旋转阀的制作方法

专利名称：旋转阀的制作方法
麟阀
駄领域
本发明涉及一种旋转阀，特别地，本发明涉及一种用于变压吸附系统的旋 转阀。
背景技术：
旋转阀广泛应用于加工工业，用来在可重复进行的循环工艺步骤中将流体 从一个或多个加工源头引导至一个或多个加工目的地。这些阀，也被称为麟
顺序阀，用于循环或可重复进行的工艺中，例如 :变压吸附或变温吸附 行气体分离、舰变浓度吸附鄉彌体分离、，鹏微析離相色齢析、
再生催虹艺、气动^MEJIW^制系统以及其它循环工艺。
广泛应用类型的旋转阀具有平坦的圆形结构，其中平的且带有开口的转子 在平的且带有开口的定子上面同轴地旋转，从而使得定子和转子上的开口 (pons)以预先确定的循环,或，齐或是被阻断。一mm:平的转子表面 在平的定子表面上的直^M配合来JI^封。伟i腊这，的表面需要高的加 工精度以便防止在,面上产生过多泄漏。刚性材料例如金属、陶，减M 常用雅些转子和定子，但是因为驢弓l起的部件磨损或扭曲变形会导驗面 形bt的改变，由此会导致^M表面之间形成的密封件上面产生泄漏。
具有平的圆形旋转密封结构的旋转阀对变压吸附(psa)系统特别有用，
psa系^^用多^F行的以包皿料、压力均衡、 、吹扫和再增压步骤的 ^#循环步^行的吸附床。在一种典 用中，具有多个开口的定子用^!i 用多，附床的进料端一起连^^料气体和0，，同时也连接多个吸附床 的产品端以,压力均衡、吹扫和其它床与床t间的传递步骤。具有多个开口 的转子在定子上密封麟，从而使敏转子旋转从而引导气 动用以进行所
需的psa工艺循环步骤时，定子表面上的开口 ji(W地与转子表面上的开口对齐。 在一种典型的psa循环中，麟阀的内部鹏鄉行psa循环时具有不同 的压力。当psa循环包括IEJE和负压工艺步骤时，如果阀口之间发生泄漏，那 么由连接至多个吸附床的进料端和产品端的多个阀口之间的压差产生的泄漏可能导致出现多,作问题。
旋转顺序阀，其中平的且带有开口的转子在平的且带有开口的定子上面同 轴地旋转，这样定子和转子上的开口以1^fe确定的循环顺序或^f齐或是被阻 断，臓旋转顺序阔棚于在具有多个可重复步骤的循环工艺中弓l导流体。在
此鄉弓阅作为参考的2005年5月8日敬的美国^l抻请11/197,859 (在下 i^iB为，859申请)公开了一种双转子/定子旋转阀系统，其采用单铺向对 准弹魏帮助接合转子表面和定子表面以帮助转子表面和定子表面相互密封， 并防止定子开口和转子开口之间的泄漏。转子开口位于转子表面不同的圆周位 置并在不同的压力下运行。
'859申请中公开的现有fe^中的旋转阀运行期间，开口之间的压差产生了 一个穿过转子和定子配合面的一幽向力。当需要高的运行压力时，需要大的弹 簧力来密封转子和定子以防止泄漏。转动转子所必须的力的大小将与弹簧向定 子压縮转子的力的大/J嗜直接关系。如果在转子和定子之间需要大的弹簧力以 防止泄漏，转动转子就需要大的力。鹏大的力增大了转子的磨损，需要駄 的转子电动机，并增大了转，承磨损。
例如，859申请中发现的现有技术旋转阀1的1布置的分解图如图1所 示。在实际的运行中，阀1的各部件相互劍虫。如同图1中看到的，现有技术 中的旋转阀1包^t料定子10、进料转子20、产品转子30、产品定子40和压 縮弹簧50。现有技术的这^例性实施例中，如图1麻，进料转子20和产品 转子30被容纳在由进料定子10和产品定子40形成的壳体中。
在鄉吸附(PSA)工艺中，吸附床(标出)驗到进料定子10的开口 lla、 llb、 llc、 11d和产品定子40的开口41a、 41b、 41c、 41d。各吸附床(未 示出)的进料端通常ii^到进料定子10的开口lla、 Ub、 llc、 lld，各吸附床 (未示出)的产品端通常^到产品定子40的相应开口41a、 41b、 41c、 41d。
从图1中可看出，进料转子20和产品转子30被构造为互相接合并互锁。 鹏弹簧50布置^a料转子20和产品转子30之间。JB1S弹簧50朝難料定 子10压縮进料转子20以相对进料定子10密封进料转子20。 JBH弹簧10同样 朝着产品定子40 M产品转子30以相对产品定子40密封产品转子30。
已公知的阀1还包括倉辦 料转子20和产品转子30旋转的驱动轴60。 驱动轴60包括主动驱动端62，，主动驱动端被构造为与进料转子20上的配^P件(未示出)接合，其接合方式为当驱动轴60旋转时，进料转子20和产 品转子30同样绕垂直于转子表面的轴旋转，进料转子20和产品转子30内的各 个槽和进料定子10和产品定子40内的^h开口分别对准，以 工艺线路的 预定连接。
已公知的旋转阀1包括多个流体开口和通道，这些开口和通道的作用已 在'859申请中更加充，公开。不需要全部解释具体循环工艺例如PSA的运 行来離阀的运行，本领域駄人员條理解这一点。通常，工徵作包括改 变已公知的阀1的进料转子20和产品转子30的,位置以允许 ^^循环 的流 。下面将对现有M中J辦阀1的运 ^^描述。
当进料转子20和产品转子30旋转到预定位置，转T^面上的开口与它们 各自定子对齐，允许流体M31预定的连接路径^A和离开阀1。用这样的方式， 作为均衡、吹扫或其它循环工艺步骤所必需的，流体可以在连接到进料定子10 和产品定子40的各床之间流动。
在PSA工艺中，各床中的压力在高压和低压之间交替改变，以此分别发生 吸附和解吸。在工艺操作期间，^^槽中的压力施加j力^^^转子20和产 品转子30，促使它们分别离开进料定子10和产品定子40。由于这个原因，需 要MI弹簧50相对进料定子10保^S料转子20和相)^产品定子40保持产品 转子30以防止泄漏。因为弹簧力和槽内的压力相对转子的中心，转不对称， 转子上的合成力并不位^t料转子20和产品转子30的中心。这个非，力载
荷导致需要增大的弹簧力来维持转子/定子的,，以及需要增大的a^动阀
和转动轴60。
图2A、 2B和2C显示了在典型的PSA循环工艺中作用,转阀的转子200 上的力的简化图。转子200的旋转中心轴用垂直的虚线A'^。弹簧力F，， 簧(未示出)在它向定子(未示出)推动转子200时施加到转子200的力。压
力F2絲自多个开口的压力的合成力。反作用力F3,簧力R和压力F2之间
的差。F3也是转子200和定子(未示出)之间的 *力。反作用力F3不是作用 在单个点。反作用力F3以某种诚髓转子200分布，娜配合面的平面度、 力的大小和由于施加载荷导致的转子200的轻微娜，该分布方式非常复杂。 尽管如此，为了简单，这个分布力可以被分解为单一的合成反作用力F3。如果 转子200和定子(未示出)皿,就必须总有—一零的反作用力F3。如果反作用力F3为零鞭小，将会开始膝子分离转子200,并在转子和定子(标出) 的多个开口之间发生泄漏。承担转子和定子之间的摩^矩的是反作用力F3， M它的大小和定位，来确定转动转子200所必需的舰大小。
图2A示出了如果压力F2位于转子200的中心作用在转子200上的力。在 这^h^子中，所有的力都是共线的，反作用力F3是弹簧力Fi和压力R的差。 只有当压力F2是围绕转子200的对称平衡压力的合^Bt^会发生这种结果。 因为在典型的PSA工艺操作期间转子的多个槽内的压力不会产生作用在转子 200中心的最终压力，因jifc^种对称分布并，在。
图2B示出了发生在典型PSA工艺操作期间，当压力不位于转子200中心 时作用在转子200上的力的分布。与上面图2A的讨论类似，反作用力F3， 簧力F,和压力&之间的差，但是现在，为了维持转子200的均衡以 平衡，反作用力F3也必须从转子200的中心,到离开转子中心的径向位置。 反作用力F3的位置和大小 于弹簧力F,和压力F2的位置和大小。而且，因 为弹簧力R必须等于压力F2和反作用力F3的和，所以弹簧力F,必须总是大于 压力F2，无论何时弹簧力Ft和压力F2都不是共线的。
当弹簧力R和压力F2不共线时，它们在转子200内引起图2B中用虚驗 示的弯矩210。如，，殊的转子材料和厚度，力具有足够的大小，弯矩210 就可能会勝子200变形。^^鄉中，M3i利用更硬,料或增大转子厚 度而使得转子更^^将这种变形抑制到足够小以防止泄漏。对于较大的转子， 这可肖蹴不切实际了。另外，F3的偏移将增大虹艺操作期间转动转子200所 需的扭矩。
因此，要求如图2C麻的那1TOB离旋转A，的中心轴一领定径向距离的 ^S重置弹簧力F!， ^压力F2相对，以消除转子200的弯矩。反作用力F3 M作用&E力F2的同样CT。这种布置使得所需要的弹簧力F,和反作用力F3 最小以及,转子200所需的,较小。
即iffl弯矩和挠曲不是M点关注的应用M， M电动机和使转子旋转 所需要的,也可能是需要重点关注的，特别是当转子开口内有高压时。通常 地，要求麟该舰最小，这是因为减小的^E减小了尺寸和减增加了糊转
子必须的电动Wo齿轮驱动器的a。
因此，需要一种能够无泄漏运行并具有使阀转子旋转所需鄉减小的旋转阀。
本发明提供了一种倉辦在不产生大量泄漏的条件下运行并具有转动转子所
需的最小扭矩的旋转阀。接^M3i例殊图解说明本发明的原理的相应附图， 其它特点和优点将从雌鄉例的更详细说明中显而易见。

发明内容
公开了一种具有处于密^h滑动旋^i动的转子和定子的旋转阀。该旋转阀 包括ffi^缩弹簧，其形成为,子旋转的扭^4减小同时防止泄漏。该阀可用在 包括PSA工艺的循环工艺中，在可重复的循环工艺步骤中把流体从一个或多个 加工源头弓l导到一个或多个加工目的地。
公开的本发明的一个实施例提供了一种用于执行循环工艺操作的旋转阀， 其包括具有进料定子配合面、进f4定子背面和多，接^S茅斗定子配合面和背
面之间的开口的进料定子；邻,料定子的进料转子，^有进料转子配合面、
进料转子背面以及布置在进料转子配合面上、用来弓l导流^a料定子的多个 定子开口之间流动的多个开口，进料转子绕垂直《料转子表面的轴旋转；与 进料转子接合的产品转子，其具有产品转子配合面、产品转子背面、产品出口 以及布置在配合面上用来引导流体在产品定子的多个开口之间流动的多个开
口，产品转子可绕垂直于产品转子表面的轴旋转；邻近产品转子的产品定子， 包括产品定子配合面、产品定子背面、连接在产品定子配合面和产品定子背面
之间的多个开口；以及布置^a料转子和产品转子之间的至少一个压縮弹簧，
其形成为在进料转子背面和产品转子背面施加一个具有力心的弹簧力-该弹簧 力形成为在阀运行时鹏动进料转子和产品转子所需的扭矩最小化。
旋转阀的进料转子和产品转子形成为绕旋转中心轴旋转，弹簧力力心位于 离旋转轴的距离大于零的一，，离的位置。
该旋转阀还进一步包括，料转子背面布置的至少一个弹簧定位部件，其 与在进料转子背面上布置的至少一个弹簧定位部件相沐这些弹簧定位部件形 成为在一个固定位置固定和定位进料转子和产品转子之间的至少一个压縮弹 簧。"^le说，樹可驢的弹簧定位部件可位^ffi料转子背面上，与产品转子 背面上类似的结构相对。
公开的本发明另一个 例皿了一种用于执行循环工艺操作的旋转阀，包括具有多个开口的定子壳体，包括多个开口和背面的转子，该转子相对于旋 转中心轴与定子壳 面可旋转地接触，至少一个压縮弹簧，其弹簧力力
心體在转子背面和推力滑块(他rust runner)之间；布置在推力滑块和定子 壳体之间的止推轴承。该旋转阀皿一步包括至少一个压縮弹簧，该压缩弹簧 施加的弹簧力被形成为在阀运行时对M定的弹簧力转动转子所需的扭矩最小 化。
旋转阀进一步包括使得弹簧力力心位于离旋转轴的距离大于零的一賴定 距离动位置，转子背面具有用来定，少一个压,簧的至少一个弹簧定位部 件。旋转阀还可进一步包括使得转子背面的两个或多个弹簧定位部件与推力滑 块上类似布置的两个或多个弹簧定位部件相对，以在固定位置固定和定^t料 转子和推力滑块之间的两个或多个iBll弹簧。
公开的本发明的另一实施例,了一种变压吸附系统，包括多个吸附自 具有一个或多个转子的旋转阀，该旋转阀连接到多个吸附床并形成为在变压吸 附工艺中把流体弓l导至多个吸附床。
旋转阀包括一个或多个形成为绕旋转轴旋转的转子；和至少一个形成为对 一个或多个转子施加具有力心的弹簧力的压縮弹簧，，使得施加的弹簧力转 动一个或多个转子所需的ffl^4最小化。
变压吸附系统还可包繊料定子，其具有进料定子配合面、进料定子背面 以及多个连接 料定子配合面和进料定子背面之间的进料定子开口、 一个或 多條子，其包括与产品转子接合的进料转子。进料转賴繊料转子配合面、 进料转子背面以及M^料转子配合面上方布劉以弓l导流條多^ffi料定子口 之间流动的多，料转子开口， ^*1斗转子形成为^直 1斗转，面的, 轴旋转。产品转^&括产品转子配合面、产品转子背面、产品出口和多个从配 合面上方布置用以引导流体在多个产品定子开口之间流动的产品转子开口 。产 品转子形成为绕垂直于产品转子表面的旋转轴旋转。产品定^括产品定子配 合面、产品定子背面和多个开口，皿多个开口iSi在产品定子配合面和与产 品转子可旋转地,的产品定子背面之间。
布置在进料转子和产品转子之间的至少一个压縮弹簧在进料转子背面和产 品转子背面上施加一个具有力心的弹簧力，这样当阀运行时弹簧力形成转动转 子的最小扭矩。弹簧力的力心位于离旋转轴距离大于零的预定距离的位置。布
10置在iffi茅斗转子背面的至少一个弹簧定位部件与相)^布置在产品转子背面的至少 一个弹簧定位部件对^#列。这些弹簧定位部件形成为在一个固定位置固定和 定位进茅斗转子和产品转子之间的压縮弹簧。变压吸附系统还可进一步包括与推 力滑块上类似布置的两个或多个弹簧定位部件相对的转子背面的两个或多个弹 簧定位部件，以在一个固定位置固定和定位进料转子和产品转子之间的两个或 多个压縮弹簧。
可^#3&，变压吸附系统可以包括具有多个开口的定子壳体；包括多个开 口和背面的转子，该转子相对于旋转中心轴在接触面与定子壳体可旋转 的接触；与定子壳体接触的止推轴承；与止推轴承接触的推力滑块；和 布置在转子背面和推力滑块之间的至少一个压縮弹簧。所述至少一个压 縮弹簧形成为在转子上施加一个具有力心的弹簧力，这样对于给定的弹 簧力在阀运行时使转动转子的扭矩最小化。所述弹簧力力心位于离旋转 轴的距离大于零的一个预定距离的位置。
布置在产品转子背面的至少一个弹簧定位部件，其与在推力滑块上的至少 一个弹簧定位部件相对并对齐。这些弹簧定位部件形成为在固定位置固定和定 ^t料转子和推力渭诀之间的压縮弹簧。
在此公开了本发明方法的更多方面。通过举例的方式，结合图解说明本发
明原理的相应附图，本发明的其它特点和优点将从im实施例的以下更详细的
说明中显而易见。


图1示出了一种示例性的现有fe^旋转阀的，视图。
图2A图解说明了当压力和弹簧力都设置在转子中心时作用在^N^例性 转子上的作用力的简化视图。
图2B图解说明了当没有对到转子中心施加压力时作用在示例性转子上的作 用力的简化视图。
图2C图解说明了当弹簧力OT在转子上与压力相同的位置时作用在示例 性转子上的作用力的简化视图。
图3是根据本发明的旋转阀的示例性实施例的放大顶视图。 图4是根据本发明的旋转阀的示例性实施例的放大底视图。图5是根据本发明的旋转阀的单个转子 例的截面示意图。 图6是根据本发明的示例14S料转子的进料转子表面的视图。 图7是根据本发明的示例性产品转子的产品转子表面的视图。 图8是 本发明的示出了弹簧力力心的径向定位与,转子以获得不同 弹簧力所需ffl^之间的关系的曲线图。
具体实驗式
以下将参考附图更加全面地描述本发明，其中示出了本发明的一个，实 施例。尽管如此，本发明可以具有不同的形式，》能看作是局限在此陈述的 具体实施例；相反地，这些具体实施例是为了公开的充分和完全而提供的，并
将对本领^^人员充分^ii本发明的范围。
本发明的具体实施例着手于可以用于ffi3i在旋转阀内部使转子旋转而循环 运转的，吸附系统(PSA)的,阀的运转。PSA系统包括具有超大气压的 压力或低于大气压的压力或者超大气压、低于大气压两者组合的混合压力的 PSA系统。本发明的具体鄉例为改善的麟阀设计和SSfi—个能砂转动旋
转阀所需,的旋转阀的方、;^m准备。
ffl3i图3、 4所示的两^子、两个定子旋转阀300对本发明的具#^￡例 进斗，释说明。旋转阀300可以用于例如在PSA系统中从利用四层吸附床的空 气中回收氧和用于PSA循环，在0M循环中，W5Sl附床依皿行如下步骤(1) 制^品，(2)进料席断品和ll^产品再增压气体，(3)压力均衡下降，(4) 提供吹扫，(5)排空，(6)接收吹扫，(7)压力均衡上升，以及(8)接收产品 再增压气体。旋转阀300的針开口与在此全部弓阅作为参考的，859申请类似 M^到PSA系统。并且，PSA系统的运转，包括阀300的运转，将与在此全 部弓间作为参考的，859申请^l^似。
图3、 4示出了概本发明旋转阀300的示例性鄉例的俯图的总图。图 3是麟阀300的顶部透视图，图4是阀300的底部透视图。旋转阀300包繊 料定子310、进料转子320、产品转子330、产品定子340和两个jBi弹簧350。 该旋转阀300具有中心轴A。
进料定子310包括配合面312和背面314。进料定子310还包^M3i不同线 路(未示出)连接到工艺床(未示出)进料端的多个开口 316。进料定子310
12还包括原料进给口319。原料a^口319将,到进料管(^出)以 气体^^料定子310。原料皿口 319还允许驱动轴(未示出)穿过进料定子 310到iiS料转子320。进料定子310还包^Si到真空管线(未示出)的废料 口317。废料口317连接到环状槽318。
进料转子320包括配合面321和背面322。进料转子320的配合面321与进 料定子310的配合面312可旋^k,。进料转T^包括排出/吹扫口 323、进 料口 324和在配合面321上的开口 325。进料定子310的原料进给口 319 ,原 料气体给开口325，其经由内部逝直(标出)连接到进料口324。开口325还 允许穿过进料定子310的原料ffl^口 319的驱动轴(未示出)穿进料转子320 的内部并M31， 328接合。应该注意到，原料进口 319和开口 325应该在具 有驱动轴(未示出)的情况下具有允许原3^气 经口 319和开口 325的尺寸。
排出/吹扫口 323被设置为总是与进料定子310的环状槽318流体超通。当 排出/吹扫口 323位，料定子310内的多个口 316中的一个的上方时，来自床 (标出)的气鹏衄口316， SA排出/吹扫口 323，然;g^AJf状槽318， 最MfflA废料口317,雜气体M:真空系统(未示出);!A^^4口排出。进料转 子背面322包括驱动凸缘326。驱动凸缘326传illffl矩给产品转子330。进料转 子320被设置为利用来自接合在，328内的驱动轴的扭矩传递，料转子320 而鰂A麟。
如图3、 4际，在该具体鄉例中，进料转子320具有位于与产品转子330 上的6个弹簧定位器361相对的6 ，簧定位器327。位^^料转子320上的所 述6个弹簧定位器327由3个定位部件为一组的2组组成，其中每组的各定位 部件相对于穿过旋转轴的~^￥面 定位。位于产品转子330的弹簧定位器 361与进料转子320上的弹簧定位器327相对并类l!^k布置。通常，,布置的 ^r数量的弹簧定位部件都可用TOi,需要的弹簧力和在所要求的地点合成 弹簧力的要求隨。
弹簧定位器327在固定位置固定ffit料转子320和产品转子330之间的至 少一^hM弹簧上。如同在本 例中^ ，两个弹簧350 MM料转子320 上的两个弹簧定位器327相对于产品转子330上的两个弹簧定位器361定位。 进料转子320的两个弹簧定位器相对^13 转轴线的一^面对称布置。相 应的产品转子330上相对的两个弹簧定位器也类似布置。通常，应该可以M樹可数量的定位部件327、 361 fimr布置在转子320、 330上以允许围绕中心轴 A的弹簧350具有不同M和位移。而且，具有己公知弹^f力的,数目的弹 簧350都可以^ffl并布置在定位部件327、 361，只要它们达到所要求的总弹 簧力和力的合成中心以最小化,转子320、 330所需要的,，同时,一个 力来密封转子320、 330与各自的定子310、 340，以防止缝阀泄漏。另外，当 麻定位部件327、 361为凸起部件时，也可以翻凹型鹏它能朝着軒背面 定位和布置弹簧350的皿。
进料定子310和进料转子320被设置为如图3、 4所示的接合。当接合时， 进料定子配合面312与进料转子配合面321在弹簧350的力作用下可旋,接 触和密封。进料定子配合面312和进料转子配合面321之间的密封允许阀300 ^S料定子310和进料转子320之间基本不泄漏;^行。此处以及本说明书其 它地方所用的用语" ^泄漏",欲包括小的和运行上可接受的泄漏量。例如， 小于1%的流体泄漏就可以 ^运行上被接受，同时小于5%的流#^漏可以 在不同的运行餅下鹏受。
如在图3、 4中可以看到地，M:,料转子320绕轴A旋转，进料气体可 以 ^ 料定子310的进料口 319并经由中心进料口 325和进料转子320的 进料口 324分mSM^择的进料定子310内的(一个或多个)口 324。在 示 例性PSA循环中的針阀运行不再进一步解释，^jJfc鄉弓间参考的，859申
请中,了f ^g行。
产品转子330包括配合面331和背面332。产品转子330进一步包括供^: 扫口333，接收吹扫口334，平衡上行口335，产品再增压口336，产品口337, 和平衡下行口 338。产品口 337通过内部fflM(未示出)连接到中心腔(未示出)， 臓中心腔连接到产品出口339。不同的口 (333, 334， 335, 336， 337， 338)
布置在配合面331上并M:中间M3i (未示出)彼jtfc^i和/^^接到产品出口
339，如同在作为参考全部引用的'859申请中公开的那样。
产品转子330的背面332包括驱动凸缘360和弹簧定位器361。产品转子 330的驱动凸缘360具有如图3、4中所示与进料转子驱动凸缘326接合的机构。 ^g^a料转子320的驱动凸缘326传g产品转子330的驱动凸缘360,， 使产品转子330 ■ A旋转。其它的驱动凸缘几何皿可以用于^a料转子320 接合到产品转子330。背面332还包括环部件362，用于当进料转子320和产品转子330接合时，进料转子320的，328。
产品定子340包括配合面342和背面344。产品定子进一步包^^在配合 面342和背面344之间的口 346。 口 346连接至产品管线(未示出)，其连接到 本领域已公知的吸附床(未示出)的产品端。产品定子340还包括具有接^ 品转子330的产品出口 339的结构的中心开口 348。
产品定子340和产品转子330构成为如图3、 4ff^的接合。当接合时，产 品定子配合面342 ilii^簧350的作用力与产品转子配合面331可^te, 并密封。产品定子配^^面342和产品转子配合面331之间的密封允许阀300在 产品定子340和产品转子330之间基本无泄漏皿行。从图3、 4可以看出，当 产品转子330旋转时，不同的产品转子口 (333, 334， 335, 336, 337， 338) 与定子产品口 346对齐以集中产品、吹扫或向在此作为参考全部引用的'859 申请中描述的那样给吸收床(未示出)再增压。
阀300可安驗誠的壳体(未示出)中，臓壳体可以是本领職术人 员辦的能支持、连接和密封阀300的鍋。进料转子320和产品转子330适 于在壳体(未示出)内,A同轴旋转。可选择地，可M6Wt^^定子310 和减产品定子340形成壳体来构成阀室，对本领m^人员来说这同样可以理 解。驱动轴(未示出)穿过密封的壳体并轴向糊穿3i^料定子310以及4锁 ,^a料转子320， ^^以于图1所示的布置。驱动轴(未示出)可以被电动 机(未示出)驱动以皿料转子320旋转。
进料转子驱动凸缘326与产品转子配合凸缘360接合以^a料转子310的 旋^g动^ftiiS产品转子320。驱动凸缘326和配合凸缘360也在转子之间, 角对准，雜当进料定子口316^t料转子320覆盖和^a^时，适当的产品 定子口 346同时也被定子转子330,^^。驱动凸缘326和配合凸缘360
的特殊布置不是必需的，其它布置方法和同轴驱动都是可能的，例如，通过合 适的销和/^i孔。对准和驱动系统构成为从一个转子到另一，子传,^
动，维持转賴分之间的角对准，并允许各转子相互之间轴向移动，雜它们 与各自的定子皿密封。
如图5 ， 一个具体 例中可选的旋转阀500具W^子510和定子壳 体520。在该鄉例，鹏阀500既可用^S料也可用于产品旋转阀。转子510 的口 (未示出)和定子壳体520的口 (未示出)可形成为与图3、 4中^以及如上，的当用于PSA系统工艺时相应的进料和产品转子和定子口相同或相 似。對鹏，口可以形鹏转子510和定子壳体520的配合面(未示出)，与图 3、 4所示的旋转阀300的转子和定子的配合面相同^似。
旋转阀包括目弹簧530，其可以ffl3a力'm 540相对转子510固定就位。 推力,540皿销560连接到轴550。可选,，销560可用于把推力, 540 到转子510。在推力m^和定子壳体520之间OT止推轴承570以允许 推力滑块540在轴550旋转时以轴B旋转。当允i佛力、微540以最小量的摩 擦旋转时，止糊承570承载弹簧530的弹簧力。
弹簧530 了在转子510和定子壳体520之间在,面515维^S4的 弹簧力。转子510在,面515与定子壳体520可旋转地,棘封。弹簧力 应 阀500运行时足以防止在,面515从转子和定子口 (未示出)的 ; 泄漏。弹簧530定位在定位部件(未示出)，这与，的旋转阀300相类似。 在该 例，示出了布置在转子510和推力,540之间的具有不同弹簧力的 两个弹簧530。
以下11 定合成弹簧力的大小和位置以使糊转子所需要的舰最小化 的示例性方法。当弹簧力位于转子的中心轴时糊转子所需的扭矩由公式1给 出
ffl^E=2/3//FR，其中-(1)
// =摩擦系数
F-转子和定子之间的^力(图2中的F3) R,子雜
而且，可以表明，当转子和定子之间的,力位于转子,时，转动转子
需要的扭矩将是/^FR。
为了简化定义，假定转动转子所需要的扭矩是转子和定子间的接触力位置
举径的线性函数，基于这，定，转动转子所需的,由公式2给出 扭矩^F (2R/3+r/3) - (2)
f,反作用力的判5
由这些分析，很明显看出要使转动转子所需的,最小化，反作用力应该 位于转子中心。尽管如此，因为转子上的合成压力由于转子上不同高压口和低 压口的皿并^于转子的中心，,反作用力也 于中心。因此，在具有已公知合成压力的0f^循环工艺中为了确定能最小化,同 时防止泄漏的弹簧力的大小和位置，使用下面的方法
(a) 提供一个旋转阀，其包括一个或多个具有一个或多个弹簧定位部件的 转子；
(b) 确定作用在用^^择的变压吸附工艺的一个或多个转子的具有大小和 錢的合鹏力；
(c) 选择一个大小足以在变压吸附工艺中密封一个或多个转子而不泄漏的
弹簧力；
(d) 为施加在一个或多條子上的力的弹簧中心选择一个位置；
(e) 计算合成機力和^#簧力和合腿力的腿；
(f) 用公式2计^^一个或多个转子的^^子所需要的,；
(g) 将,一个或多个转子的^W子所需的,相加确定总扭矩；
(h) 重复步骤(d)到(g)来找到那些导致转动一个或多^子所需的总 ,最低的力的弹簧中心的，；
(i)把一个或多个弹簧布置在弹簧定位部件上，这样总的弹簧力等于在(c) 中皿的弹簧力，并 簧力心如在(h)中，的定位；
(j)如果在变压吸附工艺中，弹簧力不足以密封一个或多个转子而发生泄 漏，回到(c)并逐鹏鄉簧力直到旋转阀没有^M漏鹏行。
下面,计算弹簧位置的例子，其中^#簧的隨能使驗标准PSA工 艺操作釗牛下运行的示例14^转子/定子旋转阀所需的扭矩最小。在PSA工艺中 多种槽压力选为典型操作压力。
图6示出了一个具# 例的进料转子600，其具有在面630上的进3N^f 610和一个排出败扫槽620。转子600具有半径R。例如，半径R可以大约为1 英寸。进料转子600具有中心轴C，当在工徵作运行期间被转动，进料軒 600将以轴C旋转。中心轴C与阀中心轴A (图3、 4)对齐。在PSA工艺中， 进f滩610以7磅凍寸(psig)的平均高jBg行，排出/糊槽620以一7磅/英 寸的平均低压运行。进茅4 610中的压力、排出/吹扫槽620内的压力和其， 子表面上的压力结果形成使转子600与定子(未示出)分离的大约6.8磅的压力。 这个力作用在图6中指示的位置FP1，该位置大概从中心轴A偏移的距离大约 为0.5英寸。， 有供给吹扫口733，接收吹扫 口734、均衡上行口735、产品再增压口736、产品口 737和均衡下行口 738以 及容纳转賴柳产品出口的中心孔739。各槽733 , 734 ， 735， 736， 737, 738， 739内和其它转子表面的压力形^C约9J磅的压力，该压力起作用使得产品700 从产品定子(未示出)分离。如图7中显示，施加在产品转子700的力作用在 从中心轴C偏移的距离为大约0.3英寸的位置Fr2。产品槽737和中心孔739具 有最高的平均运行压力，大约7磅凍寸，后面^^着的是产品再增压口 736、 均衡下行口 738、均衡上行口 735、皿吹扫口 733和接收吹扫口 734内的较低 压力。产品转子700具有虹艺运行期间其敏旋转的中心轴C。中心轴C与 阀中心轴A (图3、 4)对齐。
图8示出了因为不同弹簧力和力的弹簧中心(COF)，范围而确定的使 进料转子600 (图6)和产品转子700 (图7)旋转所需要的TO结果。水平轴 是弹簧力施力位置的半^^偏心距。垂直轴是转动两，子所需要的,。每 条曲线代表图示的不同弹簧力。
所需要的弹簧力的确定皿首先确定作用在各转子上的压力来执行。压力 的确定因为不同的原因而不同。第一，作为吸附床内的压力改变和转子位置改 变的结果，转子口内的工艺压力是连续变化的。第二，当往复泵用于给系统提 供原料气体和真空时，在转子口压力可能会产生其它波动，这可能^些口引 起压力脉动。第三，非阀口位置处的转子面上部分的压力分布是基于转子面和 定子面之间的,模式估算的，两个都不是非常的平坦。这种不平坦可能会允 许部分压力泄漏到转子面上并改变压力发生作用的面积。由于这些原因，战 行中难以确定实际需要什么样的弹簧力。理论上，弹簧力只需要刚好大于压力 和,力的总和以,转子和定子SM。实际上，皿的弹簧力稍微比压力和 ,力的总和大几磅，此时阀会被观察到泄漏。如果阀的泄漏皿本申请可接 受的量，縦,大弹簧力1JIJ大部分的泄漏被消除。因此，fflii利用图8，当 弹簧力增加，合成弹簧力的腿就会被调整以维持糊转子所需要的最小鹏。
图8中每条曲线的端点f^在该点在其中一，子的,上会出现反作用 力。在这些端点以外，不可膨隹持转子的静針衡，因为压力开始将转子/定子 对中的一个分离。图8表明，对于一僧定的弹簧力，具有一傾优的径向定 位，在该皿应用该弹簧力可以使转动转子所需要的扭矩最小化。对于最小的
18,的径向定位不是固定的，而是随着应用的弹簧力发生变化。如图8所示， 布置弹簧力的最适合判5随着弹簧力的增大而减小。对于前面描述的弹^^择 方法，體增大弹簧力直到阀泄漏已被消除，从图8中能找到对辨定弹簧力 的力的弹簧中心的ft^合^S。
可以选择不同力的弹^fefe到预先确定的总弹簧力和位置。例如，转子可 以具有布置在不同位置的弹簧定位器，这样允许 随后确定的，来确定力 的弹簧中心。
本发明的一般实施例包括旋转阀，其具有增压的原料气体、排气联管的真 空废气管和产品出口，以及用于连接多个吸附，料端和产品端的多个开口。 在可重复的循环工艺步骤中，所述阀可用于,工序以把流体从一个或多个加 工源头引导到一个或多个加工目的地。
尽管通过雌实施例阐述了本发明，m本领域駄人员来说应该理解， 在不脱离本发明范围的情况下，各种改变和同等物可以用于,其中的元件。 另外，在不脱离本发明实质范围的情况下，在本发明的启示下，可以作出许多 改变以适应特定情况。因此，本发明不能被限定为意图执行本发明的作为最优 模式公开的特定实施例，本发明包括所，入所附权利要求书范围内的所有实 施例。
权利要求
1、一种执行循环工艺操作的旋转阀，包括进料定子，所述进料定子包括进料定子配合面、进料定子背面和连接在进料定子配合面和进料定子背面之间的多个开口；邻近所述进料定子的进料转子，所述进料转子包括进料转子配合面、进料转子背面和布置在进料转子配合面上用来引导流体在进料定子的多个定子开口之间流动的多个开口，所述进料转子能够绕垂直于进料转子表面的轴旋转；与进料转子接合的产品转子，所述产品转子包括产品转子配合面、产品转子背面、产品出口以及布置在配合面上用来引导流体在产品定子的多个开口之间流动的多个开口，产品转子能够绕垂直于产品转子表面的轴旋转；邻近产品转子的产品定子，所述产品定子包括产品定子配合面、产品定子背面、连接在产品定子配合面和产品定子背面之间的多个开口；和布置在进料转子和产品转子之间的至少一个压缩弹簧，所述压缩弹簧被构造用以施加力心在进料转子背面和产品转子背面上的弹簧力，该弹簧力用于在阀运行时使转动进料转子和产品转子所需的扭矩最小化。
2、 如权利要求1 g的旋转阀，其中0Ma料转子和0f^产品转子被构造用以绕旋转中心轴旋转。
3、 如权利要求1 TO的鹏阀，其中弹簧力办iMi于离旋糊的距离大于 零的预顿离腿。
4、 如权利要求1節悉的旋转阀，进一步包括布置在进料转子背面上的至少一个弹簧定位部件，其与布置在产品转子背面上的至少一个弹簧定位部件相对，0M弹簧定位部件被构造用以在固定位置固定和定^a料转子和产品转子之间 的至少一个压缩弹費。
5、 如权利要求1折悉的旋转阀，其中在进料转子背面上两个或更多弹簧定 位部件相对于穿过旋,的平面对称定位，这与类似形，产品转子背面上的 两个#多弹簧定位部件相对，用以在固定位置固定和定位 料转子和产品 转子之间的两个^S多压縮弹簧。
6、 一种执擺环工艺操作的旋转阀，包括 具有多个开口的定子壳体；包括多个开口和背面的转子，该转子會辦相对于旋转中心轴与定子壳,,面可麟地,；至少一个ra弹簧，其弹^^力心，在转子背面和推力m^i之间； 布置在推力滑块和定子壳体之间的止推轴承；0MM少一个ra弹簧被构娜以施加力心在转子背面上的弹簧力，对于给定的弹簧力来说使驗阀运行时糊转子所需的鄉最小化。
7、 如权利要求6臓的旋转阀，其中弹簧力力A啦于离旋,的距离大于 零的预^E离位置。
8、 如权利要求6臓的旋转阀，进一步包括转子背面上的至少一个弹簧定 位部件。
9、 如权利要求6臓的旋转阀，其中至少一个弹簧定位部件的镜像对相对 于穿过旋,的平面 位于转子背面上。
10、 一种鄉吸附系统，包括 多^NW床；和具有一个或多條子的麟阀，織转阀连接到多个吸附床上并且被构造 用以在，吸附工艺中把流体弓I导至多个吸附床； 其中^^阀包括一个或多，^A旋转的转子;和至少一^"被构造用以对一个或多 伟子施加弹簧力的臓弹簧，该弹簧力的力心使得糊一个或多个转子 的弹簧力所需的,量最小化。
11、 如权利要求10臓的舰吸附系统，^^转阀进一步包括 进料定子，包括进料定子配合面； 进料定子背面；和多4Si接,料定子配合面和进料定子背面之间的进料定子开口 ； 一个或多怖子，包括与产品转子接合的进料转子；其中0Mit料转，^^^转子配合面、^^转子背面和被布置 料转子配合面上用以引导流,多，料定子开口之间流动的多 料转子开口，进料转子被构造用以^直^^料转子表面的旋转轴旋转；并且其中产品转T^括产品转子配合面、产品转子背面、产品出口和被布 置在配合面上用以弓l导流條多个产品定子开口之间流动的多个产品 转子开口，产品转子被构造用以,直于产品转子表面的旋,旋转; 产品定，括产品定子配合面、产品定子背面和多^Hi接在产品定子配合面和产品定子背面之间的开口，产品定子背面与产品转子可旋^,;并且 其中至少一个目弹費被布置在进料转子和产品转子之间。
12、 如权利要求10臓的变压吸附系统，其中0f^转阀包括 具有多个开口的定子壳体；包括多个开口和背面的转子，该转子相对于旋转中心轴在,面与定子壳 体可旋 ;与定子壳#@触的止 ^承； 与止推轴承,的推力滑块；和至少一个ra弹簧，皿體在转子背面和推力滑块之间。
13、 如权利要求10臓的顿吸附系统，其中弹簧力力心位于离鹏轴的距离大于零的预顿离緣
14、 如权利要求11臓的变压吸附系统，进一步包括布置ffit料转子背面 上的至少一个弹簧定位部件，^在产品转子背面上布置的至少一个弹簧定位 部件相对，这^#簧定位部件被构翻以在固定隨固定进料转子和产品转子 之间的 弹簧。
15、 如权利要求12臓的顿吸附系统，进一步包括布置在转子背面上的 多个弹簧定位部件，其与布置在推力m^上的多个弹簧定位部件对齐，被构造 用以固定转子和推力m^之间的JBg弹簧。
全文摘要
公开了一种旋转阀，所述旋转阀具有转子和定子，所述旋转阀利用至少一个压缩弹簧在转子和定子之间提供接触。弹簧被构造用以对抗使转子和定子分开的压力，并减小阀内转动转子所需要的扭矩大小，同时防止转子和定子之间产生泄漏。所述弹簧可通过弹簧定位部件布置在阀内。
文档编号F16K11/06GK101446361SQ200810184268
公开日2009年6月3日 申请日期2008年10月29日 优先权日2007年10月29日
发明者G·P·瓦格纳 申请人:气体产品与化学公司