專利名稱：雙腔室的混合泵的制作方法
技術(shù)領域：
公開了改進的用于混合的章動泵，其具有用于同時泵送和可選地混合兩種流體的雙腔室。這兩個腔室以180度相差進行泵送。不同的流體可以在各腔室中被獨立泵送。被泵送的各種流體的比例正比于泵送該流體的活塞端的環(huán)形區(qū)域。所需要的多種流體之間的比例或比值可以通過改變活塞端的表面積來實現(xiàn)。
背景技術(shù)：
章動泵是具有這樣一種活塞的泵，該活塞既圍繞其軸向襯套(liner)旋轉(zhuǎn)，同時又沿軸向在管路(line)或殼體內(nèi)往復滑動?；钊?60度旋轉(zhuǎn)和軸向往復運動的組合產(chǎn)生了如圖IA所示的正弦分配輪廓。在圖IA中，該正弦輪廓以圖表的方式示出。線I以圖表的方式說明了在活塞轉(zhuǎn)動一圈的過程中不同點上的流速。曲線I的位于表示零流速的水平線2上方的部分表不輸出，曲線I的位于線2下方的部分表不輸入或“填充”。泵輸出和泵輸入流速均達到最大和最小水平，因此在活塞旋轉(zhuǎn)和泵輸出或泵輸入之間不存在線性相關。在第6，398，513 和 6，540，486 號美國專利(Amsler，513 和 Amsler’ 486)中公開的著色劑分配器采用了章動泵和用于控制該泵的計算機控制系統(tǒng)。在由Amsler等人公開的這種系統(tǒng)之前，已有的章動泵通過使活塞旋轉(zhuǎn)全360度和相應的活塞軸向移動來工作。這種活塞操作使得活塞每旋轉(zhuǎn)一圈則章動泵泵送特定數(shù)量的流體。因此，任何給定章動泵所泵送的流體數(shù)量均局限為該特定體積的倍數(shù)。如果需要更小體積的流體，則使用更小尺寸的章動泵或?qū)υ摫眠M行人工校準調(diào)節(jié)。例如，在混合顏料的技術(shù)領域，顏料著色劑的分配量可以小至256分之一流體盎司。因此，已有的用于顏料著色劑的章動泵會非常小。在這種小的分配能力下，這種小型泵的馬達將不得不以過大的速度運行以便在恰當時間內(nèi)分配更大體積的著色劑(多次全轉(zhuǎn))。相比之下，可以使用較大的泵來使馬達速度最小化。當需要小的分配量時，對于這種具有較大能力的章動泵來說，進行部分旋轉(zhuǎn)分配將是有利的。然而，如圖IA所示的關于旋轉(zhuǎn)角的章動泵分配輪廓的非線性輸出，使用部分旋轉(zhuǎn)難以精確分配流體。為解決這個問題，Amsler’ 513和’ 486的公開文本將泵活塞的單圈運動分成多個步驟，其可以是幾個步驟至四百或更多個步驟?？刂破骱退惴ㄅc傳感器一同使用來監(jiān)視活塞的角位置，并且利用這種位置來計算要得到需要的輸出所需要的步驟數(shù)。在Amsler’513和’ 486中還公開了各種其它的改進和操作方法。圖IA所示的正弦輪廓是基于在恒定馬達速度下工作的泵的。雖然在恒定馬達速度下操作泵具有簡化控制器設計和泵操作方面的好處，但是采用恒定的馬達速度也具有內(nèi)在缺陷，其中一些缺陷在第6，749，402號美國專利(Hogan等人)中得到了解決。具體地，在某些應用中，在圖IA左側(cè)示出的最大輸出流速會是不利的，因為當輸出流以較高流速被泵送入輸出容器時，輸出流會發(fā)生噴濺或飛濺。例如，在顏料或化妝品分配應用中，著色劑在被泵入輸出容器時發(fā)生的任何噴濺都導致在容器中沉積數(shù)量不精確的著色劑，而且著色劑被噴濺在著色劑機上，這需要勞動密集的清理和維護。顯然，這種噴濺問題將對其中要將數(shù)量精確的輸出流體輸送到充滿或部分充滿有液體的輸出容器或小型輸出接收容器的任何章動泵應用產(chǎn)生不利的影響。 例如，具有圖IA的輪廓的傳統(tǒng)章動泵的操作產(chǎn)生如圖IB和IC所示的脈沖輸出流。在圖IB和IC左側(cè)示出的速度分別為800和600rpm的脈沖流產(chǎn)生脈動3和4，而這些脈動是發(fā)生不希望的噴濺的原因。圖IB和IC是操作中的實際章動泵的實際數(shù)字照片的繪圖。雖然將馬達速度從800rpm降至600rpm產(chǎn)生更小的脈沖4,但是脈沖尺寸的減少極其微小，并且這種好處被更慢的操作所抵消。為完全避免噴濺，馬達速度將不得不減小20%以上，因此使得章動泵的選擇具有更少的吸引力，盡管它具有高的精度。關于圖IA所示的脈沖流的另一缺點是伴隨存在的壓力峰，其導致馬達扭矩增加。除了圖IA的噴濺問題，當活塞從其中分配速率最大的點旋轉(zhuǎn)至其中分配速率最小的點(即從圖IA左側(cè)示出的曲線的峰點旋轉(zhuǎn)至朝向圖IA的右側(cè)示出的曲線的谷點)時在泵中出現(xiàn)的大壓降會導致在其中馬達以恒定速度工作的那些系統(tǒng)中出現(xiàn)馬達停轉(zhuǎn)。結(jié)果，馬達停轉(zhuǎn)將導致不一致或不穩(wěn)定的馬達速度，通過影響圖IA中示出的正弦分配速率輪廓必然將影響任何基于預編程的正弦分配輪廓的控制系統(tǒng)或控制方法。這種停轉(zhuǎn)問題將出現(xiàn)在圖IA的輸入側(cè)，并且泵從最大的輸入流速率變成最大的分配流速率。由Hogan等人解決的噴濺和停轉(zhuǎn)問題在圖2中部分示出，圖2示出了一種經(jīng)修改的分配輪廓la，其中馬達速度在泵循環(huán)過程中發(fā)生變化以使圖IA的曲線I變平坦。馬達速度上的變化導致峰值輸出流速度降低，同時通過以下方式維持合適的平均流速，即(i)在循環(huán)的分配部分開始和結(jié)束時增大流速；(ii)降低峰值分配流速；(iii)增加循環(huán)的分配部分的持續(xù)時間；以及(iv)減少循環(huán)的輸入或填充部分的持續(xù)時間。這是利用在循環(huán)期間控制馬達速度從而根據(jù)需要增加或降低馬達速度以獲得如圖2所示那樣的分配曲線的計算機算法來完成的。然而，如圖2所示的Hogan等人的章動泵雖然減少了噴濺，但仍然產(chǎn)生開始/停止分配輪廓，因此分配的不是無脈沖或完全平滑的流。盡管峰值分配速率下降了，但是在圖2左側(cè)示出的分配速率的急劇增長和在圖2中心示出的流速的急劇下降仍然使得存在發(fā)生一些噴濺的可能。另外，循環(huán)填充部分期間分配的急劇啟動和停止(其后存在相當長的滯后時間)仍然存在在離開分配噴嘴的流體流上出現(xiàn)明顯壓力峰和凸起和間隙的問題。在la、Ic上示出的曲線部分的斜率的任何減少都將要求增加循環(huán)時間，最大填充速率的任何減少也將這樣。因此，可對圖2所示循環(huán)作出的用于減少循環(huán)分配部分的開始和結(jié)束的突然性的唯一修改將導致循環(huán)時間增大，并且用于減少壓力峰和馬達停轉(zhuǎn)問題的最大填充速率上的任何降低也都將導致循環(huán)時間增加。因此，需要一種具有改進的控制的、還適于混合且具有兩個泵室的改進的章動泵以及/或者其控制方法，從而控制泵的馬達以在不損失泵速和精度的情況下減少分配期間發(fā)生噴濺和“脈沖”的可能性
發(fā)明內(nèi)容
在食品、石油化工或其它工業(yè)中，形成流體混合物需要一些按照特定比例將多種流體混合到一起的裝置。無論是以批處理的方式還是在連續(xù)過程中實施，都會存在對比例精度、混合質(zhì)量、以及隨意啟動和停止該過程的能力的要求以便只提供需要的混合物數(shù)量。此外，還會存在其它一些應用場合，其中兩種流必須成正比以分別使用、稍后混合、或者在流動路徑中進一步混合。為滿足上述需求，公開了一種雙腔室混合泵，其在章動泵內(nèi)包括兩個泵室以在主要輸出中混合兩種流體。來自所公開的實施例的附加泵室的輸出和第一泵室的輸出發(fā)生在活塞循環(huán)的不同部分，從而將所混合的輸出分布于整個活塞或泵循環(huán)上，而不是分布在循環(huán)的一半或一部分上。在一個方面，雙腔室混合泵包括置于泵殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)和往復運動活塞。殼體包括近端入口、遠端入口、近端出口和遠端出口。殼體還包括近端密封件和中間密封件?；钊ń硕魏瓦h端，并且在近端段和遠端之間設有泵段。近端段與馬達聯(lián)接，并且在近端連接泵段。近端段具有第一最大外徑，泵段具有比第一最大外徑大的第二最大外徑。泵段還包括 近端處的近端凹陷段和遠端處的遠端凹陷段。泵段在近端凹陷段和遠端凹陷段之間延伸，并且以摩擦的方式至少部分接收于殼體的中間密封件中。在相關改進中，兩泵室由殼體和活塞限定而成。近端腔室由泵段的近端凹陷段和近端以及殼體限定而成。遠端腔室由泵段的遠端凹陷段和遠端以及殼體限定而成。這兩個腔室在軸向方向上通過中間密封件和活塞的泵段彼此分隔開。在另一種改進中，近端凹陷段和遠端凹陷段彼此對齊。在相關改進中，近端入口和遠端出口被設置成對齊。在又一相關改進中，近端出口和遠端入口被設置成對齊。在另一種改進中，近端凹陷段和遠端凹陷段被設置成沿活塞的泵段的直徑彼此相對。在另一種改進中，泵包括以可操作的方式與馬達相連的控制器。控制器產(chǎn)生多個輸出信號，其中包括至少一個用于改變馬達速度的信號。在另一種改進中，近端段的直徑被改變以調(diào)節(jié)近端的環(huán)形區(qū)域。改變的環(huán)形區(qū)域因此改變近端腔室的比例輸出。在另一種改進中，通道連接于近端出口和通向用于混合兩種流體的混合腔室的遠端出口之間。在另一方面，所公開的雙腔室混合泵包括置于泵殼內(nèi)的旋轉(zhuǎn)和往復運動活塞。泵殼包括近端入口、遠端入口、近端出口和遠端出口。各對入口和出口均與殼體內(nèi)部流體連通。殼體還包括近端密封件和中間密封件?；钊ń硕魏瓦h端，并且在近端段和遠端之間設有泵段。近端段在近端連接泵段。近端段聯(lián)接馬達，并且具有第一最大外徑。泵段具有比第一最大外徑大的第二最大外徑。泵段還包括近端處的近端凹陷段和遠端處的遠端凹陷段。泵段在近端凹陷段和遠端凹陷段之間延伸。在相關改進中，位于泵段的近端凹陷段和遠端凹陷段之間的至少一部分以摩擦的方式至少部分接收于中間密封件中。另外，包括近端凹陷段的泵段的至少一部分以摩擦的方式接收于近端密封件中。活塞的近端段穿過近端密封件。殼體和活塞限定兩個泵室。近端腔室由泵段的近端凹陷段和近端、近端密封件和殼體限定而成。遠端腔室由泵段的遠端凹陷段和遠端以及殼體限定而成。近端腔室和遠端腔室在軸向方向上通過中間密封件和活塞的泵段的位于近端凹陷段和遠端凹陷段之間的那部分彼此分隔開。在另一種改進中，通道連接于近端出口和通向用于混合兩種流體的混合腔室的遠端出口之間。在另一種改進中，近端凹陷段和遠端凹陷段彼此對齊。在另一種改進中，近端凹陷段和遠端凹陷段被設置成沿活塞的泵段的直徑彼此相對。在另一種改進中，泵還包括以可操作的方式與馬達相連的控制器?？刂破鳟a(chǎn)生多個輸出信號，其中包括至少一個用于改變馬達速度的信號。在另一種改進中，近端段和遠端段的直徑被改變以調(diào)節(jié)近端和遠端的環(huán)形區(qū)域。改變的環(huán)形區(qū)域接著改變各相應腔室的比例輸出。 在另一方面，提供了一種混合流體的方法，其包括提供上述雙腔室混合泵，通過旋轉(zhuǎn)并且沿軸向移動活塞以使泵段的近端移向且移入近端腔室并且遠端離開遠端腔室來將第一流體從近端腔室泵送至近端出口并且將第二流體裝入遠端腔室，以及通過旋轉(zhuǎn)并且沿軸向移動活塞以使泵段的遠端移向且移入遠端腔室并且近端離開近端腔室來將第二流體從遠端腔室泵送至遠端出口并且將第一流體裝入近端腔室。在一種改進中，多個雙腔室混合泵在彼此不同的相位下使用。在結(jié)合附圖閱讀下列具體實施方式
時，其它優(yōu)點和特征將變得顯而易見。


所公開的實施例或多或少地以圖表的方式在附圖中示出，其中圖IA以圖表的方式示出了在固定馬達速度下工作的現(xiàn)有技術(shù)的章動泵的現(xiàn)有技術(shù)的分配/填充輪廓；圖IB是說明在圖IA中以圖表的方式描繪了其操作的泵的脈沖分配流的圖像的繪圖；圖IC是在恒定但較低的馬達速度下工作的現(xiàn)有技術(shù)的泵的輸出流的圖像的另一繪圖；圖ID是現(xiàn)有技術(shù)的章動泵活塞的透視圖；圖2以圖表的方式示出了用于減少脈沖的在變化速度下工作的現(xiàn)有技術(shù)的章動泵的分配和填充循環(huán)；圖3A是所公開的章動泵的剖面圖，其示出了處于行程“底部”的活塞，其中在活塞的較小的近端段與位于“第二”腔室內(nèi)的活塞的較大的泵送段之間存在階梯過渡，并且活塞的遠端與殼體或端蓋分開以便清楚地示出“第一”泵室；圖3B是圖3A所示泵的另一剖面圖，但是已將活塞旋轉(zhuǎn)和前移至上行程中央，并且清楚地示出了離開第一腔室并且流過第二腔室的流體；圖3C是在圖3A和3B中示出的泵的另一剖面圖，但是已將活塞旋轉(zhuǎn)和移向位于活塞行程頂部的頭部或端蓋，其中活塞的狹窄的近端部(即連接耦聯(lián)件的窄部)位于第二腔室內(nèi)，活塞的較寬的泵段位于將第二和第一泵室分開的中間密封件內(nèi)；圖3D是在圖3A-3C中示出的泵的另一剖面圖，其中隨著活塞被移至其下行程中央，活塞再次被轉(zhuǎn)動并且移離殼體端蓋，并且示出了進入第一腔室和離開第二腔室的流體；圖4A是來自在固定的600rpm的馬達速度下工作的如圖3A-3D所示的章動泵的分配流的實際圖像的繪圖；圖4B是來自如圖3A-3D所示的泵的輸出流的數(shù)字圖像的另一繪圖，但是該泵工作在固定的800rpm的馬達速度下并且還采用了固定的脈沖減少分配方案；圖5A以圖表的方式示出了如同圖4B所示那樣的在固定的800rpm的馬達速度下工作的所公開的泵的分配輪廓；圖5B以圖表的方式示出了所公開的泵的分配輪廓，其中所述泵具有800rpm的平均馬達速度且具有變化的馬達速度以提供兩種經(jīng)修改的分配輪廓，其中一種輪廓與循環(huán)的填充部分同時出現(xiàn)；
圖5C以圖表的方式示出了所公開的泵的分配輪廓，其中所述泵工作在900rpm的平均馬達速度下，并且馬達速度發(fā)生變化以修改這兩種分配輪廓，其中一種輪廓與循環(huán)的填充部分同時出現(xiàn)；圖6A-6D是根據(jù)本發(fā)明制造的章動泵活塞的透視圖、側(cè)視圖、平面圖和端視圖；圖7A-7B是根據(jù)本發(fā)明制造的章動泵殼體或外殼的透視圖和平面圖；圖8A是示出根據(jù)本發(fā)明制造的另一章動泵的剖面圖，其示出了處于下行程中央的活塞；圖SB是圖8A所示泵的另一剖面圖，其示出了處于下行程底部的活塞；圖9A是一種雙腔室的混合和章動泵的剖面圖，其在活塞兩端具有兩平坦或凹陷段從而提供兩個泵送腔室，這兩個腔室均具有正輸出，因而每個泵室均需要單獨入口 ；圖9B是圖9A所示活塞的透視圖；圖9C是另一種雙腔室的混合和章動泵的剖面圖，該泵具有在遠端上未設有遠端段的活塞；圖IOA是根據(jù)本發(fā)明制造的又一種雙腔室混合泵的剖面圖，其中活塞的平坦或凹陷段被設置成彼此對齊，從而使得必須具有以下設計，即入口被設在殼體的彼此相對的側(cè)面上，出口也被設在殼體的彼此相對的側(cè)面上；圖IOB是圖IOA所示活塞的透視圖；圖IOC是另一種雙腔室的混合和章動泵的剖面圖,該泵具有在遠端上未設有遠端段的活塞；圖IlA是圖9A-9B所示活塞的橫截面圖；以及圖IlB是圖10A-100B所示活塞的橫截面圖。將注意到這些附圖不必是成比例的，并且所公開的實施例有時用圖像符號、假想線、圖表和片段視圖示出。在某些情況下可以省略非理解公開實施例所必需或使其它細節(jié)難以察覺到的細節(jié)。當然應當理解該公開文本并不限于在此公開的特定實施例。
具體實施例方式首先參見圖1D，示出了一種現(xiàn)有技術(shù)的活塞10，其具有與馬達聯(lián)接或耦聯(lián)的窄部
11。只有設在泵室內(nèi)的那段為寬段12。寬段12包括為有效泵送區(qū)的平坦部13。圖ID的現(xiàn)有技術(shù)的活塞10與本公開文本的活塞之間的區(qū)別將在下面作更詳細地解釋。
參見圖3A_3D，不出了早動栗20。栗20包括旋轉(zhuǎn)和彳主復運動活塞10A，其被設在栗殼21內(nèi)。在圖3A-3B示出的實施例中，泵殼21還包括端蓋或頭部22。殼體或外殼21還可連接主要用于容納耦聯(lián)件24的中間殼體23，耦聯(lián)件24使活塞IOa與驅(qū)動軸25相連，驅(qū)動軸25接著與用26示意性示出的馬達耦聯(lián)。耦聯(lián)件24通過鏈環(huán)27連接活塞IOa的近端26?；钊鸌Oa的近端段28具有第一最大外徑，其遠小于活塞IOa的較大的泵段29的第二最大外徑。還參見圖6A-6C以便清楚理解“近端段”和“泵段”29的含義。下面將更詳細地解釋泵段29具有較大的最大外徑的目的。近端段28通過斜面過渡段31連接泵段29。與3A-3D相比，將注意到在圖6A-6D中示出的活塞10a’包括垂直過渡段31’，而在圖3A-3D中示出的過渡段31傾斜或成斜面。任何一種可能性均可接受，因為圖6中示出的空間方位不影響第二腔室的排水量，排水量由近端段28與泵段29之間的橫截面積差決定。參見圖3A-3D，活塞IOa的泵段29穿過中間密封件32?；钊鸌Oa的泵段29的遠端33還被接收在遠端密封件34中。流體入口用35示出，流體出口用36示出?；钊慕?端段28穿過設在密封件殼體39內(nèi)的近端密封件38。參見圖6B-6D，示出了近端段28的第一最大外徑D1和泵段29的第二最大外徑D2。形成第二腔室中的排水量的是直徑D1與D2之差。在圖3A、3B和3D中，第一泵室用42示出。在圖3C中，第一腔室42被活塞IOa覆蓋。一般而言,第一腔室42自身并非腔室,而是一塊區(qū)域，在這一區(qū)域上流體主要通過活塞IOa從圖3A所示位置向右沿軸向運動至圖3C所示的位置、以及活塞旋轉(zhuǎn)和置于第一腔室或區(qū)域42中的流體與在圖3B-3D中用13a示出的加工出的平坦區(qū)域的接合被排出。加工出的平坦區(qū)域13a在圖3A中不可見?？傮w上用43示出的導管或通道連接第一腔室42和第二腔室或區(qū)域44。仍參見圖3A，活塞IOa被示出處于其行程的“底部”。過渡段或臺階31恰當?shù)匚挥诘诙皇?4內(nèi)，活塞IOa的泵段29的遠端33與頭部22分離。流體位于第一腔室42內(nèi)。第一腔室42被認為是由活塞IOa的平坦或經(jīng)加工的部分13a、活塞IOa的泵段29的遠端33和周圍的容納元件(在此例中為遠端密封件34和頭部22)限定而成。是在圖3中用42示出的口袋處將流體收集于活塞IOa和周圍的結(jié)構(gòu)元件之間，并且借助活塞朝向頭部22或沿著在圖3B中示出的箭頭45的方向的運動將流體推出區(qū)域42。雖然在圖3A中活塞IOa位于其行程底部，但隨著活塞IOa的泵段29的末端接近頭部22或容納結(jié)構(gòu)元件(參見箭頭45)，在圖3B中，活塞IOa已到達其行程中央。如圖3B所示，流體被推出第一泵區(qū)或泵室42，進入通道43 (參見箭頭46)。該動作將通道43中的流體排出，并使其流到活塞IOa的近端段28和過渡段31周圍，或如圖3B所示那樣流過第二腔室44。還將注意到活塞IOa的平坦或經(jīng)加工區(qū)域13a已被轉(zhuǎn)動，因此還引起沿箭頭46方向穿過通道43且流向第二腔室或區(qū)域44的流體流。圖3B示出了處于其上行程中央的活塞10a，圖3C示出了處于其行程頂部或末端的活塞10a?；钊鸌Oa的泵段29的遠端33現(xiàn)在很靠近頭部或端蓋22。在流出出口 36之前，流體要沖出第一腔室或區(qū)域42 (圖3C中未示出)，并且進入通道43和第二腔室或區(qū)域44?，F(xiàn)在開始朝向圖3A所示位置的返回往復運動，并且在圖3D中示出。如圖3D所示,活塞IOa沿箭頭47方向移動，這使得過渡段31進入第二腔室或區(qū)域44，從而使得流體通過出口或沿箭頭48方向被排出。此時未從第一腔室或區(qū)域42中泵出流體，而相反地，通過流體經(jīng)由入口進入并沿用49標示的箭頭方向流入腔室或區(qū)域42，第一腔室或區(qū)域42被加載。
簡而言之，圖3D中示出的是在以圖3A-3C的順序示出的運動過程中從第一腔室或區(qū)域42中分配出的流體的一部分的分配。在圖3D所示的循環(huán)填充部分期間，從第一腔室或區(qū)域42中泵出的流體的一部分從第二腔室或區(qū)域44中泵出，而不是在圖3D所示的循環(huán)填充部分期間立刻分配所有流體，沒有或只有留滯的分配體積。換言之，與所有流體均在循環(huán)分配部分期間分配相反，正被泵送的流體中的一部分“保留”在第二腔室或區(qū)域44中，并且在循環(huán)填充部分期間被分配。因此使得流動變緩，并且避免產(chǎn)生脈沖。另外，產(chǎn)量未打折扣或減少，只是散布在整個循環(huán)上。參見圖4A-4B，來自泵的實際分配流的繪圖可以根據(jù)圖3A-3D來說明。在圖4A中，泵工作在600rpm的固定馬達速度下。如圖4A所示,可以看到流(用5和6示出)只出現(xiàn)了微小的增長，而看不到如在圖IB和IC中用3和4示出的嚴重脈動。將馬達速度增至固定的800rpm基本不引起脈動(在圖4B中用5a和6a示出)出現(xiàn)增長。因此，采用根據(jù)圖3A-3D構(gòu)造的泵，可以在脈動尺寸微弱或無增長的情況下將平均速度從600rpm增至800rpm。另夕卜，如果實施將在下面聯(lián)系圖5C討論的附加的脈沖減少控制方案，可以在保持脈動尺寸微弱或無增長的同時使速度得到更大增長。
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參見圖5A，示出了根據(jù)圖3A-3D構(gòu)造且在800rpm的恒定馬達速度下工作的泵的分配輪廓。兩個分配部分標記為Id和le，輪廓的填充部分標記為If。分配過程只在循環(huán)填充部分開始時略微存在中斷，并且通過曲線Id、Ie示出了變緩的分配流。圖5A是圖4B所示流的曲線圖，圖4B同樣是操作中的實際泵的數(shù)字圖像的繪圖。參見圖5B，循環(huán)的兩分配部分標記為lg、lh，循環(huán)的填充部分標記為li。如同上面在圖2中實施的方案，改變馬達速度以通過降低分配循環(huán)lg、lh中間部分的速度并且在靠近各循環(huán)lg、lh的開始和結(jié)束部分時提高馬達速度來使峰值輸出流速率相比圖5A所示值減少25%。這導致曲線在各循環(huán)開始和結(jié)束部分的斜率(標記為Ij-Im)增大，標記為ln、lo的分配輪廓變平。馬達速度在標記為Ih的分配循環(huán)期間的這種增長和下降還導致填充循環(huán)Ii的輪廓出現(xiàn)類似的變平和加寬。參見圖5C，示出了類似的雙分配循環(huán)Ip和lq，以及填充循環(huán)Ir。然而，在圖5C中，平均馬達速度已增至900rpm,同時采納與關于圖5B所述的相同的用于減少脈沖的馬達速度變化。簡言之，馬達速度在各分配循環(huán)Ip和Iq的開始和結(jié)束部分增大，馬達速度在循環(huán)lp、lq的平坦部分減小。填充循環(huán)Ir與分配循環(huán)Iq同時發(fā)生。就活塞IOa的整個動作而言，標記為ld、le、lg、lh、lp和Iq的分配循環(huán)實際上是在圖3A-3D中示出的完整活塞運動的半個循環(huán)。圖7A和7B示出了示例性的殼體結(jié)構(gòu)21a。在圖3A-3C中標記為22的頭部或端蓋將固定在螺紋裝配件51上。該結(jié)構(gòu)可以由模制塑料或金屬制成，其取決于應用場合。參見圖8A-8B，示出了替換性的泵20b。泵20b包括殼體結(jié)構(gòu)21b，通道43b延伸至殼體21b外部。入口 35b與出口 36b近似在一條直線上，或者在殼體21b的與出口 36b相同的尺寸上。通道43b直接連接出口 36b。活塞IOb包括經(jīng)加工或平坦的區(qū)段13b，泵段29b包括遠端33b。第一腔室標記為42b。近端段28b的直徑比泵段29b小。活塞IOb沿箭頭47b方向的運動導致流體從標記為44b的第一腔室或區(qū)域中排出，并且進入通道43b。另外，活塞IOb沿如圖8A所示的箭頭47b方向的運動還將導致流體如箭頭49b所示那樣流過入口 35b，從而對第一腔室42b加載。流體離開第二腔室44b的運動由箭頭48b指示。因此，活塞IOb在圖8A中的位置類似活塞IOa在圖3D中示出的位置。參見圖SB，活塞位于行程底部或其附近，并且活塞IOb正沿箭頭45b方向朝第一腔室42b移動。因此，流體沿箭頭46b方向被推出第一腔室42b。同時，流體正如箭頭55所示那樣從通道43b裝入第一腔室。參見圖9A-9B，公開了章動活塞10c，其位于雙腔室的章動和混合泵20c內(nèi)。活塞IOc具有遠端凹陷或平坦段13cl以及近端凹陷或平坦段13c2。因此，基于活塞IOc的軸向旋轉(zhuǎn)，活塞IOc包括具有兩泵送元件(近端凹陷段和遠端凹陷段13cl、13c2)的泵段29c。近端段28c包括第一最大外徑，泵段29c包括第二最大直徑，遠端段133c具有第三最大直徑。
第二最大直徑大于第一和第三最大直徑。更具體地，活塞IOc包括兩種最大外徑差，其包括(a)泵段29c和近端段28c的最大外徑之間的差值，以及(b)泵段29c和遠端段133c的最大外徑之間的差值。泵段29c和 近端段28c的最大外徑之間的差值(a)代表了近端31c的環(huán)形區(qū)域。泵段29c和遠端段133c的最大外徑之間的差值(b)代表了遠端33c的環(huán)形區(qū)域。利用近端和遠端31c、33c的環(huán)形區(qū)域，活塞IOc的側(cè)向或往復運動還泵送位于這兩腔室144c、142c中的流體。在所公開的實施例20c中，近端和遠端31c、33c在所公開的這個實施例中具有垂直壁。然而，應當注意到該垂直壁也可以是傾斜、圓形、成斜面或類似形式的。為更有效地泵送流體，殼體還可以包括近端密封件38c、中間密封件32c和遠端密封件34c。由于近端腔室144c和遠端腔室142c都包括凹陷段13cl、13c2以及近端和遠端31c、33c，因此它們產(chǎn)生了凈輸出。相應地，如圖9A所示，殼體21c包括兩個入口 近端入口 135c和遠端入口 35c。殼體21c還包括兩個出口(近端出口 136c和遠端出口 36c)以及連接于出口 136c、36c之間的導管或通道43c。通道43c然后通向混合腔室143c，兩種流體可以在那混合。當然，可以為近端腔室144c使用單獨的出口。此外，將近端入口和遠端入口 135c、35c連至其相應腔室144c、142c的通道可以在腔室144c、142c上游連接。參見圖9B的實施例10c，遠端段133c具有與近端段28c相同的最大外徑，其標記為Dp泵段29c的最大外徑或第二最大直徑被標記為D2。這些直徑可不同于先前示出的非混合用的活塞10的直徑。這是因為雙腔室混合泵20c不是如同圖3A-3D的泵20那樣將來自第一腔室42的流劃分到一完整分配循環(huán)或活塞運動循環(huán)的兩個部分上。作為替換，每個腔室144c、142c都生成與另一腔室144c、142c無關的正輸出。因此，根據(jù)在用于圖3A-3D中的第一泵室的含義，近端腔室和遠端腔室144c、142c均為“第一”泵室。因此，比值D1 = D2可以變化，并且本領域技術(shù)人員將能夠為其特定應用場合找到最佳值。參見圖9C，公開了與圖9A的泵20c相似的另一種雙腔室混合泵20c’。在很多方面與泵20c相似，雙腔室混合泵20c’包括兩個混合腔室144c’、142c’ ；以及活塞10c’，其具有兩凹陷段13c’ l、13c’ 2。然而，活塞10c’不具有遠端段133c。相應地，殼體21c’沒有像圖9A中那樣提供用于活塞10c’的遠端段133c的遠端開口。作為替換，在殼體21c’上形成封閉端，其幫助在沒有遠端密封件34c’的情況下限定遠端腔室142c’。這種改變導致這兩腔室144c’、142c’之間的排水量之比發(fā)生明顯變化，因為遠端33c’的環(huán)形區(qū)域變大了?；钊?0c’的遠端33c’每轉(zhuǎn)一圈所泵送的流體比仍具有近端段28c’的近端31c’多。在這種結(jié)構(gòu)下，不能從這兩個腔室144c’、142c’中泵送出等量的流體。
參見圖10A-10B，公開了與泵20c相似的另一種雙腔室混合泵20d。在泵20d中，活塞IOd包括兩凹陷段13dl、13d2，它們對齊地被設在泵段29d的兩端。遠端段133d向外伸出泵段29d的遠端33d。近端段28d終止于具有垂直壁的泵段29d的近端31d?；钊鸌Od的近端31d也具有垂直壁。與先前公開的活塞IOc—樣，該垂直壁也可以是傾斜、圓形、成斜面或類似形式的。由于凹陷段13dl、13d2沿活塞IOd的泵段29d對齊，因此必須將近端入口和遠端入口 135d、35d移至殼體21d的相對側(cè)以將來自腔室144d、142d的輸出分布在活塞IOd的整個泵循環(huán)上。S卩，在圖10A-10B示出的凹陷段13dl、13d2的空間方位下，如果以與圖9A所示入口 135c、35c相似的方式將入口 135d、35d設在殼體21d的同一側(cè)上，那么所有輸出都將發(fā)生在活塞循環(huán)的開頭半個或一部分期間，這可能會引起噴濺。通過將近端入口和遠端入口 135d、35d設在殼體21d的相對側(cè)，來自一個 腔室144d、142d的輸出發(fā)生在該循環(huán)的一半或一部分上，來自另一腔室144d、142d的輸出發(fā)生在該循環(huán)的另一半或一部分上。對于在圖9A-9B中示出的泵20c，由于凹陷段13cl、13c2被設在泵段29c的直徑相對部分上，因此不必將入口 135c、35c換至殼體21c的相對側(cè)。在圖IOA所示實施例中，通道43d連接于近端出口 136d和通向混合腔室143d的遠端出口 36d之間。附加通道43d不是必需的，因為可從外部添加附加出口。圖IOC公開了與圖9C相似的雙腔室混合泵20d’。流體通過活塞10d’上的兩凹陷段13d’ l、13d’2被泵送出兩個腔室144d’、142d’，其中活塞10d’不具有遠端段。泵20c’和20d’之間的唯一區(qū)別是凹陷段13d，l、13d，2的對齊以及入口 35d’、135d’和出口 36d，、136d’的空間方位。在很多方面與泵10c’相似，不含遠端段的遠端33d’的環(huán)形區(qū)域明顯大于近端31d’的環(huán)形區(qū)域。相應地，遠端腔室142d’每轉(zhuǎn)一圈所泵送的流體比近端腔室144d’多，這是很多工業(yè)應用場合非常期望的。雖然在圖9A和9c及IOA和IOC中示出的實施例20沒有將腔室144、142的輸出的一半或相當一部分延遲用于分配循環(huán)的第二半個或第二部分，但泵20確實實現(xiàn)了脈沖減少功能，因為設于活塞10的泵段29兩端的出口 136、36在活塞運動循環(huán)的不同部分上被送至出口 136、36，或?qū)嵸|(zhì)上混合腔室143。參考圖9A和9C，來自近端腔室144的輸出和來自遠端腔室142的輸出在該循環(huán)的不同部分期間被送出。類似地，參見圖IOA和10C，來自近端腔室144的輸出和來自遠端腔室142的輸出在該循環(huán)的不同部分期間被送出。因此減少了脈沖。如同圖9A和9C中那樣，還可以提供近端密封件38、中間密封件32和/或遠端密封件34以進一步限定近端腔室和遠端腔室144、142。此外，圖9A、9C、10A和IOC的泵20可以利用如圖5B和5C中示出的算法通過修改馬達速度實現(xiàn)進一步的脈沖減少。參見圖11A，示出了圖9A-9B中的活塞10c。圖IlA在假想圖中示出了改變近端和遠端31c、33c的環(huán)形區(qū)域的示例性方法。活塞尺寸的這種變化改變了相應腔室144c、142c的比例輸出。因為腔室144c、142c部分由近端和遠端31c、33c限定，因此改變其環(huán)形區(qū)域?qū)⒏淖兞黧w排出量。例如，通過將遠端段133c的直徑Da減為D/，遠端33c的環(huán)形區(qū)域增大，且因此在每個循環(huán)中將有更多的流體被泵送出遠端腔室142c。將直徑Da增至如圖所示的數(shù)值DA”使得遠端33c的環(huán)形區(qū)域減少，且因此在每個循環(huán)中將會從遠端腔室142c泵送出更少的流體。類似地，取決于對近端段28c的直徑Db所作的調(diào)節(jié)，通過近端腔室144c泵送出的流體將增加或減少。
最后參見圖11B，示出了圖10A-10B中的活塞10d。與活塞IOC—樣，圖IlB在假想圖中示出了改變近端和遠端31d、33d的環(huán)形區(qū)域的示例性方法。在很多方面與圖11相同，各腔室144d、142d在每個循環(huán)中泵送出的流體數(shù)量在一定程度上由近端段和遠端段28d、133d及近端和遠端31d、33d的環(huán)形區(qū)域決定。這是因為腔室144d、142d的體積在一定程度上由近端段和遠端段28d、133d及近端和遠端31d、33d決定。近端段和遠端段28d、133d的直徑De、DD的增加將減少相應的環(huán)形區(qū)域。這導致腔室144d、142d輸出的流體減少?；蛘撸硕魏瓦h端段28d、133d的直徑D。、Dd的減少將增加環(huán)形區(qū)域，從而在每個循環(huán)中產(chǎn)生更多的流體輸出。應當注意的是上述調(diào)整可以獨立用于活塞10c、10d各側(cè)。例如，遠端段133c的直徑Da不必與近端段28c的直徑Db相同。
雖然只提出了某些實施例，但對于本領域技術(shù)人員而言替換實施例和各種改進將從上述描述變得顯而易見。這些或其它替換方式被視為落在本公開文本的精神和范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種雙泵室的泵，其包括 置于泵的殼體內(nèi)的旋轉(zhuǎn)和往復運動活塞； 殼體，其包括遠端入口和遠端出口，殼體還包括近端密封件和中間密封件； 活塞，其包括近端段和遠端，并且在近端段和遠端之間設有泵段，近端段在近端處連接至泵段，近端段與馬達聯(lián)接，近端段具有第一最大外徑，泵段具有比第一最大外徑大的第二最大外徑； 泵段，其包括遠端處的遠端凹陷段，活塞的泵段以摩擦的方式并且至少部分地接收在殼體的中間密封件中； 殼體和活塞限定兩個泵室，所述兩個泵室包括由泵段的近端段和近端以及殼體限定的近端泵室；以及由泵段的遠端凹陷段和遠端以及殼體限定的遠端泵室， 其中，近端泵室和遠端泵室在軸向方向上通過中間密封件和活塞的泵段彼此分隔開； 在遠端出口和近端泵室之間連接有通道。
2.如權(quán)利要求I所述的泵，其中 殼體包括近端入口和近端出口，并且，所述通道連接遠端出口與近端入口。
3.如權(quán)利要求2所述的泵，其中 近端入口和遠端出口被設置成對齊。
4.如權(quán)利要求2所述的泵，其中 近端出口和遠端入口被設置成對齊。
5.如權(quán)利要求I所述的泵，其中 殼體還包括端蓋，所述端蓋也有助于限定第一泵室。
6.如權(quán)利要求2所述的泵，其還包括 近端入口和近端出口，以及近端泵室被設置成使得設置在所述通道中的并且借助于泵的泵送作用而被推出遠端泵室從而移動的流體流經(jīng)近端泵室。
7.如權(quán)利要求I所述的泵，其還包括 以可操作的方式與馬達相連的控制器，該控制器產(chǎn)生多個輸出信號，所述多個輸出信號包括至少一個用于改變馬達速度的信號。
8.如權(quán)利要求I所述的泵，其中 近端段通過斜面過渡段連接至泵段。
9.如權(quán)利要求I所述的泵，其中 遠端入口具有朝向遠端泵室減小的直徑。
10.如權(quán)利要求9所述的泵，其中 近端入口和遠端出口具有相同的直徑。
全文摘要
公開了一種雙腔室的混合泵設計，其允許將兩種不同的流體源組合成一種混合的產(chǎn)品流體。該泵被分成兩個腔室，近端腔室和遠端腔室。這些腔室部分由具有近端和遠端以及近端凹陷段和遠端凹陷段的活塞限定而成。該泵使用一個共同的驅(qū)動機構(gòu)以使活塞軸向旋轉(zhuǎn)且沿側(cè)向往復運動以連續(xù)地泵送流體，同時減少脈動。各種流體進入其自己的泵入口和出口。為實現(xiàn)混合，出口連接到一起。各腔室在一個行程下的流體積由整個活塞組件的側(cè)向行程和活塞的近端和遠端的環(huán)形區(qū)域決定。一個行程下的流體積可以通過變化各個腔室的活塞和軸直徑來改變。這允許以任何需要的比例或比值混合兩種流體。這兩個腔室的交替脈沖提供了一種流，其具有小段的來自各入口的交替流體。這種分段的流可以通過正常的下游流動路徑的流動特性得到更徹底地混合，從而提供更有效的混合。
文檔編號F04B13/02GK102794123SQ20121024054
公開日2012年11月28日 申請日期2008年4月10日 優(yōu)先權(quán)日2007年8月2日
發(fā)明者T·P·霍根 申請人:流體管理運轉(zhuǎn)有限公司