具有壓力平衡器的承壓服務調節器的製作方法

2023-11-06 15:38:32 1

專利名稱：具有壓力平衡器的承壓服務調節器的製作方法
技術領域：
本發明涉及流體流動調節裝置，例如氣體調節器，更具體地，涉及具有加壓設備 的氣體調節器，以及用於將出口壓力調節至接近預設的定點壓力的壓力平衡器(pressure balanced trim)0
背景技術：
對於典型的氣體分配系統，其供給氣體的壓力可能會因為下達給系統的需求、氣 候、供應源和/或其他因素而有所不同。然而，大多數裝備有用氣設備的用戶端設施，例如 熔爐、烘箱等要求所輸送的氣體依照預設的壓力，並且要等於或低於氣體調節器的最大容 限。因此，所述分配系統使用多個氣體調節器來確保所輸送的氣體可以滿足終端設施的要 求。常規的氣體調節器通常設置有用於檢測並控制所述輸送的氣體的壓力的閉環控制驅動
ο除了所述閉環控制之外，一些常規的氣體調節器還設置有安全閥。所述安全閥被 適配為例如當所述調節器或流體分配系統的一些其他部件失效時來提供過壓保護。相應 地，當輸送壓力超過預設的壓力閾值時，所述安全閥會打開並將至少部分氣體排放至大氣 中，以此來降低系統內的壓力。圖1和圖2示出了一種常規的氣體調節器10。所述調節器10主要包括驅動器12 和調節閥14。所述調節閥14提供了用於從例如氣體分配系統中接收氣體的進口 16，以及 用於將氣體輸送至具有一個或多個用氣設備的用戶終端設施的出口 18，所述用戶終端設施 例如是工廠、餐廳、公寓樓等。此外，所述調節閥14還設置有位於所述進口 16與出口 18間 的閥門埠 20。氣體在所述調節閥14的進口 16與出口 18間流動必須穿過所述閥門埠 20。所述驅動器12與調節閥14相耦接，用於確保所述調節閥14的出口 18處的壓力， 即出口壓力與所需要的出口壓力或控制壓力一致。因此，所述驅動器12通過閥嘴22和驅 動器嘴M與所述調節閥14交換流體。所述驅動器12包括控制組件沈，用於檢測並調節調 節閥14的出口壓力。具體地，所述控制組件沈包括隔板觀、活塞30、以及具有閥盤34的 控制臂32。常規的閥盤34包括通常為圓柱體形的主體36，以及固定於所述主體36上的密 封嵌入物38。所述閥門主體還可以包括圖2示出的、與主體整體成型的圓周狀凸緣40。所 述隔板28檢測調節閥14的出口壓力。所述控制組件沈進一步包括控制彈簧42，所述控制 彈簧42與隔板觀的頂側相連接，用於補償檢測到出口壓力。相應地，所需的出口壓力，也 即被提及的所述控制壓力，可以通過控制彈簧42的選擇來進行設定。所述隔板28與控制臂32操作地相耦接，因此，所述閥盤34基於所檢測的出口壓
6力通過活塞30控制所述調節閥14打開。例如，當終端用戶操作一個向位於調節器10下遊 的所述氣體分配系統下達需求的用氣設備，例如熔爐時，出口流動會增強，進而使得出口壓 力下降。相應地，所述隔板觀檢測到該下降的出口壓力。如圖2所示，這使得控制彈簧42 延伸，並使得活塞30與控制臂32的右側相對於圖1的位置向下移動。所述控制臂32的移 動驅使閥盤34離開閥門埠 20，從而打開調節閥14。圖2示出了處於正常打開操作位置 的閥盤34的示意圖。在這種配置下，用氣設備可以將氣體通過閥門埠 20抽至調節閥14 的出口 18。正如前述，在圖1示出的常規的調節器10中，控制組件沈還作為安全閥而運作。 具體地，所述控制組件沈還包括安全彈簧44以及溢流閥(release valve)46.所述隔板 觀在其中部設置有開口 48，而所述活塞30包括密封帽50。所述安全彈簧44設置於活塞 30和隔板觀之間，在正常操作下，所述安全彈簧44將隔板觀偏置至密封帽50，使得開口 48關閉。在出現例如控制臂32斷裂等失效情況時，控制組件沈不再直接控制閥盤34，而 進口的流體將驅使閥盤34移動至完全打開的位置。這使得有最大量的氣體流入驅動器12。 這樣，在氣體充入驅動器12的過程中，建立以對著所述隔板觀的壓力迫使隔板觀遠離密 封帽50，進而使得開口 48打開。由此，氣體通過所述隔板觀中的開口 48流入溢流閥46。 所述溢流閥46包括閥塞(valve plug) 52與溢流彈簧(release spring) 54，所述溢流彈簧 54用於將閥塞52偏置圖2中的關閉位置。當驅動器12內部鄰近溢流閥46處的壓力達到 預設的閾值壓力時，所述閥塞52抗拒溢流彈簧M的偏置而向上移動並且打開，使得氣體被 排放至空氣中，並且調節器10中的壓力得以降低。調節器的性能由保持預設的出口壓力情況下可以輸運的流體體積所指示。在常規 的調節器10中，當控制彈簧42移動控制臂32以打開閥門埠 20時，由於控制彈簧42朝 著未被拉伸的長度延伸，它固有地產生較小的力。此外，當控制彈簧42拉伸時，隔板觀會 發生形變，使得其面積增大。在這一操作場景中，控制彈簧42的減小的彈力和隔板觀的增 大的面積一起產生了一個調節器響應，其中控制彈簧42所提供的力不能足夠地平衡隔板 觀產生的壓力，這使得出口的控制壓力小於用戶預先設定的壓力。這種現象被稱為「衰弱 (droop) 」。當「衰弱」發生時，出口壓力降低到設定的控制壓力之下，調節器10可能無法如 所需的那樣工作。隨著所述出口壓力降低，保持出口壓力範圍且所能輸運的流體的量，也被 稱為額定流量值減少。因此，需要通過減少或消除調節器的能力的「衰弱」以將出口控制壓 力保持在預設壓力並且最大化流經調節閥的流體體積，從而來提高現有調節器的性能。另一個影響調節器10性能的因素是閥盤34上的上遊壓力的力。當驅動器12處 於圖2示出的打開位置時，流過閥門埠 20的流體的上遊壓力在打開位置的方向上產生壓 力。因此，所述上遊壓力的幅度及波動會影響驅動器12使下遊壓力保持在所需的定點壓力 的性能。例如，隨著上遊壓力增大，需要形成相對較大的下遊壓力以使得控制組件26驅使 閥盤34向閥門埠 20移動，從而使得流經調節閥14的流體流動減少。這一問題在對於具 有較大尺寸並經受更高進口壓力的埠的調節器中有其明顯。在某些應用中，為了避免系 統的下遊過壓，需要安裝具有較低額定容限的氣體調節器。因此，又需要一種對閥門埠的 上遊壓力的變化不敏感的氣體調節器。

發明內容
在一個方面中，本發明被定向為一種流體調節裝置，該裝置能夠包括閥門以及與 所述閥門相耦接的驅動器，所述閥門包括第一進口、第一出口以及所述第一進口與第一出 口間的第一閥門埠。所述驅動器可以包括與所述閥門相耦接的殼體，位於所述閥門內的 第一閥盤，並且所述第一閥盤被適配為在連接所述第一閥門埠的關閉位置和布置離開所 述第一閥門埠的打開位置之間移動，以及位於所述殼體中的第一隔板，該第一隔板將所 述殼體分為第一腔體與第二腔體，所述第一隔板操作地耦接於第一閥盤，而所述殼體的第 一腔體與所述閥門的第一出口相互交換流體。所述流體調節裝置可以進一步包括與所述閥 門及驅動器相連接的加壓部件。所述加壓部件可以包括主體，所述主體具有第二進口、第 二出口以及所述第二進口與第二出口間的第二閥門埠，其中所述第二進口與第一進口交 換流體，所述第二出口與殼體的第二腔體交換流體；所述加壓部件還包括與所述殼體相耦 接的閥罩，以及位於主體內的第二閥盤，所述第二閥盤被配置為在連接所述第二閥門埠 的關閉位置和布置離開所述第二閥門埠的打開位置之間移動；位於閥罩內的第二隔板， 所述第二隔板將閥罩分為第一腔體與第二腔體，所述第二隔板操作地耦接於第二閥盤，而 所述閥罩的第一腔體與所述第二出口交換流體；所述加壓部件還包括位於所述閥罩第二腔 體內與所述第二隔板相連接的控制彈簧。所述第二隔板與控制彈簧可以被配置為當第二出 口壓力降低時驅使所述第二閥盤朝其打開位置移動，以及當第二出口壓力升高時驅使所述 第二閥盤朝其關閉位置移動，以保持所述驅動器的第二腔體內的壓力大致等於負載壓力； 所述驅動器被配置為當第一出口壓力降低時驅使所述第一閥盤移動朝其打開位置移動，以 及當第一出口壓力升高時驅使所述第一閥盤朝其關閉位置移動，以保持所述第一出口的壓 力大致等於定點壓力。在另一個方面中，本發明被定向於了一種流體調節裝置，包括閥門以及所述閥門 耦接的驅動器，其中，所述閥門具有第一進口、第一出口以及所述第一進口與第一出口間的 第一閥門埠 ；所述驅動器包括第一閥盤，所述第一閥盤被適配為在連接所述第一閥門端 口的關閉位置和布置離開所述第一閥門埠的打開位置之間移動，所述驅動器還包括第一 隔板，所述第一隔板將所述驅動器分為第一腔體與第二腔體，所述第一腔體與所述閥門的 第一出口交換流體，其中，所述第一隔板操作地耦接於第一閥盤並驅使所述第一閥盤在打 開與關閉位置間移動。所述流體調節裝置的改進可以包括與所述閥門及驅動器相連接的加 壓部件，所述加壓部件包括主體，所述主體具有第二進口、第二出口以及所述第二進口與 第二出口間的第二閥門埠，其中所述第二進口與所述第一進口交換流體，所述第二出口 與驅動器的第二腔體交換流體；所述加壓部件還包括與所述主體相耦接的閥罩，以及位於 主體內的第二閥盤，所述第二閥盤被配置為在連接所述第二閥門埠的關閉位置和布置離 開所述第二閥門埠的打開位置之間移動；位於閥罩內的第二隔板，所述第二隔板將閥罩 分為第一腔體與第二腔體，所述第二隔板操作地耦接於第二閥盤，而所述閥罩的第一腔體 與所述第二出口交換流體；所述加壓部件還包括位於所述閥罩第二腔體內與所述第二隔板 相連接的控制彈簧。所述第二隔板與控制彈簧可以被配置為當第二出口壓力降低時驅使所 述第二閥盤朝其打開位置移動，以及當第二出口壓力升高時驅使所述第二閥盤朝其關閉位 置移動，以保持所述驅動器的第二腔體內的壓力大致等於負載壓力；所述驅動器被配置為 當第一出口壓力降低時驅使所述第一閥盤朝其打開位置移動，以及當第一出口壓力升高時驅使所述第一閥盤朝其關閉位置移動，以保持所述第一出口的壓力大致等於定點壓力。在又一方面中，本發明被定向於一種流體調節裝置，包括閥門以及所述閥門耦接 的驅動器，其中，所述閥門具有第一進口、第一出口以及所述第一進口與第一出口間的第一 閥門埠。所述驅動器能夠包括位於所述閥門內的第一閥盤，所述第一閥盤被適配為在連 接所述第一閥門埠的關閉位置和布置離開所述第一閥門埠的打開位置之間移動，所述 驅動器還包括與所述第一閥盤操作地耦接的第一隔板，所述第一隔板用於驅使所述第一閥 盤在打開與關閉位置間移動，其中，所述第一隔板的第一表面與所述閥門的第一出口交換 流體。所述流體調節裝置可以進一步包括與所述閥門及驅動器相連接的加壓部件。所述加 壓部件可以包括第二進口與第二出口，所述第二進口與第一進口交換流體，所述第二出口 與所述第一隔板的第二表面交換流體，其中，所述加壓部件被配置為當第二出口壓力小於 負載壓力時增加通過所述加壓部件的流體流動；所述驅動器還包括位於第二進口與第二出 口間的第二閥門埠。所述第二進口可以與第一進口交換流體，所述第二出口可以與殼體 的第二腔體交換流體。所述加壓部件可以被配置為當第二出口壓力降低時增加通過該部件 的流體流動，以及當第二出口壓力升高時減少通過該部件的流體流動，以保持所述第一隔 板的第二表面上的壓力大致等於負載壓力；所述驅動器可以被配置為當第一出口壓力降低 時驅使所述第一閥盤朝其打開位置移動，以及當第一出口壓力升高時驅使所述第一閥盤朝 關閉位置移動，以保持所述第一出口壓力大致等於定點壓力。本發明的附加方面由本專利的權利要求所定義。


圖1示出了常規氣體調節器處於關閉位置的側剖面圖；圖2示出了圖1中的常規氣體調節器處於完全打開位置的側剖面圖；圖3示出了依照本發明的、具有加壓部件及平衡部件的氣體調節器處於關閉位置 的側剖面圖；圖4示出了圖3中的氣體調節器的側剖面圖。
具體實施例方式儘管下文詳細闡明了本發明諸多不同的實施例，但應認識到本發明的法律範圍由 本專利最後所列出的權利要求的內容指明。所述具體實施方式
應被理解為僅僅是示例，並 且沒有描述本發明的每一個可能的實施例，這是因為描述所有可能的實施例即使不是不可 能的也是不現實的。那些採用現有技術或本專利申請日之後的技術的眾多替代的實施例仍 落入定義了本發明的權利要求的範圍內。需要認識到，除非某一術語在本專利中採用句型「如這裡所用的，所述名詞在此表 示…」或類似句型進行解釋，不應明示或暗示地將該術語的含義限制在通常的含義之外，而 且該術語不應被解釋為基於本申請任何部分表述而被限制在範圍內。在這個意義上，僅為 了清楚而不至於使讀者困惑，本申請所附權利要求書所表述的任何術語具有一致的含義， 但這不表示所述術語僅通過暗示或其他限於唯一的含義。最後，除非某一權利要求部分是 通過「裝置」這個詞以及不具有任何結構詳述的功能進行定義，那麼並不意味著該權利要求 部分是基於35U. S. C.第112節的第六段進行解釋的。
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圖3與圖4描繪了根據本發明一個實施例而構造的氣體調節器110。所述氣體調 節器Iio通常包括驅動器112與調節閥114。所述調節閥114包括用於從例如氣體分配系 統中接收氣體的進口 116，以及用於將氣體提供給例如具有一個以上用氣設備的設施的出 口 118。所述驅動器112與所述調節閥114相耦接，並包括具有例如閥盤122的控制元件 的控制組件120。在第一或正常運行模式中，所述控制組件120檢測調節閥114中出口 118 處的壓力，即出口壓力，並對閥盤122的位置進行控制，以使得所述出口壓力大致地等於預 設定點或控制壓力。仍參考圖3，所述調節閥114具有喉道124與閥嘴126。所述喉道IM位於進口 116與出口 118間，其中還設置有閥門埠 128。氣體在所述調節閥114的進口 116與出口 118間流動必須穿過所述閥門埠 128。所述閥門埠 1 可以從調節閥114上卸下，從而 它能夠被更換為具有不同孔徑或配置的鑽孔的不同閥門埠，以針對具體應用而適配調節 閥114的操作及流動特徵。在公開的實施例中，所述閥嘴1 定義了開口，所述開口延與由 調節閥114的進口 116與出口 118構成的軸線相垂直的軸線放置。正如前述，所述驅動器112包括殼體130與控制組件120。所述殼體130包括殼體 上部130a與殼體下部130b，所述殼體上部130a與殼體下部130b通過例如多個緊固件固 定。所述殼體下部130b定義了控制腔體132與驅動器嘴134。所述驅動器嘴134與調節 閥114的閥嘴1 連接，以在所述驅動器112與調節閥114之間提供流體交換。所述殼體 上部130a定義加壓腔136與進口埠 138。所述殼體上部130a還定義用於容納部分控制 組件120的塔形區140，接下來會進行說明。所述控制組件120包括隔板子組件142，及碟片平衡子組件144。所述隔板子組件 142包括隔板148、活塞150、加壓部件152、鎖定彈簧154、鎖定彈簧座156以及活塞導向器 158。所述加壓部件152取代了圖1中驅動器12的控制彈簧42，用於向隔板148施加負載 力，所述負載力的施加方式接下來將進行說明。但是，在驅動器112的實施例中不包含有控 制彈簧時，承壓調節器可以被配置為實現控制彈簧的功能，並與所連接的驅動器112共同 作用以施加壓力以調節下遊壓力。所述隔板148包括盤狀的膜片，其中部具有開口。所述 隔板148由具有彈性的、實質上氣密的材料構成，其邊緣被密封地緊固於所述殼體130的殼 體上部130a與殼體下部130b間。因此，所述隔板148將加壓腔136與控制腔132分隔開。 隔板頭160位於所述隔板148的頂部，並定義了與所述隔板148的開口同軸的開口。所述 隔板頭160還定義了排流孔162，通過所述排流孔162，所述加壓腔136與控制腔132實現 交換流體，接下來會詳細說明。在公開的實施例中，所述活塞150 —般是具有密封帽部分164與閥軛166的拉長 的杆狀構件。所述密封帽部分164是凹陷的、一般呈盤狀、沿所述活塞150中部的圓周延展， 並正好位於所述隔板148下方。所述隔板頭160與密封帽164在該中央開孔位置互相固定， 和/或固定於所述隔板148以在它們之間形成密封。所述密封帽164定義第二排流孔168， 通過所述第二引流孔168與引流孔162，加壓腔136與控制腔132實現流體交互。所述閥軛 166包括適於容納連接器172的腔體，所述連接器172連接至碟片平衡子組件144上，以在 所述隔板子組件142與碟片平衡子組件144間形成連接，接下來會進行說明。所述活塞150分別通過隔板148與隔板頭160的開口向上延伸。所述活塞150向 上延伸的部分可滑動地位於在活塞導向器158的腔體中，所述活塞導向器158使得活塞150相對於控制配件120的其他部分保持軸線對準。所述鎖定彈簧座156設置於活塞150的上 端，所述鎖定彈簧1 被限制於所述彈簧座156與活塞導向器158間。所述鎖定彈簧154、 彈簧座156與活塞導向器158位於所述殼體上部130a的塔形區140內。所述活塞導向器 158可以通過螺紋旋入所述塔形區140中，進而該導向器可以被旋轉以在所述塔形區140 內軸向地移動，以調整所述鎖定彈簧156的鬆緊。作為替代地或補充地，所述活塞150的頂 部可以與所述彈簧座156螺紋地連接，彈簧座156可旋轉地位於活塞150上，從而該彈簧座 156可以在該活塞150上被旋轉以調節所述鎖定彈簧154的鬆緊或被移除以更換所述彈簧 154。所述鎖定彈簧154固定抵靠在活塞導向器158上，從而向所述鎖定彈簧座156施加向 上的力，所述彈力反作用於活塞150上，進而在圖3示出的氣體調節器110的關閉位置或鎖 定位置的方向上提供偏置力。所述加壓部件152提供的壓力反作用於由隔板148檢測的控制腔132的壓力。如 前述的，所述控制腔132的壓力與調節閥114的出口 118處存在的壓力相同。相應地，由所 述加壓部件152提供的壓力將所述出口壓力設置在對於氣體調節器110的所需的定點或控 制壓力。接下來會更加完整地說明所述加壓部件152的配置及運行的細節。需要注意的 是，由於負載壓力需要大於或等於控制壓力並在所述隔板148加載向下的壓力，因此，所述 隔板148是相對於圖1和圖2中的隔板觀從上方向下安裝的。正如前述，所述隔板子組件142與碟片平衡子組件144通過活塞150的閥軛166、 連接器172以及控制臂176操作地耦接。所述碟片平衡子組件144包括與所述控制臂176 相連接的驅動器杆178，隨著由下遊壓力變化導致的所述隔板148的彎曲，所述驅動器杆 178使所述閥盤122在打開位置與關閉位置間移動。具體地，所述驅動器杆178通常呈線 性杆狀，具有一端面與控制臂176相連接。所述控制臂176呈略有彎曲的杆狀，包括支點端 176a與自由端176b。所述支點端176a與殼體下部130b樞紐連接，所述支點端包括具有圓 形端的指柄180，所述指柄180與驅動器杆178的端面相嚙合。所述自由端176b被收納於 所述連接器172的頂部17 及一針梢172b之間，該連接器172被附著於所述活塞150的 閥軛166上。這樣，所述連接器172與控制臂176將所述碟片平衡子組件144與膜片子組 件142操作地連接起來。所述碟片平衡子組件144的閥盤122與驅動器杆178操作地連接，該閥盤包括外盤 部分182以及軸對稱的內盤部分184。所述外盤部分182具有用於收納一密封嵌入件186的 凹陷，所述密封嵌入件具有用於接合所述閥門埠 1 出口、以切斷流體流經所述調節閥114 的密封表面。所述盤部分182與184通過平衡埠杆188與平衡彈簧座190連接到驅動器杆 178，所述組合的零件通過杆導向器192、保持器板194、平衡隔板保持器196以及平衡埠外 殼198支撐以實現線性移動。所述杆導向器192與驅動器嘴1；34相匹配，並包括大致呈圓柱 形的內部，所述內部可滑動地保持著驅動器杆178。所述杆導向器192還包括導管200，通過 所述導管200構成了使出口 118與控制腔132流體交換的一個通路，接下來繼續進行說明。所述杆導向器192與位於杆導向器192與平衡埠外殼198之間的保持器板194 連接，以將所述保持器板194與平衡埠外殼198固定於所述閥門埠 1 中的合適位置 上。所述保持器板194呈圓形，並包括用於通過平衡埠杆188的中心開口。所述平衡端 口外殼198為中空的圓柱體，並向閥門埠 1 延伸，其內徑尺寸可滑動地收納平衡埠杆 188。所述隔板保持器196位於平衡埠外殼198內、保持器板194的中心開口中，被固定
11於保持器板194表面與平衡埠外殼198的內肩之間的合適位置。所述平衡埠外殼198 內還提供有具有中心開口的盤狀平衡隔板202。所述平衡隔板202由具有彈性的、實質上氣 密的材料構成，其邊緣被緊固於所述隔板保持器196與平衡埠外殼198之間。所述平衡 隔板202中間開口的內部邊緣被氣密地緊固於閥盤122與平衡埠杆188之間。所述閥盤 122、平衡埠杆188以及驅動器杆178由平衡彈簧204偏置朝向調節閥114打開位置的方 向，該平衡彈簧位於彈簧座190與隔板保持器196基座表面間。所述平衡隔板202在閥盤122上施加了朝向閥門埠 118的力，以補償由流經所 述閥門埠 118的流體的上遊壓力施加在所述閥盤122上的力。所述內盤部分184的外徑 小於外盤部分186的內徑，以允許流體流入內盤部分184的通道206、以及平衡埠杆188 內對應的通道208中。所述通道208通向隔板保持器196的內部，由此使得平衡隔板202朝 向閥門埠 118的表面與向閥盤122施壓的上遊壓力交換流體。所述碟片平衡子組件144 的各個配件被設置，使得通過平衡隔板202施加的力與閥盤122的上遊壓力加載的壓力大 致相反並相等，以減小上遊壓力對隔板子組件142的任何影響，並由此允許所述氣體調節 器110對下遊壓力的更加準確的控制。通過在調節閥114的出口 118處具有檢測點的皮托管(Pitot tube) 210，驅動器 112的控制腔獲得下遊壓力反饋。所述皮托管210延伸進入閥嘴126，並分別穿過平衡埠 外殼198及保持器板194的開口。所述皮托管210向杆導向器192的內部提供下遊壓力， 並通過所述杆導向器192的導管200向控制腔132提供下遊壓力。如前所述，加壓部件152取代驅動器112的控制彈簧，向所述隔板148施加與作用 在隔板148的相反側的下遊壓力相反的力。在所示出的實施例中，所述加壓部件152採用 調節器的結構，該調節器被配置為通過進口 220引入具有上遊壓力的流體，並通過出口 222 排放具有指定或需要的負載壓力的流體。所述進口 220與出口 222被定義於加壓部件152 的主體224中，所述加壓部件152具有位於所述進口 220與出口 222之間的閥門埠 226。 所述進口 220通過上遊壓力供應管2 接收流體，所述供應管228的相反端連接在調節閥 114的上遊壓力埠 230上。所述供應管2 使得加壓部件152的進口 220與閥門埠 1 上遊的調節閥114的內部交換流體。驅動器112的殼體上部130a是驅動器12的殼體修改 得到的，其具有向減緩腔136開口的進氣開口 138，所述殼體上部130a通過導氣管234連接 至加壓部件152的出口 222，從而使得所述出口 222與減緩腔136以及隔板148的對應面交 換流體。所述調節器152還包括控制組件236，所述控制組件236用以確保調節器152的出 口 222的壓力，即負載壓力，與使得驅動器112保持定點下遊壓力的負載壓力相適應。所述 控制組件236檢測並調整所述調節器152的負載壓力。具體地，所述控制組件236包括隔 板238、控制彈簧MO以及具有閥盤244的控制臂或閥杆對2。常規的閥盤244包括一般圓 柱形的主體以及圓錐或圓臺形的上部，所述上部連接在控制臂242上並且具有適於坐在閥 門埠 2 的開口之中的尺寸，以允許或防止流體流過閥門主體224。在所述閥盤244的底 面與閥保持器248的基座面間設置有閥彈簧M6，所述閥彈簧246將閥盤244偏置至朝向於 所示出的關閉位置。所述閥彈簧246允許閥盤對4由於控制彈簧MO的力而向下移動，從 而離開閥門埠 226，進而使得流體可以流過閥門埠 226，如接下來將說明地。所述閥盤 對4、閥彈簧M6以及閥保持器248被底板250限制於閥門埠 2 上遊的主體224中，並所述底板250被緊固在所述閥體224的較低開口端。所述調節器152還包括閥罩252，所述閥罩252將隔板238以及控制彈簧240封 閉在主體224的上部區域上。所述隔板238包括盤狀的膜片，其中部具有開口。所述隔板 238由具有彈性的、實質上氣密的材料構成，其邊緣被密封地緊固於所述閥罩252與閥體 224間。所述隔板238將調節器152的控制腔254與具有控制彈簧MO的閥罩腔256分隔 開。隔板頭258與下部彈簧座260位於所述隔板238的頂部，並定義了與所述隔板238的 開口同軸的開口。具有中心轂與延展邊緣的推桿262設置於所述隔板238的控制腔一側， 所述轂延伸穿過隔板238、頭258以及彈簧座沈0的開口。所述推桿262通過保持器彈簧 264緊固於合適位置，所述保持器彈簧264被下壓在所述轂上並抵靠彈簧座沈0的上表面。所述控制彈簧240位於下部彈簧座260與上部彈簧座266之間，所述上部彈簧座 266將控制彈簧240壓在下部彈簧座260上。調整螺栓268被收納在閥罩252頂部的螺紋 開口中，並且連接上部彈簧座266的上表面，將所述上部彈簧座266保持在閥罩252內的合 適位置。通過這樣設置，控制彈簧MO固定在閥罩252上，並向下部彈簧座260與隔板238 施加向下的力。在公開的實施例中，由所述控制彈簧240所述施加的力可以通過旋轉所述 調整螺栓268來升高或降低上部彈簧座266來進行調整。由於所述控制彈簧240的壓力可 以調節，由所述調節器152提供給驅動器112的負載壓力可以相應調節。閥杆242與閥盤244操作地耦接於隔板238與控制彈簧M0。所述推桿262包括 位於轂內的凹陷結構，所述凹陷結構朝向控制腔體2M與閥門埠 226。所述推桿沈2的凹 陷結構中設置有軟基座272，所述軟基座272用於承載閥杆242朝向閥盤244的一端。相應 地，隨著隔板238響應於負載壓力的變化而彎曲時，所述閥杆242與閥盤244會上下移動。 位於閥盤244上遊的閥門埠 2 的上部包括有導管274，所述導管274穿過閥門埠 226， 並與主體224的對應開口對準，使得控制腔2M及相應的隔板238與出口 222交換流體，從 而允許隔板238檢測出口 222及驅動器112的減緩腔136內的實際的負載壓力。圖3示出了本實施例的調節器110，所述調節器110的閥門主體114內設置有閥 盤122，且閥盤244位於其關閉位置或鎖定位置。這樣配置，氣體既不會流過調節閥114的 閥門埠 128，也不會流過加壓部件152的閥門埠 226。所述調節閥114處於所述配置是 因為出口壓力大於由加壓部件152形成的負載壓力所施加的力，所述出口壓力相應於殼體 126的控制腔136中的、由隔板146檢測到的壓力。相應地，出口 118的下遊壓力驅使所述 隔板148與活塞150處於關閉位置。相類似地，所述加壓部件152處於所述配置是因為負 載壓力加閥彈簧246施加的力大於由控制彈簧240施加在隔板238上的壓力，所述負載壓 力相應於主體2M的控制腔巧4中的壓力，並且所述負載壓力驅使所述隔板238與閥盤M4 處於關閉位置。一旦所述驅動器112與加壓部件152關閉，壓力通過所述排流孔162與168 中被放走，直至負載壓力與出口壓力相等。當隔板148兩側的壓力相等時，鎖定彈簧IM將 向上偏置所述隔板組件142，從而將閥盤122保持在關閉位置。在所述氣體分配系統接收到運行需求時，例如用戶開始使用諸如熔爐、烤爐等用 氣設備時，所述用氣設備從出口 118以及相應地從驅動器112的控制腔132抽取氣體時，由 此降低通過隔板148檢測到的壓力。由於通過所述隔板148的控制腔一側檢測的壓力降低， 所述隔板148兩側的由負載壓力形成的壓力與由出口壓力形成的壓力失衡，如圖4所示，使 得負載壓力超過鎖定彈簧154的壓力，並驅使所述隔板148與活塞150相對於殼體130向
13下移動。所述移動引起控制臂176順時針樞轉，這繼而相對於驅動器杆178的表面轉動指 柄180。由於平衡彈簧200的、使得調節閥114打開的力，這允許驅動器杆178與閥盤122 離開閥門埠 128的出口 124。在所述隔板148向下移動時，加壓腔136的容積增加，並且加壓腔136增加的容積 與通過排流孔162和168吸入控制腔132的空氣引起加壓腔136的壓力下降。同時，所述 負載壓力的降低導致加壓部件152的隔板238上的控制彈簧的力與負載壓力的力不平衡， 由此使得控制彈簧240伸長，並驅使所述隔板238向相對主體224向下的方向移動。所述 隔板238的移動驅使閥杆242與閥盤M4向下移動，使得所述閥盤244脫離基座，從而允許 流體流經閥門埠 2 並進入驅動器112的減緩腔136中。所述流入減緩腔136的流體使 得加載在隔板148上的負載壓力上升，從而使得施加於隔板148上的壓力不像驅動器112 的情況那樣地降低，在驅動器112的情況中，控制彈簧42加載的壓力隨著所述控制彈簧42 伸展以打開調節閥14而減少。在所述氣體分配系統上的需求撤去後，例如用戶關閉用氣設備，調節器110最初 通過減少穿過調節閥114的流體來做出響應。隨著氣體持續流過所述閥門埠 1 並流至 所述系統的下遊部分，所述出口 118的壓力以及相應地驅動器112的控制腔132的壓力都 升高。隨著隔板148檢測的壓力升高直至超過負載壓力，所述隔板148與活塞150被相對 殼體130向上推起。所述向上移動使得控制臂176逆時針樞動，這反過來使得驅動器杆178 與閥盤122向閥門埠 1 移動，從而減少流經調節閥114的流體。在正常運行情況下，出 口壓力會降低到接近驅動器定點壓力並保持不變，直至下遊需求發生變化引起驅動器112 做出響應。在所述隔板148向上移動時，加壓腔136的容積減小，所述加壓腔136的容積減小 使得加壓腔136與加壓部件152的控制腔254中的負載壓力相應增加。施加在所述隔板 238上負載壓力增加最終超過控制彈簧240的壓力，導致隔板240向上移動。所述隔板238 的向上移動使得閥盤244也向上移動，從而使得流經加壓部件152的流體流動降低。在正 常運行情況下，負載壓力會等於控制腔132的壓力並保持不變，直至下遊需求發生變化引 起驅動器112做出響應以及引起加壓部件152相應地響應。如前所述，在調節器中採用所述加壓部件與平衡器有諸多益處。例如，依照本發明 的調節器可以被用於進口壓力較高的應用場合，而產生的下遊壓力仍可以較為準確地保持 在需要的控制和精度範圍內。在進口壓力較高時，通過平衡隔板施加在閥盤122上的壓力 相應增加，以避免上遊壓力對控制組件120的影響。由於平衡控制器實質上地降低了出口 壓力對於進口壓力變化的敏感程度，所述調節器還可以被應用於預期上遊壓力變化較大的 應用場合。因此，所述平衡器允許對於調節器的更高的額定容限，同時還允許該調節器對下 遊壓力的調節的更高的準確性。加壓也提高了調節器的額定容限。相較於控制彈簧提供的 壓力和力的大小變動，通過加壓部件在調節器隔板上穩定地維持負載的能力，所述調節器 將出口控制壓力維持在定點壓力的能力的「衰弱」影響被減少了。進一步地，所述穩定的負 載提高了調節器提供的控制的精度。以上文本具體描述了本發明的多個不同的實施例，應注意到本發明所要求的法律 範圍由要求優先權的專利的權利要求的內容指明。所述具體實施方式
應被理解為僅做示 例，並且沒有描述本發明的每一個可能的實施方式，這是由於窮舉所有可能的實施例即使不是不可能的也是不現實的。那些採用現有技術或本專利申請日之後的技術的替代的實施 例仍落入定義了本發明的、本專利的權利要求的保護範圍內。
權利要求
1.一種流體調節裝置，包括閥門，所述閥門具有第一進口、第一出口以及所述第一進口與第一出口間的第一閥門 端□；驅動器，所述驅動器與所述閥門相耦接，所述驅動器包括 與所述閥門相耦接的殼體，位於所述閥門內的第一閥盤，所述第一閥盤被適配為在連接所述第一閥門埠的關閉 位置和布置離開所述第一閥門埠的打開位置之間移動；第一隔板，位於所述殼體中，將所述殼體分為第一腔體與第二腔體，所述第一隔板與第 一閥盤操作地耦接，而所述殼體的第一腔體與所述閥門的第一出口交換流體；以及 與所述閥門及驅動器相連接的加壓部件，所述加壓部件包括主體，所述閥體具有第二進口、第二出口以及所述第二進口與第二出口間的第二閥門 埠，其中所述第二進口與第一進口交換流體，所述第二出口與該殼體的第二腔體交換流 體；與該主體相耦接的閥罩，位於該主體內的第二閥盤，所述第二閥盤被適配為在連接所述第二閥門埠的關閉位 置和布置離開所述第二閥門埠的打開位置之間移動，位於閥罩內的第二隔板，所述第二隔板將閥罩分為第一腔體與第二腔體，所述第二隔 板與第二閥盤操作地耦接，而所述閥罩的第一腔體與所述第二出口交換流體；以及 位於所述閥罩第二腔體內、與所述第二隔板相連接的控制彈簧， 其中，所述第二隔板與控制彈簧被配置位當第二出口壓力降低時，驅使所述第二閥盤 移動至其打開位置，以及當第二出口壓力升高時，驅使所述第二閥盤移動至其關閉位置，以 保持所述驅動器的第二腔體內的壓力大致等於負載壓力，而且其中，所述驅動器被配置為當第一出口壓力降低時，驅使所述第一閥盤移動至其打開 位置，而當第一出口壓力升高時，驅使所述第一閥盤移動至其關閉位置，以保持所述第一出 口壓力大致等於定點壓力。
2.根據權利要求1所述的流體調節裝置，其中，所述驅動器包括樞紐地連接在所述殼 體上的控制臂，所述控制臂操作地將所述第一隔板與第一閥盤耦接，其中，所述第一隔板當 第一出口壓力下降時，使得所述控制臂以第一方向旋轉並將第一閥盤朝其打開位置移動， 以及當第一出口壓力下降時，使得控制臂以第二方向旋轉並將第一閥盤朝其關閉位置移 動。
3.根據權利要求1所述的流體調節裝置，包括皮托管，所述皮托管具有位於所述閥門 的第一出口處的第一端，以及與所述殼體的第一腔體交換流體的第二端，以將所述殼體的 第一腔體與所述閥門的第一出口交換流體。
4.根據權利要求1所述的流體調節裝置，包括平衡隔板，所述平衡隔板與第一閥盤操 作地連接，具有與流經第一閥門埠的上遊壓力交換流體的第一側，其中，所述上遊壓力向 所述第一閥盤施加打開位置方向的壓力，作用於所述平衡隔板的第一側的所述上遊壓力向 所述第一閥盤施加關閉位置方向的、並大致等於所述上遊壓力在所述第一閥盤上的壓力的 力。
5.根據權利要求1所述的流體調節裝置，其中，所述加壓部件包括將所述第二隔板操作地耦接到所述第二閥盤的閥杆，其中，所述第二閥盤當第二出口壓力下降時，驅使所述閥 杆在第一方向上移動以將所述第一閥盤移至打開位置，以及當第二出口壓力下降時，驅使 所述閥杆在第二方向上移動以將所述第二閥盤移至關閉位置。
6.根據權利要求1所述的流體調節裝置，其中，所述加壓部件包括閥彈簧，所述閥彈 簧連接所述第二閥盤，以克服所述控制彈簧的偏置力而將所述第二閥盤朝其至關閉位置偏 置。
7.根據權利要求1所述的流體調節裝置，其中，所述加壓部件包括控制彈簧調節結構， 所述控制彈簧調節結構連接所述控制彈簧，用以調節所述控制彈簧施加在所述第二隔板上 的力，進而增大與減小通過所述加壓部件提供給所述殼體的第二腔體的負載壓力，相應地 增大與減小所述流體調節裝置的定點壓力。
8.根據權利要求7所述的流體調節裝置，其中，所述控制彈簧調節結構包括收納於所 述閥罩頂端的螺紋開口內的調整螺栓，所述調整螺栓與所述控制彈簧操作地耦接，其中，當 所述調整螺栓被以第一方向旋轉時，所述控制彈簧施加在所述第二隔板上的力增加，而當 所述調整螺栓被以第二方向旋轉時，所述控制彈簧施加在所述第二隔板上的力減小。
9.一種流體調節裝置，包括閥門以及所述閥門耦接的驅動器，其中，所述閥門具有第一 進口、第一出口以及所述第一進口與第一出口間的第一閥門埠，所述驅動器包括第一閥 盤，所述第一閥盤被適配為在連接所述第一閥門埠的關閉位置和布置離開所述第一閥門 埠的打開位置之間移動，還包括第一隔板，所述第一隔板將所述驅動器分為第一腔體與 第二腔體，所述第一腔體與所述閥門的第一出口交換流體，其中，所述第一隔板與第一閥盤 操作地耦接並驅使所述第一閥盤在打開與關閉位置間移動，其改進在於，還包括與所述閥門及驅動器相連接的加壓部件，所述加壓部件包括主體，所述閥體具有第二進口、第二出口以及所述第二進口與第二出口間的第二閥門 埠，其中所述第二進口與第一進口交換流體，所述第二出口與驅動器的第二腔體交換流 體；與所述主體相耦接的閥罩，位於所述主體內的第二閥盤，所述第二閥盤被適配為在連接所述第二閥門埠的關閉 位置和布置離開所述第二閥門埠的打開位置之間移動；位於所述閥罩內的第二隔板，所述第二隔板將閥罩分為第一腔體與第二腔體，所述第 二隔板與第二閥盤操作地耦接，而所述閥罩的第一腔體與所述第二出口交換流體；以及位於所述閥罩第二腔體內與所述第二隔板相連接的控制彈簧，其中，所述第二隔板與控制彈簧被配置為當第二出口壓力降低時驅使所述第二閥盤移 動至其打開位置，以及當第二出口壓力升高時驅使所述第二閥盤移動至其關閉位置，以保 持所述驅動器的第二腔體內的壓力保持大致等於負載壓力；並且所述驅動器被配置為當第一出口壓力降低時驅使所述第一閥盤移動至其打開位置，以 及當第一出口壓力升高時驅使所述第一閥盤移動至其關閉位置，以保持所述第一出口壓力 大致等於定點壓力。
10.根據權利要求9所述的流體調節裝置，其中，所述加壓部件包括將所述第二隔板操 作地耦接到所述第二閥盤的閥杆，其中所述第二閥盤當第二出口壓力下降時驅使所述閥杆 在第一方向上移動，以將所述第一閥盤移至其打開位置，以及當第二出口壓力下降時驅使所述閥杆在第二方向上移動，以將所述第二閥盤移至其關閉位置。
11.根據權利要求9所述的流體調節裝置，其中，所述加壓部件包括閥彈簧，所述閥彈 簧連接所述第二閥盤，以克服所述控制彈簧的偏置力並將所述第二閥盤朝其關閉位置偏置。
12.根據權利要求9所述的流體調節裝置，其中，所述加壓部件包括控制彈簧調節結 構，所述控制彈簧調節結構連接所述控制彈簧，用以調節所述控制彈簧施加在所述第二隔 板上的力，進而增大與減小通過所述加壓部件提供給所述殼體的第二腔體的負載壓力，並 相應地增大與減小所述流體調節裝置的定點壓力。
13.根據權利要求12所述的流體調節裝置，其中，所述控制彈簧調節結構包括收納於 閥罩頂端螺紋開口內的調整螺栓，所述調整螺栓與所述控制彈簧操作地耦接，其中，當所述 調整螺栓被以第一方向旋轉時，所述控制彈簧施加在所述第二隔板上的力增加，而當所述 調整螺栓被以第二方向旋轉時，所述控制彈簧施加在所述第二隔板上的力減小。
14.一種流體調節裝置，包括閥門，所述閥門具有第一進口、第一出口以及所述第一進口與第一出口間的第一閥門 端□；與所述閥門耦接的驅動器，所述驅動器包括位於所述閥門內的第一閥盤，所述第一閥盤被適配為在連接所述第一閥門埠的關閉 位置和布置離開所述第一閥門埠的打開位置之間移動，以及與所述第一閥盤相耦接的第一隔板，所述第一隔板驅使所述第一閥盤在打開與關閉位 置間移動，其中，所述第一隔板的第一表面與所述閥門的第一出口交換流體；以及與所述閥門及驅動器相連接的加壓部件，所述加壓部件包括第二進口與第二出口，其 中所述第二進口與第一進口交換流體，所述第二出口與所述第一隔板的第二表面交換流 體，所述加壓部件被配置為當第二出口壓力小於負載壓力時增加通過加壓部件的流體流 動，所述驅動器還包括位於第二進口與第二出口間的第二閥門埠，其中所述第二進口與 第一進口交換流體，所述第二出口與殼體的第二腔體交換流體；所述加壓部件被配置為當第二出口壓力降低時增加流經該部件的流體流動，以及當第 二出口壓力升高時減少流經該部件的流體流動，以保持對所述第一隔板的第二表面上的壓 力大致等於負載壓力；所述驅動器被配置位當第一出口壓力降低時驅使所述第一閥盤移動至其打開位置，以 及當第一出口壓力升高時驅使所述第一閥盤移動至其關閉位置，以保持所述第一出口的壓 力大致等於定點壓力。
15.根據權利要求14所述的流體調節裝置，其中，所述驅動器包括樞紐地連接在該殼 體上的控制臂，所述控制臂操作地將所述第一隔板與第一閥盤耦接，其中所述第一隔板當 第一出口壓力下降時使得所述控制臂以第一方向旋轉並將第一閥盤移動至其打開位置，以 及當第一出口壓力下降時使得控制臂以第二方向旋轉並將第一閥盤移動至其關閉位置。
16.根據權利要求14所述的流體調節裝置，包括平衡隔板，所述平衡隔板與第一閥盤 操作地連接並具有與流經第一閥門埠的上遊壓力交換流體的第一側，其中所述上遊壓力 向所述第一閥盤施加打開位置的方向的壓力，作用於所述平衡隔板的第一側的所述上遊壓 力向所述第一閥盤施加關閉位置的方向的、大致等於所述上遊壓力施加在所述第一閥盤上的壓力的力。
17.根據權利要求14所述的流體調壓裝置，其中所述加壓部件包括主體，所述主體具有第二進口、第二出口以及所述第二進口與第二出口間的第二閥門 端□，位於所述主體內的第二閥盤，所述第二閥盤被適配為在連接所述第二閥門埠的關閉 位置和布置離開所述第二閥門埠的打開位置之間移動；與所述第二閥盤操作地耦接的第二隔板，用於驅使所述第二閥盤在打開與關閉位置移 動，其中，所述第二隔板的第一表面與所述加壓部件的第二出口交換流體；以及與所述第二隔板的第二表面相連接的控制彈簧，其中，所述第二隔板與控制彈簧被配 置為當第二出口壓力降低時驅使所述第二閥盤移動至其打開位置，並增加通過所述第二閥 門埠的流體流動，以及當第二出口壓力升高時驅使所述第二閥盤移動至其關閉位置，並 減少通過所述第二閥門埠的流體流動，以保持所述第一隔板的第二表面上的壓力大致等 於負載壓力。
18.根據權利要求17所述的流體調節裝置，其中，所述加壓部件包括將所述第二隔板 操作地耦接到所述第二閥盤的閥杆，其中所述第二閥盤當第二出口壓力下降時驅使所述閥 杆在第一方向上移動，以將所述第一閥盤朝其打開位置移動，以及當第二出口壓力下降時 驅使所述閥杆在第二方向上移動，以將所述第二閥盤朝其關閉位置移動。
19.根據權利要求17所述的流體調節裝置，其中，所述加壓部件包括閥彈簧，所述閥彈 簧連接所述第二閥盤，以克服控制彈簧的偏置力並將所述第二閥盤朝其至關閉位置偏置。
20.根據權利要求17所述的流體調節裝置，其中，所述加壓部件包括控制彈簧調節結 構，所述控制彈簧調節結構連接所述控制彈簧，用以調節所述控制彈簧施加在所述第二隔 板上的壓力，進而增大與減小通過所述加壓部件提供給所述殼體的第二腔體的負載壓力， 並相應地增大與減小所述流體調節裝置的定點壓力。
21.根據權利要求20所述的流體調節裝置，其中，所述控制彈簧調節結構包括收納於 閥罩頂端螺紋開口內的調整螺栓，所述調整螺栓與所述控制彈簧操作地耦接，其中，當所述 調整螺栓被以第一方向旋轉時，所述控制彈簧施加在所述第二隔板上的力增加，而當所述 調整螺栓被以第二方向旋轉時，所述控制彈簧施加在所述第二隔板上的力減小。
全文摘要
一種氣體調節器，具有驅動器、調節閥以及加壓部件。所述加壓部件向所述驅動器的隔板上施加負載壓力以反作用於施加在所述隔板另一表面上的、由該調節器控制的下遊壓力。當下遊壓力變化且所述隔板相應移動以驅使控制部件來調節所述下遊壓力時，所述加壓部件保持指定的負載壓力。所述調節器可以進一步包括壓力平衡器，用以在所述控制部件上施加補償上遊壓力作用力的平衡力。
文檔編號G05D16/06GK102067055SQ200980123485
公開日2011年5月18日 申請日期2009年4月21日 優先權日2008年4月21日
發明者G·L·福斯特, J·C·霍金斯, J·S·梅維宇斯, P·R·安德森 申請人:艾默生過程管理調節技術公司