组件的进口 3中被加压。在所展示的实施例中，流体从底部穿过进口 3进入并且遇到蓄积器10的底部部分，该蓄积器不能响应于施加在其上的流体压力而移动，因为可调节凹座16处于完全降下的位置中。加压的流体作用于提升阀46上，该提升阀虽然被弹簧47偏置成关闭、但如果流体压力足以克服弹簧47的力则将打开。
[0039]图6展示了在流体压力下向该打开位置移动的提升阀46。提升阀46的致动允许流体经过蓄积器内部空腔15的内壁与提升阀O形环49之间的所得空隙、接着穿过提升阀侧开孔或端口 50并且穿过提升阀46的开放的顶部区段。一旦流体移动穿过提升阀46，它将自由地经过可调节凹座16、定位机构20的内部，并且穿过出口 4离开DV⑶组件。将理解的是，一旦DVCD I以稳态运行(例如，内部填充有被泵送的流体)，则在该泵的排放周期过程中移动的所有流体必须流入DVCD I中并且等质量的流体(假设为总体上不可压缩的流体)必须离开出口 4。
[0040]为清楚起见，图7展示的是从DV⑶I内部移除了压力的情况。可以看到，这些凸轮构件22 (附接至彼此上并且因此作为一个单一单元进行移动)已经逆时针旋转约145度，这也致动了可调节凹座16，从而致使它向上移动并且由此在可调节凹座16与蓄积器10之间产生一个空隙。由于没有压力作用在蓄积器10上，所以它仍被定位成抵靠在内部腔室5的底部侧壁9上。同样，提升阀46仍然由于弹簧47施加至其上的压力而坐于蓄积器内部空腔15的底部上。由于可调节凹座16处于这个“中途”位置中，当该泵头部在其周期的排放部分过程中开始施加压力时，流体开始对DVCD进口 3的内部施加压力并且推动穿过其内部，从而同时对蓄积器10和提升阀46施加压力。提升阀46仍通过弹簧47在蓄积器10的凹座部分上保持在其下部位置中。然而，该流体移动将蓄积器10致动，从而致使其向上可滑动地移动直至接触到可调节凹座16的下边缘(尤其是间隔件17)，如图8所示。提升阀46(当蓄积器10移动至其第二位置时继续入座)现在变成了该加压流体可用的唯一路径，并且因此提升阀46在流体压力克服弹簧47的力时向上致动，从而再次允许流体经过，如之前所描述的。在这个操作顺序中，可以理解如何将从泵头部排放的流体体积V1用于或“借用于”在提升阀46的致动之前将蓄积器10保持在可调节凹座16上。一旦这个体积的流体进入DVCD 1，则任何额外的流体都将致动提升阀46并且流经该提升阀46、并且促进流体从出口 4中移出直到该往复式泵周期的排放部分结束。如之前所描述的，在该周期的排放部分结束时，流体暂时停止流动。这时，该泵头部再次开始其周期的补充或吸入部分。但是不同于当蓄积器10被完全限制时所描述的，现在，在流体可以开始穿过吸入止回阀组件106流入泵中(参见图2)之前，蓄积器10和提升阀46两者首先通过向下可滑动地移动到其入凹座置而对瞬时真空作出反应，该瞬时真空表示补充的开始。当它们一起向下移动时，它们将一定体积(与初始地用来致动它们的相同的量(V1))的流体向后移位到该泵头部组件中。在该周期的这个部分的过程中，可以理解的是，没有新的流体进入该泵头部中，而是仅有之前用于使蓄积器10移位的流体。蓄积器10和提升阀46两者现在返回至其向下的且完全入座的位置中，如之前在图7中所示。在这时，不再有流体可以从DV⑶I进入泵头部组件中。现在，对该泵周期的补充或吸入部分的剩下部分来说，新的流体将穿过吸入止回阀组件106进入该泵头部中，类似于图1的现有技术装置的操作。
[0041]通过图7和图8的描述，可以理解的是，总体而言，在所描述的周期过程中通过DVCD I所排放的流体比在整个周期中蓄积器10被限制在完全向下的位置(即，如图5)中时更少。一旦蓄积器10不是完全地被限制，则在吸入周期过程中不补充一定量的流体，因为该蓄积器在其入座与脱凹座置之间前行、并且接着返回至其初始位置。实质上，该泵将流体和固体的组合移位，其中区别在于将该蓄积器10移位所需要的流体体积V1，该蓄积器被移位越过该可调节凹座16所允许的精确距离。因此在吸入周期过程中不允许该泵头部来补充该体积的流体。该泵的总输出被减小了所移位的体积。
[0042]图9和图10展示了已经逆时针旋转了另外180度而达到其最大旋转位置的这些凸轮构件。在这点处，防止了这两个凸轮构件的进一步移动，因为凸轮表面中的曲面凹口 34接合了凸轮销钉63。如之前所描述的，凸轮构件22的这种进一步旋转进一步可滑动地致动该可调节凹座16，从而致使它进一步向上移动并且由此在可调节凹座16与蓄积器10之间产生一个更大的空隙。所有的移动和动作都如之前参照图7和图8所描述的，但是现在允许蓄积器10移动一个最大距离并且节省了移动穿过出口 4的更大体积V2。从以上说明中将理解的是，可以将凸轮构件22旋转至任何位置，从而致使可调节凹座16在从完全降下变化到完全升起，并且因此蓄积器10在响应于由该泵头部组件的周期所产生的压力或真空而在两个方向上前行时将可调节的量的流体进行移位。
[0043]本领域技术人员将容易理解的是，DV⑶I的尺寸(包括壳体内部腔室5和蓄积器10的直径以及通过改变凸轮构件22在其最大和最小尺寸处的直径所允许的前进量)以及可能的其他参数将决定从连接了 DVCD I的泵的输出中可减去的最大流体量。优选的是，DVCD I具有一个完全入座或关闭位置，在该位置中该泵头部具有最大的输出和效率，并且接着通过调节蓄积器在DVCD I内的位置可以从泵输出中减去一个可变量的流体。
[0044]虽然在图1至图10中已经对DV⑶I的某些特定实施例进行了详细描述，但是本发明还包括许多替代的实施例。作为一个实例，在图11和图12中示出了一个替代的定位机构20。在这个实施例中如在图12中最佳所见，可调节凹座16A包括具有中央通路86和螺纹区段87的一个长形杆85。螺纹区段87将接合在壳体腔室5的内表面上所形成的对应螺纹，如图12所示。因此，可调节凹座16A的逆时针或顺时针旋转将导致它在壳体2A内向上或向下移动，并且由此调节该蓄积器10必须在壳体腔室5内移动的空间。施加转矩来旋转可调节凹座16A的一种方式是在壳体2A中形成多个凹座触及窗口 52 (图11)并且在可调节凹座16A中形成多个凹座转矩孔洞53。一个棒或其他工具将穿过触及窗口 52而触及转矩孔洞53并且允许旋转可调节凹座16A。将理解的是，这个实施例与前一个实施例的不同在于允许该可调节凹座直接围绕该装置的轴线进行旋转而不是如之前所描述的间接地通过使用凸轮构件22来进行旋转。
[0045]图12还展示了具有支承密封件26的O形环密封件27如何防止流体围绕可调节凹座16A的顶端进行迀移和通过触及窗口 52而逸出。同样，擦拭器密封件55防止了流体围绕可调节凹座16A的底端而迀移和通过触及窗口 52而逸出。图12中的流体路径在进口3处的流体压力克服提升阀弹簧47时可以是直观的。流体如之前所描述的流经提升阀46、但是接着可以直接流入杆通路86中并且接着离开出口 4。壳体2A与之前的实施例的不同之处还在于具有被拧到一个较大的上部区段上的一个较小的下部区段(参见重叠的螺纹56)。如在之前的实施例中，将一个O形环8定位成在壳体2A的上部区段与下部区段之间实现密封。
[0046]在图13至图16中看到了 DV⑶的还又一个实施例。图13展示了这个实施例如何具有与进口 203相反定位的一个体积控制旋钮223而同时出口 204在壳体2B的侧面上形成。图14和图15更好地展示了 DV⑶的这个实施例如何形成具有一个杆或轴215的可调节凹座，其中在端和上端上的倒杯结构225连接至控制旋钮223上。轴215穿过固位螺母222并且螺纹地接合螺母222，而螺母222进而螺纹地接合壳体2B的顶部区段。在平衡的轴215与螺母222之间定位了一个U形杯或单向密封件219 ;在轴215与壳体2B的内部侧壁之间定位了一个具有支承密封件217的O形环；并且在轴215进入包含该可调节凹座的倒杯225的壳体2B的开放空腔中之处定位了另外一个U形杯或单向密封件216。
[0047]轴215是在以下意义上被理解为“平衡轴”:它在多个方向上具有压力承受表面以便中和趋向于束缚其螺纹表面的那些由压力引起的力。图15展示了轴215上的平衡肩台220，该平衡肩台通过轴中央通路221和轴侧面通路224而受到DV⑶的内部流体压力。因此，当作用于蓄积器210的底部上的压力取决于对轴215上的螺纹施加一个向上的力并且潜在地束缚这些螺纹时，这些平衡肩台220上的压力将趋向于施加一个反作用力，由此降低将这些螺纹被束缚的趋势。图15还展示了释放通路227，该释放通路将泄放经过密封件216逸出的任何流体压力并且将以其他方式趋向于逆向地作用于平衡肩台220的下侧上。
[0048]蓄积器220类似与其他实施例中的蓄积器之处在于，它包括由提升阀246形成的一个单向阀，该单向阀被弹簧247偏置而抵靠在该蓄积器的内部侧壁上。类似地，蓄积器210具有在壳体2B的下部区段处接合楔形内部侧壁的一个擦拭器密封件255和O形环240，以便在蓄积器210处于其最下部位置中时形成密封。
[0049]图16展示了以下情况:为了升高该可调节凹座及其倒杯225，已经旋转了旋钮223以便在进口 203处施加流体压力时允许蓄积器210从该壳体内部腔室的底部向上移动。当流体压力增大到足以克服提升阀弹簧247时，流体首先环绕提升阀246流动并且穿过该提升阀、穿过倒杯225中的开孔226、并且最后离开流体出口 204，如图16中的流体流动箭头所示。因此，图13至图16的实施例提供了一种构型，其中该进口和出口在物理上更靠近，并且投加体积控制旋钮距DV⑶装置的进口和出口部分更远。
[0050]图17展示了 DVCD的另一个实施例，该实施例具有与隔板泵相结合的特定应用(但不是唯一的应用)。如在此所使用的，“隔板泵”总体上是指一种正排量泵，该正排量泵使用一个柔性(例如，橡胶、热塑料或特氟隆)隔板以及在该隔板的任一侧上的适合的阀(止回阀、蝶阀、瓣阀、或任何其他形式的截止阀)的往复动作的组合来泵送流体。图17示出了如以上所描述(例如，美国专利号8，087，345)的驱动器100，该驱动器对DV⑶I的柱塞325提供往复运动。隔板泵350连接至驱动器100的相反侧上的DV⑶I上(典型地通过螺栓，图中未示出)。将理解的是，驱动器100和隔板泵350主要被展示来例示一种可以使用这个DVCD实施例的操作环境，并且DVCD的这个实施例不限于特定的驱动器类型或特定的泵类型。例如，可以替代地使用电动驱动器或内燃驱动器。
[0051]图18更详细地例示了 DV⑶I的这个实施例的主要部件。DV⑶总体上包括壳体302，该壳体具有在其中形成的蓄积器腔室305。被定位在蓄积器腔室305内的是蓄积器310，该蓄积器在这个实施例中具有弹簧空腔311以及在蓄积器腔室305的一段处接合一个类似楔形表面的楔形鼻部分312。可调节停止件315还接合了蓄积器腔室305。可调节停止件315的这个实施例包括旋钮部分316、杆317以及停止件表面318。停止件表面318采取了倒杯的形式，该倒杯限定了一个弹簧空间319并且具有圆周表面，该圆周表面被配置成用于接合蓄积器310上的对应圆周表面(即，具有与之类似的一个表面)。自然地，该倒杯仅是停止件表面形状的一个实例，并且停止件表面318的替代实施例可以采取任何数目的不同形状。一个偏置机构324起作用来将蓄积器310偏置离开停止件表面318。在图18的实例中，该偏置机构是常规的弹簧、但是可以是任何其他常规的或将来开发的偏置装置。
[0052]在所展示的实施例中，可调节停止件315的杆317没有直接接合蓄积器腔室305的壁，而是一个带螺纹的衬套322的外螺纹接合了蓄积器腔室305的壁并且衬套322上的内螺纹接合了杆317上的外螺纹。可以容易地认识到，这个安排允许旋钮316旋转以便将停止件表面318朝向和背离蓄积器310进行移动，由此允许停止件表面318限制蓄积器310的移动范围。将理解的是，可调节停止件315是调节蓄积器310的潜在前行距离的仅一种方式，并且可以使用其他常规的或将来开发的技术。作为一个非限制性实例，可以使用图5中看到的凸轮系统来代替图17至图19中看到的可调节停止件。
[0053]DV⑶I进一步包括一个储器壳体303，该储器壳体形成了一个储器空间306以容纳将驱动隔板泵350中的隔板的驱动流体。该驱动流体可以是如在此所描述的来使DVCD和泵350运作的任何数目的流体，但是一种可接受的驱动流体是常规的齿轮油，例如15-30W。一个通气帽307接合了储器壳体303并且允许该储器的内部体积被维持在外部环境的压力(典型为大气压)下。还可以看到，进口通路335与储器空间306、蓄积器腔室305以及分布通路336相连通，该分布通路进而与液压泵350相接。将理解的是，流经这些通路的流体是驱动该隔板的“驱动流体”。旨在由泵来移动的流体(“泵送流体”)在该隔板的相反侧上被隔离并且穿过相反的一对止回阀(附图中未示出)。
[0054]图18还展示了柱塞325如何延伸穿过储器空间306并且进入进口通路335中。柱塞325的所展示实施例进一步包括内部通路326以及一个或多个侧孔口或“吸入孔洞”327，该内部通路在柱塞325的一端处是开放的(即，是与进口通路335处于流体连通的)，并且该一个或多个侧孔口或吸入孔洞延伸穿过柱塞325并且是与内部通路326处于流体连通的。将理解的是，在进口通路335中处于压力下的流体作用于蓄积器310的鼻部上并且经由分布通路336和筛板351中的多个开孔而作用于隔板352上。进口通路335中的加压流体还通过多个泄放通路337作用于泄放螺钉330上。在这个实施例中，泄放螺钉330是一个手动操作的提升阀或球型泄放螺钉，旨在从该系统中泄放空气以准备正常运行。图18中看到的另一个通路是在蓄积器腔室305与储器空间306之间延伸的一条旁通路径304，从而允许从蓄积器310上方逸出的任何流体返回至储器空间306。
[0055]在操作中，该柱塞将在两个位置(上死点位置与下死点位置)之间往复运动。上死点位置是指吸入冲程的终点，如图18所示，并且下死点位置是指排放冲程的终点，如图19所示。图17展示了在该吸入冲程终点处的柱塞325，其中驱动器100的主要驱动活塞109出于其升高的定位中。如图18所看到的，这将柱塞325的末端定位在进口通路335内，但是吸入式孔洞327定位在进口通路335之外并且与储器空间306处于流体连通。在这个位置中，驱动流体穿过吸入式孔洞327、内部通路326发生均衡并且由于流体静压力以及略微为负的作用压力(该作用压力是由任何额外的流体在柱塞与该进口通路335之间挤压时产生的空隙得到的)而填充内部通路335、并且一旦吸入式孔洞327离开进口通路入口并且进入环境条件的储器中时则穿过这些吸入式孔洞而离开。在排放冲程中，驱动活塞109将柱塞325向前移动进入进口通路335中，如图19所示。在吸入式孔洞327移动进入进口通路335中之后，与进口通路壁的紧密公差基本上抑制了进口通路335中的流体逸出回到储器306中。因此，进口通路335中的流体上的压力增大。类似于以上所描述的其他实施例，如果流体压力足够高的话，蓄积器310能够抵抗弹簧324的力而向上移动。因此，一定体积的流体可以被导入蓄积器腔室305中，由此减小否则将作用于隔板352上的压力以及隔板352将经历的移位。自然，作用在隔板352上的压力及其移位影响了移动穿过隔板泵350的泵送流体的压力和体积。因此，在蓄积器310可以向上移动的程度上，较少的泵送流体将被隔板泵350移动。显然，如果可调节停止件315 —路向下被拧入直到停止件315将蓄积器310压靠在蓄积器腔室305的底部上，则在排放冲程过程中没有流体被转向到该蓄积器腔室中。当柱塞325在下一个吸入冲程中撤出时，弹簧324起作用来将蓄积器310返回至其在蓄积器腔室305中的完全入凹座置中，如图18中所看到的。
[0056]在所展示的实施例中，蓄积器310搁置在蓄积器空腔305内，具有足够紧密而能实现液压压头密封效果的公差。然而，在替代方案中可以使用其他密封技术，其非限制性实例是机械密封件(例如，O形环)和迷宫式密封件。如以上所描述的，从蓄积器310上方逸出的任何流体最终可以经由旁通路径304返回至储器空间306中。将理解的是，在许多实施例中，对蓄积器310的相对精细的调节将影响作用于隔板352上的流体的量。例如，在一个实施例中，允许进入蓄积器腔室305中的流体体积是在约Iml与约10ml之间。在其他实施例中显然，蓄积器腔室305中允许的流体体积可以比这个范围大得多或甚至更小。
[0057]如图17所示，DVCD/泵系统的这个实施例可以展示为分成被栓接在一起的(或以其他方式连接在一起)三个分立的且可分开的区段。因此，该泵形成了一个第一可分开区段A，该蓄积器腔室是在第二可分开区段B中形成，并且该储器壳体是在第三可分开区段C中形成。自然，其他实施例可以由更少或更多可分开区段形成。
[0058]图20和图21展示了图17至图19的实施例的略微变化。图20是DV⑶/泵组合的一个端视图，示出了图21中的切除视图的截面线。在这个实施例中，柱塞325是实心的，如图21所示，即，它没有内部通路326或吸入式孔洞327。然而，这个实施例进一步包括一个单向阀(例如，止回阀)340，该单向阀被定位成与储器空间303相接并且经由释放通路341将流体递送至隔板352，即，穿过单向阀的流动方向是从储器空间303朝向隔板352。这个实施例以类似于图17至图19的方式进行运作，但在吸入冲程中不依赖于吸入式孔洞来将流体补充至该进口通路。然而，当柱塞325在吸入冲程中背离隔板352进行移动时，在进口通路335中产生真空的任何倾向是由于流体能够从储器空间303移动穿过单向阀340以及释放通路341而到达并且围绕隔板352、并且最后到达进口通路335而得到缓解(假定必须要一定体积的流体流动来释放由正撤出的柱塞所导致的真空)。自然，吸入式孔洞327和单向阀340仅是用于在该系统的操作过程中均衡该系统上的压力的示例性技术，并且本领域技术人员将了解许多其他技术也应被考虑在本发明的范围内。
[0059]本发明的许多其他实施例可以通过考虑DVCD的功能组件被概念化。例如，另一个实施例是一种DVCD，其中一个实心部件响应于由正排量泵头部在其排放周期过程中其内的流体所施加的压力来进行移动、并且随后在该泵的补充周期之前被复位，由此减去否则将被排放掉的流体的一部分。这个DVCD可以具有一个可调节的实心部件。另外一个DVCD实施例替代了并且充当了正排量泵的排放止回阀，其中的一个实心部件与普通的止回阀部件(例如，球或提升阀)相呼应地根据刚才所描述的进行移动。在这个实施例中，该实心部件也是可调节的。
[0060]本领域技术人员将意识到，DVCD I的所描述实施例直接控制投加体积而不干扰该驱动器的机械运动。然而，DV⑶I通过控制该投加腔室的“表观尺寸”来直接改变递送点处的投加体积。DVCD I导致正常情况下在泵送周期的排放部分过程中将被排放的一个精确受控的流体部分在即将被递送之前“被借用”、接着在投加周期的补充或吸入部分即将开始之前“被还回”或返回至该投加腔室中。DV⑶I允许一个可控制的实心部件进行移动来“代替”否则将被排放的流体的可变部分。这个实心部件正好在流体排放之前响应于液压压力从该排放周期移动一个受控距离、并且接着正好在流体补充或吸入周期之前响应于真空压力而自身复位，从而将移位的体积返回至该泵。它完全是被动的，仅对排放和补充周期作出反应，并且它除了将在非可控泵中出现的部件之外涉及仅一个移动部件。然而，不是所有的DVCD I实施例需要具有以上所描述的功能，并且缺乏此类功能的实施例也旨在位于本发明的范围内。
【权利要求】
1.一种体积控制装置，包括: a.一个壳体，该壳体具有一个进口通路、一个出口通路以及与该进口通路和出口通路连通的一个内部腔室； b.可移动地被定位在该内部腔室内并且基本上顺应该内部腔室的壁的一个蓄积器，其中该蓄积器包括允许流体流动穿过其中的一个内部通路； c.被定位在该蓄积器的内部通路中的一个单向阀，其中该阀被偏置在一个关闭位置中； d.在该壳体内部腔室内被定位在该蓄积器与该壳体出口通路之间的一个可调节凹座； e.接合该壳体和可调节凹座的一个定位机构，由此该可调节凹座在该壳体内部腔室内的位置可以被可调节地固定。
2.如权利要求1所述的体积控制装置，其中该蓄积器密封在该内部腔室的下部分上并且该储能器的内部通路是基本上与该壳体的进口通路对齐的。
3.如权利要求1所述的体积控制装置，其中该蓄积器内的阀是具有将其偏置在关闭位置中的弹簧的一种提升阀类型。
4.如权利要求1所述的体积控制装置，其中该可调节凹座的一个第一部分将该蓄积器保持在该壳体内部腔室的下部分上。
5.如权利要求4所述的体积控制装置，其中该可调节凹座的一个第二部分允许该蓄积器在该壳体内部腔室内横过一个第一距离。
6.如权利要求5所述的体积控制装置，其中该可调节凹座的一个第三部分允许该蓄积器在该壳体内部腔室内横过一个第二、更大的距离。
7.如权利要求1所述的体积控制装置，其中该定位机构包括在该壳体内部腔室内旋转的至少一个凸轮构件。
8.如权利要求6所述的体积控制装置，其中该蓄积器仅经受该蓄积器与该壳体的壁之间的密封摩擦而自由地前行该第一或第二距离。
9.如权利要求7所述的体积控制装置，其中该定位机构包括两个凸轮构件，所述两个凸轮构件接合了该可调节凹座上的多个凸轮销钉。
10.如权利要求1所述的体积控制装置，进一步包括被定位在该蓄积器与该壳体内部腔室的一个壁之间的一个第一密封件以及被定位在该可调节凹座与该壳体内部腔室的该壁之间的一个第二密封件。
11.如权利要求1所述的体积控制装置，其中该定位机构包括在该壳体外部的一个控制表面。
12.如权利要求11所述的体积控制装置，其中该定位机构包括一个螺栓构件，并且该控制表面是在该螺栓构件的一端上的一个抓握表面。
13.如权利要求1所述的体积控制装置，其中该单向阀允许在该进口通路朝向该出口通路的方向上的流动。
14.如权利要求1所述的体积控制装置，其中该定位机构包括在该壳体内部腔室的该壁的一部分上以及在该可调节凹座上的匹配螺纹表面。
15.如权利要求14所述的体积控制装置，其中该可调节凹座包括与该进口通路成直线的一个螺纹杆。
16.如权利要求1所述的体积控制装置，其中该蓄积器具有一个较大的第一端和一个较小的第二端，并且所述较小的第二端滑入该可调节凹座中的一个开孔之中。
17.如权利要求16所述的体积控制装置，其中该第二端在该可调节凹座内自由地滑动。
18.如权利要求1所述的体积控制装置，其中被定位在该壳体内的多个部件基本上由该蓄积器、该可调节凹座以及该定位机构组成。
19.如权利要求1所述的体积控制装置，其中该定位机构包括用于改变该可调节凹座在该壳体内的位置以允许该蓄积器在该壳体内前行不同程度的一个装置。
20.一种具有可调节体积控制的往复式泵系统，该系统包括: a.具有一个流体进口以及一个流体出口的一个往复式泵，该流体进口允许在吸入周期过程中流体进入该泵，并且该流体出口允许在排放周期过程中流体离开该泵；以及 b.与该泵出口处于流体连通的一个体积控制装置，该控制装置包括: 1.一个壳体，该壳体具有与该泵出口连通的一个进口通路、一个出口通路以及与该进口通路和出口通路连通的一个内部腔室； ?.一个蓄积器，该蓄积器被可移动地被定位在该内部腔室内并且具有基本上顺应该内部腔室的多个壁的至少一个表面，其中该蓄积器包括允许流体流动穿过其中的一个内部通路； ii1.被定位在该蓄积器的内部通路中的一个阀，其中该阀被偏置在一个关闭位置中； iv.被定位在该壳体内部腔室内的一个可调节凹座； V.接合该壳体和可调节凹座的一个定位机构，由此该可调节凹座在该壳体内部腔室内的位置可以被可调节地固定。
21.—种体积控制装置，包括: a.一个壳体，该壳体具有一个进口通路、一个出口通路以及与该进口通路和出口通路连通的一个内部腔室； b.一个体积控制器件，用于控制该内部腔室内的流体体积，该体积控制器件进一步包括允许流体流动穿过其中的一个内部通路； c.允许单向流体流动的一个流向控制装置，该流向控制装置被定位在该体积控制器件的内部通路中并且被偏置在一个关闭位置中； d.用于将该体积控制器件可调节地定位在该壳体内部腔室内的一个入座装置，该入座装置位于该体积控制器件与该壳体出口通路之间； e.用于可调节地固定该入座装置在该壳体内部腔室内的位置的一个定位装置。
22.—种体积控制装置，包括: a.一个进口通路以及一个出口通路； b.被定位在一个蓄积器腔室中的一个蓄积器，其中该蓄积器腔室是与该进口通路处于流体连通的； c.一个定位机构，由此该蓄积器在该蓄积器腔室中的位置可以被可调节地固定； d.被定位在一个单向阀腔室中的一个单向阀，其中该单向阀腔室是与该进口通路处于流体连通的；并且 e.其中该单向阀腔室是与该出口通路处于流体连通的并且该单向阀被偏置在将该进口通路与该出口通路隔断的一个位置中。
23.如权利要求22所述的体积控制装置，其中一个蓄积器通路在该出口通路与该蓄积器腔室之间提供了流体连接。
24.如权利要求22所述的体积控制装置，其中该可调节凹座保持该蓄积器抵靠在该蓄积器腔室上。
25.如权利要求24所述的体积控制装置，其中该可调节凹座的一个第一位置允许该蓄积器在该蓄积器腔室内横过一个第一距离并且该可调节凹座的第二位置允许该蓄积器在该蓄积器腔室内横过一个第二距离。
26.如权利要求22所述的体积控制装置，其中该单向阀是具有将其偏置在关闭位置中的弹簧的一种提升阀类型。
27.如权利要求22所述的体积控制装置，进一步包括被定位在该蓄积器与该蓄积器腔室的一个壁之间的一个第一密封件。
28.如权利要求22所述的体积控制装置，其中该单向阀允许在该进口通路朝向该出口通路的方向上的流动。
29.如权利要求24所述的体积控制装置，其中该定位机构包括在该蓄积器腔室的该壁的一部分上以及在该可调节凹座上的匹配螺纹表面。
30.如权利要求22所述的体积控制装置，其中该蓄积器腔室、该单向阀腔室、该进口通路以及该出口通路是在一个单一的整体式壳体中形成的。
31.如权利要求22所述的体积控制装置，其中该蓄积器腔室和该单向阀腔室是在分开的本体中形成的并且多个外导管将该进口通路和该出口通路连接至该蓄积器腔室和该单向阀腔室上。
32.如权利要求1所述的体积控制装置，其中基本上顺应该内部腔室的多个壁的该蓄积器包括被定位在这些壁与该蓄积器之间的一个密封件。
33.一种体积控制装置，包括: a.具有一个进口通路的一个壳体； b.被定位在一个蓄积器腔室中的一个蓄积器，其中该蓄积器腔室是与该进口通路处于流体连通的；以及 c.一个定位机构，由此可以调节该蓄积器在该蓄积器腔室中的前行。
34.如权利要求33所述的体积控制装置，其中该定位机构包括被配置成用于接合该蓄积器的一个停止表面。
35.如权利要求34所述的体积控制装置，其中该定位机构包括一个螺纹杆，该螺纹杆附接至该停止表面上并且允许将该停止表面朝向和背离该蓄积器进行调节。
36.如权利要求34所述的体积控制装置，其中一个偏置机构被定位在该蓄积器与该停止表面之间。
37.如权利要求33所述的体积控制装置，其中该进口通路与包括一种驱动流体的一个流体储器相连通。
38.如权利要求37所述的体积控制装置，其中一个柱塞与该储器相连通并且对该进口通路中的驱动流体进行加压。
39.如权利要求38所述的体积控制装置，其中该柱塞包括被定向在长度方向上的一个内部通路以及与该内部通路连通的一个侧出口。
40.如权利要求39所述的体积控制装置，其中该柱塞的操作冲程将该侧出口从该储器内移动至该入口通路内。
41.如权利要求37所述的体积控制装置，其中一条旁通流体路径从该蓄积器腔室延伸至该流体储器。
42.如权利要求38所述的体积控制装置，其中一个隔板泵与该进口通路相连通并且该柱塞的操作增大了作用在该泵的一个隔板上的驱动流体上的压力。
43.如权利要求42所述的体积控制装置，其中该隔板泵包括一个筛板。
44.如权利要求38所述的体积控制装置，其中该蓄积器沿着一条第一轴线移动，并且该柱塞沿着基本上垂直该第一轴线的一条第二轴线移动。
45.如权利要求33所述的体积控制装置，其中该蓄积器腔室处于该壳体中。
46.如权利要求33所述的体积控制装置，其中一个单向阀被定位在一个单向阀腔室中，其中该单向阀腔室是与该进口通路处于流体连通的。
47.如权利要求46所述的体积控制装置，其中该单向阀腔室是与该壳体中的一个出口通路处于流体连通的，并且该单向阀被偏置在将该进口通路与该出口通路隔断的一个位置中。
48.如权利要求47所述的体积控制装置，其中一个蓄积器通路在该出口通路与该蓄积器腔室之间提供了流体连接。
49.如权利要求47所述的体积控制装置，其中该可调节凹座保持该蓄积器抵靠在该蓄积器腔室上。
50.如权利要求49所述的体积控制装置，其中该可调节凹座的一个第一位置允许该蓄积器在该蓄积器腔室内横过一个第一距离并且该可调节凹座的第二位置允许该蓄积器在该蓄积器腔室内横过一个第二距离。
51.如权利要求47所述的体积控制装置，其中该单向阀是具有将其偏置在关闭位置中的弹簧的一种提升阀类型。
52.如权利要求47所述的体积控制装置，进一步包括被定位在该蓄积器与该蓄积器腔室的一个壁之间的一个第一密封件。
53.如权利要求47所述的体积控制装置，其中该单向阀允许在该进口通路朝向该出口通路的方向上的流动。
54.如权利要求49所述的体积控制装置，其中该定位机构包括在该蓄积器腔室的该壁的一部分上以及在该可调节凹座上的匹配螺纹表面。
55.如权利要求47所述的体积控制装置，其中该蓄积器腔室、该单向阀腔室、该进口通路以及该出口通路是在一个单一的整体式壳体中形成的。
56.如权利要求47所述的体积控制装置，其中该蓄积器腔室和该单向阀腔室是在分开的本体中形成的并且多个外导管将该进口通路和该出口通路连接至该蓄积器腔室和该单向阀腔室上。
57.一种隔板泵系统，包括: a.一个隔板泵； b.一个体积控制装置，该体积控制装置包括: 1.具有一个进口通路的一个壳体，该壳体是流体地连接至该隔板泵上； i1.被定位在一个蓄积器腔室中的一个蓄积器，其中该蓄积器腔室是与该进口通路处于流体连通的；以及 i1.一个定位机构，由此可以调节该蓄积器在该蓄积器腔室中的前行。
58.如权利要求57所述的体积控制装置，其中该定位机构包括被配置成用于接合该蓄积器的一个停止表面。
59.如权利要求58所述的体积控制装置，其中该定位机构包括一个螺纹杆，该螺纹杆附接至该停止表面上并且允许将该停止表面朝向和背离该蓄积器进行调节。
60.如权利要求58所述的体积控制装置，其中一个偏置机构被定位在该蓄积器与该停止表面之间。
61.如权利要求57所述的体积控制装置，其中该进口通路与包括一种驱动流体的一个流体储器相连通。
62.如权利要求61所述的体积控制装置，其中一个柱塞与该储器相连通并且对该进口通路中的驱动流体进行加压。
63.如权利要求62所述的体积控制装置，其中该柱塞包括被定向在长度方向上的一个内部通路以及与该内部通路连通的一个侧出口。
64.如权利要求63所述的体积控制装置，其中该柱塞的排放冲程将该侧出口从该储器内移动至该入口通路内。
65.如权利要求61所述的体积控制装置，其中一条旁通流体路径从该蓄积器腔室延伸至该流体储器。
66.如权利要求62所述的体积控制装置，其中该柱塞的操作增大了作用于该泵中的一个隔板上的驱动流体上的压力。
67.如权利要求57所述的体积控制装置，其中该隔板泵包括一个筛板。
68.如权利要求62所述的体积控制装置，其中该蓄积器沿着一条第一轴线移动，并且该柱塞沿着基本上垂直该第一轴线的一条第二轴线移动。
69.如权利要求61所述的体积控制装置，其中该隔板泵形成了一个第一可分开区段，该蓄积器空腔是在一个第二可分开区段中形成的，并且该流体储器形成了一个第三可分开区段。
70.如权利要求69所述的体积控制装置，其中该进口通路是通过该第二和第三可分开区段形成的。
71.一种用于调节由泵所递送的流体的流动的方法，该方法包括以下步骤: a.将该泵的一个驱动流体进口连接至一个体积控制装置的一个出口上，其中该体积控制装置包括； 1.具有一个进口通路的一个壳体，该壳体是流体地连接至该泵的进口上； i1.被定位在一个蓄积器腔室中的一个蓄积器，其中该蓄积器腔室是与该进口通路处于流体连通的；以及 i1.一个定位机构，由此可以调节该蓄积器在该蓄积器腔室中的前行； b.使一个柱塞在该进口通路内前进，由此增大该蓄积器处以及该泵的驱动流体进口处的压力。
72.如权利要求71所述的调节流体的方法，其中该定位机构包括被配置成用于接合该蓄积器的一个停止表面。
73.如权利要求72所述的调节流体的方法，其中一个偏置机构被定位在该蓄积器与该停止表面之间。
74.如权利要求72所述的调节流体的方法，其中该入口通路与包含一种驱动流体的一个流体储器相连通。
75.如权利要求71所述的调节流体的方法，其中该柱塞包括被定向在长度方向上的一个内部通路以及与该内部通路连通的一个侧出口。
76.如权利要求75所述的调节流体的方法，其中该柱塞的排放冲程将该侧出口从该储器内移动至该入口通路内。
77.如权利要求76所述的调节流体的方法，其中一条旁通流体路径从该蓄积器腔室延伸至该流体储器。
78.如权利要求71所述的调节流体的方法，其中该柱塞的操作增大了作用于该泵中的一个隔板上的驱动流体上的压力。
79.如权利要求71所述的调节流体的方法，其中该蓄积器沿着一条第一轴线移动，并且该柱塞沿着基本上垂直该第一轴线的一条第二轴线移动。
80.如权利要求74所述的调节流体的方法，其中一个单向阀连通该储器与该泵的一个隔板之间，该止回阀被定向成允许从该储器、经过该隔板并且朝向该体积控制装置的进口通路的流动。
81.如权利要求71所述的调节流体的方法，其中该蓄积器沿着一条第一轴线移动，并且该柱塞沿着基本上垂直该第一轴线的一条第二轴线移动。
【文档编号】F04B9/00GK104471244SQ201380030737
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2013年4月26日 优先权日:2012年4月27日
【发明者】安德鲁·C·埃利奥特, 小多恩·G·马瑟尔纳 申请人:切克波因特流体系统国际有限公司