CN109578657A - 继动阀和力平衡方法 - Google Patents

继动阀和力平衡方法 Download PDF

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Abstract

根据如本文所述的各种实施方式构造的继动阀有利地为供给和排出功能提供一致、可靠的起始点压强。为实现该目的，本文描述的继动阀利用多个隔膜来中和由于致动器以及可选地连接至继动阀的供给装置中的压强引起的任何变化力。

Description

继动阀和力平衡方法
相关申请的交叉引用
本申请要求于2017年9月29日提交的美国临时申请号为62/565,960的权益，因此该临时申请的全部内容在此通过参引并入本文。
技术领域
本公开总体上涉及气动阀，并且更特别地涉及气动继动阀。
背景技术
继动阀可以在系统中用于接收来自比如I/P转换器的空气质量流，并且作为响应会向致动器输出更大的空气质量流。这种类型的继动阀在操作期间可能具有固有的死区时间，该死区时间对应于I/P转换器首次操作的时刻以及更大的空气质量流开始从继动阀流出的时刻。一些致动器需要精确的空气脉冲流出继动阀，并且系统的固有死区时间会影响空气脉冲的精确度。如果死区时间不一致，精细控制运动会变得不稳定。
死区时间的一个变化来源可能来自于继动阀内的排出和供给端口的面积以及来自致动器和/或供给装置的压强的变化。压强与面积结合对密封排出和/或供给端口的阀座施加力。如果这些值由于压强波动而发生变化，则需要来自I/P转换器的不同压强来打开继动阀，这将导致死区时间的变化。
发明内容
在一些实施方式中，本文描述了一种继动阀，该继动阀包括壳体，该壳体具有：排出腔室；供给腔室，该供给腔室耦接至供给装置；致动器腔室，该致动器腔室耦接至致动器；排出端口，该排出端口将排出腔室连接至致动器腔室；供给端口，该供给端口将供给腔室连接至致动器腔室；以及I/P腔室，该I/P腔室耦接至I/P转换器。继动阀还包括叠置件，该叠置件具有第一端部、第二端部和阀座部分，其中，叠置件被配置为在壳体内移动从而通过叠置件的阀座部分来控制排出端口或供给端口中的一者的打开和关闭。继动阀的弹簧被配置为对叠置件的第一端部施加力，而在壳体内安装成延伸穿过I/P腔室的I/P隔膜被配置为基于由I/P转换器提供的压强对叠置件的第二端部施加力。继动阀还包括致动器隔膜，该致动器隔膜安装在壳体内并耦接至叠置件，其中，致动器隔膜设置在致动器腔室的与排出端口或供给端口中的所述一者相对的一侧，并且其中，致动器隔膜的面积大致等于排出端口或供给端口中的所述一者的面积，使得由于致动器腔室内的压强作用在阀座部分和致动器隔膜上而作用在叠置件上的力彼此抵消。
按照一些方案，叠置件可以是供给叠置件，该供给叠置件被配置为在壳体内移动从而通过供给叠置件的阀座部分来控制供给端口的打开和关闭。这些途径还可以包括提供供给隔膜，该供给隔膜安装在壳体内并耦接至供给叠置件。其中，供给隔膜设置在供给腔室的与供给端口相对的一侧，并且其中，供给隔膜的面积大致等于供给端口的面积，使得由于致动器腔室内的压强作用在阀座部分和致动器隔膜上而作用在供给叠置件上的力彼此抵消。
按照其他方案，叠置件可以是排出叠置件，该排出叠置件被配置为在壳体内移动从而通过排出叠置件的阀座部分来控制排出端口的打开和关闭。这些途径还可以包括提供供给叠置件，该供给叠置件具有第一端部、第二端部和阀座部分，其中，供给叠置件被配置为在壳体内移动，从而通过供给叠置件的阀座部分控制供给端口的打开和关闭。在该构型的情况下，致动器隔膜可以是第一致动器隔膜，I/P隔膜可以是第一I/P隔膜，弹簧可以是第一弹簧；I/P腔室可以是I/P排出腔室；并且壳体还包括耦接至供给I/P转换器的I/P供给腔室，其中，继动阀还包括：第二弹簧，该第二弹簧被配置为对供给叠置件的第一端部施加力；第二I/P隔膜，该第二I/P隔膜在壳体内安装成延伸穿过供给I/P腔室，第二I/P隔膜被配置为基于由供给I/P转换器提供的压强对供给叠置件的第二端部施加力；以及第二致动器隔膜，该第二致动器隔膜安装在壳体内并耦接至供给叠置件，第二致动器隔膜设置在致动器腔室的与供给端口相对的一侧。
在若干方面，叠置件可以包括I/P构件和阀杆构件，I/P构件设置在壳体的I/P腔室内，阀杆构件具有第一端部、第二端部和阀座部分，其中，阀杆的第二端部和I/P构件在I/P隔膜的任一侧彼此接合。
在一些实施方式中，本文描述了一种继动阀，该继动阀包括壳体，该壳体具有：排出腔室；供给腔室，该供给腔室耦接至供给装置；致动器腔室，该致动器腔室耦接至致动器；排出端口，该排出端口将排出腔室连接至致动器腔室；以及供给端口，该供给端口将供给腔室连接至致动器腔室。继动阀还包括：排出叠置件，该排出叠置件具有阀座部分并被配置为在壳体内移动，从而通过排出叠置件的阀座部分来控制排出端口的打开和关闭；供给叠置件，该供给叠置件具有阀座部分并且被配置为在壳体内移动从而通过供给叠置件的阀座部分控制供给端口的打开和关闭。继动阀的第一致动器隔膜安装在壳体内并耦接至排出叠置件。第一致动器隔膜设置在致动器腔室的与排出端口相对的一侧，并且第一致动器隔膜的面积大致等于排出端口的面积，使得由于致动器腔内的压强作用在阀座部分和第一致动器隔膜上而作用在排出叠置件上的力彼此抵消。继动阀的第二致动器隔膜安装在壳体内并耦接至供给叠置件。第二致动器隔膜设置在致动器腔室的与供给端口相对的一侧，并且第二致动器隔膜的面积大致等于供给端口的面积，使得由于致动器腔内的压强作用在阀座部分和第二致动器隔膜上而作用在供给叠置件上的力彼此抵消。
在一些方面，第一致动器隔膜和第二致动器隔膜是单个隔膜的部分。在其他方面，继动阀还可以包括供给隔膜，该供给隔膜安装在壳体内并耦接至供给叠置件，其中，供给隔膜设置在供给腔室的与供给端口相对的一侧，并且供给隔膜的面积大致等于供给端口的面积，使得由于供给腔室内的压强作用在阀座部分和供给隔膜上而作用在供给叠置件上的力彼此抵消。
按照一些方案，壳体可以包括第一I/P腔室和第二I/P腔室，第一I/P腔室耦接至第一I/P转换器，第二I/P腔室耦接至第二I/P转换器，排出叠置件的第二端部设置在第一I/P腔室内，供给叠置件的第二端部设置在第二I/P腔室内。继动阀还可以包括I/P隔膜，I/P隔膜包括第一部分和第二部分，第一部分延伸穿过第一I/P腔室，第二部分延伸穿过第二I/P腔室，其中，第一部分和第二部分被配置为分别基于由相应的I/P转换器提供的压强对排出叠置件的第二端部和供给叠置件的第二端部施加力。继动阀还可以包括第一弹簧，该第一弹簧设置在壳体内并且被配置为对排出叠置件的第一端部施加力；以及第二弹簧，该第二弹簧设置在壳体内并且被配置为对供给叠置件的第一端部施加力。
在一些实施方式中，本文描述的任何继动阀均可以结合到下述系统中：该系统包括：第一I/P转换器和第二I/P转换器，第一I/P转换器和第二I/P转换器耦接至继动阀；以及致动器，该致动器耦接至继动阀。在另外的实施方式中，该系统还可以包括控制器，控制器耦接至第一I/P转换器和第二I/P转换器并且配置成接收来自致动器的反馈。
在一些实施方式中，本文描述了一种用于操作继动阀的方法，其中，继动阀包括壳体，壳体包括：排出腔室；供给腔室，该供给腔室耦接至供给装置；致动器腔室，该致动器腔室耦接至致动器；排出端口，该排出端口将排出腔室连接至致动器腔室；供给端口，该供给端口将供给腔室连接至致动器腔室；以及I/P腔室，该I/P腔室耦接至I/P转换器。该方法包括：对设置在壳体内且被配置为在壳体中移动的叠置件的第一端部施加第一力，从而通过叠置件的阀座部分来控制排出端口或供给端口的打开和关闭；基于致动器腔室内的压强对叠置件的阀座部分施加第二力；通过穿过致动器腔室的一部分设置的致动器隔膜对叠置件施加沿第二力的相反方向的大小大致等于第二力的第三力，从而抵消第二力对叠置件的影响；接收来自I/P腔室中的I/P转换器的输入压强；以及通过穿过I/P腔室设置的I/P隔膜基于输入压强对叠置件的第二端部施加第四力，从而控制叠置件的移动。
按照一些方案，堆叠是供给叠置件，该供给叠置件被配置为在壳体内移动，从而通过供给叠置件的阀座部分控制供给端口的打开和关闭。在这些途径中，该方法还可以包括：基于供给腔室内的压强对供给叠置件的阀座部分施加第五力；以及通过穿过供给腔室的一部分设置的供给隔膜对供给叠置件施加沿第五力的相反方向的大小大致等于第五力的第六力，从而抵消第五力对供给叠置件的影响。
按照其他方案，堆叠是排出叠置件，该排出叠置件被配置为在壳体内移动，从而通过排出叠置件的阀座部分控制排出端口的打开和关闭。在这些途径中，I/P腔室可以是第一I/P腔室，致动器隔膜可以是第一致动器隔膜，并且壳体还可以包括第二I/P腔室，第二I/P腔室耦接至第二I/P转换器。在该构型的情况下，该方法还可以包括：对设置在壳体内且被配置为在壳体中移动的供给叠置件的第一端部施加第一力，从而通过供给叠置件的阀座部分来控制供给端口的打开和关闭；基于致动器腔室内的压强对供给叠置件的阀座部分施加第二力；通过穿过致动器腔室的一部分设置的第二致动器隔膜对供给叠置件施加沿第二力的相反方向的大小大致等于第二力的第三力，从而抵消第二力对供给叠置件的影响；接收来自第二I/P腔室中的第二I/P转换器的输入压强；以及通过穿过第二I/P腔室设置的第二I/P隔膜基于来自第二I/P转换器的输入压强对供给叠置件的第二端部施加第四力，从而控制供给叠置件的移动。
附图说明
通过提供在下面的详细描述中描述的方法、继动阀、系统及其部件(特别是当结合附图进行研究时)至少部分地满足上述需求，在附图中：
图1是根据本公开的各种实施例的阀定位系统的示例性实现方式的框图，其包括弹簧复位气动致动器；
图2是根据本公开的各种实施例的图1的阀定位系统的替代性实现方式的框图，其包括双作用气动致动器；
图3是包括根据本公开的各种实施例的气动继动阀的聚焦框图；
图4是根据本公开的各种实施例的继动阀的第一实施例；
图5是根据本公开的各种实施例的图4的继动阀的排出叠置件的力图；
图6是根据本公开的各种实施例的图4的继动阀的供给叠置件的力图；
图7是根据本公开的各种实施例的继动阀的第二实施例；以及
图8是根据本公开的各种实施例的图7的继动阀的供给叠置件的力图。
技术人员将理解的是，附图中的元件是出于简单和清楚的目的而示出的，并且不一定按比例绘制。例如，附图中的一些元件的尺寸和/或相对定位可能相对于其他元件放大，以帮助增进对本发明的各种实施例的理解。而且，在商业上可行的实施例中有用或必要的普通但公知的元件通常未被描绘，以便便于较少地阻碍查看这些各种实施例。还应当理解的是，某些动作和/或步骤可能以特定的发生顺序来描述或描绘，而本领域技术人员将理解，实际上不需要这种关于次序的特异性。还应当理解的是，本文使用的术语和表达具有如上所述的技术领域的技术人员对这些术语和表达所赋予的普通技术含义，除非本文已另外阐述了不同的特定含义。
具体实施例
根据如本文所述的各种实施例构造的继动阀有利地为供给和排出功能提供一致、可靠的起始点压强。为实现该目的，本文描述的继动阀利用多个隔膜来中和由于致动器以及可选地连接至继动阀的供给装置中的压强引起的任何变化力。
示例性控制阀定位系统
图1是阀定位系统的示例性实现方式的框图，阀定位系统包括用于打开和关闭过程控制阀(PCV)的致动器1。在图1的实现方式中，致动器1可以是弹簧复位气动致动器。
在一些实现方式中，尽管图1未示出这些功能，定位器10可以配置成包括数字阀控制器(DVC)的一些或所有高级功能。致动器1可以包括气动腔室2和弹簧3，气动腔室2和弹簧3可以由活塞4分开。向气动腔室2增加气动压力可以引起活塞4的运动，这进而可以引起连接至活塞4的杆5的运动。相反，从气动腔室2除去气动压力可以引起活塞4和杆5的相反运动。总而言之，杆5的运动(例如杆5的线性位移或角位移)可以打开或关闭可供过程流体流动通过的过程控制阀。过程控制阀可以控制过程控制系统(比如化学或其他过程控制设备)内的流体流动。
供给/排出端口6可以向气动腔室2供给空气或其他控制流体，和/或相反地可以将控制流体从气动腔室2排出。在一些实施例中，供给/排出端口6可以包括用于向气动腔室2供给控制流体以及将控制流体从气动腔室2排出的分开的端口。向气动腔室2添加控制流体或从气动腔室2除去控制流体可以分别增大或减小气动腔室2中的气动压力，从而使致动器位置发生变化并因而使通过过程流体阀的过程流体流动发生变化。
在一些实现方式中，致动器1可以额外地在气动腔室2中包括故障安全弹簧(未示出)。这种弹簧可以在例如腔室2由于控制流体泄漏而减压时将致动器置于致动器范围的一个极限处。
在一些实现方式中，替代性的致动器1中的机构可以借助于齿条齿轮、止转棒轭或其他机构将活塞4的线性运动转换成杆5的旋转运动。
位置传感器11可以配置成例如通过检测杆5的线性位移来检测致动器1的位置。在具有替代性的旋转致动器的实现方式中，替代性的位置传感器11可以配置成测量替代性的旋转致动器的一些部分的角位移。压力传感器14可以配置成检测气动腔室2中的气动压力的量。在一些实现方式中，压力传感器14可以位于腔室2的出口端口处。附加地或替代性地，压力传感器14可以集成到定位器10的本体中，并且经由气动线路连接至腔室2。在任何情况下，位置传感器11和压力传感器14可以通信地连接至控制器16，以向控制器16提供所观察到的致动器位置和压力的反馈。
控制器16可以包括有线和/或无线连接、用于通信和信号处理的电路、非瞬态存储器和/或人机界面。在示例性实现方式中，控制器16包括处理软件，比如微处理器和计算机可读存储器以存储软件指令。控制器16可以配置成接收来自位置传感器11的位置反馈，和/或接收来自压力传感器14的压力反馈。通常来说，控制器16可以配置为使用接收到的反馈来执行控制算法，以控制致动器1的位置。在一些实现方式中，控制器可以包括一个或多个微处理器。在其他实现方式中，控制器16可以包括现场可编程门阵列(FPGA)或模拟电路。控制器16可以配置为执行控制算法(例如多输入多输出(MIMO)控制算法)，以将电控制信号输出到相应的电流-压力(I/P)换能器20a和20b，以便产生用于致动器1的气动信号。控制器16可以附加地配置成计算其他信号，比如关于定位器和致动器的诊断信息。定位器10可以附加地包括通信地耦接至控制器16的界面18。在一些实施例中，界面18可以传达可由操作人员和/或控制算法定义的致动器控制约束、过程变量设定点和/或其他信息。
控制器16可以输出用于控制致动器1的电信号，该电信号被传输到I/P换能器20a和20b，I/P换能器20a和20b可以连接至气动继动器24，气动继动器24可以放大通过换能器20a和20b指定的流率(这将在本文中参照例如图3进行进一步描述)。传输到I/P换能器20a的电信号可以对应于向气动腔室2供给加压控制流体，而传输到换能器20b的信号可以对应于将控制流体从腔室2排出。气动继动器24可以放大经由换能器20a和20b产生的气动信号，以经由供给/排出端口6向气动腔室2供给压力或从气动腔室2排出压力。
图2是图1的阀定位系统的替代性的实现方式的框图。在图2的实现方式中，双作用气动致动器1取代了图1的弹簧复位气动致动器1。双作用气动致动器1包括上气动腔室2和下气动腔室7。除了在此描述的不同之处以外，图2的阀定位系统可以与参照图1描述的系统类似地操作。
上气动腔室2和下气动腔室7可以由活塞4分开。腔室2与7之间的压力差可以引起活塞4的运动，这进而可以引起杆5的运动，从而打开或关闭过程控制阀并且影响过程流体流动。
供给/排出端口6a和6b可以分别向上腔室2和下腔室7供给控制流体和/或将控制流体从上腔室2和下腔室7排出。随着腔室2和7中的任一者或两者中的控制流体的量发生变化，腔室2和7中的控制流体压力差可以引起活塞4和杆5的位置移动，从而部分地或完全地打开或关闭控制阀。在一些实施例中，供给/排出端口6a和6b中的任一者或两者可以包括用于向相应的腔室2和7供给控制流体以及将控制流体从相应的腔室2和7排出的分开的端口。
在一些实现方式中，双作用致动器1可以在腔室2和7中的一者或两者中包括弹簧(未示出)，以用于失效打开或失效关闭动作。这种弹簧可以在例如腔室2和7中的任一者由于泄漏而减压时将致动器置于致动器范围的一个极限处。
一对压力传感器14a和14b可以配置成分别检测上气动腔室2和下气动腔室7中的气动压力的量。在一些实现方式中，压力传感器14a和14b可以位于相应的腔室2和7的出口端口处。附加地或替代地，压力传感器14a和14b可以集成到定位器10的本体中，并且经由气动线路连接至相应的腔室2和7。在任何情况下，位置传感器11和压力传感器14a和14b可以通信地连接至控制器16，以向控制器16提供观察到的致动器位置和压力的反馈。
控制器16可以是与关于图1的实现方式所描述的控制器类似的控制器。控制器16可以配置成执行控制算法(例如MIMO控制算法)，以将电控制信号输出到I/P换能器20a至20d。传输到I/P换能器20a的电信号可以对应于向上气动腔室2供给加压控制流体，而传输到换能器20b的信号可以对应于将控制流体从上腔室2排出。传输到I/P换能器20c的电信号可以对应于向下气动腔室7供给加压控制流体，而传输到换能器20d的信号可以对应于将控制流体从下腔室7排出。气动继动器24可以放大经由换能器20a和20b产生的气动信号，以经由供给/排出端口6a向上气动腔室2供给压力或从上气动腔室2排出压力。类似地，气动继动器24可以放大经由换能器20c和20d产生的气动信号，以经由供给/排出端口6b向下气动腔室7供给压力或从下气动腔室7排出压力。
图3是包括根据本公开的各种实施例的气动继动器24的更为聚焦的框图。图3中所示的部件可以包括在例如参照图1和图2描述的阀定位系统中。
电控制信号(电流i)可以被提供到I/P换能器20。I/P换能器20接收控制信号并且将较小空气质量流(mi/p)输出到气动继动器24。该较小的空气质量流可以对继动器24中的隔膜腔室加压，这使继动器24中的继动阀打开。当继动阀打开时，较大的空气质量流(m继动器)可以从继动器24流到致动器1(例如经由致动器1的供给/排出端口)，以使致动器1的气动腔室加压或减压。
死区时间可以对应于电流i首次被供给到I/P换能器20的第一时刻与空气质量流m继动器开始从气动继动器24流出的随后的第二时刻之间出现的时间段。阀定位器中不一致的死区时间可能导致精细控制运动(例如致动器位置移动)变得不稳定。死区时间的不一致可以例如通过气动继动器的供给端口和排出端口的不平衡面积引起，这将参照图4至图8进行描述。
继动阀中经由隔膜的力平衡
参照图4，示出了处于第一形式的继动阀24。继动阀24包括壳体202，壳体202具有排出腔室204、供给腔室206、第一I/P腔室208、第二I/P腔室210和致动器腔室212。继动阀24还包括I/P隔膜214和致动器隔膜216。I/P隔膜214将第一I/P腔室208和第二I/P腔室210分成泄放部分218和加压部分220。
在所示的形式中，壳体202具有五件式多部件结构，包括第一部分222、第二部分224、第三部分226、第四部分228和第五部分230。第一部分222和第二部分224在其间限定排出腔室204和供给腔室206。第二部分224和第三部分226在其间限定致动器腔室212，并且第二部分224包括将致动器腔室212连接至排出腔室204的排出端口232和将致动器腔室212连接至供给腔室206的供给端口234。致动器隔膜216设置在第三部分226与第四部分228之间，从而密封致动器腔室212。第三部分226和第四部分228限定第一致动器隔膜腔室235和第二致动器隔膜腔室237，致动器隔膜216的第一部分239和第二部分241延伸穿过第一致动器隔膜腔室235和第二致动器隔膜腔室237，致动器隔膜216的第一部分239和第二部分241在其一侧是来自致动器的压力并且在其另一侧是大气。腔室235、237可以是大致圆柱形的，因此致动器隔膜216的第一部分239和第二部分241是大致圆形的。当然，本文所述的所有致动器/致动器部分可以被如通常理解地配置为具有多余材料以允许隔膜/隔膜部分沿任一方向弯曲。第四部分228和第五部分230限定第一I/P腔室208和第二I/P腔室210，并且在其间容纳I/P隔膜214。I/P隔膜的第一部分243和第二部分245延伸穿过第一I/P腔室208和第二I/P腔室210。这样，第一I/P腔室208和第二I/P腔室210的泄放部分218由第四部分230和I/P隔膜214限定，并且加压部分220由第五部分230和I/P隔膜214限定。
供给腔室206经由合适的连接件/端口236耦接至供给装置233并且从供给装置233接收加压气体。排出腔室204包括通向大气的泄放口238。第一I/P腔室208和第二I/P腔室210的泄放部分218包括通向大气的泄放口240，I/P腔室208的加压部分220和第二I/P腔室210的加压部分220分别经由合适的通道或端口242耦接至第一I/P转换器20a和第二I/P转换器20b，从而接收加压气体并将气体排出。如果需要，壳体202可以包括空腔或安装件244，以在其中接纳第一I/P转换器20a和第二I/P转换器20b。
如图4所示，继动阀24还包括排出叠置件246，排出叠置件246从排出腔室204，穿过排出端口232和致动器腔室212，并且穿过从致动器腔室212延伸至第一I/P腔室208的通道248、250，延伸至第一I/P腔室208的泄放部分218。排出叠置件246包括：杯形构件252，该杯形构件252位于排出叠置件246的第一端部254处；中间阀杆256，该中间阀杆256具有第一端部258、延伸穿过排出端口232的缩窄部分260、阀座部分262和第二端部264；以及I/P构件266，该I/P构件266位于排出叠置件246的第二端部272处且具有盘形部分268和杆部分270。中间阀杆252的第一端部254被配置为通过比如延伸到杯形构件252的腔274中来安装或耦接至杯形构件248，并且第二端部264通过I/P隔膜214接合I/P构件266的杆部分270。
排出叠置件246使第一弹簧276与排出叠置件246的第一端部254接合。如此构造，第一弹簧276对排出叠置件246的第一端部254施加力。I/P隔膜214的第一部分243由于第一I/P腔室208中的压强而对排出叠置件246的第二端部272提供反作用力。通过第一途径，控制I/P腔室208中的压强以对第二端部272施加比弹簧力大的力使阀座部分262的环形座构件278接合排出端口232的唇缘或边缘280，由此密封致动器腔室212以防止通过排出腔室204进行泄放。通过类似的第二途径，控制第一I/P腔室208中的压强以对第二端部272施加比弹簧力小的力，使阀座部分262的环形座构件278与排出端口232的唇缘280脱开接合，从而使致动器腔室212内的压力通过排出端口232泄放至排出腔室204。
如图4所示，继动阀24还包括供给叠置件282，供给叠置件282具有与排出叠置件246类似的构型。供给叠置件282从供给腔室206，穿过供给端口234和致动器腔室212，并且穿过从致动器腔室212延伸至第二I/P腔室210的通道283、284，延伸至第二I/P腔室210的泄放部分218。供给叠置件282包括：杯形构件286，该杯形构件286位于供给叠置件282的第一端部288处；中间阀杆290，该中间阀杆290具有第一端部292、阀座部分294、延伸穿过供给端口234的缩窄部分296和第二端部298；以及I/P构件300，该I/P构件300位于供给叠置件282的第二端部306处且具有盘形部分302和杆部分304。中间阀杆290的第一端部292被配置为通过比如延伸到杯形构件286的腔308中来安装或耦接至杯形构件286，并且第二端部298穿过I/P隔膜214接合I/P构件300的杆部分304。
供给叠置件282使第二弹簧310与供给叠置件282的第一端部288接合。如此构造，第二弹簧310对供给叠置件282的第一端部288施加力，并且I/P隔膜214由于第二I/P腔室210中的压强而向供给叠置件282的第二端部306提供反作用力。通过第一途径，控制第二I/P腔室210中的压强以对第二端部306施加比弹簧力小的力，使阀座部分294的环形座构件312接合供给端口234的唇缘或边缘314，由此密封致动器腔室212以防止从供给腔室206供给加压气体。通过类似的第二途径，控制第二I/P腔室210中的压强以对第二端部306施加比弹簧力大的力，使阀座部分294的环形座构件312与供给端口234的唇缘314脱开接合，从而使加压空气从供给腔室206通过供给端口234进入致动器腔室212。
排出叠置件246的力图在图5中示出。如上所述，除了由第一弹簧276和I/P隔膜214的第一部分243提供的力之外，还由致动器腔室212中的压强提供阀座部分262上的力。因为致动器腔室212内的压强可能是变化的，因此该力可能改变用于使排出叠置件246移动的起始点压强。有利地，排出端口232的面积和致动器隔膜216的第一部分239的面积可以大致相等，使得所产生的力彼此抵消。
表示致动器排出叠置件246的这种关系的力等式如下：
∑F＝0＝-A1Pi+A2Pa-A3Pa+Fspring
其中，A1是I/P隔膜214的第一部分243的面积，Pi是由第一I/P转换器20a提供的压强，A2是致动器隔膜216的第一部分239的面积，Pa是致动器腔室212中的压强，A3是排出端口232的面积，并且Fspring是第一弹簧276的力。
处理该等式以反映由第一I/P转换器20a提供的压强的值，该等式变为：
如果A2＝A3，则该等式简化为：
因此，通过使致动器隔膜216的第一部分239的面积与排出端口232的面积相等，所需的来自第一I/P转换器20a的起始点压强与致动器腔室206中的压强无关。这意味着，使致动器1排放的起始点压强可以是一致的已知量，这与受致动器中经常波动的压强影响的常规继动阀的变化的起始点压强不同。此外，该构型为系统的操作提供了一致的死区时间。
供给叠置件282的力图在图6中示出。如上所述，除了由第二弹簧310和I/P隔膜214的第二部分245提供的力之外，还由致动器腔室212中的压强提供阀座部分294上的力。因为致动器腔室212内的压强可能是变化的，因此该力可能改变用于使供给叠置件282移动的起始点压强。有利地，供给端口234的面积和致动器隔膜216的第二部分241的面积可以大致相等，使得所产生的力彼此抵消。
表示供给叠置件282的这种关系的力等式如下：
∑F＝0＝-A4Pi+A5Pa-A6Pa+A6Ps+Fspring
其中，A4是I/P隔膜214的第二部分245的面积，Pi是由第二I/P转换器20b提供的压强，A5是致动器隔膜216的第二部分241的面积，Pa是致动器腔室212中的压强，A6是供给端口234的面积，Ps是供给腔室206中的压强，并且Fspring是第二弹簧310的力。
处理该等式以反映由第二I/P转换器20b提供的压强的值，该等式变为：
如果A5＝A6，则该等式简化为：
因此，通过使致动器隔膜216的第二部分241的面积与供给端口234的面积相等，所需的来自第二I/P转换器20b的起始点压强与致动器腔室206中的压强无关。力等式取决于供给腔室206中的压强。然而，在许多情况下，供给腔室206中的压强是已知的一致值。因此，在这些情况下，供给腔室206中的压强对该等式基本上没有变化的影响。这意味着起始点压强可以是一致的已知量，这与受致动器中经常波动的压强影响的常规继动阀的变化的起始点压强不同。此外，该构型为系统的操作提供了一致的死区时间。
参照图7，示出了呈第二形式的继动阀24’。继动阀24’包括许多与上述继动阀24相同的部件和特征。因此，本文将仅描述差异，其中类似部件用撇号表示。
处于该形式的壳体202’包括第六部分318，第六部分318分别限定用于第一弹簧276’和第二弹簧310’的弹簧腔室320、322。弹簧腔室320、322通过泄放口324通向大气。此外，继动阀24’包括容纳在壳体202’的第一部分222’和第六部分318之间的供给隔膜326。供给隔膜326的第一部分328和第二部分330分别延伸穿过弹簧腔室320、322与排出腔室204’和供给腔室206’之间的开口。
此外，如图7所示，排出叠置件246’和供给叠置件282’可以包括杯形构件332，杯形构件332具有腔334，腔334在其第一端部254’、288’处具有开口。腔334可以定尺寸成在其中接纳第一弹簧276’和第二弹簧310’。在供给隔膜326的任一侧，杯形构件332邻接中间阀杆256’、290’的第一端部258’、292’。
此外，排出叠置件246’和供给叠置件282’的部件可以穿过隔膜214’、216’、326固定在一起。更具体地，螺纹紧固件336可以插入到螺纹腔室338中，螺纹腔室338从排出叠置件246’和供给叠置件282’的第一端部254’、288’穿过杯形构件332延伸至排出叠置件246’和供给叠置件282’的中间阀杆256’、290’。类似地，螺纹紧固件340可以插入到螺纹腔室342中，螺纹腔室342从排出叠置件246’和供给叠置件282’的第二端部264’、298’延伸穿过I/P构件266’、300’，并且延伸到排出叠置件246’和供给叠置件282’的中间阀杆256’、290’中。
呈该形式的排出叠置件246’的力图与图5中示出的力图相同。呈该形式的供给叠置件282’的力图在图8中示出。如上所述，除了由第二弹簧310’、I/P隔膜214’的第二部分245提供的力以及由致动器腔室212’中的压强提供的阀座部分294’上的力之外，该形式的力图还包括由供给隔膜326的第二部分330提供的力。因为致动器腔室212’和供给腔室206’内的压强可能是变化的，因此这些力可能改变用于使供给叠置件282’移动的起始点压强。有利地，供给端口234的面积、致动器隔膜216’的第二部分241’的面积和供给隔膜326的第二部分330的面积可以大致相等，使得所产生的力彼此抵消。
表示呈这种包括供给隔膜326的形式的供给叠置件282’的这种关系的力等式如下：
∑F＝0＝-A4Pi+A5Pa-A6Pa+A6Ps-A7Ps+Fspring
其中，A4是I/P隔膜214’的第二部分245’的面积，Pi是由第二I/P转换器20b提供的压强，A5是致动器隔膜216’的第二部分241’的面积，Pa是致动器腔室212’中的压强，A6是供给端口234’的面积，Ps是供给腔室206中的压强，A7是供给隔膜326的第二部分330的面积，并且Fspring是第二弹簧310的力。
处理该等式以反映由第二I/P转换器20b提供的压强的值，该等式变为：
如果A5＝A6且A6＝A7，则该等式简化为：
因此，通过使致动器隔膜216’的第二部分241’的面积和供给隔膜326的第二部分330的面积与供给端口234’的面积相等，所需的来自第二I/P转换器20b起始点压强与供给腔室206和致动器腔室212’中的压强无关。这意味着对致动器1进行供给的起始点压强可以是一致的已知量，这与经受致动器腔室212以及如果适用的话供给腔室206中的经常波动的压强的常规继动阀的变化的起始点压强不同。此外，该构型为系统的操作提供了一致的死区时间。
本领域技术人员将认识到，在不背离本发明的范围的情况下可以对上述实施方式做出各种各样的改型、变型和组合，并且这些改型、变型和组合应被视为处于本发明构思的范围内。例如，尽管本文描述了具有多部件结构的壳体，但是壳体的各部分可以根据需要组合。此外，尽管示出了其各部分耦接至排出叠置件和供给叠置件的单个隔膜，但是也可以为每个叠置件提供单独的隔膜。

Claims (24)

1.一种继动阀，包括：
壳体，所述壳体包括：排出腔室；供给腔室，所述供给腔室耦接至供给装置；致动器腔室，所述致动器腔室耦接至致动器；排出端口，所述排出端口将所述排出腔室连接至所述致动器腔室；供给端口，所述供给端口将所述供给腔室连接至所述致动器腔室；以及I/P腔室，所述I/P腔室耦接至I/P转换器；
叠置件，所述叠置件具有第一端部、第二端部和阀座部分，所述叠置件被配置为在所述壳体内移动从而借助所述叠置件的所述阀座部分来控制所述排出端口或所述供给端口中的一者的打开和关闭；
弹簧，所述弹簧被配置为对所述叠置件的所述第一端部施加力；
I/P隔膜，所述I/P隔膜在所述壳体内被安装成延伸穿过所述I/P腔室，所述I/P隔膜被配置为基于由所述I/P转换器提供的压强对所述叠置件的所述第二端部施加力；
致动器隔膜，所述致动器隔膜被安装在所述壳体内并耦接至所述叠置件，所述致动器隔膜被设置在所述致动器腔室的与所述排出端口或所述供给端口中的所述一者相对的一侧上；
其中，所述致动器隔膜的面积大致等于所述排出端口或所述供给端口中的所述一者的面积，使得由于所述致动器腔室内的压强作用在所述阀座部分和所述致动器隔膜上而作用在所述叠置件上的力彼此抵消。
2.根据权利要求1所述的继动阀，其中，所述叠置件包括供给叠置件，所述供给叠置件被配置为在所述壳体内移动从而借助所述供给叠置件的所述阀座部分来控制所述供给端口的打开和关闭；并且所述致动器隔膜被设置在所述致动器腔室的与所述供给端口相对的一侧上。
3.根据权利要求2所述的继动阀，还包括供给隔膜，所述供给隔膜安装在所述壳体内并耦接至所述供给叠置件，所述供给隔膜设置在所述供给腔室的与所述供给端口相对的一侧，其中，所述供给隔膜的面积大致等于所述供给端口的面积，使得由于所述致动器腔室内的压强作用在所述阀座部分和所述致动器隔膜上而作用在所述供给叠置件上的力彼此抵消。
4.根据权利要求1所述的继动阀，其中，所述叠置件包括排出叠置件，所述排出叠置件被配置为在所述壳体内移动从而借助所述排出叠置件的所述阀座部分来控制所述排出端口的打开和关闭；并且所述致动器隔膜被设置在所述致动器腔室的与所述排出端口相对的一侧上。
5.根据权利要求4所述的继动阀，还包括供给叠置件，所述供给叠置件具有第一端部、第二端部和阀座部分，所述供给叠置件被配置为在所述壳体内移动，从而借助所述供给叠置件的所述阀座部分来控制所述供给端口的打开和关闭。
6.根据权利要求5所述的继动阀，其中，所述致动器隔膜包括第一致动器隔膜，所述I/P隔膜包括第一I/P隔膜，所述弹簧包括第一弹簧；所述I/P腔室包括I/P排出腔室；并且所述壳体还包括耦接至供给I/P转换器的I/P供给腔室；并且所述继动阀还包括：
第二弹簧，所述第二弹簧被配置为对所述供给叠置件的所述第一端部施加力；
第二I/P隔膜，所述第二I/P隔膜在所述壳体内被安装成延伸穿过所述供给I/P腔室，所述第二I/P隔膜被配置为基于由所述供给I/P转换器提供的压强对所述供给叠置件的所述第二端部施加力；以及
第二致动器隔膜，所述第二致动器隔膜安装在所述壳体内并耦接至所述供给叠置件，所述第二致动器隔膜被设置在所述致动器腔室的与所述供给端口相对的一侧上。
7.根据权利要求6所述的继动阀，其中，所述第一致动器隔膜和所述第二致动器隔膜包括单个隔膜的部分。
8.根据权利要求6所述的继动阀，其中，所述第一I/P隔膜和所述第二I/P隔膜包括单个隔膜的部分。
9.根据权利要求1所述的继动阀，其中，所述叠置件包括I/P构件和阀杆构件，所述I/P构件设置在所述壳体的所述I/P腔室内，所述阀杆构件具有第一端部、第二端部和所述阀座部分，其中，所述阀杆的所述第二端部和所述I/P构件在所述I/P隔膜的任一侧上彼此接合。
10.根据权利要求9所述的继动阀，其中，所述I/P构件和所述阀杆构件使用紧固件通过所述I/P隔膜而被固定在一起。
11.根据前述权利要求中的任一项所述的继动阀，其中，所述壳体具有多部件结构，所述多部件结构在其部分之间限定所述排出腔室、所述供给腔室、所述致动器腔室和所述I/P腔室。
12.一种继动阀，包括：
壳体，所述壳体包括：排出腔室；供给腔室，所述供给腔室耦接至供给装置；致动器腔室，所述致动器腔室耦接至致动器；排出端口，所述排出端口将所述排出腔室连接至所述致动器腔室；以及供给端口，所述供给端口将所述供给腔室连接至所述致动器腔室；
排出叠置件，所述排出叠置件具有第一端部、第二端部和阀座部分，所述叠置件被配置为在所述壳体内移动，从而借助所述排出叠置件的所述阀座部分控制所述排出端口的打开和关闭；
供给叠置件，所述供给叠置件具有阀座部分并且被配置为在所述壳体内移动从而借助所述供给叠置件的所述阀座部分控制所述供给端口的打开和关闭；
第一致动器隔膜，所述第一致动器隔膜被安装在所述壳体内并耦接至所述排出叠置件，所述第一致动器隔膜被设置在所述致动器腔室的与所述排出端口相对的一侧上，其中，所述第一致动器隔膜的面积大致等于所述排出端口的面积，使得由于所述致动器腔内的压强作用在所述阀座部分和所述第一致动器隔膜上而作用在所述排出叠置件上的力彼此抵消；以及
第二致动器隔膜，所述第二致动器隔膜被安装在所述壳体内并耦接至所述供给叠置件，所述第二致动器隔膜被设置在所述致动器腔室的与所述供给端口相对的一侧上，其中，所述第二致动器隔膜的面积大致等于所述供给端口的面积，使得由于所述致动器腔内的压强作用在所述阀座部分和所述第二致动器隔膜上而作用在所述供给叠置件上的力彼此抵消。
13.根据权利要求12所述的继动阀，其中，所述第一致动器隔膜和所述第二致动器隔膜包括单个隔膜的部分。
14.根据权利要求12或13所述的继动阀，还包括供给隔膜，所述供给隔膜安装在所述壳体内并耦接至所述供给叠置件，所述供给隔膜设置在所述供给腔室的与所述供给端口相对的一侧上，其中，所述供给隔膜的面积大致等于所述供给端口的面积，使得由于所述供给腔室内的压强作用在所述阀座部分和所述供给隔膜上而作用在所述供给叠置件上的力彼此抵消。
15.根据权利要求12至14中的任一项所述的继动阀，其中，所述排出叠置件包括设置在所述第一致动器隔膜的任一侧的上部构件和下部构件，并且所述供给叠置件包括设置在所述第二致动器隔膜的任一侧的上部构件和下部构件。
16.根据权利要求15所述的继动阀，其中，所述排出叠置件的所述上部构件和所述下部构件通过所述第一致动器隔膜而被固定在一起；并且所述供给叠置件的所述上部构件和所述下部构件通过所述第二致动器隔膜而被固定在一起。
17.根据权利要求12至15中的任一项所述的继动阀，其中，所述壳体包括第一I/P腔室和第二I/P腔室，所述第一I/P腔室耦接至第一I/P转换器，所述第二I/P腔室耦接至第二I/P转换器，所述排出叠置件的所述第二端部设置在所述第一I/P腔室内，所述供给叠置件的所述第二端部设置在所述第二I/P腔室内，并且所述继动阀还包括：
I/P隔膜，所述I/P隔膜包括第一部分和第二部分，所述第一部分延伸穿过所述第一I/P腔室，所述第二部分延伸穿过所述第二I/P腔室，所述第一部分和所述第二部分被配置为分别基于由相应的所述I/P转换器提供的压强对所述排出叠置件的所述第二端部和所述供给叠置件的所述第二端部施加力；
第一弹簧，所述第一弹簧设置在所述壳体内并且被配置为对所述排出叠置件的所述第一端部施加力；以及
第二弹簧，所述第二弹簧设置在所述壳体内并且被配置为对所述供给叠置件的所述第一端部施加力。
18.一种包括根据前述权利要求中的任一项所述的继动阀的系统，并且所述系统还包括：
第一I/P转换器和第二I/P转换器，所述第一I/P转换器和所述第二I/P转换器耦接至所述继动阀；以及
致动器，所述致动器耦接至所述继动阀。
19.根据权利要求18所述的系统，还包括控制器，所述控制器耦接至所述第一I/P转换器和所述第二I/P转换器并且被配置为接收来自所述致动器的反馈。
20.一种用于操作继动阀的方法，所述继动阀具有壳体，所述壳体包括：排出腔室；供给腔室，所述供给腔室耦接至供给装置；致动器腔室，所述致动器腔室耦接至致动器；排出端口，所述排出端口将所述排出腔室连接至所述致动器腔室；供给端口，所述供给端口将所述供给腔室连接至所述致动器腔室；以及I/P腔室，所述I/P腔室耦接至I/P转换器；所述方法包括：
对设置在所述壳体内且被配置为在所述壳体中移动的叠置件的第一端部施加第一力，从而借助所述叠置件的阀座部分来控制所述排出端口或所述供给端口的打开和关闭；
基于所述致动器腔室内的压强对所述叠置件的所述阀座部分施加第二力；
借助通过所述致动器腔室的一部分而设置的致动器隔膜在与所述第二力的方向相反的方向上对所述叠置件施加大小大致等于所述第二力的第三力，从而抵消所述第二力对所述叠置件的影响；
接收来自所述I/P腔室中的所述I/P转换器的输入压强；
借助通过所述I/P腔室而设置的I/P隔膜，基于所述输入压强来对所述叠置件的第二端部施加第四力，从而控制所述叠置件的移动。
21.根据权利要求20所述的方法，其中，施加所述第一力包括通过弹簧对所述叠置件的所述第一端部施加所述第一力。
22.根据权利要求20或权利要求21所述的方法，其中，所述叠置件包括供给叠置件，所述供给叠置件被配置为在所述壳体内移动，从而借助所述供给叠置件的所述阀座部分控制所述供给端口的打开和关闭，并且所述方法还包括：
基于所述供给腔室内的压强对所述供给叠置件的所述阀座部分施加第五力；以及
借助通过所述供给腔室的一部分而设置的供给隔膜，在与所述第五力方向的相反方向上对所述供给叠置件施加大小大致等于所述第五力的第六力，从而抵消所述第五力对所述供给叠置件的影响。
23.根据权利要求20或权利要求21所述的方法，其中，所述叠置件包括排出叠置件，所述排出叠置件被配置为在所述壳体内移动，从而借助所述排出叠置件的所述阀座部分控制所述排出端口的打开和关闭。
24.根据权利要求23所述的方法，其中，所述I/P腔室包括第一I/P腔室，所述致动器隔膜包括第一致动器隔膜，并且所述壳体还包括第二I/P腔室，所述第二I/P腔室连接至第二I/P转换器；并且所述方法还包括：
对设置在所述壳体内并被配置为在所述壳体内移动的供给叠置件的第一端部施加第一力，从而借助所述供给叠置件的阀座部分来控制所述供给端口的打开和关闭；
基于所述致动器腔室内的压强，对所述供给叠置件的所述阀座部分施加第二力；
借助通过所述致动器腔室的一部分而设置的第二致动器隔膜，在与所述第二力的方向的相反方向上对所述供给叠置件施加大小大致等于所述第二力的第三力，从而抵消所述第二力对所述供给叠置件的影响；
接收来自所述第二I/P腔室中的所述第二I/P转换器的输入压强；
借助穿过所述第二I/P腔室而设置的第二I/P隔膜，基于来自所述第二I/P转换器的所述输入压强对所述供给叠置件的第二端部施加第四力，从而控制所述供给叠置件的移动。
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