SE514807C2

SE514807C2 - Double-acting diaphragm pump for constant pressure and flow

Info

Publication number: SE514807C2
Application number: SE9803074A
Authority: SE
Inventors: Svante Bahrton
Original assignee: Svante Bahrton
Priority date: 1998-09-10
Filing date: 1998-09-10
Publication date: 2001-04-30
Also published as: SE9803074D0; AU6236199A; WO2000015962A1; SE9803074L; EP1112449A1

Abstract

A double-acting pump which includes two rooms that are each divided into an operating chamber (6) and a working chamber (5) by means of a moveable partition wall (4) in the form of a piston or a diaphragm (membrane), wherein each of said operating and working chambers is provided with a valve-controlled inlet and outlet (7, 9; 8, 9) for a gaseous drive medium or operating medium and a liquid working medium transported by the pump respectively, wherewith said partition walls lack all form of mechanical connection therebetween. An outlet conduit (23) includes a cavitation-gene-rating restriction (24). The pump can be operated in a manner such as to maintain cavitation in the restriction (24) when working medium passes through said outlet conduit.

Description

5142807 Inflödet av vätska till respektive arbetskammare kan ske med en fjäder som trycks ihop vid utpumpning och expanderar vid insugning. Ett annat sätt är att manöverkammaren kopplas till ett undertryck som gör att vätska sugs in i arbetskammaren. Ett tredje sätt är att vätska trycks in i manöverkammaren. 5142807 The inflow of liquid to the respective working chamber can take place with a spring which is compressed during pumping out and expands during suction. Another way is that the control chamber is connected to a negative pressure which means that liquid is sucked into the working chamber. A third way is for fluid to be forced into the control chamber.

Utpumpningen av vätska från vätskekammaren sker genom att respektive manöverkammare trycksätts med företrädesvis tryckluft av konstant inställbart tryck. Trycksättningen av respektive manöverkammare kan ske med en elektriskt manövrerad trevägsventil. Dessa ventiler styrs från en elektronikenhet på så vis att en manöverkammare åt gången trycksätts varvid vätska trycks ut samtidigt som vätska sugs in i den ej trycksatta pumpkammaren. Omslagen sker med en frekvens som anpassas efter flödesbehovet av vätska. Elektroniken kan lämpligen tillse att ett visst tidsmässigt överlapp sker vid växling av trycksättningen från ena till andra manöverkammaren så att vid korta ögonblick, t ex 5-10% av den totala cykeltiden, båda manöverkamrarna trycksätts samtidigt vilket innebär att pumpen kan drivas så att kavitationen upprätthålles. Dock måste man se till att det inte pressas ut mer vätska än vad som hinner sugas in vid kontinuerlig pumpning.The pumping out of liquid from the liquid chamber takes place by pressurizing the respective control chamber with preferably compressed air of constant adjustable pressure. The pressurization of the respective control chamber can take place with an electrically operated three-way valve. These valves are controlled from an electronics unit in such a way that one control chamber is pressurized at a time, whereby liquid is forced out at the same time as liquid is sucked into the non-pressurized pump chamber. The wrapping takes place with a frequency that is adapted to the flow requirement of liquid. The electronics can suitably ensure that a certain time overlap occurs when changing the pressurization from one to the other control chamber so that at short moments, eg 5-10% of the total cycle time, both control chambers are pressurized at the same time, which means that the pump can be operated so that cavitation is maintained. . However, care must be taken that no more liquid is forced out than can be sucked in during continuous pumping.

Om endast små mängder åt gången skall pumpas, exempelvis i samband med vätskefyllningsmaskiner och mängder som är i storleksordningen 2-3 gånger pumpkamrarnas deplacement, kan det momentana utflödet vara större än inflödet.If only small quantities are to be pumped at a time, for example in connection with liquid filling machines and quantities of the order of 2-3 times the displacement of the pump chambers, the instantaneous outflow may be greater than the inflow.

Uppfinningen kommer nu att beskrivas med hänvisning till ett antal på bifogade ritning visade utföringsexempel.The invention will now be described with reference to a number of exemplary embodiments shown in the accompanying drawing.

Fig. 1 visar en sektionsvy av en dubbelverkande pump enligt uppfinningen fig. 2. och 3. visar alternativa utföringsformer av rörelseöverföringsanordningar.Fig. 1 shows a sectional view of a double-acting pump according to the invention. Figs. 2 and 3 show alternative embodiments of motion transmission devices.

På ritningen är överensstämmande detaljer åsatta samma hängvisningsbeteckningar i de olika ritningsfigurerna. Fastän 10 15 20 25 30 35 514 380.7 ritningen visar att det nedan beskrives rörliga skiljeväggar i form av membran, torde det inses, att uppfinningens principer är tillämpbara även vid, och att efterföljande patentkrav omfattar, ett ersättande av membranen med fram och åter rörliga kolvar.In the drawing, corresponding details are assigned the same hanging designations in the various drawing figures. Although the drawing shows that movable partitions in the form of membranes are described below, it will be appreciated that the principles of the invention are also applicable to, and that the appended claims comprise, a replacement of the membranes with reciprocating pistons. .

Den i fig. 1 visade dubbelverkande pumpen är en s k membranpump med ett väsentligen cylindriskt pumphus 1 med två av husets 1 gavelväggar 2 samt inre väggar 3 avgränsade rum. Dessa rum är i sin tur medelst var sin skiljevägg eller membranenhet 4 uppdelade i en arbetskammare 5 och en manöverkammare 6, varvid arbetskamrarna 5 är belägna närmast varandra och manöverkam- rarna 6 utanför tillhörande membranenhet 4. Arbetskamrarna 5 är försedda med ventilstyrda in- och utlopp för ett av pumpen transporterat, vätskeformigt arbetsmedium. Dessa in- och utlopp utgöres av det i fig. 1 visade exemplet av öppningar 7, 8 i de inre arbetskammarväggarna 3 samt med öppningarna samverkande backventiler 9. De senare skulle kunna vara utformade som t ex kulventiler men är företrädesvis på det visade sättet utformade som klaffventiler. Arbetsmediet ankommer till pumpen i en med pil antydd riktning via en ledning 10, som mynnar i ett mellan väggarna 3 beläget utrymme 11, och avgår i ett diametralt motsatt, likaså mellan väggarna 3 beläget utrymme 12 och vidare genom en utloppsledning 13 i en likaså med pil antydd riktning.The double-acting pump shown in Fig. 1 is a so-called diaphragm pump with a substantially cylindrical pump housing 1 with two spaces of the end walls 2 of the housing 1 and inner walls 3 delimited. These chambers are in turn divided by a partition wall or membrane unit 4 into a working chamber 5 and an operating chamber 6, the working chambers 5 being located closest to each other and the operating chambers 6 outside the associated membrane unit 4. The working chambers 5 are provided with valve-controlled inlets and outlets for a liquid working medium transported by the pump. These inlets and outlets are the example shown in Fig. 1 of openings 7, 8 in the inner working chamber walls 3 and non-return valves 9 cooperating with the openings. The latter could be designed as, for example, ball valves but are preferably designed in the manner shown as flap valves. The working medium arrives at the pump in an direction indicated by an arrow via a line 10, which opens into a space 11 located between the walls 3, and departs in a diametrically opposite space, also located between the walls 3 and further through an outlet line 13 in a similar position with arrow indicated direction.

Membranenheterna 4 består av en rund, förhållandevis stel central del 14 och ett av förhållandevis mjukt böjligt material bestående perifert parti 15, som vid sin radiellt yttre kant är ansluten till pumphuset 1. Membranenheterna 4 är var för sig i kontakt med var sin fjädrande anordning 16. I fig. 1 visas ett utföringsexempel där denna anordning utgörs av en spiralfjäder 16, placerad i vätskan mellan membranenheterna 4 och de inre arbetskammarväggarna 3. Manöverkamrarna 6 är vid 18 försedda med såsom in- och utlopp för drivmedium tjänande öppningar, vilka via två tvàläges trevägsventiler 21 är anslutna till ett med 20 antytt nät för ett under tryck stående drivmedium.The diaphragm units 4 consist of a round, relatively rigid central part 14 and a peripheral portion 15 consisting of relatively softly flexible material, which at its radially outer edge is connected to the pump housing 1. The diaphragm units 4 are each in contact with their respective resilient device 16 Fig. 1 shows an embodiment in which this device consists of a coil spring 16, placed in the liquid between the diaphragm units 4 and the inner working chamber walls 3. The operating chambers 6 are provided at 18 with openings serving as inlets and outlets for propellant medium, which via two two-position three-way valves 21 are connected to a network indicated by 20 for a pressurized drive medium.

Ventilerna 21 styrs i sin tur till det ena eller andra läget av 10 15 20 25 30 35 s144æ7 en elektronisk styrenhet 22. I det i fig.1 visade funktionella tillståndet befinner sig den vänstra membranenheten 4 kort före vändpunkten i slutet av sin insugningsrörelse. Det vätske- formiga arbetsmediet sugs från utrymmet 11 genom inloppet 7 med den öppna backventilen 9 in i den vänstra arbetskammaren 5, vars utlopps 8 backventil 9 hålles stängd av trycket från den vätskeportion som av den högra membranenheten 4, vilken befinner sig nära slutet av sitt tryckslag, pressas frán den högra arbetskammaren 5 in i utrymmet 12. Den högra manöver- kammaren 6 är ansluten till drivmedienätet via den högra ventilen 21, medan den vänstra manöverkammaren 6 evakueras via den vänstra ventilen 21.The valves 21 are in turn controlled to one or the other position by an electronic control unit 22. In the functional state shown in Fig. 1, the left diaphragm unit 4 is located shortly before the turning point at the end of its suction movement. The liquid working medium is sucked from the space 11 through the inlet 7 with the open non-return valve 9 into the left working chamber 5, the outlet 8 of which outlet 8 is kept closed by the pressure from the liquid portion of the right diaphragm unit 4, which is near the end of its pressure stroke, is pressed from the right working chamber 5 into the space 12. The right operating chamber 6 is connected to the propellant network via the right valve 21, while the left operating chamber 6 is evacuated via the left valve 21.

När exempelvis den i fig. 1, vänstra manöverkammaren 6 tryck- sätts via den tillhörande trevägsventilen 21, som styrs av den elektroniska styrenheten 22, trycks vätskan ut ur arbetskam- maren 5 samtidigt som fjädern 16 trycks ihop. Tryckkraften från manöverkammaren överstiger alltid fjäderns kraft. Den högra manöverkammaren avluftas genom den högra elektronpneumatiska ventilen 21 som styrs från elektronikenheten 22. Fjädern 16 expanderar därmed och vätska sugs in genom backventilen 7,9 in i höger vätskekammare. Efter ett till utflödet avpassat tidsintervall växlar styrventilerna 21 till att trycksätta höger manöverkammare och avlufta den vänstra. Samma förlopp fast omvänt upprepas osv.For example, when the left operating chamber 6 in Fig. 1 is pressurized via the associated three-way valve 21, which is controlled by the electronic control unit 22, the liquid is forced out of the working chamber 5 at the same time as the spring 16 is compressed. The compressive force from the control chamber always exceeds the force of the spring. The right control chamber is vented through the right electron pneumatic valve 21 which is controlled from the electronics unit 22. The spring 16 thereby expands and liquid is sucked in through the non-return valve 7,9 into the right liquid chamber. After a time interval adapted to the outflow, the control valves 21 switch to pressurize the right control chamber and vent the left one. The same process, but vice versa, is repeated, and so on.

På detta sätt trycks vätska kontinuerligt ut från pumpen med ett tryck som ej påverkas av trycket på pumpens inloppssida.In this way, liquid is continuously expelled from the pump at a pressure which is not affected by the pressure on the inlet side of the pump.

Den elektroniska styrenheten 22 kan ges funktionen att styra ventilerna 21 på så sätt att trycksättning föreligger i både vänster och höger manöverkammare samtidigt under en mycket kort tidsrymd innan manövertrycket släpps ut från den manöverkammare som står i tur att avluftas. Därmed undviks helt pulsation av flödet på utloppet. Det är uppenbart att de två treläges ventilerna 21 som styr manövermediet kan ersättas av en tvåläges fyrvägs- eller femvägsventil. Det kan dock i detta 10 15 20 25 30 35 51458017 fall vara förenat med svårigheter att få tillräckligt lång överlappningstid för att erhålla ett pulsationsfritt flöde, vilket är anledningen till att exemplet i fig. l har två stycken trevägsventiler.The electronic control unit 22 can be given the function of controlling the valves 21 in such a way that pressurization is present in both the left and right control chambers simultaneously for a very short period of time before the control pressure is released from the control chamber which is in turn to be vented. This completely avoids pulsation of the flow at the outlet. It is obvious that the two three-position valves 21 which control the operating medium can be replaced by a two-position four-way or five-way valve. However, in this case it may be difficult to obtain a sufficiently long overlap time to obtain a pulsation-free flow, which is the reason why the example in Fig. 1 has two three-way valves.

Fig. 2 visar ett utförande där det fjädrande elementet 16 har placerats utanför vätskekammaren och även utanför manöverkammaren. Fjäderns mothåll 19 är fastsatt i membranets 4 mittdel 14 och löper genom en lufttät tätning i husets 2 yttervägg. En placering av fjäder 16 i manöverkammaren skulle öka det skadliga rummet då manövermediet är gasformigt. Som lätt inses kan manövermediet även vara vätskeformigt t ex olja.Fig. 2 shows an embodiment where the resilient element 16 has been placed outside the liquid chamber and also outside the operating chamber. The abutment 19 of the spring is fixed in the middle part 14 of the diaphragm 4 and runs through an airtight seal in the outer wall of the housing 2. Placing a spring 16 in the control chamber would increase the harmful space as the control medium is gaseous. As can be easily understood, the operating medium can also be liquid, eg oil.

Det fjädrande elementets funktion kan även erhållas med hjälp av en cylinder som trycksätts samtidigt som avluftning av motsvarande manöverkammare sker.The function of the resilient element can also be obtained by means of a cylinder which is pressurized at the same time as venting of the corresponding control chamber takes place.

Fig. 3 visar följande.Fig. 3 shows the following.

För att pumpen skall ge ett exakt konstant flöde kan dess utloppsledning förses med en företrädesvis diffusorförsedd venturiformad strypning 24 i vilken vätskans hastighet hålls så hög att kavitation föreligger i strypningen. (En skarpkantad strypning ger avsevärt högre energiförluster). Då erhålls konstant flöde även om motståndet ändras nedströms strypningen så länge som kavitation föreligger. Pumpens utloppsledning kan också förses med ett fördelningsrör 23 som fördelar vätskan i flera parallella ledningar vilka var och en förses med en kavitationsstrypning vilket medför att ett konstant flöde erhålls i varje ledning. Denna anordning kan användas i samband med dosering av vätskevolymer i förpackningar då ventiler 25 i varje ledning öppnar och stänger på exakta inställbara tider som styrs från den elektroniska styrenheten 22 som också styr pumpen. Volymen blir då exakt repeterbar då flödet på detta sätt hålls konstant. Volymen förblir konstant även om trycket i ledningarna ändras nedströms kavitationsstrypningarna så länge som kavitation vidmakthålls i dessa. Också om vätskans viskositet ändras förblir fyllningsvolymen och flödet konstant. 514 say Insuget av vätska i pumpens arbetskamrar kan också ske utan hjälp av fjädrande element eller dylikt utan helt enkelt genom att vätska trycks in i pumpen med overtryck som är lägre än det tryck som pumpens manöverkamrar ger vätskan i dess arbetskamrar.In order for the pump to give an exact constant flow, its outlet line can be provided with a preferably diffuser-provided venturi-shaped choke 24 in which the velocity of the liquid is kept so high that cavitation is present in the choke. (A sharp-edged throttle results in significantly higher energy losses). Then a constant flow is obtained even if the resistance changes downstream of the choke as long as cavitation is present. The outlet line of the pump can also be provided with a distribution pipe 23 which distributes the liquid in several parallel lines, each of which is provided with a cavitation throttle, which means that a constant flow is obtained in each line. This device can be used in connection with the dosing of liquid volumes in packages when valves 25 in each line open and close at precise adjustable times which are controlled from the electronic control unit 22 which also controls the pump. The volume then becomes exactly repeatable as the flow is kept constant in this way. The volume remains constant even if the pressure in the lines changes downstream of the cavitation throttles as long as cavitation is maintained in them. Even if the viscosity of the liquid changes, the filling volume and flow remain constant. 514 say The suction of liquid into the working chambers of the pump can also take place without the aid of resilient elements or the like but simply by pressing liquid into the pump with an overpressure which is lower than the pressure which the pump control chambers give the liquid into its working chambers.

Claims

10 15 20 25 30 35

1. .1. ) 'ï * st »1: 4, sin? A double-acting pump device comprising two chambers which: by means of their respective movable (4) working chambers (5) designed as a piston or diaphragm, the operating and working chambers each 9; 8, gaseous drive or operating medium and one of the pump partitions are divided into an operating chamber (6) and one is provided with valve-controlled inlet and outlet (7, 9) for a transported, liquid working medium, and whereby mechanical connection is lacking between the partitions, characterized by an outlet line (23), which contains a cavitation choke (24), and that the pump device during operation and discharge of working medium through the line is arranged to maintain cavitation in the choke (24).

Pump device according to Claim 1, characterized in that (23) (25) (24). The line contains a controllable valve downstream of the choke

Pump device according to Claim 2, characterized in that the valve (25) is arranged to be controllable in order to offer an accurately repeatable discharge volume through the line when kept open for a selected period of time.

Pump device according to one of Claims 1 to 3, characterized in that the cavitation throttle (24) is venturi-shaped and provided with a diffuser.

Pump device according to one of Claims 1 to 4, characterized in that the lines for supplying gas to the control chambers have valves (21) which are independently controllable from a control unit (22), and that the control unit (22) is arranged to allow the production of a selectable temporal overlap of the open state of the control line valves, in order to minimize the pressure drop of the working medium when switching between the working chambers.

Pump device according to one of Claims 1 to 5, characterized in that each partition wall (4) is supported by a return spring (16) which is located outside the working chamber and which is arranged to return the partition wall for introduction of working medium into the working chamber.

Pump device according to claim 6, characterized in that the partition wall (4) is displaceable to a position in close proximity to a fixed chamber wall for minimizing the dead volume of the working chamber.

A pump device according to any one of claims 1-7, comprising at least two parallel outlet lines each containing a cavitation throttle and a controllable valve arranged downstream of the throttle, and that the control unit (22) is arranged to control all the valves arranged downstream of the throttles.