專利名稱：用于提高泵中壓縮空氣效率的方法
技術領域：
本發(fā)明涉及關于氣動雙隔膜泵的方法和設備領域，更具體地，涉及關于氣動泵的有效控制和操作的方法和設備，所述氣動泵包括但不限于氣動雙隔膜泵。
背景技術：
流體作用泵，例如隔膜泵廣泛使用，特別用于泵送液態(tài)、溶液、粘稠材料、漿料、懸浮液或可流動固體。雙隔膜泵在泵送粘性或含固相液體以及泵送淡水或其他液體和基于這樣的液體的高或低粘度溶液中的實用性是眾所周知的。因此，已經發(fā)現這樣的雙隔膜泵廣泛地用于抽空化糞池、通風井和礦坑，并且通常用于處置多種漿料、污泥和含廢物液體。流體驅動隔膜泵在便利性、有效性、便攜性和安全性方面提供了一些另外的優(yōu)點。雙隔膜泵耐用并且緊湊，為了獲得最大靈活性，通常由單個進水管供給，并且將液體通過短歧管傳送到單個排出管。雖然已知隔膜泵對其預期目的工作得很好，但是仍存在幾個缺點。氣動雙隔膜 (AODD)泵在與馬達驅動泵相比較時不是非常有效。這大部分由于用于驅動泵的空氣可壓縮性和壓縮空氣系統的低效率造成的。AODD泵通常在3-5%效率范圍內運行，而離心和其他旋轉泵通常在50-75%效率范圍內運行。另外，傳統的雙隔膜泵不允許使用者取回泵性能信息來用于控制泵送過程。Reynolds的美國專利No. 5，332，372教導了用于氣動隔膜泵的控制系統。所述控制系統利用傳感器來監(jiān)測泵速和泵位置，然后響應于其來控制壓縮空氣到泵的供給。由于泵速和泵位置受泵送流體特性的影響，因此控制單元能夠響應于泵送的流體特性中的變化來改變泵組件的泵速或循環(huán)模式，以獲得期望的泵運行特性。傳感器提供持續(xù)的反饋，這使得控制系統能夠響應于泵運行條件中的變化即時調整壓縮空氣到泵的供給，而不中斷泵運行。位置傳感器可用于檢測泵位置。例如，傳感器可包括可操作地連接到隔膜組件的數碼活塞軸，其提供對應于泵位置的精確信號，所述信號可用于檢測泵速和泵位置中的變化。流量條件傳感器可用于確定流速、泄漏或漿料濃度。傳感器向微處理器傳送信號，微處理器利用傳送的信號選擇地致動泵的控制閥。通過感測泵位置中的變化，控制系統可通過修改控制閥的設置控制壓縮空氣到泵的供給，由此控制沿泵行程的任意點處的泵速和泵循環(huán)模式。數字模擬閥可用于提高由控制系統提供的系統控制程度。期望的優(yōu)化泵條件可編程到控制系統中，并且利用由傳感器傳送的信息，控制系統可在不同行程長度、行程速度和泵循環(huán)的開始來確定最佳泵致動次序，以實現并且保持期望的預定泵送條件。Reynolds的美國專利No. 5，257，914教導了一種用于流體驅動的隔膜泵的電子控制接口。而且‘372專利以引用的方式并入‘914專利中?？刂茐嚎s空氣的供給以能夠使泵速或循環(huán)模式改變。這通過檢測隔膜的位置和加速度來實現。更具體地，泵利用傳感器來檢測一些泵特性，例如泵速、流速和泵位置，但是不限于此，并且將這些信號傳送到控制單元。由于隔膜的位置和移動速率受泵送的流體特性的影響，因此控制單元能夠響應于泵送的流體特性中的變化來改變泵組件的泵速或循環(huán)模式。控制單元確定脈沖信號之間的消逝時間，這可計算得到桿和隔膜的往復速度?？刂茊卧酶裟さ囊苿铀俣戎械淖兓嬎惚玫募铀俣群推渌俣纫蕾囂匦浴eed等人的美國專利公開No. 2006/0104829公開了一種控制系統，其用于運行和控制氣動隔膜泵。Reed沒有利用隔膜的位置或加速度，而是根據例如預定時間周期等其他考慮因素。于是需要一種氣動隔膜泵，其利用通過在浮動點或設定點處的速度檢測的自學過程來最小化有效運行泵所需的壓縮空氣量
發(fā)明內容
本發(fā)明是用于提高泵中壓縮空氣效率的方法。更具體地，本發(fā)明方法利用空氣效率裝置來最小化泵中的壓縮空氣量。本發(fā)明的主要目的是，通過利用隔膜組件的移動的速度和位置感測來控制使隔膜組件移動的加壓流體的應用，并且利用適應變化條件影響的控制算法來進行此控制，以實現更優(yōu)化的控制泵，從而改善前述Reynolds專利5，257，914的教導及其結合的Reynolds專利5，332，372的教導。提供一種泵，其具有隔膜室和隔膜組件。 每一個隔膜組件可包括隔膜。空氣效率裝置可允許控制氣動隔膜的運行?？上薅ㄗ钚『徒K止速度。當隔膜室中的一個填充壓縮空氣時，隔膜組件經過調小位置。當經過調小位置時， 空氣效率裝置停止或減少流入所述泵中的壓縮空氣?？諝庑恃b置監(jiān)測隔膜組件的速度， 直到其到達其行程端部位置，并且如果確定隔膜組件的速度超過限定的終止速度或下降到限定的最小速度之下，則重新定義調小位置?？諝庑恃b置然后獨立于另一個隔膜組件執(zhí)行相同的方法。當另一個隔膜組件到達其行程端部位置時，所述方法再次重復用于第一隔膜組件，利用任何重新定義的適當的調小位置。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于檢測泵中的隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，所述方法包括以下步驟提供泵，其具有標準運行狀態(tài)和空氣效率狀態(tài)，所述泵具有布置在第一隔膜室中的第一隔膜組件，所述第一隔膜組件具有第一隔膜位置和第二隔膜位置、當前位置Xa和調小位置Xa ；所述泵還具有布置在第二隔膜室中的第二隔膜組件，所述第二隔膜組件具有第一位置、第二位置、當前位置Xai和調小位置XSK;提供線性位移裝置，其相互連接在第一隔膜組件和第二隔膜組件之間，所述線性位移裝置具有線性位移桿；提供進氣閥，其與所述第一室和第二室連通，所述進氣閥由電源操作；以空氣效率狀態(tài)運行所述泵，所述步驟包括打開進氣閥，直到傳感器確定；測量來自線性位移桿的速度；評估速度的運行參數，以確定是否線性位移桿在可接受范圍內移動；重新定義Xa 或XSK，以達到優(yōu)化調小位置，從而最小化進入隔膜室中的壓縮空氣。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，其中，線性位移裝置可包括殼體、部分布置在所述殼體中的線性位移桿、布置在所述殼體中的傳感器和布置在所述殼體中的控制器。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，所述方法可還包括以下步驟當用于進氣閥的電源發(fā)生故障時切換到所述標準運行狀態(tài)。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，所述方法可包括以下步驟提供一種泵，其具有布置在第一隔膜室中的第一隔膜組件，所述第一隔膜組件具有第一位置和第二位置、當前位置Xa和調小位置；定義最小速度 VMm和終止速度Vte-；提供一種進氣閥，其可操作地連接到所述第一隔膜室；打開所述進氣閥；將所述第一隔膜室的一部分填充壓縮空氣；朝向所述第二隔膜位置移動所述第一隔膜組件；當Xa大約等于)^時，減小經過進氣閥的空氣流；監(jiān)測第一隔膜組件到第二隔膜位置的當前速度Va ；在第二位置處如果Va < Vminl或如果Va > Vteeml,則重新定義Xa ；和朝向所述第一隔膜位置移動所述第一隔膜組件。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，所述方法可進一步包括以下步驟提供布置在第二隔膜室中的第二隔膜組件，所述第二隔膜組件具有第一位置、第二位置、當前位置X 和調小位置其中，將所述第一隔膜組件朝向所述第一隔膜組件的第一位置移動的步驟還包括以下步驟定義最小速度Vmink和終止速度VTEKm ；打開進氣閥；將所述第二隔膜室的一部分填充壓縮空氣；當χ 大約等時， 減小通過進氣閥的空氣流；監(jiān)測所述第二隔膜組件到所述第二隔膜位置的當前速度Vai ；在第二隔膜位置處，如果Vra < Vmine或如果Vra > Vteemil,則重新定義)(SK ；和朝向所述第一位置移動所述第二隔膜組件。本發(fā)明的另一個目的是提供用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，其中和可獨立于彼此地被電子存儲。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，其中，每一個所述隔膜組件可包括隔膜、可操作地連接到所述隔膜的金屬板和可操作的相互連接在所述第一隔膜組件的金屬板和所述第二隔膜組件的金屬板之間的桿。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，其中，在所述第二隔膜位置處，如果Va < Vminl,或如果Va > Vteeml,則重新定義的步驟可還包括以下步驟在行程端部位置的大約5mm內，如果Va < Vminl,或如果Va > Vteeml, 則重新定義)^。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的最佳調小位置的方法，其中，在所述第二隔膜位置處，如果Vra < Vmine或如果V。K > Vteemil,則重新定義)(SK的步驟可還包括以下步驟在行程端部位置的大約5mm內，如果Vra < Vmink或如果Vra > Vteemil, 則重新定義)(SK。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，其中，監(jiān)測所述第一隔膜組件到第二位置的當前速度步驟可還包括以下步驟如果檢測到可能的泵停機事件，則重新打開進氣閥。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于檢測隔膜組件在泵中的優(yōu)化調小位置的方法，其中，如果V < Vmine則可能發(fā)生泵停機事件。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，可還包括以下步驟重新定義)(a，以使= ，其中，Sk為恒定位移值，其中，重新定義的在所述第一隔膜組件從所述第一位置移動到所述第二位置時的接下來的行程中生效。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，其中，在第一隔膜組件的第二位置處，如果Va < Vminl,或如果Va > Vteeml,則重新定義
的步驟還包括以下步驟如果Va > Vteeml,則重新定義)(a，以使Xa = ，其中為恒定位移值；和如果Va < Vminl,則重新定義Xa，以使Xa =其中為恒定位移值。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，其中，當Xcl大約等于Xa時，減小通過進氣閥的空氣流的步驟可還包括以下步驟當Xa 大約等于Xa時，將空氣流減小到零 。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，所述方法可包括以下步驟提供泵，其具有布置在第一隔膜室中的第一隔膜組件，所述第一隔膜組件具有第一隔膜位置和第二隔膜位置、當前位置Xa和調小位置Xa;所述泵還具有布置在第二隔膜室中的第二隔膜組件，所述第二隔膜組件具有第一隔膜位置、第二隔膜位置、當前位置Xai和調小位置Xsk ；定義最小速度VMm和Vmink以及最終速度Vte-和VTEKm ； 提供可操作地連接到所述第一隔膜組件和第二隔膜組件的線性位移裝置；提供可操作地連接到所述第一隔膜室和第二隔膜室的進氣閥；打開所述進氣閥；將所述第一隔膜室的一部分填充壓縮空氣；當Xa大約等于&[時，減小通過進氣閥的空氣流；監(jiān)測所述第一隔膜組件到所述第二隔膜位置的當前速度Va ；觸發(fā)第二閥；在第二隔膜位置處，如果Va <￥ ^或Va >VTEm，則重新定義Xa;朝向所述第一隔膜位置移動第一隔膜組件，其中，當第一隔膜組件朝向第一隔膜位置移動時，所述方法還包括以下步驟打開進氣閥；將所述第二隔膜室填充壓縮空氣，同時從第一隔膜室排出壓縮空氣；當Xcr大約等于Xsk時，減小通過所述進氣閥的空氣流；監(jiān)測所述第二隔膜組件到所述第二隔膜位置的當前速度Vra ；觸發(fā)所述第二閥； 在所述第二隔膜位置處，如果Va < Vminl或如果Va > Vteemil,則重新定義Xsk ；和朝向所述第一隔膜位置移動所述第二隔膜組件，其中，Xa接近或處于優(yōu)化調小點。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，其中觸發(fā)第二閥的步驟可通過致動器銷進行。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，其中，監(jiān)測所述第一隔膜組件到所述第二隔膜位置的當前速度Va和監(jiān)測所述第二隔膜組件到所述第二隔膜位置的當前速度Vra的步驟還包括以下步驟如果檢測到可能的泵停機事件，則再次打開所述進氣閥，其中，如果Va < Vminl或V。K < Vmine,則可能發(fā)生泵停機事件；重新定義X…以使Xa = XsJSly其中，Sl是恒定位移值，其中，重新定義的Xa在第一隔膜組件從第一位置移動到第二位置時在接下來的行程中生效；和重新定義XSK，以使Xsk = XSK+S1K，其中，SIe為恒定位移值，其中，重新定義的Xsk在所述第二隔膜組件從所述第一位置移動到所述第二位置時在接下來的行程中生效。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，其中，在第二位置處，如果Va < Vminl或如果Va > Vteeml,則重新定義Xa的步驟還包括以下步驟如果Va > Vteeml,則重新定義Xa，以使Xa =其中為恒定位移值；和如果 Vcl < VMm，則重新定義Xa，以使Xa = 其中為恒定位移值；其中，在第二位置的 5mm內，如果Vmink > Vce > Vteemil,則重新定義Xsk的步驟還包括以下步驟如果Vck > Vteemil, 則重新定義XSK，以使Xsk = Xse-S2e,其中S2K為恒定位移值；和如果VeK < Vmink，則重新定義 Xse,以使Xsr = XSK+S3K，其中S3K為恒定位移值。本發(fā)明的另一個目的是提供一種用于在泵中檢測隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，其中，減小所述進氣閥的空氣流的步驟包括以下步驟關閉進氣閥。本發(fā)明的一個優(yōu)點是，其自身調節(jié)來提供運行氣動雙隔膜泵的優(yōu)化空氣效率，而不管可能發(fā)生的關于流體壓力、進氣壓力或流體粘度的變化。當閱讀和理解下面的詳細說明時，本發(fā)明的其他有益效果和優(yōu)點將對其所屬的技術領域的技術人員變得顯而易見。


本發(fā)明可采用一些部件和部件布置方式的物理形式，將在本說明書中詳細描述并且在形成其一部分的附圖中示出其優(yōu)選實施例，附圖中圖1顯示了根據本發(fā)明一個實施例的氣動雙隔膜泵的剖視圖；圖2顯示了根據本發(fā)明一個實施例的包括第一泵狀態(tài)的氣動雙隔膜泵的示意圖；圖3顯示了根據本發(fā)明一個實施例的包括第二泵狀態(tài)的圖2中所示的氣動雙隔膜泵的示意圖；圖4顯示了根據本發(fā)明一個實施例的先導閥組件和主閥組件的局部剖視圖；圖5顯示了根據本發(fā)明一個實施例的先導閥組件和主閥組件的局部剖視圖；圖6a顯示了根據本發(fā)明一個實施例的可操作地連接到氣動雙隔膜泵的空氣效率裝置的局部剖視圖；圖6b顯示了根據本發(fā)明一個實施例的可操作地連接到氣動雙隔膜泵的空氣效率裝置的示意圖；圖7顯示了線性位移裝置的立體視圖；圖8顯示了圖示出根據本發(fā)明一個實施例的方法的流程圖，所述方法通過控制或調節(jié)從壓縮流體源提供到泵的壓縮流體供給，來以提高的效率運行氣動雙隔膜泵。
具體實施例方式現在參照附圖，附圖中所示僅出于示出本發(fā)明的實施例的目的，不用于限制本發(fā)明，圖1-8示出了本發(fā)明。圖1顯示了根據本發(fā)明一個實施例的包括空氣效率裝置1的氣動雙隔膜泵10?？諝庑恃b置1可通過控制或調節(jié)從壓縮空氣或流體源提供到泵10的壓縮空氣或壓縮流體的供給，能夠使泵10在提高的效率下運行。后文中，術語“壓縮空氣”和 “壓縮流體”可互換使用。空氣效率裝置1可在泵10的端部行程位置之前的預定切斷或調小點開始減少或暫時停止壓縮空氣到泵10的供給，如下面更詳細所述。通過在調小點處減少或完全停止壓縮空氣的供給，泵10利用壓縮空氣在泵室中的自然膨脹到達端部行程位置。雖然本發(fā)明以氣動雙隔膜泵的形式進行了描述，但是本發(fā)明可與由本領域普通技術人員通過良好判斷力選擇的任何形式的泵一起使用。左和右命名僅出于示例目的用于描述本發(fā)明。左和右命名用于區(qū)別相似的元件和位置，并且不旨在將本發(fā)明限制到元件的具體物理布置方式。參照圖1，將總體描述泵10。泵10可包括殼體11、第一隔膜室12、第二隔膜室13、 中心部分14、電源15和空氣效率裝置1。第一隔膜室12可包括第一隔膜組件16，所述第一隔膜組件16包括第一隔膜17和第一隔膜板對。第一隔膜17可結合到第一隔膜板24，并且可橫跨第一隔膜室12延伸，由此形成限定第一泵送室18和第一隔膜室21的可移動壁。 第二隔膜室13可基本上與第一隔膜室12相同，并且可包括第二隔膜組件20，所述第二隔膜組件20包括第二隔膜23和第二隔膜板25。第二隔膜23可結合到第二隔膜板25，并且可橫跨第二隔膜室13延伸，以限定第二泵送室26和第二隔膜室22。連接桿30可操作地連接到第一和第二隔膜板24、25，并且在第一和第二隔膜板24、25之間延伸?，F參照圖2和3，連接桿30可至少部分地使第一和第二隔膜組件16、20 —起在如圖2中所示的第一端行程位置EOSl和如圖3中所示的第二端行程位置E0S2之間往復移動。 第一和第二端行程位置E0S1，E0S2可代表第一和第二隔膜組件的硬停機或物理限位位置， 如本領域中公知的由泵的機件限制。接下來，在各自的第一和第二隔膜室12，13中的每一個隔膜組件16，20可分別具有第一隔膜位置DP。DPIe,和第二隔膜位置DP\，DP2K。第一和第二隔膜位置DPIl，DPIe, DP2l, DP2e可對應于第一和第二隔膜組件16，20的在各自端行程位置E0S1，E0S2前到達的預定和/或檢測位置。在一個實施例中，第一隔膜位置DP。DP1K 和第二隔膜位置DP2y DP2e可包括分別距離第一和第二端行程位置EOSl、E0S2約0. Olmm 到約IOmm的位置。在另一個實施例中，第一隔膜位置DPlyDPl1^n第二隔膜位置DP2l，DP2k 可包括分別距離第一和第二端行程位置E0S1、E0S2約5mm的位置。重要的是，如下面更詳細所述的，速度的測量從來沒有在端部行程位置EOSl和E0S2處測量。而是速度恰好在端部行程位置EOSl和E0S2之前測量。現繼續(xù)參照圖2和3，在一個實施例中，第一隔膜位置DPIl，DPIe可包括這樣的位置其中壓縮空氣已經基本上從隔膜室21，22排出，并且泵送的流體已經吸入或以其他方式通入泵送室18，26中。在第一隔膜位置DPIl，DPIe中，隔膜板24，25可與致動器銷27的端部接觸，由此觸發(fā)先導閥閥芯29的移動。第二隔膜位置DP\，DP2K可包括這樣的位置其中第一和第二隔膜室21，22基本上由壓縮空氣填充，并且泵送的流體已經基本上從第一和第二泵送室18，26排出。在第二隔膜位置DP々，DP2E中，第一和第二隔膜板24，25可設置為完全脫離與致動器銷27的接觸?，F在參照圖1-5，中心部分14可包括先導閥殼體28、主流體閥組件34和空氣效率裝置1。先導閥殼體28可包括先導入口 31、致動器銷27、先導閥閥芯29、第一主通道36、第二主通道41、第一信號端口通道42和第二信號端口通道45。先導閥殼體28可至少部分允許控制主流體閥組件34在第一和第二主閥位置之間移動，由此使壓縮空氣流入第一或第二隔膜室21，22中，如下面更全面地描述。在一個實施例中，先導閥閥芯29的移動可由第一或第二隔膜板24，25與致動器銷27接觸造成。先導入口 31可將壓縮空氣通到第一主通道36，、第二主通道41和先導閥閥芯29。先導閥閥芯29可在圖2和4中所示的第一先導位置FPl和圖3中所示的第二先導位置FP2之間移動。先導閥閥芯29可包括第一先導通路64和第二先導通路65，其構造成使先導閥閥芯29進入到第一先導位置FPl的移動能夠使第一先導通路64將壓縮空氣從先導入口 31通到第一信號端口通道42。而且，在第一先導位置EPl中，先導閥閥芯29可定位成防止壓縮空氣從先導入口 31通到第二先導通路65， 并且因此防止通到第二信號端口通道45。先導閥閥芯29向右移動或移動到第二先導位置 FP2中可使第二先導通路65將壓縮空氣從先導入口 31通到第二信號端口通道45，同時防止壓縮空氣通到第一先導通路64，并且因此防止通到第一信號端口通道42。繼續(xù)參照圖1-5，主流體閥組件34可包括第一先導信號端口 33、第二先導信號端口 46、主流體閥閥芯35、第一入口端口 37、第二入口端口 39、第一出口端口 68、第二出口端口 69和排出端口 32。壓縮空氣通到第一或第二先導信號端口 33，46可使主流體閥組件34 分別在第一和第二主位置MP1，MP2之間移動。在一個實施例中，壓縮空氣通到第一先導信號端口 33可使主流體閥閥芯35從第一主位置MPl移動到第二主位置MP2，如圖3中所示。 主流體閥閥芯35可包括第一主通路66和第二主通路67。主流體閥閥芯35到第二主位置 MP2的移動可使第二主通路設置成使壓縮空氣從第二主通道41經過第二入口端口 39從第二出口端口 69出來并且通入第二隔膜室22中，并且由此使第二隔膜室22填充壓縮空氣， 如由線44所示。另外，主流體閥閥芯35的第一主通路66可設置成使壓縮空氣從第一隔膜室21經由排出端口 32排出，如由線48所示。壓縮空氣通到第二先導信號端口 46可使主流體閥閥芯35從第二主位置MP2移動到圖2中所示的第一主位置MP1。主流體閥閥芯35 到第一主位置MPl的移動可使第一主通路66設置成使壓縮空氣從第一主通道36經過第一入口端口 37從第一出口端口 68出來并且通到第一隔膜室21中，由此使第二隔膜室22填充壓縮空氣，如由線38所示。另外，主流體閥閥芯35的第二主通路67可設置成使壓縮空氣從第二隔膜室22經由排出端口 32排出，如由線43所示。在另一個實施例中，主閥閥芯 35的移動可電動控制，例如利用美國專利No. 6，036，445中公開的螺線管和控制器，所述專利以引用的方式并入本文中。現在參照圖1，2，3，6a，6b和7，空氣效率裝置1可包括傳感器2、控制器5和閥組件 4。傳感器2可包括接觸式電位計或電阻式傳感器；電感式傳感器，例如線性可變差動變壓器(LVDT)傳感器或渦流傳感器；或非接觸式電位計位移傳感器。在一個實施例中，傳感器2 可包括intrinsic LLC銷售的嵌入式傳感器。這樣的傳感器在公開號為US 20070126416 的美國專利申請中有所描述。在一個實施例中，如圖7中所示，傳感器2可包括傳感器殼體
50、電阻構件51、信號帶52和傳感器桿53。傳感器殼體50可固定附接到殼體11，并且可封閉電阻構件51、信號帶52和傳感器桿53的一部分。傳感器桿53可包括細長剛性結構， 類似于連接桿30的結構。傳感器桿53可延伸穿過傳感器殼體50，并且可操作地連接到第一和第二隔膜組件16，20，以使隔膜組件16，20的移動使傳感器桿53相對于傳感器殼體50 移動。電阻構件51可包括可變電阻膜，其固定結合到傳感器殼體，并且基本上平行于傳感器桿53設置。信號帶52可牢固地附接到傳感器桿53，以使信號帶52基本上相對于電阻構件51垂直延伸。信號帶52可至少部分橫跨電阻構件51延伸，并且可電容耦合到電阻構件
51。在一個實施例中，傳感器桿53可延伸穿過傳感器殼體50，并且可在其各自端部牢固地附接到第一和第二隔膜板對，25。第一和第二隔膜組件16，20的移動可使傳感器桿53在傳感器殼體50中移動，由此使信號帶52橫跨電阻構件51的長度的至少一部分移動?，F在繼續(xù)參照圖1，2，3，6a，6b和7，傳感器2可設置用于測量或檢測第一和第二隔膜組件16，20的隔膜移動。隔膜移動可定義為各個隔膜組件16，20的移動，或以不同方式來說，作為一個單元移動的隔膜17，23、底板24，25和連接桿30的移動。當隔膜組件16，20 在第一和第二端行程位置E0S1，E0S2之間，即在隔膜組件的整個行程上移動時，傳感器2可連續(xù)測量和檢測隔膜移動。當隔膜組件16，20從第二端行程位置E0S2移動到第一端行程位置EOSl時，傳感器2可測量或檢測彼此獨立地第一和第二隔膜組件16，20的隔膜移動。 在一個實施例中，傳感器2可設置用于檢測控制桿30的移動。在另一個實施例中，傳感器2 可設置用于檢測第一和第二隔膜板對，25的移動。在又一個實施例中，空氣效率裝置1可包括多個傳感器2，其中每一個傳感器2設置在殼體11中，以獨立地檢測第一隔膜組件16 或第二隔膜組件20或其部件的隔膜移動?？扇芜x地，每一個傳感器2可僅檢測隔膜特定部件的移動。例如，在一個實施例中，第一傳感器2可設置用于檢測第一隔膜板M的移動，第二傳感器2可設置用于檢測第二隔膜板25的移動，第三傳感器2可設置用于檢測控制桿30 的移動。以引用的方式并入本文中的美國專利No. 6，241，487公開了設置在主流體閥殼體內的臨近傳感器和電接口的使用。以引用的方式并入本文中的美國專利No. 5，257，914公開了用于感測隔膜組件的位置和移動速率的傳感器機構的使用?？諝庑恃b置1可包括本領域普通技術人員通過良好判斷力選擇的任何類型和任意數量的傳感器2，所述傳感器2 設置用于檢測、測量或感測隔膜移動或其部件關于第一和第二隔膜組件16，20的任何部分的移動。
繼續(xù)參照圖1，2，3，6a，6b和7，控制器5可包括可操作地連接到傳感器2和閥組件 4的微處理器或微控制器?？刂破?可包括未示出的處理單元，和未示出的內存部分，并且可根據本文所述的方法進行計算?？刂破?可接收和存儲由傳感器2傳送的多個輸入信號。 輸入信號可至少部分提供給控制器5關于第一和第二隔膜組件16，20的隔膜移動的信息。 控制器5可利用預編程的算法和多個輸入信號來確定并且傳送多個輸出信號，以控制閥組件4的操作。控制器5可提供閥組件4的獨立控制，以使空氣效率裝置1獨立地針對每一個隔膜組件16，20優(yōu)化流入泵10中的壓縮空氣流。在一個實施例中，控制器5可包括具有高性能的修改的精簡指令集計算機(RISC)的16位數字信號控制器，其可從本領域普通技術人員中的每一個已知的多個供貨商商購獲得，例如但是不限于型號為dsPIC30F4013-301/ PT并且由Microchip Technology Inc提供的馬達控制16位數字信號控制器。控制器5可分別通過連接器8a和8b與傳感器2和閥組件4通訊。在一個實施例中，連接器8a，8b可包括導電電線或線纜。連接器8a，8b可包括由本領域普通技術人員通過良好判斷力選擇的任何類型的連接器。繼續(xù)參照圖1，2，3，6a，6b和7，閥組件4可包括進氣閥6和AED先導閥7。閥組件 4可允許控制壓縮空氣到泵10的流入。閥組件4可通過控制器5控制，以使泵10以傳統模式CM、學習模式LM和優(yōu)化模式OM運行，這在下面更全面地討論。傳統模式CM可包括以傳統方式運行的泵10，其中閥組件4在泵10運行過程中不限制流入泵10中的壓縮空氣。 在一個實施例中，進氣閥6可包括通常打開的提升閥，并且AED先導閥7可包括通常閉合的先導閥，由此使泵10在空氣效率裝置1的任何運行故障期間以傳統模式CM運行。在另一個實施例中，進氣閥6可包括通常閉合的提升閥，并且AED先導閥7可包括通常打開的先導閥。閥組件4可包括由本領域普通技術人員通過良好判斷力選擇的任何類型的閥組件，所述閥組件包括任意數量和類型的允許泵10在空氣效率裝置1的任何運行故障期間以傳統方式運行的閥?，F在繼續(xù)參照圖1，2，3，6a，6b和7，在一個實施例中，AED先導閥7可接收來自控制器5的致動未示出的螺線管的輸出信號，以打開AED先導閥7。AED先導閥7的打開可使壓縮空氣從壓縮空氣源9流出，并且流入AED先導閥7。進入AED先導閥7中的壓縮空氣流可接觸進氣閥6的未示出的閥桿，由此閉合進氣閥6。進氣閥6的閉合可防止壓縮空氣進入泵10。類似地，控制器5可傳送或停止傳送輸出信號，所述輸出信號然后使AED先導閥7 閉合。AED先導閥7的閉合可停止壓縮空氣流入AED先導閥7中，并且使進氣閥6返回到其正常打開位置，在該位置中，再次允許壓縮空氣流入泵10中，以將隔膜組件16，20移動到各自的左端行程位置和右端行程位置。圖6a和6b顯示了本發(fā)明的另一個實施例，其中泵接收連續(xù)的壓縮空氣流。如圖6a中所示，進氣閥6可包括泄漏裝置或旁通管，以使減少量的壓縮空氣連續(xù)地和/或選擇地提供到泵10。在一個實施例中，進氣閥6可包括具有形成在其中的空氣旁通管6a的提升閥，所述提升閥允許在進氣閥6閉合時使減少量的壓縮空氣提供到泵10。在圖6b中所示的另一個實施例中，進氣閥6可包括2位置閥，其允許減少量的壓縮空氣選擇地提供到泵10。 2位置閥包括大流量位置和減少流量位置，使大流量位置比減少流量位置能夠使較少限制的壓縮空氣流通過。在一個實施例中，進氣閥6可包括流量限制器6b。流量限制器6b可包括流量限制器、壓力限制器、可變流量限制器、可變壓力限制器或適于提供減少或限制流量的壓縮空氣的任何類型的限制器，由本領域普通技術人員根據良好判斷力選擇。進氣閥 6可包括任何類型的閥，由本領域普通技術人員根據良好判斷力選擇。例如，進氣閥6可包括完全可變的空氣供給閥，其中，空氣流量減少程度可由任何預設或預定的有效全流量的百分比確定，更小的百分比的初始空氣供給流量通過例如確定Xsl或Xm處 或本領域普通技術人員通過良好判斷力選擇的任何其他點處的Vmin和Vmax之間的速度差異程度來確定。壓力減少可在一個或多個離散步驟中，或以連續(xù)形式從高壓向低壓進行。為了確保隔膜組件總是具有足夠的速度，以使壓縮空氣反轉發(fā)生在端部行程處，在該端部處隔膜組件物理致動端部行程傳感器，提供的最小調小壓力應不下降到低于使端部行程傳感器致動所需的壓力，所述端部行程傳感器可例如是通過與閥組件的一部分接觸來移動的標準先導閥。繼續(xù)參照圖1，2，3，6a，6b和7，電源15可包括附接到泵殼體11的集成電源。在一個實施例中，電源15可以是集成發(fā)電機。發(fā)電機15可通過泵入口壓縮空氣供給、泵排出或外部電源運行。機載發(fā)電機15的一個優(yōu)點是其使泵10便攜。通常，其中使用泵10的位置或環(huán)境使得泵10通過外部電線連接到電源插座或固定電源不可行。在本發(fā)明范圍內還預期泵10可與電源插座，例如傳統的墻壁插座或固定電源通過外部電線連接而使用?，F在參照圖2，3，和8，將總體描述泵10的操作。下表提供用于泵10的運行描述
中的附圖標記的部分列表和說明。
權利要求
1.一種方法，其特征在于包括以下步驟提供泵，其具有布置在第一隔膜室中的第一隔膜組件，所述第一隔膜組件具有第一隔膜位置和第二隔膜位置、當前位置Xcl和調小位置； 定義最小速度VMm和終止速度Vtemc ； 提供進氣閥，其可操作地連接到所述第一隔膜室； 打開所述進氣閥；將所述第一隔膜室的一部分填充壓縮空氣；當Xa大約等于時，減小通過進氣閥的空氣流；監(jiān)測所述第一隔膜組件到所述第二隔膜位置的當前速度Va ；在第二隔膜位置處，如果Va < Vminl,或如果Va > Vteesc,則重新定義Xa ；和朝向所述第一隔膜位置移動所述第一隔膜組件。
2.根據權利要求1所述的方法，還包括以下步驟提供布置在第二隔膜室中的第二隔膜組件，所述第二隔膜組件具有第一隔膜位置、第二隔膜位置、當前位置Xcr和調小位置)(SK ；其中，將所述第一隔膜組件朝向所述第一隔膜組件的第一隔膜位置移動的步驟還包括以下步驟定義最小速度Vmink和終止速度VTEKm ； 打開進氣閥；將所述第二隔膜室的一部分填充壓縮空氣；當Xai大約等于)(SK時，減小通過進氣閥的空氣流；監(jiān)測所述第二隔膜組件到所述第二隔膜位置的當前速度Vra ；在第二隔膜位置處，如果V。K < Vmine,或如果V。K > Vteemil,則重新定義)(SK ；和朝向所述第一隔膜位置移動所述第二隔膜組件。
3.根據權利要求2所述的方法，其中，和)(SK彼此獨立地被電子存儲。
4.根據權利要求1所述的方法，其中，所述第一隔膜組件包括 隔膜；和金屬板，其可操作地連接到所述隔膜，其中，桿可操作地連接到所述金屬板。
5.根據權利要求2所述的方法，其中，所述第二隔膜組件包括 隔膜；和金屬板，其可操作地連接到所述隔膜；其中，所述桿可操作地在所述第一隔膜組件的金屬板和所述第二隔膜組件的金屬板之間相互連接。
6.根據權利要求1所述的方法，其中，監(jiān)測所述第一隔膜組件到所述第二隔膜位置的當前速度Va的步驟還包括以下步驟如果檢測到可能的泵停機事件，則重新打開進氣閥。
7.根據權利要求6所述的方法，其中，如果Va< Vminl,則可能出現泵停機事件。
8.根據權利要求6所述的方法，還包括以下步驟重新定義)^，以使Al =其中，Sk為恒定位移值，其中，重新定義的Xa在所述第一隔膜組件從所述第一隔膜位置移動到所述第二隔膜位置時的接下來的行程中生效。
9.根據權利要求1所述的方法，其中，如果在所述第一隔膜組件的所述第二隔膜位置處Va < Vminl或Va > Vteesc,則重新定義Xsl的步驟還包括以下步驟如果Va > Vteesc,則重新定義X…使得Xa =其中為恒定位移值；和如果Va < Vminl,則重新定義Xa，使得Xa =其中為恒定位移值。
10.根據權利要求1所述的方法，其中，當Xa大約等于Xa時，減小通過所述進氣閥的空氣流的步驟還包括以下步驟關閉進氣閥。
11.根據權利要求1所述的方法，其中，ντ·使用在行程上的平均速度計算。
12.一種用于檢測泵中隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，所述方法的特征在于包括以下步驟提供泵，其具有布置在第一隔膜室中的第一隔膜組件，所述第一隔膜組件具有第一隔膜位置和第二隔膜位置、當前位置Xa和調小位置Xa ；所述泵還具有布置在第二隔膜室中的第二隔膜組件，所述第二隔膜組件具有第一隔膜位置、第二隔膜位置、當前位置X 和調小位置Xsk ；定義最小速度Vmi‘和Vmink以及最終速度Vteeml 和 Vteemil ；提供可操作地連接到所述第一隔膜組件和第二隔膜組件的傳感器； 提供可操作地連接到所述第一隔膜室和第二隔膜室的進氣閥； 打開所述進氣閥；將所述第一隔膜室的一部分填充壓縮空氣； 當Xa大約等于Xa時，減小通過進氣閥的空氣流； 監(jiān)測到所述第二隔膜位置的第一隔膜組件的當前速度Va ； 在第二隔膜位置處，如果Va < Vminl或如果Va > Vteeml,則重新定義Xa ； 朝向所述第一隔膜位置移動第一隔膜組件，其中，當第一隔膜組件朝向第一隔膜位置移動時，所述方法還包括以下步驟 打開進氣閥；將所述第二隔膜室填充壓縮空氣，同時從第一隔膜室排出壓縮空氣；當Xai大約等于Xsk時，減小通過所述進氣閥的空氣流；監(jiān)測所述第二隔膜組件到所述第二隔膜位置的當前速度Vra ；在所述第二隔膜位置處，如果Vai < Vmine或如果Vra > Vteemil,則重新定義Xsk ；和朝向所述第一隔膜位置移動所述第二隔膜組件，其中，Xa接近或處于優(yōu)化調小點。
13.根據權利要求12所述的方法，其中，Xa和Xsk彼此獨立地被電子存儲。
14.根據權利要求12所述的方法，其中，在監(jiān)測所述第一隔膜組件到所述第二隔膜位置的當前速度Va的步驟之后，所述方法還包括以下步驟觸發(fā)第二閥，其中，所述第二閥通過致動器銷觸發(fā)。
15.根據權利要求12所述的方法，其中，監(jiān)測所述第一隔膜組件到所述第二隔膜位置的當前速度監(jiān)測所述第二隔膜組件到所述第二隔膜位置的當前速度Vai的步驟還包括以下步驟如果檢測到可能的泵停機事件，則再次打開所述進氣閥，其中，如果Va < Vmi ‘或Vra < Vmink，則檢測到泵停機事件；重新定義Xa，以使Xa = XsJSly其中，Sl是恒定位移值，其中，重新定義的Xa在第一隔膜組件從第一隔膜位置移動到第二隔膜位置時的接下來的行程中生效；和重新定義)(SK，以使= )(SK+S1K，其中，SIk為恒定位移值，其中，重新定義的)(SK在所述第二隔膜組件從所述第一隔膜位置移動到所述第二隔膜位置時的接下來的行程中生效。
16.根據權利要求12所述的方法，其中，在第二隔膜位置處，如果Vcl< Vminl或如果Vcl > vTEm，則重新定義Xa的步驟還包括以下步驟如果Va > Vterml,則重新定義)(a，以使Xa =其中S々為恒定位移值；和如果Va < Vminl,則重新定義)(a，以使Xa =其中S、為恒定位移值，其中，在第二隔膜位置處，如果V。K < Vmine或如果Va > Vteemil,則重新定義)(SK的步驟還包括以下步驟如果VeK > Vteemil,則重新定義)(SK，以使)(SK = Xa_S2K，其中S、為恒定位移值；和如果VeK < Vmink，則重新定義)(SK，以使)(SK = )(SK+S3K，其中為恒定位移值。
17.根據權利要求12所述的方法，其中，減小所述進氣閥的空氣流的步驟包括以下步驟關閉進氣閥。
18.一種用于檢測泵中隔膜組件的優(yōu)化調小位置的方法，其特征為包括以下步驟提供泵，其具有傳統模式和優(yōu)化模式，所述泵具有布置在第一隔膜室中的第一隔膜組件，所述第一隔膜組件具有第一隔膜位置和第二隔膜位置、當前位置Xcl和調小位置；所述泵還具有布置在第二隔膜室中的第二隔膜組件，所述第二隔膜組件具有第一隔膜位置、 第二隔膜位置、當前位置Xcr和調小位置)(SK ；提供空氣效率裝置，其可操作地結合到第一隔膜組件和第二隔膜組件； 提供進氣閥，其與第一室和第二室連通，所述進氣閥通過電源操作； 以優(yōu)化模式運行泵，所述步驟包括打開進氣閥，直到所述傳感器確定Xa大約等于或X 大約等于； 確定所述第一隔膜組件或第二隔膜組件的隔膜移動；評估來自所述隔膜移動的運行參數，以確定是否所述第一隔膜組件或所述第二隔膜組件在可接受的范圍內移動；重新定義或)(SK，以達到優(yōu)化調小位置。
19.根據權利要求18所述的方法，其中，所述空氣效率裝置包括 傳感器，其中，所述傳感器可操作地結合到所述第一隔膜組件和所述第二隔膜組件； 閥組件，其中，所述閥組件控制所述進氣閥的打開或關閉；和控制器，其中，所述控制器可操作地結合到所述傳感器和所述閥組件。
20.根據權利要求18所述的方法，還包括以下步驟 在用于進氣閥的電源出現故障時切換到傳統模式。
21.根據權利要求18所述的方法，其中，基本上達到優(yōu)化調小位置，并且根據泵對稱性從Xa計算)(SK。
22.一種裝置，包括泵殼體，其限定第一隔膜室和第二隔膜室；第一隔膜組件，其具有在所述第一隔膜室中限定第一泵送室和第一流體室的第一隔膜；第二隔膜組件，其具有在所述第二隔膜室中限定第二泵送室和第二流體室的第二隔膜；連接桿，其可操作地連接到所述第一和第二隔膜組件，以允許進行所述第一和第二隔膜組件的往復移動；第一閥組件，其用于控制壓縮空氣進入到所述第一和第二流體室中的交替供給 ，所述裝置的特征在于 第二閥組件，其用于控制所述第一閥組件； 第三閥組件，其用于控制進入到所述泵中的壓縮空氣的供應；和計算機，其具有操作裝置，所述操作裝置用于檢測第一或第二隔膜組件的速度和控制所述第三閥組件來改變進入到所述泵中的壓縮空氣的供應，其中，進入到所述泵中的壓縮空氣的供應的變化至少部分地取決于檢測的速度。
全文摘要
一種用于提高泵中壓縮空氣效率的方法，其利用空氣效率裝置來優(yōu)化泵中的壓縮空氣量。當泵在第一和第二隔膜位置之間移動時，空氣效率裝置可允許通過減小提供到泵的壓縮空氣流來控制氣動隔膜泵的運行。傳感器可用于監(jiān)測隔膜組件的速度。進而，全部位置反饋是可能的，以使泵自身調節(jié)來確定隔膜組件的優(yōu)化的或接近優(yōu)化的調小點。這樣，通過最小化所需壓縮空氣量實現了空氣的節(jié)約。
文檔編號F04B43/00GK102292548SQ201080005347
公開日2011年12月21日 申請日期2010年1月25日 優(yōu)先權日2009年1月23日
發(fā)明者朱海虹, 查爾斯·倫道夫·阿博特, 約瓦恩·塞巴斯蒂安·羅伯茨, 邁克爾·布拉斯·奧恩多夫, 馬克·D·麥考特 申請人:沃倫魯普公司