具有閥座載荷偏置的氣動放大器的製作方法

2023-05-01 13:24:16

專利名稱：具有閥座載荷偏置的氣動放大器的製作方法
技術領域：
本公開涉及氣動放大器和包括該氣動放大器的氣動系統。
背景技術：
用來控制諸如壓縮氣體、天然氣、石油、丙烷等流體的流動的系統在本領域是已知的。這些系統通常包括至少一個控制閥，用來控制流體的不同流動參數。典型的控制閥包括例如閥塞等閥控制元件，其可移動地布置在流動通路內，用來控制流體的流動。如本領域中已知的，這種控制元件的位置可藉助例如活塞致動器或基於隔膜的致動器等氣動致動器由定位器來控制。例如，常規的定位器將氣動信號傳遞到致動器，以在打開位置和閉合位置之間衝擊閥控制元件。但是，標準定位器衝擊控制閥的速度部分地取決於致動器和控制閥的大小。例如，較大的致動器/控制閥通常需要更長的時間來衝擊。因此，這種系統還使用位於定位器和致動器之間的一個或多個氣動放大器。對於單作用閥，通常使用單個氣動放大器。對於雙作用閥，使用兩個氣動放大器，耦接到閥的致動器控制元件(即，活塞或隔膜)的每一側各使用一個。該氣動放大器用來放大從定位器發出的氣動信號的體積，由此增加致動器衝擊控制閥的速度。

發明內容
本公開的一個方面提供一種流體流動控制裝置，包括供給埠、出口、排放埠、內件閥芯(trim cartridge)、隔膜組件以及控制元件。所述供給埠用來接收加壓流體供給。所述出口用來傳遞加壓流體供給。所述排放埠用來排放加壓流體供給。所述內件閥芯布置在所述供給埠和所述出口之間以及所述出口和所述排放埠之間。所述內件閥芯限定了閥芯供給埠和上平坦表面。所述閥芯供給埠沿著所述供給埠和所述出口之間延伸的供給通路布置。所述上平坦表面沿著在所述出口和所述排放埠之間延伸的排出通路設置。所述隔膜組件布置在所述出口和所述排放埠之間，並限定沿排出通路的排出埠。所述控制元件可移動地布置在所述內件閥芯內，並包括供給塞、排出塞和在所述供給塞和所述排出塞之間延伸的杆。所述供給塞可選擇地接合所述內件閥芯的閥芯供給埠，由此封閉供給通路。所述排出塞可選擇地接合所述隔膜組件的所述排出埠，由此封閉所述排出通路。所述排出塞包括布置在所述排出塞和所述杆的接合部位的下平坦表面。所述排出塞的下平坦表面與所述內件閥芯的上平坦表面共面。本公開的另一個方面提供一種流體流動控制裝置，其包括本體、隔膜殼體、彈簧帽、供給通路、排出通路、內件閥芯、隔膜組件和控制元件。所述本體限定了適於耦接到至少一個加壓氣體供給的供給埠和適於耦接到控制閥的致動器的出口。所述隔膜殼體被耦接到所述本體並限定適於連通至周圍大氣的排放埠。所述彈簧帽被耦接到所述隔膜殼體並限定適於接收氣動控制信號的控制信號埠。所述供給通路在所述本體的供給埠和出口之間延伸。所述排出通路在所述本體的出口和所述隔膜殼體的排放埠之間延伸。所述內件閥芯被布置在所述本體內並限定閥芯供給埠和上平坦表面。所述閥芯供給埠沿著在所述本體的供給埠和出口之間的供給通路布置。所述上平坦表面沿著在所述本體的出口和所述隔膜殼體的排放埠之間的排出通路布置。所述隔膜組件布置在所述隔膜殼體內，並限定沿著在所述本體的出口和所述隔膜殼體的排放埠之間的排出通路布置的排出端□。所述控制元件布置在所述本體內，並包括供給塞、排出塞和在所述供給塞和所述排出塞之間延伸的杆，所述排出塞包括布置在所述排出塞和所述杆的接合部位的下平坦表面。所述控制元件和所述隔膜組件能夠分別在所述本體和所述隔膜殼體中相對於靜態位置移動，其中供給埠閥座載荷推進所述供給塞來接合所述閥芯供給埠，同時排放埠閥座載荷推進所述隔膜組件的排出埠來接合所述控制元件的排出塞，以封閉所述排出通路。當所述控制元件和所述隔膜組件處於靜態位置時，所述內件閥芯的上平坦表面與所述排出塞的下平坦表面相對齊。本公開的另一個方面提供一種流體過程控制系統，其具有控制閥、致動器、第一加壓流體源、第二加壓流體源、第一和第二氣動放大器以及定位器。所述致動器可操作地連接到所述控制閥，並包括活塞、流體連通至所述活塞的第一表面的第一控制埠和流體連通至所述活塞的第二表面的第二控制埠。所述第一加壓流體源用於在正常操作模式中啟動所述致動器。所述第二加壓流體源用於在切斷模式(trip mode)中啟動所述致動器。所述第一氣動放大器被流體連通地連接至所述致動器的第一控制埠和所述第一加壓流體源。所述第一氣動放大器適於增加在正常操作模式中從所述第一加壓流體源傳遞到所述第一控制埠的加壓流體的體積。所述第二氣動放大器被流體連通地連接至所述致動器的第二控制埠、第一加壓流體源和第二加壓流體源。所述第二氣動放大器適於增加在正常操作模式中從所述第一加壓流體源以及在切斷模式下從所述第二加壓流體源傳遞到所述第二控制埠的加壓流體的體積。所述定位器具有流體連通至所述第一加壓流體源的入口、流體連通至所述第一氣動放大器的入口接頭的第一出口以及流體連通至所述第二氣動放大器的入口接頭的第二出口。所述定位器適於在用於控制所述控制閥的系統的正常操作模式中將氣動信號傳遞到所述第一和第二氣動放大器。所述第一和第二氣動放大器分別包括供給埠、出口、排放埠、內件閥芯、隔膜組件以及控制元件。所述內件閥芯限定閥芯供給埠和上平坦表面。所述閥芯供給埠沿著所述氣動放大器的供給通路布置，所述供給通路在所述供給埠和出口之間延伸。所述上平坦表面沿著所述氣動放大器的排出通路布置，所述排出通路在所述出口和所述排放埠之間延伸。所述隔膜組件限定沿著在所述出口和所述排放埠之間的排出通路布置的排出埠。所述控制元件可移動地布置在所述內件閥芯中，並包括用於選擇性地接合所述內件閥芯的所述閥芯供給埠的供給塞、用於選擇性地接合所述隔膜組件的排出埠的排出塞以及在所述供給塞和所述排出塞之間延伸的杆。所述排出塞包括在所述排出塞和所述杆的交界處的下平坦表面。當所述供給塞和所述排出塞分別同時接合所述閥芯供給埠和所述排出埠時，所述下平坦表面與所述內件閥芯的上平坦表面對齊布置。


圖1是根據本公開的原則構造的流體控制系統的概略圖；圖2是處於靜態操作位置時圖1的流體控制系統的氣動放大器的橫截面側視圖；圖3是處於供給操作位置時圖1的流體控制系統的氣動放大器的橫截面側視圖；圖4是處於排出操作位置時圖1的流體控制系統的氣動放大器的橫截面側視圖；圖5是沿圖2的圓III繪製的本公開的氣動放大器的細節圖；圖6是圖2中所示的氣動放大器的性能的圖表。
具體實施例方式圖1示出了根據本公開的原則構造的流體過程控制系統10。系統10包括第一加壓流體源12、第二加壓流體源14、控制閥組件15、第一和第二氣動放大器100a、100b、定位器18和切斷閥20，其中控制閥組件15包括致動器16a，致動器16a耦接到閥16b並具有上致動器腔17a和下致動器腔17b。同樣如圖1所示，本形式的系統10包括過濾器22和壓強調節器24。系統10包括多個用於將流體傳遞到不同組件的傳遞管道Ll-Lll和止回閥26，止回閥26可將系統在正常操作模式和切斷模式之間轉換，這將在下面詳細描述。第一加壓流體源12可包括例如車間用加壓空氣的供應。過濾器22用於過濾可能由車間用加壓空氣攜帶的任何大顆粒，調節器24確保車間用加壓空氣在大體上恆定的壓強下被傳遞到系統10的其餘部分。第二加壓流體源14包括容積罐，其存儲固定容積的加壓流體，用以在第一加壓流體源12的壓強降低到某一預定臨界壓強以下並且系統10轉換到切斷模式時將控制閥致動器16a推進到理想的位置。如通常所知的，本公開的本形式的控制閥致動器16a包括致動器杆28。致動器16a通過致動器杆28可操作地連接到控制閥16b，並包括可操作地耦接到致動器杆28的活塞30。致動器16a的殼體32包括經由上致動器腔17a流體連通至活塞30的第一表面30a的第一控制埠 34以及經由下致動器腔17b流體連通至活塞30的第二表面30b的第二控制埠 36。在公開的形式中，活塞30的第一和第二表面30a、30b分別是活塞30的上表面和下表面。應該理解的是，在其它形式中，活塞30的第一表面30a和第一控制埠 34可以在底部，而第二表面30b和第二控制埠 36可以在頂部。如圖1所示，第一氣動放大器IOOa和第二氣動放大器IOOb分別包括供給埠38a、38b、出口 40a、40b以及控制信號埠 42a、42b。第一氣動放大器IOOa的出口 40a經由流體管道L7流體連通地連接至致動器16a的第一控制埠 34。第一氣動放大器IOOa的供給埠 38a經由流體管道LlO流體連通至第一加壓流體源12。第一氣動放大器IOOa的控制信號埠 42a經由流體管道L6、切斷閥20和流體管道L3流體連通至定位器18。如此設置，在正常操作模式中，第一氣動放大器IOOa適於增大(即，增加)從第一加壓流體源12傳遞到致動器16a的第一控制埠 34的加壓流體的體積，由此增加致動器16a響應於由定位器18產生的氣動信號來運行控制閥16b的速度。第二氣動放大器IOOb的出口 40b經由流體管道L8流體連通地連接至致動器16a的第二控制埠 36。第二氣動放大器IOOb的供給埠 38b經由流體管道L9、L10流體連通地連接至第一加壓流體源12，並僅經由流體管道L9流體連通地連接至第二加壓流體源14。第二氣動放大器IOOb的控制信號埠 42b經由流體管道L5、切斷閥20和流體管道L4被連接到定位器18。如此設置，在正常操作模式中，第二氣動放大器IOOb適於增大(S卩，增加)從第一加壓流體源12傳遞到致動器16a的第二控制埠 36的加壓流體的體積，由此增加致動器16a響應於由定位器18所產生的氣動信號來運行控制閥16b的速度。此外，在切斷模式中，第二氣動放大器IOOb適於增大即增加傳遞到致動器16a的第二控制埠 36的加壓流體的體積，以及第一氣動放大器IOOa適於增大即增加從致動器16a的第一控制埠 34排放的加壓流體的體積，這將在下面更詳細地討論。仍參見圖1，定位器18可以是數字閥控制器(DVC)，例如，包括儀器供給埠 44、第一出口 46和第二出口 48。定位器18的儀器供給埠 44經由流體管道LI流體連通地連接至第一加壓流體源12。在正常操作中，定位器18的第一出口 46經由切斷閥20和流體管道L3、L6流體連通地連接至第一氣動放大器IOOa的控制信號埠 42a。在正常操作中，定位器18的第二出口 48經由切斷閥20和流體管道L4、L5流體連通地連接至第二氣動放大器IOOb的控制信號埠 42b。切斷閥20包括供給入口 50、第一定位器入口 52(圖1中「A」埠)、第二定位器入口 54(圖1中「D」埠)、第一放大器出口 56(圖1中「B」埠)、第二放大器出口 58 (圖1中「E」埠)、罐供給埠 60 (圖1中「F」埠)以及排放埠 62 (圖1中「C」埠)。在公開的實施例中，切斷閥20可包括377系列切斷閥，其在商業上由艾默生過程控制有限公司(Emerson Process Management)提供。在公開的形式中，系統10被設置成使控制閥組件15在切斷模式中處於「上」位置(如下`所述)，並且切斷閥20包括從艾默生過程控制有限公司可獲得的377U型切斷閥。在期望控制閥組件15在切斷模式中處於「下」位置的結構中，切斷閥20可包括從艾默生過程控制有限公司可獲得的377D型切斷閥。仍參見圖1，切斷閥20的供給入口 50經由流體管道L2、L1流體連通地連接至第一加壓流體源12。切斷閥20的第一定位器入口 52(埠「A」)經由流體管道L3流體連通地連接至定位器18的第一出口 46。切斷閥20的第二定位器入口 54(埠「D」)經由流體管道L4流體連通地連接至定位器18的第二出口 48。切斷閥20的第一放大器出口 56 (埠「B」)經由流體管道L6流體連通地連接至第一氣動放大器IOOa的控制信號埠 42a。切斷閥20的第二放大器出口 58 (埠 「E」)經由流體管道L5流體連通地連接至第二氣動放大器IOOb的控制信號埠 42b。切斷閥20的罐供給埠 60(埠 「F」)經由流體管道Lll流體連通地連接至第二加壓流體源14。切斷閥20的排放埠 62(埠「C」)僅通向大氣。如圖1所示，通過系統10的各個組件的連接，系統10提供了簡要提到的正常操作模式和切斷模式中的操作控制。在正常操作模式中，止回閥26打開，來自第一加壓流體源12的流體沿著流體管道LI被傳遞到定位器18，沿著流體管道L1、L2傳遞到切斷閥20，並沿著流體管道L9、LlO傳遞到第一和第二氣動放大器100a、100b。經由供給入口 50，切斷閥20連續地監測由第一加壓流體源12供給的流體的壓強。假定該壓強等於或大於某一預設的臨界操作壓強，切斷閥20將第一定位器入口 52(埠「A」)連接到第一放大器出口 56 (埠「B」)，並將第二定位器入口 54 (埠 「D」)連接到第二放大器出口 58 (埠 「E」)。如此設置，由定位器18產生的氣動信號通過切斷閥20傳遞到氣動放大器IOOaUOOb的控制信號埠 42a、42b，以便於正常操作。特別地，氣動信號可從定位器18的第一出口 46傳遞到切斷閥20的第一定位器入口 52 (埠 「A」 )，穿過切斷閥20，離開第一放大器出口 56 (埠 「B」)，到達第一氣動放大器IOOa的控制信號埠 42a。類似地，氣動信號可從定位器18的第二出口 48傳遞到切斷閥20的第二定位器入口 54 (埠 「D」)，穿過切斷閥20，離開第二放大器出口 58 (埠「E」)，到達第二氣動放大器IOOb的控制信號埠 42b。在這種狀態下，切斷閥20是被動裝置，且不會影響系統10的操作。當第一加壓流體源12的壓強降低到臨界壓強以下時，該減少由切斷閥20和止回閥26探測到。當探測到該減少時，止回閥26自動地關閉，並切斷從第一加壓流體源12到氣動放大器IOOaUOOb的流體供給。當切斷閥20探測到減少的壓強時，與供給入口 50流體連通的切斷閥20的隔膜(未示出)這樣致動切斷閥20，使系統10轉換到切斷模式。在切斷模式中，切斷閥20致動，將定位器18和氣動放大器100a、IOOb有效地分離(例如，分開、隔開、斷絕、切斷)，並且替代地，經由控制信號埠 42b將第二加壓流體源14連接到第二氣動放大器100b,同時經由控制信號埠 42a排放第一氣動放大器100a。通過本公開形式的切斷閥20，這通過移動一對提升閥(未示出)，來將第一和第二定位器入口 52(埠「A」)、54(埠「D」)與第一和第二放大器出口 56(埠1」)、58(埠1」)分開。這樣，定位器18有效地脫離氣動放大器100a、100b。同時，切斷閥20將第一放大器出口 56(埠 「B」)流體連接到排放埠 62 (埠 「C」 )，並將第二放大器出口 58 (埠 「E」 )流體連接到罐供給端 口 60 (埠 「F」 )。因此，在切斷模式中，加壓流體從第二加壓流體源14經由流體管道Lll流入切斷閥20的罐供給埠 60 (埠 「F」)，經由切斷閥20流入第二放大器出口 58 (埠 「E」)，並經由流體管道L5流入第二氣動放大器IOOb的控制信號埠 42b。另外，如所示，來自第二加壓流體源14的流體經由流體管道L9流入第二氣動放大器IOOb的供給埠 38b。而且，來自第二加壓流體源14的流體經由流體管道L9、LlO流入第一氣動放大器IOOa的供給埠 38a。但是，第一氣動放大器IOOa的控制信號埠 42a沒有連接到加壓流體源，而是經由流體管道L6排放，流體管道L6連接到切斷閥20的第一放大器出口 56 (埠 「B」 )和排放埠 62 (埠 「C」)，排放埠 62排放到大氣。藉助這種配置，通過將加壓流體傳送到致動器殼體32的第二控制埠 36，系統10的第一和第二氣動放大器100a、IOOb協作來將控制閥16b的閥塞(未示出)快速移動到其「上」位置，並由此移動到活塞30的第二表面30b。同時，致動器16a的第一控制埠 34通向大氣。這確保了活塞30兩側的正壓強差，然後迫使活塞30和閥塞相對於圖1中所示的控制閥組件15的方向向上。這種配置可稱為「故障-向上」配置。現在參見圖2，將更詳細地描述第一和第二氣動放大器100a、100b。圖1中所示的系統10的第一和第二氣動放大器100a、IOOb是相同的，因此，圖2不出了代表任一個的單個氣動放大器100。氣動放大器100包括本體102a、隔膜殼體102b、彈簧帽102c、隔膜組件104、內件閥芯106以及控制元件108。本體102a限定前面提到的供給埠 38和出口 40以及供給腔112a。隔膜殼體102b限定反饋腔112b和提供反饋腔112b和周圍大氣之間流體連通的多個排放口 114。彈簧帽102c限定信號腔112c。此外，氣動放大器100的供給通路被限定為在供給埠 38和出口 40之間延伸，氣動放大器100的排出通路被限定為在出口 40和多個排放口 114之間延伸。
隔膜組件104布置在反饋腔112b和信號腔112c之間並包括儀器隔膜(instrument diaphragm) 116、反饋隔膜118、間隔件120、排出彈簧122、密封環124和排出柱126。間隔件120布置在儀器隔膜116和反饋隔膜118之間，並包括具有基本相似直徑的相對的第一、第二間隔板128a、128b和穿孔環130。第一間隔板128a直接布置在儀器隔膜116下方並接合儀器隔膜116，第二間隔板128b直接布置在反饋隔膜118上方並接合反饋隔膜118。穿孔環130布置在第一、第二間隔板128a、128b之間，並在其間具有一定距離。排出柱126包括中空穿孔的圓筒，其延伸穿過儀器隔膜116、反饋隔膜118和間隔件120上的開口。排出柱126鄰近反饋隔膜118的一端包括盤狀法蘭部132，其直接相對間隔件120的第二間隔板128b接合反饋隔膜118。法蘭部132包括限定開口的排出埠 134。該開口可具有任意尺寸，例如直徑大約為O. 75英寸。排出柱126鄰近儀器隔膜116的一端終止於杯形圓筒136,其作為用於排出彈簧122的彈簧座。同樣，排出彈簧122布置在氣動放大器100的彈簧帽102c和隔膜組件104之間，並相對於圖2中所示的氣動放大器100的方向朝著控制元件108向下推進隔膜組件104。在氣動放大器100的一種形式中，排出彈簧122的彈簧力在大約8. Ollbs到大約10. 841bs的範圍內，優選為大約9. 431bs。在圖5中所示的氣動放大器100的詳細橫截面中，可以看出限定在隔膜殼體102b中的腔包括分離的且不同的第一和第二橫截面尺寸D1、D2。大體上理解為由隔膜產生的力通過隔膜的有效壓強面積來確定。即，在隔膜致動的裝置中，例如在氣動放大器100中，有效面積是隔膜面積中有效地產生力的一部分面積。此外，布置在兩個同軸圓筒之間(例如，在其間延伸，在其間橫越等等)的隔膜的有效壓強面積通常由外圓筒和內圓筒之間的中點的直徑來確定。更具體地，在該氣動放大器100中，應該理解為第一有效面積EAl由信號隔膜116的第一中點Ml來確定，該第一中點Ml由隔膜殼體102b的第一橫截面尺寸Dl和第一間隔板128的外尺寸確定。第二有效面積EA2由反饋隔膜118的第二中點M2來確定，該第二中點M2由隔膜殼體102b的第二橫截面尺寸D2和第二間隔板128b的外尺寸來確定。第二有效面積EA2比第一有效面積EAl大，有效面積差由圖5中所示的Δ EA來限定。還應該理解的是可通過使Dl和D2基本相同並改進第一和第二間隔板128a、128b的尺寸或直徑來形成相同的有效面積。在氣動放大器100的一種形式中，第一有效面積EAl可以是大約6. 127in2到大約6. 188in2並優選為大約6. 158in2，第二有效面積EA2可以是大約6. 317in2到大約
6.379in2，並優選為大約6. 348in2。這些尺寸範圍僅僅是示例，其它尺寸也包含在本公開的範圍內。在任何情況下，反饋腔112b的公開結構使得反饋隔膜118具有第二有效面積EA2，其大於儀器隔膜116的第一有效面積EA1。有效面積差形成了有利的力偏置或閥座載荷，這將在下面更詳細地描述。此外，第一和第二有效面積EA1、EA2的差至少部分地補償了反饋隔膜118包括鄰近排出埠 134的開口的事實，由此在反饋隔膜118下方反饋腔112b中的流體壓強不會作用於隔膜組件104。此外，儀器隔膜116還包括開口，排出柱126延伸穿過該開口，在儀器隔膜116上 方信號腔112c中的流體壓強也經由限定在彈簧帽102c中的輔助流體通路176作用於杯形圓筒136上。這樣，儀器隔膜116上方的流體壓強作用於第一有效面積EA1，反饋隔膜118下方的流體壓強作用於第二有效面積EA2。返回圖2，氣動放大器100的內件閥芯106支撐在本體102a中，並包括本體部138和固定到本體部138的底端的端帽140。本體部138包括上法蘭142，上法蘭142抵接本體102a的第一徑向腹板144的肩部144a，以限制內件閥芯106相對本體102a的運動。另外，本體部138包括下法蘭146，下法蘭146抵接本體102a的第二徑向腹板148的內表面148a，以限制內件閥芯106的橫向運動。此外，本體部138限定內徑向腹板156，內徑向腹板156包括限定開口的閥芯供給埠 158。如所提到的，內件閥芯106的端帽140被固定到本體部138上與上法蘭142相對的底端，並限定彈簧座150和中心孔152。氣動放大器100的供給彈簧154位於端帽140的彈簧座150上，並接觸控制元件108，以朝向由本體102a支撐的內件閥芯106的閥芯供給埠 158推進控制元件108。在氣動放大器100的一種形式中，供給彈簧154的彈簧力為大約11. 431bs到大約15. 471bs，優選為大約13. 451bs。因此，所公開的氣動放大器100的供給彈簧154的彈簧力大於上述排出彈簧122的彈簧力。在氣動放大器100的所示形式中，內件閥芯106被描述為與本體102a分開的單獨部件，但是在圖2的替換形式中，內件閥芯106和本體102a、或者內件閥芯106和本體102a的一部分可以是相同的部件。圖2中所示的氣動放大器100的控制元件108包括杆160、供給塞162和排出塞164。杆160剛性地連接供給塞162和排出塞164。更具體地，杆160通過螺紋連接件和緊固件165連接到排出塞164，該緊固件165可以是諸如螺母等螺紋緊固件。供給塞162包括座體166和穩定銷168。穩定銷168可滑動地布置在內件閥芯106的端帽140的中心孔152中，以幫助維持控制元件108的軸向對準。如所示，座體166是由控制元件108的杆160支撐的大致圓錐形實體結構。在所示形式中，供給塞162還包括與其相關的彈性體供給部件170。例如，彈性體供給部件170可包括諸如腈、氟橡膠、乙烯丙烯或氟矽氧烷等彈性體材料，如圖所示，其被設置成圓錐形結構並位於供給塞162上，處於供給塞162和閥芯供給埠 158之間。類似於供給塞162，排出塞164也包括座體172，座體172為大致圓錐形實體結構，其固定到杆160上與供給塞162相對的末端。此外，排出塞164包括彈性體排出部件174。類似於彈性體供給部件170，彈性體排出部件174可包括諸如腈、氟橡膠、乙烯丙烯或氟矽氧烷等彈性體材料，如圖所示，其被設置成圓錐形結構並位於排出塞164上，處於排出塞164和排出埠 134之間。儘管彈性體供給和排出部件170、174被示為分別連接到供給塞162和排出塞164，但是在氣動放大器100的其它形式中，它們被分別連接到供給埠 158和排出埠 134，或者它們可以是懸浮部件。在任何情況下，通過提供各個部件之間的彈性座表面，這些彈性體部件170、174在操作中有利地幫助提供閥芯供給埠 158和供給塞162以及排出埠 134和排出塞164之間的流體緊密密封。但是，氣動放大器100的其它形式不需要或包括彈性體部件170、174中的任一或兩者。還應該理解的是如圖2所示，當控制元件108組裝在內件閥芯106中時，排出塞164圍繞杆160上的螺紋連接件旋轉，以將由排出塞164的下平坦表面163限定的第一平面Pl對準由內件閥芯106的上法蘭142的上平坦表面167限定的第二平面P2。如圖所示，下平坦表面163布置在控制元件108的排出塞164和杆160之間的交界處。這樣，在所公開的結構中，排出塞164的下平坦表面163和內件閥芯167的上平坦表面167在組裝時布置在共同的平面內(即，它們共面)並佔據靜態位置，這將在下面更詳細地描述。該共面對準通過應用螺紋緊固件165接合排出塞164來固定，但是在替換的形式中，排出塞164和杆160可以是固定的部件。
通過如上所述設置的氣動放大器100，控制元件108和隔膜組件104適於在(I)靜態位置(如圖2中所示)、⑵供給位置(如圖3所示)和(3)排放或排出位置(如圖4中所示)之間移位。在(I)靜態位置，控制元件108的供給塞162密封接合閥芯供給埠158，控制元件108的排出塞164密封接合由隔膜組件的排出柱126限定的排出埠 134。在(2)供給位置，控制元件108的供給塞162移動到與閥芯供給埠 158隔開的位置，以打開供給通路，同時排出塞164維持與排出埠 134的密封接合。在(3)排出位置，控制元件108的供給塞162移動到與供給埠 158密封接合，以封閉供給通路，以及隔膜組件104移動到與排出塞164隔開的位置，由此打開排出通路。如所述，圖2示出了控制元件108和隔膜組件104的靜態位置，由此供給塞162被推進到與閥芯供給埠 158密封接合，以封閉供給通路，排出埠 134被推進到與排出塞164密封接合，以封閉排出通路。控制元件108的供給塞162通過供給埠閥座載荷F I被推進到接合閥芯供給埠 158，排出埠 134通過排出埠閥座載荷F2被推進到接合排出塞164。供給埠閥座載荷Fl是由供給彈簧154產生的力加上由供給埠 38兩側的壓強差所產生的力，減去排出埠閥座載荷F2。排出埠閥座載荷F2構成由排出彈簧122所產生的力加上在控制信號埠 42上的壓力(即，在儀器隔膜116上方控制腔112中的壓強乘以第一有效面積EAl減去反饋腔112b中的壓強乘以第二有效面積EA2)。在系統10的正常操作中，如上面結合圖1所述，流體從第一加壓流體源12供給到定位器18和氣動放大器100a、100b。在任一給定時間，為了調整控制閥16b的閥塞(未示出)的位置，定位器18發送氣動信號到氣動放大器100a、IOOb的入口接頭42a、42b，然後經由相應的出口 40a、40b將流體傳送到致動器16a。因此，在任一給定時間，圖1中所示的第一和第二氣動放大器IOOaUOOb的控制元件108和隔膜組件104可處於靜態、供給或排放位置中的任一位置。然而，在切斷模式中，如上所述，當圖1的切斷閥20將第一加壓流體源12替換為第二加壓流體源14，第一氣動放大器IOOa快速移動到排出或排放狀態，由此閥芯供給埠158封閉，排出埠 134打開。在該臨時狀態中，布置在致動器16a的殼體32中活塞30上方的流體迅速排出第二控制埠 34，經過流體管道L7，流入第一氣動放大器IOOa的出口40a，經過隔膜組件104的打開的排出埠 134和間隔件120，並流出多個排出口 114到周圍大氣。第一氣動放大器IOOa的控制信號埠 42a經由流體管道L6與切斷閥20的第一放大器出口 56 (埠「B」)和排放埠 62(埠「C」)直接排放到周圍的大氣中，這一事實推進了隔膜組件104和排出埠 134移動到排放位置的速度。前述的同時，第二氣動放大器IOOb還運行來迅速地填滿活塞30下方的致動器16a的殼體32，以向上推進閥塞。為了便於這一操作，來自第二加壓流體源14的流體被供給到第二氣動放大器IOOb的供給埠 38b (經由流體管道L9)和控制信號埠 42b (經由流體管道L11、切斷閥20和流體管道L5)，使得隔膜組件104逆著排出塞164向下推進排出埠134。該推進還向下移動整個控制元件108，並將供給塞162從閥芯供給埠 158移開。在該臨時狀態中，排出通路被封閉，且供給通路打開，從而來自第二加壓流體源14的流體流入第二氣動放大器IOOb的供給埠 38b，經過閥芯供給埠 158，並流出出口 40b到達致動器16a的第二控制埠 36。如所述，圖1的系統10的第一氣動放大器IOOa的排出埠 134和第二氣動放大器IOOb的閥芯供給埠 158僅在切斷模式中打開一小段時間，例如，直到控制閥16b的控制元件28移動到其理想位置。一旦控制閥16b的控制元件28到達其理想位置，第一和第二氣動放大器IOOaUOOb分別返回到圖2中所示的封閉狀態。即，第一和第二氣動放大器IOOaUOOb的每一個的供給埠 158和排出埠 134在切斷模式中最終被封閉。在切斷模式的封閉狀態中，重要的是沒有流體通過第一氣動放大器IOOa的排出埠 134或通過第二氣動放大器IOOb的閥芯供給埠 158洩漏。洩漏可能導致第二加壓流體源14洩放，由此失去壓強以及在隨後的切斷模式操作中的閥位置的完整，在公開的實施例中，第二加壓流體源14包括容積罐。因此，本公開的氣動放大器100被設計和構造成確保第一氣動放大器IOOa的供給埠閥座載荷Fl和第二氣動放大器IOOb的排出埠閥座載荷F2在切斷模式中最小化。這可以通過圖6中所示的圖表來表現。圖6的水平軸表示在各個氣動放大器100的控制信號埠 42的壓強,垂直軸表不在各個氣動放大器100的出口 40的壓強。該圖表包括3條線。中間線是參考線，其大致追蹤入口接頭壓強和出口壓強之間1:1的級數。下線將操作中的氣動放大器100表現為在控制信號埠 42的壓強從大約20psig增加到大約lOOpsig。上線將操作中的氣動放大器100表現為在控制信號埠 42的壓強從大約IOOpsig減少到大約Opsig。下線和中間線之間的差是供給埠閥座載荷F1。上線和中間線之間的差是排出埠閥座載荷F2。上線和下線之間的差被稱作氣動放大器100的「死區」，其被認為是表示移開放大器在控制信號埠 42所需的壓強變化。死區越大，所需的壓強變化越大。基於該數據，圖6中圖表的右上象限描述了處於切斷模式中的圖1的系統10的第二氣動放大器100b,圖表的左下象限描述了處於切斷模式中的第一氣動放大器100a。第一和第二氣動放大器IOOaUOOb的正常操作模式一般由在大約60psig和大約80psig之間的圓圈區域來表示。可以看出，圖6的圖表中的下線相對中間參考線偏斜，使得氣動放大器100的供給埠閥座載荷Fl在左下象限最大化(即，低的出口壓強)，並在右上象限最小化(即，高的出口壓強)。而且，上線偏斜，使得排出埠閥座載荷F2在右上象限最大化(即，高的出口壓強)，並在左下象限最小化(即，低的出口壓強)。進一步地，在正常操作區域中，供給埠閥座載荷和排出埠閥座載荷大致相同。因此，可以說本公開的氣動放大器100的排出埠閥座載荷F2相對出口壓強成比例變化，而本公開的氣動放大器100的供給埠閥座載荷Fl相對出口壓強成反比例變化。如此設置，氣動放大器100在理想的操作狀態下將適當的閥座載荷有效地最大化，由此最小化和/或阻止這裡所述的在切斷模式中從第二加壓流體源的流體洩漏，同時還將氣動放大器100的死區最小化(即，響應於輸入信號所需的壓強變化)。儘管前面的描述提供了本發明的不同示例和形式，但是本公開並不限於特定示例和形式。相反地，本發明由所附權利要求書及其全部等同物的精神和範圍來確定。而且，本發明包括由下列方面所包含的所有主題方面1. 一種流體流動控制裝置，其中，包括供給埠，其用於接收加壓流體的供給；出口，其用於傳遞加壓流體的供給；排放埠，其用於排放加壓流體的供給；內件閥芯，其布置在所述供給埠和所述出口之間以及所述出口和所述排放埠之間，所述內件閥芯限定閥芯供給埠和上平坦表面，所述閥芯供給埠沿著在所述供給埠和所述出口之間延伸的供給通路布置，所述上平坦表面沿著在所述出口和所述排放埠之間延伸的排出通路布置；隔膜組件，其布置在所述出口和所述排放埠之間，所述隔膜組件限定沿著所述排出通路的排出埠 ；控制元件，其可移動地布置在所述內件閥芯內，所述控制元件包括供給塞、排出塞以及在所述供給塞和所述排出塞之間延伸的杆，所述供給塞可選擇地接合所述內件閥芯的所述閥芯供給埠，由此封閉所述供給通路，所述排出塞可選擇地接合所述隔膜組件的排出埠，由此封閉所述排出通路，所述排出塞包括布置在所述排出塞和所述杆的接合部位的下平坦表面，所述排出塞的所述下平坦表面與所述內件閥芯的所述上平坦表面共面。方面2.根據方面I所述的流體流動控制裝置，其中，還包括彈性體供給部件，其布置在所述控制元件的供給塞和所述閥芯供給埠之間，用於提供流體緊密密封；以及彈性體排出部件，其布置在所述控制元件的排出塞和所述隔膜組件的排出埠之間，用於提供流體緊密密封。方面3.根據前述方面中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述彈性體供給部件被固定到所述控制元件的供給塞，以及所述彈性體排出部件被固定到所述控制元件的排出塞。方面4.根據前述方面中任一所述的流體流動控制裝置，其中，還包括本體，其限定所述供給埠和所述出口 ；隔膜殼體，其限定所述排放埠並包括所述隔膜組件；以及彈簧帽，其限定控制信號埠。方面5.根據前述方面中任一所述的流體流動控制裝置，其中，還包括供給彈簧和排出彈簧，所述供給彈簧由所述內件閥芯支撐並接合所述控制元件，以朝向所述閥芯供給埠偏置所述控制元件，所述排出彈簧布置在所述彈簧帽和所述隔膜組件之間，以朝向所述控制元件偏置所述排出埠。方面6.根據前述方面中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述隔膜組件包括儀器隔膜、反饋隔膜以及布置在所述儀器隔膜和所述反饋隔膜之間的穿孔間隔件，所述反饋隔膜連通至所述本體的出口，以及所述儀器隔膜連通至所述彈簧帽的控制信號埠。方面7.根據前述方面中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述隔膜殼體包括反饋腔，所述隔膜組件可移動地布置在所述反饋腔中，所述反饋腔具有鄰近所述儀器隔膜的第一橫截面尺寸和鄰近所述反饋隔膜的第二橫截面尺寸，所述第二橫截面尺寸大於所述第一橫截面尺寸。方面8. —種流體流動控制裝置，其中，包括本體，其限定適於耦接到至少一個加壓氣體的供給的供給埠和適於耦接到控制閥的致動器的出口 ；隔膜殼體，其被耦接到所述本體並限定適於連通至周圍大氣的排放埠 ；彈簧帽，其被耦接到所述隔膜殼體並限定適於接收氣動控制信號的控制信號埠 ；供給通路，其在所述本體的供給埠和出口之間延伸；排出通路，其在所述本體的出口和所述隔膜殼體的排放埠之間延伸；內件閥芯，其布置在所述本體內並限定閥芯供給埠和上平坦表面，所述閥芯供給埠沿著在所述本體的供給埠和出口之間的供給通路布置，所述上平坦表面沿著在所述本體的出口和所述隔膜殼體的排放埠之間的排出通路布置；隔膜組件，其布置在所述隔膜殼體內，並限定沿著在所述本體的出口和所述隔膜殼體的排放埠之間的排出通路布置的排出埠 ；以及控制元件，其布置在所述本體內，並包括供給塞、排出塞和在所述供給塞和所述排出塞之間延伸的杆，所述排出塞包括布置在所述排出塞和所述杆的接合部位的下平坦表面，所述控制元件和所述隔膜組件能夠分別在所述本體和所述隔膜殼體中相對於靜態位置移動，其中供給埠閥座載荷推進所述供給塞來接合所述閥芯供給埠，同時排出埠閥座載荷推進所述隔膜組件的排出埠來接合所述控制元件的排出塞，以封閉所述排出通路，其中，當所述控制元件和所述隔膜組件處於靜態位置時，所述內件閥芯的上平坦表面與所述排出塞的下平坦表面相對齊。方面9.根據方面8所述的流體流動控制裝置，其中，所述控制元件和所述隔膜組件能夠從所述靜態位置移動到供給位置和排放位置，其中當處於所述供給位置時，所述排出埠閥座載荷推進所述排出埠來接合所述排出塞，並將所述供給塞推進到與所述閥芯供給埠相隔開的位置，以及當處於所述排放位置時，所述供給埠閥座載荷推進所述供給塞來接合所述閥芯供給埠，所述本體的出口中的出口壓強克服所述排出埠閥座載荷，並將所述排出埠推進到與所述排出塞相隔開的位置。方面10.根據方面8或9所述的流體流動控制裝置，其中，還包括彈性體供給部件，其布置在所述控制元件的供給塞和所述內件閥芯的閥芯供給埠之間，用於在處於所述靜態位置和所述排放位置上時提供流體緊密密封；以及彈性體排出部件，其布置在所述控制元件的排出塞和所述隔膜組件的排出埠之間，用於在處於所述靜態位置和所述供給位置上時提供流體緊密密封。方面11.根據方面8到10中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述彈性體供給部件被固定到所述控制元件的供給塞，以及所述彈性體排出部件被固定到所述控制元件的排出塞。方面12.根據方面8到11中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述排出埠閥座載荷的大小相對所述出口的出口壓強成比例變化，以及所述供給埠閥座載荷的大小相對所述出口壓強成反比例變化。方面13.根據方面8到12中任一所述的流體流動控制裝置，其中，還包括供給彈簧和排出彈簧，所述供給彈簧由所述內件閥芯支撐並接合所述控制元件，以朝向所述閥芯供給埠偏置所述控制元件，所述排出彈簧布置在所述彈簧帽和所述隔膜組件之間，以朝向所述控制元件偏置所述排出埠。方面14.根據方面8到13中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述隔膜組件包括儀器隔膜、反饋隔膜以及布置在所述儀器隔膜和所述反饋隔膜之間的穿孔間隔件，所述反饋隔膜連通至所述本體的出口，以及所述儀器隔膜連通至所述彈簧帽的控制信號端□。方面15.根據方面8到14中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述隔膜殼體包括反饋腔，所述隔膜組件可移動地布置在所述反饋腔中，所述反饋腔具有鄰近所述儀器隔膜的第一橫截面尺寸和鄰近所述反饋隔膜的第二橫截面尺寸，所述第二橫截面尺寸大於所述第一橫截面尺寸。方面16. —種流體過程控制系統，其中，包括控制閥；致動器，其可操作地耦接到所述控制閥，所述致動器包括活塞、流體連通至所述活塞的第一表面的第一控制埠和流體連通至所述活塞的第二表面的第二控制埠 ；第一加壓流體源，其用於在正常操作模式中啟動所述致動器；第二加壓流體源，其用於在切斷模式中啟動所述致動器；第一氣動放大器，其被流體連通地連接至所述致動器的第一控制埠和所述第一加壓流體源，所述第一氣動放大器適於增加在正常操作模式中從所述第一加壓流體源傳遞到所述第一控制埠的加壓流體的體積；第二氣動放大器，其被流體連通地連接至所述致動器的第二控制埠、第一加壓流體源和第二加壓流體源，所述第二氣動放大器適於增加在正常操作模式中從所述第一加壓流體源以及在切斷模式中從所述第二加壓流體源傳遞到所述第二控制埠的加壓流體的體積；以及定位器，其具有流體連通至所述第一加壓流體源的入口、流體連通至所述第一氣動放大器的入口接頭的第一出口以及流體連通至所述第二氣動放大器的入口接頭的第二出口，所述定位器適於在用於控制所述控制閥的系統的正常操作模式中將氣動信號傳遞到所述第一氣動放大器和第二氣動放大器；所述第一氣動放大器和第二氣動放大器分別包括供給埠、出口、排放埠、內件閥芯、隔膜組件以及控制元件，所述內件閥芯限定閥芯供給埠和上平坦表面，所述閥芯供給埠沿著在所述供給埠和出口之間延伸的所述氣動放大器的供給通路布置，所述上平坦表面沿著在所述出口和所述排放埠之間延伸的所述氣動放大器的排出通路布置；所述隔膜組件限定沿著在所述出口和所述排放埠之間的排出通路布置的排出埠，以及所述控制元件可移動地布置在所述內件閥芯中，並包括用於選擇性地接合所述內件閥芯的所述閥芯供給埠的供給塞、用於選擇性地接合所述隔膜組件的排出埠的排出塞以及在所述供給塞和所述排出塞之間延伸的杆，所述排出塞包括在所述排出塞和所述杆的交界處的下平坦表面，當所述供給塞和所述排出塞分別同時接合所述閥芯供給埠和所述排出埠時，所述下平坦表面與所述內件閥芯的上平坦表面對齊布置。方面17.根據方面16所述的流體過程控制系統，其中，所述控制元件和所述隔膜組件能夠在靜態位置、供給位置和排放位置之間移動，其中當處於所述靜態位置時，供給埠閥座載荷推進所述供給塞來接合所述閥芯供給埠，以及同時排出埠閥座載荷推進所述排出埠來接合所述排出塞，當處於所述供給位置時，所述排出埠閥座載荷推進所述排出埠來接合所述排出塞，並將所述供給塞推進到與所述閥芯供給埠相隔開的位置；以及當處於所述排放位置時，所述供給埠閥座載荷推進所述供給塞來接合所述閥芯供給埠，所述氣動放大器的出口中的出口壓強克服所述排出埠閥座載荷並將所述排出埠推進到與所述排出塞相隔開的位置。方面18.根據方面16或17所述的流體過程控制系統，其中，在所述切斷模式中，所述控制元件和所述隔膜組件處於所述排放位置。方面19.根據方面16到18中任一所述的流體過程控制系統，其中，在所述切斷模式中的第一氣動放大器的所述供給埠閥座載荷大於在所述正常操作模式中的第一氣動放大器的所述供給埠閥座載荷，以及在所述切斷模式中的第二氣動放大器的所述排出埠閥座載荷大於在所述正常操作模式中的第二氣動放大器的所述排出埠閥座載荷。方面20.根據方面16到19中任一所述的流體過程控制系統，其中，還包括與所述供給塞相關的彈性體供給部件和與所述排出塞相關的彈性體排出部件。方面21.根據方面16到20中任一所述的流體過程控制系統，其中，對於所述第一氣動放大器和第二氣動放大器中的每一個，所述供給埠閥座載荷和所述排出埠閥座載荷在所述正常操作模式中相同。方面22.根據方面16到21中任一所述的流體過程控制系統，其中，所述第一氣動放大器和所述第二氣動放大器分別還包括本體，其限定供給埠和出口，所述供給埠耦接到第一加壓氣體源和第二加壓氣體源，所述出口耦接到所述致動器的第一控制埠和第二控制埠中的一個埠 ；隔膜殼體，其限定所述排放埠，所述排放埠與大氣連通；以及彈簧帽，其限定耦接到所述定位器的第一流體出口和第二流體出口中的一個出口的控制信號埠。方面23.根據方面16到22中任一所述的流體過程控制系統，其中，所述第一氣動放大器和第二氣動放大器中的每一個的隔膜組件包括儀器隔膜、反饋隔膜以及布置在所述儀器隔膜和所述反饋隔膜之間的穿孔間隔件，所述反饋隔膜連通至所述出口，以及所述儀器隔膜連通至所述控制信號埠。方面24.根據方面16到23中任一所述的流體過程控制系統，其中，所述第一氣動放大器和第二氣動放大器中的每一個的隔膜殼體包括反饋腔，所述隔膜組件可移動地布置在所述反饋腔中，所述反饋腔具有鄰近所述儀器隔膜的第一橫截面尺寸和鄰近所述反饋隔膜的第二橫截面尺寸，所述第二橫截面尺寸大於所述第一橫截面尺寸。方面25.根據方面16到24中任一所述的流體過程控制系統，其中，所述排出埠閥座載荷的大小相對所述出口的出口壓強成比例變化，以及所述供給埠閥座載荷的大小相對所述出口壓強成反比例變化。方面26.根據方面16到25中任一所述的流體過程控制系統，其中，第一氣動放大器和第二氣動放大器分別還包括供給彈簧和排出彈簧，所述供給彈簧由所述內件閥芯支撐並接合所述控制元件，以朝向所述閥芯供給埠偏置所述控制元件，所述排出彈簧布置在所述彈簧帽和所述隔膜組件之間，以朝向所述控制元件偏置所述排出埠。
權利要求
1.一種流體流動控制裝置，其中，包括 供給埠，其用於接收加壓流體的供給； 出口，其用於傳遞加壓流體的供給； 排放埠，其用於排放加壓流體的供給； 內件閥芯，其布置在所述供給埠和所述出口之間以及所述出口和所述排放埠之間，所述內件閥芯限定閥芯供給埠和上平坦表面，所述閥芯供給埠沿著在所述供給埠和所述出口之間延伸的供給通路布置，所述上平坦表面沿著在所述出口和所述排放埠之間延伸的排出通路布置； 隔膜組件，其布置在所述出口和所述排放埠之間，所述隔膜組件限定沿著所述排出通路的排出埠； 控制元件，其可移動地布置在所述內件閥芯內，所述控制元件包括供給塞、排出塞以及在所述供給塞和所述排出塞之間延伸的杆， 所述供給塞可選擇地接合所述內件閥芯的所述閥芯供給埠，由此封閉所述供給通路， 所述排出塞可選擇地接合所述隔膜組件的排出埠，由此封閉所述排出通路，所述排出塞包括布置在所述排出塞和所述杆的接合部位的下平坦表面，所述排出塞的所述下平坦表面與所述內件閥芯的所述上平坦表面共面。
2.根據權利要求1所述的流體流動控制裝置，其中，還包括 彈性體供給部件，其布置在所述控制元件的供給塞和所述閥芯供給埠之間，用於提供流體緊密密封；以及 彈性體排出部件，其布置在所述控制元件的排出塞和所述隔膜組件的排出埠之間，用於提供流體緊密密封。
3.根據前述權利要求中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述彈性體供給部件被固定到所述控制元件的供給塞，以及所述彈性體排出部件被固定到所述控制元件的排出塞。
4.根據前述權利要求中任一所述的流體流動控制裝置，其中，還包括 本體，其限定所述供給埠和所述出口 ； 隔膜殼體，其限定所述排放埠並包括所述隔膜組件；以及 彈簧帽，其限定控制信號埠。
5.根據前述權利要求中任一所述的流體流動控制裝置，其中，還包括供給彈簧和排出彈簧，所述供給彈簧由所述內件閥芯支撐並接合所述控制元件，以朝向所述閥芯供給埠偏置所述控制元件，所述排出彈簧布置在所述彈簧帽和所述隔膜組件之間，以朝向所述控制元件偏置所述排出埠。
6.根據前述權利要求中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述隔膜組件包括儀器隔膜、反饋隔膜以及布置在所述儀器隔膜和所述反饋隔膜之間的穿孔間隔件，所述反饋隔膜連通至所述本體的出口，以及所述儀器隔膜連通至所述彈簧帽的控制信號埠。
7.根據前述權利要求中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述隔膜殼體包括反饋腔，所述隔膜組件可移動地布置在所述反饋腔中，所述反饋腔具有鄰近所述儀器隔膜的第一橫截面尺寸和鄰近所述反饋隔膜的第二橫截面尺寸，所述第二橫截面尺寸大於所述第一橫截面尺寸。
8.一種流體流動控制裝置，其中，包括 本體，其限定適於耦接到至少一個加壓氣體的供給的供給埠和適於耦接到控制閥的致動器的出口； 隔膜殼體，其被耦接到所述本體並限定適於連通至周圍大氣的排放埠 ； 彈簧帽，其被耦接到所述隔膜殼體並限定適於接收氣動控制信號的控制信號埠 ； 供給通路，其在所述本體的供給埠和出口之間延伸； 排出通路，其在所述本體的出口和所述隔膜殼體的排放埠之間延伸； 內件閥芯，其布置在所述本體內並限定閥芯供給埠和上平坦表面，所述閥芯供給埠沿著在所述本體的供給埠和出口之間的供給通路布置，所述上平坦表面沿著在所述本體的出口和所述隔膜殼體的排放埠之間的排出通路布置； 隔膜組件，其布置在所述隔膜殼體內，並限定沿著在所述本體的出口和所述隔膜殼體的排放埠之間的排出通路布置的排出埠 ；以及 控制元件，其布置在所述本體內，並包括供給塞、排出塞和在所述供給塞和所述排出塞之間延伸的杆，所述排出塞包括布置在所述排出塞和所述杆的接合部位的下平坦表面，所述控制元件和所述隔膜組件能夠分別在所述本體和所述隔膜殼體中相對於靜態位置移動，其中供給埠閥座載荷推進所述供給塞來接合所述閥芯供給埠，同時排出埠閥座載荷推進所述隔膜組件的排出埠來接合所述控制元件的排出塞，以封閉所述排出通路， 其中，當所述控制元件和所述隔膜組件處於靜態位置時，所述內件閥芯的上平坦表面與所述排出塞的下平坦表面相對齊。
9.根據權利要求8所述的流體流動控制裝置，其中，所述控制元件和所述隔膜組件能夠從所述靜態位置移動到供給位置和排放位置，其中 當處於所述供給位置時，所述排出埠閥座載荷推進所述排出埠來接合所述排出塞，並將所述供給塞推進到與所述閥芯供給埠相隔開的位置，以及 當處於所述排放位置時，所述供給埠閥座載荷推進所述供給塞來接合所述閥芯供給埠，所述本體的出口中的出口壓強克服所述排出埠閥座載荷，並將所述排出埠推進到與所述排出塞相隔開的位置。
10.根據權利要求8或9所述的流體流動控制裝置，其中，還包括 彈性體供給部件，其布置在所述控制元件的供給塞和所述內件閥芯的閥芯供給埠之間，用於在處於所述靜態位置和所述排放位置上時提供流體緊密密封；以及 彈性體排出部件，其布置在所述控制元件的排出塞和所述隔膜組件的排出埠之間，用於在處於所述靜態位置和所述供給位置上時提供流體緊密密封。
11.根據權利要求8到10中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述彈性體供給部件被固定到所述控制元件的供給塞，以及所述彈性體排出部件被固定到所述控制元件的排出塞。
12.根據權利要求8到11中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述排出埠閥座載荷的大小相對所述出口的出口壓強成比例變化，以及所述供給埠閥座載荷的大小相對所述出口壓強成反比例變化。
13.根據權利要求8到12中任一所述的流體流動控制裝置，其中，還包括供給彈簧和排出彈簧，所述供給彈簧由所述內件閥芯支撐並接合所述控制元件，以朝向所述閥芯供給埠偏置所述控制元件，所述排出彈簧布置在所述彈簧帽和所述隔膜組件之間，以朝向所述控制元件偏置所述排出埠。
14.根據權利要求8到13中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述隔膜組件包括儀器隔膜、反饋隔膜以及布置在所述儀器隔膜和所述反饋隔膜之間的穿孔間隔件，所述反饋隔膜連通至所述本體的出口，以及所述儀器隔膜連通至所述彈簧帽的控制信號埠。
15.根據權利要求8到14中任一所述的流體流動控制裝置，其中，所述隔膜殼體包括反饋腔，所述隔膜組件可移動地布置在所述反饋腔中，所述反饋腔具有鄰近所述儀器隔膜的第一橫截面尺寸和鄰近所述反饋隔膜的第二橫截面尺寸，所述第二橫截面尺寸大於所述第一橫截面尺寸。
16.一種流體過程控制系統，其中，包括 控制閥； 致動器，其可操作地耦接到所述控制閥，所述致動器包括活塞、流體連通至所述活塞的第一表面的第一控制埠和流體連通至所述活塞的第二表面的第二控制埠； 第一加壓流體源，其用於在正常操作模式中啟動所述致動器； 第二加壓流體源，其用於在切斷模式中啟動所述致動器； 第一氣動放大器，其被流體連通地連接至所述致動器的第一控制埠和所述第一加壓流體源，所述第一氣動放大器適於增加在正常操作模式中從所述第一加壓流體源傳遞到所述第一控制埠的加壓流體的體積； 第二氣動放大器，其被流體連通地連接至所述致動器的第二控制埠、第一加壓流體源和第二加壓流體源，所述第二氣動放大器適於增加在正常操作模式中從所述第一加壓流體源以及在切斷模式中從所述第二加壓流體源傳遞到所述第二控制埠的加壓流體的體積；以及 定位器，其具有流體連通至所述第一加壓流體源的入口、流體連通至所述第一氣動放大器的入口接頭的第一出口以及流體連通至所述第二氣動放大器的入口接頭的第二出口，所述定位器適於在用於控制所述控制閥的系統的正常操作模式中將氣動信號傳遞到所述第一氣動放大器和第二氣動放大器； 所述第一氣動放大器和第二氣動放大器分別包括供給埠、出口、排放埠、內件閥芯、隔膜組件以及控制元件， 所述內件閥芯限定閥芯供給埠和上平坦表面，所述閥芯供給埠沿著在所述供給埠和出口之間延伸的所述氣動放大器的供給通路布置，所述上平坦表面沿著在所述出口和所述排放埠之間延伸的所述氣動放大器的排出通路布置； 所述隔膜組件限定沿著在所述出口和所述排放埠之間的排出通路布置的排出埠，以及 所述控制元件可移動地布置在所述內件閥芯中，並包括用於選擇性地接合所述內件閥芯的所述閥芯供給埠的供給塞、用於選擇性地接合所述隔膜組件的排出埠的排出塞以及在所述供給塞和所述排出塞之間延伸的杆，所述排出塞包括在所述排出塞和所述杆的交界處的下平坦表面，當所述供給塞和所述排出塞分別同時接合所述閥芯供給埠和所述排出埠時，所述下平坦表面與所述內件閥芯的上平坦表面對齊布置。
17.根據權利要求16所述的流體過程控制系統，其中，所述控制元件和所述隔膜組件能夠在靜態位置、供給位置和排放位置之間移動，其中 當處於所述靜態位置時，供給埠閥座載荷推進所述供給塞來接合所述閥芯供給埠，以及同時排出埠閥座載荷推進所述排出埠來接合所述排出塞， 當處於所述供給位置時，所述排出埠閥座載荷推進所述排出埠來接合所述排出塞，並將所述供給塞推進到與所述閥芯供給埠相隔開的位置； 以及當處於所述排放位置時，所述供給埠閥座載荷推進所述供給塞來接合所述閥芯供給埠，所述氣動放大器的出口中的出口壓強克服所述排出埠閥座載荷並將所述排出埠推進到與所述排出塞相隔開的位置。
18.根據權利要求16或17所述的流體過程控制系統，其中，在所述切斷模式中，所述控制元件和所述隔膜組件處於所述排放位置。
19.根據權利要求16到18中任一所述的流體過程控制系統，其中， 在所述切斷模式中的第一氣動放大器的所述供給埠閥座載荷大於在所述正常操作模式中的第一氣動放大器的所述供給埠閥座載荷，以及 在所述切斷模式中的第二氣動放大器的所述排出埠閥座載荷大於在所述正常操作模式中的第二氣動放大器的所述排出埠閥座載荷。
20.根據權利要求16到19中任一所述的流體過程控制系統，其中，還包括與所述供給塞相關的彈性體供給部件和與所述排出塞相關的彈性體排出部件。
21.根據權利要求16到20中任一所述的流體過程控制系統，其中，對於所述第一氣動放大器和第二氣動放大器中的每一個，所述供給埠閥座載荷和所述排出埠閥座載荷在所述正常操作模式中相同。
22.根據權利要求16到21中任一所述的流體過程控制系統，其中，所述第一氣動放大器和所述第二氣動放大器分別還包括 本體，其限定供給埠和出口，所述供給埠耦接到第一加壓氣體源和第二加壓氣體源，所述出口耦接到所述致動器的第一控制埠和第二控制埠中的一個埠 ； 隔膜殼體，其限定所述排放埠，所述排放埠與大氣連通；以及 彈簧帽，其限定耦接到所述定位器的第一流體出口和第二流體出口中的一個出口的控制信號埠。
23.根據權利要求16到22中任一所述的流體過程控制系統，其中，所述第一氣動放大器和第二氣動放大器中的每一個的隔膜組件包括儀器隔膜、反饋隔膜以及布置在所述儀器隔膜和所述反饋隔膜之間的穿孔間隔件，所述反饋隔膜連通至所述出口，以及所述儀器隔膜連通至所述控制信號埠。
24.根據權利要求16到23中任一所述的流體過程控制系統，其中，所述第一氣動放大器和第二氣動放大器中的每一個的隔膜殼體包括反饋腔，所述隔膜組件可移動地布置在所述反饋腔中，所述反饋腔具有鄰近所述儀器隔膜的第一橫截面尺寸和鄰近所述反饋隔膜的第二橫截面尺寸，所述第二橫截面尺寸大於所述第一橫截面尺寸。
25.根據權利要求16到24中任一所述的流體過程控制系統，其中，所述排出埠閥座載荷的大小相對所述出口的出口壓強成比例變化，以及所述供給埠閥座載荷的大小相對所述出口壓強成反比例變化。
26.根據權利要求16到25中任一所述的流體過程控制系統，其中，第一氣動放大器和第二氣動放大器分別還包括供給彈簧和排出彈簧，所述供給彈簧由所述內件閥芯支撐並接合所述控制元件，以朝向所述閥芯供給埠偏置所述控制元件，所述排出彈簧布置在所述彈簧帽和所述隔膜組件之間，以朝向所述控制元件偏置所述排出埠。
全文摘要
一種流體流動控制裝置，其包括內件閥芯、隔膜組件和控制元件。所述內件閥芯限定閥芯供給埠和上平坦表面。所述閥芯供給埠沿氣動放大器的供給通路布置，所述上平坦表面沿所述氣動放大器的排出通路布置。所述隔膜組件限定所述排出通路上的排出埠。所述控制元件可移動地布置在所述內件閥芯內，並包括供給塞、排出塞以及杆。所述供給塞接合所述閥芯供給埠，所述排出塞接合所述排出埠。所述排出塞還包括與所述內件閥芯的上平坦表面共面的下平坦表面。
文檔編號F16K37/00GK103062483SQ20121041539
公開日2013年4月24日 申請日期2012年10月22日 優先權日2011年10月21日
發明者M·K·洛韋爾 申請人:費希爾控制國際公司