CN104703670A - 伺服控制的反冲洗过滤器系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种过滤单元，该过滤单元包含多个过滤器壳体，每个过滤器壳体都包括具有下端口和上端口的圆筒形外壳、和过滤器元件。所述下端口和上端口在过滤循环期间引导流体沿第一方向通过过滤器壳体并在反冲洗循环期间引导流体沿第二方向通过过滤器壳体。所述过滤单元还包括流动导向器和伺服机构，该伺服机构使流动导向器转动以选择性地将过滤器壳体联接至排放端口用于反冲洗循环。

Description

伺服控制的反冲洗过滤器系统

相关申请的交叉引用

本申请要求于2012年10月4日提交的目前未决的美国专利申请No.13/645,046的权益，该申请的公开内容通过引用整体并入本文中。

技术领域

本教示内容涉及用于工业过程应用的可反冲洗的过滤系统，更具体地涉及利用多个过滤元件和在反冲洗工序期间隔离各个过滤元件的转动部件的可反冲洗的过滤系统。

背景技术

屏障过滤单元在许多工业应用中用于选择性地从一股或多股流体流中除去物质。包含过滤介质的过滤器组件既用于从流体中除去非期望的污染物，又用于从流体中提取出期望的滤出物。许多过滤器组件包括以并联方式与入口和出口总管(集管)连接的一个或多个过滤器单元，流体流相应地经所述入口和出口总管施加至过滤器单元和离开所述过滤器单元。通常，这些组件还设置有某种类型的反冲洗机构，其通过局部使从过滤介质通过的流反向而从过滤介质中排出积聚的固体。

许多过滤单元具有两个以上过滤器壳体以提高系统的过滤能力。多个过滤器壳体可布置在过滤器阵列中，该过滤器阵列利用流动导向器阀与共用的歧管连接以控制流体经各过滤器元件的流动。流动导向器转动或以其它方式转换位置以将所选择的过滤器壳体与即将到来的液体封离并使过滤器单元与排放线路相通。结果，所选择的过滤器壳体可以经历反冲洗循环，而其余过滤器壳体继续在过滤循环中运转。随着流动导向器转换位置，可在不中断过滤单元的整体过滤能力的情况下清洁各个过滤器壳体。

发明内容

本文的公开内容描述了一种过滤单元，其包含多个过滤器壳体，每个过滤器壳体都包括具有下端口和上端口的圆筒形容器、和过滤器元件。所述下端口和上端口在过滤循环期间引导流体沿第一方向通过过滤器壳体并在反冲洗循环期间引导流体沿第二方向通过过滤器壳体。所述过滤系统还包括流动导向器和伺服机构，该伺服机构使流动导向器转动以选择性地将过滤器壳体连接至排放端口用于反冲洗循环。

一种用于清洁上述多壳体式过滤单元的方法，包括：经由所述伺服机构使流动导向器转动以选择性地将过滤器壳体连接至排放端口用于反冲洗循环，沿上述第二方向引导流体，经所述排放端口排出流体，以及对所述过滤单元中的其它过滤器壳体重复所述转动、引导和排出步骤。

附图说明

图1是根据本教示内容的一个方面的多壳体式过滤单元的透视图；

图2是图1的多壳体式过滤单元的示意图；

图3是根据本教示内容的另一方面的多壳体式过滤单元的透视图；

图4是图3的替代多壳体式过滤单元的示意图；

图5A和5B分别是可用于图1的系统中的可行的过滤器壳体的侧视图和剖视图；

图6是示出了根据本教示内容的一个方面的由图1和2的过滤单元实施的反冲洗过程的图表；

图7是示出了根据教示内容的一个方面的由图3和4的过滤单元实施的反冲洗过程的图表。

具体实施方式

一般而言，对于多单元式反冲洗过滤单元，单元中的各过滤器壳体通常构造成包括供流体流动通过的长形外壳。在所述外壳中可配置有诸如过滤器管之类的一个或多个长形过滤器元件。过滤器管的顶部部分可固定在凸缘上，流体可经由该凸缘中的开口从该凸缘通过。每个过滤器管都可具有密封的底部和多孔的外表面(其充当过滤介质)，多孔的外表面在筛选非期望的固体物质的同时允许流体流过。在过滤循环期间，流体流经壳体底部中的下端口进入并被迫使向上流动。由于过滤器管的底部被密封，所以流体流被向上引导并通过过滤器管的多孔侧。碎屑聚集在过滤器管的外表面上，并且经清洁的流体通过介质流动到过滤器管的内部并经凸缘输出至壳体中的上端口。随着碎屑继续聚集在过滤器管上，过滤介质两端的压差会增大。

当达到所选择的时间段或压差时，可发生反冲洗循环。在反冲洗操作期间，流体流或反冲洗流体进入上端口(其通常是壳体的输出部)，从而基本上逆转流体流经过滤器壳体的方向。反冲洗流体的压力使被捕集在过滤器管的外侧上的碎屑松动。碎屑然后被向下清除并经排放线路从壳体的底部端口排出。多壳体式过滤单元中的流动导向器可转换位置以控制用于所选择的过滤器壳体的反冲洗循环的时间。然而，希望有一种控制流动导向器的操作以提供恒定的反冲洗性能的方法。

以下描述和附图说明了设计成提供更可靠的对反冲洗过程的控制和更恒定的反冲洗性能的反冲洗过滤器系统。图1和2示出了外部反冲洗过滤单元10，而图3和4示出了内部反冲洗过滤单元10。适合本教示的过滤单元10的一个类型的细节在共同受让的美国专利No.5,792,373中公开，该专利的公开内容通过引用整体并入本文中。注意到，美国专利No.5,792,373所示的系统包括在各壳体中的独立的阀，而根据本教示的一个方面的单元10具有共享的流动导向器和排出阀，下文将对此进行更详细的描述。在本发明的单元10中，过滤器壳体12可以任何期望的取向布置。在图1和2所示的示例中，过滤器壳体12竖直地取向并环绕中央毂部16布置。本领域的普通技术人员将理解的是，还可以有其它过滤器壳体12布置方式而不脱离本发明的范围。

参照图5A和5B，每个过滤器壳体12都包括长形的大致圆筒形的过滤器外壳13，其经下端口14接收待通过过滤器介质元件、诸如过滤器元件15过滤的液体。下端口14通过接收最终经过滤器壳体12过滤的工艺流体(过程流体)而在过滤循环期间用作输入端口。下端口14还通过将来自过滤器壳体12的流体和碎屑朝向如图1所示的排放端口17清除而在反冲洗循环期间用作输出端口。

外壳13还可以具有上端口19。上端口19通过在工艺流体已由过滤器壳体12过滤之后输出清洁的工艺流体而在过滤循环期间充当输出端口。上端口19还可通过接收反冲洗流体用以使过滤器单元中的碎屑松动并将碎屑向下迫压到下端口14以便碎屑可从过滤器壳体12中被冲出而在反冲洗循环期间充当输入端口。用于各过滤器单元12的下端口14和上端口19可具有相关联的阀(未示出)、例如双向阀，以控制流体流进流出过滤器壳体12。

如图1所示，过滤器壳体12可以与上总管20和下总管22连接。上总管20可具有上工艺流体端口23，而下总管22可具有下工艺流体端口24。图1示出了外部反冲洗过滤单元10，因此上总管20还可以包括可与外部反冲洗流体源连接的反冲洗流体输入端口25，并且下总管22可以包括排放端口17。在内部反冲洗系统、诸如图3和4所示的系统中，可以省略反冲洗流体输入端口25。在本教示内容的一个方面，工艺流体端口23和24、反冲洗流体输入端口25和排放端口17通过电控阀开闭。在本教示内容的一个方面，所述阀可以是在由控制器26以任何已知方法激励时打开的常闭阀。

图5A和5B更详细地示出了用于过滤器壳体12的一个可能的结构。图5B是过滤器壳体12的外视图，而图5A是沿图5B的线A-A截取的剖视图。注意到，一般地，过滤器壳体12包括两个嵌套的管状件：外壳13和过滤器元件15。外壳13和过滤器元件15本身的具体构型对本教示内容而言并不是关键的；单元10可以使用任何过滤器壳体12构型而不脱离本教示内容的范围。以下描述概述了在共同受让的美国专利No.5,785,870中更详细地描述的过滤器壳体12的构型的一个可能的类型，该美国专利的公开内容通过引用整体并入本文中。

在本教示内容的一个方面，过滤器元件15可以是由多孔材料——诸如适合用于工业过滤的槽楔形线、穿孔金属板、金属丝布/筛布网、烧结金属、多孔陶瓷或其它多孔材料——形成的圆柱体。在本教示内容的另一方面，过滤器元件15包括过滤流体流的多个长形圆柱状过滤棒。过滤棒可以成圆形排列布置以形成大致圆柱形的框架。薄金属包裹层(wrap)可以紧密配合螺旋形方式卷绕在过滤棒周围。该薄的螺旋形包裹层在其各个绕圈之间限定出间隙空间，所述间隙空间用作过滤棒的供工艺流流过的孔隙。因而，包裹层充当过滤器元件15的过滤器介质。本领域的技术人员将理解过滤器壳体12中的过滤器元件15还可以具有其它构型而不脱离本发明的范围。

过滤器壳体12可具有带凸缘32的罩盖30，该凸缘经由螺栓连接、螺纹连接或其它连接附接至外壳13上的相应凸缘34。罩盖30可提供形成上端口19的结构。凸缘32将下端口14与上端口19隔离并迫使流体流过过滤器壳体12和过滤器元件15。在凸缘32、34之间可配置有密封件(未示出)，以防止流体从单元12中旁流而出。替换地或另外，过滤器元件15可具有提供凸缘32、34之间的密封的密封凸缘35。端盖36可附接至外壳13的底部并形成下端口14。现在将更详细地说明整个过滤单元10的结构和操作。给定的过滤单元10可以具有任何数量的共同连接至中央毂部的过滤器壳体12，所述中央毂部具有选择性地将过滤器壳体12与排放端口17连接的流动导向器40。如上所述，工艺流体或反冲洗流体根据具体的过滤器单元12的当前操作(即，正常或反冲洗操作)针对该给定单元12沿不同方向被引导通过端口14、17、19。反冲洗过程流体可以经由流动导向器40按顺序通过过滤器壳体12，以使反冲洗可以针对给定的过滤器壳体12发生而不中断其它过滤器壳体12的过滤操作。换言之，在所选择的过滤器壳体12经历反冲洗循环时，其它过滤器壳体12继续在过滤循环中工作而不中断。

在图1和2所示的外部反冲洗系统示例中，该系统可包括两个反冲洗流动导向器40、40a，其中一个流动导向器40a位于上总管20中且另一个流动导向器40位于下总管22中。两个流动导向器40、40a都通过伺服机构42以协调、受控的方式转动，以使这两个流动导向器与给定的待反冲洗的过滤器壳体12对准。下流动导向器40在过滤器壳体12、上端口19和反冲洗流体输入端口25之间创建流动路径。注意到，反冲洗流动在反冲洗排放阀(未示出)打开且流动可以从高流体压力区域、诸如外部反冲洗流体源44移动到低压区域、诸如排放槽41之前不会发生。

在图3和4所示的内部反冲洗示例中，该系统仅需一个位于下总管22中的反冲洗流动导向器40。当流动导向器40转动到待反冲洗的给定过滤器壳体12时，在下端口14与排放端口17之间形成了流动路径。在反冲洗排放阀(未示出)打开之前不会发生反冲洗流动。当反冲洗排放阀打开时，上总管20中的流体与排放槽41中的流体之间的压差将驱动从其它过滤器壳体12流出的清洁流体流过正被冲洗的过滤器元件15并从排放槽41流出。

换言之，在本教示内容的一方面，流动导向器40通过例如将下端口14与工艺流体源封离来防止工艺流体在反冲洗期间进入所选择的过滤器壳体12。如上所述，从上端口19进入的反冲洗流体迫使反冲洗流体反向流过过滤器壳体12，从而使碎屑松动并向下迫压碎屑。在本教示内容的一方面，反冲洗流体被加压，以使该反冲洗流体在其流入过滤器壳体12时震动从过滤器管15松动的碎屑。流动导向器40还可使所选择的过滤器壳体12与排放槽41相通，以允许松动的碎屑从过滤器壳体12排出。对于外部反冲洗应用而言——其中反冲洗流体来自外部源44；也可由其自身的相关伺服机构42a控制的单独的流动导向器40a可配置在过滤器壳体12的顶部，以控制工艺流体的输出和/或反冲洗流体的输入。对于其中工艺流体还用作反冲洗流体的内部反冲洗应用而言，可以省略单独的流动导向器40a。

一旦用于所选择的过滤器壳体12的反冲洗工序完成，流动导向器40就转换位置，从而允许所选择的过滤器壳体12(此时已清洁)与工艺流体源重新连接并恢复该单元内的工艺流体的过滤。根据反冲洗工序的具体时间，流动导向器40可转动以使该流动导向器不与任何壳体12对准从而使所有壳体12都能用于过滤。当要反冲洗另一个过滤器壳体12时，流动导向器40转动以将该另一个过滤器壳体12的下端口14与工艺流体源封离，从而如上所述地启动该过滤器壳体12中的反冲洗循环。连续不断的反冲洗循环之间所经过的时间取决于伺服机构42用来控制流动导向器40的参数，所述参数可以由使用者基于单元10的期望操作来选择。

在本教示内容的一个方面，伺服机构42通过在一经过时间(例如，若干秒)之后转换流动导向器40的位置来控制流动导向器40的操作，以启动新的过滤器壳体12的反冲洗循环。替换地，伺服机构42可基于检测出的过滤介质、如过滤器元件15两端的压差来转换位置，以提供闭环反馈控制。例如，伺服机构42可设计成基于指示支承流动导向器40的轴杆的转动位置或角位置的转矩、温度和/或数据来操作该流动导向器40。本领域的普通技术人员将理解的是，可以使用合适的传感器和信号来提供经由闭环反馈控制流动导向器40的数据。例如，流动导向器40的位置可以由接近开关或转动编码器监控，而转矩和温度可以由伺服机构42中的传感器监控。

通过基于来自过滤系统10的反馈控制流动导向器40，伺服机构42可以提供恒定的反冲洗性能并提供用于预防性维护和故障排解的有用数据。注意到，使用伺服机构42来控制流动导向器40提供了比过去已知的系统更多的选择。例如，流动导向器40可以被控制成不按顺序反冲洗过滤器单元12、改变每个反冲洗循环的时长(例如，基于各过滤器壳体12所需的清洁量来定制循环)、和/或加入其它策略以最大限度地提高反冲洗操作的效率。

图6是示出了根据本教示内容的一个方面的用于六工位(station)外部反冲洗过滤单元10——如图1和2所示的单元——的反冲洗循环50的图表。注意到，图6中的图表假设了单元10是具有通过常闭阀开闭的反冲洗输入端口25的外部反冲洗单元10。图7是示出了用于不具有单独的反冲洗输入端口的内部反冲洗过滤单元10、如图3和4所示的单元的反冲洗循环50的类似图表。即使外部反冲洗单元和内部反冲洗单元的结构略有不同，但对于两个系统10而言，排放阀16、伺服机构42和流动导向器40的操作是大致相同的。

如上所述，用于给定的过滤单元10的反冲洗循环50可在例如给定时间段已经过之后或基于监控到的特性(压力、温度、转矩等)而启动52。当该循环启动52时，伺服机构42使流动导向器40转动54以隔离所选择的过滤器壳体12以进行冲洗。接下来，如果单元10为外部反冲洗过滤单元，则单独的伺服机构42a使单独的流动导向器40a移动，直至流动导向器40a也在步骤54使过滤器壳体12连接至反冲洗流体源44。接下来，当排放阀打开时，工艺流体(在内部反冲洗系统中)或反冲洗流体(在外部反冲洗系统中)被迫沿反方向通过所选择的过滤器壳体12以实施反冲洗过程56。该反向的流体流动在过滤器壳体12内产生压力，从而使位于过滤器管15外侧上的碎屑松动，以在过滤器壳体12中向下迫压所述碎屑并使之离开排放槽41。一旦所选择的过滤器壳体12被清洁，伺服机构42(和如果使用的话单独的伺服机构42a)便检查58经过时间和/或操作状态，并且还暂停以允许用于与反冲洗输入端口25(如果使用的话)和排放端口17相关的阀关闭的时间。如果满足期望的时间和/或操作状态，则在步骤60使流动导向器40(和如果使用的话单独的流动导向器40a)转动直至其将另一个待反冲洗的过滤器壳体12连接至排放槽41以开始新的循环。如上所述，伺服机构42可以基于任何期望的过滤单元10参数来控制流动导向器40的转动并因此控制反冲洗循环的操作。转动步骤54/反冲洗步骤56/暂停步骤58共同形成用于给定的过滤器壳体12的完整的反冲洗循环62，并且可以对如图5所示的单元10中的每个过滤器壳体12重复该循环62。一旦过滤器壳体12全都已清洁，伺服机构42便使流动导向器40转动回到复位位置(步骤64)并且致动66复位开关以指示反冲洗过程的完成。

应该了解的是，以上本教示内容在性质上仅仅是示例性的且并非旨在限制本教示内容、其应用或用途。虽然已在说明书中描述并在附图中示出特定示例，但本领域的普通技术人员应该理解的是，可做出各种变更并且可用等效方案代替其要素而不脱离如权利要求中所限定的本教示内容的范围。此外，在此清楚地设想各个示例之间的特征、要素和/或功能的混合和匹配以使得本领域的普通技术人员将由本发明理解一个示例的特征、要素和/或功能可酌情结合在另一示例中，除非上文以其它方式进行了描述。而且，可做出许多改型以使具体情形或材料与本发明的教示内容相匹配而不脱离本发明的实质范围。因此，本教示内容不应当局限于作为目前为实施本发明的教示内容而设想的最佳模式而通过附图所示并在说明书中描述的特定实例，相反，本发明的范围将包括处于前文的描述和所附权利要求的范围内的任何实施方式。

Claims (14)

1.一种过滤单元，包括：

多个过滤器壳体，每个过滤器壳体都具有

具有下端口和上端口的圆筒形外壳，和

过滤器元件，其中所述下端口和上端口在过滤循环期间引导流体沿第一方向通过过滤器单元并在反冲洗循环期间引导流体沿第二方向通过所述过滤器壳体；

流动导向器；以及

操作性地联接至所述流动导向器的伺服机构，其中所述伺服机构使所述流动导向器转动以选择性地将所述多个过滤器壳体中的至少一个过滤器壳体联接至排放端口用于所述反冲洗循环。

2.根据权利要求1所述的过滤单元，其特征在于，所述第一方向是从所述下端口到所述上端口，所述第二方向是从所述上端口到所述下端口。

3.根据权利要求1所述的过滤单元，其特征在于，所述过滤单元还包括：

具有工艺流体输出端口的上总管；和

具有所述排放端口的下总管。

4.根据权利要求3所述的过滤单元，其特征在于，所述下总管还包括工艺流体输入端口，并且所述工艺流体输入端口和所述排放端口各自形成独立的流体流动线路。

5.根据权利要求3所述的过滤单元，其特征在于，所述上总管还包括能联接至反冲洗流体源的反冲洗流体输入端口。

6.根据权利要求5所述的过滤单元，其特征在于，所述过滤单元还包括：

第二流动导向器；和

控制所述第二流动导向器的第二伺服机构，其中所述伺服机构使所述流动导向器转动以选择性地将多个过滤器单元中的至少一个过滤器单元的上端口联接至所述反冲洗流体源用于所述反冲洗循环。

7.根据权利要求1所述的过滤单元，其特征在于，所述伺服机构基于过滤系统的操作特性和经过时间中的至少一者使所述流动导向器转动。

8.根据权利要求7所述的过滤单元，其特征在于，所述操作特性是从由压力、温度、转矩和流动导向器位置组成的组中选择的至少一者。

9.根据权利要求7所述的过滤单元，其特征在于，所述操作特性是所述过滤器元件两端的压差。

10.一种用于清洁过滤单元的方法，所述过滤单元具有：多个过滤器壳体，每个过滤器壳体都包括圆筒形外壳和过滤器元件，所述圆筒形外壳具有下端口和上端口，其中所述下端口和上端口在过滤循环期间引导流体沿第一方向通过所述过滤器壳体并且在反冲洗循环期间引导流体沿第二方向通过过滤器单元；流动导向器；和操作性地联接至所述流动导向器的伺服机构；所述方法包括：

经由所述伺服机构使所述流动导向器转动，以选择性地将所述多个过滤器壳体中的至少一个过滤器壳体联接至排放端口用于所述反冲洗循环；

沿所述第二方向引导流体；

经所述排放端口排出流体；以及

对所述多个过滤器壳体中的所述至少一个过滤器壳体中的另一个过滤器壳体重复所述转动步骤、引导步骤和排出步骤。

11.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，所述方法还包括评估操作特性，其中基于该操作特性实施所述转动步骤。

12.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述操作特性是从由压力、温度、转矩和流动导向器位置组成的组中选择的至少一者。

13.根据权利要求11所述的方法，其特征在于，所述操作特性是所述过滤器元件两端的压差。

14.根据权利要求10所述的方法，其特征在于，基于经过时间实施所述转动步骤。