CN101663628B - 具有改进的增压性能的维护调节器 - Google Patents

Abstract

一种调节器包括调节阀和致动器。所述调节阀包括配备有定制阀口的阀体。也就是，阀座被设计成具有取决于通过所述阀口的孔道的直径、通过所述阀口的孔道的纵向尺寸、和/或所述阀口的过流能力的定制座高。这种设计有利地使气体流动通过所述调节器的效率最大化。所述致动器连接到所述阀体并包括阀盘，该阀盘设置在所述阀体内并适于在与所述阀座接合的关闭位置和与所述阀座分隔的打开位置之间移位。

Description

具有改进的增压性能的维护调节器

相关申请的交叉引用

本发明要求于2007年4月20日递交的、名称为“具有改进的增压性能的维护调节器”的美国临时专利申请60/913,135的优先权权益，该美国临时专利申请的全部内容通过引用特别合并于此。

技术领域

本发明涉及气体调节器，具体而言，涉及具有闭环控制致动器的气体调节器。

背景技术

典型的气体分配系统供应气体的压力可根据系统、气候、供应源和/或其它因素的需求而变化。然而，大部分配备有诸如熔炉、烤炉等煤气设备的终端用户设备需要根据预定压力、并在气体调节器的最大容量或低于该最大容量时输送气体。因此，气体调节器被应用于这些分配系统中，以确保输送的气体满足终端用户设备的要求。传统气体调节器通常包括闭环控制致动器，用于感应并控制输送气体的压力。

除了闭环控制，一些传统气体调节器包括泄放阀。该泄放阀例如在调节器或流体分配系统的某些其它部件故障时适于提供过压保护。因此，如果输送压力上升超过预定阈值压力，则泄放阀打开，以将至少一部分气体排放到大气，由此降低系统的压力。

图1和图1A图示一个传统的气体调节器10。该调节器10大体上包括致动器12和调节阀14。该调节阀14限定用于接收来自例如气体分配系统的气体的入口16，以及用于将气体输送到诸如工厂、餐馆、公寓大楼等例如具有一个或更多用具的终端用户设备的出口18。另外，调节阀14包括设置在入口与出口之间的阀口36。气体必须经过阀口36，以行进在调节阀14的入口16与出口18之间。

图1A更详细地图示包括调节器10的传统阀口36的调节阀14。传统阀口36大体上包括一体式阀口，该一体式阀口具有入口60、出口62、以及在入口60与出口62之间延伸的细长的大致筒形的孔道64。气体必须流动通过孔道64，从而流动通过调节阀14。

仍参见图1A，阀口36包括主体部分66、六角螺母部分68和阀座70。主体部分66具有大致圆形的横截面，并包括与调节阀14螺纹接合的多个外螺纹72。六角螺母部分68具有六角形横截面，并适于与诸如气动棘轮等工具接合以将阀口36安装到调节阀14中，或从调节阀14中去除阀口36以将其替换成具有不同直径的孔道的其它阀口，从而使阀口的工作流动特性适合于具体应用。

阀座70从六角螺母部分68沿与主体部分68相对的方向突出。阀座70包括环形阀座70，该环形阀座具有从六角螺母部分收聚并终止于支座边缘74的大致渐缩的三角形横截面。具体而言，传统阀座70包括在支座边缘74处相交的内表面76和外表面78。内表面76为孔道64在阀体36中的延伸，因此具有与孔道64的直径一样的直径。外表面78相对于内表面76成近似45°的角度延伸。因此，外表面78为大致截头圆锥形。

在图1A图示的传统阀口36中，阀座包括座高H和孔道直径D。然而，如上所述，阀口36可替换成具有不同直径孔道的其它阀口以适应调节器10的工作特性。座高H对传统阀口而言是恒定的，而与孔道64的直径无关。

返回参见图1，传统调节器10的致动器12连接到调节阀14，以确保调节阀14的出口18处的压力(即出口压力)与期望出口或控制压力一致。致动器12因此通过阀嘴34和致动器嘴20与调节阀14流体连通。致动器12包括用于感应和调节调节阀14的出口压力的控制组件22。

控制组件22包括隔膜24、活塞32、和具有阀盘28的控制臂26。阀盘28包括大致筒形的主体25以及固定到该主体25的密封插件29。主体25还可包括如图1A所示与该主体整体式形成的圆周法兰31。隔膜24感应调节阀14的出口压力。控制组件22进一步包括与隔膜24的顶侧接合以抵消感应到的出口压力的控制弹簧30。相应地，期望出口压力(也可被称为控制压力)通过选择控制弹簧30而设定。

隔膜24通过活塞32被可操作地连接到控制臂26并继而连接到阀盘28，从而基于感应到的出口压力来控制调节阀14的打开。例如，当终端用户操作诸如熔炉等对调节器10下游的气体分配系统提出需求的用具时，出口流动增大，由此降低下游压力。相应地，隔膜24感应到该降低的出口压力。这允许控制弹簧30延展并使活塞32和控制臂26的右侧相对于图1的调节器10的方位向下移动。控制臂26的这种移位使阀盘28移动远离阀口36的阀座70的支座边缘74，从而打开调节阀14。图1A图示阀盘28处于正常的打开操作位置。如此构造，所述用具可将气体抽吸通过阀口36中的孔道64。

在图1A所示的位置，阀盘28移位远离阀口36，以允许气体在正常操作状态下流动通过调节阀14。一般而言，阀盘28的精确位置取决于多个因素，其中一个因素可包括流动通过阀口36的气体量，即，阀口36的过流能力，该过流能力自身取决于阀口36中的孔道64的直径和容积。例如，如果图1A所示的阀口36被替换成具有较小孔道的阀口，因而具有较小的过流能力，则阀盘28将会使其自身更靠近阀口36。然而，这种平衡不会总是形成通过调节阀14的最佳流动特性。

例如，当使用具有较小直径的阀口时，通过调节阀14的气体流动速度往往增大，而紧靠阀口下游(即阀口与阀盘之间)的空间的容积减小。喉道11与阀盘28之间的这种减小的容积可能对气体从阀口36行进到调节阀14的出口18的效率造成不利影响。例如，减小的容积可能不会为流动通过阀口36的高速气体提供足够的空间，以有效回收并通过出口18排出。在某些情况下，这会导致出口18处的压力增大，由此使隔膜感应到虚假增大的感应出口压力，并使阀盘28朝阀口36移动，以减小通过调节阀14的流量。这同时将出口压力降低到设定控制压力或期望出口压力以下。这种现象已知为“压力衰减(droop)”。当发生“压力衰减”时，调节器10不会最佳地运行。

如上所述，在图1所示的传统调节器10中，控制组件22进一步用作泄放阀。具体而言，控制组件22还包括泄放弹簧40和释放阀42。隔膜24包括穿过其中心部分的开口44，并且活塞32包括密封杯38。泄放弹簧40被设置在活塞32与隔膜24之间，以在正常操作期间偏压隔膜24抵靠密封杯38，从而关闭开口44。一旦发生故障，例如在控制臂26中发生断裂时，控制臂26不再直接控制阀盘28，因此入口流将使阀盘28移动到最大打开位置。这使得最大量的气体流入致动器12。

随着气体充满致动器12，压力形成在隔膜24上，驱使隔膜24远离密封杯38，由此露出开口44。气体因此流动通过隔膜24中的开口44，并流向释放阀42。释放阀42包括阀塞46和将阀塞46偏压到如图1所示的关闭位置的释放弹簧54。一旦致动器12内和邻近释放阀42的压力达到预定阈值压力，则阀塞46抵抗释放弹簧54的偏压向上移位并打开，由此将气体排放到大气中并减低调节器10中的压力。

当选择针对具体应用使用的阀口时，技术人员承担使过流能力在设定控制压力下最大化并使“压力衰减”的量最小化的任务。典型地，这通过选择阀口实现，从而在这些竞争利益之间提供折中。然而，如上所述，这些传统阀口只是在孔道直径上发生变化，并具有恒定的座高。因此，尽管一些传统阀口可以大体上有效地工作，但具有不同孔道直径的其它阀口未必如此。相应地，调节器10的流动特性(更具体地，“增压”特性)不可能针对每一阀口而得到优化。

发明内容

本发明提供一种包括调节阀和致动器的调节器。所述调节阀包括配备有定制阀口的阀体。所述阀口具有入口、出口、以及在所述入口与所述出口之间延伸的细长孔道。所述致动器连接到所述阀体，并包括具有阀盘的控制元件。所述阀盘能滑动地设置在所述阀体内，并适于在关闭位置与打开位置之间移位。所述定制阀口包括阀座，所述阀盘在所述关闭位置密封抵靠所述阀座，以防止通过所述调节器的气体流动。

在一个实施例中，所述阀口的阀座具有定制的座高，该座高例如取决于所述细长孔道的直径或过流能力、或者一些其它工作特性。如此构造，所述定制阀口使气体流动通过所述调节阀的效率最大化。

附图说明

图1是传统调节器的侧剖视图；

图1A是图1的调节器的包括传统阀口的调节阀的侧剖视图；

图2是包括调节阀和阀口的调节器的侧剖视图，该调节器、调节阀和阀口根据本发明构成；

图3是根据本发明构造的一个阀口的侧剖视图；

图4是根据本发明构造的另一阀口的侧剖视图；以及

图5是根据本发明构造的又一阀口的侧剖视图。

具体实施方式

图2图示根据本发明一个实施例构造的气体调节器100。该气体调节器100大体上包括致动器102和调节阀104。该调节阀104包括用于接收来自例如气体分配系统的气体的入口106，以及用于将气体输送到例如具有一个或更多用具的设备的出口108。致动器102连接到调节阀104，并包括具有控制元件127的控制组件122。在第一或正常操作模式期间，控制组件122感应调节阀104的出口108处的压力，即出口压力，并控制控制元件127的位置，以使出口压力近似等于预定控制压力。另外，一旦在系统中发生故障，调节器100执行泄放阀的功能，该功能大致类似于以上参照图1所示的调节器10所述的泄放功能。

继续参见图2，调节阀104限定喉道110和阀嘴112。该阀嘴112限定沿与入口106和出口108的轴线大致垂直的轴线设置的开口114。喉道110被设置在入口106与出口108之间，并容纳根据本发明构造的阀口136。阀口136包括入口150、出口152、以及在入口150与出口152之间延伸的细长孔道148。气体必须行进穿过阀口136中的孔道148，以行进在调节阀104的入口106与出口108之间。

图3图示图2的调节器100的阀口136。该阀口136被定制为使气体流动通过调节阀104的效率最大化。除了入口150、出口152和孔道148之外，阀口136包括主体部分166、六角螺母部分168和阀座170。主体部分166具有大致圆形的横截面，并包括适于与如图2所示的调节阀104的喉道110螺纹接合的多个外螺纹172。六角螺母部分168包括六角形横截面，并适于与诸如气动棘轮等工具接合，以例如将阀口136安装到调节阀104中，或从调节阀104中去除阀口136以使阀口136能被替换成具有不同结构的气体阀口，从而使调节器100的工作流动特性适合于具体应用。

阀座170从六角螺母部分168沿与主体部分168相对的方向突出。阀座170包括环形阀座170，该环形阀座具有从六角螺母部分168收聚并终止于支座边缘174的大致渐缩的三角形横截面。具体而言，阀座170包括在支座边缘174处相交的内表面176和外表面178。在所公开的实施例中，内表面176为孔道148在阀体136中的延伸，因此具有与孔道148的直径大致相等的直径。如此构造，孔道148的直径大致无变化地恒定。在图3所示的实施例中，所公开实施例的外表面178相对于内表面176成近似15°到近似30°之间的角度α1延伸。因此，外表面178为大致截头圆锥形。

图3所示的阀口136的阀座170包括一组(即，多个)尺寸参数，该组尺寸参数包括座高H1、六角螺母高度h1和孔道直径D1。座高H1被设定为孔道直径D1的函数，以使座高H1例如针对特定孔道直径D1、阀口136的特定过流能力、和/或图2图示的调节器100的期望流动特性定制。在图3所示的阀口136的实施例中，座高H1的尺寸可为孔道直径D1的尺寸的近似60％到近似90％之间。例如，在一个实施例中，座高H1可为近似3/8英寸，而孔道直径D1可为近似1/2英寸。然而，这些尺寸仅为示例，具有可替换尺寸的可替换实施例也包含在本发明的范围内。

图4图示根据本发明原理构造的另一阀口236，该阀口可代替上述阀口136安装在调节阀104内。图4所示的阀口236与图3所示的阀口136大致类似之处在于阀口236包括主体部分266、六角螺母部分268和阀座270。主体部分266具有大致圆形的横截面，并包括适于与例如如图2所示的调节阀104的喉道110螺纹接合的多个外螺纹272。六角螺母部分268包括六角形横截面，并适于与诸如气动棘轮等工具接合，以例如将阀口236安装到调节阀104中，或从调节阀104中去除阀口236。

阀座270从六角螺母部分268沿与主体部分268相对的方向突出。阀座270包括环形阀座270，该环形阀座具有从六角螺母部分268收聚并终止于支座边缘274的大致渐缩的三角形横截面。具体而言，阀座270包括在支座边缘274处相交的内表面276和外表面278。在所公开的实施例中，内表面276为孔道248在阀体236中的延伸，因此具有与孔道248的直径相等的直径。如此构造，孔道248的直径大致无变化地恒定。在图4所示的实施例中，阀座270的外表面278相对于内表面276成例如近似25°到近似60°之间的角度α2延伸。因此，所公开实施例的外表面278为大致截头圆锥形。

此外，图4所示的阀口236的阀座270包括一组(即，多个)尺寸参数，该组尺寸参数包括座高H2、六角螺母高度h2和孔道直径D2。图4所示的阀座270的六角螺母高度h2等于图3所示的阀座170的六角螺母高度h1。图4所示的阀口236的座高H2小于图3所示的阀口136的座高H1。图4所示的阀口236的孔道直径D2大于图3所示的阀口136的孔道直径D1。在图4所示的阀口236的实施例中，座高H2的尺寸可为孔道直径D2的尺寸的近似15％到近似50％之间。例如，在一个实施例中，座高H2可为近似1/4英寸，而孔道直径D2可为近似5/8英寸。因此，图4所示的阀口236的座高H2针对孔道直径D2定制。

图5图示根据本发明原理构造的又一阀口336，该阀口可代替上述阀口136、236安装在调节阀104内。图5所示的阀口336与图3和图4所示的阀口136、236大致类似之处在于阀口336包括主体部分366、六角螺母部分368和阀座370。主体部分366具有大致圆形的横截面，并包括适于与例如如图2所示的调节阀104的喉道110螺纹接合的多个外螺纹372。六角螺母部分368包括六角形横截面，并适于与诸如气动棘轮等工具接合，以例如将阀口336安装到调节阀104中，或从调节阀104中去除阀口336。

阀座370从六角螺母部分368沿与主体部分368相对的方向突出。阀座370包括环形阀座370，该环形阀座具有从六角螺母部分368收聚并终止于支座边缘374的大致渐缩的三角形横截面。具体而言，阀座370包括在支座边缘374处相交的内表面376和外表面378。在所公开的实施例中，阀座370的内表面376为孔道348在阀体336中的延伸，因此具有与孔道348的直径相等的直径。如此构造，孔道348的直径大致无变化地恒定。在图5所示的实施例中，阀座370的外表面378相对于内表面376成例如近似15°到近似50°之间的角度α3延伸。因此，所公开实施例的外表面378为大致截头圆锥形。

此外，图5所示的阀口336的阀座370包括一组(即，多个)尺寸参数，该组尺寸参数包括座高H3、六角螺母高度h3和孔道直径D3。图5所示的阀口336的六角螺母高度h3等于图3和图4所示的阀口136、236的六角螺母高度h1、h2。图5所示的阀口336的座高H3小于图3和图4所示的阀口136、236的座高H1、H2。相反，图5所示的阀口336的孔道直径D3大于图3和图4所示的阀口136、236的孔道直径D1、D2。在图5所示的阀口336的实施例中，座高H3的尺寸可为孔道直径D3的尺寸的近似5％到近似35％之间。例如，在一个实施例中，座高H3可为近似3/16英寸，而孔道直径D3可为近似1英寸。因此，图5所示的阀口336的座高H3针对孔道直径D3定制。

因此，根据上文，根据本发明原理构造的阀口136、236、336以定制的方式设计，从而包括具有特定座高H1、H2、H3的阀座170、270、370，以使气体从阀口136、236、336通过图2的调节阀14的出口108的流动效率最大化。在上述实施例中，座高H1、H2、H3被设计成与孔道直径D1、D2、D3大致成反比。例如，为了解释可以这样说，针对任一给定应用的阀口136、236、336包括含有座高H、孔道长度L和孔道直径D的多个尺寸参数，其中，该多个尺寸参数被选择为一组可能的尺寸参数H1、H2、H3、L1、L2、L3、D1、D2、D3的尺寸参数的子集，并且该组可能的尺寸参数中的座高H1、H2、H3和孔道长度L1、L2、L3与该组可能的尺寸参数中的孔道直径D1、D2、D3成反比变化。

换言之，并且出于解释的目的，针对任一给定应用选择的阀口136、236、336包括选定的一组参数。该选定的一组参数包括：包括细长孔道的内直径的孔道直径D，以及包括阀座从阀口的六角螺母部分沿孔道所延伸离开的距离的座高H。该选定的一组参数D、H预先选自多组参数D1、D2、D3、H1、H2、H3，其中该多组参数中的每一组均包括孔道直径和座高，使得所述多组参数中的座高与所述多组参数中的孔道直径成反比变化。

在可替代实施例中，座高H1、H2、H3可被设计成任何其它因素的函数，例如，特定阀口136、236、336的过流能力、期望出口压力，或者例如通用的任何其它因素。另外，如所述，阀口136、236、336的过流能力与孔道直径D1、D2、D3成正比，这样，过流能力与座高H1、H2、H3成反比。

此外，如本文所述，阀口136、236、336的阀座170、270、370包括属于孔道148、248、348的延伸的内表面176、276、376。因此，每个阀口136、236、336的各组参数进一步包括孔道148、248、348的纵向尺寸L1、L2、L3(如图3-5所示)。该纵向尺寸L1、L2、L3包括座高H1、H2、H3。这样，阀口136、236、336的孔道148、248、348的纵向尺寸L1、L2、L3也被设计成与孔道148、248、348的直径D1、D2、D3成反比变化。

如将在下文所述，这些定制的座高H1、H2、H3有利地使流动性能最优化，具体而言，使针对每一孔道直径D1、D2、D3的流动效率最优化。

例如，返回参见图2，根据本发明构造的调节器100的致动器102包括壳体116和控制组件122，如上所述。壳体116包括利用例如多个紧固件紧固在一起的上壳体组件116a和下壳体组件116b。下壳体组件116b限定控制腔118和致动器嘴120。致动器嘴120被连接到调节阀104的阀嘴112，以提供致动器102与调节阀104之间的流体连通。在所公开的实施例中，调节器100包括将嘴112、120紧固在一起的颈圈111。上壳体组件116a限定泄放腔134和排气口156。上壳体组件116a进一步限定塔部158，用于容纳控制组件122的一部分，如将在下文所述。

控制组件122包括隔膜子组件121、盘子组件123和释放阀142。隔膜子组件121包括隔膜124、活塞132、控制弹簧130、泄放弹簧140、组合弹簧座164、泄放弹簧座166、控制弹簧座160和活塞导承159。

具体而言，隔膜124包括盘形隔膜，其限定穿过其中心部分的开口144。隔膜124由柔性、基本气密的材料构成，并且，其周界被密封紧固在壳体116的上壳体组件116a与下壳体组件116b之间。隔膜124由此将泄放腔134和控制腔118分隔开。

组合弹簧座164被设置在隔膜124的顶部，并限定与隔膜124中的开口144同心设置的开口171。如图2所示，组合弹簧座164支撑控制弹簧130和泄放弹簧140。

所公开实施例的活塞132包括大致细长的棒形构件，该棒形构件具有密封杯部138、轭部172、螺纹部174和导承部175。密封杯部138呈凹入和大致盘形，并围绕活塞132的中部沿周向延伸，并位于隔膜124的紧下方。轭部172包括适于容纳联接件135的腔，该联接件135连接到盘子组件123的一部分，以实现隔膜子组件121和盘子组件123之间的连接，如将在下文所述。

活塞132的导承部175和螺纹部174被设置为穿过隔膜124和组合弹簧座164的各自的开口144、170。活塞132的导承部175能滑动地设置在活塞导承159的腔中，这保持活塞132相对于控制组件122的其余部分轴向对准。泄放弹簧140、泄放弹簧座166和螺母176被设置在活塞132的螺纹部174上。螺母176将泄放弹簧140保持在组合弹簧座164与泄放弹簧座166之间。控制弹簧130被设置在组合弹簧座164的顶部，如所述，并设置在上壳体组件116a的塔部158内。控制弹簧座160被螺纹拧到塔部158中，并压缩控制弹簧130抵靠组合弹簧座164。在所公开的实施例中，控制弹簧130和泄放弹簧140包括压缩卷簧。相应地，控制弹簧130接靠上壳体组件116a，并对组合弹簧座164和隔膜124施加向下的力。泄放弹簧140接靠组合弹簧座164，并对泄放弹簧座166施加向上的力，该向上的力继而被施加到活塞132。在所公开的实施例中，控制弹簧130产生的力通过调节控制弹簧座160在塔部158中的位置来调节，因此，调节器100的控制压力也是可调节的。

控制弹簧130抵抗由隔膜124感应到的控制腔118中的压力。如所述，该压力与存在于调节阀104的出口108处的压力相同。相应地，控制弹簧130施加的力将出口压力设定成适于调节器100的期望压力或控制压力。隔膜子组件121通过活塞132的轭部172和联接件135被可操作地连接到盘子组件123，如上所述。

具体地，盘子组件123包括控制臂126和杆导承162。控制臂126包括杆178、操作杆180和控制元件127。所公开实施例的控制元件127包括阀盘128。另外，在所公开实施例中，阀盘128包括用于密封抵靠阀口136的出口152的密封盘129，如图2所示。密封盘129可利用例如粘合剂或某一其它方法连接到阀盘128的其余部分。密封盘129可由与阀盘128的其余部分相同的材料或不同的材料构成。例如，在一个实施例中，密封盘129可包括聚合物密封盘129。

杆178、操作杆180和阀盘128被分立地构成，并组装以形成控制臂126。具体地，杆178为具有鼻部178a和凹槽178b的大致线性棒，所述凹槽在所公开实施例中为大致矩形。操作杆180为略微弯曲的棒，并包括支点端180a和自由端180b。支点端180a包括容纳下壳体组件116b承载的枢转销186的孔184。支点端180a还包括具有椭圆横截面并设置在杆178的凹槽178b内的关节187。自由端180b容纳在与活塞132的轭部172相连的联接件135的顶部135a与销135b之间。因此，联接件135将盘子组件123可操作地连接到隔膜子组件121。

杆导承162包括大致筒形的外部162a、大致筒形的内部162b、和连接内、外部162b、162a的多个径向腹板162c。杆导承162的外部162a的尺寸和结构被构造成配合在调节阀104和下壳体组件116b的各自的嘴112、120内。内部162b的尺寸和结构被构造成可滑动地保持控制臂126的杆178。因此，杆导承162用于保持调节阀104、致动器壳体116和控制组件122(具体而言，控制组件122的控制臂126的杆178)对准。

如所述，图2图示本实施例的调节器100，其中阀盘128处于关闭位置。因此，阀盘128密封地接合阀口136的出口152。如此配置，气体不会流动通过阀口136和调节阀104。这种构造能够实现是因为与由隔膜124感应到的壳体116的控制腔118中的压力对应的出口压力大于控制弹簧130施加的力。相应地，出口压力促使隔膜124、活塞132和阀盘128到达关闭位置。

然而，如果对气体分配系统提出操作需求，例如，用户开始操作诸如熔炉、烤炉等用具时，所述用具从调节器100的控制腔118中抽吸气体流，由此降低隔膜124感应到的压力。随着隔膜124感应到的压力减小，在隔膜124上的控制弹簧力与出口压力之间出现力的不平衡，使得控制弹簧130延伸，并使隔膜124和活塞132相对于壳体116向下移位。这导致操作杆180围绕枢转销186顺时针枢转，继而使关节187相对于杆178中的凹槽178b旋转。这使杆178和阀盘128移动远离阀口136的出口152，从而打开调节阀104。

如此构造，气体分配系统适于将气体在控制弹簧130设定的控制压力下通过调节阀104输送到下游用具。另外，隔膜子组件121继续感应调节阀104的出口压力。只要出口压力保持近似等于控制压力，则控制组件122将阀盘128保持在该大致相同的位置。然而，如果出口流动(即需求)降低，从而使出口压力增大而超过控制弹簧130设定的控制压力，则隔膜124感应到该增大的出口压力，并抵抗控制弹簧130的偏压向上移动。可替代地，如果出口流动(即需求)增加，从而使出口压力降低而低于控制压力，则隔膜124感应该降低的出口压力，弹簧130将隔膜124和活塞132向下偏压以打开调节阀104。因此，出口或控制压力的略微偏离导致控制组件122起作用并相应地调节阀盘128的位置。

相应地，配备有本发明任一阀口136、236、336的调节器100大致类似于以上参见图1和图1A所述的传统调节器10工作。然而，不同之处在于，根据本发明原理构造的定制阀口136、236、336中的每一个均使气体流动通过调节阀104的效率最优，并由此抵消传统调节器10中明显的“压力衰减”的影响。

具体而言，如上所述，传统阀口36具有恒定的座高H，而与孔道64的具体直径D无关。在正常操作状态下，传统调节器10将阀盘28定位为使调节阀14的喉道11与阀盘28之间的空间的容积与孔道64的容积平衡。因此，传统调节器10将阀盘28定位为更靠近具有相对较小直径孔道的阀口，而进一步远离具有相对较大直径孔道的阀口。然而，相对较小直径的孔道往往适应较高速度的流动。这些较高速度的流动往往更紊乱，并需要比分配的下游容积更多的容积，以从阀口36有效地传递通过调节阀14的出口18。因此，配备有传统阀口36的传统调节器10在某些情况下易受“压力衰减”现象的影响。

与传统阀口36相反，根据本发明构造的阀口136、236、336具有变化的座高H1、H2、H3，如上所述。具体而言，针对上述任一给定阀口的座高H1、H2、H3与相应的孔道148、248、348的直径D1、D2、D3大致成反比。因此，随着孔道直径减小，座高增大。

如此构造，例如参照图3所示的阀口136，孔道直径D1与图4和图5所示的孔道的直径D2、D3相比相对较小。阀口136因此比阀口236、336更适于适应较高速度的流动。然而，图3所示的阀口136的座高H1与图4和图5所示的阀口236、336的座高H2、H3相比相对较大。相应地，在与例如图2所示的调节器100一起使用时，图3所示的阀口136会使调节器100将阀盘128定位在远离阀口136而与孔道148的容积相当的距离。由于阀口136的座高H1大于传统座高H，例如，阀盘128将被定位成进一步远离阀口136。

如此构造，阀盘128将被定位成进一步远离调节阀104的喉道11，从而为出现在阀口136的高速流动提供更大的下游容积，以更有效地回收并行进通过出口108。这种增大的效率因此降低了在调节阀104的出口108处背压增大的可能性，该背压增大在某些情况下是造成在配备有传统阀口36的传统调节器10中形成和/或增大“压力衰减”的原因。

应理解的是，参照图4和图5所述的阀口236、336类似于刚刚所述的阀口136工作，不同之处在于，阀口236、336均会产生使调节器100将阀盘128定位在与通过该阀口的过流能力和/或速度相当的唯一位置的唯一流动路径。

例如，图4和图5所示的阀口236、336(其具有的直径D2、D3大于图3所示的阀口136的直径D1)可能会使调节器100将阀盘128相对于调节阀104的喉道110定位成与具体应用中的气体的过流能力和速度相当。

相应地，应理解的是，本发明有利地提供具有定制座高H1、H2、H3的阀口136、236、336，而定制座高适于增大气体通过例如图2所示的调节阀104的流动效率。效率的这种增大与调节器100的性能精度直接相关，具体而言，与抵消或取消“压力衰减”直接相关，由此提供更可靠的调节器100。

在商用实施例中，根据本发明原理构造的多个阀口(例如在本文中公开的阀口136、236、336)能够与例如通用的包装或成套工具组合，以提供给消费者或安装技术人员。如此提供，消费者或技术人员可容易地获得具有各种过流能力的各种阀口，由此使消费者或技术人员定制调节器或其它流体流动装置，以满足预期应用。例如，当将调节器组装到流体分配系统时，消费者或技术人员可从所述各种阀口中选择最密切地满足特定应用的流动特性的阀口，随后将所选择的阀口实地安装到调节器或其它流动装置。

应理解的是，尽管本发明的实施例已被描述为包括适于阀口136、236、336的座高H1、H2、H3，但阀口136、236、336的各种其它方面也可被类似地定制，以提高调节器100的性能。

例如，在一个可替代实施例中，阀口136、236、336的支座表面174、274、374的形状和结构可基于例如孔道直径D1、D2、D3或过流能力定制。在另一可替代实施例中，阀口136、236、336的支座表面174、274、374的角度可基于例如孔道直径D1、D2、D3或过流能力定制。在又一可替代实施例中，孔道148、248、348可包括圆形横截面之外的横截面。孔道148、248、348可包括正方形、矩形或任何其它形状的横截面。在又一可替代实施例中，孔道148、248、348可包括如所示的均匀的筒形孔道148、248、348之外的孔道。例如，孔道148、248、348可包括收聚和/或发散孔道或部分。本发明不限于在本文公开的特定实施例。

进一步，应理解的是，本发明可补充有其它用于增大通过调节器的流动效率和/或抵消“压力衰减”影响的概念。

根据上文，本发明通过增大气体流动通过调节阀的效率并防止形成背压而提供抵消和/或防止气体调节器中的“压力衰减”影响的有利装置。然而，在本文描述的调节器仅为体现本发明原理的流体控制装置的一个示例。包括其它调节器和控制阀的其它流体控制装置也可受益于本发明的结构和/或优点。

Claims (22)

1.一种流体调节装置，包括：

阀体，该阀体限定入口、出口、以及设置在所述入口与所述出口之间的喉道；

致动器，该致动器连接到所述阀体，并包括阀盘和能操作地连接到该阀盘的隔膜，所述阀盘被设置在所述阀体内，并适于响应由所述隔膜感应到的所述阀体的所述出口处的压力变化而相对于所述阀体的所述喉道在打开位置与关闭位置之间移位；

设置在所述阀体的所述喉道内的阀口，所述阀口包括具有阀座的筒形的构件以及延伸穿过所述阀口的细长孔道，当所述阀盘在所述关闭位置时，所述阀座被所述阀盘密封地接合；以及

针对所述阀口选定的一组参数，所述选定的一组参数包括：包括所述细长孔道的内直径的孔道直径，以及包括所述阀座沿所述孔道所延伸的距离的座高，

所述选定的一组参数预先选自多组参数，每一组参数均包括孔道直径和座高，所述多组参数中的座高与所述多组参数中的孔道直径成反比变化。

2.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多组参数进一步包括所述孔道的纵向尺寸，所述多组参数中的纵向尺寸与所述多组参数中的孔道直径成反比变化。

3.根据权利要求1所述的装置，其中，所述多组参数进一步包括所述孔道的过流能力，所述多组参数中的过流能力与所述多组参数中的座高成反比变化。

4.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阀口的所述细长孔道的所述孔道直径恒定。

5.根据权利要求1所述的装置，其中，所述阀口进一步包括主体部分和设置在所述主体部分与所述阀座之间的六角螺母部分，所述主体部分与所述阀体的所述喉道螺纹接合。

6.根据权利要求5所述的装置，其中，所述阀座包括环形阀座，该环形阀座具有从所述六角螺母部分收聚到密封边缘的大致渐缩的横截面，当所述阀盘在所述关闭位置时，所述密封边缘被所述阀盘密封地接合。

7.一种流体调节装置，包括：

阀体，该阀体限定入口、出口、以及设置在所述入口与所述出口之间的喉道；

致动器，该致动器连接到所述阀体，并包括阀盘和能操作地连接到该阀盘的隔膜，所述阀盘被设置在所述阀体内，并适于响应由所述隔膜感应到的所述阀体的所述出口处的压力变化而相对于所述阀体的所述喉道在打开位置与关闭位置之间移位；

设置在所述阀体的所述喉道内的选定阀口，所述选定阀口包括：具有当所述阀盘在所述关闭位置时被所述阀盘密封地接合的阀座的筒形的构件，以及提供流动路径以使流体穿过所述选定阀口的细长孔道；

包括所述阀座沿所述细长孔道所延伸的距离的座高；以及

包括所述细长孔道的内直径的孔道直径，

所述选定阀口预先选自多个阀口，所述多个阀口中的每一个均包括具有孔道直径的细长孔道以及具有座高的阀座，所述多个阀口的座高与所述多个阀口的孔道直径成反比变化。

8.根据权利要求7所述的装置，其中，所述多个阀口的所述细长孔道进一步包括纵向尺寸，所述多个阀口的所述细长孔道的纵向尺寸与所述多个阀口的孔道直径成反比变化。

9.根据权利要求7所述的装置，其中，所述多个阀口进一步包括过流能力，所述多个阀口的过流能力与所述多个阀口的座高成反比变化。

10.根据权利要求7所述的装置，其中，所述多个阀口中的每一个的细长孔道具有恒定的孔道直径。

11.根据权利要求7所述的装置，其中，所述多个阀口中的每一个进一步包括主体部分和设置在所述主体部分与所述阀座之间的六角螺母部分，所述选定阀口的所述主体部分与所述阀体的所述喉道螺纹接合。

12.根据权利要求11所述的装置，其中，所述多个阀口中的每一个的阀座包括环形阀座，该环形阀座具有从所述六角螺母部分收聚到密封边缘的大致渐缩的横截面，当所述阀盘在所述关闭位置时，所述选定阀口的所述密封边缘被所述阀盘密封地接合。

13.根据权利要求11所述的装置，其中，所述多个阀口的所述主体部分以及所述六角螺母部分是相同的。

14.一种流体调节装置，包括：

阀体，该阀体限定入口、出口、以及设置在所述入口与所述出口之间的喉道；

致动器，该致动器连接到所述阀体，并包括阀盘和能操作地连接到该阀盘的隔膜，所述阀盘被设置在所述阀体内，并适于响应由所述隔膜感应到的所述阀体的所述出口处的压力变化而相对于所述阀体的所述喉道在打开位置与关闭位置之间移位；以及

设置在所述阀体的所述喉道内并包括筒形构件的阀口，

所述阀口包括阀座和延伸穿过该阀口的孔道，当所述阀盘在所述关闭位置时，所述阀座被所述阀盘密封地接合，

其中，所述阀口包括多个尺寸参数，所述尺寸参数包括座高、孔道长度和孔道直径，并且

其中，所述多个尺寸参数为从一组可能的尺寸参数中选择的尺寸参数的子集，并且

其中，所述一组可能的尺寸参数中的座高和孔道长度与所述一组可能的尺寸参数中的孔道直径成反比变化。

15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述阀口的所述多个尺寸参数进一步包括过流能力。

16.根据权利要求15所述的装置，其中，所述一组可能的尺寸参数中的每一个子集进一步包括过流能力，并且，所述一组可能的尺寸参数中的过流能力与所述一组可能的尺寸参数中的座高和孔道长度成反比变化。

17.根据权利要求14所述的装置，其中，所述阀口的所述孔道的所述孔道直径恒定。

18.根据权利要求14所述的装置，其中，所述阀口进一步包括主体部分和设置在所述主体部分与所述阀座之间的六角螺母部分，所述主体部分与所述阀体的所述喉道螺纹接合。

19.根据权利要求18所述的装置，其中，所述座高被限定成所述阀座从所述阀口的所述六角形螺母部分所延伸离开的距离。

20.根据权利要求18所述的装置，其中，所述阀座包括环形阀座，该环形阀座具有从所述六角螺母部分收聚到密封边缘的大致渐缩的横截面，当所述阀盘在所述关闭位置时，所述密封边缘被所述阀盘密封地接合。

21.一种安装流体调节装置的方法，该方法包括：

将流体输入管线连接到阀体的入口；

将流体输出管线连接到所述阀体的出口；

从多个阀口中选择一阀口，所述多个阀口中的每一个均包括阀座、细长孔道、和一组参数，该组参数包括：包括所述细长孔道的直径的孔道直径，以及包括所述阀座沿所述孔道所延伸的距离的座高，所述多个阀口的座高与所述多个阀口的孔道直径成反比变化；以及

将选定的阀口安装到所述阀体的喉道。

22.一种设计流体调节装置的阀口的方法，该流体调节装置具有阀体和用于控制通过所述阀体的流体流动的致动器，所述方法包括：

确定所述阀口的主体部分的外直径，使该外直径与所述阀体的喉道的内直径一致；

确定所述阀口的期望过流能力；

确定延伸穿过所述阀口的细长孔道的内直径，所述内直径被确定成所述期望过流能力的函数；以及

确定所述阀口的阀座的轴向尺寸，所述轴向尺寸包括当所述阀口被安装时所述阀座从所述阀体的所述喉道所延伸离开的距离，所述阀座的所述轴向尺寸被确定成所述阀口的过流能力和所述细长孔道的内直径中的至少一个的函数。

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