可變氣體壓力調(diào)節(jié)器的制造方法
【專(zhuān)利摘要】一種可變氣體壓力調(diào)節(jié)器包括：節(jié)流閥，調(diào)節(jié)高壓流體入口與流體地連接到流體出口的調(diào)節(jié)空間之間的流體流；高壓電磁閥，被命令以控制所述流體入口與控制空間之間的流體流；以及低壓電磁閥，被命令以控制所述控制空間與所述調(diào)節(jié)空間之間的流體流。所述調(diào)節(jié)器通過(guò)命令所述兩個(gè)電磁閥控制所述控制空間內(nèi)的相對(duì)于所述調(diào)節(jié)空間的壓力，來(lái)在所述調(diào)節(jié)器出口處實(shí)現(xiàn)可變的壓力。所述調(diào)節(jié)器還包括鎖閉閥，其基于所述控制空間與所述調(diào)節(jié)空間之間的相對(duì)壓力差由所述低壓電磁閥的和所述高壓電磁閥的動(dòng)作控制。所述鎖閉閥密封所述流體入口與所述調(diào)節(jié)空間之間的通路。
【專(zhuān)利說(shuō)明】可變氣體壓力調(diào)節(jié)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及改進(jìn)的可變壓力調(diào)節(jié)器，用于控制例如供應(yīng)到使用氣體燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體壓力。通常，該氣體是壓縮天然氣(CNG)。
【背景技術(shù)】
[0002]參照?qǐng)D1，用于類(lèi)似應(yīng)用的常規(guī)調(diào)節(jié)器一所謂的按需(on-demand)調(diào)節(jié)器——通?；谌缦略恚刺峁┻B接在含有加壓氣體源的上游入口端口 2與含有處于調(diào)節(jié)壓力的調(diào)節(jié)氣體的下游腔室3之間的節(jié)流閥1，氣體可從該下游腔室流經(jīng)出口端口 4流到所要求的目的地。
[0003]按需調(diào)節(jié)器具有控制構(gòu)件5，控制構(gòu)件5控制節(jié)流閥頭6，控制構(gòu)件5受到膜片7和彈簧8的作用，膜片7響應(yīng)于在第一方向上跨膜片7作用的差壓力，而彈簧8提供一個(gè)在相反方向上作用的力負(fù)荷(force loading);當(dāng)調(diào)節(jié)空間3內(nèi)的壓力低時(shí),所述彈簧力起正常地打開(kāi)節(jié)流閥I的作用。通常，膜片7的一側(cè)暴露于并且響應(yīng)于在一個(gè)方向上作用在控制構(gòu)件5上的調(diào)節(jié)壓力；由此,如果調(diào)節(jié)壓力超過(guò)了由彈簧負(fù)荷(spring loading)設(shè)定的某一壓力，則膜片7傾向于關(guān)閉節(jié)流閥I。由于調(diào)節(jié)空間3內(nèi)的壓力，彈簧力在與凈(net)壓力相反的方向上作用在膜片7上。因此，在當(dāng)入口端口 2處不存在高壓氣體源時(shí)，節(jié)流閥I在此情況下通常打開(kāi)。當(dāng)由調(diào)節(jié)空間3內(nèi)的壓力生成的力超過(guò)由彈簧8的預(yù)載荷限定的某一預(yù)定水平的壓力時(shí)，節(jié)流閥I關(guān)閉。
[0004]用于CNG應(yīng)用的這樣的調(diào)節(jié)器的缺點(diǎn)在于，當(dāng)供應(yīng)罐(supply tank)被填充且然后在正常服務(wù)中隨時(shí)間排空時(shí)，上游的高壓氣體源在入口 2處以非常大的范圍變化。當(dāng)供應(yīng)罐在被填充之后被排空時(shí)，因?yàn)閴毫淖畲笞兓阶钚?，所以這強(qiáng)加了跨節(jié)流閥頭6作用的大范圍的壓力。因?yàn)檎{(diào)節(jié)壓力依賴(lài)于強(qiáng)加在膜7和節(jié)流閥頭6上的氣體的平衡和與由彈簧8提供的固定載荷相平衡，調(diào)節(jié)空間3內(nèi)的實(shí)際的調(diào)節(jié)壓力根據(jù)入口導(dǎo)管(inletduct) 2內(nèi)的供應(yīng)壓力而變化。這是由于隨著供應(yīng)壓力改變的節(jié)流力的變化。通過(guò)提供相對(duì)于節(jié)流閥I的尺寸的大面積的膜片7，該影響被最小化。
[0005]除了節(jié)流力的變化之外，當(dāng)氣體流響應(yīng)于調(diào)節(jié)氣體流的不同需求而改變時(shí)，隨著節(jié)流閥頭6向不同的平衡位置移動(dòng)，彈簧力也隨著彈簧8被壓縮或被釋放而改變。力的這種改變是由于彈簧8的固有的和特有的剛度，在彈簧8中彈簧力隨著閥頭6的位置而變化。因此，調(diào)節(jié)壓力傾向于隨著流量(flow rate)而變化，而不是對(duì)于給定的標(biāo)稱(chēng)彈簧設(shè)定保持恒定。根據(jù)在氣體流的目的地處的測(cè)量，隨著增加流而減少壓力的特性由跨出口端口及其去向目的地(在此可以通常測(cè)量所述調(diào)節(jié)壓力)的延長(zhǎng)部的壓降加劇。
[0006]這樣的調(diào)節(jié)器的一個(gè)嚴(yán)重瑕疵在于，通常有跨膜片7作用的大壓力。另外，倘若膜片在服務(wù)中破裂，則氣體會(huì)穿過(guò)膜片7逸出，在其通過(guò)圖1的參考端口 9逸出時(shí)，造成潛在的火災(zāi)隱患。通常，在使用CNG作為燃料的應(yīng)用中，參考端口 9可以連接到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管。否則，參考端口9可以連接到大氣。從參考端口9泄漏并且傳到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管的任何氣體都代表著額外的燃料，其可能強(qiáng)加更高的燃燒溫度，更高的燃燒溫度對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)可能是破壞性的，尤其是當(dāng)在控制系統(tǒng)能夠糾正此狀況或使用電子警報(bào)系統(tǒng)來(lái)引起來(lái)自這樣的發(fā)動(dòng)機(jī)的操作人員的應(yīng)答之前誘發(fā)爆燃時(shí)。
[0007]此外，節(jié)流閥I傾向于響應(yīng)于由作用在控制構(gòu)件5上的力的平衡的改變導(dǎo)致的膜片7破裂而打開(kāi)，允許調(diào)節(jié)壓力升到大約標(biāo)稱(chēng)的調(diào)節(jié)值，有時(shí)到達(dá)危險(xiǎn)水平，在此情況下，安全泄放閥的運(yùn)行是有必要的，以將高壓氣體傾瀉到大氣。如果CNG氣體被排放到大氣，則這代表對(duì)大氣中眾所周知的溫室效應(yīng)有貢獻(xiàn)的氣體的不良排放。同樣，對(duì)氣體計(jì)量系統(tǒng)和發(fā)動(dòng)機(jī)管理系統(tǒng)的操作在這樣的情況下會(huì)受到影響，往往會(huì)在繁忙交通系統(tǒng)中的不方便的位置和戰(zhàn)略性場(chǎng)合(strategic situation)中，導(dǎo)致發(fā)動(dòng)機(jī)以及其對(duì)象車(chē)輛停機(jī)。在極端的情況下，如果沒(méi)有遵守規(guī)定，則可能存在嚴(yán)重的火災(zāi)隱患。
[0008]常規(guī)的按需調(diào)節(jié)器的另一個(gè)局限在于，憑借作用在膜片上的相對(duì)固定的彈簧力，壓力設(shè)定是相對(duì)固定的。對(duì)于靠CNG運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)方便的是，讓供應(yīng)到氣體計(jì)量噴射器的氣體的壓力是可變的，以使得例如在發(fā)動(dòng)機(jī)閑置時(shí)發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)可以設(shè)定低壓力，而在發(fā)動(dòng)機(jī)滿(mǎn)負(fù)荷時(shí)設(shè)定高壓力。通過(guò)這樣的布置可以更好地優(yōu)化氣體噴射器的計(jì)量精度，同時(shí)可能允許將氣體流相對(duì)于該發(fā)動(dòng)機(jī)的空氣流更好地匹配。
[0009]圖1中限定的常規(guī)調(diào)節(jié)器的另一個(gè)缺點(diǎn)在于如下事實(shí):當(dāng)入口 2內(nèi)的氣體壓力低時(shí)，節(jié)流閥I正常打開(kāi)。在實(shí)踐中，且參照正在被啟動(dòng)的發(fā)動(dòng)機(jī)，通過(guò)入口 2上游的外部閥通常突然將處于高壓的氣體供應(yīng)源施加到入口 2，而這傾向于導(dǎo)致調(diào)節(jié)空間3內(nèi)的調(diào)節(jié)壓力暫時(shí)超過(guò)正常的調(diào)節(jié)壓力。這是由于該總成件的相對(duì)慢的響應(yīng)而導(dǎo)致的，因?yàn)樵摽偝杉脕?lái)響應(yīng)于在入口 2處迅速上升的氣體壓力而關(guān)閉節(jié)流閥I。這傾向于導(dǎo)致節(jié)流閥I上、控制構(gòu)件5上以及膜片7上的高應(yīng)力。
[0010]本發(fā)明的目標(biāo)之一在于克服這些局限。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0011]公開(kāi)了一種可變氣體壓力調(diào)節(jié)器，用于調(diào)節(jié)從高壓氣體源供應(yīng)給使用者的氣體的壓力。所述可變氣體壓力調(diào)節(jié)器包括:
[0012]a.一個(gè)主體，設(shè)有一個(gè)入口和一個(gè)出口 ；
[0013]b.一個(gè)控制空間和一個(gè)調(diào)節(jié)空間，所述調(diào)節(jié)空間流體地連接到所述出口，且通過(guò)一個(gè)膜片與所述控制空間分隔；
[0014]c.一個(gè)節(jié)流閥,用來(lái)調(diào)節(jié)所述入口和所述出口之間的流體流；
[0015]d.一個(gè)控制構(gòu)件，與所述膜片相關(guān)聯(lián)以響應(yīng)于所述膜片的移動(dòng)而移動(dòng)，所述控制構(gòu)件能夠移動(dòng)以操縱所述節(jié)流閥；以及
[0016]e.一個(gè)鎖閉閥，與所述控制構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，并且位于所述節(jié)流閥和所述調(diào)節(jié)空間之間的流體流動(dòng)路徑內(nèi)，其中當(dāng)所述節(jié)流閥關(guān)閉時(shí)，所述鎖閉閥阻止流體從所述入口流到所述調(diào)節(jié)空間。
[0017]所述可變氣體壓力調(diào)節(jié)器還包括:一個(gè)第一電子激活閥，用于控制流體從所述入口流到所述控制空間；以及一個(gè)第二電子激活閥，用于控制流體從所述控制空間流到所述調(diào)節(jié)空間。
[0018]所述可變氣體壓力調(diào)節(jié)器還包括一個(gè)彈簧機(jī)構(gòu)，其作用于所述膜片上，以當(dāng)在所述控制空間內(nèi)的壓力等于所述調(diào)節(jié)空間內(nèi)的壓力時(shí)抵抗所述控制空間內(nèi)的流體的壓力而移動(dòng)所述控制構(gòu)件，由此迫使所述節(jié)流閥和所述鎖閉閥到它們各自的關(guān)閉位置。
[0019]所述可變壓力調(diào)節(jié)器還包括:一個(gè)高壓電磁閥，其被致動(dòng)以打開(kāi)或關(guān)閉所述第一電子致動(dòng)閥；以及一個(gè)低壓電磁閥，其被致動(dòng)以打開(kāi)或關(guān)閉所述第二電子致動(dòng)閥。
[0020]在本發(fā)明的可變氣體壓力調(diào)節(jié)器中，所述第一電子致動(dòng)閥或其相關(guān)聯(lián)的流體通路具有的流體流橫截面積是所述第二電子致動(dòng)閥或其相關(guān)聯(lián)的流體通路的流體流橫截面積的至少十倍大。
[0021]在一些實(shí)施方案中，本發(fā)明的可變氣體壓力調(diào)節(jié)器可以包括一個(gè)加熱廊道，加熱流體能夠通過(guò)該加熱廊道循環(huán)以接近于所述節(jié)流閥，以防止所述氣體壓力調(diào)節(jié)器的凍結(jié)。
[0022]在其他實(shí)施方案中，所述可變氣體壓力調(diào)節(jié)器可以包括一個(gè)電加熱元件，其接近于所述節(jié)流閥，以防止所述氣體壓力調(diào)節(jié)器流體的凍結(jié)。
[0023]優(yōu)選地，所述節(jié)流閥包括至少一個(gè)由金屬材料制成的組件。
[0024]所述鎖閉閥包括一個(gè)彈性密封，用于密封入口與所述調(diào)節(jié)空間之間的流體通路。
[0025]提供了一種操作可變氣體壓力調(diào)節(jié)器的方法，所述可變氣體壓力調(diào)節(jié)器包括一個(gè)入口、一個(gè)出口、一個(gè)控制空間和一個(gè)調(diào)節(jié)空間，所述調(diào)節(jié)空間流體地連接到所述出口并且通過(guò)一個(gè)膜片與所述控制空間分隔。所述方法包括:
[0026]a.通過(guò)周期性地致動(dòng)第一電子激活閥以打開(kāi)所述入口與所述控制空間之間的流體流來(lái)增加所述控制空間內(nèi)的壓力，從而移動(dòng)所述膜片以及與所述膜片相關(guān)聯(lián)的控制構(gòu)件，以打開(kāi)與所述控制構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的一個(gè)節(jié)流閥和一個(gè)鎖閉閥，以打開(kāi)所述入口與所述出口之間的流體流；以及
[0027]b.如果所述調(diào)節(jié)空間內(nèi)的壓力超過(guò)預(yù)定壓力，則通過(guò)致動(dòng)第二電子激活閥以暫時(shí)打開(kāi)從所述控制空間到所述調(diào)節(jié)空間的流體流來(lái)調(diào)節(jié)所述入口與所述出口之間的流體流，從而迫使所述節(jié)流閥和所述鎖閉閥朝向它們各自的關(guān)閉位置。
[0028]當(dāng)所述節(jié)流閥關(guān)閉時(shí)，處于關(guān)閉位置的所述鎖閉閥進(jìn)一步阻止流體從所述入口流到所述調(diào)節(jié)空間。
[0029]在本發(fā)明的方法中，通過(guò)所述節(jié)流閥和所述鎖閉閥的流體流量是由所述控制構(gòu)件的位置所確定的。
[0030]在本發(fā)明的方法中，當(dāng)所述控制空間內(nèi)的壓力超過(guò)一個(gè)預(yù)定極限時(shí)，所述第二電子激活閥打開(kāi)，以允許流體從所述控制空間流到所述調(diào)節(jié)空間。
【專(zhuān)利附圖】

【附圖說(shuō)明】
[0031]附圖示出了本發(fā)明的具體優(yōu)選實(shí)施方案，但不應(yīng)認(rèn)為是以任何方式限制本發(fā)明的精神或范圍。
[0032]圖1示出了一個(gè)常規(guī)的按需壓力調(diào)節(jié)器。
[0033]圖2示出了可變氣體壓力調(diào)節(jié)器的優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖，其包括一個(gè)節(jié)流閥和一個(gè)鎖閉閥，用于調(diào)節(jié)出口處的壓力，其中示出所述節(jié)流閥和所述鎖閉閥處于其關(guān)閉位置。
[0034]圖3示出了圖2中示出的可變氣體壓力調(diào)節(jié)器的同一個(gè)優(yōu)選實(shí)施方案的示意圖，但還示出了連接到輸送導(dǎo)管的的出口，其中示出所述節(jié)流閥和所述鎖閉閥處于其打開(kāi)位置。在本公開(kāi)內(nèi)容中，相同的組件由相同的參考數(shù)字指代，雖然所述相同的參考數(shù)字未在圖3中示出?！揪唧w實(shí)施方式】
[0035]所公開(kāi)的可變壓力調(diào)節(jié)器能夠通過(guò)致動(dòng)高壓電磁閥和低壓電磁閥而在出口處實(shí)現(xiàn)可變壓力，所述高壓電磁閥和所述低壓電磁閥用來(lái)控制相對(duì)于調(diào)節(jié)空間的控制空間內(nèi)的壓力。
[0036]在優(yōu)選的實(shí)施方案中，可變壓力調(diào)節(jié)器用于控制供應(yīng)到使用氣體燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體壓力。氣體優(yōu)選是壓縮天然氣(CNG)，但可以是任何其他氣體燃料，諸如氫氣、乙烷、丙烷、丁烷、甲烷及其混合物。現(xiàn)在將要描述本發(fā)明的可變壓力調(diào)節(jié)器的運(yùn)行，以調(diào)節(jié)從氣體供應(yīng)源輸送到使用者的氣體的壓力，該使用者可以是例如氣體燃料發(fā)動(dòng)機(jī)。本領(lǐng)域技術(shù)人員將會(huì)容易地認(rèn)識(shí)到，這樣的可變壓力調(diào)節(jié)器能夠用于其他氣態(tài)流體，且在很寬的壓力范圍內(nèi)使用。
[0037]參照?qǐng)D2和圖3，提供了一種調(diào)節(jié)方法，由此，常規(guī)調(diào)節(jié)器的彈簧力在膜片12的一側(cè)上被由控制空間10內(nèi)的壓力生成的力所取代，該力用來(lái)對(duì)抗作用于膜片12的另一側(cè)上的調(diào)節(jié)壓力的作用，所述膜片的所述另一側(cè)響應(yīng)于調(diào)節(jié)空間11內(nèi)的壓力。控制空間10內(nèi)的壓力取代由常規(guī)調(diào)節(jié)器的彈簧提供的力，大大減小了膜片的一側(cè)與另一側(cè)之間的壓力差。在這種情況下，控制空間10內(nèi)的壓力基本限定了調(diào)節(jié)壓力設(shè)置，同時(shí)大大減小了起破裂膜片12作用的力。
[0038]此外，提供了一個(gè)彈簧13，起產(chǎn)生一個(gè)力的作用，該力傾向于正常地關(guān)閉節(jié)流閥14，與作用在節(jié)流閥14上的氣體力平行且在相同的方向上作用，傾向于共同起作用以關(guān)閉節(jié)流閥14并且相對(duì)于調(diào)節(jié)空間11內(nèi)的壓力對(duì)抗控制空間10內(nèi)的壓力。通常，彈簧13提供了相對(duì)低的力，并且具有低剛度。
[0039]所公開(kāi)的可變壓力調(diào)節(jié)器在第一方面通過(guò)使用被連接以控制高壓入口 15與控制空間10之間的流的高壓“HP”電磁閥16來(lái)建立控制空間10內(nèi)的參考?jí)毫Γ以诘诙矫嫱ㄟ^(guò)使用被連接以控制控制空間10與調(diào)節(jié)空間11之間的流的低壓“LP”電磁閥17，兩個(gè)電磁閥都被致動(dòng)以控制控制空間10內(nèi)的相對(duì)于調(diào)節(jié)空間11的壓力，使用如下方式:
[0040]a)將氣體從高壓供應(yīng)源15導(dǎo)引到第一高壓HP電磁閥16，第一高壓HP電磁閥16對(duì)于氣體流正常是關(guān)閉的，防止HP氣體流到在HP電磁閥16下游相通的控制空間10 ；
[0041]b)周期性地打開(kāi)HP電磁閥16以允許離散質(zhì)量的氣體(discrete mass of gas)從HP供應(yīng)源15到達(dá)控制空間10 ；
[0042]c)監(jiān)測(cè)在調(diào)節(jié)空間11或其延長(zhǎng)部?jī)?nèi)的得到的調(diào)節(jié)壓力，以通過(guò)將得到的調(diào)節(jié)壓力與由控制器30設(shè)定的預(yù)定參考?jí)毫ο啾容^來(lái)確保調(diào)節(jié)空間11或其延長(zhǎng)部?jī)?nèi)達(dá)到某一指定的參考?jí)毫?，所述控制?0使用壓力換能器28測(cè)量調(diào)節(jié)空間11或其延長(zhǎng)部?jī)?nèi)的壓力；
[0043]d)當(dāng)由控制器30設(shè)定的參考?jí)毫υ谡{(diào)節(jié)空間11內(nèi)超出一個(gè)預(yù)定裕度時(shí)，不允許來(lái)自HP電磁閥16的氣體流進(jìn)入；
[0044]e)周期性地打開(kāi)連接到控制空間10的低壓LP電磁閥17，所述LP電磁閥正常被電磁力保持成對(duì)于氣體流是關(guān)閉的，如果調(diào)節(jié)空間11內(nèi)的壓力超出所述參考?jí)毫σ粋€(gè)由所述控制器預(yù)定的裕度，則所述周期性的打開(kāi)使得離散質(zhì)量的氣體從控制空間10被導(dǎo)引到調(diào)節(jié)空間11，以減少控制空間10與調(diào)節(jié)空間11之間的相對(duì)壓力；
[0045]f)通過(guò)使用適當(dāng)?shù)碾姶砰y反復(fù)地傳遞離散質(zhì)量的氣體維持調(diào)節(jié)空間內(nèi)的壓力，以將參考?jí)毫S持在由控制器設(shè)定的范圍內(nèi)；
[0046]g)提供用于關(guān)停經(jīng)過(guò)調(diào)節(jié)器19的氣體流的裝置，這是通過(guò)在控制空間10與調(diào)節(jié)空間11之間提供在壓力上的基本平衡，而這又是通過(guò)打開(kāi)LP電磁閥以在各個(gè)空間之間流動(dòng)并且提供來(lái)自彈簧13的一個(gè)力，彈簧13作用于控制構(gòu)件I8上并且連接到膜片12，所述膜片12位于控制空間10與調(diào)節(jié)空間11之間，起將位于入口 15和調(diào)節(jié)空間11之間的鎖閉閥37關(guān)閉的作用。
[0047]該調(diào)節(jié)器的一個(gè)目的還在于:在一配置中提供所述LP電磁閥17，由此LP電磁閥17的閥端口 41正常是關(guān)閉的，同時(shí)限定的電流在電磁閥線(xiàn)圈42內(nèi)連續(xù)地流動(dòng)，在電樞43和鏈接磁極45上生成電磁力，以便對(duì)抗跨作用在閥端口 41上的壓力和彈簧44的力。當(dāng)電磁閥線(xiàn)圈42內(nèi)沒(méi)有電流連續(xù)地流動(dòng)時(shí)，閥端口 41正常是打開(kāi)的，所述氣體流允許在控制空間10與調(diào)節(jié)空間11之間發(fā)生在壓力上的基本平衡，同時(shí)HP電磁閥16被關(guān)閉以在延長(zhǎng)的時(shí)段內(nèi)流動(dòng)，從而當(dāng)線(xiàn)圈42內(nèi)有低水平的電流和鏈接電樞43和磁極45的相應(yīng)地較低的磁通量時(shí)，或當(dāng)沒(méi)有電功率源向所述線(xiàn)圈42提供電功率時(shí)，允許彈簧13將控制構(gòu)件18升舉從而關(guān)閉鎖閉閥37。同時(shí)，彈簧35和作用在節(jié)流閥14上的節(jié)流壓力將所述節(jié)流閥按壓抵靠著閥底座32。
[0048]本發(fā)明的調(diào)節(jié)器的另一個(gè)方面在于:在一配置中提供電磁閥16，由此當(dāng)線(xiàn)圈23中有低電流流動(dòng)且電磁閥閥端口 22被由正常從高壓力供應(yīng)源15提供的壓力保持處于密封關(guān)閉時(shí)，HP電磁閥16的閥端口 22正常是關(guān)閉的；以及提供了裝置，由此當(dāng)電流在電磁閥16的線(xiàn)圈23內(nèi)流動(dòng)時(shí)，在閥端口 22上的所述壓力被在電樞24和磁極25內(nèi)的相反的電磁力周期性地克服，允許閥端口 22逆著在閥端口 22的壓力而打開(kāi)，以便允許來(lái)自HP供應(yīng)源15的氣體流到達(dá)控制空間10，同時(shí)這樣的電流在HP電磁閥16的線(xiàn)圈23內(nèi)流動(dòng)。
[0049]通過(guò)這種方式，調(diào)節(jié)器19被限定成具有在膜片12兩側(cè)的低的凈力，膜片12控制位于入口 15和調(diào)節(jié)空間11之間的節(jié)流閥14，節(jié)流閥14的打開(kāi)響應(yīng)于控制空間10與調(diào)節(jié)空間11內(nèi)的相對(duì)壓力，連同彈簧35的作用，所述彈簧在迫使節(jié)流閥14關(guān)閉的方向上作用。
[0050]在該布置中，控制構(gòu)件18的順應(yīng)性高且機(jī)械剛度低，允許對(duì)在控制構(gòu)件18的平衡中的任何變化(尤其是由于在調(diào)節(jié)空間11或控制空間10中的壓力變化而導(dǎo)致的)有高響應(yīng)性。此外，通過(guò)響應(yīng)于發(fā)動(dòng)機(jī)控制系統(tǒng)的任何瞬時(shí)要求來(lái)控制電磁閥16和17，可以將調(diào)節(jié)壓力方便地控制到一個(gè)不同的壓力。與此同時(shí)，調(diào)節(jié)器19本質(zhì)上是安全的，因?yàn)槟て?2的破裂不會(huì)導(dǎo)致氣體泄漏到調(diào)節(jié)器19的外部。此外，當(dāng)?shù)诫姶砰y16和17的所有功率都被移除時(shí)，節(jié)流閥14將響應(yīng)于該狀況憑借基本平衡的壓力一直關(guān)閉，該基本平衡的壓力是根據(jù)打開(kāi)LP電磁閥17的閥端口 41允許控制空間10與調(diào)節(jié)空間11之間的氣體流從而在膜片12兩側(cè)建立的。此外，HP電磁閥16允許在調(diào)節(jié)器的供應(yīng)側(cè)上供應(yīng)顯著的過(guò)壓，在這樣的狀況下不存在氣體不受控制的釋放。
[0051]現(xiàn)在參照?qǐng)D2，在更詳細(xì)的描述中描述所述可變壓力調(diào)節(jié)器的操作。入口端口 15連接到高壓氣體源，且高壓泄流端口 20允許氣體與閥頭21連通，閥頭21正常密封高壓電磁閥16的高壓端口 22。當(dāng)電流的流動(dòng)將HP電磁閥16的線(xiàn)圈23通電時(shí)，由于線(xiàn)圈23中的電流所建立的磁通量的鏈接，電樞24被吸引朝向磁極25，吸引磁力既克服了彈簧26的力又克服了閥頭21上的氣體壓力(其正常保持閥頭21與端口 22的底座成密封關(guān)系)，從而打開(kāi)端口 22并且允許氣體從入口 15通過(guò)泄流端口 20并且通過(guò)打開(kāi)的端口 22，且最終通過(guò)導(dǎo)管27到控制空間10中。
[0052]參照?qǐng)D3，壓力換能器28可以連接到輸送導(dǎo)管38，輸送導(dǎo)管38與調(diào)節(jié)空間11連通。監(jiān)測(cè)調(diào)節(jié)空間11或其延長(zhǎng)部?jī)?nèi)的壓力的控制器30可以縮減線(xiàn)圈23內(nèi)的電流，憑借彈簧26的力且由閥頭21上的傾向于增加端口 22的密封的壓力協(xié)助導(dǎo)致端口 22關(guān)閉。
[0053]由節(jié)流閥14提供的調(diào)節(jié)如下進(jìn)行。
[0054]參照?qǐng)D3，示出了圖2的控制構(gòu)件18的正常位置，當(dāng)流動(dòng)發(fā)生時(shí)且當(dāng)控制空間10內(nèi)的壓力響應(yīng)于由HP電磁閥16允許的氣體的流動(dòng)而增加時(shí)，膜片12上得到的壓力作用在控制構(gòu)件18上，并且克服相對(duì)彈簧13的較低的力以及調(diào)節(jié)空間11內(nèi)的壓力。連接到控制構(gòu)件18的推桿31通過(guò)底座32 ;底座32限定了調(diào)節(jié)端口 33的一部分；憑借通過(guò)彈簧35和作用在閥元件34上的氣體壓力兩者強(qiáng)迫閥元件34成為與底座32關(guān)閉關(guān)系，調(diào)節(jié)端口 33對(duì)于來(lái)自入口 15的氣體流正常是關(guān)閉的。當(dāng)受到推桿36強(qiáng)迫時(shí)，閥元件34從底座32移出，且然后氣體可以流到中間空間36內(nèi)，并且通過(guò)打開(kāi)的鎖閉閥37，到調(diào)節(jié)空間11內(nèi)。當(dāng)調(diào)節(jié)空間11內(nèi)的壓力上升以使得在膜片12上的氣體壓力以及來(lái)自彈簧13的力與來(lái)自控制空間10的在膜片12上的氣體壓力平衡時(shí)，控制構(gòu)件18和推桿31進(jìn)一步向著節(jié)流閥14的關(guān)閉移動(dòng)，從而在調(diào)節(jié)空間11內(nèi)且在出口端口 29及其圖3中例示的輸送導(dǎo)管38中的其延長(zhǎng)部?jī)?nèi)限定了一個(gè)限定的調(diào)節(jié)壓力。
[0055]參照?qǐng)D2，該調(diào)節(jié)器的一方面在于:在節(jié)流閥14與調(diào)節(jié)空間11之間的路徑中提供第二鎖閉閥37，其包括孔39，帶凹槽的閥頭40穿過(guò)該孔與控制構(gòu)件18協(xié)作，且由于閥頭40的凹槽內(nèi)的密封26而與孔39處于可密封的關(guān)系。鎖閉閥37主要由LP電磁閥17和HP電磁閥16的動(dòng)作控制，LP電磁閥17和HP電磁閥16連同來(lái)自彈簧13的力控制控制空間10與調(diào)節(jié)空間11之間的相對(duì)壓力差，以確定控制構(gòu)件18的軸向位置。
[0056]在正常的有源操作中，且同樣參照?qǐng)D3，當(dāng)氣體從入口 15通過(guò)節(jié)流端口 14并且通過(guò)打開(kāi)的鎖閉閥37到調(diào)節(jié)空間11內(nèi)并且從出口端口 29出來(lái)時(shí)，LP電磁閥17使得其閥端口 41保持關(guān)閉。這是憑借線(xiàn)圈42內(nèi)的電流流動(dòng)，其抵抗彈簧44的力和作用在閥構(gòu)件46上的氣體壓力而吸引電樞43朝向磁極45，閥構(gòu)件46密封在閥端口 41上，閥端口 41在上游側(cè)連接到中間導(dǎo)管27，中間導(dǎo)管27既與控制空間10連通又與HP電磁閥16的下游側(cè)連通。該操作條件將會(huì)隨著控制空間10內(nèi)的壓力相對(duì)于調(diào)節(jié)空間11的壓力升高而發(fā)生，這是由于前述HP電磁閥16的周期性動(dòng)作以及LP電磁閥17的關(guān)閉的端口所導(dǎo)致的。
[0057]同樣參照?qǐng)D3，當(dāng)控制單元30用來(lái)關(guān)閉來(lái)自調(diào)節(jié)器19的氣體的流動(dòng)以切換到圖2中示出的位置時(shí)，LP電磁閥17的線(xiàn)圈42內(nèi)的電流被減小或完全關(guān)停，允許彈簧44的力和跨端口 41的壓力的合力作用在閥構(gòu)件46上以打開(kāi)端口 41，允許氣體從控制空間10流到調(diào)節(jié)空間11，從而允許在膜片12兩側(cè)的壓力上基本平衡。在壓力上的該基本平衡，以及彈簧13與跨節(jié)流閥14和閥頭40的節(jié)流壓力的共同作用起關(guān)閉鎖閉閥37的作用，且憑借密封26強(qiáng)迫閥頭40與孔38成密封關(guān)系。這樣，無(wú)論在控制空間10和調(diào)節(jié)空間11中各自的壓力為何，通過(guò)LP電磁閥17的作用來(lái)確保各自的壓力上的基本平衡，而通過(guò)無(wú)論可能最初存在于控制空間10和調(diào)節(jié)空間11內(nèi)的靜態(tài)壓力級(jí)別為何來(lái)確保鎖閉閥37的關(guān)閉。
[0058]鎖閉閥37具有柔性的密封26，當(dāng)調(diào)節(jié)器19被控制單元30關(guān)停時(shí)，密封26將會(huì)減少到調(diào)節(jié)空間11內(nèi)的泄漏。此外，鎖閉閥37會(huì)允許對(duì)氣體流的調(diào)節(jié)，此時(shí)流量極其小，且在該情況下主節(jié)流閥14在被關(guān)閉以妨礙在這樣的低流量的氣體流下進(jìn)行有效調(diào)節(jié)時(shí)具有足夠高的泄漏。
[0059]方便地，節(jié)流閥14可以是全金屬的閥，以促進(jìn)來(lái)自加熱廊道47的加熱流體的精確的流特性和良好的熱傳遞，從與向加熱廊道47內(nèi)的循環(huán)流體提供余熱的運(yùn)行的發(fā)動(dòng)機(jī)相關(guān)聯(lián)的流體流方便地循環(huán)所述流體流。而且，使用電加熱元件作為對(duì)在加熱廊道47中循環(huán)的加熱流體的輔助或是附加，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員是顯而易見(jiàn)的。圍繞節(jié)流閥14的閥承載器(valve carrier)48的布置，向閥底座32和中間導(dǎo)管36促進(jìn)了良好的熱傳遞，防止當(dāng)該氣體流被節(jié)流穿過(guò)節(jié)流閥14時(shí)且由于其膨脹到中間空間36內(nèi)使溫度下降而形成冰。該布置還避免了對(duì)柔性密封26的極度冷卻，否則密封26可能會(huì)在極低溫度下易于硬化。
[0060]可意識(shí)到，本發(fā)明的壓力調(diào)節(jié)方法允許非常準(zhǔn)確地設(shè)定幾乎任何壓力，無(wú)關(guān)于在通過(guò)調(diào)節(jié)器19和輸送導(dǎo)管38的流路徑中的流速和限制。此外，例如，響應(yīng)于與發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行有關(guān)的任意個(gè)數(shù)的變量，可以通過(guò)所述控制系統(tǒng)幾乎瞬時(shí)地設(shè)定且自動(dòng)地維持調(diào)節(jié)壓力。
[0061]對(duì)于作用在控制空間10上的壓力限制裝置的一個(gè)實(shí)施例，該調(diào)節(jié)器的LP電磁閥17在本質(zhì)上還是安全泄放閥，該泄放閥控制控制空間10與調(diào)節(jié)空間11之間的過(guò)多的氣體壓力的泄放。在此情況下，泄放壓力是通過(guò)作用在端口 41上的壓力確定的，所述壓力作用在閥構(gòu)件46上、平行于彈簧44的力、并且與在電樞43和磁極零件45之間的電磁吸引力相反。當(dāng)所述壓力和彈簧44的力大到足以克服前述電磁力時(shí)，端口 41將會(huì)對(duì)氣體流打開(kāi)，從而將控制空間10內(nèi)相對(duì)于調(diào)節(jié)空間11的過(guò)多的壓力泄放。繼而，此電磁力可由線(xiàn)圈42之內(nèi)的預(yù)定水平的電流進(jìn)行設(shè)計(jì)，所述電流限定了電樞43上的預(yù)定電磁力以及一個(gè)特征泄放壓力(characteristic relief pressure)。例如,對(duì)于具有不同泄放壓力設(shè)置的不同的發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用，可以通過(guò)自動(dòng)控制以及通過(guò)校準(zhǔn)方法，方便地選擇該電磁力。
[0062]用于高壓壓縮天然氣的調(diào)節(jié)器的安全性是至關(guān)重要的。因而，LP電磁閥17的閥端口 41相對(duì)于HP電磁閥16的閥端口 22的相對(duì)尺寸是重要的。為了在HP電磁閥16發(fā)生故障(閥端口 22保持打開(kāi))的狀況下限制控制空間10內(nèi)或調(diào)節(jié)空間11內(nèi)的壓力，以限制每個(gè)端口內(nèi)的氣體流的標(biāo)稱(chēng)橫截面積測(cè)量的所述尺寸的比值將被限制到10:1或更大的比值。也即，當(dāng)兩個(gè)端口都完全打開(kāi)時(shí)，限制通過(guò)閥端口 41的氣體流的橫截面積應(yīng)是閥端口22的橫截面積的至少十倍大。這在本質(zhì)上限制了控制空間10和調(diào)節(jié)空間11兩者中的以及中間導(dǎo)管27中的最大壓力，中間導(dǎo)管27是電磁閥16和17之間的公共流體連接。在前述故障狀況期間，通過(guò)將中間導(dǎo)管27內(nèi)的中間壓力限制到一個(gè)值(該值比高壓源導(dǎo)管15內(nèi)的壓力小至少十倍)，這進(jìn)一步保護(hù)電磁閥免受由于爆裂造成的故障。
[0063]可進(jìn)一步意識(shí)到，通過(guò)由該調(diào)節(jié)器提供的先進(jìn)的功能，可以派生某些新穎的氣體計(jì)量系統(tǒng)。因?yàn)橛稍撜{(diào)節(jié)器提供的壓力是可變的且電子可控的，可以用控制到發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣口的流的固定孔口噴射器替代該調(diào)節(jié)器下游的復(fù)雜電磁受控噴射器。在該實(shí)施例中，根據(jù)發(fā)動(dòng)機(jī)變量的氣體壓力控制允許控制到發(fā)動(dòng)機(jī)的氣體流。因此，可以響應(yīng)于所感測(cè)的發(fā)動(dòng)機(jī)上的操作參數(shù)來(lái)控制到某些大型發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣歧管的燃料流，且可以響應(yīng)于所要求的操作變量通過(guò)使用所述調(diào)節(jié)器改變氣體壓力來(lái)控制到該發(fā)動(dòng)機(jī)的燃料輸送。此外，通過(guò)根據(jù)所選擇的發(fā)動(dòng)機(jī)變化控制該調(diào)節(jié)器下游的孔口面積，使用所述調(diào)節(jié)器對(duì)氣體壓力的控制就足以準(zhǔn)確地控制到任何發(fā)動(dòng)機(jī)的進(jìn)氣端口(無(wú)論是大還是小)的氣體流。這樣的簡(jiǎn)化的氣體輸送系統(tǒng)的細(xì)節(jié)是在本申請(qǐng)文件的范圍之外的。在使用液化天然氣(LNG)作為氣體源的情況下，這樣的系統(tǒng)是特別切題的。在燃料計(jì)量系統(tǒng)中沒(méi)有移動(dòng)部件，避免了使用全無(wú)潤(rùn)滑油的氣體(諸如來(lái)源于在低溫度下最初存儲(chǔ)的的汽化LNG)時(shí)的快速磨損的問(wèn)題。
[0064]已經(jīng)參照示例實(shí)施方案描述了本發(fā)明。然而，對(duì)于本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)明了，在不背離由權(quán)利要求書(shū)所限定的本發(fā)明范圍的前提下，可以作出多種變化和修改。
【權(quán)利要求】
1.一種可變氣體壓力調(diào)節(jié)器，包括: a.一個(gè)主體，設(shè)有一個(gè)入口和一個(gè)出口 ； b.一個(gè)控制空間和一個(gè)調(diào)節(jié)空間，所述調(diào)節(jié)空間流體地連接到所述出口，且通過(guò)一個(gè)膜片與所述控制空間分隔； c.一個(gè)節(jié)流閥，用來(lái)調(diào)節(jié)所述入口與所述出口之間的流體流； d.一個(gè)控制構(gòu)件，與所述膜片相關(guān)聯(lián)以響應(yīng)于所述膜片的移動(dòng)而移動(dòng)，所述控制構(gòu)件能夠移動(dòng)以操縱所述節(jié)流閥；以及 e.一個(gè)鎖閉閥，與所述控制構(gòu)件相關(guān)聯(lián)，并且位于所述節(jié)流閥與所述調(diào)節(jié)空間之間的流體流動(dòng)路徑內(nèi)，其中當(dāng)所述節(jié)流閥關(guān)閉時(shí)，所述鎖閉閥阻止流體從所述入口流到所述調(diào)節(jié)空間。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣體壓力調(diào)節(jié)器，還包括:一個(gè)第一電子激活閥，用于控制流體從所述入口流到所述控制空間；以及一個(gè)第二電子激活閥，用于控制流體從所述控制空間流到所述調(diào)節(jié)空間。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣體壓力調(diào)節(jié)器，還包括一個(gè)彈簧機(jī)構(gòu)，其作用于所述膜片上，以當(dāng)所述控制空間內(nèi)的壓力等于所述調(diào)節(jié)空間內(nèi)的壓力時(shí)抵抗所述控制空間內(nèi)的流體的壓力而移動(dòng)所述控制構(gòu)件，由此迫使所述節(jié)流閥和所述鎖閉閥到各自的關(guān)閉位置。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變壓力調(diào)節(jié)器，還包括:一個(gè)高壓電磁閥，其被致動(dòng)以開(kāi)啟或關(guān)閉所述第一電子致動(dòng)閥；以及一個(gè)低壓電磁閥，其被致動(dòng)以開(kāi)啟或關(guān)閉所述第二電子致動(dòng)閥。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣體壓力調(diào)節(jié)器，其中所述第一電子致動(dòng)閥或其相關(guān)聯(lián)的流體通路具有的流體流橫截面積是所述第二電子致動(dòng)閥或其相關(guān)聯(lián)的流體通路具有的流體流橫截面積的至少十倍大。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣體壓力調(diào)節(jié)器，還包括一個(gè)加熱廊道，加熱流體能夠通過(guò)該加熱廊道循環(huán)以接近于所述節(jié)流閥，以防止所述氣體壓力調(diào)節(jié)器的凍結(jié)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣體壓力調(diào)節(jié)器，還包括一個(gè)電加熱元件，其接近于所述節(jié)流閥，以防止所述氣體壓力調(diào)節(jié)器流體的凍結(jié)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣體壓力調(diào)節(jié)器，其中所述節(jié)流閥包括至少一個(gè)由金屬材料制成的組件。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的可變氣體壓力調(diào)節(jié)器，其中所述鎖閉閥包括一個(gè)彈性密封，用于密封所述入口到所述調(diào)節(jié)空間之間的流體通路。
10.一種操作可變氣體壓力調(diào)節(jié)器的方法，所述可變氣體壓力調(diào)節(jié)器包括一個(gè)入口、一個(gè)出口、一個(gè)控制空間和一個(gè)調(diào)節(jié)空間，所述調(diào)節(jié)空間流體地連接到所述出口并且通過(guò)一個(gè)膜片與所述控制空間分隔，所述方法包括: a.通過(guò)周期性地致動(dòng)第一電子激活閥以打開(kāi)所述入口與所述控制空間之間的流體流來(lái)增加所述控制空間內(nèi)的壓力，從而移動(dòng)所述膜片以及與所述膜片相關(guān)聯(lián)的控制構(gòu)件，以打開(kāi)與所述控制構(gòu)件相關(guān)聯(lián)的一個(gè)節(jié)流閥和一個(gè)鎖閉閥，以打開(kāi)所述入口與所述出口之間的流體流；以及 b.如果所述調(diào)節(jié)空間內(nèi)的壓力超過(guò)預(yù)定壓力，則通過(guò)致動(dòng)第二電子激活閥以暫時(shí)打開(kāi)從所述控制空間到所述調(diào)節(jié)空間的流體流來(lái)調(diào)節(jié)所述入口與所述出口之間的流體流，從而迫使所述節(jié)流閥和所述鎖閉閥朝向它們各自的關(guān)閉位置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中當(dāng)所述節(jié)流閥關(guān)閉時(shí)，處于關(guān)閉位置的所述鎖閉閥進(jìn)一步阻止流體從所述入口流到所述調(diào)節(jié)空間。
12.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中通過(guò)所述節(jié)流閥和所述鎖閉閥的流體流量是由所述控制構(gòu) 件的位置所確定的。
13.根據(jù)權(quán)利要求10所述的方法，其中當(dāng)所述控制空間內(nèi)的壓力超過(guò)一個(gè)預(yù)定極限時(shí)，所述第二電子激活閥打開(kāi)，以允許流體從所述控制空間流到所述調(diào)節(jié)空間。
【文檔編號(hào)】F16K31/42GK103765067SQ201280041641
【公開(kāi)日】2014年4月30日 申請(qǐng)日期:2012年8月28日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月29日
【發(fā)明者】M·麥凱 申請(qǐng)人:西港能源有限公司