ПЕРИСТАЛЬТИЧЕСКИЙ НАСОС
PERISTALTIC PUMP

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение в целом относится к перистальтическим насосам.
Предпосылки создания изобретения
Перистальтические насосы используются для перекачивания жидкостей в самых разных применениях, в частности, там, где должен быть аккуратно отмерен расход, и где требуется исключение загрязнения жидкостей. Они находят широкое применение в медицинских областях, например, для подачи пациенту жидкостей для внутривенного (intravenous (IV)) введения, а также в областях продуктов питания и напитков, например, для выдачи заданного количества напитка или компонента напитка, например, ароматизирующего вещества для напитка.
В обычных перистальтических насосах, гибкая трубка сдавливается между сдавливающими элементами (например, штырями или роликами) ротора и статора, и жидкость передается через гибкую трубку во время вращения ротора. Тем не менее, трение между сдавливающими элементами и трубкой могут привести к возникновению нескольких проблем, среди которых следует отметить преждевременный износ гибкой трубки. Настоящее изобретение направлено на эти проблемы.
Краткое изложение сущности изобретения
Согласно первому аспекту настоящего изобретения, разработан перистальтический насос, содержащий:
приводной ротор, имеющий по меньшей мере один сдавливающий элемент;
цилиндрический статор, с возможностью вращения в котором выполнен ротор;
гибкую трубку, имеющую входную сторону и выходную сторону, причем гибкая трубка проходит по окружности вокруг статора у внутренней стенки;
радиально деформируемое кольцо, расположенное между ротором и проходящей в окружном направлении гибкой трубкой, причем кольцо выполнено с возможностью деформации посредством по меньшей мере одного сдавливающего элемента при вращении ротора для придавливания гибкой трубки к внутренней стенке цилиндрического статора для того, чтобы посредством этого передавать жидкость по гибкой трубке;
причем радиально деформируемое кольцо включает в себя анкер кольца для предотвращения вращения радиально деформируемого кольца во время вращения ротора.
Согласно второму аспекту настоящего изобретения, разработан способ сборки перистальтического насоса согласно первому аспекту, причем способ содержит этапы:
позиционирования гибкой трубки по окружности вокруг радиально-деформируемого кольца и в соприкосновении с ним, с входной стороной и выходной стороной гибкой трубки расположенными бок о бок с обеих сторон анкера кольца;
расположения гибкой трубки и радиально деформируемого кольца в цилиндрическом статоре, с гибкой трубкой, расположенной у внутренней стенки цилиндрического статора; и
вставления ротора в цилиндрический статор посредством одновременного вращения ротора и вдавливания ротора в центр радиально деформируемого кольца.
Термин 'жидкий' в контексте настоящего описания следует понимать как включающий в себя жидкие и полужидкие продукты.
Ротор может включать в себя множество сдавливающих элементов, и сдавливающие элементы могут быть расположены на одинаковых расстояниях друг от друга по окружности ротора. Ротор может включать в себя шпиндель. Шпиндель и сдавливающий элемент или каждый сдавливающий элемент могут быть образованы как единое целое. Сдавливающий элемент или каждый сдавливающий элемент может представлять собой лопасть.
В одном варианте осуществления, лопать или каждая лопасть может иметь дугообразную сдавливающую поверхность, которая может быть выполнена с возможностью постепенного придавливания гибкой трубки к внутренней стенке цилиндрического статора во время вращения ротора. Лопасть или каждая лопасть может иметь вершину, у которой заканчивается дугообразная сдавливающая поверхность, и вершина может быть выполнена с возможностью полного придавливания гибкой трубки к внутренней стенке цилиндрического статора. Ротор может включать в себя две из упомянутых лопастей в диаметрально противоположных положениях.
В обычном перистальтическом насосе, гибкая трубка подвержена быстрому износу в результате воздействия сил трения, прилагаемых сдавливающими элементами во время вращения ротора. Следовательно, обычно нужно использовать дорогие высококачественные гибкие трубки, которые могут выдерживать воздействие больших сил трения для исключения преждевременного износа гибкой трубки. В перистальтическом насосе согласно настоящему изобретению, радиально деформируемое кольцо предотвращает непосредственное соприкосновение между сдавливающими элементами и гибкой трубкой, и к гибкой трубке, наоборот, посредством радиально деформируемого кольца прилагается радиально сдавливающая сила. В результате этого, гибкая трубка не изнашивается во время работы насоса. К тому же, гибкая трубка не растягивается и не защемляется, поскольку радиально деформируемое кольцо неподвижно удерживается анкером кольца. Это означает, что обычно могут быть использованы низкокачественные (и, следовательно, более дешевые) гибкие трубки.
Ротор может быть выполнен с возможностью зацепления с внешним вращательным приводом. Благодаря этой конструкции, перистальтический насос является простым и недорогим в изготовлении и может быть без сложностей предусмотрен как одноразовая система. В частности, поскольку вращательный привод является отдельным компонентом, который зацепляется с ротором перистальтического насоса, перистальтический насос имеет простую и недорогую конструкцию, которая может быть выполнена, например, как единое целое с контейнером для жидкости или прикреплена к нему, и которая может быть выброшена с контейнером для жидкости, например, после опустошения контейнера.
Входная сторона и выходная сторона гибкой трубки могут быть расположены бок о бок, в противоположных в окружном направлении положениях на цилиндрическом статоре, чтобы гибкая трубка могла проходить по существу в радиальном направлении наружу в направлении от цилиндрического статора. Анкер кольца может выступать радиально наружу от деформируемого кольца и может быть расположен между входной стороной и выходной стороной гибкой трубки. Анкер кольца может быть захвачен между входной стороной и выходной стороной гибкой трубки. Анкер кольца может содержать палец, выступающий радиально наружу от радиально деформируемого кольца. Эта конструкция обеспечивает удобный способ предотвращения вращения радиально деформируемого кольца.
Радиально деформируемое кольцо может иметь осевую глубину, которая больше, чем наружный диаметр гибкой трубки.
Радиально деформируемое кольцо может включать в себя множество находящихся на расстоянии друг от друга в окружном направлении радиальных выступов на первом осевом ободе, которые могут выступать в направлении радиально наружу к внутренней стенке цилиндрического статора. Радиальные выступы могут способствовать удерживанию в осевом направлении гибкой трубки на радиально деформируемом кольце, в частности, в ходе расположения гибкой трубки и радиально деформируемого кольца в цилиндрическом статоре во время сборки перистальтического насоса.
Ротор может включать в себя круглый фланец, который может удерживать в осевом направлении гибкую трубку и радиально деформируемое кольцо в цилиндрическом статоре. В варианте осуществления, радиально деформируемое кольцо может быть расположено в статоре с радиальными выступами, соприкасающимися с круглым фланцем. В этом варианте осуществления, радиальные выступы выполняют функцию плоских упорных элементов и удерживают гибкую трубку на расстоянии от внутренней в осевом направлении поверхности вращающегося круглого фланца. Благодаря этому уменьшаются силы трения между вращающимся круглым фланцем и неподвижной гибкой трубкой во время вращения ротора и предотвращается захватывание и растяжение гибкой трубки круглым фланцем во время вращения ротора.
Радиально-деформируемое кольцо может включать в себя позиционирующую конструкцию. Позиционирующая конструкция может быть предусмотрена на втором осевом ободе. Позиционирующая конструкция может проходить от анкера кольца над входной стороной и выходной стороной гибкой трубки. Позиционирующая конструкция может содержать позиционирующий фланец или в качестве альтернативы может содержать пару выступающих в противоположных направлениях позиционирующих выступов.
Радиально-деформируемое кольцо может включать в себя позиционирующие элементы, которые могут способствовать осевому позиционированию гибкой трубки на радиально деформируемом кольце. Позиционирующие элементы могут быт предусмотрены на первом и втором ободах у противоположных в осевом направлении концов радиально деформируемого кольца. Позиционирующие элементы обеспечивают удерживание гибкой трубки в осевом направлении на радиально деформируемом кольце, в частности, в ходе расположения гибкой трубки и радиально деформируемого кольца в цилиндрическом статоре во время сборки перистальтического насоса.
Позиционирующие элементы могут включать в себя множество расположенных на расстоянии друг от друга в окружном направлении позиционирующих выступов, которые могут выступать в направлении радиально наружу, на первом ободе. Позиционирующие выступы могут быть расположены на одинаковых расстояниях друг от друга вокруг первого обода. Позиционирующие элементы могут включать в себя позиционирующий фланец, на втором ободе, который проходит от анкера кольца над входной стороной и выходной стороной гибкой трубки.
Краткое описание чертежей
Фиг. 1a и 1b представляют собой виды в разрезе перистальтического насоса согласно первому варианту осуществления настоящего изобретения с ротором в разных вращательных положениях;
Фиг. 2a и 2b представляют собой виды в перспективе, на которых подробно показано радиально деформируемое кольцо, показанное на Фиг. 1a и 1b;
Фиг. 3 представляет собой вид в перспективе, на котором показана гибкая трубка, позиционированная вокруг радиально деформируемого кольца перед расположением в цилиндрическом статоре;
Фиг. 4 представляет собой вид в перспективе, на котором показаны гибкая трубка и радиально деформируемое кольцо, расположенные в цилиндрическом статоре, перед вставлением ротора в цилиндрический статор;
Фиг. 5 представляет собой подробный вид ротора;
Фиг. 6a и 6b представляют собой виды в разрезе перистальтического насоса согласно второму варианту осуществления настоящего изобретения с ротором в разных вращательных положениях;
Фиг. 7a и 7b представляют собой виды в перспективе, на которых подробно показано радиально деформируемое кольцо, показанное на Фиг. 6a и 6b;
Фиг. 8 представляет собой вид в осевом направлении радиально деформируемого кольца с Фиг. 7a и 7b с гибкой трубкой, позиционированной вокруг радиально деформируемого кольца;
Фиг. 9 представляет собой вид в перспективе, на котором показана гибкая трубка, позиционированная вокруг радиально деформируемого кольца перед расположением в цилиндрическом статоре;
Фиг. 10 представляет собой вид в перспективе, на котором показаны гибкая трубка и радиально деформируемое кольцо, расположенные в цилиндрическом статоре, перед вставлением ротора в цилиндрический статор;
Фиг. 11 представляет собой подробный вид ротора; и
Фиг. 12a и 12b представляют собой виды в разрезе второго варианта осуществления с ротором в разных вращательных положениях.
Подробное описание вариантов осуществления настоящего изобретения
Далее в качестве примера описаны варианты осуществления настоящего изобретения со ссылкой на прилагаемые чертежи.
Перистальтический насос 10, 50 включает в себя цилиндрический статор 12. Несмотря на то, что это не показано, цилиндрический статор 12 может быть образован как единое целое, например, как единое формованное изделие, с контейнером для жидкости, из которого выдается жидкость, или может быть выполнен с возможностью съемной установки на контейнер для жидкости.
На Фиг. 1-5 показан первый вариант осуществления перистальтического насоса 10, который включает в себя ротор 14 (лучше всего видно на Фиг. 5), обычно образованный из формованного по существу жесткого пластикового материала. Ротор 14 включает в себя множество сдавливающих элементов 15 в форме лопастей 16, которые образованы как единое целое со шпинделем 18 и выступают из него радиально наружу, и которые расположены на одинаковом расстоянии друг от друга по окружности шпинделя 18. В проиллюстрированном варианте осуществления, ротор 14 включает в себя три лопасти 16, но следует понимать, что ротор 14 может включать в себя любое подходящее количество лопастей 16. Шпиндель 18 включает в себя центральное окно 20 под привод, которое может быть зацеплено с внешним вращательным приводом (не показан), таким как ведущий вал электрического двигателя.
Перистальтический насос 10 включает в себя гибкую трубку 22, которая может быть образована из любого подходящего упругого пластикового материала, такого как поливинилхлорид. Гибкая трубка 22 имеет входную сторону 24, через которую жидкость подается к перистальтическому насосу 10, и выходную сторону 26, через которую жидкость подается от перистальтического насоса 10. Входная сторона 24 и выходная сторона 26 обозначены по отношению к нормальному направлению вращения ротора 14 (по часовой стрелке на прилагаемых чертежах). Входная сторона 24 обычно соединена с отверстием для выпуска жидкости контейнера для жидкости (не показан), а выходная сторона 26 выполнена с возможностью подачи жидкости к требуемому положению. Гибкая трубка 22 проходит по окружности вокруг цилиндрического статора 12 у внутренней стенки 12a, и входная сторона 24 и выходная сторона 26 расположены бок о бок, в положениях, смежных в окружном направлении, вокруг цилиндрического статора 12. Входная сторона 24 и выходная сторона 26 проходят наружу от цилиндрического статора 12 по существу в радиальном направлении.
Радиально деформируемое кольцо 28, содержащее подходящий упруго деформируемый материал (обычно пластиковый материал), расположено между ротором 14 и проходящей по окружности гибкой трубкой 22. Деформируемое кольцо 28 соприкасается с лопастями 16 ротора 14, как лучше всего видно на Фиг. 1a и 1b, и деформируется радиально наружу посредством лопастей 16. Деформация в направлении радиально наружу деформируемого кольца 28 прижимает гибкую трубку 22 к внутренней стенке 12a цилиндрического статора 12 и, таким образом, во время вращения ротора 14 посредством внешнего вращательного привода, сдавливание гибкой трубки 22 между деформируемым кольцом 28 и внутренней стенкой 12a подает жидкость по гибкой трубке 22 посредством перистальтического действия, между входной стороной 24 и выходной стороной 26. Несмотря на то, что жидкость в нормальных условиях передается от входной стороны 24 к выходной стороне 26 гибкой трубки (посредством вращения ротора 14 в направлении по часовой стрелке, как видно на Фиг. 1a и 1b), направление потока может быть легко обращено, и следует понимать, что требуемое направление потока может быть выбрано просто посредством выбора направления вращения внешнего вращательного привода по часовой стрелке или против часовой стрелки.
Деформируемое кольцо 28 включает в себя анкер 30 кольца в форме пальца 32, который выступает радиально из деформируемого кольца 22. Анкер 30 кольца расположен между входной стороной 24 и выходной стороной 26 гибкой трубки 22 и имеет достаточную длину (в направлении радиально наружу) и ширину (в окружном направлении) для того, чтобы он не мог перемещаться из его положения между входной стороной 24 и выходной стороной 26 гибкой трубки 22. Таким образом, следует понимать, что анкер 30 кольца предотвращает вращение деформируемого кольца 28 посредством ротора 14 во время вращения ротора 14 в цилиндрическом статоре 12. Если анкер 30 кольца не предусмотрен, деформируемое кольцо 28 может быть приведено во вращение посредством ротора 14, и это может привести к нежелательному растяжению и износу гибкой трубки 22 между деформируемым кольцом 28 и внутренней стенкой 12a цилиндрического статора 12.
Как лучше всего видно на Фиг. 3, деформируемое кольцо 28 имеет осевую глубину, которая превышает наружный диаметр гибкой трубки 22. Для способствования сборке перистальтического насоса 10, деформируемое кольцо 28 включает в себя множество позиционирующих элементов 34, которые способствуют позиционированию гибкой трубки 22 вокруг деформируемого кольца 28 и предотвращают соскальзывание гибкой трубки 22 с деформируемого кольца 28 в осевом направлении.
В проиллюстрированном варианте осуществления, позиционирующие элементы 34 содержат множество позиционирующих выступов 36 на первом ободе 28a деформируемого кольца 28. Позиционирующие выступы 36 выступают радиально наружу на небольшое расстояние от деформируемого кольца 28, во время использования в направлении к внутренней стенке 12a цилиндрического статора 12, и обычно предусмотрены на одинаковых расстояниях друг от друга по окружности первого обода 28a. Позиционирующие элементы 34 дополнительно содержат позиционирующий фланец 38, на втором ободе 28b, который проходит вбок от анкера 30 кольца над входной стороной 24 и выходной стороной 26 гибкой трубки 22. Таким образом, следует понимать, что позиционирующие выступы 36 предотвращают соскальзывание гибкой трубки 22 в осевом направлении с первого обода 28a деформируемого кольца 22, и что позиционирующий фланец 38 способствует предотвращению соскальзывания гибкой трубки 22 в осевом направлении со второго обода 28b, в противоположном направлении.
Далее со ссылкой на Фиг. 3 и 4 описан способ сборки перистальтического насоса 10. Сначала, гибкая трубка 22 позиционируется вокруг деформируемого кольца 28 так, чтобы она соприкасалась с радиально наружной поверхностью деформируемого кольца 28, и так, чтобы входная сторона 24 и выходная сторона 26 гибкой трубки 22 были расположены бок о бок с обеих сторон анкера 30 кольца. Следует понимать, что позиционирующие выступы 36 и позиционирующий фланец 38 помогают пользователю позиционировать гибкую трубку 22 вокруг деформируемого кольца 28 и предотвращают соскальзывание гибкой трубки 22 в осевом направлении с деформируемого кольца 28 во время сборки. Затем гибкая трубка 22 и деформируемое кольцо 28 в сборе сжимаются, например, посредством сдавливания, как схематично показано стрелками A, до достаточного размера, чтобы обеспечить их вталкивание в цилиндрический статор 12 в направлении стрелки B.
После позиционирования гибкой трубки 22 и деформируемого кольца 28 в цилиндрическом статоре 12, как видно на Фиг. 4, может быть установлен ротор 14, и это достигается посредством заталкивания ротора 14 в центр деформируемого кольца 28, как схематично показано стрелкой C, и одновременного вращения ротора 14 на небольшую величину, как схематично показано стрелкой D. После установки ротора 14 в центр деформируемого кольца 28, круглый фланец 14a также может способствовать удерживанию гибкой трубки 22 в правильном положении внутри цилиндрического статора 12. После сборки, центральное окно 20 под привод может быть сцеплено с внешним вращательным приводом, который может быть приведен в действие для вращения ротора 14.
Обратимся к Фиг. 6-12, на которых показан второй вариант осуществления перистальтического насоса 50. Перистальтический насос 50 в целом имеет общие признаки с перистальтическим насосом 10, показанным на Фиг. 1-5, и соответствующие признаки обозначены соответствующими ссылочными позициями. Далее описаны отличия между перистальтическими насосами 10, 50.
Перистальтический насос 50 включает в себя ротор 52 (лучше всего видно на Фиг. 11), который включает в себя две диаметрально противоположные лопасти 54, которые образованы как единое целое со шпинделем 18 и выступают из него радиально наружу. Как лучше всего видно на Фиг. 6a и 6b, каждая лопасть 54 имеет криволинейную или дугообразную сдавливающую поверхность 54a радиус которой относительно оси шпинделя постепенно и плавно увеличивается. Сдавливающая поверхность 54a постепенно придавливает гибкую трубку 22 к внутренней стенке 12a цилиндрического статора 12 во время вращения ротора 52 в цилиндрическом статоре 12 в направлении по часовой стрелке. Каждая лопасть 54 также имеет вершину 54b, у которой заканчивается сдавливающая поверхность 54a, и, как можно видеть на Фиг. 6a и 6b, каждая вершина 54b выполнена с возможностью полного придавливания гибкой трубки 22 к внутренней стенке 12a цилиндрического статора 12 для достижения требуемого действия перистальтического перекачивания.
Как видно, в частности, на Фиг. 7 и 8, перистальтический насос 50 содержит радиально деформируемое кольцо 56, имеющее множество находящихся на расстоянии друг от друга в окружном направлении радиальных выступов 58 на первом осевом ободе 56a. Во время работы радиальные выступы 58 выступают в направлении радиально наружу к внутренней стенке 12a цилиндрического статора 12. Ротор 52 включает в себя круглый фланец 52a, который удерживает в осевом направлении гибкую трубку 22 и радиально деформируемое кольцо 56 в цилиндрическом статоре 12. Как лучше всего видно на Фиг. 12a и 12b, радиально деформируемое кольцо 56 расположено в цилиндрическом статоре 12 перистальтического насоса 50 с радиальными выступами 58, соприкасающимися с круглым фланцем 52a. Радиальные выступы 58 выполняют функцию плоских упорных элементов или упорных фланцев и удерживают гибкую трубку 22 на расстоянии от внутренней в осевом направлении поверхности круглого фланца 52a. Как упомянуто выше, посредством этого уменьшаются или исключаются силы трения между вращающимся круглым фланцем 52a и гибкой трубкой 22 во время вращения ротора 52 и предотвращается захватывание и растяжение гибкой трубки 22 круглым фланцем 52a.
Несмотря на то, что во втором варианте осуществления радиальные выступы 58 в первую очередь выполняют функцию упорных элементов или упорных фланцев, следует также понимать, что радиальные выступы 58 способствуют осевому позиционированию и удерживанию гибкой трубки 22 на радиально деформируемом кольце 56 также, как позиционирующие выступы 36 первого варианта осуществления.
Для дополнительного способствования осевому позиционированию и удерживанию гибкой трубки 22, радиально деформируемое кольцо 56 необязательно может включать в себя позиционирующую конструкцию 60 на втором осевом ободе 56b (лучше всего видно на Фиг. 7 и 8). Позиционирующая конструкция 60 содержит пару проходящих в противоположных направлениях позиционирующих выступах 62, которые проходят от анкера 30 кольца над входной стороной 24 и выходной стороной 26 гибкой трубки 22.
Способ сборки перистальтического насоса 50 является по существу таким же, как способ сборки, описанный выше со ссылкой на Фиг. 3 и 4. То есть, сначала гибкая трубка 22 позиционируется вокруг деформируемого кольца 56, как видно на Фиг. 9, чтобы она соприкасалась с радиально наружной поверхностью деформируемого кольца 56, и чтобы входная сторона 24 и выходная сторона 26 гибкой трубки 22 были расположены бок о бок с обеих сторон анкера 30 кольца. В этом варианте осуществления, радиальные выступы 58 и позиционирующие выступы 62 могут помогать пользователю позиционировать гибкую трубку 22 вокруг деформируемого кольца 56 и может способствовать предотвращению соскальзывания гибкой трубки 22 в осевом направлении с деформируемого кольца 56 во время сборки. Затем гибкая трубка 22 и деформируемое кольцо 56 в сборе сжимаются, например, посредством сдавливания, как схематично показано стрелками A, до достаточного размера, чтобы обеспечить их вталкивание в цилиндрический статор 12 в направлении стрелки B с радиальными выступами 58, расположенными выше всего.
После позиционирования гибкой трубки 22 и деформируемого кольца 56 в цилиндрическом статоре 12, как видно на Фиг. 10, может быть установлен ротор 52, и это достигается посредством заталкивания ротора 14 в центр деформируемого кольца 56, как схематично показано стрелкой C, и одновременного вращения ротора 52 на небольшую величину, как схематично показано стрелкой D. После установки ротора 52 в центр деформируемого кольца 56, круглый фланец 52a соприкасается с радиальными выступами 58, которые, как описано выше, выполняют функцию упорных фланцев, которые удерживают гибкую трубку 22 на расстоянии от круглого фланца 52a. После сборки, центральное окно 20 под привод может быть сцеплено с внешним вращательным приводом, который может быть приведен в действие для вращения ротора 52.
Несмотря на то, что в предшествующих параграфах описаны иллюстративные варианты осуществления, следует понимать, что могут быть выполнены различные модификации этих вариантов осуществления без отхода от объема прилагаемой формулы изобретения. Таким образом, сущность и объем формулы изобретения не должны быть ограничены описанными выше иллюстративными вариантами осуществления. Каждый признак, описанный в описании, включающем в себя формулу изобретения и чертежи, может быть заменен альтернативными признаками, предназначенными для таких же, эквивалентных или подобных целей, если не указано явно иначе.
Например, ротор 14, 52 может включать в себя выступ вместо центрального окна 20 под привод, который может зацепляться с окном в ведущем вале внешнего вращательного привода.
Если в контексте не указано явно иначе, во всем описании и в формуле изобретения, слова "содержит", "содержащий", и тому подобное, следует понимать в охватывающем, а не в исключающем или исчерпывающем смысле; то есть, в смысле "включающий в себя, но не ограниченный этим".
Любая комбинация описанных выше признаков во всех их возможных разновидностях лежит в объеме настоящего изобретения, если не изложено явно иначе в этом документе или иным образом не отрицается явно в контексте.