專利名稱：具有不受結(jié)構(gòu)直接制約的溢流閥的泵的制作方法
背景技術(shù)：
本發(fā)明涉及一種閥結(jié)構(gòu)，更具體地說，本發(fā)明涉及一種與飲料泵一體構(gòu)成的改進(jìn)的旁通/溢流閥。
葉片泵因能夠以適度的高壓和體積流速無噪音地輸送飲料而被經(jīng)常用于飲料、食品和保健品工業(yè)中。例如，作為碳酸飲料生產(chǎn)中的一個(gè)步驟，用葉片泵將水噴入到200～250磅/平方英寸壓力下的一個(gè)二氧化碳?xì)夤拗小?br> 葉片泵的一個(gè)特殊的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)是在泵的吸入管路和排出管路之間提供了旁路通道。通過該旁路的流動(dòng)是由同軸的閥元件單獨(dú)控制的。通過一個(gè)位于該旁路通道的出口端的受彈簧作用的提升元件對(duì)沿溢流閥閥芯的軸向孔進(jìn)行流向控制。實(shí)際上，這是一個(gè)由彈簧施加很大壓力的單向閥，當(dāng)泵的吸入口處的壓力超過排出口處的壓力時(shí)，通過該閥使流體繞過泵的轉(zhuǎn)子而旁通，從吸入口直接進(jìn)流到排出口。
排出口處的溢流閥閥芯通過一個(gè)作用力可調(diào)的壓簧靠壓在截流座上。該壓簧與泵的排放壓力相抗衡。通過彈簧座的一軸向位移來調(diào)整溢流閥彈簧的預(yù)壓力。彈簧裝放在一個(gè)螺紋旋塞上，通過手動(dòng)旋轉(zhuǎn)使該旋塞前進(jìn)或退后。當(dāng)使用在閥芯座橫截面面積上的出口壓力的作用力大于閥座彈簧的預(yù)定作用力時(shí)，閥芯便離開閥座面，因而使泵所排出的流體重新循環(huán)，直接返回到泵的吸入管路中。
為快餐店、醫(yī)院等日常生活應(yīng)用或?yàn)槭称芳庸ざ圃斓谋么蠖嗍怯命S銅做的，以及在溢流閥的通道中使用黃銅的閥芯。盡管這種設(shè)計(jì)通常能夠很好地工作許多年，但近來，尤其是在軟飲料的基本應(yīng)用場合中，對(duì)泵的可靠性有了更高的要求。經(jīng)統(tǒng)計(jì)現(xiàn)已確認(rèn)，這種泵中的溢流閥是失效的主要原因。以軟金屬相互作用的方式表現(xiàn)的閥元件之間的金屬對(duì)金屬的配合會(huì)有少量的泄漏，但這種泄漏對(duì)閥的運(yùn)轉(zhuǎn)只有很小的或者說無明顯的影響。然而，一旦開始泄漏，腐蝕便會(huì)加劇損害，最初的少量泄漏便發(fā)展成足以導(dǎo)致泵無法工作的嚴(yán)重的故障。
導(dǎo)致同一結(jié)果的另一原因來自于加工機(jī)床的缺陷或低精度，這些機(jī)床車、鏜或切割出不精確或不規(guī)則的形狀和表面。對(duì)眼前利益而言，如果溢流閥的閥座或閥芯座表面不是圓的，這一對(duì)元件就無法相互配合以形成對(duì)流體的密閉，而且少量的泄漏會(huì)很快發(fā)展成大量的泄漏。
因此，本發(fā)明的一個(gè)目的是提供一種用于飲料流體葉片泵的溢流閥結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，其中閥的密閉表面的形狀具有很高的精度。
本發(fā)明的另一目的是提供一種溢流閥的結(jié)構(gòu)和設(shè)計(jì)，其中的一個(gè)密閉元件比另一個(gè)密閉元件軟很多。
本發(fā)明的又一目的是公開一種閥芯材料，它比閥座更軟和更柔韌。發(fā)明概要通過附圖和下面的詳細(xì)描述，上述的發(fā)明目的以及其它目的將變得更清楚，這些目的是這樣實(shí)現(xiàn)的一種泵，其具有由一溢流通道相互連通的吸入口和排出口。在溢流通道與吸入口相交處設(shè)置有兩個(gè)階梯狀的沉孔，以容納一個(gè)薄壁套。與薄壁套以壓配合方式所裝入的那個(gè)較深的和直徑較小的沉孔相比，套的軸向長度比該沉孔的長度大30％或更長一些。一閥座是圍繞著薄壁套的伸出端的內(nèi)徑而形成的。套的伸出端不受任一沉孔的直接制約，即便沉孔的橫截面是橢圓或其它非圓形狀時(shí)，套的伸出端仍將保持其圓形的橫截面形狀。正如通過下面的描述將變得更清楚的那樣，套的伸出端構(gòu)成了閥的一部分，以及通過使它保持較為精確的圓形，這就大大減少了現(xiàn)有技術(shù)的泵中常見的泄漏失效。
裝設(shè)在套的內(nèi)孔中作軸向往復(fù)運(yùn)動(dòng)的是一個(gè)管狀的閥芯，其特征包括一個(gè)軸向通孔和一靠近閥芯一端的一個(gè)外徑突肩。在該突肩的臺(tái)階處成形出錐形的閥座表面。在閥座表面的下方，管狀閥芯的外壁上可以有縱向的棱筋，或呈現(xiàn)為一非圓形的幾何截面形狀，例如方形或三角形。當(dāng)閥芯的閥座表面離開薄壁套上的閥座時(shí)，閥芯的這些外壁截面形狀便在閥芯外壁與套孔的內(nèi)壁之間提供了供流體流通的縱向通道。
一個(gè)一端抵靠在閥芯上而另一端抵靠在一個(gè)螺紋旋塞上的螺旋壓縮彈簧為閥芯提供了可變化的預(yù)載，以克服在所期望的排放壓力下產(chǎn)生的作用力而將閥芯密閉地保持在座套上。安排放口的壓力超過彈簧的預(yù)載力時(shí)，閥芯克服彈簧的加載而移動(dòng)，從而打開密閉的閥座，使流體可以從排放口流到吸入口。
管狀閥芯的內(nèi)部通孔由一個(gè)受拉簧作用的位于閥芯的出口處的提升閥塞進(jìn)行雙向關(guān)閉，當(dāng)流體系統(tǒng)的工作條件導(dǎo)致吸入口的壓力大于排出口的壓力時(shí)，就可以使流體繞過泵葉而直接流入排出口。


圖1是結(jié)合了本發(fā)明的一傳統(tǒng)葉片泵的截面圖；圖2是旁通/溢流閥閥芯的軸向截面圖；圖3是旁通/溢流閥閥芯的端視圖；圖4是泵的旁通通道的軸向截面圖；圖5是旁通通道的插套的軸向截面圖；圖6是旁通通道的插套的端視圖；圖7是不帶有溢流提升閥的旁通閥芯的軸向截面圖；圖8是旁通閥芯的端視圖；和圖9是具有方形橫截面的旁通/溢流閥閥芯的端視圖。
優(yōu)選實(shí)施例的詳細(xì)描述參照附圖所示，在一些附圖中相同的參考標(biāo)號(hào)代表相同的或類似的元件。圖1示出了一種傳統(tǒng)的葉片泵，它是有一個(gè)泵體10，該泵體帶有一個(gè)在一偏心套15中轉(zhuǎn)動(dòng)的轉(zhuǎn)子12和一些葉片14。盡管鋁和塑料已被用來制造泵體，但泵體通常是由黃銅或不銹鋼鍛造或鑄造而成的。一吸入口16將流體導(dǎo)入到偏心的泵腔17中，在那里再由轉(zhuǎn)動(dòng)的葉片14將流體輸送到排出口18。一個(gè)精密安裝的濾網(wǎng)19在流體到達(dá)偏心的泵腔17之前將流體中所含的顆粒予以捕獲。在吸入口和排出口的入口處加工有管路或軟管連接件用的螺紋，用以接納流體外部管路的連接件。
在吸入口和排出口之間沿著軸線21鉆出或鏜出一圓柱形的旁路通道20。參照圖4、5、圖6所示，通道20與吸入口16的連接處加工有與軸線21同軸的雙重沉孔。一第一沉孔提供一圓柱壁22，它的內(nèi)端在一支承座肩24處終止，圓柱壁22的外端終止于一中間突肩26處，從而確定出第一沉孔的深度A。第二沉孔的具有一較小壁高B的圓柱壁28，其內(nèi)端也終止于中間突肩26處。
以壓配合的壁面結(jié)合方式座放在第一沉孔中的是一閥座套32。該閥座套最好是由不銹鋼車削加工出的圓柱體，其內(nèi)壁34的直徑大致相等于通道20的孔徑。外壁36的直徑要對(duì)應(yīng)于與第一沉孔的壁22壓配合連接時(shí)的要求。套的外壁36的內(nèi)端部分37有一個(gè)大約10°的錐形區(qū)，以便在開始?jí)号浜喜迦霑r(shí)有所控制，直到套的內(nèi)端37靠壓在座肩24上為止。
套32的外端39形成一錐形的閥座40，其錐面角大約為45.5°～47°。套32的內(nèi)端37與外端39之間的軸向長度是距離C，它比第一沉孔的深度A約大30％或更多一點(diǎn)。中間突肩26的徑向?qū)挾忍峁┝艘粋€(gè)位于第二沉孔壁28和座套外壁36之間的環(huán)形空間，這就使得突伸到環(huán)形空間處的那部分座套不受到任何結(jié)構(gòu)方面的制約。如果套32的壁的各個(gè)圓在制造時(shí)都是很精確的，那么，位于套的伸出的外端上的閥座40即便在第一沉孔壁22稍微有些偏心時(shí)也會(huì)保持為很精確的的圓。距離C的選擇應(yīng)能保證套32的突伸端上的閥座40保持為圓形。盡管距離C的最小值隨泵體的尺寸、材料和公差將有所變化，但對(duì)于一黃銅的泵體10和一不銹鋼的座套32來說，通常可接受的距離C值大約為0.25英寸。為避免閥座40和/或閥芯50過早失效，閥座40的圓度是很重要的。
與旁路通道20和套32相配合的閥芯50最好由具有通用電氣性能的商標(biāo)為Ultem的高密度聚合物制成。這個(gè)閥芯的特征是具有一個(gè)軸向通孔52，其在吸入口一側(cè)的孔端有一沉孔54，以及在排出口一側(cè)的孔端有一個(gè)提升閥閥座55。
閥芯50的外表面包括一個(gè)增大的圓柱形突肩56，該突肩通過一錐形的閥座部分58過渡到一較小的圓柱形腰部59。閥座部分的錐角β最好約為45°，或比座套32的閥座面40的錐角小0.5°～2.5°，以確保有一明確的密閉圓。其余的大約一半長度的閥芯具有一大致為圓形的橫截面63，該截面帶有縱向棱筋61。這些棱筋61作為引導(dǎo)件和隔離件而與旁路通道20的壁相接觸，以保持閥芯50與通道孔的同軸心。流體沿著閥芯圓柱部分63和通道20的內(nèi)壁之間的一些閥芯外表面的通道流過去。
應(yīng)當(dāng)理解，帶棱筋的那部分閥芯也可采用其它的截面幾何形狀，例如三角形或圖8所示的矩形。這個(gè)矩形截面的閥芯實(shí)施例是通過矩形的倒角70而在旁路通道孔20中進(jìn)行引導(dǎo)和對(duì)中的，它所提供的一些流道位于通道孔20和矩形的平面72之間。
閥芯50的通孔52由一流通控制提升閥42雙向關(guān)閉。該提升閥由一張緊簧44偏壓作用到關(guān)閉狀態(tài)。通常，排出口18中的壓力要大于吸入口16中的壓力。在這種正常的壓差條件下，壓差值使提升閥42靠壓在閥座55上以保持流體密閉。
在非正常情況下，當(dāng)吸入口16的壓力超過排出口18的壓力的壓差值大于彈簧44的張力值時(shí)，提升閥42就從閥座55上升起，以允許流體從中通過。從通道20流過的所有流體都流經(jīng)雜質(zhì)濾網(wǎng)46。
通過一壓簧65的偏壓使溢流閥座部分58靠壓在套的閥座面40上，而壓簧65則靠放在濾網(wǎng)46附近的閥芯沉孔54中。壓簧65的另一端座靠在螺紋旋塞67上并圍繞著一中心銷69。手動(dòng)旋轉(zhuǎn)螺紋旋塞67可使彈簧座軸向移動(dòng)，用以調(diào)整彈簧65作用在閥芯50上的壓力。
圖6和圖7表示了本發(fā)明的另一實(shí)施例，它不帶具備吸入口至排出口旁通能力的提升閥42。圖6和圖7中的本發(fā)明結(jié)構(gòu)僅提供了過壓保護(hù)。在該結(jié)構(gòu)中，旁通閥芯70的中心孔52終止于一實(shí)心的端壁76。旁通閥芯70的其它外部特征例如閥座部分58和引導(dǎo)棱筋61等都與前述相同。座放在閥芯70的沉孔54中的預(yù)加壓彈簧65對(duì)閥座部分58施壓，使閥座58與閥座面40密閉配合。彈簧65對(duì)閥芯70的壓緊程度取決于螺紋前擰從而使旋塞67接近閥芯70的程度。因此，閥芯70開啟時(shí)吸入口16與排出口18之間的壓力差便限決于彈簧65的壓緊程度。
在對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例作出了詳細(xì)描述后，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員就可以想出機(jī)械上等效的許多替換形式，然而，這些形式都在本發(fā)明的范圍中。
權(quán)利要求
1.一種泵，其具有一吸入口和一排出口，以及一個(gè)位于吸入口和排出口之間并與之相交的溢流通道；圍繞著所述溢流通道的基本上同心的第一和第二沉孔靠近溢流通道與吸入口的相交處，所述第一沉孔具有一第一軸向長度；一大致圓柱形的套元件其外徑與所述第一沉孔的相應(yīng)的一內(nèi)徑相對(duì)應(yīng)，其軸向長度明顯大于所述第一軸向長度，從而所述套元件裝入第一沉孔后的組件伸出一段不受制約的軸向伸出端，該伸出端伸入到所述套的外徑和相應(yīng)于所述第二沉孔的內(nèi)徑之間的環(huán)形空間內(nèi)；一個(gè)圍繞著所述套元件的伸出端的圓形的閥座不直接受結(jié)構(gòu)的制約；以及，一閥芯彈性地靠壓在所述閥座上。
2.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述閥芯由聚合物材料制成。
3.如權(quán)利要求1所述的泵，其特征在于，所述閥座基本上是在所述套元件的伸出端上圍繞其內(nèi)徑的錐面。
4.如權(quán)利要求3所述的泵，其特征在于，所述閥芯是一管狀元件，其具有一個(gè)從中經(jīng)過的軸向通孔，和一個(gè)圍繞所述管狀元件的外周的直徑增大的突肩部分，所述突肩部分支承著一個(gè)大致圓錐形的、用以與所述閥座相配合以實(shí)現(xiàn)流體密閉的閥封表面。
5.如權(quán)利要求4所述的泵，其特征在于，通過一支承在所述管狀元件上的第一彈簧對(duì)所述管狀元件施加所述彈性偏壓，使所述閥密封表面與所述閥座相配合。
6.如權(quán)利要求5所述的泵，其特征在于，閥芯的軸向孔由一個(gè)提升元件來封閉，以阻止流體從所述排出口向所述吸入口的流通；當(dāng)所述吸入口中的流體壓力超過所述排出口中的流體壓力時(shí)，就使裝在所述閥芯上的所述提升元件開啟。
7.如權(quán)利要求6所述的泵，其特征在于，所述閥芯由聚合物材料制成。
8.如權(quán)利要求4所述的泵，其特征在于，從所述套元件的軸線度量的所述閥座錐面的錐角等于或大于閥芯封閉表面的錐角。
9.一種制造泵殼中的過壓保護(hù)閥的方法，其包括下述步驟在所述泵殼中設(shè)置一個(gè)與泵殼的肩狀腔室相通的流體通道；設(shè)置一個(gè)與所述流體通道同軸的第一沉孔，該一第一沉孔具有一第一內(nèi)徑和從所述肩狀腔室度量的一第一軸向深度；設(shè)置一個(gè)與所述流體通道同軸的第二沉孔，該第二沉孔具有一個(gè)小于所述第一內(nèi)徑的第二內(nèi)徑和一個(gè)從所述第一沉孔的底端度量的第二軸向深度；制備一個(gè)大致圓柱形的金屬套，在該套的內(nèi)徑和外徑之間有一很薄的環(huán)形壁，所述套的一軸向長度大于所述第二軸向深度以及套的外徑與第二沉孔的內(nèi)徑相對(duì)應(yīng)，所述套比泵殼具有較高的硬度和尺寸穩(wěn)定性；將所述套固定到所述第二沉孔中，使套的在長度上超出所述第二軸向深度的那部分長度同軸地突伸到所述第一沉孔中，因而在所述套的外徑和所述第一沉孔的內(nèi)徑之間確定了一個(gè)不受制約的環(huán)形空間；以及在所述套的伸出的軸向端上設(shè)置一閥座表面。
10.如權(quán)利要求9所述的方法，其特征在于，其進(jìn)一步包括的步驟是提供一個(gè)與所述閥座表面密閉配合的聚合物的閥芯。
11.如權(quán)利要求10所述的方法，其特征在于，其進(jìn)一步包括的步驟是朝著閥座表面對(duì)所述閥芯彈性加載。
全文摘要
一種泵,包括由高密度聚合物材料整體同軸制成的溢流閥元件,它裝在硬金屬的套中。套以過盈配合壓入到圍繞著溢流通道的第一沉孔中。套的帶有閥座表面的那個(gè)軸向端越過第一沉孔的突肩,以相應(yīng)于套長度一定比例的距離,突伸到較大直徑的第二沉孔中,以此提供一個(gè)圍繞著套的外徑表面的環(huán)形空間,使套的閥座端不受結(jié)構(gòu)方面的直接制約。
文檔編號(hào)B23P15/00GK1173218SQ96191323
公開日1998年2月11日 申請日期1996年10月30日 優(yōu)先權(quán)日1995年11月2日
發(fā)明者R·C·辛勒特里, J·扎維沙 申請人:史丹德克斯國際有限公司