[发明专利]双腔室的混合泵

说明书

技术领域

公开了改进的用于混合的章动泵，其具有用于同时泵送和可选地混合两种流体的双腔室。这两个腔室以180度相差进行泵送。不同的流体可以在各腔室中被独立泵送。被泵送的各种流体的比例正比于泵送该流体的活塞端的环形区域。所需要的多种流体之间的比例或比值可以通过改变活塞端的表面积来实现。

背景技术

章动泵是具有这样一种活塞的泵，该活塞既围绕其轴向衬套(liner)旋转，同时又沿轴向在管路(line)或壳体内往复滑动。活塞的360度旋转和轴向往复运动的组合产生了如图1A所示的正弦分配轮廓。在图1A中，该正弦轮廓以图表的方式示出。线1以图表的方式说明了在活塞转动一圈的过程中不同点上的流速。曲线1的位于表示零流速的水平线2上方的部分表示输出，曲线1的位于线2下方的部分表示输入或“填充”。泵输出和泵输入流速均达到最大和最小水平，因此在活塞旋转和泵输出或泵输入之间不存在线性相关。

在第6,398,513和6,540,486号美国专利(Amsler’513和Amsler’486)中公开的着色剂分配器采用了章动泵和用于控制该泵的计算机控制系统。在由Amsler等人公开的这种系统之前，已有的章动泵通过使活塞旋转全360度和相应的活塞轴向移动来工作。这种活塞操作使得活塞每旋转一圈则章动泵泵送特定数量的流体。因此，任何给定章动泵所泵送的流体数量均局限为该特定体积的倍数。如果需要更小体积的流体，则使用更小尺寸的章动泵或对该泵进行人工校准调节。

例如，在混合颜料的技术领域，颜料着色剂的分配量可以小至256分之一流体盎司。因此，已有的用于颜料着色剂的章动泵会非常小。在这种小的分配能力下，这种小型泵的马达将不得不以过大的速度运行以便在恰当时间内分配更大体积的着色剂(多次全转)。

相比之下，可以使用较大的泵来使马达速度最小化。当需要小的分配量时，对于这种具有较大能力的章动泵来说，进行部分旋转分配将是有利的。然而，如图1A所示的关于旋转角的章动泵分配轮廓的非线性输出，使用部分旋转难以精确分配流体。

为解决这个问题，Amsler’513和’486的公开文本将泵活塞的单圈运动分成多个步骤，其可以是几个步骤至四百或更多个步骤。控制器和算法与传感器一同使用来监视活塞的角位置，并且利用这种位置来计算要得到需要的输出所需要的步骤数。在Amsler’513和’486中还公开了各种其它的改进和操作方法。

图1A所示的正弦轮廓是基于在恒定马达速度下工作的泵的。虽然在恒定马达速度下操作泵具有简化控制器设计和泵操作方面的好处，但是采用恒定的马达速度也具有内在缺陷，其中一些缺陷在第6,749,402号美国专利(Hogan等人)中得到了解决。

具体地，在某些应用中，在图1A左侧示出的最大输出流速会是不利的，因为当输出流以较高流速被泵送入输出容器时，输出流会发生喷溅或飞溅。例如，在颜料或化妆品分配应用中，着色剂在被泵入输出容器时发生的任何喷溅都导致在容器中沉积数量不精确的着色剂，而且着色剂被喷溅在着色剂机上，这需要劳动密集的清理和维护。显然，这种喷溅问题将对其中要将数量精确的输出流体输送到充满或部分充满有液体的输出容器或小型输出接收容器的任何章动泵应用产生不利的影响。

例如，具有图1A的轮廓的传统章动泵的操作产生如图1B和1C所示的脉冲输出流。在图1B和1C左侧示出的速度分别为800和600rpm的脉冲流产生脉动3和4，而这些脉动是发生不希望的喷溅的原因。图1B和1C是操作中的实际章动泵的实际数字照片的绘图。虽然将马达速度从800rpm降至600rpm产生更小的脉冲4，但是脉冲尺寸的减少极其微小，并且这种好处被更慢的操作所抵消。为完全避免喷溅，马达速度将不得不减小20％以上，因此使得章动泵的选择具有更少的吸引力，尽管它具有高的精度。关于图1A所示的脉冲流的另一缺点是伴随存在的压力峰，其导致马达扭矩增加。

除了图1A的喷溅问题，当活塞从其中分配速率最大的点旋转至其中分配速率最小的点(即从图1A左侧示出的曲线的峰点旋转至朝向图1A的右侧示出的曲线的谷点)时在泵中出现的大压降会导致在其中马达以恒定速度工作的那些系统中出现马达停转。结果，马达停转将导致不一致或不稳定的马达速度，通过影响图1A中示出的正弦分配速率轮廓必然将影响任何基于预编程的正弦分配轮廓的控制系统或控制方法。这种停转问题将出现在图1A的输入侧，并且泵从最大的输入流速率变成最大的分配流速率。