CN1047374A - 改进升压和补偿压降直动式减压阀 - Google Patents

Abstract

一种自行压降补偿的减压阀，包括弹簧盒盖和下盒盖，两盒盖夹着一膜片。下盒盖有轴向对准的进口和出口。装有一体的凸轮推杆和泄压阀座，与膜片一齐移动，并有第一凸轮表面直接接触可动的阀盘支架。阀盘支架在支承阀座的一孔管内可直线移动。上述凸轮表面使上述阀盘支架以非线性速度相对上述阀座运动。上述孔管有一可拆的升压端盖，为上述膜片提供升压作用。上述升压端盖有一组有挂钩的爪子，将端盖固定在上述孔管的端部。

Description

本发明一般地涉及膜片式气体减压阀，更详细地涉及一种气体减压阀，用于天然气和液化石油气（丙烷等）。

膜片式气体减压阀已为人们所熟知。在这种阀内，一阀盘和一配合阀座组合定位于一气体通路的上游和下游中间，借助改变阀的张开，即阀盘离开与之配合的阀座的距离，来控制下游压力和气体的流动。气体压力和流量的调节是通过调整阀的张开实现，来保持下游压力，同时供应载荷要求的气量。常用的、价廉的单级减压阀含有一膜片。该膜片作为测量装置和执动装置，使作用在膜片一侧的下游压力抗衡一反向的可调的减压阀弹簧的力。该弹簧力使膜片和与之连接的推杆最初保持在一位置，使阀盘退回脱离阀座。当上游压力导入时，气流通过阀座至阀盘，并进入阀的下游一侧。下游的压力反向地作用在膜片上，使膜片克服相反的减压阀弹簧力。因此，移动推杆和阀盘至一更接近阀座的位置。按这样的方式，减压阀弹簧压力的调节决定了下游的控制压力，那时，上述弹簧的压力和下游气体压力作用在膜片的力达到力的平衡。推杆机构提供了一机械优点，能使由非常低的下游控制压力促动的小膜片，关闭阀盘而压向阀座上，而不理会将阀盘推开的比较高的上游压力。

所有单级减压阀其气流压力特性，都出现所谓“压降”现象。该压降是由两因素促使，一是膜片位移时上述调节弹簧由于长度的变化，使调节弹簧施加的力改变，另一因素是当膜片移动时上述膜片有效面积轻微的变化。这些影响还联合流量增加时下游控制压力的减小。因此，压力被称为出现“压降”。一种比较简单、便宜和部分有效的方法是采用“速度升压”，是采用稍微低些的压力，而不是将受控的下游压力作用在膜片上。结果是造成较大的阀的张开和较大的气体流量。速度升压可由一皮托管完成，该皮托管被定位来控测位于阀的收缩断面处的较低压力，或者采用一升压管，在与膜片连通的阀膜室内得到速度增加而压力较低的气流。也可考虑其他的技术，将上述腔室抽吸，使其实际压力低于受控制的下游压力。

理想的是，在家用燃气使用时，使下游压力维持在很低的压力水平，大约是使用天然气和液化石油气的压力分别是7和11英寸水柱（大约是18和28厘米水柱），而进口或上游压力大约是60磅/英寸²（4.22kg/cm²）或以上。要求有良好的泄压操作，防止在下游系统出现潜在的超压状态，同时减少熄灭家用器具指示灯的烦恼，和减少潜在的危险。然而，气体减压阀，特别是用于民用的气体减压阀，要求采用简单机械装置作为折衷设计。例如在推杆机构固有的阻力和障碍或后冲，减低了调节器性能的固定性。如前面提到过，弹簧的影响和膜片的影响联合使输出气体压降。这压降，在进口压力一定或受限制的流量流过时，仅借助于不精确的速度升压技术来加予克服。固定的、机械的、有利的推杆机构对克服压降无所作为。在许多现有技术的实例中，泄压阀容纳在一执动器外壳内，该外壳与容纳有阀座的阀体是分开的，促使超压的下游气体，在到达泄压阀以进行排气之前，流过受局限的通道。

根据本发明的气体减压阀克服了这些局限性，借助于一个有特性曲线的凸轮推杆和一个孔管的联合作用，上述孔管是一个阀座与一个整体的升压管。上述有特性曲线的或有轮廓线的凸轮推杆有一凸轮面，该凸轮推杆由调压弹簧和膜片直接操作，用于移动阀盘，沿着一直线以非线性的方式接触或脱离阀座，而不受任何推杆机构的妨碍。该凸轮推杆，当要求阀盘压紧阀座时，提供了高的机械优点，还表现低的机械优点来达到阀盘的快速的、非线性的张开，来机械地产生升压效应和在所有流动情况下，保持所希望的下游控制压力。该孔管辅助调节的均匀性，借助于触发了升压感生的流动，因为孔管的结构，确定了孔管端与阀出口之间的间距，该间距又控制了膜片空腔的吸气作用，该膜片是减压阀的下游压力测定元件。也允许膜片暴露在大容积的流体腔室，并与在凸轮推杆上的大面积泄压阀座相连接，提供优良的超压保护或泄压性能。本发明的直动式减压阀，适用于天然气或液化石油气的用途，只需简单地更换已予先确定的可调的泄压阀弹簧和减压阀弹簧。

根据本发明，提供了一种可折的升压端盖，用于上述孔管。该升压端盖有开孔，其直径明显小于孔管的直径，而其直径明显大于阀座的直径，这样提供了一受控制的升压作用的设计。相应于阀座的尺寸，升压端盖制备了不同的尺寸，便于与孔管一齐使用，能使同一的阀设计有不同的操作特性，适合于不同的周围条件。本发明也包括一个独特的阀盘支架，用于在孔管内直线移动。为了有利于减小操作摩擦力，相互接触的部件都由不同特性的塑料材料制作。

本发明的主要目的，是提供一种新式的气体减压阀。

本发明的另一目的，是提供一种低成本、性能好、直动式的单级气体减压阀，适用于广泛的用途。

本发明还有一目的，是提供一种改进的气体减压阀。

下面，结合附图介绍，可清楚地了解本发明的这些和其他目的及其优点。

图1是根据本发明的减压阀的剖面图;

图2是图1中阀的膜片组合的平面图;

图3是沿图2剖线3-3得到的剖面图;

图4是发明的减压阀的特性曲线凸轮推杆、孔管、升压端盖和可直线移动的阀盘支架的局部放大剖面图;

图5是图4装置的顶视剖面图;

图6是图4和5的装置的部分切开立体图;

图7沿图4剖线7-7得到的部分剖面图;

图8是图5结构的侧视图，其中升压端盖已拆下;

图9是本发明的升压端盖的前视图;

图10沿图9剖线10-10得到的剖视图。

参阅图1，一个减压阀10包括一个弹簧盒盖12，该弹簧盒盖12以常用方式装配在减压阀阀体或下盒盖14上。例如，盒盖沿其外圆边缘包括有配合的凸缘，借助于合适的螺纹紧固件和配合的螺纹孔紧固在一起。细节不作介绍。弹簧盒盖12限定了上腔室16，而阀体14限定了大的下腔室18。隔开这两腔室的是一个弹性的、一般环状的膜片20，该膜片20附贴在一个大直径的膜片顶盖21。膜片20的圆形外边缘是夹在弹簧盒盖12和阀体14的凸缘之间。膜片20的内圈部分是由粘给剂等固定在膜片顶盖21。膜片顶盖21有一中心安置的垂直套圈19。本专业人士可意识到，膜片顶盖21并非是实心的，而限定了凸起的帽部13，该凸起帽部13有多个大开孔13a（在图中只看到其部分），正常使用时与下腔室18是密封隔开的，是借助于大面积的、一般杯形的泄压阀座30，该泄压阀座是凸轮推杆26的整体部分。凸起帽部13有三个等矩间隔的大支臂15和六个较小的支臂17，后者限定了一组开孔13b。当然，泄压阀座也可以是简单地附加在凸轮推杆26。凸轮推杆26包一柱形杆部28。可滑动地安装在膜片顶盖21的套圈19。可看到，柱形杆部28有D型的剖面，适配套圈19相同形状开孔19a（见图2）。借助泄压弹簧46施加压力，用泄压阀座30密封膜片20的底部，该泄压弹簧46是夹持在膜片顶盖21的套圈19和一固定装置48之间。固定装置48可包括一调节螺母，该螺母螺纹连接杆部28的螺纹端部。在最佳实例中，固定装置48包括一个环状金属套圈，以其圆形开孔适配上述杆部28，在泄压弹簧48予压至所希压力之后，将套圈夹紧使之在柱形杆部28的上部分定位。这种制作技术消除了许多制造公差，并提高产品性能的均匀性。泄压弹簧16是这样予压的，在正常工作压力下，膜片顶盖21仍未相对凸轮推杆26移动，同时泄压阀座30与膜片20的底部保持接触。

当膜片和泄压阀座接触时，从阀体14至弹簧盒盖12没有流通通道。当超压状态产生时，膜片顶盖21相对凸轮推杆26被向上推动，使膜片与泄压阀座30之间的密封中断，并且气流从下腔室18围绕泄压阀座30，通过膜片顶盖21的凸起帽部13内的开孔13a和13b，流至上腔室16。凸起帽部的设计，可使排放气体快速流出，是通过凸起帽部13的边缘内的开孔13b，辅助了通过其顶部内开孔13a的流动，后者多少受到调节弹簧36的阻挡。总之，泄压性能是求助于凸起帽部的设计。

弹簧盒盖12的上部由一盖帽40封闭。一可调减压阀弹簧36，被夹持在膜片顶盖21和在一可垂直移动的调节螺母38的底部形成的上弹簧座39之间，该调节螺母38可转动，来增加或减少减压阀弹簧36作用在膜片顶盖21上的压力。盖帽40含有一向下延伸的挡条42，来限制凸轮推杆26向上的运动，并在阀机构出现灾难性失效时，强迫减压阀进行泄压。上述灾难性失效，或者是中止用气时不能关闭减压阀，或者按正常泄压操作仍不能泄掉超压。弹簧盒盖12也限定了一泄压口44，借助该泄压口44上腔室16与外部连通。

减压阀阀体14含有一进口22和一出口24，可螺纹连接地将减压阀连接至一管道（未图示），该管道内有气体流动。进口22和出口24如图所示希望两者轴向对准定位，为管道中气体提供一条比较直的通道。凸轮推杆26终止于一杆端32，该杆端32有一前凸轮轮廓或表面33，并有相同曲线的后凸轮轮廓或表面34。杆端32延伸通过在圆柱形孔管50上的一般长方形的开口53a和53b，该孔管50的长度延伸通过进口22和出口24之间距离的主要部分。孔管50被固定在阀体14，借助0型环54与进口22的内壁面气密密封，并有倾斜部分51提供一入口通道，形成有一圆形阀座52。孔管50也有一升压端盖80，对通过的气体提供一速度升压作用，借助由于流速对腔室的抽吸作用，来产生在膜片20的底部比出口24处存在稍微低的压力。一阀盘60由一阀盘支架58所运载，该阀盘支架58响应凸轮推杆26在垂直角度所作的垂直运动，可水平地移动。这是由阀盘支架58上凸轮随动表面62和63所完成，该阀盘支架58接触杆端32处的前凸轮表面33。可参阅其他附图看到，阀盘支架58被限制在孔管50内作直线轴向移动，这是借助于在孔管50内的一对沟槽，其中一个沟槽70在图1中可部分看到。推力弹簧64接触杆端32的后凸轮表面34，为阀操作出现的滞后作用进行补偿。升压端盖80可拆地固定在孔管50的端部，是借助于多个爪子84和84a，将在后面进行解释。开孔82提供在升压端盖80的背部，借助于对下腔室18的抽吸作用，来改进升压作用。

值得注意的是，膜片20的底部与存在于进口22和出口24之间的流通通道，基本是直接连通。这样的安排，并结合在凸轮推杆26上的大的泄压阀座30，在如上述出口压力或下游压力突然增加的情况下，能快速地和有效地将高压泄放。也应注意的是，凸轮推杆26的垂直运动是直接转换为阀盘60相应于阀座52的直线水平移动。这儿没有连杆机构，即杠杆或枢轴，产生摩擦损失或运用机械的动作。根据本发明的构造，以简单、低成本的直动式减压阀，达到严密控制出口压力和流量，并具有良好的压力泄放。

在图2和图3中，以俯视和剖视显示了膜片20和膜片顶盖21。尤其是，可更清楚地看到在凸起帽部13内的开孔13a和开孔13b。模制的膜片顶盖含有一组凸起的表面21a，起加强的作用。膜片20含有一组等距间隔的圆孔20a，便于膜片在上、下阀壳之间安装。套圈19内的D型开孔19a，配合推杆26上部分柱形杆部28的相同D型断面，为凸轮推杆26和阀的螺钉孔分布圆之间提供定向，使安装简化。

参阅图4至10，图中显示了本发明装置的更详细的构造。在放大图4中，阀盘支架58的剖面清楚地显示了阀盘60，它最好由弹性材料例如合成橡胶制作，并保持在阀盘支架58的前端面一合适的凹坑内。阀盘支架58有一圆柱形前端部分和一扁的钻石型主体部分，并有一切空部分，限定了一对平行的内壁侧面72和74，一后壁面76，和由凸轮随动面62和63限定的前壁面。后壁面76有推力弹簧64，由超声波焊接等加于固定。推力弹簧64弹性地接触凸轮推杆26的杆端32处的后凸轮轮廓表面34。阀盘支架58有一对平行的凸片或翼片57和57A，它们与在孔管50内表面沿直径方向平行地和相对地安置的一对开槽68和70相配合，限制阀盘支架58在孔管50内作直线轴向移动。第一和第二安装耳在孔管50的前端部分形成，并含有安装孔55a，用于将孔管50在减压阀下盒盖14内牢固地安装。在孔管50的后部的加大部分65上，形成有一环形沟槽67，用于与爪子84配合，将升压端盖80牢固地定位。

如图显示，凸轮随动面62和63是平的，并相互呈角度安置。该凸轮随动面与凸轮推杆26的凸轮轮廓33配合，来推动阀盘支架58，由此控制在阀座52和阀盘60之间的流通开口。凸轮轮廓33的曲线和凸轮随动表62和63，提供大约4∶1的力，有利于需要时紧密地关闭阀盘，其斜度大约是2∶1，有利于流动时调节的稳定性和调节的能力。

特别是参阅图9和10，根据本发明制作的一升压端盖80，图9显示其俯视，图10显示其剖面图。端盖80是一般的杯形，含有一组终断于挂钩部分85的爪子84，围绕有开孔82的底部83呈圆圈地伸出。沿着爪子84的外表面延伸的长方形筋，是用作加强用途。另一个爪子84a是离升压端盖80的外径向里安置，并终断于一挂钩部分86，该挂钩部分86离爪子84的挂钩部分85向里错开。挂钩部分86的前面或朝前面形成一表面88，其在使用时顶靠着凸轮推杆26的下部分的后表面。在图4中可清楚看到，显示爪子84a到位，以其挂钩部分86接触在孔管50的长方形开口53b的后壁面。挂钩部分85都用来啮合孔管50的主体部分的后部的环状沟槽67（图5看得最清楚）。

图8是侧视图（端盖80已拆去）清地显示阀盘支架58的平行翼片57和57a大小不同，可使阀盘支架58按正确指向适配于孔管50内。这特点使机构能快速安装，但并不视为是以任何方式限制本发明的限制因素。

回到图4中，孔管50的上开口53a的后壁面是倾斜的。这允许凸轮推杆26插入已装上升压端盖80的孔管50。此外，如上面提到，爪子84a的挂钩部分86上的表面88，

如上面提到过，在上游压力和下游用气变化使调节作用改变，造成障碍或机械后冲难题，该难题可由本发明的结构所解决，是借助于在凸轮推杆26的杆端32处提供相同曲线的后凸轮轮廓面34。推力弹簧64架在凸轮轮廓面34，并连续推压凸轮表面33，接触凸轮随动面62和63中之一表面。这可减小上述障碍作用，并使减压阀在用气过程和进口压力变化时，有始终如一的稳定的性能。

减压阀最好由质轻但坚固的材料制作，并保持低成本的设计。上述凸轮推杆、孔管和阀盘支架，可由自润滑良好的工程塑料等材料制作，提供轻、坚固和低摩擦的部件。在前面略述过，相互压力下移动的部件，是由不同材料制作。这样，阀盘支架50和升压端盖80一样是尼龙制成，该阀盘支架50为孔管50和凸轮推杆26提供支承表面，而孔管50和凸轮推杆26是由缩醛塑料制成的。因此，翼片57和57a易架设在孔管50的开槽70和68内，并且凸轮推杆26推压阀盘支架58的凸轮表面62和63，以及爪子84a的表面88可轻易地滑动。

膜片可由任何为此目的而采用的已知弹性材料所制作。凸轮推杆和泄压阀座最好是模制成单件。同样地，阀座可以是分开的加入件或作为孔管的一部分整体地形成。显而易见，对本行业专业人员来说，可改变阀座52阀孔的直径，也改变凸轮表面的构造，以及改变升压端盖80内开孔82的大小，使制造厂家提供成本低的单级气体减压阀，符合广泛的环境和使用的条件。在实践中，是成对地更改阀座孔和升压端盖孔的尺寸，来满足特定的使用性能。正如已知，更小的升压端盖的孔，会有更多的气体经过孔管的长方形开口53a和53b转移至下腔室，并使升压作用减小，尤其在较高流量时。

已意识到，已述发明的各种变型，对本行业专业人员来说是显而易见的，这些变型并未脱离本发明的精神和范围。本发明只受限制于权利要求书所限定的范围。

Claims (9)

1、一种有一个进口和一个出口的压降补偿减压阀，包括有：

膜片装置；

往上述膜片装置一侧施加调节力的装置；

连接上述进口的装置，包括一阀座和一可动的阀盘装置，该阀盘装置可沿直线移动，接触和脱离上述阀座；

连接至上述膜片装置的推杆装置，并有凸轮轮廓，用于响应上述膜片装置的移动，来调节上述阀盘装置相对于上述阀座的位置；

有一孔管支承上述阀座，并含有升压装置连通上述出口，用于往上述膜片装置的另一侧施加压力；

上述升压装置包括一在上述孔管上的端盖，限定了一比上述孔管小的开口。

2、根据权利要求1所述的减压阀，其特征在于，上述孔管包括一环状沟槽，并且上述端盖包括一组向前安置的爪子，可在上述沟槽内啮合，用于将上述端盖固定至上述孔管上。

3、根据权利要求1所述的减压阀，其特征在于，上述孔管包括一对纵向的内沟槽，并且上述阀盘装置包括一对纵向翼片，用于在上述沟槽内滑动啮合，上述阀盘装置、上述孔管和上述推杆装置，由不同材料制成，为了减小摩擦阻力。

4、根据权利要求3所述的减压阀，其特征在于，上述孔管包括一对长方形切口，通过该切口上述推杆延伸通过，并且在上述端盖上上述爪子中的一个有一挂钩部分，与上述切口中的一个可进行啮合，并形成一用于上述凸轮推杆装置的导向面。

5、一种压降补偿气体减压阀，包括有：

一弹簧盒盖和一下盒盖;

一膜片，插入上述弹簧盒盖和上述下盒盖之间;

可调弹簧装置，位于上述弹簧盒盖内，用于在上述膜片一侧加压;

连接至上述膜片的一推杆，延伸进入上述下盒盖内，并有一非直线的凸轮轮廓;

在上述下盒盖内有轴向对准的一进口和一出口;

一阀座，定位于上述进口内;

一阀盘支持架，包括有支承装置;

一阀盘，由上述阀盘支架所运载;

一孔管，与上述阀盘支架上的上述支承装置配合，用于支承上述阀盘支架作直线移动，使上述阀盘移动，接触或脱离上述阀座，上述阀盘支架的断面面积显著小于上述孔管的断面面积，使气流可流过;

用于将上述推杆上的上述凸轮轮廓直接地连接至上述阀盘支架的装置;

一端盖，可拆地安装在上述孔管的端部，上述端盖包括一开孔，用于限制通过上述孔管的气流;

6、一种有一进口和一出口的压降补偿减压阀，包括有：

膜片装置;

往上述膜片装置一侧施加调节力的装置;

连接至上述进口的阀装置，包括一孔管、一阀座和一可动阀盘装置，该阀盘装置可移动与上述阀座接触和脱离;

连接至上述膜片装置的推杆装置，有一凸轮轮廓，用于响应上述膜片装置移动，以非线性速度来调节上述阀盘装置相对于上述阀座的位置;

上述孔管支承上述阀座，并包括有导向装置，上述可动阀盘装置包括一阀盘支架，该阀盘支架有一凸轮随动表面接触上述凸轮轮廓面，还有一阀盘，而上述导向装置配合上述阀盘支架，限制上述阀盘支架的移动，沿着上述孔管的轴线作直线运动;

泄压装置，与上述孔管直接流通连接;

在上述孔管端部的升压装置，连通上述出口，用于往上述膜片装置的另一侧施加压力;

推力装置，用于保持上述凸轮轮廓接触上述凸轮随动面;

一可拆端盖，附加至上述孔管的上述端部，上述端盖有一开孔，用于限制通过上述孔管的气流;

7、根据权利要求6所述的减压阀，其特征在于，上述导向装置包括一对在上述孔管内的沿直径方向相对的大小不同的沟槽，上述阀盘支架有一对纵向延伸大小不同的翼片，用于与上述沟槽各自配合。

8、根据权利要求6所述的减压阀，其特征在于，上述端盖有一组爪子，用来增强上述孔管，上述爪子其中一个提供有一后导向面，用于上述推杆装置。

9、根据权利要求8所述的减压阀，其特征在于，上述推杆装置和上述孔管由一种材料制作，而上述阀盘支架和上述端盖由另一种材料制作，以减小摩擦力。

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