Диафрагменный насос и способ регулирования давления жидкости в диафрагменном насосе
Устройство предназначено для использования в области насосостроения для создания флюидальных насосов. Насос с гидравлическим приводом содержит диафрагму, поршень, передаточную камеру, флюидальный резервуар и золотниковый элемент. Передаточная камера образована между диафрагмой и поршнем и заполнена рабочей жидкостью. Флюидальный резервуар имеет флюидальную связь с передаточной камерой, по меньшей мере, через один клапан. Золотниковый элемент позволяет управлять потоком жидкости между передаточной камерой и жидкостным резервуаром. Золотниковый элемент выполнен с возможностью перемещения, чтобы открывать и закрывать отверстие по меньшей мере в одном клапане только тогда, когда состояние переполнения или состояние недостаточного заполнения существует в передаточной камере. Изобретение позволяет использовать имеющие высокую гибкость небольшие резиновые диафрагмы, которые могут претерпевать высокие упругие деформации. 3 н. и 14 з.п.ф-лы, 7 ил.
Область применения изобретения
Настоящее изобретение в общем имеет отношение к созданию флюидальных насосов, а более конкретно имеет отношение к созданию диафрагменных насосов с гидравлическим приводом.
Известный уровень техники
Диафрагменные насосы с гидравлическим приводом могут быть подразделены по меньшей мере на две группы. Первая группа содержит насосы, в которых ход гидравлического поршня или плунжера отличается от хода диафрагмы. Эти насосы могут быть названы асинхронными насосами. Асинхронные насосы обычно используют как крупные диафрагменные насосы, в которых желательно иметь большой диаметр диафрагмы, которая прогибается на небольшую величину (имеет "короткий ход"). Диафрагмы с коротким ходом типично приводятся в движение при помощи имеющего намного больший ход гидравлического плунжера или поршня. Длинный ход поршня позволяет использовать поршень малого диаметра, что позволяет получать меньшие нагрузки на коленчатом валу и картере, которые должны перемещать и поддерживать поршень во время его хода.
Вторая группа содержит насосы, в которых центр диафрагмы перемещается на такое же расстояние, что и гидравлический поршень. Эти насосы могут быть названы синхронными насосами. Положением диафрагмы в синхронных насосах управляют при помощи клапана в поршне, который поддерживает постоянное расстояние между поршнем и центром диафрагмы.
Примерная клапанная система для управления положением диафрагмы в синхронных насосах описана в патенте США 3,884,598, который включен в данное описание в качестве ссылки. В этом патенте раскрыта система, которая определяет положение диафрагмы относительно поршня и затем поддерживает положение диафрагмы постоянным. Эту систему используют в насосах, которые должны работать на высокой скорости или которые нагнетают абразивные материалы, так как эта система позволяет использовать резиновые диафрагмы, которые не должны входить в контакт с упорной поверхностью в конце хода. Однако, если поршень перемещается на большее расстояние, чем диафрагма, тогда эта система не позволяет надлежащим образом поддерживать количество рабочей жидкости позади диафрагмы, чтобы насос работал нормально.
Некоторые примеры асинхронных насосов описаны в патентах США 5,246,351; 5,667,368 и 4,883,412. Во всех этих примерных насосах используют аналогичный подход к управлению положением диафрагмы. Каждый из этих насосов мгновенно регулирует количество масла в верхней или нижней точке каждого хода. Состояние переполнения обнаруживают тогда, когда диафрагма перемещается слишком сильно вперед и доходит до предела перемещения. Это создает более высокое давление, превышающее нормальное давление рабочей жидкости, которое побуждает клапан мгновенно открываться и выпускать часть избыточной жидкости. Это избыточное давление возникает тогда, когда диафрагма доходит до упора, или просто доходит до конечной точки прогиба, в которой требуется более высокое давление для дальнейшего перемещения диафрагмы. Это давление не передается нагнетаемой жидкости и поэтому создает несбалансированное падение давления через диафрагму. Этот способ управления давлениями, созданными за счет переполнения, требует, чтобы диафрагма была изготовлена из таких материалов и имела такую конфигурацию, которые позволяют выдерживать это несбалансированное давление без разрушения диафрагмы. Это ограничение использованных в диафрагме материалов и ее конструктивного оформления приводит к тому, что применяют диафрагмы очень большого диаметра и с малым прогибом, что существенно повышает размер и стоимость насоса.
Известные асинхронные насосы с гидравлическим приводом не позволяют, по меньшей мере по обсуждавшимся здесь выше причинам, использовать имеющие высокую гибкость резиновые диафрагмы, которые являются относительно небольшими и способны иметь большие прогибы. В результате, использование диафрагм этих типов ограничено синхронными насосами. Ход поршня в синхронном насосе должен быть относительно коротким, так как он ограничен ходом диафрагмы. Это заставляет коленчатый вал и картер нести высокие нагрузки, создаваемые поршнем большого диаметра, что делает сторону привода насоса более дорогой.
Другой пример насосов с гидравлическим приводом раскрыт в патенте США 3,769,879. В этом патенте раскрыт золотник, который движется при каждом ходе диафрагмы, чтобы мгновенно открывать каналы между флюидальным резервуаром и гидравлической камерой (например, передаточной камерой) позади диафрагмы в концах хода поршня. Каналы и перемещение золотника позволяют только небольшому толчку жидкости проходить в каждом ходе, чтобы корректировать состояние переполнения или состояние недостаточного заполнения.
Описанное в этом патенте устройство имеет некоторые существенные недостатки в условиях крайнего недостаточного заполнения или переполнения (например, в условиях, вызванных очень низким или очень высоким входным давлением нагнетаемой жидкости). В предельных условиях состояния переполнения, небольшой толчок жидкости, допускаемый в каждом ходе, является недостаточным для того, чтобы мгновенно корректировать переполнение, которое возникает за счет напряжений в диафрагме, пока не будут осуществлены несколько ходов, чтобы скорректировать состояние переполнения. Другой недостаток описанного в этом патенте устройства связан с направлением, в котором смещена диафрагма. В предельных условиях (например, при низком входном и выходном давлении для нагнетаемой жидкости, вызванном, например, блокированием впуска насоса) описанная в указанном патенте система стремится добавлять масло в передаточную камеру безо всякого смещения, приложенного к диафрагме, что в противном случае могло бы компенсировать переполнение масла. В результате, переполнение не может быть ликвидировано и диафрагма будет выходить из строя.
Таким образом, необходимо создать средство управления положением диафрагмы как в синхронных, так и в асинхронных гидравлических насосах, которое позволяет использовать имеющие высокую гибкость резиновые диафрагмы, которые являются относительно небольшими и могут претерпевать высокие упругие деформации.
Краткое изложение изобретения
В соответствии с первым аспектом, настоящее изобретение относится к созданию диафрагменного насоса, который содержит поршень, диафрагму, нагнетательную и передаточную камеры, первый и второй клапаны, флюидальный резервуар и цилиндрический золотник. Поршень совершает возвратно-поступательное движение между первым положением и вторым положением. Диафрагма совершает перемещение между первым и вторым положениями, которые связаны с первым и вторым положениями поршня. Передаточная камера расположена на одной стороне диафрагмы и образована частично за счет относительных положений диафрагмы и поршня. Передаточная камера заполнена рабочей жидкостью. Нагнетательная камера расположена на противоположной стороне диафрагмы от передаточной камеры. Флюидальный резервуар имеет флюидальную связь с передаточной камерой через первый и второй клапаны. Цилиндрический золотник расположен в передаточной камере и позволяет закрывать отверстия первого и второго клапанов, когда цилиндрический золотник находится в первом положении, закрывать отверстие первого клапана и открывать отверстие второго клапана, когда цилиндрический золотник находится во втором положении, и открывать отверстие первого клапана и закрывать отверстие второго клапана, когда цилиндрический золотник находится в третьем положении. Золотник сохраняет первое положение до тех пор, пока состояние переполнения не будет создано в передаточной камере, что перемещает золотник во второе положение, или до тех пор, пока состояние недостаточного заполнения не будет создано в передаточной камере, что перемещает золотник в третье положение.
Настоящее изобретение в соответствии с другим аспектом относится к насосу с гидравлическим приводом, который содержит диафрагму, поршень, передаточную камеру, флюидальный резервуар и золотниковый элемент. Передаточная камера образована между диафрагмой и поршнем и заполнена рабочей жидкостью. Флюидальный резервуар имеет флюидальную связь с передаточной камерой по меньшей мере через один клапан. Золотниковый элемент позволяет управлять потоком жидкости между передаточной камерой и флюидальным резервуаром. Золотниковый элемент выполнен с возможностью перемещения, чтобы открывать и закрывать отверстие по меньшей мере в одном клапане только тогда, когда существует состояние переполнения или состояние недостаточного заполнения в передаточной камере.
Настоящее изобретение в соответствии с еще одним аспектом относится к созданию способа балансировки давления жидкости в диафрагменном насосе с гидравлическим приводом. Насос содержит диафрагму, поршень, передаточную камеру, расположенную между диафрагмой и поршнем, флюидальный резервуар, золотниковый элемент и по меньшей мере один клапан, обеспечивающий флюидальную связь между флюидальным резервуаром и передаточной камерой. Способ предусматривает перемещение поршня, чтобы изменять положение диафрагмы и управлять при помощи золотникового элемента потоком жидкости между флюидальным резервуаром и передаточной камерой через по меньшей мере один клапан. Золотниковый элемент поддерживает первое положение ограничения потока жидкости по меньшей мере через один клапан до тех пор, пока не возникает состояние переполнения жидкостью или состояние недостаточного заполнения жидкостью в передаточной камере, что побуждает золотниковый элемент перемещаться, что в свою очередь позволяет жидкости протекать по меньшей мере через один клапан.
Краткое описание чертежей
На фиг.1 показан вид сбоку в сечении примерного насоса в соответствии с настоящим изобретением, с диафрагмой в полностью растянутом положении.
На фиг.2 показан вид сбоку в сечении примерного насоса, показанного на фиг.1, с диафрагмой в полностью втянутом (сжатом) положении.
На фиг.3 показан вид сбоку в сечении примерного насоса, показанного на фиг.1, с диафрагмой в полностью растянутом положении за счет состояния недостаточного заполнения.
На фиг.4 показан вид сбоку в сечении примерного насоса, показанного на фиг.2, с диафрагмой в полностью втянутом положении за счет состояния переполнения.
На фиг.5 показаны крупным планом клапаны переполнения и недостаточного заполнения, показанные на фиг.3.
На фиг.6 показаны крупным планом клапаны переполнения и недостаточного заполнения, показанные на фиг.4.
На фиг.7 показан вид сбоку в сечении другого примерного насоса в соответствии с настоящим изобретением, с диафрагмой в полностью втянутом положении за счет состояния недостаточного заполнения.
Подробное описание предпочтительного варианта изобретения
Настоящее изобретение в общем относится к созданию флюидальных насосов, таких как диафрагменные насосы с гидравлическим приводом. Принципы настоящего изобретения равным образом применимы к асинхронным и синхронным насосам. В асинхронных насосах имеется другой ход гидравлического поршня по сравнению с ходом диафрагмы. Диафрагма типично имеет относительно большой диаметр и выполнена с возможностью относительно небольшой упругой деформации (прогиба). Этот короткий ход диафрагмы создается за счет намного более длинного хода гидравлического плунжера или поршня. Чем длиннее ход гидравлического плунжера или поршня, тем меньший диаметр поршня требуется, что передает меньшие нагрузки на коленчатый вал и картер насоса.
Синхронные насосы выполнены так, что центр диафрагмы перемещается на некоторое расстояние, когда перемещается гидравлический поршень. В таких насосах диафрагма должна иметь прогиб на большие расстояния, соответствующие ходу поршня, чтобы снизить до минимума нагрузки, воздействующие на картер и коленчатый вал, возникающие за счет использования поршня относительно малого диаметра. Если диафрагма не может иметь прогиб, обеспечивающий использование поршня относительно малого диаметра, диаметр поршня приходится увеличивать, что приводит к увеличению нагрузок, воздействующих на коленчатый вал и картер. Настоящее изобретение может быть использовано как с асинхронными, так и с синхронными насосами, что позволяет улучшить управление положением диафрагмы, для того, чтобы гарантировать, что диафрагма не будет растягиваться или втягиваться свыше заданных расстояний, что в противном случае может приводить к разрушению диафрагмы.
Многие известные системы управления положением диафрагмы работают на основании условий гидравлического давления в передаточной камере на стороне диафрагмы, противоположной нагнетаемой жидкости. Такие основанные на давлении системы типично используют редукционные клапаны, которые открываются или закрываются при достижении некоторых уровней давления. Редукционные клапаны типично расположены между гидравлической камерой и резервуаром для рабочей жидкости. В системах, предназначенных для сброса избыточного давления, редукционный клапан мгновенно открывается, чтобы выпустить часть рабочей жидкости в резервуар, когда превышен уровень максимального давления. В системах, предназначенных для исключения состояния недостаточного давления, отдельный редукционный клапан мгновенно открывается, чтобы ввести часть рабочей жидкости из резервуара в гидравлическую камеру, когда давление падает ниже минимального допустимого давления.
Избыточное давление типично возникает в таких системах в точке, в которой диафрагма доходит до упора, например, в конце ее прогиба, когда требуется высокое давление для дальнейшего прогиба диафрагмы. Для того, чтобы выдерживать уровни избыточного давления, диафрагму приходится делать из относительно прочного, не упругого материала, который не разрушается при повторяющихся циклах высокого и низкого давлений. Повышенный диаметр и уменьшение степени прогиба диафрагмы также следует учитывать в условиях высокого давления, однако следует иметь ввиду, что это существенно увеличивает размер и стоимость насоса.
Другим недостатком, присущим системам на базе давления, является кавитация. Избыточное давление в передаточной камере типично не передается в нагнетаемую жидкость и поэтому создает условие несбалансированного давления (то есть падение давления) на диафрагме. Это падение давления может приводить к созданию вакуума во время некоторых участков хода поршня, что может приводить к кавитации в рабочей жидкости. Кавитация может приводить к повышенному износу (например, к точечной коррозии) компонентов, на которые воздействует рабочая жидкость.
Настоящее изобретение функционирует скорее на базе объема, а не давления в гидравлической камере. В зависимости от состояний недостаточного заполнения или переполнения объема в гидравлической камере, подвижный цилиндрический золотник смещается в гидравлическую камеру между положениями закрывания или открывания отверстий запорных клапанов, которые расположены между гидравлическим (флюидальным) резервуаром и гидравлической камерой. Скорее сама жидкость, а не состояние давления, созданное жидкостью, перемещает цилиндрический золотник. Состояние недостаточного заполнения или переполнения объема типично лучше всего может быть оценено в верхней или нижней точке хода поршня. В соответствии с настоящим изобретением, цилиндрический золотник перемещается только в верхней или нижней точке хода поршня, чтобы корректировать состояние недостаточного заполнения или состояние переполнения.
Примерный асинхронный диафрагменный насос 10, соответствующий принципам настоящего изобретения, показан на фиг.1-6 и описан далее со ссылкой на эти фигуры. На фиг.1 показан поршень насоса у нижней мертвой точки (BDC) при состоянии нормального заполнения. На фиг.2 показан поршень посредине хода при состоянии нормального заполнения. На фиг.3 показан поршень у нижней мертвой точки BDC при состоянии недостаточного заполнения. На фиг.4 показан поршень у верхней мертвой точки (TDC) при состоянии переполнения. Насос 10 содержит картер 12, корпус 14 поршня и коллектор 16. Корпус 14 поршня образует резервуар 18, передаточную или гидравлическую камеру 20 и плунжерную камеру 22. Коллектор 16 образует нагнетательную камеру 24 и содержит впускной и выпускной клапаны 72, 74.
Коленчатый вал 26, соединительный шток 28 и ползун 30 расположены в картере 12. Ползун 30 соединен с плунжером 32, расположенным в плунжерной камере 22. Передаточная и плунжерная камеры 20, 22 имеют флюидальную связь друг с другом, так что жидкость, которая всасывается в плунжерную камеру 22 или выталкивается из нее, принудительно направляет диафрагму во втянутое положение или принудительно направляет диафрагму в растянутое положение, как это показано соответственно на фиг.1 и 2.
Шток 34 клапана идет через передаточную камеру 20. Шток клапана имеет первый и второй концы 48, 50, выемку 52 для золотника и полый сердечник 54. Пружина 36 расположена внутри сердечника 54 между первым концом 48 и штифтом 38 удержания пружины, который входит в шток 34 клапана. Шток 34 клапана содержит паз 40 для штифта, который позволяет штоку 34 клапана двигаться относительно штифта 38, когда диафрагма 33 движется при ее ходе между растянутым и втянутым положениями. Второй конец 50 штока клапана соединен с диафрагмой 33.
Цилиндрический золотник 42 расположен внутри выемки 52 для золотника, вдоль внешней окружности штока 34 клапана. Размер выемки 52 для золотника выбран так, что цилиндрический золотник 42 может перемещаться между первым положением (показанным на фиг.1 и 2) закрывания отверстий 56, 64 в соответствующих клапанах 44, 46 переполнения и недостаточного заполнения, которые расположены между резервуаром 18 и передаточной камерой 20. Цилиндрический золотник 42 может также перемещаться во второе положение, показанное на фиг.3, в котором цилиндрический золотник 42 продолжает закрывать отверстие 56 клапана 44 переполнения, но отходит от отверстия 64 клапана 46 недостаточного заполнения, так что создается поток жидкости между резервуаром 18 и передаточной камерой 20. Цилиндрический золотник 42 может также перемещаться в третье положение, как это показано на фиг.4, в котором золотник закрывает отверстие 64 клапана 46 недостаточного заполнения, но отходит от отверстия 56 клапана 44 переполнения, создавая флюидальную связь между передаточной камерой 20 и резервуаром 18.
На фиг.5 и 6 показаны крупным планом состояния недостаточного заполнения и переполнения, показанные на фиг.3 и 4. Клапан 44 переполнения содержит отверстие или канал 56 вблизи от цилиндрического золотника 42 и другое отверстие 57 вблизи от гидравлической камеры 18. Седло 58, которое имеет меньший размер, чем диаметр шарика 60, расположено так, что шарик не может проходить через отверстие 56. Пробка 62 удерживает шарик 60 между отверстиями 56, 57 и имеет проход, который позволяет жидкости протекать из передаточной камеры 20, через отверстия 56, 57 и в гидравлическую камеру 18.
Клапан 46 недостаточного заполнения имеет отверстие или канал 64 вблизи от цилиндрического золотника 42, другое отверстие 65 вблизи от гидравлической камеры 18, шарик 68 и пробку 70, которая имеет седло 66. Шарик 68 удерживается между отверстиями 64, 65 при помощи пробки 70. Пробка 70 имеет проход, который позволяет жидкости протекать из гидравлической камеры 18, через отверстия 64, 65 и в передаточную камеру 20.
Клапаны 44, 46 переполнения и недостаточного заполнения представляют собой запорные клапаны, которые позволяют жидкости протекать только в одном направлении. Таким образом, когда цилиндрический золотник 42 движется и открывает отверстие 56, жидкость из передаточной камеры перемещает шарик 60 в направлении удаления от седла 58, что позволяет жидкости протекать из передаточной камеры 20 в резервуар 18. Аналогично, когда цилиндрический золотник 42 движется и открывает отверстие 64, шарик 68 перемещается в направлении удаления от седла 66, что позволяет жидкости протекать из резервуара 18 в передаточную камеру 20.
В варианте, показанном на фиг.1-6, цилиндрический золотник 42 выполняет важную функцию закрывания отверстий 56, 64, чтобы исключить протекание жидкости между камерой 20 и резервуаром 18. И в этом случае, цилиндрический золотник 42, когда он перемещается в положение открывания одного или другого из отверстий 56, 64, позволяет жидкости протекать в желательном направлении между резервуаром 18 и передаточной камерой 20, чтобы снять состояние переполнения или состояние недостаточного заполнения, которое существует в передаточной камере 20.
Обратимся теперь к рассмотрению фиг.7, на котором показан другой примерный насос 100, выполненный в соответствии с принципами настоящего изобретения. Насос 100 содержит корпус 114 поршня и коллектор 116. Картер насоса 100 не показан на фиг.7, но может быть выполнен аналогично картеру 12 и может иметь коленчатый вал и другие компоненты, аналогичные компонентам насоса 10.
Корпус 114 поршня содержит резервуар 118 и передаточную камеру 120. Коллектор 116 образует нагнетательную камеру 124 и содержит впуск 172 и выпуск 174. Плунжер 132 расположен в плунжерном стакане 130. Плунжер 132 может быть соединен с коленчатым валом через соединительный шток и другие компоненты, не показанные на чертежах.
Плунжер 132 соединен с диафрагмой 133 через шток 134 клапана. Шток 134 клапана имеет первый и второй концы 148, 150, причем первый конец 148 имеет пружинный упор 152, который прижимает пружину 136 к колпачку 154, связанному с противоположным концом плунжерного стакана 130. Цилиндрический золотник 142 расположен в передаточной камере 120, главным образом при совмещении с клапанами 144, 146 переполнения и недостаточного заполнения. Клапаны 144, 146 расположены между резервуаром 118 и передаточной камерой 120. Цилиндрический золотник 142 сохраняет главным образом постоянную ориентацию относительно отверстий 156, 164 в соответствующих клапанах 144, 146 переполнения и недостаточного заполнения, пока он находится в зацеплении с пальцем 143 золотника, который соединен со штоком 134 клапана. Цилиндрический золотник 142 выполнен так, что палец 143 золотника входит в зацепление с внутренней поверхностью цилиндрического золотника, когда состояние недостаточного заполнения или переполнения существует в передаточной камере 120. Типично, палец 143 золотника входит в зацепление с цилиндрическим золотником 142 только тогда, когда плунжер 132 находится в положении у верхней мертвой точки или у нижней мертвой точки, когда диафрагма 133 полностью втянута или растянута.
Клапан 144 переполнения содержит отверстия 156, 157, седло 158, шарик 160 и пробку 162. Клапан 146 недостаточного заполнения содержит отверстия 164, 165, седло 166, шарик 168 и пробку 170. Клапаны 144, 146 выполнены в виде запорных клапанов, которые создают поток между передаточной камерой 120 и гидравлической камерой 118, при условии, что оба отверстия 156, 157 и 164, 165 открыты.
В некоторых вариантах, пробки 162, 170 соответствующих клапанов 144, 146 переполнения и недостаточного заполнения также могут регулироваться, например, чтоб изменять степень ввода соответствующих шариков 160, 168 в отверстия 156, 164. Положение шариков 160, 168 может влиять на расход потока жидкости через клапаны 144, 146.
На фиг.7 показан цилиндрический золотник 142, перемещенный в положение закрывания отверстия 156 переполнения и одновременно перемещенный от положения закрывания отверстия 164 клапана недостаточного заполнения. Изменение положения цилиндрического золотника 142 от нейтрального положения закрывания обоих отверстий 156, 164 происходит за счет состояния недостаточного заполнения в передаточной камере 120. При ориентации, показанной на фиг.7, жидкость может протекать из резервуара 118 через клапан 146 недостаточного заполнения и далее в передаточную камеру 120, чтобы добавлять жидкость, что позволяет ликвидировать состояние недостаточного заполнения. В состоянии переполнения (не показано) цилиндрический золотник 142 движется в направлении диафрагмы 133, когда он имеет зацепление с пальцем золотника 143, за счет дополнительного объема жидкости в передаточной камере 120, что позволяет диафрагме дополнительно растягиваться в нагнетательную камеру. В состоянии переполнения цилиндрический золотник 142 закрывает отверстие 164 клапана 146 недостаточного заполнения, оставаясь удаленным от отверстия 156 клапана 144 переполнения. Это позволяет жидкости протекать из передаточной камеры 120 в резервуар 118, чтобы ликвидировать состояние переполнения.
Насос 100 также содержит узел 180 трения, который помогает поддерживать осевое положение цилиндрического золотника 142 в передаточной камере 120. Узел 180 трения содержит шарик 182, регулятор 184 и пружину 186. Регулятор 184 может быть отрегулирован относительно положения цилиндрического золотника 142 и шарика 182, чтобы увеличивать или уменьшать усилие смещения, оказываемое пружиной 186 на шарик 182. Изменение усилия смещения, оказываемого пружиной 186, изменяет силу трения, приложенную за счет шарика 182 к цилиндрическому золотнику 142. Аналогичный узел трения может не потребоваться в насосе, показанном на фиг.1-6, так как цилиндрический золотник 42 удерживается в выемке 52. В других вариантах насоса 10, которые не имеют такой выемки, узел трения может быть более полезен.
На фиг.1-6 показана конфигурация асинхронного насоса, а на фиг.7 показана конфигурация синхронного насоса. Конфигурация цилиндрических золотников 42, 142 в сочетании с клапанами 44, 144 и 46, 146 переполнения и недостаточного заполнения позволяет использовать поршень (шток клапана 34, 134) относительно малого диаметра, с относительно гибкой резиновой диафрагмой. Использование гибких резиновых диафрагм и поршней малого диаметра позволяет, во многих случаях, уменьшить размер и понизить стоимость насоса.
Цилиндрический золотник, описанный со ссылкой на приведенные выше примеры, позволяет поддерживать статическое положение до тех пор, пока имеется правильное количество гидравлического масла в передаточной камере позади диафрагмы. Цилиндрический золотник позволяет поддерживать это статическое положение вне зависимости от положения диафрагмы во время ее хода между полностью растянутым и полностью втянутым положениями. При нахождении в статическом состоянии, цилиндрический золотник закрывает отверстия запорных клапанов, расположенных между передаточной камерой и флюидальным резервуаром. Таким образом, клапаны работают только тогда, когда имеется состояние переполнения или недостаточного заполнения, когда цилиндрический золотник движется, чтобы открыть отверстие одного или другого запорного клапана. Ограниченная работа редукционных клапанов создает некоторые преимущества по сравнению с системами на базе давления, в которых редукционный клапан срабатывает у верхней или нижней мертвой точки большинства ходов поршня. Чем большее время клапан работает, тем больше он изнашивается.
Другое преимущество описанных здесь выше примерных насосов связано с числом компонентов, необходимых для коррекции состояний переполнения и недостаточного заполнения в насосе. В системах на базе давления типично требуются отдельные компоненты для коррекции состояния переполнения и для коррекции состояния недостаточного заполнения. В описанных здесь примерных насосах используют единственный золотниковый элемент для коррекции как состояния переполнения, так и состояния недостаточного заполнения. Кроме того, описанные здесь примерные золотниковые клапаны работают в сочетании с парой относительно простых запорных клапанов, которые имеют малый износ за счет того, что они включаются только при наличии состояния переполнения или недостаточного заполнения.
Приведенное описание, примеры и данные образуют полное изложение использования настоящего изобретения и изготовления соответствующего устройства. В изобретение специалистами в данной области могут быть внесены изменения и дополнения, которые не выходят, однако, за рамки приведенной далее формулы изобретения.
1. Диафрагменный насос, содержащий поршень, выполненный с возможностью возвратно-поступательного движения между первым положением и вторым положением, причем возвратно-поступательное движение определяет ход поршня; диафрагму, выполненную с возможностью перемещения между первым и вторым положениями, которые связаны с первым и вторым положениями поршня; нагнетательную камеру на одной стороне диафрагмы; передаточную камеру на другой стороне диафрагмы, образованную частично за счет относительных положений диафрагмы и поршня, причем передаточная камера заполнена рабочей жидкостью; первый и второй клапаны; флюидальный резервуар, имеющий флюидальную связь с передаточной камерой через первый и второй клапаны; цилиндрический золотник, расположенный в нагнетательной камере и позволяющий закрывать отверстия в первом и втором клапанах, когда цилиндрический золотник находится в первом положении, закрывать отверстие в первом клапане и открывать отверстие во втором клапане, когда цилиндрический золотник находится во втором положении, и открывать отверстие в первом клапане и закрывать отверстие во втором клапане, когда цилиндрический золотник находится в третьем положении; причем золотник сохраняет первое положение до тех пор, пока не создается состояние переполнения в передаточной камере, которое перемещает золотник во второе положение, или пока не создается состояние недостаточного заполнения в передаточной камере, которое перемещает золотник в третье положение.
2. Диафрагменный насос по п.1, который дополнительно содержит шток клапана и палец золотника, связанный со штоком клапана, причем палец золотника выполнен с возможностью входа в зацепление с цилиндрическим золотником, когда создается состояние переполнения или недостаточного заполнения.
3. Диафрагменный насос по п.1, в котором первый и второй клапаны выполнены в виде запорных клапанов, что позволяет жидкости протекать в единственном направлении.
4. Диафрагменный насос по п.1, который дополнительно содержит шток клапана, соединенный с диафрагмой и расположенный по меньшей мере частично в передаточной камере, причем золотник удерживается при помощи штока клапана.
5. Диафрагменный насос по п.4, в котором шток клапана является соосным с поршнем, что обеспечивает синхронное перемещение поршня и диафрагмы.
6. Диафрагменный насос по п.4, в котором поршень и шток клапана являются двухосными относительно друг друга, чтобы обеспечивать асинхронное перемещение поршня и диафрагмы.
7. Диафрагменный насос по п.1, который дополнительно содержит элемент смещения, позволяющий создавать уровень давления в передаточной камере, который превышает уровень давления в нагнетательной камере.
8. Диафрагменный насос по п.4, в котором золотник имеет внутреннюю поверхность окружности, которая входит в зацепление с внешней поверхностью окружности штока клапана, причем золотник и шток клапана установлены соосно.
9. Насос с гидравлическим приводом, содержащий диафрагму; поршень; передаточную камеру, образованную между диафрагмой и поршнем, причем передаточная камера заполнена рабочей жидкостью; флюидальный резервуар, имеющий флюидальную связь с передаточной камерой по меньшей мере через один клапан; золотниковый элемент, позволяющий управлять потоком жидкости между передаточной камерой и флюидальным резервуаром, причем золотниковый элемент выполнен с возможностью перемещения, чтобы открывать и закрывать отверстие по меньшей мере в одном клапане, только когда существует состояние переполнения или состояние недостаточного заполнения в передаточной камере.
10. Насос с гидравлическим приводом по п.9, в котором по меньшей мере один клапан представляет собой первый или второй запорный клапан.
11. Насос с гидравлическим приводом по п.9, который дополнительно содержит шток клапана, соединенный с диафрагмой и расположенный по меньшей мере частично в передаточной камере.
12. Насос с гидравлическим приводом по п.11, в котором шток клапана содержит первый упор, позволяющий входить в зацепление с золотниковым элементом и перемещать его, когда существует состояние недостаточного заполнения или состояние переполнения.
13. Насос с гидравлическим приводом по п.11, в котором золотниковый элемент представляет собой полый цилиндрический элемент, размер которого позволяет плотно прилегать вокруг внешней поверхности штока клапана.
14. Насос с гидравлическим приводом по п.11, в котором золотниковый элемент движется в направлении, параллельном продольной оси штока клапана.
15. Способ регулирования давления жидкости в диафрагменном насосе с гидравлическим приводом, содержащем диафрагму, поршень, передаточную камеру, введенную между диафрагмой и поршнем, флюидальный резервуар, золотниковый элемент и по меньшей мере один клапан, создающий флюидальную связь между флюидальным резервуаром и передаточной камерой, включающий в себя следующие операции:
перемещение поршня для изменения положения диафрагмы;
управление при помощи золотникового элемента потоком жидкости между флюидальным резервуаром и передаточной камерой через по меньшей мере один клапан с золотниковым элементом, причем золотниковый элемент сохраняет первое положение, ограничивающее поток жидкости через по меньшей мере один клапан, пока в передаточной камере не будет возникать состояние переполнения или состояние недостаточного заполнения жидкостью, которое побуждает золотниковый элемент перемещаться, что позволяет жидкости протекать по меньшей мере через один клапан.
16. Способ по п.15, в котором управление при помощи золотникового элемента предусматривает вход золотникового элемента в зацепление с участком штока клапана, при этом шток клапана соединяет поршень с диафрагмой.
17. Способ по п.15, в котором насос содержит первый и второй клапаны, причем первый клапан позволяет жидкости протекать из передаточной камеры во флюидальный резервуар, а второй клапан позволяет жидкости протекать из флюидального резервуара в передаточную камеру, при этом способ дополнительно предусматривает перемещение золотникового элемента, чтобы открывать отверстие в первом клапане и закрывать отверстие во втором клапане, когда возникает состояние переполнения, и перемещение золотникового элемента, чтобы закрывать отверстие в первом клапане и открывать отверстие во втором клапане, когда возникает состояние недостаточного заполнения.
