兩級氣體調節組件的製作方法

2023-09-18 16:10:25

專利名稱：兩級氣體調節組件的製作方法
兩級氣體調節組件 有關專利申請的相互參考本專利申請享有2005年7月19日提出的美國臨時專利申請No. 60/700,595的優先權，所述專利申請在此引入作為參考。 發明背景由於小型氣動操作裝置需要在恆壓下供應增壓氣體，所以許多所 述裝置都使用小氣罐連接到調節器上，所述調節器安裝到所述裝置上。 出於輕便的原因，各個部件的尺寸變成重要的考慮。現行調節器需要 外殼，這種外殼相對較大且難以機械加工，其空氣通道與氣流方向成 一定角度。 發明內容本文所述的發明提供一種氣體調節組件，用於控制從儲氣罐到氣 動操作裝置的氣體壓力，所述氣體調節組件包括供一對氣體調節器用 的主外殼。氣體調節器在氣體入口與氣體出口之間於主外殼中以串聯 對準；所述氣體入口用於接收高壓氣體，而所述氣體出口用於釋放預 定壓力下調節的氣體。每個氣體調節器包括可密封閥，所述可密封閥 限定輸入和輸出，且每個閥包括活塞，所述活塞具有活塞缸和活塞杆。 彈簧鄰近所述活塞，以迫使所述活塞缸離開所迷相應的入口，而墊片 貼近所述彈簧，以調節由所述彈簧施加在所述活塞缸上的力。每個閥 使氣體能通過相應的氣體調節器，直到在各個氣體調節器的各個出口 中達到預定的壓力，此時預定的壓力將關閉相應的閥。氣體調節組件是一種小型和穩定的組件，它具有簡單的外殼，所述外殼不需要複雜的機械加工，而且沒有不合乎需要的供氣體在外殼 中流動的通道。氣體調節組件的實施例為兩級結構，以便當供應壓力 變化時，例如當儲氣罐中的氣體消耗時，輸出壓力基本上保持恆定， 以供在氣動操作裝置中使用。


體現本發明特點的兩級氣體調節器在附圖中示出，所述附圖構成本公開文獻的一部分，其中圖l是裝配在外殼中的兩級氣體調節器裝置的剖視圖；圖2是圖1中氣體調節器的剖視圖，該圖示出氣體通過兩級氣體調節器裝置的流動；圖3是兩級氣體調節器裝置的剖視圖；圖4是兩級氣體調節器裝置的第一級氣體調節器裝置的剖視圖； 圖5是兩級氣體調節器裝置的第二級氣體調節器裝置的剖視圖；和圖6是氣體調節組件在氣動操作裝置與儲氣缸之間操作時的方框圖。
具體實施方式
參看圖1、2和6，圖中示出在儲氣罐102與氣動操作裝置100之 間使用的兩級氣體或流體調節器裝置10的 一個實施例。氣體調節器裝 置10包括兩個不平衡調節器12、 14 (分別是第一級和笫二級)，所述 兩個不平衡調節器12、 14串聯設置在主外殼15內，比如套筒或其它 外殼中，所述主外殼15包括基底19或其它支承件。兩個調節器12、 14控制來自高壓氣體HP的氣體壓力，所迷高壓氣體HP由儲氣罐102 提供。氣體調節器裝置10具有入口 16，從這裡高壓氣體HP進入第 一級，即近端調節器12，並且第一級調節器12將調節氣體，以提供 使得在輸入到第二級，即遠端調節器14的情況下出現中等或中間氣體 壓力。第二級調節器14進一步將氣體壓力調節到在控制壓力CP下的 所需的輸出70。現在參見圖3和4，圖中示出第一級調節器12。第一級調節器12 包括調節器外殼18,所述調節器外殼18圍繞第一活塞20。活塞20 可滑動地設置在調節器外殼18中，並包括活塞缸或缸體22，而一凹 進的中心表面被連接在活塞杆或軸24的上方。活塞缸的0形環26設 置在活塞缸22與調節器外殼18之間。此外，調節器外殼18包括基底構件18b，所述基底構件18b連接到第一底座27上。第一底座27被 分開，以提供一個或多個與高壓氣體HP連通的第一級入口 16。笫一 彈簧28設置在活塞缸22與基底構件18b之間，在第一彈簧28與基底 構件18b之間另外設置一個或一組墊片30,如本文所述。裝有第一彈 簧28的腔通過第一通氣孔29排入大氣，所述通氣孔可以貫穿主外殼 15和調節器外殼18。因此，在第一彈簧28周圍保持調節的壓力與大 氣壓之間的恆定關係。設置在基底構件18b與活塞缸22之間的是支承 環32、止動器34和環形0形環36。最後，空心通道38通過活塞20, 從而將第一級入口 16與第一級出口 40連接起來。現在參見圖3和5，圖中示出第二級調節器12,所述第二級調節 器12包括調節器外殼48，該調節器外殼48包圍第一活塞50。第二活 塞50可滑動地設置在調節器外殼48中，並包括活塞缸52，而一凹進 的中心表面被連接在活塞軸54上方。在活塞缸52與調節器外殼48 之間設置活塞缸0形環56。此外，調節器外殼48包括基底構件48b， 所述基底構件48b連接到笫二底座57上。第二底座57被分開，以提 供一個或多個笫二級入口 46，所述一個或多個第二級入口 46與第一 級出口40相對應，並與中等氣體壓力連通。在活塞缸52與基底構件 48b之間設置第二彈簧58，而另外在第二彈簧58與基底構件58b之 間設置一個或一組墊片60，如本文所述。裝有第二彈簧58的空腔通 過第一通氣孔59排入大氣，所述第一通氣孔59可以貫穿主外殼15 和調節器外殼48。因此，在第二彈簧58周圍保持調節的壓力與大氣 壓之間的恆定關係。設置在基底構件48b與活塞缸52之間的是支承環 62、止動器64和環形O形環66。最後，空心通道68通過活塞50, 從而將第二級入口 56與第二級出口 70連接起來。參見圖1至5，裝有彈簧28、 58的腔通過通氣孔29、 59排入大 氣。通氣孔29、 59可以貫穿主外殼15和各自調節器的外殼18、 48。 因此，在每個調節器12、 14中保持調節的壓力與大氣壓之間的恆定關 系。如上所述，在活塞20、 50及其各自的調節器外殼18、 48之間有多個密封件。在每個活塞20、 30貼近活塞缸52的調節側上的密封件 是標準活塞式0形環26、 56，所述0形環26、 56實際上是活塞20、 30的一部分。此外，各個活塞20、 30的活塞杆24、 54設有高壓密封 件，而環形0形環36、 66圍繞活塞杆24、 54延伸，使得0形環26、 56沒有不平衡力的區域。現在參見圖2，當氣體調節組件10開始連接到儲氣罐102上時， 或者儲氣罐102充滿高壓氣體HP時，兩級調節器12、 14的活塞20、 50將通過各自彈簧28、 58的力從其相應的底座27、 57上移動。高壓 氣體HP將通過第一級調節器12進入氣體調節組件10。也就是說， 彈簧28勢必將活塞20頂離第一底座24,因此使氣體能流過第一通道 38而流入第二級調節器14。隨著氣體在出口 40流出第一級12,而將 流入第二級14的入口 46。第二彈簧58將勢必將第二活塞50頂離第 二底座57，因此使氣體能流過第二通道68通過第二活塞30而進入第 二級調節器14中，並在出口70流出，供氣動操作裝置IOO使用。隨著第二級14的出口 70中的壓力升高到被氣動操作裝置100使 用，在第二活塞50上將產生與所述出口 70中的壓力成正比的力F2。 該力F2將抵消第二彈簧58的力，並且當力F2足夠大時，將迫使第 二活塞30倚靠在第二底座57上，因此，防止氣體流過笫二通道68 而通過第二活塞50。結果，將從第二級14供應的氣體保持在用戶所 需的控制壓力CP下。與笫二級調節器14的操作類似，隨著第一級調節器12的出口 40 中壓力升高，在活塞20上將產生與所述出口 40中的中間壓力成正比 的力F1。該力Fl抵消彈簧28的力，並且當力F1足夠大時，將迫使 活塞20，特別是活塞杆24倚靠在第一底座27上。 一旦活塞杆24鄰 接第一底座27，將堵塞通過活塞20的第一通道38，從而進一步防止 氣體流過第一通道38。因此，將來自儲氣罐102的可變高壓氣體HP 控制在相應氣動操作裝置IOO可用的穩定壓力CP下。如上規定，來自儲氣罐102的高壓氣體HP最初在高壓下佔用入 口 16。然而， 一旦高壓氣體HP被釋放到氣體調節組件10,高壓氣體HP的壓力將下降。此外，隨著氣動操作裝置100操作，壓力將持續 下降，使得高壓氣體HP的壓力最後將等於大氣壓，並因此對氣動操 作裝置100的操作不提供所需的要求，直到將儲氣罐102再裝滿氣體 或者將新儲氣罐102連接到氣體調節組件IO上為止。儘管如此，隨著 高壓氣體HP的壓力變化，氣體調節組件10將繼續提供控制的氣體 CP，這種氣體具有為氣動操作裝置100正常操作所需的壓力。氣體的軸向流通過經過活塞20， 50的通道38、 68發生。高壓HP 最初佔用氣體調節器裝置10在活塞杆24的外表面。每個調節器12、 14的底座27、 57可以包括橡膠表面。對於第一級調節器12，當活塞 杆24靠在底座27上時，活塞杆24的遠端邊緣基本上將通道38密封。在氣體調節器裝置10中大多數不平衡是下面兩個面積比的函數， 即的受到勢必關閉各自氣體調節器12、 14的調節的壓力的活塞20、 30的面積與受到勢必打開各自氣體調節器12、 14的高壓的面積。該 比值越大，調節器顯示的不平衡越小。傳統氣體調節器採用大的活塞 或隔膜來解決這個問題，但當這種結構適合於小空間或小外殼，比如 套筒時，則是禁止的。因為這種氣體調節器裝置IO的一個目的是將裝 置10佔用的尺寸最小化，所以大的活塞不可行。因此，每級調節器 12， 14都將受到高壓的面積最小化。當活塞杆24、 54接合底座27、 57時，高壓基本上保持在活塞杆24、 54的這側上，而調節的壓力保 持在內側上，在活塞20、 50的端部，橫過活塞杆24、 54的壁的橫截 面進行密封，活塞20， 30受到高壓氣體HP勢必使活塞20、 30移開 各自底座27、 57的面積是從來自活塞杆20、 30的外部的止動器34、 64和環形0形環36, 66到引入端17、 47的面積，在所述引入端17、 47處，活塞20、 30的最後密封在底座27、 57上進行。通過使活塞20、 30的壁變薄，使受到高壓氣體HP的所述面積最小化。第一級12和第二級14在功能上兩者相同並可互換。每級12、 14 的彈簧28、 58設計成具有高彈簧常數(k)，使得預載荷中的很小變化 都會引起彈簧力的顯著變化。也就是說，在彈簧28、 58與基底構件、 28b、 48b之間添加薄墊片30、 60可以顯著地調節施加到各自活塞20、50上的彈簧力。輸出壓力通過在各自彈簧22、 32下面添加一個或多 個墊片33、 43來設定，以增加預載荷，並因而增加輸出壓力28、 38。 第一和第二級調節12，14的彈簧常數k單獨地設定到所需的輸出壓力， 不過每個彈簧28、 58的彈簧常數k可以相等。因此，彈簧28、 58和 墊片30、 60將確定輸出壓力，而輸入壓力稍高於所需的輸出壓力。作為示例，如果150磅/英寸2是所需的輸出壓力，則各級調節器 12， 14要在200磅/英寸2的輸入壓力下設定到150磅/英寸2。在這種 配置下，當儲氣罐102的壓力從3000磅/英寸2降到200磅/英寸2時， 從第一級12的輸出將從大約240磅/英寸2到150磅/英寸2變化，從第 二級14的輸出將從約155磅/英寸2到150磅/英寸2變化。因此，通過 串聯設置第一級調節器12和第二級調節器14，用戶能夠調節流入裝 置10中的高壓HP，控制的壓力CP從裝置IO流入到所述裝置10中。更具體地說，通過第一級調節器12將高壓氣體調節到一壓力，該 壓力不論什麼時候都大於所需的最終出口控制的壓力CP。由於不平 衡，第一級調節器12的出口 40將根據第一級調節器12的入口 16處 的壓力而變化。例如，當入口壓力HP從3000磅/英寸2改變到300磅 /英寸2變化時，來自笫一級12的出口壓力可以從300磅/英寸2到200 磅/英寸2變化。然後，在出口 40處的這個中間調節的壓力被導入基本 上相同的第二級調節器14中，所述第二級調節器14進一步將氣體壓 力調節到第二級出口 70處的所需的控制壓力CP。當來自第一級12 的出口壓力從30磅/英寸2到200磅/英寸2變化時，來自第二級14的 出口壓力可以從15磅/英寸2到153磅/英寸2變化。因此，通過串聯使 用兩個不平衡的調節器12、 14,使來自氣體調節組件IO的輸出控制 壓力CP隨著輸入壓力HP改變而有效地保持恆定不變。這種結構的重要方面包括其尺寸小。整個氣體調節組件IO可以設 置在小腔裡，比如圓的腔中，即其直徑只有0.545英寸，而長度稍大 於1英寸。另一個重要方面是所有流動和密封皆為軸向，因此不需要 外部密封。因為不需要外部密封，所以製造腔變得更加簡單，並因此 造價較低。特別是，O形環的凹槽不需要機械加工成腔，而且總容差和光潔度要求可以更松。唯一的要求是在腔的端部有密封件。儘管參照其優選實施例說明了本發明，但將要理解的是，在本文 所述和所附權利要求書所述的本發明的精神和範圍內，可以進行一些 變動和#"改。
權利要求
1.一種氣體調節組件，其用於控制從儲氣罐到氣動操作裝置的氣體壓力，所述氣體調節組件包括主外殼，其具有支承件；第一級氣體調節器，其在所述主外殼中設置於所述支承件上，所述第一級氣體調節器具有入口和出口；所述入口接收來自儲氣罐的高壓氣體，而所述出口提供中間壓力下的被調節的氣體；和第二級氣體調節器，其設置在所述主外殼中貼近所述第一級氣體調節器的所述出口，所述第二級氣體調節器具有入口和出口，所述入口接收中間壓力調節的氣體，而所述出口將控制壓力下的調節氣體分配到氣動操作裝置。
2. 如權利要求l所述的氣體調節組件，其中，所述第一級調節器 包括第一調節器外殼，其具有第一基底構件，所述第一調節器外殼限定氣體入口和氣體出口；第一活塞，其可移動地設置在所述第一調節器外殼中； 第一彈簧，其設置在所述第一活塞與所述第一基底構件之間，所述第一彈簧將第一彈簧力施加在離開所述第一基底構件的所述活塞上；和第一通道，其通過所述第一活塞，以定期地使所述第一調節器外 殼的所述氣體入口與所述第一調節器外殼的所述氣體出口連接。
3. 如權利要求2所述的氣體調節組件，其中，所述第一活塞包括 活塞缸和活塞杆，所述第一通道通過所述活塞缸和所述活塞杆；所述第一彈簧設置在所述活塞缸與所述第一基底構件之間。
4. 如權利要求3所述的氣體調節組件，還包括活塞缸O形環，所 述O形環在所述活塞缸與所述第一調節器外殼中間。
5. 如權利要求3所述的氣體調節組件，還包括環繞所述活塞杆的 環形O形環，所述環形O形環設置在所述活塞杆與所述第一基底構件之間。
6. 如權利要求2所述的氣體調節組件，還包括至少一個墊片，所 述墊片在所述第 一彈簧與所述第 一基底構件中間。
7. 如權利要求2所述的氣體調節組件，還包括第一通氣孔，所述 第一通氣孔通過所述主外殼和所述第一調節器外殼，以使所述第一彈 簧與大氣壓連接起來。
8. 如權利要求2所述的氣體調節組件，其中，所述第二級調節器 包括第二調節器外殼，其具有第二基底構件，所述第二調節器外殼限定氣體入口和氣體出口；第二活塞，其可移動地設置在所述第二調節器外殼中； 第二彈簧，其設置在所述第二活塞與所述第二基底構件之間，所述第二彈簧將第二彈簧力施加在離開所述第一基底構件的所述第二活塞上；和第二通道，其通過所述第二活塞，以定期地使所述第二調節器外 殼的所述氣體入口與所述第二調節器外殼的所述氣體出口連接起來。
9. 如權利要求8所述的氣體調節組件，其中，所述第二活塞包括 活塞缸和活塞杆，所述第二通道通過所述活塞缸和活塞杆；所述第二彈簧設置在所述活塞缸與所述第二基底構件之間。
10. 如權利要求9所述的氣體調節組件，還包括活塞缸O形環， 所述活塞缸O形環在所述活塞缸與所述第二調節器外殼中間。
11. 如權利要求9所述的氣體調節組件，還包括圍繞所述活塞杆 的環形O形環，所述環形O形環設置在所述活塞杆與所述第二基底構 件之間。
12. 如權利要求9所述的氣體調節組件，還包括至少一個墊片， 所述墊片在所述第二彈簧與所述第二基底構件中間。
13. 如權利要求9所述的氣體調節組件，還包括第二通氣孔，所 述第二通氣孔通過所述主外殼和所述第二調節器外殼，以使所述第二彈簧與大氣壓連接起來。
14. 一種氣體調節組件，其用於控制從儲氣罐到氣動操作裝置的 氣體的壓力，所述氣體調節組件包括主外殼，其具有支承件；近端氣體調節器，其設置在所述主外殼中於所述支承件上，所述 近端氣體調節器具有近端入口、近端出口和近端閥；所述近端入口接 收來自儲氣罐的高壓氣體，所述近端出口提供中間壓力下的調節氣體， 而所述近端閥設置在所述近端入口與所述近端出口之間；從而使氣體 通過近端氣體調節器，直到在所述近端出口達到預定的壓力以關閉所 述近端閥；和遠端氣體調節器，其設置在所述主外殼中鄰近所述近端氣體調節 器的所述近端出口，所述遠端氣體調節器具有遠端入口、遠端出口和 遠端閥；所述遠端入口接收中間調節的氣體，所述遠端出口將控制壓 力下的調節氣體分配到氣動操作裝置，而所述遠端閥設置在所述遠端 入口與所述遠端出口之間；從而使氣體通過遠端氣體調節器，直到在 所述遠端出口處達到預定的壓力以關閉所述近端閥為止。
15. 如權利要求14所述的氣體調節組件，其中，所述近端氣體調 節器包括近端調節器外殼，其具有近端基底構件，所述近端調節器外殼限 定所述近端氣體入口和所述近端氣體出口；其中，所述近端閥包括近端活塞，所述近端活塞可移動地設置在 所述近端調節器外殼中並具有近端活塞缸和近端活塞軸；至少一個近端彈簧，其設置在所述近端活塞缸與所述近端基底構件之間，所述近端彈簧將近端彈簧力施加在離開所述近端基底構件的 所述近端活塞缸上；第一通道，其通過所述近端活塞，以在所述近端活塞移開所述近 端基底構件時，定期地使所述近端氣體入口與所述近端氣體出口連接 起來；遠端調節器外殼，其具有遠端基底構件，所述遠端調節器外殼限 定所述遠端氣體入口和所述遠端氣體出口；其中，所述遠端閥包括遠端活塞，所述遠端活塞可移動地設置在所述遠端調節器外殼內並具有遠端活塞缸和遠端活塞軸；至少一個遠端彈簧，其設置在所述遠端活塞缸與所述遠端基底構件之間，所述遠端彈簧將遠端彈簧力施加在離開所述遠端基底構件的 所述遠端活塞缸上；和笫二通道，其通過所述遠端活塞，以在所述遠端活塞移開所述遠 端基底構件時，定期地使所述遠端氣體入口與所述遠端氣體出口連接。
16. 如權利要求15所述的氣體調節組件，還包括 用於將所述近端活塞缸密封在所述近端調節器外殼中的裝置；和 用於將所述遠端活塞缸密封在所述遠端調節器外殼中的裝置。
17. 如權利要求15所述的氣體調節組件，還包括 用於將所述近端活塞杆與所述近端基底構件密封的裝置；和 用於將所述遠端活塞杆與所述遠端基底構件密封的裝置。
18. 如權利要求15所述的氣體調節組件，還包括 至少一個近端墊片，其在所述近端彈簧與所述近端基底構件的中間；和至少一個遠端墊片，其在所述遠端彈簧與所述遠端基底構件的中間。
19. 一種用於控制從儲氣罐到氣動操作裝置的氣體的壓力的氣體 調節組件，包括主外殼；和一對氣體調節器，其串聯地設置在主外殼中於入口與一出口之間； 所述入口接收高壓氣體，所述出口用於釋放控制壓力的氣體，每個氣 體調節器具有限定輸入和輸出的可密封閥，每個所述閥使所述氣體通 過所述相應的氣體調節器，直到在所述相應氣體調節器的所述相應出 口中達到預定的壓力。
20. 如權利要求19所述的氣體調節組件，其中，每個所述閥包括 活塞，所述活塞具有活塞缸、活塞杆和通道，所述通道通過所述活塞 缸和活塞杆，並且氣體調節組件進一步包括彈簧和墊片；所述彈簧鄰近所述活塞以迫使所述活塞缸離開所述相應的入口 ，而所述墊片貼近 所述彈簧以調節所述彈簧施加在所述活塞缸上的力。
全文摘要
一種控制從儲氣罐到氣動操作裝置的氣體壓力的氣體調節組件，其包括包圍一對氣體調節器的主外殼。氣體調節器在主外殼內入口與出口之間串聯對準，所述入口接收高壓氣體，而所述出口用於釋放控制壓力的氣體。每個氣體調節器包括可密封閥，所述閥限定輸入和輸出，且每個閥包括具有活塞缸和活塞杆的活塞。彈簧鄰近所述活塞以迫使所述活塞缸離開所述相應的入口，而墊片貼近所述彈簧，以調節所述彈簧施加在所述活塞缸上的力。每個閥使氣體能通過相應的氣體調節器，直到在各個氣體調節器的各個出口中達到預定的壓力，此時預定的壓力將關閉相應的閥。
文檔編號F16K31/12GK101283210SQ200680031244
公開日2008年10月8日 申請日期2006年7月19日 優先權日2005年7月19日
發明者D·格爾森, 小亨利·M·威爾遜 申請人:Fats公司