CN101283210A - 两级气体调节组件 - Google Patents

Abstract

一种控制从储气罐到气动操作装置的气体压力的气体调节组件，其包括包围一对气体调节器的主外壳。气体调节器在主外壳内入口与出口之间串联对准，所述入口接收高压气体，而所述出口用于释放控制压力的气体。每个气体调节器包括可密封阀，所述阀限定输入和输出，且每个阀包括具有活塞缸和活塞杆的活塞。弹簧邻近所述活塞以迫使所述活塞缸离开所述相应的入口，而垫片贴近所述弹簧，以调节所述弹簧施加在所述活塞缸上的力。每个阀使气体能通过相应的气体调节器，直到在各个气体调节器的各个出口中达到预定的压力，此时预定的压力将关闭相应的阀。

Description

两级气体调节组件

有关专利申请的相互参考

本专利申请享有2005年7月19日提出的美国临时专利申请No.60/700,595的优先权，所述专利申请在此引入作为参考。

发明背景

由于小型气动操作装置需要在恒压下供应增压气体，所以许多所述装置都使用小气罐连接到调节器上，所述调节器安装到所述装置上。出于轻便的原因，各个部件的尺寸变成重要的考虑。现行调节器需要外壳，这种外壳相对较大且难以机械加工，其空气通道与气流方向成一定角度。

发明内容

本文所述的发明提供一种气体调节组件，用于控制从储气罐到气动操作装置的气体压力，所述气体调节组件包括供一对气体调节器用的主外壳。气体调节器在气体入口与气体出口之间于主外壳中以串联对准；所述气体入口用于接收高压气体，而所述气体出口用于释放预定压力下调节的气体。每个气体调节器包括可密封阀，所述可密封阀限定输入和输出，且每个阀包括活塞，所述活塞具有活塞缸和活塞杆。弹簧邻近所述活塞，以迫使所述活塞缸离开所述相应的入口，而垫片贴近所述弹簧，以调节由所述弹簧施加在所述活塞缸上的力。每个阀使气体能通过相应的气体调节器，直到在各个气体调节器的各个出口中达到预定的压力，此时预定的压力将关闭相应的阀。

气体调节组件是一种小型和稳定的组件，它具有简单的外壳，所述外壳不需要复杂的机械加工，而且没有不合乎需要的供气体在外壳中流动的通道。气体调节组件的实施例为两级结构，以便当供应压力变化时，例如当储气罐中的气体消耗时，输出压力基本上保持恒定，以供在气动操作装置中使用。

附图说明

体现本发明特点的两级气体调节器在附图中示出，所述附图构成本公开文献的一部分，其中：

图1是装配在外壳中的两级气体调节器装置的剖视图；

图2是图1中气体调节器的剖视图，该图示出气体通过两级气体调节器装置的流动；

图3是两级气体调节器装置的剖视图；

图4是两级气体调节器装置的第一级气体调节器装置的剖视图；

图5是两级气体调节器装置的第二级气体调节器装置的剖视图；和

图6是气体调节组件在气动操作装置与储气缸之间操作时的方框图。

具体实施方式

参看图1、2和6，图中示出在储气罐102与气动操作装置100之间使用的两级气体或流体调节器装置10的一个实施例。气体调节器装置10包括两个不平衡调节器12、14(分别是第一级和第二级)，所述两个不平衡调节器12、14串联设置在主外壳15内，比如套筒或其它外壳中，所述主外壳15包括基底19或其它支承件。两个调节器12、14控制来自高压气体HP的气体压力，所述高压气体HP由储气罐102提供。气体调节器装置10具有入口16，从这里高压气体HP进入第一级，即近端调节器12，并且第一级调节器12将调节气体，以提供使得在输入到第二级，即远端调节器14的情况下出现中等或中间气体压力。第二级调节器14进一步将气体压力调节到在控制压力CP下的所需的输出70。

现在参见图3和4，图中示出第一级调节器12。第一级调节器12包括调节器外壳18，所述调节器外壳18围绕第一活塞20。活塞20可滑动地设置在调节器外壳18中，并包括活塞缸或缸体22，而一凹进的中心表面被连接在活塞杆或轴24的上方。活塞缸的O形环26设置在活塞缸22与调节器外壳18之间。此外，调节器外壳18包括基底构件18b，所述基底构件18b连接到第一底座27上。第一底座27被分开，以提供一个或多个与高压气体HP连通的第一级入口16。第一弹簧28设置在活塞缸22与基底构件18b之间，在第一弹簧28与基底构件18b之间另外设置一个或一组垫片30，如本文所述。装有第一弹簧28的腔通过第一通气孔29排入大气，所述通气孔可以贯穿主外壳15和调节器外壳18。因此，在第一弹簧28周围保持调节的压力与大气压之间的恒定关系。设置在基底构件18b与活塞缸22之间的是支承环32、止动器34和环形O形环36。最后，空心通道38通过活塞20，从而将第一级入口16与第一级出口40连接起来。

现在参见图3和5，图中示出第二级调节器12，所述第二级调节器12包括调节器外壳48，该调节器外壳48包围第一活塞50。第二活塞50可滑动地设置在调节器外壳48中，并包括活塞缸52，而一凹进的中心表面被连接在活塞轴54上方。在活塞缸52与调节器外壳48之间设置活塞缸O形环56。此外，调节器外壳48包括基底构件48b，所述基底构件48b连接到第二底座57上。第二底座57被分开，以提供一个或多个第二级入口46，所述一个或多个第二级入口46与第一级出口40相对应，并与中等气体压力连通。在活塞缸52与基底构件48b之间设置第二弹簧58，而另外在第二弹簧58与基底构件58b之间设置一个或一组垫片60，如本文所述。装有第二弹簧58的空腔通过第一通气孔59排入大气，所述第一通气孔59可以贯穿主外壳15和调节器外壳48。因此，在第二弹簧58周围保持调节的压力与大气压之间的恒定关系。设置在基底构件48b与活塞缸52之间的是支承环62、止动器64和环形O形环66。最后，空心通道68通过活塞50，从而将第二级入口56与第二级出口70连接起来。

参见图1至5，装有弹簧28、58的腔通过通气孔29、59排入大气。通气孔29、59可以贯穿主外壳15和各自调节器的外壳18、48。因此，在每个调节器12、14中保持调节的压力与大气压之间的恒定关系。

如上所述，在活塞20、50及其各自的调节器外壳18、48之间有多个密封件。在每个活塞20、30贴近活塞缸52的调节侧上的密封件是标准活塞式O形环26、56，所述O形环26、56实际上是活塞20、30的一部分。此外，各个活塞20、30的活塞杆24、54设有高压密封件，而环形O形环36、66围绕活塞杆24、54延伸，使得O形环26、56没有不平衡力的区域。

现在参见图2，当气体调节组件10开始连接到储气罐102上时，或者储气罐102充满高压气体HP时，两级调节器12、14的活塞20、50将通过各自弹簧28、58的力从其相应的底座27、57上移动。高压气体HP将通过第一级调节器12进入气体调节组件10。也就是说，弹簧28势必将活塞20顶离第一底座24，因此使气体能流过第一通道38而流入第二级调节器14。随着气体在出口40流出第一级12，而将流入第二级14的入口46。第二弹簧58将势必将第二活塞50顶离第二底座57，因此使气体能流过第二通道68通过第二活塞30而进入第二级调节器14中，并在出口70流出，供气动操作装置100使用。

随着第二级14的出口70中的压力升高到被气动操作装置100使用，在第二活塞50上将产生与所述出口70中的压力成正比的力F2。该力F2将抵消第二弹簧58的力，并且当力F2足够大时，将迫使第二活塞30倚靠在第二底座57上，因此，防止气体流过第二通道68而通过第二活塞50。结果，将从第二级14供应的气体保持在用户所需的控制压力CP下。

与第二级调节器14的操作类似，随着第一级调节器12的出口40中压力升高，在活塞20上将产生与所述出口40中的中间压力成正比的力F1。该力F1抵消弹簧28的力，并且当力F1足够大时，将迫使活塞20，特别是活塞杆24倚靠在第一底座27上。一旦活塞杆24邻接第一底座27，将堵塞通过活塞20的第一通道38，从而进一步防止气体流过第一通道38。因此，将来自储气罐102的可变高压气体HP控制在相应气动操作装置100可用的稳定压力CP下。

如上规定，来自储气罐102的高压气体HP最初在高压下占用入口16。然而，一旦高压气体HP被释放到气体调节组件10，高压气体HP的压力将下降。此外，随着气动操作装置100操作，压力将持续下降，使得高压气体HP的压力最后将等于大气压，并因此对气动操作装置100的操作不提供所需的要求，直到将储气罐102再装满气体或者将新储气罐102连接到气体调节组件10上为止。尽管如此，随着高压气体HP的压力变化，气体调节组件10将继续提供控制的气体CP，这种气体具有为气动操作装置100正常操作所需的压力。

气体的轴向流通过经过活塞20，50的通道38、68发生。高压HP最初占用气体调节器装置10在活塞杆24的外表面。每个调节器12、14的底座27、57可以包括橡胶表面。对于第一级调节器12，当活塞杆24靠在底座27上时，活塞杆24的远端边缘基本上将通道38密封。

在气体调节器装置10中大多数不平衡是下面两个面积比的函数，即的受到势必关闭各自气体调节器12、14的调节的压力的活塞20、30的面积与受到势必打开各自气体调节器12、14的高压的面积。该比值越大，调节器显示的不平衡越小。传统气体调节器采用大的活塞或隔膜来解决这个问题，但当这种结构适合于小空间或小外壳，比如套筒时，则是禁止的。因为这种气体调节器装置10的一个目的是将装置10占用的尺寸最小化，所以大的活塞不可行。因此，每级调节器12，14都将受到高压的面积最小化。当活塞杆24、54接合底座27、57时，高压基本上保持在活塞杆24、54的这侧上，而调节的压力保持在内侧上。在活塞20、50的端部，横过活塞杆24、54的壁的横截面进行密封。活塞20，30受到高压气体HP势必使活塞20、30移开各自底座27、57的面积是从来自活塞杆20、30的外部的止动器34、64和环形O形环36，66到引入端17、47的面积，在所述引入端17、47处，活塞20、30的最后密封在底座27、57上进行。通过使活塞20、30的壁变薄，使受到高压气体HP的所述面积最小化。

第一级12和第二级14在功能上两者相同并可互换。每级12、14的弹簧28、58设计成具有高弹簧常数(k)，使得预载荷中的很小变化都会引起弹簧力的显著变化。也就是说，在弹簧28、58与基底构件28b、48b之间添加薄垫片30、60可以显著地调节施加到各自活塞20、50上的弹簧力。输出压力通过在各自弹簧22、32下面添加一个或多个垫片33、43来设定，以增加预载荷，并因而增加输出压力28、38。第一和第二级调节12，14的弹簧常数k单独地设定到所需的输出压力，不过每个弹簧28、58的弹簧常数k可以相等。因此，弹簧28、58和垫片30、60将确定输出压力，而输入压力稍高于所需的输出压力。

作为示例，如果150磅/英寸²是所需的输出压力，则各级调节器12，14要在200磅/英寸²的输入压力下设定到150磅/英寸²。在这种配置下，当储气罐102的压力从3000磅/英寸²降到200磅/英寸²时，从第一级12的输出将从大约240磅/英寸²到150磅/英寸²变化，从第二级14的输出将从约155磅/英寸²到150磅/英寸²变化。因此，通过串联设置第一级调节器12和第二级调节器14，用户能够调节流入装置10中的高压HP，控制的压力CP从装置10流入到所述装置10中。

更具体地说，通过第一级调节器12将高压气体调节到一压力，该压力不论什么时候都大于所需的最终出口控制的压力CP。由于不平衡，第一级调节器12的出口40将根据第一级调节器12的入口16处的压力而变化。例如，当入口压力HP从3000磅/英寸²改变到300磅/英寸²变化时，来自第一级12的出口压力可以从300磅/英寸²到200磅/英寸²变化。然后，在出口40处的这个中间调节的压力被导入基本上相同的第二级调节器14中，所述第二级调节器14进一步将气体压力调节到第二级出口70处的所需的控制压力CP。当来自第一级12的出口压力从30磅/英寸²到200磅/英寸²变化时，来自第二级14的出口压力可以从15磅/英寸²到153磅/英寸²变化。因此，通过串联使用两个不平衡的调节器12、14，使来自气体调节组件10的输出控制压力CP随着输入压力HP改变而有效地保持恒定不变。

这种结构的重要方面包括其尺寸小。整个气体调节组件10可以设置在小腔里，比如圆的腔中，即其直径只有0.545英寸，而长度稍大于1英寸。另一个重要方面是所有流动和密封皆为轴向，因此不需要外部密封。因为不需要外部密封，所以制造腔变得更加简单，并因此造价较低。特别是，O形环的凹槽不需要机械加工成腔，而且总容差和光洁度要求可以更松。唯一的要求是在腔的端部有密封件。

尽管参照其优选实施例说明了本发明，但将要理解的是，在本文所述和所附权利要求书所述的本发明的精神和范围内，可以进行一些变动和修改。

Claims (20)

1.一种气体调节组件，其用于控制从储气罐到气动操作装置的气体压力，所述气体调节组件包括：

主外壳，其具有支承件；

第一级气体调节器，其在所述主外壳中设置于所述支承件上，所述第一级气体调节器具有入口和出口；所述入口接收来自储气罐的高压气体，而所述出口提供中间压力下的被调节的气体；和

第二级气体调节器，其设置在所述主外壳中贴近所述第一级气体调节器的所述出口，所述第二级气体调节器具有入口和出口，所述入口接收中间压力调节的气体，而所述出口将控制压力下的调节气体分配到气动操作装置。

2.如权利要求1所述的气体调节组件，其中，所述第一级调节器包括：

第一调节器外壳，其具有第一基底构件，所述第一调节器外壳限定气体入口和气体出口；

第一活塞，其可移动地设置在所述第一调节器外壳中；

第一弹簧，其设置在所述第一活塞与所述第一基底构件之间，所述第一弹簧将第一弹簧力施加在离开所述第一基底构件的所述活塞上；和

第一通道，其通过所述第一活塞，以定期地使所述第一调节器外壳的所述气体入口与所述第一调节器外壳的所述气体出口连接。

3.如权利要求2所述的气体调节组件，其中，所述第一活塞包括：

活塞缸和活塞杆，所述第一通道通过所述活塞缸和所述活塞杆；所述第一弹簧设置在所述活塞缸与所述第一基底构件之间。

4.如权利要求3所述的气体调节组件，还包括活塞缸O形环，所述O形环在所述活塞缸与所述第一调节器外壳中间。

5.如权利要求3所述的气体调节组件，还包括环绕所述活塞杆的环形O形环，所述环形O形环设置在所述活塞杆与所述第一基底构件之间。

6.如权利要求2所述的气体调节组件，还包括至少一个垫片，所述垫片在所述第一弹簧与所述第一基底构件中间。

7.如权利要求2所述的气体调节组件，还包括第一通气孔，所述第一通气孔通过所述主外壳和所述第一调节器外壳，以使所述第一弹簧与大气压连接起来。

8.如权利要求2所述的气体调节组件，其中，所述第二级调节器包括：

第二调节器外壳，其具有第二基底构件，所述第二调节器外壳限定气体入口和气体出口；

第二活塞，其可移动地设置在所述第二调节器外壳中；

第二弹簧，其设置在所述第二活塞与所述第二基底构件之间，所述第二弹簧将第二弹簧力施加在离开所述第一基底构件的所述第二活塞上；和

第二通道，其通过所述第二活塞，以定期地使所述第二调节器外壳的所述气体入口与所述第二调节器外壳的所述气体出口连接起来。

9.如权利要求8所述的气体调节组件，其中，所述第二活塞包括：

活塞缸和活塞杆，所述第二通道通过所述活塞缸和活塞杆；所述第二弹簧设置在所述活塞缸与所述第二基底构件之间。

10.如权利要求9所述的气体调节组件，还包括活塞缸O形环，所述活塞缸O形环在所述活塞缸与所述第二调节器外壳中间。

11.如权利要求9所述的气体调节组件，还包括围绕所述活塞杆的环形O形环，所述环形O形环设置在所述活塞杆与所述第二基底构件之间。

12.如权利要求9所述的气体调节组件，还包括至少一个垫片，所述垫片在所述第二弹簧与所述第二基底构件中间。

13.如权利要求9所述的气体调节组件，还包括第二通气孔，所述第二通气孔通过所述主外壳和所述第二调节器外壳，以使所述第二弹簧与大气压连接起来。

14.一种气体调节组件，其用于控制从储气罐到气动操作装置的气体的压力，所述气体调节组件包括：

主外壳，其具有支承件；

近端气体调节器，其设置在所述主外壳中于所述支承件上，所述近端气体调节器具有近端入口、近端出口和近端阀；所述近端入口接收来自储气罐的高压气体，所述近端出口提供中间压力下的调节气体，而所述近端阀设置在所述近端入口与所述近端出口之间；从而使气体通过近端气体调节器，直到在所述近端出口达到预定的压力以关闭所述近端阀；和

远端气体调节器，其设置在所述主外壳中邻近所述近端气体调节器的所述近端出口，所述远端气体调节器具有远端入口、远端出口和远端阀；所述远端入口接收中间调节的气体，所述远端出口将控制压力下的调节气体分配到气动操作装置，而所述远端阀设置在所述远端入口与所述远端出口之间；从而使气体通过远端气体调节器，直到在所述远端出口处达到预定的压力以关闭所述近端阀为止。

15.如权利要求14所述的气体调节组件，其中，所述近端气体调节器包括：

近端调节器外壳，其具有近端基底构件，所述近端调节器外壳限定所述近端气体入口和所述近端气体出口；

其中，所述近端阀包括近端活塞，所述近端活塞可移动地设置在所述近端调节器外壳中并具有近端活塞缸和近端活塞轴；

至少一个近端弹簧，其设置在所述近端活塞缸与所述近端基底构件之间，所述近端弹簧将近端弹簧力施加在离开所述近端基底构件的所述近端活塞缸上；

第一通道，其通过所述近端活塞，以在所述近端活塞移开所述近端基底构件时，定期地使所述近端气体入口与所述近端气体出口连接起来；

远端调节器外壳，其具有远端基底构件，所述远端调节器外壳限定所述远端气体入口和所述远端气体出口；

其中，所述远端阀包括远端活塞，所述远端活塞可移动地设置在所述远端调节器外壳内并具有远端活塞缸和远端活塞轴；

至少一个远端弹簧，其设置在所述远端活塞缸与所述远端基底构件之间，所述远端弹簧将远端弹簧力施加在离开所述远端基底构件的所述远端活塞缸上；和

第二通道，其通过所述远端活塞，以在所述远端活塞移开所述远端基底构件时，定期地使所述远端气体入口与所述远端气体出口连接。

16.如权利要求15所述的气体调节组件，还包括：

用于将所述近端活塞缸密封在所述近端调节器外壳中的装置；和

用于将所述远端活塞缸密封在所述远端调节器外壳中的装置。

17.如权利要求15所述的气体调节组件，还包括：

用于将所述近端活塞杆与所述近端基底构件密封的装置；和

用于将所述远端活塞杆与所述远端基底构件密封的装置。

18.如权利要求15所述的气体调节组件，还包括：

至少一个近端垫片，其在所述近端弹簧与所述近端基底构件的中间；和

至少一个远端垫片，其在所述远端弹簧与所述远端基底构件的中间。

19.一种用于控制从储气罐到气动操作装置的气体的压力的气体调节组件，包括：

主外壳；和

一对气体调节器，其串联地设置在主外壳中于入口与一出口之间；所述入口接收高压气体，所述出口用于释放控制压力的气体，每个气体调节器具有限定输入和输出的可密封阀，每个所述阀使所述气体通过所述相应的气体调节器，直到在所述相应气体调节器的所述相应出口中达到预定的压力。

20.如权利要求19所述的气体调节组件，其中，每个所述阀包括活塞，所述活塞具有活塞缸、活塞杆和通道，所述通道通过所述活塞缸和活塞杆，并且气体调节组件进一步包括弹簧和垫片；所述弹簧邻近所述活塞以迫使所述活塞缸离开所述相应的入口，而所述垫片贴近所述弹簧以调节所述弹簧施加在所述活塞缸上的力。

Images