CN101454737A - 流体压力调节器 - Google Patents

Abstract

本发明涉及卫生的流体压力调节器。一种示例性压力调节器包括主体，该主体具有压力入口和压力出口。一活塞设置在该主体中，并与所述压力入口和所述压力出口流体连接。该活塞被构造为在受压状态下起作用以与阀座接触，目的在于响应经过压力控制出口施加至所述活塞表面上的压力以控制从所述压力入口至所述压力出口的流体流动。

Description

流体压力调节器

技术领域

本公开内容大体涉及流体压力调节器，更具体而言，涉及一种适于饮料分配服务的卫生的减压调节器。

背景技术

许多流体控制系统利用压力调节器来控制管道中的流体压力，或者控制施加至诸如致动器和阀等控制装置的流体压力。减压调节器一般接收来自流体供给源的相对较高压力的流体，并以相对较低的流体压力输出该流体，同时为较宽范围的输出负载(即，流量需求或流体容量的变化等)提供稳定的输出。本领域技术人员理解的是，压力调节器一般通过控制诸如阀等限制元件的位置、通过向测量元件施加平衡力而起作用。该平衡力典型地由施加至测量元件一端的流体压力产生，以抵抗由与测量元件相连的加载元件产生的力。传统的压力调节器可使用隔膜或活塞作为测量元件，并利用弹簧作为加载元件。

许多传统的调节器设计具有的普遍问题在于，这些调节器设计易受入口供给压力变化的影响。也就是，出口压力的稳定性可能高度依赖于入口供给压力的稳定性，这相应地会影响受控流体的质量和性质。例如，具有用于减小对入口供给压力的敏感度的平衡设计的减压调节器被描述在美国专利申请2004/0007269中。描述在该公开专利申请中的减压调节器为在线减压调节器，其使用与用作加载元件的复式弹簧相结合的作为测量元件的单一活塞来抵抗作用在控制输出压力的测量元件上的控制压力。遗憾的是，所述复式弹簧在某些应用中会出现问题。例如，在食品和饮料工业，诸如茶分配器等饮料分配应用还必须具有卫生的流动路径，以避免饮料的停滞及可能的污染。诸如前述调节器等传统调节器经常将加载元件放置在流体流动路径中，从而使卫生操作难以实现。因此，有利的是提供一种减压调节器，其具有显著降低的制造成本，同时有利地提供改进的压力调节和卫生操作。

发明内容

在一个公开示例中，一种减压调节器包括主体，该主体具有通过该主体内的膛孔互连的压力入口和压力出口。一活塞被设置在该主体中，与所述压力入口和所述压力出口流体互连，从而形成在所述膛孔内的通路和压力腔。所述活塞被构造为与所述主体内的阀座接触，以响应经过压力出口施加至所述活塞表面来抵抗由与所述活塞相连的单一弹簧提供的加载力的压力，以控制流体从所述压力入口至所述压力出口的流动。

在另一公开示例中，一种压力调节器包括与压力入口和压力出口流体连接的模块式压力调节器阀组件。该模块式压力调节器阀组件包括活塞，该活塞具有最小的入口面积以减小供给敏感度，并且，被构造为与一阀座接合并响应控制压力以控制在所述压力入口与所述压力出口之间经过所述阀座的流体流动，其中仅所述活塞和所述阀座暴露于该流体流动。

附图说明

图1是处于打开位置的示例性减压调节器的剖视图。

图2是处于闭合位置的示例性减压调节器的剖视图。

具体实施方式

大体而言，在此描述的示例性减压调节器设置有单一或整体式的调节器主体，该主体包含内部压力调节阀，以控制通过该调节器的流体流动。示例性压力调节阀为常开阀(即，在低于预定压力或设定值压力时，流体大致畅通地从入口流动至出口)，其利用单一的活塞和弹簧来调节流体压力，并由此调节流体流动。该压力调节阀利用由调节器主体的单一压力源入口导致的输出压力来实现该目的。也就是，该输出压力由内部压力调节阀上的压降产生，该压降从出口或压力输出侧驱动压力调节阀，以控制阀位置。在优选实施例中，压力调节阀基于一单一或整体式的活塞。该单一活塞实质上减少了用于实现压力调节阀组件所需的部件数量，从而实现具有更高可靠性和卫生操作的更为紧凑的设计，同时降低了制造和装配成本。对本领域技术人员而言还显而易见的是，将在下文中更详细描述的减压调节器的设计允许该调节器易于用于卫生操作。

大体而言，该简单的模块式设计利用在受压状态下活塞上的力平衡而起作用，从而使出口保持以预定压力。在优选实施例中，该示例性压力调节器被构造为，当出口压力降到所希望的预定压力以下时提供增大的测量元件面积(即，增大对控制压力的调节器增益或响应性)。该优选设计进一步包括最小的入口面积，以有效地使输出压力稳定性与入口压力变化不再关联。当如下文更详细说明的限制元件或阀闭合时，如果阀座上出现流体泄漏，那么该设计还有利地提供压力辅助关闭功能。

现在参照图1，示例性减压调节器100的剖视图被示出，其用于调节诸如由爱荷华州梅森城的IMI科尼利厄斯公司制成的3型茶分配器(Model 3tea dispenser from IMI Cornelius of Mason City，Iowa)等茶分配器的输出压力的应用。该示例性调节器与已知的输出调节器相比具有相对较小的总体尺寸(例如大约2.25英寸×1.50英寸×1.80英寸)，并实质上减少了部件总数量，这形成更可靠且更低廉的压力调节器。如图所示，例如当调节器首次操作或当输出压力低于预定压力或设定值时，该示例性调节器100处于打开位置或称第一位置。相反，图2是例如当输出压力近似等于设定值时处于基本闭合位置或称第二位置的示例性减压调节器100的剖视图。如这些图所示，该示例性减压阀100包括减压阀组件或模块150，该减压阀组件或模块设置在单一的基本整体式的调节器主体或模块110的膛孔140内。主体110包括向调节器100提供压力源的单一压力入口125。减压阀组件150定位在入口125与出口145之间的膛孔140内。

该示例性调节器100进一步包括罩盖165，如图所示，该罩盖165被构造为与由所述膛孔的加宽部190形成的主体的开口配合，从而在膛孔140的出口或输出侧形成罩盖165与阀组件140之间的压力腔137。环形密封件192被放置在罩盖165中的槽194内，以形成主体110内的压力密封。罩盖165利用与上环形槽189接合的诸如常用C形环等罩盖保持件187保持在主体110内。可替代地，罩盖可螺纹连接至调节器主体以形成压力腔137。罩盖165还可包括一体式行进止挡200(如图2所示)，以当调节器完全打开而处于第一位置时(例如，当没有入口压力时或当出口压力基本小于入口压力时)与减压阀组件150接合。

如图所示，减压阀组件150可选择性地与通路135与压力腔137之间的直径减小的中间部136接合，该中间部形成主体110中的阀座142。该示例性压力调节器的减压阀组件150包括单一活塞160(即，测量元件)、加载元件170和至少一个环形密封件180。更具体而言，活塞160为大致圆柱形的部件，其可滑动地与调节器主体的膛孔140接合，以选择性地经过通路135与压力入口125和压力出口145互连，并与中间部136和膛孔140的压力腔137互连。活塞160具有第一传感表面164，当压力阀组件150完全打开时，该第一传感表面164在第一位置(如图1所示)承受经过压力出口145的控制压力(即，腔137中的压力)。活塞160进一步包括第二传感表面168，当压力阀组件150不完全打开，例如当压力阀组件150基本闭合时，该第二传感表面168在第二位置(如图2所示)承受经过压力出口145的控制压力。

为了控制流体流动，活塞160具有增大部146，其成形为当减压调节器处于基本闭合位置时与阀座142接触。活塞160还可包括承载部175，该承载部优选地被构造为承载加载元件或弹簧170，以提供预定的力来抵抗和/或平衡施加在第一和/或第二传感表面164和168其中之一上的出口压力。本领域技术人员应理解的是，如图所述，示例性活塞160具有在其增大部146与承载部175之间的轴向相对的第一入口表面167和第二入口表面169，当入口流体压力作用在这些表面上时，这些入口表面基本抵消活塞160的入口力(即，这些入口表面上的净力基本为零)。这使得与加载元件的力结合的施加在第一和第二表面164和168上的力支配输出压力控制。

在需要卫生操作的应用中，活塞160还可包括与该活塞160的承载部相邻的第一环形通道182，该第一环形通道与环形密封件180(例如O形环)结合以形成一密封腔，该密封腔用于使加载元件170和活塞的承载部175与流体流动隔离。这避免了调节器100内的流体(例如，诸如茶等饮料)停滞。可替代地，所述环形通道可位于膛孔中以容纳O形环密封件(未示出)。为了消除密封腔的任何“空气弹簧”效应，主体110还可包括排气口153，以在活塞的承载部175下方的区域中实现压力均衡。也可在活塞160的增大部146内形成第二环形通道144，以结合另外的O形环，从而提供用于与阀座142接合的弹性密封件148。这种密封件可根据应用基本帮助阻止或阻断从入口125至出口145的流体流动。

在可替代示例中，应理解的是，通过在主体内设置用于承载弹性材料的环形通道或槽从而形成软座，阀座可由比主体材料或活塞材料软的弹性材料形成。对应的活塞的环形部的直径可从活塞160的第一表面164略微增大，以与所述弹性材料接合，从而便于阻断(例如，将软密封件与活塞相对地放置在主体中)。

在示例性调节器的操作中，本领域技术人员应理解的是，当活塞160在第一位置(图1所示)时(即，当阀组件150完全打开时)，第二传感表面168与一体式行进止挡200接触，这减小了活塞160的总传感面积。因此，当活塞160在第一位置时，输出压力基本小于设定值压力，且加载力支配活塞上的力平衡。可替代地，当活塞160在第二位置(如图2所示)时，输出压力对第一和第二传感表面164和168的结合作用，以增大抵抗加载力的流体压力。

根据以上描述，明显的是，压力阀组件150在操作过程中具有两个响应特性或增益。第一响应特性或增益在压力阀组件150完全打开时与第一传感表面164的环形面积相关。第二响应特性或增益发生在压力阀组件没有与行进止挡200接触时，并与第一和第二传感表面164和168的面积相关。这两个响应特性或增益使得该示例性调节器能够以下述方式响应抵抗的加载力，即，该调节器在接近设定值或所希望的输出压力(例如压力调节阀组件150在第二位置)时具有增大或增强的对输出压力变化的偏差的响应性。

在压力受控之前的操作中，加载元件170偏压活塞160远离阀座142并与一体式行进止挡200紧密接触，以允许从压力入口125至压力出口145的基本不受限的流体流动。流体从入口125流过通路135，并即时对通路135和压力腔137加压至与入口压力几乎相等的压力。随着出口压力在压力腔137中增大，增大的力以预定方式施加在活塞的第一传感表面164上，从而与第一传感表面164的环形面积相关的力抵抗加载元件170的加载力，并且活塞160将在受压状态下开始抵抗加载元件170并朝阀座142移动。在第一位置的活塞运动之前，控制压力仅作用在活塞160的第一传感表面164，以产生与调节器的第一增益相关的力。一旦压力腔137中的压力足以产生克服初始加载力的力，活塞160将朝第二位置移动。

在第二位置(如图2所示)，活塞160已移动远离行进止挡200，并且出口压力作用在活塞160的第一传感表面164和第二传感表面168，以克服加载元件170的加载力。如前所述，该在第二位置可获得的增大的表面面积使调节器中对负载需求的增益或响应性增大，并可减小调节器的“下降”(即与所希望压力的输出偏差)。在第二位置，环形表面146可继续朝阀座142移动，以使密封件148形成在压力入口125与压力出口145之间的限制，这实质上减小了流体流动，从而导致出口145处的压力下降。

可理解的是，当环形表面146接合阀座142(即，阀关闭)时，密封件148基本闭合压力阀组件，并本质上阻止压力入口125与压力出口145之间的流动。如果在密封件148与阀座142之间有泄漏，输出压力可上升到设定值以上。在这种情况下，额外的流体流动导致压力阀组件150的出口侧的压力增大，并且产生抵抗第一传感表面164和第二传感表面168的额外的闭合力。由泄漏产生的额外的力增大座上的压差比例，以“正阻断”压力阀组件150，从而使输出压力快速返回至设定值。

根据以上描述，显而易见的是，活塞160的这种调节在调节器操作过程中连续发生，从而基于出口压力来控制通过该调节器的流体流动。在压力调节过程中的力平衡的作用下，活塞160在受压状态下继续关于阀座142起作用。也就是，当驱使活塞远离阀座和朝向阀座的压力处于平衡时，出口145处的压力与基本由传感表面164和168以及弹簧或加载元件170的弹簧刚度确定的预定设定值基本相等。

因此，应理解的是，调节器的多个响应特性或增益提高了出口压力调节对负载变化的敏感度，并且，减小的并抵消的入口面积基本消除了出口压力偏差对入口压力变化的灵敏度。此外，还应理解的是，调节器主体、活塞以及罩盖可由例如黄铜、不锈钢等金属形成，或者由任一适合于减压调节器的预期应用的金属或材料形成，包括诸如由特拉华州的威尔明顿的杜邦公司制造的迭尔林(

from DuPont E I De Nemours & Co.of Wilmington，DE)等工程塑料。

尽管在此描述了某些装置、方法和制造品，本专利的覆盖范围并不限于此。相反，本专利覆盖字面上或等同替换原则下隶属于所附权利要求书的范围内的所有实施例。

Claims (19)

1、一种压力调节器(100)，包括：

主体(110)，其具有压力入口(125)、压力出口(145)、将所述压力入口(125)与所述压力出口(145)互连的膛孔(140)，以及位于所述膛孔(140)内的阀座(142)；

活塞(160)，其设置在所述膛孔(140)中，以选择性地与所述膛孔(140)中的阀座(142)接合，从而用于控制从所述压力入口(125)至所述压力出口(145)的流体流动，以及

加载元件(170)，其可操作地与所述活塞(160)相连，其中所述加载元件(170)对所述活塞(160)施加一加载力，从而致使该加载元件(170)产生一预定的平衡力，以抵抗由经过所述压力调节器的流体流动产生的出口压力所产生的出口力。

2、如权利要求1所述的压力调节器(100)，其中所述活塞(160)为基本单一构件。

3、如权利要求1所述的压力调节器(100)，其中所述活塞(160)至少包括第一入口表面(167)和第二入口表面(169)，所述第一入口表面和第二入口表面被构造为实质上减小与所述出口力相反的入口流体力。

4、如权利要求1所述的压力调节器(100)，其中所述加载元件(170)为弹簧。

5、如权利要求4所述的压力调节器(100)，其中所述活塞(160)进一步包括用于将所述加载元件(170)与所述流体流动隔离的第一密封件。

6、如权利要求1所述的压力调节器(100)，其中所述活塞(160)进一步包括用于与所述阀座(142)接触的密封环(54)。

7、如权利要求1所述的压力调节器(100)，其中所述活塞(160)上的力相反，以使该活塞(160)在受压状态下运行经过所述阀座(142)。

8、如权利要求1所述的压力调节器(100)，其中所述活塞(160)限定第一传感表面(164)，以使当所述活塞(160)处于第一位置时，施加在所述第一传感表面(164)上的流体力抵抗由所述加载元件(170)施加的力。

9、如权利要求8所述的压力调节器(100)，其中所述活塞(160)限定第二传感表面(168)，以使当所述活塞(160)处于第二位置时，施加在所述第一传感表面(164)和第二传感表面(168)上的流体力抵抗由所述加载元件(170)施加的力。

10、如权利要求1所述的压力调节器(100)，其中所述活塞(160)接合所述阀座(142)，以基本闭合在所述压力入口(125)与所述压力出口(145)之间的膛孔(140)，从而通过所述阀座(142)泄漏的流体产生在所述活塞(160)上的额外的出口力。

11、一种模块式压力调节器(100)，包括：

主体模块(110)，其具有压力入口(125)、压力出口(145)，以及穿过该压力入口和压力出口的膛孔(140)；以及

压力调节阀模块(150)，其设置在所述膛孔(140)中，并与所述压力入口(125)和所述压力出口(145)流体连接，其中所述压力调节阀模块(150)被构造为运行经过设置在所述膛孔(140)内的阀座(142)，以控制从所述压力入口(125)至所述压力出口(145)的流体流动，其中所述压力调节阀模块(150)进一步包括：

测量元件(160)，其中该测量元件(160)被构造为响应由出口压力所产生的流体力，以及

加载元件(170)，其中该加载元件(170)可操作地连接至所述测量元件(160)，并被构造为产生与施加在所述测量元件(160)上的流体力相反的抵抗力。

12、如权利要求11所述的模块式压力调节器(100)，其中所述压力调节阀模块(150)至少包括第一入口表面(167)和第二入口表面(169)，所述第一和第二入口表面被构造为实质上减小与由所述出口压力产生的流体力相反的入口流体力。

13、如权利要求11所述的模块式压力调节器(100)，其中所述压力调节阀模块(150)进一步包括用于将所述加载元件(170)与所述流体流动隔离的第一密封件。

14、如权利要求11所述的模块式压力调节器(100)，其中所述压力调节阀模块(150)进一步包括用于与所述阀座(142)密封地接合的密封环(54)。

15、如权利要求11所述的模块式压力调节器(100)，其中所述压力调节阀模块(150)上的力相反，以使所述压力调节阀模块(150)在受压状态下运行经过所述阀座(142)。

16、如权利要求11所述的模块式压力调节器(100)，其中所述压力调节器(100)进一步包括：当该压力调节阀模块(150)在第一位置时的第一调节器增益以及当该压力调节阀模块(150)在第二位置时的第二调节器增益。

17、如权利要求16所述的模块式压力调节器(100)，其中当所述压力调节阀模块(150)在第一位置时，所述第一调节器增益由第一传感表面(164)限定。

18、如权利要求16所述的模块式压力调节器(100)，其中当所述压力调节阀模块(150)在第二位置时，所述第二调节器增益至少由第二传感表面(168)限定。

19、如权利要求11所述的模块式压力调节器(100)，其中所述压力调节阀模块(150)接合所述阀座(142)，以基本闭合在所述压力入口(125)与所述压力出口(145)之间的所述膛孔(140)，以使通过所述阀座(142)泄漏的流体产生在所述压力调节阀模块(150)上的额外的出口力。

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