具有能量回收和有關(guān)泵、閥和控制器的脫鹽系統(tǒng)的制作方法
【專利摘要】具有能量回收特征的流體泵送系統(tǒng)可用來向反滲透單元提供給水。系統(tǒng)包括調(diào)整三個液壓泵(12)的輸出的電子控制器單元(100)。各個液壓泵(12)驅(qū)動活塞在缸體中的移動?；钊餐瑢⒋篌w恒定的高壓給水流輸送到反滲透單元。濃縮物閥本體將濃縮物從反滲透單元引導(dǎo)到活塞的背側(cè)，以減少液壓泵所需的功。濃縮物閥本體設(shè)計成基于穿過閥本體的濃縮物的流來開啟和閉合?；钊透左w設(shè)計用于暴露于海水和RO鹽水。
【專利說明】具有能量回收和有關(guān)泵、閥和控制器的脫鹽系統(tǒng)
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明是根據(jù)美國內(nèi)政部墾務(wù)局授予的援助協(xié)議N0.1425-5-FC-81-20410在政府支持下完成的。
[0002]本公開大體涉及用于從加壓流體回收能量的閥系統(tǒng)。
【背景技術(shù)】
[0003]世界上許多地區(qū)都沒有充分的淡水供應(yīng)，但它們能夠獲得海水，在其它過程之中，可使用反滲透來使海水脫鹽。為了通過反滲透(RO)使海水脫鹽，必須將給水加壓到給水的滲透壓力之上。給水在此過程期間成為濃縮物，并且其滲透壓力提高。用于海水反滲透(SffRO)的典型給水壓力在50-70巴的范圍中。
[0004]假如給水壓力高，則能量成本(典型地呈電消耗的形式)是SWRO設(shè)備的運(yùn)行成本的最大部分。通過各種改進(jìn)，SWRO產(chǎn)生的每單位水所使用的能量的量隨著時間的推移降低。例如，高壓多級渦輪泵變得更高效，達(dá)到大約70%的標(biāo)稱效率。功率回收渦輪現(xiàn)在用來回收離開RO模塊的濃縮鹽水流中的能量中的一些。已經(jīng)優(yōu)化了回收速率，以使預(yù)處理和泵送給水的成本(隨著回收速率提高而降低)與產(chǎn)生脫鹽水的成本(隨著回收速率提高而提高)平衡。不管這些改進(jìn)，能量成本仍然是脫鹽水成本的顯著部分。
[0005]能量消耗還干擾在RO薄膜技術(shù)中采用的進(jìn)步。RO薄膜技術(shù)的進(jìn)步包括能夠在70巴以上運(yùn)行且具有55%或更高的回收速率的薄膜元件。理論上，較高的回收速率將允許降低資金成本和減少未經(jīng)加工的給水流。減少未經(jīng)加工的給水流進(jìn)而將產(chǎn)生預(yù)處理和給水泵送的節(jié)約，以及減小提取海水所引起的環(huán)境損壞。但是，如上面提到的，當(dāng)給水被濃縮時，其滲透壓力提高。隨著回收速率提高，給水濃縮、滲透壓力和能量消耗也增加。打破該循環(huán)的關(guān)鍵在于回收埋藏在離開RO模塊的鹽水中的更多能量。鹽水的壓力還隨滲透壓力提高。因此，高回收過程的鹽水中埋藏著更多能量。如果可回收較大百分比的該埋藏能量，則能量消耗將直接下降，以及可能進(jìn)一步下降，因為最佳回收速率提高。
[0006]不管隨著時間的推移的逐步改進(jìn)，基于渦輪的泵和能量回收裝置在它們的能量效率上受到限制。使用基于渦輪的技術(shù)，因為它們是常見的，并且易于用來產(chǎn)生穿過SWRO設(shè)備的恒定流率和壓力。采用不同的方法，Childs等人在名稱為“integrated Pumping and/or Energy Recovery System(整體泵送和/或能量回收系統(tǒng))”的美國專利N0.6,017,200中描述了基于活塞的泵送和能量回收系統(tǒng)。該系統(tǒng)使用由液壓泵驅(qū)動的活塞來向RO薄膜模塊提供加壓給水?；钊那懊鎸⒔o水驅(qū)動到RO模塊。活塞的后面接收來自RO模塊的鹽水。作用在活塞的后面上的鹽水的壓力降低液壓泵移動活塞所需的功率。
[0007]在Childs等人的系統(tǒng)中，“能量回收”閥容許鹽水在前向沖程進(jìn)入活塞的后面。額外的排出閥允許進(jìn)入的鹽水在后向沖程離開活塞。能量回收和排出閥由控制單元控制，該控制單元還運(yùn)行液壓泵。控制單元使閥的移動與活塞的移動同步。因為活塞往復(fù)，所以其必須加速和減速，并且因此內(nèi)在地產(chǎn)生給水的不一致的流率和壓力。但是，當(dāng)使用一組活塞時，它們的輸出可同步，以產(chǎn)生有波動但幾乎恒定的聯(lián)合輸出壓力。雖然經(jīng)受各種實際困難，但Childs等人的系統(tǒng)具有高效地產(chǎn)生高壓給水流的潛力。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0008]本公開描述一種用以提供加壓流體流的閥系統(tǒng)。閥系統(tǒng)可用于泵送系統(tǒng)和過程，例如，為了向反滲透(RO)系統(tǒng)提供給水，以及從離開RO系統(tǒng)的鹽水中回收能量。系統(tǒng)和過程具有用以使鹽水返回到泵的一組基于活塞的泵、閥，以及用于運(yùn)行泵和閥的電子控制器。系統(tǒng)和過程大體類似于上面描述的Childs等人的系統(tǒng)。
[0009]在美國專利N0.6，017，200中描述的能量回收和排出閥通過螺線管在開啟和閉合狀態(tài)之間移動，該螺線管進(jìn)而由控制單元運(yùn)行。在本文描述的設(shè)備中，使用閥，該閥響應(yīng)于穿過它們的流率的變化。特別地，當(dāng)穿過閥的流率減小時，閥朝閉合位置移動。
[0010]在機(jī)械上，本閥系統(tǒng)具有抵靠閥本體內(nèi)部的下游座閉合的活塞?；钊拿婢哂袃蓚€有效表面區(qū)域，例如中心區(qū)域和外部環(huán)。流過閥的水在活塞周圍經(jīng)過。外部環(huán)位于閥座的上游，該外部環(huán)在閥本體的流徑中產(chǎn)生彎曲部，該彎曲部對流動的水引起壓頭損失。由于該壓頭損失，以及由于在壓頭損失的至少一部分上游的外部環(huán)的移位，故當(dāng)水流過閥時，活塞的中心區(qū)域上的靜態(tài)壓力小于外部環(huán)上的靜態(tài)壓力?；钊谋巢窟B接于下游靜態(tài)壓力。因此，當(dāng)水流過閥時，活塞被隨水的流率增大的力推向開啟位置。彈簧可用來使活塞朝閉合位置偏置。在高流率下，外部環(huán)上的與閥本體中的下游壓力有關(guān)的額外壓力克服彈簧，并且使閥保持開啟。但是，隨著流率減小，外部環(huán)上的額外壓力減小，并且閥能夠朝閉合位置移動。導(dǎo)向閥用來使活塞的背部選擇性地連接成與活塞的上游或下游流體連通。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0011]圖1是流體泵送和能量回收系統(tǒng)以及反滲透系統(tǒng)的示意圖。
[0012]圖2是在圖1的系統(tǒng)中使用的能量回收閥(備選地被稱為濃縮物閥)的橫截面示意圖。
【具體實施方式】
[0013]如圖1中描繪的，系統(tǒng)10包括給水源110、三個液壓泵12、用于各個液壓泵12的水缸體200、R0薄膜單元216和控制單元100。系統(tǒng)10類似于美國專利N0.6，017，200中描述的系統(tǒng)，但還將在下面描述系統(tǒng)10，通過引用而結(jié)合該專利。
[0014]在來自控制單元100的指令下，各個液壓泵12控制單獨的活塞棒14的移動?；钊?4機(jī)械地聯(lián)接于兩個雙動作式活塞224、226(未在圖1中顯示)，兩個雙動作式活塞224、226容納在水缸體200內(nèi)。如將在下面進(jìn)一步描述的，各個液壓泵12的液壓輸出使活塞棒14移動。由于機(jī)械聯(lián)接，故活塞棒14的移動使兩個雙動作式活塞224、226隨活塞棒14的移動而一致地移動?；钊?4和兩個雙動作式活塞224、226可共同被稱為往復(fù)組件300。為了清楚，本公開將描述單個泵和往復(fù)組件的特征，但理解的是，這類似地描述了系統(tǒng)中的所有液壓泵和往復(fù)組件的特征。
[0015]給水源110(包括海水、微咸水等的源)連接于水缸體200，并且通過給水供應(yīng)管線254、256(如圖1中的長虛線指示的)將給水供應(yīng)到水缸體200。
[0016]系統(tǒng)10還包括高壓給水供應(yīng)管線262、264，以將高壓給水從水缸體200引導(dǎo)到RO薄膜單元216(如圖1中的粗實線指示的)。
[0017]RO薄膜單元216產(chǎn)生一定量的滲透物(其為脫鹽水)，該一定量的滲透物被滲透物管線217引導(dǎo)，用于脫鹽濾液產(chǎn)物的期望使用。過程216還產(chǎn)生一定量的高壓濃縮物。高壓濃縮物被管線218、219從過程216引導(dǎo)回水缸體200 (如圖1中的虛線指示的)。
[0018]水缸體200還包括低壓濃縮物出口，如下面進(jìn)一步描述的，該低壓濃縮物出口連接于低壓濃縮物排出管線250、252，低壓濃縮物排出管線250、252將低壓濃縮物引導(dǎo)到廢流或再循環(huán)流，這取決于整個系統(tǒng)的細(xì)節(jié)(如圖1中的細(xì)實線指示的)。
[0019]從一般視角看，在該系統(tǒng)內(nèi)存在四個不同的靜壓力。第一壓力Pl是通過管線254、256將給水從源110供應(yīng)到水缸體200的壓力。Pl可由多種已知的泵提供。第二壓力P2(基本上高于Pl)是對通過管線262、264從水缸體200到RO薄膜單元216的給水施加的壓力。如下面描述的，P2由水缸體200的雙動作式活塞224、226提供。第三壓力P3是在濃縮物流體經(jīng)由管線218，219離開RO薄膜單元216以返回到水缸體202時，濃縮物流體的靜壓力。P3略微小于P2，因為能量中的一些用來驅(qū)使脫鹽水離開RO薄膜單元216，進(jìn)入滲透物管線217。第四壓力P4是在濃縮物經(jīng)由管線250、252離開水缸體200至廢流或再循環(huán)流時，濃縮物的壓力。P4小于P3。
[0020]例如，Pl基本上在5至100 psi的范圍中；P2在600至1000 psi的范圍中；P3在500至950 psi的范圍中；并且P4為I至50 psi。
[0021]如圖1中顯示的，水缸體200還包括兩個濃縮物閥本體400、401，其備選地被稱為能量回收閥。濃縮物閥本體400、401定位在管線218、219和濃縮物進(jìn)入端口 242、244之間(見圖1)。濃縮物閥本體400和401的特定特征和功能相同，除了濃縮物工作室和高壓濃縮物管線之間的特定連接，如上面描述的。因此本公開將描述濃縮物閥本體400，并且理解的是，描述的這個包括濃縮物閥本體401。
[0022]如圖2中顯示的，濃縮物閥本體400包括用以控制進(jìn)入和離開濃縮物進(jìn)入端口 242的濃縮物的流量的濃縮物流量控制閥402、502。濃縮物閥本體400具有第一端404，也被稱為高壓輸入端，第一端404與高壓濃縮物管線218流體連通。濃縮物閥本體400還具有第二端406，也被稱為低壓輸出端，第二端406與低壓排出管線250流體連通。在兩個端部之間存在中心室414，中心室414與濃縮物進(jìn)入端口 242流體連通。
[0023]濃縮物閥本體400包括濃縮物流量控制閥402、502。濃縮物控制閥402、502也被稱為入口閥402和出口閥502。入口閥402定位在濃縮物閥本體400的第一端404和中心室414之間。出口閥502位于中心室414和第二端406之間。
[0024]入口閥402包括歧管板427、入口閥座418和入口閥活塞416。歧管板427定位在第一端404和中心室414之間。歧管板427延伸跨過濃縮物閥本體400的內(nèi)表面，并且包括用以在第一端404和高壓室432之間提供流體連通的高壓端口 430。高壓室432位于歧管板427和入口閥座418之間。入口閥座418位于歧管板427和中心室414之間。入口閥座418包括中心孔口或一系列孔口，以使當(dāng)入口閥活塞416從入口閥組418移位時，如下面進(jìn)一步描述的，流體可從高壓室432流經(jīng)入口閥座418，進(jìn)入中心室414。
[0025]入口閥活塞416位于歧管板427和入口閥座418之間。入口閥活塞416具有面向歧管板427的第一表面419,第一表面419也被稱為入口閥活塞的背部。入口閥活塞還包括面向入口閥座418的第二表面421，第二表面421也被稱為入口閥活塞的前部。第二表面421包括梯級式區(qū)417，梯級式區(qū)417建立兩個有效表面區(qū)域:中心區(qū)域423和外部環(huán)425。當(dāng)?shù)诙砻?21承坐在入口閥座418中時，如下面進(jìn)一步描述的，中心區(qū)域423與入口閥座418直接接觸，并且外部環(huán)425從入口閥座418凹陷。
[0026]歧管板427包括歧管板延伸部434，歧管板延伸部434將入口閥活塞416的移動約束為在單個平面中在開啟位置和閉合位置之間促動。歧管板延伸部434遠(yuǎn)離歧管板434延伸向中心室414,從而在歧管板427、歧管板延伸部434和第一表面419之間形成氣室。歧管板延伸部434圍繞入口閥活塞416延伸，從而將入口閥活塞416的移動約束為朝向或遠(yuǎn)離歧管板427移動，以及從而朝向或遠(yuǎn)離入口閥座418移動。
[0027]高壓室432由濃縮物閥本體400的內(nèi)表面、歧管板427、歧管板延伸部434限定，并且至少部分地由入口閥活塞416限定，如下面將進(jìn)一步論述的。經(jīng)由高壓端口 430，歧管板427使入口閥活塞416的第一表面419與從第一端404進(jìn)入濃縮物閥本體400的高壓濃縮物流體流隔開。
[0028]可選地，入口彈簧429 (例如延伸部彈簧)可定位在歧管板427和入口閥活塞416的第一表面419之間并且與它們接觸。入口彈簧429提供將入口閥活塞416引導(dǎo)向入口閥座418的物理偏置力。
[0029]入口閥活塞416能夠在歧管板延伸部434的邊界內(nèi)移動，以將入口閥活塞416的第二表面421定位成與入口座418直接接觸，這被稱為閉合位置。當(dāng)入口閥402處于閉合位置時，入口閥活塞416和入口閥座418之間不存在流體連通，并且因此第一端404和中心室414之間不存在流體連通。另外，當(dāng)入口閥活塞416處于閉合位置時，其有助于限定高壓室432 (如圖2中顯示的)。當(dāng)入口閥活塞416處于閉合位置時，第一端404和中心室414之間的入口流體路徑在高壓室432中終止。
[0030]入口閥活塞416還能夠移動，以將第二表面421定位成遠(yuǎn)離入口座418，這被稱為開啟位置。當(dāng)入口閥活塞416處于開啟位置時，入口流體流徑在入口閥活塞416和入口閥座418之間開啟。該入口流體流徑提供從第一端404到中心室414且最終進(jìn)入濃縮物工作室230的流體連通。當(dāng)入口閥活塞416處于開啟位置時，其僅部分地有助于限定高壓室432，因為入口流體路徑在入口閥活塞416和入口閥座418之間開啟。當(dāng)入口閥活塞416處于開啟位置時，第一端404和中心室之間的入口流體路徑穿過高壓室432。
[0031]入口閥402包括響應(yīng)于來自控制單元100的指令的入口閥促動器420。來自控制單元100的指令使入口閥活塞416在開啟位置和閉合位置之間促動。
[0032]入口閥促動器420包括響應(yīng)于來自控制單元100的電信號的螺線管450?；诮邮兆钥刂茊卧?00的電信號，螺線管450可啟動，從而將空氣壓縮機(jī)452連接于空氣管線454。空氣管線454連接于導(dǎo)向閥本體456的一端。螺線管450還可停用，從而將空氣管線454連接于螺線管閥450的出口端口(未顯示)。導(dǎo)向閥本體456包括導(dǎo)向閥活塞458，導(dǎo)向閥活塞458具有面向加壓空氣管線454的一個活塞面。導(dǎo)向閥活塞458還具有連接于導(dǎo)向閥桿460的相對的活塞面。導(dǎo)向閥桿460遠(yuǎn)離導(dǎo)向閥活塞458延伸。導(dǎo)向閥桿460遠(yuǎn)離導(dǎo)向閥活塞458延伸穿過導(dǎo)向閥室462。導(dǎo)向閥桿460可在導(dǎo)向閥室462內(nèi)移動，而不在其中產(chǎn)生任何壓力或流體密封。
[0033]三個獨立通道使導(dǎo)向閥室462分叉:第一導(dǎo)向室464、第二導(dǎo)向室466和第三導(dǎo)向室468。第一導(dǎo)向室464連接于第一端404,以在第一端404和導(dǎo)向閥室462之間提供流體連通。第二導(dǎo)向室466連接在導(dǎo)向閥室462和入口閥活塞416的第一表面419之間。第二導(dǎo)向室466可延伸穿過歧管板427,以在入口閥活塞416的第一表面419和導(dǎo)向閥室462之間提供流體連通。第三導(dǎo)向室468連接在導(dǎo)向閥室462和中心室414之間，從而在它們之間提供流體連通。
[0034]導(dǎo)向閥室462還包括導(dǎo)向球閥470、入口導(dǎo)向球閥座472和出口球閥座474。導(dǎo)向球閥470可在入口位置和出口位置之間移動。當(dāng)導(dǎo)向球閥470承坐在入口導(dǎo)向球閥座472中時，這被稱為入口位置。當(dāng)導(dǎo)向球閥470承坐在出口導(dǎo)向球閥座474中時，這被稱為出口位置，在圖2中，顯示了導(dǎo)向球閥470處于出口位置。
[0035]當(dāng)導(dǎo)向球閥470處于入口位置時,第一導(dǎo)向室464和第二導(dǎo)向室466之間不存在流體連通。當(dāng)導(dǎo)向球閥470處于入口位置時，在第二導(dǎo)向室466和第三導(dǎo)向室468之間存在流體連通。
[0036]當(dāng)導(dǎo)向球閥470處于出口位置時，在第一導(dǎo)向室464和第二導(dǎo)向室466之間存在流體連通。當(dāng)導(dǎo)向球閥470處于出口位置時，流體路徑從第一端404開啟，穿過第一導(dǎo)向室464、第二導(dǎo)向室466到入口閥活塞416的第一表面419。遵從該流體路徑的加壓濃縮物使入口閥活塞416移動成與入口閥座418直接接觸，從而處于閉合位置。
[0037]出口閥502位于濃縮物閥本體400內(nèi)，在第二端406和中心室414之間。出口閥502包括歧管板527、出口閥座518和出口閥活塞516。歧管板527定位在第二端406和中心室414之間。歧管板527延伸跨過濃縮物閥本體400的內(nèi)表面，并且包括在中心室414和壓力室532之間提供流體連通的流端口 530。壓力室532位于歧管板527和出口閥座518之間。出口閥座518位于歧管板527和第二端406之間。出口閥座518在橫截面上比出口閥活塞516更小。出口閥座518包括中心孔口或一系列孔口，以使當(dāng)出口閥活塞516從出口閥組518移位時，如下面進(jìn)一步描述的，流體可從高壓室532流經(jīng)入口閥座518，流向第二端 406。
[0038]出口閥活塞516位于歧管板527和出口閥座418之間。出口閥活塞516具有面向歧管板527的第一表面519,第一表面519也被稱為出口閥活塞的背部。出口閥活塞還包括面向出口閥座518的第二表面521，第二表面521也被稱為出口閥活塞516的前部。當(dāng)?shù)诙砻?21承坐在出口閥座518中時，如下面進(jìn)一步描述的，中心區(qū)域523與出口閥座518直接接觸，并且外部環(huán)525從出口閥座518凹陷。
[0039]出口閥活塞516的移動由歧管板延伸部534約束，以在單個平面中在開啟位置和閉合位置之間促動。歧管板延伸部534遠(yuǎn)離歧管板534延伸，延伸向第二端406,并且歧管板延伸部534圍繞出口閥活塞516延伸。歧管板延伸部534在歧管板527和第一表面519之間形成氣室。歧管板延伸部534約束出口閥活塞516的移動，以朝向或遠(yuǎn)離歧管板527移動，以及從而朝向或遠(yuǎn)離出口閥座518移動。
[0040]壓力室532由濃縮物閥本體400的內(nèi)表面、歧管板527、歧管板延伸部534限定，并且至少部分地由出口閥活塞516限定，如下面將進(jìn)一步論述的。歧管板527可使出口閥活塞516的第一表面519與中心室414內(nèi)的濃縮物流體流隔開。
[0041]可選地，出口彈簧529 (例如圓柱形壓縮彈簧)可放置成與歧管板527和出口閥活塞516的第一表面521接觸。出口彈簧529提供驅(qū)使出口閥活塞516朝向出口閥座518的物理偏置力。[0042]出口閥活塞516能夠在歧管板延伸部534的邊界內(nèi)移動，以將出口閥活塞516的第二表面521定位成與出口座518直接接觸，這被稱為閉合位置。當(dāng)出口閥274處于閉合位置時，出口閥活塞516和出口閥座518之間不存在流體連通。當(dāng)出口活塞516處于閉合位置時，中心室414和第二端406之間不存在流體連通。當(dāng)出口閥活塞516處于閉合位置時，其有助于限定壓力室532(如圖2中顯示的)。因此，當(dāng)出口閥活塞516處于閉合位置時，中心室414和第二端406之間的出口流體路徑在壓力室532中終止。
[0043]出口閥活塞516是可移動的，以將第二表面521定位成遠(yuǎn)離出口座518，這被稱為開啟位置。當(dāng)出口閥活塞516處于開啟位置時，在出口閥活塞516和出口閥座518之間建立出口流體流徑。該出口流體流徑提供從中心室414到第二端406且最終到用于廢棄或再循環(huán)的管線250的流體連通。當(dāng)出口閥活塞516處于開啟位置時，其部分地有助于限定壓力室532，因為出口流體路徑現(xiàn)在在出口閥活塞516和出口閥座518之間開啟，并且壓力室532與第二端406流體連通。因此，當(dāng)出口閥活塞516處于開啟位置時，中心室414之間的出口流體路徑穿過壓力室532。
[0044]出口閥502包括響應(yīng)于來自控制單元100的指令的出口閥促動器520。來自控制單元100的指令使出口閥活塞516在開啟位置和閉合位置之間促動。
[0045]出口閥促動器520包括響應(yīng)于來自控制單元100的電信號的螺線管550。基于接收自控制單元100的電信號，螺線管550可啟動，從而將空氣壓縮機(jī)552連接于空氣管線554?？諝夤芫€554連接于出口導(dǎo)向閥本體556的一端。螺線管550還可停用，從而將空氣管線554連接于螺線管閥550的出口端口(未顯示)。出口導(dǎo)向閥本體556包括出口導(dǎo)向閥活塞558，出口導(dǎo)向閥活塞558具有面向加壓空氣管線554的一個活塞面。導(dǎo)向閥活塞558還具有連接于出口導(dǎo)向閥桿660的相對的活塞面。出口導(dǎo)向閥桿560遠(yuǎn)離出口導(dǎo)向閥活塞558延伸。出口導(dǎo)向閥桿560遠(yuǎn)離出口導(dǎo)向閥活塞558延伸穿過出口導(dǎo)向閥室562。出口導(dǎo)向閥桿560可在出口導(dǎo)向閥室562內(nèi)移動，而不在其中產(chǎn)生任何壓力或流體密封。
[0046]三個獨立通道使出口導(dǎo)向閥室562分叉:第一出口導(dǎo)向室568、第二出口導(dǎo)向室566和第三出口導(dǎo)向室564。
[0047]第一出口導(dǎo)向室568連接在導(dǎo)向閥室562和中心室414之間，從而在它們之間提供流體連通。第二出口導(dǎo)向室566連接在出口閥活塞516的第一表面519之間。第二出口導(dǎo)向室566可延伸穿過歧管板527。第二出口導(dǎo)向室566在出口閥活塞516的第一表面519和出口導(dǎo)向閥室562之間建立流體連通。第三出口導(dǎo)向室564連接在第二端406和出口導(dǎo)向閥室562之間，以在它們之間建立流體連通。
[0048]導(dǎo)向閥室562還包括出口導(dǎo)向球閥570、入口導(dǎo)向球閥座572和出口球閥座574。出口導(dǎo)向球閥570可承坐在入口導(dǎo)向球閥座572中，這被稱為入口位置。出口導(dǎo)向球閥570還可承坐在出口導(dǎo)向球閥座574中，這被稱為出口位置。
[0049]當(dāng)出口導(dǎo)向球閥570處于入口位置時，在中心室414和出口閥活塞516的第一表面519之間存在流體連通，當(dāng)出口導(dǎo)向球閥570處于入口位置時，在第二導(dǎo)向室566和第三出口導(dǎo)向室564之間不存在流體連通，并且出口閥活塞516處于閉合位置。
[0050]當(dāng)出口導(dǎo)向球閥570處于出口位置時，在中心室414和第二出口導(dǎo)向室566或第三出口導(dǎo)向室564中的任一個之間不存在流體連通。當(dāng)出口導(dǎo)向球閥570處于出口位置時，在第二出口導(dǎo)向室566和第三出口導(dǎo)向室564之間建立流體連通。當(dāng)出口導(dǎo)向球閥570處于出口位置時，出口閥活塞516處于開啟位置。當(dāng)出口閥活塞516處于開啟位置時，提供從中心室414到第二端406，穿過排出流端口 530和壓力室532的出口流體通道。
[0051]在濃縮物閥本體400的額外的可選特征中，壓力室532包括卸壓系統(tǒng)600。卸壓系統(tǒng)600包括出口卸壓閥602和出口卸壓室604。出口卸壓閥602定位在壓力室532和出口端406之間，如圖2中顯示的。出口卸壓室604在壓力室532和出口端406之間提供流體連通。出口卸壓閥602可為任何類型的已知卸壓閥，其將在壓力室532內(nèi)的壓力增大成超過設(shè)定點(例如500至1000 psi)時促動。出口卸壓閥602的促動將允許從壓力室532到出口端406的流體連通。
[0052]在額外的可選特征中，導(dǎo)向閥本體456、556包括彈簧(未顯示)，該彈簧提供偏置力，以在物理上引導(dǎo)導(dǎo)向閥活塞458、558遠(yuǎn)離導(dǎo)向球閥470、570。導(dǎo)向閥桿460、560將在該偏置力下類似地遠(yuǎn)離導(dǎo)向球閥移動。該彈簧的偏置力低于由管線454、554輸送的空氣壓力，例如100 psi，以使該彈簧將在不存在輸送至活塞面的空氣壓力時，僅在物理上移動導(dǎo)向閥活塞458、558。
[0053]高壓濃縮物可經(jīng)由入口 404定期進(jìn)入閥本體400，這被稱為入口階段。高壓濃縮物進(jìn)入閥本體427，并且圍繞歧管板427流動，并且進(jìn)入高壓室432。在入口階段開始時，入口閥活塞516處于閉合位置，并且導(dǎo)向球閥470處于出口位置。進(jìn)入高壓室432的高壓濃縮物流作用在入口閥活塞416的外部環(huán)425上。中心室414和第二導(dǎo)向室466中的靜壓力將相等，因為導(dǎo)向球閥470移動到入口位置。因此作用在入口閥活塞416的第一表面419上的靜壓力與中心室414內(nèi)的靜壓力相同。在入口階段開始時，中心室414內(nèi)的靜壓力低于高壓室432內(nèi)的高壓濃縮物的靜壓力，因此，作用在外部環(huán)425上面的靜壓力大于作用在入口閥活塞416的第一表面419上的壓力。該壓力差使入口活塞閥416移動到開啟位置。
[0054]隨著高壓濃縮物流過入口閥座418的區(qū)域，湍流可發(fā)生，并且引起壓頭損失。由于該壓頭損失，即使在入口閥活塞416處于開啟位置時，中心室414內(nèi)的靜壓力小于高壓室432內(nèi)的靜壓力。外部環(huán)425定位在壓頭損失的至少一部分的上游，因為外部環(huán)425從中心區(qū)域423凹陷。因此，作用在外部環(huán)425上面的壓力仍然大于中心室414內(nèi)的壓力。另夕卜，作用在外部環(huán)上面的靜壓力大于入口彈簧429的物理偏置力。從高壓室432進(jìn)入中心室414的高壓濃縮物流允許入口閥活塞416保持處于開啟位置。
[0055]在入口階段期間，控制單元100將電信號發(fā)送到濃縮物閥本體400、401的電子控制式促動器420、520。如上面描述的，入口促動器420和出口促動器520兩者都響應(yīng)于來自電子控制器單元100的電信號，例如電壓、電流等的變化。響應(yīng)于來自控制單元100的指令，濃縮物閥本體400促動，例如導(dǎo)向球閥470和出口導(dǎo)向球閥570的位置可從出口位置變成入口位置。
[0056]在入口階段期間，控制單元100將電子信號發(fā)送到入口閥促動器420。入口閥促動器420促動螺線管450，以使入口空氣壓縮機(jī)452作用在導(dǎo)向閥活塞458上。導(dǎo)向閥活塞458上的空氣壓力使導(dǎo)向閥桿460將導(dǎo)向球閥470引導(dǎo)到入口位置。
[0057]第二導(dǎo)向室466內(nèi)的高壓濃縮物的靜力和入口彈簧429的物理偏置力都作用在入口閥活塞416的第一表面419上面，當(dāng)導(dǎo)向球閥470處于入口位置時，第二導(dǎo)向室466與導(dǎo)向閥室466和第三導(dǎo)向室468流體連通。該流體連通允許第二導(dǎo)向室466內(nèi)的任何濃縮物流體流到中心室414中。[0058]導(dǎo)向球閥470的移動使作用在第一表面49上的靜力與中心室414內(nèi)的靜態(tài)壓力平衡。
[0059]在入口階段期間，出口閥活塞516處于閉合位置，這引導(dǎo)進(jìn)入中心室414的高壓濃縮物進(jìn)入濃縮物入口端口 242。
[0060]在入口階段期間，高壓濃縮物將流過中心室414，以進(jìn)入第一出口導(dǎo)向室568和出口導(dǎo)向閥室542，并且引導(dǎo)出口球閥570坐在入口導(dǎo)向球閥座572中，從而處于入口位置。在入口階段期間，控制單元100降低作用在出口導(dǎo)向閥活塞558上面的壓力。因此，出口導(dǎo)向閥桿560不抵靠出口導(dǎo)向閥室542內(nèi)的高壓濃縮物而作用在出口導(dǎo)向球閥570上面。
[0061]當(dāng)出口球閥570處于入口位置時，在第三導(dǎo)向室568和第二出口導(dǎo)向室566之間存在流體連通，以使高壓濃縮物從中心室414流到第二出口導(dǎo)向室566中，以作用在出口閥活塞516的第一表面519上面。在入口階段期間，高壓濃縮物還圍繞歧管板527流動，穿過流端口 530且進(jìn)入壓力室532。第一表面519上的高壓濃縮物和出口彈簧529的聯(lián)合壓力大于集中在外部環(huán)525上面的高壓的力，并且出口閥活塞516處于閉合位置。如上面描述的，如果出口閥活塞516處于閉合位置，則在壓力室532和濃縮物閥本體400的出口端之間不提供流體連通。
[0062]定期地，閥本體400可經(jīng)歷出口階段。在出口階段期間，存在少量或不存在在入口404處進(jìn)入閥本體400的高壓濃縮物流。另外，從端口 242到中心室414中存在流體流。在高壓室432內(nèi)的少量或沒有高壓濃縮物流允許入口閥活塞416移動到閉合位置。
[0063]在出口階段期間，出口閥活塞516可按類似于入口階段期間的入口閥活塞416的方式開啟。從中心室到壓力室532中的濃縮物流將作用在出口閥活塞516的外部環(huán)上面。該濃縮物流具有比出口 406內(nèi)的壓力和作用在第一表面519上面的靜壓力更高的靜壓力。因此，出口閥活塞516移動到開啟位置。類似地，穿過出口閥座518的區(qū)域的濃縮物流將經(jīng)歷壓頭損失。將外部環(huán)525定位在壓頭損失的至少大部分的上游允許出口閥活塞在濃縮物從中心室414恒定地流到出口 406期間保持開啟。
[0064]在出口階段期間，控制單元100可發(fā)送電子信號，以允許濃縮物從中心室414中排出或流出。
[0065]在來自控制單元100的指令下，空氣壓縮機(jī)450不通過管線454提供任何作用在入口導(dǎo)向閥活塞458上面的空氣壓力，并且導(dǎo)向球閥470被引導(dǎo)到出口位置。當(dāng)導(dǎo)向球閥470處于出口位置時，在第一導(dǎo)向室464和第二導(dǎo)向室466之間存在流體連通。當(dāng)入口閥活塞416處于閉合位置時，在高壓室432和中心室414之間不存在流體連通，并且不存在從入口端404進(jìn)入中心室414的高壓濃縮物流。
[0066]在出口階段期間，控制單元100使出口促動器520向出口導(dǎo)向閥活塞538的面提供壓力，這使出口導(dǎo)向閥桿560在物理上將出口導(dǎo)向球閥570引導(dǎo)到出口導(dǎo)向閥座574中，從而處于出口位置。出口導(dǎo)向閥桿560的將出口導(dǎo)向球閥570引導(dǎo)到出口位置的物理力大于濃縮物在離開端口 242且經(jīng)由第三導(dǎo)向室564作用在出口導(dǎo)向球閥570上面時的靜壓力。在出口導(dǎo)向球閥570處于出口位置時，第二出口導(dǎo)向室566與第三出口導(dǎo)向室564流體連通。作用在出口閥活塞516的外部環(huán)525上面的壓力室532內(nèi)的濃縮物的靜壓力大于作用在第一表面519上的力的總量，出口閥活塞516從出口閥座518移位，并且離開濃縮物工作室232的濃縮物從中心室414流到濃縮物閥本體400的出口端406。[0067]該書面的描述使用實例以公開本發(fā)明(包括最佳模式)，使得本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠?qū)嵺`本發(fā)明(包括制造和使用任何裝置或系統(tǒng)并且執(zhí)行任何并入的方法)。本發(fā)明的可專利范圍由權(quán)利要求限定，并且可包括本領(lǐng)域技術(shù)人員想到的其它實例。
【權(quán)利要求】
1.一種閥,包括: a)包括入口和出口的閥本體； b)構(gòu)造成選擇性地開啟和閉合所述入口的一對入口活塞和入口活塞座，當(dāng)所述入口活塞的前部朝所述出口移動以接觸所述入口活塞座時，所述入口閉合； c)與所述入口活塞的背部連通的入口氣室； d)入口導(dǎo)向閥； e)將所述入口連接于所述入口導(dǎo)向閥的管道A; f)將所述入口氣室連接于所述入口導(dǎo)向閥的管道B;以及， g)在所述入口活塞座下游將所述閥本體連接于所述入口導(dǎo)向閥的管道C，其特征在于，所述入口導(dǎo)向閥構(gòu)造成選擇性地連接管道A與管道B，或者連接管道B與管道C。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，進(jìn)一步包括 h)在所述閥本體中在所述入口和所述出口之間的端口； i)成對式出口活塞和出口活塞座，其構(gòu)造成選擇性地開啟和閉合所述入口，當(dāng)所述活塞的前部朝所述出口移動以接觸所述出口活塞座時，所述出口閉合； j)與所述出口活塞的背部連通的出口氣室； k)出口導(dǎo)向閥； I)將所述端口連接于所述出口導(dǎo)向閥的管道D ; m)將所述出口氣室連接于所述出口導(dǎo)向閥的管道E ;以及， η)將所述出口連接于所述出口導(dǎo)向閥的管道F，其中，所述出口導(dǎo)向閥構(gòu)造成選擇性地連接管道D與管道Ε，或者連接管道E與管道F。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述入口活塞朝所述出口偏置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述入口活塞的前部包括中心區(qū)和凹陷式外部環(huán)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的閥，其特征在于，當(dāng)所述入口閉合時，僅所述中心區(qū)接觸所述入口活塞座。
6.—種閥,包括， a)具有入口和出口的閥本體； b)在所述閥本體中的閥活塞，所述閥活塞具有前部區(qū)域，所述前部區(qū)域包括中心盤和凹陷式外部環(huán):以及， c)在所述閥本體中在所述閥活塞下游的閥座，其特征在于，所述閥活塞能夠在閉合位置和開啟位置之間選擇性地移動，在所述閉合位置，所述中心盤接觸所述閥座，在所述開啟位置，所述中心盤與所述閥座分開。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥，其特征在于，當(dāng)所述閥活塞處于所述閉合位置時，所述外部環(huán)與所述閥座分開。
8.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥，其特征在于，所述閥活塞朝所述閥座偏置。
9.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥，其特征在于，所述活塞的后表面可選擇性地放置成與所述閥的入口或出口流體連通。
【文檔編號】F16K31/383GK103917815SQ201280047732
【公開日】2014年7月9日 申請日期:2012年9月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年9月30日
【發(fā)明者】W.D.蔡爾茲 申請人:通用電氣公司