CN104864140A - 具有包括可变压强感应区域的平衡阀内件的平衡调节器 - Google Patents

Abstract

一种平衡压强调节器，包括阀体，阀体具有通过流体通路连接的流体入口和流体出口。阀座设置在所述流体通路中。平衡阀塞组件设置在所述流体通路中，所述平衡阀塞组件包括与所述阀座配合来选择性地打开或闭合所述流体通路的阀塞、将所述阀塞可操作地连接到阀杆的保持器、将空腔与所述流体通路分隔开的隔膜、将所述流体通路流体连接到所述空腔的中间平衡通道以及将所述流体通路流体连接到所述空腔的外围平衡通道，所述外围平衡通道位于所述保持器和所述阀塞之间。

Description

具有包括可变压强感应区域的平衡阀内件的平衡调节器

技术领域

本公开大体上涉及平衡压强调节器，更具体地，涉及一种具有包括可变压强感应区域的平衡阀内件的平衡压强调节器。

背景技术

压强调节阀被用于多种工业和住宅应用，以控制流体的下游压强。例如，在化学加工厂或炼油厂中，压强调节阀被用于操作流动的流体以补偿需求的增加或减少，或补偿其他负荷扰动，这样使该流体压强被调节。同样，压强调节阀可被用于水管装置，以维持预定的流体压强，该流体压强根据需求的变化自动调节，例如在淋浴头或水龙头中的防烫阀。通过控制下游压强，压强调节阀补偿下游需求的变化。例如，当下游需求增加时，压强调节阀打开以允许更多的流体流经该压强调节阀，因此维持了一个相对恒定的下游压强。另一方面，当下游需求减少时，压强调节阀关闭以减少流经该压强调节阀的流体的量，再次维持了一个相对恒定的下游压强。

压强调节阀可被归类为平衡型或非平衡型。非平衡阀典型地在阀塞的一侧具有高压强的入口流体，并在该阀塞的另一侧具有低压强的出口流体。非平衡阀受到一种被称为衰减入口特性的不良效果的影响。该衰减入口特性是一种现象，其中当上游压强减少时，非平衡阀经历了一种并不期望的下游压强的增加。由于多数压强调节阀试图维持恒定的下游压强，因此这种影响是不理想的。衰减入口特性是由该阀塞的高压强侧的流体压力引起的，该流体压力试图移动该阀塞到关闭位置。因此，该阀必须具有某种机构以抵制在该阀塞上的这种流体压力。因为抵制该流体压力的机构典型地具有一个设定点，尽管该阀塞的入口例上的流体压力可能变化(例如，由于入口流体的供给减少，或由于阀上游的压强变化)，由这种机构产生的压力是恒定的。衰减入口特性对有限压缩流体源的应用尤其重要，比如气瓶、长管拖车、或防喷器(hydril)，因为在这些应用中，有一个固定的入口流体供给，并且因此当该入口流体供给减少时该入口流体压强降低。

非平衡阀还受到对阀座产生的损害的影响。在具有高入口压强的非平衡阀中，作用在大阀孔上的流体压强能够压坏该阀座。因此，非平衡阀对于高压强、大孔的应用是不理想的。

为了处理在更高流动应用中的该衰减入口特性，平衡压强调节器被开发出来。在平衡压强调节器中，上游压强的一部分被转移作用在阀塞的下游部分。这样，该阀塞“被平衡”，相同的流体压强作用在该阀塞的上游和下游部分。以这种方式，该衰减入口特性被消除(或极大减少)，因为作用在该阀座的上游和下游的阀塞表面上的流体压强没有差异，该差异会迫使该阀塞朝向关闭位置。换言之，该阀塞自身由于流体压强产生了非常小或没有产生打开/关闭的压力。

在隔膜型压强调节器中，与上面所述的平衡调节器类似，来自阀塞的上游或入口侧的高压强流体可通过该阀塞被泄放到该隔膜的相对侧以平衡该阀塞上的压力。典型地，这种流体压力的平衡通过结合一个或多个排放通路或端口而实现，该排放通路或端口通过该阀塞从入口侧延伸到该隔膜的致动器侧。

图1示出了一个典型的边缘感应隔膜型压强调节器。压强调节器10包括阀体20，该阀体带有由通道26流体地连接的流体入口22和流体出口24。通道26包括管颈28，阀座30被置于该管颈中。阀帽32装有负载弹簧34，负载弹簧34被连接到阀杆36。阀杆36被可操作地连接到阀塞38。阀塞38与阀座30相互作用，以控制流体从入口22流经阀体20到出口24。

隔膜39被连接到阀帽32和阀塞38。隔膜39将通道26与容纳负载弹簧34的阀帽32中的腔室40分隔开。隔膜39响应于在通道26和腔室40之间的压强差。

保持器42被连接到阀杆36，并将阀塞38保持在阀杆36上。该保持器可包括连接到阀杆36上的一个或多个紧固件44。一个或多个平衡通道或通路46流体地连接通道26和置于阀塞38和腔室40之间的空腔48。在阀塞38上的流体压力通过流经平衡通路46的流体来平衡。在图1中所示的边缘感应隔膜型压强调节器10中，平衡通路46从保持器42的中心向外径向地布置。该平衡通路46可以是一系列分散的通路或者单个环形通路。该边缘感应隔膜型调节器在高入口压强下承受高增压(boost)，这引起在高入口压强下流量的不理想的减少。

图2中示出了典型的中间感应隔膜型压强调节器。该压强调节器110包括阀体120，该阀体120具有由通道126流体地连接的流体入口122和流体出口124。通道126包括管颈128，阀座130被置于该管颈128中。阀帽132容纳连接到阀杆136的负载弹簧134。阀杆136可操作地连接到阀塞138。阀塞138与阀座130相互作用，以控制流体从入口122流经阀体120到出口124。

隔膜139被连接到阀帽132和阀塞138。隔膜139将通道126与容纳负载弹簧134的阀帽132中的腔室140分隔开。隔膜139响应于通道126和腔室140之间的压强差。

保持器142被连接到阀杆136，并将阀塞138保持在阀杆136上。该保持器可包括连接到阀杆136上的一个或多个紧固件144。中间平衡通道或通路146流体地连接通道126和置于阀塞138和腔室140之间的空腔148。在阀塞138上的流体压力通过流经平衡通路146的流体来平衡。平衡通路146与图1中的平衡通路46不同，中间感应平衡通路146几乎位于保持器142的中心并仅包括一个主平衡通路146。中间感应隔膜型平衡调节器在低入口压强下承受高降压(droop)，这引起在低入口压强下的流量损耗。

发明内容

根据本发明的一个示例性方面，平衡压强调节器包括阀体，阀体具有通过流体通路连接的流体入口和流体出口。阀座设置在所述流体通路中。平衡阀塞组件设置在所述流体通路中，所述平衡阀塞组件包括与所述阀座配合来选择性地打开或闭合所述流体通路的阀塞、将所述阀塞可操作地连接到阀杆的保持器、将空腔与所述流体通路分隔开的隔膜、将所述流体通路与所述空腔流体连接的中间平衡通道以及将所述流体通路与所述空腔流体连接的外围平衡通道，所述外围平衡通道位于所述保持器和所述阀塞之间。

根据本发明的另一个示例性方面，平衡阀塞组件包括：阀塞，其与所述阀座配合来选择性地打开或闭合所述流体通路；保持器，其将阀塞可操作地连接到阀杆；隔膜，其将空腔与流体通路分隔开；中间平衡通道，其将所述流体通路与所述空腔流体连接；以及外围平衡通道，其将所述流体通路与所述空腔流体连接，所述外围平衡通道位于所述保持器和所述阀塞之间。

进一步根据任一个或多个前述的方面，所述平衡压强调节器和/或平衡阀塞组件还可包括任一个或多个下述的优选形式。

在一些优选形式中，所述平衡压强调节器和/或平衡阀塞组件可包括能够沿着所述阀杆的纵向轴线相对于所述阀塞移动的保持器。

在其它优选形式中，所述保持器可通过紧固件连接到所述阀杆。

在其它优选形式中，所述平衡压强调节器和/或平衡阀塞组件可包括延伸穿过所述紧固件的中间平衡通道。

在其它优选形式中，所述平衡压强调节器和/或平衡阀塞组件可包括设置在所述保持器和所述阀塞之间的压强感应弹簧。

在其它优选形式中，所述压强感应弹簧偏置所述保持器远离所述阀塞。

在其它优选形式中，所述平衡压强调节器和/或平衡阀塞组件可包括设置在所述保持器和所述阀塞之间的阀塞弹簧座。

在其它优选形式中，所述阀塞弹簧座可包括平衡通路。

在其它优选形式中，所述保持器可包括向外延伸的法兰。

在其它优选形式中，所述向外延伸的法兰可包括斜面。

在其它优选形式中，所述阀塞可包括中间孔，所述中间孔包括具有第一直径的第一部分和具有第二直径的第二部分，所述第一直径大于所述第二直径。

附图说明

图1是现有技术的边缘感应平衡调节器的横截面视图；

图2是现有技术的中间感应平衡调节器的横截面视图；

图3是根据本公开的教导构造的具有可变压强感应区域的平衡调节器的横截面视图；

图4是图3的平衡调节器的阀塞和保持器的透视图；

图5A是根据本公开的教导构造的具有可变压强感应区域的平衡调节器的替换实施例的横截面视图；

图5B是图5A的替换实施例的横截面视图，其中中间平衡通道被阻塞；以及

图6是图5A的平衡调节器的阀塞和保持器的透视图；

虽然本公开易受到各种修改和替代构造，它们中的某些说明性的实施例已在附图中示出，并将在下面详细描述。但是，应该理解的是，并没有意图去将本公开限制到这些所披露的特定形式，相反地，意图是在于覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、替代的构造和等同物。

具体实施方式

现在参见附图，具体参见图3-6，平衡压强调节器组件大体被标记为数字211、311。图3-6中所示的平衡压强调节器组件211、311可被用于同图1和图2中所示相似的具有阀体和阀帽的调节器阀。当图3-6中的平衡压强调节器组件包括与图1或图2中的平衡压强调节器的部件相对应的部件时，这些部件将被相似地标记，区别仅在于图3-6中的附图标记比图1中的部件增加200或300，比图2中的相似部件增加100或200。例如，图3和图4中的相应部件的标记比图2中所示的相应部件增加100。相似地，图5和图6中的相应部件的标记比图2中所示的相应部件增加200。

现在参见图3和图4，平衡压强调节器组件211包括可操作地连接到阀塞238的阀杆236。阀塞238与阀座相互作用来控制流体流动通过阀体。

平衡阀塞组件211包括套筒254。阀塞238通过保持器242可操作地固定到阀杆236。套筒254具有中间孔253，当阀塞238往复运动来控制流体流动时，中间孔253保持并引导阀塞238。套筒254可具有倾斜的外表面256，用以增加阀体内的间隙和/或增强平衡压强调节器的装配。套筒254还可包括一个或多个外环形肩部258，其夹紧在阀帽和阀体之间以将套筒254布置并保持在阀体内。

隔膜239被连接到套筒254和阀塞238。隔膜239将阀体内的通道与平衡压强调节器组件211和容纳负载弹簧234的阀帽之间的腔室240分隔开。隔膜239响应于阀体内的通道和腔室240之间的压强差。

保持器242被连接到阀杆236，并将阀塞238可操作地连接到阀杆236。保持器242可包括一个或多个紧固件244，例如，螺母，这些紧固件可操作地连接到阀杆236。中间平衡通道246a延伸穿过至少一个紧固件244和保持器242，以将流体通路流体连接到位于阀塞238和腔室240之间的空腔248。一个或多个外围平衡通道246b位于保持器242和阀塞238之间，以将流体通路流体连接到空腔248。外围平衡通道246b根据入口压强来改变大小，这将在下面进一步讨论。阀塞238上的流体压力通过经过平衡通道246a、246b从较高压强区域移动到较低压强区域的流体来平衡。

保持器242可滑动地连接到紧固件244，使得保持器242能够在阀塞238内纵向滑动。紧固件244包括环形法兰252，用以阻止保持器242从紧固件244滑落。保持器242包括中间孔255，中间孔255的大小和形状适于容纳紧固件244的外表面。阀塞弹簧座257位于保持器242和阀塞238之间形成在保持器242和阀塞238之间的空腔259中。空腔259包括第一部分260和第二部分262，第一部分260具有第一直径，第二部分262具有与第一直径不同的第二直径。在一些实施例中，第一直径大于第二直径。阀塞弹簧座257设置在第二部分262内。尽管阀塞弹簧座257被图示为与阀塞238分离的部件，但是在其它实施例中，阀塞弹簧座257可以与阀塞238一体地形成。

保持器242包括形成在其外表面上的保持器弹簧座264。保持器弹簧座264可由远离中间孔255向外径向延伸的座肩部266形成。压强感应弹簧270设置在阀塞弹簧座257和保持器弹簧座264之间。压强感应弹簧270偏置保持器242远离阀塞弹簧座257。外围环形法兰272远离保持器242向外径向地延伸。在一些实施例中，外围环形法兰272包括斜面274，其具有远离阀塞弹簧座257的最大直径，以及靠近阀塞弹簧座257的最小直径。外围环形法兰272的最大直径基本等于空腔259的第一部分260的第一直径，使得当外围环形法兰272位于第一部分260中时，阻止流体在保持器242和阀塞238之间流动。另一方面，当外围环形法兰272位于第一部分260以外时(例如，当压强感应弹簧270推动保持器242离开阀塞238时)，外围环形法兰272和阀塞238之间存在间隙，该间隙允许流体流动通过外围平衡通道246b并流入空腔259。

压强感应弹簧270可被设置成使得保持器242被偏置到打开位置，这时外围环形法兰272在最小或低入口压强下完全位于空腔259以外。该位置对应于允许流体流动通过中间平衡通道246a和外围平衡通道246b的完全打开位置，导致了在低入口压强下的低降压。因此，公开的平衡阀塞组件211相对于已知的中间感应平衡压强调节器在低入口压强下具有增加的流体容量。

当入口处的流体压强增加时，闭合力将由按压在保持器242的外表面上的流体压强来产生。当闭合力开始克服由压强感应弹簧270产生的弹簧力时，保持器242将开始朝着阀塞弹簧座257移动。随着保持器242朝着阀塞弹簧座257移动，外围环形法兰272将进入空腔259并最终抵靠阀塞238。当外围环形法兰272进入空腔259时，流动通过外围平衡通道246b的流体将减小，并在外围环形法兰272抵靠阀塞238时停止流动。当保持器242朝着闭合位置移动时，外围环形法兰272的斜面提供了外围平衡通道246b的逐渐减小的尺寸。在一个实施例中，斜面274可相对于阀杆236倾斜30°到60°。在完全闭合位置上，其中外围环形法兰272完全位于空腔259中，流体被阻止流动通过外围平衡通道246b，这将平衡阀塞组件211转变成仅中间感应组件。因此，公开的平衡阀塞组件211在高入口压强下具有低增压，相对于已知的边缘感应平衡压强调节器在高入口压强下提供了增加的流体流量。

在一些实施例中，阀塞弹簧座257可包括一个或多个平衡通路280，其允许流体从空腔259流入空腔248。相似地，中间平衡通道246a可流体连接到空腔248，以允许流体流入空腔248。大体来说，中间平衡通道246a总是打开，由此允许流体在阀体中的通路和空腔248之间流动，在这些区域中平衡了流体压强。另一方面，外围平衡通道246b可以根据入口压强和压强感应弹簧270来打开或闭合。

现在参见图5A、5B和图6，平衡压强调节器组件311的另一个实施例包括可操作地连接到阀塞338的阀杆336。阀塞338与阀座相互作用来控制流体流动通过阀体。

平衡阀塞组件311包括套筒354。阀塞338通过保持器342可操作地固定到阀杆336。套筒354具有中间孔353，当阀塞338往复运动来控制流体流动时，中间孔353保持并引导阀塞338。套筒354可具有倾斜的外表面356，用以增加阀体内的间隙和/或加强平衡压强调节器的装配。套筒354还可包括一个或多个外环形肩部358，其夹紧在阀帽和阀体之间以将套筒354布置并保持在阀体内。

隔膜339被连接到套筒354和阀塞338。隔膜339将阀体内的通道与平衡压强调节器组件311和容纳负载弹簧334的阀帽之间的腔室340分隔开。隔膜339响应于阀体内的通道和腔室340之间的压强差。

保持器342被连接到阀杆336，并将阀塞338可操作地连接到阀杆336。保持器342可包括一个或多个紧固件344，例如，螺母，这些紧固件可操作地连接到阀杆336。中间平衡通道346a延伸穿过至少一个紧固件344和保持器342，以将流体通路流体连接到位于阀塞338和腔室340之间的空腔348。一个或多个外围平衡通道346b位于保持器342和阀塞338之间，以将流体通路流体连接到空腔348。外围平衡通道346b根据入口压强来改变大小，这将在下面进一步讨论。阀塞338上的流体压力通过经过平衡通道346a、346b从较高压强区域移动到较低压强区域的流体来平衡。

保持器342可滑动地连接到紧固件344，使得保持器342能够在阀塞338内纵向滑动。紧固件344包括环形法兰352，用以阻止保持器342从紧固件344滑落。保持器342包括中间孔355，中间孔355的大小和形状适于容纳紧固件344的外表面。阀塞弹簧座357位于保持器342和阀塞338之间形成在保持器342和阀塞338之间的空腔359中。空腔359包括第一部分360和第二部分362，第一部分360具有第一直径，第二部分362具有与第一直径不同的第二直径。在一些实施例中，第一直径大于第二直径。尽管阀塞弹簧座357被图示为与阀塞338分离的部件，但是在其它实施例中，阀塞弹簧座357可以与阀塞338一体地形成。

保持器342包括形成在其外表面上的保持器弹簧座364。保持器弹簧座364可由远离中间孔355向外径向延伸的座肩部366形成。压强感应弹簧370设置在阀塞弹簧座357和保持器弹簧座364之间。压强感应弹簧370偏置保持器342远离阀塞弹簧座357。外围环形法兰372远离保持器342向外径向地延伸。在一些实施例中，外围环形法兰372包括斜面374。外围环形法兰372的外直径基本等于空腔359的第一部分360的第一直径，使得当外围环形法兰372位于第一部分360中时，阻止流体在保持器342和阀塞338之间流动。另一方面，当外围环形法兰372位于第一部分360以外时(例如，当压强感应弹簧370推动保持器342离开阀塞338时)，外围环形法兰372和阀塞338之间存在间隙，该间隙允许流体在其间流动并流入空腔359。

压强感应弹簧370可被设置成使得保持器342被偏置到打开位置，这时外围环形法兰372在最小或低入口压强下完全位于空腔359以外。该位置对应于允许流体流动通过中间平衡通道346a和外围平衡通道346b的完全打开位置，这导致了在低入口压强下的低降压。因此，公开的平衡阀塞组件311相对于已知的中间感应平衡压强调节器在低入口压强下具有增加的流体容量。

当入口处的流体压强增加时，闭合力将由按压在保持器342的外表面上的流体压强来产生。当闭合力开始克服由压强感应弹簧370产生的弹簧力时，保持器342将开始朝着阀塞弹簧座357移动。随着保持器342朝着阀塞弹簧座357移动，外围环形法兰372将进入空腔359。当外围环形法兰372进入空腔359时，随着外围环形法兰372变得完全位于空腔359中，流动通过外围平衡通道346b的流体将减小。在完全闭合位置上，其中外围环形法兰372完全位于空腔359中，基本减小了流动通过外围平衡通道346b的流体流动。因此，公开的平衡阀塞组件311在高入口压强下具有低增压，相对于已知的边缘感应平衡压强调节器在高入口压强下提供了增加的流体流量。尽管流动通过外围平衡通道346b的流体在高入口压强下被最小化，但是流体继续流动通过外围平衡通道346b和中间平衡通道346a，使得只要外围平衡通道346b和中间平衡通道346a保持未被阻塞，则平衡阀塞组件311双重感应。

如果中间平衡通道346a被阻塞或者被堵塞，如图5B中所示，通过允许流体流动通过外围平衡通道346b，平衡阀塞组件311继续在边缘感应模式下操作。因此，如果中间平衡通道346a被阻塞或者被堵塞，那么图5A-6的平衡阀塞组件311包括故障-安全操作模式。

这里公开的平衡调节器或平衡阀塞组件的任一实施例都可用于有利地提供低入口压强下的低降压和高入口压强下的低增压，由此导致了在从低到高的入口压强范围内的增加的流量。

尽管这里已经根据本公开的教导描述了某些平衡调节器和平衡阀塞组件，但是本专利的覆盖范围并不限于此。相反地，尽管根据各种优选实例已经图示和描述了本发明，但是，很明显，除了上面提到的之外，还可以进行某些改变和修改。本专利覆盖了落入可允许的等同物的范围内的本公开教导的所有实例。因此，本公开的意图是为了保护本领域的一般技术人员所想到的所有的变化和修改。

Claims (20)

1.平衡压强调节器，其包括：

阀体，其具有通过流体通路连接的流体入口和流体出口；

阀座，其设置在所述流体通路中；

平衡阀塞组件，其设置在所述流体通路中，所述平衡阀塞组件包括：

阀塞，其与所述阀座配合来选择性地打开或闭合所述流体通路；

保持器，其将所述阀塞可操作地连接到阀杆；

隔膜，其将空腔与所述流体通路分隔开；

中间平衡通道，其将所述流体通路流体连接到所述空腔；以及

外围平衡通道，其将所述流体通路流体连接到所述空腔，所述外围平衡通道位于所述保持器和所述阀塞之间。

2.根据权利要求1所述的平衡压强调节器，其特征在于，所述保持器能够沿着所述阀杆的纵向轴线相对于所述阀塞移动。

3.根据权利要求1所述的平衡压强调节器，其特征在于，所述保持器通过紧固件连接到所述阀杆。

4.根据权利要求2所述的平衡压强调节器，其特征在于，所述中间平衡通道延伸穿过所述紧固件。

5.根据权利要求2所述的平衡压强调节器，其特征在于，还包括设置在所述保持器和所述阀塞之间的压强感应弹簧。

6.根据权利要求5所述的平衡压强调节器，其特征在于，所述压强感应弹簧偏置所述保持器远离所述阀塞。

7.根据权利要求6所述的平衡压强调节器，其特征在于，还包括设置在所述保持器和所述阀塞之间的阀塞弹簧座。

8.根据权利要求7所述的平衡压强调节器，其特征在于，所述阀塞弹簧座包括平衡通路。

9.根据权利要求1所述的平衡压强调节器，其特征在于，所述保持器包括向外延伸的法兰。

10.根据权利要求9所述的平衡压强调节器，其特征在于，所述向外延伸的法兰包括斜面。

11.根据权利要求1所述的平衡压强调节器，其特征在于，所述阀塞包括中间孔，所述中间孔包括具有第一直径的第一部分和具有第二直径的第二部分，所述第一直径大于所述第二直径。

12.用于平衡压强调节器的平衡阀塞组件，所述平衡阀塞组件包括：

保持器，其将阀塞可操作地连接到阀杆；

隔膜，其将空腔与流体通路分隔开；

中间平衡通道，其将所述流体通路流体连接到所述空腔；以及

外围平衡通道，其将所述流体通路流体连接到所述空腔，所述外围平衡通道位于所述保持器和所述阀塞之间。

13.根据权利要求12所述的平衡阀塞组件，其特征在于，所述保持器能够沿着所述阀杆的纵向轴线相对于所述阀塞移动。

14.根据权利要求12所述的平衡阀塞组件，其特征在于，所述保持器通过紧固件连接到所述阀杆。

15.根据权利要求12所述的平衡阀塞组件，其特征在于，所述中间平衡通道延伸穿过所述紧固件。

16.根据权利要求12所述的平衡阀塞组件，其特征在于，还包括设置在所述保持器和所述阀塞之间的压强感应弹簧。

17.根据权利要求16所述的平衡阀塞组件，其特征在于，所述压强感应弹簧偏置所述保持器远离所述阀塞。

18.根据权利要求17所述的平衡阀塞组件，其特征在于，还包括设置在所述保持器和所述阀塞之间的阀塞弹簧座。

19.根据权利要求18所述的平衡阀塞组件，其特征在于，所述阀塞弹簧座包括平衡通路。

20.根据权利要求12所述的平衡阀塞组件，其特征在于，所述保持器包括向外延伸的法兰。