CN101627203A - 压力调节器 - Google Patents

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Abstract

一种流体压力调节器，包括其内接纳有活塞(18)的调节室(9)，在所述调节室(9)内，具有由所述活塞(18)的相对部分限定的第一室(10)和第二室(11)，所述第一室(10)和所述第二室(11)分别包括用于所述流体的第一入口(12)和第二入口(13)，所述第一入口(12)和所述第二入口(13)连接至第一压力(PIN)下的第一环境(2)，所述第一室(10)和所述第二室(11)分别包括用于所述流体的第一出口(14)和第二出口(15)，所述第一出口(14)和所述第二出口(15)连接至第二压力(POUT)下的第二环境(23)，所述活塞(18)可响应所述第一室(10)内的所述流体的压力变化而在所述调节室(9)内移动，以打开/关闭所述第二出口(15)，以便调节所述第二压力(POUT)，所述流体压力调节器包括用于打开/关闭所述第一出口(14)的阀门机构(26)，以便减小所述第一室(10)内的所述压力变化。

Description

压力调节器
本发明涉及一种用于调节流体压力的压力调节器。
特别的，本发明涉及可用在气体燃料供应系统中的压力调节器，例如天然气、液化石油气，氢气等，用于调节从加压气体燃料源流向运行设备，例如内燃机的气体燃料的压力。
机械压力调节器是已知的，它包括外壳，在该外壳内设有调节室。
在该调节室内设有隔膜或活塞，从而将调节室分为第一室或上室，和第二室或下室。
该第一室连接至参考压力，例如大气压下的环境。
第二室包括入口和出口，用于将气体燃料分别连接至气体燃料源和气体燃料的运行设备。
该已知的机械调节器还包括用于调节入口和出口之间的气体燃料流量的阀门。
该阀门固定至隔膜/活塞的与第二室面对的第一侧面，并设有定位在第二室内的阀座，其中该第二室位于入口和出口之间的燃料入口处。
该已知的机械调节器还包括定位在第一室内并固定至隔膜/活塞第二侧面的弹簧，其中该第二侧面面向第一室并与第一侧面相对。
在使用时，弹簧在隔膜/活塞上施加弹力，该弹力通过将阀门定位和保持在距阀座一定距离处而作用在阀门上，通过这种方式，限定了一个孔口，其中所需流量的气体燃料科流过该孔口。
换句话说，通过该隔膜/活塞，弹簧将阀门定位在与调节器所需的出口压力对应的预定运行位置。
该已知机械调节器的局限在于，出口压力相对于调节器运行范围的正常压力值变化，即，出口压力随着入口调节器压力和所需流量的变化而变动。
该已知机械调节器的另一局限在于，它们在运行过程中不能调节上述出口压力，即，它们在根据上述参考压力的恒定正常出口压力下工作。
事实上，该出口压力由阀门的运行位置来确定，该运行位置取决于弹簧通过隔膜/活塞施加在阀门上的弹力。
该弹力取决于弹簧特性、预加负载，以及弹性常数，因此在操作过程中不能改变。
另一局限在于，该已知的机械调节器需要周期性校准，以便保持和保存其初始性能。
这是因为隔膜易受时间流逝的影响并永久变形。
另一缺点在于，这些调节器不能用在低温下，即，不能用于在气体燃料和合适热源之间不具有换热器的条件下。
这是因为隔膜对温度具有敏感性，其在低温下将变硬。
本发明的目的是改进该压力调节器。
另一目的是得到一种能使出口压力改变的压力调节器。
在一目的是提供一种在运行过程中可被控制的压力调节器。
在一目的是使该压力调节器相对于已知的调节器更可靠和更精密，而无需在其使用期限内周期性的校准。
在一目的是提供一种相对于已知机械调节器对低温具有低敏感性的压力调节器。
根据本发明，提供了一种流体压力调节器，包括其内接纳有活塞的调节室，在所述调节室内，具有由所述活塞的相对部分限定的第一室和第二室，所述第一室和所述第二室分别包括用于所述流体的第一入口和第二入口，所述第一入口和所述第二入口连接至第一压力下的第一环境，所述第一室和所述第二室分别包括用于所述流体的第一出口和第二出口，所述第一出口和所述第二出口连接至第二压力下的第二环境，所述活塞可响应所述第一室内的所述流体的压力变化而在所述调节室内移动，以打开/关闭所述第二出口，以便调节所述第二压力，所述流体压力调节器包括用于打开/关闭所述第一出口的阀门机构，以便引起所述第一室内的所述压力变化。
在本发明的一个实施例中，所述调节器包括控制和管理单元，用于通过脉冲宽度调节循环来控制所述阀门机构。
这样能使所述压力调节器在运行过程中通过电子学方法来调节和改变所述第二压力。
事实上，在所述控制和管理单元内，输入代表所述第二压力的压力设定值，该设定值可以是固定的或者是可变的。
随后，所述控制和管理单元将由定位在所述第二出口下游的压力传感器测量的所述第二压力与压力设定值相比。
接着，对于所述第二出口压力和压力设定值之间检测到的可能偏差，所述控制和管理单元对被发送至所述阀门机构的电信号进行处理，该电信号引起所述第一室内的压力偏差，从而使活塞移动，以使得所述第二压力等于压力设定值。
而且，根据本发明的调节器相对于已知的机械调节器更可靠和精密，并且可用在低温下。
事实上，所述调节器不使用在已知机械调节器中用到的对温度和时间敏感的隔膜。
参照附图，本发明可被更好地理解并实现，其中本发明的实施例通过非限制性例子的方式示于这些附图中：
图1是压力调节器的示意图，其处于第一运行构造，被插入在气体燃料供应系统中；
图2是图1中压力调节器的示意图，其处于第二运行构造。
参照图1和2，示出了一种气体燃料(例如天然气、液化石油气、氢气等)供应系统1，包括贮气罐或气瓶2，其设置用来在所需的入口压力PIN下容纳气体燃料。
贮气罐2将入口压力PIN下的气体燃料供应至压力调节器3，该压力调节器3被设置用来将出口压力值POUT下的气体燃料供应至燃料定量给料装置6，例如气体燃料运行设备7的喷嘴，例如内燃机。
换句话说，调节器3被插入在贮气罐2和定量给料装置6之间，从贮气罐2接收入口压力PIN下的气体燃料，并将该气体燃料在固定或可变的所需出口压力值POUT下供应至定量给料装置6。
调节器3包括外壳8，其内设有调节室9。
调节室9具有第一室10和第二室11，其中第一室10可运行地定位在第二室11之上。
第一室10和第二室11分别包括用于气体燃料的第一入口12和第二入口13，第一入口12和第二入口13分别通过第一导管20和第二导管21连接至贮气罐2。
而且，第一室10和第二室11分别包括第一出口14和第二出口15(图2)，它们分别通过第三导管22和第四导管23连接至调节器3的控制室16和定量给料装置6。
调节器3还包括具有第一门36和第二门37的第五导管24，所述门被设置用来将第五导管24分别连接至控制室16和第四导管23。
调节器3还设有定位在调节室9内的活塞18，用于限定第一室10和第二室11。
特别的，在活塞18和调节室9之间设有具有适当尺寸大小的通道100，其被设置用来使气体燃料在第一室10和第二室11之间通过。
活塞18包括第一端面38和第二端面39，它们彼此相对并且分别面向第一室10和第二室11，其中第一端面38要比第二端面39宽一些。
活塞18可在图1所示的第一闭合位置C1和图2所示的第一开启位置A1之间移动，这样，活塞18可分别阻止/允许气体燃料经第二出口15从第二室11流向定量给料装置6。
换句话说，活塞18可朝向或远离第二出口15移动，这样，可通过活塞18的端部19部分或完全关闭第二出口15。
通过这种方式，有可能改变限定在端部19和第二出口15之间的孔(未示出)的尺寸，以允许气体燃料以受控方式从第二室11流向定量给料装置6。
调节器3还包括定位在第一室10内的第一弹簧25，并且其被设置用来使活塞18向第二出口15移动。
调节器3还包括电磁阀26，其被设置用来控制第一室10内的第一压力P1。
电磁阀26可在图1所示的第二闭合位置C2和图2所示的第二开启位置A2之间移动。
电磁阀26设有节气门27，其被设置用来分别在电磁阀26处于第二开启位置A2和第二闭合位置C2时，打开/关闭第一室10的第一出口14，节气门27被控制以便通过包括缠绕在支撑元件30周围的线圈29的电磁阀28向远离第一出口14的方向移动。
在线圈29内具有通道33，固定至节气门27的销钉34可在该通道33内滑动。
调节器3还包括依靠在销钉34并定位在通道33内的第二弹簧31。
特别的，第二弹簧31被设置用来将第二阀26定位在第二闭合位置C2，即，向第一出口14推压节气门27以便关闭第一出口14。
电磁阀26可通过利用脉冲宽度调制矩形波信号，或PWM(脉冲宽度调制)和/或频率调制信号的控制和管理单元4来控制。
在控制和管理单元4内，输入压力设定值PSET，它表示调节器3所需的出口压力值POUT，该设定值PSET可以是固定或可变值。
控制和管理单元4将由定位在第二出15下游的压力传感器5测量的出口压力值POUT与使用例如比例积分微分(PID)控制算法或比例积分(PI)控制算法得到的设定压力值PSET相比。
随后，对于出口压力值POUT和设定压力值PSET之间检测的可能偏差，控制和管理单元4对传送至电磁阀28的电信号进行处理，该电信号适当地驱动节气门27，以使得出口压力值POUT和设定压力值PSET相等。
下面参照图1和2描述调节器3的运行，其中调节器3分别处于第一构造A和第二构造B。
在第一构造A中，线圈29未被激励，并且电磁阀26处于第二闭合位置C2，由于第二弹簧31施加的压力，节气门27紧靠在第一出口14上，即，关闭第一出口14。
在第一构造A中，由第一室10内的第一压力P1产生的第一力FP1和由第一弹簧25施加的弹性力FEL通过向第二出口15推压活塞18而作用在活塞18的第一端面38上。
另一方面，在第一构造A中，由第二室11内的第二压力P2产生的第二力FP2和出口压力POUT产生的第三力FP3通过朝远离出口15的方向推压活塞18而作用在活塞18的第二端面39上，其中该出口压力POUT小于第四导管23内的入口压力PIN。
在该第一构造A中，第一压力P1等于第二压力P2，并且他们均等于入口压力PIN，但是，由于第一端面38大于第二端面39，第一力FP1的模数将大于第二力FP2的模数，并且第一力FP1和弹性力FEL的模数之和将大于第二力FP2和第三力FP3的模数之和，并且因此，活塞18被保持在第一闭合位置C1。
在第二构造B中，线圈29被激励，并且电磁阀26处于第二开启位置A2，此时，节气门27相对于第一出14被提起。
通过这种方式，由于第一出14的第一直径d1大于第一入口12的第二直径d2，气体燃料将从第一室10流向控制室16，并且通过第五导管24从控制室16流向定量给料装置6。
该气体燃料的流动将导致第一室10内的第一压力P1降低，并且因此第一力FP1减小了。
当第一力FP1达到这样一个值，即，第一力FP1和弹性力FEL的模数之和小于第二力FP2和第三力FP3的模数之和时，活塞18将远离第二出15移动，即，活塞18从第一闭合位置C2向第一开启位置A移动，这样，受控流量的气体燃料从第二室11向定量给料装置6流动，此时，第二室11恒定地供给入口压力PIN下的气体燃料。
随后，压力传感器5检测调节器3的出口压力POUT，并向控制和管理单元4发送信号，该控制和管理单元4将该出口压力POUT与压力设定值PSET相比，而且，如果电磁阀26检测到该数值之间存在偏差，则向电磁阀26发送合适的控制信号。
调节器3还能向定量给料装置6有效调节最小流量的气体燃料，以及在最大压力条件下调节上述气体燃料。
实际上，通过适当地操作电磁阀26，让少量的气体燃料从第一室10流出是可能的，以这种方式，第一室10内的第一压力P1的变化将不能使活塞18移动，此时活塞18将保持在第一闭合位置C1。
由控制和管理单元4控制的该少量气体燃料通过第五导管24从第一室10流向定量给料装置6。
换句话说，在不运行活塞18的情况下，即，通过绕过活塞18，提供少量的流体是可能的。
应该注意，由控制和管理单元4适当地控制的电磁阀26是如何使第一压力P1被调节的，并且因此可调节向定量给料装置6输送气体燃料的开始和周期。
为确保调节器3的最佳运行，第一直径d1必须足够小，以控制作用在节气门27上的压力。
换句话说，第一直径d1必须足够小，以使得在线圈29未被激励时，第二弹簧31能将电磁阀26保持在第二闭合位置C2。
而且，第一直径必须大于第二直径，这样，第一室10内的气体燃料的流量大于另外的进入到第一室10内的气体燃料的流量。
而且，当活塞18处于第一闭合位置C1时，由第一室10限定的第一容积必须远小于由第二室11限定的第二容积。
这在气体燃料的进入阶段尤其重要，以使得与第二室11相比，第一室10能被更快地填充，从而避免不期望的打开，即，不由活塞18的电磁阀26控制。
而且，应该注意，调节器3可被插入并用在供应设备和运行设备之间的气体管道(未示出)的任何位置，或者可用作具有由燃料电池驱动其引擎的车辆调节器，或者用于调节任何流体的压力。
而且，应该注意，调节器3在运行过程中可通过控制和管理单元4控制，该控制和管理单元4使得在第一情形下能够调节，在第二情形下能够通过电子学方法改变出口压力POUT。
在第一情形下，电子控制能够补偿调节器3的使用期限内可能发生的任何偏移，而无需周期校准。
在第二情形下，电子控制能够补偿气体燃料的运行设备7的任何偏移和/或满足运行设备7的任何演化策略所需要提供的出口压力POUT。
而且，电子控制能够诊断调节器3以及运行设备7的任何故障，以实现安全策略。

Claims (14)

1、一种流体压力调节器，包括其内接纳有活塞(18)的调节室(9)，在所述调节室(9)内，具有由所述活塞(18)的相对部分限定的第一室(10)和第二室(11)，所述第一室(10)和所述第二室(11)分别包括用于所述流体的第一入口(12)和第二入口(13)，所述第一入口(12)和所述第二入口(13)连接至第一压力(PIN)下的第一环境(2)，所述第一室(10)和所述第二室(11)分别包括用于所述流体的第一出口(14)和第二出口(15)，所述第一出口(14)和所述第二出口(15)连接至第二压力(POUT)下的第二环境(23)，所述活塞(18)可响应所述第一室(10)内的所述流体的压力变化而在所述调节室(9)内移动，以打开/关闭所述第二出口(15)，以便调节所述第二压力(POUT)，所述流体压力调节器包括用于打开/关闭所述第一出口(14)的阀门机构(26)，以便引起所述第一室(10)内的所述压力变化。
2、根据权利要求1所述的调节器，还包括定位在所述活塞(18)和所述调节室(9)之间的通道(100)，所述通道(100)被设置用来使所述流体在所述第一室(10)和所述第二室(11)之间流过。
3、根据权利要求1或2所述的调节器，其中所述活塞(18)包括分别与所述第一室(10)和所述第二室(11)相对的第一面(38)和第二面(39)，所述第一面(38)比所述第二面(39)宽一些。
4、根据前述权利要求之一所述的调节器，其中所述第一室(10)和所述第二室(11)分别限定了第一容积和第二容积，所述第一容积小于所述第二容积。
5、根据前述权利要求之一所述的调节器，其中所述第一出口(14)的第一直径(d1)大于所述第一入口(12)的第二直径(d2)。
6、根据前述权利要求之一所述的调节器，还包括导管(24)，其被设置用来将所述第一出口(14)连接至所述第二出口(15)。
7、根据权利要求6所述的调节器，还包括定位在所述第一出口(14)和所述导管(24)之间的控制室(16)，并且其被设置用来接收所述阀门机构(26)。
8、根据前述权利要求之一所述的调节器，还包括定位在所述第一室(10)内的第一推压装置(25)，用于向所述第二出口(15)推压所述活塞(18)。
9、根据权利要求8所述的调节器，其中所述第一推压装置包括第一弹性元件(25)。
10、根据前述权利要求之一所述的调节器，还包括第二推压装置(31)，用于向所述第一出口(14)推压所述阀门机构(26)。
11、根据权利要求10所述的调节器，其中所述第二推压装置包括第二弹性元件(31)。
12、根据前述权利要求之一所述的调节器，其中所述阀门机构包括电磁阀(26)。
13、根据前述权利要求之一所述的调节器，还包括控制和管理单元(4)，其设置用来通过脉冲宽度调节循环来控制所述电磁阀(26)。
14、根据前述权利要求之一所述的调节器(3)的用途，其用于气体燃料供应系统。
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