具有压力平衡器的承压服务调节器的制作方法

专利名称：具有压力平衡器的承压服务调节器的制作方法
技术领域：
本发明涉及流体流动调节装置，例如气体调节器，更具体地，涉及具有加压设备 的气体调节器，以及用于将出口压力调节至接近预设的定点压力的压力平衡器(pressure balanced trim)0
背景技术：
对于典型的气体分配系统，其供给气体的压力可能会因为下达给系统的需求、气 候、供应源和/或其他因素而有所不同。然而，大多数装备有用气设备的用户端设施，例如 熔炉、烘箱等要求所输送的气体依照预设的压力，并且要等于或低于气体调节器的最大容 限。因此，所述分配系统使用多个气体调节器来确保所输送的气体可以满足终端设施的要 求。常规的气体调节器通常设置有用于检测并控制所述输送的气体的压力的闭环控制驱动
ο除了所述闭环控制之外，一些常规的气体调节器还设置有安全阀。所述安全阀被 适配为例如当所述调节器或流体分配系统的一些其他部件失效时来提供过压保护。相应 地，当输送压力超过预设的压力阈值时，所述安全阀会打开并将至少部分气体排放至大气 中，以此来降低系统内的压力。图1和图2示出了一种常规的气体调节器10。所述调节器10主要包括驱动器12 和调节阀14。所述调节阀14提供了用于从例如气体分配系统中接收气体的进口 16，以及 用于将气体输送至具有一个或多个用气设备的用户终端设施的出口 18，所述用户终端设施 例如是工厂、餐厅、公寓楼等。此外，所述调节阀14还设置有位于所述进口 16与出口 18间 的阀门端口 20。气体在所述调节阀14的进口 16与出口 18间流动必须穿过所述阀门端口 20。所述驱动器12与调节阀14相耦接，用于确保所述调节阀14的出口 18处的压力， 即出口压力与所需要的出口压力或控制压力一致。因此，所述驱动器12通过阀嘴22和驱 动器嘴M与所述调节阀14交换流体。所述驱动器12包括控制组件沈，用于检测并调节调 节阀14的出口压力。具体地，所述控制组件沈包括隔板观、活塞30、以及具有阀盘34的 控制臂32。常规的阀盘34包括通常为圆柱体形的主体36，以及固定于所述主体36上的密 封嵌入物38。所述阀门主体还可以包括图2示出的、与主体整体成型的圆周状凸缘40。所 述隔板28检测调节阀14的出口压力。所述控制组件沈进一步包括控制弹簧42，所述控制 弹簧42与隔板观的顶侧相连接，用于补偿检测到出口压力。相应地，所需的出口压力，也 即被提及的所述控制压力，可以通过控制弹簧42的选择来进行设定。所述隔板28与控制臂32操作地相耦接，因此，所述阀盘34基于所检测的出口压
6力通过活塞30控制所述调节阀14打开。例如，当终端用户操作一个向位于调节器10下游 的所述气体分配系统下达需求的用气设备，例如熔炉时，出口流动会增强，进而使得出口压 力下降。相应地，所述隔板观检测到该下降的出口压力。如图2所示，这使得控制弹簧42 延伸，并使得活塞30与控制臂32的右侧相对于图1的位置向下移动。所述控制臂32的移 动驱使阀盘34离开阀门端口 20，从而打开调节阀14。图2示出了处于正常打开操作位置 的阀盘34的示意图。在这种配置下，用气设备可以将气体通过阀门端口 20抽至调节阀14 的出口 18。正如前述，在图1示出的常规的调节器10中，控制组件沈还作为安全阀而运作。 具体地，所述控制组件沈还包括安全弹簧44以及溢流阀(release valve)46.所述隔板 观在其中部设置有开口 48，而所述活塞30包括密封帽50。所述安全弹簧44设置于活塞 30和隔板观之间，在正常操作下，所述安全弹簧44将隔板观偏置至密封帽50，使得开口 48关闭。在出现例如控制臂32断裂等失效情况时，控制组件沈不再直接控制阀盘34，而 进口的流体将驱使阀盘34移动至完全打开的位置。这使得有最大量的气体流入驱动器12。 这样，在气体充入驱动器12的过程中，建立以对着所述隔板观的压力迫使隔板观远离密 封帽50，进而使得开口 48打开。由此，气体通过所述隔板观中的开口 48流入溢流阀46。 所述溢流阀46包括阀塞(valve plug) 52与溢流弹簧(release spring) 54，所述溢流弹簧 54用于将阀塞52偏置图2中的关闭位置。当驱动器12内部邻近溢流阀46处的压力达到 预设的阈值压力时，所述阀塞52抗拒溢流弹簧M的偏置而向上移动并且打开，使得气体被 排放至空气中，并且调节器10中的压力得以降低。调节器的性能由保持预设的出口压力情况下可以输运的流体体积所指示。在常规 的调节器10中，当控制弹簧42移动控制臂32以打开阀门端口 20时，由于控制弹簧42朝 着未被拉伸的长度延伸，它固有地产生较小的力。此外，当控制弹簧42拉伸时，隔板观会 发生形变，使得其面积增大。在这一操作场景中，控制弹簧42的减小的弹力和隔板观的增 大的面积一起产生了一个调节器响应，其中控制弹簧42所提供的力不能足够地平衡隔板 观产生的压力，这使得出口的控制压力小于用户预先设定的压力。这种现象被称为“衰弱 (droop) ”。当“衰弱”发生时，出口压力降低到设定的控制压力之下，调节器10可能无法如 所需的那样工作。随着所述出口压力降低，保持出口压力范围且所能输运的流体的量，也被 称为额定流量值减少。因此，需要通过减少或消除调节器的能力的“衰弱”以将出口控制压 力保持在预设压力并且最大化流经调节阀的流体体积，从而来提高现有调节器的性能。另一个影响调节器10性能的因素是阀盘34上的上游压力的力。当驱动器12处 于图2示出的打开位置时，流过阀门端口 20的流体的上游压力在打开位置的方向上产生压 力。因此，所述上游压力的幅度及波动会影响驱动器12使下游压力保持在所需的定点压力 的性能。例如，随着上游压力增大，需要形成相对较大的下游压力以使得控制组件26驱使 阀盘34向阀门端口 20移动，从而使得流经调节阀14的流体流动减少。这一问题在对于具 有较大尺寸并经受更高进口压力的端口的调节器中有其明显。在某些应用中，为了避免系 统的下游过压，需要安装具有较低额定容限的气体调节器。因此，又需要一种对阀门端口的 上游压力的变化不敏感的气体调节器。

发明内容
在一个方面中，本发明被定向为一种流体调节装置，该装置能够包括阀门以及与 所述阀门相耦接的驱动器，所述阀门包括第一进口、第一出口以及所述第一进口与第一出 口间的第一阀门端口。所述驱动器可以包括与所述阀门相耦接的壳体，位于所述阀门内的 第一阀盘，并且所述第一阀盘被适配为在连接所述第一阀门端口的关闭位置和布置离开所 述第一阀门端口的打开位置之间移动，以及位于所述壳体中的第一隔板，该第一隔板将所 述壳体分为第一腔体与第二腔体，所述第一隔板操作地耦接于第一阀盘，而所述壳体的第 一腔体与所述阀门的第一出口相互交换流体。所述流体调节装置可以进一步包括与所述阀 门及驱动器相连接的加压部件。所述加压部件可以包括主体，所述主体具有第二进口、第 二出口以及所述第二进口与第二出口间的第二阀门端口，其中所述第二进口与第一进口交 换流体，所述第二出口与壳体的第二腔体交换流体；所述加压部件还包括与所述壳体相耦 接的阀罩，以及位于主体内的第二阀盘，所述第二阀盘被配置为在连接所述第二阀门端口 的关闭位置和布置离开所述第二阀门端口的打开位置之间移动；位于阀罩内的第二隔板， 所述第二隔板将阀罩分为第一腔体与第二腔体，所述第二隔板操作地耦接于第二阀盘，而 所述阀罩的第一腔体与所述第二出口交换流体；所述加压部件还包括位于所述阀罩第二腔 体内与所述第二隔板相连接的控制弹簧。所述第二隔板与控制弹簧可以被配置为当第二出 口压力降低时驱使所述第二阀盘朝其打开位置移动，以及当第二出口压力升高时驱使所述 第二阀盘朝其关闭位置移动，以保持所述驱动器的第二腔体内的压力大致等于负载压力； 所述驱动器被配置为当第一出口压力降低时驱使所述第一阀盘移动朝其打开位置移动，以 及当第一出口压力升高时驱使所述第一阀盘朝其关闭位置移动，以保持所述第一出口的压 力大致等于定点压力。在另一个方面中，本发明被定向于了一种流体调节装置，包括阀门以及所述阀门 耦接的驱动器，其中，所述阀门具有第一进口、第一出口以及所述第一进口与第一出口间的 第一阀门端口 ；所述驱动器包括第一阀盘，所述第一阀盘被适配为在连接所述第一阀门端 口的关闭位置和布置离开所述第一阀门端口的打开位置之间移动，所述驱动器还包括第一 隔板，所述第一隔板将所述驱动器分为第一腔体与第二腔体，所述第一腔体与所述阀门的 第一出口交换流体，其中，所述第一隔板操作地耦接于第一阀盘并驱使所述第一阀盘在打 开与关闭位置间移动。所述流体调节装置的改进可以包括与所述阀门及驱动器相连接的加 压部件，所述加压部件包括主体，所述主体具有第二进口、第二出口以及所述第二进口与 第二出口间的第二阀门端口，其中所述第二进口与所述第一进口交换流体，所述第二出口 与驱动器的第二腔体交换流体；所述加压部件还包括与所述主体相耦接的阀罩，以及位于 主体内的第二阀盘，所述第二阀盘被配置为在连接所述第二阀门端口的关闭位置和布置离 开所述第二阀门端口的打开位置之间移动；位于阀罩内的第二隔板，所述第二隔板将阀罩 分为第一腔体与第二腔体，所述第二隔板操作地耦接于第二阀盘，而所述阀罩的第一腔体 与所述第二出口交换流体；所述加压部件还包括位于所述阀罩第二腔体内与所述第二隔板 相连接的控制弹簧。所述第二隔板与控制弹簧可以被配置为当第二出口压力降低时驱使所 述第二阀盘朝其打开位置移动，以及当第二出口压力升高时驱使所述第二阀盘朝其关闭位 置移动，以保持所述驱动器的第二腔体内的压力大致等于负载压力；所述驱动器被配置为 当第一出口压力降低时驱使所述第一阀盘朝其打开位置移动，以及当第一出口压力升高时驱使所述第一阀盘朝其关闭位置移动，以保持所述第一出口的压力大致等于定点压力。在又一方面中，本发明被定向于一种流体调节装置，包括阀门以及所述阀门耦接 的驱动器，其中，所述阀门具有第一进口、第一出口以及所述第一进口与第一出口间的第一 阀门端口。所述驱动器能够包括位于所述阀门内的第一阀盘，所述第一阀盘被适配为在连 接所述第一阀门端口的关闭位置和布置离开所述第一阀门端口的打开位置之间移动，所述 驱动器还包括与所述第一阀盘操作地耦接的第一隔板，所述第一隔板用于驱使所述第一阀 盘在打开与关闭位置间移动，其中，所述第一隔板的第一表面与所述阀门的第一出口交换 流体。所述流体调节装置可以进一步包括与所述阀门及驱动器相连接的加压部件。所述加 压部件可以包括第二进口与第二出口，所述第二进口与第一进口交换流体，所述第二出口 与所述第一隔板的第二表面交换流体，其中，所述加压部件被配置为当第二出口压力小于 负载压力时增加通过所述加压部件的流体流动；所述驱动器还包括位于第二进口与第二出 口间的第二阀门端口。所述第二进口可以与第一进口交换流体，所述第二出口可以与壳体 的第二腔体交换流体。所述加压部件可以被配置为当第二出口压力降低时增加通过该部件 的流体流动，以及当第二出口压力升高时减少通过该部件的流体流动，以保持所述第一隔 板的第二表面上的压力大致等于负载压力；所述驱动器可以被配置为当第一出口压力降低 时驱使所述第一阀盘朝其打开位置移动，以及当第一出口压力升高时驱使所述第一阀盘朝 关闭位置移动，以保持所述第一出口压力大致等于定点压力。本发明的附加方面由本专利的权利要求所定义。


图1示出了常规气体调节器处于关闭位置的侧剖面图；图2示出了图1中的常规气体调节器处于完全打开位置的侧剖面图；图3示出了依照本发明的、具有加压部件及平衡部件的气体调节器处于关闭位置 的侧剖面图；图4示出了图3中的气体调节器的侧剖面图。
具体实施例方式尽管下文详细阐明了本发明诸多不同的实施例，但应认识到本发明的法律范围由 本专利最后所列出的权利要求的内容指明。所述具体实施方式
应被理解为仅仅是示例，并 且没有描述本发明的每一个可能的实施例，这是因为描述所有可能的实施例即使不是不可 能的也是不现实的。那些采用现有技术或本专利申请日之后的技术的众多替代的实施例仍 落入定义了本发明的权利要求的范围内。需要认识到，除非某一术语在本专利中采用句型“如这里所用的，所述名词在此表 示…”或类似句型进行解释，不应明示或暗示地将该术语的含义限制在通常的含义之外，而 且该术语不应被解释为基于本申请任何部分表述而被限制在范围内。在这个意义上，仅为 了清楚而不至于使读者困惑，本申请所附权利要求书所表述的任何术语具有一致的含义， 但这不表示所述术语仅通过暗示或其他限于唯一的含义。最后，除非某一权利要求部分是 通过“装置”这个词以及不具有任何结构详述的功能进行定义，那么并不意味着该权利要求 部分是基于35U. S. C.第112节的第六段进行解释的。
9
图3与图4描绘了根据本发明一个实施例而构造的气体调节器110。所述气体调 节器Iio通常包括驱动器112与调节阀114。所述调节阀114包括用于从例如气体分配系 统中接收气体的进口 116，以及用于将气体提供给例如具有一个以上用气设备的设施的出 口 118。所述驱动器112与所述调节阀114相耦接，并包括具有例如阀盘122的控制元件 的控制组件120。在第一或正常运行模式中，所述控制组件120检测调节阀114中出口 118 处的压力，即出口压力，并对阀盘122的位置进行控制，以使得所述出口压力大致地等于预 设定点或控制压力。仍参考图3，所述调节阀114具有喉道124与阀嘴126。所述喉道IM位于进口 116与出口 118间，其中还设置有阀门端口 128。气体在所述调节阀114的进口 116与出口 118间流动必须穿过所述阀门端口 128。所述阀门端口 1 可以从调节阀114上卸下，从而 它能够被更换为具有不同孔径或配置的钻孔的不同阀门端口，以针对具体应用而适配调节 阀114的操作及流动特征。在公开的实施例中，所述阀嘴1 定义了开口，所述开口延与由 调节阀114的进口 116与出口 118构成的轴线相垂直的轴线放置。正如前述，所述驱动器112包括壳体130与控制组件120。所述壳体130包括壳体 上部130a与壳体下部130b，所述壳体上部130a与壳体下部130b通过例如多个紧固件固 定。所述壳体下部130b定义了控制腔体132与驱动器嘴134。所述驱动器嘴134与调节 阀114的阀嘴1 连接，以在所述驱动器112与调节阀114之间提供流体交换。所述壳体 上部130a定义加压腔136与进口端口 138。所述壳体上部130a还定义用于容纳部分控制 组件120的塔形区140，接下来会进行说明。所述控制组件120包括隔板子组件142，及盘片平衡子组件144。所述隔板子组件 142包括隔板148、活塞150、加压部件152、锁定弹簧154、锁定弹簧座156以及活塞导向器 158。所述加压部件152取代了图1中驱动器12的控制弹簧42，用于向隔板148施加负载 力，所述负载力的施加方式接下来将进行说明。但是，在驱动器112的实施例中不包含有控 制弹簧时，承压调节器可以被配置为实现控制弹簧的功能，并与所连接的驱动器112共同 作用以施加压力以调节下游压力。所述隔板148包括盘状的膜片，其中部具有开口。所述 隔板148由具有弹性的、实质上气密的材料构成，其边缘被密封地紧固于所述壳体130的壳 体上部130a与壳体下部130b间。因此，所述隔板148将加压腔136与控制腔132分隔开。 隔板头160位于所述隔板148的顶部，并定义了与所述隔板148的开口同轴的开口。所述 隔板头160还定义了排流孔162，通过所述排流孔162，所述加压腔136与控制腔132实现 交换流体，接下来会详细说明。在公开的实施例中，所述活塞150 —般是具有密封帽部分164与阀轭166的拉长 的杆状构件。所述密封帽部分164是凹陷的、一般呈盘状、沿所述活塞150中部的圆周延展， 并正好位于所述隔板148下方。所述隔板头160与密封帽164在该中央开孔位置互相固定， 和/或固定于所述隔板148以在它们之间形成密封。所述密封帽164定义第二排流孔168， 通过所述第二引流孔168与引流孔162，加压腔136与控制腔132实现流体交互。所述阀轭 166包括适于容纳连接器172的腔体，所述连接器172连接至盘片平衡子组件144上，以在 所述隔板子组件142与盘片平衡子组件144间形成连接，接下来会进行说明。所述活塞150分别通过隔板148与隔板头160的开口向上延伸。所述活塞150向 上延伸的部分可滑动地位于在活塞导向器158的腔体中，所述活塞导向器158使得活塞150相对于控制配件120的其他部分保持轴线对准。所述锁定弹簧座156设置于活塞150的上 端，所述锁定弹簧1 被限制于所述弹簧座156与活塞导向器158间。所述锁定弹簧154、 弹簧座156与活塞导向器158位于所述壳体上部130a的塔形区140内。所述活塞导向器 158可以通过螺纹旋入所述塔形区140中，进而该导向器可以被旋转以在所述塔形区140 内轴向地移动，以调整所述锁定弹簧156的松紧。作为替代地或补充地，所述活塞150的顶 部可以与所述弹簧座156螺纹地连接，弹簧座156可旋转地位于活塞150上，从而该弹簧座 156可以在该活塞150上被旋转以调节所述锁定弹簧154的松紧或被移除以更换所述弹簧 154。所述锁定弹簧154固定抵靠在活塞导向器158上，从而向所述锁定弹簧座156施加向 上的力，所述弹力反作用于活塞150上，进而在图3示出的气体调节器110的关闭位置或锁 定位置的方向上提供偏置力。所述加压部件152提供的压力反作用于由隔板148检测的控制腔132的压力。如 前述的，所述控制腔132的压力与调节阀114的出口 118处存在的压力相同。相应地，由所 述加压部件152提供的压力将所述出口压力设置在对于气体调节器110的所需的定点或控 制压力。接下来会更加完整地说明所述加压部件152的配置及运行的细节。需要注意的 是，由于负载压力需要大于或等于控制压力并在所述隔板148加载向下的压力，因此，所述 隔板148是相对于图1和图2中的隔板观从上方向下安装的。正如前述，所述隔板子组件142与盘片平衡子组件144通过活塞150的阀轭166、 连接器172以及控制臂176操作地耦接。所述盘片平衡子组件144包括与所述控制臂176 相连接的驱动器杆178，随着由下游压力变化导致的所述隔板148的弯曲，所述驱动器杆 178使所述阀盘122在打开位置与关闭位置间移动。具体地，所述驱动器杆178通常呈线 性杆状，具有一端面与控制臂176相连接。所述控制臂176呈略有弯曲的杆状，包括支点端 176a与自由端176b。所述支点端176a与壳体下部130b枢纽连接，所述支点端包括具有圆 形端的指柄180，所述指柄180与驱动器杆178的端面相啮合。所述自由端176b被收纳于 所述连接器172的顶部17 及一针梢172b之间，该连接器172被附着于所述活塞150的 阀轭166上。这样，所述连接器172与控制臂176将所述盘片平衡子组件144与膜片子组 件142操作地连接起来。所述盘片平衡子组件144的阀盘122与驱动器杆178操作地连接，该阀盘包括外盘 部分182以及轴对称的内盘部分184。所述外盘部分182具有用于收纳一密封嵌入件186的 凹陷，所述密封嵌入件具有用于接合所述阀门端口 1 出口、以切断流体流经所述调节阀114 的密封表面。所述盘部分182与184通过平衡端口杆188与平衡弹簧座190连接到驱动器杆 178，所述组合的零件通过杆导向器192、保持器板194、平衡隔板保持器196以及平衡端口外 壳198支撑以实现线性移动。所述杆导向器192与驱动器嘴1；34相匹配，并包括大致呈圆柱 形的内部，所述内部可滑动地保持着驱动器杆178。所述杆导向器192还包括导管200，通过 所述导管200构成了使出口 118与控制腔132流体交换的一个通路，接下来继续进行说明。所述杆导向器192与位于杆导向器192与平衡端口外壳198之间的保持器板194 连接，以将所述保持器板194与平衡端口外壳198固定于所述阀门端口 1 中的合适位置 上。所述保持器板194呈圆形，并包括用于通过平衡端口杆188的中心开口。所述平衡端 口外壳198为中空的圆柱体，并向阀门端口 1 延伸，其内径尺寸可滑动地收纳平衡端口杆 188。所述隔板保持器196位于平衡端口外壳198内、保持器板194的中心开口中，被固定
11于保持器板194表面与平衡端口外壳198的内肩之间的合适位置。所述平衡端口外壳198 内还提供有具有中心开口的盘状平衡隔板202。所述平衡隔板202由具有弹性的、实质上气 密的材料构成，其边缘被紧固于所述隔板保持器196与平衡端口外壳198之间。所述平衡 隔板202中间开口的内部边缘被气密地紧固于阀盘122与平衡端口杆188之间。所述阀盘 122、平衡端口杆188以及驱动器杆178由平衡弹簧204偏置朝向调节阀114打开位置的方 向，该平衡弹簧位于弹簧座190与隔板保持器196基座表面间。所述平衡隔板202在阀盘122上施加了朝向阀门端口 118的力，以补偿由流经所 述阀门端口 118的流体的上游压力施加在所述阀盘122上的力。所述内盘部分184的外径 小于外盘部分186的内径，以允许流体流入内盘部分184的通道206、以及平衡端口杆188 内对应的通道208中。所述通道208通向隔板保持器196的内部，由此使得平衡隔板202朝 向阀门端口 118的表面与向阀盘122施压的上游压力交换流体。所述盘片平衡子组件144 的各个配件被设置，使得通过平衡隔板202施加的力与阀盘122的上游压力加载的压力大 致相反并相等，以减小上游压力对隔板子组件142的任何影响，并由此允许所述气体调节 器110对下游压力的更加准确的控制。通过在调节阀114的出口 118处具有检测点的皮托管(Pitot tube) 210，驱动器 112的控制腔获得下游压力反馈。所述皮托管210延伸进入阀嘴126，并分别穿过平衡端口 外壳198及保持器板194的开口。所述皮托管210向杆导向器192的内部提供下游压力， 并通过所述杆导向器192的导管200向控制腔132提供下游压力。如前所述，加压部件152取代驱动器112的控制弹簧，向所述隔板148施加与作用 在隔板148的相反侧的下游压力相反的力。在所示出的实施例中，所述加压部件152采用 调节器的结构，该调节器被配置为通过进口 220引入具有上游压力的流体，并通过出口 222 排放具有指定或需要的负载压力的流体。所述进口 220与出口 222被定义于加压部件152 的主体224中，所述加压部件152具有位于所述进口 220与出口 222之间的阀门端口 226。 所述进口 220通过上游压力供应管2 接收流体，所述供应管228的相反端连接在调节阀 114的上游压力端口 230上。所述供应管2 使得加压部件152的进口 220与阀门端口 1 上游的调节阀114的内部交换流体。驱动器112的壳体上部130a是驱动器12的壳体修改 得到的，其具有向减缓腔136开口的进气开口 138，所述壳体上部130a通过导气管234连接 至加压部件152的出口 222，从而使得所述出口 222与减缓腔136以及隔板148的对应面交 换流体。所述调节器152还包括控制组件236，所述控制组件236用以确保调节器152的出 口 222的压力，即负载压力，与使得驱动器112保持定点下游压力的负载压力相适应。所述 控制组件236检测并调整所述调节器152的负载压力。具体地，所述控制组件236包括隔 板238、控制弹簧MO以及具有阀盘244的控制臂或阀杆对2。常规的阀盘244包括一般圆 柱形的主体以及圆锥或圆台形的上部，所述上部连接在控制臂242上并且具有适于坐在阀 门端口 2 的开口之中的尺寸，以允许或防止流体流过阀门主体224。在所述阀盘244的底 面与阀保持器248的基座面间设置有阀弹簧M6，所述阀弹簧246将阀盘244偏置至朝向于 所示出的关闭位置。所述阀弹簧246允许阀盘对4由于控制弹簧MO的力而向下移动，从 而离开阀门端口 226，进而使得流体可以流过阀门端口 226，如接下来将说明地。所述阀盘 对4、阀弹簧M6以及阀保持器248被底板250限制于阀门端口 2 上游的主体224中，并所述底板250被紧固在所述阀体224的较低开口端。所述调节器152还包括阀罩252，所述阀罩252将隔板238以及控制弹簧240封 闭在主体224的上部区域上。所述隔板238包括盘状的膜片，其中部具有开口。所述隔板 238由具有弹性的、实质上气密的材料构成，其边缘被密封地紧固于所述阀罩252与阀体 224间。所述隔板238将调节器152的控制腔254与具有控制弹簧MO的阀罩腔256分隔 开。隔板头258与下部弹簧座260位于所述隔板238的顶部，并定义了与所述隔板238的 开口同轴的开口。具有中心毂与延展边缘的推杆262设置于所述隔板238的控制腔一侧， 所述毂延伸穿过隔板238、头258以及弹簧座沈0的开口。所述推杆262通过保持器弹簧 264紧固于合适位置，所述保持器弹簧264被下压在所述毂上并抵靠弹簧座沈0的上表面。所述控制弹簧240位于下部弹簧座260与上部弹簧座266之间，所述上部弹簧座 266将控制弹簧240压在下部弹簧座260上。调整螺栓268被收纳在阀罩252顶部的螺纹 开口中，并且连接上部弹簧座266的上表面，将所述上部弹簧座266保持在阀罩252内的合 适位置。通过这样设置，控制弹簧MO固定在阀罩252上，并向下部弹簧座260与隔板238 施加向下的力。在公开的实施例中，由所述控制弹簧240所述施加的力可以通过旋转所述 调整螺栓268来升高或降低上部弹簧座266来进行调整。由于所述控制弹簧240的压力可 以调节，由所述调节器152提供给驱动器112的负载压力可以相应调节。阀杆242与阀盘244操作地耦接于隔板238与控制弹簧M0。所述推杆262包括 位于毂内的凹陷结构，所述凹陷结构朝向控制腔体2M与阀门端口 226。所述推杆沈2的凹 陷结构中设置有软基座272，所述软基座272用于承载阀杆242朝向阀盘244的一端。相应 地，随着隔板238响应于负载压力的变化而弯曲时，所述阀杆242与阀盘244会上下移动。 位于阀盘244上游的阀门端口 2 的上部包括有导管274，所述导管274穿过阀门端口 226， 并与主体224的对应开口对准，使得控制腔2M及相应的隔板238与出口 222交换流体，从 而允许隔板238检测出口 222及驱动器112的减缓腔136内的实际的负载压力。图3示出了本实施例的调节器110，所述调节器110的阀门主体114内设置有阀 盘122，且阀盘244位于其关闭位置或锁定位置。这样配置，气体既不会流过调节阀114的 阀门端口 128，也不会流过加压部件152的阀门端口 226。所述调节阀114处于所述配置是 因为出口压力大于由加压部件152形成的负载压力所施加的力，所述出口压力相应于壳体 126的控制腔136中的、由隔板146检测到的压力。相应地，出口 118的下游压力驱使所述 隔板148与活塞150处于关闭位置。相类似地，所述加压部件152处于所述配置是因为负 载压力加阀弹簧246施加的力大于由控制弹簧240施加在隔板238上的压力，所述负载压 力相应于主体2M的控制腔巧4中的压力，并且所述负载压力驱使所述隔板238与阀盘M4 处于关闭位置。一旦所述驱动器112与加压部件152关闭，压力通过所述排流孔162与168 中被放走，直至负载压力与出口压力相等。当隔板148两侧的压力相等时，锁定弹簧IM将 向上偏置所述隔板组件142，从而将阀盘122保持在关闭位置。在所述气体分配系统接收到运行需求时，例如用户开始使用诸如熔炉、烤炉等用 气设备时，所述用气设备从出口 118以及相应地从驱动器112的控制腔132抽取气体时，由 此降低通过隔板148检测到的压力。由于通过所述隔板148的控制腔一侧检测的压力降低， 所述隔板148两侧的由负载压力形成的压力与由出口压力形成的压力失衡，如图4所示，使 得负载压力超过锁定弹簧154的压力，并驱使所述隔板148与活塞150相对于壳体130向
13下移动。所述移动引起控制臂176顺时针枢转，这继而相对于驱动器杆178的表面转动指 柄180。由于平衡弹簧200的、使得调节阀114打开的力，这允许驱动器杆178与阀盘122 离开阀门端口 128的出口 124。在所述隔板148向下移动时，加压腔136的容积增加，并且加压腔136增加的容积 与通过排流孔162和168吸入控制腔132的空气引起加压腔136的压力下降。同时，所述 负载压力的降低导致加压部件152的隔板238上的控制弹簧的力与负载压力的力不平衡， 由此使得控制弹簧240伸长，并驱使所述隔板238向相对主体224向下的方向移动。所述 隔板238的移动驱使阀杆242与阀盘M4向下移动，使得所述阀盘244脱离基座，从而允许 流体流经阀门端口 2 并进入驱动器112的减缓腔136中。所述流入减缓腔136的流体使 得加载在隔板148上的负载压力上升，从而使得施加于隔板148上的压力不像驱动器112 的情况那样地降低，在驱动器112的情况中，控制弹簧42加载的压力随着所述控制弹簧42 伸展以打开调节阀14而减少。在所述气体分配系统上的需求撤去后，例如用户关闭用气设备，调节器110最初 通过减少穿过调节阀114的流体来做出响应。随着气体持续流过所述阀门端口 1 并流至 所述系统的下游部分，所述出口 118的压力以及相应地驱动器112的控制腔132的压力都 升高。随着隔板148检测的压力升高直至超过负载压力，所述隔板148与活塞150被相对 壳体130向上推起。所述向上移动使得控制臂176逆时针枢动，这反过来使得驱动器杆178 与阀盘122向阀门端口 1 移动，从而减少流经调节阀114的流体。在正常运行情况下，出 口压力会降低到接近驱动器定点压力并保持不变，直至下游需求发生变化引起驱动器112 做出响应。在所述隔板148向上移动时，加压腔136的容积减小，所述加压腔136的容积减小 使得加压腔136与加压部件152的控制腔254中的负载压力相应增加。施加在所述隔板 238上负载压力增加最终超过控制弹簧240的压力，导致隔板240向上移动。所述隔板238 的向上移动使得阀盘244也向上移动，从而使得流经加压部件152的流体流动降低。在正 常运行情况下，负载压力会等于控制腔132的压力并保持不变，直至下游需求发生变化引 起驱动器112做出响应以及引起加压部件152相应地响应。如前所述，在调节器中采用所述加压部件与平衡器有诸多益处。例如，依照本发明 的调节器可以被用于进口压力较高的应用场合，而产生的下游压力仍可以较为准确地保持 在需要的控制和精度范围内。在进口压力较高时，通过平衡隔板施加在阀盘122上的压力 相应增加，以避免上游压力对控制组件120的影响。由于平衡控制器实质上地降低了出口 压力对于进口压力变化的敏感程度，所述调节器还可以被应用于预期上游压力变化较大的 应用场合。因此，所述平衡器允许对于调节器的更高的额定容限，同时还允许该调节器对下 游压力的调节的更高的准确性。加压也提高了调节器的额定容限。相较于控制弹簧提供的 压力和力的大小变动，通过加压部件在调节器隔板上稳定地维持负载的能力，所述调节器 将出口控制压力维持在定点压力的能力的“衰弱”影响被减少了。进一步地，所述稳定的负 载提高了调节器提供的控制的精度。以上文本具体描述了本发明的多个不同的实施例，应注意到本发明所要求的法律 范围由要求优先权的专利的权利要求的内容指明。所述具体实施方式
应被理解为仅做示 例，并且没有描述本发明的每一个可能的实施方式，这是由于穷举所有可能的实施例即使不是不可能的也是不现实的。那些采用现有技术或本专利申请日之后的技术的替代的实施 例仍落入定义了本发明的、本专利的权利要求的保护范围内。
权利要求
1.一种流体调节装置，包括阀门，所述阀门具有第一进口、第一出口以及所述第一进口与第一出口间的第一阀门 端□；驱动器，所述驱动器与所述阀门相耦接，所述驱动器包括 与所述阀门相耦接的壳体，位于所述阀门内的第一阀盘，所述第一阀盘被适配为在连接所述第一阀门端口的关闭 位置和布置离开所述第一阀门端口的打开位置之间移动；第一隔板，位于所述壳体中，将所述壳体分为第一腔体与第二腔体，所述第一隔板与第 一阀盘操作地耦接，而所述壳体的第一腔体与所述阀门的第一出口交换流体；以及 与所述阀门及驱动器相连接的加压部件，所述加压部件包括主体，所述阀体具有第二进口、第二出口以及所述第二进口与第二出口间的第二阀门 端口，其中所述第二进口与第一进口交换流体，所述第二出口与该壳体的第二腔体交换流 体；与该主体相耦接的阀罩，位于该主体内的第二阀盘，所述第二阀盘被适配为在连接所述第二阀门端口的关闭位 置和布置离开所述第二阀门端口的打开位置之间移动，位于阀罩内的第二隔板，所述第二隔板将阀罩分为第一腔体与第二腔体，所述第二隔 板与第二阀盘操作地耦接，而所述阀罩的第一腔体与所述第二出口交换流体；以及 位于所述阀罩第二腔体内、与所述第二隔板相连接的控制弹簧， 其中，所述第二隔板与控制弹簧被配置位当第二出口压力降低时，驱使所述第二阀盘 移动至其打开位置，以及当第二出口压力升高时，驱使所述第二阀盘移动至其关闭位置，以 保持所述驱动器的第二腔体内的压力大致等于负载压力，而且其中，所述驱动器被配置为当第一出口压力降低时，驱使所述第一阀盘移动至其打开 位置，而当第一出口压力升高时，驱使所述第一阀盘移动至其关闭位置，以保持所述第一出 口压力大致等于定点压力。
2.根据权利要求1所述的流体调节装置，其中，所述驱动器包括枢纽地连接在所述壳 体上的控制臂，所述控制臂操作地将所述第一隔板与第一阀盘耦接，其中，所述第一隔板当 第一出口压力下降时，使得所述控制臂以第一方向旋转并将第一阀盘朝其打开位置移动， 以及当第一出口压力下降时，使得控制臂以第二方向旋转并将第一阀盘朝其关闭位置移 动。
3.根据权利要求1所述的流体调节装置，包括皮托管，所述皮托管具有位于所述阀门 的第一出口处的第一端，以及与所述壳体的第一腔体交换流体的第二端，以将所述壳体的 第一腔体与所述阀门的第一出口交换流体。
4.根据权利要求1所述的流体调节装置，包括平衡隔板，所述平衡隔板与第一阀盘操 作地连接，具有与流经第一阀门端口的上游压力交换流体的第一侧，其中，所述上游压力向 所述第一阀盘施加打开位置方向的压力，作用于所述平衡隔板的第一侧的所述上游压力向 所述第一阀盘施加关闭位置方向的、并大致等于所述上游压力在所述第一阀盘上的压力的 力。
5.根据权利要求1所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括将所述第二隔板操作地耦接到所述第二阀盘的阀杆，其中，所述第二阀盘当第二出口压力下降时，驱使所述阀 杆在第一方向上移动以将所述第一阀盘移至打开位置，以及当第二出口压力下降时，驱使 所述阀杆在第二方向上移动以将所述第二阀盘移至关闭位置。
6.根据权利要求1所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括阀弹簧，所述阀弹 簧连接所述第二阀盘，以克服所述控制弹簧的偏置力而将所述第二阀盘朝其至关闭位置偏 置。
7.根据权利要求1所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括控制弹簧调节结构， 所述控制弹簧调节结构连接所述控制弹簧，用以调节所述控制弹簧施加在所述第二隔板上 的力，进而增大与减小通过所述加压部件提供给所述壳体的第二腔体的负载压力，相应地 增大与减小所述流体调节装置的定点压力。
8.根据权利要求7所述的流体调节装置，其中，所述控制弹簧调节结构包括收纳于所 述阀罩顶端的螺纹开口内的调整螺栓，所述调整螺栓与所述控制弹簧操作地耦接，其中，当 所述调整螺栓被以第一方向旋转时，所述控制弹簧施加在所述第二隔板上的力增加，而当 所述调整螺栓被以第二方向旋转时，所述控制弹簧施加在所述第二隔板上的力减小。
9.一种流体调节装置，包括阀门以及所述阀门耦接的驱动器，其中，所述阀门具有第一 进口、第一出口以及所述第一进口与第一出口间的第一阀门端口，所述驱动器包括第一阀 盘，所述第一阀盘被适配为在连接所述第一阀门端口的关闭位置和布置离开所述第一阀门 端口的打开位置之间移动，还包括第一隔板，所述第一隔板将所述驱动器分为第一腔体与 第二腔体，所述第一腔体与所述阀门的第一出口交换流体，其中，所述第一隔板与第一阀盘 操作地耦接并驱使所述第一阀盘在打开与关闭位置间移动，其改进在于，还包括与所述阀门及驱动器相连接的加压部件，所述加压部件包括主体，所述阀体具有第二进口、第二出口以及所述第二进口与第二出口间的第二阀门 端口，其中所述第二进口与第一进口交换流体，所述第二出口与驱动器的第二腔体交换流 体；与所述主体相耦接的阀罩，位于所述主体内的第二阀盘，所述第二阀盘被适配为在连接所述第二阀门端口的关闭 位置和布置离开所述第二阀门端口的打开位置之间移动；位于所述阀罩内的第二隔板，所述第二隔板将阀罩分为第一腔体与第二腔体，所述第 二隔板与第二阀盘操作地耦接，而所述阀罩的第一腔体与所述第二出口交换流体；以及位于所述阀罩第二腔体内与所述第二隔板相连接的控制弹簧，其中，所述第二隔板与控制弹簧被配置为当第二出口压力降低时驱使所述第二阀盘移 动至其打开位置，以及当第二出口压力升高时驱使所述第二阀盘移动至其关闭位置，以保 持所述驱动器的第二腔体内的压力保持大致等于负载压力；并且所述驱动器被配置为当第一出口压力降低时驱使所述第一阀盘移动至其打开位置，以 及当第一出口压力升高时驱使所述第一阀盘移动至其关闭位置，以保持所述第一出口压力 大致等于定点压力。
10.根据权利要求9所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括将所述第二隔板操 作地耦接到所述第二阀盘的阀杆，其中所述第二阀盘当第二出口压力下降时驱使所述阀杆 在第一方向上移动，以将所述第一阀盘移至其打开位置，以及当第二出口压力下降时驱使所述阀杆在第二方向上移动，以将所述第二阀盘移至其关闭位置。
11.根据权利要求9所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括阀弹簧，所述阀弹 簧连接所述第二阀盘，以克服所述控制弹簧的偏置力并将所述第二阀盘朝其关闭位置偏置。
12.根据权利要求9所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括控制弹簧调节结 构，所述控制弹簧调节结构连接所述控制弹簧，用以调节所述控制弹簧施加在所述第二隔 板上的力，进而增大与减小通过所述加压部件提供给所述壳体的第二腔体的负载压力，并 相应地增大与减小所述流体调节装置的定点压力。
13.根据权利要求12所述的流体调节装置，其中，所述控制弹簧调节结构包括收纳于 阀罩顶端螺纹开口内的调整螺栓，所述调整螺栓与所述控制弹簧操作地耦接，其中，当所述 调整螺栓被以第一方向旋转时，所述控制弹簧施加在所述第二隔板上的力增加，而当所述 调整螺栓被以第二方向旋转时，所述控制弹簧施加在所述第二隔板上的力减小。
14.一种流体调节装置，包括阀门，所述阀门具有第一进口、第一出口以及所述第一进口与第一出口间的第一阀门 端□；与所述阀门耦接的驱动器，所述驱动器包括位于所述阀门内的第一阀盘，所述第一阀盘被适配为在连接所述第一阀门端口的关闭 位置和布置离开所述第一阀门端口的打开位置之间移动，以及与所述第一阀盘相耦接的第一隔板，所述第一隔板驱使所述第一阀盘在打开与关闭位 置间移动，其中，所述第一隔板的第一表面与所述阀门的第一出口交换流体；以及与所述阀门及驱动器相连接的加压部件，所述加压部件包括第二进口与第二出口，其 中所述第二进口与第一进口交换流体，所述第二出口与所述第一隔板的第二表面交换流 体，所述加压部件被配置为当第二出口压力小于负载压力时增加通过加压部件的流体流 动，所述驱动器还包括位于第二进口与第二出口间的第二阀门端口，其中所述第二进口与 第一进口交换流体，所述第二出口与壳体的第二腔体交换流体；所述加压部件被配置为当第二出口压力降低时增加流经该部件的流体流动，以及当第 二出口压力升高时减少流经该部件的流体流动，以保持对所述第一隔板的第二表面上的压 力大致等于负载压力；所述驱动器被配置位当第一出口压力降低时驱使所述第一阀盘移动至其打开位置，以 及当第一出口压力升高时驱使所述第一阀盘移动至其关闭位置，以保持所述第一出口的压 力大致等于定点压力。
15.根据权利要求14所述的流体调节装置，其中，所述驱动器包括枢纽地连接在该壳 体上的控制臂，所述控制臂操作地将所述第一隔板与第一阀盘耦接，其中所述第一隔板当 第一出口压力下降时使得所述控制臂以第一方向旋转并将第一阀盘移动至其打开位置，以 及当第一出口压力下降时使得控制臂以第二方向旋转并将第一阀盘移动至其关闭位置。
16.根据权利要求14所述的流体调节装置，包括平衡隔板，所述平衡隔板与第一阀盘 操作地连接并具有与流经第一阀门端口的上游压力交换流体的第一侧，其中所述上游压力 向所述第一阀盘施加打开位置的方向的压力，作用于所述平衡隔板的第一侧的所述上游压 力向所述第一阀盘施加关闭位置的方向的、大致等于所述上游压力施加在所述第一阀盘上的压力的力。
17.根据权利要求14所述的流体调压装置，其中所述加压部件包括主体，所述主体具有第二进口、第二出口以及所述第二进口与第二出口间的第二阀门 端□，位于所述主体内的第二阀盘，所述第二阀盘被适配为在连接所述第二阀门端口的关闭 位置和布置离开所述第二阀门端口的打开位置之间移动；与所述第二阀盘操作地耦接的第二隔板，用于驱使所述第二阀盘在打开与关闭位置移 动，其中，所述第二隔板的第一表面与所述加压部件的第二出口交换流体；以及与所述第二隔板的第二表面相连接的控制弹簧，其中，所述第二隔板与控制弹簧被配 置为当第二出口压力降低时驱使所述第二阀盘移动至其打开位置，并增加通过所述第二阀 门端口的流体流动，以及当第二出口压力升高时驱使所述第二阀盘移动至其关闭位置，并 减少通过所述第二阀门端口的流体流动，以保持所述第一隔板的第二表面上的压力大致等 于负载压力。
18.根据权利要求17所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括将所述第二隔板 操作地耦接到所述第二阀盘的阀杆，其中所述第二阀盘当第二出口压力下降时驱使所述阀 杆在第一方向上移动，以将所述第一阀盘朝其打开位置移动，以及当第二出口压力下降时 驱使所述阀杆在第二方向上移动，以将所述第二阀盘朝其关闭位置移动。
19.根据权利要求17所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括阀弹簧，所述阀弹 簧连接所述第二阀盘，以克服控制弹簧的偏置力并将所述第二阀盘朝其至关闭位置偏置。
20.根据权利要求17所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括控制弹簧调节结 构，所述控制弹簧调节结构连接所述控制弹簧，用以调节所述控制弹簧施加在所述第二隔 板上的压力，进而增大与减小通过所述加压部件提供给所述壳体的第二腔体的负载压力， 并相应地增大与减小所述流体调节装置的定点压力。
21.根据权利要求20所述的流体调节装置，其中，所述控制弹簧调节结构包括收纳于 阀罩顶端螺纹开口内的调整螺栓，所述调整螺栓与所述控制弹簧操作地耦接，其中，当所述 调整螺栓被以第一方向旋转时，所述控制弹簧施加在所述第二隔板上的力增加，而当所述 调整螺栓被以第二方向旋转时，所述控制弹簧施加在所述第二隔板上的力减小。
全文摘要
一种气体调节器，具有驱动器、调节阀以及加压部件。所述加压部件向所述驱动器的隔板上施加负载压力以反作用于施加在所述隔板另一表面上的、由该调节器控制的下游压力。当下游压力变化且所述隔板相应移动以驱使控制部件来调节所述下游压力时，所述加压部件保持指定的负载压力。所述调节器可以进一步包括压力平衡器，用以在所述控制部件上施加补偿上游压力作用力的平衡力。
文档编号G05D16/06GK102067055SQ200980123485
公开日2011年5月18日 申请日期2009年4月21日 优先权日2008年4月21日
发明者G·L·福斯特, J·C·霍金斯, J·S·梅维宇斯, P·R·安德森 申请人:艾默生过程管理调节技术公司