專利名稱：往復泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種往復泵。
本發(fā)明尤其被設計用來在高壓下抽吸海水。然而，應該理解本發(fā)明還可以用于抽吸除海水之外的各種流體。
背景技術：
在國際申請PCT/AU03/00813中，提出利用波能和轉換波能對流體施壓以用于任何適當?shù)那樾?。在典型應用中，流體包括在海洋環(huán)境中操作設備吸出的海水。海水在高壓下被抽吸到岸上以供使用。
在可能超過70巴的高壓下抽吸海水，利用通過波能供能的往復泵(以及因而可能具有相對緩慢的移動，變化的沖擊)可能出現(xiàn)技術難題。
泵處于困難的操作條件中，如在高壓下抽吸海水，可能需要不同的屬性。例如泵可能需要在延長的使用期限處理腐蝕性或其他侵害性流體(如海水)的能力。此外，泵可能需要操作不規(guī)則的和非正弦的沖擊(可由可再生的能量源如波動直接供能的傳動產生)的能力。還需要承受錯位的程度(即柱塞軸的傾斜)。還需要泵相對容易維護(例如容易潤滑)。此外，具有相對低的機械耗散(即相對高效率)尤其有利。
本發(fā)明尋求提供一種可以實現(xiàn)至少一種上述特定屬性的泵。

發(fā)明內容
根據(jù)本發(fā)明的一個方面是提供一種往復泵，包括一本體，所述本體限定一內部空間和通向所述內部空間的開口；一操作元件，延伸通過所述開口并進入所述內部空間；一外殼，封閉所述開口并包圍所述操作元件的內部；一增壓室，限定在所述本體和所述外殼之間，所述外殼響應于操作元件的往復運動而變形，以實現(xiàn)增壓室中的容積變化；以及鄰近所述外殼的開口端的圍繞操作元件的腔室。
腔室可以用作一個或多個目的。例如腔室可以提供一潤滑液儲蓄器。另外，或作為另一種選擇，腔室可以有助于適應操作元件的角度錯位。
通常，腔室包括一環(huán)行腔室。
優(yōu)選地，在操作元件的外圍和環(huán)繞表面之間限定腔室。
在一種設置中，環(huán)繞表面可以通過一加強套筒限定，該套筒與外殼分離形成，并位于外殼里的凹槽中。
在另一種設置中，環(huán)繞表面可以通過外殼的開口端部分限定。在這種設置中，外殼的開口端部分可以具有加強件，以保持在打開條件中的端部與操作元件隔開，由此腔室在外殼的開口端部分和操作元件間包含空間。加強件可以包括結合到外殼中的一加強環(huán)。
腔室可以在其外部端通過一密封件如刮油密封環(huán)而被封閉。
操作元件可以被設置成一柱塞。
外殼的開口端可以提供一安裝凸緣。
外殼可以包括第一部分，該第一部分基本上是穩(wěn)定的并優(yōu)選設有安裝凸緣，和第二部分，該第二部分包圍柱塞并通過在柱塞往復運動時的膨脹和收縮而變形。
優(yōu)選地，腔室容納在第一部分的范圍內。
第二部分可以包括一面對柱塞的表面。面對柱塞的覆蓋第二部分的表面可以被設置來容納潤滑劑。
用于容納潤滑劑的表面的構造可以包括在表面上的構成物。構成物可以形成一空隙，潤滑劑能收集在其中。構成物可以具有任何適合的形式，如球狀突出物，山脊狀物或其他突出物，或凹陷物。
潤滑劑可以是降低柱塞外表面和外殼內表面間的滑動摩擦的任何物質，使得在兩表面間毫無約束的均衡滑動。
例如潤滑劑可以包括海水本身、硅油脂、蓖麻油、制動液和聚丙二醇。
柱塞的外表面可以涂有一層適合的低摩擦材料，如聚四氟乙烯。
在外殼中可以有供給潤滑劑的裝置。這種裝置可以包括外殼內表面上的構成物。因此潤滑劑可以在重力或壓力下被供給。
在一種設置中，潤滑劑能被供給到鄰近外殼的內端部的區(qū)域。這通過操作元件中的潤滑劑傳送通道來實現(xiàn)。
根據(jù)本發(fā)明的第二方面，提供一種往復泵，包括一本體，所述本體限定一內部空間和通向所述內部空間的開口；一操作元件，延伸通過所述開口并進入所述內部空間；一外殼，封閉所述開口并包圍所述操作元件的內部；一增壓室，限定在所述本體和所述外殼之間，所述外殼響應于操作元件的往復運動而變形，以實現(xiàn)增壓室中的容積變化；在外殼中的鄰近其開口端的凹槽；一加強套筒，位于該凹槽中，由此一腔室限定在加強套筒和操作元件之間。
根據(jù)本發(fā)明的第三方面，提供一種往復泵，包括一本體，所述本體限定一內部空間和通向所述內部空間的開口；一柱塞，延伸通過所述開口并進入所述內部空間；一外殼，封閉所述開口并包圍所述柱塞的內部；一增壓室，限定在所述本體和所述外殼之間，所述外殼響應于柱塞的往復運動而變形，以實現(xiàn)增壓室中的容積變化，外殼包括基本上穩(wěn)定的第一部分，以及第二部分，該第二部分包圍柱塞并通過在柱塞往復運動時的膨脹和收縮而變形，第一部分限定一與本體夾緊接合的安裝凸緣。
根據(jù)本發(fā)明的第四方面，提供一種往復泵，包括一本體，所述本體限定一內部空間和通向所述內部空間的開口；一柱塞，延伸通過所述開口并進入所述內部空間；一外殼，封閉所述開口并包圍所述柱塞的內部；一增壓室，限定在所述本體和所述外殼之間，所述外殼響應于柱塞的往復運動而變形，以實現(xiàn)增壓室中的容積變化；以及用于將潤滑劑供給到柱塞和外殼之間的區(qū)域的供給裝置。
根據(jù)本發(fā)明的第五方面，提供一種外殼，包括限定一安裝凸緣的第一部分，和適于包圍容納在外殼中的柱塞的第二部分，該第二部分適于在柱塞往復運動時膨脹和收縮。


本發(fā)明通過附圖中示出的幾個具體實施例的如下描述而更易理解，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明第一實施例的往復泵的示意透視圖；圖2是圖1的泵的正面剖視圖；圖3是圖1的泵的側面剖視圖；圖4是放大分解圖，示出了泵柱塞和泵本體間的部分的布置；
圖5是泵本體的正面剖視圖；圖6是泵的外殼成型件的示意透視圖；圖7是外殼的側視圖；圖8是放大分解圖，示出了部分外殼；圖9是泵柱塞的上部的側視圖；圖10是泵柱塞的下部的透視圖；圖11是下部柱塞的正面剖視圖；圖12是柱塞的一端的放大分解圖，示出了容納在其中的擴散器；圖13是擴散器的正面剖視圖；圖14是擴散器的示意透視圖；圖15是用于根據(jù)本發(fā)明第二實施例的泵的外殼的正面剖視圖；以及圖16是分解圖，示出了圖15的部分外殼。
具體實施例方式
參照圖1到14，示出了根據(jù)第一實施例的往復泵10，其尤其適合用于在高壓下抽吸海水。海水從海洋本身中吸出，因此是在與海水被抽吸的海洋深度的水壓相對應的原始壓力下抽吸。
在泵10通過波能供能時，其通常以緩慢移動、變化的沖程的方式操作。泵具有尤其適合這種應用的結構。
泵10包括一本體11，配置成一圓柱形的壓力容器，其限定一內部空間13。本體11包括一圓柱形側壁15，和在圓柱形側壁15一端的端壁17。端壁17中設有一開口18。圓柱形側壁15的另一端由一基部19封閉。
端壁17由一端板20限定，該端板可拆卸地連接到圓柱形側壁15上，在該實施例中的可拆卸的連接通過機械螺紋緊固件來提供。
泵10還包括一操作元件23，其包括具有圓柱形側面26和端面27的柱塞25。柱塞25連接到連接器28上，該連接器28適于承受在例如由波能供能的傳動列的作用下的往復運動。在該實施例中，連接器28被配置成一鉸鏈套管，其接收一連接到桿(未示出)上的鉸鏈銷29，由此桿的往復運動使柱塞25往復運動。
柱塞25通過端壁17中的開口18延伸進入內部空間13。
外殼30圍繞開口18安裝在本體11上，用于包圍柱塞25的延伸進入內部空間13的部分。外殼30由彈性材料制成，優(yōu)選橡膠。
外殼30連接到本體11上，封閉開口18，由此增壓室33被限定在外殼30和本體11之間。外殼30提供一用于增壓室33的可變形邊界面，由此邊界面的變形實現(xiàn)了增壓室33的容積的變化。
本體11具有入口12和出口14，兩者與增壓室33相通。
外殼30包括第一部分31和第二部分32，兩部分形成一體。第一部分31基本上是剛性的，其在操作泵期間不承受重大的變形。第二部分32包圍柱塞25，并適于在操作泵期間承受膨脹和收縮。
第一部分31被設定提供一安裝凸緣35。第二部分32基本上為管狀結構，包括管壁部分36和末端部分37，第一部分31提供的凸緣35位于管壁部分36的一端，管壁部分的另一端由末端部分37封閉。
安裝凸緣35由第一部分31限定，通過端壁17和環(huán)形支座38之間的夾緊接合件固定到本體11上。支座38由安裝在環(huán)形肩部40上的支座元件39限定，該環(huán)形肩部設置在端壁17內側的圓柱形側壁15上。
安裝凸緣35具有一外部端面41，用于支撐在端壁17上；以及一內部端面43，用于支撐在支座38上，與支座38密封接合。
第一部分31還包括一環(huán)形凹槽45，其通向外部端面41。凹槽45適于容納加強套筒47。加強套筒47為環(huán)形結構，具有一內表面49，該內表面限定一直徑大于柱塞25的直徑的中心開口。這樣，在套筒47和柱塞25之間限定了間隙51。
加強套筒47為剛性結構，在本實施例中由剛制成。加強套筒47用于加固凸緣，更具體地說，保持間隙51的存在。
間隙51的目的是提供一用于容納潤滑劑的腔室。潤滑劑可以是任何降低柱塞25的外部表面和外殼的內表面之間的滑動摩擦的液體。
此外，間隙51設有一些留隙空間，用于適應柱塞25相對于本體11的任何輕微的錯位。
另外，當凸緣35被安裝凸緣35和支座38之間的夾緊接合件壓縮時，加強套筒47在凸緣35上施加一向外的徑向力，因而確保在外殼30和本體11間形成高壓密封。更具體地說，通過套筒47施加的徑向力用于確保在凸緣的內表面43和環(huán)形支撐座38間形成高壓密封。
加強套筒47具有一在其內表面上的凹槽52，該凹槽52容納用于與柱塞25的外表面滑動接觸的磨損帶53。磨損帶53因而突出于加強套筒47的內表面，如圖所示。磨損帶53不完全占據(jù)間隙51，使得后者能完成其預期的目的。
刮油密封環(huán)55容納在加強套筒47和端面板20之間。刮油密封環(huán)55與柱塞25滑動接合，并在柱塞執(zhí)行其往復運動時抑制潤滑劑損失。
柱塞25的外表面可以用合適的非有害的材料涂覆。
盡管圖中未示出，泵10還包括適當配置的閥，用于控制，流體從入口12進入增壓室33以及從出口14流出增壓室33的流動方向。
外殼30的第二部分32的外形跟隨柱塞25的輪廓，使得外殼主要在其管壁部分36上延伸。在泵沖擊期間如柱塞25向內移動時，這導致管壁部分36變細，拉伸彈性材料。如果流體環(huán)繞外殼的速度是慢的，在抽吸周期中由海水產生的壓力基本上是均衡的(它們將會是均衡的)，使得流體力產生保持外殼和柱塞25接觸的效果。這有助于通過防止褶皺或提高的纖維應力的局部區(qū)域的形成來保持外殼的耐久力和使用壽命。柱塞25設有一表面，其在管壁部分36以及末端部分37承受高流體壓力時提供對它們的橫向支承。
上述提到的形成外殼的彈性材料處是指天然橡膠，泵用于抽吸海水，估計與水接觸的橡膠的超過2mm的表面將磨損超過一段時期，比方說20年。在這種情況下，重要的是，板厚被制成足夠大以適應泵的可使用壽命的降低。
在凹槽45下的區(qū)域中，外殼30在其內表面上具有肋61，以允許潤滑劑在重力作用下從潤滑劑儲蓄器供給，該潤滑劑儲蓄器通過向下直到外殼的其它部分的間隙51提供。潤滑劑的向下流動還可以由外殼30的第二部分32的內徑稍微大于柱塞的外徑來實現(xiàn)，使得當被抽吸的流體壓力未高到足夠使間隙為零時，至少在抽運周期進入沖程的最初部分期間存在一些間隙。
柱塞25具有軸向通道71，該軸向通道延伸到其端面27上，用于傳送潤滑劑到端面27上。通道71容納來自外部源的潤滑劑。通過這種設置，潤滑劑能被傳送到鄰近外殼30內端的區(qū)域；即被傳送到柱塞端面27和外殼端部37之間的界面。
潤滑劑可以包括沿通道71向下流動然后在柱塞25的圓柱面26和外殼的管狀壁部分36之間向上流動的潤滑材料的連續(xù)流(如海水)。通過這種設置，任何多余的潤滑劑能簡單地從外殼30流動通過其開口端。
在該實施例中，潤滑劑包括海水，其來源于通過泵傳送的高壓海水。這通過從泵出口14到軸向通道71延伸的旁路75來完成，如圖1和2中可最佳地示出。旁路75當然需要是柔性的或其它構造以適應柱塞25相對于泵體11的運動，出口14由此形成。在該實施例中的閥77包括一針閥，該針閥與旁路75連接，用于調節(jié)高壓海水從泵出口14到軸向通道71的供給。
柱塞25包括第一部分81，其包括一與連接器28連接的頭部83，和一從頭部83向下延伸的管85。柱塞25還包括第二部分87，其適于安裝在第一部分81上，以提供柱塞的圓柱形側面26和端面27。第二部分87基本上為圓柱形，具有一圓柱側壁部分91和一端壁部分93。當?shù)诙糠?7被裝到第一部分81上時，端壁部分93具有開口95，管85位于該開口中。開口95被設置來容納擴散器97。擴散器97與管85螺紋接合。擴散器97具有一個擴散通道99，其與管85相通，接收沿管傳送的海水，以及從柱塞散出海水。
一偏轉板101結合到外殼30中，面對擴散器97。這樣，通過擴散器97傳送的海水對偏轉板101產生沖擊，然后在柱塞25和外殼30之間的界面內分布海水。
現(xiàn)在參照圖15和16，示出了根據(jù)第二實施例的一用于泵的外殼30。根據(jù)第二實施例的泵在許多方面與第一實施例相似，所以相同的附圖標記用于表示相同的部件。在該實施例中，外殼30以與用于第一實施例的外殼相似的方式構造，除了在外殼的第二部分32的內表面107上設有構成物105，其面對柱塞25的鄰近表面26。構成物105被設置來限定用于容納潤滑劑的空隙111。在該實施例中，構成物105由一排突起109組成，在突起之間限定空間113，其提供用于容納潤滑劑的空隙111?？臻g113可以允許潤滑劑在柱塞25和外殼30間的界面附近移動，特別在抽吸周期中的階段，外殼30未被牢固地與柱塞的面對表面26壓入接合。在增壓室33中流動壓力處于一個水平的階段，外殼30的第二部分32被牢固地壓入與柱塞25的面對表面26接合，構成物105合作形成開口或區(qū)域，該開口或區(qū)域使?jié)櫥瑒┪挥谶m當?shù)奈恢?，因此保證在外殼30的第二部分32和柱塞25之間的界面存在潤滑劑。
在某些泵應用中，可以依靠通過從間隙51的重力供給和同樣通過構成物105的潤滑，而不需要通過柱塞傳送的潤滑劑。
在另一實施例中，圖中未示出，外殼30的第二部分32的端部37可以被連接到柱塞25的端面上。連接可以通過緊固件來提供，外殼端部37在柱塞25的端面27和一夾緊板之間被夾緊，緊固件延伸通過夾緊板連接到柱塞上。這種連接將保證外殼30總是沿著柱塞25的返回(向外)沖程縮回。當然，這需要確保在緊固件周圍建立足夠的流動密封，由此外殼的完整性不被危及。
如前述的，很顯然本實施例提供了一個簡單而高效率的泵，其能在苛刻的環(huán)境中實施。這是因為在抽運周期中海水接觸的泵的工作表面是泵本體11和容納在其內部的外殼30的表面。由于這個結構，泵能操作由波能量供能的驅動系統(tǒng)產生的不規(guī)則的和非正弦的沖程。此外，由于柱塞25在泵本體11中被支撐的方式，能夠容許在柱塞25和泵本體11之間的錯位程度。外殼30在其第一和第二部分31、32處的柔性性質有助于提供這種容許。
應該理解，本發(fā)明的范圍不被描述的實施例的范圍所限定。例如，雖然根據(jù)實施例的泵涉及抽吸海水，根據(jù)本發(fā)明的泵可以應用于抽吸不同的其他流體材料用，包括液體、氣體和泥漿。
不偏離本發(fā)明的范圍的情況下，能做出修改和變化。
貫穿說明書，除非上下文有不同要求，否則詞語“包括”將被理解為包括所述的部件或一組部件，但不排除任何其他的部件或一組部件。
權利要求
1.一種往復泵，包括一本體，所述本體限定一內部空間和通向所述內部空間的開口；一操作元件，延伸通過所述開口并進入所述內部空間；一外殼，封閉所述開口并包圍所述操作元件的內部；一增壓室，限定在所述本體和所述外殼之間，所述外殼響應于操作元件的往復運動而變形，以實現(xiàn)增壓室中的容積變化；以及鄰近所述外殼的開口端的圍繞操作元件的腔室。
2.根據(jù)權利要求1所述的往復泵，其中，所述腔室包括一環(huán)形腔室。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的往復泵，其中，在所述操作元件的外圍和環(huán)繞表面之間限定所述腔室。
4.根據(jù)權利要求3所述的往復泵，其中，所述環(huán)繞表面由位于外殼內的凹槽中的加強套筒限定。
5.根據(jù)權利要求4所述的往復泵，其中，所述加強套筒支撐與所述操作元件滑動接合的磨損環(huán)。
6.根據(jù)權利要求3所述的往復泵，其中，所述環(huán)繞表面由所述外殼的開口端部分限定。
7.根據(jù)權利要求6所述的往復泵，其中，所述外殼的開口端部分具有加強件，用于保持在打開條件中的端部與所述操作元件隔開。
8.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的往復泵，其中，所述腔室在其外部端通過一密封件閉合。
9.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的往復泵，其中，所述操作元件被構造成柱塞。
10.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的往復泵，其中，所述外殼的開口端設有一安裝凸緣。
11.根據(jù)前述權利要求中任一項所述的往復泵，其中，所述外殼包括基本上穩(wěn)定的第一部分，以及第二部分，該第二部分包圍柱塞并通過在柱塞往復運動時的膨脹和收縮而變形。
12.根據(jù)權利要求11所述的往復泵，其中，所述第一部分設有安裝凸緣。
13.根據(jù)權利要求11或12所述的往復泵，其中，所述腔室被容納在所述第一部分的范圍內。
14.根據(jù)權利要求11、12或13所述的往復泵，其中，所述第二部分包括面對柱塞的表面。
15.根據(jù)權利要求14所述的往復泵，其中，所述表面能夠容納潤滑劑。
16.根據(jù)權利要求15所述的往復泵，其中，用于容納潤滑劑的表面的構造包括表面上的構成物。
17.根據(jù)權利要求9到16中任一項所述的往復泵，其中，柱塞的外表面涂有低摩擦材料，如聚四氟乙烯。
18.根據(jù)權利要求9到17中任一項所述的往復泵，還包括在外殼中供給潤滑劑的供給裝置。
19.根據(jù)權利要求18所述的往復泵，其中，所述供給裝置傳送潤滑劑到鄰近外殼的內端部的區(qū)域。
20.根據(jù)權利要求19所述的往復泵，其中，所述供給裝置包括在操作元件中的潤滑劑傳送通道。
21.一種往復泵，包括一本體，所述本體限定一內部空間和通向所述內部空間的開口；一操作元件，延伸通過所述開口并進入所述內部空間；一外殼，封閉所述開口并包圍所述操作元件的內部；一增壓室，限定在所述本體和所述外殼之間，所述外殼響應于操作元件的往復運動而變形，以實現(xiàn)增壓室中的容積變化；在外殼中的鄰近其開口端的凹槽；一加強套筒，位于該凹槽中，由此一腔室限定在加強套筒和操作元件之間。
22.根據(jù)權利要求21所述的往復泵，其中，所述加強套筒支撐與操作元件滑動接合的磨損環(huán)。
23.根據(jù)權利要求21或22所述的往復泵，其中，所述腔室在其外部端通過一密封件封閉。
24.一種往復泵，包括一本體，所述本體限定一內部空間和通向所述內部空間的開口；一柱塞，延伸通過所述開口并進入所述內部空間；一外殼，封閉所述開口并包圍所述柱塞的內部；一增壓室，限定在所述本體和所述外殼之間，所述外殼響應于柱塞的往復運動而變形，以實現(xiàn)增壓室中的容積變化，外殼包括基本上穩(wěn)定的第一部分，以及第二部分，該第二部分包圍柱塞并通過在柱塞往復運動時的膨脹和收縮而變形，第一部分限定一與本體夾緊接合的安裝凸緣。
25.根據(jù)權利要求24所述的往復泵，其中，一凹槽設置在外殼的鄰近外殼開口端的第一部分中，一加強套筒位于凹槽中，由此一腔室限定在加強套筒和柱塞間。
26.一種往復泵，包括一本體，所述本體限定一內部空間和通向所述內部空間的開口；一柱塞，延伸通過所述開口并進入所述內部空間；一外殼，封閉所述開口并包圍所述柱塞的內部；一增壓室，限定在所述本體和所述外殼之間，所述外殼響應于柱塞的往復運動而變形，以實現(xiàn)增壓室中的容積變化；以及用于將潤滑劑供給到柱塞和外殼之間的區(qū)域的供給裝置。
27.根據(jù)權利要求26所述的往復泵，其中，所述供給裝置適于傳送潤滑劑到鄰近外殼的內端的區(qū)域中。
28.根據(jù)權利要求27所述的往復泵，其中，所述供給裝置包括柱塞中的潤滑劑傳送通道。
29.一種用于根據(jù)前述權利要求中任一項所述的往復泵的外殼。
30.一種外殼，包括限定一安裝凸緣的第一部分，和適于包圍容納在外殼中的柱塞的第二部分，該第二部分適于在柱塞往復運動時膨脹和收縮。
31.根據(jù)權利要求30所述的外殼，其中，所述第二部分包括一適于面對柱塞的表面，所述表面能夠容納潤滑劑。
32.根據(jù)權利要求30或31所述的外殼，還包括第一部分中的鄰近其開口端的凹槽，該凹槽適于容納加強套筒。
33.一種基本上參照附圖在此描述的往復泵。
34.一種基本上參照附圖在此描述的外殼。
全文摘要
一種用于在高壓下抽吸海水或其他流體的往復泵(10)。泵(10)具有一泵本體(11)，該泵本體限定一內部空間(13)和通向內部空間的開口(18)。一柱塞(25)延伸通過開口(18)并進入內部空間(13)。一外殼(30)封閉開口(18)并包圍柱塞(25)的內部，由此在泵本體(11)和外殼(30)間限定一增壓室(33)。外殼(30)響應柱塞(25)的往復運動而變形，以實現(xiàn)增壓室(33)中的容積變化。外殼(30)包括基本上穩(wěn)定的第一部分(31)和第二部分(32)，該第二部分包圍柱塞(25)并通過在柱塞往復運動時的膨脹和收縮而變形。第一部分(31)限定一與泵本體(11)夾緊接合的安裝凸緣(35)。外殼(30)具有鄰近其開口端的一凹槽(45)。一加強套筒(47)位于凹槽(45)中，由此一腔室限定在加強套筒(47)和柱塞(25)之間。在外殼(30)和柱塞(25)間的界面還有用于潤滑的裝置。
文檔編號F04B15/04GK1989343SQ200580020499
公開日2007年6月27日 申請日期2005年5月16日 優(yōu)先權日2004年5月14日
發(fā)明者艾倫·羅伯特·伯恩斯 申請人:海洋動力太平洋有限公司