隔膜泵及其操作方法
【专利摘要】本申请案揭示一种隔膜泵及其操作方法。在至少一个说明性实施例中，一种隔膜泵可包括：外壳，其界定第一泵室、第二泵室及液压流体室；第一柔性隔膜，其使所述第一泵室与所述液压流体室分隔；第二柔性隔膜，其使所述第二泵室与所述液压流体室分隔；杆，其机械地连接所述第一柔性隔膜及所述第二柔性隔膜，使得所述第一及第二柔性隔膜中的一者的扩张对所述第一及第二柔性隔膜中的另一者施加收缩力；以及活塞，其安置在所述液压流室内且经配置以往复运动以致使包含在所述液压流体室内的液压流体交替地对所述第一及第二柔性隔膜施加扩张力。
【专利说明】隔膜泵及其操作方法
【技术领域】
[0001]本发明大体涉及隔膜泵且更特定来说涉及液压致动隔膜泵。
【背景技术】
[0002]气动隔膜泵已用于泵送一或多种流体。气动隔膜泵一般包含具有隔膜的至少一个泵室，所述隔膜用于分隔用于移动原动流体的原动流体室与用于泵送工作流体的泵室。将压缩空气馈送到所述原动流体室中以使隔膜扩张，这又致使工作流体被泵送通过泵室的出口。虽然利用压缩空气的气动隔膜泵是有效的，但其也可能是非常低效的且因此非常昂贵。
【发明内容】
[0003]根据一个方面，一种隔膜泵可包括:外壳，其界定第一泵室、第二泵室及液压流体室；第一柔性隔膜，其使所述第一泵室与所述液压流体室分隔；第二柔性隔膜，其使所述第二泵室与所述液压流体室分隔；杆，其机械地连接所述第一柔性隔膜及所述第二柔性隔膜，使得所述第一及第二柔性隔膜中的一者的扩张对所述第一及第二柔性隔膜中的另一者施加收缩力；及活塞，其安置在所述液压流体室内且经配置以往复运动以致使包含在所述液压流体室内的液压流体交替地对所述第一及第二柔性隔膜施加扩张力。
[0004]在一些实施例中，所述隔膜泵可进一步包括电机，其操作地连接到所述活塞以引起所述活塞的往复移动。所述电机可包括:可旋转输出轴；臂，其具有附接到所述输出轴的第一端；及滚子轴承，其附接到所述臂与所述第一端相对的第二端。所述活塞可包括接纳所述滚子轴承的腔，使得所述输出轴的旋转引起所述腔内的所述滚子轴承的移动，从而引起所述活塞的往复移动。
[0005]在一些实施例中，所述隔膜泵可进一步包括一种机构，其经配置以在检测到所述泵中的失速之后即刻停用所述电机。所述机构可包括经配置以感测活塞的冲程的末端的一或多个运动传感器。所述机构可包括电机过电流检测电路，其经配置以测量电机汲取的电流且在电流大于预定水平时停用电机。所述机构可包括离合器，其安置在所述电机的输出轴与所述活塞之间，所述离合器经配置以在输出轴与活塞之间的扭矩超过机械设定阈值时解除啮合。
[0006]根据另一方面，一种隔膜泵可包括:外壳，其界定第一工作室及第二工作室；第一柔性隔膜，其将所述第一工作室分隔成第一泵室及第一原动流体室；第二柔性隔膜，其使所述第二工作室分隔成第二泵室及第二原动流体室；通道，其与所述第一及第二原动流体室流体连通；杆，其机械连接所述第一及第二柔性隔膜；活塞，其安置在所述通道内且经配置以往复运动以致使包含在所述通道及所述第一及第二原动流体室内的液压流体交替地对所述第一及第二柔性隔膜施加扩张力；电机，其操作地连接到所述活塞且经配置以驱动所述活塞的往复移动；及离合器，其操作地连接在所述电机的输出轴与所述活塞之间，所述离合器经配置以在检测到过载状况后即刻停用电机。
[0007]在一些实施例中，所述杆可经配置以在所述第一及第二柔性隔膜中的一者扩张的同时使所述第一及第二柔性隔膜中的另一者收缩。所述电机可进一步包括臂，所述臂具有附接到所述输出轴的第一端及附接到所述臂与所述第一端相对的第二端的滚子轴承。所述活塞可包括接纳所述滚子轴承的腔，使得所述输出轴的旋转引起所述腔内的所述滚子轴承的移动，从而引起所述活塞的往复移动。所述离合器可经配置以在输出轴与所述活塞之间的扭矩低于机械设定阈值时啮合且在所述输出轴与所述活塞之间的扭矩超过所述机械设定阈值时解除啮合。
[0008]根据又另一方面，揭示一种操作隔膜泵的方法，所述隔膜泵包括:外壳，其界定第一及第二泵室及液压流体室；第一柔性隔膜，其使所述第一泵室与液压流体室分隔；第二柔性隔膜，其使所述第二泵室与所述液压流体室分隔；杆，其机械地连接所述第一及第二隔膜；活塞，其安置在所述液压流体室内；及电机，其操作地连接到所述活塞。所述方法可包括激活所述电机以驱动所述活塞的往复移动，所述活塞的往复移动引起所述第一及第二柔性隔膜的交替扩张，所述杆引起所述第一及第二柔性隔膜的交替收缩，且在检测到所述泵内的失速状况之后即刻停用电机。
[0009]在一些实施例中，停用所述电机可包括在所述输出轴与所述活塞之间的扭矩超过机械设定阈值时使操作地连接在电机的输出轴与活塞之间的离合器解除啮合。停用所述电机可包括测量电机汲取的电流且在所测量电流大于预定水平的情况下停用所述电机。停用电机可包括在活塞的冲程的末端附近感测活塞的运动且在未检测到活塞运动达预定时间周期的情况下停用电机。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]在附图中通过实例且不通过限制说明在本发明中描述的概念。为说明的简单及清楚起见，图式中说明的元件未必按比例绘制。举例来说，为清楚起见可相对于一些元件夸大其它元件的尺寸。此外，当认为适当时，已在图式之间重复参考标记以指示对应或类似元件。
[0011]图1为双隔膜泵的至少一个实施例的前透视图；
[0012]图2为可在图1的泵外壳内体现的现有技术泵的示意横截面图；
[0013]图3为可在图1的泵外壳内体现的液压致动泵的实施例的示意横截面图；
[0014]图4为呈可与图3的泵一起使用的电机-活塞驱动机构的形式的示范性液压驱动机构的不意图；
[0015]图5为可与图3的泵一起使用的示范性液压驱动机构的正视图，其中在啮合状况中描绘过载离合器；以及
[0016]图6为其中所描绘的过载离合器处于解除啮合或分离状况中的图5的液压驱动机构的正视图。
【具体实施方式】
[0017]虽然本发明的概念可具有各种修改及替代形式，但已在图式中通过实例展示本发明的特定示范性实施例且将详细描述所述特定实施例。然而，应理解，不希望将本发明的概念限于所揭示的特定形式，而相反，希望涵盖落在本发明的精神及范围内的所有修改、等效物及替代物。
[0018]现参考图1，展示隔膜泵10。图1的泵10在图2中被说明性地体现为气动致动双隔膜泵。预期在其它实施例中，泵10可体现为任何其它类型的隔膜泵。在说明性实施例中，泵10具有外壳12，外壳12界定第一工作室14或泵室14及第二工作室16或泵室16。
[0019]在说明性现有技术实施例中，如图2中所见，外壳12由通过紧固件耦合在一起的三个区段组成。泵10的第一及第二工作室14、16各自由相应第一及第二柔性隔膜18、20分成相应第一及第二泵室22、24及第一及第二原动流体室26、28。隔膜18、20通过杆或轴30互相连接，使得当隔膜18经移动以增加相关联泵室22的体积时，另一隔膜20同时经移动以减小相关联泵室24的体积，且反之亦然。
[0020]图2中说明的轴30为具有固定长度的往复隔膜连杆，使得轴30在泵10中的位置指示隔膜18、20的位置。轴30及隔膜18、20来回移动界定冲程的固定距离。所述固定距离由泵10的几何形状、轴30、隔膜18、20及泵10的其它组件(例如，隔膜垫片)确定。冲程被界定为轴30在第一与第二冲程末端位置之间的行进路径。轴30从一个冲程末端位置到另一冲程末端位置并返回的移动界定轴30的操作循环(即，循环包含两个连续冲程)。
[0021]泵10包含一或多个入口 32，其用于将原动流体(例如，压缩空气或另一压缩气体)供应到第一及第二原动流体室26、28以驱动隔膜18、20及轴30的往复运动。泵10可交替地连接到入口 32。替代地，一或多个阀34可连接到一或多个入口以用于交替地将原动流体供应到第一及第二原动流体室26、28。当阀34将原动流体供应到原动流体室26时，阀34使排出组合件36与另一原动流体室28连通以允许原动流体从排出组合件36排出。相反，当阀34将原动流体供应到原动流体室28时，阀34使原动流体室26与排出组合件36连通。在泵10的说明性实施例中，阀34在这些位置之间的移动由电磁阀控制。因而，通过控制阀34的移动，泵10的电磁阀控制将原动流体供应到第一及第二原动流体室26、28。
[0022]在泵10的操作期间，当轴30及隔膜18、20往复运动时，第一及第二泵室22、24交替地扩张及收缩以在相应的第一及第二泵室22、24内产生相应的低压及高压。泵室22、24各自与入口歧管38、40连通，入口歧管38、40可分别连接到待泵送的流体41、43的源且还各自与出口歧管或流体出口 42、44连通，流体出口 42、44可连接到用于被泵送的流体41、43的容器。止回阀46、48确保当适当的真空压力量存储在相应原动流体室26、28内时被泵送的流体41、43仅从入口歧管38、40朝向出口歧管42、44移动。参考图2，当泵室22、24内的流体41、43将从相应室泵送时止回阀46、48展示为处于上部位置中，且当泵室内的流体41、43将保留在相应室内时止回阀46、48展示为处于下部位置中。当泵室22扩张时，所得负压力将流体41从入口歧管38抽吸到泵室22中。同时，另一泵室24收缩，这产生正压力以迫使包含在其中的流体43进入出口歧管44。随后，当轴30及隔膜18、20在相反方向上移动时，泵室22将收缩且泵室24将扩张(从而迫使包含在泵室22中的流体41进入出口歧管42中且将流体43从入口歧管40抽吸到泵室24中)。
[0023]现参考图3，描绘液压致动泵100的说明性实施例。在所述说明性实施例中，泵100具有(例如)类似于图1中所见的外壳12的外壳。泵100的外壳界定第一工作室114或泵室114及第二工作室116或泵室116。泵100的第一及第二工作室114、116各自通过相应第一及第二柔性隔膜118、120分成相应第一及第二泵室122、124及第一及第二原动流体室126、128。隔膜118、120通过杆或轴130互相连接，使得当隔膜118经移动以增加相关联泵室122的体积时，另一隔膜120同时经移动以减小相关联泵室124的体积，且反之亦然。
[0024]图3中说明的轴130为具有固定长度的往复隔膜连杆，使得轴130在泵10中的位置指示隔膜118、120的位置。轴130可通过塑料垫片或以任何其它合适方式附接到隔膜118、120。轴130及隔膜118、120来回移动界定冲程的固定距离。所述固定距离由泵100的几何形状、轴130、隔膜118、120及泵100的其它组件(例如，隔膜垫片)确定。冲程界定为轴130在第一与第二冲程末端位置之间的行进路径。轴130从一个冲程末端位置到另一冲程末端位置并返回的移动界定轴130的操作循环(即，循环包含两个连续冲程)。
[0025]参考图3，轴130延伸通过第一及第二原动流体室126、128且延伸通过通道160 (例如，圆柱形通道)，通道160在原动流体室126、128之间延伸且与原动流体室126、128流体连通。电动机162 (例如，交流电或直流电机)操作地连接到轴130以使轴130来回移动(即，左右移动，如图3中所见)。如图4中所见，电动机162可包含转子164，举例来说，转子164可在逆时针方向上旋转。臂166从转子164向外延伸且在其末端上包含滚子轴承168。滚子轴承168接纳且停靠在活塞172的腔170内，其中腔170具有可大体上垂直于活塞172的移动的纵向跨度。
[0026]在操作泵100之前，原动流体室126及与原动流体室126流体连通的通道160的一部分中的原动流体Fl的量可与原动流体室128及与原动流体室128流体连通的通道160的一部分中的原动流体F2的量大体上相同。
[0027]当电动机162使输出轴164旋转时，臂166及滚子轴承168随着输出轴164旋转。滚子轴承168沿着活塞172的腔170来回移动以适应臂166的旋转。当滚子轴承168到达腔170的第一边缘180且臂166继续旋转时，活塞172沿着通道160朝向室114移动。同样地，当滚子轴承168到达腔170的第二边缘182且臂166继续旋转时，活塞172沿着通道160朝向室116移动。活塞172可定位在通道160内使得可阻止原动流体F1、F2超过活塞172。在说明性实施例中，可围绕活塞172的一或多个部分形成密封以防止原动流体F1、F2移动超过活塞172，同时仍然允许活塞172的移动。当活塞移动时，其中保持原动流体Fl、F2的总空间增大及减小，从而引起相对于柔性隔膜118、120的交替低压及高压，这又致使柔性隔膜118、120收缩及扩张。
[0028]如图3中所见，泵室122、124中的每一者与可连接到待泵送的流体204、206的源的入口歧管200、202连通。泵室122、124中的每一者还与出口歧管或流体出口 208、210连通。止回阀212、214确保当适当真空压力量存储在相应原动流体室126、128内时被泵送的流体204、206仅从入口歧管200、202朝向出口歧管208、210移动。参考图3，当泵室122、124内的流体204、206将从相应室泵送时止回阀212、214被展示为处于上部位置中，且当泵室122、124内的流体204、206将保持在相应室内时止回阀212、214被展示为处于下部位置中。当泵室122扩张时，所得的负压力将流体204从入口歧管200抽吸到泵室122中。同时，另一泵室124收缩，这产生正压力以迫使包含在其中的流体206进入出口歧管210中。随后，当轴130及隔膜118、120在相反反向上移动时，泵室122将收缩且泵室124将扩张(从而迫使包含在泵室122中的流体204进入出口歧管208且将流体206从相应入口歧管202抽吸到泵室124中)。
[0029]可在图3的泵100内实施用于过载或失速保护的机构以保护电动机162免受潜在损坏状况(其中主要液压泵输出被堵塞或不允许自由操作)。在说明性实施例中，举例来说，在活塞172卡住且停止往复运动的情况下，电机162 —般将继续向输出轴164提供旋转能，从而产生损坏电机162的可能性。本文揭示的失速保护方法可在存在潜在损坏状况的情况下停止电机162的操作。
[0030]在失速保护的说明性实施例中，如图5及6中所见，过载离合器220可定位在电动机162的输出轴164与活塞172之间。过载离合器220可一般包含第一及第二圆盘222、224，其分别附接到电机162的可旋转输出轴164及在第二圆盘224与臂166之间延伸的轴225。第一及第二离合器齿轮226、228分别附接到输出轴164及轴225且通过安置在离合器齿轮226、228与圆盘222、224之间的弹簧230、232偏置成啮合。当离合器齿轮226、228啮合时(如上文详细描述)，输出轴164使齿轮226、228旋转(如图5中所见)，这将旋转能转移到轴225、臂166及滚子轴承168，这引起活塞172的往复移动。如果活塞172未自由移动(或泵100及/或活塞172存在其它问题)，那么第二离合器齿轮228保持静止，如图6中所见。当电机162的输出轴164与活塞172之间的扭矩低于过载离合器220的机械设定阈值时，在离合器齿轮226、228之间没有相对移动发生。如果输出轴164与活塞172之间的扭矩超过过载离合器220的机械设定阈值，那么发生离合器齿轮226、228之间的相对移动，从而引起离合器齿轮226、228分离。离合器齿轮226、228的分离可用于触发开关234以停用电机162及/或泵100的其它组件。替代地，离合器齿轮226、228的分离可触发任何其它合适事件、状况或警报。
[0031 ] 在进一步说明性实施例中，失速保护可在电路内实施为电机过电流检测电路，所述过电流检测电路可在电动机162汲取的测得电流大于预定安全水平时停用电机162。
[0032]在失速保护的又进一步说明性实施例中，可通过安装在每一活塞冲程的末端处或末端附近的运动传感器(例如，霍尔效应传感器)来监视活塞172的位置。如果在特定时间间隔内未从传感器接收到信号(例如，归因于系统的堵塞、电机162与活塞172之间的连接的破坏等等)，那么可停用电机162。
[0033]在说明性实施例中，泵100可包含用于补偿泵100内的泄漏(例如，从原动流体室126、128的泄漏)的一或多个机构。有时，原动流体Fl或F2可从泵100漏出，这可产生泵100的操作问题。因此，希望取代失去的原动流体F1、F2。参考图3，泄漏补偿机构的说明性实施例描述为在通道160的上壁304内具有两个口 300、302。每一口 300、302可与含有原动流体的相应原动流体储液器306、308流体连通。原动流体储液器306、308可邻近通道160的上壁304而定位且可具有任何大小及/或形状。当活塞172沿着通道160来回移动时，活塞172可交替地堵塞及不堵塞口 300、302。更具体来说，当活塞172到达冲程的末端时(举例来说，在其最右位置中，其中没有压力施加在原动流体Fl上，如图3中所见)，活塞172将不再堵塞口 300 (且将堵塞口 302)。类似地，当活塞172到达其最左位置时(其中没有压力施加在原动流体F2上)，活塞172将不再堵塞口 302 (且将堵塞口 300)。以此方式，口 300、302将仅在冲程的末端处被堵塞。当口 300、302被堵塞时，如果在相应原动流体室126、128内存在气泡或开放空间，那么相应原动流体储液器内的原动流体将被泵送到相应原动流体室126、128中以取代空白空间或气泡(直到相应原动流体室126、128充满为止)。
[0034]虽然单个部分300、302展示为与每一原动流体室126、128结合,但可替代地使用多个流体口。又进一步，虽然描述两个原动流体储液器306、308，但单个储液器可替代地与两个(或所有(如果总数大于两个))口 300、302连通。在本文中描述的实施例中的任一者中，杆130可朝向入口歧管200、202或朝向出口歧管208、210定位。在替代实施例中，可额外或替代地在泵100内使用用于补偿泄漏的任何其它合适机构或方法。
[0035]虽然已在图式及以上描述中详细描述某些说明性实施例，但此说明及描述应被认为是示范性的且在性质上不具有限制性，应理解，仅已展示及描述了说明性实施例且希望保护在本发明的精神内的所有变化及修改。存在起因于本文中描述的设备、系统及方法的各种特征的本发明的多个优点。将注意，本发明的设备、系统及方法的替代实施例可不包含描述的所有特征但仍然受益于此类特征的优点中的至少一些。所属领域的一般技术人员可容易设想出其自身的并入有本发明的特征中的一或多者的设备、系统及方法的实施方案。
【权利要求】
1.一种隔膜泵，其包括: 外壳，其界定第一泵室、第二泵室及液压流体室； 第一柔性隔膜，其使所述第一泵室与所述液压流体室分隔； 第二柔性隔膜，其使所述第二泵室与所述液压流体室分隔； 杆，其机械地连接所述第一柔性隔膜与所述第二柔性隔膜，使得所述第一及第二柔性隔膜中的一者的扩张对所述第一及第二柔性隔膜中的另一者施加收缩力；及 活塞，其安置在所述液压流体室内且经配置以往复运动以致使包含在所述液压流体室内的液压流体交替地对所述第一及第二柔性隔膜施加扩张力。
2.根据权利要求1所述的隔膜泵，其进一步包括操作地连接到所述活塞以引起所述活塞的往复移动的电机。
3.根据权利要求2所述的隔膜泵，其中所述电机包括可旋转输出轴、具有附接到所述输出轴的第一端的臂，及附接到所述臂与所述第一端相对的第二端的滚子轴承。
4.根据权利要求3所述的隔膜泵，其中所述活塞包括接纳所述滚子轴承的腔，使得所述输出轴的旋转引起所述腔内的所述滚子轴承的移动，从而引起所述活塞的往复移动。
5.根据权利要求2所述的隔膜泵，其进一步包括经配置以在检测到所述泵中的失速之后即刻停用所述电机的机构。
6.根据权利要求5所述的隔膜泵，其中所述机构包括经配置以感测所述活塞的冲程的末端的一或多个运动传感器。
7.根据权利要求5所述的隔膜泵，其中所述机构包括电机过电流检测电路，其经配置以测量所述电机汲取的电流且在所述电流大于预定水平时停用所述电机。
8.据权利要求5所述的隔膜泵，其中所述机构包括安置在所述电机的所述输出轴与所述活塞之间的离合器，所述离合器经配置以在所述输出轴与所述活塞之间的扭矩超过机械设定阈值时解除啮合。
9.一种隔膜泵，其包括: 外壳，其界定第一工作室及第二工作室； 第一柔性隔膜，其使所述第一工作室分隔成第一泵室及第一原动流体室； 第二柔性隔膜，其使所述第二工作室分隔成第二泵室及第二原动流体室； 通道，其与所述第一及第二原动流体室流体连通； 杆，其机械连接所述第一及第二柔性隔膜； 活塞，其安置在所述通道内且经配置以往复运动以引起包含在所述通道及所述第一及第二原动流体室内的液压流体交替地对所述第一及第二柔性隔膜施加扩张力； 电机，其操作地连接到所述活塞且经配置以驱动所述活塞的往复移动；及离合器，其操作地连接在所述电机的输出轴与所述活塞之间，所述离合器经配置以在检测到过载状况后即刻停用所述电机。
10.根据权利要求9所述的隔膜泵，其中所述杆经配置以在所述第一及第二柔性隔膜中的一者扩张时使所述第一及第二柔性隔膜中的另一者收缩。
11.根据权利要求9所述的隔膜泵，其中所述电机进一步包括: 臂，其具有附接到所述输出轴的第一端 '及 滚子轴承，其附接到所述臂与所述第一端相对的第二端。
12.根据权利要求11所述的隔膜泵，其中所述活塞包括接纳所述滚子轴承的腔，使得所述输出轴的旋转引起所述腔内的所述滚子轴承的移动，从而引起所述活塞的往复移动。
13.根据权利要求9所述的隔膜泵，其中所述离合器经配置以在所述输出轴与所述活塞之间的扭矩低于机械设定阈值时啮合且在所述输出轴与所述活塞之间的所述扭矩超过所述机械设定阈值时解除啮合。
14.一种操作隔膜泵的方法，所述隔膜泵包括:外壳，其界定第一及第二泵室及液压流体室；第一柔性隔膜，其使所述第一泵室与所述液压流体室分隔；第二柔性隔膜，其使所述第二泵室与所述液压流体室分隔；杆，其机械地连接所述第一及第二隔膜；活塞，其安置在所述液压流体室内；及电机，其操作地耦合到所述活塞，所述方法包括: 激活所述电机以驱动所述活塞的往复移动，所述活塞的所述往复移动引起所述第一及第二柔性隔膜的交替扩张，所述杆引起所述第一及第二柔性隔膜的交替收缩；及 在检测到所述泵内的失速状况之后即刻停用所述电机。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述停用所述电机包括在所述电机的输出轴与所述活塞之间的扭矩超过机械设定阈值时使操作地连接在所述输出轴与所述活塞之间的离合器解除啮合。
16.根据权利要求14所述的方法，其中所述停用所述电机包括: 测量所述电机汲取的电流；及 在所述所测量电流大于预定水平的情况下停用所述电机。
17.根据权利要求14所述的方法，其中所述停用所述电机包括: 在所述活塞的冲程的末端附近感测所述活塞的运动；及 在未检测到所述活塞的运动达预定时间周期的情况下停用所述电机。
【文档编号】F04B49/10GK104514702SQ201410499408
【公开日】2015年4月15日 申请日期:2014年9月25日 优先权日:2013年10月8日
【发明者】瓦伦·A·塞斯, 艾伦·M·克雷申蒂 申请人:英古所连公司