章动式离心泵 【发明背景】
本发明涉及利用摇摆板(wobble plate)的泵。
已经研制出利用具有章动(nutation)的摇摆板的泵。其中利用具有这种章动板的膜片获得蠕动泵特性。参考美国专利第5,466,133号和美国专利第5,529,468号，其公开的内容通过参考结合于此。其中没有膜片，摇摆板用来产生旋转运动，入口和出口在该板室周围。参考美国专利第2,693,746号。这些泵用作正排量(positive displacement)泵，具有至少一个横过增压室(pumping chamber)的隔板(partition)。入口在隔板的一侧，而出口在隔板另一侧。摇摆板逐渐摆过入口和出口之间的谐振腔(cavity)。
在前述专利中，板的章动或摆动是由该板的安装件绕章动轴转动完成的。这个轴与该板的垂直中心轴偏离一角度，优选这两个轴在该板附近相交。这里所用的“章动”一词是用来描述板的这种运动。在(上述)专利中的板相对于该安装件绕该板的垂直中心轴以可转动方式安装，使得该板能够被约束成不转动并提供非旋转章动。由于该板的非旋转章动，可以观察到该板上任何给定的点在包括该章动轴的平面内运动。在该板上角度地(angularly)邻近的点相互不同步地逐渐运动，以形成章动或摆动。因此该板在谐振腔中的运动产生递增的挤压并且在该板的两侧和邻近地谐振腔壁之间产生绕章动轴的膨胀。在谐振腔内的运动导致流体绕该章动轴的旋转流动。这种响应(response)被理解为可用作抽吸力。
泰拉斯泵是另一种利用一个或多个板的泵。泰拉斯泵通常具有两个平行的间隔很小的并且绕其相重合的垂直中心轴旋转的板。该板包括该两板之间的轴向入口与周边出口。抽吸力是旋转的板与流体之间的摩擦力，该摩擦力又引起环流运动和离心力。
【发明内容】
本发明涉及一种泵，包括一个安装成在谐振腔内章动的板。借助谐振腔的入口和出口，该章动实现经过该腔内的流体的抽吸。该章动可以是非旋转的。
在本发明的第一个单独的方面，泵室包括一个轴向入口和一个周边出口。在这个实施例中离心力通过该板的章动有利地施加。
在本发明的第二个单独的方面，泵室包括一个轴向入口。为章动安装的板包括邻近该入口、延伸穿过该板的孔。该孔允许该板与抽运谐振腔(pumping cavity)一起对其无论哪侧能够起双倍的作用。
在本发明的第三个单独的方面，包含一个安装成章动的板的泵室包括具有环行周边的相对的两表面。该两表面形成在该章动的板的最末端轴向运动的点轨迹(loci of points)处。
在本发明的第四个单独的方面，泵室基本是环形的，连续地延伸360°。在这种情况下，在入口和出口之间没有隔板。
在本发明的第五个单独的方面，一个动态平衡系统绕章动轴转动。这种平衡系统可以包括在其上具有可运动重块的平衡环。可以设置轴向离开第一平衡环的第二平衡环以对应于力矩力。此外，对于绕该轴的一阶平衡(first order balancing)可以采用平衡块(counterweight)。
在本发明的第六个单独的方面，主动联轴节(drive coupling)固定在安装成章动的该板上。具有球形座的安装件和与该安装件相配合的球轴承在其之间包括销子和导向槽以允许其章动并用最小的轴承运动防止其转动。
在本发明的第七个单独的方面，不必采用具有章动的板作为推动器的泵包括一泵室壳体，在泵室壳体中的推动部件，一个轴壳体和一个可转动地安装在泵室壳体内的主动轴。一个与该主动轴一起转动的动态平衡环可以包括多个可以在该环内移动的重块。还可以采用与第一动态平衡环轴向分开在主动轴上的第二动态平衡环。此外，对于转动组合件的强制级的(forced order)平衡也可以采用平衡块。
在本发明的第八个单独的方面，为了有利的结果，前述的任何一个单独的方面可以被组合。
因此，本发明的目的是提供一种改进的抽吸系统。其他的和进一步的目的和优点将会从下面明白。
【附图说明】
图1是泵的透视图。
图2是图1中的泵在拆卸泵壳后的透视图。
图3是图1中的泵的纵向剖视图。
图4是沿图3的4-4线的剖面图。
图5是摇摆板的透视图。
图6是如同图3的纵向剖视图，视出了第二个实施例。
图7是图6的实施例中使用的球轴承的透视图。
图8是图7的球轴承的第二个透视图。
图9是图7的球轴承的剖视图。
图10是如同图3的纵向剖视图，示出了第三个实施例。
图11是图10的实施例的球轴承的组合件的透视图。
【具体实施方式】
详细参考附图，图1示出一个泵，用附图标记10表示，其具有支撑件12和14。该泵包括具有入口18和出口20的泵室壳体16。一个轴壳体22刚性地固定于泵室壳体16。在这个实施例中所示的轴壳体22包括延伸穿过轴承以可旋转方式安装在该轴承中的轴。轴壳体22可以被具有轴的马达所替代(马达转子穿过该轴)。图2示出了基本如同图1的细节，其中那个泵室壳体部分16被移去，露出了包含在其中的摇摆板。
参考图3的剖视图，其中详细示出了第一实施例。在原型设计中示出了壁的厚度。预计生产部件较薄。被示出的泵室壳体16为两部分，一个外壳体24和一个内壳体26。该外壳体24和内壳体26以装配的形式示出以形成泵室28，该泵室28构成接纳将被泵送的流体的装置。泵室28包括第一表面30，相对的第二表面32和环形周边34。因此，泵室28基本上是环形的。它绕中心轴线连续地延伸360°，所示的中心轴线是章动轴。没有隔板防止泵室28中的流体绕该轴线充分地环流。
源自进入口18的轴向入口36与泵室28相连。该轴向入口提供了将流体引导到该泵室的中心的装置。周边出口38从泵室28的周边的周围延伸到流出口20。该周边出口38提供了从泵室引导流体的装置。
摇摆板40位于泵室28内以提供通过该板的运动推动流体的装置。示出的这个推动部件，或摇摆板40稍稍地凹陷(dished)，以增加对擅振(flutter)的抵抗。板40包括该板中心地安装在其垂直中心轴上的的连接籿套(hub)42。在图5中可以看到，多个孔44提供了用来通过从轴向入口36经该板40进来的流体的装置。该孔径向邻近连接衬套(hub)42。如图3中所见，这些孔44径向延伸到与在泵室处的轴向入口36大体同样的程度。板40基本是环形的，以便紧密地接近泵室28的周边34。摇摆板40安装成绕泵室28内的章动中心轴章动。例如，泵室表面30和相对的泵室表面32以及环形周边34接近章动形式的板40的最末端轴向运动的点轨迹。为了安装板40，进入孔46延伸通过内壳体28。
在泵室28内的板40的章动作用被理解为通过由板40推动的流体的旋转产生离心力。这个抽吸作用经过轴向入口36吸入流体。由于板40的运动以及它与表面30和32的相互作用推动流体，孔44(将流体)从轴向入口36供给到板40的背面。因此由板40的两侧获得双倍的作用效果，通过由板的章动引起的流体的实际位移将流体推动到周边出口38。
轴壳体22也公开在图3的截面图中。该轴壳体22包括安装轴承48和50，它们以可转动方式安装主动轴52。用于减少驱动系统中的振动的动态平衡系统安装成与主动轴52一起转动。该动态平衡装置采用在轴52一端的第一动态平衡环54并且被限制成与其一起转动。这个动态平衡环54包括离心导向槽56，离心导向槽56包括多个在其内可移动的重块58。用于动态平衡的这个装置在旋转时使重块58能够自然呈平衡取向。动态平衡的第二个装置包括第二动态平衡环60，具有重块的第二动态平衡环60位于离开第一动态平衡环54的位置。在这个位置，两个平衡环54和60能够提供相对于某种动态振动的动量。所示的第一动态平衡环54安装在转子62上，该转子62连接在主动轴52的一端，以便与该轴一起转动。转子62支承平衡块64，平衡块64从章动轴和主动轴52的旋转重合的轴径向地位移。平衡块64与主动联轴节的不平衡重量相反地设置。
驱动板66用螺栓连接于转子62。所示的该驱动板66是不对称的，以便为轴承68提供一倾斜的并且径向的偏置安装。驱动板66与转子62一起绕与主动轴52的旋转轴线相重合的章动轴转动。虽然如此，轴承68形成摇摆板40的垂直中心轴线。该板的垂直中心轴线优选从章动轴角位移4°-6°，在章动中心靠近摇摆板处与两轴相交。因为要限制摇摆板40和相关联的主动联轴节的旋转，所以采用轴承68。
以可旋转方式安装在驱动板66的轴承68中的主动联轴节延伸到并固定于摇摆板40。该主动联轴节提供了用于该板章动的装置。该主动联轴节由两个套筒式地安装在一起的轴部件70和72构成。轴部件70安装在轴承68中，而轴部件72固定在板40上。轴部件70和72沿板40的垂直中心轴延伸。如上所述，垂直中心轴偏离章动轴一角度，并在两者的相交点形成章动中心。轴部件70和72在其之间可以包括一弹簧74。弹簧74保持压缩状态，以在支撑轴承中产生一个适当的主动联轴节的底座(seating)。
利用一球形安装件安装该主动联轴节并依次安装该板40。图3实施例中的球形安装件包括具有球形座78的安装块76，该球性座具有位于章动中心的弯曲部分。球轴承80安装在球形座78中。在图3的实施例示出的安装块76被安装在轴部件72上，而球轴承80安装在内壳体26上。
为了约束板40的运动，利用一止转部件。在这个实施例中，止转部件包括销子82和导向槽84。所示的导向槽84是锥形的，以便提供与销子82接合的系统的章动。销子82可以是由低摩擦的或自润滑的材料制成。
波纹管(bellows)轴密封件86位于章动中心的周围。这个密封件86从轴部件72延伸到进入孔46周围的内壳体26。密封件86由螺栓固定在内壳体26上的环形板88固定在内壳体26上，以便将波纹管轴密封件86的边缘90放置成处于压缩状态(in compression)。在轴部件72，波纹管轴密封件86压在紧靠着轴部件72的凸肩安放的垫圈(washer)92和衬套42之间。衬套42由螺母94以压靠在波纹管轴密封件86上的方式固定在轴部件72上。通过绕章动中心定位波纹管轴密封件86，轴密封件具有最小的偏转量。由于板40没有旋转，波纹管轴密封件86没有滑动密封，使整个泵室静态密封，这具有重要优点。
其他的实施例也在预期之中。这些实施例重点在于具有保持该泵的一般的泵原理的球形安装件的变化。在这些实施例中，同样的附图标记如果没有相同的部件则表示相应的部件。在图6、图7和图8所示的第二个实施例中，所示的球形安装件位于紧邻主动联轴节的周围。在这个实例中，安装块76固定在内壳体26上。安装块76包括在章动中心具有弯曲部分中心的球形座78。球轴承80与安装块76的球形座78相配合，以形成在这种动态情况下的密封。“O”形密封环96提供球轴承80和轴部件72之间的密封。止转部件包括销子82和导向槽84，每个都位于包括章动轴的平面内，销子82和导向槽84相互接合以保持板40不转动。
图9详细地示出了变化。球轴承80以可滑动的方式安装在单件轴部件72上并且被板簧(plate spring)98推动向前。板簧98对球轴承的座提供弹性并且当定位在轴承中时同样地偏置摇摆板40。板簧98比螺旋压缩弹簧74提供较少的位移并提供较高的弹簧常数。
另一个实施例示于图10和图11。安装块76固定在主动联轴节的轴70。安装块76包括在章动中心具有弯曲中心的球形座78。固定于泵室壳体16的内壳体26上的球轴承80与安装块76的球形座78接合。止转部件包括销子82和导向槽84，每个都位于包括章动轴的平面内。销子82和导向槽84相互接合以使板40不转动。销子82由可转动的轴承限定。设置一波纹管轴密封件86以形成静态密封。
这样公开了一种用章动板以推动离心的流体流动的改进的抽吸机构。在本发明的实施例和应用已经被示出和描述的同时，本领域的技术人员也应当明白，许多改进不脱离本发明的基本概念，因此本发明除了权利要求精神的限制之外，本发明没有限制。
(按照条约第19条的修改)
1.一种泵，包括
一个安装成绕章动轴非旋转章动的大体上环形的板(40)；
一个包括大体上环形泵室(28)的泵室壳体(24、26)，该环形泵室(28)绕章动轴连续延伸360°，一个到泵室(28)的大体上轴向的入口(36)和一个从泵室(28)开始的周边出口(38)，该板(40)位于该泵室(28)内。
一个固定在该板(40)的主动联轴节(70、72)；
一个包括一个安装块(76)和一个球轴承(80)的球形安装件，该安装块(76)具有一个形成章动中心的球形座(78)，该球轴承(80)在球形座(78)中与安装块(76)相配合，安装块(76)和球轴承(80)中的一个相对于泵室壳体(24、26)固定，而安装块(76)和球轴承(80)中的另一个相对于主动联轴节(70、72)固定。
2.根据权利要求1所述的泵，该板(40)包括同心地设置在该板(40)中的连接衬套(42)和径向邻近于该衬套(42)并延伸通过该板(40)的孔(44)。
3.根据权利要求1所述的泵，该球轴承(80)可滑动地安装在主动联轴节(70、72)上，该安装件在主动联轴节(70、72)和球轴承(80)之间还具有一个弹簧(98)。
4.根据权利要求1所述的泵，还包括
一个绕主动联轴节(70、72)的波纹管轴密封件(86)，其从主动联轴节(70、72)延伸到泵室壳体(24、26)，并且位于章动中心周围。
5.根据权利要求4所述的泵，该波纹管轴密封件(86)沿主动联轴节(70、72)纵向地延伸穿过章动中心并从主动联轴节(70、72)延伸到泵室壳体(24、26)。
6.根据权利要求1所述的泵，还包括
一个弹簧(74)，该主动联轴节包括用该弹簧(74)套筒式地安装在一起的两个轴部件(70、72)，该板(40)与安装块(76)和球轴承(80)中的一个固定于两个轴部件(70、72)的第一个。