專利名稱：泵密封裝置的制作方法
背景技術：
本發(fā)明通常涉及泵，更特別是一種隔膜泵。隔膜泵裝配有多個形成接頭的元件，為了確保無泄漏條件，這些元件必須被密封。典型的目前的隔膜泵密封技術不能生產在所有條件下無泄漏的泵。
有兩種主要的接頭在評價小型隔膜泵時必須要考慮。第一種是當隔膜夾在泵頭，通常為多個部件的組件，和泵主體之間時，圍繞隔膜外周的密封接頭。這種密封接頭為密封和夾緊端，從而在操作泵時確保隔膜處于原位。因此，如果存在良好的密封但是隔膜不能適當?shù)乇粖A緊，由于操作泵隔膜移動可能導致密封失敗。第二個密封區(qū)域為容納泵閥的元件之間的區(qū)域。其通常為形成典型地被稱作“頭部”的上部元件和典型地被稱作“腔”的下部元件的泵頭內的縫隙。目前有幾種方法對與閥整體成形的墊片到圍繞接頭的閥部分的單獨的墊片的接頭進行密封。
在歷史上，目前用于所述接頭的技術不能在泵可能經歷的所有條件下，保持泵不泄漏。在其中，這些條件包括高壓、極粘性流體、具有非常低表面張力的流體、極度熱變化。因此需要一種具有牢固密封的隔膜泵。
發(fā)明概述因此，本發(fā)明的一個目的是證明一種具有堅固密封特性的隔膜泵。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有雙密封表面的隔膜。
本發(fā)明的另一目的是提供一種具有大量壓縮的墊片的隔膜泵。
所述和其它目的由本發(fā)明滿足，其中一種實施方案提供一種用于泵的密封裝置，包括具有形成的周向楔形的套的第一元件；具有與套相對的邊緣的第二元件；置于第一和第二元件之間的隔膜。所述隔膜包括具有縱軸的中心桿部；連接到桿部的盤狀頭部；圍繞頭部的外周設置的直立凸緣，凸緣包括通常徑向向外的第一成角度表面，以及通常徑向向內的第二成角度表面。凸緣容納在套中，從而在隔膜和第一元件之間形成兩個獨立的、間隔開的密封表面。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，每個成角度的表面與縱軸的角度設置成大約10度至大約30度。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，每個成角度的表面與縱軸的角度設置成大約15度。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，凸緣包括置于成角度表面之間、基本平坦的軸向表面。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，隔膜包括鄰近第二成角度表面設置的、基本上有平行邊的第一平面部分，第一平面部分夾在第一和第二元件之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，隔膜包括鄰近第二成角度表面設置的、基本上有平行邊的第二平面部分，第二平面部分夾在第一和第二元件之間。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，在邊緣中形成V形凹槽。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，隔膜包括選自含氟彈性體和乙烯丙稀二烯三元共聚物的一種材料。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，套包括基本上徑向向外的第三成角度表面，以及基本上徑向向內的第四成角度表面。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，密封裝置包括第一和第二元件，每個元件具有平面，元件共同限定用于容納墊片的密封裝置；墊片置于密封裝置內、由彈性材料制成，墊片包括一平面板，以及在第一密閉通道延伸的具有環(huán)形橫截面的第一凸緣。選擇第一凸緣和第一和第二元件的尺寸，使得第一凸緣從其自由態(tài)沿直徑壓縮至少大約40％。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，第一凸緣從其自由態(tài)壓縮大約50％至大約60％。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，墊片進一步包括在第一密閉通道內的密閉通道延伸并容納在密封裝置內的具有環(huán)形橫截面的第二凸緣。選擇第二凸緣和第一和第二元件的尺寸，使得第二凸緣從其自由態(tài)沿直徑壓縮至少大約40％。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，第二凸緣從其自由態(tài)壓縮大約50％至60％。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，隔膜包括選自含氟彈性體和乙烯丙稀二烯三元共聚物的一種材料。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，泵包括具有形成的周向楔形套的泵頭；具有與套相對邊緣的主體；以及置于泵頭和主體之間的隔膜。隔膜包括設置的具有縱軸的中心桿部；連接到桿部的盤狀頭部；圍繞頭部的外周設置的直立的隔膜凸緣，隔膜凸緣包括通常徑向向外的第一成角度表面，以及通常徑向向內的第二成角度表面。隔膜凸緣容納在套中，從而在隔膜和第一元件之間形成兩個間隔的密封表面。
根據(jù)本發(fā)明的另一實施方案，泵頭包括腔和具有匹配平面的頭部，腔和頭部共同限定用于容納墊片的密封裝置。泵進一步包括置于密封裝置內、由彈性材料制成的墊片。墊片包括平面板，以及在第一密閉通道延伸的具有環(huán)形橫截面的第一凸緣。選擇第一凸緣和第一和第二元件的尺寸使得第二凸緣從其自由態(tài)沿直徑壓縮至少40％。
附圖的簡要描述參考下述說明并結合附圖，可以極好地理解視為本發(fā)明的主題，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明構造的隔膜泵的頂視圖；圖2是沿圖1線2-2得到的圖；圖3是根據(jù)本發(fā)明構造的泵隔膜的頂視圖；圖4是沿圖3線4-4得到的圖；圖5是圖4中一部分隔膜的放大圖；圖6是根據(jù)本發(fā)明構造的墊片的頂視圖；圖7是沿圖6線7-7得到的圖；圖8是圖7中一部分墊片的放大圖9是圖1中一部分泵的放大截面圖，顯示其中設置有墊片；圖10是圖1中一部分泵的放大截面圖，顯示其中設置有隔膜；圖11是一部分泵腔和主體的放大截面圖，顯示了設置的隔膜的一種可選擇的實施方案。
發(fā)明的詳細描述參考圖，其中在全部各種圖中相同的參考數(shù)字表示相同的部件，圖1和2顯示根據(jù)本發(fā)明構造的示例性隔膜泵10。頭部12與腔14連接。頭部12和腔14共同被稱作泵頭16。頭部12和腔14之間的接頭用墊片18密封。泵體20與泵頭16的下端連接。一柔軟的隔膜22置于泵頭和主體20之間。隔膜22是泵10主要的工作部件，并也密封泵頭16和腔14之間的接頭，從而形成一工作空間24。隔膜22與動力源，例如電發(fā)動機通過適宜的連接，例如通過顯示的曲柄臂和凸輪元件26連接。在泵頭16內形成進入通道28，從入口30穿過吸入閥套32延伸到工作空間24。在泵頭內形成出口通道34，從工作空間24穿過出口閥套36延伸到排出閥38。
圖3，4和5更詳細地顯示隔膜22。隔膜22由柔軟、防漏的材料構成。可以使用任何阻擋流體被泵送并具有適當?shù)膹椥缘牟牧?。適宜的材料的實施例包括乙烯丙稀二烯三元共聚物(EPDM)或VITON含氟彈性體材料。隔膜22具有通常圓柱形、位于中央的桿部40以及盤狀的頭部42，其上表面形成隔膜22的表面44。在桿部40內形成中心孔46。直立的凸緣48，在圖5中更詳細地顯示，形成于隔膜22的外周邊緣50上。凸緣48包括一扁平、面向軸向的表面52，其側面是徑向向外的外部成角度的表面54，以及徑向向內、內部成角度的表面56。每個成角度的平面54和56被設置成與隔膜22的縱軸“L”平行的參照線成角度“A”。
圖10顯示隔膜22如何設置在主體20和泵腔14之間。腔14包括繞其外周軸向延伸的楔形套58，套容納隔膜22的凸緣48。套58通常具有和凸緣48相同的橫截面形狀，并且包括軸向的表面60，所述表面的側面是第一和第二成角度的表面62和64。將套58設置成使得隔膜22上凸緣48的中心線“B”(見圖5)與套58的中心線“P”重合。然而，隔膜22的凸緣48和腔14的套58之間的尺寸關系是這樣，以致當完全裝配時，套58和頭部48之間形成預定的阻礙，壓縮凸緣48并形成主要的接頭66。
所述的阻礙對頭部48的每個成角度表面54和56產生一定量的壓縮力。所述壓縮在隔膜22的成角度表面54和56以及腔14的接觸面62和64之間形成密封。由于隔膜22中使用的材料基本上是不能壓縮的，腔14內的套58的深度大于凸緣48的高度，其允許被壓縮的凸緣材料在主要接頭66移動。圖10中用實線顯示隔膜22被壓縮的形狀，用標為“FD”的虛線顯示隔膜22自由的形狀。
主要接頭66的對稱錐形設計產生兩個密封表面，相同的壓力施加到兩個側面上。由于產生的壓力具有水平向量(即，相對于泵中心線L徑向定向)和垂直向量(即，與泵中心線L水平)，主要接頭66起密封特性作用，防止腔14和主體20之間的泄漏，以及夾緊特性作用，使隔膜22保持原位。角度“A”在大約100至300變化。比大約100小得多的角度開始失去有效的夾緊作用所需的垂直向量。比大約300小得多的角度開始失去產生堅固的密封作用所需的水平向量。在顯示的實施例中，角度“A”為大約150。
阻礙的量部分由構造成進入凸緣48的角度、用于隔膜22的材料的類型和隔膜22的設計，包括但不限于其厚度和全徑所確定。顯示的設計使用相當數(shù)量的阻礙，其等于大約為22％的總壓縮率，但是，可以使用大約16％至大約40％的比率。當所述范圍的上限等同于O型環(huán)的表面密封條件中認為的工業(yè)標準，凸緣48的錐形設計允許壓縮率的下限降至較低的水平，而仍保持極好的密封和夾緊特征。
除了套58和凸緣48的接頭提供的夾緊作用，壓縮力施加到直接靠近凸緣48的內部成角度表面56的隔膜22的小平行邊平面68。平面68的寬度“W”(見圖4)可以與實際的一樣大，但應不小于0.38mm(.015英寸)。寬度W的示例性值從大約0.38mm(.015英寸)至大約0.51mm(.020英寸)。該寬度足夠用于直徑為大約2.54cm(1英寸)的隔膜。大的隔膜可能需要平面68增加一些寬度。平面68夾在形成于腔14內的周向上邊緣70和形成于主體20內的周向下邊緣72，所述下邊緣以V形槽74為界。由于泵10的設計有意為隔膜22在所述區(qū)域的移動提供非常小的空間，平面68上的壓縮量將小于現(xiàn)有技術“表面密封”設計使用的壓縮量。顯示的實施例使用的壓縮率為大約13.5％。然而，根據(jù)總體設計，大約10％至大約25％的壓縮率對所述夾緊特性是適宜的。
作為一種選擇，如圖11所示，具有朝凸緣148徑向向外設置的平面168的隔膜122可以用在腔114和主體120之間。在所述實施方案中，可以提供區(qū)域76俘獲更多的彈性體位移。對于俘獲的位移，可以容易地施加更高的壓縮率，例如30％以上或40％。
平面68不是主要的密封或夾緊部件，但作為次要夾緊部件隔離隔膜22從主要接頭66的運動。這消除了隔膜22的成角度表面54和56和產生錐形主要接頭66的腔14的配合表面62和64之間可能的運動。通過這樣，在隔膜22和腔14之間產生永久并堅固的接頭。對具有所述構造的裝配過程同樣有益。凸緣48和套58的錐形形狀驅動隔膜22到達腔14內的準確同心位置，從而防止裝配時沒有對準隔膜22。對于現(xiàn)有的平面隔膜或具有直邊凸緣的隔膜，沒有體現(xiàn)出這種益處。
即使凸緣48的中心線直徑和套58之間有偏差，錐形接頭構造足以補償這兩個部件之間任何預期的改變。如果，例如凸緣48的中心線直徑(在線“B”測量)大于或小于套68的中心線直徑(在線“P”測量)0.254mm(.010英寸)，裝配時凸緣48開始仍對準套58，分別被徑向向外拉動或徑向向外推動，促使所述部件如預期一起固定。
現(xiàn)在回到圖6-9，更詳細地顯示墊片18。墊片18由柔軟、防漏材料構成?？梢允褂萌魏巫钃躅A期的流體被泵送并具有適當?shù)膹椥缘牟牧稀＿m宜的材料的實施例包括乙烯丙稀二烯三元共聚物(EPDM)，含氟彈性體和全氟彈性體，以及VITON含氟彈性體材料。墊片18為一連續(xù)元件，包括平面板78，一對間隔的具有環(huán)形截面的外凸緣80和80’，一對間隔的具有環(huán)形截面的內凸緣82和82’，每對具有直徑“O”。如果需要，可以只使用一個凸緣或多個凸緣。在平面圖中，墊片18被構造成使得凸緣80和82圍繞區(qū)域的周邊被密封。在顯示的特定的實施例中，墊片18包括兩個基本上成矩形的區(qū)域84和86。
圖9顯示墊片18如何被設置在頭部12和腔14之間。墊片18被容納在的頭部12的平坦下表面88和形成于腔14的上表面92的凹槽90之間，所述下表面和凹槽共同限定一密封裝置94。選擇密封裝置94的尺寸，使得當裝配完全時，在形成密封的密封裝置95和套凸緣80和82之間形成預定的干涉。在圖9中用實線顯示墊片18被壓縮的形狀，用標有“FG”的虛線顯示自由的形狀。由于所述密封為永久的固定密封，發(fā)現(xiàn)可以施加墊片凸緣80和82的高壓縮，沒有產生不利的結果。由于密封裝置94的設計，具有在高壓縮條件下墊片18變形的適宜的空間。
現(xiàn)有技術推薦的固定O形環(huán)表面密封的壓縮范圍為大約20％至大約40％。這種典型的固定壓縮的范圍作用良好，但如果需要，可達大約50％至60％的壓縮量可以施加到墊片凸緣80和82上。當和用某些先進的工程樹脂模制的塑料部件一起使用時，這是有益的。這些塑料材料中的一些傾向于顯示不正常的模制后條件例如下陷或彎曲，這實際上會導致密封裝置94的深度變化。密封裝置94的標稱深度越小，假定的變形量會具有越大的影響。盡管這些塑料變形是從來不希望的，當和塑料注射模制的部件，特別是當和某些相容性或其它物理特性必需的某些材料一起使用時，所述變形是固有的。
例如，密封裝置94可以具有0.89mm(.035英寸)的標稱深度D。允許35％壓縮率的典型的O形環(huán)設計具有1.37mm(.054英寸)的標稱直徑。如果頭部12和腔14具有一定程度的下陷和/或彎曲，其結合使密封裝置94的某些區(qū)域增加0.20mm(.008英寸)，希望在最大深度1.09mm(.043英寸)允許35％的壓縮率。因此，直徑“O”為1.68mm(.066英寸)的O形環(huán)可以用于墊片凸緣80和82。因此在密封裝置深度D只有0.89mm(.035英寸)的地方，這會產生47％的壓縮。當壓縮率高于工業(yè)可接受范圍內認為的壓縮率，本發(fā)明設計允許高壓縮有效地工作從而密封所述接頭。
上述描述了具有獨特密封裝置的隔膜泵。盡管描述了本發(fā)明特定的實施方案，對本領域普通技術人員來說顯而易見的是可以對其進行各種改進而沒有偏離本發(fā)明的精神和范圍。因此提供本發(fā)明優(yōu)選實施方案的前述描述和實現(xiàn)本發(fā)明的最佳方式僅是為了說明的目的，而不是為了限制。
權利要求
1.一種用于泵的密封裝置，包括具有形成的周向楔形套的第一元件；具有與所述套相對的邊緣的第二元件；置于所述第一和所述第二元件之間的隔膜，包括具有縱軸的中心桿部；連接到所述桿部的盤狀頭部；以及圍繞所述頭部的外周設置的直立凸緣，所述凸緣包括通常徑向向外的第一成角度表面，以及通常徑向向內的第二成角度表面；其中所述凸緣容納在所述套中，從而在所述隔膜和所述第一元件之間形成兩個獨立的、間隔開的密封表面。
2.權利要求1的密封裝置，其中每個所述成角度的表面與所述縱軸的角度設置成大約10度至大約30度。
3.權利要求2的密封裝置，其中每個所述成角度的表面與所述縱軸的角度設置成大約15度。
4.權利要求1的密封裝置，其中所述凸緣包括置于所述成角度表面之間的基本平坦的軸向表面。
5.權利要求1的密封裝置，其中所述隔膜包括鄰近所述第二成角度表面設置的、基本上有平行邊的第一平面部分；以及所述第一平面部分夾在所述第一和第二元件之間。
6.權利要求1的密封裝置，其中所述隔膜包括鄰近第二成角度表面設置的、基本上有平行邊的第二平面部分；以及所述第二平面部分夾在所述第一和第二元件之間。
7.權利要求1的密封裝置，其中在所述邊緣中形成V形凹槽。
8.權利要求1的密封裝置，其中所述隔膜包括一種選自含氟彈性體、乙烯丙稀二烯三元共聚物及其組合物中的材料。
9.權利要求1的密封裝置，其中所述套包括基本上徑向向外的第三成角度表面，以及基本上徑向向內的第四成角度表面。
10.一種密封裝置，包括第一和第二元件，每個元件具有平面，所述元件共同限定用于容納一個墊片的密封裝置；置于密封裝置內的由彈性材料制成的墊片，所述墊片包括一平面板，以及在第一密閉通道延伸的具有環(huán)形橫截面的第一凸緣；其中，選擇所述第一凸緣和所述第一和第二元件的尺寸，使得所述第一凸緣從其自由狀態(tài)沿直徑壓縮至少大約40％。
11.權利要求10的密封裝置，其中所述第一凸緣從其自由狀態(tài)壓縮大約50％至大約60％。
12.權利要求10的密封裝置，其中所述墊片進一步包括在第一密閉通道內的密閉通道延伸并容納在所述密封裝置內的具有環(huán)形橫截面的第二凸緣，其中選擇所述第二凸緣和所述第一和第二元件的尺寸，使得所述第二凸緣從其自由狀態(tài)沿直徑壓縮至少大約40％。
13.權利要求12的密封裝置，其中所述第二凸緣從其自由狀態(tài)壓縮大約50％至60％。
14.權利要求10的密封裝置，其中所述墊片包括一種選自含氟彈性體，全氟彈性體乙烯丙稀二烯三元共聚物及其組合物中的材料。
15.一種泵，包括具有形成的周向楔形套的泵頭；具有與套相對的邊緣的主體；以及置于所述泵頭和所述主體之間的隔膜，包括設置的具有縱軸的中心桿部；連接到所述桿部的盤狀頭部；以及圍繞所述頭部的外周設置的直立的隔膜凸緣，所述隔膜凸緣包括通常徑向向外的第一成角度表面，以及通常徑向向內的第二成角度表面；其中所述隔膜凸緣容納在所述套中，從而在所述泵頭和所述隔膜之間形成兩個間隔的密封表面。
16.權利要求15的泵，其中所述泵頭包括腔和具有匹配平面的頭部，所述腔和所述頭部共同限定用于容納一個墊片的密封裝置，所述泵進一步包括置于密封裝置內、由彈性材料制成的墊片，所述墊片包括平面板，以及在第一密閉通道延伸的具有環(huán)形橫截面的第一凸緣；其中，選擇所述第一凸緣和所述第一和第二元件的尺寸，使得所述第一凸緣從其自由狀態(tài)沿直徑壓縮至少大約40％。
17.權利要求16的泵，其中所述第一凸緣從其自由狀態(tài)壓縮大約50％至大約60％。
18.權利要求16的泵，其中所述墊片進一步包括在所述第一密閉通道內的密閉通道延伸并容納在所述密封裝置內的具有環(huán)形橫截面的第二凸緣，其中選擇所述第二凸緣、所述頭部和所述腔的尺寸，使得所述第二凸緣從其自由狀態(tài)沿直徑壓縮至少大約40％。
19.權利要求18的泵，其中所述第二凸緣從其自由狀態(tài)壓縮大約50％至60％。
20.權利要求16的泵，其中所述隔膜包括一種選自含氟彈性體，乙烯丙稀二烯三元共聚物及其組合物中的材料。
全文摘要
用于泵的密封裝置包括具有周向楔形的套的第一元件；具有與所述套相對的邊緣的第二元件；置于這兩個元件之間的隔膜。隔膜包括中心桿部，連接到桿部的盤狀頭部以及圍繞頭部的外周設置的直立凸緣。所述凸緣包括第一成角度表面以及第二成角度表面。凸緣容納在套中，從而在隔膜和第一元件之間形成兩個獨立的、間隔開的密封表面。所述密封裝置也可以包括由彈性材料制成的墊片，其具有一平面板，所述平面板具有置于兩個元件之間的密封裝置內的環(huán)形橫截面的凸緣。選擇凸緣和密封裝置的尺寸，使得凸緣從其自由態(tài)沿直徑壓縮至少大約40％。
文檔編號F04B45/00GK1950632SQ200580013674
公開日2007年4月18日 申請日期2005年3月16日 優(yōu)先權日2004年3月16日
發(fā)明者D·A·科蒂斯 申請人:哈格雷夫斯技術公司