用于提高泵中压缩空气效率的方法

专利名称：用于提高泵中压缩空气效率的方法
技术领域：
本发明涉及关于气动双隔膜泵的方法和设备领域，更具体地，涉及关于气动泵的有效控制和操作的方法和设备，所述气动泵包括但不限于气动双隔膜泵。
背景技术：
流体作用泵，例如隔膜泵广泛使用，特别用于泵送液态、溶液、粘稠材料、浆料、悬浮液或可流动固体。双隔膜泵在泵送粘性或含固相液体以及泵送淡水或其他液体和基于这样的液体的高或低粘度溶液中的实用性是众所周知的。因此，已经发现这样的双隔膜泵广泛地用于抽空化粪池、通风井和矿坑，并且通常用于处置多种浆料、污泥和含废物液体。流体驱动隔膜泵在便利性、有效性、便携性和安全性方面提供了一些另外的优点。双隔膜泵耐用并且紧凑，为了获得最大灵活性，通常由单个进水管供给，并且将液体通过短歧管传送到单个排出管。虽然已知隔膜泵对其预期目的工作得很好，但是仍存在几个缺点。气动双隔膜 (AODD)泵在与马达驱动泵相比较时不是非常有效。这大部分由于用于驱动泵的空气可压缩性和压缩空气系统的低效率造成的。AODD泵通常在3-5%效率范围内运行，而离心和其他旋转泵通常在50-75%效率范围内运行。另外，传统的双隔膜泵不允许使用者取回泵性能信息来用于控制泵送过程。Reynolds的美国专利No. 5，332，372教导了用于气动隔膜泵的控制系统。所述控制系统利用传感器来监测泵速和泵位置，然后响应于其来控制压缩空气到泵的供给。由于泵速和泵位置受泵送流体特性的影响，因此控制单元能够响应于泵送的流体特性中的变化来改变泵组件的泵速或循环模式，以获得期望的泵运行特性。传感器提供持续的反馈，这使得控制系统能够响应于泵运行条件中的变化即时调整压缩空气到泵的供给，而不中断泵运行。位置传感器可用于检测泵位置。例如，传感器可包括可操作地连接到隔膜组件的数码活塞轴，其提供对应于泵位置的精确信号，所述信号可用于检测泵速和泵位置中的变化。流量条件传感器可用于确定流速、泄漏或浆料浓度。传感器向微处理器传送信号，微处理器利用传送的信号选择地致动泵的控制阀。通过感测泵位置中的变化，控制系统可通过修改控制阀的设置控制压缩空气到泵的供给，由此控制沿泵行程的任意点处的泵速和泵循环模式。数字模拟阀可用于提高由控制系统提供的系统控制程度。期望的优化泵条件可编程到控制系统中，并且利用由传感器传送的信息，控制系统可在不同行程长度、行程速度和泵循环的开始来确定最佳泵致动次序，以实现并且保持期望的预定泵送条件。Reynolds的美国专利No. 5，257，914教导了一种用于流体驱动的隔膜泵的电子控制接口。而且‘372专利以引用的方式并入‘914专利中。控制压缩空气的供给以能够使泵速或循环模式改变。这通过检测隔膜的位置和加速度来实现。更具体地，泵利用传感器来检测一些泵特性，例如泵速、流速和泵位置，但是不限于此，并且将这些信号传送到控制单元。由于隔膜的位置和移动速率受泵送的流体特性的影响，因此控制单元能够响应于泵送的流体特性中的变化来改变泵组件的泵速或循环模式。控制单元确定脉冲信号之间的消逝时间，这可计算得到杆和隔膜的往复速度。控制单元利用隔膜的移动速度中的变化计算泵的加速度和其他速度依赖特性。Reed等人的美国专利公开No. 2006/0104829公开了一种控制系统，其用于运行和控制气动隔膜泵。Reed没有利用隔膜的位置或加速度，而是根据例如预定时间周期等其他考虑因素。于是需要一种气动隔膜泵，其利用通过在浮动点或设定点处的速度检测的自学过程来最小化有效运行泵所需的压缩空气量
发明内容
本发明是用于提高泵中压缩空气效率的方法。更具体地，本发明方法利用空气效率装置来最小化泵中的压缩空气量。本发明的主要目的是，通过利用隔膜组件的移动的速度和位置感测来控制使隔膜组件移动的加压流体的应用，并且利用适应变化条件影响的控制算法来进行此控制，以实现更优化的控制泵，从而改善前述Reynolds专利5，257，914的教导及其结合的Reynolds专利5，332，372的教导。提供一种泵，其具有隔膜室和隔膜组件。 每一个隔膜组件可包括隔膜。空气效率装置可允许控制气动隔膜的运行。可限定最小和终止速度。当隔膜室中的一个填充压缩空气时，隔膜组件经过调小位置。当经过调小位置时， 空气效率装置停止或减少流入所述泵中的压缩空气。空气效率装置监测隔膜组件的速度， 直到其到达其行程端部位置，并且如果确定隔膜组件的速度超过限定的终止速度或下降到限定的最小速度之下，则重新定义调小位置。空气效率装置然后独立于另一个隔膜组件执行相同的方法。当另一个隔膜组件到达其行程端部位置时，所述方法再次重复用于第一隔膜组件，利用任何重新定义的适当的调小位置。本发明的另一个目的是提供一种用于检测泵中的隔膜组件的优化调小位置的方法，所述方法包括以下步骤提供泵，其具有标准运行状态和空气效率状态，所述泵具有布置在第一隔膜室中的第一隔膜组件，所述第一隔膜组件具有第一隔膜位置和第二隔膜位置、当前位置Xa和调小位置Xa ；所述泵还具有布置在第二隔膜室中的第二隔膜组件，所述第二隔膜组件具有第一位置、第二位置、当前位置Xai和调小位置XSK;提供线性位移装置，其相互连接在第一隔膜组件和第二隔膜组件之间，所述线性位移装置具有线性位移杆；提供进气阀，其与所述第一室和第二室连通，所述进气阀由电源操作；以空气效率状态运行所述泵，所述步骤包括打开进气阀，直到传感器确定；测量来自线性位移杆的速度；评估速度的运行参数，以确定是否线性位移杆在可接受范围内移动；重新定义Xa 或XSK，以达到优化调小位置，从而最小化进入隔膜室中的压缩空气。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，其中，线性位移装置可包括壳体、部分布置在所述壳体中的线性位移杆、布置在所述壳体中的传感器和布置在所述壳体中的控制器。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，所述方法可还包括以下步骤当用于进气阀的电源发生故障时切换到所述标准运行状态。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，所述方法可包括以下步骤提供一种泵，其具有布置在第一隔膜室中的第一隔膜组件，所述第一隔膜组件具有第一位置和第二位置、当前位置Xa和调小位置；定义最小速度 VMm和终止速度Vte-；提供一种进气阀，其可操作地连接到所述第一隔膜室；打开所述进气阀；将所述第一隔膜室的一部分填充压缩空气；朝向所述第二隔膜位置移动所述第一隔膜组件；当Xa大约等于)^时，减小经过进气阀的空气流；监测第一隔膜组件到第二隔膜位置的当前速度Va ；在第二位置处如果Va < Vminl或如果Va > Vteeml,则重新定义Xa ；和朝向所述第一隔膜位置移动所述第一隔膜组件。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，所述方法可进一步包括以下步骤提供布置在第二隔膜室中的第二隔膜组件，所述第二隔膜组件具有第一位置、第二位置、当前位置X 和调小位置其中，将所述第一隔膜组件朝向所述第一隔膜组件的第一位置移动的步骤还包括以下步骤定义最小速度Vmink和终止速度VTEKm ；打开进气阀；将所述第二隔膜室的一部分填充压缩空气；当χ 大约等时， 减小通过进气阀的空气流；监测所述第二隔膜组件到所述第二隔膜位置的当前速度Vai ；在第二隔膜位置处，如果Vra < Vmine或如果Vra > Vteemil,则重新定义)(SK ；和朝向所述第一位置移动所述第二隔膜组件。本发明的另一个目的是提供用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，其中和可独立于彼此地被电子存储。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，其中，每一个所述隔膜组件可包括隔膜、可操作地连接到所述隔膜的金属板和可操作的相互连接在所述第一隔膜组件的金属板和所述第二隔膜组件的金属板之间的杆。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，其中，在所述第二隔膜位置处，如果Va < Vminl,或如果Va > Vteeml,则重新定义的步骤可还包括以下步骤在行程端部位置的大约5mm内，如果Va < Vminl,或如果Va > Vteeml, 则重新定义)^。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的最佳调小位置的方法，其中，在所述第二隔膜位置处，如果Vra < Vmine或如果V。K > Vteemil,则重新定义)(SK的步骤可还包括以下步骤在行程端部位置的大约5mm内，如果Vra < Vmink或如果Vra > Vteemil, 则重新定义)(SK。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，其中，监测所述第一隔膜组件到第二位置的当前速度步骤可还包括以下步骤如果检测到可能的泵停机事件，则重新打开进气阀。本发明的另一个目的是提供一种用于检测隔膜组件在泵中的优化调小位置的方法，其中，如果V < Vmine则可能发生泵停机事件。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，可还包括以下步骤重新定义)(a，以使= ，其中，Sk为恒定位移值，其中，重新定义的在所述第一隔膜组件从所述第一位置移动到所述第二位置时的接下来的行程中生效。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，其中，在第一隔膜组件的第二位置处，如果Va < Vminl,或如果Va > Vteeml,则重新定义
的步骤还包括以下步骤如果Va > Vteeml,则重新定义)(a，以使Xa = ，其中为恒定位移值；和如果Va < Vminl,则重新定义Xa，以使Xa =其中为恒定位移值。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，其中，当Xcl大约等于Xa时，减小通过进气阀的空气流的步骤可还包括以下步骤当Xa 大约等于Xa时，将空气流减小到零 。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，所述方法可包括以下步骤提供泵，其具有布置在第一隔膜室中的第一隔膜组件，所述第一隔膜组件具有第一隔膜位置和第二隔膜位置、当前位置Xa和调小位置Xa;所述泵还具有布置在第二隔膜室中的第二隔膜组件，所述第二隔膜组件具有第一隔膜位置、第二隔膜位置、当前位置Xai和调小位置Xsk ；定义最小速度VMm和Vmink以及最终速度Vte-和VTEKm ； 提供可操作地连接到所述第一隔膜组件和第二隔膜组件的线性位移装置；提供可操作地连接到所述第一隔膜室和第二隔膜室的进气阀；打开所述进气阀；将所述第一隔膜室的一部分填充压缩空气；当Xa大约等于&[时，减小通过进气阀的空气流；监测所述第一隔膜组件到所述第二隔膜位置的当前速度Va ；触发第二阀；在第二隔膜位置处，如果Va <￥ ^或Va >VTEm，则重新定义Xa;朝向所述第一隔膜位置移动第一隔膜组件，其中，当第一隔膜组件朝向第一隔膜位置移动时，所述方法还包括以下步骤打开进气阀；将所述第二隔膜室填充压缩空气，同时从第一隔膜室排出压缩空气；当Xcr大约等于Xsk时，减小通过所述进气阀的空气流；监测所述第二隔膜组件到所述第二隔膜位置的当前速度Vra ；触发所述第二阀； 在所述第二隔膜位置处，如果Va < Vminl或如果Va > Vteemil,则重新定义Xsk ；和朝向所述第一隔膜位置移动所述第二隔膜组件，其中，Xa接近或处于优化调小点。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，其中触发第二阀的步骤可通过致动器销进行。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，其中，监测所述第一隔膜组件到所述第二隔膜位置的当前速度Va和监测所述第二隔膜组件到所述第二隔膜位置的当前速度Vra的步骤还包括以下步骤如果检测到可能的泵停机事件，则再次打开所述进气阀，其中，如果Va < Vminl或V。K < Vmine,则可能发生泵停机事件；重新定义X…以使Xa = XsJSly其中，Sl是恒定位移值，其中，重新定义的Xa在第一隔膜组件从第一位置移动到第二位置时在接下来的行程中生效；和重新定义XSK，以使Xsk = XSK+S1K，其中，SIe为恒定位移值，其中，重新定义的Xsk在所述第二隔膜组件从所述第一位置移动到所述第二位置时在接下来的行程中生效。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，其中，在第二位置处，如果Va < Vminl或如果Va > Vteeml,则重新定义Xa的步骤还包括以下步骤如果Va > Vteeml,则重新定义Xa，以使Xa =其中为恒定位移值；和如果 Vcl < VMm，则重新定义Xa，以使Xa = 其中为恒定位移值；其中，在第二位置的 5mm内，如果Vmink > Vce > Vteemil,则重新定义Xsk的步骤还包括以下步骤如果Vck > Vteemil, 则重新定义XSK，以使Xsk = Xse-S2e,其中S2K为恒定位移值；和如果VeK < Vmink，则重新定义 Xse,以使Xsr = XSK+S3K，其中S3K为恒定位移值。本发明的另一个目的是提供一种用于在泵中检测隔膜组件的优化调小位置的方法，其中，减小所述进气阀的空气流的步骤包括以下步骤关闭进气阀。本发明的一个优点是，其自身调节来提供运行气动双隔膜泵的优化空气效率，而不管可能发生的关于流体压力、进气压力或流体粘度的变化。当阅读和理解下面的详细说明时，本发明的其他有益效果和优点将对其所属的技术领域的技术人员变得显而易见。


本发明可采用一些部件和部件布置方式的物理形式，将在本说明书中详细描述并且在形成其一部分的附图中示出其优选实施例，附图中图1显示了根据本发明一个实施例的气动双隔膜泵的剖视图；图2显示了根据本发明一个实施例的包括第一泵状态的气动双隔膜泵的示意图；图3显示了根据本发明一个实施例的包括第二泵状态的图2中所示的气动双隔膜泵的示意图；图4显示了根据本发明一个实施例的先导阀组件和主阀组件的局部剖视图；图5显示了根据本发明一个实施例的先导阀组件和主阀组件的局部剖视图；图6a显示了根据本发明一个实施例的可操作地连接到气动双隔膜泵的空气效率装置的局部剖视图；图6b显示了根据本发明一个实施例的可操作地连接到气动双隔膜泵的空气效率装置的示意图；图7显示了线性位移装置的立体视图；图8显示了图示出根据本发明一个实施例的方法的流程图，所述方法通过控制或调节从压缩流体源提供到泵的压缩流体供给，来以提高的效率运行气动双隔膜泵。
具体实施例方式现在参照附图，附图中所示仅出于示出本发明的实施例的目的，不用于限制本发明，图1-8示出了本发明。图1显示了根据本发明一个实施例的包括空气效率装置1的气动双隔膜泵10。空气效率装置1可通过控制或调节从压缩空气或流体源提供到泵10的压缩空气或压缩流体的供给，能够使泵10在提高的效率下运行。后文中，术语“压缩空气”和 “压缩流体”可互换使用。空气效率装置1可在泵10的端部行程位置之前的预定切断或调小点开始减少或暂时停止压缩空气到泵10的供给，如下面更详细所述。通过在调小点处减少或完全停止压缩空气的供给，泵10利用压缩空气在泵室中的自然膨胀到达端部行程位置。虽然本发明以气动双隔膜泵的形式进行了描述，但是本发明可与由本领域普通技术人员通过良好判断力选择的任何形式的泵一起使用。左和右命名仅出于示例目的用于描述本发明。左和右命名用于区别相似的元件和位置，并且不旨在将本发明限制到元件的具体物理布置方式。参照图1，将总体描述泵10。泵10可包括壳体11、第一隔膜室12、第二隔膜室13、 中心部分14、电源15和空气效率装置1。第一隔膜室12可包括第一隔膜组件16，所述第一隔膜组件16包括第一隔膜17和第一隔膜板对。第一隔膜17可结合到第一隔膜板24，并且可横跨第一隔膜室12延伸，由此形成限定第一泵送室18和第一隔膜室21的可移动壁。 第二隔膜室13可基本上与第一隔膜室12相同，并且可包括第二隔膜组件20，所述第二隔膜组件20包括第二隔膜23和第二隔膜板25。第二隔膜23可结合到第二隔膜板25，并且可横跨第二隔膜室13延伸，以限定第二泵送室26和第二隔膜室22。连接杆30可操作地连接到第一和第二隔膜板24、25，并且在第一和第二隔膜板24、25之间延伸。现参照图2和3，连接杆30可至少部分地使第一和第二隔膜组件16、20 —起在如图2中所示的第一端行程位置EOSl和如图3中所示的第二端行程位置E0S2之间往复移动。 第一和第二端行程位置E0S1，E0S2可代表第一和第二隔膜组件的硬停机或物理限位位置， 如本领域中公知的由泵的机件限制。接下来，在各自的第一和第二隔膜室12，13中的每一个隔膜组件16，20可分别具有第一隔膜位置DP。DPIe,和第二隔膜位置DP\，DP2K。第一和第二隔膜位置DPIl，DPIe, DP2l, DP2e可对应于第一和第二隔膜组件16，20的在各自端行程位置E0S1，E0S2前到达的预定和/或检测位置。在一个实施例中，第一隔膜位置DP。DP1K 和第二隔膜位置DP2y DP2e可包括分别距离第一和第二端行程位置EOSl、E0S2约0. Olmm 到约IOmm的位置。在另一个实施例中，第一隔膜位置DPlyDPl1^n第二隔膜位置DP2l，DP2k 可包括分别距离第一和第二端行程位置E0S1、E0S2约5mm的位置。重要的是，如下面更详细所述的，速度的测量从来没有在端部行程位置EOSl和E0S2处测量。而是速度恰好在端部行程位置EOSl和E0S2之前测量。现继续参照图2和3，在一个实施例中，第一隔膜位置DPIl，DPIe可包括这样的位置其中压缩空气已经基本上从隔膜室21，22排出，并且泵送的流体已经吸入或以其他方式通入泵送室18，26中。在第一隔膜位置DPIl，DPIe中，隔膜板24，25可与致动器销27的端部接触，由此触发先导阀阀芯29的移动。第二隔膜位置DP\，DP2K可包括这样的位置其中第一和第二隔膜室21，22基本上由压缩空气填充，并且泵送的流体已经基本上从第一和第二泵送室18，26排出。在第二隔膜位置DP々，DP2E中，第一和第二隔膜板24，25可设置为完全脱离与致动器销27的接触。现在参照图1-5，中心部分14可包括先导阀壳体28、主流体阀组件34和空气效率装置1。先导阀壳体28可包括先导入口 31、致动器销27、先导阀阀芯29、第一主通道36、第二主通道41、第一信号端口通道42和第二信号端口通道45。先导阀壳体28可至少部分允许控制主流体阀组件34在第一和第二主阀位置之间移动，由此使压缩空气流入第一或第二隔膜室21，22中，如下面更全面地描述。在一个实施例中，先导阀阀芯29的移动可由第一或第二隔膜板24，25与致动器销27接触造成。先导入口 31可将压缩空气通到第一主通道36，、第二主通道41和先导阀阀芯29。先导阀阀芯29可在图2和4中所示的第一先导位置FPl和图3中所示的第二先导位置FP2之间移动。先导阀阀芯29可包括第一先导通路64和第二先导通路65，其构造成使先导阀阀芯29进入到第一先导位置FPl的移动能够使第一先导通路64将压缩空气从先导入口 31通到第一信号端口通道42。而且，在第一先导位置EPl中，先导阀阀芯29可定位成防止压缩空气从先导入口 31通到第二先导通路65， 并且因此防止通到第二信号端口通道45。先导阀阀芯29向右移动或移动到第二先导位置 FP2中可使第二先导通路65将压缩空气从先导入口 31通到第二信号端口通道45，同时防止压缩空气通到第一先导通路64，并且因此防止通到第一信号端口通道42。继续参照图1-5，主流体阀组件34可包括第一先导信号端口 33、第二先导信号端口 46、主流体阀阀芯35、第一入口端口 37、第二入口端口 39、第一出口端口 68、第二出口端口 69和排出端口 32。压缩空气通到第一或第二先导信号端口 33，46可使主流体阀组件34 分别在第一和第二主位置MP1，MP2之间移动。在一个实施例中，压缩空气通到第一先导信号端口 33可使主流体阀阀芯35从第一主位置MPl移动到第二主位置MP2，如图3中所示。 主流体阀阀芯35可包括第一主通路66和第二主通路67。主流体阀阀芯35到第二主位置 MP2的移动可使第二主通路设置成使压缩空气从第二主通道41经过第二入口端口 39从第二出口端口 69出来并且通入第二隔膜室22中，并且由此使第二隔膜室22填充压缩空气， 如由线44所示。另外，主流体阀阀芯35的第一主通路66可设置成使压缩空气从第一隔膜室21经由排出端口 32排出，如由线48所示。压缩空气通到第二先导信号端口 46可使主流体阀阀芯35从第二主位置MP2移动到图2中所示的第一主位置MP1。主流体阀阀芯35 到第一主位置MPl的移动可使第一主通路66设置成使压缩空气从第一主通道36经过第一入口端口 37从第一出口端口 68出来并且通到第一隔膜室21中，由此使第二隔膜室22填充压缩空气，如由线38所示。另外，主流体阀阀芯35的第二主通路67可设置成使压缩空气从第二隔膜室22经由排出端口 32排出，如由线43所示。在另一个实施例中，主阀阀芯 35的移动可电动控制，例如利用美国专利No. 6，036，445中公开的螺线管和控制器，所述专利以引用的方式并入本文中。现在参照图1，2，3，6a，6b和7，空气效率装置1可包括传感器2、控制器5和阀组件 4。传感器2可包括接触式电位计或电阻式传感器；电感式传感器，例如线性可变差动变压器(LVDT)传感器或涡流传感器；或非接触式电位计位移传感器。在一个实施例中，传感器2 可包括intrinsic LLC销售的嵌入式传感器。这样的传感器在公开号为US 20070126416 的美国专利申请中有所描述。在一个实施例中，如图7中所示，传感器2可包括传感器壳体
50、电阻构件51、信号带52和传感器杆53。传感器壳体50可固定附接到壳体11，并且可封闭电阻构件51、信号带52和传感器杆53的一部分。传感器杆53可包括细长刚性结构， 类似于连接杆30的结构。传感器杆53可延伸穿过传感器壳体50，并且可操作地连接到第一和第二隔膜组件16，20，以使隔膜组件16，20的移动使传感器杆53相对于传感器壳体50 移动。电阻构件51可包括可变电阻膜，其固定结合到传感器壳体，并且基本上平行于传感器杆53设置。信号带52可牢固地附接到传感器杆53，以使信号带52基本上相对于电阻构件51垂直延伸。信号带52可至少部分横跨电阻构件51延伸，并且可电容耦合到电阻构件
51。在一个实施例中，传感器杆53可延伸穿过传感器壳体50，并且可在其各自端部牢固地附接到第一和第二隔膜板对，25。第一和第二隔膜组件16，20的移动可使传感器杆53在传感器壳体50中移动，由此使信号带52横跨电阻构件51的长度的至少一部分移动。现在继续参照图1，2，3，6a，6b和7，传感器2可设置用于测量或检测第一和第二隔膜组件16，20的隔膜移动。隔膜移动可定义为各个隔膜组件16，20的移动，或以不同方式来说，作为一个单元移动的隔膜17，23、底板24，25和连接杆30的移动。当隔膜组件16，20 在第一和第二端行程位置E0S1，E0S2之间，即在隔膜组件的整个行程上移动时，传感器2可连续测量和检测隔膜移动。当隔膜组件16，20从第二端行程位置E0S2移动到第一端行程位置EOSl时，传感器2可测量或检测彼此独立地第一和第二隔膜组件16，20的隔膜移动。 在一个实施例中，传感器2可设置用于检测控制杆30的移动。在另一个实施例中，传感器2 可设置用于检测第一和第二隔膜板对，25的移动。在又一个实施例中，空气效率装置1可包括多个传感器2，其中每一个传感器2设置在壳体11中，以独立地检测第一隔膜组件16 或第二隔膜组件20或其部件的隔膜移动。可任选地，每一个传感器2可仅检测隔膜特定部件的移动。例如，在一个实施例中，第一传感器2可设置用于检测第一隔膜板M的移动，第二传感器2可设置用于检测第二隔膜板25的移动，第三传感器2可设置用于检测控制杆30 的移动。以引用的方式并入本文中的美国专利No. 6，241，487公开了设置在主流体阀壳体内的临近传感器和电接口的使用。以引用的方式并入本文中的美国专利No. 5，257，914公开了用于感测隔膜组件的位置和移动速率的传感器机构的使用。空气效率装置1可包括本领域普通技术人员通过良好判断力选择的任何类型和任意数量的传感器2，所述传感器2 设置用于检测、测量或感测隔膜移动或其部件关于第一和第二隔膜组件16，20的任何部分的移动。
继续参照图1，2，3，6a，6b和7，控制器5可包括可操作地连接到传感器2和阀组件 4的微处理器或微控制器。控制器5可包括未示出的处理单元，和未示出的内存部分，并且可根据本文所述的方法进行计算。控制器5可接收和存储由传感器2传送的多个输入信号。 输入信号可至少部分提供给控制器5关于第一和第二隔膜组件16，20的隔膜移动的信息。 控制器5可利用预编程的算法和多个输入信号来确定并且传送多个输出信号，以控制阀组件4的操作。控制器5可提供阀组件4的独立控制，以使空气效率装置1独立地针对每一个隔膜组件16，20优化流入泵10中的压缩空气流。在一个实施例中，控制器5可包括具有高性能的修改的精简指令集计算机(RISC)的16位数字信号控制器，其可从本领域普通技术人员中的每一个已知的多个供货商商购获得，例如但是不限于型号为dsPIC30F4013-301/ PT并且由Microchip Technology Inc提供的马达控制16位数字信号控制器。控制器5可分别通过连接器8a和8b与传感器2和阀组件4通讯。在一个实施例中，连接器8a，8b可包括导电电线或线缆。连接器8a，8b可包括由本领域普通技术人员通过良好判断力选择的任何类型的连接器。继续参照图1，2，3，6a，6b和7，阀组件4可包括进气阀6和AED先导阀7。阀组件 4可允许控制压缩空气到泵10的流入。阀组件4可通过控制器5控制，以使泵10以传统模式CM、学习模式LM和优化模式OM运行，这在下面更全面地讨论。传统模式CM可包括以传统方式运行的泵10，其中阀组件4在泵10运行过程中不限制流入泵10中的压缩空气。 在一个实施例中，进气阀6可包括通常打开的提升阀，并且AED先导阀7可包括通常闭合的先导阀，由此使泵10在空气效率装置1的任何运行故障期间以传统模式CM运行。在另一个实施例中，进气阀6可包括通常闭合的提升阀，并且AED先导阀7可包括通常打开的先导阀。阀组件4可包括由本领域普通技术人员通过良好判断力选择的任何类型的阀组件，所述阀组件包括任意数量和类型的允许泵10在空气效率装置1的任何运行故障期间以传统方式运行的阀。现在继续参照图1，2，3，6a，6b和7，在一个实施例中，AED先导阀7可接收来自控制器5的致动未示出的螺线管的输出信号，以打开AED先导阀7。AED先导阀7的打开可使压缩空气从压缩空气源9流出，并且流入AED先导阀7。进入AED先导阀7中的压缩空气流可接触进气阀6的未示出的阀杆，由此闭合进气阀6。进气阀6的闭合可防止压缩空气进入泵10。类似地，控制器5可传送或停止传送输出信号，所述输出信号然后使AED先导阀7 闭合。AED先导阀7的闭合可停止压缩空气流入AED先导阀7中，并且使进气阀6返回到其正常打开位置，在该位置中，再次允许压缩空气流入泵10中，以将隔膜组件16，20移动到各自的左端行程位置和右端行程位置。图6a和6b显示了本发明的另一个实施例，其中泵接收连续的压缩空气流。如图6a中所示，进气阀6可包括泄漏装置或旁通管，以使减少量的压缩空气连续地和/或选择地提供到泵10。在一个实施例中，进气阀6可包括具有形成在其中的空气旁通管6a的提升阀，所述提升阀允许在进气阀6闭合时使减少量的压缩空气提供到泵10。在图6b中所示的另一个实施例中，进气阀6可包括2位置阀，其允许减少量的压缩空气选择地提供到泵10。 2位置阀包括大流量位置和减少流量位置，使大流量位置比减少流量位置能够使较少限制的压缩空气流通过。在一个实施例中，进气阀6可包括流量限制器6b。流量限制器6b可包括流量限制器、压力限制器、可变流量限制器、可变压力限制器或适于提供减少或限制流量的压缩空气的任何类型的限制器，由本领域普通技术人员根据良好判断力选择。进气阀 6可包括任何类型的阀，由本领域普通技术人员根据良好判断力选择。例如，进气阀6可包括完全可变的空气供给阀，其中，空气流量减少程度可由任何预设或预定的有效全流量的百分比确定，更小的百分比的初始空气供给流量通过例如确定Xsl或Xm处 或本领域普通技术人员通过良好判断力选择的任何其他点处的Vmin和Vmax之间的速度差异程度来确定。压力减少可在一个或多个离散步骤中，或以连续形式从高压向低压进行。为了确保隔膜组件总是具有足够的速度，以使压缩空气反转发生在端部行程处，在该端部处隔膜组件物理致动端部行程传感器，提供的最小调小压力应不下降到低于使端部行程传感器致动所需的压力，所述端部行程传感器可例如是通过与阀组件的一部分接触来移动的标准先导阀。继续参照图1，2，3，6a，6b和7，电源15可包括附接到泵壳体11的集成电源。在一个实施例中，电源15可以是集成发电机。发电机15可通过泵入口压缩空气供给、泵排出或外部电源运行。机载发电机15的一个优点是其使泵10便携。通常，其中使用泵10的位置或环境使得泵10通过外部电线连接到电源插座或固定电源不可行。在本发明范围内还预期泵10可与电源插座，例如传统的墙壁插座或固定电源通过外部电线连接而使用。现在参照图2，3，和8，将总体描述泵10的操作。下表提供用于泵10的运行描述
中的附图标记的部分列表和说明。
权利要求
1.一种方法，其特征在于包括以下步骤提供泵，其具有布置在第一隔膜室中的第一隔膜组件，所述第一隔膜组件具有第一隔膜位置和第二隔膜位置、当前位置Xcl和调小位置； 定义最小速度VMm和终止速度Vtemc ； 提供进气阀，其可操作地连接到所述第一隔膜室； 打开所述进气阀；将所述第一隔膜室的一部分填充压缩空气；当Xa大约等于时，减小通过进气阀的空气流；监测所述第一隔膜组件到所述第二隔膜位置的当前速度Va ；在第二隔膜位置处，如果Va < Vminl,或如果Va > Vteesc,则重新定义Xa ；和朝向所述第一隔膜位置移动所述第一隔膜组件。
2.根据权利要求1所述的方法，还包括以下步骤提供布置在第二隔膜室中的第二隔膜组件，所述第二隔膜组件具有第一隔膜位置、第二隔膜位置、当前位置Xcr和调小位置)(SK ；其中，将所述第一隔膜组件朝向所述第一隔膜组件的第一隔膜位置移动的步骤还包括以下步骤定义最小速度Vmink和终止速度VTEKm ； 打开进气阀；将所述第二隔膜室的一部分填充压缩空气；当Xai大约等于)(SK时，减小通过进气阀的空气流；监测所述第二隔膜组件到所述第二隔膜位置的当前速度Vra ；在第二隔膜位置处，如果V。K < Vmine,或如果V。K > Vteemil,则重新定义)(SK ；和朝向所述第一隔膜位置移动所述第二隔膜组件。
3.根据权利要求2所述的方法，其中，和)(SK彼此独立地被电子存储。
4.根据权利要求1所述的方法，其中，所述第一隔膜组件包括 隔膜；和金属板，其可操作地连接到所述隔膜，其中，杆可操作地连接到所述金属板。
5.根据权利要求2所述的方法，其中，所述第二隔膜组件包括 隔膜；和金属板，其可操作地连接到所述隔膜；其中，所述杆可操作地在所述第一隔膜组件的金属板和所述第二隔膜组件的金属板之间相互连接。
6.根据权利要求1所述的方法，其中，监测所述第一隔膜组件到所述第二隔膜位置的当前速度Va的步骤还包括以下步骤如果检测到可能的泵停机事件，则重新打开进气阀。
7.根据权利要求6所述的方法，其中，如果Va< Vminl,则可能出现泵停机事件。
8.根据权利要求6所述的方法，还包括以下步骤重新定义)^，以使Al =其中，Sk为恒定位移值，其中，重新定义的Xa在所述第一隔膜组件从所述第一隔膜位置移动到所述第二隔膜位置时的接下来的行程中生效。
9.根据权利要求1所述的方法，其中，如果在所述第一隔膜组件的所述第二隔膜位置处Va < Vminl或Va > Vteesc,则重新定义Xsl的步骤还包括以下步骤如果Va > Vteesc,则重新定义X…使得Xa =其中为恒定位移值；和如果Va < Vminl,则重新定义Xa，使得Xa =其中为恒定位移值。
10.根据权利要求1所述的方法，其中，当Xa大约等于Xa时，减小通过所述进气阀的空气流的步骤还包括以下步骤关闭进气阀。
11.根据权利要求1所述的方法，其中，ντ·使用在行程上的平均速度计算。
12.一种用于检测泵中隔膜组件的优化调小位置的方法，所述方法的特征在于包括以下步骤提供泵，其具有布置在第一隔膜室中的第一隔膜组件，所述第一隔膜组件具有第一隔膜位置和第二隔膜位置、当前位置Xa和调小位置Xa ；所述泵还具有布置在第二隔膜室中的第二隔膜组件，所述第二隔膜组件具有第一隔膜位置、第二隔膜位置、当前位置X 和调小位置Xsk ；定义最小速度Vmi‘和Vmink以及最终速度Vteeml 和 Vteemil ；提供可操作地连接到所述第一隔膜组件和第二隔膜组件的传感器； 提供可操作地连接到所述第一隔膜室和第二隔膜室的进气阀； 打开所述进气阀；将所述第一隔膜室的一部分填充压缩空气； 当Xa大约等于Xa时，减小通过进气阀的空气流； 监测到所述第二隔膜位置的第一隔膜组件的当前速度Va ； 在第二隔膜位置处，如果Va < Vminl或如果Va > Vteeml,则重新定义Xa ； 朝向所述第一隔膜位置移动第一隔膜组件，其中，当第一隔膜组件朝向第一隔膜位置移动时，所述方法还包括以下步骤 打开进气阀；将所述第二隔膜室填充压缩空气，同时从第一隔膜室排出压缩空气；当Xai大约等于Xsk时，减小通过所述进气阀的空气流；监测所述第二隔膜组件到所述第二隔膜位置的当前速度Vra ；在所述第二隔膜位置处，如果Vai < Vmine或如果Vra > Vteemil,则重新定义Xsk ；和朝向所述第一隔膜位置移动所述第二隔膜组件，其中，Xa接近或处于优化调小点。
13.根据权利要求12所述的方法，其中，Xa和Xsk彼此独立地被电子存储。
14.根据权利要求12所述的方法，其中，在监测所述第一隔膜组件到所述第二隔膜位置的当前速度Va的步骤之后，所述方法还包括以下步骤触发第二阀，其中，所述第二阀通过致动器销触发。
15.根据权利要求12所述的方法，其中，监测所述第一隔膜组件到所述第二隔膜位置的当前速度监测所述第二隔膜组件到所述第二隔膜位置的当前速度Vai的步骤还包括以下步骤如果检测到可能的泵停机事件，则再次打开所述进气阀，其中，如果Va < Vmi ‘或Vra < Vmink，则检测到泵停机事件；重新定义Xa，以使Xa = XsJSly其中，Sl是恒定位移值，其中，重新定义的Xa在第一隔膜组件从第一隔膜位置移动到第二隔膜位置时的接下来的行程中生效；和重新定义)(SK，以使= )(SK+S1K，其中，SIk为恒定位移值，其中，重新定义的)(SK在所述第二隔膜组件从所述第一隔膜位置移动到所述第二隔膜位置时的接下来的行程中生效。
16.根据权利要求12所述的方法，其中，在第二隔膜位置处，如果Vcl< Vminl或如果Vcl > vTEm，则重新定义Xa的步骤还包括以下步骤如果Va > Vterml,则重新定义)(a，以使Xa =其中S々为恒定位移值；和如果Va < Vminl,则重新定义)(a，以使Xa =其中S、为恒定位移值，其中，在第二隔膜位置处，如果V。K < Vmine或如果Va > Vteemil,则重新定义)(SK的步骤还包括以下步骤如果VeK > Vteemil,则重新定义)(SK，以使)(SK = Xa_S2K，其中S、为恒定位移值；和如果VeK < Vmink，则重新定义)(SK，以使)(SK = )(SK+S3K，其中为恒定位移值。
17.根据权利要求12所述的方法，其中，减小所述进气阀的空气流的步骤包括以下步骤关闭进气阀。
18.一种用于检测泵中隔膜组件的优化调小位置的方法，其特征为包括以下步骤提供泵，其具有传统模式和优化模式，所述泵具有布置在第一隔膜室中的第一隔膜组件，所述第一隔膜组件具有第一隔膜位置和第二隔膜位置、当前位置Xcl和调小位置；所述泵还具有布置在第二隔膜室中的第二隔膜组件，所述第二隔膜组件具有第一隔膜位置、 第二隔膜位置、当前位置Xcr和调小位置)(SK ；提供空气效率装置，其可操作地结合到第一隔膜组件和第二隔膜组件； 提供进气阀，其与第一室和第二室连通，所述进气阀通过电源操作； 以优化模式运行泵，所述步骤包括打开进气阀，直到所述传感器确定Xa大约等于或X 大约等于； 确定所述第一隔膜组件或第二隔膜组件的隔膜移动；评估来自所述隔膜移动的运行参数，以确定是否所述第一隔膜组件或所述第二隔膜组件在可接受的范围内移动；重新定义或)(SK，以达到优化调小位置。
19.根据权利要求18所述的方法，其中，所述空气效率装置包括 传感器，其中，所述传感器可操作地结合到所述第一隔膜组件和所述第二隔膜组件； 阀组件，其中，所述阀组件控制所述进气阀的打开或关闭；和控制器，其中，所述控制器可操作地结合到所述传感器和所述阀组件。
20.根据权利要求18所述的方法，还包括以下步骤 在用于进气阀的电源出现故障时切换到传统模式。
21.根据权利要求18所述的方法，其中，基本上达到优化调小位置，并且根据泵对称性从Xa计算)(SK。
22.一种装置，包括泵壳体，其限定第一隔膜室和第二隔膜室；第一隔膜组件，其具有在所述第一隔膜室中限定第一泵送室和第一流体室的第一隔膜；第二隔膜组件，其具有在所述第二隔膜室中限定第二泵送室和第二流体室的第二隔膜；连接杆，其可操作地连接到所述第一和第二隔膜组件，以允许进行所述第一和第二隔膜组件的往复移动；第一阀组件，其用于控制压缩空气进入到所述第一和第二流体室中的交替供给 ，所述装置的特征在于 第二阀组件，其用于控制所述第一阀组件； 第三阀组件，其用于控制进入到所述泵中的压缩空气的供应；和计算机，其具有操作装置，所述操作装置用于检测第一或第二隔膜组件的速度和控制所述第三阀组件来改变进入到所述泵中的压缩空气的供应，其中，进入到所述泵中的压缩空气的供应的变化至少部分地取决于检测的速度。
全文摘要
一种用于提高泵中压缩空气效率的方法，其利用空气效率装置来优化泵中的压缩空气量。当泵在第一和第二隔膜位置之间移动时，空气效率装置可允许通过减小提供到泵的压缩空气流来控制气动隔膜泵的运行。传感器可用于监测隔膜组件的速度。进而，全部位置反馈是可能的，以使泵自身调节来确定隔膜组件的优化的或接近优化的调小点。这样，通过最小化所需压缩空气量实现了空气的节约。
文档编号F04B43/00GK102292548SQ201080005347
公开日2011年12月21日 申请日期2010年1月25日 优先权日2009年1月23日
发明者朱海虹, 查尔斯·伦道夫·阿博特, 约瓦恩·塞巴斯蒂安·罗伯茨, 迈克尔·布拉斯·奥恩多夫, 马克·D·麦考特 申请人:沃伦鲁普公司