用于往复式压缩机的气动式无限级阀的制作方法

用于往复式压缩机的气动式无限级阀


背景技术：
技术领域
1.本公开总体上涉及压缩机，并且更特别地，涉及用于往复式压缩机的气缸室的进气阀系统。
2.相关技术的描述
3.往复式压缩机是一种用于对过程气体或流体进行加压和/或压缩的压缩机。典型的往复式压缩机包括气缸或限定气缸或者压缩室的其他本体以及可移动地设置在压缩机中的活塞。往复式压缩机的结构提供了活塞在气缸室内的线性往复移位，以压缩位于气缸室内的过程流体，随后以增加的压力排出过程流体。
4.为了更好地控制压缩机中的最大压力和/或压缩的过程流体的输出速率，往复式压缩机可以包括卸载器，该卸载器提供了可以与气缸室可拆卸地连接的固定体积的室。通常，阀组件控制气缸室与卸载器室之间的流，并且决定了过程流体何时能够在两个室之间移动，以及替代性地决定室何时被密封或彼此隔开。例如，无限级控制(isc)阀系统可以通过保持进气阀打开的时间长于典型循环中的时间以用于卸载往复式压缩机上的进气阀，从而允许过程气体重新进入卸载器上的进气通道。


技术实现要素：

5.简要而言，本公开的各个方面涉及用于往复式压缩机的气缸室的进气阀系统以及利用高压气体源控制进气阀系统的方法。
6.第一方面提供了一种用于往复式压缩机的气缸室的进气阀系统。进气阀系统包括卸载器，该卸载器包括筒形卸载器本体，该筒形卸载器本体绕进气阀系统的中央轴线周向地设置并且具有相反向的围封端部和敞开端部、中央孔和进气通道，该中央孔在筒形卸载器本体内并在围封端部与敞开端部之间延伸并且限定卸载器室，该进气通道由筒形卸载器本体限定并且构造成在中央孔与筒形卸载器本体的外部位置之间提供流体连通。进气阀系统还包括阀组件，该阀组件包括绕进气阀系统的中央轴线周向地设置的筒形阀本体。该阀组件包括相反向的第一端部和第二端部、多个第一阀通道、多个第二阀通道、第一连接通道、第二连接通道、多个进气阀元件和中央孔，多个进气阀元件设置在多个阀元件端口中，中央孔在筒形阀本体的第一端部与第二端部之间延伸并且沿着进气阀系统的中央轴线延伸。阀组件可以设置在筒形卸载器本体的敞开端部处。多个第一阀通道可以在筒形阀本体的第一端部与第一连接通道之间延伸，并且每一个第一阀通道均具有邻近第一连接通道的阀座置表面。多个第二阀通道可以在筒形阀本体的第二端部与第一连接通道之间延伸。第二连接通道可以在筒形阀本体的多个阀元件端口与中央孔之间延伸。每个阀元件端口至少部分地容纳多个进气阀元件中的相应的进气阀元件。每个进气阀元件可以构造成通过向进气阀元件的前部元件部分的前部元件表面和向进气阀元件的后部元件部分的后部元件表面施加差异的(differential)气体压力而在关闭位置与打开位置之间移动。进气阀元件可
以构造成在向后部元件表面施加比前部元件表面处的第一压力更高的第二压力时，进气阀元件与第一阀通道的邻近第一连接通道的阀座置表面断开接合以处于打开位置。进气阀元件可以构造成通过停止向后部元件表面施加更高的压力使得第二压力与第一压力相同而与第一阀通道的邻近第一连接通道的阀座置表面接合以处于关闭位置。进气阀系统还包括控制阀致动器，该控制阀致动器包括绕进气阀系统的中央轴线周向地设置的控制阀本体。控制阀致动器包括相反向的第一端部和第二端部、控制阀本体的控制阀通道、控制元件和控制压力源，该控制阀本体的控制阀通道沿着进气阀系统的中央轴线延伸，该控制元件设置在控制阀通道中，该控制压力源流体地联接至控制阀通道。
7.第二方面提供了一种具有多个压缩级的压缩机。该压缩机包括多个往复式压缩机，每个压缩机对应于压缩机的一压缩级。多个往复式压缩机包括至少一个如上文所描述的高压进气阀系统，至少一个高压进气阀系统设置在对应于压缩机的第一级的第一往复式压缩机的气缸室中。多个往复式压缩机还包括至少一个低压进气阀系统，至少一个低压进气阀系统设置在对应于压缩机的更高级的、比如第二级或者更高级的往复式压缩机中。低压进气阀系统操作成使得当向后部元件表面施加压力比在低压进气阀系统的进气阀元件的前部元件表面处的压力更低的控制气体时，进气阀元件与阀座置表面断开接合。控制气体可以排向第一往复式压缩机的进气口。
8.第三方面提供了一种用于利用高压气体源来控制往复式压缩机的进气阀系统的方法。该方法包括将过程流体从卸载器、流经阀组件、并且流入气缸室中。该阀组件可以包括多个进气阀元件，其中，每个进气阀元件与阀座置表面断开接合以处于打开位置，以用于将过程流体提供成流经阀组件。每个进气阀元件与阀座置表面断开接合以处于打开位置，其中，每个进气阀元件具有前部元件表面和后部元件表面，并且其中，过程流体向每一个前部元件表面施加第一压力。该方法还包括通过将控制阀致动器调节至打开位置，使控制气体从高压气体源流至后部元件表面，其中，控制气体向每一个后部元件表面施加第二压力以保持每一个进气阀元件均与阀座置表面断开接合以处于打开位置，其中，第二压力高于第一压力，并且将控制阀致动器300调节至关闭位置以停止使控制气体流至后部元件表面265，其中，在每一个后部元件表面265处均存在与前部元件表面262处的压力相等的压力，并且将每一个进气阀元件260移动成与阀座置表面224接合以处于关闭位置。
附图说明
9.图1描绘了根据一个或更多个实施方式的示例性进气阀系统的横截面图，该进气阀系统包括卸载器、阀组件和控制阀致动器并且联接至往复式压缩机的气缸室，
10.图2描绘了处于打开状态的阀组件和控制阀致动器的放大图，
11.图3描绘了处于关闭状态的阀组件和控制阀致动器的放大图，
12.图4描绘了进气阀元件的实施方式的放大图，
13.图5描绘了进气阀元件的又一实施方式，
14.图6描绘了进气阀元件的另一实施方式，
15.图7描绘了处于进气阀关闭位置的控制阀致动器的放大图，
16.图8描绘了处于进气阀打开位置的控制阀致动器的放大图，以及
17.图9描绘了控制阀致动器的替代实施方式。
具体实施方式
18.为了便于理解本公开的实施方式、原理和特征，在下文中参照说明性实现方式中的实现方式对本公开的实施方式、原理和特征进行说明。然而，本公开的实施方式并不限于在所描述的系统或方法中使用。
19.在下文中所描述的构成各种实施方式的部件和材料意在说明性的而非限制性的。将执行与本文中描述的材料相同的或类似的功能的许多适合的部件和材料意在被包含在本公开的实施方式的范围内。
20.如在通过参引并入本文中的专利申请us 16/301,197中呈现的无限级阀系统利用气体压力打开和关闭往复式压缩机上的进气阀。该无限级阀系统的设计使用低压气体来控制打开和关闭，使得气缸室中的压力低于用于给定的压缩级的进气压力。具有高于气缸室的压力的进气压力导致气体在压缩机的第一级排出。第一级的排出气体是不期望的，因为气体将必须被送至大气或送至气体将不能通过往复式压缩机使用的所在的回收系统。因此，期望的是用于无限级控制的改进的进气阀系统，在该改进的进气阀系统中不排出气体。在实施方式中，使用低压控制阀元件的进气级阀系统可以通过永久密封控制阀致动器以在关闭状态下存在来修改。进气阀元件也可以被修改成当与阀座置表面断开接合时密封在阀元件端口内。这些修改起不排出低压气体的作用。在下面呈现的另一替代方案使用高压气体来控制进气阀系统。
21.广义而言，本公开提供了一种用于往复式压缩机的气缸室的进气阀系统，该进气阀系统利用来自压缩机的给定级的排放侧的更高压力的气体来使进气阀保持打开和关闭，从而消除对于排出气体的需求。
22.图1描绘了根据一个或更多个实施方式的示例性进气阀系统10的横截面图，该进气阀系统10可以流体地联接至由往复式压缩机(未示出)的气缸18限定的压缩室或气缸室20。进气阀系统10可以用于无限级控制并且可以包括一个或更多个卸载器100、一个或更多个阀组件200以及一个或更多个控制阀致动器300(在图中各示出了其中一个卸载器100、阀组件200以及控制阀致动器300)。阀组件200可以联接至卸载器100和控制阀致动器300并且可以与卸载器100和控制阀致动器300流体连通，并且卸载器100可以联接至控制阀致动器300，如将在下文所讨论的和描述的。
23.卸载器100可以包括筒形卸载器本体110，该筒形卸载器本体110绕进气阀系统10的中央轴线12周向地设置。筒形卸载器本体110可以具有相反向的围封端部112和敞开端部114以及中央孔118，该中央孔118在筒形卸载器本体110内在围封端部112与敞开端部114之间延伸并且限定卸载器室120。筒形卸载器本体110可以具有一个或更多个进气通道116，一个或更多个进气通道116由筒形卸载器本体110限定并且穿过筒形卸载器本体110。每一个进气通道116均可以构造成在中央孔118与筒形卸载器本体110的外部位置或外侧位置之间、以及在卸载器室120与筒形卸载器本体110的外部位置或外侧位置之间提供流体连通。例如，一种或更多种过程流体或气体可以经由导管(未示出)从筒形卸载器本体110的外部位置或外侧位置、穿过进气通道16而传递到卸载器室120内。卸载器室120可以提供固定或恒定的容积，用于在卸载或以其他方式传递到气缸室20之前容纳过程流体。
24.如图l中以及图2至图3中进一步所示，阀组件200可以包括图示为筒形阀本体210的阀本体，该筒形阀本体210绕进气阀系统10的中央轴线12周向地设置。尽管在图1至图3中
图示为筒形，但阀本体在一个或更多个实施方式中可以是非筒形的。阀组件200可以设置在筒形卸载器本体110的敞开端部114处。筒形阀本体210可以具有相反向的第一端部212和第二端部214并且可以由单个整体件式的或两件式的、三件式的或更多件式的诸如含有金属的板形成或者包括单个整体件式的、或两件式的、三件式的或更多件式的诸如含有金属的板。
25.在实施方式中，筒形阀本体210可以是单个整体件。使用单个整体件而不是多件的优点可能在于压力不倾向于使阀本体210分开—这可能造成气体泄漏。在实施方式中，单个整体件可以通过增材制造来制造。
26.筒形阀本体210还可以包括多个第一阀通道220、多个第二阀通道230、一个或更多个第一连接通道240、一个或更多个第二连接通道242、多个进气阀元件260以及中央孔248，多个进气阀元件260设置在多个阀元件端口244中。多个第一阀通道220可以在筒形阀本体210的第一端部212与第一连接通道240之间延伸。多个第一阀通道220可以在与进气阀系统10的中央轴线12平行的竖向方向上延伸。第一连接通道240可以在垂直于进气阀系统10的中央轴线12的水平方向上延伸。
27.现在参照图2和图3，每一个第一阀通道220均可以具有邻近第一连接通道240的阀座置表面224。每一个阀座置表面224均可以构造成接纳进气阀元件260的前部元件部分261。同样地，在阀元件端口244的底部处可以具有后座置表面225，后座置表面构造成接纳进气阀元件260的后部元件部分263。
28.多个第二阀通道230可以在筒形阀本体210的第二端部214与第一连接通道240之间延伸。多个第二阀通道230可以在与进气阀系统10的中央轴线12平行的竖向方向上延伸。第二连接通道242可以在垂直于进气阀系统10的中央轴线12的水平方向上延伸。第二连接通道242可以在多个阀元件端口244与控制阀本体310的控制阀通道320之间延伸。尽管第一阀通道220和第二阀通道230可以在与中央轴线12平行的竖向方向上延伸，但多个第一阀通道220也可以相对于多个第二阀通道230在第一连接通道240处以交错的或偏移的构型延伸。
29.每个阀元件端口244可以包括相应的进气阀元件260，使得进气阀元件260可以至少部分地被容纳在阀元件端口244中并且可以在阀元件端口244内来回移动以与相应的阀座置表面224或相应的后座置表面225接合或断开接合。每个第一阀通道220具有相应的阀座置表面224，该阀座置表面224可以相对于相应的第一阀通道220的相应的轴线256与相应的进气阀元件260和相应的阀元件端口244轴向地对准。可以通过向进气阀元件260的前部元件表面262以及销元件表面265施加差异的气体压力而使每个进气阀元件260在关闭位置与打开位置之间移动。
30.在实施方式中，如在图2至图6中观察到的，进气阀元件260可以是活塞元件。活塞元件260可以包括具有前部元件表面262的前部元件部分261和具有后部元件表面264的后部元件部分263。前部元件表面262和后部元件表面264用于使活塞元件260分别与阀座置表面224和后座置表面225接合和断开接合。活塞元件260可以包括销270和弹簧271，该销270将后部元件部分263连接至前部元件部分261，该弹簧271附接至前部元件部分261。弹簧271使得能够实现前部元件部分261与后部元件部分263之间的相对运动。此外，活塞元件260包括密封/导引衬套组合件272。密封组合件272可以包括弧形中央以允许紧密密封以及允许
销270的角运动。
31.如在图4中观察到的，销270的头部可以被倒圆，使得在销头部与前部部分261和后部部分263之间的接口处分别存在球窝接头。球窝设计允许进气阀元件260在未对准时进行密封。在其他实施方式中，进气阀元件260的设计可以包括压配合式接头，如在图5中观察到的。销元件的压配合式接头与包括球形表面的前部元件表面262一起使活塞元件260能够容易地将其本身居中于阀座置表面224中以形成密封。在图6中所示的另一实施方式中，进气阀元件260包括单个件，该单个件通过分裂开的密封件273在端口244内居中并且具有弹簧271，该弹簧271在端口244中延伸，从而将后部元件部分263附接至后座置表面225。
32.现在参照图2，当向销元件表面265施加相比于前部元件表面262而言更高压力的气体时，进气阀元件260可以移动成与第一阀通道220的邻近第一连接通道240的阀座置表面224断开接合以处于打开位置。此外，当向销元件表面265施加更高压力的气体时进气阀元件260的后部元件部分263将与后座置表面225接合。由于在后销头部与后部元件部分263之间形成差异区(differential area)，这允许更高压力的气体形成向下的力，因此进气阀元件260与阀座置表面224断开接合。
33.现在参照图3，当停止使更高压力的气体流至销元件表面265时，进气阀元件260可以移动成与第一阀通道220的邻近第一连接通道240的阀座置表面224接合以处于关闭位置。销元件表面265暴露于来自压缩机气缸20的更低压力的气体。然后将在后部元件263上存在相等的压力。此外，进气阀元件260的后部元件部分263将与后座置表面225断开接合以处于关闭位置。当阀元件260处于关闭位置时，气缸室20中的压力增加。
34.筒形阀本体210的中央孔248可以在第一端部212与第二端部214之间延伸并且沿着进气阀系统10的中央轴线12延伸。中央孔248可以包括控制阀致动器300的设置在中央孔248中的至少一部分。例如，如在图2和图3中所描绘的，控制阀致动器300的一部分可以从筒形阀本体210的第一端部212延伸至第二连接通道242或者邻近第二连接通道242。中央孔248还可以包括一个或更多个端口280，一个或更多个端口280在第二连接通道242与进气阀系统10之间延伸并且与第二连接通道242和进气阀系统10流体连通，如在图7至图8中所描绘的。
35.控制阀致动器300可以包括控制阀本体310，该控制阀本体310绕进气阀系统10的中央轴线12周向地设置，并且该控制阀致动器300可以具有相反向的第一端部312和第二端部314。控制阀本体310可以包括控制阀通道320，该控制阀通道320延伸穿过控制阀本体310的至少一部分。控制阀本体310和控制阀通道320可以沿着进气阀系统10的中央轴线12延伸。控制阀致动器300还可以包括阀元件350，该阀元件350设置在控制阀通道320中。控制阀元件350可以包括一个或更多个杆348，一个或更多个杆348联接至控制阀元件350。控制阀元件350可以经由一个或更多个控制器302控制成沿着进气阀系统10的中央轴线12侧向地移动，控制阀致动器300可以是或者包括直接螺线管、气动螺线管、液压螺线管或其任何组合。
36.一个或更多个控制压力源360可以联接至控制阀致动器300并且经由控制阀通道320在点332处与控制阀致动器300流体连通，如在图l中所描绘的。控制压力源360可以容纳一种或更多种控制气体或流体，一种或更多种控制气体或流体可以用于向每个销元件表面265施加加压气体以用于将与阀座置表面224断开接合的每一个进气阀元件260保持在打开
位置。控制压力源360可以流体地联接至控制阀通道320，使得可以有规律地控制点332处的控制气体的压力以使任何泄漏最小化或者可以允许在控制阀通道320的内部保持控制压力。在实施方式中，所使用的控制气体可以是来自气缸室20的处于排放压力的气体，该排放压力高于进气气体压力。管线可以将气缸室20与控制压力源360流体地连接，使得来自气缸室20的气体可以被用于向销元件表面265施加更高压力的气体。
37.现在参照图7和图8，图7和图8描绘了控制阀致动器300的控制阀元件350的放大图，进气阀系统10还可以包括第一阀座置表面322和第二阀座置表面282，该第一阀座置表面322设置在控制阀本体310上、与控制阀元件350和控制阀本体310的控制阀通道320轴向对准并且邻近第二连接通道242，该第二阀座置表面282设置在筒形阀本体210上、与控制阀元件350和筒形阀本体210的中央孔248轴向对准并且邻近第二连接通道242。控制阀元件350可以是往复式提升阀元件、旋转阀元件、或者一种或更多种其它类型的阀元件。
38.控制阀元件350可以具有相反向的第一表面352和第二表面354。控制阀元件上的下部表面或者第二表面354可以构造成与设置在筒形阀本体210上的第二阀座置表面282接合，从而在端口280处关闭、禁止或以其他方式停止第二连接通道242与气缸18的气缸室20之间的流体连通，并且打开、允许或以其他方式使得能够实现第二连接通道242与控制压力源360之间的流体连通，如在图8中所描绘的。控制阀元件350的上部表面或者第一表面352可以构造成与设置在控制阀本体310上的第一阀座置表面322接合，从而关闭、阻止或以其他方式停止第二连接通道242与控制压力源360之间的流体连通，并且打开、允许或以其他方式使得能够实现第二连接通道242与气缸的气缸室20之间的流体连通，如在图7中所描绘的。
39.在图9所示的替代实施方式中，可以利用进气阀系统10外部的阀元件400而不是利用设置在阀组件200内的控制阀元件350来控制到阀端口244的更高压力的气体的流动。在该实施方式中，气动继电器410可以设置在控制阀通道320内以控制到阀端口244的更高压力的气体的流动。利用外部的阀元件400消除了阀本体210内的更复杂的控制阀元件350。
40.在图l的视图中，一种或更多种过程流体或气体可以从筒形卸载器本体110的外部位置或外侧位置、穿过进气通道116而传递到卸载器室120和多个第一阀通道220内。下面在图2和图3的视图中将进一步讨论和描述从卸载器室120和多个第一阀通道220经过并且进入气缸室20的过程流体的流动路径。
41.图2描绘了根据一个或更多个实施方式的阀组件200和控制阀致动器300的放大图，阀组件200和控制阀致动器300处于进气阀打开位置、比如以用于将过程流体或气体从卸载器室120传递至气缸室20。过程流体可以从卸载器室120和多个第一阀通道220、经阀座置表面224、流入或者以其他方式进入第一连接通道240并且穿过进气阀元件260的前部元件表面262、经多个第二阀通道230、流入到气缸室20中。过程流体可以处于可以被施加至进气阀元件260的前部元件表面262的第一压力下。施加在进气阀元件260的前部元件表面262处的过程流体的第一压力小于施加至销元件表面365的控制气体的第二压力，使得前部元件部分261的前部元件表面262保持与相应的阀座置表面224断开接合。
42.如在图8中描绘的，可以通过保持控制阀元件350与第一阀座置表面322断开接合并且与第二阀座置表面282接合来调节控制气体的第二压力。更具体地，可以通过保持控制阀元件350的第一表面352与设置在控制阀本体310上的第一阀座置表面322断开接合以提
供第二连接通道242与控制压力源360之间的流体连通，并且还保持控制阀元件的第二表面354接合至设置在筒形阀本体210上的第二阀座置表面282来调节控制气体的第二压力。图8中的点232处的第二压力与来自控制压力源360(图1)的且施加至图2的销元件表面265的压力相同。
43.简单地说，图2图示了处于打开位置的进气阀元件260。控制阀元件350被打开，从而允许销元件表面265暴露于更高压力的气体。当进气阀元件260实施为活塞元件时，更高压力的气体在销的后部部分上形成向下的力，从而使进气阀元件260与阀座置表面224断开接合，使得进气阀200处于打开状态。
44.图3描绘了根据一个或更多个实施方式的阀组件200和控制阀致动器300的放大图，阀组件200和控制阀致动器300处于进气阀关闭位置、比如以用于停止过程流体或气体在卸载器室120与气缸室20之间的传递。可以使控制气体流停止，并且可以允许气缸气体流到达后部元件表面264。然后在后部元件表面264处将存在与在前部元件表面262处相等的压力，从而导致前部元件表面262与阀密封表面224接合。
45.在实施方式中，具有多个压缩级的压缩机可以利用本文中所描述的进气阀系统10，该进气阀系统10利用更高压力控制使第一压缩级上的进气阀元件保持打开，而如在us 16/301,197中所描述的利用更低压力控制的进气阀系统使在更高压缩级、比如第二级或者更高级上的进气阀元件保持打开。如前面所提及的，利用更低压力控制的进气阀系统的缺点是将更低压力的气体排到大气，其中更低压力的气体损失并且没有被进一步利用。然而，在利用更低压力控制的进气阀系统位于第二级或更高级上的多级压缩机中，控制气体可以排回到第一级往复式压缩机的进气口。
46.还提供了一种用于利用高压气体源来控制往复式压缩机的进气阀系统10的方法。该方法可以包括使过程流体从卸载器100、流经阀组件200、并且流入气缸室20中。阀组件200可以包括多个进气阀元件260，并且每个进气阀元件260可以与阀座置表面224断开接合以处于打开位置，以用于使过程流体流经阀组件200。每个阀元件260可以具有前部元件表面262和销元件表面265，并且过程流体可以向每一个前部元件表面262施加第一压力。
47.该方法还可以包括使控制气体流动至后部元件表面264。控制气体可以向每一个后部元件表面264施加第二压力，该第二压力可以大于第一压力，以保持每一个进气阀元件260均与阀座置表面225断开接合并且处于打开位置。
48.该方法还可以包括调节控制阀致动器以停止使控制气体流至后部元件表面并且使气缸气体流至后部元件表面265，其中，销元件表面暴露于具有与第一压力相等的压力的气缸气体，使得每一个前部元件表面262与每一个阀座置表面224接合以处于关闭位置。
49.尽管已经以示例性形式公开了本公开的实施方式，但对本领域技术人员来说将明显的是，在不背离如附权利要求中阐述的本发明的精神和范围及其等同物的情况下，可以在本公开的实施方式中进行许多修改、添加和删除。