CN103814337B - 具有放气阀的流体调节器 - Google Patents

Abstract

过程流体调节器，其包括具有通过流体流动路径连接的流体入口和流体出口的调节器本体。控制元件设置在流体流动路径中，控制元件与阀座配合以控制流过调节器本体的流体。致动器连接到调节器本体，致动器提供力以相对于阀座移动控制元件。致动器包括壳体和壳体中的隔膜，隔膜将致动器壳体分为上部腔室和下部腔室。高压放气阀连接到下部腔室以从下部腔室中排出残余的气体，这将在下部腔室中产生用于过程液体的额外的容积。该额外的容积改善了过程流体调节器的效能和响应时间。

Description

具有放气阀的流体调节器

技术领域

本发明大体涉及过程流体调节器，更具体地，涉及具有致动器的过程流体调节器，该致动器包括一高压放气阀，当致动器安装在竖直位置时，该放气阀清除致动器中被困在隔膜下方的气体，以允许更大体积的控制液体来加压致动器的一个腔室。

背景技术

在过程系统中，过程流体调节器用于整个行业以控制流体流动。通常，过程流体调节器包括调节器本体，该调节器本体具有由流体通道连接的流体入口和流体出口。一个可移动的控制元件，例如阀塞，与阀座配合以改变在流体通道中开口的大小，来控制通过过程流体调节器的过程流体的流量。致动器附着到调节器本体并连接到控制元件以可操作地控制控制元件相对于阀座的位置。致动器可包括壳体和配置在壳体中的隔膜，该隔膜将壳体内部至少分为两个腔室。隔膜通过致动器杆连接到控制元件，使得控制元件与隔膜一起移动。控制弹簧偏置隔膜到期望位置，其偏置控制元件到一期望位置(例如，到打开位置或关闭位置)。过程流体压力(无论是控制元件的上游还是控制元件的下游)可用于作为致动器的输入以抵消或克服控制弹簧产生的弹簧力。致动器使用输入过程流体压力来调节控制元件的位置(通过隔膜和阀杆)以维持期望的下游过程流体压力。通过这种方式，过程流体调节器“调节”过程流体的下游压力。

在某些系统中，过程流体是在高压下流过系统的液体。当使用高压过程液体作为过程流体调节器的致动器的输入时，残余的气体可能被困在一个腔室中，从而减少了腔室中可用于过程液体的容积。当过程流体调节器安装在竖直位置，而致动器位于调节器本体上方时尤其如此。可用容积的减少可减少致动器的效能，并因此减少过程流体调节器自身的效能。

发明内容

根据一个示例性的方面，根据在此公开的教导装配的过程流体调节器包括具有通过流体流动路径连接的流体入口和流体出口的调节器本体。控制元件设置在流体流动路径中，控制元件与阀座配合以控制流过调节器本体的流体。致动器连接到调节器本体，致动器提供力以相对于阀座移动控制元件。致动器包括壳体和壳体中的隔膜，隔膜将致动器壳体分为上部腔室和下部腔室。高压放气阀连接到下部腔室以从下部腔室中排出残余的气体，这将在下部腔室中产生用于过程液体的额外的容积。这个额外的容积改善过程流体调节器的效能和响应时间。

进一步根据前述的示例性方面，过程流体调节器可进一步包括一个或多个下述优选形式。

在某些优选的形式中，过程流体调节器可配置为高压放气阀连接到位于下部腔室中的入口接头。入口接头可位于下部腔室中的中间位置，使得隔膜不能翻过入口接头。放气阀可包括远离上部腔室定向的排气管。放气阀可包括一个或多个具有中心孔和横向孔的入口接头插塞、至少部分地设置在中心孔中的排气螺钉、至少部分地设置在横向孔的一端中的排气管和至少部分地设置在横向孔的另一端中的止动螺钉。排气管可以为中空的，形成使流体流出下部腔室的流体流动路径。排气螺钉在一端可包括塞部，该塞部与在中心孔中形成的肩部配合来控制流体流过中心孔并流出排气管。排气螺钉可包括在排气螺钉的塞部和头部之间向外延伸的环形凸缘。凹形区域可形成在排气螺钉的杆部上、在环形凸缘和头部之间。止动螺钉可包括直径减小的端部，该直径减小的端部至少部分地位于凹形区域中。直径减小的端部可大约为凹形区域的大小的1／2。隔膜通过隔膜板和隔膜头部连接到致动器杆，隔膜至少部分地位于隔膜板和隔膜头部之间。隔膜头部可形成限制隔膜向阀座移动的限位部，从而防止隔膜翻过入口接头。隔膜头部的厚度可大约为下部腔室的上端和下部腔室的下端之间的距离的75％。上部腔室可包括排气口，而下部腔室可包括下部控制入口，排气口形成流入和流出上部腔室的流体流动路径，而下部控制入口形成流入和流出下部腔室的流体流动路径，下部控制入口流体地连接下部腔室与控制元件下游的过程流体。

附图说明

图1为根据本发明的第一公开实施例的教导组装的过程流体调节器的横截面视图，过程流体调节器的致动器包括高压排气阀。

图2为图1的致动器的下部腔室的放大横截面视图。

图3为连接到图2的下部腔室的高压放气阀的放大横截面视图。

具体实施方式

通常，过程流体调节器通过使用上游过程流体压力或下游过程流体压力作为致动器的输入来调节过程流体的下游压力。过程流体压力可通过位于致动器壳体中的控制线连接进行登记。当输入过程流体压力升高到设定压力以上时，致动器中的过程流体压力增加并克服控制弹簧力以移动控制元件。一旦输入过程流体压力下降到设定压力以下，控制弹簧力克服过程流体压力，沿相反的方向移动控制元件。

现在更具体地参考附图，图1公开了根据本发明第一公开实施例的教导组装的过程流体调节器10。过程流体调节器10包括通过流体流动路径18连接的流体入口14和流体出口16的调节器本体12。控制元件，例如阀塞20，位于流体流动路径中，并与阀座22配合来控制通过调节器本体12的过程流体的流动。

致动器24连接到调节器本体12，致动器24提供力来相对于阀座22移动阀塞20。致动器24包括上部壳体26和下部壳体28。隔膜30位于上部壳体26和下部壳体28之间，隔膜30将致动器24分隔成上部腔室32和下部腔室34。隔膜30通过致动器杆36连接到阀塞20使得阀塞20与隔膜30一起移动。偏置元件，例如控制弹簧38，可位于上部壳体26中，在图1中控制弹簧38朝着阀座22向下偏置隔膜30。通过朝着阀座22偏置隔膜30，阀塞20远离阀座22偏置(因为阀塞位于阀座22的下面)，并且进入打开位置，该位置允许过程流体流过调节器本体12。在其它实施例中，弹簧30可位于下部腔室34中。无论怎样，基于下部腔室34中变化的过程流体压力来最终定位阀塞20。例如，当下部腔室34中的过程流体压力克服来自弹簧38的弹簧力时，隔膜30向上移动远离阀座22，因此向关闭位置移动阀塞20。相反地，当下部腔室34中的过程流体压力减少到弹簧力以下时，隔膜30朝着阀座22向下移动，使得阀塞20向着打开位置移动。

当流过调节器本体12的过程流体为在高压流动的液体时，过程液体被引入下部腔室34中作为输入到下部腔室34中的反馈的一部分。高压过程液体在致动器24中的隔膜30上产生相对大的力。因为气体通常在最大的操作压力下是可压缩的，因此任何被困在下部腔室34中的气体可能变成困在过程液体和隔膜30之间，通过限制下部腔室34中可用于过程流体的体积而妨碍过程流体移动隔膜30的能力。当这发生时，致动器24可能损失一些效能。调节器通常安装在垂直方向，例如图1和2中示出的方向，在图中致动器24位于调节器本体12上方，通过被困气体引起最大问题。被困气体在某些方向上同样成为上部腔室32中的问题，如果想要的话，在此描述的高压放气阀可同样用于消除上部腔室中的被困气体。

当隔膜30移动时，由于上部腔室32的体积的改变，上部排气口40可形成进入或流出上部腔室32的流体通道，以允许流体(例如，周围空气)进入和离开上部腔室32。如上所述，可通过下部控制入口42引入过程流体(特别是过程液体)到下部腔室34中。下部控制入口42形成过程流体通道的一部分，该通道在下部腔室32和流体出口16中或流体出口16的下游的过程流体之间。通过改变下部腔室34中的过程流体压力，致动器24控制阀塞20相对于阀座22的位置。

如图1所示，如果致动器24安装在垂直方向上，下部腔室34中存在的任意残留的气体可困在下部腔室34中。为了从下部腔室34中清除残留气体，高压放气阀50可连接到下部壳体28上的入口接头52。残留气体通过高压放气阀50从下部腔室34中清除，这增加了下部腔室34中可用于过程液体的体积。接着，这种增加的体积增加了致动器24的效能和响应时间。

现在转到图2，在更多细节上描述下部壳体28和下部腔室34。隔膜30位于下部腔室34的顶部附近，将下部腔室34和上部腔室32分开。隔膜30可通过隔膜板54和隔膜头部56连接到阀杆36，隔膜30被困于隔膜板54和隔膜头部56之间。如上所述，过程液体通过下部控制入口42引入到下部腔室34中。随着过程液体进入下部控制入口42并流入到下部腔室34中，残留气体被困在进入的过程液体和隔膜30之间。这种残留气体可通过位于入口接头52(参见图1)的高压控制阀50(图2中未示出)清除。在图2的实施例中，入口接头52位于下部壳体28的内壁58的中间位置上。入口接头52可位于隔膜30不会翻过入口接头52的位置。如果隔膜30翻过入口接头52，则隔膜30将被损坏或破坏。隔膜头部56的尺寸可适于形成隔膜30的限位部，以便防止隔膜30下降到隔膜30可能翻过入口接头52的位置。在一些实施例中，隔膜头部56的厚度可大约为下部壳体28的底部和下部壳体28的顶部之间的距离的75％。当隔膜头部56接触到下部壳体28的底部时，阻止隔膜30进一步向下移动。在其它实施例中，限位部可形成在致动器杆36或致动器24或调节器本体12中的其它结构上。

现在转向图3，描述了高压放气阀50的一个实施例。高压放气阀50可包括具有中心孔62和横向孔64的入口接头插塞60、至少部分地设置在中心孔的一端中的排气螺钉66、至少部分地设置在横向孔64的一端中的排气管68和设置在横向孔64的另一端中的止动螺钉70。排气管68可通常为中空，与横向孔64和中心孔62一起形成能够将清除的气体从下部腔室34中引到大气或收集容器(未示出)中的流体流动路径。排气螺钉66与中心孔62配合以限制或允许流体流过入口接头插塞60和排气管68。

排气螺钉66可包括连接到杆部74的头部72，和在与头部72相反的一端上连接到杆部74的塞部76，其中杆部74的至少一部分具有外螺纹。塞部76通常为圆锥形，在远端具有窄小的或圆锥形的部分96。环形凸缘80可在塞部76和螺纹部之间的位置从杆部74径向向外延伸。在螺纹部和环形凸缘80之间的杆部74的一部分形成凹形区域82。

中心孔62可包括具有第一直径的第一部分84和具有第二直径的第二部分86，第一直径小于第二直径。第一部分84和第二部分86之间的连接部形成环形肩部88。环形肩部88与塞部76配合来控制流体流过中心孔62和横向孔64。当高压放气阀50连接到下部致动器壳体28，且排气螺钉66上的塞部76与环形肩部88分隔开时，中心孔62的第二部分86在致动器24的下部腔室34和排气管68之间的流体流动路径中形成腔室87。

止动螺钉70包括头部90和终止在直径减小的端部94的外螺纹杆部92。直径减小的端部94可位于凹形区域82中以阻止排气塞66的无意的损失。在一个实施例中，直径减小的端部94的厚度大约为凹形区域82的厚度的一半。

入口接头插塞60在一端可包括与入口接头52的内螺纹(未示出)配合的外螺纹。当入口接头插塞60紧固在入口接头52中时，可定位排气管68使得出口98指向下方，远离上部壳体26以远离可能在该区域中的任何人员来引导清除气体。

通过在中心孔62中选择性地定位排气螺钉66，可清除下部腔室34中的残留气体，从而增加第二腔室的可用容积，并因此增加致动器24的效能和响应。

在上述具有放气阀的调节器的一个实施例的测试中，可以发现当致动器倒置安装时，下部腔室中大约有188.8ml可用于控制流体。当直立安装但是没有放气阀时，底部腔室的可用容积下降至仅大约15.8ml。但是，当放气阀安装在直立安装的调节器中时，下部腔室的可用容积可增加至大约76.8ml，可用容积几乎增长五倍。

在前述的一个或多个例子中，描述使用了术语例如上部、下部、向内和／或向外等。这些术语仅是相对的且用于描述当图中所示布置时的示例性实施例的上下文中。本领域技术人员将容易地理解阀可以布置成与图中示出的那些不同的方向，并且本领域技术人员可以容易地理解如何适应这些相对的术语来替换控制阀的方向。

当高压放气阀已被描述为某些特定的实施例时，本领域普通技术人员可以理解附加的权利要求并不限于此，并且可在权利要求的范围内进行改进。

Claims (14)

1.过程流体调节器，其特征在于，包括：

调节器本体，其具有通过流体流动路径连接的流体入口和流体出口；

控制元件，其设置在所述流体流动路径中，所述控制元件与阀座配合以控制过程流体通过所述调节器本体的流动；

致动器，其连接到所述调节器本体，所述致动器具有上部壳体和下部壳体，隔膜设置在所述致动器中，并固定在所述上部壳体与所述下部壳体之间，所述隔膜将所述致动器分成上部腔室和下部腔室；

致动器杆，其连接到所述隔膜和所述控制元件；以及

高压放气阀，其连接到所述下部壳体，所述高压放气阀与所述下部腔室形成流体通路以从所述下部腔室中排出残余的气体，并且包括：

入口接头插塞，其具有中心孔和横向孔；

排气螺钉，其至少部分地设置在所述中心孔中，所述排气螺钉在一端包括塞部，所述塞部与在所述中心孔中形成的肩部配合来控制流体流过所述中心孔并流出所述入口接头插塞的排气管。

2.如权利要求1所述的过程流体调节器，其特征在于，所述高压放气阀连接到位于所述下部腔室中的入口接头。

3.如权利要求2所述的过程流体调节器，其特征在于，所述入口接头位于所述下部腔室中的中间位置，使得所述隔膜不能翻过所述入口接头。

4.如权利要求1所述的过程流体调节器，其特征在于，所述高压放气阀包括远离所述上部腔室定向的排气管。

5.如权利要求1所述的过程流体调节器，其特征在于，所述高压放气阀进一步包括：

所述排气管，其至少部分地设置在所述入口接头插塞的所述横向孔的一端中；以及

止动螺钉，其至少部分地设置在所述横向孔的另一端中。

6.如权利要求5所述的过程流体调节器，其特征在于，所述排气管为中空的并形成用于流体流出所述下部腔室的流体流动路径。

7.如权利要求5所述的过程流体调节器，其特征在于，所述排气螺钉包括在所述塞部和所述排气螺钉的头部之间向外延伸的环形凸缘。

8.如权利要求7所述的过程流体调节器，其特征在于，凹形区域在所述环形凸缘和所述头部之间形成在所述排气螺钉的杆部上。

9.如权利要求8所述的过程流体调节器，其特征在于，所述止动螺钉包括直径减小的端部，所述直径减小的端部至少部分地位于所述凹形区域中。

10.如权利要求9所述的过程流体调节器，其特征在于，所述直径减小的端部为所述凹形区域的尺寸的大约1/2。

11.如权利要求1所述的过程流体调节器，其特征在于，所述隔膜通过隔膜板和隔膜头部连接到所述致动器杆，所述隔膜至少部分地位于所述隔膜板和所述隔膜头部之间。

12.如权利要求11所述的过程流体调节器，其特征在于，所述隔膜头部形成限制所述隔膜朝着所述阀座移动的限位部，以便防止所述隔膜翻过所述致动器的所述下部腔室中的入口接头。

13.如权利要求11所述的过程流体调节器，其特征在于，所述隔膜头部的厚度为所述下部腔室的上端和所述下部腔室的下端之间的距离的大约75％。

14.如权利要求1所述的过程流体调节器，其特征在于，所述上部腔室包括排气口，所述下部腔室包括下部控制入口，所述排气口形成流入和流出所述上部腔室的流体流动路径，而所述下部控制入口形成流入和流出所述下部腔室的流体流动路径，所述下部控制入口流体地连接所述下部腔室与所述控制元件的下游的过程流体。