專利名稱：帶塑料殼的滑動葉片泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明的背景本發(fā)明涉及滑動葉片泵。尤其是，本發(fā)明涉及具有非金屬殼體的中高壓滑動葉片泵。
為了在適中的費(fèi)用下可靠地輸送中高壓流體，工業(yè)上常采用滑動葉片泵。因?yàn)榛顒硬考苌?，該機(jī)器將能在很長時(shí)間內(nèi)連續(xù)輸送從水到油的各種各樣的流體，壓力高至250磅/平方英寸(Psi)。
傳統(tǒng)上，很多滑動葉片泵的殼體是由鍛造或鑄造的黃銅或不銹鋼精加工而成。這些坯件的黃銅合金含有1％至2％的鉛，以便減少機(jī)床的故障和改善可鍛性。但是當(dāng)使用這些含鉛的黃銅泵殼體來輸送飲用水時(shí)，經(jīng)過一段時(shí)間，鉛將會從黃銅合金滲漏到水中。盡管滲漏速率不高，但無論如何是可以測量到的，對某些人來說，它應(yīng)用于可飲用流體是不能允許的。
在某種相對的意義上，滑動葉片泵的殼體是簡單的，是可以用各種軟的可鑄造材料，例如高密度聚合物制成。D.J.賓格雷(Bing1er)的美國專利4,543,228號是滑動葉壓泵用的模制塑料殼體的代表。賓格雷塑料殼體的設(shè)計(jì)也是典型的，賓格雷的設(shè)計(jì)將現(xiàn)有技術(shù)黃銅殼體的構(gòu)形直接轉(zhuǎn)換成塑料殼體的構(gòu)形。不幸的是，塑料的彈性模是G近似為1.5到2.0×106磅/平方英寸(1b/m2)，大大低于含鉛黃銅約為15.0×106磅/平方英寸的模量。結(jié)果，在相同的壓力下塑料殼體圓周的膨脹要比黃銅的大得多，從而引起更嚴(yán)重的泄漏和流體損失。得到的塑殼泵必定是壓力顯著地降低，由于流體損失使效率也降低。
因此本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種具有非金屬殼體的高效滑動葉片泵。
本發(fā)明的另一個(gè)目的是一種有塑殼的相對高壓泵。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是滑動葉片泵將不會滲漏重金屬到可飲用流體中。
本發(fā)明進(jìn)一步的目的是用于導(dǎo)管連接到無螺紋的聚合物泵的凸臺的管連接裝置。
本發(fā)明還有一個(gè)目的是用于將運(yùn)載流體的導(dǎo)管固定到無螺紋的非金屬泵凸臺的非金屬管連接裝置。
本發(fā)明的概要通過下面對本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的描述，本發(fā)明這些以及其他的目的將會很清楚，實(shí)施例包括一種滑動葉片泵，它的葉片轉(zhuǎn)子的套筒固定在相對低模量，非金屬材料的殼體空腔中，例如玻璃纖維加強(qiáng)的聚苯硫或聚鄰苯二酰胺樹脂。泵的轉(zhuǎn)子和葉片連接到驅(qū)動軸上與該套筒裝配成一部件。驅(qū)動軸在軸向與轉(zhuǎn)子組成一整體，軸由安裝在側(cè)面的支承板支持。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，泵轉(zhuǎn)子裝置由C形卡圈固定的端塞封閉在空腔內(nèi)。端塞邊緣的圓周通過第一O型圈與殼體內(nèi)腔壁密封，并通過第二O型圈壓在底側(cè)面支承板的外面密封。徑向圍繞轉(zhuǎn)子的是泵的定子。定子和軸承板緊緊裝配在非金屬注模成型的殼體空腔內(nèi)，以便通過一徑向支持軸承安裝驅(qū)動軸。彈簧加載的轉(zhuǎn)子面密封設(shè)置在軸承和泵轉(zhuǎn)子裝置之間的高壓密封腔內(nèi)。在本發(fā)明的第一實(shí)施例中，從高壓泵室來的高壓排放流體被引導(dǎo)到這個(gè)軸承密封腔內(nèi)，離開定子的圓周。高壓流體從軸承密封腔排出。轉(zhuǎn)子套筒和非金屬殼體壁之間的密封將包圍轉(zhuǎn)子的那部分殼體與高壓膨脹應(yīng)力隔離。
本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例，將高壓排放流體從高壓泵室引導(dǎo)到小的高壓腔，該腔在與驅(qū)動軸的連接點(diǎn)相對的轉(zhuǎn)子裝置的側(cè)面上。殼體端塞在結(jié)構(gòu)上由裝配的支持凸臺加強(qiáng)，以便為端塞和轉(zhuǎn)子裝置之間的高壓腔提供高壓流體排放口。
外部導(dǎo)管連接裝置是無螺紋的由O型圈密封的插頭和插座接頭。塞保持在插座中并通過銷釘固定在泵殼體上的管托架頂住流體的推擠壓力。在管托架彎曲部分中的C形夾與插頭連接體中外環(huán)槽接合。
附圖的簡要說明通過參考與附圖一起所作的下面詳細(xì)描述，本發(fā)明的其他優(yōu)點(diǎn)將會變得很清楚，附圖有

圖1是本發(fā)明的頂視平面圖；圖2是本發(fā)明的側(cè)視圖；圖3是本發(fā)明的端視圖；圖4是沿著圖1的4-4平面切割的剖視圖；圖5是沿著圖2的5-5平面切割的剖視圖；圖6是帶有管接頭的本發(fā)明的側(cè)視圖7是沿著圖6的7-7平面切割的剖面圖；圖8是帶有管接頭的本發(fā)明的端視圖；圖9是沿著圖7的9-9平面切割的管接頭的局部視圖；圖10是本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的剖視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的描述相對附圖來說，在各個(gè)附圖中相同的參考數(shù)字代表相同或相似的部件，本發(fā)明用正交投影的圖1、圖2、圖3來說明。一般，泵殼體10是由玻璃纖維加強(qiáng)的聚合物樹脂，如聚苯撐硫或聚鄰苯二酰胺(polyphthalamide)通過注塑成型而構(gòu)成。有代表性的合適材料是俄克拉何馬州巴爾特斯維爾市(Bartlesville,Oklahoma)的菲立甫(phillips)66公司提供的利通(注冊商標(biāo))(Ryton)。利通(Ryton是一種復(fù)合材料，在聚苯硫粘合劑中有約40％的玻璃纖維。在它的材料特性中，彈性模量為1.9×106磅/平方英寸。
另一種合適的材料是佐治亞州阿爾法雷達(dá)市(Alpharetta,Georgia)的阿莫科(Amoco)聚合物公司的阿莫達(dá)耳(注冊商標(biāo))(AMODEL)，它是一種聚鄰苯二酰胺和玻璃纖維的復(fù)合材料。報(bào)告稱AMODEL的33％玻璃纖維組分有彈性模量1.6×106磅/平方英寸，而45％玻璃纖維組份有彈性模量2.0×106磅/平方英寸。
由于在這些聚合物混合物中玻璃纖維的存在，與可飲用流體直接接觸的部件最終是由注模成型構(gòu)成。成模后的機(jī)器加工是不希望的。
關(guān)于我們利用Ryton或AMODEL的殼體10設(shè)計(jì)，泵殼環(huán)圈30軸向地設(shè)置在軸承圈22和底座圈24之間。在軸承圈22和泵殼環(huán)圈30之間是錐形的軸承密封室32。殼體環(huán)圈的每個(gè)部分有圓柱形的內(nèi)腔，其半徑從底座圈24到軸承圈22逐漸減小，以便有利于泵轉(zhuǎn)動部件的裝配。筒式轉(zhuǎn)子驅(qū)動軸20從殼體軸承圈22端軸向伸出。底座圈24的外部開口由C形卡圈28固定的端塞26密封。
入口和出口凸臺12和14與殼體10的環(huán)圈和密封室各部件內(nèi)部一起模制，并各自與連接板16相連。兩個(gè)軸向?qū)φ匿N孔18穿過連接板16，它在整個(gè)發(fā)明中的用途將在下面解釋。
接著參考圖4和圖5的剖面圖，泵套筒部件包括由整體的驅(qū)動軸20直接驅(qū)動的轉(zhuǎn)子元件40。軸頸盤42和44包括軸頸軸承46和48以便徑向地圍繞軸頸表面50和52相對地限制轉(zhuǎn)子元件40。軸頸盤的外圓周54和56與套筒內(nèi)腔壁58相匹配裝配。內(nèi)軸頸盤42包括O型圈而密封76作為在套筒內(nèi)腔壁58和軸承密封室32的內(nèi)壁表面36之間的臺階面34的流體壓力阻擋層。
在圍繞轉(zhuǎn)子40的軸頸盤42和44之間被壓緊裝配的是定子60，它具有偏心設(shè)置的增壓月牙槽62。當(dāng)流體在葉片的前面從增壓月牙槽的低壓進(jìn)口部分64被刮掃向高壓排出部分66時(shí)定子60的內(nèi)表面徑向限制向外偏移的流體驅(qū)動葉片48。流體驅(qū)動葉片滑動地與定子60形成壓力密封相互接觸面，葉片被高壓流體載荷和離心載荷的總和彈性地偏置。
O型圈70和72，放置在底座塞26的外緣和內(nèi)表面，對殼體底座圈24的內(nèi)孔壁74和底座側(cè)面軸頸盤44的外表面提供流體壓力密封。
驅(qū)動軸20的驅(qū)動端由軸的滾柱或滾珠軸承裝置80徑向支持在殼體內(nèi)。圍繞軸的轉(zhuǎn)動的流體密封裝置包括固定件82，它有在軸承密封室32靜止結(jié)構(gòu)內(nèi)的加壓流體密封配合置有平滑的低摩擦的密封面83。密封轉(zhuǎn)動件84與密封面83配合，密封轉(zhuǎn)子密封轉(zhuǎn)動件沿有關(guān)軸20的微小增量軸向位移，但通過彈性套管85被加壓密封到軸20的表面。加載密封彈簧86安裝在密封轉(zhuǎn)動件84和軸肩87之間，對轉(zhuǎn)動件84和密封面83之間的密封接觸面預(yù)先載荷。
拋液環(huán)90在密封固定件82的外側(cè)并固定在軸20上與其一起轉(zhuǎn)動。排放或排出孔92穿過軸承圈20提供內(nèi)部排放口，以便引導(dǎo)可經(jīng)轉(zhuǎn)動件84密封84泄漏的泵送流體離開軸承裝置80。
動態(tài)地，流體流進(jìn)入口100以充滿吸入室102。分別通過軸頸盤42和44中的通道104和106，流體在向前轉(zhuǎn)動的葉片48的前方流入增壓月牙槽62的入口部分64。葉片48連續(xù)的轉(zhuǎn)動驅(qū)使月牙槽62的流體增量以進(jìn)入排出部分66。
從月牙槽排出部分66來的流體，被前進(jìn)的葉片面壓入，分別屬于驅(qū)動側(cè)軸頸盤42和底座側(cè)軸頸盤44的通道108和110。終端塞26和轉(zhuǎn)子40的空腔112和114把排出部分66的高壓流體傳送到葉片48的下面，作為徑向偏置力的來源。在密封72內(nèi)的底座側(cè)軸頸盤44的外面上承受的高壓力將該元件偏置向內(nèi)。
在圖1-5的優(yōu)選實(shí)施方案中，通道108輸送大多數(shù)的流體流量通過驅(qū)動側(cè)軸頸盤42進(jìn)入到軸承密封室32的內(nèi)部，最后從排出口120排出。在室32內(nèi)的流體壓力對驅(qū)動側(cè)軸頸盤42和密封轉(zhuǎn)子84施加力。
由圖10顯示的本發(fā)明可替換的實(shí)施例提供高壓流體的大部分流量從增壓月牙槽的排出部分66，通過通道148流過底座側(cè)壁軸盤44進(jìn)入在終端塞115和底座側(cè)軸頸盤44之間的室112。這個(gè)實(shí)施例的終端塞115在結(jié)構(gòu)上被導(dǎo)管接頭支承凸臺117加強(qiáng)。高壓排出流體從終端室112，通過凸臺117，流過軸向流動通道119排入到導(dǎo)管接頭146。
應(yīng)該注意到O型圈面密封46和72貼靠在其各自外緣附近的軸頸盤42和44的外面上，它們將殼環(huán)圈30的徑向圓周與泵產(chǎn)生的高流體壓力隔離。只有在室102中進(jìn)入的低的流體壓力直接與殼內(nèi)壁58接觸。軸頸盤42和44將吸入室102與殼部件的兩個(gè)軸向端存在的高排放壓力隔開。因此除了由于減小了軸向截面積的軸承密封室32以外，殼體在軸向上受到很高的壓應(yīng)力，由于這個(gè)區(qū)域中有直徑較小的孔，結(jié)果可以減少了沿著軸承室36的壁和軸承圈22分布的總的拉圓周張應(yīng)力。這樣減小的應(yīng)力值是聚合物殼體材料可以容許的。
作為本發(fā)明小直徑孔的另一個(gè)結(jié)果，軸承室36的壁在泵中最具剛性。雖然用聚合物的室壁比用黃銅的徑向變形更大，但這樣的變形幾乎沒有影響。因?yàn)樽冃沃岛苄〔⒃趶椥詷O限范圍內(nèi)；在軸承室部分沒有實(shí)質(zhì)性泄漏或潛在的流量損失；和由于軸的定子與聚合物件配合提供了彈性密封，所以不用擔(dān)心終端部泄漏。所以，本發(fā)明把泵的最高內(nèi)部壓力設(shè)置在有最低圓周應(yīng)力和最高徑向剛性的腔室內(nèi)。
為了克服塑料接口凸臺中導(dǎo)管連接頭螺紋上過度的剪切應(yīng)力，本發(fā)明應(yīng)用了圖7-9本發(fā)明實(shí)施例所描述的無螺紋連接裝置。入口和排出口100和120的內(nèi)孔是平滑的以便分別安裝外接插頭130和140。O型圈132對密封插頭的圓柱形壁131和凸臺12的內(nèi)插座壁之間的圓形界面進(jìn)行密封。
在連接插頭130(和相同的連接插頭140)的軸向中部有被環(huán)槽134隔開的環(huán)形肩部133和135。
在與密封圓柱形部分131相反的連接插頭的軸向端部上是導(dǎo)管連接結(jié)構(gòu)如圖6-9所示，軟管尖頭帶有圓周形的棘齒倒棱138。一種可代替的導(dǎo)管連接結(jié)構(gòu)可以是螺紋，不管是管型的或機(jī)制的。
為了固定連接插頭130和140對抗由于流體壓力產(chǎn)生的來自口100和120插座的擠壓，管托架125的彎曲板中相面對的軛與連接插頭130和140中的環(huán)槽134相配合。管托架的腿127騎在出、入口凸臺的連接板16上。橫向保險(xiǎn)銷129穿過在連接板和管托架腳27中對正的孔。
推薦的連接器元件裝配過程通常是首先用一夾子將固定尖接頭136連接到各自軟管內(nèi)孔的。將軟管固定后，兩個(gè)連接頭各自的環(huán)槽134與彎曲的軛122和142相配合，當(dāng)連接插頭插入到各自的接口插座100和120時(shí)，它們被用于保持在一起。當(dāng)所有元件對齊就位時(shí)，使保險(xiǎn)銷125同所有的中心孔對正并插入以將各個(gè)元件鎖定在一起。
在全部公開我們的發(fā)明之后，對本熟悉本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員會注意到達(dá)到相同目的的其他方法，和設(shè)計(jì)出等同結(jié)構(gòu)的裝置以實(shí)現(xiàn)這樣的目的。因此作為我們的發(fā)明，在權(quán)利要求中定義。
權(quán)利要求
1．一種滑動葉片泵，它具有包圍套筒部件的殼體，該套筒部件包括多個(gè)葉片元件，其徑向位移限制在轉(zhuǎn)子體內(nèi)，該葉片位移從轉(zhuǎn)子體轉(zhuǎn)動軸線并相對于靜止的定子向外偏移，該定子有外周表面和內(nèi)周表面，以便該葉片元件的末端可滑動地與該定子的內(nèi)表面嚙合，該葉片被轉(zhuǎn)子體約束，和定子軸向地被限制在靜止的間隔盤之間，流體入口通過殼體對該定子的內(nèi)部表面敞開，排出流動通道通過至少其中之一的該間隔盤，以便將排出的流體流量從該定子內(nèi)部表面排放到排放室中，該排放室在該殼體中并自該套筒部件軸向地位移設(shè)置。
2．按照權(quán)利要求1所述的滑動葉片泵，其中該間隔盤將排放的流體與該定子的外周表面隔離。
3．按照權(quán)利要求2所述的滑動葉片泵，其中該定子外表面與該殼體的內(nèi)密封表面相連接。
4．按照權(quán)利要求3所述的滑動葉片泵，其中該殼體是由非金屬材料制成。
5．按照權(quán)利要求2所述的滑動葉片泵，其中流體排出口包括一通過該殼體進(jìn)入該排放室的開口。
6．按照權(quán)利要求5所述的滑動葉片泵，其中該轉(zhuǎn)子體圍繞該轉(zhuǎn)動軸線由通過該排放室的驅(qū)動軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。
7．按照權(quán)利要求2所述的滑動葉片泵，其中該轉(zhuǎn)子體圍繞該轉(zhuǎn)動軸線，從通過該殼體的驅(qū)動軸在轉(zhuǎn)動軸線的一端被驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，該驅(qū)動軸的一端固定在該轉(zhuǎn)子體上，該排放室放置在驅(qū)動軸轉(zhuǎn)子體的軸向相對側(cè)。
8．一種滑動葉片泵，它具有圍繞轉(zhuǎn)子軸線轉(zhuǎn)動支承的轉(zhuǎn)子元件，該轉(zhuǎn)子元件有多個(gè)組合在該轉(zhuǎn)子元件中相對該轉(zhuǎn)子軸線作徑向運(yùn)動的流體排取葉片，有靜止的定子，它有包圍該轉(zhuǎn)子元件和葉片的內(nèi)周表面和外周表面，該葉片被偏置離開該轉(zhuǎn)子軸線，并與該定子的內(nèi)周表面可滑動地嚙合，該定子的外周表面至少部分地與包圍該定子和轉(zhuǎn)子元件的殼體壁接合，一對軸向分離的間隔盤設(shè)置在該轉(zhuǎn)子軸線的橫向，在它們之間限定該轉(zhuǎn)子元件和定子，通過該殼體壁的入口，它將流體引入到在該定子內(nèi)周表面和該轉(zhuǎn)子元件之間的吸入室，該滑動葉片刮掃過該吸入室，以使其中的流體圍繞該定子內(nèi)周表面位移到在該內(nèi)周表面和該轉(zhuǎn)子元件之間的排放室，至少其中之一的該間隔盤在該排放室附近穿孔，以便讓流體通過它進(jìn)入到設(shè)置在該殼體壁內(nèi)但在分離的間隔盤軸向外側(cè)的流體排放腔內(nèi)，在該流體排放腔有排出口，通過葉片在該內(nèi)周表面內(nèi)的轉(zhuǎn)動所移動的流體從該腔中排出。
9．按照權(quán)利要求8所述的滑動葉片泵，其中該對間隔盤包括支承面以便在該殼體壁內(nèi)可轉(zhuǎn)動地限制和支持該轉(zhuǎn)子元件。
10．按照權(quán)利要求9所述的滑動葉片泵，其中該轉(zhuǎn)子元件圍繞該轉(zhuǎn)子軸線被軸向穿過該流體排放腔的軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)。
11．按照權(quán)利要求10所述的滑動葉片泵，其中該殼體是由非金屬材料制成。
12．按照權(quán)利要求9所述的滑動葉片泵，其中該間隔盤將該吸入室與該排放室的流體壓力隔離。
13．按照權(quán)利要求12所述的滑動葉片泵，其中通過該殼體壁的入口通入到鄰近定子外圓表面一部分的前室。
14．按照權(quán)利要求11所述的滑動葉片泵，其中通過該殼體壁的入口和排出口是有基本平滑的圓柱形壁的連接頭插座。
15．按照權(quán)利要求14所述的滑動葉片泵，其中管連接頭，它將流體經(jīng)過上述口過渡到流體離開和進(jìn)入的外導(dǎo)管。
16．按照權(quán)利要求15所述的滑動葉片泵，其中管連接頭有基本平滑壁的圓柱形插頭，以便密封地穿過該管連接頭插座。
17．按照權(quán)利要求16所述的滑動葉片泵，其中在平滑壁的圓柱形插頭和管連接頭插座之間的圓形界面由彈性體的O型圈對加壓流體通道密封。
18．按照權(quán)利要求17所述的滑動葉片泵，其中管連接頭通過固定在該殼體的管托架，被固定在插座穿過的位置中。
19．按照權(quán)利要求18所述的滑動葉片泵，其中管連接頭包括環(huán)槽，以便可滑動地接納管托架上的C形夾。
20．按照權(quán)利要求19所述的滑動葉片泵，其中入口和排出流體的流動渠道的管連接頭由單個(gè)管托架固定，該管托架有一對相對開口的C形夾。
21．按照權(quán)利要求11所述的滑動葉片泵，其中該非金屬殼體是一種有聚合物粘合劑的復(fù)合材料。
22．按照權(quán)利要求21所述的滑動葉片泵，其中該殼體是玻璃纖維和聚苯撐硫的復(fù)合物。
23．按照權(quán)利要求21所述的滑動葉片泵，其中該殼體是玻璃纖維和聚鄰苯二酰胺的復(fù)合物。
24．按照權(quán)利要求8所述的滑動葉片泵，其中該轉(zhuǎn)子元件圍繞該轉(zhuǎn)子軸線由與該轉(zhuǎn)子軸和其中之一的軸向分離的間隔盤同軸設(shè)置的軸驅(qū)動旋轉(zhuǎn)，該流體排放腔鄰近另一個(gè)間隔盤設(shè)置。
25．無螺紋的管連接裝置，它可操作地把加壓的流體導(dǎo)管連接到流體設(shè)備，該設(shè)備有流體管連接插座，該插座有無螺紋的基本平滑和直的內(nèi)壁表面以便接納相配合的管連接插頭，該管連接裝置包括流體管連接頭，它在其一軸向端有外圓柱形插頭部分，在相反的軸端的流體導(dǎo)管連接部，流體流動通道，它軸向通過在該插頭部分和該管連接部的端部之間的該管連接裝置，和在該插頭部分和該管連接部之間的外環(huán)槽，該插頭部分有基本平滑的外圓柱形壁，以便穿過該流體設(shè)備插座；托架裝置，它有將該托架固定到該設(shè)備的緊固裝置和與外環(huán)槽接合的C形夾以便防止流體壓力將流體管連接裝置頂出該插座。
26．按照權(quán)利要求25所述的管連接裝置，其中該托架裝置包括位于彎曲部分側(cè)面的一對腿部所形成的支架，在該彎曲部分中形成C形夾。
27．按照權(quán)利要求26所述的管連接裝置，其中由穿過該腿部和該設(shè)備的一部分的銷釘將托架裝置固定到該設(shè)備。
全文摘要
由低模量的塑料制成的中高壓滑動葉片泵。該泵將高壓流體的流路離開中心的增壓圓周并進(jìn)入軸承密封室以將其排出。管接頭被壓入插座連接。管接頭的連接由O形圈密封并且通過托架將管接頭固定就位并抵抗流體壓力的頂推。該托架由插銷連接到接口凸臺上。
文檔編號F04C2/00GK1218544SQ97194520
公開日1999年6月2日 申請日期1997年3月10日 優(yōu)先權(quán)日1996年3月11日
發(fā)明者R·C·辛格勒特賴, W·M·拉森 申請人:史丹德克斯國際有限公司