多向泵 【技术领域】
本发明涉及一种用于产生压缩流体的装置。更具体而言，本发明涉及一种泵，当泵送装置在多个方向运动时该泵压缩流体。
背景技术
众所周知，一些交通工具的各种部件需要应用压缩流体(例如压缩空气)以进行操作。例如，卡车和其它大型交通工具的制动系统经常应用压缩空气，从而向各种制动装置(例如弹簧偏压致动装置)施加偏压，以使其进入制动位置和非制动位置。
为了产生这种压缩流体已经开发了多种类型的泵，包括膜片偏压空气泵、多活塞斜盘式压缩机和独立轴驱动活塞式压缩机。当然，由于设计交通工具时考虑到空间和功率的因素，所以提出了各种类型的设计和改进，从而在使泵的尺寸最小化的同时，使由泵排出的压缩流体的浓度最大。
一种这样的建议就是一种两级泵的设计，例如在Weinhandl的美国专利第4,657,488中公开的两级活塞式压缩机。在这种压缩机中，提供了一个进口，以使空气进入位于活塞上部一端处的第一压缩区域。第一压缩区域与较小的第二压缩区域相连通，该第二压缩区域位于活塞上部的另一端，并依次与出口相连通。因此，在活塞的下降行程中，空气通过进口进入第一区域。在活塞的上升行程中，空气被压缩并被推进第二较小压缩区域，在活塞的下一个下降行程中，空气在此处进一步被压缩并排出出口。这样，压缩机排出较高浓度的压缩空气。
但是，利用这种两级压缩的不足是，它会产生更多的热量，而这么多的热量又会导致许多问题。例如，在压缩机排出地空气供给到交通工具的相关部件之前，通常应用一个与压缩机相连的空气干燥器，以排除空气中的湿气。因为空气较热，所以它能保持更多的水蒸气，从而空气干燥器要排除湿气就必须更费劲地工作。由这种额外的热所产生的另外一个问题是，它使得油更易于“焦化”——燃烧并残留碳沉积。由过量的非常热的空气带来的另外一个问题是，压缩机的元件和从压缩机排出的下行流体倾向于具有短的寿命，部分是由于那些部件受到不必要的冷和热水平而产生的收缩和膨胀造成的。
这种两级压缩的另一个不足就是仍会发生一定程度的“震击”。通常用于与这些压缩机相连接的空气干燥器一般含有一种用于除去湿气的干燥剂。反复受到在每个活塞上升冲程压缩空气的间歇作用力，干燥剂最终会变成粉末。
因此，所期望的是，一种用于压缩流体的方法和装置，它提供更高浓度的压缩流体，但不会产生过量的热。更期望的是一种方法和装置，提供更高浓度的压缩流体，但不会导致震击。
【发明内容】
因此，本发明的一个目的是提供一种泵，该泵供给高浓度的压缩流体。
本发明的另一个目的是提供一种泵，该泵降低压缩流体的温度。
本发明的另一个目的是提供一种泵，该泵提供连续流动的压缩流体。
为了克服现有技术中的不足并达到至少一些所列出目的和优点，本发明包括一种多向泵，该泵包括具有进口端口和出口端口的外壳；放置在该外壳中的泵送装置；与进口端口流体连通的第一流体腔，当所述泵送装置向第一位置运动时，该第一流体腔用于接收流体；与出口端口直接流体连通的第二流体腔；第一管道，当泵送装置向第二位置运动时，在第一流体腔中的流体穿过该第一管道与第二流体腔连通；和第二管道，在第一流体腔中的流体通过该第二管道直接与出口端口连通。
在另一种实施方式中，本发明包括一种泵，该泵包括具有进口端口和出口端口的外壳；放置在该外壳中的泵送装置；与进口端口流体连通的第一流体腔，当所述泵送装置向第一位置运动时，该第一流体腔用于接收流体；第二流体腔；管道，当所述泵送装置向第二位置运动时，第一流体腔中的流体通过该管道与第二流体腔流体连通，并且其中第一和第二流体腔直接与出口端口流体连通。
在另一种实施方式中，本发明包括一种利用具有一个出口的泵压缩流体的方法，该方法包括步骤：推动流体进入泵，在第一压缩区域压缩流体，推动第一容积的压缩流体穿过出口和第二容积的压缩流体进入第二压缩区域，进一步压缩第二容积的压缩流体，推动再次被压缩的流体穿过出口。
【附图说明】
图1是根据本发明的一种多向泵横截面侧视图。
图2a是当活塞运动到第一位置时，图1中泵的一种实施方式的横截面侧视图。
图2b是当活塞运动到第二位置时，图2a中泵的横截面侧视图。
图3a是当活塞运动到第一位置时，图1中泵的另一种实施方式的剖开的横截面侧视图。
图3b是当活塞运动到第二位置时，图3a中泵的剖开的横截面侧视图。
图4是应用了一个控向阀的图2b中泵的一种实施方式的横截面侧视图，其中控向阀设置成允许进口端口和第二流体腔之间流体连通。
图5是应用了一个控向阀的图2b中泵的一种实施方式的横截面侧视图，其中控向阀设置成限制进口端口和第二流体腔之间流体连通。
图6是应用了一块板的图2b中泵的一种实施方式的横截面侧视图，其中所述板适于限制进口端口和第二流体腔之间流体连通。
图7是应用了一块板的图2b中泵的一种实施方式的横截面侧视图，其中所述板适于限制进口端口和第二流体腔之间流体连通。
【具体实施方式】
图1中示出了根据本发明的一种多向泵的一种实施方式的基本元件。在描述中所应用的术语“顶”、“底”、“上面”、“下面”、“上方”、“下方”、“在上面”、“在下面”、“向上”、“向下”、“上面的”、“下面的”、“前面”、“后面”、“向前”和“向后”指的是附图中所示出的该方向上的目标，该方向对于达到本发明的目标并不是必要的。
如图1所示，一个外壳22容纳了一个泵送装置36。第一流体腔50位于泵送装置36的一端，而第二流体腔52位于泵送装置36的另一端。因此，当泵送装置36在第一和第二位置之间运动时，分别如图2a-2b所示，第一和第二流体腔50、52会交替接收流体。
在图1中所示的实施方式中，外壳22是一个压缩机气缸，它可以包括彼此邻接在一起的几个零件，包括一个驱动轴外壳24、一块密封板25、一块下方阀板26、一个气缸28、一块上方阀板30和一个头部32。气缸28在其中有一个活塞通道34，活塞36在其中滑动配置。驱动轴外壳24容纳了驱动轴38的一端，一个连杆40连接到驱动轴38的这一端上。连杆40可以环形地装配到驱动轴38上，与驱动轴38的端面相连接，或者以某种方式附加到驱动轴38上，从而当驱动轴38旋转时，连杆40上下运动。连杆40通过一个活塞销39与活塞36的杆44相连接，这样，当驱动轴38旋转时，活塞头部46在活塞通道34内上下往复运动。头部32具有至少一个进口端口48和至少一个出口端口49，从而随着活塞36的运动而接收和排出流体，下面进行进一步地解释。
如图2a所示，第一流体腔50与进口端口48流体连通，这样，当活塞36向下运动到第一位置时，流体被汲取穿过进口端口48、一个通道54，经过一个阀56(例如一个簧片阀)，穿过一个孔道58，并进入第一流体腔50(由箭头A表示)。如图2b所示，第一流体腔50还与出口端口49流体连通，这样，当活塞36向上运动到第二位置时，流体被从第一流体腔50排出，穿过出口60，经一个阀62(例如一个簧片阀)，穿过一个孔道64，并流出出口端口49(由箭头D表示)。
第一管道66将第一流体腔50和第二流体腔52连通，这样，当活塞36向上运动到第二位置时，流体可以从第一流体腔50转移到第二流体腔52(由箭头C表示)。在这种实施方式中，第一管道66包括孔道58、通道68和进口70。但是在其它的实施方式中，第一管道66可以包括任意单独的或序列的孔道和/或通道，当泵送装置36运动到第二位置时，它们适于将流体从第一流体腔50传递到第二流体腔52中。
如图2b所示，第二管道67将第一流体腔50和出口端口49相连通，这样，当活塞36向上运动到第二位置时，流体可以从第一流体腔50转移到出口端口49(由箭头D表示)。在这种实施方式中，第二管道67包括出口60和通道64。但是在其它的实施方式中，第二管道67可以包括任意单独的或序列的孔道和/或通道，当泵送装置36运动到第二位置时，它们适于将流体从第一流体腔50传递到出口端口49。
和第一流体腔50相同，第二流体腔52也与出口端口49流体连通。因此，如图2a所示，当活塞36向下运动到第一位置时，汲取流体进入第一流体腔50(由箭头A表示)，同时第二流体腔52中的流体排出穿过出口76，经过阀78，穿过通道80，并排出出口端口49(由箭头B表示)。如图2b所示，当活塞36接着又向上运动到第二位置时，第一流体腔50中的一些流体如上所述穿过第二管道67而被排出，同时第一流体腔50中的一些流体穿过第一管道66而被排出，并进入第二流体腔52，如图2a所示，当活塞36又返回到第一位置时，流体在此处被第二次压缩。
由于第一流体腔50中的流体通过孔道58和出口60从其中排出(如图2b所示)，所以，穿过第一管道66汲取进入第二流体腔52中的空气的量与从出口60穿过出口端口49排出的空气的量成反比。第二流体腔52比第一流体腔50的容积小，这样在第一流体腔50中已经被压缩，并从第一流体腔50转移到第二流体腔52中的流体就可以在第二流体腔52中被进一步压缩。另外，第二流体腔52的尺寸比第一流体腔50的尺寸足够小，从而保证当考虑到一些流体经过出口60排出第一流体腔50时，仍存在足够的压力允许进一步压缩。第二流体腔52比第一流体腔50小的这种创造可以通过各种方式实现，例如，通过不仅由外径(例如活塞通道34)，而且由内径(例如活塞杆44)来确定第二流体腔52。
由于第一和第二流体腔50，52都是直接与出口端口流体连通(即，流体可以从每个腔与出口端口相连通，而不需要经过其它的腔)，所以在活塞36的上升冲程和下降冲程中流体都穿过出口端口49而被排出，从而降低了双作用泵的冲击作用。而且，由第二流体腔52供给的流体已经被压缩两次，提供了更加浓缩的流体。但是，穿过出口端口49被压缩两次的流体的排放由第一流体腔50供给的只被压缩过一次的流体所替代，其中第一流体腔50供给的流体仅仅被压缩一次，所以降低了热量。
在图2a-2b所示的实施方式中，虽然孔道58允许流体流入和流出第一流体腔50，但是在一些实施方式中，可以提供独立的进口72和出口74来代替孔道58，如图3a-3b所示。在这些实施方式中，第一管道66包括出口74，通道75和进口70。
由于条件可能不同，所以可能需要不同水平的压缩空气，可能希望提高或降低从泵排出的压缩流体的浓度。因此，在这些实施方式中，上面所述的设计通过应用一个或多个密封装置，通过密封第一和第二流体腔50、52所连通的管道66，来限制流体的流量，从而可以用于产生一种直的双作用泵，或单动泵，下面将对这些进一步说明。
例如，在一些公共汽车或长途运输卡车上会需要这种泵，这些公共汽车或长途运输卡车有时行进很长的距离，或其它情况下在相对短距离的过程中反复起动和停止。在这些情况下，对于同一交通工具来说，在不同的时刻会需要不同量的压缩空气。因此，如图4-5所示，在一些优选的实施方式中，泵可以包括一可控密封装置90。当需要降低被泵排出的流体浓度时，密封装置90(例如可以包括一个控向阀)可以设定为限制第一流体腔50和通道68之间的流量，如图4所示。因此，当活塞36从第一位置向第二位置运动时，在第一流体腔50中的流体会被压迫出去而仅仅穿过出口60(由箭头E表示)，并且流体会从进口端口直接汲取到第二流体腔52中(由箭头F表示)。因此，有效地产生了一种双作用泵。可选择的是，如图5所示，密封装置90可以设置为限制从进口端口48和第一流体腔50流向通道68的流体流量，彻底切断第二流体腔52，从而有效地产生单动泵。
在一些实施方式中，可能知道直的双作用泵、单动泵或两级泵。如图6-7所示，在这些实施方式中，密封装置可以简单地包括一块板92，该板安装到气缸28和上方阀板30之间。这块板可以包括适于用作具体所需流体路径的孔、阀或壁部分的任意配置。
例如，如图6所示，板92可以简单地加一个单向阀94，例如簧片阀，从而允许流体通过孔道58流入第一流体腔50，而不会通过孔道58流出第一流体腔50，因此有效地产生类似于图4中的双作用泵。可选择的是，如图7所示，板可以作为一个壁元件96，放置在沿着通道68的两点间，从而彻底封闭第二流体腔52，因此有效地产生类似于图5中的单动泵。
可选择的是，如果需要提高压缩流体的浓度，那么壁元件96可改为放置在阻隔出口60的位置上，从而有效地产生直的两级压缩泵。类似的，在出口60处可以放一个可控阀，该阀可以设定为既能限制又能允许流体穿过出口60流出第一流体腔50。
在一些有利的实施方式中，在孔道58和出口60处可以放置控向阀，从而提供最大数量的多功能性。这些阀可以是阀板的一部分，阀板既可以人工控制也可以由致动器自动控制，例如，通过从反映交通工具的压缩流体需求的各零件接收信号并相应控制各阀的一种电子控制单元(未示出)来自动控制。这样的致动器，例如当所需的压缩流体的量上升超过一定的阈值时，启动密封装置。
在上面描述的实施方式中，由于压缩机可以用于适合不同的条件，所以，压缩机可以适于应用多种可选择的装置来适应那些条件，如图1所示。例如压缩机可以包括放置在密封板25中的活塞轴承98，如果条件不强烈，可以被密封。但是，如果条件适中，并且需要很多个泵，那么轴承可以是开放的，并且需要在驱动轴室23中应用一个油槽或油雾，以及一个油封圈99，从而保证油不会进入腔50，52。如果条件强烈，并且由活塞连续地产生大量强压缩空气，那么还需要应用一个水套29以冷却空气。
应该理解，前面所述仅是说明性的，而不是用于限定，并且在不背离本发明精神的情况下，本领域的技术人员可以作各种改进。因此，应主要参考附加的权利要求而不是前述详细说明来确定本发明的范围。