專利名稱：具有慣性控制的泄漏補(bǔ)償閥的隔膜泵的制作方法
具有慣性控制的泄漏補(bǔ)償閥的隔膜泵本發(fā)明涉及具有泄漏補(bǔ)償閥的隔膜泵，并涉及設(shè)置泄漏補(bǔ)償閥尺寸的方法。隔膜泵通常包括通過隔膜與液壓腔分隔的泵送腔，其中泵送腔連接吸入接頭(suction connection)和壓力接頭(pressure connection)。脈動(dòng)工作流體壓力可以施加到液壓腔，其中可以填充有工作流體。脈動(dòng)工作流體壓力導(dǎo)致隔膜的脈動(dòng)，因此泵送腔的容積周期性地?cái)U(kuò)大和縮小。用這樣的方式，當(dāng)泵送腔的容積擴(kuò)大時(shí)，泵送介質(zhì)可以通過吸入接頭吸入，吸入接頭通過相應(yīng)的止回閥連接到泵送腔，并且當(dāng)泵送腔的容積縮小時(shí)，泵送介質(zhì)通過壓力接頭在壓力下釋放，該壓力接頭也通過相應(yīng)的止回閥連接到泵送腔。通常，工作流體是液壓油。然而，基本上其他適當(dāng)?shù)牧黧w例如水溶性的礦物質(zhì)補(bǔ)充料也可以使用。隔膜將待泵送的介質(zhì)與驅(qū)動(dòng)裝置分隔，因此，一方面防止由于泵送介質(zhì)而破壞驅(qū)動(dòng)裝置，另一方面，也防止由驅(qū)動(dòng)裝置導(dǎo)致的對(duì)泵送介質(zhì)的損害，例如污染。脈動(dòng)工作流體壓力通常由與工作流體接觸的可動(dòng)活塞產(chǎn)生。為此，例如，活塞在圓柱狀中空的元件中來回運(yùn)動(dòng)，因此液壓腔的容積擴(kuò)大和縮小，導(dǎo)致液壓腔中的壓力升高和降低，從而使得隔膜運(yùn)動(dòng)。盡管有非常多種類措施的目的是防止工作流體流過活塞，但是實(shí)際上，它不能防止少量工作流體在各個(gè)行程中從一方面留在活塞和另一方面圓柱狀中空元件之間，因此，逐漸地，在液壓腔中的工作流體的數(shù)量是減少的。這導(dǎo)致實(shí)際上壓縮行程不再通過隔膜完成，因?yàn)椴荒塬@得充足的工作流體執(zhí)行隔膜的壓縮運(yùn)動(dòng)。那么，舉例來說，DE1034030提議通過間設(shè)閥、即所謂的泄漏補(bǔ)償閥而將液壓腔連接到工作流體的儲(chǔ)蓄器。通過該泄漏補(bǔ)償閥，工作流體可以根據(jù)需要增補(bǔ)到液壓腔。然而，這樣做的時(shí)候必須很小心，不能給液壓腔增加太多工作流體，否則在泵壓行程過程中隔膜將在泵送腔中運(yùn)動(dòng)太遠(yuǎn)，在某些情況下可能接觸到閥或者其他元件，并由此損壞。因此，泄漏補(bǔ)償閥通常包括關(guān)閉體，例如以關(guān)閉球體的形式，其可以在閥門關(guān)閉的關(guān)閉位置和閥門打開的打開位置之間來回運(yùn)動(dòng)。該關(guān)閉體利用壓力元件，例如彈簧偏壓到關(guān)閉位置。該壓力元件設(shè)計(jì)成當(dāng)液壓腔中的壓力比設(shè)定壓力&低時(shí)，關(guān)閉體僅沿打開位置的方向運(yùn)動(dòng)。因?yàn)樵谖胄谐讨?、即?dāng)活塞向后運(yùn)動(dòng)時(shí)，在液壓腔中的壓力不可避免地減小，設(shè)定壓力九必須設(shè)置成在吸入行程中，流體不能通過泄漏補(bǔ)償閥進(jìn)入液壓腔。僅在吸入行程結(jié)束時(shí)當(dāng)活塞幾乎不運(yùn)動(dòng)時(shí)，泄漏補(bǔ)償閥才讓可能缺少的任何工作流體進(jìn)入。在該例子中，在壓力行程結(jié)束時(shí)必須小心操作，在泵送腔中壓力為最大值。在這此情況下，當(dāng)吸入行程開始時(shí)，隔膜將沿液壓腔的方向運(yùn)動(dòng)，直到在泵送腔中的壓力降低到在吸入接頭處的靜壓。當(dāng)吸入行程繼續(xù)時(shí)，這引起壓力脈沖，即所謂的尤考斯基(J0Ukowsky)脈沖，因?yàn)樵诒盟颓恢?，泵腔介質(zhì)現(xiàn)在通過吸入接頭供給，這導(dǎo)致在吸入管線中的速度急劇變化。該壓力脈沖在液壓腔中產(chǎn)生高頻壓力振蕩。液壓腔中的壓力將暫時(shí)極大地減小。為了防止泄漏補(bǔ)償閥在該壓力脈沖過程中打開以使工作流體可以流入液壓腔，該設(shè)定壓力A必須設(shè)定得相對(duì)地低，這意味著泄漏補(bǔ)償閥的壓力元件的尺寸必須相對(duì)地大。然而，在已知的隔膜泵中，這是不利的，因?yàn)樵谖胄谐探Y(jié)尾，難以降低到泄漏補(bǔ)償閥的設(shè)定壓力之下。這樣，必須采取適當(dāng)?shù)慕Y(jié)構(gòu)措施以保證在吸入行程結(jié)尾時(shí)，如果在液壓腔中的工作流體太少，泄漏補(bǔ)償閥實(shí)際上確定能打開。這增加了隔膜泵的成本。從現(xiàn)有技術(shù)的描述出發(fā)，本發(fā)明的目的是提供一種帶有泄漏補(bǔ)償閥的隔膜泵，其能夠減少甚至克服上述的缺點(diǎn)。另外，本發(fā)明的目的是提供一種設(shè)置泄漏補(bǔ)償閥尺寸的方法，其能夠減少甚至克服上述的缺點(diǎn)。

上述目的依照本發(fā)明通過上述限定類型的隔膜泵完成，其中關(guān)閉體的質(zhì)量大到足以使由于液壓腔中的壓力脈沖使得壓力下降持續(xù)時(shí)間不超過I毫秒時(shí)，關(guān)閉體沿打開位置的方向運(yùn)動(dòng)不超過0.2mm。實(shí)際上已經(jīng)觀察到壓力脈沖，即所謂的尤考斯基(Joukowsky)脈沖，它在當(dāng)在泵送腔中的壓力下降至在吸入接頭的壓力時(shí)出現(xiàn)，其具有高頻，即在小于一個(gè)毫秒的時(shí)間間隔出現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，則關(guān)閉體是這樣建設(shè)的，因此其質(zhì)量和慣量足夠地大，當(dāng)產(chǎn)生壓力脈沖時(shí)，由于慣量，關(guān)閉體可以沿打開位置的方向運(yùn)動(dòng)不超過0.2_。因?yàn)樵谝粋€(gè)毫秒之后，壓力又已經(jīng)爬升，關(guān)閉體的運(yùn)動(dòng)停止。通常，小于0.2mm的關(guān)閉體的運(yùn)動(dòng)足夠地小，其產(chǎn)生的用于工作流體的縫隙太小，不能夠泵送大量的工作流體進(jìn)入到液壓腔中。如果量少將仍然是不利的，在優(yōu)選的實(shí)施例中，當(dāng)在液壓腔中的由于壓力脈沖的結(jié)果產(chǎn)生持續(xù)不超過I毫秒的壓降，關(guān)閉體沿打開位置的方向運(yùn)動(dòng)不超過0.1_。清楚地，因?yàn)橛瓤妓够?Joukowsky)脈沖，最大壓力脈沖可能導(dǎo)致在液壓腔中的壓力降低到O巴。在下文中提供了關(guān)閉體的質(zhì)量的計(jì)算實(shí)施例。實(shí)際上，盡管有壓力脈沖，在液壓腔中的壓力不會(huì)下降到O巴，而是降到最小壓力Pu、。該最小的壓力Pu、取決于工藝參數(shù)，例如在泵吸入接頭的靜壓，活塞的速度和液壓腔及泵送腔的容積。在現(xiàn)有技術(shù)中，設(shè)定壓力九通常小于P最小，在優(yōu)選的實(shí)施例中，九比!)最小大。因此，泄漏補(bǔ)償閥的復(fù)位彈簧可以制造得較小，其顯著地促進(jìn)泵的運(yùn)行。對(duì)于設(shè)置隔膜泵的泄漏補(bǔ)償閥的尺寸的方法，上述限定的目的通過以下的限定實(shí)現(xiàn)，即關(guān)閉體的質(zhì)量是這樣選擇的，因此使得在液壓腔中由于壓力脈沖產(chǎn)生的結(jié)果在持續(xù)時(shí)間不超過I毫秒的壓力下降時(shí)，關(guān)閉體沿打開位置的方向運(yùn)動(dòng)不超過0.2mm，優(yōu)選的是不超過0.1mm。從下面優(yōu)選的實(shí)施例的描述和附圖，本申請(qǐng)進(jìn)一步的優(yōu)點(diǎn)、特征和可行的應(yīng)用將變得顯而易見，其中:

圖1:現(xiàn)有技術(shù)的隔膜泵的局部剖視圖；圖2:在吸入行程過程中液壓腔內(nèi)的壓力分布圖；和圖3:根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的泄漏補(bǔ)償閥的剖視圖。圖1以局部剖視圖示出了隔膜泵的基本部分。隔膜泵包括隔膜1，其將液壓腔8與泵送腔9分隔開。泵送腔9通過相應(yīng)的止回閥連接到吸入接頭和壓力接頭。利用活塞3，脈動(dòng)工作流體壓力可以施加到液壓腔8。在所示實(shí)施例中，隔膜I連接到安裝在裝入空間13內(nèi)的彈簧10，它保證隔膜向液壓腔的方向偏置。工作流體的脈動(dòng)壓力使隔膜在壁4和7之間往復(fù)地運(yùn)動(dòng)，由此泵送腔的容積擴(kuò)大和縮小。當(dāng)泵送腔的容積縮小時(shí)，在泵送腔中泵送的流體通過止回閥在壓力出口處排出。當(dāng)泵送腔的容積由于隔膜I向后運(yùn)動(dòng)而擴(kuò)大時(shí)，通過止回閥從吸入接頭將泵送流體吸出。因此，隔膜周期性地運(yùn)動(dòng)從吸入接頭周期性地吸入泵送流體并通過壓力接頭在較高的壓力下將泵送流體排出。隔膜保持在夾持緣邊11、12之間。復(fù)位彈簧10的存在意味著隔膜可如虛線14所示那樣鼓起。在運(yùn)行過程中，在某種情況下，工作流體通過在活塞3處的間隙5漏出。為了保證適當(dāng)量值的工作流體始終存在于液壓腔8中，提供了泄漏補(bǔ)償閥6，通過該泄漏補(bǔ)償閥，液壓腔8連接到工作流體儲(chǔ)蓄器15。該泄漏補(bǔ)償閥包括小球，小球被彈簧推到閥座上。泄漏補(bǔ)償閥6的彈簧建立設(shè)定壓力Pl。如果液壓腔8中的壓力下降到設(shè)定壓力Pl之下，則泄漏補(bǔ)償閥的球從閥座升起，附加的工作流體可以從通常處于大氣壓力下(I巴)的工作流體儲(chǔ)蓄器15流入液壓腔8，直到液壓腔8中的壓力上升到設(shè)定壓力九，因?yàn)檫@時(shí)泄漏補(bǔ)償閥6的彈簧將球推入閥座，并由此關(guān)閉閥門。圖2示意地示出在吸入行程中液壓腔中的壓力隨時(shí)間的變化。在吸入行程開始時(shí)，在液壓腔中的壓力大約與泵從壓力接頭排出泵送介質(zhì)的壓力相等。該壓力基本上比吸入管線的靜壓高。應(yīng)當(dāng)理解的是，液壓腔中的壓力也通過復(fù)位彈簧10確定。然而，在下文中不會(huì)考慮該壓差，因?yàn)檫@與本發(fā)明無關(guān)。當(dāng)活塞3向后運(yùn)動(dòng)、即運(yùn)動(dòng)到圖1所示的實(shí)施例的右側(cè)時(shí)，吸入行程開始。這意味著開始時(shí)，液壓腔中的壓力慢慢地減少，并且因?yàn)楸盟颓恢械膲毫^高，隔膜向右側(cè)、即沿液壓腔的方向運(yùn)動(dòng)。在此，泵送腔中的壓力慢慢地下降，直到它達(dá)到吸入接頭處的靜壓P30O當(dāng)壓力進(jìn)一步地下降時(shí)，將泵送腔與吸入接頭連接的相應(yīng)的止回閥將打開，并且泵送介質(zhì)將通過吸入接頭流入。在泵送腔中的壓力達(dá)到吸入接頭處的靜壓時(shí)，在吸入管線中產(chǎn)生流體速度的急劇變化。該速度Δ V的變化導(dǎo)致所謂的尤考斯基(Joukowsky)脈沖，pST =P XaX Λν，其中P是泵送介質(zhì)的密度，和a是在充有流體的吸入管路中的波的傳播率。。

泵送腔中的尤考斯基(Joukowsky)脈沖導(dǎo)致液壓腔中的壓力脈沖，因?yàn)樗鰞汕煌ㄟ^隔膜連接?？梢钥吹降氖牵趶奈胄谐蘳開始時(shí)的某個(gè)時(shí)間段之后，在液壓腔中的壓力pH突然下降一暫時(shí)性的時(shí)間間隔(aPst)。不久之后，壓力又急劇地上升到產(chǎn)生高頻、快速衰減的壓力振蕩。直接可以看到的是，壓力脈沖可以最多導(dǎo)致壓力降低到P = O。然而，在液壓腔中的壓力實(shí)際上不會(huì)降低到零，而是到最小的壓力Pu、，這通過隔膜泵的運(yùn)行參數(shù)和結(jié)構(gòu)設(shè)定。當(dāng)出現(xiàn)壓力脈沖降低到P +時(shí)，為了防止泄漏補(bǔ)償閥打開，在現(xiàn)有技術(shù)中，泄漏補(bǔ)償閥的設(shè)定壓力Pl小于P最小。然而，根據(jù)本發(fā)明的技術(shù)，設(shè)定壓力Pl可以選擇為基本上高于P最小，只要Pl低于液壓腔中的平均壓力Pm。本發(fā)明基于這樣的認(rèn)識(shí)，即壓力脈沖僅僅在非常短暫的時(shí)間間隔Λ ts < I毫秒內(nèi)出現(xiàn)。根據(jù)本發(fā)明，將關(guān)閉體的質(zhì)量選擇得大到足以使這樣的壓力脈沖僅導(dǎo)致小于0.2毫米或優(yōu)選的是小于0.1mm的升高。圖3中示出根據(jù)本發(fā)明的泄漏補(bǔ)償閥。
該泄漏補(bǔ)償閥包括容納在閥體18內(nèi)的關(guān)閉體16,其包括關(guān)閉元件20,該關(guān)閉元件在關(guān)閉位置關(guān)閉閥體18內(nèi)的開口，以使到工作流體儲(chǔ)蓄器19的管線與液壓腔8分隔。該關(guān)閉體利用彈簧元件17偏置到關(guān)閉位置，如圖3所示。工作流體儲(chǔ)蓄器中的工作流體的壓力以及在管線19中的壓力基本上保持恒定。當(dāng)液壓腔8中的壓力降低到基本上由彈簧17提供的設(shè)定壓力九之下時(shí)，則處于在圖3所示的位置的關(guān)閉體16向上運(yùn)動(dòng)，以使管線19和液壓腔8之間的接頭打開。基本上，假設(shè)如果關(guān)閉體僅運(yùn)動(dòng)2mm，則在閥體18和關(guān)閉體20之間的間隙不足以通過管線19使大量的工作流體排到液壓腔中。因此關(guān)閉體的行程Λ s，如下計(jì)算:
權(quán)利要求
1.一種隔膜泵，該隔膜泵具有通過隔膜⑴與液壓腔⑶分隔開的泵送腔(9)，其中所述泵送腔(9)分別與吸入接頭和壓力接頭連接，脈動(dòng)工作流體壓力能施加到可填充有工作流體的液壓腔(8)，其中所述液壓腔(8)通過泄漏補(bǔ)償閥(6)連接到工作流體儲(chǔ)蓄器(15)，所述泄漏補(bǔ)償閥(6)包括關(guān)閉體，所述關(guān)閉體能在閥門關(guān)閉的關(guān)閉位置和閥門打開的打開位置之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，所述關(guān)閉體利用壓力元件保持在所述關(guān)閉位置，其中所述壓力元件設(shè)計(jì)成當(dāng)所述液壓腔(8)中的壓力低于設(shè)定壓力&時(shí)，所述關(guān)閉體(16)沿所述打開位置的方向運(yùn)動(dòng)，其特征在于:所述關(guān)閉體(16)的質(zhì)量大到使得當(dāng)由于所述液壓腔(8)中的壓力脈沖而使在不超過I毫秒的持續(xù)時(shí)間內(nèi)壓力降低到O巴時(shí)，所述關(guān)閉體(16)沿所述打開位置的方向運(yùn)動(dòng)不超過0.2mm。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的隔膜泵，其特征在于:所述關(guān)閉體(16)的質(zhì)量選擇成當(dāng)由于所述液壓腔(8)中的壓力脈沖而使在不超過I毫秒的持續(xù)時(shí)間內(nèi)壓力下降時(shí)，所述關(guān)閉體(16)沿打開位置的方向運(yùn)動(dòng)不超過0.1_。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的隔膜泵，其特征在于:當(dāng)由于所述液壓腔(8)中的壓力脈沖而使在不超過I毫秒的持續(xù)時(shí)間內(nèi)壓力降低到最小壓力Pu、時(shí)，所述關(guān)閉體(16)沿打開位置的方向運(yùn)動(dòng)不超過0.2_，優(yōu)選的是不超過0.1_，其中P.、是由于壓力脈沖而在所述液壓腔中出現(xiàn)的最小壓力，所述壓力脈沖是在吸入行程中由所述吸入接頭的流體速度變化導(dǎo)致的。
4.根據(jù)權(quán)利要求1至3中任一項(xiàng)所述的隔膜泵，其特征在于:ρ^比在所述液壓腔(8)中的最小壓力聞。
5.一種設(shè)置隔膜泵的泄漏補(bǔ)償閥￠)的尺寸的方法，所述隔膜泵具有通過隔膜(I)與液壓腔(8)的泵送腔(9)，其中所述泵送腔(9)分別與吸入接頭和壓力接頭連接，脈動(dòng)工作流體壓力能施加到可填充有工作流體的所述液壓腔(8)，其中所述液壓腔(8)通過泄漏補(bǔ)償閥(6)連接到工作流體儲(chǔ) 蓄器(15)，其中所述泄漏補(bǔ)償閥(6)包括關(guān)閉體(16)，所述關(guān)閉體能在閥門關(guān)閉的關(guān)閉位置和閥門打開的打開位置之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，其特征在于:所述關(guān)閉體(16)的質(zhì)量選擇成當(dāng)由于所述液壓腔(8)中的壓力脈沖而使在不超過I毫秒持續(xù)時(shí)間內(nèi)壓力降低時(shí)，所述關(guān)閉體(16)沿所述打開位置的方向運(yùn)動(dòng)不超過0.2mm，優(yōu)選的是不超過0.1mm。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種隔膜泵，該隔膜泵具有通過隔膜(1)與液壓腔(8)分隔的泵送腔(9)，其中泵送腔(9)分別與吸入接頭和壓力接頭連接，脈動(dòng)工作流體壓力可以施加到可填充有工作流體的液壓腔(8)，其中液壓腔(8)通過泄漏補(bǔ)償閥(6)連接到工作流體儲(chǔ)蓄器(15)，其中泄漏補(bǔ)償閥(6)包括關(guān)閉體，該關(guān)閉體可以在壓力元件關(guān)閉的關(guān)閉位置和壓力元件打開的打開位置之間往復(fù)運(yùn)動(dòng)，并利用壓力元件保持在關(guān)閉位置，其中壓力元件設(shè)計(jì)成當(dāng)液壓腔(8)中的壓力小于設(shè)定壓力pL時(shí)，關(guān)閉體(16)沿打開位置的方向運(yùn)動(dòng)。為了提供一種可以減少甚至克服現(xiàn)有技術(shù)中的缺點(diǎn)的具有泄漏補(bǔ)償閥的隔膜泵，本發(fā)明提出關(guān)閉體(16)的質(zhì)量足夠大，因而當(dāng)由于液壓腔(8)中的壓力脈沖導(dǎo)致壓力在不超過1毫秒的持續(xù)時(shí)間內(nèi)降低到0巴時(shí)，關(guān)閉體(16)沿打開位置的方向運(yùn)動(dòng)不超過0.2mm。
文檔編號(hào)F04B43/00GK103154517SQ201180040469
公開日2013年6月12日 申請(qǐng)日期2011年8月15日 優(yōu)先權(quán)日2010年8月26日
發(fā)明者H·弗里齊 申請(qǐng)人:卓越劑量技術(shù)有限公司