CN102112744A - 改进的皱形隔膜泵 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种波形隔膜泵，所述波形隔膜泵具有用来接纳所述隔膜的推进腔室，泵的特征在于，隔膜具有从推进腔室入口(3)朝向推进腔室出口(4)变化的机械特性，使得当隔膜被致动而随从推进腔室入口朝向出口传播的行进波变形以便推进流体时，波在隔膜内任一横截面的相对于推进腔室内流体运动的传播速度，等于或大于所述截面内流体的平均流动速度。

Description

改进的皱形隔膜泵

技术领域

本发明涉及一种改进的波动隔膜泵。

背景技术

从文献FR 2 744 769中可以了解到这样的泵，其具有安装在推进腔室内的隔膜，以便在至少一个线性电磁致动器的驱动下在形成腔室的两个端板之间波动，用来从泵的入口流向泵的出口推进流体。

致动器的可动部分通常直接联接到在推进腔室入口旁边延伸的隔膜的外边缘，其赋予隔膜外边缘以横向振动，由此，使得隔膜垂直于其平面波动。波动和流体之间的联接效应是用来推进流体从推进腔室的入口流向出口。

一般地，推进腔室内流体的流动横截面从推进腔室的入口朝向泵的出口减小，因为流量保持守恒，因此，引起流体加速并由此提高了推进腔室各个横截面内测得的流体平均速度，该速度从推进腔室的入口朝向出口逐渐地增加。

发明内容

本发明寻求提出一种效率可能更高的隔膜泵。

为了达到该目的，本发明提供一种波动隔膜泵，其具有用来接纳所述隔膜的推进腔室，隔膜具有从推进腔室入口朝向推进腔室出口变化的机械特性，变化的方式如下：当隔膜被致动而随从推进腔室入口朝向出口传播的行进波变形以便推动流体时，波在隔膜内任一横截面的相对于推进腔室内流体运动的传播速度，等于或大于所述截面内流体的平均流动速度。

这确保隔膜波在推进腔室内所有点处前进的速度大于正在推进的流体的速度，还确保隔膜在波沿隔膜的全部传播长度上将其机械能传递到流体。波动隔膜和流体之间的联接因此得到优化，由于隔膜全部表面面积是推进的，因此隔膜的运动更加有效，由此提高泵的效率。

因此有可能提高推进腔室出口处流体的速度并可获得相对大的流率，有可能减小隔膜直径和泵头的总体尺寸。此外，这能够避免能量从流体到隔膜的任何正向传递，否则的话，会带来致使隔膜与端板接触的危险。这种接触会引起噪声并带来隔膜损坏的风险。还可减小推进腔室出口处的压力和流率的脉动。

在本发明的特别实施例中，该隔膜被赋予可变的刚度，该刚度从推进腔室的入口朝向出口增大。已经知道，为确定使隔膜变形的行进波的传播速度，该刚度是重要的参数。

附图说明

借助于附图，可以更好地理解本发明，附图中：

图1是本发明波动隔膜泵示意的半剖视图；

图2是本发明各种特别实施例中盘形隔膜局部剖切的立体图；

图3是本发明另一特别实施例中配装具有颈部的隔膜的波动隔膜泵的剖视图；

图4、5、6、7和8是本发明其它特别实施例中的隔膜的立体图。

具体实施方式

参照图1，本发明波动隔膜泵包括延伸在两个端板2之间的隔膜，两个端板构成流体推进腔室。致动器(未示出)连接到隔膜边缘3，并横向地致动隔膜边缘3，使得隔膜随着从隔膜边缘3朝向中心4传播的行进波而波动。因此流体在两个端板之间从隔膜周缘处的推进腔室入口向位于隔膜中心处的推进腔室的出口传递。

如果Z是泵的转动轴线，且如果在围绕该轴线Z的圆柱上假想剖开，则可见位于端板2之间的圆柱那部分形成了可让流体通过的工作部分，忽略隔膜与圆柱相交的那部分。自然，越靠近隔膜中心，工作部分的面积就减小，这是因为圆柱半径在减小，还因为两个端板更加靠近在一起。对于如液体那样的不可压缩流体，推进腔室入口和出口之间的流量守恒，致使通过各个工作部分的流体平均速度增加，该增加正比于工作部分面积的减小。

本发明寻求提出一种隔膜，其考虑到流体推进腔室入口和出口之间的流体平均速度的该种变化。

参照图1，流体流动部分位于隔膜和端板之间，以波的传播速度前进的波峰形成截面的收缩。收缩处上游的压力P1和收缩处下游的压力P2之间的压差，取决于波传播速度和流体平均速度之间的速度差。该压差(P1-P2)乘以所述截面的平均流量的乘积，对应于局部传递到流体的液压功率。

在推进腔室的全部横截面上保持正的速度差，能够确保波在沿着隔膜的全部传播长度上(在此实例中，即，在隔膜全部的工作半径上)对流体有正的功率传递。

因此，波的状态建立起一系列收缩和压差，它们从推进腔室的入口压力延伸到出口压力。入口压力和出口压力之间的压差乘以平均流量，对应于传递到流体的平均液压功率。在此实例中，可以确保隔膜在其全部工作半径上将其机械能传递到流体，在推进腔室的全部横截面上传播的隔膜内的行进波以一定速度传播，该速度快于流体行进通过推进腔室的所述截面的速度。

在图2中以附图标记A给出的特别实施例中，为此目的，隔膜1由多个同心环形部分组成，这些部分由不同弹性模量的材料制成，这些材料这样进行设置：隔膜材料的弹性模量E从隔膜周缘3朝向隔膜中心4在增加，增加的速率快于隔膜厚度h减小的速率。弹性模量E的变化象征性地用一系列环形区域表示，自然，在详图中仅用其在剖视平面中的剖面来构成。因此，横截面中测得的乘积E×h从边缘3朝向中心4连续地增加，使得操作中使隔膜1变形的运动波的传播速度连续地增加。

在图2中，可以看到，半径为R1的圆柱形成了用于流体的工作流动截面S1(圆柱形)，半径为R2的圆柱形成了用于流体的工作流动截面S2(同样为圆柱形)，这两个截面的面积成比值(R1/R2)²×h2/h1，其中，h1和h2分别是截面S1和S2处的端板之间的高度。截面S2的面积因此显著地小于截面S1的面积，截面S2内流体速度因此大于截面S1内流体速度。

可以合适地保证，作为确定使隔膜变形的行进波的传播速度的重要参数之一的乘积E×h的变化，能够足够快地变化而确保传播速度始终高于流体的平均速度，或确实地增大，快于流体接近于推进腔室中心的速度。

如果该条件得到满足，则隔膜在波沿隔膜的全部传播长度(即，沿着隔膜的全部工作半径)上将其机械能传递到流体。

参照附图标记为B的实施例，隔膜11由两种材料制成：芯12的材料具有较大的弹性模量E1，且其厚度h1保持恒定，或如图所示地从边缘13朝向中心14厚度增加；以及在芯12任一侧上延伸的覆盖件15，其由具有较低弹性模量E2的材料制成，且厚度2×h2从边缘13朝向中心14减小。该组件按如下方式构成：量E1×h1+E2×2×h2从边缘13朝向中心14增大，该增大足以对使隔膜12变形的行进波赋予传播速度，使得传播速度的增加快于流体流动的工作截面的减小。参照附图标记为C的实施例，隔膜21由均质材料构成。该材料切割成盘形，其厚度h通常从边缘朝向中心减小，其中，在此实例中以规则间距形成环形槽，以留下此实例中厚度为恒定的芯。该材料的密度记为ρ，隔膜每单位面积的密度等于乘积ρ×h，使槽布置成：在包括一个沟和一个突脊的距离d上使量ρ×h的平均值随着接近中心而减小，以使该技术构造也引起波传播速度的渐进性变化。

参照附图标记为D的另一实施例，隔膜31包括由弹性模量E1大的材料制成且厚度h1恒定的芯32，连同由弹性模量E2小的材料制成的覆盖件35，其具有如上述实施例那样的环形槽。

在还有另一实施例中，如图3所示，隔膜41包括位于其中心的颈部45，该颈部沿着轴线Z延伸到推进腔室出口处的递送导管46内。该颈部45形成加固件，其有利于提高隔膜朝向其中心44的刚度，使得行进波的传播速度增大。

此外，该颈部45使隔膜41任一侧上流体流动一起连接到推进腔室外面的位置偏移，其利用颈部出口处的流体动态压力，使得推进腔室内的中心部分中隔膜诸面之间的压差守恒。隔膜中心部分因此在更好的条件下工作，因此提高了泵的效率。

在图5中，隔膜71包括由弹性模量大的材料制成的芯72，芯在其边缘73附近呈现出做得更加可挠曲的边缘区域75，其具有呈微波76形式的外形，这使得隔膜71在其边缘73附近更加可挠曲。

在图6中，芯72嵌入在形成覆盖件的可挠曲材料层76内。

在图7的实施例中，隔膜71包括由弹性模量大的材料制成的芯72，该材料设置在边缘73的附近，使可挠曲的周缘区域75呈现垛口77的外形，以对边缘73附近赋予可挠曲性。

正如从以上所理解的，上述实施例涉及形成回转体的隔膜，并具有沿着对中在中心轴线Z上的任何圆保持恒定的机械特性，即使这些特性沿径向从边缘朝向中心变化也是如此。

然而，有可能维持在本发明的范围之内仍提供机械特性沿径向变化的隔膜，但不必围绕圆是恒定不变的。因此，正如图4中所示实施例那样，隔膜51可以复合方式制造有星形的加固件52，加固件用弹性模量大的材料制成，其包括许多分支从其中突出的中心环。加固件52容纳在由弹性模量小的材料制成的腹板55内。以与上述相同的方式，该类型的隔膜能使起始于边缘53并朝向中心54的行进波以增加的速度传播。

在图8的实施例中，隔膜61包括带有肋65的芯62，诸肋径向地从隔膜61的中心64朝向边缘63延伸，直到隔膜61的在中心64和边缘63之间的中间部分。诸肋65是高度减小的类型，使得肋65在靠近中心64处高度最大，而在中间部分处高度为零。

芯62由相当可挠曲材料制成，该材料朝向中心64逐渐地被肋65加固。

芯62可选地被覆盖件覆盖，以使隔膜具有呈平面的面。

本发明不局限于以上的描述，相反却涵盖了任何落入由权利要求书定义的范围之内的变型。

尤其是，尽管本发明参照盘形的隔膜描述的，但显然本发明同样很好地适用于带形或管形的隔膜。应该看到，在使用该类型隔膜的泵中，流过推进腔室的流体的工作截面，仅因为两个端板靠近在一起而减小，并可能还因为隔膜变厚，但以慢于具有上述类型的盘形隔膜的泵内的速率减小。因此，推进腔室的入口和出口之间的速度变化不明显。其结果，隔膜机械特性的变化，造成隔膜内所有横截面处的波相对于推进腔室内流体流动的传播速度等于或大于所述截面内流体的行进速度，该隔膜机械特性的变化发生得更加缓慢，因此，更加容易实现。

在某一改型中，隔膜弹性模量E变化可比隔膜厚度减小更缓慢，但与所述实施例相比，泵特性却是减弱的。

在某一改型中，隔膜可由单一材料制成，该材料局部进行了处理，使得其弹性模量获得变化(该处理可以是热变形、颗粒轰击、局部掺杂、...)。

Claims (9)

1.一种波形隔膜泵，所述波形隔膜泵具有用来接纳所述隔膜的推进腔室，其特征在于，所述隔膜具有从所述推进腔室的入口(3；13；23；33；43；53)朝向所述推进腔室的出口(4；14；24；34；44；54)变化的机械特性，使得当所述隔膜被致动而随从所述推进腔室的入口朝向出口传播的行进波变形以便推进所述流体时，波在所述隔膜内任一横截面的相对于所述推进腔室内流体运动的传播速度等于或大于所述截面内流体的平均流动速度。

2.如权利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(1)由至少一种材料制成，以使所述隔膜的材料的弹性模量(E)从所述推进腔室的入口朝向出口增加。

3.如权利要求2所述的泵，其特征在于，所述隔膜的所述材料的所述弹性模量(E)乘以所述隔膜的厚度(h)的乘积从所述推进腔室的入口朝向出口增加。

4.如权利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(11)包括：芯(12)，所述芯(12)的材料具有大的弹性模量(E1)及厚度(h1)；以及覆盖件(15)，所述覆盖件(15)覆盖所述芯并形成在所述芯(12)至少一侧上的所述覆盖件(15)由小弹性模量(E2)的材料制成，且具有厚度(h2)，使得所述弹性模量(E1)乘以所述芯的厚度(h1)的乘积加上所述弹性模量(E2)乘以所述覆盖件的厚度(h2)的乘积之和从所述推进腔室的入口朝向出口增加。

5.如权利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(21)由一定厚度的盘构成，所述厚度从所述推进腔室的入口朝向出口减小，所述盘内形成多个环形槽，以便留下保持在所述槽内的芯。

6.如权利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(41)作为回转体延伸，并在所述隔膜的围绕所述隔膜中心轴线(Z)延伸的中心处具有颈部(45)。

7.如权利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(51)具有星形的加固件(52)，所述星形加固件(52)用弹性模量大的材料制成，并包括中心环，许多分支从所述中心环延伸出；所述加固件(52)集成在由弹性模量小的材料制成的腹板(55)内。

8.如权利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(71)在所述隔膜(71)的边缘(3)附近除了所述推进腔室的所述入口之外，还包括做成可挠曲的一部分，所述可挠曲的一部分具有微波或垛口状的外形。

9.如权利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(61)在所述隔膜(61)的边缘(3)附近除了所述推进腔室的所述出口之外，还包括由各径向肋(65)加固的一部分，所述径向肋(65)的高度朝向所述边缘增加。

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