CN108603497B - 主动式调压室 - Google Patents

Abstract

一种用于涂料供应系统的主动式调压室，包括涂料通道、连接到加压流体供应源的流体腔室、隔膜、弹簧以及响应隔膜的移动的装置，用于实现加压流体供应源到流体腔室的连接和断开，并且用于释放流体腔室中的流体压力。通过隔膜将涂料通道与流体腔室密封地分开。弹簧具有弹簧刚度，使得由弹簧施加在隔膜上的力限制隔膜在选定范围的泵出口压力下移动，以便减少隔膜的移动并降低系统对不希望的振荡的敏感性。通过在主动式调压室上游使用往复泵引起的涂料流中的压力波动被最小化。

Description

主动式调压室

技术领域

本发明涉及一种适用于涂料供应系统中的往复泵的主动式调压室。

背景技术

在涂料供应系统中，通常使用往复泵在整个系统中移动涂料。往复泵通常由位于气缸内的活塞组成。活塞在气缸内以往复移动的方式被驱动。借助于入口和出口阀，提供泵送作用以泵送涂料或任何其他流体。当在“上冲程”期间活塞在一个方向上被驱动时，在出口阀关闭的同时，涂料通过入口阀被拉入气缸。当在“下行程”期间以相反方向驱动气缸时，在入口阀关闭的同时，涂料通过出口阀被推出气缸。因此，当涂料通过往复泵时，动能从活塞传递到涂料，以便在系统周围泵送涂料。

在涂料供应系统中使用的往复泵的固有特征是在泵的方向反转的点处涂料压力突然下降。诸如主动式调压室的装置用于维持泵下游的系统压力并克服涂料压力的这种突然下降。

通常，用于涂料供应系统的主动式调压室包括流体腔室和涂料通道。流体腔室具有加压流体源和排出口(exhaust)。流体腔室和涂料通道由柔性隔膜密封分开。由于泵的方向反转，涂料流中的压力瞬间变化将最初导致隔膜开始偏转。流体腔室中的机构对该偏转做出反应，以确保通过在流体腔室中填充或排出流体来增加或减少流体腔室中的压力，以便将隔膜保持在中性位置处或附近。其效果是隔膜在涂料流上施加适当的力，以使主动式调压室下游的涂料流中的压力保持在接近恒定的水平。

当前的装置适合于保持恒定的系统压力，其中所使用的往复泵的类型是活塞泵。活塞泵通常在一次冲程中保持相对稳定的压力输出。然而，存在其他泵，其在单个行程中不能保持如此稳定的压力输出，例如隔膜泵。在当前的主动式调压室与这些类型的泵结合使用时，系统易于发生不希望的振荡，因此称为“摆动(hunting)”。在某些情况下，有利的是使用隔膜泵代替活塞泵，因为易于清洁，并且降低了流体(例如来自润滑剂)污染的风险。

考虑到上述情况，本发明的目的是提供一种改进的主动式调压室。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于涂料供应系统中的泵的主动式调压室，所述主动式调压室包括涂料通道、用于连接到加压流体供应源的流体腔室、隔膜、弹簧和响应隔膜的弯曲的装置，用于实现加压流体供应源到流体腔室的连接和断开，并用于释放腔室中流体的压力。所述涂料通道通过隔膜与流体腔室密封地分开，并且弹簧作用在隔膜上并且具有弹簧刚度，使得由弹簧施加在隔膜上的力限制隔膜在所选择范围的泵出口压力下移动，以便减少由于对于隔膜的移动的范围的涂料压力的变化而导致的隔膜移动，其中所述响应隔膜的弯曲的装置不会影响加压流体供应源到流体腔室的连接，或者释放流体腔室中的流体压力。

使用特定弹簧刚度的弹簧是有利的，因为它降低了系统发生不希望的振荡的可能性，所谓的“摆动”。本发明的一个目的是在操作期间，附接到弹簧的隔膜保持定位在中性位置附近，中性位置被定义为与隔膜可能经受的第一弯曲极端和第二弯曲极端等距的位置。“被动范围”是在不接合改变流体腔室中的压力的装置的情况下，在泵的操作期间容许的涂料的压力变化的范围。弹簧刚度使得由于在被动范围内的压力变化而由涂料施加的力将不允许膜弯曲到这样的程度：即实现加压流体与流体供应的连接和断开以及释放腔室中的流体压力的装置被激活。因此，当存在处于在被动范围内的压力变化时，流体腔室内的压力没有变化。

然而，当涂料压力的变化超出被动范围时，通过隔膜的移动激活实现加压流体与流体供应的连接和断开以及用于释放腔室中的流体压力的装置。因此，由弹簧施加在隔膜上的力与由于涂料通道中的涂料和流体腔室中的流体之间的压力差引起的隔膜上的力的结合，导致隔膜保持在中性位置附近。应当理解，如果弹簧刚度太高或太低，则流体腔室中的流体压力将随着泵输出压力而波动，并且不会在中性位置附近处于稳定的平衡状态。

主动式调压室还可以包括可与隔膜配合的阀芯，并配置成在隔膜的弯曲时移动，用于实现加压流体供应源到流体腔室的连接和断开，并且用于释放流体腔室中的流体的压力。

根据本发明的第二方面，提供了一种主动式调压室，用于涂料供应系统中的泵。主动式调压室包括涂料通道、具有排出通道的流体腔室、用于连接到加压流体供应源的入口，并且通过隔膜与所述涂料通道密封分开。弹簧，设置成在所述隔膜上施加力。响应于隔膜的弯曲的阀芯，以在填充位置和排出位置之间移动，在填充位置，腔室的入口被打开以允许加压流体进入而排出通道被关闭，在排出位置，入口被关闭并且排出通道被打开。所述阀芯的移动包括中间位置，在中间位置，所述入口和所述排出通道都被关闭。由所述弹簧施加在所述隔膜上的力限制了隔膜在一定范围的涂料压力下的移动，以便减少阀芯在所述中间位置的移动。

在第一方面或第二方面的实施例中，主动式调压室还可以包括用于流体腔室中的流体的排出通道，其中为了使流体可以从流体腔室排出，阀芯配置为以使得流体腔室中的流体与排出通道流体连通的方式移动。当流体腔室中的流体与排出通道流体连通时，主动式调压室处于排出状态。

在第一或第二方面的实施例中，主动式调压室还可以包括位于阀芯上的至少一个密封件，其中所述一个或多个密封件配置为，当阀芯处于第一位置范围时，阻止流体从加压流体供应源流到流体腔室和流体从流体腔室流到排出通道。所述一个或多个密封件还配置为使得当阀芯处于第二位置范围时，流体从加压流体供应源流到流体腔室，并且流体从流体腔室流到排出通道。当流体腔室中的流体与加压流体供应源流体连通时，主动式调压室处于填充状态。

使用位于阀芯上的一个或多个密封件是有利的，在于可以基于阀芯的位置防止或启用从加压流体供应源或到排出通道的流体流动。

在第一方面或第二方面的实施例中，主动式调压室还可以包括轴，所述轴在一端处连接到隔膜并且配置为使得隔膜的弯曲引起轴的移动。轴的移动与阀芯接合并且引起阀芯移动。轴可以是圆形的并且位于圆形孔中，其中在轴和用于阀芯的通道之间存在空间，该空间也可以是圆形的。

孔可以具有腔室连接洞，以及位于孔壁中的加压空气供应洞洞。腔室连接洞可以通向到流体腔室，并且加压空气供应洞可以通向加压空气供应源。将这些洞(holes)设置在孔(bore)中的优点是它们可以通过孔(bore)内密封件的移动而被密封或不密封。

阀芯可以围绕轴，使得在阀芯和孔壁之间存在环形空间。环形空间可以与孔壁和轴之间的空间(此后称为“孔空间”)密封，通过在阀芯的每个端部处使用密封件，使得阀芯可以在孔内移动，同时没有流体可以从环形空间进入孔空间。阀芯密封件在下文中称为“上阀芯密封件”和“下阀芯密封件”。上阀芯密封是指距隔膜最远的密封。“下阀芯密封”是指最靠近隔膜的密封。由于在连接加压流体供应源与环形空间的孔壁中设置流体供应洞，所述环形空间始终与加压流体供应源流体连通。由于上部阀芯密封件在腔室连接洞上的位置，环形空间并不总是与流体腔室流体连通。当阀芯沿着轴处于特定位置时，环形空间变得与加压流体供应源和流体腔室流体连通，使得流体可以经由环形空间和洞(holes)从加压流体供应源进入流体腔室。

所述环形空间的使用是有利的，在于可以移动阀芯，同时通过流体供应洞将与加压流体供应源的流体连接保持到环形空间。通过整个阀芯与上阀芯密封件和下阀芯密封件以及相关的环形空间的移动，可以使到流体腔室到环形空间的流体连接接合或脱开接合。

轴可以配置为在接合阀芯之前移动第一距离，使得隔膜可以弯曲预定量而不会引起到阀芯的移动。如果隔膜的弯曲的量不会使轴移动到所述第一距离，则这有利于防止流体腔室中不希望的压力波动。

轴还可以包括端部凸缘和一对轴密封凸缘，所述端部凸缘位于与所述隔膜连接的端部的相反端部附近，所述一对轴密封凸缘位于围绕所述轴定位在沿着隔膜与阀芯之间的轴上的位置处的轴密封件的侧面。如果阀芯位于所述端部凸缘和一对密封凸缘之间，则隔膜的设定程度的弯曲导致所述端部凸缘或所述轴密封凸缘中的一个与阀芯接触，以便实现阀芯移动。端部凸缘的优点在于，当轴由于隔膜的弯曲而被拉向涂料流体腔室时，可以接合阀芯。阀芯的这种移动可以允许流体腔室由于上阀芯密封件的移动而与排出通道流体连通。如果由于隔膜的弯曲将轴推离涂料流体腔室，则一对密封凸缘中的一个可以接合阀芯，并且轴密封可以与孔壁形成密封以防止腔室流体与阀芯相互作用，并允许轴的移动。

在第一方面或第二方面的实施例中，隔膜可以连接到轴。从这里开始，“向上”移动指的是轴的移动，使得通过隔膜的弯曲增加涂料通道的体积，并且“向下”移动指的是轴的移动，使得通过隔膜的弯曲减小涂料通道的体积。

如果通道涂料压力下降，则由于隔膜和轴的合成的移动引起的轴的移动，上部阀芯密封件可能向下移动到一点。排出通道是孔的延伸部分，并且然后通过腔室连接洞流体连通腔室流体。排出通道的压力低于流体腔室压力，并且因此流体腔室流体被排出，系统进入“排出”状态。

如果通道涂料压力增加，则上部阀芯密封件可以向上移动到一点，使得来自流体腔室的流体与阀芯和轴之间的环形空间流体连通。然后，流体可以经由环形空间和腔室连接洞从加压流体供应源自由地流动到流体腔室。这将导致腔室流体的压力增加并且系统进入“填充”状态。

该系统有效地形成反馈系统，其中腔室流体由于涂料压力的变化而被排出或填充，以便将隔膜保持在接近中性的位置并使涂料流中的压力相等。

在第一方面或第二方面的实施例中，主动式调压室可以连接到往复泵，例如隔膜泵，其目的是减小被泵送的涂料的压力波动。该系统可以通过利用由于流体腔室和弹簧内的压力调节产生的结果力来确保隔膜保持接近或处于中性位置，从而减小涂料流中的压力波动，从而通过隔膜在涂料上施加适当的力，以调节其中的压力。

除了上述优点之外，弹簧的优点还在于，其提供的力可以补偿由轴连接到隔膜引起的腔室流体作用在其上的面积损失。流体腔室中的流体压力可以减小到小于在通道中的涂料压力，这有利于确保设备可以在来自泵的完整涂料压力范围下操作。

在第一或第二方面的实施例中，主动式调压室还可以包括流体贮存器，其中所述贮存器被连接到流体腔室，以增加流体腔室的总体积。这是有利的，因为流体腔室的总体积增加，使得隔膜的在泵的方向改变期间弯曲时，流体压力的变化被最小化。

在第一方面或第二方面的实施例中，调压室可以进一步包括活塞，活塞与隔膜一起移动并且具有围绕活塞的活塞密封件，允许活塞在与流体腔室流体连通的第二腔室中的可滑动移动，其中第二腔室中的流体压力作用在所述活塞上，以在隔膜上提供额外的力。活塞杆在孔中可以滑动并连接到轴上。

第二腔室中的流体可以在活塞头的平坦表面上施加力。活塞头和活塞杆的相对表面不与流体腔室或第二腔室的加压流体接合。

在第一方面或第二方面的实施例中，主动式调压室还可从包括与流体腔室和第二腔室流体连接的管道。因此，流体腔室中的压力等于第二腔室中的压力。

活塞可以通过与轴的连接而与隔膜连接以便移动。

在第一方面或第二方面的实施例中，主动式调压室还可以包括在活塞、轴和孔壁之间的间隙，配置为如果间隙与流体腔室流体连接则将流体流引导至排出通道。

使用该活塞的优点在于，通过活塞头平坦表面的表面面积，流体腔室的流体的压力作用在其上的表面面积增加。这允许主动式调压室以比先前实施例可能的较高速率的隔膜泵和较高的涂料流动压力工作，同时流体腔室中的流体压力保持在与先前实施例中的流体压力相似的水平。

在第一或第二方面的实施例中，可以连接压力计，使得可以测量流体腔室中的流体压力。

附图说明

图1示出了处于稳定工作状态的根据本发明实施例的主动式调压室。

图2示出了处于腔室流体充注状态的根据本发明实施例的主动式调压室。

图3示出了处于腔室流体排出状态的根据本发明实施例的主动式调压室。

图4示出了根据本发明实施例的主动式调压室，其具有根据权利要求8所述的附加活塞。

具体实施方式

参考图1-3，示出了与隔膜泵一起使用的主动式调压室。

存在涂料通道1，其可以由隔膜泵(未示出)供给。在所示的实施例中，涂料可以通过导管2流入涂料通道1，并通过导管3流出。在其他实施例中，可能只有一个导管以“T形”布置连接到涂料供应系统，其中涂料通过同一导管流入和流出。涂料通道1通过柔性隔膜5与空气室4分开，柔性隔膜5被固定和密封，使得涂料通道1中的涂料和腔室流体不会接触。腔室流体通常是压缩空气，并且在以下描述中将称为空气。然而，可以使用其他流体，例如另一种气体或液压流体。

轴6附接到隔膜5并且容纳在孔28中。轴密封件7、端部凸缘8和一对密封凸缘30，31位于轴6上。轴密封件位于一对密封凸缘之间，在此称为顶部密封凸缘30和底部密封凸缘31。具有上阀芯密封件10和下阀芯密封件11的阀芯9围绕轴6放置。阀芯9被放置成使得如果轴移位超过预定量，则阀芯将与端部凸缘8或顶部密封凸缘30接触。在与端部凸缘8或顶部密封凸缘30接触的点处，轴阀芯9将分别地向下或向上移动。阀芯9的移动还引起存在于阀芯密封件10，11和孔壁之间的环形区域16的移动。阀芯密封件10，11防止来自环形区域的空气进入环形区域外的孔空间，同时允许阀芯9移动。轴密封件7将空气室4与阀芯9分开，使得空气室中的空气不会在阀芯上施加力。排出口12位于轴6上方并与孔连接。

加压空气供应源经过空气供应入口13通过空气供应洞15连接到环形区域16，使得来自空气供应源的空气填充在上部阀芯密封件10和下部阀芯密封件11之间的环形区域16。空气供应源的压力将大于空气室4的压力。

特定弹簧刚度的弹簧17在空气室侧上附接到隔膜5。弹簧17是螺旋弹簧，弹簧17设置在空气室4中并围绕轴6和孔28。

压力计18安装在空气室上，使得可以测量空气室内的压力。空气存储器(未示出)连接到空气室4上的端口19，以便在隔膜5弯曲时增加总空气压力和减小在空气压力中的变化。

由于凸缘8和密封凸缘30的定位，隔膜5能够弯曲预定量而不影响阀芯9和相关密封件10，11的移动。

在使用中，如果涂料压力增加到被动范围以上，则隔膜5将向上弯曲到这样的程度，并且弹簧17将被压缩，使得轴6将移动并使得阀芯9与顶部密封凸缘30接触，从而被向上推动。如图2所示，主动式调压室现在将处于填充状态。这将允许腔室连接洞20经由环形区域16与高压空气供应接触。腔室空气将从空气供应源中填充，并且由此产生的腔室空气的较高压力将在隔膜5上施加力，从而将隔膜5向下推动，以使隔膜5返回到接近中性位置并抵消在涂料流动中的压力增加。当隔膜5返回到中性位置时，轴6将被向下拉，导致阀芯与轴凸缘8相互作用，并且腔室连接洞20被上阀芯密封件10密封。现在，空气室4中的空气压力处于将隔膜5保持在中性状态所需的水平，直到涂料压力发生另一个变化。

相反地，如果涂料压力降低到低于被动范围，那么隔膜5将弯曲到这样的程度，即轴6将使阀芯9被轴凸缘8向下推。现在，主动式调压室处于排出状态，具体如图3所示。由于腔室连接洞20通过该移动而脱开密封，空气腔室中的空气现在经由具有较低压力的孔28暴露于排出通道12。因此，空气室中的空气被排出并且空气室4中的压力被释放，允许隔膜5向中性状态弯回。当隔膜接近中性位置时，腔室连接洞20被上部阀芯密封件10密封，从而停止从空气室4排出空气。

特定弹簧刚度的弹簧17在空气室侧被附接到隔膜5。弹簧17的弹簧常数使得当压力变化是在被动范围内时弹簧限制隔膜的弯曲。因此，由于这些压力变化水平而导致的隔膜5的弯曲不足以使轴6移动得足够远以使其能够实现气室4中的压力变化。这降低了系统对振荡或所谓的“摆动(hunting)”的敏感性。

通道19引导到空气存储器(未示出)，其增加了整个空气室容积。这是有利的，因为由此产生的更大体积的空气减少了由于泵的方向变化引起的压力变化期间隔膜5的偏转引起的空气室4的空气压力的变化。

参考图4，本发明的实施例包括位于第二腔室22中的活塞21，第二腔室22经由管道23连接到空气室4。空气室4中的空气压力等于第二腔室22中的空气压力。活塞21具有头部，该头部将二级腔室22分成上部二级腔室22a和下部二级腔室22b。活塞21连接到轴6，并且在活塞21的下侧上存在下杆表面32，其垂直于轴表面和孔壁，并且与阀芯9的顶部相对。

在使用中，在与由弹簧17施加的力以及由于空气室4中的空气压力而由隔膜5施加的力相同的方向上，第二腔室22中的压力在活塞21上施加力。通过阀芯9的移动来控制空气室4中的空气压力的装置与前述实施例相同，除了当系统处于排出状态时，阀芯9由于与下部杆表面32的接合而被向下推动。

由于活塞21通过轴6与隔膜5连接，由活塞21施加的力有助于由弹簧17和隔膜5上的加压空气提供的力。活塞头21由密封件26围绕，以防止加压空气进入下部第二腔室22b。下部第二腔室22b未被加压，使得施加在活塞头24顶部上的任何力都有助于由系统其他部分提供的其他力。

在阀芯9上方有一个由孔壁、轴6和活塞21限定的间隙27。当处于排出状态时，间隙27与腔室连接洞20流体接触，因此流体可以进入排出通道29并经由消音器12退出系统。

Claims (15)

1.一种主动式调压室，用于涂料供应系统中的泵，所述主动式调压室包括：

涂料通道；

用于连接到加压流体供应源的流体腔室；

隔膜；

弹簧；和

响应隔膜的弯曲的装置，用于实现加压流体供应源到流体腔室的连接和断开，以及用于释放流体腔室中的流体压力；

其中，所述涂料通道通过隔膜与流体腔室密封地分开；并且

所述弹簧作用在所述隔膜上并且具有弹簧刚度，所述弹簧刚度被选择为使得由弹簧施加在隔膜上的力限制隔膜在被动范围内的泵出口压力下的移动，所述被动范围是在泵的操作期间容许的涂料压力变化的范围，并且减少由于涂料压力变化而导致的隔膜在一定范围内的移动，由此使得所述响应隔膜的弯曲的装置不影响加压流体供应源到流体腔室的连接，并且不影响流体腔室中的流体压力的释放。

2.根据权利要求1所述的主动式调压室，还包括阀芯，所述阀芯能够与所述隔膜配合并且配置为在所述隔膜的弯曲时移动，用于实现所述加压流体供应源与所述流体腔室的连接和断开，并且用于释放所述流体腔室中的流体压力。

3.根据权利要求2所述的主动式调压室，还包括用于来自所述流体腔室的流体的排出通道，其中，所述阀芯配置为以这样的方式移动：使得所述流体腔室中的流体与所述排出通道流体连通，以便流体能够从流体腔室排出。

4.根据权利要求3所述的主动式调压室，还包括位于所述阀芯上的至少一个密封件，其中，所述一个或多个密封件配置为使得当阀芯处于第一位置范围时，阻止流体从加压流体供应源流到流体腔室，并且阻止流体从流体腔室流到排出通道。

5.根据权利要求4所述的主动式调压室，其中，所述一个或多个密封件还配置为使得当所述阀芯处于第二位置范围时，流体从所述加压流体供应源流到所述流体腔室，并且流体从所述流体腔室流到所述排出通道。

6.根据权利要求5所述的主动式调压室，还包括轴，其中，

所述轴在一端处被连接到隔膜，并且配置为使得隔膜的弯曲引起轴的移动；

轴的移动与阀芯接合并导致阀芯移动。

7.根据权利要求6所述的主动式调压室，还包括环形空间，其中，

所述阀芯围绕所述轴；

所述环形空间位于阀芯和孔之间；并且

当阀芯处于沿轴的特定位置时，所述环形空间始终与加压流体供应源流体连通，所述环形空间与加压流体供应源和流体腔室流体连通，使得流体能够通过环形空间从加压流体供应源进入流体腔室。

8.根据权利要求6所述的主动式调压室，其中，所述轴配置为在接合所述阀芯之前移动第一距离，使得所述隔膜能够弯曲预定量而不引起向所述阀芯的移动。

9.根据权利要求6所述的主动式调压室，其中，所述轴还包括端部凸缘和一对轴密封凸缘，所述端部凸缘位于连接到所述隔膜的端部的相对端部附近，所述一对轴密封凸缘位于围绕所述轴的轴密封件侧面的任一位置，使得隔膜的弯曲导致所述端部凸缘或一个所述轴密封凸缘与阀芯接触，以便实现阀芯移动。

10.根据权利要求1所述的主动式调压室，还包括流体贮存器，其中，所述流体贮存器连接到所述流体腔室，以便增加所述流体腔室的总体积。

11.根据前述权利要求中任一项所述的主动式调压室，还包括活塞，所述活塞被联接以便与所述隔膜一起移动并且具有围绕所述活塞的密封件，允许所述活塞能够在与所述流体腔室流体连通的第二腔室中的滑动移动，其中，第二腔室中的流体压力作用在所述活塞上，以在隔膜上提供额外的力。

12.根据权利要求11所述的主动式调压室，其中，第二腔室中的流体在活塞头的平坦表面上施加力，并且其中，所述活塞头和活塞杆的相对表面不与流体腔室或者第二腔室的加压流体接合。

13.根据权利要求11所述的主动式调压室，还包括管道，其中，所述流体腔室经由所述管道与所述第二腔室流体连通。

14.根据权利要求13所述的主动式调压室，其中，所述活塞被联接，用于通过与轴连接而与隔膜一起移动。

15.根据权利要求14所述的主动式调压室，还包括位于所述活塞下方的间隙，配置为如果间隙与流体腔室流体连通，则将流体流引导至排出通道。

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