用于清洁浸没式滤网进水口的空气爆破系统
阅读说明：本技术 用于清洁浸没式滤网进水口的空气爆破系统 (Air blasting system for cleaning water inlet of immersed filter screen ) 是由 迈克尔·R·埃克霍尔姆 于 2019-02-20 设计创作，主要内容包括：用于在通过空气爆破供应管道将压缩空气脉冲输送到滤网进水口的内部之前清理空气爆破供应管道的积水的系统及相关方法。所述系统及方法可以包括：清理压缩机,输送在比空气爆破供应管道中的水的水头压力略高的水头压力下的清理供气,其中,水的水头压力等同于进水口滤网所处的深度。所述系统及方法也可以包括：清理管线,沿与空气爆破供应管道平行的取向布置,其中,清理管线和空气爆破供应管线两者可操作地耦接到压缩空气罐。(Systems and related methods for clearing accumulated water from an air burst supply conduit prior to delivering a pulse of compressed air through the air burst supply conduit to the interior of a filter screen water inlet. The system and method may include: a cleaning compressor delivering cleaning air supply at a head pressure slightly higher than that of water in the air burst supply pipe, wherein the head pressure of water is equal to the depth of the water inlet screen. The system and method may also include: a purge line arranged in a parallel orientation to the air burst supply conduit, wherein both the purge line and the air burst supply line are operatively coupled to the compressed air tank.)
技术领域
本发明涉及用于过滤地表水的浸没式进水口过滤器。更具体地，本发明涉及用于清洁浸没式进水口过滤器的空气爆破(air burst)系统。
背景技术
集水系统通常用于向诸如工厂、城市、灌溉系统、以及邻近水体(例如，河、湖或盐水体)设置的发电设施之类的最终用户提供水。最终用户可以使用这种类型的系统来代替钻水井或从市政当局购买水。基于最终用户的位置(例如，来自市政来源的水和/或用于操作泵的电力不容易获得的偏远位置)，这些系统中的许多系统也是必须的。这些集水系统具有适应变化的条件和高效且经济地输送水的能力。
通常，这些集水系统使用进水管，该进水管适于将水从浸没在水体中的位置输送到位于邻近水体的位置处的最终用户。进水管浸没在水体中，并且进水管的端部通常与进水口滤网耦接。进水口滤网用作粗过滤器，例如，使用例如肋材、丝网或设置在外表面上的多孔滤网来防止大型的水中杂物和/或特定尺寸的水生生物进入进水管。
在正常操作期间，进水口滤网可能会被堵塞和/或遮挡，从而对进水口性能产生负面影响。例如，进水口滤网可能会夹杂有诸如枝条、圆木、矿石、甚至垃圾等的杂物。在气候寒冷的地方使用进水口滤网时，温度可能会低到足以形成冰屑，冰屑可能会覆盖或堵塞进水口滤网。如果不从进水口滤网清除掉这些杂物，则通过进水口滤网的水流最终可能会停止。
已经使用了多种清洁系统来去除杂物，包括物理刮擦设备。尽管这些刮擦设备可能是有效的，但与这些浸没式刮擦设备的维护和修理相关联的固有问题会使得它们的操作成本高，并导致进水管的大量停机。
可从Aqseptence公司的Johnson部门获得的被称为HydroburstTM系统的备选设计使用被输送到进水口滤网的内部的一个或多个压缩空气脉冲来从进水口滤网的外部排除掉杂物。尽管这些空气爆破系统非常有效，但它们的性能可能会受到阻碍，因为过滤位置会移动到离岸更远，并且远离压缩空气的供应源。为了获得最大的清洁效果，在脉冲式地注入压缩空气之前，必须先清除向进水口滤网的内部提供压缩空气的浸没式供应管道中的水。随着进水口滤网的位置移动到离岸更远，必须从浸没式供应管道中清除的水的总量持续增加，这可能会限制可用于脉冲的压缩空气的量，以及增加脉冲之间的空气压力再加载时间。
因此，有利的是，改进用于清洁滤网进水口的当前空气爆破系统，从而可以在过滤位置移动到离岸更远并且远离岸上空气供应源时保持杂物去除性能。
发明内容
本发明的代表性实施例涉及用于在通过空气爆破供应管道将压缩空气脉冲输送到滤网进水口的内部之前清理空气爆破供应管道的积水的系统及方法。总体上，本发明涉及在通过空气爆破供应管道将一个或多个压缩空气脉冲输送到滤网进水口之前，去除空气爆破供应管道中的积水。在一个代表性实施例中，本发明的系统及方法可以包括：清理压缩机，输送在比空气爆破供应管道中的水的水头压力略高的水头压力下的清理供气，其中，水的水头压力等同于进水口滤网处的深度。在另一代表性实施例中，所述系统及方法可以包括：清理管线，沿与空气爆破供应管线平行的取向布置，其中，清理管线和空气爆破供应管线两者可操作地耦接到压缩空气罐。
如在整个本申请中所使用的术语“岸上”不仅指其位于或发生在陆地上的常规用法，也指使用滤网进水口及其配套系统及方法的其他位置。这些可以包括：使用浮动驳船的临时和永久性安装，浮动驳船为停靠、锚定或以其他方式自由浮动；以及诸如石油和天然气钻机之类的离岸结构。
以上发明内容不旨在描述每个示出的实施例或其主题的每种实现方式。以下的附图和
具体实施方式
更具体地举例说明了各实施例。
附图说明
考虑以下结合附图的各实施例的详细描述，可以更完整地理解本发明的主题，在附图中：
图1A是根据现有技术的常规空气爆破系统的示意图。
图1B是根据现有技术的岸上空气系统的侧视图。
图1C是根据现有技术的浸没式滤网进水口的前视图。
图2A是根据本发明的空气爆破系统的示意图。
图2B是根据本发明的图2A的空气爆破系统的备选实施例的示意图。
图3A是根据本发明的空气爆破系统的备选实施例的示意图。
图3B是根据本发明的图3A的空气爆破系统的备选实施例的示意图。
尽管各实施例可修改为各种修改型和备选形式，但是其具体实施例已经在附图中通过示例的方式示出并且将对其进行详细描述。然而，应该理解，其目的不是将要求保护的发明限制为所描述的特定实施例。相反，其目的是涵盖落入由权利要求限定的主题的精神和范围内的所有修改型、等同物和备选型。
具体实施方式
如图1A、图1B和图1C所示，根据现有技术的常规空气爆破系统100通常包括：岸上空气系统102、分配器系统104和浸没式滤网进水口106。通常，岸上空气系统102将包括：用于存储压缩空气的储罐108；以及，爆破压缩机110，其利用压缩空气充填/填充储罐108。通常，将爆破压缩机110和储罐108被选择为使得储罐108内的压缩空气被加压到165PSIA至200PSIA的范围内。岸上空气系统102也可以包括：控制面板111，其允许岸上操作员为岸上空气系统102设置爆破频率。控制面板111可以包括：用于设置爆破频率的必要组件，包括例如，数字或机械定时器、基于微处理器的控制器、可编程逻辑控制器或类似的控制元件，并且可以包括：输入设备，例如键盘、鼠标、显示器、触摸屏显示器等。分配器系统104通常包括：一定长度的供气管道112，具有可操作地连接到储罐108的岸上端114和可操作地连接到位于浸没式滤网进水口106内的空气爆破歧管(manifold)118的离岸端116。
通常，操作员将使用控制面板111指定岸上空气系统102的爆破频率。爆破频率可以基于包括以下项的因素而变化：例如，浸没式滤网进水口106所处位置的水质、水中的固体污染物、颗粒和物体的量、以及一年中的时间(例如，夏季与可能存在冰屑的冬季)。通常，控制面板111打开供应阀120，供应阀120将压缩空气从储罐108释放到供气管道112中。由于供气管道112的浸没式位置，因此在通过空气爆破歧管118释放压缩爆破(pressurizedburst)之前，压缩空气必须将所有积水排到供气管道112之外。因此，储罐108的尺寸必须被设置为：不仅提供必要的压缩爆破，也迫使来自供气管道112的所有积水排出。这增加了储罐108的所需要的尺寸和体积，因此将增加空气爆破系统100的成本，并且可能使空气爆破系统100不适于在偏远位置使用。
现在参考图2A，其示出了根据本发明实施例的改进的空气爆破系统200。通常，空气爆破系统200可以包括：岸上空气系统202、分配器系统204和浸没式滤网进水口206。
岸上空气系统202通常包括：储罐208、主压缩机210、辅压缩机212和控制面板214。主压缩机210通常压缩空气并且填充储罐208，以用于通过爆破管线216向分配器系统204提供加压的空气爆破。辅压缩机212可以通过清理管线218直接连接到分配器系统204。通常，主压缩机210和储罐208被选择为使得储罐208内的压缩空气被加压到165PSIA至200PSIA的范围内。辅压缩机212的尺寸通常被设置为用于从分配器系统204中去除积水，并且将取决于分配器系统204和浸没式滤网进水口206被浸没的深度。例如，辅压缩机212的尺寸可以被设置为在大于30英尺至40英尺的水头压力下提供压缩空气。岸上空气系统202也可以包括控制面板214中的控制器220，控制器220允许岸上操作员为岸上空气系统202设置爆破频率。控制器220可以包括：用于设置爆破频率的必要组件，包括例如，数字或机械定时器、基于微处理器的控制器、可编程逻辑控制器或类似的控制元件，并且可以包括：输入设备，例如键盘、鼠标、显示器、触摸屏显示器等。控制器220将选择性地打开和关闭分别位于清理管线218和爆破管线216内的清理阀222和爆破阀224，以选择性地向分配器系统204提供清理空气或爆破空气。
分配器系统204通常包括一定长度的供气管道226。供气管道226通常包括：岸上端228，其与爆破管线216和清理管线218两者流体耦接。供气管道226还包括：离岸端230，其可操作地耦接到位于浸没式滤网进水口206内的空气爆破歧管232。供气管道226还可以包括：位于岸上端228和离岸端230之间的供应弯曲部234，用于帮助确保在将爆破空气输送到空气爆破歧管232之前清除了供气管道226中的水。供气管道226还可以包括：靠近离岸端230的压力传感器235，其中，压力传感器235可以向控制面板220供应压力数据，指示供气管道226中的压力读数何时等于由辅压缩机212供应的清理空气的压力，从而提供供气管道226中的所有水已被去除并且可以从储罐208提供空气爆破的确认。在一些实施例中，供气管道226还可以包括：位于离岸端230附近的滤网阀236，其中，滤网阀236可以在控制面板220的指示下选择性地打开和关闭。滤网阀236可以允许供气管道226在其整个长度上(例如，在岸上空气系统202和离岸端230之间)被完全加压。如图所示，滤网阀236可以在浸没式滤网进水口206的外部，或者备选地，滤网阀236可以在位于浸没式滤网进水口206内的空气爆破歧管232附近。
在操作时，操作员将使用控制面板220指定岸上空气系统202的爆破频率。爆破频率将基于之前关于空气爆破系统110讨论的因素而变化，并且可以包括：例如，水质，包括水中的固体污染物、颗粒和物体的存在、以及一年中的时间(例如，夏季与可能存在冰屑的冬季)。与现有技术相比，本发明的空气爆破系统200在从储罐208提供压缩空气之前经历清理周期。
在清理周期期间，控制面板220使清理阀222打开，使辅压缩机212可以通过清理管线218将清理空气供应到供气管道226中。如前所述，辅压缩机212工作时的压力取决于供气管道226和浸没式滤网进水口206被浸没的深度。例如，清理空气的水头压力通常大于30英尺至40英尺的水头压力，并且在任何情况下都应该超过供气管道226和浸没式滤网进水口206被浸没的深度，通过空气爆破歧管232将供气管道226和浸没式滤网进水口206内的所有积水排出，使供气管道226和浸没式滤网进水口206内残存很少量的水至没有水。在从供气管道226和浸没式滤网进水口206排空水的情况下，压力传感器234向控制面板220传输信号，该信号指示供气管道226内的压力超过深度压力，从而向控制面板220提供清除周期已完成的确认。在清理周期之前或期间，主压缩机210可以按照控制面板220的指示独立工作，以利用在期望的空气爆破压力下的压缩空气填充储罐208。如果供气管道226包括滤网阀236，则滤网阀236可以在清理周期完成后关闭，以在供气管道226内保持压缩清理空气，直到请求空气爆破为止。
在清理周期完成后，控制面板220关闭清理阀222并使爆破阀224打开。在爆破阀224打开时，来自储罐208的爆破空气被供应到现在已排空的分配器系统204中。从储罐208供应的爆破空气在165PSIA至200PSIA的压力下提供。由于在供气管道226和浸没式滤网进水口206内不存在水，因此与现有技术相比，通过空气爆破歧管232实现压缩爆破所需的爆破空气的体积显著减少，并且可能不到现有技术所需的空气体积的一半。以这种方式，与常规设计相比，储罐208和主压缩机210两者的容量都可以显著减小，从而显著节省成本，并且使空气爆破系统200在其他方式下可能不可用的一些偏远位置中可用。例如，储罐208的设计容量可以缩小50％或更多，例如，从大约12,000加仑到大约6,000加仑或更少，使得显著节省在建造和运输两方面的成本。另外，与常规设计相比的主压缩机210的更小的尺寸可以允许空气爆破系统200利用太阳能，使空气爆破系统200对偏远位置更为有利。此外，在清理周期期间从分配器系统204排空水可以允许浸没式滤网进水口206的离岸距离增大，例如，从当前离岸最大值为大约1，500英尺增大到离岸2km至3km的更长的距离。最后，清理周期允许减小供气管道226的直径，这可以节省显著成本，特别是当浸没式滤网进水口206位于离岸很远的距离的位置处时。
现在参考图2B，空气爆破系统200的备选实施例可以包括：附加的辅罐209，辅罐209由辅压缩机212填充并且其被直接连接到清理管线218。除了清理空气来自辅罐209而不是直接来自辅压缩机212之外，其他操作与空气爆破系统200相似。因为辅压缩机212可以在更长时间上填充辅罐209，所以与辅压缩机212的尺寸被设置为用于直接清理整个供气管道226相比，这可以允许辅压缩机212在尺寸/容量方面的减小。另外，不需要将辅罐209制造为承受储罐208的高压力和对应的空气爆破压力，从而可以降低制造辅罐209的成本。
现在参考图3A，空气爆破系统300的备选实施例可以类似地在向浸没式滤网进水口206提供压缩空气之前利用清理周期。空气爆破系统300的性能和优点可以与空气爆破系统200实质上相同，但使用不同的配置。在空气爆破系统300中，辅压缩机212本质上是将清理管线218直接连接到压力调节阀302，压力调节阀302被流体连接到储罐208。根据控制面板220指示，压力调节阀302将储罐208中所包含的高压空气泄放至所需的清理压力，在该清理压力下将其引入分配器系统204中。以这种方式，压力调节阀302还可以执行清理阀222的功能。在清理周期后，控制面板220关闭压力调节阀302，由此打开爆破阀224，并且以与关于空气爆破系统200描述的方式类似的方式从储罐208提供爆破空气。
关于如之前所讨论的空气爆破系统200和空气爆破系统300，用于清理分配器系统的手段通常包括相对于清理管线218描述的组件。例如，关于空气爆破系统200的用于清理分配器系统的手段通常包括：辅压缩机212、清理管线218、清理阀222、以及由控制面板220提供的操作控制。关于空气爆破系统300的用于清理分配器系统的手段可以包括：储罐208、清理管线218、清理阀222、压力调节阀302、以及由控制面板220提供的操作控制。
在图3B所示的空气爆破系统300的另一变型中，可以完全去除清理管线218，并且可以将压力调节阀302定位在爆破管线216内，从而通过清理管线218来实现清理功能和空气爆破功能两者。以这种方式，由于不需要清理管线218的组件中的任何一个，因此可以减少建设和安装成本。
本文已经描述了系统、设备和方法的各实施例。这些实施例仅通过示例的方式给出，并且不旨在限制所要求保护的发明的范围。而且，应当理解，已经描述的实施例的各种特征可以以各种方式组合以产生许多附加的实施例。而且，尽管已经描述了各种材料、尺寸、形状、配置和位置等以用于所公开的实施例，但是在不超出所要求保护的发明的范围的情况下，可以利用所公开的各种材料、尺寸、形状、配置和位置等之外的其他材料、尺寸、形状、配置和位置等。
相关领域的普通技术人员将认识到，本文的主题可以包括比上述任何单个实施例中示出的更少的特征。本文描述的实施例并不意在可以组合本文的主题的各种特征的方式的详尽描述。因此，实施例不是特征的互斥组合；相反，如本领域普通技术人员所理解的，各实施例可以包括选自不同的单个实施例的不同的单个特征的组合。而且，除非另外指出，否则即使在这些实施例中没有描述，关于一个实施例描述的元件也可以在其他实施例中实现。
尽管从属权利要求可以在权利要求中引用具有一个或多个其他权利要求的特定组合，但是其他实施例也可以包括该从属权利要求与每一个其他从属权利要求的主题的组合或一个或多个特征与其他从属或独立权利要求的组合。除非声明不意图特定组合，否则本文提出了这些组合。
通过引用上述文献的任何并入被限制为使得不包含与本文的明确公开相反的主题。通过引用上述文献的任何并入还被限制为使得这些文献中所包括的权利要求不通过引用并入本文中。通过引用上述文献的任何并入又被限制为使得除非在本文中明确包括，否则这些文献中提供的任何定义不通过引用并入本文中。
为了解释权利要求的目的，明确规定：除非在权利要求中记载了特定术语“用于……的装置”或“用于……的步骤”，否则没有涉及35 U.S.C.§112(f)的规定。