[发明专利]具有改善的泵寿命和效率的隔膜泵

说明书

技术领域

本发明一般涉及隔膜泵，且更特别地涉及用于隔膜泵的改进的凸轮/轴承组件、改进的摇摆板/轴承组件以及改进的阀组件。

背景技术

往复泵为使用一个或多个振荡活塞、柱塞或膜(隔膜)而使流体移动并通过止回阀将流体的运动限制为一个所需方向的那些泵。往复泵的一种类型为隔膜泵。隔膜泵为使用隔膜，如橡胶隔膜、用于驱动在隔膜中形成的一系列活塞的摇摆板、在用于容置隔膜的活塞结构的阀壳体上形成的一系列室以及被联接至阀壳体的用于最终将流体从入口泵至出口的合适的止逆止回阀的往复动作的组合的正排量泵。

隔膜泵通常用于将相对少量的流体，如水从一个位置移至另一个位置。例如，隔膜泵可用于将水移至或移出物业的休闲车等。对于商业应用而言，隔膜泵的典型流速高达每分钟10加仑(GPM)，然而具有更高流通能力的隔膜泵也可用于工业应用。

隔膜泵通常是由包括驱动轴的马达、气动马达或电动马达所驱动的。放入驱动轴和摇摆板之间的凸轮和滚珠轴承组件通过摇摆板将驱动轴的旋转移动转换成一系列活塞的推拉运动。摇摆板被机械联接至隔膜。隔膜和摇摆板的章动动作发挥作用以致动每个活塞使其相继进入在阀板上限定的一系列室中的每个室中以将流体推至和拉出每个室。

隔膜泵通常是单动式的，其在活塞运动的一个方向上将流体从入口室拉至阀板的一个室中，且在活塞运动的另一个方向上将流体从该室排放至出口室中。更具体地，当阀板的室的体积增加时(即当活塞从该室移出或从该室移开时)，在该室中的压力降低且流体从与泵的入口成流体连通的入口室被吸至该室中。当该室的压力随后因体积降低而增加时(活塞移至该室中或冲该室向下移动)，之前被吸入该室中的流体被迫使流出该室并进入与泵的出口成流体连通的出口室中。

最终，向上移动并移出该室的隔膜再次将流体吸入该室中，完成一次循环。

例如，在美国专利号5791882、6048183、6623245和6840745中描述了隔膜泵的实例，所有这些专利均以全文引用的方式并入本文。

如上面所讨论的，摇摆板经凸轮/轴承组件被可操作性地联接至马达的旋转的驱动轴。更特别地，凸轮被联接至位于凸轮的内表面上的驱动轴，从而使凸轮不相对于轴而旋转而是与轴一起旋转。凸轮还包括外环形表面，其被联接至滚珠轴承的内圈从而使凸轮不相对于滚珠轴承的内圈而旋转。摇摆板被联接至滚珠轴承的外圈，从而使摇摆板围绕凸轮/轴承组件，且摇摆板不相对于滚珠轴承的外圈而旋转。

在泵的操作期间，特别是在连续作动期间，因轴承中的内部摩擦以及源自马达的辐射热而产生热量。由于形成凸轮、轴承和摇摆板中每一个的材料具有不同的膨胀率，因此所产生的热会使凸轮和轴承之间以及摇摆板和轴承之间的连接变松。当连接变松时，流动性能受损，从而可按超过其能力的50％减少流量。在连接变松后产生了因摩擦导致的更多热量，其加速性能下降并最终导致轴承发生故障。

在凸轮和轴承或在轴承和摇摆板之间的连接故障的另一个常见模式是由于在马达的驱动轴上的凸轮的偏移定位而导致的。然后，章动动作将过多的负荷置于能使摇摆板从轴承和/或凸轮发生移位的摇摆板上。由于摇摆板的偏移性而引起的谐波振荡也会使轴承变松。与上面内容所类似的，当连接变松时，流动性能受损，从而可按超过其能力的50％减少流量。

一种用于延长凸轮/轴承连接1的持久性且参照图1的技术为将铸锌合金制成的凸轮10压合至轴承12的内圈14中，从而形成过盈配合。凸轮10可通过将凹坑16冲压至凸轮10的面18中而被桩式接合到位以实现更好的持久性，如图1所示，从而使凸轮10变形以帮助将其保持在轴承12中。虽然将凸轮10桩式接合至轴承12中已改进了连接的持久性，然而在长期的连续负荷作动后仍会看到故障。

关于如图2所示的摇摆板/轴承连接20，在装配期间，由铸铝合金制成的摇摆板22被加热至140摄氏度且轴承12被压至摇摆板22中。由于摇摆板22被机加工为紧密度容限，在摇摆板22冷却和收缩后，在轴承12的外圈28和摇摆板22之间具有紧密的过盈配合。然后，摇摆板22被桩式接合在24以进一步地将轴承12固定至摇摆板22，如图2所示。进一步地，安装多个固定螺丝26以使轴承12的外圈28不会在摇摆板22的内部旋转。甚至在1000+小时的连续作动后，该技术大大减少甚或完全消除了在摇摆板和轴承之间的松散的连接状态。然而，在装配期间，该技术既昂贵又耗时。

关于止回阀和阀壳体组件，通常在隔膜泵中发现的位于阀壳体上以及通过阀壳体所载有的入口和出口阀具有不一致密封的问题，从而进一步地降低了泵的操作效率。