專利名稱：降壓補償直動作用的壓力調(diào)節(jié)閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種氣體壓力膜片調(diào)節(jié)閥，特別適用于天然氣和液化石油氣(液化石油或丙烷)設(shè)施中的氣體壓力調(diào)節(jié)閥。
氣體壓力膜片式調(diào)節(jié)閥在技術(shù)上是公知的。在這種閥中，有一個閥芯膜片和與之相配的閥座被安置在流道的上游和下游的之間，通過改變閥門的開口，也就是閥芯膜片從與之相配合的閥座離開的位移量，來控制下游段氣體的壓力和流量。在輸送由負(fù)載而定的氣體需要量時，通過調(diào)節(jié)閥門的開口，實現(xiàn)氣體壓力和流量的調(diào)節(jié)，從而保持所需的下游壓力。通用的，低成本的單級調(diào)節(jié)閥通常包括一個膜片，該膜片對下游壓力起到測量和傳送裝置的作用，上述的下游壓力作用在膜片的一側(cè)，以克服相對側(cè)可調(diào)整的調(diào)節(jié)彈簧的力。彈簧力最初使膜片和相接的推桿連接機構(gòu)保持在使閥芯膜片從閥座上縮回這樣一種位置上。當(dāng)引入上游壓力時，氣流將通過閥座與閥芯的開口進(jìn)入閥裝置的下游方。下游方的壓力作用在膜片上，使膜片克服相對側(cè)的彈簧力，而使推桿機構(gòu)運動，并使閥芯膜片處于靠近閥座的位置。在這種方式中，當(dāng)彈簧的加載力和作用在膜片上的下游壓力產(chǎn)生的力達(dá)到力平衡時，對于調(diào)節(jié)彈簧加載的調(diào)整便決定了下游的控制壓力。連接機構(gòu)提供的機械增益，通過由很低的下游控制壓力作用的小膜片，使閥芯膜片相對于閥座關(guān)閉，盡管有較高的壓力作用使閥芯膜片開啟。
所有的單級調(diào)節(jié)閥在其壓力流量特性上一般都具有被稱作“降壓”的作用。降壓包括兩個原因，一個是由于膜片位移時彈簧的長度改變，故由調(diào)節(jié)彈簧產(chǎn)生的作用力也有了小的變化;另一個原因是，當(dāng)膜片移動時，膜片有效面積有了非常輕微的改變。這些作用的合成，降低了下游控制壓力，而流量增加了。所以，壓力被稱作“降壓”了。一個相對簡單、便宜和有效的部分解決方法就是使用“增速器”給膜片提供一個比被控制的下游壓力略低一些的壓力。這種作用產(chǎn)生了較大的閥門開口和較高的氣體流速。增速器可以用一個畢托管來實現(xiàn)，該畢托管被裝在閥中的過流斷面收縮處檢測較低壓力;或者，通過一個增速管來實現(xiàn)，該增速管在與膜片相連接的閥腔內(nèi)，產(chǎn)生較低壓力而具有增加的流速。通過對閥腔的抽吸把有效壓力降低在被控制的下游壓力以下的其它方法也可被考慮。
應(yīng)該注意到，在民用氣體裝置中，下游壓力必須保持在極低的水平上，對于天然氣和液化石油氣裝置，一般需要17.8～27.9cm的水柱壓力的量級。相應(yīng)地，在入口或上游的壓力可能需要20.7Kg/cm2或更高些。為消除下游系統(tǒng)中可能出現(xiàn)的嚴(yán)重過壓狀態(tài)，以及在民用場合，減少指示燈熄滅的煩惱(和可能的危險)，需要良好的壓力卸荷控制。但是，大多數(shù)民用場合中，對氣體壓力調(diào)節(jié)器的要求，使得有必要對于一個簡單機械裝置在設(shè)計上采取折衷方案。例如，連接機構(gòu)所固有的摩擦，滯后或間隙，將會降低與調(diào)節(jié)性能的一致性。如前所述，彈簧和膜片作用的結(jié)合會引起輸出壓力下降。這個壓差將通過某個進(jìn)口壓力或有限的流動范圍，由某個增速方法來克服。固定的機械增益連接機構(gòu)對克服這個壓差不起任何作用。在許多通用的技術(shù)例子中，卸荷閥被包含在致動器殼體中，而該殼體與裝有閥座的殼體相分離，在達(dá)到卸荷閥泄出之前，迫使過壓的下游氣體流經(jīng)防護(hù)通路。
本發(fā)明的氣體壓力調(diào)節(jié)閥通過一個特別的凸輪推桿和節(jié)流管的結(jié)合克服了這些限制，節(jié)流管是一個帶整體加速管的閥座。凸輪推桿的特征即外形具有凸輪輪廓，它由調(diào)節(jié)彈簧和膜片直接控制，用來沿直線移動一個閥芯膜片，在無任何連桿機構(gòu)的情況下，以非線性方式與閥座進(jìn)行或脫離配合。當(dāng)需要將閥芯膜片相對閥座關(guān)閉時，凸輪推桿提供了較高的機械增益，而在完成快速地非線性的閥芯膜片的開啟時，則表現(xiàn)出較低的機械增益，從而機械地導(dǎo)致了增速作用，并且在整個流動情況下，保持所需要的下游控制壓力。節(jié)流管通過引入由流體作用的增速器，在下述情況下對調(diào)節(jié)的一致性提供幫助，即由增速器的形狀輪廓決定節(jié)流管的端部和調(diào)節(jié)閥出口之間的間隔，該間隔又依次控制膜片空腔的抽吸，上述膜片空腔也是調(diào)節(jié)閥下游壓力的測量元件。這種結(jié)構(gòu)允許膜片暴露在一個大容積的流體腔室內(nèi)，并且與凸輪推桿的一個大面積的卸荷支座連接在一起，提供極好的過壓保護(hù)即卸荷性能。根據(jù)本發(fā)明的這種直動式壓力調(diào)節(jié)閥，通過簡單地改變預(yù)定的、可調(diào)整的卸荷閥彈簧和調(diào)節(jié)彈簧的載荷，就既適用于天然氣也適用于液化石油氣裝置的使用。
本發(fā)明的首要目的是提供一種新穎的氣體壓力調(diào)節(jié)閥。
本發(fā)明的另一個目的是提供一種低成本，高性能的直動式單級氣體壓力調(diào)節(jié)閥。
本發(fā)明的再一個目的就是提供一種改進(jìn)的單級氣體壓力調(diào)節(jié)閥。
在閱讀完下面的附圖及其說明后，本發(fā)明的目的及優(yōu)點將是顯而易見的，其中

圖1是根據(jù)本發(fā)明的調(diào)節(jié)閥結(jié)構(gòu)的截面圖;
圖2是表示本發(fā)明調(diào)節(jié)閥中的凸輪推桿、增速管和直線移動的膜片保持架特征的局部放大圖;
圖3是圖2結(jié)構(gòu)的俯視圖;
圖4是關(guān)于圖2和圖3結(jié)構(gòu)的局部剖切透視圖;
圖5是沿圖2中5-5線的局部視圖;
圖6是圖3結(jié)構(gòu)的側(cè)視圖。
參見圖1，一個調(diào)節(jié)閥10包括一個彈簧殼體12，它按常規(guī)方式安裝在調(diào)節(jié)閥閥體即下部殼體14上，例如，該殼體有沿其周邊的連接法蘭，通過合適的螺紋緊固件和與之相嚙合的螺紋孔將法蘭夾緊，這些細(xì)節(jié)沒有在圖中表示。彈簧殼體12限定了上腔16，閥體14限定了大容積的下腔18。隔開這兩個腔的是一種彈性體，一般是固定在一個大直徑膜片圓盤21上的環(huán)狀隔膜20，膜片20的環(huán)形外側(cè)周邊被彈簧殼體12和閥體14的法蘭夾緊。采用任何適當(dāng)?shù)姆椒?，將膜?0的內(nèi)側(cè)周邊部分與膜片圓盤21的外側(cè)邊緣牢固連接。膜片圓盤21包括布置在中心且直立的圓柱形套環(huán)19。本領(lǐng)域的技術(shù)人員可以理解到，膜片圓盤不是實心的，而是限定了多個大孔，正常工作時，上述孔由一個較大的面積的，通常為杯狀的并與凸輪推桿26連成整體的卸荷支座30來密封。卸荷支座可以簡單地與凸輪推桿26牢固連接。凸輪推桿26包括一個以螺紋段結(jié)尾的圓柱形支柱28，膜片圓盤21的套環(huán)19可滑動地安裝在支柱28上。通過夾緊在圓柱形套環(huán)19和調(diào)節(jié)螺母48之間的可調(diào)節(jié)卸荷彈簧46提供的壓力，使膜片20的下側(cè)面與卸荷支座30形成密封，上述調(diào)節(jié)螺母與支柱28的螺紋段相嚙合。卸荷彈簧46可以進(jìn)行調(diào)節(jié)，以使在正常工作壓力下，膜片圓盤21相對于凸輪推桿26并不運動，因而，卸荷支座30仍然保持與膜片20相貼合。
當(dāng)膜片與卸荷支座相貼合時，從閥體14到彈簧殼體12之間就沒有通路了。當(dāng)處在過載狀態(tài)下，膜片圓盤21相對于凸輪推桿26被向上驅(qū)動，使膜片20與卸荷支座30之間的密封被破壞，并且從環(huán)繞卸荷支座30的下腔18產(chǎn)生的氣流，通過膜片圓盤21本體上的大孔(圖中沒有表示)到達(dá)上腔16中。
彈簧殼體12的上部被一個密封頂蓋40所封閉。一個可進(jìn)行調(diào)整的調(diào)節(jié)彈簧36被夾緊在膜片圓盤21和上部的彈簧座39之間，通過旋轉(zhuǎn)一個可調(diào)節(jié)的螺旋38可使該彈簧座垂直移動，以增加或減少由調(diào)節(jié)彈簧36施加在膜片圓盤上的力。頂蓋40包括一個向下凸出的行程止動擋塊42，來限制凸輪推桿26的向上移動，萬一閥門機構(gòu)發(fā)生嚴(yán)重?fù)p壞，強迫調(diào)節(jié)閥進(jìn)入卸荷工作狀態(tài)，如中斷氣體供應(yīng)量時未能關(guān)閉閥門，以及不能夠通過正常的卸荷操作對由此產(chǎn)生的過載進(jìn)行卸荷。彈簧殼體12還限定了卸荷開口44，通過該出口使上腔16與外部環(huán)境相通。
調(diào)節(jié)閥體14包括進(jìn)口22和出口24，上述的進(jìn)口和出口可通過螺紋將調(diào)節(jié)閥連接到通有氣流的管道(未表示)上。進(jìn)口22和出口24最好沿軸向?qū)φ?，如圖所示，以對管道中的氣體提供一個相對直通的流道。凸輪推桿26以推桿端部32結(jié)尾，該推桿端部32具有一個正面凸輪輪廓即表面33和一個相似的反面凸輪輪廓即表面34。推桿端部32從圓柱形節(jié)流管50上一般呈矩形的開口中穿過，該節(jié)流管的長度占據(jù)了進(jìn)口22和出口24之間間隔距離的相當(dāng)一段。節(jié)流管50被固定在閥體14上，并且通過一個“0”形圈54與進(jìn)口22的內(nèi)壁形成氣密封。節(jié)流管內(nèi)有一個錐形段51，用以提供一個入口通道并形成一個圓環(huán)狀的閥座52。節(jié)流管50還有增速延伸端56，對經(jīng)過這里的氣流產(chǎn)生增速作用，通過對閥腔中流速的抽吸，使作用在膜片20上的壓力比出口24中存在的壓力略微低一些。一個閥芯膜片60被安裝在膜片保持架58上，該保持架在節(jié)流管內(nèi)，隨著與其成直角的凸輪推桿26的垂直位移而水平移動。這將通過膜片保持架58上凸輪隨動器的表面62和63與凸輪推桿端部32的前凸輪表面33的配合來完成?？梢詤⒁娖渌母綀D看出，膜片保持架58在節(jié)流管中沿軸向的直線位移由節(jié)流管內(nèi)的一對槽來限制，其中的一個槽70表示在圖1中。一個偏置彈簧64與推桿端部32的后凸輪表面34相配合，用來克服閥工作時的滯后影響。
需要注意的是，膜片20的下側(cè)面與進(jìn)口22和出口24之間存在的流道直接相連。該結(jié)構(gòu)與一個位于凸輪推桿26上的較大的卸荷支座30連在一起，當(dāng)出口或下游的壓力突然增高時，上述結(jié)構(gòu)能夠快速有效地將高壓卸荷。如上所述，還應(yīng)該注意的是，凸輪推桿26的垂直位移被直接轉(zhuǎn)換成相對于閥座52的閥芯膜片的水平直線位移。由于沒有連接機構(gòu)，即連桿和軸銷，也就沒有摩擦損失和機械運動。因而根據(jù)本發(fā)明所設(shè)計的結(jié)構(gòu)，一種結(jié)構(gòu)簡單，成本低的直動調(diào)節(jié)閥，能嚴(yán)格控制輸出的壓力和流量，并具有良好的壓力卸荷能力。
參見圖2～6，它們揭示了本發(fā)明的進(jìn)一步的細(xì)微結(jié)構(gòu)。在局部放大視2中，切開的膜片保持架58清楚地顯示出閥芯膜片60。該膜片最好是由合成橡膠一類的彈性材料制成，并保持在膜片保持架58前端一個合適的槽中。膜片保持架58通常為帶有一段被切除部分的圓柱體，上述的切除部分由一對內(nèi)表面相互平行的側(cè)壁72和74，后壁76及由凸輪隨動器表面62和63所限定的前壁所組成。后壁76延伸至槽66中，偏置彈簧64的一端被固定在上述槽中，該彈簧彎曲的頭部65與凸輪推桿26的推桿端部32上的后凸輪輪廓34彈性地配合。膜片保持架58有四個外伸端即翼57，每側(cè)有兩個，它們與節(jié)流管50內(nèi)表面上一對徑向相對的槽68和70相配合，來限定膜片保持架58在節(jié)流管內(nèi)沿軸線向直線移動。第一和第二安裝接耳55被布置在節(jié)流管50的前端，該接耳還包括安裝小孔55a，用來將節(jié)流管固定在調(diào)節(jié)閥的下部殼體14內(nèi)。
如圖所示，凸輪隨動器表面62和63是扁平的而且相互構(gòu)成一定角度。凸輪隨動器表面與凸輪推桿26上的前凸輪輪廓33相嚙合，用以移動膜片保持架58，從而控制閥座52與閥芯膜片60之間的流量開口。凸輪輪廓33的外形和凸輪隨動器表面62和63提供了近似41的力增益，以利于閥芯膜片在需要時穩(wěn)定地閉合，并降低至近似21的機械增益，以利于在流動狀態(tài)下的調(diào)節(jié)穩(wěn)定性和容量。
如前所述，在上游壓力和下游負(fù)載改變時，在調(diào)節(jié)中，由變化量帶來的滯后和機械偏差是一難點，而這個難點在本發(fā)明的結(jié)構(gòu)中被這樣解決了，即在該結(jié)構(gòu)中提供一個具有相似輪廓的，在凸輪推桿26端部32的后端的凸輪輪廓34。偏置彈簧64的彎曲65頂在該凸輪輪廓面34上，始終推動凸輪表面33與凸輪隨動器表面62和63之一相配合。這就消除了滯后因素，從而在負(fù)載周期性變化和進(jìn)口壓力改變時，提供與這種變化相一致的調(diào)節(jié)性能。
調(diào)節(jié)器最好用重量較輕、但是高強度的材料制造，以符合它的造價設(shè)計目標(biāo)。凸輪推桿，節(jié)流管和膜片保持架可由自身固有較好自潤滑性的工程樹脂或類似的重量輕，強度高，低摩擦的其它材料制成。膜片可由任何己知的可用于這種用途的彈性材料來制造。凸輪推桿和卸荷支座最好被壓制成一個單件。同樣，閥座也可做成一個單獨的插件，或如圖所示，與節(jié)流管的一部分結(jié)合成一個整體。對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說很明顯，改變閥座52上阻尼孔直徑和凸輪表面的輪廓以及變更節(jié)流管的長度和尺寸，可使制造者能提供一個單級的、低成本的氣壓調(diào)節(jié)閥，它可以滿足廣泛的場合和工作狀況。
應(yīng)該指出，對于本領(lǐng)域的技術(shù)人員，在所述的發(fā)明基礎(chǔ)上，進(jìn)行沒有脫離其實質(zhì)和范圍的許多改進(jìn)是顯而易見的。本發(fā)明僅限于權(quán)利要求書限制范圍。
權(quán)利要求
1.一個具有一個進(jìn)口和一個出口的降壓補償調(diào)節(jié)閥包括膜片機構(gòu)；向上述膜片機構(gòu)的一側(cè)提供調(diào)節(jié)力的機構(gòu)；與上述進(jìn)口相接的閥機構(gòu)，包括一個閥座和一個可移動的閥芯膜片機構(gòu)，所述的閥芯膜片機構(gòu)在直線上移動與所述的閥座形成或脫離嚙合；與所述膜片機構(gòu)相連接的推桿機構(gòu)，它具有一個凸輪輪廓用來調(diào)節(jié)響應(yīng)于所述膜片機構(gòu)的位移的，閥芯膜片機構(gòu)相對于閥座的位置；與所述的出口相連接的增速機構(gòu)，用來向所述膜片機構(gòu)的另一側(cè)提供壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的裝置，其特征在于所述的閥機構(gòu)包括一個支承所述閥座的節(jié)流管，而所述的增速機構(gòu)包括了所述節(jié)流管的一個延伸端。
3.根據(jù)權(quán)利要求2的裝置，其特征在于所述節(jié)流管包括一導(dǎo)向機構(gòu)，而所述的可直線運動的閥芯膜片機構(gòu)包括一個具有與所述凸輪輪廓相配合的凸輪隨動器表面的膜片保持架和一個閥芯膜片，所述的導(dǎo)向機構(gòu)與所述膜片保持架配合來限制所述膜片保持架沿所述節(jié)流管軸線的直線運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求3的裝置，其特征在于所述的凸輪輪廓面把響應(yīng)所述膜片機構(gòu)的位移量按非線性比例傳遞給所述膜片保持架。
5.根據(jù)權(quán)利要求4的裝置，進(jìn)一步包括與所述節(jié)流管直接流通相連的壓力卸荷機構(gòu)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5的裝置，進(jìn)一步包括偏壓機構(gòu)，用來保持所述的凸輪輪廓面與所述的凸輪隨動器表面相配合。
7.根據(jù)權(quán)利要求6的裝置，其特征在于所述推桿機構(gòu)包括一個推桿端部，所述推桿端部在其一側(cè)限定了一凸輪輪廓面并在其相反側(cè)限定了一相似的凸輪輪廓面，而所述的偏壓機構(gòu)包括一個連接在所述膜片保持架和所述的相似凸輪輪廓面之間的一個偏置彈簧，以使所述的凸輪輪廓面與所述的凸輪隨動器表面保持配合。
8.根據(jù)權(quán)利要求7的裝置，其特征在于所述導(dǎo)向機構(gòu)包括一對在所述節(jié)流管內(nèi)沿徑向相對的槽，而所述的膜片保持架包括與所述槽相配合的多個象翼一樣的延伸端。
9.一個降壓補償氣體調(diào)節(jié)閥包括一個彈簧殼體和一個下部殼體;一個插在所述彈簧殼體和下部殼體之間的膜片;一個在所述彈簧殼體中向所述膜片的一側(cè)加載的調(diào)節(jié)彈簧機構(gòu);一個與所述膜片相連的推桿，它有一個伸進(jìn)所述下部殼體的成型的端部;在下部殼體中沿軸向?qū)?zhǔn)的一個進(jìn)口和一個出口;一個放置在進(jìn)口的閥座;一個用來固定閥芯膜片的機構(gòu)，沿直線移動，以便與所述閥座形成或脫離配合;一個用來把所述的成型的推桿端部與閥芯膜片固定機構(gòu)連接在一起的機構(gòu)。
10.根據(jù)權(quán)利要求9的裝置，進(jìn)一步包括支承所述閥座的一個節(jié)流管，該節(jié)流管具有一個放置在所述出口附近的一個增速延伸端，用來控制向所述膜片的另一側(cè)提供的壓力。
11.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，進(jìn)一步包括了與所述膜片相連接的，位于彈簧殼體中的壓力卸荷機構(gòu)。
12.根據(jù)權(quán)利要求10的裝置，其特征在于所述的可移動閥芯膜片機構(gòu)包括一個具有外伸翼閥芯膜片保持架，而所述的節(jié)流管包括與外伸翼相配合的一對在內(nèi)側(cè)相對的槽。
13.根據(jù)權(quán)利要求12的裝置，其特征在于所述的成型端部包括一個凸輪輪廓，而所述膜片保持架包括的一個與凸輪輪廓相接觸的凸輪隨動器表面，并進(jìn)一步包括在所述推桿相反側(cè)的一個相似凸輪輪廓面;以及連接在所述膜片保持架和所述相似的凸輪輪廓之間的一個偏置彈簧。
14.根據(jù)權(quán)利要求13的裝置，其特征在于所述凸輪輪廓把響應(yīng)于所述膜片機構(gòu)的運動，按非線性比例傳遞給所述膜片保持架。
15.根據(jù)權(quán)利要求14的裝置，進(jìn)一步包括在彈簧殼體中與所述膜片相連接的壓力卸荷機構(gòu)，其特征在于所述的推桿包括一個與所述膜片連接的大面積的卸荷支座。
全文摘要
自控降壓補償調(diào)節(jié)閥包括彈簧殼體和下部殼體及夾在當(dāng)中的膜片。下部殼體有軸向?qū)φ倪M(jìn)口和出口。整體的凸輪推桿和卸荷支座被安裝用來與膜片一起移動，并包括用來與可移動的膜片保持架直接配合的第一凸輪表面。該膜片保持架在支承閥座的節(jié)流管內(nèi)沿直線移動。凸輪表面響應(yīng)于膜片的運動，按非線性比例來移動膜片保持架。節(jié)流管具有一個向膜片提供加速作用的延伸端。膜片的上方裝有壓力卸荷機構(gòu)。偏置彈簧用以保持第一凸輪表面與膜片保持架相配合。
文檔編號F16K31/165GK1036626SQ8910094
公開日1989年10月25日 申請日期1989年2月27日 優(yōu)先權(quán)日1988年2月29日
發(fā)明者唐納德·杜安·萊斯, 瑪麗·厄比·胡德 申請人:費希爾控制國際有限公司