[发明专利]用于往复式压缩机的旋转阀和相关方法

说明书

技术领域

本文公开的主题的实施例大体上涉及用于使用单个促动器来控制往复式压缩机的压缩室中的流体的进入和排出两者的设备及方法；更具体而言，涉及促动旋转阀，旋转阀构造成闭合或开启往/返于压缩机室的进入流动通路和排出流动通路。

背景技术

压缩机可分类为正位移压缩机(例如，往复、螺旋或导叶压缩机)或动力压缩机(例如，离心或轴向压缩机)。对于正位移压缩机，压缩通过捕集空气且然后减小其体积来实现。对于动力压缩机，气体通过将通常来自旋转元件如叶轮的动能传递至由压缩机压缩的气体来压缩。

图1为常规双室往复压缩机10的图示。流体压缩发生在本体20内，本体20通常具有圆筒形。待压缩的流体(例如，天然气)经由入口30和吸入阀32和34输入到本体20中，且在压缩之后，流体经由出口40和排出阀42和44输出。压缩为循环过程，其中流体由于活塞50在本体20内在头端26与曲柄端28之间的移动而被压缩。活塞50将本体20分成在压缩循环的不同阶段操作的两个压缩室22和24，当压缩室24的体积处于其最高值时压缩室22的体积处于其最低值，且反之亦然。

吸入阀32和34构造成开启，以允许进入流体(具有第一压力P₁)分别进入压缩室22和24。排出阀42和44构造成开启，以允许流出的压缩流体(具有第二压力P₂＞P₁)分别从压缩室22和24输出。活塞50由于从曲轴60经由十字头70和活塞杆80传输来的能量而移动。阀32,34,42和44示为在本体20的侧壁上，但它们还可位于本体20的头端26和曲柄端28上。

通常，用于往复式压缩机的吸入阀和排出阀为自动阀，其由于穿过阀的差压(即，在阀的活动部分的一侧上的压力与活动部分的另一侧上的压力之间)在闭合状态与开启状态之间切换。自动阀具有的缺点在于它们显著地增大了压缩室的空隙体积，空隙体积(例如，25)为不可有效用于压缩循环的体积。空隙体积越大，压缩效率越低。

促动的回转阀最大限度地减小了阀引起的压缩室的空隙体积的部分，且增大了流动区域。图2A和2B示出了常规回转阀200，其可置于开启或闭合入口30与压缩室22之间的流动通路。阀200可认作是替代任何阀32,34,42和44使用。阀200包括底座(或定子)210和转子220。底座210和转子220为具有开口的同轴盘，开口横跨围绕杆230的相同尺寸的扇区。转子220可被促动来围绕杆230从第一位置(图2A)旋转至第二位置(图2B)，在第一位置，转子的开口222与底座的开口212重叠，而在第二位置，转子的开口222和底座的开口212(使用虚线示出)跨越不同的扇区。当转子220处于第一位置时，回转阀200处于开启状态，允许流体流过阀。当转子220处于第二位置时，回转阀200处于闭合状态，因此防止流体流过阀。

回转阀的使用如果对于在油气行业中使用的压缩机可行，也很困难。油气行业中使用的压缩机必须满足工业特定要求，这例如考虑了压缩流体通常是腐蚀性且可燃的。美国石油组织(API)，制定油气行业中使用的设备的认可的行业标准的组织，已经发出了文件API618，其列出了往复式压缩机的整套最低要求。

考虑到油气行业中使用的阀通常具有大约5ms的促动时间，以便促动用于此类压缩机的回转阀，体积较大的(相对于可用空间)促动器将是所需的。由于爆炸的潜在风险，电气阀促动器(能够提供所需的促动时间)优选放置成例如不与可燃气体接触，由这些促动器生成的运动机械地传输至与流体接触的阀的活动部分。放置促动器和用于将由促动器生成的位移传输至阀的活动部分的机构所需的空间可能并非总是可用。此外，双往复式压缩机的曲柄端侧通常具有少于头端侧的空间。

此外，将期望的是向用于油气行业的往复式压缩机的自动阀提供备选方案，以满足要求且考虑到有限空间。

在往复式压缩机中使用旋转阀具有的优点在于以单个促动器控制吸入和排出流动通路两者。旋转阀可安装在双往复式压缩机的头端和曲柄端处。双往复式压缩机中的两个旋转阀可使用相同促动器来促动。

发明内容

根据示例性实施例，往复式压缩机具有(1)构造成压缩流体的压缩室，流体经由进入口进入压缩室，且在压缩之后经由排出口从压缩室排出，(2)构造成提供角位移的促动器，以及(3)构造成接收角位移且取决于角位移而控制进入口和排出口开启或是闭合的旋转阀。旋转阀包括构造成由于角位移而旋转的可旋转盘，其具有第一开口以在第一开口与进入口重叠时允许吸入流体流进入压缩室，以及第二开口以在第二开口与排出口重叠时允许排出流体流从压缩室离开。