專利名稱：改進(jìn)的皺形隔膜泵的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉 及一種改進(jìn)的波動(dòng)隔膜泵。
背景技術(shù)：
從文獻(xiàn)FR 2 744 769中可以了解到這樣的泵，其具有安裝在推進(jìn)腔室內(nèi)的隔膜， 以便在至少一個(gè)線性電磁致動(dòng)器的驅(qū)動(dòng)下在形成腔室的兩個(gè)端板之間波動(dòng)，用來從泵的入 口流向泵的出口推進(jìn)流體。致動(dòng)器的可動(dòng)部分通常直接聯(lián)接到在推進(jìn)腔室入口旁邊延伸的隔膜的外邊緣，其 賦予隔膜外邊緣以橫向振動(dòng)，由此，使得隔膜垂直于其平面波動(dòng)。波動(dòng)和流體之間的聯(lián)接效 應(yīng)是用來推進(jìn)流體從推進(jìn)腔室的入口流向出口。一般地，推進(jìn)腔室內(nèi)流體的流動(dòng)橫截面從推進(jìn)腔室的入口朝向泵的出口減小，因 為流量保持守恒，因此，引起流體加速并由此提高了推進(jìn)腔室各個(gè)橫截面內(nèi)測得的流體平 均速度，該速度從推進(jìn)腔室的入口朝向出口逐漸地增加。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明尋求提出一種效率可能更高的隔膜泵。為了達(dá)到該目的，本發(fā)明提供一種波動(dòng)隔膜泵，其具有用來接納所述隔膜的推進(jìn) 腔室，隔膜具有從推進(jìn)腔室入口朝向推進(jìn)腔室出口變化的機(jī)械特性，變化的方式如下當(dāng)隔 膜被致動(dòng)而隨從推進(jìn)腔室入口朝向出口傳播的行進(jìn)波變形以便推動(dòng)流體時(shí)，波在隔膜內(nèi)任 一橫截面的相對于推進(jìn)腔室內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的傳播速度，等于或大于所述截面內(nèi)流體的平均流 動(dòng)速度。這確保隔膜波在推進(jìn)腔室內(nèi)所有點(diǎn)處前進(jìn)的速度大于正在推進(jìn)的流體的速度，還 確保隔膜在波沿隔膜的全部傳播長度上將其機(jī)械能傳遞到流體。波動(dòng)隔膜和流體之間的聯(lián) 接因此得到優(yōu)化，由于隔膜全部表面面積是推進(jìn)的，因此隔膜的運(yùn)動(dòng)更加有效，由此提高泵 的效率。因此有可能提高推進(jìn)腔室出口處流體的速度并可獲得相對大的流率，有可能減小 隔膜直徑和泵頭的總體尺寸。此外，這能夠避免能量從流體到隔膜的任何正向傳遞，否則的 話，會(huì)帶來致使隔膜與端板接觸的危險(xiǎn)。這種接觸會(huì)引起噪聲并帶來隔膜損壞的風(fēng)險(xiǎn)。還 可減小推進(jìn)腔室出口處的壓力和流率的脈動(dòng)。在本發(fā)明的特別實(shí)施例中，該隔膜被賦予可變的剛度，該剛度從推進(jìn)腔室的入口 朝向出口增大。已經(jīng)知道，為確定使隔膜變形的行進(jìn)波的傳播速度，該剛度是重要的參數(shù)。


借助于附圖，可以更好地理解本發(fā)明，附圖中圖1是本發(fā)明波動(dòng)隔膜泵示意的半剖視圖；圖2是本發(fā)明各種特別實(shí)施例中盤形隔膜局部剖切的立體圖3是本發(fā)明另一特別實(shí)施例中配裝具有頸部的隔膜的波動(dòng)隔膜泵的剖視圖；圖4、5、6、7和8是本發(fā)明其它特別實(shí)施例中的隔膜的立體圖。
具體實(shí)施例方式參照圖1，本發(fā)明波動(dòng)隔膜泵包括延伸在兩個(gè)端板2之間的隔膜，兩個(gè)端板構(gòu)成流 體推進(jìn)腔室。致動(dòng)器(未示出)連接到隔膜邊緣3，并橫向地致動(dòng)隔膜邊緣3，使得隔膜隨 著從隔膜邊緣3朝向中心4傳播的行進(jìn)波而波動(dòng)。因此流體在兩個(gè)端板之間從隔膜周緣處 的推進(jìn)腔室入口向位于隔膜中心處的推進(jìn)腔室的出口傳遞。如果Z是泵的轉(zhuǎn)動(dòng)軸線，且如果在圍繞該軸線Z的圓柱上假想剖開，則可見位于端 板2之間的圓柱那部分形成了可讓流體通過的工作部分，忽略隔膜與圓柱相交的那部分。 自然，越靠近隔膜中心，工作部分的面積就減小，這是因?yàn)閳A柱半徑在減小，還因?yàn)閮蓚€(gè)端 板更加靠近在一起。對于如液體那樣的不可壓縮流體，推進(jìn)腔室入口和出口之間的流量守 恒，致使通過各個(gè)工作部分的流體平均速度增加，該增加正比于工作部分面積的減小。本發(fā)明尋求提出一種隔膜，其考慮到流體推進(jìn)腔室入口和出口之間的流體平均速 度的該種變化。

參照圖1，流體流動(dòng)部分位于隔膜和端板之間，以波的傳播速度前進(jìn)的波峰形成截 面的收縮。收縮處上游的壓力Pl和收縮處下游的壓力P2之間的壓差，取決于波傳播速度 和流體平均速度之間的速度差。該壓差(P1-P2)乘以所述截面的平均流量的乘積，對應(yīng)于 局部傳遞到流體的液壓功率。在推進(jìn)腔室的全部橫截面上保持正的速度差，能夠確保波在沿著隔膜的全部傳播 長度上(在此實(shí)例中，即，在隔膜全部的工作半徑上)對流體有正的功率傳遞。因此，波的狀態(tài)建立起一系列收縮和壓差，它們從推進(jìn)腔室的入口壓力延伸到出 口壓力。入口壓力和出口壓力之間的壓差乘以平均流量，對應(yīng)于傳遞到流體的平均液壓功 率。在此實(shí)例中，可以確保隔膜在其全部工作半徑上將其機(jī)械能傳遞到流體，在推進(jìn)腔室的 全部橫截面上傳播的隔膜內(nèi)的行進(jìn)波以一定速度傳播，該速度快于流體行進(jìn)通過推進(jìn)腔室 的所述截面的速度。在圖2中以附圖標(biāo)記A給出的特別實(shí)施例中，為此目的，隔膜1由多個(gè)同心環(huán)形部 分組成，這些部分由不同彈性模量的材料制成，這些材料這樣進(jìn)行設(shè)置隔膜材料的彈性模 量E從隔膜周緣3朝向隔膜中心4在增加，增加的速率快于隔膜厚度k減小的速率。彈性 模量E的變化象征性地用一系列環(huán)形區(qū)域表示，自然，在詳圖中僅用其在剖視平面中的剖 面來構(gòu)成。因此，橫截面中測得的乘積EXh從邊緣3朝向中心4連續(xù)地增加，使得操作中 使隔膜1變形的運(yùn)動(dòng)波的傳播速度連續(xù)地增加。在圖2中，可以看到，半徑為Rl的圓柱形成了用于流體的工作流動(dòng)截面Sl (圓柱 形)，半徑為R2的圓柱形成了用于流體的工作流動(dòng)截面S2 (同樣為圓柱形)，這兩個(gè)截面的 面積成比值(Rl/R2)2Xh2/hl，其中，hi和h2分別是截面Sl和S2處的端板之間的高度。截 面S2的面積因此顯著地小于截面Sl的面積，截面S2內(nèi)流體速度因此大于截面Sl內(nèi)流體速度。可以合適地保證，作為確定使隔膜變形的行進(jìn)波的傳播速度的重要參數(shù)之一的乘 積EXh的變化，能夠足夠快地變化而確保傳播速度始終高于流體的平均速度，或確實(shí)地增大，快于流體接近于推進(jìn)腔室中心的速度。
如果該條件得到滿足，則隔膜在波沿隔膜的全部傳播長度(即，沿著隔膜的全部 工作半徑)上將其機(jī)械能傳遞到流體。參照附圖標(biāo)記為B的實(shí)施例，隔膜11由兩種材料制成芯12的材料具有較大的彈 性模量E1，且其厚度hi保持恒定，或如圖所示地從邊緣13朝向中心14厚度增加；以及在 芯12任一側(cè)上延伸的覆蓋件15，其由具有較低彈性模量E2的材料制成，且厚度2Xh2從邊 緣13朝向中心14減小。該組件按如下方式構(gòu)成量ElXhl+E2X2Xh2從邊緣13朝向中 心14增大，該增大足以對使隔膜12變形的行進(jìn)波賦予傳播速度，使得傳播速度的增加快于 流體流動(dòng)的工作截面的減小。參照附圖標(biāo)記為C的實(shí)施例，隔膜21由均質(zhì)材料構(gòu)成。該材 料切割成盤形，其厚度k通常從邊緣朝向中心減小，其中，在此實(shí)例中以規(guī)則間距形成環(huán)形 槽，以留下此實(shí)例中厚度為恒定的芯。該材料的密度記為P，隔膜每單位面積的密度等于乘 積P Xh，使槽布置成在包括一個(gè)溝和一個(gè)突脊的距離d上使量P Xh的平均值隨著接近 中心而減小，以使該技術(shù)構(gòu)造也引起波傳播速度的漸進(jìn)性變化。參照附圖標(biāo)記為D的另一實(shí)施例，隔膜31包括由彈性模量El大的材料制成且厚 度hi恒定的芯32，連同由彈性模量E2小的材料制成的覆蓋件35，其具有如上述實(shí)施例那 樣的環(huán)形槽。在還有另一實(shí)施例中，如圖3所示，隔膜41包括位于其中心的頸部45，該頸部沿著 軸線Z延伸到推進(jìn)腔室出口處的遞送導(dǎo)管46內(nèi)。該頸部45形成加固件，其有利于提高隔 膜朝向其中心44的剛度，使得行進(jìn)波的傳播速度增大。此外，該頸部45使隔膜41任一側(cè)上流體流動(dòng)一起連接到推進(jìn)腔室外面的位置偏 移，其利用頸部出口處的流體動(dòng)態(tài)壓力，使得推進(jìn)腔室內(nèi)的中心部分中隔膜諸面之間的壓 差守恒。隔膜中心部分因此在更好的條件下工作，因此提高了泵的效率。在圖5中，隔膜71包括由彈性模量大的材料制成的芯72，芯在其邊緣73附近呈現(xiàn) 出做得更加可撓曲的邊緣區(qū)域75，其具有呈微波76形式的外形，這使得隔膜71在其邊緣 73附近更加可撓曲。在圖6中，芯72嵌入在形成覆蓋件的可撓曲材料層76內(nèi)。在圖7的實(shí)施例中，隔膜71包括由彈性模量大的材料制成的芯72，該材料設(shè)置在 邊緣73的附近，使可撓曲的周緣區(qū)域75呈現(xiàn)垛口 77的外形，以對邊緣73附近賦予可撓曲性。正如從以上所理解的，上述實(shí)施例涉及形成回轉(zhuǎn)體的隔膜，并具有沿著對中在中 心軸線Z上的任何圓保持恒定的機(jī)械特性，即使這些特性沿徑向從邊緣朝向中心變化也是 如此。然而，有可能維持在本發(fā)明的范圍之內(nèi)仍提供機(jī)械特性沿徑向變化的隔膜，但不 必圍繞圓是恒定不變的。因此，正如圖4中所示實(shí)施例那樣，隔膜51可以復(fù)合方式制造有 星形的加固件52，加固件用彈性模量大的材料制成，其包括許多分支從其中突出的中心環(huán)。 加固件52容納在由彈性模量小的材料制成的腹板55內(nèi)。以與上述相同的方式，該類型的 隔膜能使起始于邊緣53并朝向中心54的行進(jìn)波以增加的速度傳播。在圖8的實(shí)施例中，隔膜61包括帶有肋65的芯62，諸肋徑向地從隔膜61的中心 64朝向邊緣63延伸，直到隔膜61的在中心64和邊緣63之間的中間部分。諸肋65是高度減小的類型，使得肋65在靠近中心64處高度最大，而在中間部分處高度為零。芯62由相當(dāng)可撓曲材料制成，該材料朝向中心64逐漸地被肋65加固。芯62可選地被覆蓋件覆蓋，以使隔膜具有呈平面的面。本發(fā)明不局限于以上的描述，相反卻涵蓋了任何落入由權(quán)利要求書定義的范圍之內(nèi)的變型。尤其是，盡管本發(fā)明參照盤形的隔膜描述的，但顯然本發(fā)明同樣很好地適用于帶 形或管形的隔膜。應(yīng)該看到，在使用該類型隔膜的泵中，流過推進(jìn)腔室的流體的工作截面， 僅因?yàn)閮蓚€(gè)端板靠近在一起而減小，并可能還因?yàn)楦裟ぷ兒瘢月诰哂猩鲜鲱愋偷谋P 形隔膜的泵內(nèi)的速率減小。因此，推進(jìn)腔室的入口和出口之間的速度變化不明顯。其結(jié)果， 隔膜機(jī)械特性的變化，造成隔膜內(nèi)所有橫截面處的波相對于推進(jìn)腔室內(nèi)流體流動(dòng)的傳播速 度等于或大于所述截面內(nèi)流體的行進(jìn)速度，該隔膜機(jī)械特性的變化發(fā)生得更加緩慢，因此， 更加容易實(shí)現(xiàn)。在某一改型中，隔膜彈性模量E變化可比隔膜厚度減小更緩慢，但與所述實(shí)施例 相比，泵特性卻是減弱的。在某一改型中，隔膜可由單一材料制成，該材料局部進(jìn)行了處理，使得其彈性模量 獲得變化(該處理可以是熱變形、顆粒轟擊、局部摻雜、···)。
權(quán)利要求
1.一種波形隔膜泵，所述波形隔膜泵具有用來接納所述隔膜的推進(jìn)腔室，其特征在于， 所述隔膜具有從所述推進(jìn)腔室的入口(3 ；13 ；23 ；33 ；43 ；53)朝向所述推進(jìn)腔室的出口(4 ； 14 ；24 ；34 ；44 ；54)變化的機(jī)械特性，使得當(dāng)所述隔膜被致動(dòng)而隨從所述推進(jìn)腔室的入口朝 向出口傳播的行進(jìn)波變形以便推進(jìn)所述流體時(shí)，波在所述隔膜內(nèi)任一橫截面的相對于所述 推進(jìn)腔室內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的傳播速度等于或大于所述截面內(nèi)流體的平均流動(dòng)速度。
2.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(1)由至少一種材料制成，以使所述 隔膜的材料的彈性模量(E)從所述推進(jìn)腔室的入口朝向出口增加。
3.如權(quán)利要求2所述的泵，其特征在于，所述隔膜的所述材料的所述彈性模量(E)乘以 所述隔膜的厚度(h)的乘積從所述推進(jìn)腔室的入口朝向出口增加。
4.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(11)包括芯(12)，所述芯(12)的 材料具有大的彈性模量(El)及厚度(hi)；以及覆蓋件(15)，所述覆蓋件(15)覆蓋所述芯 并形成在所述芯(12)至少一側(cè)上的所述覆蓋件(15)由小彈性模量(E2)的材料制成，且 具有厚度(h2)，使得所述彈性模量(El)乘以所述芯的厚度(hi)的乘積加上所述彈性模量 (E2)乘以所述覆蓋件的厚度(h2)的乘積之和從所述推進(jìn)腔室的入口朝向出口增加。
5.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(21)由一定厚度的盤構(gòu)成，所述厚度 從所述推進(jìn)腔室的入口朝向出口減小，所述盤內(nèi)形成多個(gè)環(huán)形槽，以便留下保持在所述槽 內(nèi)的芯。
6.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(41)作為回轉(zhuǎn)體延伸，并在所述隔膜 的圍繞所述隔膜中心軸線(Z)延伸的中心處具有頸部(45)。
7.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(51)具有星形的加固件(52)，所 述星形加固件(52)用彈性模量大的材料制成，并包括中心環(huán)，許多分支從所述中心環(huán)延伸 出；所述加固件(52)集成在由彈性模量小的材料制成的腹板(55)內(nèi)。
8.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(71)在所述隔膜(71)的邊緣(3)附 近除了所述推進(jìn)腔室的所述入口之外，還包括做成可撓曲的一部分，所述可撓曲的一部分 具有微波或垛口狀的外形。
9.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述隔膜(61)在所述隔膜(61)的邊緣(3)附 近除了所述推進(jìn)腔室的所述出口之外，還包括由各徑向肋(65)加固的一部分，所述徑向肋 (65)的高度朝向所述邊緣增加。
全文摘要
本發(fā)明提供一種波形隔膜泵，所述波形隔膜泵具有用來接納所述隔膜的推進(jìn)腔室，泵的特征在于，隔膜具有從推進(jìn)腔室入口(3)朝向推進(jìn)腔室出口(4)變化的機(jī)械特性，使得當(dāng)隔膜被致動(dòng)而隨從推進(jìn)腔室入口朝向出口傳播的行進(jìn)波變形以便推進(jìn)流體時(shí)，波在隔膜內(nèi)任一橫截面的相對于推進(jìn)腔室內(nèi)流體運(yùn)動(dòng)的傳播速度，等于或大于所述截面內(nèi)流體的平均流動(dòng)速度。
文檔編號(hào)F04B43/04GK102112744SQ200980130971
公開日2011年6月29日 申請日期2009年7月24日 優(yōu)先權(quán)日2008年8月1日
發(fā)明者J·B·德勒韋 申請人:Ams R&D聯(lián)合股份有限公司