CN107660255A - 高压流体系统 - Google Patents

Abstract

一种用于输送高黏性流体的系统，其包括变速泵。流体泵送通过其的回路包括环路，该环路具有来自回路的多个流体排出管。控制器控制泵的运行和速度，(i)使得泵在高压模式下在回路中泵送流体，其中流体从泵通过环路的两端流到流体排出管。在高压模式期间，控制器控制泵的速度以保持回路中的流体的压力。控制器还控制泵的运行和速度，(ii)使得在没有使用任何流体排出管的时段期间，泵在低压模式下泵送流体围绕回路。

Description

高压流体系统

技术领域

本发明涉及一种高压流体系统。更具体地，本发明涉及一种用于输送诸如胶泥等浓稠、高黏性的材料的系统。

背景技术

胶泥材料越来越多地用作产品制造设备中的密封剂，特别是在汽车制造中。通常，产品在移动历经制造过程的不同阶段(例如生产线上的不同站点)时，胶泥材料将被施用到产品(例如车辆的部件)上。当需要施用胶泥时，操作人员将简单地拿起胶泥施用枪，该胶泥施用枪连接到胶泥回路上的排出管，其中胶泥在高压下提供给该排出管。高压由泵提供。常规地，所使用的泵是液压或气动容积式泵。

然而，因为胶泥是非常浓稠且粘性的，从常规泵可获得的容量和压力意味着回路必须很短，使得胶泥泵和泵送的胶泥材料的储存器的位置迄今必须靠近排出管所在的站点。另一问题是，如果流体静止不动时间过长(例如隔夜或在车间设备不使用的周末)，流体趋向于变得越发浓稠，甚至会凝固。在大型生产线上，这些问题意味着大量的胶泥泵送回路以及相应的大量泵和存储容器(储存器)已靠近使用胶泥的点安装。

其他高黏性流体，例如环氧材料或其他类型的粘合剂，也可能出现类似的问题。

因此，构想出本发明以提供克服或缓解上述问题的改进的高压流体输送系统。

发明内容

根据本发明的第一方面，提供了一种用于输送高黏性流体的系统。所述系统包括变速泵。流体泵送通过的回路包括环路，所述环路具有来自回路的多个流体排出管。控制器控制泵的运行和速度，(i)使得所述泵在高压模式下在回路中泵送流体，其中流体从泵通过环路的两端流到流体排出管。在高压模式期间，控制器控制泵的速度以保持回路中的流体的压力。控制器还控制泵的运行和速度，(ii)使得在没有使用任何流体排出管的时段期间内，所述泵在低压模式下泵送流体围绕回路。

在高压模式下运行系统具有的优点是，在制造区域中使用的所有排出管都可获得高压流体。在低压模式下运行系统具有的优点是，例如在当制造区域中的设备闲置的时间段内，流体仍保持围绕系统移动。

在第一方面的实施例中，在低压模式下，流体从泵流过环路的第一端，并通过环路的第二端流出。

在第一方面的实施例中，系统安装在制造设备中，其中流体排出管位于产品制造区域中的位置。

在第一方面的实施例中，变速泵位于增压站处，并且该泵具有用于接收来自中压泵送站的流体的入口。

在第一方面的实施例中，中压泵送站包括柱塞单元。柱塞单元确保流体受迫进入泵的入口，使得泵被适当地起动。

在第一方面的实施例中，系统还包括用于感测泵的出口处的流体压力的出口压力传感器。出口压力传感器向控制器提供表示感测压力的信号，并且控制器基于感测的出口流体压力来控制泵的速度。

在第一方面的实施例中，系统还包括压力开关，其响应于泵的出口处的流体压力以确认泵的运行正提供低于泵的最大工作压力的流体压力。

在第一方面的实施例中，变速泵是交流马达驱动的容积式泵。

在第一方面的实施例中，交流马达通过逆变器驱动。优选地，逆变器具有矢量驱动控制，其可以是闭环矢量驱动控制。

根据本发明的第二方面，提供了一种操作高黏性流体输送系统的方法。所述系统包括回路、变速泵以及来自回路的多个流体排出管，其中所述流体泵送通过所述回路。所述方法包括第一步：(i)控制泵的运行和速度，使得所述泵在高压模式下在回路中泵送流体，以向排出管提供加压流体。在高压模式期间，控制泵的速度以保持回路中的流体的压力。所述方法包括第二步：控制泵的运行和速度，使得在没有使用任何排出管的时段期间，泵在低压模式下泵送流体围绕回路。

在第二方面的实施例中，流体排出管是来自回路中的环路的排出管，并且在高压模式下，流体通过环路的两端泵送到环路中。

在第二方面的实施例中，在低压模式下，流体被泵送通过环路的第一端，并通过环路的第二端流出。

在第二方面的实施例中，所述系统包括监测泵的出口处的流体的压力的压力传感器。所述方法还包括下述步骤：在高压模式下，通过压力传感器检测泵出口处的流体压力下降到低于预设流体压力。所述方法还包括在高压模式下，启动泵或提高泵的速度，以及将泵出口处的流体的压力恢复到预设值。

在第二方面的实施例中，所述方法还包括下述步骤：使用压力传感器检测泵出口处的流体已恢复到预设值。所述方法还包括以下步骤：将泵的速度降低至零，并且在泵处于零速度的同时，使用泵以在预定时间段内保持流体上的力。

根据本发明的第三方面，提供了一种用于输送高黏性流体的系统。所述系统包括：中压泵送站；增压站，其包括：变速泵，所述变速泵具有接收来自中压泵送站的流体的入口；回路，所述流体泵送通过所述回路；来自回路的多个流体排出管；以及控制器。所述控制器控制泵的运行和速度，(i)以在高压模式下在回路中泵送流体，从而将加压流体提供给排出管，并且其中控制器控制泵的速度以保持回路中的流体的压力，以及(ii)以在没有使用任何流体排出管的时段期间，在低压模式下泵送流体围绕回路。

中压泵送站可包括柱塞单元。

根据本发明的第四方面，提供了一种操作高黏性流体输送系统的方法。所述系统包括：中压泵送站、增压站、回路，以及来自回路的多个流体排出管，其中所述增压站包括变速泵，流体泵送通过所述回路。所述方法包括：(i)将流体从中压泵送站泵送到增压站；(ii)控制变速泵的运行和速度，以在高压模式下在回路中泵送流体，以将加压流体提供至排出管，并且控制变速泵的速度以保持回路中的流体的压力，以及(iii)控制变速泵的运行和速度，以在不使用任何流体排出管的时段期间，在低压模式下泵送流体围绕回路。

附图的简要说明

图1是根据本发明各方面的制造设备中的高压流体输送系统的示意图。

图2a示出了图1的布局，其中用于高压运行模式的流动路径突出显示。

图2b示出了图1的布局，其中用于低压再循环运行模式的流动路径突出显示。

图3是示出图1的系统的增压站的更多细节的示意图，包括高压泵和相关的控制。

图4是高压容积式泵的图示。

参照图1，示出了适于输送诸如胶泥等流体的高压系统的示例性实施例的示意图。该系统包括流体围绕其流通的回路20。多个泵24、26用于泵送流体。如图所示，泵布置在两个泵送阶段。第一泵送阶段包括工作中压泵送站23，其包括两个中压泵24a、24b。

如图1中所示，中压泵送站23是柱塞单元的形式，其中安装了包含胶泥流体的容器22(通常为圆柱形)。泵24a、24b安装在固定位置中，其最初在充满的容器22的顶部上。当泵送流体时，柱塞27向容器22内的流体施加压力，使得流体受迫进入泵24a、24b的入口，从而确保泵被适当地起动。通常，一对这样的中压泵送站23将一前一后地工作，其中，在任何时候，一个站泵送，另一个则处于待机状态。通常，工作中压泵送站23将运行，直到柱塞单元到达其行程的顶部并且容器22几乎为空。这时，待机的中压泵送站将接替而(先前)工作站23中的容器22得到补充或替换为充满的容器。

第二泵送阶段用作增压站25，其包括高压泵26，下文将更详细地说明其中的示例。第二泵送阶段具有出口29，流体通过该出口泵送到回路20中和/或围绕回路20。

回路20还包括环路30，环路30通常围绕制造区域31并具有排出管32，每个排出管32通向线路34，操作员或诸如机器人等受控机器可从线路34操作涂施器(未示出)，比如胶泥枪，以在制造区域31中的产品部件需要时施用流体。回路20包括返回线40，其从环路30返回至中压泵送站23。连接阀36设置在环路30的起始点(在泵26的出口29之后的点)与返回线40之前的环路的端部之间的短连接线中。返回线40中的截止阀38可关闭，以防止环路30和返回线40之间的流动。

该系统配置为在高压模式或低压再循环模式下运行。在高压模式下，连接阀36打开，截止阀38关闭。图2a示出了图1的布局，其中用于高压运行模式的流动路径突出显示。在该模式下，泵将流体从两端泵送到环路30中。这确保了在制造区域31中使用的所有排出管32处都可获得高压流体。

在低压再循环模式中，连接阀36关闭，截止阀38打开。在该模式下，泵以较低压力泵送流体围绕环路30，并通过打开的截止阀38和返回线40回到中压泵送站23。图2b示出了图1的布局，其中用于低压再循环运行模式的流动路径突出显示。这确保了例如在制造区域31中的设备闲置期间，流体仍保持围绕系统移动。

在替代布置中，在高压模式下，流体在一个方向上——比如，只从一端，被泵送到环路中并围绕环路。在这种情况下，截止阀38保持关闭，并且连接阀36也是关闭的(或者可完全省去)。

系统的运行通过控制器28控制。控制器28控制泵26的速度，以在正使用一个或多个排出管32的时段期间以高压模式泵送流体/胶泥围绕回路20。在该模式下，控制器控制泵26的速度以保持环路30中的流体/胶泥的压力。控制器还控制泵26以在没有使用任何排出管32的时段期间以低压模式泵送流体/胶泥围绕回路20。

图3示出了具有高压泵26的增压站25的更多细节。高压泵26通常可以是具有在缸内往复运动以泵送流体的活塞的容积式泵。活塞由驱动单元42驱动(下面将结合图3中所示的泵描述其示例)。驱动单元联接到变速马达43，其在下面描述的图4的示例中是交流马达。马达的运行和速度由容纳控制器(诸如可编程控制器、计算机等)和逆变器的控制面板28控制。如图3中所示，泵26、驱动单元42和马达43被支撑在基底安装框架41上。

泵26具有入口44，通过入口44从中压站23(见图1)接收流体，泵26还具有如上参照图1所述的出口29。入口压力传感器45监测泵入口44处的流体压力。出口压力传感器46监测泵出口29处的流体压力。入口压力传感器45确保在泵26开始泵送(即，泵26起动)之前入口44处的流体中有足够的压力。在泵出口处还有压力开关47，其提供安全特征，以确保如果泵的某个最大压力出现，泵不在高压模式下继续泵送。来自压力传感器45、46和压力开关47的信号被提供给控制面板28中的控制器。在泵入口44前的阀48和泵出口29处的另一阀49可用于隔离增压站(例如用于维护或修理目的)。

注意的是，当在高压模式下运行时，可能会存在若干较短时段，在此期间制造区域中的生产不需要或很少使用流体/胶泥。在这样的时段，泵，特别是高压泵26，可能需要以极其低的速度运行，或者甚至静止，同时仍然向流体/胶泥施加压力。下面描述的泵已开发为特别适用于这种类型的操作。然而，在类似于图1所示的系统中，可使用替代的泵或泵送装置。

参照图1和图2a和图3，在高压模式中，泵26及其控制器将泵26的出口处的压力保持在预设值，该预设值与泵26的流量无关，如在真压闭环控制系统中那样。因此，在正使用流体(例如胶泥)或者流体必须在制造区域31中可供使用的时候，控制器控制泵以保持环路30中的流体压力。如果出口压力传感器46检测到压力下降，则控制器启动泵26，或者如果泵26已经在运行，则增加泵26的速度以将出口压力恢复到预定值。当制造区域31中的排出管34处实际上正使用流体时，马达43驱动驱动单元42以移动泵26中的活塞并使流体被泵送到环路30中。当停止使用排出管34时，控制器仍然在短时间内向马达供电，以在驱动单元上施加扭矩，该扭矩转化为泵26中的活塞上的力，以便保持环路30中的流体的压力。如果传感器46检测的出口压力没有进一步下降，则控制器关闭泵26。当运行模式保持高压模式时，如果出口压力传感器46检测到压力下降到预设值以下，则控制器将重新启动泵26。

参照图1和图2b和图3，在低压模式中，泵26仅需要在流体中提供足够的压力，以使其围绕环路30流动并且通过打开的阀38和返回线40回到中压站23。这确保流体保持移动并且不会在管线中变浓稠或凝固，但是由于不需要高压，因此泵消耗的能量较少。

参照图4，示出了特别适用于上文结合图1所描述的泵26的类型的示例性容积式泵50的等距视图。泵50是申请人的共同未决专利申请GB1502686.7中描述的类型的泵的示例。

如图4中所示，容积式泵50具有3个缸体52a、52b、52c，其中每个缸体具有布置为在其内部往复运动的相应的活塞(不可见)。缸体52a、52b、52c形成在泵体54中，其中形成有用于连接到待泵送的流体的供应器的入口通道58以及泵送出流体的出口通道56。泵体54内还设置有止回阀，每个缸体具有相关联的入口止回阀和相关联的出口止回阀，这确保当活塞在缸体内移动时，流体在一个方向上流入和流出泵。

容积式泵50示出为安装到框架59，框架59还支撑变速交流马达驱动器60和控制面板65，变速交流马达驱动器60经由齿轮箱63向凸轮装置62提供旋转驱动。凸轮装置62向缸体52a、52b、52c中的活塞提供往复驱动。在往复循环期间，活塞经过吸入冲程和泵送冲程。在缸体(例如缸体52a)的吸入冲程期间，缸体52a内的活塞向上移动。活塞的抽吸打开入口止回阀并关闭与缸体52a相关联的出口止回阀。流体沿着入口通道56，通过相关联的入口止回阀并进入缸体52a中。

在泵送冲程期间，活塞在缸体内向下移动。当缸体52a处于其吸入冲程时，缸体52b、52c中的活塞处于其泵送冲程。缸体52b、52c内的活塞增加了流体的压力，这导致其相关联的入口止回阀关闭，并且其相关联的出口止回阀打开。流体通过出口止回阀并沿着出口通道58泵送出缸体52b、52c。

活塞通过联接到凸轮装置62的变速交流马达60驱动。凸轮的形状设计成使得吸入冲程发生在不超过泵送冲程的一半时间的时间段内。凸轮布置成使活塞彼此错开在不同阶段驱动，使得在旋转循环期间的任何位置，活塞中的至少两个是泵送的。这意味着两倍活塞面积用于对流体施加压力，从而在流体中产生明显高于单个缸体的压力。与通过单个活塞产生等效流体压力的情况相比，这种布置还导致机械力较低。

如上所述驱动凸轮装置以便向活塞提供往复驱动的交流马达60具有带闭环矢量驱动控制的逆变器。对于例如上述在图1所示的系统中所述的泵来说，即使当正使用的胶泥的量非常小(或为零)时，也需要为流体/胶泥提供并保持高压。这意味着图1中的泵26应当能够保持高压，其中即使在不旋转的情况下，交流马达60仍然保持凸轮轴上的扭矩，而只有在交流马达不停止时这才会发生。交流马达60通过逆变器驱动。逆变器使用矢量控制，优选地是闭环矢量控制，其中向逆变器提供信号，从而指示马达的定子和转子的相对位置。

Claims (18)

1.一种用于输送高黏性流体的系统，包括：

变速泵；

回路，所述流体泵送通过所述回路，所述回路包括具有多个流体排出管的环路；以及

控制器，所述控制器控制所述泵的运行和速度，(i)以在高压模式下在所述回路中泵送所述流体，其中，流体通过所述环路的两端从所述泵流到所述流体排出管，并且其中所述控制器控制所述泵的速度以保持所述回路中的所述流体的压力，以及(ii)以在没有使用任何所述流体排出管的时段期间，在低压模式下泵送所述流体围绕所述回路。

2.根据权利要求1所述的系统，其中，在所述低压模式中，流体从所述泵通过所述环路的第一端，并通过所述环路的第二端流出。

3.根据权利要求1或权利要求2所述的系统，其中所述系统安装在制造设施中，其中所述流体排出管位于产品制造区域中的位置处。

4.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述变速泵位于增压站处，所述泵具有接收来自中压泵送站的流体的入口。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述中压泵送站包括柱塞单元。

6.根据前述权利要求中任一项所述的系统，进一步包括用于感测所述泵的出口处的流体压力的出口压力传感器，其中所述出口压力传感器向所述控制器提供表示感测压力的信号，所述控制器基于感测的出口流体压力来控制所述泵的速度。

7.根据权利要求6所述的系统，进一步包括压力开关，其响应于所述泵的出口处的流体压力以确认所述泵的运行正提供低于所述泵的最大工作压力的流体压力。

8.根据前述权利要求中任一项所述的系统，其中所述变速泵是交流马达驱动的容积式泵。

9.根据权利要求8所述的系统，其中所述交流马达由逆变器驱动。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述逆变器具有矢量驱动控制。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述逆变器具有闭环矢量驱动控制。

12.一种操作高黏性流体输送系统的方法，其中所述系统包括变速泵和回路，所述流体泵送通过所述回路，所述回路包括具有多个流体排出管的环路，所述方法包括：

(i)控制所述泵的运行和速度以在高压模式下在所述回路中泵送所述流体，其中所述流体通过所述环路的两端泵送到所述环路中，并且控制所述泵的速度以保持所述回路中的所述流体的压力，和

(ii)在没有使用任何所述流体排出管的时段期间，控制所述泵的运行和速度以在低压模式下泵送所述流体围绕所述回路。

13.根据权利要求12所述的方法，其中在所述低压模式下，所述流体泵送通过所述环路的第一端并通过所述环路的第二端流出。

14.根据权利要求12或权利要求13所述的方法，其中所述系统包括监测所述泵的出口处的所述流体的压力的压力传感器，并且其中在所述高压模式下，所述方法进一步包括：

通过所述压力传感器检测所述泵出口处的流体压力下降到预设流体压力以下；

启动所述泵，或提高所述泵的速度；和

将所述泵出口处的所述流体的压力恢复到所述预设值。

15.根据权利要求14所述的方法，进一步包括：

通过所述压力传感器检测所述泵出口处的所述流体已恢复到所述预设值；

将所述泵的速度降至零；和

当所述泵处于零速度时，使用所述泵以在预定的时间段内保持所述流体上的力。

16.一种用于输送高黏性流体的系统，包括：

中压泵送站；

增压站，其包括具有入口的变速泵，所述入口接收来自所述中压泵送站的流体；

回路，所述流体泵送通过所述回路；

多个来自所述回路的流体排出管；和

控制器，所述控制器控制所述泵的运行和速度，(i)以在高压模式下在所述回路中泵送所述流体，从而将加压流体提供给所述排出管，并且其中所述控制器控制所述泵的速度以保持所述回路中的所述流体的压力，以及(ii)以在没有使用任何所述流体排出管的时段期间，在低压模式下泵送所述流体围绕所述回路。

17.根据权利要求16所述的系统，其中所述中压泵送站包括柱塞单元。

18.一种操作高黏性流体输送系统的方法，其中所述系统包括中压泵送站、包括变速泵的增压站、所述流体泵送通过其的回路，和来自所述回路的多个流体排出管，所述方法包括：

(i)将流体从所述中压泵送站泵送到所述增压站；

(ii)控制所述变速泵的运行和速度，以在高压模式下在所述回路中泵送所述流体，从而将加压流体提供给所述排出管，并且控制所述变速泵的速度以保持所述回路中的所述流体的压力，和

(iii)控制所述变速泵的运行和速度，以在不使用任何所述流体排出管的时段期间，在低压模式下泵送所述流体围绕所述回路。