專利名稱：隔膜泵的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種用于抽吸侵蝕性和/或磨損性介質(zhì)，如泥漿的隔膜泵，其包括一個隔膜室和至少一個基本為圓形的柔性隔膜，其中隔膜室裝在基本垂直設置的管道系統(tǒng)中，所述基本垂直設置的管道系統(tǒng)包括至少一個入口和至少一個位于入口上方一定距離的出口，所述隔膜在可以加壓工作流體的作用下可在隔膜室內(nèi)移動，而隔膜的圓形外邊緣通過一個圓形夾緊元件卡緊在隔膜室中。
背景技術：
這種隔膜泵例如可從美國專利No.6234677中得知，并且這類泵通常用于抽吸可能具有或可能不具有很高溫度的侵蝕性和/或磨損性介質(zhì)，如泥漿的泵系統(tǒng)中。已知的隔膜泵具有一個可彈性移動的隔膜，該隔膜把要抽吸的介質(zhì)與泵的活動和脆弱部分隔開。柔性隔膜的抽吸運動通過這些活動部分實現(xiàn)，例如液壓缸內(nèi)移動的活塞和可以加壓的工作流體。
為此，通過活塞桿連接到驅(qū)動單元的活塞在液壓缸內(nèi)往復運動，使得隔膜在工作流體的作用下以某一頻率進行連續(xù)的抽吸和傳輸行程。在抽吸行程或抽吸周期中，隔膜室內(nèi)產(chǎn)生負壓，使得可以經(jīng)由入口吸入一定量的泥漿，這些泥漿在傳輸行程中由隔膜經(jīng)由出口壓入排出管道。
為了確保抽吸行程和傳輸行程的正確運行，分別在入口管部分和出口管部分中安裝了單向閥，這些閥確保要抽吸的介質(zhì)正確穿流(through-flow)。
前述美國專利的隔膜泵安裝在管道系統(tǒng)的空管(dead pipe)部分，其應用特別適合于抽吸具有相對高溫的泥漿。如果泥漿具有較低的溫度，就基本上不需要保護隔膜泵免受所述熱腐蝕性泥漿的損壞，因而該隔膜泵可以安裝在如引言中所述的管道系統(tǒng)中。由于結構上的原因，管道系統(tǒng)垂直設置，而入口位于出口下面。
很明顯，在隔膜泵的運行過程中流體動力現(xiàn)象會在隔膜室內(nèi)的泥漿中產(chǎn)生，特別是在傳輸行程中，該現(xiàn)象在隔膜室頂部位置和隔膜室底部位置之間產(chǎn)生非常大的壓差，造成柔性隔膜的不利變形。
柔性隔膜的所述不利變形限制了隔膜能夠負載的程度，這使得在抽吸行程量具有特值時必須選擇更大的隔膜，以確保足夠長的壽命。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目標是提供上述問題的一種解決方案并且提供一種隔膜泵，其中隔膜在運行中的非對稱變形在必要的位置受到限制，使得隔膜變形在別處增加，且這不會導致過載。因此所選隔膜尺寸的輸出能力將最大限度地得到利用，同時獲得最佳壽命。
根據(jù)本發(fā)明，該隔膜泵的最終特征在于，圓形夾緊元件在其周邊上設有一個平行于該夾緊元件形成的平面延伸的凸緣。
因為圓形夾緊元件設有一個在該夾緊元件形成的平面內(nèi)延伸的凸緣，故將防止隔膜在傳輸行程中的所述不利變形，因為變形隔膜將緊靠該凸緣。
通過實驗已經(jīng)證實，隔膜在傳輸行程中的不利變形特別出現(xiàn)在管道系統(tǒng)的出口部位，致使根據(jù)本發(fā)明的圓形夾緊元件大致在管道系統(tǒng)的出口部位設有所述伸出凸緣。
根據(jù)本發(fā)明，伸出凸緣沿夾緊元件的上半周邊設置，以便盡可能地防止隔膜上部中的不利變形。
根據(jù)本發(fā)明，伸出凸緣的長度沿上半周邊變化，因為隔膜的不利變形的程度也決定于其在隔膜室內(nèi)的位置而變化。更具體地說，伸出凸緣的長度在靠近出口處最大，因為傳輸行程中產(chǎn)生的隔膜不利變形在此部位最大，因此在該部位也將抵消最多。
根據(jù)本發(fā)明，伸出凸緣的長度在周邊的中間基本等于零。
根據(jù)本發(fā)明，伸出凸緣的端邊為曲線，以防止伸出凸緣切入隔膜中，這將導致隔膜被切開并損壞。端邊的曲率半徑可以近似等于隔膜的厚度，更具體地說，端邊的曲率將近似等于預成型隔膜的反向曲率。因此還防止當隔膜緊靠伸出凸緣時隔膜材料損壞，這種損壞也可能縮短隔膜的壽命。
更具體地說，端邊的曲率半徑范圍為8至80mm。
曲率也可以表現(xiàn)為二次或更高次的多項式形式，這可以通過前述曲率半徑計算。


現(xiàn)在將參考附圖更詳細地說明本發(fā)明，其中圖1是一種用于抽吸泥漿的泵系統(tǒng)外形圖，其中使用了現(xiàn)有技術的隔膜泵；圖2是圖1的細節(jié)視圖；圖3是隔膜不利變形的瞬間視圖，特別是在傳輸行程中；和圖4示出根據(jù)本發(fā)明的隔膜泵細節(jié)實施例。
具體實施例方式
圖1和2是泥漿泵系統(tǒng)的視圖，其中使用了現(xiàn)有技術的隔膜泵。這種泥漿泵系統(tǒng)通常用于長距離抽吸含有顆粒物質(zhì)，如沙子、煤炭、礦石或采礦廢棄物，另外有時為高溫的、通常為侵蝕性和腐蝕性的液體或泥漿。這種泥漿泵系統(tǒng)還經(jīng)常用于采礦工業(yè)、化學工業(yè)和煤炭工業(yè)。抽吸這種混合物，也稱為泥漿，使得對整個泵系統(tǒng)的可靠性和耐磨損性提出很高的要求。因為泥漿混合物的磨損特性，特別是泵的活動部分必須滿足很嚴格的要求。
因此，一種由驅(qū)動單元10驅(qū)動的隔膜泵20被用于抽吸這種磨損性泥漿混合物。隔膜泵20包括一個夾緊在裝于管道系統(tǒng)40內(nèi)的隔膜室29中的隔膜25。隔膜25設有一個隔膜桿26，該隔膜桿26可移動容納在設置于壓力室28內(nèi)的導向裝置27中。壓力室28充滿了工作流體24，工作流體24可以通過活塞22加壓，而活塞22通過活塞桿21連接到驅(qū)動單元10。活塞22在液壓缸23內(nèi)由驅(qū)動單元10完成的往復運動導致工作流體24被加壓，因此使得隔膜25在隔膜室29內(nèi)的兩個極限位置之間移動。
活塞23的往復運動和引起的隔膜25的運動包括一個抽吸行程或抽吸周期，其中活塞23和隔膜25承受向右的運動，見圖1和2，而活塞23和隔膜25在傳輸行程中承受向左的運動，見圖1和2。
隔膜室29安裝在形成更大管網(wǎng)(未示出)部分的基本立置管道系統(tǒng)40中。隔膜室29的立置管道系統(tǒng)40包括入口40a和出口40b。安裝在入口管部分42上的是單向閥41a，而相同的單向閥41b則裝在出口管部分43上。單向閥41a和41b這樣裝在管道系統(tǒng)上，要使單向閥41在抽吸行程中保持關閉狀態(tài)(所以，此時隔膜25向右移動)，而單向閥41a在所述抽吸行程中開啟，因而能將一定量的泥漿吸入隔膜室29中。在隨后的傳輸行程中(為此，此時隔膜25向左移動)，單向閥41a在彈簧的作用下自動關閉，而單向閥41b在傳輸壓力的作用下自動開啟，以致聚集在隔膜室29中一定量的泥漿經(jīng)由出口40b被壓入排出管道43中。
當以這種方式以所需的行程頻率驅(qū)動隔膜泵時，通常在高壓下可以抽吸大量的泥漿。
隔膜用作替代元件的功能很明顯因此，隔膜保護所有運動的、容易磨損的部件免受立管部分40中存在的磨損性且經(jīng)常也是腐蝕性介質(zhì)的損壞。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，當使用其入口40a位于出口40b下面的立管部分40時，特別是在傳輸行程中，流過隔膜室29的泥漿混合物中會產(chǎn)生流體效應，該流體效應會引起隔膜室底側40a和頂側40b之間的壓差。因為與隔膜室中靠近隔膜中心的大通道相比出口40b形成一節(jié)流管部分，所述壓差特別會產(chǎn)生，其結果導致所述管部分起到文氏管的作用，并且特別是在傳輸行程的中間部分，當活塞23的正弦速度曲線到達峰值時，泥漿混合物通過出口40b從隔膜室29中高速壓出。出口40b處的所述高速導致與隔膜25的其他部分相比在出口40b部位形成壓降，因此導致隔膜25相應的不利變形。
此外，由于泥漿混合物與工作介質(zhì)比重上差異的結果，增加的靜壓差從上到下作用在隔膜上。
圖3示出隔膜25特別是在傳輸行程中不利變形的瞬間視圖。該圖清楚地表示，由于流過出口40b而在出口40b部位“沿隔膜抽吸”的泥漿混合物產(chǎn)生壓力的結果，隔膜25在出口40b部位(圖1和2)移出或極端變形進入隔膜室29中(在A處表示)。此外，該圖還表示在底側40a處不明顯的變形B。不言而喻，在長期運行中，隔膜25的這種極端變形將引起疲勞或損壞，并因此顯著降低隔膜的壽命。這意味著泵系統(tǒng)1必須定期停止運行以進行檢查和可能的維修。
為了防止不必要的停機并提供具有更長壽命的隔膜泵，其中隔膜更不容易由運行中產(chǎn)生的不利變形而引起疲勞或磨損，圖4示出一種可以防止所述不利變形的解決方案。
如圖1和2所示，隔膜25形狀為圓形并且具有圓形端邊25a，該端邊25a通過一個環(huán)形夾緊元件29a夾緊在隔膜室29中(見圖2)。為了防止隔膜25特別是在隔膜泵的傳輸行程動作中不必要的非對稱變形，圓形夾緊元件29a大致在隔膜室29的出口40b部位在其周邊29a′上設有一個伸出凸緣50，該凸緣平行于夾緊元件形成的平面或在該平面內(nèi)延伸。
環(huán)繞圓形夾緊元件的周邊，更具體地說靠近或在隔膜室29出口40b部位設置伸出凸緣可防止隔膜25進入隔膜室29中的不利變形，更具體地說是極端變形。在傳輸行程中，在出口40b部位，隔膜25支撐在圓形夾緊元件29a的伸出凸緣50上，因而防止隔膜材料25不利的、不期望的變形和損壞。
如圖4所示，伸出凸緣50沿夾緊元件的上半周邊設置。
盡管伸出凸緣也可以沿夾緊元件29a的下半周邊，即靠近入口40a設置，但是已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，隔膜25的不利變形主要表現(xiàn)在隔膜室29的出口40b部位。在傳輸行程中，管道系統(tǒng)40的出口管部分43上的單向閥41b開啟(而管道系統(tǒng)40的入口部分42上的單向閥41a關閉)，并且已經(jīng)聚集在隔膜室29中一定量的泥漿混合物通過工作流體24和隔膜25在活塞23的高壓下經(jīng)由出口40b的狹窄喉道被壓出。
在所述流動中出口40b的喉道起到文氏管的作用，以致在該喉道內(nèi)形成很高流速的泥漿混合物。這種流體動力現(xiàn)象導致出口40b處形成壓降，因而使得在出口40b部位的隔膜25極端變形(見圖3)。伸出凸緣50主要防止這種極端變形。隔膜的壽命因此顯著延長，因為隔膜不再遭受重復的極端變形，而這通常加速一般由橡膠制成的隔膜25的老化進程。
根據(jù)圖4所示的一個實施例，伸出凸緣的長度l沿周邊變化。更具體地說，伸出凸緣的長度在靠近出口40b處最大，而在周邊29a′的中間等于零。更具體地說，伸出凸緣50在靠近夾緊元件29a的中間與周邊29a′重合(沿從入口40a到出口40b的流動方向看)。
因為隔膜25在運行的各個傳輸行程中緊靠在伸出凸緣50上，為了防止邊緣切入柔性隔膜25，而使伸出凸緣50的端邊50a具有曲率R。更具體地說，端邊50a的曲率半徑R與隔膜25的厚度成比例，在另一實施例中，端邊50a的曲率半徑R與預成型隔膜25的反向曲率成比例，并且以這樣的方式在變位時產(chǎn)生的延伸量低至足以獲得所需的壽命。
已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，如果端邊50a的曲率半徑范圍為8至80mm，就可以防止所述邊緣切入隔膜中，其結果使隔膜25的壽命進一步延長。
還要注意的是，最好在夾緊元件29a的下半周邊29a′不要設置伸出凸緣50，因為這可能導致泥漿混合物聚集在凸緣和隔膜25之間，而這可能對隔膜造成損壞。
權利要求
1.一種用于抽吸侵蝕性和/或磨損性介質(zhì)，如泥漿的隔膜泵，其包括一個隔膜室和至少一個基本為圓形的柔性隔膜，其中隔膜室裝在基本垂直設置的管道系統(tǒng)中，所述基本垂直設置的管道系統(tǒng)包括至少一個入口和至少一個位于入口上方一定距離的出口，所述隔膜在可以加壓工作流體的作用下可在隔膜室內(nèi)移動，而隔膜的圓形外邊緣通過一個圓形夾緊元件卡緊在隔膜室中，其特征在于，在其周邊上圓形夾緊元件設有一個平行于該夾緊元件形成的平面延伸的凸緣。
2.根據(jù)權利要求1所述的隔膜泵，其特征在于，圓形夾緊元件大致在管道系統(tǒng)的出口部位設有所述伸出凸緣。
3.根據(jù)權利要求1或2所述的隔膜泵，其特征在于，伸出凸緣沿夾緊元件的上半周邊設置。
4.根據(jù)權利要求3所述的隔膜泵，其特征在于，伸出凸緣的長度沿上半周邊變化。
5.根據(jù)權利要求4所述的隔膜泵，其特征在于，伸出凸緣的長度在靠近出口處最大。
6.根據(jù)權利要求4或5所述的隔膜泵，其特征在于，伸出凸緣的長度在周邊的中間基本等于零，特別是在周邊中間下方大約30°以下。
7.根據(jù)前面權利要求任一所述的隔膜泵，其特征在于，伸出凸緣的端邊為曲線。
8.根據(jù)權利要求7所述的隔膜泵，其特征在于，端邊的曲率半徑近似等于隔膜的厚度。
9.根據(jù)權利要求7或8所述的隔膜泵，其特征在于，端邊的曲率與預成型隔膜的反向曲率成比例。
10.根據(jù)權利要求7至9中任一或更多所述的隔膜泵，其特征在于，端邊的曲率半徑范圍為8至80mm。
11.根據(jù)權利要求10所述的隔膜泵，其特征在于，端邊的曲率按照二次或更高次的多項式延伸。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種用于抽吸侵蝕性和/或磨損性介質(zhì)，如泥漿的隔膜泵，其包括一個隔膜室和至少一個基本為圓形的柔性隔膜，其中隔膜室裝在基本垂直設置的管道系統(tǒng)中，所述基本垂直設置的管道系統(tǒng)包括至少一個入口和至少一個位于入口上方一定距離的出口，所述隔膜在可以加壓工作流體的作用下可在隔膜室內(nèi)移動，其中隔膜的圓形外邊緣通過一個圓形夾緊元件卡緊在隔膜室中。根據(jù)本發(fā)明，該隔膜泵的特征在于，圓形夾緊元件在其周邊上設有一個平行于該夾緊元件形成的平面延伸的凸緣。因為圓形夾緊元件設有一個在該夾緊元件形成的平面內(nèi)延伸的凸緣，故將防止隔膜在傳輸行程中的不利變形，因為變形隔膜將緊靠該凸緣。
文檔編號F04B43/067GK1666023SQ03816270
公開日2005年9月7日 申請日期2003年7月4日 優(yōu)先權日2002年7月11日
發(fā)明者科內(nèi)利斯·J·德科寧 申請人:威爾荷蘭有限公司