CN102067055B - 具有压力平衡器的承压服务调节器 - Google Patents

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Abstract

一种气体调节器，具有驱动器、调节阀以及加压部件。所述加压部件向所述驱动器的隔板上施加负载压力以反作用于施加在所述隔板另一表面上的、由该调节器控制的下游压力。当下游压力变化且所述隔板相应移动以驱使控制部件来调节所述下游压力时，所述加压部件保持指定的负载压力。所述调节器可以进一步包括压力平衡器，用以在所述控制部件上施加补偿上游压力作用力的平衡力。

Description

具有压力平衡器的承压服务调节器
相关申请的交叉引用
本申请要求2008年4月21日提交的临时申请号为61/046,786、名称为“具有压力平衡器的承压服务调节器”的美国专利申请的优先权，该美国专利申请合并于此作为参考。
技术领域
本发明涉及流体流动调节装置，例如气体调节器，更具体地，涉及具有加压设备的气体调节器，以及用于将出口压力调节至接近预设的定点压力的压力平衡器(pressure balanced trim)。
背景技术
对于典型的气体分配系统，其供给气体的压力可能会因为下达给系统的需求、气候、供应源和/或其他因素而有所不同。然而，大多数装备有用气设备的用户端设施，例如熔炉、烘箱等要求所输送的气体依照预设的压力，并且要等于或低于气体调节器的最大容限。因此，所述分配系统使用多个气体调节器来确保所输送的气体可以满足终端设施的要求。常规的气体调节器通常设置有用于检测并控制所述输送的气体的压力的闭环控制驱动器。
除了所述闭环控制之外，一些常规的气体调节器还设置有安全阀。所述安全阀被适配为：例如当所述调节器或流体分配系统的一些其他部件失效时来提供过压保护。相应地，当输送压力超过预设的压力阈值时，所述安全阀会打开并将至少部分气体排放至大气中，以此来降低系统内的压力。
图1和图2示出了一种常规的气体调节器10。所述调节器10主要包括驱动器12和调节阀14。所述调节阀14提供了用于从例如气体分配系统中接收气体的进口16，以及用于将气体输送至具有一个或多个用气设备的用户终端设施的出口18，所述用户终端设施例如是工厂、餐厅、公寓楼等。此外，所述调节阀14还设置有位于所述进口16与出口18间的阀门端口20。气体在所述调节阀14的进口16与出口18间流动必须穿过所述阀门端口20。
所述驱动器12与调节阀14相耦接，用于确保所述调节阀14的出口18处的压力，即出口压力与所需要的出口压力或控制压力一致。因此，所述驱动器12通过阀嘴22和驱动器嘴24与所述调节阀14交换流体。所述驱动器12包括控制组件26，用于检测并调节调节阀14的出口压力。具体地，所述控制组件26包括隔板28、活塞30、以及具有阀盘34的控制臂32。常规的阀盘34包括通常为圆柱体形的主体36，以及固定于所述主体36上的密封嵌入物38。所述阀门主体还可以包括图2示出的、与主体整体成型的圆周状凸缘40。所述隔板28检测调节阀14的出口压力。所述控制组件26进一步包括控制弹簧42，所述控制弹簧42与隔板28的顶侧相连接，用于补偿检测到出口压力。相应地，所需的出口压力，也即被提及的所述控制压力，可以通过控制弹簧42的选择来进行设定。
所述隔板28与控制臂32操作地相耦接，因此，所述阀盘34基于所检测的出口压力通过活塞30控制所述调节阀14打开。例如，当终端用户操作一个向位于调节器10下游的所述气体分配系统下达需求的用气设备，例如熔炉时，出口流动会增强，进而使得出口压力下降。相应地，所述隔板28检测到该下降的出口压力。如图2所示，这使得控制弹簧42延伸，并使得活塞30与控制臂32的右侧相对于图1的位置向下移动。所述控制臂32的移动驱使阀盘34离开阀门端口20，从而打开调节阀14。图2示出了处于正常打开操作位置的阀盘34的示意图。在这种配置下，用气设备可以将气体通过阀门端口20抽至调节阀14的出口18。
正如前述，在图1示出的常规的调节器10中，控制组件26还作为安全阀而运作。具体地，所述控制组件26还包括安全弹簧44以及溢流阀(release valve)46。所述隔板28在其中部设置有开口48，而所述活塞30包括密封帽50。所述安全弹簧44设置于活塞30和隔板28之间，在正常操作下，所述安全弹簧44将隔板28偏置至密封帽50，使得开口48关闭。在出现例如控制臂32断裂等失效情况时，控制组件26不再直接控制阀盘34，而进口的流体将驱使阀盘34移动至完全打开的位置。这使得有最大量的气体流入驱动器12。这样，在气体充入驱动器12的过程中，建立以对着所述隔板28的压力迫使隔板28远离密封帽50，进而使得开口48打开。由此，气体通过所述隔板28中的开口48流入溢流阀46。所述溢流阀46包括阀塞(valve plug)52与溢流弹簧(release spring)54，所述溢流弹簧54用于将阀塞52偏置图2中的关闭位置。当驱动器12内部邻近溢流阀46处的压力达到预设的阈值压力时，所述阀塞52抗拒溢流弹簧54的偏置而向上移动并且打开，使得气体被排放至空气中，并且调节器10中的压力得以降低。
调节器的性能由保持预设的出口压力情况下可以输运的流体体积所指示。在常规的调节器10中，当控制弹簧42移动控制臂32以打开阀门端口20时，由于控制弹簧42朝着未被拉伸的长度延伸，它固有地产生较小的力。此外，当控制弹簧42拉伸时，隔板28会发生形变，使得其面积增大。在这一操作场景中，控制弹簧42的减小的弹力和隔板28的增大的面积一起产生了一个调节器响应，其中控制弹簧42所提供的力不能足够地平衡隔板28产生的压力，这使得出口的控制压力小于用户预先设定的压力。这种现象被称为“衰弱(droop)”。当“衰弱”发生时，出口压力降低到设定的控制压力之下，调节器10可能无法如所需的那样工作。随着所述出口压力降低，保持出口压力范围且所能输运的流体的量，也被称为额定流量值减少。因此，需要通过减少或消除调节器的能力的“衰弱”以将出口控制压力保持在预设压力并且最大化流经调节阀的流体体积，从而来提高现有调节器的性能。
另一个影响调节器10性能的因素是阀盘34上的上游压力的力。当驱动器12处于图2示出的打开位置时，流过阀门端口20的流体的上游压力在打开位置的方向上产生压力。因此，所述上游压力的幅度及波动会影响驱动器12使下游压力保持在所需的定点压力的性能。例如，随着上游压力增大，需要形成相对较大的下游压力以使得控制组件26驱使阀盘34向阀门端口20移动，从而使得流经调节阀14的流体流动减少。这一问题在对于具有较大尺寸并经受更高进口压力的端口的调节器中有其明显。在某些应用中，为了避免系统的下游过压，需要安装具有较低额定容限的气体调节器。因此，又需要一种对阀门端口的上游压力的变化不敏感的气体调节器。
发明内容
在一个方面中，本发明被定向为一种流体调节装置，该装置能够包括：阀门以及与所述阀门相耦接的驱动器，所述阀门包括第一进口、第一出口以及所述第一进口与第一出口间的第一阀门端口。所述驱动器可以包括与所述阀门相耦接的壳体，位于所述阀门内的第一阀盘，并且所述第一阀盘被适配为在连接所述第一阀门端口的关闭位置和布置离开所述第一阀门端口的打开位置之间移动，以及位于所述壳体中的第一隔板，该第一隔板将所述壳体分为第一腔体与第二腔体，所述第一隔板操作地耦接于第一阀盘，而所述壳体的第一腔体与所述阀门的第一出口相互交换流体。所述流体调节装置可以进一步包括与所述阀门及驱动器相连接的加压部件。所述加压部件可以包括：主体，所述主体具有第二进口、第二出口以及所述第二进口与第二出口间的第二阀门端口，其中所述第二进口与第一进口交换流体，所述第二出口与壳体的第二腔体交换流体；所述加压部件还包括与所述壳体相耦接的阀罩，以及位于主体内的第二阀盘，所述第二阀盘被配置为在连接所述第二阀门端口的关闭位置和布置离开所述第二阀门端口的打开位置之间移动；位于阀罩内的第二隔板，所述第二隔板将阀罩分为第一腔体与第二腔体，所述第二隔板操作地耦接于第二阀盘，而所述阀罩的第一腔体与所述第二出口交换流体；所述加压部件还包括位于所述阀罩第二腔体内与所述第二隔板相连接的控制弹簧。所述第二隔板与控制弹簧可以被配置为当第二出口压力降低时驱使所述第二阀盘朝其打开位置移动，以及当第二出口压力升高时驱使所述第二阀盘朝其关闭位置移动，以保持所述驱动器的第二腔体内的压力大致等于负载压力；所述驱动器被配置为当第一出口压力降低时驱使所述第一阀盘移动朝其打开位置移动，以及当第一出口压力升高时驱使所述第一阀盘朝其关闭位置移动，以保持所述第一出口的压力大致等于定点压力。
在另一个方面中，本发明被定向于了一种流体调节装置，包括阀门以及所述阀门耦接的驱动器，其中，所述阀门具有第一进口、第一出口以及所述第一进口与第一出口间的第一阀门端口；所述驱动器包括第一阀盘，所述第一阀盘被适配为在连接所述第一阀门端口的关闭位置和布置离开所述第一阀门端口的打开位置之间移动，所述驱动器还包括第一隔板，所述第一隔板将所述驱动器分为第一腔体与第二腔体，所述第一腔体与所述阀门的第一出口交换流体，其中，所述第一隔板操作地耦接于第一阀盘并驱使所述第一阀盘在打开与关闭位置间移动。所述流体调节装置的改进可以包括与所述阀门及驱动器相连接的加压部件，所述加压部件包括：主体，所述主体具有第二进口、第二出口以及所述第二进口与第二出口间的第二阀门端口，其中所述第二进口与所述第一进口交换流体，所述第二出口与驱动器的第二腔体交换流体；所述加压部件还包括与所述主体相耦接的阀罩，以及位于主体内的第二阀盘，所述第二阀盘被配置为在连接所述第二阀门端口的关闭位置和布置离开所述第二阀门端口的打开位置之间移动；位于阀罩内的第二隔板，所述第二隔板将阀罩分为第一腔体与第二腔体，所述第二隔板操作地耦接于第二阀盘，而所述阀罩的第一腔体与所述第二出口交换流体；所述加压部件还包括位于所述阀罩第二腔体内与所述第二隔板相连接的控制弹簧。所述第二隔板与控制弹簧可以被配置为当第二出口压力降低时驱使所述第二阀盘朝其打开位置移动，以及当第二出口压力升高时驱使所述第二阀盘朝其关闭位置移动，以保持所述驱动器的第二腔体内的压力大致等于负载压力；所述驱动器被配置为当第一出口压力降低时驱使所述第一阀盘朝其打开位置移动，以及当第一出口压力升高时驱使所述第一阀盘朝其关闭位置移动，以保持所述第一出口的压力大致等于定点压力。
在又一方面中，本发明被定向于一种流体调节装置，包括阀门以及所述阀门耦接的驱动器，其中，所述阀门具有第一进口、第一出口以及所述第一进口与第一出口间的第一阀门端口。所述驱动器能够包括位于所述阀门内的第一阀盘，所述第一阀盘被适配为在连接所述第一阀门端口的关闭位置和布置离开所述第一阀门端口的打开位置之间移动，所述驱动器还包括与所述第一阀盘操作地耦接的第一隔板，所述第一隔板用于驱使所述第一阀盘在打开与关闭位置间移动，其中，所述第一隔板的第一表面与所述阀门的第一出口交换流体。所述流体调节装置可以进一步包括与所述阀门及驱动器相连接的加压部件。所述加压部件可以包括第二进口与第二出口，所述第二进口与第一进口交换流体，所述第二出口与所述第一隔板的第二表面交换流体，其中，所述加压部件被配置为当第二出口压力小于负载压力时增加通过所述加压部件的流体流动；所述驱动器还包括位于第二进口与第二出口间的第二阀门端口。所述第二进口可以与第一进口交换流体，所述第二出口可以与壳体的第二腔体交换流体。所述加压部件可以被配置为当第二出口压力降低时增加通过该部件的流体流动，以及当第二出口压力升高时减少通过该部件的流体流动，以保持所述第一隔板的第二表面上的压力大致等于负载压力；所述驱动器可以被配置为当第一出口压力降低时驱使所述第一阀盘朝其打开位置移动，以及当第一出口压力升高时驱使所述第一阀盘朝关闭位置移动，以保持所述第一出口压力大致等于定点压力。
本发明的附加方面由本专利的权利要求所定义。
附图说明
图1示出了常规气体调节器处于关闭位置的侧剖面图；
图2示出了图1中的常规气体调节器处于完全打开位置的侧剖面图；
图3示出了依照本发明的、具有加压部件及平衡部件的气体调节器处于关闭位置的侧剖面图；
图4示出了图3中的气体调节器的侧剖面图。
具体实施方式
尽管下文详细阐明了本发明诸多不同的实施例，但应认识到本发明的法律范围由本专利最后所列出的权利要求的内容指明。所述具体实施方式应被理解为仅仅是示例，并且没有描述本发明的每一个可能的实施例，这是因为描述所有可能的实施例即使不是不可能的也是不现实的。那些采用现有技术或本专利申请日之后的技术的众多替代的实施例仍落入定义了本发明的权利要求的范围内。
需要认识到，除非某一术语在本专利中采用句型“如这里所用的，所述名词在此表示…”或类似句型进行解释，不应明示或暗示地将该术语的含义限制在通常的含义之外，而且该术语不应被解释为基于本申请任何部分表述而被限制在范围内。在这个意义上，仅为了清楚而不至于使读者困惑，本申请所附权利要求书所表述的任何术语具有一致的含义，但这不表示所述术语仅通过暗示或其他限于唯一的含义。最后，除非某一权利要求部分是通过“装置”这个词以及不具有任何结构详述的功能进行定义，那么并不意味着该权利要求部分是基于35U.S.C.第112节的第六段进行解释的。
图3与图4描绘了根据本发明一个实施例而构造的气体调节器110。所述气体调节器110通常包括驱动器112与调节阀114。所述调节阀114包括用于从例如气体分配系统中接收气体的进口116，以及用于将气体提供给例如具有一个以上用气设备的设施的出口118。所述驱动器112与所述调节阀114相耦接，并包括具有例如阀盘122的控制元件的控制组件120。在第一或正常运行模式中，所述控制组件120检测调节阀114中出口118处的压力，即出口压力，并对阀盘122的位置进行控制，以使得所述出口压力大致地等于预设定点或控制压力。
仍参考图3，所述调节阀114具有喉道124与阀嘴126。所述喉道124位于进口116与出口118间，其中还设置有阀门端口128。气体在所述调节阀114的进口116与出口118间流动必须穿过所述阀门端口128。所述阀门端口128可以从调节阀114上卸下，从而它能够被更换为具有不同孔径或配置的钻孔的不同阀门端口，以针对具体应用而适配调节阀114的操作及流动特征。在公开的实施例中，所述阀嘴126定义了开口，所述开口延与由调节阀114的进口116与出口118构成的轴线相垂直的轴线放置。
正如前述，所述驱动器112包括壳体130与控制组件120。所述壳体130包括壳体上部130a与壳体下部130b，所述壳体上部130a与壳体下部130b通过例如多个紧固件固定。所述壳体下部130b定义了控制腔体132与驱动器嘴134。所述驱动器嘴134与调节阀114的阀嘴126连接，以在所述驱动器112与调节阀114之间提供流体交换。所述壳体上部130a定义加压腔136与进口端口138。所述壳体上部130a还定义用于容纳部分控制组件120的塔形区140，接下来会进行说明。
所述控制组件120包括隔板子组件142，及盘片平衡子组件144。所述隔板子组件142包括隔板148、活塞150、加压部件152、锁定弹簧154、锁定弹簧座156以及活塞导向器158。所述加压部件152取代了图1中驱动器12的控制弹簧42，用于向隔板148施加负载力，所述负载力的施加方式接下来将进行说明。但是，在驱动器112的实施例中不包含有控制弹簧时，承压调节器可以被配置为实现控制弹簧的功能，并与所连接的驱动器112共同作用以施加压力以调节下游压力。所述隔板148包括盘状的膜片，其中部具有开口。所述隔板148由具有弹性的、实质上气密的材料构成，其边缘被密封地紧固于所述壳体130的壳体上部130a与壳体下部130b间。因此，所述隔板148将加压腔136与控制腔132分隔开。隔板头160位于所述隔板148的顶部，并定义了与所述隔板148的开口同轴的开口。所述隔板头160还定义了排流孔162，通过所述排流孔162，所述加压腔136与控制腔132实现交换流体，接下来会详细说明。
在公开的实施例中，所述活塞150一般是具有密封帽部分164与阀轭166的拉长的杆状构件。所述密封帽部分164是凹陷的、一般呈盘状、沿所述活塞150中部的圆周延展，并正好位于所述隔板148下方。所述隔板头160与密封帽164在该中央开孔位置互相固定，和/或固定于所述隔板148以在它们之间形成密封。所述密封帽164定义第二排流孔168，通过所述第二引流孔168与引流孔162，加压腔136与控制腔132实现流体交互。所述阀轭166包括适于容纳连接器172的腔体，所述连接器172连接至盘片平衡子组件144上，以在所述隔板子组件142与盘片平衡子组件144间形成连接，接下来会进行说明。
所述活塞150分别通过隔板148与隔板头160的开口向上延伸。所述活塞150向上延伸的部分可滑动地位于在活塞导向器158的腔体中，所述活塞导向器158使得活塞150相对于控制配件120的其他部分保持轴线对准。所述锁定弹簧座156设置于活塞150的上端，所述锁定弹簧154被限制于所述弹簧座156与活塞导向器158间。所述锁定弹簧154、弹簧座156与活塞导向器158位于所述壳体上部130a的塔形区140内。所述活塞导向器158可以通过螺纹旋入所述塔形区140中，进而该导向器可以被旋转以在所述塔形区140内轴向地移动，以调整所述锁定弹簧156的松紧。作为替代地或补充地，所述活塞150的顶部可以与所述弹簧座156螺纹地连接，弹簧座156可旋转地位于活塞150上，从而该弹簧座156可以在该活塞150上被旋转以调节所述锁定弹簧154的松紧或被移除以更换所述弹簧154。所述锁定弹簧154固定抵靠在活塞导向器158上，从而向所述锁定弹簧座156施加向上的力，所述弹力反作用于活塞150上，进而在图3示出的气体调节器110的关闭位置或锁定位置的方向上提供偏置力。
所述加压部件152提供的压力反作用于由隔板148检测的控制腔132的压力。如前述的，所述控制腔132的压力与调节阀114的出口118处存在的压力相同。相应地，由所述加压部件152提供的压力将所述出口压力设置在对于气体调节器110的所需的定点或控制压力。接下来会更加完整地说明所述加压部件152的配置及运行的细节。需要注意的是，由于负载压力需要大于或等于控制压力并在所述隔板148加载向下的压力，因此，所述隔板148是相对于图1和图2中的隔板28从上方向下安装的。
正如前述，所述隔板子组件142与盘片平衡子组件144通过活塞150的阀轭166、连接器172以及控制臂176操作地耦接。所述盘片平衡子组件144包括与所述控制臂176相连接的驱动器杆178，随着由下游压力变化导致的所述隔板148的弯曲，所述驱动器杆178使所述阀盘122在打开位置与关闭位置间移动。具体地，所述驱动器杆178通常呈线性杆状，具有一端面与控制臂176相连接。所述控制臂176呈略有弯曲的杆状，包括支点端176a与自由端176b。所述支点端176a与壳体下部130b枢纽连接，所述支点端包括具有圆形端的指柄180，所述指柄180与驱动器杆178的端面相啮合。所述自由端176b被收纳于所述连接器172的顶部172a及一针梢172b之间，该连接器172被附着于所述活塞150的阀轭166上。这样，所述连接器172与控制臂176将所述盘片平衡子组件144与膜片子组件142操作地连接起来。
所述盘片平衡子组件144的阀盘122与驱动器杆178操作地连接，该阀盘包括外盘部分182以及轴对称的内盘部分184。所述外盘部分182具有用于收纳一密封嵌入件186的凹陷，所述密封嵌入件具有用于接合所述阀门端口128出口、以切断流体流经所述调节阀114的密封表面。所述盘部分182与184通过平衡端口杆188与平衡弹簧座190连接到驱动器杆178，所述组合的零件通过杆导向器192、保持器板194、平衡隔板保持器196以及平衡端口外壳198支撑以实现线性移动。所述杆导向器192与驱动器嘴134相匹配，并包括大致呈圆柱形的内部，所述内部可滑动地保持着驱动器杆178。所述杆导向器192还包括导管200，通过所述导管200构成了使出口118与控制腔132流体交换的一个通路，接下来继续进行说明。
所述杆导向器192与位于杆导向器192与平衡端口外壳198之间的保持器板194连接，以将所述保持器板194与平衡端口外壳198固定于所述阀门端口126中的合适位置上。所述保持器板194呈圆形，并包括用于通过平衡端口杆188的中心开口。所述平衡端口外壳198为中空的圆柱体，并向阀门端口128延伸，其内径尺寸可滑动地收纳平衡端口杆188。所述隔板保持器196位于平衡端口外壳198内、保持器板194的中心开口中，被固定于保持器板194表面与平衡端口外壳198的内肩之间的合适位置。所述平衡端口外壳198内还提供有具有中心开口的盘状平衡隔板202。所述平衡隔板202由具有弹性的、实质上气密的材料构成，其边缘被紧固于所述隔板保持器196与平衡端口外壳198之间。所述平衡隔板202中间开口的内部边缘被气密地紧固于阀盘122与平衡端口杆188之间。所述阀盘122、平衡端口杆188以及驱动器杆178由平衡弹簧204偏置朝向调节阀114打开位置的方向，该平衡弹簧位于弹簧座190与隔板保持器196基座表面间。
所述平衡隔板202在阀盘122上施加了朝向阀门端口118的力，以补偿由流经所述阀门端口118的流体的上游压力施加在所述阀盘122上的力。所述内盘部分184的外径小于外盘部分186的内径，以允许流体流入内盘部分184的通道206、以及平衡端口杆188内对应的通道208中。所述通道208通向隔板保持器196的内部，由此使得平衡隔板202朝向阀门端口118的表面与向阀盘122施压的上游压力交换流体。所述盘片平衡子组件144的各个配件被设置，使得通过平衡隔板202施加的力与阀盘122的上游压力加载的压力大致相反并相等，以减小上游压力对隔板子组件142的任何影响，并由此允许所述气体调节器110对下游压力的更加准确的控制。
通过在调节阀114的出口118处具有检测点的皮托管(Pitottube)210，驱动器112的控制腔获得下游压力反馈。所述皮托管210延伸进入阀嘴126，并分别穿过平衡端口外壳198及保持器板194的开口。所述皮托管210向杆导向器192的内部提供下游压力，并通过所述杆导向器192的导管200向控制腔132提供下游压力。
如前所述，加压部件152取代驱动器112的控制弹簧，向所述隔板148施加与作用在隔板148的相反侧的下游压力相反的力。在所示出的实施例中，所述加压部件152采用调节器的结构，该调节器被配置为通过进口220引入具有上游压力的流体，并通过出口222排放具有指定或需要的负载压力的流体。所述进口220与出口222被定义于加压部件152的主体224中，所述加压部件152具有位于所述进口220与出口222之间的阀门端口226。所述进口220通过上游压力供应管228接收流体，所述供应管228的相反端连接在调节阀114的上游压力端口230上。所述供应管228使得加压部件152的进口220与阀门端口128上游的调节阀114的内部交换流体。驱动器112的壳体上部130a是驱动器12的壳体修改得到的，其具有向减缓腔136开口的进气开口138，所述壳体上部130a通过导气管234连接至加压部件152的出口222，从而使得所述出口222与减缓腔136以及隔板148的对应面交换流体。
所述调节器152还包括控制组件236，所述控制组件236用以确保调节器152的出口222的压力，即负载压力，与使得驱动器112保持定点下游压力的负载压力相适应。所述控制组件236检测并调整所述调节器152的负载压力。具体地，所述控制组件236包括隔板238、控制弹簧240以及具有阀盘244的控制臂或阀杆242。常规的阀盘244包括一般圆柱形的主体以及圆锥或圆台形的上部，所述上部连接在控制臂242上并且具有适于坐在阀门端口226的开口之中的尺寸，以允许或防止流体流过阀门主体224。在所述阀盘244的底面与阀保持器248的基座面间设置有阀弹簧246，所述阀弹簧246将阀盘244偏置至朝向于所示出的关闭位置。所述阀弹簧246允许阀盘244由于控制弹簧240的力而向下移动，从而离开阀门端口226，进而使得流体可以流过阀门端口226，如接下来将说明地。所述阀盘244、阀弹簧246以及阀保持器248被底板250限制于阀门端口226上游的主体224中，并所述底板250被紧固在所述阀体224的较低开口端。
所述调节器152还包括阀罩252，所述阀罩252将隔板238以及控制弹簧240封闭在主体224的上部区域上。所述隔板238包括盘状的膜片，其中部具有开口。所述隔板238由具有弹性的、实质上气密的材料构成，其边缘被密封地紧固于所述阀罩252与阀体224间。所述隔板238将调节器152的控制腔254与具有控制弹簧240的阀罩腔256分隔开。隔板头258与下部弹簧座260位于所述隔板238的顶部，并定义了与所述隔板238的开口同轴的开口。具有中心毂与延展边缘的推杆262设置于所述隔板238的控制腔一侧，所述毂延伸穿过隔板238、头258以及弹簧座260的开口。所述推杆262通过保持器弹簧264紧固于合适位置，所述保持器弹簧264被下压在所述毂上并抵靠弹簧座260的上表面。
所述控制弹簧240位于下部弹簧座260与上部弹簧座266之间，所述上部弹簧座266将控制弹簧240压在下部弹簧座260上。调整螺栓268被收纳在阀罩252顶部的螺纹开口中，并且连接上部弹簧座266的上表面，将所述上部弹簧座266保持在阀罩252内的合适位置。通过这样设置，控制弹簧240固定在阀罩252上，并向下部弹簧座260与隔板238施加向下的力。在公开的实施例中，由所述控制弹簧240所述施加的力可以通过旋转所述调整螺栓268来升高或降低上部弹簧座266来进行调整。由于所述控制弹簧240的压力可以调节，由所述调节器152提供给驱动器112的负载压力可以相应调节。
阀杆242与阀盘244操作地耦接于隔板238与控制弹簧240。所述推杆262包括位于毂内的凹陷结构，所述凹陷结构朝向控制腔体254与阀门端口226。所述推杆262的凹陷结构中设置有软基座272，所述软基座272用于承载阀杆242朝向阀盘244的一端。相应地，随着隔板238响应于负载压力的变化而弯曲时，所述阀杆242与阀盘244会上下移动。位于阀盘244上游的阀门端口226的上部包括有导管274，所述导管274穿过阀门端口226，并与主体224的对应开口对准，使得控制腔254及相应的隔板238与出口222交换流体，从而允许隔板238检测出口222及驱动器112的减缓腔136内的实际的负载压力。
图3示出了本实施例的调节器110，所述调节器110的阀门主体114内设置有阀盘122，且阀盘244位于其关闭位置或锁定位置。这样配置，气体既不会流过调节阀114的阀门端口128，也不会流过加压部件152的阀门端口226。所述调节阀114处于所述配置是因为出口压力大于由加压部件152形成的负载压力所施加的力，所述出口压力相应于壳体126的控制腔136中的、由隔板146检测到的压力。相应地，出口118的下游压力驱使所述隔板148与活塞150处于关闭位置。相类似地，所述加压部件152处于所述配置是因为负载压力加阀弹簧246施加的力大于由控制弹簧240施加在隔板238上的压力，所述负载压力相应于主体224的控制腔154中的压力，并且所述负载压力驱使所述隔板238与阀盘244处于关闭位置。一旦所述驱动器112与加压部件152关闭，压力通过所述排流孔162与168中被放走，直至负载压力与出口压力相等。当隔板148两侧的压力相等时，锁定弹簧154将向上偏置所述隔板组件142，从而将阀盘122保持在关闭位置。
在所述气体分配系统接收到运行需求时，例如用户开始使用诸如熔炉、烤炉等用气设备时，所述用气设备从出口118以及相应地从驱动器112的控制腔132抽取气体时，由此降低通过隔板148检测到的压力。由于通过所述隔板148的控制腔一侧检测的压力降低，所述隔板148两侧的由负载压力形成的压力与由出口压力形成的压力失衡，如图4所示，使得负载压力超过锁定弹簧154的压力，并驱使所述隔板148与活塞150相对于壳体130向下移动。所述移动引起控制臂176顺时针枢转，这继而相对于驱动器杆178的表面转动指柄180。由于平衡弹簧200的、使得调节阀114打开的力，这允许驱动器杆178与阀盘122离开阀门端口128的出口124。
在所述隔板148向下移动时，加压腔136的容积增加，并且加压腔136增加的容积与通过排流孔162和168吸入控制腔132的空气引起加压腔136的压力下降。同时，所述负载压力的降低导致加压部件152的隔板238上的控制弹簧的力与负载压力的力不平衡，由此使得控制弹簧240伸长，并驱使所述隔板238向相对主体224向下的方向移动。所述隔板238的移动驱使阀杆242与阀盘244向下移动，使得所述阀盘244脱离基座，从而允许流体流经阀门端口226并进入驱动器112的减缓腔136中。所述流入减缓腔136的流体使得加载在隔板148上的负载压力上升，从而使得施加于隔板148上的压力不像驱动器112的情况那样地降低，在驱动器112的情况中，控制弹簧42加载的压力随着所述控制弹簧42伸展以打开调节阀14而减少。
在所述气体分配系统上的需求撤去后，例如用户关闭用气设备，调节器110最初通过减少穿过调节阀114的流体来做出响应。随着气体持续流过所述阀门端口128并流至所述系统的下游部分，所述出口118的压力以及相应地驱动器112的控制腔132的压力都升高。随着隔板148检测的压力升高直至超过负载压力，所述隔板148与活塞150被相对壳体130向上推起。所述向上移动使得控制臂176逆时针枢动，这反过来使得驱动器杆178与阀盘122向阀门端口128移动，从而减少流经调节阀114的流体。在正常运行情况下，出口压力会降低到接近驱动器定点压力并保持不变，直至下游需求发生变化引起驱动器112做出响应。
在所述隔板148向上移动时，加压腔136的容积减小，所述加压腔136的容积减小使得加压腔136与加压部件152的控制腔254中的负载压力相应增加。施加在所述隔板238上负载压力增加最终超过控制弹簧240的压力，导致隔板240向上移动。所述隔板238的向上移动使得阀盘244也向上移动，从而使得流经加压部件152的流体流动降低。在正常运行情况下，负载压力会等于控制腔132的压力并保持不变，直至下游需求发生变化引起驱动器112做出响应以及引起加压部件152相应地响应。
如前所述，在调节器中采用所述加压部件与平衡器有诸多益处。例如，依照本发明的调节器可以被用于进口压力较高的应用场合，而产生的下游压力仍可以较为准确地保持在需要的控制和精度范围内。在进口压力较高时，通过平衡隔板施加在阀盘122上的压力相应增加，以避免上游压力对控制组件120的影响。由于平衡控制器实质上地降低了出口压力对于进口压力变化的敏感程度，所述调节器还可以被应用于预期上游压力变化较大的应用场合。因此，所述平衡器允许对于调节器的更高的额定容限，同时还允许该调节器对下游压力的调节的更高的准确性。加压也提高了调节器的额定容限。相较于控制弹簧提供的压力和力的大小变动，通过加压部件在调节器隔板上稳定地维持负载的能力，所述调节器将出口控制压力维持在定点压力的能力的“衰弱”影响被减少了。进一步地，所述稳定的负载提高了调节器提供的控制的精度。
以上文本具体描述了本发明的多个不同的实施例，应注意到本发明所要求的法律范围由要求优先权的专利的权利要求的内容指明。所述具体实施方式应被理解为仅做示例，并且没有描述本发明的每一个可能的实施方式，这是由于穷举所有可能的实施例即使不是不可能的也是不现实的。那些采用现有技术或本专利申请日之后的技术的替代的实施例仍落入定义了本发明的、本专利的权利要求的保护范围内。

Claims (16)

1.一种流体调节装置，包括：
阀门，所述阀门具有第一进口、第一出口以及所述第一进口与第一出口间的第一阀门端口；
驱动器，所述驱动器与所述阀门相耦接，所述驱动器包括：
与所述阀门相耦接的壳体，
位于所述阀门内的第一阀盘，所述第一阀盘被适配为在连接所述第一阀门端口的关闭位置和布置离开所述第一阀门端口的打开位置之间移动；
第一隔板，位于所述壳体中，将所述壳体分为第一腔体与第二腔体，所述第一隔板与第一阀盘操作地耦接，而所述壳体的第一腔体与所述阀门的第一出口交换流体；以及
与所述阀门及驱动器相连接的加压部件，所述加压部件包括：
主体，所述主体具有第二进口、第二出口以及所述第二进口与第二出口间的第二阀门端口，其中所述第二进口与第一进口交换流体，所述第二出口与该壳体的第二腔体交换流体；
与该主体相耦接的阀罩，
位于该主体内的第二阀盘，所述第二阀盘被适配为在连接所述第二阀门端口的关闭位置和布置离开所述第二阀门端口的打开位置之间移动，
位于阀罩内的第二隔板，所述第二隔板将阀罩分为第一腔体与第二腔体，所述第二隔板与第二阀盘操作地耦接，而所述阀罩的第一腔体与所述第二出口交换流体；以及
位于所述阀罩第二腔体内、与所述第二隔板相连接的控制弹簧，
其中，所述第二隔板与控制弹簧被配置为当第二出口压力降低时，驱使所述第二阀盘移动至其打开位置，以及当第二出口压力升高时，驱使所述第二阀盘移动至其关闭位置，以保持所述壳体的第二腔体内的压力大致等于负载压力，而且
其中，所述驱动器被配置为当第一出口压力降低时，驱使所述第一阀盘移动至其打开位置，而当第一出口压力升高时，驱使所述第一阀盘移动至其关闭位置，以保持所述第一出口压力大致等于定点压力。
2.根据权利要求1所述的流体调节装置，其中，所述驱动器包括枢纽地连接在所述壳体上的控制臂，所述控制臂操作地将所述第一隔板与第一阀盘耦接，其中，所述第一隔板当第一出口压力下降时，使得所述控制臂以第一方向旋转并将第一阀盘朝其打开位置移动，以及当第一出口压力升高时，使得控制臂以第二方向旋转并将第一阀盘朝其关闭位置移动。
3.根据权利要求1所述的流体调节装置，包括皮托管，所述皮托管具有位于所述阀门的第一出口处的第一端，以及与所述壳体的第一腔体交换流体的第二端，以将所述壳体的第一腔体与所述阀门的第一出口交换流体。
4.根据权利要求1所述的流体调节装置，包括平衡隔板，所述平衡隔板与第一阀盘操作地连接，具有与流经第一阀门端口的上游压力交换流体的第一侧，其中，所述上游压力向所述第一阀盘施加打开位置方向的压力，作用于所述平衡隔板的第一侧的所述上游压力向所述第一阀盘施加关闭位置方向的、并大致等于所述上游压力在所述第一阀盘上的压力的力。
5.根据权利要求1所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括将所述第二隔板操作地耦接到所述第二阀盘的阀杆，其中，所述第二阀盘当第二出口压力下降时，驱使所述阀杆在第一方向上移动以将所述第二阀盘移至打开位置，以及当第二出口压力升高时，驱使所述阀杆在第二方向上移动以将所述第二阀盘移至关闭位置。
6.根据权利要求1所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括阀弹簧，所述阀弹簧连接所述第二阀盘，以克服所述控制弹簧的偏置力而将所述第二阀盘朝其至关闭位置偏置。
7.根据权利要求1所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括控制弹簧调节结构，所述控制弹簧调节结构连接所述控制弹簧，用以调节所述控制弹簧施加在所述第二隔板上的力，进而增大与减小通过所述加压部件提供给所述壳体的第二腔体的负载压力，相应地增大与减小所述流体调节装置的定点压力。
8.根据权利要求7所述的流体调节装置，其中，所述控制弹簧调节结构包括收纳于所述阀罩顶端的螺纹开口内的调整螺栓，所述调整螺栓与所述控制弹簧操作地耦接，其中，当所述调整螺栓被以第一方向旋转时，所述控制弹簧施加在所述第二隔板上的力增加，而当所述调整螺栓被以第二方向旋转时，所述控制弹簧施加在所述第二隔板上的力减小。
9.一种流体调节装置，包括：
阀门，所述阀门具有第一进口、第一出口以及所述第一进口与第一出口间的第一阀门端口；
与所述阀门耦接的驱动器，所述驱动器包括：
位于所述阀门内的第一阀盘，所述第一阀盘被适配为在连接所述第一阀门端口的关闭位置和布置离开所述第一阀门端口的打开位置之间移动，以及
与所述第一阀盘相耦接的第一隔板，所述第一隔板驱使所述第一阀盘在打开与关闭位置间移动，其中，所述第一隔板的第一表面与所述阀门的第一出口交换流体；以及
与所述阀门及驱动器相连接的加压部件，所述加压部件包括第二进口与第二出口，其中所述第二进口与第一进口交换流体，所述第二出口与所述第一隔板的第二表面交换流体，所述加压部件被配置为当第二出口压力小于负载压力时增加通过加压部件的流体流动，所述加压部件还包括位于第二进口与第二出口间的第二阀门端口；
所述加压部件被配置为当第二出口压力降低时增加流经该部件的流体流动，以及当第二出口压力升高时减少流经该部件的流体流动，以保持对所述第一隔板的第二表面上的压力大致等于负载压力；
所述驱动器被配置为当第一出口压力降低时驱使所述第一阀盘移动至其打开位置，以及当第一出口压力升高时驱使所述第一阀盘移动至其关闭位置，以保持所述第一出口的压力大致等于定点压力。
10.根据权利要求9所述的流体调节装置，其中，所述驱动器包括枢纽地连接在该驱动器的壳体上的控制臂，所述控制臂操作地将所述第一隔板与第一阀盘耦接，其中所述第一隔板当第一出口压力下降时使得所述控制臂以第一方向旋转并将第一阀盘移动至其打开位置，以及当第一出口压力升高时使得控制臂以第二方向旋转并将第一阀盘移动至其关闭位置。
11.根据权利要求9所述的流体调节装置，包括平衡隔板，所述平衡隔板与第一阀盘操作地连接并具有与流经第一阀门端口的上游压力交换流体的第一侧，其中所述上游压力向所述第一阀盘施加打开位置的方向的压力，作用于所述平衡隔板的第一侧的所述上游压力向所述第一阀盘施加关闭位置的方向的、大致等于所述上游压力施加在所述第一阀盘上的压力的力。
12.根据权利要求9所述的流体调节装置，其中所述加压部件包括：
主体，所述主体具有所述第二进口、所述第二出口以及所述第二进口与所述第二出口间的所述第二阀门端口，
位于所述主体内的第二阀盘，所述第二阀盘被适配为在连接所述第二阀门端口的关闭位置和布置离开所述第二阀门端口的打开位置之间移动；
与所述第二阀盘操作地耦接的第二隔板，用于驱使所述第二阀盘在打开与关闭位置移动，其中，所述第二隔板的第一表面与所述加压部件的第二出口交换流体；以及
与所述第二隔板的第二表面相连接的控制弹簧，其中，所述第二隔板与控制弹簧被配置为当第二出口压力降低时驱使所述第二阀盘移动至其打开位置，并增加通过所述第二阀门端口的流体流动，以及当第二出口压力升高时驱使所述第二阀盘移动至其关闭位置，并减少通过所述第二阀门端口的流体流动，以保持所述第一隔板的第二表面上的压力大致等于负载压力。
13.根据权利要求12所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括将所述第二隔板操作地耦接到所述第二阀盘的阀杆，其中所述第二阀盘当第二出口压力下降时驱使所述阀杆在第一方向上移动，以将所述第二阀盘朝其打开位置移动，以及当第二出口压力升高时驱使所述阀杆在第二方向上移动，以将所述第二阀盘朝其关闭位置移动。
14.根据权利要求12所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括阀弹簧，所述阀弹簧连接所述第二阀盘，以克服控制弹簧的偏置力并将所述第二阀盘朝其至关闭位置偏置。
15.根据权利要求12所述的流体调节装置，其中，所述加压部件包括控制弹簧调节结构，所述控制弹簧调节结构连接所述控制弹簧，用以调节所述控制弹簧施加在所述第二隔板上的压力，进而增大与减小通过所述加压部件提供给所述第一隔板的第二表面的负载压力，并相应地增大与减小所述流体调节装置的定点压力。
16.根据权利要求15所述的流体调节装置，其中，所述控制弹簧调节结构包括收纳于阀罩顶端螺纹开口内的调整螺栓，所述调整螺栓与所述控制弹簧操作地耦接，其中，当所述调整螺栓被以第一方向旋转时，所述控制弹簧施加在所述第二隔板上的力增加，而当所述调整螺栓被以第二方向旋转时，所述控制弹簧施加在所述第二隔板上的力减小。
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Assignor: Emerson Process Management Regulator Technologies, Inc.

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Denomination of invention: Pressure loaded service regulator with pressure balanced trim

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