ОСУШИТЕЛЬ ВОЗДУХА
AIR DRIER

ОБЛАСТЬ ТЕХНИКИ, К КОТОРОЙ ОТНОСИТСЯ ИЗОБРЕТЕНИЕ
Настоящее изобретение относится, вообще, к осушителю воздуха, такому, который может быть встроен в систему сжатого воздуха с целью удаления из сжатого воздуха влаги и других загрязняющих примесей.
УРОВЕНЬ ТЕХНИКИ
Сжатый воздух широко используется для осуществления множества функций. Например, сжатый воздух может быть использован для вытеснения воды из балластных резервуаров подводной лодки с целью повышения ее плавучести, для приведения в действие тормозов на локомотивах и грузовиках или для пневматического управления клапанами. В каждом случае сжатый воздух может содержать влагу и другие загрязняющие примеси в форме частиц, которые, если их не удалить, могут ускорять засорение, коррозию и вызывать другие помехи в работе оборудования.
В данной области известны разнообразные осушители воздуха, удаляющие из сжатого воздуха влагу и загрязняющие примеси в форме частиц. Как правило, осушители воздуха включают различные сочетания фильтров и влагоотделителей, осуществляющих очистку и осушку сжатого воздуха до того, как он достигнет соответствующего оборудования. В устройствах, требующих непрерывной подачи сжатого воздуха, осушители воздуха могут включать дублированные траектории потока, расположенные параллельно так, что в одной траектории потока может происходить очистка сжатого воздуха, тогда как другую траекторию потока очищают от отфильтрованной влаги и частиц. Однако конструкциям осушителей известного уровня техники может быть свойственно снижение эффективности и/или полный отказ в случае ненадлежащей регулировки клапанов. Следовательно было бы полезным наличие усовершенствованного осушителя воздуха, который может продолжать работать и подавать сжатый воздух несмотря на неисправность или разрегулированность клапана.
СУЩНОСТЬ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Аспекты и преимущества изобретения изложены далее в нижеследующем описании, или они могут стать очевидны из этого описания, или могут быть установлены в ходе реализации изобретения на практике.
Одним из вариантов осуществления настоящего изобретения является осушитель воздуха, в котором имеется первая и вторая траектории потока, проходящие сквозь осушитель воздуха. Первая траектория потока включает первый запорный клапан, который препятствует потоку текучей среды по первой траектории потока, и первый выпускной клапан, у которого имеется открытое положение, в котором возможен поток текучей среды из первой траектории потока, и закрытое положение, в котором отсутствует поток текучей среды из первой траектории потока. Вторая траектория потока параллельна первой траектории потока и включает второй запорный клапан, который препятствует потоку текучей среды по второй траектории потока, и второй выпускной клапан, у которого имеется открытое положение, в котором возможен поток текучей среды из второй траектории потока, и закрытое положение, в котором отсутствует поток текучей среды из второй траектории потока. Первый управляющий пневмоклапан обеспечивает пневматическую связь между потоком до второго запорного клапана с первым выпускным клапаном, второй управляющий пневмоклапан обеспечивает пневматическую связь между потоком до первого запорного клапана со вторым выпускным клапаном.
Другой вариант осуществления настоящего изобретения представляет собой осушитель воздуха, в котором имеется первая траектория потока, проходящая сквозь осушитель воздуха. Первая траектория потока включает первый запорный клапан, который препятствует потоку текучей среды по первой траектории потока, и первый выпускной клапан, у которого имеется открытое положение, в котором возможен поток текучей среды из первой траектории потока, и закрытое положение, в котором отсутствует поток текучей среды из первой траектории потока. Вторая траектория потока параллельна первой траектории потока и включает второй запорный клапан, который препятствует потоку текучей среды по второй траектории потока, и второй выпускной клапан, у которого имеется открытое положение, в котором возможен поток текучей среды из второй траектории потока, и закрытое положение, в котором отсутствует поток текучей среды из второй траектории потока. Распределительный клапан имеет первое положение, в котором обеспечивается пневматическая связь с первой траекторией потока, и второе положение, в котором обеспечивается пневматическая связь со второй траекторией потока. Первый управляющий пневмоклапан обеспечивает пневматическую связь между потоком до второго запорного клапана с распределительным клапаном, второй управляющий пневмоклапан обеспечивает пневматическую связь между потоком до первого запорного клапана с распределительным клапаном.
В еще одном варианте осуществления настоящего изобретения в осушителе воздуха имеется первая траектория потока, проходящая сквозь осушитель воздуха, первая траектория потока включает первый запорный клапан, который препятствует потоку текучей среды по первой траектории потока, и первый выпускной клапан, у которого имеется открытое положение, в котором возможен поток текучей среды из первой траектории потока, и закрытое положение, в котором отсутствует поток текучей среды из первой траектории потока. Вторая траектория потока параллельна первой траектории потока и включает второй запорный клапан, который препятствует потоку текучей среды по второй траектории потока, и второй выпускной клапан, у которого имеется открытое положение, в котором возможен поток текучей среды из второй траектории потока, и закрытое положение, в котором отсутствует поток текучей среды из второй траектории потока. Распределительный клапан имеет первое положение, в котором обеспечивается пневматическая связь с первой траекторией потока, и второе положение, в котором обеспечивается пневматическая связь со второй траекторией потока. Устройство блокировки, функционально соединенное с распределительным клапаном и первым и вторым выпускными клапанами, предотвращает переключение распределительного клапана в первое положение, когда первый выпускной клапан находится в открытом положении, и предотвращает переключение распределительного клапана во второе положение, когда второй выпускной клапан находится в открытом положении.
По прочтении настоящего описания специалистам в данной области и пр. станут более понятны отличительные особенности и аспекты таких вариантов осуществления изобретения.
КРАТКОЕ ОПИСАНИЕ ЧЕРТЕЖЕЙ
Полное и достаточное для воспроизведения специалистами в данной области описание настоящего изобретения, включая наилучший его вариант, изложено более подробно в нижеследующей части описания, включая ссылки на прилагаемые чертежи, на которых:
Фиг.1 представляет собой схему не находящегося под давлением осушителя воздуха, соответствующего одному из вариантов осуществления настоящего изобретения;
Фиг.2 представляет собой схему осушителя воздуха, показанного на фиг.1, во время нормальной работы, когда в правой траектории потока происходит осушка сжатого воздуха, а в левой траектории потока – продувка;
Фиг.3 представляет собой схему осушителя воздуха, показанного на фиг.1, во время нормальной работы, когда в правой траектории потока происходит осушка сжатого воздуха, а в левой траектории потока – повышение давления;
Фиг.4 представляет собой схему осушителя воздуха, показанного на фиг.1, во время нормальной работы, когда в левой траектории потока происходит осушка сжатого воздуха, а в правой траектории потока – продувка;
Фиг.5 представляет собой схему осушителя воздуха, показанного на фиг.1, во время нормальной работы, когда в левой траектории потока происходит осушка сжатого воздуха, а в правой траектории потока - повышение давления;
Фиг.6 представляет собой схему осушителя воздуха, показанного на фиг.5, во время работы, когда в левой траектории потока происходит осушка сжатого воздуха, и выпускной клапан в правой траектории потока ошибочно открыт; и
Фиг.7 представляет собой схему осушителя воздуха, показанного на фиг.5, во время работы, когда в левой траектории потока происходит осушка сжатого воздуха, и выпускной клапан в правой траектории потока ошибочно открыт, при этом происходит потеря давления сжатого воздуха.
ПОДРОБНОЕ ОПИСАНИЕ ИЗОБРЕТЕНИЯ
Далее подробно описаны представленные варианты осуществления изобретения, один или несколько примеров которых поясняются прилагаемыми чертежами. В подробном описании использованы цифровые и буквенные обозначения для отсылки к элементам на чертежах. Одинаковые или подобные обозначения на чертежах и в описании использованы для отсылки к одинаковым или подобным частям изобретения. В контексте настоящего документа термины «первый», «второй» и «третий» могут быть использованы взаимозаменяемым образом, чтобы отличать один компонент от другого, и не подразумевают указания на размещение или степень важности отдельных компонентов. Термины «выше по потоку», «ниже по потоку», «радиально» и «аксиально» указывают на относительное направление относительно потока текучей среды в какой-либо траектории потока. Например, «выше по потоку» относится к направлению, от которого в нормальной ситуации притекает текучая среда, а «ниже по потоку» относится к направлению, в к которому в нормальной ситуации перемещается текучая среда. Точно так же, «радиально» указывает на относительное направление, по существу, перпендикулярное потоку текучей среды, «аксиально» указывает на относительное направление, по существу, параллельное потоку текучей среды.
Каждый пример приведен с целью пояснения изобретения, а не для ограничения изобретения. Действительно, специалистам в данной области будет понятно, что в настоящем изобретении могут быть произведены модификации и изменения, не выходящие за рамки объема и существа изобретения. Например, отличительные особенности, поясненные или описанные как часть одного варианта осуществления изобретения, могут быть использованы в другом варианте осуществления изобретения с получением еще одного варианта осуществления изобретения. Таким образом, подразумевается, что настоящее изобретение охватывает такие модификации и изменения, как входящие в объем прилагаемой формулы изобретения и ее эквивалентов.
Различные варианты осуществления настоящего изобретения включают осушитель воздуха, который может быть встроен в систему сжатого воздуха с целью удаления из сжатого воздуха влаги и других загрязняющих примесей. Вообще, осушитель воздуха включает множество траекторий потока, размещенных параллельно, и на каждой траектории потока имеется выпускной клапан. Каждая траектория потока также может включать различные средства для удаления влаги и/или загрязняющих примесей в форме частиц. Эти средства для удаления влаги и/или загрязняющих примесей в форме частиц могут включать различные сочетания фильтров и\или влагоотделителей, осуществляющих очистку и осушку сжатого воздуха. Осушитель воздуха также может включать распределительный клапан, имеющий первое положение, в котором обеспечивается пневматическая связь с одной траекторией потока, и второе положение, в котором обеспечивается пневматическая связь с другой траекторией потока.
Устройство блокировки может быть функционально соединено с распределительным клапаном и выпускными клапанами с целью предотвращения переключения распределительного клапана в положение, открывающее какую-либо траекторию потока, когда соответствующий выпускной клапан находится в открытом положении.
На фиг.1 представлена схема осушителя воздуха 10, соответствующего одному из вариантов осуществления настоящего изобретения и находящегося в состоянии не под давлением, на фиг.2–7 представлены схемы осушителя воздуха, показанного на фиг.1, в разных режимах работы. Как показано на чертеже, осушитель воздуха 10, вообще, включает первую и вторую траектории потока 12, 14, хотя дополнительные траектории также могут иметь место и входят в объем настоящего изобретения. Первая и вторая траектории потока 12, 14 расположены параллельно между входным отверстием 16 и выходным отверстием 18, распределительный клапан 20 имеет первое положение (показано на фиг.1–3), в котором обеспечивается пневматическая связь с первой траекторией потока 12, и второе положение (показано на фиг.4–7), в котором обеспечивается пневматическая связь со второй траекторией потока 14. В конкретном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1–7, распределительный клапан 20 размещен возле входного отверстия 16; однако в альтернативных вариантах осуществления изобретения распределительный клапан может располагаться возле выходного отверстия 18. Таким образом, распределительный клапан 20 соединяет одну из траекторий потока со входным отверстием 16 и выходным отверстием 18, в то время как другая траектория потока продувается от отфильтрованной жидкости.
В каждой траектории потока 12, 14 имеется запорный клапан 22, 24, расположенный вблизи выходного отверстия 18, который предотвращает поток текучей среды по этой траектории потока, и выпускной клапан 26, 28, имеющий открытое положение, в котором возможет поток текучей среды из этой траектории потока, и закрытое положение, в котором предотвращается поток текучей среды из этой траектории потока. Каждый из выпускных клапанов 26, 28 может быть отклонен в закрытое положение. Обходной канал 30, 32 в каждой из траекторий потока 12, 14 обеспечивает пневматическую связь вокруг соответствующих запорных клапанов 22, 24 в любом направлении. Кроме того, каждая траектория потока 12, 14 включает различные средства для удаления влаги и/или частиц из этой траектории потока. Структура, предназначенная для удаления влаги и/или частиц, может включать различные сочетания фильтров и/или влагоотделителей, осуществляющих очистку и осушку сжатого воздуха. В примерном варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, структура, предназначенная для удаления влаги из сжатого воздуха, представляет собой влагопоглотительный фильтр 34, 36, установленный в каждой траектории потока 12, 14. Кроме того, каждая траектория потока 12, 14 включает коалесцирующий фильтр 38, 40, который обеспечивает удаление загрязняющих примесей в форме твердых частиц и/или сбор влаги из влагопоглотительных фильтров 34, 36.
Устройство блокировки 50 функционально соединено с распределительным клапаном 20 и выпускными клапанами 26, 28 в каждой траектории потока 12, 14. Устройство блокировки 50 предотвращает переключение распределительного клапана 20 в первое положение (показанное на фиг.1–3), когда первый выпускной клапан 26 находится в открытом положении, и предотвращает переключение распределительного клапана 20 во второе положение (показанное на фиг.4–7), когда второй выпускной клапан находится в открытом положении. Устройство блокировки 50 может включать различные сочетания управляющих клапанов с ручным приводом или с дистанционным управлением, которые обеспечивают работу распределительного клапана 20 и выпускных клапанов 26, 28 на основании величины давления, измеряемой в траекториях потока 12, 14. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.1, например, устройство блокировки 50 включает первый и второй управляющие пневмоклапаны 52, 54 и контроллер 56. Управляющие пневмоклапаны 52, 54 могут представлять собой соленоидные клапаны, отклоняемые в закрытое положение. Первая измерительная линия 58 соединяет первый управляющий пневмоклапан 52 со второй траекторией потока 14 по потоку выше второго запорного клапана 24. В открытом положении первый управляющий пневмоклапан 52 обеспечивает пневматическую связь от положения по потоку выше второго запорного клапана 24 до распределительного клапана 20 и первого выпускного клапана 26. Точно так же, вторая измерительная линия 60 соединяет второй управляющий пневмоклапан 54 с первой траекторией потока 12 по потоку выше первого запорного клапана 22. В открытом положении второй управляющий пневмоклапан 54 обеспечивает пневматическую связь от положения по потоку выше первого запорного клапана 22 до распределительного клапана 20 и второго выпускного клапана 28. Контроллер 56 может с заданными интервалами посылать сигнал 62, 64 на каждый из управляющих пневмоклапанов 52, 54 с целью возбуждения соленоида и открытия управляющего пневмоклапана 52, 54. Таким образом, давление воздуха на противоположных концах траектории потока обеспечивает давление воздуха управления для управляющих пневмоклапанов 52,54 на изменение положения распределительного клапана 20 и открытие соответствующего из выпускных клапанов 26, 28. Работа управляющих пневмоклапанов 52, 54 и контроллера 56 будет более подробно описана со ссылкой на фиг.2–7.
Далее описана нормальная работа осушителя воздуха 10 со ссылкой на фиг.2–5. При нормальной работе в осушителе воздуха 10 сменяются циклы использования одной траектории потока для осушки и очистки сжатого воздуха, в то время как из другой траектории потока продувают влагу или иным образом ее регенерируют. Например, контроллер 56 может быть запрограммирован так, чтобы циклы сменялись с заданными интервалами. Во время первой части каждого цикла контроллер 56 может быть запрограммирован на продувку незадействованной траектории потока от влаги перед увеличением в незадействованной траектории потока давления, после чего происходит ее переключение и превращение в активную траекторию потока.
На фиг.2 осушитель воздуха 10 показан в начале цикла осушки в первой траектории потока 12, когда в первой траектории потока 12 осуществляется осушка воздуха, а во второй траектории потока 14 происходит продувка влаги через второй выпускной клапан 28. Как показано на фиг.2, распределительный клапан 20 находится в первом положении, так что сжатый воздух может перемещаться от входного отверстия 16, через распределительный клапан 20 в первую траекторию потока 12. Первый сигнал 62 отключен на протяжении всего цикла осушки в первой траектории потока 12, так что первый управляющий пневмоклапан 52 закрыт, и первый выпускной клапан 26 закрыт. В результате этого сжатый воздух перемещается через первый коалесцирующий фильтр 38 и первую влагопоглотительную камеру 34, где происходит удаление из сжатого воздуха влаги и твердых частиц. Удаленная влага собирается в первом коалесцирующем фильтре 38. Очищенный и осушенный сжатый воздух затем поступает через первый запорный клапан 22 и первый обходной канал 30 на выход из осушителя воздуха 10 через выходное отверстие 18.
Вторая измерительная линия 60 соединяет уровень давления по потоку выше первого запорного клапана 22 со вторым управляющим пневмоклапаном 54. В начале цикла осушки в первой траектории потока 12 включен второй сигнал 64, возбуждающий соленоид второго управляющего пневмоклапана 54. В результате этого второй управляющий пневмоклапан 54 открывается и обеспечивает доступ рабочего воздуха из траектории по потоку выше первого запорного клапана 22 к распределительному клапану 20 и второму выпускному клапану 28. Рабочий воздух поддерживает распределительный клапан 20 в первом положении и открывает второй выпускной клапан 28. Второй запорный клапан 24 предотвращает доступ очищенного и осушенного сжатого воздуха во вторую траекторию потока 14. Однако второй обходной канал 32 позволяет части очищенного и осушенного сжатого воздуха возвращаться через вторую влагопоглотительную камеру 36 и второй коалесцирующий фильтр 40 с целью продувки влаги из второго коалесцирующего фильтра 40 через открытый второй выпускной клапан 28.
На фиг.3 показан цикл осушки в первой траектории потока 12 после выключения второго сигнала 64 контроллера 56 с целью увеличения давления во второй траектории потока 14. Когда второй сигнал 64 выключен, второй управляющий пневмоклапан 54 закрывается, снимая давление рабочего воздуха с распределительного клапана 20 и второго выпускного клапана 28. В отсутствие давление рабочего воздуха распределительный клапан 20 остается в первом положении, а второй выпускной клапан 28 закрывается. При закрытом втором выпускном клапане 28, очищенный и осушенный сжатый воздух, поступающий через второй обходной канал 32, увеличивает давление во второй траектории потока 14 и в первой измерительной линии 58, которая обеспечивает пневматическую связь с первым управляющим пневмоклапаном 52. Теперь осушитель воздуха 10 готов к переключению на цикл осушки во второй траектории потока 14, как показано на фиг.4.
По окончании цикла осушки в первой траектории потока 12 контроллер 56 осуществляет переключение осушителя воздуха 10 на цикл осушки во второй траектории потока, как показано на фиг.4. В начале цикла осушки во второй траектории потока 14 контроллер 56 включает первый сигнал 62 с целью возбуждения соленоида первого управляющего пневмоклапана 52. В результате этого первый управляющий пневмоклапан 52 открывается, и первая измерительная линия 58 выравнивает уровень давления в траектории по потоку до второго запорного клапана 24, через первый управляющий пневмоклапан 52 до распределительного клапана 20 и первого выпускного клапана 28. Рабочий воздух переводит распределительный клапан 20 во второе положение и открывает первый выпускной клапан 26. Во втором положении распределительный клапан 20 обеспечивает поступление сжатого воздуха из входного отверстия 16 через распределительный клапан 20 во вторую траекторию потока 14. Второй сигнал 64 выключен на протяжении всего цикла осушки во второй траектории потока 14, то есть, второй управляющий пневмоклапан 54 закрыт, и второй выпускной клапан 28 закрыт. В результате этого сжатый воздух проходит через второй коалесцирующий фильтр 40 и вторую влагопоглотительную камеру 36, где происходит удаление из сжатого воздуха влаги и твердых частиц. Извлеченная влага собирается во втором коалесцирующем фильтре 40. Очищенный и осушенный сжатый воздух затем проходит через второй запорный клапан 24 и второй обходной канал 32 и выходит из осушителя воздуха 10 через выходное отверстие 18.
Первый запорный клапан 22 предотвращает поступление очищенного и осушенного сжатого воздуха в первую траекторию потока 12. Однако по первому обходному каналу 30 часть очищенного и осушенного воздуха возвращается через первую влагопоглотительную камеру 34 и первый коалесцирующий фильтр 38 с целью продувки влаги из первого коалесцирующего фильтра 38 через открытый первый выпускной клапан 26.
На фиг.5 показан цикл осушки во второй траектории потока 14 после выключения контроллером 56 первого сигнала 62 с целью повышения давления в первой траектории потока 12. Когда первый сигнал 62 выключен, первый управляющий пневмоклапан 52 закрывается, снимая давление рабочего воздуха на распределительный клапан 20 и первый выпускной клапан 26. В отсутствие давления рабочего воздуха распределительный клапан 20 остается во втором положении, а первый выпускной клапан 26 закрывается. Когда первый выпускной клапан 26 закрыт, очищенный и осушенный сжатый воздух, поступающий по первому обходному каналу 30, увеличивает давление в первой траектории потока 12 и второй измерительной линии 60, которая обеспечивает пневматическую связь со вторым управляющим пневмоклапаном 54. Теперь осушитель воздуха 10 готов к переключению на цикл осушки в первой траектории потока 12, как показано на фиг.2.
На фиг.6 и 7 представлены схемы работы осушителя воздуха 10 в условиях, когда один из выпускных клапанов оказывается неспособным закрыться. Рассмотрим ситуацию, когда осушитель воздуха 10 выполняет цикл осушки во второй траектории потока 14, и только что завершилась продувка влаги из первой траектории потока 12, как описано выше со ссылкой на фиг.4. На этом этапе контроллер 56 выключает первый сигнал 62 с целью повышения давления в первой траектории потока 12, как описано выше со ссылкой на фиг.5. При отключенном первом сигнале 62 первый управляющий пневмоклапан 52 закрывается, снимая давление рабочего воздуха с распределительного клапана 20 и первого выпускного клапана 26. В отсутствие давления рабочего воздуха распределительный клапан 20 остается во втором положении, а первый выпускной клапан 26 должен закрыться. Однако в рассматриваемой ситуации первый выпускной клапан 26 остается открытым, и в первой траектории потока 12 продолжается продувка сжатого воздуха через первый выпускной клапан 26. В результате этого давление в первой траектории потока 12 или второй измерительной линии 60, обеспечивающей пневматическую связь со вторым управляющим пневмоклапаном 54, не увеличивается.
Теперь обратимся к фиг.7; когда наступает время переключения на цикл осушки в первой траектории потока 12, как описано выше со ссылкой на фиг.2, контроллер 56 включает второй сигнал 64 с целью возбуждения соленоида второго управляющего пневмоклапана 54. В результате этого второй управляющий пневмоклапан 54 открывается, обеспечивая поступление рабочего воздуха из траектории по потоку выше первого запорного клапана 22 в распределительный клапан 20 и второй выпускной клапан 28. Однако при ошибочно открытом первом выпускном клапане 26 давление в первой траектории потока 12 и второй измерительной линии 60 не увеличено. Следовательно, давления рабочего воздуха недостаточно для изменения положения ни распределительного клапана 20, ни второго выпускного клапана 28, и осушитель воздуха 10 остается в состоянии цикла осушки во второй траектории потока 14, в котором во второй траектории потока 14 происходит осушка воздуха, а первая траектория потока 12 продувается через первый выпускной клапан 26. Хотя ошибочно открытый первый выпускной клапан 26 приводит к потере некоторого количества сжатого воздуха, осушитель воздуха 10 остается в рабочем состоянии и подает в расположенное ниже по потоку оборудование чистый и сухой сжатый воздух.
В данном описании использованы примеры для раскрытия изобретения, включая наилучший вариант его осуществления, а также для снабжения специалистов в данной области возможностью практической реализации изобретения, включая изготовление и использование каких-либо устройств или систем и осуществление соответствующих способов. Патентоспособный объем изобретения определен в формуле изобретения и может включать другие примеры, которые придут в голову специалистам в данной области. Подразумевается, что такие другие примеры входят в объем формулы изобретения, если они включают структурные элементы, которые не отличаются от буквальных формулировок формулы изобретения, или если они включают эквивалентные структурные элементы, незначительно отличающиеся от буквальных формулировок формулы изобретения.