带塑料壳的滑动叶片泵的制作方法

专利名称：带塑料壳的滑动叶片泵的制作方法
技术领域：
本发明的背景本发明涉及滑动叶片泵。尤其是，本发明涉及具有非金属壳体的中高压滑动叶片泵。
为了在适中的费用下可靠地输送中高压流体，工业上常采用滑动叶片泵。因为活动部件很少，该机器将能在很长时间内连续输送从水到油的各种各样的流体，压力高至250磅/平方英寸(Psi)。
传统上，很多滑动叶片泵的壳体是由锻造或铸造的黄铜或不锈钢精加工而成。这些坯件的黄铜合金含有1％至2％的铅，以便减少机床的故障和改善可锻性。但是当使用这些含铅的黄铜泵壳体来输送饮用水时，经过一段时间，铅将会从黄铜合金渗漏到水中。尽管渗漏速率不高，但无论如何是可以测量到的，对某些人来说，它应用于可饮用流体是不能允许的。
在某种相对的意义上，滑动叶片泵的壳体是简单的，是可以用各种软的可铸造材料，例如高密度聚合物制成。D.J.宾格雷(Bing1er)的美国专利4,543,228号是滑动叶压泵用的模制塑料壳体的代表。宾格雷塑料壳体的设计也是典型的，宾格雷的设计将现有技术黄铜壳体的构形直接转换成塑料壳体的构形。不幸的是，塑料的弹性模是G近似为1.5到2.0×106磅/平方英寸(1b/m2)，大大低于含铅黄铜约为15.0×106磅/平方英寸的模量。结果，在相同的压力下塑料壳体圆周的膨胀要比黄铜的大得多，从而引起更严重的泄漏和流体损失。得到的塑壳泵必定是压力显著地降低，由于流体损失使效率也降低。
因此本发明的一个目的是提供一种具有非金属壳体的高效滑动叶片泵。
本发明的另一个目的是一种有塑壳的相对高压泵。
本发明还有一个目的是滑动叶片泵将不会渗漏重金属到可饮用流体中。
本发明进一步的目的是用于导管连接到无螺纹的聚合物泵的凸台的管连接装置。
本发明还有一个目的是用于将运载流体的导管固定到无螺纹的非金属泵凸台的非金属管连接装置。
本发明的概要通过下面对本发明优选实施例的描述，本发明这些以及其他的目的将会很清楚，实施例包括一种滑动叶片泵，它的叶片转子的套筒固定在相对低模量，非金属材料的壳体空腔中，例如玻璃纤维加强的聚苯硫或聚邻苯二酰胺树脂。泵的转子和叶片连接到驱动轴上与该套筒装配成一部件。驱动轴在轴向与转子组成一整体，轴由安装在侧面的支承板支持。在本发明的第一实施例中，泵转子装置由C形卡圈固定的端塞封闭在空腔内。端塞边缘的圆周通过第一O型圈与壳体内腔壁密封，并通过第二O型圈压在底侧面支承板的外面密封。径向围绕转子的是泵的定子。定子和轴承板紧紧装配在非金属注模成型的壳体空腔内，以便通过一径向支持轴承安装驱动轴。弹簧加载的转子面密封设置在轴承和泵转子装置之间的高压密封腔内。在本发明的第一实施例中，从高压泵室来的高压排放流体被引导到这个轴承密封腔内，离开定子的圆周。高压流体从轴承密封腔排出。转子套筒和非金属壳体壁之间的密封将包围转子的那部分壳体与高压膨胀应力隔离。
本发明的另一个实施例，将高压排放流体从高压泵室引导到小的高压腔，该腔在与驱动轴的连接点相对的转子装置的侧面上。壳体端塞在结构上由装配的支持凸台加强，以便为端塞和转子装置之间的高压腔提供高压流体排放口。
外部导管连接装置是无螺纹的由O型圈密封的插头和插座接头。塞保持在插座中并通过销钉固定在泵壳体上的管托架顶住流体的推挤压力。在管托架弯曲部分中的C形夹与插头连接体中外环槽接合。
附图的简要说明通过参考与附图一起所作的下面详细描述，本发明的其他优点将会变得很清楚，附图有

图1是本发明的顶视平面图；图2是本发明的侧视图；图3是本发明的端视图；图4是沿着图1的4-4平面切割的剖视图；图5是沿着图2的5-5平面切割的剖视图；图6是带有管接头的本发明的侧视图7是沿着图6的7-7平面切割的剖面图；图8是带有管接头的本发明的端视图；图9是沿着图7的9-9平面切割的管接头的局部视图；图10是本发明另一个实施例的剖视图。
优选实施例的描述相对附图来说，在各个附图中相同的参考数字代表相同或相似的部件，本发明用正交投影的图1、图2、图3来说明。一般，泵壳体10是由玻璃纤维加强的聚合物树脂，如聚苯撑硫或聚邻苯二酰胺(polyphthalamide)通过注塑成型而构成。有代表性的合适材料是俄克拉何马州巴尔特斯维尔市(Bartlesville,Oklahoma)的菲立甫(phillips)66公司提供的利通(注册商标)(Ryton)。利通(Ryton是一种复合材料，在聚苯硫粘合剂中有约40％的玻璃纤维。在它的材料特性中，弹性模量为1.9×106磅/平方英寸。
另一种合适的材料是佐治亚州阿尔法雷达市(Alpharetta,Georgia)的阿莫科(Amoco)聚合物公司的阿莫达耳(注册商标)(AMODEL)，它是一种聚邻苯二酰胺和玻璃纤维的复合材料。报告称AMODEL的33％玻璃纤维组分有弹性模量1.6×106磅/平方英寸，而45％玻璃纤维组份有弹性模量2.0×106磅/平方英寸。
由于在这些聚合物混合物中玻璃纤维的存在，与可饮用流体直接接触的部件最终是由注模成型构成。成模后的机器加工是不希望的。
关于我们利用Ryton或AMODEL的壳体10设计，泵壳环圈30轴向地设置在轴承圈22和底座圈24之间。在轴承圈22和泵壳环圈30之间是锥形的轴承密封室32。壳体环圈的每个部分有圆柱形的内腔，其半径从底座圈24到轴承圈22逐渐减小，以便有利于泵转动部件的装配。筒式转子驱动轴20从壳体轴承圈22端轴向伸出。底座圈24的外部开口由C形卡圈28固定的端塞26密封。
入口和出口凸台12和14与壳体10的环圈和密封室各部件内部一起模制，并各自与连接板16相连。两个轴向对正的销孔18穿过连接板16，它在整个发明中的用途将在下面解释。
接着参考图4和图5的剖面图，泵套筒部件包括由整体的驱动轴20直接驱动的转子元件40。轴颈盘42和44包括轴颈轴承46和48以便径向地围绕轴颈表面50和52相对地限制转子元件40。轴颈盘的外圆周54和56与套筒内腔壁58相匹配装配。内轴颈盘42包括O型圈而密封76作为在套筒内腔壁58和轴承密封室32的内壁表面36之间的台阶面34的流体压力阻挡层。
在围绕转子40的轴颈盘42和44之间被压紧装配的是定子60，它具有偏心设置的增压月牙槽62。当流体在叶片的前面从增压月牙槽的低压进口部分64被刮扫向高压排出部分66时定子60的内表面径向限制向外偏移的流体驱动叶片48。流体驱动叶片滑动地与定子60形成压力密封相互接触面，叶片被高压流体载荷和离心载荷的总和弹性地偏置。
O型圈70和72，放置在底座塞26的外缘和内表面，对壳体底座圈24的内孔壁74和底座侧面轴颈盘44的外表面提供流体压力密封。
驱动轴20的驱动端由轴的滚柱或滚珠轴承装置80径向支持在壳体内。围绕轴的转动的流体密封装置包括固定件82，它有在轴承密封室32静止结构内的加压流体密封配合置有平滑的低摩擦的密封面83。密封转动件84与密封面83配合，密封转子密封转动件沿有关轴20的微小增量轴向位移，但通过弹性套管85被加压密封到轴20的表面。加载密封弹簧86安装在密封转动件84和轴肩87之间，对转动件84和密封面83之间的密封接触面预先载荷。
抛液环90在密封固定件82的外侧并固定在轴20上与其一起转动。排放或排出孔92穿过轴承圈20提供内部排放口，以便引导可经转动件84密封84泄漏的泵送流体离开轴承装置80。
动态地，流体流进入口100以充满吸入室102。分别通过轴颈盘42和44中的通道104和106，流体在向前转动的叶片48的前方流入增压月牙槽62的入口部分64。叶片48连续的转动驱使月牙槽62的流体增量以进入排出部分66。
从月牙槽排出部分66来的流体，被前进的叶片面压入，分别属于驱动侧轴颈盘42和底座侧轴颈盘44的通道108和110。终端塞26和转子40的空腔112和114把排出部分66的高压流体传送到叶片48的下面，作为径向偏置力的来源。在密封72内的底座侧轴颈盘44的外面上承受的高压力将该元件偏置向内。
在图1-5的优选实施方案中，通道108输送大多数的流体流量通过驱动侧轴颈盘42进入到轴承密封室32的内部，最后从排出口120排出。在室32内的流体压力对驱动侧轴颈盘42和密封转子84施加力。
由图10显示的本发明可替换的实施例提供高压流体的大部分流量从增压月牙槽的排出部分66，通过通道148流过底座侧壁轴盘44进入在终端塞115和底座侧轴颈盘44之间的室112。这个实施例的终端塞115在结构上被导管接头支承凸台117加强。高压排出流体从终端室112，通过凸台117，流过轴向流动通道119排入到导管接头146。
应该注意到O型圈面密封46和72贴靠在其各自外缘附近的轴颈盘42和44的外面上，它们将壳环圈30的径向圆周与泵产生的高流体压力隔离。只有在室102中进入的低的流体压力直接与壳内壁58接触。轴颈盘42和44将吸入室102与壳部件的两个轴向端存在的高排放压力隔开。因此除了由于减小了轴向截面积的轴承密封室32以外，壳体在轴向上受到很高的压应力，由于这个区域中有直径较小的孔，结果可以减少了沿着轴承室36的壁和轴承圈22分布的总的拉圆周张应力。这样减小的应力值是聚合物壳体材料可以容许的。
作为本发明小直径孔的另一个结果，轴承室36的壁在泵中最具刚性。虽然用聚合物的室壁比用黄铜的径向变形更大，但这样的变形几乎没有影响。因为变形值很小并在弹性极限范围内；在轴承室部分没有实质性泄漏或潜在的流量损失；和由于轴的定子与聚合物件配合提供了弹性密封，所以不用担心终端部泄漏。所以，本发明把泵的最高内部压力设置在有最低圆周应力和最高径向刚性的腔室内。
为了克服塑料接口凸台中导管连接头螺纹上过度的剪切应力，本发明应用了图7-9本发明实施例所描述的无螺纹连接装置。入口和排出口100和120的内孔是平滑的以便分别安装外接插头130和140。O型圈132对密封插头的圆柱形壁131和凸台12的内插座壁之间的圆形界面进行密封。
在连接插头130(和相同的连接插头140)的轴向中部有被环槽134隔开的环形肩部133和135。
在与密封圆柱形部分131相反的连接插头的轴向端部上是导管连接结构如图6-9所示，软管尖头带有圆周形的棘齿倒棱138。一种可代替的导管连接结构可以是螺纹，不管是管型的或机制的。
为了固定连接插头130和140对抗由于流体压力产生的来自口100和120插座的挤压，管托架125的弯曲板中相面对的轭与连接插头130和140中的环槽134相配合。管托架的腿127骑在出、入口凸台的连接板16上。横向保险销129穿过在连接板和管托架脚27中对正的孔。
推荐的连接器元件装配过程通常是首先用一夹子将固定尖接头136连接到各自软管内孔的。将软管固定后，两个连接头各自的环槽134与弯曲的轭122和142相配合，当连接插头插入到各自的接口插座100和120时，它们被用于保持在一起。当所有元件对齐就位时，使保险销125同所有的中心孔对正并插入以将各个元件锁定在一起。
在全部公开我们的发明之后，对本熟悉本领域的普通技术人员会注意到达到相同目的的其他方法，和设计出等同结构的装置以实现这样的目的。因此作为我们的发明，在权利要求中定义。
权利要求
1．一种滑动叶片泵，它具有包围套筒部件的壳体，该套筒部件包括多个叶片元件，其径向位移限制在转子体内，该叶片位移从转子体转动轴线并相对于静止的定子向外偏移，该定子有外周表面和内周表面，以便该叶片元件的末端可滑动地与该定子的内表面啮合，该叶片被转子体约束，和定子轴向地被限制在静止的间隔盘之间，流体入口通过壳体对该定子的内部表面敞开，排出流动通道通过至少其中之一的该间隔盘，以便将排出的流体流量从该定子内部表面排放到排放室中，该排放室在该壳体中并自该套筒部件轴向地位移设置。
2．按照权利要求1所述的滑动叶片泵，其中该间隔盘将排放的流体与该定子的外周表面隔离。
3．按照权利要求2所述的滑动叶片泵，其中该定子外表面与该壳体的内密封表面相连接。
4．按照权利要求3所述的滑动叶片泵，其中该壳体是由非金属材料制成。
5．按照权利要求2所述的滑动叶片泵，其中流体排出口包括一通过该壳体进入该排放室的开口。
6．按照权利要求5所述的滑动叶片泵，其中该转子体围绕该转动轴线由通过该排放室的驱动轴驱动旋转。
7．按照权利要求2所述的滑动叶片泵，其中该转子体围绕该转动轴线，从通过该壳体的驱动轴在转动轴线的一端被驱动旋转，该驱动轴的一端固定在该转子体上，该排放室放置在驱动轴转子体的轴向相对侧。
8．一种滑动叶片泵，它具有围绕转子轴线转动支承的转子元件，该转子元件有多个组合在该转子元件中相对该转子轴线作径向运动的流体排取叶片，有静止的定子，它有包围该转子元件和叶片的内周表面和外周表面，该叶片被偏置离开该转子轴线，并与该定子的内周表面可滑动地啮合，该定子的外周表面至少部分地与包围该定子和转子元件的壳体壁接合，一对轴向分离的间隔盘设置在该转子轴线的横向，在它们之间限定该转子元件和定子，通过该壳体壁的入口，它将流体引入到在该定子内周表面和该转子元件之间的吸入室，该滑动叶片刮扫过该吸入室，以使其中的流体围绕该定子内周表面位移到在该内周表面和该转子元件之间的排放室，至少其中之一的该间隔盘在该排放室附近穿孔，以便让流体通过它进入到设置在该壳体壁内但在分离的间隔盘轴向外侧的流体排放腔内，在该流体排放腔有排出口，通过叶片在该内周表面内的转动所移动的流体从该腔中排出。
9．按照权利要求8所述的滑动叶片泵，其中该对间隔盘包括支承面以便在该壳体壁内可转动地限制和支持该转子元件。
10．按照权利要求9所述的滑动叶片泵，其中该转子元件围绕该转子轴线被轴向穿过该流体排放腔的轴驱动旋转。
11．按照权利要求10所述的滑动叶片泵，其中该壳体是由非金属材料制成。
12．按照权利要求9所述的滑动叶片泵，其中该间隔盘将该吸入室与该排放室的流体压力隔离。
13．按照权利要求12所述的滑动叶片泵，其中通过该壳体壁的入口通入到邻近定子外圆表面一部分的前室。
14．按照权利要求11所述的滑动叶片泵，其中通过该壳体壁的入口和排出口是有基本平滑的圆柱形壁的连接头插座。
15．按照权利要求14所述的滑动叶片泵，其中管连接头，它将流体经过上述口过渡到流体离开和进入的外导管。
16．按照权利要求15所述的滑动叶片泵，其中管连接头有基本平滑壁的圆柱形插头，以便密封地穿过该管连接头插座。
17．按照权利要求16所述的滑动叶片泵，其中在平滑壁的圆柱形插头和管连接头插座之间的圆形界面由弹性体的O型圈对加压流体通道密封。
18．按照权利要求17所述的滑动叶片泵，其中管连接头通过固定在该壳体的管托架，被固定在插座穿过的位置中。
19．按照权利要求18所述的滑动叶片泵，其中管连接头包括环槽，以便可滑动地接纳管托架上的C形夹。
20．按照权利要求19所述的滑动叶片泵，其中入口和排出流体的流动渠道的管连接头由单个管托架固定，该管托架有一对相对开口的C形夹。
21．按照权利要求11所述的滑动叶片泵，其中该非金属壳体是一种有聚合物粘合剂的复合材料。
22．按照权利要求21所述的滑动叶片泵，其中该壳体是玻璃纤维和聚苯撑硫的复合物。
23．按照权利要求21所述的滑动叶片泵，其中该壳体是玻璃纤维和聚邻苯二酰胺的复合物。
24．按照权利要求8所述的滑动叶片泵，其中该转子元件围绕该转子轴线由与该转子轴和其中之一的轴向分离的间隔盘同轴设置的轴驱动旋转，该流体排放腔邻近另一个间隔盘设置。
25．无螺纹的管连接装置，它可操作地把加压的流体导管连接到流体设备，该设备有流体管连接插座，该插座有无螺纹的基本平滑和直的内壁表面以便接纳相配合的管连接插头，该管连接装置包括流体管连接头，它在其一轴向端有外圆柱形插头部分，在相反的轴端的流体导管连接部，流体流动通道，它轴向通过在该插头部分和该管连接部的端部之间的该管连接装置，和在该插头部分和该管连接部之间的外环槽，该插头部分有基本平滑的外圆柱形壁，以便穿过该流体设备插座；托架装置，它有将该托架固定到该设备的紧固装置和与外环槽接合的C形夹以便防止流体压力将流体管连接装置顶出该插座。
26．按照权利要求25所述的管连接装置，其中该托架装置包括位于弯曲部分侧面的一对腿部所形成的支架，在该弯曲部分中形成C形夹。
27．按照权利要求26所述的管连接装置，其中由穿过该腿部和该设备的一部分的销钉将托架装置固定到该设备。
全文摘要
由低模量的塑料制成的中高压滑动叶片泵。该泵将高压流体的流路离开中心的增压圆周并进入轴承密封室以将其排出。管接头被压入插座连接。管接头的连接由O形圈密封并且通过托架将管接头固定就位并抵抗流体压力的顶推。该托架由插销连接到接口凸台上。
文档编号F04C2/00GK1218544SQ97194520
公开日1999年6月2日 申请日期1997年3月10日 优先权日1996年3月11日
发明者R·C·辛格勒特赖, W·M·拉森 申请人:史丹德克斯国际有限公司