專利名稱：具有成對圓筒轉子的泵的制作方法
技術領域：
本發明涉及一種泵，更具體地說涉及一種包含一對圓筒形轉子的新型泵，這對轉子分別適于繞一對轉軸沿相反方向相對于有關的轉軸以相同的偏心度旋轉，而同時在其間保持恒定的距離，因此能獲得高效率的、無噪聲的且強勁的流體泵送效能。
一般地，傳統泵適于通過圍繞一泵體內的固定軸線旋轉一葉片型、齒輪型、渦形或凸輪型的轉子來獲得流體泵送功能。然而，這種傳統泵由于每一吸入/排出沖程中轉子移動長度大、轉子與被泵送的流體接觸面積很大以及轉子和流體間強烈紊流接觸狀態，其具有的缺點是消耗大量的力。此外，這種泵免不了產生大量摩擦熱和磨損現象。因此，這種泵具有難于達到高速運轉和壽命短的缺點。由于這種傳統泵具有復雜的轉子結構和復雜的轉子室結構，因而它們在設計和應用上具有局限性。例如，葉片型泵其轉子的加工很難且很昂貴。具體地說，這種泵不適于泵送出人類排泄物、含有各種外來雜質的廢水或含有其它固態物質的其它流體，因為流體中含有的這些物質卡阻轉子的葉片而干擾轉子的泵送運動。此外，這種泵的結構不適于排出應避免紊流的化學液體和不適用于真空泵。
至于一種包含一具有單向閥裝置的缸型泵體和一適于在泵體內作直線往復運動的活塞的泵，由于其包含對泵效率不利的脈動抽吸運動以及具有在缸蓋與活塞之間、對流體吸入和排出不起作用的較高比例的無效容積比，因而得到的泵送效率低。由于活塞行程較長，這種泵還有就其泵送容量來說尺寸過大的缺點。
韓國專利文件No.91-4769(相應于日本專利申請No.昭63-126511)公開了一種與本發明的泵的工作方式相似的旋轉型壓縮機。這種壓縮機包含一缸體，一位于該缸體內沿該缸體內表面周向作偏心旋轉的圓形轉子，一個將缸體和轉子之間形成的流體室分為吸入側低壓空間和排出側高壓空間的可動葉片件。但是，因為其泵送動作只通過單獨一個圓形轉子的偏心旋轉來獲得，所以為完成一完整的泵送循環這種泵的結構必然是轉子行程很大。因此，泵送效率低。此外，這種壓縮機結構復雜，包括一些薄弱部件，這主要是由將轉子與泵體之間形成的流體室分為低壓側空間和高壓側空間的較薄可動葉片件和轉子吸入沖程中防止流體從排出口倒流的閥門裝置造成的。因此，這種壓縮機包含的缺點是難于在高壓和高速下無故障運行及壽命短。
還有人提供出一種葉片泵，這種泵包含一偏心旋轉的圓形件，一些裝于旋轉件上以便能在該部件上沿徑向移進和移出的板式葉片，一個旋轉件沿其內表面滑動的圓筒形泵殼。這種葉片泵公布于韓國專利文件No.90-3682(相應于日本實用型申請No.昭61-178289)。但是，這種泵由于其泵送運行只由一單獨的偏心旋轉件完成以及泵的結構包含一組泵送過程中移進和移出旋轉件的板式葉片，因而也具有和上述壓縮機相似的不足之處。
又有人提出一種泵，這種泵包含一制成螺旋形的固定渦管和一制成與固定渦管類似的螺旋形的可動渦桿，兩個渦形件互相協同達到泵送諸如致冷劑之類流體所需的泵送運行。渦形泵公開于比如韓國專利文件No.89-628(相應于日本專利申請No.昭59-168236和59-222753)。但是，由于其完成泵送操作的渦形件具有用復雜的漸開線和圓周曲率所形成的復雜螺旋結構，因而這種泵的復雜結構會造成加工困難以及需要昂貴的加工費用。此外，由于在其泵送操作中流體的吸入和排出是通過可動渦桿和固定渦管之間所形成的狹長的流體室進行的，所以可動渦桿在一個泵送周期中的吸入/排出量較小。因此，這種泵不適用于泵送包含外來雜質的流體或濃稠流體或者大量其它普通流體的場合。
因此，本發明的目的是，解決傳統泵上述的問題和不足，并且由此提供一種能達到易于加工、高泵送效率以及多種應用的具有簡單有效結構的泵。
本發明目的的實現是借助于提供一種泵，它包含一對相同的圓筒形轉子，適于分別圍繞其轉軸沿相反方向相對于各自轉軸以相同的偏心度旋轉，而同時保持其間恒定的距離；一對相同的圓筒形轉子室，分別容納轉子使轉子沿其各自內表面滑動；以及一適于將轉子互相聯結的連接板。由于泵的轉子和轉子室完全是圓形的簡單形狀，該泵幾乎不表現出如傳統泵中常出現的由可動件造成的薄弱部件。此外，該泵加工非常容易且泵的壽命長。由于具有完全圓形的轉子交替地基本上以轉子繞其軸每旋轉半周并且沿轉子室各自內表面平滑滑動來進行每一泵送循環，所以這種泵達到了幾乎沒有任何不希望的脈動、噪聲和振動的泵送操作。由于每個泵送循環中轉子行程短、轉子和被泵送流體間接觸面積最小以及不產生任何渦流或紊流，因而這種泵也可能不浪費動力而達到一種有效率、無噪聲的泵送操作。尤其是，即使在高速和高泵送壓力情況下，這種泵也不會出故障。
本發明的其它目的和方面從下述參照附圖對實施例所作的說明中會更加明白，附圖中

圖1A到1D是本發明的泵的基本結構及其工作的剖視圖；圖2是圖1A至1D所示泵的轉子優選實施例的局部剖視圖；圖3A和3B是在轉子轉軸的回轉角速度和轉子繞轉子轉軸旋轉的回轉角速度設定得彼此相等的情況下兩個轉子運行關系的示意圖；圖4是沿圖2中IV-IV線截取的橫截面示意圖；圖5A和5B是在轉子轉軸的回轉角速度與轉子繞轉子轉軸旋轉的回轉角速度設定得彼此相等的情況下兩轉子之間的連接板優選實施例的示意圖；圖6A和6B是與圖5A和5B類似的示意圖，但表示其另一種可能的實施例；圖7是按照圖1、2和4所示的實施例制作的泵的分解透視圖；圖8是圖7所示泵在其裝配狀態下的剖視圖；圖9是轉子繞其轉子轉軸偏心旋轉的又一可能實施例的示意剖視圖；圖10是轉子繞其轉子轉軸偏心旋轉的再一可能實施例的示意剖視圖；圖11是轉子外表面形成有包層的本發明進一實施例的局部剖視圖。
圖1A到1D是說明本發明泵的基本結構和工作原理的剖視圖。
如圖1A到1D所示，本發明的泵包括一完全是圓形(或圓筒形)體的第一轉子3。第一轉子3以相對于軸線1的給定偏心度沿某一預定方向圍繞軸線1旋轉。該泵還包括一與第一轉子3具有同樣結構即完全是圓形體的第二轉子4。第二轉子4沿與第一轉子3旋轉方向相反的方向、相對于軸線2以和第一轉子3相對于軸線1相同的偏心度圍繞位于軸線1附近且與軸線1平行的另一軸線2旋轉。泵還包括一對轉子室，第一個由標號5標明，而第二個由標號6標明。在第一個轉子室5內，第一轉子3以一定方式沿周向滑動。在第二個轉子室6內，第二轉子4也以一定方式沿周向滑動。盡管分別作為轉子3和4旋轉中心的軸線1和2，為說明方便起見，以點的形式表示，但實際上它們是分別位于相應轉子室5和6中心的轉軸。這些轉軸之一可以是由一如電機之類的外驅動源以一預定方向帶動旋轉的驅動軸，而另一轉軸則為由驅動軸的回轉力帶動而沿與驅動軸轉動方向相反的方向旋轉的從動軸。
第一、第二轉子3和4分別位于轉子室5和6內而圍繞軸線1和2，即其旋轉中心，在保持其間等距的條件下沿相反方向旋轉。第一、第二轉子3、4以一定方式在其內沿周向滑動的第一、第二轉子室5、6，在它們互鄰接部分的一側與吸入口7連通。第一、第二轉子室5、6還在它們相鄰部分的另一側與排出口8連通。第一和第二轉子室5和6、吸入口7和排出口8可以設在同一殼體9上，正如圖示的情況。
連接板10設置于第一、第二轉子3、4之間。連接板10穿過在第一、第二轉子室5、6最接近部分之處形成的一狹縫11。連接板10其一端與第一轉子3連接，其另一端與第二轉子4連接。在泵的運行中，連接板10以及第一、第二轉子3、4用于將殼體9內所限定的流體室分為一高壓側空間H和一低壓側空間L，如圖1B所示。殼體9的流體室由第一和第二轉子室5和6、吸入口7、排出口8和狹縫11形成。
圖1A表示泵的一種初始狀態，第一、第二轉子3、4位于殼體9內底部死點，并且互相豎向對齊。在泵運行中，隨著第一、第二轉子3、4開始從初始狀態分別以相反方向繞其軸線1、2旋轉時，轉子3、4和連接板10重復執行一系列動作得到圖1B、圖1C、圖1D所示的順序狀態并返回圖1A所示狀態。圖1B表示轉子之一，例如轉子3從圖1A狀態沿圖1B箭頭所指方向繞其軸線1轉過90°的狀態。圖1D表示轉子3從圖1C狀態沿與圖1C相同方向再轉過90°的狀態。換句話說，在轉子3和4中每一個進行其一周完整旋轉中，泵的可動元件，包括第一、第二轉子3、4和連接轉子3和4的連接板10按順序得到圖1A、圖1B、圖1C和圖1D依序連動狀態。在這種運行中，第一、第二轉子3、4以一定方式沿第一、第二轉子室5、6的內圓筒表面周向滑動，而轉子外圓柱表面分別與轉子室5、6的內表面緊密接觸。
在所有第一和第二轉子3和4以及連接這兩轉子的板10被認為構成一單獨的、整體的可動構件的場合下，殼體9的內部空間被分為與排出口8一側連通的一高壓側空間(如空間H)和與吸入口7一側連通的一低壓側空間(如空間L)，使得在上述運行中流體的吸入和排出動作產生在這些空間之內。例如，當第一轉子3沿第一轉子室5內表面滑動時，如從圖1B狀態經過圖1C狀態到圖1D狀態，第一轉子室5內第一轉子3和板10左側確定的空間體積逐漸減小，從而引起該空間內所包含的流體在壓力作用下向排出口8排出。同時，第一轉子室5中第一轉子3和板10右側確定的空間體積逐漸增大，使其內壓降低。因此，第一轉子室5右側空間出現真空狀態，從而產生對流體的吸入力。緊隨第一轉子3的上述運動，第二轉子4沿第二轉子室6內表面滑動，如從圖1D狀態經圖1A狀態到圖1C狀態，第二轉子室6內第二轉子4和板10左側確定的空間體積逐漸減小，而使該空間內所包含的流體在壓力作用下向排出口8排出。同時，第二轉子室6內第二轉子4和板10右側確定的空間體積逐漸增大，使其內壓降低。因此，第二轉子室6的右部空間出現真空狀態，從而產生對流體的吸入力。這樣，隨著第一、第二轉子3和4的流體吸入和排出操作以重復連續方式交替進行，泵就能以基本連續的方式輸送流體。
特別應該注意的是，在泵的運行中轉子3和4之一，如轉子3，正好在另一轉子如轉子4繞其軸線2轉過180°角度而完成其流體吸入和排出沖程之后開始進行其流體吸入和排出操作。在軸1是驅動軸的場合，驅動軸的每半(1/2)周旋轉即實現一個完整的流體吸入排出操作。因此，本發明的泵能提供與適于經驅動軸每一周旋轉而達到一完整流體吸入和排出操作的、具有一單一圓柱形回轉結構的(韓國專利文件No.91-4796)傳統泵相同的流體排量，而所用泵速和驅動能量都大體上是傳統泵所用值的一半。換句話說，在相同的泵速和泵額定功率的條件下，本發明的泵獲得兩倍于傳統泵所達到的流體排量。雖然轉子3和4的流體吸入和排出操作被描述為在特定運動位置進行，但實際上是以對稱互補并連續的方式在轉子3和4幾乎所有位置上進行的。因此，就流體吸入和排出功能而論，本發明的泵利用具有對稱互補關系的轉子3和4的和諧的泵送運動而提供在傳統泵之中不能期望的高泵送效率以及幾乎無脈動現象、噪聲和振動的泵送操作。此外，由于轉子3和4沿轉子室5和6的各內表面順滑而無噪聲地滑動，同時又與該內表面緊密接觸，所以本發明的泵的泵送操作是很安靜且強勁的。因此，即使在高速和高壓條件下操作，也不會出現任何過載。由于泵所用機構的磨損和損壞率減小到最低限度，因而能獲得長的泵壽命。此外，由于泵具有轉子3和4以及轉子室5和6的簡單結構，所以能隨意地滿足多種需要的泵容量。
按照本發明的一優選實施例，轉子3和4各自繞軸線1和2的偏心旋轉通過圖2所示機構實現。在圖2機構中，分別具有偏心轉軸12和13的圓盤14和15與轉軸形式的回轉軸1和2各自一端相連接。在偏心轉軸12和13各自自由端可旋轉地安裝著轉子3和4。連接板10在其兩端處與轉子3和4各自相應部位固定連接。轉軸1和2由傳動齒輪16和17從操作上連接起來，使它們沿相反方向旋轉。板10的裝接可以將板10與轉子3和4形成一整體或在轉子3和4上焊接一單獨連接板來實現。由于連接板10與轉子3和4的這種堅固連接，連接板10能和轉子3和4整體運動，使在板10的連接部位可既不出現磨損又不出現損壞。因此，有可能獲得的優點是提供一種幾乎無薄弱部位、具有堅固、耐用結構的泵。
在本實施例中，當轉軸1和2旋轉時，與轉軸1和2偏心連接的轉子3和4沿相反方向繞轉軸1和2旋轉，同時在其間保持恒定距離。如果轉軸1和2的旋轉角速度及圍繞轉軸1和2旋轉的轉子3和4的旋轉角速度設置為彼此相等，則在從圖3A的初始狀態沿圖3A箭頭所示的相反方向轉過90°以后所達到的圖3B狀態下，轉子3和4的中心之間的距離變得比在圖3A狀態下的距離大。因此，該機構運行中可能會出現過載。
為了使轉子3和4的相反旋轉處于轉子3和4之間距離保持恒定的狀態，轉子3和4的旋轉角速度應該互不相同，其方式是，當轉子3從圖3A所示狀態沿圖3A中箭頭所示的方向轉過90°以后而到達圖3B狀態時，轉子4沿著與轉子3轉動方向相反的方向而到達其轉過稍大于90°角度的狀態。為此，轉子3和4由一傳動齒輪機構聯接起來，該機構包含一對互相嚙合并分別與轉軸1和2以偏心方式聯接的相同的傳動齒輪16和17，如圖4所示，圖4是沿圖2中IV-IV線截取的橫截面圖。在這個結構中，當安裝在轉軸1上的齒輪16由于轉軸1的旋轉從圖4狀態轉過90°時，在其小直徑部位與齒輪16大直徑部位嚙合的齒輪17及由此固定支承齒輪17的轉軸2沿圖4中箭頭所示方向轉過一大于90°的角度。通過這種運行，分別繞轉軸1和2旋轉的轉子3和4旋轉角速度互不相同，使它們繞轉軸1和2的相反旋轉能處于轉子3和4之間距離保持恒定的狀態。
按照本發明另一實施例，轉子的轉軸1和2由一傳動齒輪機構互相聯接起來，該機構包含一對互相嚙合并分別與轉軸1和2以同心方式聯接的相同的傳動齒輪。在這種情況下，在轉子3和4的上述運行期間，由于轉軸1和2的回轉角速度及由此以相同偏心度偏心地裝于轉軸1和2的轉子3和4的回轉角速度設置為彼此相同，轉子3和4的中心之間距離以圖3A和3B所述方式變化。因此，在這種結構中，如果轉子3和4通過板10互相固定連接，該裝置工作中就可能出現過載。為消除這個問題，需要采用吸收裝置來吸收轉子3和4中心之間距離的變動。這個吸收裝置可包含一制成于轉子3和4之一的某一部位之處的滑動槽3′，比如，形成于要配接于板10的轉子3上，而板10與轉子3是分離的，如圖5A和5B所示。在滑槽3′內，板10要與轉子3配接的一端要容納成使其能順著滑槽3′沿轉子3能徑向滑動。在這種結構中，由于轉子3和板10彼此分離而相對滑動，因而該裝置在轉子3和10的滑動區域出現磨損和損壞的可能性變大。但在這種情況下，由于用于使轉軸1和2彼此聯接的傳動齒輪做成具有簡單圓形的同心齒輪形式而不是偏心齒輪，因而其優點是泵的加工方便。
圖6A和6B示出本發明另一可能實施例對圖5A和5B結構的改進。按照該實施例，板10和轉子3和4都固定連接，不象圖5A和5B中的情況那樣在其一端與轉子3和4中相應的一個滑動連接。在這種情況下，一對彈性件18和19分別置于轉子3和支承轉子3的偏心軸12之間以及轉子4和支承轉子4的偏心軸13之間，以便吸收轉子3和4中心之間距離的變動。彈性件18和19中可只安裝其一。
按照圖1A-1D、2和4所示的任一實施例的一個完整泵結構示于分解透視圖7和對應于圖7的剖視圖8。該結構包含一對轉子轉軸1和2。轉軸1用作由外部驅動源帶動旋轉的驅動軸，而轉軸2作為由驅動軸1通過傳動齒輪16和17傳遞的旋轉力帶動旋轉的從動軸。一對轉子3和4以相同偏心度偏心地安裝于轉軸1和2上。轉子3和4與板10連接，使它們彼此成一整體，從而使它們如上所述進行旋轉的同時保持其間的恒定距離。適于使轉軸1和2互相聯接的傳動齒輪16和17具有偏心齒輪的形式，可使轉子3和4沿相反方向轉動而同時如上所述保持其間恒定的距離。一端板20和一中間板21分別與殼體9的兩端連接。在端板20和中間板21之間的殼體9內限定一對密封轉子室5和6。轉子3和4分別在轉子室5和6中旋轉。中間板21還通過軸承22、23、24和25用作旋轉地支承轉軸1和2。在中間板21的與殼體9相對置的一側上固定裝有一適當的蓋結構26，用于封蓋轉軸1和2以及它們的傳動齒輪16和17以保護它們。最好是，轉子3和4分別以軸承支承于偏心軸12和13。
圖5A和5B或圖6A和6B所示的泵與圖7和圖8所示泵具有相同的結構，除了轉子3和4以及傳動齒輪16和17的裝配結構與圖7和圖8的結構稍有不同之外。
圖9表示繞轉軸1和2偏心旋轉的轉子3和4的又一可能的實施例。代替上述情況使用分別位于轉軸1和2端部并適于支承轉子3和4的偏心軸12和13，本結構使用一對分別環繞在轉軸1和2端部形成的同心延伸部12′和13′而裝配的偏心環27和28。環繞偏心環27和28分別裝有轉子3和4。
圖10示明本發明再一實施例繞轉軸1和2偏心旋轉的轉子3和4的另一可能實施例。按照本發明此實施例，轉軸1和轉子3之間以及轉軸2和轉子4之間分別連接著一對樞轉桿29和30。
在本發明所有上述實施例中，轉子3和4的外表面可以分別敷以由如橡膠之類的彈性和耐用材料做成的包層31和32，如圖11所示。在這種情況下，包層31和32用于加強每一轉子3和4與相應的每一轉子室5和6中之間的密封效果，從而獲得能無阻卡地泵送含固態物質的流體的效果。
在上述所有本發明的實施例中，若轉子3和4繞其轉軸1和2的旋轉方向設定為與以上所述方向相反，吸入口7就成為排出口，而排出口8成為吸入口。就此而論，按照本發明制作的泵可以認為是一種對流體吸入和排出方向不加限制的雙向泵，這與傳統泵不同。本發明泵的這個特點是由于具有對稱互補運動關系的成對圓筒形式的轉子3和4的特有結構和功能所造成的。
雖然通過舉例公開了本發明的優選實施例，但本領域技術人員會認識到，在不背離后附權利要求公開的本發明領域和精神的情況下，還可能有多種改變、增補和代換。
權利要求
1.一種泵，它包含一對相同的圓形轉子，適于分別圍繞其軸線沿相反方向以相對于有關軸線相同的偏心度旋轉，而同時在其間保持一恒定距離；一對相同的圓筒形轉子室，適于分別容納轉子，使轉子沿各轉子室內表面在周向滑動；以及一適于將轉子互相連接的連接板。
2.如權利要求1所述的泵，還包含一吸入口和一排出口，分別位于轉子室互相鄰接部位的相對兩側；以及一形成于轉子室最靠近部位之間并適于容納連接板的狹縫。
3.如權利要求1或2所述的泵，其中，連接板用于保持轉子間的恒定距離，作為轉子各自旋轉中心的轉軸通過傳動齒輪機構相連接，該傳動齒輪機構包含一對分別以偏心方向裝于轉軸上的相同的偏心齒輪。
4.如權利要求1或2所述的泵，其中，作為轉子各自旋轉中心的轉軸通過傳動齒輪裝置相連接，該傳動齒輪裝置包含一對分別以同心方式裝于轉軸上的相同的同心齒輪，轉子互相配接使轉子之間距離可變。
5.如權利要求4所述的泵，其中，至少轉子之一可分離地配接于連接板，并在其要與連接板配接的部位設有一槽，該槽容納要與該轉子配接的連接板一端，使該連接板端沿該槽在轉子的徑向滑動。
6.如權利要求4所述的泵，其中，所述兩轉子都與連接板固定連接，至少轉子之一具有一置于該轉子與一用于支承轉子旋轉的支承件之間的彈性件。
7.如權利要求1或2所述的泵，還包含一對分別以相同方式固定安裝于作為轉子各自旋轉中心的轉軸端部的圓盤，每個圓盤具有一適于支承一相應轉子的偏心軸。
8.如權利要求1或2所述的泵，還包含一對偏心環，以相同方式套裝在作為轉子各自旋轉中心的轉軸的端部處設有的同心延伸部上，每個偏心環適于容納一相應轉子來支承該轉子。
9.如權利要求1或2所述的泵，還包含一對樞動桿，各設于每個轉軸與每個相應的轉子之間，適于使每個轉子通過該轉軸的旋轉力圍繞各自轉軸旋轉。
10.如權利要求1或2所述的泵，還包含一位于至少轉子之一的外表面上的包層，該包層由彈性和耐用材料構成。
全文摘要
一種具有簡單有效結構的成對圓筒轉子(3，4)的泵能達到容易加工和高的泵效率。該泵包括一對分別適于各繞轉軸(12，13)沿相反方向相對于有關轉軸以相同偏心度旋轉而同時保持其間恒定距離的相同的圓形轉子(3，4)；一對適于分別容納轉子(3，4)的相同的圓筒形轉子室(5，6)，使轉子(3，4)沿轉子室(5，6)各內表面周向滑動；以及一適于使轉子(3，4)互相連接的連接板(10)。由于其簡單的全為圓形或圓筒形的轉子(3，4)和轉子室(5，6)，本發明泵不顯現出傳統泵中經常出現的由于可動泵件所造成的薄弱部件。此外，這種泵加工容易，壽命長。這種泵由于轉子(3，4)在轉子室(5，6)內的和諧滑動，在操作上泵效率高而且幾乎沒有任何不希望的脈動、噪聲和振動。
文檔編號F04C11/00GK1130416SQ95190616
公開日1996年9月4日 申請日期1995年5月3日 優先權日1994年5月11日
發明者羅弼燦 申請人:羅弼燦