導向開關的製作方法

2023-10-07 20:11:49 1

專利名稱：導向開關的製作方法
導向開關交叉引用相關申請要求2008年9月25日提出的且標題為「導向開關(Pilot Switch) 」的美國專利申請序列號12Λ84，743的優先權，其內容以引用方式併入文中。
背景技術：
本發明大體上涉及一種導向閥(pilot valve)，並且更具體地涉及一種在操作模式之間可選擇性地切換並且在至少一個操作模式中可調節的導向閥。如在本領域中所已知的，導向閥被用於許多不同的行業中，通常通過控制例如過程控制閥的過程控制單元的操作來控制過程條件或參數。許多行業利用過程控制閥來控制液體的流速並控制儲罐和容器中的液位。在許多情況中，過程控制閥用控制信號操作，例如，控制信號可以是從導向閥發送的氣動信號。在這種情況中，儲罐或其它容器中的液位可用在液體達到一定水平時會運動的浮標(float)或其它元件來感測。浮標的運動將驅動例如導向閥的控制設備，該控制設備會發出信號給過程控制閥，以開啟或關閉過程控制閥，從而或使液體流出容器或阻止液體從容器流出。在油氣行業，液位控制器可被用於控制儲罐或其它容器中的油、水或其它液體的水平。液位控制器可包括浮標或被放置在儲罐內的平衡浮子(displace!·)。當儲罐中的液位以至於其能接觸平衡浮子時，平衡浮子將隨著液位的變化而運動。液位的變化被傳遞至導向閥，導向閥將發送信號給過程控制閥，以便響應於儲罐中液位的變化而或開啟或關閉， 從而或允許從儲罐流出或阻止從儲罐流出。導向閥可為氣動導向閥，供應氣(supply gas)可被提供至該氣動導向閥。導向閥將根據儲罐中的液位將供應氣引向過程控制閥，並且所述過程控制閥將根據從導向閥接收的信號開啟或關閉。當過程控制閥為壓力以開啟閥時，導向閥將調節至控制閥的輸出氣，這將開啟控制閥。如果儲罐中的液位的增加導致從導向閥至過程控制閥的出口壓力成比例的增加，則液位控制器可被稱為操作過程中的引導和節流。在這種情況中，由於從導向閥被供應至過程控制閥的氣體壓力會改變，因而過程控制閥可從閉合運動至部分地開啟至最終完全地開啟或介於完全地開啟和完全地關閉位置之間的任何位置。當導向閥處於速動模式(snap mode)中時，導向閥提供突然增加的輸出壓力或突然減小給過程控制閥，以使控制閥幾乎即刻完全地開啟或完全地關閉。例如，在直接速動模式中，當儲罐中的液位增加並且將平衡浮子運動至預定的水平時，從導向閥的輸出壓力將會突然增加，這將致使壓力開啟過程控制閥以幾乎馬上從完全地關閉位置運動至完全地開啟位置，從而將液體排出儲罐。當液位降至預選的最低水平時，將發生從導向閥的輸出壓力的突然減小，這將致使過程控制閥從完全地開啟位置運動至完全地關閉位置。指定給本申請的受讓人並且通過引用被併入本文中的美國專利號7，392，822公開了一種在速動模式和節流模式(throttle mode)之間可選擇性地切換的導向閥。儘管其中所公開的導向開關工作良好，但是對於在模式之間可切換且可調節以在液位變化的範圍內實現過程控制閥的開啟和關閉的導向閥具有持續的需求。

發明內容
本發明涉及一種導向閥，並且更具體地涉及一種導向閥或導向開關，其在節流模式和速動模式之間可選擇性地切換並且在速動模式中可調節以實現關於相關的儲罐的一定範圍的液位變化。本發明的導向閥被關於液位控制器描述。然而，導向閥可使用於其中所測量的參數是除了液位之外的某些參數的其它環境中。基於所測量參數的量值，導向閥能夠基於所測量參數的狀態來發送氣動信號給過程控制單元以調整過程或引起注意或警告。本發明的導向閥包括導向主體，導向主體具有第一供應氣入口或節流供應氣入口、第二供應氣入口或速動供應氣入口(snap supply gas inlet)以及單一的氣體輸出通路。進入任何一個供應氣入口的通過氣體輸出通路離開的供應氣可被稱作輸出氣，該輸出氣優選為被調節的輸出氣，並且產生輸出壓力至過程控制單元。在該實施方式中，過程控制或接收單元可包括控制液體流出容器的過程控制閥。導向閥在節流模式和速動模式之間可選擇性地切換並且優選地僅通過旋轉開關板來切換，所述開關板將選擇性地將供應氣引向或節流供應氣入口或速動供應氣入口。當導向閥處於速動模式中時，節流氣入口充當排出通道。在節流模式中，速動供應氣入口充當排出通道。導向主體界定導向主體內部，供應氣通過導向主體內部可從速動供應入口或節流供應入口流至輸出通道，該輸出通道也被稱作調節氣出口或簡單的輸出氣出口。導向塞(pilot plug)被可運動地布置在導向主體內部中並且具有通過導向塞杆相互連接的第一密封元件和第二密封元件。可被稱作第一密封球的第一密封元件和可被稱作第二密封球的第二密封元件是可運動的並且與導向主體內部中的第一支座(seat)和第二支座可接合。可運動的致動器被布置在導向主體內部中，並且具有第一端和第二端，其中第二端向外延伸至導向主體的外部。液位控制器包括被定位在儲罐或容器內的平衡浮子。 也可被稱作移位構件的擺動臂在一端連接到平衡浮子並且具有接合樞軸杆端的第二端。平衡浮子的垂直或上下運動將引起擺動臂的第二端運動。連接杆(connecting link)將使擺動臂的上下運動傳遞至切向臂(tangent arm)。切向臂將使由於液位或其它所感測的參數的變化而施加的力傳遞至導向閥。切向臂將接合導向閥中的致動器並使導向閥中的致動器運動或將根據液位和導向閥的模式而脫離致動器。致動器和其它部件的運動將開啟和/或關閉通道，從而或供應或切斷至過程控制閥的輸出氣，如將在本文中更加詳細地描述的。在速動模式中，當輸出氣被供應至過程控制閥時，第一密封球將與第一支座接合， 並且當液位達到一定液位時，第二密封球將脫離第二支座，以使過程控制閥處於開啟狀態。 供應氣將被引導穿過第二供應氣入口、穿過在第二密封球和第二支座之間的空隙或通道、 穿過輸出氣出口。來自輸出氣出口的輸出氣將使輸出氣壓力施加至過程控制閥，以使過程控制閥運動，並將過程控制閥維持在第一或開啟狀態中。施加在導向塞上的力將使第一密封球保持與第一支座接合。為了切斷供應氣並且排出輸出氣壓力以使過程控制閥運動至其第二或關閉狀態，相反力必須被施加至可運動的致動器來引起第二支座接合第二密封球並使導向塞向上運動，以使第一密封球脫離第一支座。當第二支座接合第二密封球時，氣體供應被切斷，並且當第一密封球脫離第一支座時， 輸出氣壓力被排出。當輸出氣壓力被排出或者被釋放時，過程控制閥將運動至關閉狀態。在速動模式中被施加至導向塞以維持導向塞與第一支座接合的力的大小可被調節，以使為運動導向塞而所需的相反力是可調節的。相反力由切向臂來施加，該相反力由引起平衡浮子將力施加至擺動臂並從而至切向臂的液位變化而產生。因此，當導向閥與液位控制器一起使用時，可運動的致動器響應於引起平衡浮子運動的液位的變化而運動。由於被施加至導向塞的力是可調節的，因此使導向塞運動而所必需的力的大小可被改變。平衡浮子施加足夠力以使致動器和導向塞運動所處於的液位將改變，以使導向閥提供一定範圍或一定跨度的液位變化，導向閥將在該定範圍或一定跨度的液位變化內操作。附圖簡述

圖1是本公開的液位控制器的視圖。圖2是顯示液位控制器的內部部件的局部橫截面。圖3是顯示連接杆和切向臂的視圖。圖4是截自圖3的線3-3的導向閥的橫截面視圖。圖5是相似於圖3所截取的截面，並且顯示出在平衡浮子上不具有足夠液體以使切向臂與致動器脫離時的速動模式中的導向塞的位置。圖6顯示出在切向臂與致動器脫離時的速動模式中的導向塞和致動器的位置。圖7顯示出在不具有來自平衡浮子的足以引起致動器向上運動的力時的節流模式中的導向塞和致動器的位置。圖8顯示出在流體升高致使平衡浮子將引起致動器向上運動並因此使導向塞向上運動至所示的位置時的致動器和導向塞的位置。圖9是顯示出用於供應氣和排出氣的通道的頂部局部截面視圖。圖10是顯示出用於供應氣和排出氣的通道的選擇器開關的局部截面視圖。圖11是另一模式中的相似於圖10的視圖。圖12是看開關板的內表面的視圖。優選實施方式的詳細描述現在參考附圖，液位控制器10被顯示和描述。液位控制器10可緊鄰具有液位20 的儲罐15的側面而定位。在所示的實施方式中，液位控制器10是背面安裝的液位控制器， 但是其它構型也是可以的。液位控制器10包括平衡浮子25和布置在外殼35中的導向開關或導向閥30。外殼35在圖1中顯示為處於打開位置，並且具有前板40和後板42。樞軸板44從後板42延伸。連接杆組件48和可被稱作移位臂46的擺動臂46被用於將平衡浮子25連接至切向臂50，以使在液位變化時，平衡浮子25將致使運動的力通過連接杆48施加至切向臂50。可被稱作致動器臂的切向臂50被樞軸地附接至外殼35，並且在所示的實施方式中在樞軸點52處被可樞轉地附接至樞軸板44。切向臂50具有多個連接點56。當從圖1中所示的方向觀察時，切向臂50具有在樞軸點52的左側或第一側的朝向後板42的多個連接點56，和在樞軸點52的右側或第二側的在樞軸點52的前方的多個連接點56。左側的連接點56可被稱作連接點60，而右側的連接點可被稱作連接點62。導向閥的細節將參考圖4-8來描述。導向閥30包括界定導向主體內部71的導向主體70。導向主體70可包括中心主體部分72和通過例如螺釘或本領域中已知的其它裝置的連接器連接至中心主體部分72的上部分或蓋部分74，以及下部分或基部部分76，下部分或基部部分76可用螺釘或其它連接器而被連接至中心主體部分72或以其它方式被連接至中心主體部分72。也可被稱作開關板的具有外表面79的選擇器旋鈕78用支柱80安裝至導向主體70，支柱80可在其第一端82處擰入導向主體70中並且可具有擰至其相對端86 的鎖緊螺母或其它鎖緊裝置84。導向主體具有第一支座90，該第一支座90可被稱作第一支座90或上支座90。在支座主體92上可將第一支座90界定在支座主體92的上端94處。支座主體92可被穿入 (thread)或以其它方式固定在導向主體內部71中。支座主體92具有下端96並且界定穿過支座主體92的通道98。導向主體70界定第一供應氣入口 100和第二供應氣入口 102， 並且界定用於將輸出氣提供至過程控制閥(未示出)的單一的氣體出口 104。導向閥30可被用於使過程控制閥從第一狀態運動至第二狀態。例如，如果過程控制閥為流量控制閥，則導向閥30可被用於使閥在開啟或第一狀態與關閉或第二狀態之間運動。第一供應氣入口 100可被稱作節流供應氣入口，而第二供應氣入口 102可被稱作速動供應氣入口。如在下面將更詳細地解釋的，選擇器旋鈕78可被用於選擇性地將供應氣引向第一供應氣入口 100和第二供應氣入口 102中的任何一個。供應氣入口 100和102兩者都被配置成在選擇器旋鈕78被旋轉以將供應氣引入到入口 100和102中的一個中時能將供應氣引入導向主體內部71。利用選擇器旋鈕78使導向閥30可選擇性地在速動模式和節流模式之間切換。對於在速動模式和節流模式之間的改變，不需要任何的連接變化或其它改進。所需要的是選擇器旋鈕78的旋轉。在節流模式中，供應氣被引向第一或節流供應氣入口 100，然而在速動模式中，供應氣被引導穿過第二或速動供應氣入口 102。節流供應氣入口 100會將供應氣弓I入節流室101中，而速動供應氣入口會將供應氣弓I入速動室103 中。本文所提到的節流模式指的是儲罐中液位的增加和減小導致從導向閥30至過程控制閥的輸出氣或輸出壓力成比例的增加或減小。由於輸出壓力的增加和減小是成比例的，因此過程控制閥可被運動至部分地開啟位置，並且可被定位在完全地開啟和完全地關閉位置之間的任何位置，以使離開容器的流率隨著輸出壓力的改變而改變。對於在本實施方式中所描述的用壓力來開啟過程控制閥，當儲罐中的液位增加至預選擇的最高液位時，在直接速動模式中從導向閥30的輸出壓力會突然增加，這將引起過程控制閥突然開啟。當儲罐中的液位到達所選擇的最低液位時，輸出壓力將被突然切斷。本文所描述的速動和節流模式被「直接地」連接，這意味著從導向閥的輸出氣壓力響應於液位的增加而增加。在這樣情況中的過程控制閥被設計成響應於輸出氣壓力而開啟。液位控制器可被配置成被「間接地」連接，在這種情況中，當液位減小時，從導向閥30的輸出壓力增加，並且當液位增加時，從導向閥的輸出壓力減小。這種情況中的過程控制閥被設計成作為輸出氣壓力的結果而閉合。導向塞106被布置在導向主體內部71中並且在導向主體內部71中可運動。導向塞106在其上端或第一端110處具有第一密封球或第一密封塞108，並且在其第二端或下端 114處具有可被稱作下密封球112的第二密封塞或下密封塞。密封塞108和112可被分別稱作第一密封元件108和第二密封元件112，並且通過導向塞杆116連接。可被稱作第一彈簧120的節流彈簧(throttle spring) 120被定位以接合第一塞 108。節流彈簧120具有第一端或上端122和第二端或下端124。第一彈簧板或下彈簧板126被按壓或以其它方式被固定在導向主體內部71中的彈簧套128中。可被稱作彈簧隔膜130的隔膜(diaphragm) 130被捕捉在下彈簧板1 的肩部132與彈簧套1 的上端134 之間，彈簧套1 還具有下端136。彈簧隔膜130也被捕捉在導向主體70的上部分74和中心主體部分72之間。彈簧隔膜130優選地由彈性體、聚四氟乙烯類材料(Teflon-type material)或其它可運動或彎曲的材料製成。下彈簧板1 界定彈簧腔138，在彈簧腔138中容納節流彈簧120的至少一部分。 彈簧腔138的上端140被節流彈簧120的上端122接合。節流彈簧120的下端IM接合第一密封塞108，並且在一方向上將力施加至第一密封塞108以朝著第一支座90推進第一塞 108且推進第一塞108進入與第一支座90的接合中，該方向為附圖中所示的實施方式中的向下的方向。可與下彈簧板1 整體地形成的推桿142包括豎向腿146。彈簧引導部148形成在下彈簧板1 上。彈簧隔膜板1 具有上端或第一端150和第二端或者下端152，第二端或者下端152也是推桿142的端。可被稱作第二彈簧IM的速動彈簧(snap spring) 154 被定位以接合下彈簧板126，並且被定位在構成導向主體內部71的一部分的速動彈簧腔 156中。速動彈簧腔156具有由蓋部分74界定的上端158。速動彈簧巧4具有上端160和下端162。上彈簧板164被運動地布置在導向主體內部71中，並且優選地在速動彈簧腔156 中。上彈簧板164在導向主體內部71中是可滑動的，並且可從圖4-8中所示的其位置向下運動來縮短速動彈簧巧4的長度，並因此增大由速動彈簧巧4施加在下彈簧板1 上的力， 如本文所描述的，下彈簧板126在導向閥30處於速動模式中時將力施加至導向塞106。上彈簧板164能夠從附圖中所示的位置向上運動來減小施加的力。調節構件166可被插入穿過蓋部分74，並且被運動從而向下推動上彈簧板164來增加由速動彈簧巧4施加的力或者向上運動上彈簧板164來伸長彈簧154，並從而減小所施加的力。上彈簧板164可抵著速動彈簧腔156的上端158而被定位，這將導致最小力的施加，或者可被向下調節所期望的量， 直到最大的所期望的力被速動彈簧1 施加。正如將被更詳細描述的，因為由速動彈簧1 所施加的力是可調節的，所以通過運動調節構件166以運動上彈簧板164能夠調節為了促使導向閥106將過程控制閥從第一狀態運動至第二狀態而所需的力的大小。在一個實施方式中，調節構件166可以是穿過蓋部分174的調節螺釘166，並且可旋轉以使上彈簧板164 運動。當推桿142與上密封球108接合時，速動彈簧巧4將沿一方向將力施加到上密封球108，以朝著第一支座90推進密封球108且將密封球108推入與第一支座90的接合中。 因此，當導向閥處於如圖5和圖6所示的速動模式中時，被施加至導向塞106的力因此是速動彈簧巧4和節流彈簧120的組合力，並且可被稱作第一彈簧120和第二彈簧154的彈簧可被視作用於朝著第一支座90推進密封球108且將密封球108推進與第一支座90的接合中的偏置裝置。在如圖7和圖8所示的節流模式中，只有第一彈簧120作用在第一密封球 108上，並且由速動彈簧巧4施加的力被來自節流供應入口 100的作用在彈簧隔膜130上的供應氣壓力所抵消，該供應氣壓力使彈簧隔膜130向上彎曲致使推桿142脫離第一密封球 108。由於施加至導向塞的力會根據導向操作所處的模式而改變，因此偏置裝置可被稱作可變力的偏置裝置。由於在速動模式中所施加的力的大小可通過調節螺釘166的旋轉而被調節，因此偏置裝置也可被稱作可調節的偏置裝置。當導向閥30處於速動模式中並且供應氣被輸送穿過第二供應入口 102時，偏置裝置施加足夠的力來維持第一密封球108與第一支座90接合。在節流模式中，流過第一供應入口 100的供應氣將作用在彈簧隔膜130上，並且將抵消由偏置裝置施加的力的至少一部分。優選地，流過第一供應入口 100的供應氣將作用在彈簧隔膜130上來完全地抵消由速動彈簧154施加的力。導向閥在速動模式中是雙穩定的， 意味著當導向塞被定位來阻止供應氣流過氣體出口時導向塞是穩定的，並且當導向塞被定位來允許全流量(full flow)的供應氣穿過導向閥時是穩定的。導向塞106將在完全地開啟或完全地關閉位置之間瞬時地運動，並且在中間的任意位置處是不穩定的。第二支座或下支座170被界定在可運動地布置在導向主體內部71中的致動器172 上。致動器172具有第一端或上端174和第二端或下端176。致動器172通過包括第一或上致動器隔膜178和第二或下隔膜180的一對致動器隔膜177安裝至導向主體70。隔膜 178和180優選地由彈性體、或聚四氟乙烯類材料、或其它可運動或彎曲的材料製成，以使致動器172在導向主體內部71中可運動。如從附圖顯然的，下端176延伸穿過導向主體70 以使其可被切向臂50接合。致動器172可包括含有上部分182的三件式致動器，上部分182可被壓入致動器主體部分184中或以其它方式固定到致動器主體部分184，致動器主體部分184繼而可被壓入致動器套186中或以其它方式固定到致動器套186。下致動器隔膜180被捕捉在致動器套186和致動器主體部分184之間，同時上致動器隔膜178被捕捉在主體部分184和致動器172的上部分182之間。大體上地環形槽188通過下部分或基部部分76和導向主體70 的中心主體部分72界定。間隔物190被定位在槽188中並且將上致動器隔膜178和下致動器隔膜180保持在適當的位置。間隔物190具有貫穿其的多個開口 192，以使導向主體內部71與穿過其的第二供應氣入口 102連通。供應氣穿過開口 191與致動器172相連通。圖9為橫截面圖，其顯示出穿過導向主體70的供應通路194和排氣通路196。外殼35可被配置以使供應氣從外殼35中的通道195被提供至供應通路194。通道195將從可被定位在外殼35的上表面上的供應入口接收供應氣，以使氣體管道能被連接到那。開口 199用於連接到壓力表。氣體通過排氣通路196被排出至通道197中，以使氣體可通過外殼 35的側面被排出。如圖10和圖11所示，開關板槽198和200被界定在開關板78的內表面201上。 圖10和圖11為開關板78的一部分被切除以示出槽198和200的視圖。箭頭203可被刻印或以其它方式被施加至開關板78的外表面79。槽200在其端部具有開口 202和204，同時槽198在其端部具有開口 206和208。當開關板78被旋轉至所示實施方式中的速動模式(圖10)時，被供應至供應通路 194的氣體流入開口 202並且被輸送穿過槽200和開口 204進入速動供應入口 102中。排氣通路196與開口 208連通並因而通過槽198和開口 206與節流供應入口 100連通。在節流模式中，旋鈕被旋轉至圖11所示的位置，以使開口 204與供應通路194連通，供應通路 194通過槽200將供應氣送入開口 202和節流供應入口 100中。在節流模式中，開口 206與排氣通路196連通，排氣通路196通過槽198和開口 208與速動供應氣入口 102連通。當開關板78被旋轉以使導向閥處於節流模式中時，供應氣流過第一氣體供應入口 100進入導向主體內部71。流過節流供應入口 100的供應氣將具有足夠的壓力來使彈簧隔膜130輕微變形，以便其抵消由速動彈簧154作用在推桿142上的向下的力。節流彈簧120將繼續施加向下的力給上塞108，並且因此施加至導向塞106。除了在導向閥30處於節流模式中時所施加的供應氣壓力之外，不需要任何其它的機械力或操作來抵消由速動彈簧154施加的力。因此，當導向閥30處於節流模式中時，隨著供應氣進入穿過節流供應氣入口 100，推桿142的下端152將與上密封球108間隔開。連接杆48將連接到切向臂50 上的在樞軸點52的右側或前側的連接點62中的一個。圖7示出節流模式中的導向閥30的部件當在平衡浮子25上沒有液體或當接觸平衡浮子25的液體不足以使平衡浮子25充分地運動以向上運動致動器172時的相對位置。 隨著儲罐15中的液位上升，當液體達到預先選擇的水平時，平衡浮子25將開始運動。隨著平衡浮子25向上運動，連接杆48將因擺動臂46的樞轉運動而開始向下運動，這將在下面更詳細地被解釋。切向臂50將圍繞樞軸點52而在樞軸上旋轉，以使切向臂50的左側或後側將向上運動，並將接合致動器172的下端176。隨著液位繼續升高，被施加至致動器172 的力將引起致動器172向上運動直到第二支座170將接合下塞112。隨著液位在儲罐15中繼續增加，與下密封塞112接合的第二支座170將向上推動導向塞106，以使上塞108和第一支座90之間具有空隙，如圖8中所描繪的。供應氣於是能夠開始從第一供應氣入口 100流過通道98進入並且穿過與儲罐15上的過程控制閥連通的氣體出口 104。從氣體出口 104的輸出氣將在這樣的壓力下以引起壓力操作的過程控制閥開啟，以使儲罐15中的液體將開始因此排放。隨著儲罐15中的液位繼續增加，上塞108和第一支座90之間的空隙將增加，並且更多的輸出氣壓力被提供至過程控制閥。因此，在節流模式中，輸出氣被與液位增加成比例地供應，並且儲罐15上的過程控制閥將根據被輸送至其的輸出氣的量而逐漸地開啟，並可從完全地關閉運動至完全地開啟或被定位在其間。 供應氣還將通過引起隔膜130向上彎曲來繼續抵消由速動彈簧154施加的向下的力。一旦進入儲罐15的液體的量開始減慢以致通過過程控制閥放出的液體量超過流入儲罐15中的液體量，則液位平衡浮子25將下落，這會引起致動器172相應地下落。隨著致動器172下落，第一塞108將最終接合第一支座90，並且致動器172將運動返回至圖7所示的位置。導向主體內部71中的氣體將通過第二支座170和第二密封球112之間的空隙被排出，並且穿過第二供應氣入口 102進入排氣通路196中。氣體被送入排氣出口 197並穿過外殼35被排出至大氣。在速動模式中，連接杆48被定位以使其被連接至在樞軸點52的左側或後側的連接點60中的一個。當儲罐15中的液位使得其沒有充分地接觸平衡浮子25以使平衡浮子 25從靜止位置向上運動時，導向閥30的部件的位置將如圖5所示。當液位升高致使平衡浮子25開始向上運動時，擺動臂46的繞樞軸旋轉動作將引起連接杆48向下運動，這將在樞軸點52的左側上向下拉動切向臂50。隨著儲罐15中的液位升高，致動器172將與切向臂 50向下運動。在速動模式中，供應氣通過第二供應氣入口 102被供應。壓力因此被施加至下致動器隔膜180和上致動器隔膜178。因為下致動器隔膜180具有較大的表面面積，所以較大的力被施加至下致動器隔膜180。液位將最終增加，以使致動器172向下運動，並且在下支座170和下塞112之間產生空隙或通路，從而使供應氣流入致動器172中並且向上地穿過致動器172。在這發生之後立刻地或幾乎立刻地，因為致動器172將由於被施加至下致動器隔膜180和上致動器隔膜178的頂部表面的力而向下速動，所以支座170和第二塞 112之間的空隙將增大。支座170和下塞112之間的開口將允許全流量的供應氣流過。優選地，流速為足以在支座170脫離下塞112之後能幾乎立刻地完全開啟過程控制閥的速率。 換句話說，在輸出口 104中氣體通過的速率將基本上與氣體流入供應入口 102的速率相同。當儲罐15中的流體開始減少，連接臂48將隨著平衡浮子25下落而上升。連接杆臂48將使切向臂52運動以與致動器172接合。隨著液位繼續降低，致動器172將最終升高致使其再次接合塞112。那時，從速動供應入口 102至氣體出口 104的供應氣被切斷，但由於輸出氣沒有被排出，因而輸出氣壓力仍然被施加至過程控制閥。因此過程控制閥將不會改變狀態。換句話說，過程控制閥將仍不會從開啟狀態運動至關閉狀態。隨著液位繼續降低，增加的力將由平衡浮子25通過擺動臂46和連接杆48而施加，直到在第一支座90和第一密封球108之間產生空隙，致使氣體可通過通路196被排出。之後立刻地或幾乎立刻地，過程控制閥將完全關閉，致使沒有液體能夠通過過程控制閥逸出。在速動模式中，沒有供應氣通過第一供應氣入口 100被送入導向主體內部71中。由此，速動彈簧154和節流彈簧120將施加向下的力至導向塞106。速動彈簧154向下推動推桿142，推桿142與第一塞 108接合從而施加向下的力至導向塞106。當導向閥30處於圖5中所示的位置即速動模式時，上塞108將保持與第一支座90完全接合，其中輸出氣壓力從速動供應氣入口 102穿過氣體出口 104被供應至過程控制閥。無論在節流模式還是速動模式中，當液位降落至最小的預期水平時，氣體被排出到大氣中，在此時導向閥的部件運動以使至輸出氣出口 104的供應氣被阻擋並且氣壓被排出。正如本文所提供的，在速動模式中由速動彈簧154施加至導向塞106的向下的力是可調節的。因此，必須由致動器172施加至導向塞106以使上密封球108運動從而遠離上支座90的向上的力的大小是可調節的。因此，使過程控制閥在第一或開啟狀態與第二或關閉狀態之間運動所需要的向上的力的大小是可調節的。當上彈簧板164被定位在速動彈簧腔156的最上端158處時，由速動彈簧154施加的力是最小的。由速動彈簧154施加的力可通過旋轉調節螺釘166以引起上彈簧板164在速動彈簧腔156中運動而被調節。彈簧板164的向下的運動將壓縮或縮短速動彈簧154的長度，因此增大被施加至下彈簧板126 和導向塞106的力，並且彈簧板159的向上的運動將減小這種力。現在參考圖1和圖2，擺動臂46具有被連接至平衡浮子25的第一端210並具有第二端212。第二端212可以是擴大直徑的端213。擴大的直徑213可被稱作樞軸環213並且可具有被界定於其中的凹槽214。樞軸杆216具有第一端218和第二端220。第一端218 可界定樞軸點219。樞軸點219在第一端218處被容納在凹槽214中。一般可為U形蓋板 221的蓋板221具有前壁222，前壁222中帶有沉孔224。樞軸杆216的第二端220被容納在沉孔224中。如圖2中所示意地描繪的，安裝件230可被用於將外殼35安裝至儲罐15。 安裝件230可通過本領域中已知的裝置被附接至外殼35。正如已知的，安裝件230可被穿入容器，容器將具有帶螺紋的開口以容納安裝件230。安裝件230具有開口 232，擺動臂46 通過開口 232而被容納，並且具有帶螺紋的內部234，連接件(connector) 236被擰入帶螺紋的內部234中。連接件236具有通道238，擺動臂46穿過通道238。樞軸環213具有外徑241並且被緊緊的容納在擺動臂外殼242中。樞軸杆216被定位在擺動臂外殼242中，擺動臂外殼242具有第一端244和第二端246，並具有外徑248 和樞軸杆216穿過的內徑250。樞軸環213被定位在擺動臂外殼242中，以使擺動臂46的第二端212的運動引起擺動臂外殼242的第一端244的運動。捆或線纜夾(bale or wireclip) 251被附接至擺動臂外殼242並被附接至拉杆(tension rod) 252。拉伸板254可被附接到後板42上並且拉杆252可穿過其延伸。拉伸彈簧256可被定位在拉伸板254和在拉杆252上可旋轉的調節旋鈕259之間。鎖緊螺母258被擰在拉杆252的端部上。調節旋鈕259的旋轉可調節使擺動臂外殼242運動所需的力的大小。在速動模式的操作中，連接杆48被附接至在樞軸點52的左側的連接點60中的一個。隨著儲罐15中的液體在平衡浮子25上向上運動，擺動臂46的第一端210將向上運動， 並且擺動臂46將繞樞軸點219樞軸旋轉。作為樞軸旋轉運動的結果，擺動臂外殼242的第一端244將向上運動並且擺動臂外殼242的第二端246將向下運動。因為連接杆48被附接在或鄰近擺動臂外殼242的第二端246，所以連接杆48將隨著平衡浮子25向上運動而向下運動。擺動臂46和擺動臂外殼242因此包括用於將平衡浮子25連接至連接杆48並且用於將液位變化向致動器172傳遞的連接臂。隨著液體上升，在樞軸點52左側的切向臂 50將向下運動以允許致動器172向下運動，並且導向閥30將以如在上文中所描述的速動模式操作。當最大的預期的水平被到達時，致動器172將從下密封球112處離開，並且速動供應氣將在其間流過並且穿過輸出氣出口 106。輸出氣將開啟過程控制閥。拉伸彈簧256 可被用來調節導向閥30將速動上(snap on)或運動過程控制閥至開啟狀態所處於的液位。 例如，調節旋鈕259可被旋轉來壓縮拉伸彈簧256並且增加在擺動臂外殼242的端部246 上的向下拉力，或者能夠被旋轉來增加彈簧256的長度並減小在擺動臂外殼242的第二端部246上的向下拉力。當更大向下的拉力通過拉伸彈簧256施加時，需要來自平衡浮子25 的較小的力，因此導向閥30將速動開啟所處於的液位比施加較小拉力時低。因而拉伸彈簧 256 是起平衡作用的彈簧(counterbalance spring) 256。當液位開始降落時，擺動臂外殼242的第二端246為連接臂的第二端，將向上樞軸旋轉。第二端246將向上運動，同樣連接杆48將向上運動，這將使切向臂50向上運動以與致動器172接合。當致動器172且特別是當下支座170接合下密封球112時，由於下支座 170和下密封球112之間的通路被關閉，所以被輸送通過第二供應入口 102的供應氣將被切斷。然而，輸出氣壓力將繼續被施加至過程控制閥。因此，過程控制閥將不會在那個時候改變狀態，例如從第一或開啟狀態至關閉狀態。隨著液位繼續下降，增加的力將由平衡浮子 25，通過擺動臂48和擺動臂外殼242以及連接杆48被施加至切向臂50。該力將被傳遞至致動器172，並最終將足以向上運動致動器172，以使上密封球108將脫離上支座90。輸出氣將通過其間的空隙排出，從而排出輸出氣壓力，並允許過程控制閥從第一狀態或開啟狀態運動至關閉狀態。當速動彈簧154通過將上彈簧板164定位在速動彈簧腔156的上端158被調節以將最小的力施加到導向塞106時，在最大液位和最低液位之間的液位變化將是最小的液位變化。當彈簧154被調節以將最大的力施加至導向塞106時，液位變化將增大，因為需要由平衡浮子隨著液位降落而施加的更大的力來使致動器172運動，以便第一密封球108脫離第一支座90從而使過程控制閥運動返回至第二或關閉狀態。因此，導向閥30是可調節的導向閥，其在速動模式中實現一定範圍的液位變化。 當上彈簧板164在其最高位置時，彈簧154施加最小的力至下彈簧板126，下彈簧板126轉而施加最小的力至導向塞106。隨著液位降低，切向臂50將接合致動器172，並將施加向上的力給致動器172，致動器172將通過下密封球112接合導向塞106並作用在導向塞106上。向上的力隨著液位下降而增加，直到向上的力克服由速動彈簧154施加的向下的力而使上密封球108運動脫離上支座90。通過其間的空隙使輸出氣壓力排出，致使沒有輸出氣壓力被施加至過程控制閥，過程控制閥將運動至第二或關閉狀態。當在含水的儲罐中使用具有大約30盎司重量的平衡浮子時，當最小的力被施加時液位改變可以是例如大約4. 5英寸。如果期望更大的液位改變，則調節螺釘166可被旋轉以縮短速動彈簧154，這將增加施加至導向塞106的力。結果，較大的外力必須被施加至致動器172以使上支座90的上密封球108運動。隨著液位降低，平衡浮子將最終施加足夠的力至切向臂40上的連接臂48， 如本文所描述的，切向臂40向上運動致動器172，直到導向閥30停止施加輸出氣壓力至過程控制閥以使過程控制閥關閉。使用以上所述的平衡浮子和流體，最大的液位改變可以是例如9英寸。上彈簧板164可被定位以實現在最大或最小或其間的任意位置的液位改變。 因此，對速動彈簧154的調節實現了允許導向閥在一定範圍或跨度的液位變化內操作的調節，同時拉伸彈簧256允許過程控制閥開啟所處於的液位被輕微地調節。因此，導向閥30可被描述成是可調節的導向閥，其實現對於為開啟其中的通路所需的外力的調節。當輸出氣通過導向閥被供應至過程控制閥時，過程控制閥將保持在其第一狀態中。排出輸出氣壓力所需的相反力是可調節的，因為通過速動彈簧154所施加的保持上密封球108和上支座90之間的通路被關閉的力是可調節的。當使用液位控制器10時， 力是平衡浮子25的垂直位移的結果，並且所施加的力通過擺動臂46、擺動臂外殼242、連接杆48和切向臂50被傳遞。因此，導向閥實現了對允許導向閥使過程控制閥從一個狀態運動至第二狀態例如開啟狀態至關閉狀態所需的外力的調節。因此，可以看出，本發明很好地適於實現目的並獲得以上所提到的目標和益處以及其中所固有的目標和益處。雖然為了本公開的目的而描述了本發明的某些優選的實施方式，但是本領域的技術人員可以在部件的結構和布置以及步驟的實施方面做出許多變化， 這些變化被包括在本發明的如由所附權利要求所限定的範圍和精神內。
1權利要求
1.一種導向組件，包括導向主體，其界定導向主體內部，並且界定第一供應氣入口和第二供應氣入口以及用於將輸出氣提供至過程控制閥的單一的輸出氣出口；開關，所述開關能在第一位置和第二位置之間運動，用於選擇性地使所述導向閥從第一模式切換至第二模式，其中在所述第一模式中供應氣被輸送至所述第一供應入口並且在所述第二模式中供應氣被輸送至所述第二供應入口 ；導向塞，其布置在所述導向主體內部中，所述導向塞包括上密封球和下密封球，所述上密封球能與所述導向主體內部中的上支座接合，且所述下密封球通過導向塞杆連接至所述上密封球；可運動的致動器，其至少部分地布置在所述導向主體內部中，並且界定能與所述下密封球接合的下支座，當所述導向閥處於所述第二模式且供應氣被引導通過所述輸出氣出口以將所述過程控制閥定位在第一狀態中時，所述上密封球與所述上支座接合併且所述下密封球脫離所述下支座以界定用於來自所述第二供應入口的供應氣的通路，其中所述致動器能向上運動以接合所述下密封球且關閉用於供應氣的所述通路，並且以使所述導向塞向上運動從而使所述上密封球脫離所述上支座，從而排出輸出氣並使所述過程控制閥運動至第二狀態；以及偏置裝置，其用於在朝著所述上支座的方向上將力施加至所述上密封球，其中所述偏置裝置是可調節的，使得能夠調節施加至所述導向塞的力的大小，從而調節必須由所述致動器施加以使所述上密封球從所述上支座脫離的相反力的大小。
2.如權利要求1所述的導向組件，還包括調節螺釘，所述調節螺釘延伸進入所述導向主體內部，所述偏置裝置包括布置在所述導向主體內部中用於將力施加至所述導向塞的速動彈簧，其中所述調節螺釘沿第一方向的旋轉增加由所述速動彈簧施加在所述導向塞上的力，並且所述調節螺釘沿第二方向的旋轉減小由所述速動彈簧施加在所述導向塞上的力。
3.如權利要求2所述的導向組件，還包括上彈簧板，所述上彈簧板能滑動地布置在所述導向主體內部中並且與所述速動彈簧的上端接合，其中所述調節螺釘接合所述上彈簧板。
4.如權利要求3所述的導向組件，還包括下彈簧板，所述下彈簧板布置在所述導向主體內部中，其中所述速動彈簧被定位在所述上彈簧板與所述下彈簧板之間，並且所述下彈簧板接合所述上密封球。
5.如權利要求1所述的導向組件，還包括切向臂，所述切向臂相對於所述致動器是可在樞軸上轉動的，其中所述切向臂將力施加給所述致動器以使所述致動器和所述導向塞向上運動，從而使所述上密封球從所述上支座脫離。
6.一種導向組件，包括導向主體，其界定導向主體內部；第一氣供應入口和第二氣供應入口以及單一的輸出氣出口，所述單一的輸出氣出口由所述導向主體界定，用於將氣體供應至過程控制閥；導向塞，其可運動地布置在所述導向塞主體中，所述導向塞包括由導向塞杆連接的下密封球和上密封球；致動器，其能在所述導向主體內部中運動，所述致動器界定能與所述下密封球接合的下支座；支座主體，其固定在所述導向主體內部中，所述支座主體界定能與所述上密封球接合的上支座；彈簧，其布置在所述導向主體內部中，用於在朝著所述上支座的方向上將可調節的力施加至所述上密封球；以及調節構件，其用於調節在所述導向主體內部中的所述彈簧的長度，以增加或減小由所述彈簧施加至所述導向塞的力的大小。
7.如權利要求6所述的導向組件，所述調節構件包括被擰入通過所述導向主體的調節螺釘。
8.如權利要求7所述的導向組件，還包括上彈簧板，所述上彈簧板能在所述導向主體中運動並且接觸所述彈簧的上端，其中所述調節螺釘的旋轉將使所述上彈簧板運動並且調節所述彈簧的長度。
9.如權利要求6所述的導向組件，還包括上彈簧板，其可滑動地布置在所述導向主體內部中；其中，所述調節構件將使所述上彈簧板在所述導向主體內部中運動，並且其中所述上彈簧板的運動將調節由所述彈簧施加至所述上密封球的力的大小。
10.如權利要求9所述的導向組件，還包括下彈簧板，所述下彈簧板可運動地布置在所述導向主體內部中，其中所述彈簧布置在所述上彈簧板與所述下彈簧板之間。
11.如權利要求6所述的導向組件，所述導向組件能選擇性地在第一模式和第二模式之間轉換，其中在所述第一模式中氣體被供應至所述第一入口，且在所述第二模式中氣體被供應至所述第二入口，並且其中由所述彈簧施加以用於將可調節的力施加至所述上密封球的力被來自所述第一入口的供應氣壓力抵消，以使在所述第一模式中不施加力。
12.如權利要求11所述的導向組件，其中，在所述第二模式中氣體被供應穿過所述第二供應入口，並且用於施加可調節的力的所述彈簧將可調節的力施加至所述上密封球。
13.一種導向閥組件，其用於將氣體供應至氣動地操作的過程控制閥，憑藉來自所述導向閥組件的輸出氣壓力的施加，所述過程控制閥能運動至第一狀態，所述導向閥組件包括導向主體，其界定導向主體內部、用於將速動供應氣輸送至所述導向主體內部的速動供應氣入口以及用於將輸出氣輸送至所述過程控制閥的輸出氣出口；可運動的導向塞，其包括上密封球、下密封球以及連接所述上密封球和所述下密封球的導向塞杆，所述上密封球與所述導向主體內部中的上支座是可接合的；可運動的致動器，其布置在所述導向主體內部中，所述可運動的致動器界定能與所述下密封球接合的下支座，所述下支座和所述下密封球在脫離時在其間界定通路，以用於允許供應氣流過所述速動供應氣入口從而流過所述導向主體內部至所述輸出氣出口，以便輸出氣壓力將使所述過程控制閥運動至所述過程控制閥的第一狀態，在將速動供應氣向所述輸出氣出口輸送時，所述上密封球與所述上支座接合；以及偏置構件，其用於將力施加至所述導向塞，以在將速動供應氣向所述輸出氣出口輸送時抵制所述上密封球運動離開所述上支座，其中由所述偏置構件施加的力是可調節的力。
14.如權利要求13所述的導向閥，還包括上彈簧板，所述上彈簧板可運動地布置在所述導向主體內部中，其中所述上彈簧板的運動調節由所述偏置構件施加至所述導向塞的力。
15.如權利要求14所述的導向閥，其中，所述偏置構件是具有上端和下端的彈簧，所述上彈簧板與所述彈簧的所述上端接觸。
16.如權利要求14所述的導向閥，還包括下彈簧板，所述下彈簧板布置在所述導向主體內部中，其中所述偏置構件包括定位在所述上彈簧板與所述下彈簧板之間的彈簧。
17.如權利要求16所述的導向組件，所述下彈簧板能與所述導向塞接合，其中當所述彈簧板與所述導向塞接合時，所述彈簧通過所述下彈簧板將力施加至所述導向塞。
18.如權利要求13所述的導向組件，其中，沿著與由所述偏置構件施加的力的方向相反的方向施加至所述致動器的相反力將使所述致動器運動，以便在所述相反力足以克服由所述可調節的偏置構件施加至所述導向塞的力時，引起所述下支座接合所述下密封球並且使所述上密封球從所述上支座脫離，並且其中，輸出氣將在所述上支座和所述上密封球之間排出，以使所述過程控制閥將從所述第一狀態運動至第二狀態。
19.如權利要求13所述的導向閥，其中，施加至所述致動器的力將使所述致動器朝著所述第二支座運動且與所述第二支座接合來關閉所述通路，並且將使所述導向塞向上運動從而使所述第一密封球從所述第一支座脫離，所述過程控制閥響應於所述上密封球和所述上支座的脫離而從所述第一狀態運動至所述第二狀態。
20.如權利要求13所述的導向組件，所述過程控制閥包括流量閥，所述流量閥能在允許流動的第一開啟狀態和阻止流動的第二關閉狀態之間切換。
21.一種導向閥，用於將輸出氣供應至過程控制閥，所述導向閥包括導向主體，其界定導向主體內部、供應氣入口和輸出氣出口 ；導向塞，其可運動地布置在所述導向主體內部中並且能與布置在所述導向主體內部中的第一支座和第二支座接合，所述導向塞與所述第一支座接合併且與所述第二支座間隔開以在其間界定通路，以使供應氣流過所述通路至所述輸出氣出口，並且輸出氣被供應至所述過程控制閥以使所述過程控制閥運動至第一狀態，其中力能被施加至所述導向塞以使所述導向塞運動而進入與所述第二支座的接合中，並使所述導向塞從所述第一支座脫離以排出輸出氣且使所述過程控制閥從所述第一狀態運動至第二狀態；偏置構件，其用於以朝著所述第一支座的方向將力施加至所述導向塞，以使所述導向塞保持處於與所述第一支座的接合中；其中，由所述偏置構件施加的力是可調節的，使得讓所述導向塞運動離開與所述第一支座的接合所需的相反力是可調節的。
22.如權利要求21所述的導向閥，所述偏置構件包括布置在所述導向主體內部中的彈簧。
23.如權利要求22所述的導向閥，還包括上彈簧板和下彈簧板，所述上彈簧板和下彈簧板可運動地布置在所述導向主體內部中，其中所述彈簧定位在所述第一可運動的彈簧板和所述第二可運動的彈簧板之間。
24.如權利要求21所述的導向閥，所述導向塞包括上密封球、下密封球以及連接所述上密封球和所述下密封球的導向塞杆，其中所述上密封球能與所述第一支座接合，並且所述下密封球能與所述第二支座接合。
25.如權利要求21所述的導向閥，還包括致動器，所述致動器至少部分地布置在所述導向主體內部中，所述第二支座界定在所述致動器上。
26.如權利要求25所述的導向閥，其中，施加至所述導向塞以使所述上密封球從所述第一支座脫離的相反力由所述致動器施加。
27.一種導向組件，包括導向主體，其界定導向主體內部，並且界定第一供應氣入口和第二供應氣入口以及用於將輸出氣供應至過程控制閥的單一的輸出氣出口；開關，所述開關能在第一位置和第二位置之間運動，用於選擇性地使所述導向閥從第一模式切換至第二模式，其中在所述第一模式中，供應氣被輸送至所述第一供應入口並且在所述第二模式中供應氣被輸送至所述第二供應入口；導向塞，其可運動地布置在所述導向主體內部中；以及偏置裝置，其用於沿第一方向將力施加至所述導向塞，其中所述偏置裝置是可調節的， 使得能夠調節施加至所述導向塞的力的大小。
28.如權利要求27所述的導向組件，還包括延伸進入所述導向主體內部中的調節螺釘，所述偏置裝置包括布置在所述導向主體內部中用於將力施加至所述導向塞的速動彈簧，其中所述調節螺釘沿第一方向的旋轉使所述導向塞上的力增加，並且所述調節螺釘沿第二方向的旋轉使所述導向塞上的力減小。
全文摘要
一種導向閥，可在速動模式和節流模式之間切換。導向閥將輸出氣供應至過程控制閥，並且具有可調節的偏置構件用於將可調節的力施加至導向主體內部中的導向塞。相反力被施加至導向塞以克服可調節的力和輸出氣。
文檔編號F16K31/34GK102224366SQ200980146981
公開日2011年10月19日 申請日期2009年9月2日 優先權日2008年9月25日
發明者凱文·格蘭特·金特裡 申請人:凱姆鐳公司