CN106460819B - 具有一体式水分离器的压缩机后冷却器旁路 - Google Patents

Abstract

一种后冷却器旁通系统，其用于选择性地允许离开空气压缩机的热压缩气体的一部分绕过后冷却器，并且与离开后冷却器的冷却压缩气体混合，以便确保当环境空气温度处于冰点或低于冰点时冷却的压缩气体在阈值温度之上。该系统包括：阀，其用于控制在后冷却器周围分流的空气量；和混合室，其用于允许受阀控制的空气供应为与后冷却器出口流混合。温度传感器可以用于测量环境空气温度和下游空气温度，以控制阀的打开和关闭并且保持期望的混合空气温度。

Description

具有一体式水分离器的压缩机后冷却器旁路

技术领域

本发明涉及压缩机后冷却器旁路系统，更具体地，涉及具有一体式水分离器的后冷却器旁路。

背景技术

铁路制动系统除了别的以外依赖空气压缩机来产生气动制动系统的压缩空气。由于空气的压缩导致将空气加热到对于制动系统而言太热的温度，因此铁路空气压缩机通常设置有后冷却器，以将压缩空气冷却到比环境温度高20°F至40°F。然后，冷却的压缩空气通过连接到第一主容器的压缩机排放管被供应到机车的空气供应系统。该排放管可以长达30英尺，并且可能必须包括几个九十度的弯管。在冬季操作中，当环境空气温度可以远低于冰点(32°F)时，压缩空气流中的水蒸气和水雾可在压缩机排放管中冻结，从而至少部分地阻塞空气流到制动系统，从而不利地干扰制动系统的操作。

如本领域技术人员所熟知的，并且通过称为测湿法的知识体系所描述的，一定体积的空气中的水蒸气的最大总量强烈地依赖于空气温度，因为暖空气比冷空气能够保留更多的水蒸气。该效应表征为分压饱和压力。此外，如众所周知的，水蒸气饱和分压是在该温度下空气中的最大水蒸气，而不管空气压力如何。当空气被压缩时，空气中的水蒸气也将被压缩，直到水蒸汽分压等于饱和压力。对于具有10.5:1压缩比的铁路压缩机，最终结果是，具有9.5％相对湿度的干燥的进气将在压缩后处于100％的相对湿度。最后，由于空气的热动力学，空气的温度由于压缩而显著增加。对于二级铁路压缩机，第二级排气温度可能高出环境温度300°F。

因此，基于温度依赖的空气的水蒸汽保持能力和压缩对空气的水保持能力的影响，从空气压缩机的第二级排出的热空气可能含有大量的水蒸汽。当这种热空气流经压缩机后冷却器时，空气温度下降到比环境温度高20°F至40°F。在该温度下的空气比在第二级排放温度下的空气可以保持更少的水蒸汽，因此额外的水蒸气作为液态水和/或水雾沉淀析出。当该液态水被输送到压缩机排放管中时，如果排放管和环境空气足够冷，则其可能冻结。此外，因为离开压缩机的空气比环境空气温度高20°F至40°F，所以其在压缩机排放管中经历进一步冷却。随着管道中空气温度下降，水将进一步沉淀析出，从而使问题复杂化。

发明内容

本发明包括一种用于铁路制动系统的空气压缩机，该空气压缩机包括集成的后冷却器旁通阀和一体式水分离器，以防止在冬季操作中压缩机排放管的冻结。集成的后冷却器旁通阀可控地将压缩机的第二级的出口连接到后冷却器的出口。当后冷却器旁通阀打开时，来自压缩机第二级出口的一部分热空气流到后冷却器旁通阀组件的混合室，从而绕过后冷却器。来自压缩机第二级出口的热空气的剩余部分流经后冷却器，并且如在常规后冷却系统中那样被冷却到比环境温度高出20°F至40°F的温度。来自后冷却器的空气的该冷却的部分被引导到后冷却器旁通阀组件上的第二入口端口至混合室，在混合室其与来自空气的第一部分的热空气混合。结合的空气具有新的温度，其是两个空气流的质量温度平均值，并且新的出口空气温度是两个空气流的相对质量流的结果，这是开口旁通阀的流动能力的结果。例如，可以选择开口旁通阀的流动能力，以提供比环境温度高出140°F的新的混合压缩机出口温度，使得即使环境空气温度为-40°F，提供给排放管的出口空气温度也将是100°F。因此，出口空气温度可经选择为具有足够高的温度，使得即使在流经冷排放管之后，空气也具有足够的热量，其仍保持在32°F以上，从而防止管道中的冻结。

当旁通阀关闭时，来自压缩机第二级出口的所有热空气流经后冷却器，并被冷却到比环境温度高出20°F至40°F的温度。后冷却器旁通阀被控制为取决于可选的环境温度和/或压缩机系统出口温度而被打开或关闭。当环境温度低于阈值(例如32°F)时，后冷却器旁通阀被打开。在高于控制温度的温度下，后冷却器旁通阀被关闭。

后冷却器旁通阀组件可选地包括一体式水分离器，以从出口空气流中去除液体和雾化水。通过形成后冷却器旁通阀组件的水分离器部分，当后冷却器旁通阀打开时和当其关闭时，水分离器是可操作的。此外，用后冷却器旁通阀组件包装水分离器简化了设计，降低了成本，消除了管道连接并且有助于更加紧凑的布置。

附图说明

通过结合附图阅读下面详细的具体实施方式，将更全面地理解和领会本发明，其中：

图1是根据本发明的后冷却器旁路系统的立体图；

图2是根据本发明的后冷却器旁路系统的流程图；以及

图3是根据本发明的旁通阀的实施例的横截面视图。

具体实施方式

现在参考附图，其中相同的附图标记始终表示相同的部件，在图1中看到后冷却器旁路系统10。系统10经由流体地互连到压缩机12的第二级出口16的连接器管道14互连到空气压缩机12，使得离开压缩机12的空气的至少一部分离开常规后冷却器20的后冷却器入口管18可以被重新导向到系统10。连接器管道14将离开空气压缩机12的出口16的压缩空气分流至具有混合室24的旁通阀组件22。混合室24也互连到后冷却器20的排放法兰34，使得离开后冷却器20的冷却空气可以与通过连接器管道14分流的热空气混合。阀组件22还包括旁通阀26，旁通阀26可以基于阈值(诸如环境空气温度)选择性地打开或关闭，或至少部分地打开。阀组件22优选地包括水分离器28，水分离器28附接到阀组件22上并且定位成靠近混合室24，以辅助将水从混合的空气流除去。混合室24中的混合空气然后可以经由出口法兰42提供给制动系统，其中，出口法兰42可以连接到用于将压缩空气引导到制动系统的主容器的常规排放管道。当旁通阀26关闭时，离开后冷却器20的冷却的压缩空气仍然经过混合室24，使得水分离器28可以移除任何不期望的水，然后经由法兰42离开至制动系统。

旁通阀26优选地被设定尺寸以提供旁路空气的预定混合比，并且因此当环境空气温度降至低于阈值(比如，冰点)时，导致高于环境温度的预定出口温度。可选地，如下所述，可以基于环境空气温度控制阀26以适应性地保持混合空气温度。此外，如图1所示，后冷却器旁通阀组件22可以形成为单个、一体式单元，其可以安装或替换为用于在现场更容易安装或修理的单个单元。

参考图2，旁通阀26选择性地允许离开压缩机12的压缩空气绕过后冷却器20，然后与通过排放法兰34离开后冷却器20的冷却空气混合。因此，旁通阀组件22提供后冷却器20的直接的短的旁路，使得当旁通阀26打开时，通过旁通阀组件22的流动阻力小于通过后冷却器20的流动阻力。结果，热空气的大部分将优先地流经旁通阀26进入混合室24中。这种布置比需要使用三通阀同时阻断至后冷却器的连接同时打开至后冷却器旁路线的另一连接的常规方法更显著地简单且成本更低。

如图1所示，水分离器28优选地包括将液态水和雾化水从出口空气流移除的自动排放阀30。虽然排放阀30在图2中被示意性地示出为在水分离器28的容器32的底部上的电磁阀，但是排放阀30可以额外地包括在容器底部的气动导向排放阀，其中控制螺线管集成到后冷却器旁通阀22的块中。水分离器28的容器32可以包括在阀体中的电磁阀30和容器底部中的气动导向排放阀之间的一体式气动连接，使得水分离器容器可以被移除以便维护而不干扰电线或管道。

虽然旁通阀26可以使用本领域中已知的合适的二通阀来形成，但旁通阀26也可以以与空气压缩机12的气缸盖的卸载阀64相同的方式制成，因为这些阀被设计成在第二级气缸出口的高温和高压下可靠地操作。例如，如图3所示，旁通阀26可以包括具有控制输入端52的壳体50，该控制输入端52用于控制定位在壳体50内并且被一个或多个弹簧56偏置的阀54的位置，以便在关闭位置和打开位置之间移动，其中在关闭位置，阀52与在壳体50中形成的阀座58接合，在打开位置，阀52允许入口端口60与出口端口62连通。优选地，阀54和阀座58形成金属到金属的接触，以便在与系统10相关联的高温和压力下可靠地操作。入口端口60通过连接器管道14互连到压缩机12的第二级出口16，并且出口端口62互连到混合室24。针对旁通阀26和空气压缩机12的卸载阀64两者使用相同的制造工艺减少了针对初始制造和定期再制造和维护所需的各种部件。

虽然前述描述是在两状态后冷却器旁通阀26(即，打开或关闭)的环境下进行讨论，但是旁通阀26可以可选地是比例阀，其允许将后冷却器20的出口温度控制在一定温度范围内。例如，出口温度可以由相关联的控制器36控制，相关联的控制器36具有环境空气温度计38、或具有可比性传感器、以及在混合室24下游的管线内温度传感器40。因此，每当环境温度为冰点或低于冰点时，可以通过改变后冷却器旁通阀26的开度将出口温度设置为100°F从而向混合室24提供所需的高温空气流。例如，如果环境温度高于32°F，则后冷却器旁路控制器36将关闭后冷却器旁通阀26，并且所有空气体积将流经后冷却器，使得压缩机出口温度比环境温度高出20°F至40°F。类似地，当温度低于32℉时，后冷却器旁路控制器36将旁通阀26打开到足以维持出口温度为约100°F或期望的任何温度。因此，旁通阀26和控制器36可以被配置为提供出口温度的闭环控制，由此提供独立于环境温度的可变混合比和可控出口温度。

Claims (19)

1.一种后冷却器旁路系统，包括：

混合室，其具有适于与空气压缩机的热压缩空气出口流体连通的第一连接器以及适于与后冷却器的冷却空气排放口流体连通的第二连接器；

旁通阀，其定位在所述第一连接器和所述混合室之间，用于选择性地控制经过所述第一连接器进入到所述混合室中的热压缩空气的量；以及

水分离器，其定位成靠近所述混合室。

2.根据权利要求1所述的系统，其中所述水分离器包括排放阀。

3.根据权利要求2所述的系统，其中所述排放阀被气动地操作。

4.根据权利要求1所述的系统，还包括控制器，其操作性地互连到所述旁通阀，所述控制器被设置为操作所述旁通阀。

5.根据权利要求4所述的系统，其中所述控制器设置为当环境空气温度下降到预定阈值以下时打开所述旁通阀。

6.根据权利要求4所述的系统，还包括与所述控制器电气地互连的环境空气温度计。

7.根据权利要求5所述的系统，还包括定位在所述混合室下游的温度传感器。

8.根据权利要求6所述的系统，其中所述控制器设置为，当所述环境空气温度低于预定阈值时，操作所述旁通阀以使所述混合室下游的空气保持在预定温度。

9.一种用于防止压缩机排放管线中的冰积聚的系统，所述系统包括：

空气压缩机，其具有热压缩空气出口；

后冷却器，其流体地互连到所述热压缩空气出口并且具有冷却空气排放口；

导管，其与所述热压缩空气出口流体地互连；

旁通阀，其具有流体地互连到所述热压缩空气出口的输入端口以及出口；

混合室，其流体地互连到所述旁通阀的所述出口和所述冷却空气排放口，并具有出口法兰；以及

水分离器，其定位成靠近所述混合室。

10.根据权利要求9所述的系统，其中所述水分离器包括排放阀。

11.根据权利要求10所述的系统，其中所述排放阀被气动地操作。

12.根据权利要求11所述的系统，还包括操作性地互连到所述旁通阀的控制器，所述控制器设置为操作所述旁通阀。

13.根据权利要求12所述的系统，其中所述控制器设置为当环境空气温度下降到预定阈值以下时打开所述旁通阀。

14.根据权利要求12所述的系统，还包括与所述控制器电气地互连的环境空气温度计。

15.根据权利要求14所述的系统，还包括定位在所述混合室下游的温度传感器。

16.根据权利要求15所述的系统，其中所述控制器设置为，当环境空气温度低于预定阈值时操作所述旁通阀以使所述混合室下游的空气保持在预定温度。

17.一种防止冰在压缩机排放管线中积聚的方法，所述方法包括以下步骤：

使离开空气压缩机的任何热压缩气体的一部分分流远离后冷却器；

允许热压缩气体的任何剩余部分被所述后冷却器冷却；

提供混合室，在其中离开所述后冷却器的所述冷却的压缩气体能够与热压缩气体的所述分流部分混合，然后离开至所述压缩机排放管线；

计量被允许进入所述混合室以与所述冷却的压缩气体混合的分流的热压缩气体的量；和

在所述气体离开进入到所述压缩机排放管线之前从所述混合气体分离任何水。

18.根据权利要求17所述的方法，其中计量被允许进入所述混合室以与所述冷却的压缩气体混合的分流的热压缩气体的量的步骤包括基于环境空气温度来调节分流的热压缩气体的量。

19.根据权利要求18所述的方法，其中计量被允许进入所述混合室以与所述冷却的压缩气体混合的分流的热压缩气体的量的步骤还包括基于在所述压缩机排放管线中的任何空气的温度，来调节分流的热压缩气体的量。