CN102712018B - 过滤器近端喷嘴 - Google Patents

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Abstract

一种吸嘴组件，包括在其远端侧处接合至压力槽的管道（22）、喷嘴（23）、将所述喷嘴（23）接合至所述管道（22）的近端侧的弹性元件（24）、以及跨接所述管道的所述近端侧与所述喷嘴之间的间隙的可变形壳体。可选地，在所述喷嘴（23）中形成有压力均衡器（42），例如通孔。

Description

过滤器近端喷嘴
相关申请
本申请要求2009年11月12日提交的PCT申请No.PCT/IB2009/008061的优先权的权益，根据美国专利法第35条第119(e)款要求2009年11月13日提交的美国临时专利申请No.61/260,856的权益，以及根据美国专利法第35条第119(e)款要求2010年9月7日提交的美国临时专利申请No.61/380,385的权益，这些专利的全部内容结合于此以供参考。
技术领域和背景技术
在本发明的一些实施方式中，本发明涉及自清洁过滤系统，更具体地但并非唯一地涉及一种用于清洗过滤网的喷嘴组件。
超过80%的全球贸易量仍用船运输。当没有货物时，需要压舱水（ballast water）来补偿。由于压舱水的使用，目前存在较大的环境威胁。本地的微生物、沉积物、植物和动物被吸入压舱水中，船运到世界上的另一地方，然后排放到外国环境中。响应于此，国际海事组织已经在所有新建和翻新的船舶上的压舱水处理系统内引入了强制规格的自动过滤器。
清洗用于过滤水和海水的过滤网特别困难。过滤器中的孔的尺寸越小（通常小于100微米），则越难以除去已经堆积并嵌入过滤网上的所捕获的悬浮固体。有机物易于粘在过滤网上，使得除去特别困难。
尝试提高清洗过滤网的效率的一些实例包括：
喷嘴，它们在离过滤网预定距离处固定在吸管收集器上，不能更靠近和更远离过滤网。
专利申请WO 2006/008729公开了以下内容：“喷嘴34包括喷嘴管44和具有环形边缘47的喷嘴帽46。管状底座40由盖子48封闭。喷嘴管44由环形引导装置50和盖子48中的开口支撑在管状底座50中，以便形成轴向可移动的伸缩接头。圆柱弹簧42将喷嘴管44朝着网20的入口表面轴向地推动。”此外，“伸缩接头和弹簧42由两个紧密的密封环52和54保护不受到有害微粒的影响”。
专利申请EP 1785178公开了以下内容：“喷嘴230沿着引导装置210移动，或至少沿着上部212移动，同时朝着细滤器40的内部延伸。”此外，“在回流操作过程中，流体朝着在喷嘴240内限定的空间流过最终过滤室30。由于这种流动的原因，喷嘴240的外边缘242被从细滤器40推开，同时内边缘被朝着细滤器推动。因为内边缘244的面积大于喷嘴240的外边缘242的面积，所以流体流动的整体效果是朝着细滤器40的内面推动喷嘴240”。
发明内容
根据本发明的一些实施方式的一个方面，提供了一种吸嘴组件，包括：
管道，在其远端侧处接合至压力槽；
喷嘴；
弹性元件，其将所述喷嘴接合至所述管道的近端侧；以及
可变形壳体，其跨接（bridge）所述管道的所述近端侧与所述喷嘴之间的间隙。可选地，所述壳体包括弹性管。可选地或替代地，所述壳体包括波纹管，该波纹管也用作所述弹性元件。可选地，所述波纹管由不锈钢形成。
在本发明的一个示例性实施方式中，所述壳体是可变形的，以在与所述喷嘴中的流动垂直的方向上延伸。
在本发明的一个示例性实施方式中，该组件包括至少一个压力平衡孔，其形成于所述喷嘴和所述壳体中的一个或两者中，并在所述间隙与所述喷嘴组件的外部之间提供流体连通。可选地，所述至少一个压力平衡孔中的至少一个形成于所述喷嘴中。可选地或替代地，所述至少一个压力平衡孔中的至少一个形成于所述壳体中。可选地或替代地，所述至少一个压力平衡孔中的至少一个位于所述喷嘴组件的内部并靠近所述喷嘴的在垂直于所述喷嘴中的流动的平面上具有投影的一个截面。可选地或替代地，所述至少一个压力平衡孔中的至少一个被构造为，防止和/或减小由所述压力槽导致的所述壳体的变形。可选地或替代地，所述至少一个压力平衡孔中的至少一个被构造为，防止和/或减小由所述压力槽导致的所述壳体中的压力降低。可选地或替代地，所述至少一个压力平衡孔中的至少一个被构造为，防止和/或减小由所述压力槽导致的所述喷嘴的回缩。可选地或替代地，所述至少一个压力平衡孔将所述间隙与所述外部之间的压力差减小至少50%。可选地或替代地，所述至少一个压力平衡孔总共具有60mm2至800mm2之间的总横截面。可选地或替代地，所述喷嘴被构造为，具有至少8m/s的流过其横截面的速度。可选地或替代地，所述至少一个压力平衡孔包括以基本上相等的周向间隔位置布置在所述喷嘴上的多个孔。
在本发明的一个示例性实施方式中，所述喷嘴是低摩擦喷嘴。
在本发明的一个示例性实施方式中，所述间隙包括轴向间隙。可选地或替代地，所述间隙包括径向间隙。
根据本发明的一些实施方式，还提供了一种过滤系统，其包括：
过滤器层；
如这里描述的组件；以及
运动执行机构，被构造为使所述喷嘴组件在所述层的至少50%的表面上移动，
其中，所述组件被构造为，在所述至少50%的表面的所有所述运动上保持距所述过滤器5mm或更小的间隙。可选地，所述弹性元件以100g至800g之间的力推进所述喷嘴远离所述管道。可选地，所述力在所述管道的内部与所述管道的外部之间保持至少2巴（bar）的压力差范围。
在本发明的一个示例性实施方式中，该组件包括至少一个压力槽，其接合至所述间隙并被构造为使所述间隙与所述喷嘴组件的外部之间的压力平衡。
在本发明的一个示例性实施方式中，所述压力槽包括与环境相连的出口。
根据本发明的一些实施方式，提供了一种使喷嘴接近过滤器的方法，该喷嘴通过一间隙接合至压力槽，该方法包括：
朝着所述过滤器弹性地推动所述喷嘴；以及
允许所述喷嘴的外部与所述间隙之间充分的流体流动，以便减小由所述压力槽导致的所述喷嘴的回缩。可选地，所述弹性地推动包括使用波纹管弹性地推动，该波纹管也跨接所述间隙。可选地或替代地，所述允许充分的流动包括允许充分地流过所述喷嘴中的一个或多个压力平衡通道。
根据本发明的一些实施方式，提供了一种吸嘴组件，其包括：
管道，在其近端侧处接合至压力槽；
喷嘴；以及
可变形壳体，其跨接所述管道的所述远端侧与所述喷嘴之间的间隙，并且，其将所述喷嘴接合至所述管道的远端侧，并允许所述喷嘴相对于所述管道的倾斜运动。
除非另外定义，否则，这里使用的所有技术和/或科学术语具有与本发明所属领域的普通技术人员普遍理解相同的含义。下面描述了示例性的方法和/或材料，但是在本发明的实施方式的实践或测试中可使用与这里所描述的方法和材料相似或等同的方法和材料。在冲突的情况中，专利说明书（包括定义）将起控制作用。另外，材料、方法和实例仅是说明性的，并非旨在必须是限制性的。
附图说明
这里参考附图仅通过实例来描述本发明的一些实施方式。现在详细地特别参考附图，强调的是，示出的细节是借助于实例且为了说明性地讨论本发明的实施方式的目的。在这点上，结合附图进行的描述使得对于本领域的技术人员来说，如何实践本发明的实施方式是显而易见的。
在附图中：
图1是根据本发明的一个实施方式的过滤系统的视图；
图2是根据本发明的一个实施方式的清洗头的横截面图；
图3是根据本发明的另一实施方式的清洗头的横截面图；
图4是根据本发明的另一实施方式的清洗头的横截面图；
图5是根据本发明的一个实施方式的波纹管的横截面图；
图6是根据本发明的一个实施方式的在清洗循环过程中以较小的力通过清洗头接触过滤网的同时进行清洗的方法的流程图；以及
图7是根据本发明的一个实施方式的以较小的力接触过滤网的清洗头的横截面图。
具体实施方式
在一些实施方式中，本发明涉及自清洁过滤系统，更具体地但并非唯一地涉及一种用于清洗过滤网的喷嘴组件。
本发明的一些实施方式的一个方面涉及，在存在从过滤网并穿过喷嘴的流动的情况下，使得与压力槽连接的喷嘴接近过滤网。在本发明的一个示例性实施方式中，以较小的力将喷嘴抵压在网上。可选地，所述力由密封和/或封闭的弹性元件提供。可选地，当喷嘴相对于压力槽移动时，外壳和/或元件变形，而不是滑动和/或除了滑动以外。可选地，该移动是轴向的。可选地或替代地，该移动包括倾翻（tipping）。
在本发明的一个示例性实施方式中，通过使以其他方式与喷嘴相关的压力差平衡，直接和/或间接地减小和/或防止喷嘴的回缩。在本发明的一个示例性实施方式中，减小和/或防止外壳与喷嘴外部的体积之间的压力差。可选地，这种减小减小了所述外壳的轴向收缩（并由此减小喷嘴的可能回缩）。可选地或替代地，减小和/或防止喷嘴的轴向前部与后部之间的压力差。可选地，这种减小防止喷嘴的直接回缩。可选地或替代地，利用压力平衡元件，使得喷嘴组件中的将压力差从压力槽传递至组件的其他部分的一个或多个间隙短路。
在本发明的一个示例性实施方式中，压力平衡由形成于喷嘴和/或外壳中的一个或多个孔提供。
在本发明的一个示例性实施方式中，喷嘴接合至压力槽，在其间形成有间隙并由外壳保护。在本发明的一个示例性实施方式中，甚至可能在存在沉积物和/或其他硬壳和/或障碍的情况下，该间隙允许喷嘴的自由运动。可选地，外壳减少了一些类型的硬壳和/或碎屑堵塞和/或以其他方式干扰喷嘴组件机构。
在本发明的一个示例性实施方式中，任何移动部分（例如，滑动部分和/或移动散开的部分）之间的间隙至少是0.5mm，至少是1mm，至少是2mm或者其他更小、中间或更大的间隙。
在本发明的一个示例性实施方式中，压力均衡器允许所施加的力保持基本上相同，即使压力槽所产生的吸力的强度发生变化。可选地，通过在一定范围的距离上使用较小的力，例如1-5mm，例如2-3mm，喷嘴可与过滤网的各种不规则几何形状匹配，不会导致其变形。
本发明的一些实施方式的一个方面涉及一种喷嘴组件，其包括使喷嘴倾翻以更好地匹配过滤网的表面的能力。在本发明的一个示例性实施方式中，喷嘴通过倾翻套筒（可选地，可变形套筒）附接至压力槽，例如管子。可选地或替代地，喷嘴通过弹性元件（例如弹簧）被弹性地推动远离所述槽和/或朝向所述网。
本发明的一些实施方式的一个方面涉及使波纹管的两侧上的压力平衡，允许波纹管的力朝着所述网推动喷嘴。
在详细地说明本发明的至少一个实施方式之前，应理解，并非必须将本发明的应用限制于在以下描述中阐述和/或在附图和/或实例中示出的元件和/或方法的结构和布置的细节。本发明能够是其他实施方式或能够以各种方式实践或执行。
过滤系统的综述
为了更好地理解本发明的一些实施方式，如附图的图2至图7所示，首先参考过滤系统102的一个实例，如图1所示，其中，可使用本发明的示例性实施方式。
未净化水（例如海水）通过未净化水入口1进入入口室3。然后，将水引导至过滤室4，在那里，然后水通过过滤网26。过滤网26从水中除去悬浮颗粒，然后这些悬浮颗粒被保留。滤过水通过滤过水出口2流出，在滤过水出口2处，水向下游继续流至系统的其余部分。
过滤网26上的固体堆积产生污物的“饼状物”，这慢慢地减小了经过过滤网的压力差。在本发明的一个示例性实施方式中，利用经过过滤网26的局部逆流来清除此饼状物。
在本发明的一个示例性实施方式中，在确定过滤功效降低的基础上施加逆流。可选地或替代地，连续地和/或周期性地施加逆流。在一个实施方式中，压力差开关20监测未净化水入口1与滤过水出口2之间的压力。当此压力降至预定阈值之下时，向系统控制器发送信号，以便启动清洗循环。如上所述，还可以在按规则排定的间隔期间进行过滤网26的清洗。可选地或替代地，还可以由操作员手动地启动清洗循环。
在本发明的一个示例性实施方式中，清洗循环包括在过滤网26的一个或多个截面处施加逆流。可选地，清洗循环包括穿过整个过滤网26，或至少穿过过滤网的30%、50%、70%或中间的百分比。
在本发明的一个示例性实施方式中，穿过包括清洗头70在过滤网26上的机械化（motorized）运动。还可提供其他的运动源，例如手动运动。在本发明的一个示例性实施方式中，在清洗头70移动的同时，可选地，过滤网26同样地和/或替代地移动。
在一个实例中，当系统控制器启动诸如齿轮电动机6的驱动装置时，清洗循环开始，齿轮电动机进而旋转吸管收集器21和附接的清洗头70。会出现螺旋形图案的运动，以便最终覆盖过滤网26表面积的至少50%。同时，冲洗阀7通向低压槽（例如大气）和/或通向系统的另一部分。压力差导致滤过水逆流穿过过滤网26。滤过水的逆流从过滤网26除去所捕获的固体，使其进入清洗头70并通过吸管收集器21，其可选地通过冲洗室5和/或通过冲洗阀7排出。
在本发明的一个示例性实施方式中，清洗过程所需的持续时间是大约30秒。可选地，如果清洗未执行达到令人满意的级别，例如由压力差开关20确定的级别，那么可自动地增加时间。
在本发明的一个示例性实施方式中，清洗方法需要使用少量的水。可选地，清洗方法可以是连续冲洗模式，其中，过滤网26上的厚堆积物的清洗持续一段延长的时间，直到充分清洗过滤网26和/或只要过滤器工作为止。
在本发明的许多实施方式中，当流动被强制经过堵塞的过滤网26时，出现更有效的清洗。当清洗头70在清洗循环中接触过滤网26时，可能出现这种情况。如果清洗头70位于距过滤网26一定距离处，那么在过滤网26与清洗头70之间会出现水流，这将减小可用来清洗过滤网26的水的体积和/或吸力。
过滤室4的尺寸可取决于过滤网26的尺寸和/或可选地被调节为反映流速。示例性的非限制性流速为大约1m3/h，大约10m3/h，大约100m3/h，大约1000m3/h，大约5000m3/h，大约8000m3/h，大约10000m3/h，或者其他更小、中间或更大的流速。
在本发明的一个示例性实施方式中，过滤网26由烧结在一起的四层不锈钢织网组成。可选地，过滤网26的结构选择成能够承受可能较高的压力差，例如至少5巴，至少10巴，至少15巴或者中间的数字。在一些实施方式中，过滤网26的编织丝线设计可保留更高比例的悬浮固体，但是也更难以清洗。
潜在的优点
应指出，本发明的一些实施方式支持清洗头70与过滤网26之间的相对运动，这可以调节由于压力差导致的网扭曲。
在一些实施方式中，减小了过滤系统102的功率需求。可选地，由于每个清洗循环从过滤网26除去的碎屑的量增加，所以减小了功率需求，从而需要不太频繁的清洗循环。可选地，该系统具有低工作能量需求，为大约0.1HP，大约0.5HP，大约1HP，或者其他更小、中间或更大的能量需求。
在一些实施方式中，利用弹力朝着网推进清洗头喷嘴，这允许清洗头在任何方向上操作。
在一些实施方式中，过滤系统102水平地和/或在其他方向上安装。可选地，该系统支持以一定范围的角度和/或在各种方向上的安装，例如水平地和/或竖直地。
如这里使用的，术语近端和/或在近端指的是分别朝着过滤网26的位置和/或运动。如这里使用的，术语远端和/或在远端指的是分别远离过滤网26的位置和/或运动。
与使用密封室内的弹簧朝着过滤网26在伸缩接头上推动喷嘴相比，本发明的一些实施方式具有潜在的优点。在清洗循环期间，过滤网26上的操作压力经常地变化，例如，在过滤网的一个区域具有少量碎屑和/或另一区域具有一厚层碎屑时可能发生。弹簧需要克服可能的最高操作压力，以便能够总是推动喷嘴抵靠过滤网。实际结果是，喷嘴以比简单地接触过滤网26所需要的力更高的力抵压在过滤网26上。过大的力导致摩擦磨损和/或撕裂。
本发明的一些实施方式还通过选择不使用密封室而具有潜在的优点，从而防止伸缩接头和/或弹簧粘有污物。因此，可以减少和/或避免由于在密封件上移动伸缩接头和/或弹簧形成的摩擦而导致的严重磨损和/或撕裂。可选地或替代地，由于没有滑动密封件，可以避免密封件处的以其他方式干扰正确操作的堆积物。
本发明的所述实施方式潜在地会需要更便宜和/或更不频繁的维护和/或维修。
示例性实施方式
现在参考附图，图2示出了清洗头70的一个实施方式，其可使喷嘴接近过滤网26的表面，使得喷嘴以较低的摩擦力接触过滤网，提供大约100g/mm，大约150g/mm，大约200g/mm的弹簧张力，或者其他更小、中间或更大的弹簧张力。例如，接触力可以在10至500g之间，例如，在50至300g之间或者在100至200g之间。如所示出的，近端喷嘴23通过波纹管24接合至管道22。可选地，波纹管24包括允许其扩张和/或收缩的多个波纹51。在本发明的一个示例性实施方式中，波纹管24被构造为（例如长度、位置和/或弹性）朝着过滤网26推动近端喷嘴23。如果需要近端喷嘴23的反向运动，那么波纹管23可选地适应这种运动。
在操作中（例如在清洗循环期间），将吸管收集器21可选地连接至压力槽，该压力槽在管道21内和/或在近端喷嘴73的内侧形成吸力103。这种吸力103的一个潜在的问题是，例如，由于近端喷嘴23的近端侧经历比其远端侧更高的压力，其会使近端喷嘴23收缩。可选地或替代地，吸力103可减小波纹管24内的压力，导致其收缩和/或近端喷嘴23的可能的回缩。应指出，本发明的一些实施方式包括较大的间隙，以防止或避免尺寸变大，这可将这种吸力传递至清洗头的各部分。还指出，吸力、清洗头与过滤网的偏移和/或堵塞程度、以及喷嘴对回缩的阻力可随着时间变化（在循环内和/或在循环之间）和/或在系统之间变化。
在本发明的一个示例性实施方式中，利用一个或多个压力均衡器42来减小和/或平衡（neutralize）吸力103在近端喷嘴23和/或波纹管24上的回缩效果。可选地，由于近端喷嘴23后面的间隙74和/或波纹管56的内部和/或外部105之间的流体连通，出现压力均衡。外部105可接近过滤网26的表面。可选地，吸力103在近端喷嘴23上的平衡防止近端喷嘴23的远端运动。可选地，吸力103在波纹管24上的平衡允许波纹管24保持扩张形状（或者，如果调节均衡，再扩张（re-expand））和/或朝着过滤网26推动近端喷嘴23。
可选地，通过波纹管24的弹簧状动作实现再扩张。可选地，波纹管24可相对于其初始位置在近端或在远端进行调节，例如相对于初始位置在-3mm，-2mm，-1mm，0mm，+1mm，+3mm，+5mm或者其他更小、中间或更大的距离，以一直推动近端喷嘴23使其接触过滤网26，但是以较小的力推动，因此存在较低的摩擦。
可选地，可手动地和/或自动地调节波纹管24。可选地，可利用调节螺钉、调节垫圈、和/或调节螺母和/或其他管道和/或张力调节装置（例如本领域已知的）来调节波纹管24。可选地，可同样地和/或替代地调节管道22的长度。
可选地，管道22可具有变窄的截面76。
在本发明的一个示例性实施方式中，压力均衡器42是通道，可选地是装有阀的。可选地或替代地，压力均衡器42是有源元件，例如电子阀和/或泵。
在本发明的一个示例性实施方式中，通过近端喷嘴23的流速是至少10m/s，至少8m/s，至少2m/s，至少4m/s，至少6m/s，或者其他更小、中间或更大的流速。
所述实施方式的一个潜在优点是，在近端喷嘴23与过滤网26之间提供较小的摩擦力，这与吸力103的变化基本上无关，和/或必要时这允许近端喷嘴23的运动。较小的摩擦力的一个潜在优点是较少的维护和/或维修需求。使用波纹管24代替弹簧和/或伸缩接头的一个潜在优点是，清洗头70不会由于小颗粒的堆积而变得堵塞。清洗头70的另一潜在优点是，其没有由于摩擦而遭受磨损和/或撕裂的任何密封件。
一些实施方式的另一潜在优点是，维护可以很简单和/或可由一个人不需要特殊工具和/或起重设备来实现。可选地或替代地，由于可作为一个构件和/或分开的部分移除近端喷嘴23和/或波纹管24，所以维护很简单。可选地或替代地，由于清洗头70不会由于小颗粒的堆积而变得堵塞，所以维护很简单。可选地或替代地，由于较小摩擦力导致的低磨损和/或撕裂，所以维护很简单。可选地，或替代地，由于过滤系统102需要不太频繁的清洗循环，所以维护很简单。
替代实施方式
图3示出了清洗头70的另一实施方式，示出了用作压力均衡器的孔。还示出了管道和/或喷嘴之间的装置的选择。可将这种特征与这里描述的其他实施方式一起使用。
如图3所示，压力均衡器42可选地体现为通道，例如，体现为L形通道41。在一个替代实施方式中，通道相对于近端喷嘴23的流动轴线是直的和/或倾斜的。
在所示实施方式中，孔43的外端可位于近端喷嘴23的外周面60上。孔44的内端可位于内边缘63上和/或与波纹管56的内部和/或近端喷嘴23后面的间隙74流体连通。
如上所述，压力均衡器42可平衡波纹管24上的吸力103和/或近端喷嘴23上的吸力103。可选地，压力均衡器42通过提供流体连通而使波纹管56和/或间隙74内部的压力与外部105平衡。外部105可定位成靠近过滤网26。可选地或替代地，外部105位于距过滤网26为0mm，0.2mm，1mm，3mm，5mm或者其他更小、中间或更大距离的距离处。在本发明的一个示例性实施方式中，提供四个孔41。替代地，提供其他数量的孔，例如，2，3，5，6或者其他更小、中间或更大数量的孔。可选地，孔41在外周面60周围等距地隔开。可选地，这些孔布置成使得它们不会被一片碎屑同时堵塞。可选地，通过在管道21中提供增大的前向（而不是反向）压力，清除这些孔的堵塞。可选地，定期地和/或手动地和/或自动地提供这种清除堵塞。
在本发明的一个示例性实施方式中，孔43的外端的表面积的范围从大约1mm2到大约10mm2，例如2mm2到5mm2。孔44的内端的表面积的范围从大约1mm2到大约10mm2，例如2mm2到5mm2。可选地，所述孔具有基本上均匀的横截面。孔43的外端的表面积的总横截面的范围在近端喷嘴开口45的面积的0.1%到20%之间，例如5%至15%，例如2%至5%。孔43的总横截面的范围在大约60mm2到大约800mm2之间，例如200mm2到500mm2。
在本发明的一个示例性实施方式中，清洗头70包括可选的近端喷嘴插入件31，其安装在管道22上和/或引导近端喷嘴23的运动。在本发明的一个示例性实施方式中，近端喷嘴插入件31包括宽端部91，该宽端部安装在管道22上并可选地包括用于附接在其上和/或防止其向后运动的凸缘。可选地，端部91的外径与内径匹配，并与管道22的内表面92平齐。可选地，管道具有非圆形横截面，这可帮助插入件31和管道22的互锁。
在本发明的一个示例性实施方式中，插入件31的具有减小的直径93的窄颈部具有比近端喷嘴23的主内腔61的内径更小的直径。可选地，该接触是平齐的，并通过适当地选择材料（例如，近端喷嘴23和/或插入件31由例如Techpack或特氟纶（Teflon）形成）来减小摩擦。
在一些设计中，在近端喷嘴插入件93的小直径与近端喷嘴61的内侧之间会存在空间46。可选地，近端喷嘴插入件31将波纹管56的内部、间隙74和/或孔41与水的回流90分开。分开的一个潜在优点是，通过压力均衡器42和/或吸力103在波纹管24和/或近端喷嘴23上的平衡，帮助压力均衡。近端喷嘴插入件31可提供近端喷嘴开口45的更小的表面积。近端喷嘴开口45的更小的表面积可产生对准过滤网26的更高的吸力103，这可产生更有效的清洗循环。近端喷嘴23的内腔61的表面可在小直径截面93上自由滑动，允许近端喷嘴23的运动。近端喷嘴开口45的直径的示例性尺寸可以是2mm，5mm，10mm，15mm，或者其他更小、中间或更大的直径。近端喷嘴23的外周面60的直径的示例性尺寸可以是10mm，25mm，32mm，35mm，或者其他更小、中间或更大的直径。近端喷嘴插入件31可由提供较小摩擦力的耐用材料制成，例如Techpack或特氟纶。
近端喷嘴23可以是环形形状和/或还可包括圆形边缘62。可选地，近端喷嘴23由耐用材料制造，例如Techpack或特氟纶，这也对过滤网26提供较小的摩擦力。
可利用各种连接方法将近端喷嘴23连接至波纹管24，例如，利用开口销（未示出），和/或其他方法。其他的替代连接方法包括胶粘、焊接和/或销连接。近端喷嘴开口45的总横截面直径相对于过滤网26的表面积的范围可以在0.1%至20%之间，或例如5%至15%，例如2%至5%，或者是更小或更大的相对尺寸。典型地，具有小横截面面积集中了回流的水90，产生高流速、更高的压力和/或产生更高的特别是从过滤网26除去悬浮固体和/或有机悬浮物质的去除速度。可选地，近端喷嘴开口45的横截面被制造得足够小，使得所有清洗的区域实现足够的回流压力。
可利用开口销25和/或使用另一连接方法（例如胶粘和/或焊接）将波纹管24连接至管道22。
管道22的长轴可大约垂直于吸管收集器21的横截面的切线。管道22的外径的示例性尺寸可以是10mm，15mm，20mm，25mm，30mm，35mm，或者其他更小、中间或更大的直径。管道22的内径的示例性尺寸可以是10mm，15mm，20mm，21mm，25mm，30mm，35mm，或者其他更小、中间或更大的直径。可选地，管道22由耐用的和/或刚性的材料制造，例如不锈钢、钢和/或塑料。
替代的均衡器设计
图4示出了清洗头70的另一实施方式，示出了对压力平衡孔使用不同的位置。如所示出的，压力均衡器42可通过与波纹管201中的中空空间（可选地，包括波纹管与管道22之间的间隔203，例如0.1mm，0.3mm，0.5mm，1.0mm，1.5mm，2.0mm，或者其他更小、中间或更大的间隔）流体连通的喷嘴200中的中空空间形成，并且，压力均衡器通过一个或多个波纹管孔202通向外部206。可选地，波纹管204与空间200隔离，所述空间可选地由其自己的压力均衡器实现。可选地，喷嘴组件的不同部分具有与之相关的不同的压力均衡器。
在本发明的一个示例性实施方式中，提供1，3，4，5，7，10或者其他更小、更大或中间数量的波纹管孔202。可选地，将波纹管201的一部分制造成多孔的，例如，通过织物和/或网状涂层。可选地，将孔202布置为防止其多处阻塞。可选地或替代地，孔202沿着波纹管201的长度和/或周边布置。可选地或替代地，孔202布置在波纹管201与回流90流体连通的位置附近。在本发明的一个示例性实施方式中，孔202布置为不与波纹管201的喷嘴接近功能干扰。
示例性的压力均衡器参数
在一些示例性实施方式中，压力均衡器42减小波纹管56的内部和/或间隙74与外部105之间的压力差的100%。可选地或替代地，压力均衡器42将波纹管56的内部和/或间隙74与外部105之间的压力差减小大约100%至50%的范围，例如90%，80%，70%，50%，或者其他更小、中间或更大的压力差。
在一些实施方式中，压力均衡器42可位于近端喷嘴23的外周面60上，在此处，其可位于与吸力103垂直的平面上。
在一些实施方式中，压力均衡器42可包括阀，例如瓣阀（flap valve）。
在一个实施方式中，压力均衡器42包括微机电系统（MEMS），包括，例如，一个或多个阀、泵、压力检测器、压力均衡器、压力控制器、电力控制电路和/或被布置为使压力平衡和/或控制压力的任何其他装置和/或元件。
在一些实施方式中，压力均衡器42可构造为，使任何两个和/或多个区域之间的压力平衡，使得波纹管24上的吸力103和/或近端喷嘴23上的吸力103平衡。
在一些实施方式中，通过增大近端喷嘴23后面的间隙74的尺寸和/或减小近端喷嘴面64的表面积，压力均衡器42可产生正压力梯度，以最小的摩擦力将近端喷嘴23定位在过滤网26上。
波纹管
图5示出了波纹管24的一个示例性实施方式。波纹管24可由具有波纹51的薄管50组成。波纹管24的尺寸可以是，例如，外径52的范围从大约25到50mm，或27mm，35mm，45mm，或者其他更小、中间或更大的外径。波纹管24的内径53的范围可以比外径52小大约5到8mm，或小6mm或7mm。波纹管24的长度54的范围可以从大约30到80mm，例如40mm，50mm，60mm，或者其他更小、中间或更大的长度。波纹51的数量的范围可以从大约10到25个，例如15个波纹或20个波纹，或者其他更小、中间或更大数量的波纹。材料的厚度55的范围可以从大约1mm到1.5mm，例如1.1mm，1.3mm，或者其他更小、中间或更大的厚度。
可选地，对于例如1至5mm之间的弹簧延伸，例如2至3mm，所述尺寸提供大约100至800g/mm的弹簧张力，例如150g/mm，250g/mm，300g/mm，500g/mm，或者其他更小、中间或更大的弹簧张力。可选地，波纹51提供近端和/或远端运动。如果围绕波纹管24的外周面相等地增大波纹51之间的间隔57，那么可增大波纹管24的长度54。如果围绕波纹管24的周面相等地减小波纹51之间的间隔57，那么可减小长度54。可选地，波纹管24可由具有较长使用寿命和/或耐用性的不锈钢（SST）材料制造。
在一些实施方式中，例如，波纹管24的一端可在由方向箭头81、82表示的任何方向上倾斜。通过围绕周面不相等地增大波纹51之间的间隔57，可发生倾斜。作为一个实例，如果波纹51之间的间隔57在波纹管24的底部处增大，同时波纹51之间的间隔57在波纹管24的顶部处减小，那么，效果会是使近端喷嘴23根据方向箭头81向上倾斜。在另一实施方式中，倾斜力由波纹管24可选地适应的过滤网26的阻力提供。
近端喷嘴23可附接至波纹管24的端部，提供近端喷嘴23的倾斜。倾斜的一个潜在优点是，允许近端喷嘴23调节过滤网26的表面变化，例如，如果过滤网26具有局部凹痕和/或由于过滤网26的几何形状，如果存在废料的过度局部堆积时可出现所述调节。波纹管24的倾斜能力可提供近端喷嘴23相对于过滤网26的更平稳的运动，从而减小摩擦量和/或不对过滤网26施加附加力的情况下最可能地接近过滤网26。在本发明的一个示例性实施方式中，近端喷嘴面64能够以垂直角度接触过滤网26。可选地，近端喷嘴面64可相对于垂直角度以一定角度接触过滤网26，例如-10度，-7度，-5度，-3度，0度，+3度，+5度，+7度，+10度，或者其他更小、中间或更大的角度，例如20度或更大。
在一些实施方式中，波纹51可以是内部中空的，并与波纹管56的内部相连。
在一些实施方式中，波纹51的内部不是中空的，例如在其中具有泡沫。
在一些实施方式中，可用不具有弹簧状功能的波纹管代替具有弹簧状功能的波纹管24，由附接的和/或嵌入的弹簧提供该弹簧状功能。
在一些实施方式中，波纹管24由任何弹性元件和/或任何可变形壳体代替。
在一些实施方式中，波纹管24由可变形管（例如柔顺的（compliant）和/或弹性的）和/或弹簧代替。
示例性操作方法
图6是根据本发明的一个实施方式的在清洗循环过程中以较小的力通过清洗头接触过滤网的同时进行清洗的方法的流程图。将参考图7说明该方法。
可选地，图7是清洗头70的位置的初始结构300。可选地，调节波纹管24以推动近端喷嘴23，使得近端喷嘴以非常小的力接触过滤网26，接触力的范围从大约100g到大约300g，例如150g，250g，或者其他更小、中间或更大的力。可选地，该力保持基本上恒定（例如，在2的因数（factor）内），在管道22中以大于（over）负流动压力的范围，以大约1:2，1:4，1:10的范围或者其他更小或中间的压力范围。
在602处，将清洗头70定位在初始结构300中，例如如图7所示。
在618处，由波纹管24的内置弹簧状张力所施加的力可选地朝着过滤网26的表面推动近端喷嘴23。
在604处，吸管收集器21与压力槽的连接在管道22中产生吸力103。例如，如图1所示，可打开冲洗阀7，使得吸管收集器21连接至大气。可选地，吸力103的强度在清洗循环中可变化和/或在各个清洗循环之间可变化。可选地，现有的吸力103的强度增加。
在608处，吸力103导致逆流通过过滤网26，并从过滤网26除去碎屑和/或废物。
可选地，当清洗头70沿着过滤网26的表面移动时，重新定位清洗头70，与602中一样。
在614处，可选地，由于充足的流体流动，在外部105与近端喷嘴23后面的间隙74和/或波纹管56的内部之间提供压力的平衡和/或减小。可选地，由压力的平衡提供吸力103在近端喷嘴23上和/或吸力103在波纹管24上的平衡。吸力103在近端喷嘴23后面的间隙74中和/或在波纹管56的内部形成负压。压力差导致流体从外部105流动穿过压力均衡器42的孔到达近端喷嘴23后面的间隙74和/或波纹管56的内部。压力均衡器42可允许足够的流体从外部105流入波纹管56的内部和/或近端喷嘴74的内部以及从中流出，例如5l/h，10l/h，15l/h，或者其他更小、中间或更大的流速。
当吸力103从零开始累积时，和/或当吸力103在清洗循环中变化时，可逐渐出现如在614处描述的由压力均衡器42产生的吸力103的平衡。压力均衡器42的一个潜在优点是处理可变吸力103的能力。与步骤618中一样，波纹管24的再扩张可选地出现在与吸力103在近端喷嘴23上的平衡和/或吸力103在波纹管24上的平衡大约相同的时刻。实际上，602、618、604、614可选地大约同时出现，导致近端喷嘴23在清洗过滤网26的同时通常保持接触过滤网26。此外，即使吸力103在清洗循环中变化，602、618、604、614、608也可选地基本上同时操作，以通常在近端喷嘴23与过滤网26之间保持接触。
返回参考618，可变吸力103的平衡会导致朝着过滤网26推动近端喷嘴23所需的力的大小与没有吸力103时几乎一样，这与初始结构300中几乎一样。产生的结构与初始结构300相同，在初始结构中，调节波纹管24以始终推动近端喷嘴23，使得近端喷嘴23能够以较小的力接触过滤网26。可选地，将近端喷嘴23推动至过滤网26所需的力保持在管道22的内部与外部105之间的压力差的范围内，大约是0巴至25巴，例如3巴，5巴，10巴，15巴，23巴，或者其他更小、中间或更大的压力差。
在一个实施方式中，清洗头70的位置的初始结构可以是这样的，使得调节波纹管24以推动近端喷嘴23，从而其达到距过滤网26大约0mm以内。可选地，近端喷嘴23可相对于初始结构300在近端和/或在远端移动大约-2mm至大约+4mm的范围。可选地，近端喷嘴23的负远端运动可通过波纹管24的收缩而产生。可选地或替代地，近端喷嘴23的负远端运动可由于喷嘴23上的压力而产生，例如，如果过滤网26扭曲，如果运动机构的对准偏移，和/或如果突然将管道22推压在过滤网26上。
可选地，即使在过滤网26上的例如1.5巴或更小的低压条件下，波纹管24与压力均衡器42的组合也产生清洗过滤网26的能力。
可选地，即使在过滤网26上的低压条件下也可清洗过滤网26的能力导致更少地使用冲洗水来清洗，并从而导致更少比例的废水。
可选地，过滤系统102具有以连续冲洗模式操作的能力。
在本发明的一个示例性实施方式中，在正常操作模式的过程中，过滤系统102使用大约0.1%，0.5%，1%，2%，3%或者其他更小、中间或更大比例的液流来冲洗。
在本发明的一个示例性实施方式中，在连续冲洗模式的过程中，过滤系统102使用大约1%，5%，7%，10%，13%或者其他更小、中间或更大比例的液流来冲洗。
仅为了说明目的，已经讨论了单个清洗头70的功能和/或结构。可在过滤系统中设置具有相同和/或不同设计的多个清洗头，例如，清洗头70的数量根据过滤系统102的尺寸和/或应用而变化。可选地，设置有其他数量的清洗头70，例如，1，5，10，15，20，或者其他更小、中间或更大数量的清洗头70。
以上描述仅用压舱水的过滤作为一个实例。这里描述的设备可适合于其他应用，例如灌溉系统、水脱盐系统，和/或水净化系统。此外，应用并不限于水的过滤。用来过滤任何液体（例如油）的过滤网26可以是可利用所述实施方式清洗的过滤系统的一部分。作为一个实例，用于过滤海水的过滤系统会需要使用耐腐蚀的材料。作为另一实例，用于过滤油的过滤系统典型地可使用更小的清洗头70。
一般原则
可以预见，在从本申请完成的专利的寿命中，将开发出许多相关的过滤网，并且，按照推理，术语过滤网的范围旨在包括所有这些新技术。
如这里使用的，术语“大约”指的是±10%。
术语“包括（comprises、comprising）”、“包含（includes、including）”、“具有”及其变化表示“包括但不限于”。
术语“由…组成”表示“包括并限于”。
术语“基本上由…组成”表示，组成、方法或结构可能包括附加的成分、步骤和/或零件，但是只有当附加的成分、步骤和/或零件不会在本质上改变所要求保护的组成、方法或结构的基本和新颖特征时是这样。
如这里使用的，单数形式“一（a、an）”和“该（the）”包括复数含义，除非上下文明确表示不是这样。例如，术语“一化合物”或“至少一种化合物”可包括多种化合物，包括其混合物。
在本申请中，可以范围格式（range format）提出本发明的各种实施方式。应理解，范围格式中的描述仅是为了方便和简洁，并且，不应将其解释为顽固地限制本发明的范围。因此，应将范围的描述认为是，已经具体公开了所有可能的子范围以及该范围内的各个数值。例如，应将诸如从1至6的范围的描述认为是，已经具体公开了诸如从1至3，从1至4，从1至5，从2至4，从2至6，从3至6等的子范围，以及该范围内的各个数字，例如1，2，3，4，5和6。不管范围的宽度如何，这都适用。
只要这里指出了数字范围，就意味着，包括所示范围内的任何所引用的数字（分数或整数）。短语“在第一指示数字和第二指示数字之间的范围”以及“从第一指示数字到第二指示数字的范围”可在这里互换地使用，并意味着，包括第一和第二指示数字以及它们之间的所有分数和整数。
应理解，为了清楚而在不同实施方式的上下文中描述的本发明的某些特征也可在单个实施方式中以组合方式提供。相反，为了简洁而在单个实施方式的上下文中描述的本发明的各种特征也可分开地或以任何适当的子组合来提供，或适当地在本发明的任何其他所述实施方式中提供。在各种实施方式的上下文中描述的某些特征不认为是那些实施方式的本质特征，除非没有那些元件该实施方式不起作用。
虽然已经结合具体实施方式描述了本发明，但是很显然，对于本领域的技术人员来说许多替代、改进和变型将是显而易见的。因此，目的是包含落在所附权利要求的实质和宽泛范围内的所有这些替代、改进和变型。
在本说明书中提到的所有公开物、专利和专利申请整体结合于本说明书中以供参考，结合至与如果每个公开物、专利或专利申请特别地且单独地表示为包含于此以供参考的相同的程度。另外，不应将本申请中的任何参考文献的引证或识别认为是，允许将这种参考文献作为本发明的在先技术。就使用段落标题来说，不应将其解释为是必须限制性的。

Claims (29)

1.一种用于清洁水过滤网的吸嘴组件，包括：
压力槽；
喷嘴；
弹性元件，其将所述喷嘴接合至所述压力槽，所述弹性元件提供使所述喷嘴朝向水过滤网移动的力；以及
可变形壳体，其跨接所述压力槽与所述喷嘴之间的间隙。
2.根据权利要求1所述的吸嘴组件，其中，所述壳体包括弹性管。
3.根据权利要求1所述的吸嘴组件，其中，所述壳体包括波纹管，该波纹管也用作所述弹性元件。
4.根据权利要求3所述的吸嘴组件，其中，所述波纹管由不锈钢形成。
5.根据权利要求1所述的吸嘴组件，其中，所述壳体是可变形的，以在与所述喷嘴中的流动垂直的方向上延伸。
6.根据权利要求1所述的吸嘴组件，包括至少一个压力平衡孔，其形成于所述喷嘴和所述壳体中的一个或两者中，并在所述吸嘴组件的外部与所述间隙之间提供流体连通。
7.根据权利要求6所述的吸嘴组件，其中，所述至少一个压力平衡孔中的至少一个形成于所述喷嘴中。
8.根据权利要求6所述的吸嘴组件，其中，所述至少一个压力平衡孔中的至少一个形成于所述壳体中。
9.根据权利要求6所述的吸嘴组件，其中，所述至少一个压力平衡孔中的至少一个位于所述吸嘴组件的内部并靠近所述喷嘴的在垂直于所述喷嘴中的流动的平面上具有投影的一个截面。
10.根据权利要求6所述的吸嘴组件，其中，所述至少一个压力平衡孔中的至少一个被构造为，防止或减小由所述压力槽导致的所述壳体的变形。
11.根据权利要求6所述的吸嘴组件，其中，所述至少一个压力平衡孔中的至少一个被构造为，防止或减小由所述压力槽导致的所述壳体中的压力降低。
12.根据权利要求6所述的吸嘴组件，其中，所述至少一个压力平衡孔中的至少一个被构造为，防止或减小由所述压力槽导致的所述喷嘴的回缩。
13.根据权利要求6所述的吸嘴组件，其中，所述至少一个压力平衡孔将所述间隙与所述外部之间的压力差减小至少50％。
14.根据权利要求6所述的吸嘴组件，其中，所述至少一个压力平衡孔总共具有60mm2至800mm2之间的总横截面。
15.根据权利要求6所述的吸嘴组件，其中，所述喷嘴被构造为，具有至少8m/s的流过其横截面的速度。
16.根据权利要求6所述的吸嘴组件，其中，所述至少一个压力平衡孔包括以基本上相等的周向间隔位置布置在所述喷嘴上的多个孔。
17.根据权利要求6所述的吸嘴组件，其中，所述喷嘴是低摩擦喷嘴。
18.根据权利要求6所述的吸嘴组件，其中，所述间隙包括轴向间隙。
19.根据权利要求6所述的吸嘴组件，其中，所述间隙包括径向间隙。
20.根据权利要求1所述的吸嘴组件，包括至少一个压力槽，其接合至所述间隙并被构造为使所述吸嘴组件的外部与所述间隙之间的压力平衡。
21.根据权利要求1所述的吸嘴组件，其中，所述压力槽包括与环境相连的出口。
22.根据权利要求1所述的吸嘴组件，其中，
所述可变形壳体允许所述喷嘴相对于所述压力罐的倾斜运动。
23.根据权利要求1所述的吸嘴组件，进一步包括管道，该管道在其远端侧处接合至所述压力罐并且在其近端侧处接合至所述弹性元件。
24.一种水过滤系统，包括：
水过滤器层；
根据权利要求1至19中任一项所述的吸嘴组件；以及
运动执行机构，被构造为使所述吸嘴组件在所述水过滤器层的至少50％的表面上移动，
其中，所述吸嘴组件被构造为，在所述至少50％的表面的所有所述运动上保持距所述过滤器5mm或更小的间隙。
25.根据权利要求24所述的水过滤系统，其中，所述弹性元件以100g至800g之间的力推进所述喷嘴远离在远端侧处接合至所述压力罐并且在近端侧处接合至所述弹性元件的管道。
26.根据权利要求25所述的水过滤系统，其中，所述力在所述管道的内部与所述管道的外部之间保持至少2巴的压力差范围。
27.一种使喷嘴接近水过滤器的方法，所述喷嘴通过一间隙接合至压力槽，所述方法包括：
朝着所述水过滤器弹性地推动所述喷嘴；以及
允许所述喷嘴的外部与所述间隙之间充分的流体流动，以便减小由所述压力槽导致的所述喷嘴的回缩。
28.根据权利要求27所述的方法，其中，所述弹性地推动包括使用波纹管弹性地推动，所述波纹管也跨接所述间隙。
29.根据权利要求27或28所述的方法，其中，所述允许充分的流动包括允许充分地流过所述喷嘴中的一个或多个压力平衡通道。
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