CN107763272A - 压强平衡流体压强调节器 - Google Patents

Abstract

描述了压强平衡流体压强调节器。一个示例的流体压强调节器包括一个流体流动控制构件，其被放置于阀体的流体流动通道中，且相对于座圈移动以调整通过该流体流动通道的流体流动。阀杆将该流体流动控制构件耦接至致动器。该阀杆具有一通路以允许来自于流体流动通道的入口的流体在该流动控制构件的第一侧和该流动控制构件的与该第一侧相对的第二侧之间流过该流动控制构件，以使该流体流动控制构件压强平衡。

Description

压强平衡流体压强调节器

本申请为分案申请，其原申请的申请日是2011年7月1日，申请号为201110192841.3，发明名称为“压强平衡流体压强调节器”。

技术领域

本公开大体上涉及流体调节器，特别地涉及压强平衡流体压强调节器。

背景技术

流体阀门和调节器通常散布在整个过程控制系统中，以控制各种流体(例如液体、气体等等)的流动速率和/或压强。特别地，流体调节器典型地被用于减少流体的压强并将该压强调节至一实质上恒定的值。特别地，流体调节器具有入口，该入口典型地接收处于相对高压强的供应流体，并且该调节器在出口提供相对低的压强。通过限制流通过一孔的流动，入口压强被减少为一较低的出口压强，以匹配波动的下游需求。例如，与设备(例如锅炉)的相关联的气体调节器可以从一气体分配源接收具有相对高的并且稍微可变的压强的气体，并且可以将该气体调节成具有较低的、实质上恒定的压强，适合于该设备安全有效的使用。

发明内容

在一个例子中，流体压强调节器包括一个流体流动控制构件，其被放置于阀体的流体流动通道中，且相对于座圈移动以调整通过该流体流动通道的流体流动。阀杆将该流体流动控制构件耦接至致动器。该阀杆具有一通路以允许来自于流体流动通道的入口的流体在该流动控制构件的第一侧和该流动控制构件的与该第一侧相对的第二侧之间流过该流动控制构件，以使该流体流动控制构件压强平衡。

在另一个例子中，压强调节器包括流动控制构件，其位于由阀体限定的流体流动通道中。该流动控制构件具有金属的密封表面，该表面将相对于位于该流体流动通道中的座圈的弹性体支承面移动。该金属密封表面通过盘定位器被耦接至盘保持器。阀杆可操作地将该流动控制构件耦接于致动器的膜片。该流动控制构件被通过该定位器螺纹地耦接于该阀杆的第一端，并且该阀杆的与该第一端相对的第二端被通过膜片板直接地耦接于该致动器的该膜片。

附图说明

图1A是已知的流体调节器的、剖开的横截面视图；

图1B是图1A中的已知的流体调节器的一部分的、放大的横截面视图；

图2是这里描述的示例的压强平衡的流体压强调节器的横截面视图；

图3是图2的示例的流体调节器的一部分的另一横截面视图；

图4是图2的示例的流体调节器的放大的、局部横截面视图；

图5是图2的流体调节器的示例的过滤器的横截面视图。

具体实施方式

与已知的、常常使用管道将流动控制构件耦接至致动器的流体调节器相比，这里描述的该示例的流体调节器使用阀杆将流动控制构件耦接至致动器。在一些例子中，该阀杆可以包括一个通道，以使该流动控制构件压强平衡，因此需要较少的力来打开和/或关闭该流动控制构件。因此，可以提供较小的致动器，由此降低了成本。另外，相比于传统的座圈，这里描述的该示例的流体调节器使用提供了由弹性材料(例如，弹性密封件、盘或环)所构成的支承面的阀座或座圈。因此，显著地降低或避免了由于例如工艺流中的流动冲击或微粒产生的对弹性密封件的磨损。

在一些例子中，筛子或过滤器可以被耦接于该座圈以过滤或防止工艺流中的杂质(例如大微粒)向下游流动到该流体调节器的出口。特别地，该过滤器可以由多个不连续的曲面构成。因此，当被用于具有相对低温的工艺流时，该过滤器可以不易受到冰形成的影响。

进一步地，与传统的流体调节器不同，这里描述的示例的流体调节器的致动器壳的内表面具有弯曲或平滑的轮廓或形状。这样，致动器的膜片能够以增大的接触面面积与致动器壳的内表面接触，这降低了在该膜片上在接触面的应力集中。附加地或替代地，将阀杆耦接于该流动控制构件的膜片板可以在尺寸上较小，以允许该膜片相比于传统流体调节器更加自由地弯曲或弯折。允许该膜片自由地弯曲或弯折显著地降低了膜片上的局部应力。如此降低的局部应力集中显著地增加了该膜片的循环寿命或疲劳寿命，由此减少了维护和成本。

以下结合图1A和1B对已知的流体调节器100提供简要说明。图1A是已知的流体调节器100的、剖开的横截面视图，在该图左手侧示出了处于打开位置102的流体调节器100，以及在右手侧示出了处于关闭位置104的流体调节器100。图1B是图1A中传统流体调节器100的、放大的局部横截面视图。

参照图1A和图1B，已知的流体调节器100包括耦接至阀体108的致动器106。该致动器106相对于座圈112移动流体控制构件或节流构件110，以控制通过该阀体108的通道116的流体流动。

该流体调节器100的该流动控制构件110被示为盘形阀。该流动控制构件110具有密封盘118、盘座或保持器120、盘定位器122和阀杆适配器124。该密封盘118是实质性盘形的环，并且由弹性材料构成。但是，当在恶劣的使用条件下(例如，流体具有相对高的速度和/或相对高的温度)使用时，该弹性密封盘118能够易于磨损，并且能够受到快速的腐蚀和损坏。例如，如图1B所示，由相对高速的流体流126所导致的流动冲击引起相对大的力可以被施加在密封盘118上，由此导致密封盘118磨损。在弹性密封盘118上造成的磨损能够阻止流动控制构件110正常地密封于座圈112，并且使得需要关闭或旁路过程系统，以更换该密封盘118。因此，该流动控制构件110需要增多的维护。

在示出的例子中，该致动器106包括上壳128和下壳130，它们容纳了膜片板132和134。该膜片板132和134在与管道138可操作的耦接中固定膜片136。因此，该膜片板132和134通过管道连接140，将管道138和流动控制构件110耦接于膜片136。但是，如图1A所示的管道连接140显著地增加了制造成本和复杂性。例如，该管道连接140要求多个密封件142来在管道138和阀体108和/或壳体144之间进行密封。

进一步地，由于管道连接140，行程指示器146被耦接于膜片板132以提供该流动控制构件110相对于该座圈112的位置的指示。该行程指示器146被通过卡扣连接耦接至膜片板132的孔148。这样的卡扣连接不像例如螺纹连接那样牢固，并且在操作中可能易于被从膜片板132上拉开(例如，从膜片板132上被拉出)，由此需要增加的维护和关闭，以将行程指示器146重新连接至膜片板132。

附加地或替代地，该膜片板132和134传递来自膜片136的负载，以在打开位置102和关闭位置104之间移动管道138，并且因此膜片板132和134的尺寸被设置为支持相对大的传递负载。在操作中，跨膜片136的压强差导致膜片136弯折或弯曲，导致流动控制构件110通过管道138相对于座圈112移动，以控制通过通道116的流体流动。但是，膜片板132及134和/或致动器壳128和130形成了扭点150或者具有锐角或不平滑的接触面152。因此，膜片136被限制为在相对较小的表面面积附近弯曲或弯折。附加地或替代地，该膜片136以相对小的接触面接合膜片板132和134的锐角部分150和152、和/或致动器106，由此增加了膜片136在接触面积的应力集中。这种施加于膜片136的局部应力集中可以显著地降低该膜片136的循环寿命或疲劳寿命，由此导致增多的维护和成本。

图2示出了这里描述的示例的流体调节器200。图3是图2的示例的流体调节器200的局部放大视图。图4是图2的示例的流体调节器200的另一局部横截面视图。

参照图2，该示例的流体调节器200包括耦接于阀体204的致动器202。该阀体204具有用于连接上游管线的入口206，在上游管线处提供了相对高压的工艺流。该阀体204还具有用于连接下游管线的出口208，该流体调节器200为该下游管线提供处于较低调节压强的工艺流。该阀体204是该压强调节器200的主要压强边界，并且支持了一支承面或座圈210，其被安装在阀体204之内并且其限定了流体流动通道214的孔212，该通道214由阀体204限定在入口206和出口208之间。该致动器202相对于座圈210移动节流构件或流动控制构件216，以控制或调整通过该通道214的流体流动。

与图1A中的流体调节器100不同，该示例的流体调节器200使用阀杆218来将流动控制构件216可操作地耦接至致动器202。附加地，该示出例子中的阀杆218包括通路220，以将流动控制构件216的与入口206流体连通的第一侧222与流体流动构件216的与弹簧腔226流体连通的第二侧224流体地耦接，以提供压强平衡的阀芯设备或组件228。如图所示，阀杆218的通路220包括第一路径230(例如，第一孔腔)，该第一路径沿着阀杆218的临近于流动控制构件216的一部分，该第一路径具有实质性平行于和/或对齐于阀杆218的纵向轴234的轴232，以及包括具有轴238的第二路径236(例如第二孔腔或孔)，该轴238交叉于(例如实质性地垂直于)阀杆218的纵向轴234，以流体地将第一路径230耦接至弹簧腔226。因此，通路220允许流体从入口206穿过流动控制构件216流动到弹簧腔226，从而，穿过阀杆218的通路220提供了压强平衡的阀芯或流动控制构件216，以容许高压应用。由于压强平衡的流动控制构件通常需要较少的力来在打开位置和关闭位置(例如图2所示的位置)之间移动，附加地或替代地，(例如，尺寸上、重量上、力上)相对小的致动器可以被使用。

该流体调节器200的流动控制构件216被示为盘型阀。如图所示，该流动控制构件216包括密封盘240、盘定位器242和盘保持器244。该密封盘240是实质性盘形的环并且由例如金属材料制成。该盘定位器242包括孔(例如螺纹孔)以螺纹地耦接至阀杆218的临近于通路220的外表面(例如螺纹部分)。该盘保持器244被固定在盘定位器242和沿阀杆218的外表面的肩部或凸缘245(例如栓)之间。该密封盘240被固定在该盘定位器242和该盘保持器244之间，使得通路220的开口247临近于流动控制构件216的第一侧222。阀杆218的一端249可以相对于盘定位器242的与入口206相通的表面实质性地齐平。随着流动控制构件216在打开位置和关闭位置之间移动，引导件251引导盘保持器244和流动控制构件216。如以下将更加详细地描述的，盘保持器244包括限定了弹簧座255的壁253。

进一步地，流体调节器200的座圈210包括由弹性材料构成的支承面或环248。如在图3中最为清晰地示出的，座圈210是两件结构，其包括由金属材料(例如钢)构成的第一部分302和由弹性材料构成的第二部分304。该弹性材料或环304可以通过化学粘合、紧固件或任何其他适合的一种或多种紧固机制被耦接至座圈210。在一些例子中，该第一部分302可以包括接纳该弹性环304的沟槽或通道。以这种方式，工艺流中的微粒和/或由于流动冲击的相对大的力被施加在流动控制构件216的密封盘240和/或座圈210的金属部分302上，而不是被施加在该弹性环304上，由此延长了该弹性环304的运作寿命。进一步地，当密封盘240密封地接合弹性环304时，弹性环304提供了相对紧的密封和/或可以移位或移动(例如自对准)，以最小化由例如不对齐所导致的垂直问题，该不对齐由不精确的制造和/或安装所造成。该密封盘240和/或该座圈210的该金属部分302可以由例如钢等金属构成，且该弹性环可以由例如氟橡胶(FKM)、氯丁橡胶、腈等弹性材料构成。

示出的例子中的致动器202包括上壳250，其通过紧固件254被耦接于下壳252。仍参照图4，该致动器的下壳252通过紧固件402被耦接于阀体204。如图2所示，当致动器202被耦接于阀体204时，下壳252和阀体204限定了弹簧腔226。为了朝着座圈210偏置该流动控制构件216，一偏置元件256(例如弹簧)被固定在流动控制构件216的弹簧座255和一弹簧座258之间。该弹簧座258通过多个紧固件260被耦接于致动器202的下壳252，并包括孔262以可滑动地接纳阀杆218。密封件264被置于孔262中，以防止在弹簧腔226和致动器202之间的流体泄露。进一步地，该下壳252包括引导供应端口266，其通过阀杆218的通路220流体地将弹簧腔226或入口206耦接至引导供应(未示出)。

传感元件或膜片268被置于或被固定于上下壳250和252之间，使得膜片268的第一表面或侧270与上壳250限定了第一腔272，且膜片268的第二表面或侧274与下壳252限定了第二或负载腔276。如上所示，相比于图1A中已知的、使用管道138来将膜片136耦接到流动控制构件110的流体调节器100，该示例的流体调节器200使用阀杆218来可操作地将流动控制构件216耦接到膜片268，相比于流体调节器100，这显著地降低了制造成本和复杂性。

上下壳250和252还包括膜片板278和280，其被耦接到膜片268以向膜片268提供支撑且可操作地将膜片268耦接到阀杆218。该膜片板278和280被通过多个紧固件282耦接在一起，以固定膜片268。并且，该膜片板278和280具有各自的孔，以形成开口284来接纳阀杆218的相对于通路220的一端286。特别地，该阀杆218的该端286包括被置于开口284中的、直径减少部分。为了将阀杆218耦接于膜片268，紧固件288(例如螺帽)被耦接于阀杆218的端286，以接合膜片板278，且由直径减少部分所形成的阀杆218的肩部290接合膜片板280。

如图所示，由于与例如图1A中的管道138相比，阀杆218具有相对小的直径或横截面，膜片板280能够具有相比于膜片板278显著地更小的空间尺寸。但是，在其他例子中，膜片板278的直径可以比膜片板280的直径小。因此，与图1A中的流体调节器100的膜片板132和134不同，膜片板278和280允许膜片268相对于膜片板280更加自由地弯曲或弯折。特别地，膜片板278和280提供了非扭面292，在操作中膜片268能够在这附近弯折或弯曲。允许膜片268更加自由地弯曲或弯折显著地减少了膜片268上的局部应力。

附加地或替代地，上下壳250和252各自的内表面294a和294b都具有实质上平滑或弯曲的轮廓或形状(例如非锐角或非锐利的轮廓)。因此，该平滑的、弯曲的轮廓或形状提供了增大的接触表面积，以减少膜片268在膜片268和各壳250和252的内表面294a和294b之间的接触面的局部应力集中。这样减少的局部应力集中显著地增加了膜片268的循环寿命和疲劳寿命，由此减少了维护和成本。

附加地，与图1A的流体调节器100的管道138不同，阀杆218提供了安装表面以允许行程指示器296被通过螺纹耦接到阀杆218。因此，相比于例如图1A中的由于管道138缺乏安装表面所以被通过卡扣连接耦接于膜片板132的行程指示器146，该行程指示器296不易被从阀杆218上断开连接(例如相对于阀杆218被拔出)。

该示出的流体调节器200还可以包括筛子或过滤器298，以捕捉、过滤或移除在入口206和出口208之间流动的工艺流中的杂质(例如微粒)。在该示出的例子中，该过滤器298被通过多个紧固件299耦接于座圈210。特别地，如图5中最为清晰地示出，该过滤器298由网状材料构成，并且具有多个不连续的拱形或弯曲面502，使得该筛子的轮廓或横截面形状提供了不连续或不平滑的弯曲轮廓504。因此，相比于具有连续平滑曲面的筛子，当用于具有相对低温的工艺流时，该过滤器289不易受冰形成的影响。该过滤器298还包括凸缘506以允许将该过滤器298耦接于座圈210。

在操作中，参照图2，通过膜片268的压强差导致流动控制构件216的移动，在这里该压强差正比于出口208处的实际压强和出口208处的期望压强的差异。特别地，该流动控制构件216从座圈210移开，以允许流体流过通道214，且朝着座圈210移动，以防止或限制流体流过通道214。在所示的例子中，该偏置元件256助于将流动控制构件216偏置至关闭位置。

下壳252的接入端口2100提供了一入口，以(例如通过引导操作器)将负载压强或控制压强通过负载压强控制线路(未示出)流体地耦接至负载腔276。下游接入端口2102通过下游控制线路(未示出)将下游压强(即出口压强)流体地耦接至第一腔272。当负载压强克服偏置元件256提供的弹簧力和通过第一腔272被施加给膜片268的第一侧270的下游压力时，该流动控制构件216朝着打开位置(即离开座圈210)移动，以允许流体流过通道214。

该负载腔276中的负载压强能够由监测设备供应，该监测设备监测或感应出口或下游压强(即被控制的压强)的变化，诸如例如引导调节器或放大器。但是，其他示例的实现可以使用其他类型的调节器，诸如例如自操作调节器、压强承载调节器等等。

在引导操作中，该负载压强(即由诸如例如引导操作器或放大器的监测设备所供应的压强)作为操作媒介而工作，该操作媒介对膜片268的第二侧274施加负载。该负载压强被通过负载压强控制线路(未示出)、经由接入端口2100被提供给负载腔276。引导供应压强通过致动器202的引导供应端口266被提供给监测设备(未示出)。因此，引导供应压强由入口206处的压强所提供，该入口206通过致动器202的引导供应端口266和该阀杆218的通路220被流体地耦接至该监测设备。出口208处的压强或下游压强下降至低于该监测设备的期望压强设定会导致负载压强(即由引导操作器供应的负载压强)增加，且增加的通过负载腔276在膜片268上的负载导致膜片268移位，使得阀杆218及因此流动控制构件216移动离开座圈210，以允许流体从入口206流至出口208和至下游系统(未示出)。

出口208或下游压强对抗该负载压强，并经由下游控制线路(未示出)通过下游接入端口2102从第一腔272中作用在膜片268上。随着出口208或下游压强增加，该出口208或下游压强被通过下游接入端口2102传递给第一腔272，并与偏置元件256一起作用以使得膜片268移位，从而该阀杆218以及因此该流动控制构件216朝着座圈210移动，以限制通过调节器200的流体流动。

虽然这里已经描述了某些设备和制成品，但是本专利的保护范围并不限于此。相反，本专利覆盖字面地或依照等同原则清楚地落入所附权利要求范围之内的所有设备或制成品。

Claims (10)

1.一种流体调节器，包括：

流动控制构件，其被放置于由阀体限定的流体流动通道中，该流动控制构件具有金属的密封表面，该金属的密封表面将相对于位于该流体流动通道中的座圈的弹性体支承面移动，该金属的密封表面通过盘定位器被耦接至盘保持器；以及

阀杆，用于可操作地将该流动控制构件耦接于致动器的膜片，该流动控制构件通过该定位器被螺纹地耦接于该阀杆的第一端，并且该阀杆的与该第一端相对的第二端将通过膜片板直接地耦接于该致动器的该膜片。

2.根据权利要求1所述的流体调节器，其中，该致动器包括耦接于第二外壳部分的第一外壳部分，第一外壳部分和第二外壳部分中的每一个都包括具有弯曲横截面形状或轮廓的内表面，以增加在所述膜片与所述内表面之间的接触面面积。

3.根据前述权利要求中任一项所述的流体调节器，其中，所述座圈限定了所述流体流动通道的孔。

4.根据前述权利要求中任一项所述的流体调节器，所述座圈的至少一部分包括弹性环，所述弹性环限定所述弹性体支承面。

5.根据前述权利要求中任一项所述的流体调节器，其中，所述座圈包含由金属材料构成的第一部分和由弹性材料构成的第二部分，所述弹性材料限定所述弹性体支承面。

6.根据前述权利要求中任一项所述的流体调节器，其中，所述隔膜经由第一隔膜板和第二隔膜板耦接到所述阀杆。

7.根据权利要求6所述的流体调节器，其中，所述第一膜片板具有比所述第二膜片板的直径大的直径。

8.根据前述权利要求中任一项所述的流体调节器，还包括耦接于所述座圈的过滤器，该过滤器由形成不连续的轮廓或形状的多个拱形表面构成。

9.根据前述权利要求中任一项所述的流体调节器，还包括螺纹地耦接于所述阀杆的行程指示器。

10.根据权利要求9所述的流体调节器，其中，所述行程指示器被螺纹地耦接于所述阀杆的临近于膜片板的一端。