[发明专利]SFC和HPLC间的自动转换

说明书

优先权声明

本申请是2008年9月5日递交的题为“用于在很大压力范围内动态补偿可压缩流体的可压缩流体泵送系统”的美国专利申请12/230,875的部分接续申请。

技术领域

本发明涉及用于泵送可压缩流体的方法和系统。更具体地涉及在高压应用中泵送可压缩流体。

背景技术

工业上的泵送采用多种形式，全部这些形式都有通过过程流（process stream）输送流体或泥浆的普遍要求。基于包括泵头压力（head pressure）、计量精度、温度、微粒公差（particle tolerance）、流体粘度、成本、安全性、服务率和多种其他参数在内的应用需求来选择泵。泵通常可分为两类。容积式泵将工作流体分隔成分立的容积，并且迫使它们在控制方向中移动。动力泵通过向构建局部流体速度的提高的系统增加动能来工作。动能在泵输出处被转化为势能，即压力。

图1-3显示了各种不同的容积式泵。在图1中凸轮泵被示出。这种类型的泵是针对低压力、高容积的应用设计的，其中高的微粒负载可能是问题。泵头1的旋转凸轮2、2’被有意地设计成具有宽松公差以防止物理接触和磨损。宽松的机械公差允许加压流体回漏到低压侧。这限制了泵的泵头压力通常能达到低于20巴。图2显示了第二种类型的回转泵，其被称为外啮合齿轮泵。泵送操作与凸轮泵的类似，但齿轮泵的公差可以任意紧密。作为结果，齿轮泵能够获得数百巴的压头并且泵送粘度从0.05到100000cP（厘泊）的流体。齿轮3、3’的明显磨损，特别是在高压和高温下的明显磨损导致到低压侧的可变回漏。这两种回转泵都能够被隔离在密封机壳4中，并且由磁耦合泵马达来驱动。这种方式的一大优点是防止流体外泄，而不需要使用动态密封。磁耦合有比直接驱动低的转矩极限，不过，齿轮泵因此通常只对小于30至50巴的压力差是可用的。凸轮和齿轮泵的最终价值特征在于它们被认为既是连续的又是无脉动的。

往复泵（例如图3所示出的那个）仍然是当高纯度、高压（如＞100巴至大于1000巴）和高精度（如＜1％的流量变化）被需要时泵送流体的主要工业方式。往复泵有若干种形式，包括机械和气动活塞泵以及机械和液压隔膜泵。这种泵的特征在于具有在低压输入和较高压输出之间转移流体的一个或多个泵头5。每个泵头包括物理地调节泵送流体可用的内部容积的装置。在操作中，每个泵头5使用由凸轮8来驱动的活塞7，活塞7通过增加可用的泵头容积交替地从输入端6吸入流体，然后通过减少该容积将流体分送到输出端7。大多数往复泵被设计成仅在一个方向中流动。通过将泵头在吸入过程中与输出压力隔离开以及在分送过程中与输入压力隔离开的一系列止回阀6’、7’来控制流动方向。输出压力通常不是被泵所控制，而是被泵所供应的过程流动流（flow stream）的下游流动阻力控制。

往复泵的特征在于其使用数个泵头。具有单个泵头的泵被称为单缸泵。双缸泵、三缸泵、四缸泵分别指具有两个、三个和四个泵头的泵。由于一个泵头可以在另一个泵头吸入的同时输送，因此需要两个或更多的泵头来提供伪连续的流动。但是，由于该运动的真正性质包括相反运动中的停止和重新开始，因此往复泵只能大致上效仿连续的回转泵。通常，对于给定的流速，泵头的数量越多，输出流的脉动越低。

当活塞泵所泵送的流体相对不可压缩时，这些泵常被称为计量泵，因为假定流体的体积流量与泵头中的活塞或隔膜的机械容积排量（volumetric displacement）是匹配的。往复泵的计量应用的一个很好的示例是低压注射泵，其中玻璃注射器抽进水溶液并将其非常准确地分送到下游贮存器。在这种低压用途中（通常小于2巴），水溶液的体积压缩几乎是不可测量的，因此准确排量的假定是正确的。

当往复泵使用诸如永久气体的高度可压缩的流体时，常将其称为压缩机或气体升压器。气体升压器代表了流体压缩率对泵性能的影响的理想示例。在这种情况下，典型应用为增大输入端和输出端之间的气体的压力。气体升压器的基本特性是压缩比。压缩比就是泵头在其吸入冲程（intake stroke）的顶点能够在其止回阀之间隔离的最大流体体积与泵头在其输送冲程结束时能够减少到的最小体积之比。因此，7∶1的压缩比表示吸入的总体积是输送结束时的剩余流体体积的7倍。