CN104395604A - 用于往复式压缩机的旋转阀和相关方法 - Google Patents

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Abstract

提供了具有旋转阀(340)的往复式压缩机(300)和相关方法。往复式压缩机(300)具有(1)构造成压缩流体的压缩室(310)，流体经由进入口进入压缩室，且其在压缩之后经由排出口从压缩室排出，(2)构造成提供角位移的促动器(350)，以及(3)构造成接收角位移且取决于角位移而确定进入口和排出口开启或是闭合的旋转阀(340)。旋转阀(340)具有可旋转盘，其构造成由于角位移而旋转，且具有第一开口以在第一开口与进入口重叠时允许吸入流体流进入压缩室，以及第二开口以在第二开口与排出口重叠时允许排出流体流从压缩室离开。

Description

用于往复式压缩机的旋转阀和相关方法
技术领域
本文公开的主题的实施例大体上涉及用于使用单个促动器来控制往复式压缩机的压缩室中的流体的进入和排出两者的设备及方法；更具体而言，涉及促动旋转阀，旋转阀构造成闭合或开启往/返于压缩机室的进入流动通路和排出流动通路。
背景技术
压缩机可分类为正位移压缩机(例如，往复、螺旋或导叶压缩机)或动力压缩机(例如，离心或轴向压缩机)。对于正位移压缩机，压缩通过捕集空气且然后减小其体积来实现。对于动力压缩机，气体通过将通常来自旋转元件如叶轮的动能传递至由压缩机压缩的气体来压缩。
图1为常规双室往复压缩机10的图示。流体压缩发生在本体20内，本体20通常具有圆筒形。待压缩的流体(例如，天然气)经由入口30和吸入阀32和34输入到本体20中，且在压缩之后，流体经由出口40和排出阀42和44输出。压缩为循环过程，其中流体由于活塞50在本体20内在头端26与曲柄端28之间的移动而被压缩。活塞50将本体20分成在压缩循环的不同阶段操作的两个压缩室22和24，当压缩室24的体积处于其最高值时压缩室22的体积处于其最低值，且反之亦然。
吸入阀32和34构造成开启，以允许进入流体(具有第一压力P1)分别进入压缩室22和24。排出阀42和44构造成开启，以允许流出的压缩流体(具有第二压力P2＞P1)分别从压缩室22和24输出。活塞50由于从曲轴60经由十字头70和活塞杆80传输来的能量而移动。阀32,34,42和44示为在本体20的侧壁上，但它们还可位于本体20的头端26和曲柄端28上。
通常，用于往复式压缩机的吸入阀和排出阀为自动阀，其由于穿过阀的差压(即，在阀的活动部分的一侧上的压力与活动部分的另一侧上的压力之间)在闭合状态与开启状态之间切换。自动阀具有的缺点在于它们显著地增大了压缩室的空隙体积，空隙体积(例如，25)为不可有效用于压缩循环的体积。空隙体积越大，压缩效率越低。
促动的回转阀最大限度地减小了阀引起的压缩室的空隙体积的部分，且增大了流动区域。图2A和2B示出了常规回转阀200，其可置于开启或闭合入口30与压缩室22之间的流动通路。阀200可认作是替代任何阀32,34,42和44使用。阀200包括底座(或定子)210和转子220。底座210和转子220为具有开口的同轴盘，开口横跨围绕杆230的相同尺寸的扇区。转子220可被促动来围绕杆230从第一位置(图2A)旋转至第二位置(图2B)，在第一位置，转子的开口222与底座的开口212重叠，而在第二位置，转子的开口222和底座的开口212(使用虚线示出)跨越不同的扇区。当转子220处于第一位置时，回转阀200处于开启状态，允许流体流过阀。当转子220处于第二位置时，回转阀200处于闭合状态，因此防止流体流过阀。
回转阀的使用如果对于在油气行业中使用的压缩机可行，也很困难。油气行业中使用的压缩机必须满足工业特定要求，这例如考虑了压缩流体通常是腐蚀性且可燃的。美国石油组织(API)，制定油气行业中使用的设备的认可的行业标准的组织，已经发出了文件API618，其列出了往复式压缩机的整套最低要求。
考虑到油气行业中使用的阀通常具有大约5ms的促动时间，以便促动用于此类压缩机的回转阀，体积较大的(相对于可用空间)促动器将是所需的。由于爆炸的潜在风险，电气阀促动器(能够提供所需的促动时间)优选放置成例如不与可燃气体接触，由这些促动器生成的运动机械地传输至与流体接触的阀的活动部分。放置促动器和用于将由促动器生成的位移传输至阀的活动部分的机构所需的空间可能并非总是可用。此外，双往复式压缩机的曲柄端侧通常具有少于头端侧的空间。
此外，将期望的是向用于油气行业的往复式压缩机的自动阀提供备选方案，以满足要求且考虑到有限空间。
在往复式压缩机中使用旋转阀具有的优点在于以单个促动器控制吸入和排出流动通路两者。旋转阀可安装在双往复式压缩机的头端和曲柄端处。双往复式压缩机中的两个旋转阀可使用相同促动器来促动。
发明内容
根据示例性实施例，往复式压缩机具有(1)构造成压缩流体的压缩室，流体经由进入口进入压缩室，且在压缩之后经由排出口从压缩室排出，(2)构造成提供角位移的促动器，以及(3)构造成接收角位移且取决于角位移而控制进入口和排出口开启或是闭合的旋转阀。旋转阀包括构造成由于角位移而旋转的可旋转盘，其具有第一开口以在第一开口与进入口重叠时允许吸入流体流进入压缩室，以及第二开口以在第二开口与排出口重叠时允许排出流体流从压缩室离开。
根据另一个示例性实施例，一种双往复式压缩机具有(1)分成两个压缩室的本体，各个压缩室均构造成压缩流体，流体经由进入口进入压缩室，且经由排出口从压缩室排出，(2)构造成沿本体移动的活塞，从而改变两个压缩室的体积，(3)构造成提供角位移的促动器，以及(4)位于本体的相对端上且构造成接收角位移且取决于角位移而控制相应的室的进入口和排出口开启或是闭合的两个旋转阀。各个旋转阀均包括可旋转盘，其构造成由于角位移而旋转，且具有(A)允许吸入流体流在第一开口与进入口重叠时进入相应的压缩室的第一开口，(B)允许排出流体流在第二开口与排出口重叠时从相应的压缩室离开的第二开口。两个旋转阀中的至少一个的角促动由角位移引起。
根据另一个示例性实施例，可在压缩室的一端处使用的旋转阀具有端板，端板具有构造成允许吸入流体流进入压缩室的吸入开口，以及构造成允许排出流体流离开压缩室的排出开口。旋转阀包括可旋转盘，其具有定位在不同角位置处的第一开口和第二开口，使得在第一开口与吸入开口重叠时，吸入流体流经过该处，且在第二开口与排出开口重叠时，排出流体流经过该处。
根据另一个示例性实施例，提供了一种改造往复式压缩机的方法，该往复式压缩机最初具有位于往复式压缩机的压缩室的端板上的两个自动阀。该方法包括(1)使阀的活动部分移动，同时使阀的底座就位，各个底座均具有朝向压缩室的内侧的开口，(2)提供构造成提供角位移的促动器，(2)在压缩室的端部外侧安装具有在不同角位置处的两个开口的可旋转盘，使得可旋转盘的开口中的一个在第一角位置处与底座中的一个的开口重叠，且可旋转盘的开口中的另一个在不同于第一角位置的第二角位置处与底座中的另一个的开口重叠。该方法还包括(4)将可旋转盘连接到促动器上以允许可旋转盘由于角位移而分别旋转至可旋转盘的开口中的一个与底座中的一个的开口重叠的位置，以允许流体流朝向或从压缩室经过该处。
附图说明
并入说明书且构成说明书的一部分的附图示出了一个或多个实施例，且结合描述阐释了这些实施例。在附图中：
图1为常规双室往复式压缩机的示意图；
图2A和2B分别示出了处于开启状态和处于闭合状态的常规促动的回转阀；
图3为根据示例性实施例的单室往复式压缩机的示意图；
图4为根据示例性实施例的旋转阀的可旋转盘的图示；
图5为根据示例性实施例的双室往复式压缩机的示意图；
图6为根据示例性实施例的双室往复式压缩机的示意图；以及
图7为根据示例性实施例的改造往复式压缩机的方法的流程图。
具体实施方式
示例性实施例的以下描述提到了附图。不同图中的相同参考标号表示相同或相似的元件。以下详细描述并未限制本发明。作为替代，本发明的范围由所附权利要求限定。为了简单起见，参照了用于油气行业的往复式压缩机的用语和结构论述了以下实施例。然而，接下来论述的实施例不限于这些压缩机，而是可应用于需要以低价提供力且具有减小的占地面积的其它系统。
整个说明书中提到的"一个实施例"或"实施例"意指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在公开的主题的至少一个实施例中。因此，在整个说明书的各个位置出现的用语"在一个实施例中"或"在实施例中"不一定是指相同的实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以以任何适合的方式组合在一个或多个实施例中。
如关于背景技术所述，关于往复式压缩机中的促动阀的使用相关的一个技术问题在于，能够在很短的时间(即，大约5ms)内提供角位移的促动器相对体积较大且是电气的。由于油气行业中的流体的可燃性质，因而促动器不与流体接触，且促动运动然后传输至阀的活动部分，该活动部分与流体接触。配合用于各个阀的促动器和传输机构所需的空间可能在很接近往复式压缩机的阀时不可用。下文所述的一些实施例使用用于控制(即，开启和关闭)到达/来自压缩室的两个流动通路的单个促动器。此外，在一些实施例中，相同的促动器控制到达/来自双往复式压缩机的两个压缩室的所有四个流动通路。
根据图3中所示的示例性实施例，单室往复式压缩机300具有压缩室310，其构造成经由进入口320接收流体，压缩流体，且然后经由排出口330将其从压缩室310排出。从进入口320到压缩室310和从压缩室310到排出口330的流体流动通路是否开启取决于可旋转盘340的开口的位置，可旋转盘340由于由促动器350提供的角位移而旋转。可旋转盘340为旋转阀的切换(移动)构件，其控制流体是否朝向压缩室310流动和从压缩室310流动。可旋转盘340的开口构造成在某些角位置处匹配进入口320和排出口330。进入口320和排出口330形成在压缩室310的头端360中。盖365使环境与可旋转盘340位于其中的体积分开。
流体压缩由于活塞370沿轴线375与由可旋转盘340对进入口320和排出口330的及时开启或关闭相关的往复运动而循环地执行。
图4中示出了可旋转盘340的前视图。可旋转盘340具有第一开口342，经由第一开口342，在第一开口342与进入口320重叠时，流体流进入压缩室310中。可旋转盘340还具有第二开口344，经由第二开口344，在第二开口344与排出口330重叠时，流体流离开压缩室310。
可旋转盘340的角位移经由齿轮机构传输至促动器350。角位移可为连续旋转(一个方向)或交替(顺时针和逆时针)旋转。促动器350优选置于流体外，以用于避免爆炸的风险(给定流体可能为可燃的)。齿轮机构包括穿透盖365的阀杆380。齿轮382附接到阀杆380的端上，且在盘340与盖365之间填充有流体的体积内与可旋转盘340啮合(即，齿轮382的齿382A接合可旋转盘340的齿340A)。另一个齿轮384附接到阀杆380的另一端上。促动器杆390的一端附接到促动器350上，且另一端附接到齿轮392上，齿轮392与齿轮384啮合(即，齿轮384的齿384A接合齿轮392的齿392A)。阀杆380可具有在盖365的两侧上的套环386和套筒388，以提高其在操作中的稳定性。
在图3中，促动器350和齿轮机构示为位置离进入口320较近。然而，在其它实施例中，其可更接近排出口330，或位于围绕压缩室310的另一个位置处。构件之间没有相对尺寸关系应当从图3或附图中所示的其它示例性实施例中推断。
双室(或动作)往复式压缩机比单室(或动作)往复式压缩机更频繁用于油气行业中。图5示出了根据另一个示例性实施例的双室往复式压缩机500。流体由于设在本体520内在头端板530与曲柄端板540之间的活塞510的往复移动而被压缩。活塞510将本体520分成两个压缩室522和524，其在不同阶段操作，压缩室522的体积在压缩室524的体积处于其最高值时处于其最低值，且反之亦然。活塞510由于例如从曲轴(未示出)经由十字头(未示出)和活塞杆512接收的能量而往复移动。
与压缩室522连通的进入口532和排出口523经由头端板530形成。同样，与压缩室524连通的进入口542和排出口544通过曲柄端板540形成。在本体520外，可旋转盘550和560分别设置在头端处和曲柄端处。可旋转盘550和560构造成由于分别从促动器570和580接收到的角位移而旋转。可旋转盘550和560中的各个均具有第一开口，其在第一开口分别与进入口532或542重叠时允许流体流进入相应的压缩室522或524。此外，可旋转盘550和560中的各个均具有第二开口，其在第二开口分别与排出口534或544重叠时从相应的压缩室522或524离开。可旋转盘550和560的结构可类似于图4中所示的可旋转盘340。省略了曲柄端侧(即，围绕可旋转盘560)的一些细节，以保持相关细节清楚。
齿轮组件575和585构造成分别从促动器570和580传输角位移到相应的可旋转盘550和560。盖555和565将流体体积与环境分开。省略了齿轮组件的各个构件的详细描述，因为齿轮组件类似于对于单室压缩机300描述的齿轮组件。
尽管在图5中双室往复式压缩机500示为具有在头端和在其曲柄端两者处的旋转阀(如由可旋转盘限定)550和560，但备选实施例可具有近在头端和曲柄端中的一者处的旋转阀，具有在压缩室的另一端处的其它类型的阀。
图6示出了在头端处和在曲柄端处两者具有旋转阀的双室往复式压缩机600。压缩机600的旋转盘550和560由相同的单个促动器590促动，替代了图5中的两个促动器570和580。不重复类似于往复式压缩机500的构件的往复式压缩机600的构件的描述。
具有自动阀的现有往复式压缩机改造成使用促动的旋转阀。图7中示出了改造往复式压缩机的方法700，该往复式压缩机最初具有位于往复式压缩机的压缩室的端板上的两个自动阀。该方法700包括S710处的移除自动阀的活动部分，同时使自动阀的底座就位，各个底座均具有朝向压缩室的内侧的开口。吸入阀的底座可用作进入口，且排出阀的底座可用作排出口。
方法700还包括在S720处提供促动器，促动器构造和连接成提供角位移，以及在S730处将具有在不同角位置处的两个开口的可旋转盘安装在压缩室的端的外侧。
该方法700还包括在S740处将可旋转盘连接到促动器上以允许可旋转盘由于角位移而旋转至可旋转盘的开口中的一个分别与底座中的一个的开口重叠的位置，以允许流体流朝向或从压缩室经过该处。
方法700还可包括安装齿轮机构以将角位移从促动器传输至可旋转盘。齿轮机构可构造成穿透往复式压缩机的盖，其将填充有流体的体积与促动器所处的环境分开。
如果改造的往复式压缩机是双室往复式压缩机，其具有本体中的两个背对背的压缩室，且最初具有位于本体的与两个自动阀所处的一端相对的一端上的两个其它自动阀，则该方法700还可包括以另一个旋转阀替换两个其它自动阀的步骤。因此，方法700还可包括(1)移除另外两个阀的活动部分同时使另外两个阀的底座就位，各个底座均具有朝另一个压缩室的内侧的开口，(2)将具有在不同角位置处的两个其它开口的另一个可旋转盘安装在相对端的外侧，以及(3)将另一个可旋转盘连接到促动器上，以允许另一个可旋转盘由于角位移而旋转至另一个可旋转盘的开口中的一个分别与两个其它开口中的一个重叠的位置，允许流体流朝向或从其它压缩室经过该处。
公开的示例性实施例提供了具有至少一个旋转阀的往复式压缩机，以及用于改造具有至少一个旋转阀的现有往复式压缩机的方法。应当理解的是，该描述并不旨在限制本发明。相反，示例性实施例旨在覆盖包括如由所附权利要求限定的本发明的精神和范围中的备选方案、改型和等同方案。此外，在示例性实施例的详细描述中，阐明了许多具体细节以便提供请求得到专利保护的本发明的全面理解。此外，本领域的技术人员将理解的是各种实施例可在没有此类具体细节的情况下实施。
尽管在实施例中以特定组合描述了本示例性实施例的特征和元件，但各个特征或元件可在没有实施例的其它特征和元件的情况下单独使用，或在具有或没有本文公开的其它特征和元件的情况下以各种组合使用。
书面说明使用了公开的主题的示例来使本领域的任何技术人员能够实施示例，包括制作和使用任何装置或系统和执行任何组合的方法。主题的可专利范围由权利要求限定，且可包括本领域的技术人员想到的其它示例。此类其它示例旨在在权利要求的范围内。

Claims (12)

1. 一种往复式压缩机(300,500,600)，包括：
构造成压缩流体的压缩室(310,522,524)，所述流体经由进入口进入所述压缩室，且所述流体在压缩之后经由排出口从所述压缩室排出；
构造成提供角位移的促动器(350,370,580,590)；以及
构造成接收所述角位移且取决于所述角位移而控制所述进入口和所述排出口开启或是闭合的旋转阀(340,550,560)，所述旋转阀包括可旋转盘，所述可旋转盘构造成由于所述角位移而旋转，且具有第一开口，用于在所述第一开口与所述进入口重叠时允许吸入流体流进入所述压缩室；以及第二开口，用于在所述第二开口与所述排出口重叠时允许排出流体流从所述压缩室离开。
2. 根据权利要求1所述的往复式压缩机，其特征在于，所述往复式压缩机还包括：
位于所述压缩室外且构造成将所述角位移从所述促动器传输至所述旋转阀的所述可旋转盘的齿轮机构。
3. 根据权利要求1或权利要求2所述的往复式压缩机，其特征在于，所述齿轮机构包括：
连接到所述促动器上的促动器杆；以及
至少两个齿轮，其包括附接到所述促动器杆上且与所述促动器杆一起旋转的第一齿轮，以及将所述角位移传输至所述旋转阀的所述可旋转盘上的第二齿轮。
4. 根据任一前述权利要求所述的往复式压缩机，其特征在于，所述往复式压缩机还包括：
盖，所述促动器位于所述盖外，且所述旋转阀位于所述体积内，
其中所述齿轮机构还包括：
构造成穿透所述盖且具有在一端处的所述第二齿轮的阀杆，以及
连接到所述阀杆的另一端上且与所述第一齿轮啮合的第三齿轮。
5. 根据任一前述权利要求所述的往复式压缩机，其特征在于，
所述阀杆构造成具有所述盖与所述第二齿轮之间的第一套环，以及所述盖与所述第三齿轮之间的第二套环；
所述齿轮机构还包括位于所述第一套环与所述盖之间的第一套筒，以及位于所述第二套环与所述盖之间的第二套筒。
6. 根据任一前述权利要求所述的往复式压缩机，其特征在于，所述往复式压缩机为具有两个压缩室的双往复式压缩机，且所述旋转阀位于其头端或曲柄端上，其中所述压缩室为所述两个压缩室中的一个。
7. 根据任一前述权利要求所述的往复式压缩机，其特征在于，所述往复式压缩机还包括：
第二旋转阀(550,560)，其构造成控制所述两个压缩室中的另一个的进入口和排出口取决于施加到第二可旋转盘上的角促动而开启或是闭合，所述可旋转盘构造成由于所述角促动而旋转，且具有(A)另一个第一开口，用于在所述另一个第一开口与所述进入口重叠时允许吸入流体流进入所述两个压缩室中的另一个，以及(B)另一个第二开口，用于在所述另一个第二开口与所述排出口重叠时允许所述排出流体流从所述两个压缩室中的另一个离开。
8. 根据任一前述权利要求所述的往复式压缩机，其特征在于，所述往复式压缩机还包括：
至少一个齿轮机构，其构造成传输来自所述促动器的角位移，以引起所述旋转阀和所述第二旋转阀中的至少一个的所述可旋转盘的角促动。
9. 一种可用于压缩室(310,522,524)的一端处的旋转阀(340,550,560)，所述压缩室具有端板(360,530,540)，其具有构造成允许吸入流体流进入所述压缩室的吸入开口(320,532,542)和构造成允许排出流体流离开所述压缩室的排出开口(330,534,544)，包括：
可旋转盘(550,560)，其构造成旋转且具有位于不同角位置处的第一开口和第二开口，其中在所述第一开口与所述吸入开口重叠时，所述吸入流体流经过该处，且在所述第二开口与所述排出开口重叠时，所述排出流体流经过该处。
10. 一种往复式压缩机(300,500,600)，包括构造成压缩流体的压缩室(310,522,524)，所述流体经由进入口进入所述压缩室，且在压缩之后经由排出口从所述压缩室排出，
构造成提供角位移的促动器(350,570,580,590)；以及
根据权利要求9所述的接收所述角位移的旋转阀(340,550,560)。
11. 根据权利要求1至权利要求8中任一项所述的往复式压缩机，其特征在于，所述往复式压缩机包括根据权利要求9所述的旋转阀。
12. 一种改造往复式压缩机的方法(700)，所述往复式压缩机最初具有位于所述往复式压缩机的压缩室的端板上的两个自动阀，所述方法包括：
移除(S710)所述阀的活动部分，同时使所述阀的底座就位，各个底座均具有朝所述压缩室的内侧的开口；
提供(S720)构造成提供角位移的促动器；
将具有在不同角位移处的两个开口的可旋转盘安装(S730)在所述压缩室的端的外侧，使得所述可旋转盘的所述开口中的一个在第一角位置处与所述底座中的一个的所述开口重叠，且所述可旋转盘的所述开口中的另一个在不同于所述第一角位置的第二角位置处与所述底座中的另一个的所述开口重叠；以及
将所述可旋转盘连接(S740)到所述促动器上，以允许所述可旋转盘由于所述角位移而旋转。
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