改進升壓和補償壓降直動式減壓閥的製作方法

2023-06-10 11:24:36

專利名稱：改進升壓和補償壓降直動式減壓閥的製作方法
技術領域：
本發明一般地涉及膜片式氣體減壓閥，更詳細地涉及一種氣體減壓閥，用於天然氣和液化石油氣(丙烷等)。
膜片式氣體減壓閥已為人們所熟知。在這種閥內，一閥盤和一配合閥座組合定位於一氣體通路的上遊和下遊中間，藉助改變閥的張開，即閥盤離開與之配合的閥座的距離，來控制下遊壓力和氣體的流動。氣體壓力和流量的調節是通過調整閥的張開實現，來保持下遊壓力，同時供應載荷要求的氣量。常用的、價廉的單級減壓閥含有一膜片。該膜片作為測量裝置和執動裝置，使作用在膜片一側的下遊壓力抗衡一反向的可調的減壓閥彈簧的力。該彈簧力使膜片和與之連接的推桿最初保持在一位置，使閥盤退回脫離閥座。當上遊壓力導入時，氣流通過閥座至閥盤，並進入閥的下遊一側。下遊的壓力反向地作用在膜片上，使膜片克服相反的減壓閥彈簧力。因此，移動推桿和閥盤至一更接近閥座的位置。按這樣的方式，減壓閥彈簧壓力的調節決定了下遊的控制壓力，那時，上述彈簧的壓力和下遊氣體壓力作用在膜片的力達到力的平衡。推桿機構提供了一機械優點，能使由非常低的下遊控制壓力促動的小膜片，關閉閥盤而壓向閥座上，而不理會將閥盤推開的比較高的上遊壓力。
所有單級減壓閥其氣流壓力特性，都出現所謂「壓降」現象。該壓降是由兩因素促使，一是膜片位移時上述調節彈簧由於長度的變化，使調節彈簧施加的力改變，另一因素是當膜片移動時上述膜片有效面積輕微的變化。這些影響還聯合流量增加時下遊控制壓力的減小。因此，壓力被稱為出現「壓降」。一種比較簡單、便宜和部分有效的方法是採用「速度升壓」，是採用稍微低些的壓力，而不是將受控的下遊壓力作用在膜片上。結果是造成較大的閥的張開和較大的氣體流量。速度升壓可由一皮托管完成，該皮托管被定位來控測位於閥的收縮斷面處的較低壓力，或者採用一升壓管，在與膜片連通的閥膜室內得到速度增加而壓力較低的氣流。也可考慮其他的技術，將上述腔室抽吸，使其實際壓力低於受控制的下遊壓力。
理想的是，在家用燃氣使用時，使下遊壓力維持在很低的壓力水平，大約是使用天然氣和液化石油氣的壓力分別是7和11英寸水柱(大約是18和28釐米水柱)，而進口或上遊壓力大約是60磅/英寸2(4.22kg/cm2)或以上。要求有良好的洩壓操作，防止在下遊系統出現潛在的超壓狀態，同時減少熄滅家用器具指示燈的煩惱，和減少潛在的危險。然而，氣體減壓閥，特別是用於民用的氣體減壓閥，要求採用簡單機械裝置作為折衷設計。例如在推桿機構固有的阻力和障礙或後衝，減低了調節器性能的固定性。如前面提到過，彈簧的影響和膜片的影響聯合使輸出氣體壓降。這壓降，在進口壓力一定或受限制的流量流過時，僅藉助於不精確的速度升壓技術來加予克服。固定的、機械的、有利的推桿機構對克服壓降無所作為。在許多現有技術的實例中，洩壓閥容納在一執動器外殼內，該外殼與容納有閥座的閥體是分開的，促使超壓的下遊氣體，在到達洩壓閥以進行排氣之前，流過受局限的通道。
根據本發明的氣體減壓閥克服了這些局限性，藉助於一個有特性曲線的凸輪推桿和一個孔管的聯合作用，上述孔管是一個閥座與一個整體的升壓管。上述有特性曲線的或有輪廓線的凸輪推桿有一凸輪面，該凸輪推桿由調壓彈簧和膜片直接操作，用於移動閥盤，沿著一直線以非線性的方式接觸或脫離閥座，而不受任何推桿機構的妨礙。該凸輪推桿，當要求閥盤壓緊閥座時，提供了高的機械優點，還表現低的機械優點來達到閥盤的快速的、非線性的張開，來機械地產生升壓效應和在所有流動情況下，保持所希望的下遊控制壓力。該孔管輔助調節的均勻性，藉助於觸發了升壓感生的流動，因為孔管的結構，確定了孔管端與閥出口之間的間距，該間距又控制了膜片空腔的吸氣作用，該膜片是減壓閥的下遊壓力測定元件。也允許膜片暴露在大容積的流體腔室，並與在凸輪推桿上的大面積洩壓閥座相連接，提供優良的超壓保護或洩壓性能。本發明的直動式減壓閥，適用於天然氣或液化石油氣的用途，只需簡單地更換已予先確定的可調的洩壓閥彈簧和減壓閥彈簧。
根據本發明，提供了一種可折的升壓端蓋，用於上述孔管。該升壓端蓋有開孔，其直徑明顯小於孔管的直徑，而其直徑明顯大於閥座的直徑，這樣提供了一受控制的升壓作用的設計。相應於閥座的尺寸，升壓端蓋製備了不同的尺寸，便於與孔管一齊使用，能使同一的閥設計有不同的操作特性，適合於不同的周圍條件。本發明也包括一個獨特的閥盤支架，用於在孔管內直線移動。為了有利於減小操作摩擦力，相互接觸的部件都由不同特性的塑料材料製作。
本發明的主要目的，是提供一種新式的氣體減壓閥。
本發明的另一目的，是提供一種低成本、性能好、直動式的單級氣體減壓閥，適用於廣泛的用途。
本發明還有一目的，是提供一種改進的氣體減壓閥。
下面，結合附圖介紹，可清楚地了解本發明的這些和其他目的及其優點。


圖1是根據本發明的減壓閥的剖面圖;
圖2是圖1中閥的膜片組合的平面圖;
圖3是沿圖2剖線3-3得到的剖面圖;
圖4是發明的減壓閥的特性曲線凸輪推桿、孔管、升壓端蓋和可直線移動的閥盤支架的局部放大剖面圖;
圖5是圖4裝置的頂視剖面圖;
圖6是圖4和5的裝置的部分切開立體圖;
圖7沿圖4剖線7-7得到的部分剖面圖;
圖8是圖5結構的側視圖，其中升壓端蓋已拆下;
圖9是本發明的升壓端蓋的前視圖;
圖10沿圖9剖線10-10得到的剖視圖。
參閱圖1，一個減壓閥10包括一個彈簧盒蓋12，該彈簧盒蓋12以常用方式裝配在減壓閥閥體或下盒蓋14上。例如，盒蓋沿其外圓邊緣包括有配合的凸緣，藉助於合適的螺紋緊固件和配合的螺紋孔緊固在一起。細節不作介紹。彈簧盒蓋12限定了上腔室16，而閥體14限定了大的下腔室18。隔開這兩腔室的是一個彈性的、一般環狀的膜片20，該膜片20附貼在一個大直徑的膜片頂蓋21。膜片20的圓形外邊緣是夾在彈簧盒蓋12和閥體14的凸緣之間。膜片20的內圈部分是由粘給劑等固定在膜片頂蓋21。膜片頂蓋21有一中心安置的垂直套圈19。本專業人士可意識到，膜片頂蓋21並非是實心的，而限定了凸起的帽部13，該凸起帽部13有多個大開孔13a(在圖中只看到其部分)，正常使用時與下腔室18是密封隔開的，是藉助於大面積的、一般杯形的洩壓閥座30，該洩壓閥座是凸輪推桿26的整體部分。凸起帽部13有三個等矩間隔的大支臂15和六個較小的支臂17，後者限定了一組開孔13b。當然，洩壓閥座也可以是簡單地附加在凸輪推桿26。凸輪推桿26包一柱形杆部28。可滑動地安裝在膜片頂蓋21的套圈19。可看到，柱形杆部28有D型的剖面，適配套圈19相同形狀開孔19a(見圖2)。藉助洩壓彈簧46施加壓力，用洩壓閥座30密封膜片20的底部，該洩壓彈簧46是夾持在膜片頂蓋21的套圈19和一固定裝置48之間。固定裝置48可包括一調節螺母，該螺母螺紋連接杆部28的螺紋端部。在最佳實例中，固定裝置48包括一個環狀金屬套圈，以其圓形開孔適配上述杆部28，在洩壓彈簧48予壓至所希壓力之後，將套圈夾緊使之在柱形杆部28的上部分定位。這種製作技術消除了許多製造公差，並提高產品性能的均勻性。洩壓彈簧16是這樣予壓的，在正常工作壓力下，膜片頂蓋21仍未相對凸輪推桿26移動，同時洩壓閥座30與膜片20的底部保持接觸。
當膜片和洩壓閥座接觸時，從閥體14至彈簧盒蓋12沒有流通通道。當超壓狀態產生時，膜片頂蓋21相對凸輪推桿26被向上推動，使膜片與洩壓閥座30之間的密封中斷，並且氣流從下腔室18圍繞洩壓閥座30，通過膜片頂蓋21的凸起帽部13內的開孔13a和13b，流至上腔室16。凸起帽部的設計，可使排放氣體快速流出，是通過凸起帽部13的邊緣內的開孔13b，輔助了通過其頂部內開孔13a的流動，後者多少受到調節彈簧36的阻擋。總之，洩壓性能是求助於凸起帽部的設計。
彈簧盒蓋12的上部由一蓋帽40封閉。一可調減壓閥彈簧36，被夾持在膜片頂蓋21和在一可垂直移動的調節螺母38的底部形成的上彈簧座39之間，該調節螺母38可轉動，來增加或減少減壓閥彈簧36作用在膜片頂蓋21上的壓力。蓋帽40含有一向下延伸的擋條42，來限制凸輪推桿26向上的運動，並在閥機構出現災難性失效時，強迫減壓閥進行洩壓。上述災難性失效，或者是中止用氣時不能關閉減壓閥，或者按正常洩壓操作仍不能洩掉超壓。彈簧盒蓋12也限定了一洩壓口44，藉助該洩壓口44上腔室16與外部連通。
減壓閥閥體14含有一進口22和一出口24，可螺紋連接地將減壓閥連接至一管道(未圖示)，該管道內有氣體流動。進口22和出口24如圖所示希望兩者軸向對準定位，為管道中氣體提供一條比較直的通道。凸輪推桿26終止於一桿端32，該杆端32有一前凸輪輪廓或表面33，並有相同曲線的後凸輪輪廓或表面34。杆端32延伸通過在圓柱形孔管50上的一般長方形的開口53a和53b，該孔管50的長度延伸通過進口22和出口24之間距離的主要部分。孔管50被固定在閥體14，藉助0型環54與進口22的內壁面氣密密封，並有傾斜部分51提供一入口通道，形成有一圓形閥座52。孔管50也有一升壓端蓋80，對通過的氣體提供一速度升壓作用，藉助由於流速對腔室的抽吸作用，來產生在膜片20的底部比出口24處存在稍微低的壓力。一閥盤60由一閥盤支架58所運載，該閥盤支架58響應凸輪推桿26在垂直角度所作的垂直運動，可水平地移動。這是由閥盤支架58上凸輪隨動表面62和63所完成，該閥盤支架58接觸杆端32處的前凸輪表面33。可參閱其他附圖看到，閥盤支架58被限制在孔管50內作直線軸向移動，這是藉助於在孔管50內的一對溝槽，其中一個溝槽70在圖1中可部分看到。推力彈簧64接觸杆端32的後凸輪表面34，為閥操作出現的滯後作用進行補償。升壓端蓋80可拆地固定在孔管50的端部，是藉助於多個爪子84和84a，將在後面進行解釋。開孔82提供在升壓端蓋80的背部，藉助於對下腔室18的抽吸作用，來改進升壓作用。
值得注意的是，膜片20的底部與存在於進口22和出口24之間的流通通道，基本是直接連通。這樣的安排，並結合在凸輪推桿26上的大的洩壓閥座30，在如上述出口壓力或下遊壓力突然增加的情況下，能快速地和有效地將高壓洩放。也應注意的是，凸輪推桿26的垂直運動是直接轉換為閥盤60相應於閥座52的直線水平移動。這兒沒有連杆機構，即槓桿或樞軸，產生摩擦損失或運用機械的動作。根據本發明的構造，以簡單、低成本的直動式減壓閥，達到嚴密控制出口壓力和流量，並具有良好的壓力洩放。
在圖2和圖3中，以俯視和剖視顯示了膜片20和膜片頂蓋21。尤其是，可更清楚地看到在凸起帽部13內的開孔13a和開孔13b。模製的膜片頂蓋含有一組凸起的表面21a，起加強的作用。膜片20含有一組等距間隔的圓孔20a，便於膜片在上、下閥殼之間安裝。套圈19內的D型開孔19a，配合推桿26上部分柱形杆部28的相同D型斷面，為凸輪推桿26和閥的螺釘孔分布圓之間提供定向，使安裝簡化。
參閱圖4至10，圖中顯示了本發明裝置的更詳細的構造。在放大圖4中，閥盤支架58的剖面清楚地顯示了閥盤60，它最好由彈性材料例如合成橡膠製作，並保持在閥盤支架58的前端面一合適的凹坑內。閥盤支架58有一圓柱形前端部分和一扁的鑽石型主體部分，並有一切空部分，限定了一對平行的內壁側面72和74，一後壁面76，和由凸輪隨動面62和63限定的前壁面。後壁面76有推力彈簧64，由超聲波焊接等加於固定。推力彈簧64彈性地接觸凸輪推桿26的杆端32處的後凸輪輪廓表面34。閥盤支架58有一對平行的凸片或翼片57和57A，它們與在孔管50內表面沿直徑方向平行地和相對地安置的一對開槽68和70相配合，限制閥盤支架58在孔管50內作直線軸向移動。第一和第二安裝耳在孔管50的前端部分形成，並含有安裝孔55a，用於將孔管50在減壓閥下盒蓋14內牢固地安裝。在孔管50的後部的加大部分65上，形成有一環形溝槽67，用於與爪子84配合，將升壓端蓋80牢固地定位。
如圖顯示，凸輪隨動面62和63是平的，並相互呈角度安置。該凸輪隨動面與凸輪推桿26的凸輪輪廓33配合，來推動閥盤支架58，由此控制在閥座52和閥盤60之間的流通開口。凸輪輪廓33的曲線和凸輪隨動表62和63，提供大約4∶1的力，有利於需要時緊密地關閉閥盤，其斜度大約是2∶1，有利於流動時調節的穩定性和調節的能力。
特別是參閱圖9和10，根據本發明製作的一升壓端蓋80，圖9顯示其俯視，圖10顯示其剖面圖。端蓋80是一般的杯形，含有一組終斷於掛鈎部分85的爪子84，圍繞有開孔82的底部83呈圓圈地伸出。沿著爪子84的外表面延伸的長方形筋，是用作加強用途。另一個爪子84a是離升壓端蓋80的外徑向裡安置，並終斷於一掛鈎部分86，該掛鈎部分86離爪子84的掛鈎部分85向裡錯開。掛鈎部分86的前面或朝前面形成一表面88，其在使用時頂靠著凸輪推桿26的下部分的後表面。在圖4中可清楚看到，顯示爪子84a到位，以其掛鈎部分86接觸在孔管50的長方形開口53b的後壁面。掛鈎部分85都用來嚙合孔管50的主體部分的後部的環狀溝槽67(圖5看得最清楚)。
圖8是側視圖(端蓋80已拆去)清地顯示閥盤支架58的平行翼片57和57a大小不同，可使閥盤支架58按正確指向適配於孔管50內。這特點使機構能快速安裝，但並不視為是以任何方式限制本發明的限制因素。
回到圖4中，孔管50的上開口53a的後壁面是傾斜的。這允許凸輪推桿26插入已裝上升壓端蓋80的孔管50。此外，如上面提到，爪子84a的掛鈎部分86上的表面88，如上面提到過，在上遊壓力和下遊用氣變化使調節作用改變，造成障礙或機械後衝難題，該難題可由本發明的結構所解決，是藉助於在凸輪推桿26的杆端32處提供相同曲線的後凸輪輪廓面34。推力彈簧64架在凸輪輪廓面34，並連續推壓凸輪表面33，接觸凸輪隨動面62和63中之一表面。這可減小上述障礙作用，並使減壓閥在用氣過程和進口壓力變化時，有始終如一的穩定的性能。
減壓閥最好由質輕但堅固的材料製作，並保持低成本的設計。上述凸輪推桿、孔管和閥盤支架，可由自潤滑良好的工程塑料等材料製作，提供輕、堅固和低摩擦的部件。在前面略述過，相互壓力下移動的部件，是由不同材料製作。這樣，閥盤支架50和升壓端蓋80一樣是尼龍製成，該閥盤支架50為孔管50和凸輪推桿26提供支承表面，而孔管50和凸輪推桿26是由縮醛塑料製成的。因此，翼片57和57a易架設在孔管50的開槽70和68內，並且凸輪推桿26推壓閥盤支架58的凸輪表面62和63，以及爪子84a的表面88可輕易地滑動。
膜片可由任何為此目的而採用的已知彈性材料所製作。凸輪推桿和洩壓閥座最好是模製成單件。同樣地，閥座可以是分開的加入件或作為孔管的一部分整體地形成。顯而易見，對本行業專業人員來說，可改變閥座52閥孔的直徑，也改變凸輪表面的構造，以及改變升壓端蓋80內開孔82的大小，使製造廠家提供成本低的單級氣體減壓閥，符合廣泛的環境和使用的條件。在實踐中，是成對地更改閥座孔和升壓端蓋孔的尺寸，來滿足特定的使用性能。正如已知，更小的升壓端蓋的孔，會有更多的氣體經過孔管的長方形開口53a和53b轉移至下腔室，並使升壓作用減小，尤其在較高流量時。
已意識到，已述發明的各種變型，對本行業專業人員來說是顯而易見的，這些變型並未脫離本發明的精神和範圍。本發明只受限制於權利要求書所限定的範圍。
權利要求
1.一種有一個進口和一個出口的壓降補償減壓閥，包括有膜片裝置；往上述膜片裝置一側施加調節力的裝置；連接上述進口的裝置，包括一閥座和一可動的閥盤裝置，該閥盤裝置可沿直線移動，接觸和脫離上述閥座；連接至上述膜片裝置的推桿裝置，並有凸輪輪廓，用於響應上述膜片裝置的移動，來調節上述閥盤裝置相對於上述閥座的位置；有一孔管支承上述閥座，並含有升壓裝置連通上述出口，用於往上述膜片裝置的另一側施加壓力；上述升壓裝置包括一在上述孔管上的端蓋，限定了一比上述孔管小的開口。
2.根據權利要求1所述的減壓閥，其特徵在於，上述孔管包括一環狀溝槽，並且上述端蓋包括一組向前安置的爪子，可在上述溝槽內嚙合，用於將上述端蓋固定至上述孔管上。
3.根據權利要求1所述的減壓閥，其特徵在於，上述孔管包括一對縱向的內溝槽，並且上述閥盤裝置包括一對縱向翼片，用於在上述溝槽內滑動嚙合，上述閥盤裝置、上述孔管和上述推桿裝置，由不同材料製成，為了減小摩擦阻力。
4.根據權利要求3所述的減壓閥，其特徵在於，上述孔管包括一對長方形切口，通過該切口上述推桿延伸通過，並且在上述端蓋上上述爪子中的一個有一掛鈎部分，與上述切口中的一個可進行嚙合，並形成一用於上述凸輪推桿裝置的導向面。
5.一種壓降補償氣體減壓閥，包括有一彈簧盒蓋和一下盒蓋;一膜片，插入上述彈簧盒蓋和上述下盒蓋之間;可調彈簧裝置，位於上述彈簧盒蓋內，用於在上述膜片一側加壓;連接至上述膜片的一推桿，延伸進入上述下盒蓋內，並有一非直線的凸輪輪廓;在上述下盒蓋內有軸向對準的一進口和一出口;一閥座，定位於上述進口內;一閥盤支持架，包括有支承裝置;一閥盤，由上述閥盤支架所運載;一孔管，與上述閥盤支架上的上述支承裝置配合，用於支承上述閥盤支架作直線移動，使上述閥盤移動，接觸或脫離上述閥座，上述閥盤支架的斷面面積顯著小於上述孔管的斷面面積，使氣流可流過;用於將上述推桿上的上述凸輪輪廓直接地連接至上述閥盤支架的裝置;一端蓋，可拆地安裝在上述孔管的端部，上述端蓋包括一開孔，用於限制通過上述孔管的氣流;
6.一種有一進口和一出口的壓降補償減壓閥，包括有膜片裝置;往上述膜片裝置一側施加調節力的裝置;連接至上述進口的閥裝置，包括一孔管、一閥座和一可動閥盤裝置，該閥盤裝置可移動與上述閥座接觸和脫離;連接至上述膜片裝置的推桿裝置，有一凸輪輪廓，用於響應上述膜片裝置移動，以非線性速度來調節上述閥盤裝置相對於上述閥座的位置;上述孔管支承上述閥座，並包括有導向裝置，上述可動閥盤裝置包括一閥盤支架，該閥盤支架有一凸輪隨動表面接觸上述凸輪輪廓面，還有一閥盤，而上述導向裝置配合上述閥盤支架，限制上述閥盤支架的移動，沿著上述孔管的軸線作直線運動;洩壓裝置，與上述孔管直接流通連接;在上述孔管端部的升壓裝置，連通上述出口，用於往上述膜片裝置的另一側施加壓力;推力裝置，用於保持上述凸輪輪廓接觸上述凸輪隨動面;一可拆端蓋，附加至上述孔管的上述端部，上述端蓋有一開孔，用於限制通過上述孔管的氣流;
7.根據權利要求6所述的減壓閥，其特徵在於，上述導向裝置包括一對在上述孔管內的沿直徑方向相對的大小不同的溝槽，上述閥盤支架有一對縱向延伸大小不同的翼片，用於與上述溝槽各自配合。
8.根據權利要求6所述的減壓閥，其特徵在於，上述端蓋有一組爪子，用來增強上述孔管，上述爪子其中一個提供有一後導向面，用於上述推桿裝置。
9.根據權利要求8所述的減壓閥，其特徵在於，上述推桿裝置和上述孔管由一種材料製作，而上述閥盤支架和上述端蓋由另一種材料製作，以減小摩擦力。
全文摘要
一種自行壓降補償的減壓閥，包括彈簧盒蓋和下盒蓋，兩盒蓋夾著一膜片。下盒蓋有軸向對準的進口和出口。裝有一體的凸輪推桿和洩壓閥座，與膜片一齊移動，並有第一凸輪表面直接接觸可動的閥盤支架。閥盤支架在支承閥座的一孔管內可直線移動。上述凸輪表面使上述閥盤支架以非線性速度相對上述閥座運動。上述孔管有一可拆的升壓端蓋，為上述膜片提供升壓作用。上述升壓端蓋有一組有掛鈎的爪子，將端蓋固定在上述孔管的端部。
文檔編號G05D16/06GK1047374SQ9010358
公開日1990年11月28日 申請日期1990年5月14日 優先權日1989年5月15日
發明者馬克·厄比·胡德, 唐納德·杜安·萊斯 申請人:費希爾控制國際有限公司