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本發(fā)明總體上涉及脈沖阻尼器，更具體地涉及可以自動(dòng)補(bǔ)償流體壓力變化的流體脈沖阻尼器以及使用該流體脈沖阻尼器的系統(tǒng)和方法。

背景技術(shù)：

眾所周知，當(dāng)流體泵送通過(guò)導(dǎo)管時(shí)，可能發(fā)生壓力變化或脈沖。這些壓力變化和由此產(chǎn)生的機(jī)械振動(dòng)可能會(huì)破壞流體的恒定流動(dòng)并對(duì)管道和連接造成損壞和磨損。此外，這種壓力變化可能會(huì)破壞或損壞可能依賴于光滑穩(wěn)定的流量以使其正常工作的下游應(yīng)用。為了解決這些問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了脈沖阻尼器來(lái)減少或消除流體當(dāng)它們被泵送通過(guò)加壓系統(tǒng)時(shí)的脈沖和振動(dòng)。常規(guī)的脈沖阻尼器通常包括連接到加壓流體流過(guò)的管道或其他導(dǎo)管的腔室或通道，以及用于吸收和“抑制”脈沖的內(nèi)部機(jī)構(gòu)。常規(guī)脈沖阻尼器通常使用內(nèi)部彈性膜，其響應(yīng)于加壓流體中的壓力變化而膨脹和收縮，從而當(dāng)流體通過(guò)阻尼器并經(jīng)過(guò)膜時(shí)吸收脈沖。

使用彈性膜的常規(guī)阻尼器的一個(gè)主要缺點(diǎn)是，通常必須為低內(nèi)部容積犧牲阻尼器的壓力容限，反之亦然。為了使這種常規(guī)的阻尼器耐受高壓(例如在100psi以上的壓力)，彈性膜通常必須相對(duì)較厚，以防止其在該壓力下撕裂或爆炸。然而，厚膜對(duì)脈沖相對(duì)不敏感，因此厚膜必須具有大的表面積才能成為有效的阻尼器。膜表面積越大不幸地意味著內(nèi)部容積越大。相反，薄膜對(duì)壓力波動(dòng)非常敏感，因此可以產(chǎn)生較小的內(nèi)部容積，同時(shí)保持良好的阻尼效果。然而，常規(guī)的薄膜通常在高壓下破裂，這意味著具有較薄膜的常規(guī)阻尼器不能耐受高壓流體系統(tǒng)。

為了解決這些問(wèn)題，已經(jīng)開(kāi)發(fā)了補(bǔ)償流體壓力的方法。一種這樣的方法是使用空氣和空氣壓力來(lái)嘗試抵消并補(bǔ)償由移動(dòng)通過(guò)阻尼器的加壓流體所施加的壓力。不使用彈性膜的常規(guī)脈沖阻尼器或浪涌阻尼器已經(jīng)結(jié)合了空氣室，使得允許隨著流體壓力增加，而被泵送通過(guò)導(dǎo)管的流體壓縮空氣室中的空氣并且占據(jù)腔室容積的更大比例。當(dāng)流體壓力降低時(shí)，腔室中的空氣膨脹并將一些流體從腔室返回到導(dǎo)管系統(tǒng)中。

然而，使用與流體通道連通的一個(gè)或多個(gè)氣室的上述途徑的問(wèn)題是，一些空氣將可能溶解在被泵送的流體中，從而減小腔室中的空氣容積并潛在地影響被泵送的流體的組成。消除這個(gè)問(wèn)題的替代途徑是使用阻尼膜，其將被泵送通過(guò)導(dǎo)管系統(tǒng)的流體與用于補(bǔ)償流體壓力的空氣室分離。在這種系統(tǒng)中，流體在膜上施加壓力，從而使其朝向空氣壓力室膨脹，并且腔室中的空氣推回膜以補(bǔ)償該壓力和膜的移位。使用這種方法的常規(guī)脈沖阻尼器可以使用具有靜態(tài)空氣量的封閉空氣室。然而，不能增加或減少空氣室中的空氣量，空氣的壓力和容積不能獨(dú)立控制。隨著膜的一側(cè)的流體壓力增加，膜的另一側(cè)上的空氣室中的空氣被壓縮?？諝鈮毫ι仙?，而空氣占有的容積減少。這導(dǎo)致必須由流體填充的內(nèi)部容積的相應(yīng)增加。更大的問(wèn)題是，隨著空氣容積被壓縮，脈沖阻尼器在吸收脈沖方面越來(lái)越無(wú)效，因?yàn)樗枰絹?lái)越多的流體壓力來(lái)將剩余空氣壓縮任何給定的量。

已經(jīng)開(kāi)發(fā)了與這種阻尼器一起使用的反饋機(jī)構(gòu)，以允許響應(yīng)于流體壓力的變化而將空氣添加到空氣室中或?qū)⒖諝鈴目諝馐抑袆?dòng)態(tài)地移除。這樣的反饋機(jī)構(gòu)能夠調(diào)節(jié)空氣室中的壓力，同時(shí)保持腔室中大致恒定的空氣容積。然而，常規(guī)的反饋機(jī)構(gòu)有幾個(gè)限制：它們往往很復(fù)雜，并且使用復(fù)雜的機(jī)械或機(jī)電手段，從而使得制造和維護(hù)變得困難和昂貴。

例如，1998年8月25日頒發(fā)給becke等人的題為“adaptivehydropneumaticpulsationdampener”的美國(guó)專利5797430，使用空氣或氣室來(lái)補(bǔ)償加壓流體對(duì)阻尼膜的移位。然而，becke等人的5797430號(hào)專利所公開(kāi)的液壓氣動(dòng)脈沖阻尼器，使用加壓流體本身來(lái)調(diào)節(jié)氣室中的空氣壓力。該系統(tǒng)將液壓系統(tǒng)與氣室聯(lián)接，使得一些加壓流體被引導(dǎo)到氣室中，并且對(duì)封閉氣體的膜施加壓力。當(dāng)氣體膜被流體壓縮時(shí)，它將空氣推向阻尼膜。節(jié)氣門系統(tǒng)取決于液壓系統(tǒng)中的壓力變化來(lái)調(diào)節(jié)將多少流體引導(dǎo)到氣室。因此，較高的流體壓力以及阻尼膜朝向氣室的較大相關(guān)移位導(dǎo)致在氣室膜周圍具有更大量的流體，這又反過(guò)來(lái)引起將更多的空氣壓力施加在阻尼膜上來(lái)抵消流體的壓力。不幸的是，由于大量的流體被引導(dǎo)到氣室中并且離開(kāi)液壓系統(tǒng)，所以在這種機(jī)構(gòu)中使用液壓流體本身來(lái)調(diào)節(jié)空氣壓力會(huì)產(chǎn)生巨大的內(nèi)部容積。

1973年6月26日頒發(fā)給rupp的題為“surgesuppressorforfluidlines”的美國(guó)專利3741692公開(kāi)了一種浪涌阻尼器，其使用空氣室進(jìn)行自動(dòng)補(bǔ)償，并結(jié)合了入口/出口閥系統(tǒng)來(lái)響應(yīng)于流體壓力的變化而調(diào)節(jié)在空氣室中的空氣壓力，同時(shí)保持空氣在空氣室中的容積。該系統(tǒng)使用軸向桿和柱塞在合適的時(shí)間打開(kāi)不同的閥，并具有非常大的空氣室。

類似地，1985年12月3日頒發(fā)給casilli的題為“pulsationdampener”的美國(guó)專利4556087涉及用于獨(dú)立地調(diào)節(jié)腔室中的空氣的壓力和容積的復(fù)雜機(jī)械系統(tǒng)，包括大空氣室、軸向桿連接件和開(kāi)/關(guān)閥。這些類型的系統(tǒng)旨在適應(yīng)極大的流體容積和壓力，并且對(duì)于旨在以相對(duì)少量的流體有效地工作的阻尼器來(lái)說(shuō)不是理想的。它們也是機(jī)械上很復(fù)雜的，并且制造成本很昂貴。

脈沖阻尼器的另一個(gè)示例被公開(kāi)在1986年12月16日頒發(fā)給kercher的題為“pulsedampener”的美國(guó)專利4629562。kercher的該專利解釋了脈沖阻尼器可以用于液相色譜系統(tǒng)，并教導(dǎo)了化學(xué)惰性膜和具有兩部分(每個(gè)部分具有不同的壓縮特性)的組合式塞子的使用。然而，沒(méi)有為抑制脈沖提供壓力反饋或補(bǔ)償。

脈沖阻尼器的另一個(gè)示例示出在1985年11月12日頒發(fā)給graham的題為“hydraulicpulsedampeneremployingtwostiffdiaphragmsandnestingmembers”的美國(guó)專利4552182中。graham的該專利公開(kāi)了兩個(gè)膜的使用，每個(gè)膜被定位成與形成在脈沖阻尼器殼體中的凹部相對(duì)。兩個(gè)膜被設(shè)計(jì)成使得每個(gè)膜將在不同的壓力范圍內(nèi)彎曲。然而，沒(méi)有為抑制脈沖提供壓力反饋或補(bǔ)償。

上述美國(guó)專利號(hào)5797430、3741692、4556087、4629562和4552182通過(guò)引用如同在此完全闡述那樣并入本文。

技術(shù)實(shí)現(xiàn)要素：

本公開(kāi)提供了一種使用空氣壓力來(lái)補(bǔ)償移動(dòng)通過(guò)脈沖阻尼器的流體的壓力變化的膜基脈沖阻尼器以及使用膜基脈沖阻尼器的方法。通常，如本文公開(kāi)的實(shí)施例中的阻尼器使用簡(jiǎn)單、便宜的反饋機(jī)構(gòu)來(lái)響應(yīng)于流體壓力的變化來(lái)增加或減少腔室中的氣體(例如空氣)量。通過(guò)動(dòng)態(tài)地改變腔室中的氣體量，可以改變壓力以補(bǔ)償流體壓力變化，同時(shí)保持恒定或接近恒定的腔室容積。本公開(kāi)的特征使得其成為跨越大范圍的壓力的、用于加壓流體系統(tǒng)的有效脈沖阻尼器，因此在各種各樣的應(yīng)用中都是有用的。此外，本公開(kāi)提供了具有小占用面積和非常小的內(nèi)部容積的系統(tǒng)，使得其能夠在尺寸和內(nèi)部容積量必須最小化的系統(tǒng)中使用。本公開(kāi)提供了一種脈沖阻尼器，其具有流體流過(guò)的主體和附接到主體并提供氣壓補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的氣動(dòng)蓋。與常規(guī)的膜基阻尼器一樣，阻尼器的主體可以包括流體輸入端口和流體輸出端口，其可以附接并固定到系統(tǒng)的其他部件，例如連接到流體輸入端口的泵以及通過(guò)阻尼器的中心通道，該阻尼器將輸入端口連接到輸出端口，以便流體可以通過(guò)阻尼器。在通道中可以有多個(gè)間隙或開(kāi)口，其被至少一個(gè)彈性膜覆蓋。膜可以由期望的材料制成并且具有期望的厚度。膜可以由例如天然橡膠、硅橡膠或山都平(santoprene)構(gòu)成。在更惡劣的化學(xué)環(huán)境(如流體是腐蝕性化學(xué)物質(zhì)的環(huán)境)中，epdm、viton、kalrez和pharmed可能都是合適的材料。該膜用于吸收和抑制流經(jīng)阻尼器的流體中的脈沖。在膜的另一側(cè)上，用阻尼器的主體夾住膜可以是氣動(dòng)蓋。

氣動(dòng)蓋可以用于提供氣壓補(bǔ)償功能。在一個(gè)實(shí)施例中，由與膜相鄰的氣動(dòng)蓋限定兩個(gè)開(kāi)口腔，使得當(dāng)組裝整個(gè)脈沖阻尼器時(shí)，膜覆蓋或封閉該兩個(gè)腔室。這些腔室可以位于流體通道中的間隙或開(kāi)口所在的膜上的相同位置處。換句話說(shuō)，膜可以暴露并偏離到相同位置的流體通道或腔室中。最靠近主體的輸入端口的封閉腔室可用作阻尼室。

一些實(shí)施例中的阻尼室可以在其內(nèi)包含膜止動(dòng)件。在這樣的實(shí)施例中，當(dāng)加壓流體流入流體輸入端口并且跨越阻尼室的外部時(shí)，膜膨脹到阻尼室中并且抑制流體脈沖。膜止動(dòng)件可以防止膜膨脹超過(guò)某一點(diǎn)。在這樣的實(shí)施例中，膜止動(dòng)件可以具有至少一個(gè)小孔，并且可以具有在其中允許空氣暢通無(wú)阻的多個(gè)小孔。

在某些實(shí)施例中，另一個(gè)腔室處于流體通道的另一側(cè)上并且位于阻尼室和流體輸出端口之間，其可以稱為空氣壓力緩沖室。在這種實(shí)施例中，該緩沖室經(jīng)由小通道與阻尼室流體連通。在某些實(shí)施例中，空氣壓力緩沖室在與阻尼室相反的一側(cè)具有空氣輸入端口，該空氣輸入端口將空氣壓力緩沖室敞開(kāi)并暴露于大氣中。加壓空氣源可以在空氣輸入端口處連接到氣動(dòng)蓋，其可以提供用于補(bǔ)償流體壓力的空氣壓力源。

在該特定實(shí)施例中，與膜相鄰的氣動(dòng)蓋中的另一個(gè)腔室是可變限制元件(“vre”)室。該vre室位于主體中的流體輸出端口和阻尼室之間，并且連接到氣動(dòng)蓋內(nèi)的兩個(gè)通道：一個(gè)通道將其連接到空氣壓力緩沖室，而另一個(gè)通道將其連接到氣動(dòng)蓋中的空氣輸出口。在該特定實(shí)施例中，空氣輸出口在氣動(dòng)蓋的表面上敞開(kāi)直通大氣。

在一個(gè)實(shí)施例中，當(dāng)加壓流體通過(guò)阻尼器的主體時(shí)，其首先推壓膜在阻尼室上方的那部分，從而導(dǎo)致膜朝向膜止動(dòng)件偏離或膨脹到阻尼室中。當(dāng)流體穿過(guò)位于vre室上方的膜的那部分時(shí)，其導(dǎo)致膜的該部分偏離或膨脹到vre室中。依賴于多個(gè)變量，膨脹到vre室中的膜的那部分最終可以膨脹得足夠遠(yuǎn)，從而阻塞將vre室連接到空氣壓力緩沖室和空氣輸出端口的兩個(gè)通道或通路。當(dāng)發(fā)生這種阻塞時(shí)，通過(guò)空氣輸入端口泵送到空氣壓力緩沖室中的加壓空氣全部或部分地開(kāi)始積聚在空氣壓力緩沖室中，因?yàn)樗辉倌軌蛲ㄟ^(guò)通道到vre室，然后經(jīng)由空氣輸出口離開(kāi)阻尼器。這種增加的空氣壓力向后推壓偏離到阻尼室中的膜，沿著流體壓力的移位的相反方向推壓或偏離，并將膜推回到其平衡或中立位置并遠(yuǎn)離膜止動(dòng)件?？諝鈮毫Φ脑黾右矊?dǎo)致膜上的壓力增加，其完全或部分堵塞將vre室連接到空氣壓力緩沖室的通道，從而導(dǎo)致偏離到vre室中的膜也被推向或偏離到其平衡位置?；旧?，流體壓力隨著流體通過(guò)流體通道而在阻尼器的主體中積聚得越多，覆蓋vre室的膜就越多地堵塞進(jìn)入和離開(kāi)vre室的空氣流，并且補(bǔ)償空氣壓力緩沖室中的空氣壓力變得越高。

在某些實(shí)施例中，可以變更本公開(kāi)內(nèi)容的特征或添加特征來(lái)實(shí)現(xiàn)期望的結(jié)果并優(yōu)化阻尼器的有效性。例如，在一個(gè)特定實(shí)施例中，可以使用兩個(gè)單獨(dú)的膜——一個(gè)單獨(dú)的膜在阻尼室上方，而另一個(gè)單獨(dú)的膜在vre室上方。該方法允許優(yōu)化每個(gè)膜來(lái)實(shí)現(xiàn)不尋?；颡?dú)特的目的。例如，可以將不同的材料用于兩個(gè)膜，或者一個(gè)膜可以較薄，而另一個(gè)膜可以較厚并且更耐受流體壓力的小變化。類似地，如果需要，脈沖阻尼器的主體和氣動(dòng)蓋可以由不同的材料制成。此外，可以基于脈沖阻尼器的預(yù)期應(yīng)用來(lái)選擇制造主體和氣動(dòng)蓋的材料。例如，對(duì)于在流體中使用酸性或腐蝕性化學(xué)品的高壓應(yīng)用中使用的脈沖阻尼器，可能需要不銹鋼主體和蓋，而在其他應(yīng)用中可以使用較便宜的材料，如丙烯酸。在另一個(gè)實(shí)施例中，脈沖阻尼器可以包括單一整體的主體部件，而不是具有彼此附接的主體和氣動(dòng)蓋。

在一些替代實(shí)施例中，可以將一片膜或多片膜夾持在阻尼器的主體和氣動(dòng)蓋之間。然而，這種夾持可能導(dǎo)致膜起皺或引起降低膜的效力的膜的其他畸形。因此，在其他替代實(shí)施例中，膜可以在同心環(huán)上拉伸，使得它們?cè)谧枘崾液蛌re室上形成密封。這可以通過(guò)具有一系列的三個(gè)同心環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)，其中膜被放置在中間環(huán)上并且通過(guò)外環(huán)和內(nèi)環(huán)在該環(huán)的任一側(cè)向下推壓。外環(huán)將膜保持在中間環(huán)上的適當(dāng)位置，并且內(nèi)環(huán)對(duì)在阻尼室或vre室的膜的向下推壓使其在該室上形成密封。這些環(huán)可以集成到主體和氣動(dòng)蓋本身中，或者被包括為完全組裝的阻尼器的單獨(dú)部件。

在某些實(shí)施例中，可以提供限制元件并將其附接到空氣輸入端口和/或空氣輸出端口，以優(yōu)化空氣流動(dòng)并控制腔室內(nèi)的空氣壓力。向空氣輸入端口添加一個(gè)或多個(gè)限制元件可以限制空氣的輸入流量，從而當(dāng)vre室開(kāi)始堵塞時(shí)，防止壓力在氣壓緩沖室內(nèi)積聚得太快。提供附接到空氣輸出端口的一個(gè)或多個(gè)限制元件可以限制輸入和輸出空氣流，并且可以幫助防止空氣壓力緩沖室的突然減壓，如果液體通道中的壓力下降太快，則可能發(fā)生這種突然減壓。然而，向空氣輸出端口添加一個(gè)或多個(gè)限制元件可能會(huì)升高空氣壓力緩沖室中的零液體流壓力。這又反過(guò)來(lái)可以朝向流體通道推壓阻尼室中的膜，從而使得系統(tǒng)效率較低。

附圖說(shuō)明

圖1是根據(jù)本公開(kāi)的脈沖阻尼器的橫截面視圖。

圖2是根據(jù)本公開(kāi)的脈沖阻尼器的橫截面視圖。

圖3是根據(jù)本公開(kāi)的包括兩個(gè)單獨(dú)的膜的脈沖阻尼器的橫截面視圖。

圖4是根據(jù)本公開(kāi)的包括同心環(huán)的脈沖阻尼器的橫截面視圖。

圖5是根據(jù)本公開(kāi)的包括限制元件的脈沖阻尼器的橫截面視圖。

圖6a、圖6b和圖6c是可以用于根據(jù)本公開(kāi)的脈沖阻尼器的腔室的替代形狀的俯視圖。

具體實(shí)施方式

圖1中示出了根據(jù)本發(fā)明的具有集成式氣壓補(bǔ)償機(jī)構(gòu)的流體脈沖阻尼器25的示例。阻尼器25包括兩個(gè)主要部件：主體1和氣動(dòng)蓋2。主體1具有輸入端口5、輸出端口10和流體通道6。當(dāng)阻尼器25附接到加壓導(dǎo)管系統(tǒng)(未示出)時(shí)，流體在輸入端口5處進(jìn)入阻尼器25，流過(guò)流體通道6，并且最終在輸出端口10處離開(kāi)阻尼器的主體。流體通常是液體，但也可以是液體和一種或多種氣體的混合物，或者可以由氣體組成。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，流體可以是幾乎任何類型的液體或氣體。彈性阻尼膜3位于主體1和氣動(dòng)蓋2之間。在與氣動(dòng)蓋2相鄰的第一側(cè)上，彈性膜封閉由氣動(dòng)蓋2限定的兩個(gè)敞開(kāi)空間或腔室：阻尼室7和可變限制元件(“vre”)室9。彈性膜與主體1相鄰的那一側(cè)暴露于流體通道6，使得流過(guò)通道6的流體在位于阻尼室7和vre室9正上方的兩個(gè)位置處與彈性膜3接觸。因此，膜3將通道6中的流體與阻尼室7和vre室9分開(kāi)。

如圖1所示，阻尼室7經(jīng)由小通道連接到空氣壓力緩沖室13。阻尼室7經(jīng)由該通道與緩沖室13流體連通。存在位于阻尼室7內(nèi)的膜止動(dòng)件11?？諝鈮毫彌_室13又具有空氣輸入端口12，其可連接到加壓空氣源。當(dāng)空氣通過(guò)空氣輸入端口12進(jìn)入空氣壓力緩沖室13時(shí)，該空氣通過(guò)空氣通道14進(jìn)入vre室9。然后，該空氣從vre室9流動(dòng)通過(guò)另一空氣通道15、通過(guò)空氣輸出端口16并從阻尼器25流出。本領(lǐng)域技術(shù)人應(yīng)該明白，在此提及“空氣”反映了脈沖阻尼器25通向本地大氣(其可以是空氣或在某些應(yīng)用中可能是與大氣中的氣體混合物不同的氣體混合物)的情形，或使用加壓空氣的情形。然而，雖然為了方便而在本文中使用“空氣”，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，可以使用其他氣體或氣體組合物，并且在一些應(yīng)用中可以使用液體。

如圖1所示的阻尼器25可以說(shuō)是處于靜止、中立或平衡狀態(tài)。這是因?yàn)槟?不被推入阻尼室7或vre室9中，或被偏離到或遠(yuǎn)離阻尼室7或vre室9，或被推壓或偏離出或遠(yuǎn)離阻尼室7或vre室9。阻尼器25的主體1以及氣動(dòng)蓋2可以由幾乎任何一種或多種剛性材料制成，包括例如塑料、金屬、陶瓷等，包括這些類型的材料的組合。低成本材料有助于保持費(fèi)用和成本降低，特別是當(dāng)這些材料與用于阻尼器25的給定應(yīng)用的預(yù)定化學(xué)環(huán)境相得益彰時(shí)尤其如此。對(duì)于水溶液(例如丙烯酸)可以是用于主體1的良好材料。對(duì)于更苛刻的化學(xué)環(huán)境，諸如環(huán)烯烴聚合物和共聚物、聚砜、聚苯砜、peek和ptfe之類的高性能熱塑性塑料是可以用于主體1的材料的示例。對(duì)于某些高壓應(yīng)用，諸如陶瓷和不銹鋼或其他剛性金屬之類的材料對(duì)于主體1可能是最有用的。在一個(gè)特定實(shí)施例中，主體1和氣動(dòng)蓋25可以通過(guò)使用添加劑制造技術(shù)來(lái)制造。例如，立體光刻技術(shù)是一種添加劑制造技術(shù)，其中固態(tài)物體通過(guò)以選定圖案在另一層的頂上依次印刷一種或多種材料的薄層而制成。應(yīng)當(dāng)理解，主體1和蓋2可以是一個(gè)整體件，也可以彼此分離的(如圖所示)。此外，如果需要，可以將不同的材料用于主體1和蓋子2。

圖2以活動(dòng)(或偏離)狀態(tài)示出了圖1的脈沖阻尼器25。(總的來(lái)說(shuō)，為了更便于參考，在整個(gè)本公開(kāi)中，附圖中的相同元素保持相同的附圖標(biāo)記。)隨著流體進(jìn)入緩沖器25的主體1并通過(guò)流體通道6，流體通道6中的壓力增加，從而使得彈性膜3朝向膜止動(dòng)件11膨脹到阻尼室7中。然后，加壓流體穿過(guò)膜3位于vre室9上方的那部分，從而使得膜3的該部分膨脹到vre室9中。隨著膜3膨脹到vre室9中，膜3通過(guò)完全或部分地阻塞如圖2所示的空氣通道14和15來(lái)部分地堵塞進(jìn)入和離開(kāi)vre室9的空氣流。通道14和15被膜3阻塞的程度可以取決于幾個(gè)因素，包括vre室9的尺寸和深度，vre室9在空氣通道14和15的位置處的表面粗糙度，以及膜3的表面粗糙度和剛度。當(dāng)vre室9被堵塞時(shí)，空氣壓力在空氣壓力緩沖室13中積聚，然后空氣流入阻尼室7，從而推回阻尼室7中的膜3。在這樣做時(shí)，空氣壓力將已經(jīng)膨脹到阻尼室7中的膜3推回其平衡位置(圖1所示)并遠(yuǎn)離膜止動(dòng)件11?？諝鈮毫σ苍谕ㄟ^(guò)空氣通道14后推回vre室9中的膜3，直到建立平衡氣流。通過(guò)流體通道6的流體壓力越大，vre室9中的膜3越接近流路14和15，并且在空氣緩沖室13中的補(bǔ)償空氣壓力變得越高。

在一個(gè)實(shí)施例中，vre室9的深度(因此其容積)保持較小，以便流體通道6中的最小流體壓力將導(dǎo)致空氣通道14和15的堵塞，因此空氣壓力補(bǔ)償將以較低流體壓力開(kāi)始。在這個(gè)或替代實(shí)施例中，限制元件(圖2中未示出)也可以放置在空氣輸入端口12和/或空氣輸出端口16中，以優(yōu)化氣流。向輸入端口12添加限制元件來(lái)限制空氣的輸入流量，從而防止壓力當(dāng)膜3移動(dòng)到vre室9中并且vre室9開(kāi)始堵塞時(shí)，在空氣壓力緩沖室13中積聚太快。向輸出端口16添加限制元件限制了輸入和輸出空氣流，并且可以幫助防止如果流體通道6中的壓力太快地減小而可能發(fā)生的空氣壓力緩沖室13的突然減壓。

在某些實(shí)施例中，代替單個(gè)膜3(如圖1和圖2所示)，可以使用單獨(dú)的阻尼膜3a和vre室膜3b。使用單獨(dú)的膜可以選擇每個(gè)具有可以定制的屬性，以使其適合其獨(dú)特和不尋常的功能。圖3示出了具有單獨(dú)的膜3a和3b的脈沖阻尼器30的這種實(shí)施例。除了有兩個(gè)不同的膜(阻尼膜3a和vre膜3b)之外，氣動(dòng)蓋2可以與圖1和圖2中的氣動(dòng)蓋相同。在該實(shí)施例中，例如，阻尼膜3a可以被制造成非常柔軟，使得其響應(yīng)于小的壓力脈沖并且具有良好的抑制力，而vre膜3b可以較硬，以便其可以快速地反應(yīng)流體通道6和空氣緩沖室13中的壓力變化。

有用的阻尼膜的一個(gè)示例是具有肖氏35a硬度計(jì)測(cè)量值的0.020英寸厚的硅氧烷膜。然而，如果需要較硬的vre膜，例如在需要快速反應(yīng)壓力變化的情況下，合適的膜可以是具有肖氏50a硬度計(jì)測(cè)量值的0.0625英寸厚的山都平膜。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，例如對(duì)于不同的應(yīng)用可能需要其他材料和其他硬度計(jì)測(cè)量值。例如，在較苛刻的化學(xué)環(huán)境(例如，通道6中的流體由腐蝕性化學(xué)物質(zhì)、酸等組成)中，對(duì)于膜3a和3b來(lái)說(shuō)，epdm、viton、kalrez和pharmed可能是比硅膠或santoprene更適合的材料。

雖然本發(fā)明的一些實(shí)施例可以具有夾持在主體1的平坦部分和氣動(dòng)蓋2之間的單個(gè)膜3或兩個(gè)單獨(dú)的膜3a和3b，但其他實(shí)施例可以使用拉伸膜來(lái)防止膜起皺或形成其他可能影響性能的畸形。例如，在某些實(shí)施方案中，可以通過(guò)使用同心環(huán)來(lái)實(shí)現(xiàn)拉伸膜。圖4示出了并入了分別用于拉伸阻尼膜43和vre膜19的同心環(huán)的脈沖阻尼器35。如圖4所示，脈沖阻尼器35的主體1具有兩對(duì)環(huán)形凸起91和93。氣動(dòng)蓋2不是具有與主體1相鄰的平坦表面，而是具有圍繞阻尼室的一端的突出的阻尼室環(huán)95以及圍繞vre室9的一端的突出的vre室環(huán)96的形式的凸起95和96。主體上的環(huán)形凸起91和93分別具有較大的直徑，但與阻尼室環(huán)95和vre室環(huán)96同心，并且被適配成使得當(dāng)主體1和氣動(dòng)蓋2在脈沖阻尼器35的組裝中被緊密地配合在一起時(shí)，中間環(huán)91配合在阻尼室環(huán)95周圍，而中間環(huán)93配合在vre室環(huán)96周圍，如圖4所示。在阻尼器35的組裝過(guò)程中，阻尼膜43和vre膜19分別穿過(guò)中間環(huán)91和93。然后，兩個(gè)直徑稍大但與中間環(huán)91和93同心的外環(huán)90和92分別放置在膜43和19的頂上，從而在外環(huán)90和中間環(huán)95之間捕獲膜43，而在外環(huán)92和中間環(huán)93之間捕獲膜19。然后，將氣動(dòng)蓋2放置到位，使得阻尼室環(huán)95將阻尼膜43向下壓平并在阻尼室7周圍形成密封，而vre室環(huán)96將vre膜19向下壓平并在vre室9周圍形成密封。在一個(gè)特定的實(shí)施例中，如圖4所示并且如上所述，分別同心環(huán)對(duì)91和95與93和96分別與主體1和氣動(dòng)蓋2成一體。然而，同心環(huán)對(duì)91和95與93和96分別也可以用在單個(gè)膜實(shí)施例中。在這樣的實(shí)施例(未示出)中，將存在圍繞阻尼室和vre室的單組三個(gè)同心環(huán)。此外，如果需要，可以使用未集成到阻尼器的主體和氣動(dòng)蓋中的單獨(dú)的同心環(huán)來(lái)拉伸替代實(shí)施例中使用的一片膜或多片膜。

仍參考圖4，脈沖阻尼器35包括作為通道6的一部分的中間或中間通道8。如圖4所示，中間通道8遠(yuǎn)離氣動(dòng)蓋2并朝向主體1的外部延伸。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，中間通道8的使用可以允許更容易地制造主體1，并且如果有諸如為了保持腔室9和7之間的流體的一定容積、混合流體之類的需要，還可以通過(guò)適應(yīng)中間通道8的長(zhǎng)度、尺寸和形狀來(lái)有利地使用。

現(xiàn)在參考圖5，該圖提供了根據(jù)本公開(kāi)的脈沖阻尼器45的另一實(shí)施例的橫截面視圖。與圖5中的特征和部件相似的特征和部件具有與其他圖示中所示附圖標(biāo)記相同的附圖標(biāo)記。除了脈沖阻尼器45具有分別連接到空氣輸入端口12和空氣輸出端口16的限制元件60和80之外，脈沖阻尼器45可以類似于圖1所示的脈沖阻尼器25。(雖然在圖5中未示出，但如果需要的話，脈沖阻尼器45也可以僅具有限制元件60和80中的一個(gè)。)限制元件60限制空氣流入空氣緩沖室13中。這有助于防止壓力當(dāng)vre室9由于膜3的移動(dòng)而開(kāi)始堵塞時(shí)過(guò)快地積聚。限制元件80有助于限制空氣的流入和流出，并且有助于防止在流體通道6中的壓力下降太快時(shí)可能發(fā)生的空氣緩沖室13的突然減壓。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，添加限制元件80還可以提高空氣緩沖室13中的零液體流動(dòng)壓力，而空氣緩沖室13又具有將阻尼室7中的膜3推向流體通道6的潛在作用。當(dāng)這種情況發(fā)生時(shí)，脈沖阻尼器45可能在抑制流過(guò)流體通道6的流體中的脈沖方面效果較差。因此，通常優(yōu)選的是操作具有限制元件60而沒(méi)有限制元件80的脈沖阻尼器45。

圖5還示出了連接到流體輸出端口10的限制元件40。該限制元件40可以用于限制流體通過(guò)通道6的流動(dòng)，從而響應(yīng)于將另外產(chǎn)生的流體流動(dòng)而在流體通道6內(nèi)產(chǎn)生額外的壓力。如果脈沖阻尼器45連接到對(duì)流動(dòng)具有低內(nèi)阻的系統(tǒng)，則這是特別有用的。

如圖5所示，限制元件40、60和80均由撓性管提供，該撓性管可以很柔軟并且具有被選擇來(lái)按照阻尼器45的給定應(yīng)用可能需要那樣提供更大或更小的空氣流限制的內(nèi)徑。應(yīng)當(dāng)理解，任何限制性元件40、60和80可以由管道或毛細(xì)管、孔口或以如下方式限制流體流動(dòng)的任何其他部件來(lái)提供，該方式使得在阻尼器45中的流量上升時(shí)阻尼器45中的壓力上升。在一個(gè)特定實(shí)施例中，限制元件40、60和80可以是具有1/32”或1/16”的外徑并且具有介于千分之0.004英寸與千分之0.020英寸之間的內(nèi)徑的peek或fep管。當(dāng)然，管道、毛細(xì)管或孔口也可以由其他材料(如不銹鋼、玻璃或鋁)制成。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本文示出和描述的脈沖阻尼器可以按照各種應(yīng)用可能需要的尺寸和形狀而變化。例如，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，脈沖阻尼器25、30、35和45(如圖1-5所示)可以用于各種不同的應(yīng)用中并且用于各種不同的條件下。脈沖阻尼器25、30、35和45可以用于流體壓力介于0至至少100psi左右之間的任何地方的系統(tǒng)中，和/或用于通過(guò)脈沖阻尼器的流體流量介于從每分鐘0至每分鐘1000微升左右之間的任何地方的系統(tǒng)中。這種脈沖阻尼器也可以用于具有高得多的流體壓力的系統(tǒng)中，包括壓力從100psi至10000psi左右的系統(tǒng)。此外，根據(jù)本公開(kāi)的脈沖阻尼器通?？梢杂糜谄渲辛黧w的脈沖尺寸在從0至50微升左右的任何地方的系統(tǒng)中。在一個(gè)特定實(shí)施例中，本公開(kāi)的脈沖阻尼器可以包括用于流體的介于100微升至1000微升左右之間的任何地方的容積(在一定程度上取決于阻尼器的尺寸以及與流體接觸的膜是否被拉伸(并處于活動(dòng)狀態(tài))或處于不會(huì)朝向或遠(yuǎn)離阻尼室偏離的中立位置(并處于靜止?fàn)顟B(tài)))。當(dāng)然，本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解，取決于本公開(kāi)中所示和描述的材料的選擇以及脈沖阻尼器的尺寸和形狀及其特征，根據(jù)本公開(kāi)的脈沖阻尼器可以在涉及與上述相比甚至更高的壓力、流量和脈沖尺寸的情況下找到成功應(yīng)用。

根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的任何脈沖阻尼器的阻尼室(以及vre室和流體通道)的尺寸和形狀可以被選擇并適用于在特定應(yīng)用中特意抑制的脈沖。通常，為了最小化阻尼器中所需要的流體容積，腔室應(yīng)該保持較小，同時(shí)仍然達(dá)到期望的抑制程度。這通?？梢酝ㄟ^(guò)使用對(duì)壓力脈沖高度響應(yīng)的薄柔性膜來(lái)實(shí)現(xiàn)。此外，可以針對(duì)給定的應(yīng)用選擇空氣壓力緩沖室的容積和輸入端口處的空氣流量。vre室的尺寸和形狀也可以被調(diào)整為使得脈沖阻尼器或多或少地響應(yīng)于壓力和/或脈沖的小變化。例如，vre室的深度可以影響啟動(dòng)空氣壓力補(bǔ)償機(jī)構(gòu)所需要的壓力。如果vre室非常淺，那么少量的壓力和膜進(jìn)入vre室的相應(yīng)的輕微膨脹可導(dǎo)致空氣通道被堵塞，而較深的vre室通常需要更大的膜移位(所有其他事情相等)來(lái)阻塞空氣流動(dòng)并啟動(dòng)氣壓補(bǔ)償。類似地，膜的組成可以影響膜堵塞進(jìn)入和離開(kāi)vre室的空氣通道所需要的壓力。

雖然一個(gè)實(shí)施例中的脈沖阻尼器可以與外部氣壓源一起使用，但如果加壓空氣源不可用，則沒(méi)有什么可以防止這種阻尼器被用作常規(guī)的脈沖阻尼器。如果沒(méi)有通過(guò)空氣輸入端口施加任何補(bǔ)償空氣壓力，膜止動(dòng)件可以防止膜膨脹直到爆裂。例如，當(dāng)沒(méi)有使用任何加壓空氣源時(shí)，空氣輸出端口可以可選地插入適應(yīng)于空氣輸出端口的尺寸和形狀的插頭，并且空氣輸入端口可以任選地用作輸送孔以便在發(fā)生意外的流體泄漏的情況下，用管道將液體從裝置帶走。

在另一個(gè)實(shí)施例中，提供了一種使用根據(jù)附圖和前述公開(kāi)的脈沖阻尼器的方法。在這種方法中，可以包括以下步驟：提供根據(jù)本公開(kāi)的脈沖阻尼器；第一管或其他流體導(dǎo)管的第一端連接到阻尼器的流體輸入端口，而該管的另一端連接到泵送系統(tǒng)，并且第二管或其他流體導(dǎo)管的第一端連接到阻尼器的流體輸出端口，第三管或其他流體導(dǎo)管的第一端連接到阻尼器的空氣入口，而該第三管的另一端連接到加壓流體源，例如空氣或其他氣體，并且第四管或其他流體導(dǎo)管的第一端連接到阻尼器的空氣出口，流體被泵送通過(guò)第一管并且通過(guò)流體輸入端口進(jìn)入阻尼器并且穿過(guò)阻尼器中的膜，其中膜由流體的壓力而偏離到阻尼器中的阻尼室中，并且響應(yīng)于來(lái)自在阻尼器中的加壓氣體的壓力而從阻尼室偏離回來(lái)，從而當(dāng)流體通過(guò)阻尼器時(shí)抑制流體中的脈沖。如上所述，阻尼器包括可變限制元件室和空氣緩沖室，以便當(dāng)流體通過(guò)vre室上方的膜時(shí)，膜偏離到vre室中并且完全或部分地堵塞在vre室和空氣緩沖室之間的通道，該空氣緩沖室又連接到阻尼室，從而在膜上朝向流體通道并且遠(yuǎn)離阻尼室施加力。

根據(jù)本公開(kāi)的脈沖阻尼器可以用于各種各樣的應(yīng)用中。例如，本公開(kāi)的脈沖阻尼器可以用于分析儀器與生物技術(shù)系統(tǒng)(例如，液體或氣相色譜、離子色譜、質(zhì)譜、微量色譜、生化檢測(cè)、生物感測(cè)、藥物發(fā)現(xiàn)、藥物遞送、分子分離、蛋白質(zhì)組學(xué)、光流體學(xué)等)，體外診斷(ivd)系統(tǒng)(例如流式細(xì)胞儀和臨床化學(xué)分析儀，包括用于醫(yī)療和保健應(yīng)用的進(jìn)行血液、尿液、dna等的測(cè)試或分析的系統(tǒng))，以及在工業(yè)應(yīng)用中使用的系統(tǒng)，諸如泵送和/或測(cè)試食品、飲用液體(如牛奶、水、軟飲料、酒精飲料、橙汁、檸檬水和其他飲料)、空氣、其他液體或其他流體的系統(tǒng)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本公開(kāi)的脈沖阻尼器可以用于其他應(yīng)用中。

本領(lǐng)域技術(shù)人員還將理解，不同的應(yīng)用通常使用不同類型的泵送機(jī)構(gòu)，并且本文示出和公開(kāi)的脈沖阻尼器可以與不同類型的泵送機(jī)構(gòu)一起使用。例如，常規(guī)的蠕動(dòng)泵和活塞泵通常用于將流體泵送通過(guò)系統(tǒng)的系統(tǒng)。當(dāng)流體從泵流動(dòng)時(shí)，這種常規(guī)的蠕動(dòng)泵和活塞泵可能會(huì)產(chǎn)生不必要的流體波動(dòng)，這反過(guò)來(lái)可能導(dǎo)致湍流流動(dòng)而不是層流體流動(dòng)。因此，本公開(kāi)的脈沖阻尼器可以成功地連同可能產(chǎn)生壓力波動(dòng)的泵一起來(lái)使用，這種泵包括蠕動(dòng)泵和活塞泵以及齒輪泵、注射泵、膜泵壓力驅(qū)動(dòng)泵和電滲泵。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，如上所示和描述的脈沖阻尼器可以根據(jù)尺寸、形狀和維度而變化，并且可以按照給定應(yīng)用可能需要的用于各種部件和特征的材料而變化。例如，阻尼室可以是圓形的、橢圓形的、或者大體上像眼睛一樣地形成的，分別如圖6a-6c所示。此外，這些形狀中的任何一種或全部可以與如圖4所示的阻尼室的半球形狀或如圖1-3所示的圓柱形狀一起使用。此外，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，如果需要，所示的脈沖阻尼器可以容易地適應(yīng)于與針對(duì)給定應(yīng)用的上述示出和描述的方位不同的方位。因此，關(guān)于附圖中的圖示，為了方便起見(jiàn)，僅僅為了方便而使用諸如“頂”、“底”、“右”、“左”、“上”、“下”等之類的術(shù)語(yǔ)，而不是限制本發(fā)明的范圍。

本領(lǐng)域技術(shù)人員將進(jìn)一步了解，本公開(kāi)的脈沖阻尼器具有許多優(yōu)點(diǎn)。本公開(kāi)的脈沖阻尼器不需要復(fù)雜的機(jī)械或電氣系統(tǒng)作為用于抑制脈沖的反饋或控制機(jī)構(gòu)的一部分。因此，本公開(kāi)的脈沖阻尼器可以更容易且更便宜地制造。

此外，本公開(kāi)的脈沖阻尼器不會(huì)在系統(tǒng)中引入相對(duì)較大的內(nèi)部容積，但仍然跨越寬范圍的壓力和流量地提供優(yōu)異的抑制特性?？紤]到本公開(kāi)中所示和描述的實(shí)施例，這些優(yōu)點(diǎn)和其他優(yōu)點(diǎn)對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員將是顯而易見(jiàn)的。

上述詳細(xì)描述和公開(kāi)內(nèi)容僅僅是示例性的并且作為示例。本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，前述實(shí)施例可以以不同方式改變和布置，并且可以以各種方式實(shí)現(xiàn)，而不超出在以下權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的范圍和精神。此外，雖然前述公開(kāi)內(nèi)容已經(jīng)使用特定類型的脈沖阻尼器作為示例，但本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解，本文描述的系統(tǒng)和方法將在本公開(kāi)可能有用的各種領(lǐng)域中找到有用的應(yīng)用。因此，應(yīng)當(dāng)理解，前述描述和附圖僅是說(shuō)明性的，而不是限制性的。