专利名称：用于压缩机系统的多级排气阀的制作方法
本申请是Centers等人于1998年10月27日申请并共同拥有的序列号为09/179,523的美国专利申请的部分续展申请，所述09/179,523的美国专利申请是Centers等人于1997年10月28日申请并共同拥有的序列号为60/066,008的美国临时专利申请的部分续展申请，这两个申请所公开的内容都作为参考文献包含在本文中。
本发明总的来说涉及一种控制阀。特别是涉及一种与压缩机一起使用的控制阀。再具体说，本发明涉及一种与一个或多个无油两级螺旋式压缩机一起使用的排气阀。
当压缩机在无负载下运行时，如果内级(interstage)和第二级都释压，则能够明显减少两级干式(无油)螺旋压缩机的动力消耗。但是，对两级都进行释压所带来的问题是，如果第二级排气阀发生故障，则内级排气阀将对内级进行释压并在第二级产生较大的压差。这种较大的压差会使第二级的温度升高，可能导致压缩机失效。
以前的压缩机通过仅将第二级的压力释放而不是将两级压力都释放来避免上述问题。但在压缩机无负载运行时仅释放第二级压力的缺点是压缩机的动力消耗比两级都释放时要大。
以前的压缩机阀装置不能充分地解决同时对两个隔离级进行释压的问题。Williams的美国专利3,260,444公开了阀装置104和110，它们由同一控制线158控制并以相同的方式工作。对于阀104，例如，控制线158能够移动活塞130，以控制管道106是与管道113连通还是与管道102连通。采用这些阀作为两级压缩机的排气阀的缺点是如果一个阀发生故障，则另一个阀可能仍继续工作，这可能导致压缩机失效。
因此，希望有一种用于两级干式螺旋压缩机的可靠装置，以当第二级排气阀启动时对内级排气阀进行释压。
因此，本发明的主要目的是提供一种用于多级压缩机中的两级的排气阀，使得该阀能够在第二级释压时可靠地对内级进行释压。
本发明的目的由下述排气阀来实现，该阀采用一个单独的控制信号以在第二级释压的同时对内级释压。该阀采用一系列位于单一孔内并成直线排列的滑动阀芯，以防止两个隔离通道之间的流体连通或者使之连通，所述两个隔离通道均具有一个进口和一个排出口。该阀可以可靠地用作多级压缩机系统中的两级排气阀。
图1A和1B均表示本发明的多级排气阀的等角剖视图，其中，阀分别位于关闭位置和打开位置。
图2A和2B均表示本发明的多级排气阀的第二实施例的等角剖视图，其中，阀分别位于关闭位置和打开位置。
图3A和3B分别是图2A所示阀的正视剖视图和侧视剖视图。
图4是表示图1A和1B所示的多级排气阀用于压缩机系统中的示意图。
图5是采用了图1A和1B所示多级排气阀的图3所示压缩机系统的改进工作连接的局部分解图。
图1A和1B表示了本发明的多级排气阀50的优选实施例。参见这些附图，多级排气阀50具有两个进口26、30和两个排出口28、32。当阀50位于图1A所示的关闭位置时，所有的口26、28、30和32都相互隔离而不流通液体。当阀50′位于图1B所示的打开位置时，进口26仅与排出口28流体连通，而进口30仅与排出口32流体连通。很明显，阀50可以以反方向操作，使进口26、30用作排出口，而排出口28、32用作进口。
多级排气阀50具有一个主孔68，该孔可具有单一直径，但最好具有三个直径68′、68"、68。较大的直径68"有利于更多容积的流体穿过阀并且还延长了环36的寿命。因此，例如当阀芯往复穿过孔14时，通过避免与进口26的边缘重复接触，阀芯17上的环36的寿命延长了。较小的直径68可帮助弹簧24在孔68内对中。
孔68内有多个阀芯60、62和64，它们在孔内成直线地相互抵靠。阀芯60和64均具有一个由两个头部40连接的支腿部分42。阀芯62具有一个由两个支腿部分42连接的头部40。邻近的阀芯最好通过采用榫槽和榫舌相连。例如，阀芯62的每一支腿部分42可具有一个榫舌44，用于装配到相邻阀芯60和64的头部中的榫槽46内。
每一头部40最好还具有一个或多个插入到头部中的相应环形槽内的橡胶环36，使得阀芯在孔中移动时，每个阀芯都与孔14气密接触。用作阀芯16-20或60、62和64上的环36的最佳形式的环有时指V形环或U形环，即指的是当环置于孔中时能够折叠。折叠环设计的有益特性包括当阀芯在孔14内运动时能够减少粘连；减小了滑动力，其使控制力较低并可重复；改进了在压力下展开的环的密封性能；提高了寿命，在该期间，即使部分环磨损了，折叠环的所有所需性能仍能保持。当阀芯在孔的不同直径部分移动时，例如，从直径14′到14"或68′到68"并再返回时，上述折叠环的设计形式还提供了可靠的操作。
阀芯60、62和64的运动是通过经控制口34施加到阀芯64的头部40上的气压来控制的。一个弹簧24位于孔内，最好位于控制口34的相对端并穿过孔而横向延伸。弹簧24抵靠在阀芯60的头部40上，以将阀抵压在关闭位置(见图1A)。另外，当阀处于打开位置(见图1B)时，弹簧装置例如压缩弹簧24抵抗控制信号产生的力并且当没有控制信号时迫使排气阀返回到关闭位置。作为替换形式，也可以在孔的相同端采用拉伸弹簧和控制口，本领域的技术人员应该认识到，这时，控制信号将以相反的方式操作。
图2A、2B、3A和3B表示了本发明的多级排气阀10和10′的另一个实施例。图2B表示了排气阀10′处于打开位置，图2A、3A和3B表示了排气阀10处于关闭位置。多级排气阀10大体上与多级排气阀50不同，不同点在于它具有不同结构的阀芯16-20并且在接近压缩弹簧24处没有较小的孔。作为替换形式，多级排气阀10具有一个带有两个直径部分14′和14"的主孔14。
参见图2A、2B、3A和3B，孔14内具有多个阀芯16-20，它们在孔内成直线地相互抵靠。每个阀芯16-20都具有一个支腿部分42和一个头部40。相邻的阀芯最好通过采用榫槽和榫舌相连。例如，每个阀芯16-20的每一头部40都可具有一个榫槽46，用于可装配地容纳相邻阀芯支腿部分42上的榫舌44。
尽管本发明采用了多个位于孔内的阀芯，但也可以采用单一的阀芯来实现相同的功能。但是，最好采用多个单独的阀芯16-20或62、62和64，因为它们通过与控制压力以及进口产生的内部压力发生作用，能够形成更好的密封。但是，最好是采用图1A和1B所示的阀芯62、62和64，因为与图2A和2B所示结构的阀芯16-20相比，在阀芯移动期间，其线性偏差会更小些。
对于本领域的技术人员来说，很明显，尽管这里描述的阀是用于两级压缩机的，但这种阀也适用于三级或多级压缩机。为了形成多级排气阀，这里所述的阀只不过需要更长的孔、附加的阀芯以及额外的进口和排出口。
图3和图4表示了与两级压缩机系统1002一起使用的多级排气阀。这里所述的两级压缩机系统1002在序列号为09/179,523的美国专利申请中更清楚地进行了描述。多级排气阀10具有多种用途并可与多种压缩机系统一起使用。因此，应该理解，这里描述的压缩机系统1002仅是一个例子，并不是限定性的。
现在将简要描述压缩机系统1002的工作方式。参见图3，第一级压缩机102将空气压缩到大约30psi。压缩空气从第一级压缩机102传送到内级管道104。压缩空气通过管道104流入内级冷却器106。冷却器106使空气温度降低大约300华氏度(300°F)。冷却器106通过一个连接板108而与第一级压缩机102的排出口相连。
压缩空气穿过内级冷却器106传送到另一条内级管道112。管道112通过连接板108A与一个吸湿器110相连。吸湿器110与内级管道相连，该管道通过内级管子116导引至第二级压缩机114，所述内级管子116也通过连接板108B与吸湿器110相连。
所述压缩空气传送到第二级压缩机114的进口。第二级压缩机102将空气再压缩大约70psi，这就使空气压缩到大约100psi。压缩空气从第二级压缩机114传送到第二级压缩机排出管道118。管道118与另一排出管道118A相连，所述排出管道118A连接至压缩机装备的排出冷却器120。冷却器120又使通过其中的压缩空气的温度降低大约300华氏度(300°F)。
内级管子116具有一个焊接在其上的桶口150，它将内级管子116连接到多级排气阀10的进口26上。这种与进口26的连接是通过弯管151、管子接头152、管子连接件153和管子接头154而形成的。消音器450安装在排气阀10的排出口28上。消音器450的作用是减小当收集的气体压力释放到大气中时可能产生的噪音。
排出管道130B安装在吸湿器126上，该管道具有一个焊接到其上的T形桶口170A，装配式温度探针2010位于管道中。T形桶口170A的一端与弯管128A的一端相连。弯管128A的另一端与排出管道130A相连。一个管子接头171与桶口170A的另一端相连，其旋到一个连接件172上，该连接件再与管子接头173相连。多级排气阀10的进口30与管子接头173相连。阀10的排出口28具有一个可操作地连接到其上的排气消音器440。消音器440减小了当收集的气体压力释放到大气中时产生的噪音。
当两级压缩机1002关闭或卸载时，本发明的多级排气阀10将排出所有收集的压力，这些压力可能聚集在内级管子116中，并且可能来自第二级压缩机114并聚集在排出管道120中。由于内级和第二级排气阀集成在一起，所以内级和第二级将同时释压。因此，如果第二级排气阀发生故障并且不能打开，则内级排气阀也不会打开，从而避免了压缩机可能发生的失效。
为了与本发明的多级排气阀10一起使用，还需要对压缩机系统1002作另外的改进。现在要将原来安装在吸湿器126上的弯管180安装到一个往复检测阀492上。往复检测阀492的一侧通过一管子装配件494连接到吸湿器126上。往复检测阀492的另一侧连接到一弯管490上，所述弯管490连接在管子488上。管子488的另一端连接有一个弯头480，所述弯头480与管子T形接头460的第一端相连。以前，管子装配件190可操作地连接到检测阀128上，但是现在则与管子T形接头460的第二端相连。管子T形接头460的第三端通过一个管子装配件470与检测阀128A相连。
本发明的双排气阀10、50降低了经过第二级的压力比，即经过第二级的压力减去经过内级的压力所得的值，再除以经过内级的压力值。经过检测，已经得知，采用本发明的双排气阀能够在正常工作条件下降低第二级压力比，其降低值从高于6直到低于3。
在正常工作期间，保持经过第二级压缩机的低压比率的优点之一是能够降低第二级压缩机中的工作温度。对双排泄方案的检测表明，在正常的循环工作期间，标准排泄系统使第二级压缩机排出气体具有高达360华氏度的温度。在相同的循环工作中，双排泄系统使第二级压缩机排出气体的最高温度达295华氏度。在这个实验中，双排泄系统比标准系统温度低22％。这种由于采用双排气阀10、50而获得的更低的工作温度可以使压缩机的寿命更长。
应该理解到，上述说明仅是说明性的而非限制性的，对于本领域的技术人员来说，在不脱离本发明精神的情况下，可以作出明显的改进。因此，应该主要参见本文所附的权利要求而不是上述说明书来确定本发明的范围。
权利要求
1．一种由压缩机系统的单一控制信号控制的阀，所述阀包括一个孔；多个成直线地位于孔内的阀芯，当控制信号处于第一状态时，所述多个阀芯具有第一位置，当控制信号处于第二状态时，所述多个阀芯具有第二位置；用于偏压所述多个阀芯的弹簧装置；第一进口，当控制信号处于第二状态时，它与一个第一排出口流体相通，当控制信号处于第一状态时，第一进口与第一排出口流体隔离；和第二进口，当控制信号处于第二状态时，它与一个第二排出口流体相通，当控制信号处于第一状态时，第二进口与第二排出口流体隔离；其中，第一进口和第一排出口与第二进口和第二排出口都流体隔离。
2．如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述控制信号包括气压。
3．如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述弹簧装置包括一个压缩弹簧，其中，所述控制信号的第一和第二状态分别包括低气压和高气压，压缩弹簧将所述多个阀芯压在第一位置。
4．如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述弹簧装置包括一个拉伸弹簧，其中，所述控制信号的第一和第二状态分别包括高气压和低气压，拉伸弹簧将所述多个阀芯偏置到第二位置。
5．如权利要求1所述的阀，其特征在于，每一对相邻的阀芯都通过采用榫槽和榫舌而线性相连。
6．如权利要求1所述的阀，还包括一个无油的两级压缩机系统，该系统具有一个内级压缩机和一个第二级压缩机，其中所述阀与压缩机系统相连。
7．如权利要求6所述的阀，还包括一个与第一排出口相连的第一消音器；以及一个与第二排出口相连的第二消音器；其中，第一进口与内级压缩机有效相连，第二进口与第二级压缩机有效相连。
8．一种由来自压缩机系统的单一气压信号控制的排气阀，所述压缩机系统具有一个内级压缩机和一个第二级压缩机，其中气压信号可以是低压或高压，所述阀包括一个孔；多个成直线地位于孔内的阀芯，当气压信号为低压时，所述多个阀芯具有第一位置，当气压信号为高压时，所述多个阀芯具有第二位置；一个用于将所述多个阀芯压在关闭位置的压缩弹簧；一个第一进口，当气压信号为高压时，它与一个第一排出口流体相通，当气压信号为低压时，第一进口与第一排出口流体隔离；一个第二进口，当气压信号为高压时，它与一个第二排出口流体相通，当气压信号为低压时，第二进口与第二排出口流体隔离；一个与第一排出口相连的第一消音器；以及一个与第二排出口相连的第二消音器；其中第一进口与内级压缩机有效相连，第二进口与第二级压缩机有效相连；其中，第一进口和第一排出口与第二进口和第二排出口都流体隔离。
9．如权利要求8所述的排气阀，其特征在于，每一对相邻的阀芯都通过采用榫槽和榫舌而线性相连。
10．一种用于单个或一套无油两级压缩机装备的电子控制系统，它可操作地与一个压力系统相连，所述压力系统中的压力要保持在一个期望的压力范围内，用于控制所述的单个或一套压缩机装备的操作，所述系统包括测量装置，它可操作地与第一和第二压缩机级相连，用于测定从第一和第二压缩机级排出的压力；处理装置，它可操作地与测量装置相连，用于接收来自测量装置的信号，并将从第一压缩机级和第二压缩机级排出的测定压力与预定的可行压力范围作比较；装置，其可操作地与无油两级压缩机装备和处理装置相连，用于在压缩机装备损坏前关闭压缩机装备；一个阀，用于同时释放来自第一和第二压缩机级的压力，所述阀由单一控制信号控制。
11．如权利要求10所述的系统，其特征在于，如果从第一和第二压缩机级排出的气压高于可行压力的预定范围，控制系统将关闭压缩机装备。
12．如权利要求11所述的系统，其特征在于，通过计算一个数值来确定从第一和第二压缩机级排出的气压，该数值是通过测量第二级压缩机排出压力和第一级压缩机排出压力而得到的，使得当在大约3秒的期间内，有效的第二级压缩机排出压力与有效的第一级压缩机排出压力之比大于3.5时，警报器报警并且控制系统关闭压缩机装备。
13．如权利要求10所述的系统，还包括测量装置，它可操作地与第一和第二压缩机级相连，用于测定从第一和第二压缩机级排出的气体温度，其中，处理装置将从第一压缩机级和第二压缩机级排出的测定温度与预定的温度极限作比较；装置，其可操作地与无油两级压缩机装备和处理装置相连，用于当排出温度超过这种预定温度时，在压缩机装备损坏前关闭压缩机装备。
14．如权利要求13所述的系统，其特征在于，从第一压缩机级和第二压缩机级排出的气体的预定温度极限大约设置为435华氏度(435°F)。
15．如权利要求13所述的系统，其特征在于，进入第二级压缩机的空气的预定温度极限和压缩机装备排出温度设定在大约120华氏度(120°F)左右。
16．如权利要求13所述的系统，其特征在于，在关闭压缩机装备后，控制系统记录下四个测量温度值中哪一个是关闭压缩机装备的主要原因，并记录下其在什么时间和日期关闭。
17．如权利要求10所述的系统，还包括至少一个冷却装置，它可操作地位于第一级压缩机和第二级压缩机之间，用于在气体进入第二级压缩机之前冷却气体；至少一个第二冷却装置，它可操作地位于第二级压缩机出口和压缩机装备出口之间，用于在气体进入终端用户气体系统之前冷却气体；装置，它可操作地与每一冷却装置相连，用于为从每一冷却装置排出的气体温度建立一预定高温极限；测量装置，它可操作地与每一冷却装置相连，用于测量从每一冷却装置排出的气体温度；装置，它可操作地与每一测量装置和处理装置相连，用于当排出温度超过预定的高温极限时，在压缩机设备损坏前关闭压缩机设备。
18．如权利要求10所述的系统，还包括润滑油储存装置，它可操作地位于第一级压缩机和第二级压缩机内，用于润滑与每一压缩机压缩腔隔离的部件；测量装置，它可操作地与每一润滑油储存装置相连，用于测量其油压；装置，它可操作地与每一润滑油储存装置和测量装置相连并且与处理装置相连，用于建立油压的工作范围；和装置，它可操作地与每一测量装置和处理装置相连，用于当油压偏离预定油压范围时，在装备损坏之前关闭压缩机装备。
19．如权利要求10所述的系统，还包括装置，它可操作地与处理装置相连，用于测量在第二级冷却装置之后从压缩机装备排出的气压；装置，它可操作地与处理装置相连，用于测量在第二级冷却装置之后从压缩机装备排出的气体温度；装置，它可操作地与处理装置相连，用于确定压缩机装备排出温度和压力的范围；以及装置，它可操作地与装备排出温度和压力测量装置相连，用于当温度或压力超过预定极限时关闭压缩机装备。
20．如权利要求19所述的系统，其特征在于，装备排出压力用于确定何时对两个压缩机级进行卸载和加载。
全文摘要
本发明提供了一种多级排气阀,它采用单一控制信号对压缩机系统的内级和第二级同时进行释压。该阀采用一系列成直线地位于单一孔内的滑动阀芯,以防止两个隔离通道之间流体连通或使之连通,所述每一通道都具有一个进口和一个排出口。当用作多级压缩机系统中的两级排气阀时,该阀能够通过保证内级和第二级都释压而不仅仅是内级释压来防止压缩机发生失效。
文档编号F04B49/02GK1308188SQ0012819
公开日2001年8月15日 申请日期2000年10月20日 优先权日1999年10月21日
发明者史蒂文·D·森特斯 申请人:科尔特克工业公司