CN103314185B - 滑动叶片泵 - Google Patents

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Abstract

本文公开了一种滑动叶片泵，其用于提供诸如水的流体的正位移。该泵包括泵组件（5），该泵组件具有：壳体（7），该壳体中形成有流体入口（9）和流体出口（11）；衬里构件（25），其接纳在壳体中，并且限定了大致圆柱形内表面；以及转子（41），其布置在衬里构件内，以绕旋转轴线旋转。该转子限定了大致圆柱形外表面，从而衬里构件的内表面与转子的外表面之间限定了工作空间，该工作空间具有绕旋转轴线而变化的径向横截面面积。泵组件还包括接纳在绕转子的外表面形成的大致径向狭槽中的多个叶片（45）。每个叶片被布置成相对于转子沿径向方向滑动，使得叶片的外边缘接触衬里构件的内表面，从而将工作空间划分为工作腔室（47）。在使用时，转子的旋转将流体从流体入口吸入到工作腔室中，并且将流体从工作腔室喷射到流体出口中。叶片由碳石墨或陶瓷材料形成，转子由陶瓷材料形成，与诸如不锈钢的常规材料相比，其提供了减小的热膨胀。转子的每个狭槽的基部部分被扩大并且具有圆形横截面形状。泵组件还包括过滤器组件，该过滤器组件接纳在壳体内的开口中，并且横过流体入口延伸，以用于从流体中过滤颗粒物质。过滤器组件包括用于感测穿过流体入口的流体的温度的热传感器。

Description

滑动叶片泵
技术领域
本发明涉及滑动叶片泵。具体地，本发明涉及滑动叶片泵，其中转子设置有可滑动地安装在狭槽中的多个径向延伸的叶片。转子布置在管状衬里构件中，并且滑动叶片的外边缘接触衬里构件的内表面，从而在转子和衬里构件之间限定多个工作腔室。工作腔室的体积随着转子被原动机可旋转地驱动而改变，使得泵送的流体可以从泵的入口传递到出口。
背景技术
滑动叶片泵为人们所熟知。它们通常在广泛的各种应用中大受欢迎，例如用于生产饮料的周围环境碳酸化***、商业浓缩咖啡制备装置以及冷却剂在其中循环的冷却设备。这些各式各样的应用都需要正位移泵，其具有较高的工作压力和流量，并且具有长的免维护使用寿命。滑动叶片泵满足这些需要。
尽管滑动叶片泵的特征和性能在许多方面是足够的，但是仍然存在改进的空间。例如，许多滑动叶片泵的壳体由包含少量铅的黄铜合金形成。然而，在泵壳体中使用铅通常是不期望的，并且可能使得泵不适合于饮用水应用，包括上述周围环境碳酸化***和浓缩咖啡制备装置。已知的是，为了避免这个问题，由不锈钢形成泵壳体，但是这显著地增加了成本。也已经建议使用塑料材料，但是相关的模制工艺和强度问题进一步产生复杂性。
另一个性能问题涉及以所谓的旁通模式操作滑动叶片泵。滑动叶片泵通常设置有旁通阀，当出口处的压力超过预定水平时，该旁通阀允许泵送的流体从泵的出口传递到入口。在许多应用中，例如上述周围环境碳酸化***和浓缩咖啡制备装置，泵长时间以旁通模式操作。这样的操作可能导致在泵送的流体中产生热，继而导致泵部件的热膨胀，并且导致泵的磨损增大和永久故障。发明人已经确认了特定的故障模式，从而转子的热膨胀使得叶片堵塞到其狭槽中。
发明内容
根据本发明的第一个方面，提供滑动叶片泵组件一种滑动叶片泵组件，其用于提供流体的正位移，该泵组件包括：
壳体，该壳体中形成有流体入口和流体出口；
衬里构件，该衬里构件接纳在壳体中，并且限定了大致圆柱形内表面；
转子，该转子布置在衬里构件内，以绕旋转轴线旋转，该转子限定了大致圆柱形外表面，衬里构件的内表面与转子的外表面之间限定了工作空间，该工作空间具有绕旋转轴线而变化的径向横截面面积；以及
多个叶片，该多个叶片接纳在绕转子的外表面形成的大致径向狭槽中，每个叶片被布置成相对于转子沿径向方向滑动，使得叶片的外边缘接触衬里构件的内表面，从而将工作空间划分为工作腔室，
其中转子的旋转将流体从流体入口吸入到工作腔室中，并且将流体从工作腔室喷射到流体出口中，
并且其中在转子中形成的狭槽的基部部分彼此流体连通。
发明人已经发现，形成在已知滑动叶片泵的转子中的狭槽的基部部分在泵使用期间通常用作部分地或不完美地密封的体积。部分地密封的体积由滑动叶片的内表面沿径向向外方向界定。当转子在衬里构件中旋转时，叶片的滑动受到叶片的整个内外表面上的压力变化的抵抗。具体地，沿径向向外方向的滑动受到叶片下方的压力下降的抵抗，沿径向向内方向的滑动受到叶片下方的压力增加的抵抗。出现压力变化是由于大体积的流体不能够快速流入或流出叶片下方的部分地或不完美地密封的体积。被制造成具有小公差且例如由于长时间以旁通模式操作而经历显著热膨胀的泵组件可能加剧这个问题。
通过将泵组件布置成使得转子狭槽的基部部分彼此流体连通，优选地在泵使用期间恒定流体连通，可以减小或者甚至基本上避免抵抗叶片滑动运动的整个叶片上的不利压力变化。这样，可以减小泵故障的风险，并且可以提高泵的效率。
在优选的实施例中，可以通过泵组件中的至少一个流体管道提供流体连通。已经发现的是，通过至少一个流体管道的流体流可以用来帮助叶片进行滑动运动。例如，当通过叶片的径向外表面与衬里构件的直接接触而沿径向向内方向推压叶片时，叶片下方增加的压力可以通过管道进行传递，以帮助推压另一个叶片沿径向向外方向运动。这样，基部部分之间的流体连通可以明确地有助于减少由于叶片的不正确滑动所引起的故障。
至少一个流体管道可以采取在一个或多个泵部件中形成的通路或孔的形式。例如，多个径向延伸的流体管道可以形成在转子中，并且从狭槽的内表面延伸到转子的中心。狭槽的基部部分可以联接成组。例如，相对的成对狭槽可以通过延伸穿过转子中心的管道独立地联接。通路或孔可以具有任何横截面形状，例如圆形。
或者，至少一个流体管道可以采取形成于一个或多个泵部件中的至少一个凹槽或通道的形式。例如，大致圆形凹槽可以形成在转子的一个或两个端部表面中和/或形成在面向转子的端部表面的其它部件的表面中。圆形凹槽可以与转子的旋转轴线同轴。圆形凹槽的半径可以与形成在转子中的狭槽的基部部分的径向位置相对应。在其它实施例中，至少一个管道可以包括形成为圆弧形的多个凹槽或通道，它们可以通过为任何合适构造的其它凹槽联接在一起。至少一个凹槽或通道可以具有任何横截面形状，例如半圆形或U形。
在本发明的实施例中，转子可以由陶瓷材料形成。与用于转子的常规材料相比，例如黄铜合金和不锈钢，陶瓷材料在整个给定温度范围内具有较小的热膨胀量。这种减小的热膨胀有助于在泵组件的温度升高（例如在长时间以旁通模式操作期间）时防止叶片堵塞在其狭槽中。这样，可以降低为叶片堵塞或断裂形式的泵故障的风险。部件之间减小的摩擦还可以提供减小的磨损和增大的泵效率。
转子的陶瓷材料可以为任何工程等级的陶瓷材料。例如，转子的材料可以包括氧化铝陶瓷（Al2O3）、氮化硅陶瓷（Si3N4）和氧化锆陶瓷（ZrO2）中的至少一种。可能适合的其它陶瓷材料包括碳化硅陶瓷（SiC）、二氧化钛陶瓷、多铝红柱石陶瓷和董青石陶瓷。用于转子的特别优选的陶瓷材料是纯度为96.0至99.9wt%的氧化铝陶瓷（Al2O3）。整个转子可以由陶瓷材料形成，或者转子可以为子组件，其中某些部件由陶瓷材料形成。
例如，特别合适的陶瓷材料的膨胀系数α可以小于或等于10.0x10-6K-1，优选地小于或等于8.0x10-6K-1，还更优选地小于或等于6.0x10-6K-1，均在293K下。
叶片可以由碳石墨材料形成，或者作为另外一种选择可以由陶瓷材料形成，例如与形成转子的陶瓷材料相同或不同的陶瓷材料。具体地，叶片可以由以上关于转子所述的材料中的至少一种形成，即氧化铝陶瓷（Al2O3）、氮化硅陶瓷（Si3N4）、氧化锆陶瓷（ZrO2）、碳化硅陶瓷（SiC）、二氧化钛陶瓷、多铝红柱石陶瓷和董青石陶瓷。
在转子中形成的每个狭槽的基部部分可以具有扩大的宽度，和圆形、圆裂的横截面形状。基部部分基本上沿着轴向方向延伸。这样的扩大的基部部分可以例如通过典型的机加工操作更加容易地形成，并且在泵使用时，可以通过省略尖锐的内部拐角而减小绕狭槽的峰值应力。
衬里构件可以由碳石墨材料形成，例如金属浸渍的碳石墨材料或树脂粘合的碳石墨材料。或者，衬里构件可以由陶瓷材料形成，例如以上针对转子和叶片所述的陶瓷材料。衬里构件的外表面可以设置有与流体入口流体连通的第一凹入区域和与流体出口流体连通的第二凹入区域。凹入区域与壳体的内表面一起可以限定用于在流体入口和流体出口与工作腔室之间传递流体的流体通路。这样，流体通路的几何结构可以基本上独立于壳体设计。换言之，面向衬里构件的外表面的壳体的内表面不需要任何凹入区域。通过在衬里构件中提供凹入区域，流体通路的几何结构可以是更加适合的，并且可以例如提供较小的流动阻力。衬里构件优选地为模制部件，其中凹入区域由模具轮廓形成。
泵组件优选地还包括驱动轴，该驱动轴被布置成绕旋转轴线旋转，使得驱动轴的驱动端部延伸到壳体之外。驱动轴优选地与转子可释放地接合，以用于旋转地驱动该转子，使得转子能够与驱动轴分开以用于更换或维修。驱动轴和转子之间的接合可以使得转子能够沿着驱动轴运动到某一程度。
泵组件还可以包括轴承和机械密封件。轴承布置成在驱动轴的驱动端部附近可旋转地支撑驱动轴，并且可以包括联接到驱动轴的可旋转部分和接纳在壳体的端部部分中的静态部分。机械密封件布置在转子和轴承之间，以用于防止流体沿着驱动轴泄露到壳体的端部部分之外。该密封件可以包括联接到驱动轴的可旋转部分和联接到壳体的静态部分。可旋转部分的低摩擦密封表面可以通过弹簧元件而被回弹性地偏压成与静态部分的低摩擦密封表面接合。
机械密封件的静态部分可以座置在面向机械密封件的可旋转部分的形成于壳体的内表面中的肩部上，该肩部提供与弹簧元件的回弹性偏压相反的反作用力。设置在壳体的内表面中的肩部可以与壳体一体地形成。
轴承的静态部分可以座置在面向驱动轴的驱动端部的形成于壳体的内表面中的肩部上。该肩部也可以与壳体一体地形成。轴承的可旋转部分可以座置在面向轴承的静态部分所座置的肩部的形成于驱动轴中的肩部上，从而防止驱动轴在弹簧元件的回弹性偏压下沿轴向运动。这样，可以避免部件之间的摩擦，否则弹簧元件的推力将会引起部件之间的摩擦。驱动轴中的肩部可以由安装在驱动轴中的圆周凹槽内的弹性挡圈提供，该弹性挡圈可以在轴已经组装到轴承中之后进行安装。
泵组件优选地还包括接纳在壳体中并布置在转子的两端中每一端处的第一和第二支承构件。支承构件可以限定工作腔室的端壁。支承构件可以由碳石墨材料形成，例如金属浸渍的碳石墨材料或树脂粘合的碳石墨材料，以最小化与旋转转子的摩擦。或者，衬里构件可以由陶瓷材料形成，例如以上针对转子和叶片所述的陶瓷材料。
在本发明的特定实施例中，提供转子中的狭槽的基部部分之间的流体连通的至少一个流体管道包括形成在一个或两个另外的支承构件的端部表面（具体是面向转子的端部表面的端部表面）中的大致圆形凹槽。圆形凹槽可以与转子的旋转轴线同轴。圆形凹槽的半径可以与形成在转子中的狭槽的基部部分的径向位置相对应。至少一个凹槽或通道可以具有任何合适的横截面形状，例如半圆形或U形。
支承构件中的一者或两者皆可以设置有与流体入口流体连通的第一凹入区域和与流体出口流体连通的第二凹入区域。凹入区域和衬里构件的端部表面一起限定了用于在流体入口和流体出口与工作腔室之间传递流体的流体通路。
壳体可以是模制塑料部件，例如由纤维强化塑料材料形成。
滑动叶片泵组件优选地还包括可移除的过滤器组件，该过滤器组件接纳在壳体内的开口中，并且横过流体入口延伸，以用于从流体中过滤颗粒物质。通过过滤颗粒物质，可以减少泵组件的部件之间的摩擦和磨损。过滤器组件可以包括由多孔的或穿孔的材料形成的过滤器套筒。
过滤器组件还可以包括用于提供表示温度的电信号的热传感器。热传感器可以设置在密封帽中，该密封帽用于接纳有过滤器的壳体的开口。这样的布置是有利的，原因是其使得传感器能够被放置成紧邻穿过流体入口的流体，从而传感器能够精确地检测流体入口处的温度变化。此外，通过将温度传感器安装在泵组件的可移除部件中，可以简化制造和维护操作。
根据本发明的第二个方面，提供滑动叶片泵组件一种滑动叶片泵组件，其用于提供流体的正位移，该泵包括：
壳体，该壳体中形成有流体入口和流体出口；
衬里构件，该衬里构件接纳在壳体中，并且限定了大致圆柱形内表面；
转子，该转子布置在衬里构件内，以绕旋转轴线旋转，该转子限定了大致圆柱形外表面，衬里构件的内表面与转子的外表面之间限定了工作空间，该工作空间具有绕旋转轴线而变化的径向横截面面积；
多个叶片，该多个叶片接纳在绕转子的外表面形成的大致径向狭槽中，每个叶片被布置成相对于转子沿径向方向滑动，使得叶片的外边缘接触衬里构件的内表面，从而将工作空间划分为工作腔室；
驱动轴，该驱动轴被布置成绕旋转轴线旋转，其中驱动轴的驱动端部延伸到壳体之外，该驱动轴与转子可释放地接合，以用于旋转地驱动转子；
轴承，该轴承布置成在驱动轴的驱动端部附近可旋转地支撑驱动轴，该轴承包括联接到驱动轴的可旋转部分和接纳在壳体的端部部分中的静态部分；以及
机械密封件，该机械密封件布置在转子和轴承之间，以用于防止流体沿着驱动轴泄露到壳体的端部部分之外，该机械密封件包括联接到驱动轴的可旋转部分和联接到壳体的静态部分，其中机械密封件的可旋转部分具有密封表面，该密封表面通过弹簧元件被回弹性地偏压成与机械密封件的静态部分的密封表面接合，
其中转子的旋转将流体从流体入口吸入到工作腔室中，并且将流体从工作腔室喷射到流体出口中，
并且其中轴承的静态部分座置在面向驱动轴的驱动端部的形成于壳体的内表面中的肩部上，并且其中轴承的可旋转部分座置在面向轴承的静态部分所座置的肩部的形成于驱动轴中的肩部上，从而防止驱动轴在弹簧元件的回弹性偏压下沿轴向运动。
这个方面提供了一种泵组件，其中防止了驱动轴在弹簧元件的回弹性偏压下沿轴向运动。这样，可以避免部件之间的摩擦，否则弹簧元件的推力将会引起部件之间的摩擦。相反，驱动轴的推力受到抵靠在轴承的可旋转部分上的驱动轴中的肩部的抵抗。
驱动轴中肩部可以由安装在驱动轴中的圆周凹槽内的弹性挡圈提供。
驱动轴可以与转子可释放地接合，以用于旋转地驱动该转子。驱动轴和转子之间的接合可以使得转子能够沿着驱动轴运动。
机械密封件的静态部分可以座置在面向机械密封件的可旋转部分的形成于壳体的内表面中的肩部上，该肩部提供与弹簧元件的回弹性偏压相反的反作用力。壳体的内表面中的每个肩部都可以一体地形成于壳体中，特别是在壳体由塑料材料形成的情况下。
根据本发明的第三个方面，提供滑动叶片泵组件一种滑动叶片泵组件，其用于提供流体的正位移，该泵包括：
壳体，该壳体中形成有流体入口和流体出口；
衬里构件，该衬里构件接纳在壳体中，并且限定了大致圆柱形内表面；
转子，该转子布置在衬里构件内，以绕旋转轴线旋转，该转子限定了大致圆柱形外表面，衬里构件的内表面与转子的外表面之间限定了工作空间，该工作空间具有绕旋转轴线而变化的径向横截面面积；
多个叶片，该多个叶片接纳在绕转子的外表面形成的大致径向狭槽中，每个叶片被布置成相对于转子沿径向方向滑动，使得叶片的外边缘接触衬里构件的内表面，从而将工作空间划分为工作腔室；以及
可移除的过滤器组件，该过滤器组件接纳在壳体内的开口中，并且横过流体入口延伸，以用于从流体中过滤颗粒物质，
其中转子的旋转将流体从流体入口吸入到工作腔室中，并且将流体从工作腔室喷射到流体出口中，
并且其中该过滤器组件包括用于提供表示温度的电信号的热传感器。
本发明的这个方面提供了一种泵组件，其具有包括热传感器的过滤器组件。这样的布置是有利的，原因是其使得传感器能够被放置成紧邻穿过流体入口的流体，从而传感器能够精确地检测流体入口中的温度变化。此外，通过将温度传感器安装在泵组件的可移除部件中，可以简化制造和维护操作。
过滤器组件可以包括由多孔的或穿孔的材料形成的且具有闭合端部的过滤器套筒。在使用泵组件时，流体被引入到套筒中，并且通过多孔或穿孔材料被吸出而进入工作腔室。通过从壳体中收回过滤器组件，可以周期性移除收集在套筒中的任何颗粒物质。热传感器可以设置在密封帽中，该密封帽用于接纳有过滤器的壳体中的开口。
上述任何泵组件还可以包括旁通阀，该旁通阀布置在流体出口和流体入口之间，以便当流体出口处的压力超过预定水平时允许泵送的流体从流体出口流到流体入口。
本发明还提供一种滑动叶片泵，其包括上述任一种滑动叶片泵组件以及原动机，该原动机布置成可旋转地驱动滑动叶片泵组件的转子。原动机可以是电动马达。
本发明还提供使用上述滑动叶片泵以用于在饮料碳酸化***或浓缩咖啡机中泵送水的方法。在这样的应用中，泵可以长时间以旁通模式操作。本发明还提供使用上述滑动叶片泵以用于其它应用的方法，包括在反渗透水处理设备和解热或冷却回路中泵送流体。
从以下的详细描述中，本发明的实施例的其它特征和优点将会变得明显。
附图说明
现在将参考附图描述本发明的优选实施例，其中：
图1为包括根据本发明的泵组件的泵的示意图；
图2为根据本发明的泵组件的透视图；
图3为图2所示的泵组件的分解图；
图4为图2所示的泵组件的端部横截面图；
图5为图2所示的泵组件的一部分的侧横截面图，示出了轴承和机械密封件。
图6为用于解释使用图2所示的泵组件泵送流体的示意图；
图7a和7b为图2所示的泵组件的详细设计的横截面图；以及
图8为用于进一步解释使用根据本发明的基于可选实施例的泵组件的示意图。
具体实施方式
本发明提供一种滑动叶片泵组件，其用于提供诸如水的流体的正位移。泵组件包括：壳体，该壳体中形成有流体入口和流体出口；衬里构件，其接纳在壳体中，并且限定了大致圆柱形内表面；以及转子，其布置在衬里构件内，以绕旋转轴线旋转。该转子限定了大致圆柱形外表面，从而衬里构件的内表面与转子的外表面之间限定了工作空间，该工作空间具有绕旋转轴线而变化的径向横截面面积。泵组件还包括接纳在绕转子的外表面形成的大致径向狭槽中的多个叶片。每个叶片被布置成相对于转子沿径向方向滑动，使得叶片的外边缘接触衬里构件的内表面，从而将工作空间划分为工作腔室。在使用时，转子的旋转将流体从流体入口吸入到工作腔室中，并且将流体从工作腔室喷射到流体出口中。
根据本发明的第一个方面，在转子中形成的狭槽的基部部分彼此流体连通，和/或转子由陶瓷材料形成，这可以降低泵故障的风险并且提高泵效率。与诸如不锈钢的常规材料相比，使用陶瓷材料用于转子提供了减小的热膨胀。根据本发明的第二个方面，泵组件还包括安装到轴承上的驱动轴和机械密封件，从而防止驱动轴在机械密封件的推力下的轴向运动。根据本发明的第三个方面，泵组件还包括过滤器组件，该过滤器组件接纳在壳体内的开口中，并且横过流体入口延伸，以用于从流体中过滤颗粒物质。过滤器组件包括用于感测穿过流体入口的流体的温度的热传感器。
本发明还提供一种滑动叶片泵，其包括上述泵组件以及用于驱动泵组件的原动机。
图1为根据本发明的旋转叶片泵1的示意图。泵1包括为电动马达3形式的原动机和泵组件5，在下文中将更加详细地描述泵组件。泵组件5具有驱动轴（图1中未示出），电动马达3以常规方式联接到该驱动轴。
在图2的透视图、图3的分解图和图4的端部横截面图中更加详细地示出了泵组件5。参见这些附图，泵组件5包括壳体7，各个部件安装在该壳体中。壳体7优选地为由塑料材料形成的模制部件，例如纤维强化塑料材料。壳体7具有大致管状构造，具有限定了不同直径的内表面的主开口的不同轴向区段。壳体7的端部被将在下文中描述的其它部件闭合。
壳体7一体地形成有从壳体7向上延伸的流体入口9和流体出口11，如图2所示。流体入口9和流体出口11设置有套筒***件13、15，该套筒***件由金属材料形成，用于接合流体管道连接器（未示出）。流体入口9和流体出口11每个都提供通向壳体7的内表面的流体通路。壳体7还具有一体地形成的开口17、19，以用于将在下文中更详细地描述的接纳过滤器组件21和旁通阀23。
现在将具体参考图3的分解图描述安装在壳体7的主开口中的泵组件的各部件。衬里构件25、转子组件27、第一和第二支承构件29、31、驱动轴33、机械密封件35和轴承37接纳到壳体7中。
衬里构件25为由碳石墨或陶瓷材料形成的模制部件。其具有与壳体7的圆柱形内表面匹配的圆柱形外表面。衬里构件25的外表面设置有模制凹入区域39a、39b，该凹入区域分别限定了与流体入口9和流体出口11流体连通的流体通路。通过提供具有凹入区域39a、39b的衬里构件25，可以避免需要额外机加工壳体7的内表面。衬里构件25还具有圆柱形内表面，该圆柱形内表面的半径沿着圆周方向是变化的。
转子组件27接纳在衬里构件25中，使得其能够绕由点划线表示的旋转轴线旋转。转子组件27包括圆柱形转子41，该转子由陶瓷材料形成，例如氧化铝陶瓷（Al2O3），纯度为99wt%或类似。转子41的圆柱形外表面设置有多个径向延伸的狭槽43。在图示的泵组件5中，具有六个等距间隔开的狭槽43，但是作为另外一种选择也可以提供更多或更少的狭槽。由碳石墨或陶瓷材料形成的叶片45设置在每个狭槽43中，并且布置成沿径向方向滑动。每个狭槽43的基部部分具有扩大的宽度和圆形横截面形状，这有助于在泵组件5使用期间降低绕狭槽43的基部部分的峰值应力水平。该扩大还有助于制造转子41时机加工狭槽43。
衬里构件25的内表面和转子41的外表面之间限定了工作空间，该工作空间被叶片45划分为多个工作腔室47。在使用泵组件5的情况下，当转子组件27被可旋转地驱动时，叶片25随着工作腔室47旋转而沿着径向方向往复运动。流体从流体入口9被吸入到工作腔室47中，并且从工作腔室47喷射到流体出口11中。
第一和第二支承构件29、31布置在转子组件27的两侧中每一侧上，并且限定了工作腔室47的侧壁。支承构件29、31由碳石墨或陶瓷材料形成，以用于减小构件29、31与转子组件27之间的摩擦。每个支承构件29、31的面向转子组件27的端部表面设置有凹入区域51a、51b，该凹入区域限定了与工作腔室47流体连通的流体通路和形成于衬里构件25的外表面中的流体通路。支承构件29、31之一中的面向转子组件27的端部表面还设置有圆形凹槽89（在图3中仅仅能看到一个），该圆形凹槽与转子41同轴，并且其半径与形成于转子41中的狭槽43的扩大基部部分的径向位置相对应。在下文中将更加详细地描述圆形凹槽89的目的。衬里构件25的外表面与支承构件29、31均设置有用以接纳对准销49的狭槽，该对准销用于保持它们的相对对准。
壳体7的前端部被圆形板53闭合，该圆形板通过弹性挡圈55固定就位。O形环密封件57布置成与圆形板57接触以用于进行密封。
驱动轴33从后端部安装在壳体7中，驱动轴的驱动端部59延伸到壳体7之外。驱动轴33接合形成于支承构件29、31中的圆形孔和形成于转子41中的驱动孔。驱动轴33可释放地接合转子41和支承构件29、31，使得转子41能够从轴33上拆除，以用于进行维修或更换。该接合还使得转子41和支承构件29、31能够沿着驱动轴33在任一方向上滑动受限的程度。
机械密封件35和轴承37在第二支承构件31与驱动轴33的驱动端部59之间安装在驱动轴33上，并且在为侧横截面图的图5中更加详细地示出。
轴承37布置成在驱动轴的驱动端部59附近可旋转地支撑驱动轴33。轴承37为常规的类型，并且包括支撑在与驱动轴33联接的可旋转套筒和接纳在壳体7的端部部分中的静态套筒之间的多个金属滚珠。
机械密封件35布置成与轴承37相邻，以用于防止流体沿着驱动轴33泄露到壳体7的后端部之外。机械密封件35包括联接到驱动轴33的可旋转套筒61和联接到壳体7的静态套筒63。可旋转套筒具有的密封表面65通过弹簧元件67而被回弹性地偏压成与静态部分63的密封表面接合。
机械密封件35的静态套筒63安装在壳体7中，使得其沿轴向方向座置在一体地形成于壳体7中的肩部69上。肩部69提供对抗弹簧元件67的偏压的反作用力。
轴承37的静态套筒也座置在一体地形成于壳体7中的肩部71上。通过安装到驱动轴33中的圆周凹槽且抵靠轴承37的可旋转套筒的弹性挡圈73，防止了驱动轴33在弹簧元件67的回弹性偏压下沿轴向方向运动。这样，减小了静态部件与通过驱动轴33旋转的部件之间的摩擦。
现在将具体参考图3和4描述可移除的过滤器组件21和旁通阀23。
过滤器组件21包括由多孔的或穿孔的材料形成的长形套筒75。多孔或穿孔的尺寸被选择成防止相关的颗粒物质穿过该材料而不引起对流动的过度限制。过滤器组件还包括远侧端部密封件77和密封帽79，该密封帽在近侧端部处闭合套筒75。密封帽79还密封壳体7中的开口17，并且设置有用于接纳温度传感器81的孔。温度传感器81为电气温度传感器，例如热电偶、热敏电阻器或类似物，其提供表示温度的电信号。
过滤器组件21安装在壳体7中的开口17内，如上所述。参照图4，将会看到，远侧端部密封件77将套筒75密封到壳体7的流体入口9。流入套筒75的流体通过多孔的或穿孔的材料被吸入到由衬里构件25中的凹部39a限定的流体通路中。温度传感器81靠近穿过流体入口9的流体使得传感器81对于流体入口9处的温度变化是尤其敏感的。当温度超过预定阈值时，温度传感器的输出可以用来例如关闭驱动泵组件5的电动马达3的电源。这样，可以避免由热引起的对泵部件的损坏。
旁通阀23安装在壳体7中的开口19内。该开口19提供流体出口11和流体入口9之间的流体通路。旁通阀23包括活塞83、压缩弹簧85和端帽87，该端帽包括压力调节机构。活塞83形成有圆周肩部，该圆周肩部抵靠在开口19中设置的阀座。肩部被通过端帽87保持就位的压缩弹簧85偏压成与该阀座接合。压力调节机构适于改变弹簧85上的预加载，从而改变阀打开的压力。在使用旁通阀23的情况下，当流体出口处的压力超过预定水平时，阀打开以允许高压流体从流体出口11流到流体入口9。
现在将参考图4和6描述使用泵1和泵组件5来泵送流体。图4为泵组件的端部横截面图。图6为通过由衬里构件25和支承构件29、31形成的流体通路的流体流的示意图。流体流在图4和6中用箭头表示。
在使用泵1的情况下，流体入口9连接到低压流体（例如水）供应装置，流体出口连接到容器（未示出），流体待泵送到该容器。因为泵1为正位移泵，所以容器可以是压力容器，并且泵可以在较高的压力下将流体从低压供应装置传递到该容器。
图1所示的电动马达3可旋转地驱动泵组件5的驱动轴33，继而驱动转子组件27。当转子组件27旋转时，叶片45在狭槽43中往复运动，工作腔室47绕旋转轴线旋转。当工作腔室47旋转时，在当它们朝向流体出口11排出流体时进行收缩之前，它们的体积初始随着它们从流体入口9吸入流体而膨胀。该膨胀和收缩循环能够克服压力梯度而泵送流体。
被吸入到工作腔室47中的流体从流体入口9穿过旁通阀23的压缩弹簧85，并且穿过过滤器组件21的套筒75。过滤器组件21的套筒75收集流体中的任何颗粒物质，否则，这些颗粒物质将可能导致泵组件5的损坏或过度磨损。
安装在过滤器组件21中的温度传感器81对穿过流体入口9的流体中的温度波动是敏感的。如果感测的温度超过预定阈值，那么可以切断电动马达3的电源，以关闭泵1，并且防止对泵部件的任何由热引起的损坏。如果泵1长时间以旁通模式操作则可能出现这样的场景，下文中将描述该旁通模式。
当流体出口11处的压力超过预定水平时，旁通阀23用来通过打开从流体出口11到流体入口9的流体通路而调节流体出口11处的流体压力。旁通阀23还可以用作安全特征结构。当旁通阀23打开时，泵1被称为以旁通模式操作。在旁通模式中，流体连续地循环通过工作腔室47并且穿过旁通阀23的整个流体通路，从而导致流体在工作时的温度增加。长期以旁通模式操作可能导致对泵组件的由热引起的损坏，除非泵1被关闭，例如通过响应于来自温度传感器81的预定信号而切断电动马达3的电源。
在泵组件5使用期间，当转子组件27旋转时，在形成于支承构件29、31中的圆形凹槽89中存在连续的流体流。这种通过圆形凹槽89的流体流不会直接有助于流体从流体入口9泵送到流体出口11，但是相反有助于防止由于叶片45在其狭槽43中的不正确滑动或堵塞而导致的泵组件5故障。
每个圆形凹槽89都限定了管道，该管道提供转子41的狭槽43的基部部分之间的流体连通。狭槽43的基部部分限定了由叶片45的径向内端部沿径向外方向界定的体积，如果没有该径向凹槽89，那么该体积将是部分地或不完美地密封的。当叶片45沿径向向内和向外滑动时，狭槽43的基部部分之间的流体连通允许流体在狭槽43之间快速地流动。这样，可以避免在叶片45的整个径向内和外表面上的显著压力变化，该显著压力变化可能导致叶片粘着。更具体地，借助于流体通过圆形凹槽89流入基部部分，而减轻了由于沿径向向外方向的滑动所引起的叶片45下方的压力下降。借助于流体通过圆形凹槽89流出基部部分，而减轻了由于沿径向向内方向的滑动所引起的叶片45下方的压力增大。在泵组件45使用期间，所有叶片45之下的体积的和在所有时刻保持基本上恒定，从而在狭槽43之间存在流体流动。
还已经发现的是，通过圆形凹槽89的流体流可以帮助叶片45的滑动运动。更具体地，当通过叶片的径向外表面与衬里构件25的直接接触而沿径向向内方向推压叶片45时，叶片45下方增加的压力可以通过凹槽89进行传递，以帮助推压另一个叶片45沿径向向外方向运动。这样，狭槽43的基部部分之间的流体连通可以明确地有助于减少由于叶片45的不正确滑动所引起的故障。
与使用常规泵相比，还以多种方式减小了部件之间的摩擦，该摩擦是泵故障风险。例如，提供由陶瓷材料形成的转子41降低了由于转子材料的热膨胀所引起的转子41和叶片45之间的摩擦。还可以减少由堵塞和断裂的叶片所引起的泵故障。
此外，通过弹性挡圈73抵靠轴承37的内部可旋转套筒，防止驱动轴33沿轴向运动。这样，可以减小静态部件和驱动轴33同时由驱动轴33旋转驱动的部件之间的摩擦。
图7a和7b更详细地示出了根据本发明的转子41的狭槽43的基部部分之间的流体连通的设置。图7a和7b中所用的附图标记对应于其它图中所用的附图标记。如图所示，圆形凹槽89形成在第一和第二支承构件29、31的面向转子41的表面中。凹槽89限定了将在转子41中形成的狭槽43的基部部分连接在一起的流体通路。当叶片45在泵组件5使用期间往复运动时，流体通路用来平衡叶片45下方的压力。
图8为用于进一步解释使用根据可供选择的实施例的泵组件5的示意图，该泵组件具有四个叶片而不是图3至6所示的六个叶片。如图所示，四个叶片45a、45b、45c、45d布置在转子的相应狭槽中。形成于支承构件中的圆形凹槽91提供狭槽的基部部分之间的流体连通。在图8中，四个叶片45a、45b、45c、45d布置在不同的径向位置处。当转子组件旋转时，叶片45a、45b、45c、45d沿径向向内和向外滑动，使得它们的径向外表面保持与衬里构件（图8中未示出）接触。从叶片沿径向向内滑动的狭槽到叶片沿径向向外滑动的狭槽存在恒定的流体流。叶片下方和圆形凹槽89中的流体总体积保持基本上恒定。
如上所述，狭槽之间的流体流最小化了可能引起叶片粘着的整个叶片上的不利压力差。此外，该流体流还可以在整个叶片上形成有力的压力差，促进叶片尤其沿径向向外方向的滑动运动。应当理解，通过叶片的径向位置和运动（这由衬里构件的内表面的形状确定）确定狭槽之间的精确流体流。
以上已经详细描述了本发明的优选实施例。在不脱离由所附权利要求限定的本发明的范围的情况下，可以对这些实施例做出各种改变。
例如，上述泵组件的转子由氧化铝陶瓷形成。然而，也可以使用其它陶瓷材料，例如氮化硅和二氧化锆陶瓷。
本发明的另一个方面提供一种滑动叶片泵组件，其用于提供流体的正位移，该泵组件包括：
壳体，该壳体中形成有流体入口和流体出口；
衬里构件，该衬里构件接纳在壳体中，并且限定了大致圆柱形内表面；
转子，该转子布置在衬里构件内，以绕旋转轴线旋转，该转子限定了大致圆柱形外表面，衬里构件的内表面与转子的外表面之间限定了工作空间，该工作空间具有绕旋转轴线而变化的径向横截面面积；以及
多个叶片，该多个叶片接纳在绕转子的外表面形成的大致径向狭槽中，每个叶片被布置成相对于转子沿径向方向滑动，使得叶片的外边缘接触衬里构件的内表面，从而将工作空间划分为工作腔室，
其中转子的旋转将流体从流体入口吸入到工作腔室中，并且将流体从工作腔室喷射到流体出口中，
并且其中转子由陶瓷材料形成。

Claims (34)

1.一种滑动叶片泵组件，其用于提供流体的正位移，该泵组件包括：
壳体，该壳体中形成有流体入口和流体出口；
衬里构件，该衬里构件接纳在壳体中，并且限定了大致圆柱形内表面；
转子，该转子布置在衬里构件内，以绕旋转轴线旋转，该转子限定了大致圆柱形外表面，衬里构件的内表面与转子的外表面之间限定了工作空间，该工作空间具有绕旋转轴线而变化的径向横截面面积；
多个叶片，该多个叶片接纳在绕转子的外表面形成的大致径向狭槽中，每个叶片被布置成相对于转子沿径向方向滑动，使得叶片的外边缘接触衬里构件的内表面，从而将工作空间划分为工作腔室；以及
接纳在壳体中并布置在转子的两端中每一端处的第一支承构件和第二支承构件，支承构件限定出工作腔室的端壁，
其中转子的旋转将流体从流体入口吸入到工作腔室中，并且将流体从工作腔室喷射到流体出口中，
其中在转子中形成的狭槽的基部部分彼此流体连通，
其中通过在转子的端面和支承构件的端面的至少一者中形成的大致圆形凹槽提供所述流体连通，
其中在泵组件使用期间，叶片下方和大致圆形凹槽中的流体总体积是大致恒定的，从而在狭槽之间具有流体流，以平衡叶片下方的压力，
其中当通过叶片的径向外表面与衬里构件的直接接触而沿径向向内方向推压叶片时，叶片下方增加的压力能够通过管道进行传递，以帮助推压另一个叶片沿径向向外方向运动，
其中泵组件还包括：
驱动轴，该驱动轴被布置成绕旋转轴线旋转，其中驱动轴的驱动端部延伸到壳体之外；
轴承，该轴承布置成在驱动轴的驱动端部附近可旋转地支撑驱动轴，该轴承包括联接到驱动轴的可旋转部分和接纳在壳体的端部部分中的静态部分；以及
机械密封件，该机械密封件布置在转子和轴承之间，以用于防止流体沿着驱动轴泄漏到壳体的端部部分之外，该机械密封件包括联接到驱动轴的可旋转部分和联接到壳体的静态部分，其中机械密封件的可旋转部分具有密封表面，该密封表面通过弹簧元件被回弹性地偏压成与机械密封件的静态部分的密封表面接合；并且
其中轴承的静态部分座置在面向驱动轴的驱动端部的、形成于壳体的内表面中的肩部上，并且其中轴承的可旋转部分座置在面向轴承的静态部分所座置的肩部的、形成于驱动轴中的肩部上，从而防止驱动轴在弹簧元件的回弹性偏压下沿轴向运动。
2.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中该大致圆形凹槽形成在转子中。
3.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中该大致圆形凹槽形成在第一支承构件和第二支承构件的至少一者中。
4.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中圆形凹槽与转子同轴，并且圆形凹槽的半径与转子的狭槽的基部部分的径向位置相对应。
5.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中圆形凹槽具有半圆形或U形横截面。
6.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中排除圆形凹槽之外，转子的狭槽的基部部分限定了密封的体积。
7.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中转子由陶瓷材料形成。
8.根据权利要求7所述的滑动叶片泵组件，其中转子的陶瓷材料包括Al2O3、Si3N4和ZrO2中的至少一种。
9.根据权利要求8所述的滑动叶片泵组件，其中转子的陶瓷材料包括纯度为96.0至99.9wt％的Al2O3。
10.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中在转子中形成的每个狭槽的基部部分具有扩大的宽度，并且限定了圆形横截面形状。
11.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中衬里构件由碳石墨或陶瓷材料形成。
12.根据权利要求11所述的滑动叶片泵组件，其中衬里构件的外表面设置有与流体入口流体连通的第一凹入区域和与流体出口流体连通的第二凹入区域，并且其中第一凹入区域和第二凹入区域与壳体的内表面一起限定了用于在流体入口和流体出口与工作腔室之间传递流体的流体通路。
13.根据权利要求12所述的滑动叶片泵组件，其中面向衬里构件的外表面的壳体的内表面不具有任何凹入区域。
14.根据权利要求12所述的滑动叶片泵组件，其中衬里构件是模制部件，并且其中第一凹入区域和第二凹入区域被模制到衬里构件的外表面中。
15.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中驱动轴与转子可释放地接合，以用于旋转地驱动该转子。
16.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中机械密封件的静态部分座置在面向机械密封件的可旋转部分的、形成于壳体的内表面中的肩部上，该肩部提供与弹簧元件的回弹性偏压相对的反作用力。
17.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中驱动轴中的肩部由安装在驱动轴中的圆周凹槽内的弹性挡圈提供。
18.根据权利要求16所述的滑动叶片泵组件，其中壳体的内表面中的每个肩部都一体地形成于壳体中。
19.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中支承构件由碳石墨或陶瓷材料形成。
20.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中每个支承构件设置有与流体入口流体连通的第一凹入区域，并且每个支承构件设置有与流体出口流体连通的第二凹入区域，并且其中第一凹入区域和第二凹入区域和衬里构件的端部表面一起限定了用于在流体入口和流体出口与工作腔室之间传递流体的流体通路。
21.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中壳体为模制塑料部件。
22.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中叶片由碳石墨材料形成。
23.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其中叶片由陶瓷材料形成。
24.根据权利要求1所述的滑动叶片泵组件，其还包括可移除的过滤器组件，该过滤器组件接纳在壳体内的开口中，并且横过流体入口延伸，以用于从流体中过滤颗粒物质。
25.根据权利要求24所述的滑动叶片泵组件，其中过滤器组件包括由多孔的材料形成的过滤器套筒。
26.根据权利要求24所述的滑动叶片泵组件，其中过滤器组件包括用于提供表示温度的电信号的热传感器。
27.根据权利要求26所述的滑动叶片泵组件，其中热传感器设置在密封帽中，该密封帽用于接纳有过滤器的壳体中的开口。
28.根据权利要求24所述的滑动叶片泵组件，其中热传感器设置在密封帽中，该密封帽用于接纳有过滤器的壳体中的开口。
29.一种滑动叶片泵，其包括：
根据前述权利要求中任一项所述的滑动叶片泵组件；以及
原动机，该原动机布置成可旋转地驱动滑动叶片泵组件的转子。
30.根据权利要求29所述的滑动叶片泵，其中原动机为电动马达。
31.根据权利要求29所述的滑动叶片泵用于在饮料碳酸化***中泵送水的用途。
32.根据权利要求29所述的滑动叶片泵用于在浓缩咖啡机中泵送水的用途。
33.根据权利要求29所述的滑动叶片泵用于在反渗透水处理设备中泵送流体的用途。
34.根据权利要求29所述的滑动叶片泵用于在加热或冷却回路中泵送流体的用途。
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