专利名称：流体驱动泵的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种流体驱动泵和一种结合有这种泵的抽油系统。
背景技术：
尽管不是仅仅用于降低地下采矿操作的水位，但本发明却是专门设计。本发明适合于需要高压抽取大量污水场合的应用。通常，可以获得2500m水头的压力和200m3/hr的流率。
在抽取采矿操作地下水的过程中，水常常被固体物质弄脏。通常，是利用柱塞泵或活塞式薄膜泵来进行抽取过程。尽管活塞泵在操作过程中效率很高，但是基本投资和维护成本都很高。由于调节所述泵的吸入和排出冲程的泵阀系统的操作条件恶劣而又困难，所以磨损率很高，因而维护成本也随之增加。这种系统的泵驱动速率大致为每分钟60-80个循环。维护成本高的深一层原因在于柱塞泵的往复活塞及其密封易于受到污水的侵蚀作用。
薄膜泵的活塞和密封件的磨损率并不相同，但是所述阀系统却和薄膜泵具有相同的恶劣条件，也是每分钟进行60-80个循环。
这就需要一种泵，可以在较低泵送速率下操作，从而减小操作所述泵的困难程度。这种要求可借助于一种可折叠腔式泵来实现，这是一种蠕动泵的变体。这种泵可以利用具有供给端和排出端的柔管，所述供给端和排出端之间的管内形成有泵送腔。流体压力压缩所述管，从而将所述泵送腔内的流体量朝向所述排出端驱动。在US3,406,633(Schomburg)，US4,515,536(van Os)，US6,345,962(Sutter)，GB2,195,149(SBServices(Pneumatics)Ltd)，WO82/01738(RIHA)，US4,257,751(Kofahl)和US4,886,432(Kimberlin)中都公开了这种泵的不同方案。
这些方案中的每一个都利用一个弹性的柔管，能够被压缩而排出其内所述流体，且也能够膨胀而容纳其他泵送到该柔管的流体。这些方案中的每一个都对该装置所能驱动的最大压力设有限制。这种限制是所述管被泵送流体过于压缩时该管所能承受的最大压力。如果过压缩，所述管会在出口端破裂。
针对这些背景技术，本发明已经改善了上述相关于此的缺陷和问题。
参考现有技术仅仅是为了说明背景技术，但在澳大利亚，不应该作为一种认定或者任何形式的建议，即上述现有技术不应该构成公知常识的一部分。
发明内容
根据本发明的第一方面，设置有一种利用驱动流体来输送泵送流体的泵，该泵包括形成有内部空间的硬质外壳，内部空间所容纳的管结构，所述管结构为柔性的且基本上没有弹力，所述管结构的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔，所述管结构可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔的体积，从而产生排放和吸入冲程，环绕所述管结构的内部空间区域形成用于接收和容纳驱动流体的驱动区域，所述泵送腔用于接收泵送流体，以使所述管结构朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔执行吸入冲程，而且基于管结构的折叠，并响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔执行排放冲程。
最好是，当泵送腔执行吸入和排放冲程时，所述管结构的一端闭合，而另一端和泵送流体进入泵送腔和从中排出所经由的端口相连。
最好是，在其端部之间，所述管结构保持在张紧状态。
最好是，所述管结构在闭合端部被支承。
最好是，所述管结构的闭合端部可被移动支承，从而可适应所述管结构的纵向伸展和收缩。该管结构的闭合端部能够以任何合适的方式进行可移动地支承，例如借助于弹簧机构。
最好是，所述驱动区域包括基本上环绕所述管结构的驱动环层和设置在泵闭合端部上的驱动腔。最好是，所述驱动环层和所述驱动腔相流体连通。
最好是，所述泵包括从中排出例如空气等流体的机构。
最好是，所述泵包括从所述泵送腔和驱动区域排出空气的分离机构，其中在吸入冲程过程中所述空气从泵送腔排出，而在排放冲程中，空气从驱动区域中排出。
所述泵还可以包括在所述吸入和排放冲程过程中，用以监视所述泵的监视机构。
最好是，所述监视机构用以监视所述管结构的状态。
根据本发明的一个实施例，所述监视机构可直接或者间接监视所述管结构闭合端部的位置。从而当管结构充填时，其纵向长度会收缩，导致所述可动闭合端部向管结构的固定开口端部移动。
根据本发明的另一个实施例，所述监视机构可监视泵元件之间的压差。
最好是，所述监视机构至少可以指示所述排放和吸入冲程已经完成。
根据本发明的第二方面，提供一种泵送系统，包括根据本发明第一方面的泵，用于以定时顺序将泵送流体输送到泵送腔内且使泵送腔进行吸入冲程的输送机构，以及以定时顺序将驱动流体供给到所述驱动区域的机构，其使管结构横向折叠因而使得泵送腔进行排放冲程。
该输送机构可由输送泵构成。
通常，所述输送机构仅仅需要在较低压力下操作，因而仅仅需要将泵送流体输送到管结构内部，使其横向伸展，泵送腔从而进行吸入冲程。
所述驱动流体可为任何合适的形式，例如液压油或水。
在驱动流体为液压油时，所述供给机构最好是包括液压回路，该回路形成有液压油存储器和液压泵。该液压回路还可以包括进给阀和排放阀，用于以定时顺序调节所述液压油输送到所述驱动区域内以及从中排出。
在驱动流体为水时，所述供给机构可以包括在高位置的水存储器，以便于以合适的压头供水。
最好是，所述驱动流体是在泵送流体进入泵送腔或从中排出所经由的端口的相反端部上输送到所述驱动区域内。所述驱动流体也可以在泵送流体进入泵送腔或从中排出所经由的端口的相反端部上从所述驱动区域内排出。
所述泵送系统包括两个根据本发明第一方面且顺序操作的泵，因而一个泵的泵送腔进行吸入冲程时，而另一个泵的泵送腔进行排放冲程，反之亦然。
最好是，所述两个泵的顺序操作并不干扰所述供给的泵送流体从泵送系统中排出。这与现有技术中的泵送系统从所述柔管中排放定量流体，且需要柔管在随后换位之前进行再充填形成对照，因此这就导致通常所不希望发生的系统间歇流量输出。当用在极高压的场合下，所述间歇流量输出会在排放的管道系统内产生振荡波(也可认为是液压锤)。管道系统内的间歇流量使得流率重复地加速再减速，从而导致能量消耗和泵送系统的效率低下。
所述排放冲程过程可以长于吸入冲程过程。最好是，一个泵完成其吸入冲程而开始排放冲程，而另一个泵刚完成其排放冲程。最好是，一个泵完成排放冲程的时间为另一个泵在流量上排放等于从泵送系统泵送所需流体流量的时间。
最好是，这两个泵均具有常用输送机构和常用供给机构，利用合适的阀系统控制操作的顺序。
最好是，每一个泵都设置得使所述管结构的闭合端部相对于其另一端处于较高位置。最好是，所述驱动流体在靠近所述闭合端部处输送到和排出所述驱动区域。
根据本发明的第三方面，设置有一种利用驱动流体来输送泵送流体的泵，该泵包括形成有内部空间的硬质外壳，内部空间所容纳的柔管结构，所述管结构的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔，所述管结构可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔的体积，从而产生排放和吸入冲程，当泵送腔进行吸入和排放冲程时，所述管结构的一端闭合而另一端和泵送流体进入到泵送腔或从中排出所经由的端口相联通，环绕所述管结构的内部空间区域形成用于接收和容纳驱动流体的驱动区域，所述泵送腔用于接收泵送流体，以使所述管结构朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔执行吸入冲程，而且基于管结构的折叠，响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔执行排放冲程。
最好是，所述管结构基本上没有弹性。
最好是，所述泵送流体进入泵送腔所经由的部分处于驱动流体所进入泵处的相反端上。
根据本发明的第四方面，提供一种泵送系统，包括
至少两个泵，每一都具有设置在驱动区域内的泵送腔，输送机构，以定时顺序将泵送流体输送到每一泵送腔内，使得每一泵送腔均进行吸入冲程，以定时顺序将驱动流体供给到每一驱动区域内的机构，使得每一管结构横向折叠，从而使泵送腔执行排放冲程，因此所述至少两个泵的顺序操作并不干扰所述泵送流体从所述泵送系统中排出。
最好是，每一泵送腔均包括基本上没有弹性的柔管结构。
最好是，当泵送腔进行吸入和排放冲程时，所述泵送腔的一端闭合而另一端和泵送流体进入到泵送腔或从中排出所经由的端口相联通。最好是，泵送腔的闭合端部相对于其另一端处于升高位置。
根据本发明的第五方面，提供有一种操作根据本发明第四方面的泵送系统的方法，其特征在于，一个泵的排放冲程过程要长于另一个泵吸入冲程过程，反之亦然，因此当依次操作时，所述泵送系统不会干扰流体的供给。
根据本发明的第六方面，提供有一种利用驱动流体来输送泵送流体的泵，该泵包括形成有内部空间的硬质外壳，内部空间所容纳的管结构，该管结构一端闭合且其位置高于另一端，所述这另一端和泵送流体进入到泵送腔或从中排出所经由的端口相联通，所述管结构的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔，所述管结构可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔的体积，从而产生排放和吸入冲程，环绕所述管结构的内部空间区域形成用于接收和容纳驱动流体的驱动区域，所述泵送腔用于接收泵送流体，以使所述管结构朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔执行吸入冲程，而且基于管结构的折叠，响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔执行排放冲程。
最好是，所述驱动流体进入邻近泵送腔闭合端部的所述驱动区域。
最好是，所述管结构为基本上没有弹性的柔管。
根据本发明的另一方面，提供有一种操作泵送系统的方法，该泵送系统包括至少两个可单独提供脉冲流量的泵，其特征在于，所述至少两个泵以定时顺序操作，从而不会干扰从泵送系统的排放。
最好是，所述至少两个泵之一的排放冲程过程要长于所述至少两个泵中另一个的吸入冲程过程，反之亦然。
如附图所示，本发明通过参考特定实施例的下列叙述将得到更好的理解，其中图1为根据一个实施例的泵送系统的正视简图；图2为图1所示泵送系统中泵的简图；图3-13为图1所示实施例中泵送系统的操作顺序图；图14为所述泵送系统中管结构成型件闭合端部的侧视图，示出了加载(横向膨胀)状态；图15为图14的端视图；图16为所述管结构闭合端部的侧视图，示出了放松(横向折叠)状态；图17为图16的端视图；以及图18为说明所述图3-13中泵送系统的顺序操作的图表。
具体实施例方式
参考图1-13，示出了适于在高压和大流率下连续流动地输送污水的泵送系统1。这些污水含有固体，所以通常包含泥浆。因此所述污水在此后下文中均称为泥浆。
所述泵送系统1包括两个可在定时顺序中操作(此后将详述)的泵21、22，以便于能够借助于排放管线56排放泥浆。
参考图2，每一个泵21、22均包括形成有内部空间26的圆柱形坚硬外壳25。每一外壳25都具有倾斜于水平面的纵向轴线，从而使得其一端高于另一端。在外壳25的上端安装有第一端板34，而在其下端安装有第二端板23。
在所述外壳25的内部空间26内容纳有柔管结构27，该柔管结构27在纵向张紧状态下被支承。所述柔管结构27虽然是柔性却无弹力。该管结构基本上没有弹力，因而不具有记忆功能，使其在偏转之后并不能够返回特定的状态，且具有拉伸强度从而限制所述管的弹性伸展。
所述管结构27的内部形成泵送腔28。由于柔性结构，所述管结构27可在横向折叠和膨胀状态之间移动，以改变所述泵送腔28的容积。由于这种设置，所述泵送腔28可执行吸入和排出冲程。
在所述横向折叠状态，所述管结构27被放松并远离其端部而自身被折叠，在下面将叙述所用支承的方式。在横向膨胀状态，所述管结构27膨胀，因而在管壁上作用有压力，这就使得所述管结构在纵向收缩或缩短，将在后详细叙述。
所述管结构27的一端支承在所述下端板23上。尤其是，所述下端板23形成有一个具有端口42的开口，泵送泥浆可经由该端口进入所述管结构27内的泵送腔28并从中离开。所述端板23形成有管结构27端部密封配合在其上的套筒部24。
所述管结构27的另一端被连接到可动支承件。该可动支承件包括圆柱形硬质端配件29，端壁部31和锥形内轮廓结构30。所述管结构27的端部可密封安装到所述圆柱形硬质端配件29上。端壁部31由通过上端板34上开口38的管状杆32所支承。该管状杆32可密封地且滑动地支承在所述端板34上。管状杆32的外端部还固定有轴环36，压缩弹簧35设置在轴环36和端板34的外表面之间。在这种设置中，所述压缩弹簧35向外作用管状杆32，因此所述端配件29被朝向所述端板34驱动。这种设置可移动地支承所述管结构27的上端，并适应管结构的纵向延伸和收缩，在下面将详细叙述。另外，其还有助于将所述管结构27保持在纵向张紧状态。
所述环绕管结构27的内部空间26的区域和硬质外壳25的内部形成一个驱动环层41，用于容纳驱动流体。所述环形端壁31的外部区域和端板34的内部形成一个驱动腔40，用于容纳所述驱动流体，该驱动腔40和所述驱动环层41相流体连通，从而产生一块驱动区域。
在开始时的排放冲程中，所述驱动流体在进入所述驱动环层41之前，经由端口39进入驱动腔40。端口39和外壳25的上端相连，以便于驱动流体的流量在进入驱动腔40时并不直接和管结构27并列成行，从而不会发生撞击。
在开始的吸入冲程中，所述驱动流体在经由端口33排出之前，经由所述驱动环层41进入到驱动腔40内。端口33和外壳25的上端相连，且处于最高的位置上。这种结构使在排放所述驱动流体时可从驱动腔40排出所滞留的空气。
参看图1，所述泵送系统1进一步包括按照定时次序输送泥浆到泵送腔28的输送机构50，如下所述。所述输送机构50和泥浆储存器51相连通，且包括抽空泵52和从该抽空泵52延伸的输送管线53，该管线分成两路输送分支管线54、55。尤其是，每一输送分支管线54、55都经由端口42和各自泵的泵送腔28相连。每一分支管线54、55中的入口单向阀61、63都控制着所述泥浆沿分支管线的流向。
每一端口42还借助于排放分支管线57、58，和所述排放管线56相连。每一排放分支管线57、58均包括出口单向阀62、64，用于控制着排出泥浆沿所述分支管线的流向。
还可以设置供给机构70，按照定时顺序向每一驱动腔40供给驱动流体。
在该实施例中，驱动流体为液压油，所述供给机构70包括和所述每一泵21、22的驱动腔40相连的液压回路。该供给机构70包括液压油存储器71和受液压泵72驱动的电机，该液压泵用于在压力下沿分支管线75、76将液压油输送到驱动腔40内。液力阀73、74能够将各自分支管线75、76内的减压流量返回到存储器71内。
每一泵21、22的驱动腔40通过连接在各自分支管线75、76和端口39之间的传递管线77、78与分支管线75、76相连。
分支管线76形成和泵22相连的预充电进给阀81，以及和泵21相连的预充电进给阀84。分支管线75形成和泵22相连的进给阀82以及和泵21相连的进给阀85。
所述供给机构70还可以包括返回管线95。
返回管线95和每一泵21、22上的端口33相联通，且包括和泵21相连的排放阀86以及和泵22相连的排放阀83。
阀81至阀86在控制系统(未示出)的控制下以定时顺序操作。通常所述阀81至阀86根据所述控制系统中的电信号进行操作。
当所述阀81至阀86的操作由所述控制系统按照定时顺序控制时，应该注意到，泥浆所进入或排出的泵送腔28的阀61至阀64可以为响应于流体压力的单向阀。
如上所述，在进入所述所围绕的驱动环层41和驱动腔40的液压油作用下，泥浆被排出每一泵送腔28。所述液压油在所述排放冲程结束时耗尽。耗尽的液压油量随后在泵送腔28的下一次吸入冲程过程中，借助于管结构27的膨胀而被从驱动环层41和驱动腔40中排出。这个顺序由控制阀81至阀86的定时驱动所控制。尤其是在各自进给阀82、85打开而各自排放阀83、86关闭时执行每一泵21、22的排放冲程。相似的，在各自排放阀83、86打开而各自进给阀82、85关闭时执行吸入冲程。每一排放阀83、86打开，可以排出驱动流体而为所述管结构27提供空间，使其在吸入泥浆过程中移动到膨胀状态。
为了保证所述泵的操作令人满意，必须从所述驱动环层41和驱动腔40以及泵送腔28内排出空气。端口33设置在驱动腔40的最高处，且当各自控制阀83、86如所述打开时，可排出滞留在每一泵21、22的驱动环层41和驱动腔40内的空气。反之，滞留在各自泵送腔28内的空气可经由端口37排出。
如图2所示，端口37和泵送腔28通过中空的管状杆32相连。锥形内轮廓部30将所述泵送腔28内的空气导引到所述中空管状杆32内。在吸入冲程中，当和管状杆32相连的排放阀65打开时，泵送腔28由泥浆所充填。泥浆经由所述中空管状杆32流出，从而使所滞留的空气从所述泵送腔28排出。
可以理解，从所述泵送腔18排出滞留空气可以通过多种方式，例如经由位于管结构27最高处位置的排出管。
下面叙述根据第一实施例的泵送系统1的操作。在图18中示出了操作的顺序。
在利用泵送系统1的泵送操作开始时，如图3和4所示，需要初始化所述泵21、22，这样可以将泥浆完全加载所述泵的泵送腔28内。
随后控制系统开始操作，将液压油输送到泵22的驱动腔40内。如图5和6所示，当液压油充满泵22的驱动腔40和驱动环层41时，使得管结构27将滞留在那里的泥浆经由端口42沿着所述排放分支管线57排放到管线56中。如图7所示，在泵22接近完成排放冲程时，泵21开始其排放冲程。同时打开泵22、21可以短时间获得恒定的压力，从而使经由排放管线56的泥浆流量在泵21、22之间保持恒定。如图8所示，由于泵21、22之间具有平滑过渡，所以所述泵22的排放冲程结束后，就可以开始吸入冲程。
在吸入冲程中，借助于输送机构50，泥浆被输送到泵22内。随后重复图9-13所示的循环，所以泥浆就经由所述排放管线56由这两个以定时顺序操作的泵21、22源源不断地泵送出去，因此泵送系统1所输送的为恒定流量。
为了使输送泵送泥浆不干扰所述排放管线56，需要使执行吸入冲程的时间要快于排放冲程的时间。这就为不同的控制阀从一个泵转换到另一个泵的操作提供了必要时间。
在每一泵冲程的开始时，一个泵的所述驱动环层41和驱动腔40被加压到同另一个泵(靠近排放冲程的末端)的驱动环层41和驱动腔40相同的压力。如果所述将要开始排放冲程的泵的驱动环层41和驱动腔40在开始排放冲程之前没有加压，就会产生压力损失，从而干扰向排放管线56的连续输送。
在所述泵送系统1的操作过程中，最重要的是保持每一泵送腔28在开始泵送冲程之前，要完全充满泥浆。如果没有满足这一要求，在各自的泵送腔28内，所述管结构27就必然会在重复排放冲程之后损坏。例如这将导致管结构27受迫穿过所述端口42。
假设该管结构27基本上没有弹性，如果从管结构27内过排放，泵送腔28排放泥浆的体积减小，该管结构长度上就会缩短。所述可动支承装置、管状杆32和弹簧35均适应于管结构27的这种缩短。例如参考管状杆32的运动，可以测量缩短的程度。随后可用此来提供信号指示，表明所述管结构完全排放，即当管状杆32处于其最内侧位置时，所述排放冲程完成。
可有不同的方式监视泵送系统的操作，来保证每一泵送腔28在开始排放冲程之前能够正确充填。一种方式就是监视驱动腔40和泵送腔28之间的压差变化。举例来说，当泥浆经由端口42进入一个泵送腔28时，驱动流体从所述驱动腔40中排出。换句话说，在和特定驱动腔40相连的液压回路中，每一排放控制阀83、86均被打开，从而排出所述驱动流体。当在驱动腔40内具有最小背压(由于所述排放阀83，86打开)时，泥浆就可以在排出所述驱动流体时，使所述管结构27膨胀。当所述管结构27被完全加载时，所述输送机构50继续将压力施加到所述管结构27上，而所述压力由管结构27的拉伸特性所吸收。所述管结构27内的内压使得该管结构27变得紧密，并表现为最大可能的膨胀状态。当和驱动腔40相连的排放阀83、86仍处于打开而管结构27也打开时，就没有压力(当管结构27不再膨胀时)作用在驱动腔40内的驱动流体上。因此，可以检测出压差，从而用于提供所述泵送腔28已完全被加载的指示。
当管结构27从放松状态移动到完全加载状态时，可有另一种检测系统利用每一管结构27的缩短作用进行检测。参考图14-17，可以看出这种缩短作用。图14和15说明所述管结构27在完全加载时的闭合端部。如图16和17所示，当管结构27处于放松状态，管结构的径向膨胀91变为纵向收缩，由90示出，因此管结构27可整体缩短。管结构27的这种缩短可由所述可动支撑装置、管状杆32和弹簧35所响应。可以参考所述管状杆32的运动测量出这种缩短的程度。这又可以用于提供泵送腔28已完全加载即管状杆32处于最内部位置时的信号指示。
可以理解，所述管结构27的端部能够以任何合适的方式闭合。
所述泵21、22均可选择地倾斜，以便于如果泵送腔28内存有泥浆而泥浆内留有固体颗粒时，这些存留的固体颗粒可聚集在泵送腔28靠近端口42的下端处。随后这种固体颗粒可由泥浆排放出口收集，并在下一排放冲程过程中借助于所述出口42处的高速流率而排出。
由上所述，显而易见的是本发明提供了一种简单而又高效的泵送系统，其能够以恒定流率在高压下泵送流体。相比较于传统的往复式活塞泵，所述泵送系统1能够在相对较慢的泵送循环条件下进行操作，而且这种泵送系统中的阀装置可在不费力的条件下执行操作。通过实例，泵送系统1内的每一泵21、22均可在大约每分钟2-4个循环的速率下进行操作，这已经明显低于通常工业设备中传统活塞泵的每分钟60-80个循环的速率。
应该知道的是本发明的范围并不限于所述实施例的范围。从这个意义上说，可以理解本发明中的泵送系统能够应用在需要流体泵送场合的不同领域中。
而且，可以理解当所述实施例中的所述泵送系统1利用两个以定时顺序操作的泵21、22，但也可以只需要一个泵(排放流量是间歇的)，或者可替换地需要利用不止两个的一系列依次操作的泵。
在不偏离本发明的范围内，可以结合有不同变化和修改。
贯穿上述说明，除非内容需要，否则术语“包括”或者同类词“具有”或者“由...构成”都应理解为包括设定的完整组件或完整组件组，而并不排除任何其他的完整组件或者完整组件组。
权利要求
1.一种利用驱动流体来输送泵送流体的泵，该泵包括形成有内部空间的硬质外壳，内部空间所容纳的管结构，所述管结构为柔性的且基本上没有弹力，所述管结构的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔，所述管结构可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔的体积，从而产生排放和吸入冲程，环绕所述管结构的内部空间区域形成用于接收和容纳驱动流体的驱动区域，所述泵送腔用于接收泵送流体，以使所述管结构朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔执行吸入冲程，而且基于管结构的折叠，并响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔执行排放冲程。
2.如权利要求1所述的泵，其特征在于，当泵送腔执行吸入和排放冲程时，所述管结构的一端闭合，而另一端和泵送流体进入泵送腔和从中排出所经由的端口相连。
3.如权利要求2所述的泵，其特征在于，所述管结构从所述闭合端部逐渐向另一端折叠。
4.如权利要求1，2或3所述的泵，其特征在于，所述管结构在其端部之间保持在张紧状态。
5.如权利要求2，3或4所述的泵，其特征在于，所述管结构在其闭合端部被支承。
6.如权利要求2-5中任一项所述的泵，其特征在于，所述管结构的闭合端部可被移动支承，从而可适应所述管结构的纵向伸展和收缩。
7.如权利要求2-6中任一项所述的泵，其特征在于，所述管结构的闭合端部能够以任何合适的方式进行可移动地支承，例如借助于弹簧机构。
8.如权利要求2-7中任一项所述的泵，其特征在于，所述驱动区域包括基本上环绕所述管结构的驱动环层和设置在泵闭合端部上的驱动腔。
9.如权利要求8所述的泵，其特征在于，所述驱动环层和所述驱动腔相流体连通。
10.如前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述泵包括从中排出空气等流体的机构。
11.如权利要求10所述的泵，其特征在于，所述泵包括从所述泵送腔和驱动区域排出空气的分离机构，其中在吸入冲程过程中所述空气从泵送腔排出，而在排放冲程中，空气从驱动区域中排出。
12.如前述权利要求中任一项所述的泵，进一步包括在所述吸入和排放冲程过程中用以监视所述泵的监视机构。
13.如权利要求12所述的泵，其特征在于，所述监视机构用以监视所述管结构的状态。
14.如权利要求12或13所述的泵，其特征在于，所述传感机构可直接或者间接监视所述管结构闭合端部的位置。
15.如权利要求12所述的泵，其特征在于，所述监视机构可监视泵元件之间的压差。
16.如权利要求12-15中任一项所述的泵，其特征在于，所述监视机构至少可以指示所述排放和吸入冲程已经完成。
17.一种泵送系统，包括根据权利要求1-16中之一的泵，用于以定时顺序将泵送流体输送到泵送腔内且使泵送腔进行吸入冲程的输送机构，以及以定时顺序将驱动流体供给到所述驱动区域的机构，其使管结构横向折叠因而使得泵送腔进行排放冲程。
18.如权利要求17所述的泵送系统，其特征在于，该输送机构可由输送泵构成。
19.如权利要求17或18所述的泵送系统，其特征在于，所述驱动流体可为任何合适的形式，例如液压油或水。
20.如权利要求19所述的泵送系统，其特征在于，所述驱动流体为液压油。
21.如权利要求20所述的泵送系统，其特征在于，所述供给机构包括液压回路，该回路形成有液压油存储器和液压泵。
22.如权利要求21所述的泵送系统，其特征在于，该液压回路还可以包括进给阀和排放阀，能够以定时顺序调节所述液压油输送到所述驱动区域内以及从中排出。
23.如权利要求19所述的泵送系统，其特征在于，所述驱动流体为水。
24.如权利要求23所述的泵送系统，其特征在于，所述供给机构可以包括在高位置的水存储器，以便于以合适的压头供水。
25.如权利要求17-24中任一项所述的泵送系统，其特征在于，所述驱动流体是在泵送流体进入泵送腔或从中排出所经由的端口的相反端部上输送到所述驱动区域内。
26.如权利要求17-25中任一项所述的泵送系统，其特征在于，所述驱动流体也可以在泵送流体进入泵送腔或从中排出所经由的端口的相反端部上从所述驱动区域内排出。
27.如权利要求17-26中任一项所述的泵送系统，进一步包括两个根据权利要求1-16而顺序操作的泵，因而一个泵的泵送腔进行吸入冲程时，而另一个泵的泵送腔进行排放冲程，反之亦然。
28.如权利要求27所述的泵送系统，其特征在于，所述两个泵的顺序操作并不干扰所述供给的泵送流体从泵送系统中排出。
29.如权利要求27或28所述的泵送系统，其特征在于，所述排放冲程过程可以长于吸入冲程过程。
30.如权利要求27，28或29所述的泵送系统，其特征在于，一个泵完成其吸入冲程而开始排放冲程，而另一个泵刚完成其排放冲程。
31.如权利要求27-30中任一项所述的泵送系统，其特征在于，一个泵完成排放冲程的时间为另一个泵在流量上排放等于从泵送系统泵送所需流体流量的时间。
32.如权利要求27-31中任一项所述的泵送系统，其特征在于，这两个泵均具有常用输送机构和常用供给机构，利用合适的阀系统控制操作的顺序。
33.如权利要求27-32中任一项所述的泵送系统，其特征在于，每一个泵都设置得使所述管结构的闭合端部相对于其另一端处于较高位置。
34.如权利要求27-33中任一项所述的泵送系统，其特征在于，所述驱动流体在靠近所述闭合端部处输送到和排出所述驱动区域。
35.一种利用驱动流体来输送泵送流体的泵，该泵包括形成有内部空间的硬质外壳，内部空间所容纳的柔管结构，所述管结构的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔，所述管结构可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔的体积，从而产生排放和吸入冲程，当泵送腔进行吸入和排放冲程时，所述管结构的一端闭合而另一端和泵送流体进入到泵送腔或从中排出所经由的端口相联通，环绕所述管结构的内部空间区域形成用于接收驱动流体的驱动区域，所述泵送腔用于接收泵送流体，以使所述管结构朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔执行吸入冲程，而且基于管结构的折叠，并响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔执行排放冲程。
36.如权利要求35所述的泵，其特征在于，所述管结构基本上没有弹性。
37.如权利要求35或36所述的泵，其特征在于，所述泵送流体进入泵送腔所经由的端口处于驱动流体所进入泵处的相反端上。
38.一种泵送系统，包括至少两个泵，每一泵都具有设置在驱动区域内的泵送腔，输送机构，以定时顺序将泵送流体输送到每一泵送腔内，使得每一泵送腔均进行吸入冲程，以定时顺序将驱动流体供给到每一驱动区域内的机构，使得每一管结构横向折叠，从而使泵送腔执行排放冲程，因此所述至少两个泵的顺序操作并不干扰所述泵送流体从所述泵送系统中排出。
39.如权利要求38所述的泵送系统，其特征在于，每一泵送腔均包括基本上没有弹性的柔管结构。
40.如权利要求38或39所述的泵送系统，其特征在于，当泵送腔进行吸入和排放冲程时，所述泵送腔的一端闭合而另一端和泵送流体进入到泵送腔或从中排出所经由的端口相连通。
41.如权利要求40所述的泵送系统，其特征在于，所述泵送腔的闭合端部相对于其另一端处于升高位置。
42.一种操作权利要求38-41中任一项的泵送系统的方法，其特征在于，一个泵的排放冲程过程要长于另一个泵吸入冲程过程，反之亦然，因此当依次操作时，所述泵送系统不会干扰流体的供给。
43.一种利用驱动流体来输送泵送流体的泵，该泵包括形成有内部空间的硬质外壳，内部空间所容纳的管结构，该管结构一端闭合且其位置高于另一端，所述另一端和泵送流体进入到泵送腔或从中排出所经由的端口相连通，所述管结构的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔，所述管结构可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔的体积，从而产生排放和吸入冲程，环绕所述管结构的内部空间区域形成用于接收驱动流体的驱动区域，所述泵送腔用于接收泵送流体，以使所述管结构朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔执行吸入冲程，而且基于管结构的折叠，并响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔执行排放冲程。
44.如权利要求43所述的泵，其特征在于，所述驱动流体进入邻近泵送腔闭合端部的所述驱动区域。
45.如权利要求43或44所述的泵，其特征在于，所述管结构为基本上没有弹性的柔管。
46.一种操作泵送系统的方法，包括至少两个可单独提供脉冲流量的泵，其特征在于，这至少两个泵以定时顺序操作，从而不会干扰从泵送系统的排放。
47.如权利要求46所述的方法，其特征在于，所述至少两个泵之一的排放冲程过程要长于所述至少两个泵中另一个的吸入冲程过程，反之亦然。
48.一种参考附图而主要在这里叙述的泵。
49.一种参考附图而主要在这里叙述的泵送系统。
50.一种参考附图18而主要在这里叙述的方法。
全文摘要
一种泵送系统包括利用驱动流体来输送泵送流体的泵(21)。该泵包括形成有内部空间(26)的硬质外壳(25)，内部空间(26)所容纳的管结构(27)，所述管结构(27)为柔性的且基本上没有弹力。所述管结构(27)的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔(28)，所述管结构(27)可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔(28)的体积，从而产生排放和吸入冲程。环绕所述管结构(27)的内部空间区域(26)形成用于接收和容纳驱动流体的驱动区域。所述泵送腔(28)用于接收泵送流体，以使所述管结构(27)朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔(28)执行吸入冲程。而且基于管结构(27)的折叠，并响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔(28)执行排放冲程。所述泵送系统还可以包括用于以定时顺序将泵送流体输送到泵送腔(28)内且使泵送腔(28)进行吸入冲程的输送机构(50)，以及以定时顺序将驱动流体供给到所述驱动区域的机构(70)，该机构使管结构(27)横向折叠因而使得泵送腔(28)进行排放冲程。
文档编号F04B43/00GK1685157SQ03818239
公开日2005年10月19日 申请日期2003年7月29日 优先权日2002年7月29日
发明者戈登·利思·莫里斯, 罗伯特·莱斯莉·韦斯特 申请人:达夫泰克有限公司
技术领域：
本发明涉及一种流体驱动泵和一种结合有这种泵的抽油系统。
背景技术：
尽管不是仅仅用于降低地下采矿操作的水位，但本发明却是专门设计。本发明适合于需要高压抽取大量污水场合的应用。通常，可以获得2500m水头的压力和200m3/hr的流率。
在抽取采矿操作地下水的过程中，水常常被固体物质弄脏。通常，是利用柱塞泵或活塞式薄膜泵来进行抽取过程。尽管活塞泵在操作过程中效率很高，但是基本投资和维护成本都很高。由于调节所述泵的吸入和排出冲程的泵阀系统的操作条件恶劣而又困难，所以磨损率很高，因而维护成本也随之增加。这种系统的泵驱动速率大致为每分钟60-80个循环。维护成本高的深一层原因在于柱塞泵的往复活塞及其密封易于受到污水的侵蚀作用。
薄膜泵的活塞和密封件的磨损率并不相同，但是所述阀系统却和薄膜泵具有相同的恶劣条件，也是每分钟进行60-80个循环。
这就需要一种泵，可以在较低泵送速率下操作，从而减小操作所述泵的困难程度。这种要求可借助于一种可折叠腔式泵来实现，这是一种蠕动泵的变体。这种泵可以利用具有供给端和排出端的柔管，所述供给端和排出端之间的管内形成有泵送腔。流体压力压缩所述管，从而将所述泵送腔内的流体量朝向所述排出端驱动。在US3,406,633(Schomburg)，US4,515,536(van Os)，US6,345,962(Sutter)，GB2,195,149(SBServices(Pneumatics)Ltd)，WO82/01738(RIHA)，US4,257,751(Kofahl)和US4,886,432(Kimberlin)中都公开了这种泵的不同方案。
这些方案中的每一个都利用一个弹性的柔管，能够被压缩而排出其内所述流体，且也能够膨胀而容纳其他泵送到该柔管的流体。这些方案中的每一个都对该装置所能驱动的最大压力设有限制。这种限制是所述管被泵送流体过于压缩时该管所能承受的最大压力。如果过压缩，所述管会在出口端破裂。
针对这些背景技术，本发明已经改善了上述相关于此的缺陷和问题。
参考现有技术仅仅是为了说明背景技术，但在澳大利亚，不应该作为一种认定或者任何形式的建议，即上述现有技术不应该构成公知常识的一部分。
发明内容
根据本发明的第一方面，设置有一种利用驱动流体来输送泵送流体的泵，该泵包括形成有内部空间的硬质外壳，内部空间所容纳的管结构，所述管结构为柔性的且基本上没有弹力，所述管结构的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔，所述管结构可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔的体积，从而产生排放和吸入冲程，环绕所述管结构的内部空间区域形成用于接收和容纳驱动流体的驱动区域，所述泵送腔用于接收泵送流体，以使所述管结构朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔执行吸入冲程，而且基于管结构的折叠，并响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔执行排放冲程。
最好是，当泵送腔执行吸入和排放冲程时，所述管结构的一端闭合，而另一端和泵送流体进入泵送腔和从中排出所经由的端口相连。
最好是，在其端部之间，所述管结构保持在张紧状态。
最好是，所述管结构在闭合端部被支承。
最好是，所述管结构的闭合端部可被移动支承，从而可适应所述管结构的纵向伸展和收缩。该管结构的闭合端部能够以任何合适的方式进行可移动地支承，例如借助于弹簧机构。
最好是，所述驱动区域包括基本上环绕所述管结构的驱动环层和设置在泵闭合端部上的驱动腔。最好是，所述驱动环层和所述驱动腔相流体连通。
最好是，所述泵包括从中排出例如空气等流体的机构。
最好是，所述泵包括从所述泵送腔和驱动区域排出空气的分离机构，其中在吸入冲程过程中所述空气从泵送腔排出，而在排放冲程中，空气从驱动区域中排出。
所述泵还可以包括在所述吸入和排放冲程过程中，用以监视所述泵的监视机构。
最好是，所述监视机构用以监视所述管结构的状态。
根据本发明的一个实施例，所述监视机构可直接或者间接监视所述管结构闭合端部的位置。从而当管结构充填时，其纵向长度会收缩，导致所述可动闭合端部向管结构的固定开口端部移动。
根据本发明的另一个实施例，所述监视机构可监视泵元件之间的压差。
最好是，所述监视机构至少可以指示所述排放和吸入冲程已经完成。
根据本发明的第二方面，提供一种泵送系统，包括根据本发明第一方面的泵，用于以定时顺序将泵送流体输送到泵送腔内且使泵送腔进行吸入冲程的输送机构，以及以定时顺序将驱动流体供给到所述驱动区域的机构，其使管结构横向折叠因而使得泵送腔进行排放冲程。
该输送机构可由输送泵构成。
通常，所述输送机构仅仅需要在较低压力下操作，因而仅仅需要将泵送流体输送到管结构内部，使其横向伸展，泵送腔从而进行吸入冲程。
所述驱动流体可为任何合适的形式，例如液压油或水。
在驱动流体为液压油时，所述供给机构最好是包括液压回路，该回路形成有液压油存储器和液压泵。该液压回路还可以包括进给阀和排放阀，用于以定时顺序调节所述液压油输送到所述驱动区域内以及从中排出。
在驱动流体为水时，所述供给机构可以包括在高位置的水存储器，以便于以合适的压头供水。
最好是，所述驱动流体是在泵送流体进入泵送腔或从中排出所经由的端口的相反端部上输送到所述驱动区域内。所述驱动流体也可以在泵送流体进入泵送腔或从中排出所经由的端口的相反端部上从所述驱动区域内排出。
所述泵送系统包括两个根据本发明第一方面且顺序操作的泵，因而一个泵的泵送腔进行吸入冲程时，而另一个泵的泵送腔进行排放冲程，反之亦然。
最好是，所述两个泵的顺序操作并不干扰所述供给的泵送流体从泵送系统中排出。这与现有技术中的泵送系统从所述柔管中排放定量流体，且需要柔管在随后换位之前进行再充填形成对照，因此这就导致通常所不希望发生的系统间歇流量输出。当用在极高压的场合下，所述间歇流量输出会在排放的管道系统内产生振荡波(也可认为是液压锤)。管道系统内的间歇流量使得流率重复地加速再减速，从而导致能量消耗和泵送系统的效率低下。
所述排放冲程过程可以长于吸入冲程过程。最好是，一个泵完成其吸入冲程而开始排放冲程，而另一个泵刚完成其排放冲程。最好是，一个泵完成排放冲程的时间为另一个泵在流量上排放等于从泵送系统泵送所需流体流量的时间。
最好是，这两个泵均具有常用输送机构和常用供给机构，利用合适的阀系统控制操作的顺序。
最好是，每一个泵都设置得使所述管结构的闭合端部相对于其另一端处于较高位置。最好是，所述驱动流体在靠近所述闭合端部处输送到和排出所述驱动区域。
根据本发明的第三方面，设置有一种利用驱动流体来输送泵送流体的泵，该泵包括形成有内部空间的硬质外壳，内部空间所容纳的柔管结构，所述管结构的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔，所述管结构可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔的体积，从而产生排放和吸入冲程，当泵送腔进行吸入和排放冲程时，所述管结构的一端闭合而另一端和泵送流体进入到泵送腔或从中排出所经由的端口相联通，环绕所述管结构的内部空间区域形成用于接收和容纳驱动流体的驱动区域，所述泵送腔用于接收泵送流体，以使所述管结构朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔执行吸入冲程，而且基于管结构的折叠，响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔执行排放冲程。
最好是，所述管结构基本上没有弹性。
最好是，所述泵送流体进入泵送腔所经由的部分处于驱动流体所进入泵处的相反端上。
根据本发明的第四方面，提供一种泵送系统，包括
至少两个泵，每一都具有设置在驱动区域内的泵送腔，输送机构，以定时顺序将泵送流体输送到每一泵送腔内，使得每一泵送腔均进行吸入冲程，以定时顺序将驱动流体供给到每一驱动区域内的机构，使得每一管结构横向折叠，从而使泵送腔执行排放冲程，因此所述至少两个泵的顺序操作并不干扰所述泵送流体从所述泵送系统中排出。
最好是，每一泵送腔均包括基本上没有弹性的柔管结构。
最好是，当泵送腔进行吸入和排放冲程时，所述泵送腔的一端闭合而另一端和泵送流体进入到泵送腔或从中排出所经由的端口相联通。最好是，泵送腔的闭合端部相对于其另一端处于升高位置。
根据本发明的第五方面，提供有一种操作根据本发明第四方面的泵送系统的方法，其特征在于，一个泵的排放冲程过程要长于另一个泵吸入冲程过程，反之亦然，因此当依次操作时，所述泵送系统不会干扰流体的供给。
根据本发明的第六方面，提供有一种利用驱动流体来输送泵送流体的泵，该泵包括形成有内部空间的硬质外壳，内部空间所容纳的管结构，该管结构一端闭合且其位置高于另一端，所述这另一端和泵送流体进入到泵送腔或从中排出所经由的端口相联通，所述管结构的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔，所述管结构可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔的体积，从而产生排放和吸入冲程，环绕所述管结构的内部空间区域形成用于接收和容纳驱动流体的驱动区域，所述泵送腔用于接收泵送流体，以使所述管结构朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔执行吸入冲程，而且基于管结构的折叠，响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔执行排放冲程。
最好是，所述驱动流体进入邻近泵送腔闭合端部的所述驱动区域。
最好是，所述管结构为基本上没有弹性的柔管。
根据本发明的另一方面，提供有一种操作泵送系统的方法，该泵送系统包括至少两个可单独提供脉冲流量的泵，其特征在于，所述至少两个泵以定时顺序操作，从而不会干扰从泵送系统的排放。
最好是，所述至少两个泵之一的排放冲程过程要长于所述至少两个泵中另一个的吸入冲程过程，反之亦然。
如附图所示，本发明通过参考特定实施例的下列叙述将得到更好的理解，其中图1为根据一个实施例的泵送系统的正视简图；图2为图1所示泵送系统中泵的简图；图3-13为图1所示实施例中泵送系统的操作顺序图；图14为所述泵送系统中管结构成型件闭合端部的侧视图，示出了加载(横向膨胀)状态；图15为图14的端视图；图16为所述管结构闭合端部的侧视图，示出了放松(横向折叠)状态；图17为图16的端视图；以及图18为说明所述图3-13中泵送系统的顺序操作的图表。
具体实施例方式
参考图1-13，示出了适于在高压和大流率下连续流动地输送污水的泵送系统1。这些污水含有固体，所以通常包含泥浆。因此所述污水在此后下文中均称为泥浆。
所述泵送系统1包括两个可在定时顺序中操作(此后将详述)的泵21、22，以便于能够借助于排放管线56排放泥浆。
参考图2，每一个泵21、22均包括形成有内部空间26的圆柱形坚硬外壳25。每一外壳25都具有倾斜于水平面的纵向轴线，从而使得其一端高于另一端。在外壳25的上端安装有第一端板34，而在其下端安装有第二端板23。
在所述外壳25的内部空间26内容纳有柔管结构27，该柔管结构27在纵向张紧状态下被支承。所述柔管结构27虽然是柔性却无弹力。该管结构基本上没有弹力，因而不具有记忆功能，使其在偏转之后并不能够返回特定的状态，且具有拉伸强度从而限制所述管的弹性伸展。
所述管结构27的内部形成泵送腔28。由于柔性结构，所述管结构27可在横向折叠和膨胀状态之间移动，以改变所述泵送腔28的容积。由于这种设置，所述泵送腔28可执行吸入和排出冲程。
在所述横向折叠状态，所述管结构27被放松并远离其端部而自身被折叠，在下面将叙述所用支承的方式。在横向膨胀状态，所述管结构27膨胀，因而在管壁上作用有压力，这就使得所述管结构在纵向收缩或缩短，将在后详细叙述。
所述管结构27的一端支承在所述下端板23上。尤其是，所述下端板23形成有一个具有端口42的开口，泵送泥浆可经由该端口进入所述管结构27内的泵送腔28并从中离开。所述端板23形成有管结构27端部密封配合在其上的套筒部24。
所述管结构27的另一端被连接到可动支承件。该可动支承件包括圆柱形硬质端配件29，端壁部31和锥形内轮廓结构30。所述管结构27的端部可密封安装到所述圆柱形硬质端配件29上。端壁部31由通过上端板34上开口38的管状杆32所支承。该管状杆32可密封地且滑动地支承在所述端板34上。管状杆32的外端部还固定有轴环36，压缩弹簧35设置在轴环36和端板34的外表面之间。在这种设置中，所述压缩弹簧35向外作用管状杆32，因此所述端配件29被朝向所述端板34驱动。这种设置可移动地支承所述管结构27的上端，并适应管结构的纵向延伸和收缩，在下面将详细叙述。另外，其还有助于将所述管结构27保持在纵向张紧状态。
所述环绕管结构27的内部空间26的区域和硬质外壳25的内部形成一个驱动环层41，用于容纳驱动流体。所述环形端壁31的外部区域和端板34的内部形成一个驱动腔40，用于容纳所述驱动流体，该驱动腔40和所述驱动环层41相流体连通，从而产生一块驱动区域。
在开始时的排放冲程中，所述驱动流体在进入所述驱动环层41之前，经由端口39进入驱动腔40。端口39和外壳25的上端相连，以便于驱动流体的流量在进入驱动腔40时并不直接和管结构27并列成行，从而不会发生撞击。
在开始的吸入冲程中，所述驱动流体在经由端口33排出之前，经由所述驱动环层41进入到驱动腔40内。端口33和外壳25的上端相连，且处于最高的位置上。这种结构使在排放所述驱动流体时可从驱动腔40排出所滞留的空气。
参看图1，所述泵送系统1进一步包括按照定时次序输送泥浆到泵送腔28的输送机构50，如下所述。所述输送机构50和泥浆储存器51相连通，且包括抽空泵52和从该抽空泵52延伸的输送管线53，该管线分成两路输送分支管线54、55。尤其是，每一输送分支管线54、55都经由端口42和各自泵的泵送腔28相连。每一分支管线54、55中的入口单向阀61、63都控制着所述泥浆沿分支管线的流向。
每一端口42还借助于排放分支管线57、58，和所述排放管线56相连。每一排放分支管线57、58均包括出口单向阀62、64，用于控制着排出泥浆沿所述分支管线的流向。
还可以设置供给机构70，按照定时顺序向每一驱动腔40供给驱动流体。
在该实施例中，驱动流体为液压油，所述供给机构70包括和所述每一泵21、22的驱动腔40相连的液压回路。该供给机构70包括液压油存储器71和受液压泵72驱动的电机，该液压泵用于在压力下沿分支管线75、76将液压油输送到驱动腔40内。液力阀73、74能够将各自分支管线75、76内的减压流量返回到存储器71内。
每一泵21、22的驱动腔40通过连接在各自分支管线75、76和端口39之间的传递管线77、78与分支管线75、76相连。
分支管线76形成和泵22相连的预充电进给阀81，以及和泵21相连的预充电进给阀84。分支管线75形成和泵22相连的进给阀82以及和泵21相连的进给阀85。
所述供给机构70还可以包括返回管线95。
返回管线95和每一泵21、22上的端口33相联通，且包括和泵21相连的排放阀86以及和泵22相连的排放阀83。
阀81至阀86在控制系统(未示出)的控制下以定时顺序操作。通常所述阀81至阀86根据所述控制系统中的电信号进行操作。
当所述阀81至阀86的操作由所述控制系统按照定时顺序控制时，应该注意到，泥浆所进入或排出的泵送腔28的阀61至阀64可以为响应于流体压力的单向阀。
如上所述，在进入所述所围绕的驱动环层41和驱动腔40的液压油作用下，泥浆被排出每一泵送腔28。所述液压油在所述排放冲程结束时耗尽。耗尽的液压油量随后在泵送腔28的下一次吸入冲程过程中，借助于管结构27的膨胀而被从驱动环层41和驱动腔40中排出。这个顺序由控制阀81至阀86的定时驱动所控制。尤其是在各自进给阀82、85打开而各自排放阀83、86关闭时执行每一泵21、22的排放冲程。相似的，在各自排放阀83、86打开而各自进给阀82、85关闭时执行吸入冲程。每一排放阀83、86打开，可以排出驱动流体而为所述管结构27提供空间，使其在吸入泥浆过程中移动到膨胀状态。
为了保证所述泵的操作令人满意，必须从所述驱动环层41和驱动腔40以及泵送腔28内排出空气。端口33设置在驱动腔40的最高处，且当各自控制阀83、86如所述打开时，可排出滞留在每一泵21、22的驱动环层41和驱动腔40内的空气。反之，滞留在各自泵送腔28内的空气可经由端口37排出。
如图2所示，端口37和泵送腔28通过中空的管状杆32相连。锥形内轮廓部30将所述泵送腔28内的空气导引到所述中空管状杆32内。在吸入冲程中，当和管状杆32相连的排放阀65打开时，泵送腔28由泥浆所充填。泥浆经由所述中空管状杆32流出，从而使所滞留的空气从所述泵送腔28排出。
可以理解，从所述泵送腔18排出滞留空气可以通过多种方式，例如经由位于管结构27最高处位置的排出管。
下面叙述根据第一实施例的泵送系统1的操作。在图18中示出了操作的顺序。
在利用泵送系统1的泵送操作开始时，如图3和4所示，需要初始化所述泵21、22，这样可以将泥浆完全加载所述泵的泵送腔28内。
随后控制系统开始操作，将液压油输送到泵22的驱动腔40内。如图5和6所示，当液压油充满泵22的驱动腔40和驱动环层41时，使得管结构27将滞留在那里的泥浆经由端口42沿着所述排放分支管线57排放到管线56中。如图7所示，在泵22接近完成排放冲程时，泵21开始其排放冲程。同时打开泵22、21可以短时间获得恒定的压力，从而使经由排放管线56的泥浆流量在泵21、22之间保持恒定。如图8所示，由于泵21、22之间具有平滑过渡，所以所述泵22的排放冲程结束后，就可以开始吸入冲程。
在吸入冲程中，借助于输送机构50，泥浆被输送到泵22内。随后重复图9-13所示的循环，所以泥浆就经由所述排放管线56由这两个以定时顺序操作的泵21、22源源不断地泵送出去，因此泵送系统1所输送的为恒定流量。
为了使输送泵送泥浆不干扰所述排放管线56，需要使执行吸入冲程的时间要快于排放冲程的时间。这就为不同的控制阀从一个泵转换到另一个泵的操作提供了必要时间。
在每一泵冲程的开始时，一个泵的所述驱动环层41和驱动腔40被加压到同另一个泵(靠近排放冲程的末端)的驱动环层41和驱动腔40相同的压力。如果所述将要开始排放冲程的泵的驱动环层41和驱动腔40在开始排放冲程之前没有加压，就会产生压力损失，从而干扰向排放管线56的连续输送。
在所述泵送系统1的操作过程中，最重要的是保持每一泵送腔28在开始泵送冲程之前，要完全充满泥浆。如果没有满足这一要求，在各自的泵送腔28内，所述管结构27就必然会在重复排放冲程之后损坏。例如这将导致管结构27受迫穿过所述端口42。
假设该管结构27基本上没有弹性，如果从管结构27内过排放，泵送腔28排放泥浆的体积减小，该管结构长度上就会缩短。所述可动支承装置、管状杆32和弹簧35均适应于管结构27的这种缩短。例如参考管状杆32的运动，可以测量缩短的程度。随后可用此来提供信号指示，表明所述管结构完全排放，即当管状杆32处于其最内侧位置时，所述排放冲程完成。
可有不同的方式监视泵送系统的操作，来保证每一泵送腔28在开始排放冲程之前能够正确充填。一种方式就是监视驱动腔40和泵送腔28之间的压差变化。举例来说，当泥浆经由端口42进入一个泵送腔28时，驱动流体从所述驱动腔40中排出。换句话说，在和特定驱动腔40相连的液压回路中，每一排放控制阀83、86均被打开，从而排出所述驱动流体。当在驱动腔40内具有最小背压(由于所述排放阀83，86打开)时，泥浆就可以在排出所述驱动流体时，使所述管结构27膨胀。当所述管结构27被完全加载时，所述输送机构50继续将压力施加到所述管结构27上，而所述压力由管结构27的拉伸特性所吸收。所述管结构27内的内压使得该管结构27变得紧密，并表现为最大可能的膨胀状态。当和驱动腔40相连的排放阀83、86仍处于打开而管结构27也打开时，就没有压力(当管结构27不再膨胀时)作用在驱动腔40内的驱动流体上。因此，可以检测出压差，从而用于提供所述泵送腔28已完全被加载的指示。
当管结构27从放松状态移动到完全加载状态时，可有另一种检测系统利用每一管结构27的缩短作用进行检测。参考图14-17，可以看出这种缩短作用。图14和15说明所述管结构27在完全加载时的闭合端部。如图16和17所示，当管结构27处于放松状态，管结构的径向膨胀91变为纵向收缩，由90示出，因此管结构27可整体缩短。管结构27的这种缩短可由所述可动支撑装置、管状杆32和弹簧35所响应。可以参考所述管状杆32的运动测量出这种缩短的程度。这又可以用于提供泵送腔28已完全加载即管状杆32处于最内部位置时的信号指示。
可以理解，所述管结构27的端部能够以任何合适的方式闭合。
所述泵21、22均可选择地倾斜，以便于如果泵送腔28内存有泥浆而泥浆内留有固体颗粒时，这些存留的固体颗粒可聚集在泵送腔28靠近端口42的下端处。随后这种固体颗粒可由泥浆排放出口收集，并在下一排放冲程过程中借助于所述出口42处的高速流率而排出。
由上所述，显而易见的是本发明提供了一种简单而又高效的泵送系统，其能够以恒定流率在高压下泵送流体。相比较于传统的往复式活塞泵，所述泵送系统1能够在相对较慢的泵送循环条件下进行操作，而且这种泵送系统中的阀装置可在不费力的条件下执行操作。通过实例，泵送系统1内的每一泵21、22均可在大约每分钟2-4个循环的速率下进行操作，这已经明显低于通常工业设备中传统活塞泵的每分钟60-80个循环的速率。
应该知道的是本发明的范围并不限于所述实施例的范围。从这个意义上说，可以理解本发明中的泵送系统能够应用在需要流体泵送场合的不同领域中。
而且，可以理解当所述实施例中的所述泵送系统1利用两个以定时顺序操作的泵21、22，但也可以只需要一个泵(排放流量是间歇的)，或者可替换地需要利用不止两个的一系列依次操作的泵。
在不偏离本发明的范围内，可以结合有不同变化和修改。
贯穿上述说明，除非内容需要，否则术语“包括”或者同类词“具有”或者“由...构成”都应理解为包括设定的完整组件或完整组件组，而并不排除任何其他的完整组件或者完整组件组。
权利要求
1.一种利用驱动流体来输送泵送流体的泵，该泵包括形成有内部空间的硬质外壳，内部空间所容纳的管结构，所述管结构为柔性的且基本上没有弹力，所述管结构的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔，所述管结构可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔的体积，从而产生排放和吸入冲程，环绕所述管结构的内部空间区域形成用于接收和容纳驱动流体的驱动区域，所述泵送腔用于接收泵送流体，以使所述管结构朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔执行吸入冲程，而且基于管结构的折叠，并响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔执行排放冲程。
2.如权利要求1所述的泵，其特征在于，当泵送腔执行吸入和排放冲程时，所述管结构的一端闭合，而另一端和泵送流体进入泵送腔和从中排出所经由的端口相连。
3.如权利要求2所述的泵，其特征在于，所述管结构从所述闭合端部逐渐向另一端折叠。
4.如权利要求1，2或3所述的泵，其特征在于，所述管结构在其端部之间保持在张紧状态。
5.如权利要求2，3或4所述的泵，其特征在于，所述管结构在其闭合端部被支承。
6.如权利要求2-5中任一项所述的泵，其特征在于，所述管结构的闭合端部可被移动支承，从而可适应所述管结构的纵向伸展和收缩。
7.如权利要求2-6中任一项所述的泵，其特征在于，所述管结构的闭合端部能够以任何合适的方式进行可移动地支承，例如借助于弹簧机构。
8.如权利要求2-7中任一项所述的泵，其特征在于，所述驱动区域包括基本上环绕所述管结构的驱动环层和设置在泵闭合端部上的驱动腔。
9.如权利要求8所述的泵，其特征在于，所述驱动环层和所述驱动腔相流体连通。
10.如前述权利要求中任一项所述的泵，其特征在于，所述泵包括从中排出空气等流体的机构。
11.如权利要求10所述的泵，其特征在于，所述泵包括从所述泵送腔和驱动区域排出空气的分离机构，其中在吸入冲程过程中所述空气从泵送腔排出，而在排放冲程中，空气从驱动区域中排出。
12.如前述权利要求中任一项所述的泵，进一步包括在所述吸入和排放冲程过程中用以监视所述泵的监视机构。
13.如权利要求12所述的泵，其特征在于，所述监视机构用以监视所述管结构的状态。
14.如权利要求12或13所述的泵，其特征在于，所述传感机构可直接或者间接监视所述管结构闭合端部的位置。
15.如权利要求12所述的泵，其特征在于，所述监视机构可监视泵元件之间的压差。
16.如权利要求12-15中任一项所述的泵，其特征在于，所述监视机构至少可以指示所述排放和吸入冲程已经完成。
17.一种泵送系统，包括根据权利要求1-16中之一的泵，用于以定时顺序将泵送流体输送到泵送腔内且使泵送腔进行吸入冲程的输送机构，以及以定时顺序将驱动流体供给到所述驱动区域的机构，其使管结构横向折叠因而使得泵送腔进行排放冲程。
18.如权利要求17所述的泵送系统，其特征在于，该输送机构可由输送泵构成。
19.如权利要求17或18所述的泵送系统，其特征在于，所述驱动流体可为任何合适的形式，例如液压油或水。
20.如权利要求19所述的泵送系统，其特征在于，所述驱动流体为液压油。
21.如权利要求20所述的泵送系统，其特征在于，所述供给机构包括液压回路，该回路形成有液压油存储器和液压泵。
22.如权利要求21所述的泵送系统，其特征在于，该液压回路还可以包括进给阀和排放阀，能够以定时顺序调节所述液压油输送到所述驱动区域内以及从中排出。
23.如权利要求19所述的泵送系统，其特征在于，所述驱动流体为水。
24.如权利要求23所述的泵送系统，其特征在于，所述供给机构可以包括在高位置的水存储器，以便于以合适的压头供水。
25.如权利要求17-24中任一项所述的泵送系统，其特征在于，所述驱动流体是在泵送流体进入泵送腔或从中排出所经由的端口的相反端部上输送到所述驱动区域内。
26.如权利要求17-25中任一项所述的泵送系统，其特征在于，所述驱动流体也可以在泵送流体进入泵送腔或从中排出所经由的端口的相反端部上从所述驱动区域内排出。
27.如权利要求17-26中任一项所述的泵送系统，进一步包括两个根据权利要求1-16而顺序操作的泵，因而一个泵的泵送腔进行吸入冲程时，而另一个泵的泵送腔进行排放冲程，反之亦然。
28.如权利要求27所述的泵送系统，其特征在于，所述两个泵的顺序操作并不干扰所述供给的泵送流体从泵送系统中排出。
29.如权利要求27或28所述的泵送系统，其特征在于，所述排放冲程过程可以长于吸入冲程过程。
30.如权利要求27，28或29所述的泵送系统，其特征在于，一个泵完成其吸入冲程而开始排放冲程，而另一个泵刚完成其排放冲程。
31.如权利要求27-30中任一项所述的泵送系统，其特征在于，一个泵完成排放冲程的时间为另一个泵在流量上排放等于从泵送系统泵送所需流体流量的时间。
32.如权利要求27-31中任一项所述的泵送系统，其特征在于，这两个泵均具有常用输送机构和常用供给机构，利用合适的阀系统控制操作的顺序。
33.如权利要求27-32中任一项所述的泵送系统，其特征在于，每一个泵都设置得使所述管结构的闭合端部相对于其另一端处于较高位置。
34.如权利要求27-33中任一项所述的泵送系统，其特征在于，所述驱动流体在靠近所述闭合端部处输送到和排出所述驱动区域。
35.一种利用驱动流体来输送泵送流体的泵，该泵包括形成有内部空间的硬质外壳，内部空间所容纳的柔管结构，所述管结构的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔，所述管结构可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔的体积，从而产生排放和吸入冲程，当泵送腔进行吸入和排放冲程时，所述管结构的一端闭合而另一端和泵送流体进入到泵送腔或从中排出所经由的端口相联通，环绕所述管结构的内部空间区域形成用于接收驱动流体的驱动区域，所述泵送腔用于接收泵送流体，以使所述管结构朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔执行吸入冲程，而且基于管结构的折叠，并响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔执行排放冲程。
36.如权利要求35所述的泵，其特征在于，所述管结构基本上没有弹性。
37.如权利要求35或36所述的泵，其特征在于，所述泵送流体进入泵送腔所经由的端口处于驱动流体所进入泵处的相反端上。
38.一种泵送系统，包括至少两个泵，每一泵都具有设置在驱动区域内的泵送腔，输送机构，以定时顺序将泵送流体输送到每一泵送腔内，使得每一泵送腔均进行吸入冲程，以定时顺序将驱动流体供给到每一驱动区域内的机构，使得每一管结构横向折叠，从而使泵送腔执行排放冲程，因此所述至少两个泵的顺序操作并不干扰所述泵送流体从所述泵送系统中排出。
39.如权利要求38所述的泵送系统，其特征在于，每一泵送腔均包括基本上没有弹性的柔管结构。
40.如权利要求38或39所述的泵送系统，其特征在于，当泵送腔进行吸入和排放冲程时，所述泵送腔的一端闭合而另一端和泵送流体进入到泵送腔或从中排出所经由的端口相连通。
41.如权利要求40所述的泵送系统，其特征在于，所述泵送腔的闭合端部相对于其另一端处于升高位置。
42.一种操作权利要求38-41中任一项的泵送系统的方法，其特征在于，一个泵的排放冲程过程要长于另一个泵吸入冲程过程，反之亦然，因此当依次操作时，所述泵送系统不会干扰流体的供给。
43.一种利用驱动流体来输送泵送流体的泵，该泵包括形成有内部空间的硬质外壳，内部空间所容纳的管结构，该管结构一端闭合且其位置高于另一端，所述另一端和泵送流体进入到泵送腔或从中排出所经由的端口相连通，所述管结构的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔，所述管结构可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔的体积，从而产生排放和吸入冲程，环绕所述管结构的内部空间区域形成用于接收驱动流体的驱动区域，所述泵送腔用于接收泵送流体，以使所述管结构朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔执行吸入冲程，而且基于管结构的折叠，并响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔执行排放冲程。
44.如权利要求43所述的泵，其特征在于，所述驱动流体进入邻近泵送腔闭合端部的所述驱动区域。
45.如权利要求43或44所述的泵，其特征在于，所述管结构为基本上没有弹性的柔管。
46.一种操作泵送系统的方法，包括至少两个可单独提供脉冲流量的泵，其特征在于，这至少两个泵以定时顺序操作，从而不会干扰从泵送系统的排放。
47.如权利要求46所述的方法，其特征在于，所述至少两个泵之一的排放冲程过程要长于所述至少两个泵中另一个的吸入冲程过程，反之亦然。
48.一种参考附图而主要在这里叙述的泵。
49.一种参考附图而主要在这里叙述的泵送系统。
50.一种参考附图18而主要在这里叙述的方法。
全文摘要
一种泵送系统包括利用驱动流体来输送泵送流体的泵(21)。该泵包括形成有内部空间(26)的硬质外壳(25)，内部空间(26)所容纳的管结构(27)，所述管结构(27)为柔性的且基本上没有弹力。所述管结构(27)的内部形成一个用以接收泵送流体的泵送腔(28)，所述管结构(27)可在横向膨胀和折叠状态之间移动，以改变泵送腔(28)的体积，从而产生排放和吸入冲程。环绕所述管结构(27)的内部空间区域(26)形成用于接收和容纳驱动流体的驱动区域。所述泵送腔(28)用于接收泵送流体，以使所述管结构(27)朝向所述膨胀位置移动，从而使所述泵送腔(28)执行吸入冲程。而且基于管结构(27)的折叠，并响应于在所述驱动区域内驱动流体的动作，泵送腔(28)执行排放冲程。所述泵送系统还可以包括用于以定时顺序将泵送流体输送到泵送腔(28)内且使泵送腔(28)进行吸入冲程的输送机构(50)，以及以定时顺序将驱动流体供给到所述驱动区域的机构(70)，该机构使管结构(27)横向折叠因而使得泵送腔(28)进行排放冲程。
文档编号F04B43/00GK1685157SQ03818239
公开日2005年10月19日 申请日期2003年7月29日 优先权日2002年7月29日
发明者戈登·利思·莫里斯, 罗伯特·莱斯莉·韦斯特 申请人:达夫泰克有限公司
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