用于泵的隔膜组件的制作方法

1.本发明涉及泵领域，更具体地涉及流体泵的隔膜组件。


背景技术：

2.隔膜泵是一种正排量泵，它结合使用隔膜的往复运动和合适的阀来泵送流体。隔膜泵具有许多优点，并且应用广泛。隔膜泵可以是气动的、液压的或电动的。
3.在气动双隔膜(air-operated double diaphragm，aodd)泵中，两个隔膜来回往复运动，形成临时腔室，通过泵吸入和排出流体。隔膜用作空气和待泵送的流体之间的隔离壁。两个隔膜通常由轴通过空气阀所在的中心部分连接。空气阀的目的是将压缩空气引向隔膜，使其远离中心部分。在一个示例中，隔膜分别执行排出冲程和吸入冲程，以将流体移出泵。在两个隔膜中的任何一个的吸入冲程期间，隔膜后面的空气被推出到大气中，导致大气压力将流体推向吸入侧。在吸入冲程期间，设置在泵入口处的吸入球阀被推离其阀座，以允许流体流过吸入球阀，进入泵送室。由于aodd泵使用压缩空气作为其隔膜的原动机，因此它们的效率较低，约为15％至20％。
4.电动隔膜泵通常采用容积正排量。在这种泵中，隔膜的原动机是机电元件，例如曲柄或齿轮马达驱动器。或者，这种泵的隔膜的原动机是纯机械元件，例如杠杆或手柄。在由合适的原动机操作时，当隔膜远离泵的泵送室移动时，泵送室的容积增加，并且泵送室中的压力降低。由于压力降低，流体从流体源被吸入泵送室。当隔膜向泵送室移动时，泵送室中的压力增加，先前吸入的流体被泵出。此后，远离泵送室移动的隔膜再次将流体吸入泵送室，从而完成操作循环。采用这种操作方式，机电操作泵的效率高于aodd泵。
5.在上述方式中，传统的隔膜泵采用隔膜组件来控制流体的流动。这种在单个或多个活塞杆上实现的传统隔膜组件以单件模制结构或包含金属镶件的多件结构存在。这种传统隔膜组件通常包括环绕中心泵送区域的回旋区域。当隔膜组件由活塞杆或其他合适的驱动机构进行驱动时，回旋区域连续弯曲。这种传统隔膜组件的回旋区域在吸入冲程中经受负压时具有倒置(也称为反向翻转)的趋势。传统隔膜组件的这种倒置或反向翻转导致泵压降低，因此降低了泵的效率。在一段时间内，这种反向翻转的发生随着隔膜组件的使用而增加。此外，由于不同元件之间尖锐的金属接触，这种传统隔膜组件易于磨损并在活塞杆端的凸起的密封周围产生裂纹。
6.因此，在本领域中需要提供一种解决上述与传统隔膜相关的缺陷的隔膜组件。发明目的
7.本发明的一个目的是提供一种用于泵的隔膜组件，其在负压条件下不会发生反向翻转。
8.本发明的另一个目的是提供一种用于泵的隔膜组件，其不包含金属镶件。
9.本发明的另一个目的是防止用于泵的隔膜组件的表面上产生裂纹，从而提高隔膜组件的使用寿命。
10.本发明的另一个目的是提供一种隔膜组件，在使用隔膜组件的泵的操作过程中，
该膈膜组件保持均匀的压力。
11.本发明的又一个目的是提供一种提高泵的效率的隔膜组件。


技术实现要素：

12.本发明涉及一种用于泵送流体的泵的隔膜组件，例如电动双隔膜(eodd)泵。该隔膜组件防止在隔膜表面上形成裂纹，并进一步防止在负压条件下(例如在吸入冲程期间)隔膜的翻转。隔膜组件还在泵的整个操作过程中保持均匀的泵压，并提高泵的效率。
13.隔膜组件包括：活塞板，该活塞板被配置为面向活塞杆，该活塞杆朝向泵的空气室设置；隔膜板，该隔膜板被配置为面向泵的泵送室并具有设置在其周边的突出表面；以及隔膜，该隔膜被配置为与泵的安装部分可操作地连接。该隔膜设置在隔膜板和活塞板之间，并且包括远离隔膜板突出的弯曲部分。隔膜的弯曲部分可以具有凹形轮廓、三角形轮廓、金字塔形轮廓、正方形轮廓或矩形轮廓。在优选实施例中，隔膜的弯曲部分具有凹形轮廓，基于弯曲部分的凹度，该凹形轮廓也可以称为弓形轮廓、c形轮廓和u形轮廓。隔膜还包括用于夹持在泵的安装部分内的凸起的密封部分。此外，隔膜板的突出表面朝向隔膜的弯曲部分延伸。隔膜板和活塞板由铝、铸铁、球墨铸铁、钢、不锈钢、双相钢、蒙乃尔合金、镍合金、塑料或弹性体制成。隔膜由包括橡胶、山都平、塑料和尼龙织物的复合弹性体制成。
14.根据本发明的实施例，隔膜板、隔膜和活塞板使用紧固件彼此紧固，该紧固件穿过隔膜板和活塞板的孔周围存在的多个螺纹槽。
15.根据本发明的实施例，隔膜板和活塞板中的一个或多个在其中心孔上包括螺纹，用于与存在于活塞杆周围的螺纹进行锁定。此外，活塞杆的阶梯部分抵靠活塞板。活塞杆是线性往复机构的一部分，并将往复运动传递给隔膜组件。
16.根据本发明的实施例，当活塞杆的阶梯部分抵靠隔膜板时，隔膜板的中心孔的直径小于或等于活塞板的中心孔的直径。
17.根据本发明的实施例，隔膜组件的侧端的无支撑长度(l1)朝向泵的泵送室，并且位于安装部分的近端和突出表面之间。此外，隔膜组件的侧端的无支撑长度(l2)朝向泵的活塞杆，并且位于安装部分的远端和活塞板的边缘之间。在一个实施方式中，无支撑长度(l1)可以在隔膜(114)直径的2.5％至35％的范围内，并且无支撑长度(l2)可以在隔膜(114)直径的2.5％至35％的范围内。在优选实施例中，无支撑长度(l1)可以在隔膜(114)直径的2.5％到7.5％的范围内，并且无支撑长度(l2)可以在隔膜(114)直径的5％到15％的范围内。无支撑长度(l1)小于无支撑长度(l2)。
18.根据本发明的实施例，隔膜组件的直径与冲程长度的比的范围高达从4∶1到12∶1。在优选实施例中，隔膜组件的直径与冲程长度的比的范围高达从8∶1到12∶1。
19.根据本发明的实施例，隔膜可以由复合弹性体制成，例如橡胶和尼龙织物。隔膜可以至少朝向泵送室覆盖有保护层，以防止由泵泵送的化学品造成的损坏。保护层可以由诸如塑料的耐化学性材料制成。
附图说明
20.包括附图以提供对本公开的进一步理解，并且附图被并入并构成本说明书的一部分。附图示出了本公开的示例性实施例，并与说明书一起用于解释本公开的原理。
21.图1示出了根据本发明实施例的泵的隔膜组件的示例性剖视图。
22.图2a示出了根据本发明实施例的隔膜组件的隔膜板的前表面和后表面的示例性表示。
23.图2b示出了根据本发明实施例的隔膜组件的活塞板的前表面和后表面的示例性表示。
24.图2c示出了根据本发明实施例的泵的活塞杆的示例性表示。
25.图3示出了根据本发明的另一实施例的活塞板的阶梯部分的轮廓。
26.图4a至4c示出了根据本发明不同实施例的具有各种形状的隔膜板和活塞板的示例性表示。
27.图5示出了根据本发明实施例的安装在电动双隔膜泵中的隔膜组件的示例性剖视图。
具体实施方式
28.如在本文的说明书中和随后的权利要求中所使用的，“一(a)”、“一(an)”和“所述(the)”的含义包括复数引用，除非上下文另有明确规定。此外，如在本文的说明书中所使用的，“在
…
中(in)”的含义包括“在
…
中(in)”和“在
…
上(on)”，除非上下文另有明确规定。
29.现在将参考附图，在下文中对示例性实施例进行更全面地描述，附图中示出了示例性实施例。然而，本公开可以以许多不同的形式实施，并且不应解释为限于本文所述的实施例。提供这些实施例使得本公开彻底且完整，并将本公开的范围充分传达给本领域普通技术人员。此外，本文中列举本公开的实施例的所有陈述及其具体示例旨在涵盖其结构和功能等同物。此外，这类等同物旨在包括当前已知的等同物以及未来开发的等同物(即，无论结构如何，开发的执行相同功能的任何元件)。
30.本发明涉及一种用于泵的隔膜组件。隔膜组件被设计为避免反向翻转、容易产生裂纹，因此延长了使用寿命。这种隔膜组件的使用通过在泵的操作过程中保持均匀的泵压来提高泵的效率。
31.图1示出了根据本发明实施例的安装在(流体)泵中的隔膜组件(100)的剖视图。隔膜组件(100)可以安装在泵中，用于泵送特定的流体，例如水、油和化学品。流体可以被吸入和泵出泵的泵送室(102)。在隔膜组件(100)的吸入冲程期间，预定体积的流体可以被吸入到泵送室(102)中。隔膜组件(100)的吸入冲程可以指泵送室(102)中的压力降低的情况。随后，在隔膜组件(100)的排出冲程期间，流体可以被泵出泵送室(102)，到达泵的出口。隔膜组件(100)的排出冲程可以指泵送室(102)中的压力增加的情况。
32.在一侧，隔膜组件(100)可以与朝向泵的空气室的活塞杆(104)连接。活塞杆(104)可以与线性往复机构可操作地连接(如图4中清楚示出以及在后面段落中所描述的)。活塞杆(104)可以将线性往复机构的往复运动传递给隔膜组件(100)，以实现隔膜组件(100)的吸入和排出冲程。
33.根据本发明的实施例，隔膜组件(100)可以包括隔膜板(106)，也在图2a中示出。具体地，图2a示出了隔膜板(106)的前表面和后表面的示例性表示。隔膜板(106)可以面向泵送室(102)。隔膜板(106)具有设置在其周边的突出表面(106a)。必须理解，突出表面(106a)以连续的方式延伸到隔膜板(106)的整个周边。隔膜板(106)可以包括在其后表面上的中心
孔(108a)和围绕中心孔(108a)布置的多个螺纹槽(110a)。在一个实施方式中，多个螺纹槽(110a)可以围绕中心孔(108a)。
34.隔膜组件(100)还可以包括活塞板(112)，也如图2b所示。具体地，图2b示出了活塞板(112)的前表面和后表面的示例性表示。活塞板(112)可以面向活塞杆(104)，该活塞杆朝向泵的空气室设置。此外，活塞板(112)可以具有中心螺纹孔(108b)和围绕中心孔(108b)布置的多个螺纹槽(110b)。在一个实施方式中，多个螺纹槽(110b)可以围绕中心孔(108b)。存在于活塞板(112)上的多个螺纹槽(110b)可以具有与存在于隔膜板(106)上的多个螺纹槽(110a)相似的尺寸。优选地，活塞板(112)的直径可以小于隔膜板(106)的直径。
35.隔膜组件(100)可以包括设置在隔膜板(106)和活塞板(112)之间的隔膜(114)。再次参考图2a，可以在隔膜板(106)的后表面上设置锯齿状部分(202)，以在隔膜(100)的操作期间防止隔膜板(106)和隔膜(114)之间的滑动。锯齿状部分(202)还防止流体进入隔膜板(106)和隔膜(114)之间。作为附加措施，为了防止流体进入隔膜板(106)和隔膜(114)之间，也可以在隔膜板(106)的后表面处设置多个凸起的密封。隔膜(114)可以至少朝向泵送室(102)覆盖有保护层，以防止由泵泵送的化学品造成的损坏。
36.隔膜(114)可以包括中心孔和围绕中心孔布置的多个螺纹槽。在一个实施方式中，存在于隔膜(114)上的多个螺纹槽可以围绕隔膜(114)的中心孔。此外，存在于隔膜(114)上的多个螺纹槽可以具有与存在于隔膜板(106)上的多个螺纹槽(110a)和存在于活塞板(114)上的多个螺纹槽(110b)相似的尺寸。存在于隔膜板(106)上的多个螺纹槽(110a)、存在于活塞板(112)上的多个螺纹槽(110b)以及存在于隔膜(114)上的多个螺纹槽在下文中可以统称为螺纹槽(110)。
37.隔膜板(106)、隔膜(114)和活塞板(112)可以使用紧固件(例如螺栓、螺钉和螺纹销)彼此连接。紧固件可以穿过螺纹槽(110)，以将力从隔膜板(106)传递到活塞板(112)，反之亦然，即从活塞板(112)传递到隔膜板(106)。
38.存在于隔膜板(106)上的中心孔(108a)、存在于隔膜(114)上的中心孔和存在于活塞板(112)上的中心孔(108b)在下文中可以统称为中心孔(108)。中心孔(108)可以包含用于与活塞杆(104)边缘存在的螺纹锁定的内螺纹。可操作地连接到线性往复机构的活塞杆(104)可以穿过中心孔(108)。
39.根据隔膜组件(100)的负载要求，隔膜板(106)和活塞板(112)可以由金属、合金、塑料或弹性体制成。可以优选地用于制造隔膜板(106)和活塞板(112)的金属和合金可以包括铝、铸铁、球墨铸铁、钢、不锈钢、双相钢、蒙乃尔合金和镍合金。优选用于制造隔膜板(106)和活塞板(112)的塑料可以包括但不限于聚四氟乙烯(polytetrafluoroethylene，ptfe)、聚偏氟乙烯(polyvinylidene fluoride，pvdf)和聚苯醚(polyphenylene ether，ppe)。隔膜(114)可以由包括橡胶、山都平、塑料和尼龙织物的复合弹性体制成，例如橡胶和尼龙织物。覆盖隔膜(114)的保护层可以由诸如塑料的耐化学性材料制成。
40.现在参考图2c，活塞杆(104)可以具有螺纹面(252)，其允许活塞杆(104)与线性往复机构连接。活塞杆(104)还可以具有滑动面(254)，用于通过线性往复机构的作用在套筒-衬套布置中滑动。活塞杆(104)可以具有至少一个阶梯部分(256)以抵靠隔膜组件(100)的活塞板(112)。阶梯部分(256)的轮廓可以在不同的实施方式中变化。例如，在图1中可以观察到阶梯部分(256)的第一轮廓。在第一轮廓中，存在于隔膜板(106)上的中心孔(108a)的
直径类似于存在于活塞板(112)上的中心孔(108b)的直径。此外，活塞杆(104)的阶梯部分(256)抵靠活塞板(112)的后表面。
41.在图3中可以看到活塞杆(104)的阶梯部分(256)的替代轮廓，即第二轮廓。在第二轮廓中，存在于隔膜板(106)上的中心孔(108a)的直径小于存在于活塞板(112)上的中心孔(108b)的直径，以在隔膜组件(100)运动期间支撑大的轴向载荷。此外，阶梯部分(256)抵靠隔膜板(106)的后表面。这种构造允许力从活塞板(112)传递到隔膜板(106)以及从隔膜板(106)传递到活塞杆(104)。
42.在替代实施例中，活塞杆(104)可以具有阴螺纹部分，并且隔膜板(106)或活塞板(112)中的任何一个可以具有阳螺纹部分。存在于隔膜板(106)或活塞板(112)上的阳螺纹部分将与活塞杆(104)的阴螺纹部分连接，以在隔膜组件(100)运动期间支撑大的轴向载荷。这种构造将允许力从隔膜板(106)或活塞板(112)传递到活塞杆(104)，反之亦然。此外，活塞杆(104)可以包括阶梯部分，以在隔膜组件(100)运动期间支撑大的轴向载荷。
43.在优选实施例中，活塞杆(104)的阶梯部分(256)可以具有螺纹部分，以与存在于隔膜板(106)和活塞板(112)上的中心孔(108)的内螺纹配合。
44.隔膜板(106)、活塞板(112)和隔膜(114)的堆叠布置允许防止在隔膜组件(100)中使用金属镶件。这种堆叠布置还防止在隔膜板(106)、活塞板(112)和隔膜(114)中的任何一个的表面上形成裂纹，从而延长隔膜组件(100)的使用寿命。
45.返回参考图1，隔膜(114)可以包括在边缘的凸起的密封部分(114b)，以允许隔膜(114)与泵的安装部分(116)连接/夹紧。凸起的密封部分(114b)使得隔膜(114)和泵的安装部分(116)之间能够密封，以防止流体进入安装部分(116)。安装部分(116)可以具有近端(116a)和远端(116b)。在不同的实施方式中，凸起的密封部分(114b)可以具有用于与安装部分(116)夹紧的合适形状，例如球根形、平板形和锚形。安装部分(116)可以具有圆形表面，该圆形表面具有与隔膜(114)的凸起的密封部分(114b)接触的大的通用半径。安装部分(116)的这种设计可以防止凸起的密封部分(114b)和安装部分(116)之间的金属对金属的尖锐接触，以及凸起的密封部分(114b)的磨损，从而延长隔膜组件(100)的使用寿命。
46.隔膜(114)包括远离隔膜板(106)突出的弯曲部分(114a)。尽管弯曲部分(114a)在图1中示出为具有凹形轮廓，但是作为合适的实施方式，弯曲部分(114a)也可以具有其他轮廓，例如三角形/圆锥形轮廓、金字塔形/截锥体轮廓、正方形轮廓和矩形轮廓。基于弯曲部分的凹度，凹形轮廓也可以称为弓形轮廓、c形轮廓和u形轮廓。在靠近隔膜(114)的弯曲部分(114a)的区域中，隔膜板(106)和活塞板(112)中的一个或两个可以包含具有大的通用半径的圆形部分，以防止由于尖锐的金属对金属接触而产生裂纹。
47.如图1所示，泵的安装部分(116)的远端(116b)可以包括释放槽(118)。在隔膜组件(100)的吸入冲程期间，释放槽(118)防止隔膜(114)与安装部分(116)的远端(116b)的后室接触。在高压下，隔膜(114)凸出并且可以在释放槽(118)所在的位置处与后室接触。如果(由软材料制成的)隔膜(114)和(由硬材料制成的)后室之间发生显著接触，隔膜(114)可能磨损和/或可能撕裂。因此，释放槽(118)防止了隔膜(114)的这种磨损或撕裂。
48.在一个实施方式中，隔膜板(106)的突出表面(106a)可以朝向隔膜(114)的弯曲部分(114a)延伸。隔膜(114)的弯曲部分(114a)和存在于隔膜板(106)的边缘(外部)的突出表面(106a)的这种构造防止隔膜组件(100)的翻转。特别地，通过将存在于安装部分(116)的
近端(116a)和隔膜板(106)的突出表面(106a)之间的隔膜组件(100)的侧端的无支撑长度(l1)减小到隔膜(114)直径的大约2.5％至35％，来防止隔膜组件(100)的翻转。优选地，无支撑长度(l1)保持在隔膜(114)直径的2.5％至7.5％。应该注意的是，无支撑长度(l1)朝向泵送室(102)存在。另一个负责避免隔膜组件(100)翻转的关键设计因素包括将存在于安装部分(116)的远端(116b)和活塞板(112)的边缘之间的隔膜组件(100)的侧端的无支撑长度(l2)保持在隔膜(114)直径的大约2.5％至35％。优选地，无支撑长度(l2)保持在隔膜(114)直径的5％至15％。无支撑长度(l1)始终保持小于无支撑长度(l2)。应当注意，大的无支撑长度(l2)允许隔膜组件(100)的大的冲程。与无支撑长度(l2)相比，小的无支撑长度(l1)防止隔膜(114)倒置，并且防止隔膜(114)的材料进入严重的交变应力负载。类似地，无支撑长度(l1和l2)的低值允许隔膜组件(100)的小的冲程长度。为此，小的冲程长度可以导致隔膜(114)寿命显著增加。
49.在操作中，在隔膜组件(100)的吸入冲程期间，当隔膜组件(100)远离泵送室(102)移动时，通过活塞杆(104)的作用，泵送室(102)内的压力降低，并且预定体积的流体被吸入泵送室(102)。隔膜组件(100)的这种吸入冲程在泵送室(102)中产生负压，在典型情况下，该负压倾向于在朝向泵送室(102)的方向上翻转/倒置隔膜组件(100)。在这种操作条件下，所提出的隔膜组件(100)的设计因素，包括隔膜(114)的弯曲部分(114a)、隔膜板(106)的突出表面(106a)和限定的无支撑长度(l1和l2)，将防止隔膜组件(100)在与泵送室(102)相反的方向上倒置。泵送室(102)可以具有浅的设计，以在泵的操作过程中抽取额外的静容积流体，从而达到最大干吸入升程。
50.附加地或替代地，隔膜组件(100)可以设计成具有大的总直径和小的冲程长度，以防止隔膜组件(100)在负压条件下倒置。在某些实施方式中，隔膜组件(100)的直径与冲程长度比可以保持在大约4∶1至12∶1。将隔膜组件(100)配置为在上述定义的直径与冲程长度比内操作将提高隔膜组件(100)的使用寿命。在优选的实施方式中，隔膜组件(100)的直径与冲程长度比将在8∶1至12∶1的范围内。实施如此高的直径与冲程长比增加了隔膜组件(100)的使用寿命。具体地，在泵的高工作压力下，例如在6巴下，隔膜组件(100)具有超过1500小时的使用寿命。
51.此后，在隔膜组件(100)的排出冲程期间，当隔膜组件(100)朝向泵送室(102)移动时，通过活塞杆(104)的作用，泵送室(102)内的压力增加，并且容纳在泵送室(102)中的流体经由止回阀组件被泵送到泵的出口。
52.如图4a所示，隔膜板(106)和活塞板(112)的端部在隔膜(114)的弯曲部分(114a)附近可以具有圆柱形/直线形或圆锥形/斜面形。安装结构(116)的近端(116a)也可以具有圆柱形或圆锥形/弓形轮廓。此外，活塞板(112)的端部的凹度可以在不同的实施方式中变化。在一个实施方式中，如图4b所示，活塞板(112)的端部可以具有圆锥形状。活塞板(112)的端部的圆锥形状在高压作用下为隔膜(114)提供了延伸的支撑。在另一实施方式中，如图4c所示，活塞板(112)的端部可以具有倒圆锥形状。活塞板(112)的端部的倒圆锥形状减少了活塞板(112)和隔膜(114)之间的接触面积，从而减少了隔膜(114)由于与活塞板(112)的摩擦而造成的磨损和撕裂。
53.图5示出了根据本发明实施例的安装在电动双隔膜(eodd)泵(500)中的隔膜组件(100)的示例性剖视图。尽管作为示例示出为安装在eodd泵中，但隔膜组件(100)可以用于
任何其他隔膜泵，例如气动隔膜泵、液压操作隔膜泵、机械操作隔膜泵、或机电操作的隔膜泵。
54.通常，eodd泵(500)可以采用两个隔膜组件(100-1、100-2)，每个组件构成上述隔膜组件(100)的部件。隔膜组件(100-1、100-2)可以经由活塞杆组件(104-1、104-2)与线性往复驱动器(502)可操作地连接，使得在隔膜组件(100-1)的吸入冲程期间中，隔膜组件(100-2)执行排出冲程，反之亦然。活塞杆组件(104-1、104-2)可以构成上述活塞杆(104)。此外，线性往复驱动器(502)可以对应于能够向活塞杆组件(104-1、104-2)提供往复运动的机构。线性往复驱动器(502)可以使用合适的机构来实施，例如止转轭机构、往复齿轮驱动机构、曲柄滑块机构和往复旋转驱动器。
55.在以上详细描述中，参考了构成其一部分的附图，并说明了目前设想的用于实施本发明的最佳模式。然而，这种描述不应被视为对本发明范围的任何限制。在本说明书中如此构思的结构易于进行多种修改和变化，所有细节还可以用具有技术等效性的元件进行替换。