CN110094526B - 平衡内件调节器 - Google Patents

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Abstract

平衡内件压力调节器包括阀体，所述阀体具有由流体通路连接的流体入口和流体出口。孔口设置在所述流体入口与所述流体出口之间。阀座设置在所述流体通路内。可移动阀塞设置在所述流体通路内，所述可移动阀塞与所述阀座相互作用以选择性地打开或关闭所述流体通路。阀笼设置在所述流体通路中，所述阀笼围绕所述阀塞，并且所述阀笼包括至少一个平衡通路，所述平衡通路将所述流体通路与所述平衡腔室流体连接。

Description

平衡内件调节器
技术领域
本公开内容总体上涉及平衡压力调节器，并且更具体而言，涉及具有位于阀内件的阀笼中的平衡通路的平衡压力调节器。
背景技术
压力调节阀用于无数的工业和住宅应用中以控制流体的下游压力。例如，在化学处理工厂或炼油厂中，压力调节阀用于操纵流动的流体以补偿需求或其它负载扰动的增加或减少，从而保持流体压力受调节。类似地，压力调节阀可以用在卫生器具中以维持预定的流体压力，该压力自动调节到需求的变化，诸如淋浴设备或龙头中的防烫伤阀。通过控制下游压力，压力调节阀补偿下游需求的变化。例如，随着下游需求增加，压力调节阀打开以允许更多流体流过压力调节阀，从而维持相对恒定的下游压力。另一方面，随着下游需求减少，压力调节阀关闭以减少流过压力调节阀的流体量，再次维持相对恒定的下游压力。
压力调节阀可以被分类为平衡的或不平衡的。不平衡阀通常在阀塞的一侧具有高压入口流体，并且在阀塞的另一侧具有较低压力的出口流体。不平衡阀遭受称为衰减入口特性的不期望影响。衰减入口特性是其中随着上游压力降低，不平衡阀经历下游压力的意外增加的现象。这种影响是不期望的，因为大多数压力调节阀试图维持恒定的下游压力。衰减入口特性是由试图将阀塞移动到关闭位置的阀塞高压侧的流体力引起的。因此，阀必须具有某个机构来抵抗阀塞上的这种流体力。因为抵抗流体力的机构通常具有设定点，所以由这种机构生成的力是恒定的，而阀塞的入口侧上的流体力可以变化(例如，由于减少的入口流体供应，或者由于阀上游的压力变化)。衰减入口特性对于具有有限的压缩流体源的应用尤其重要，诸如气缸、管式拖车或海德里式设备(hydrils)，因为在这种应用中，存在固定的入口流体供应，因此入口流体压力随入口流体供应减少而降低。
不平衡阀还遭受阀座发生的损坏。在具有高入口压力的不平衡阀中，作用在大阀孔口上的流体压力能够压坏阀座。因此，不平衡阀不适用于高压力、大孔口应用。
为了解决在较高流量应用中的衰减入口特性，开发了平衡压力调节器。在平衡压力调节器中，上游压力的一部分被转向以作用于阀塞的未暴露部分或阀塞移动机构的未暴露部分。因此，通过不使流体压力的净效应作用在阀塞(或阀塞移动机构)上而使阀塞“平衡”。以这种方式，消除(或大大减小)衰减入口特性，因为作用在阀塞(或阀塞移动机构)上的流体力抵消，导致归因于流体压力的净零力。换而言之，过程流体本身生成非常小的或没有打开/关闭力。
在隔膜式压力调节器中，来自阀的上游或入口侧的较高压力流体可以排放到阀塞上方的腔室，以平衡阀塞上的力，类似于上述平衡调节器。通常，这种流体力的平衡是通过结合从入口侧通过阀塞延伸到腔室的一个或多个排放通道或端口而实现的。
图1示出了具有抗气蚀内件的传统平衡阀10。阀10包括流体入口12、流体出口14、以及流体入口通路16，该流体入口通路16将流体入口12通过孔口15耦接到流体出口通路18。阀10具有上流式种类(flow-up variety)，其中流体入口12和流体入口通路16设置在比流体出口14和流体出口通路18低的水平面(level)处。阀塞20经由阀杆22A连接到致动器(该致动器未示出，但是该致动器将位于阀杆22A上方)。一个或多个孔22B被提供在阀塞20顶部附近，来接收例如槽销(未示出)，以将阀塞20固定到阀杆22A。阀笼23定位在流体流动路径中以影响流体流动的期望特性。阀塞20的外表面24接触座环28的表面26，其中，座环28的表面26形成阀塞20的阀座。
为了防止阀10内的气蚀，可能需要提供抗气蚀内件。抗气蚀内件可以利用多个对称放置的凹槽29来限定分级流动路径。凹槽29被提供为促进保持流体以相对高的压力流过座环28，并且随着流体到达较高级而逐渐允许压力降低。
在操作中，致动器选择性地移动阀杆22A，并且因此使阀塞20向下朝向座环28移动以及向上远离座环28移动，以便相应地关闭和打开阀10。由于阀塞表面24相对于座环28的表面26的位置确定流体在阀塞20与阀座环26之间流动的速率，因此控制阀塞表面24和座环28的表面26的相对位置可以在一定程度上控制流体流过阀10的速率。
然而，由于阀塞表面24沿着其与座环28的表面26接触的区域的几何形状，因此从入口通路16通过孔口15朝向出口通路18的流体不被引导远离阀塞20和阀座环28的支撑表面24、26达到令人满意的程度，以便最佳地使阀座表面24、26区域中的不平衡力最小化。
此外，由于凹槽29彼此接近，因此存在流体短路的问题，也即，在不使用级间增压室的情况下从一个限制件传递到下一个限制件，导致压力下降快速，因此不足以避免气蚀。
在另一个示例中，图2中示出了典型的隔膜式压力调节器。压力调节器110包括阀体120，该阀体120具有由通路126流体连接的流体入口124和流体出口122。通路126包括喉部或孔口128(其形成通路126的最窄部分)，阀座130设置在该喉部或孔口128中。阀盖132容纳连接到阀杆136的负载弹簧134。阀杆136可操作地附接到阀塞138。阀塞138与阀座130相互作用以控制从入口124到出口122通过阀体120的流体流动。
隔膜139被连接到阀盖132和阀塞138。隔膜139将通路126与阀盖132中的腔140分开，该腔140包含负载弹簧134。隔膜139响应于通路126与腔140之间的压力差。
保持器142被附接到阀杆136并形成阀塞138的一部分并将阀塞138保持在阀杆136上。保持器142可以包括附接到阀杆136的一个或多个紧固件144(诸如螺母)。一个或多个平衡通路或通道146将通路126与位于阀塞138和腔140之间的腔室148流体连接。通过移动通过平衡通道146的流体而使阀塞138上的流体力平衡。
伴随隔膜式平衡调节器(诸如图1和图2中所示出的平衡调节器)的一个问题是，随着增加的流量，它们遭受设定点降压或下降。
发明内容
根据示例性方面，平衡内件压力调节器包括阀体，所述阀体具有由流体通路连接的流体入口和流体出口。孔口设置在所述流体入口与所述流体出口之间。阀座设置在所述流体通路内。可移动阀塞设置在所述流体通路内，所述可移动阀塞与所述阀座相互作用以选择性地打开或关闭所述流体通路。阀笼设置在所述流体通路中，所述阀笼围绕所述阀塞，并且所述阀笼包括至少一个平衡通路，所述平衡通路将所述流体通路与平衡腔室流体连接。
根据另一个示例性方面，平衡内件组件包括设置在流体通路内的阀座。可移动阀塞设置在流体通路内，所述可移动阀塞与所述阀座相互作用以选择性地打开或关闭所述流体通路。阀笼设置在所述流体通路中，所述阀笼围绕所述阀塞，并且所述阀笼包括至少一个平衡通路，所述平衡通路将所述流体通路与平衡腔室流体连接。
前述方面可以与以下优选形式中的任何一个或多个以及在对附图和以下描述进行详细检查时显而易见的其它方面和/或另外的方面、布置、特征和/或技术效果组合。
在一个优选形式中，所述阀笼包括第一开口和第二开口，所述第一开口和所述第二开口由所述平衡通路连接。
在另一个优选形式中，所述第一开口包括倒角表面。
在又一个优选形式中，所述阀笼包括围绕所述阀笼周向分布的多个平衡通路。
在另一个优选形式中，所述阀笼由增材制造技术形成。
在又一个优选形式中，所述阀塞的直径过小而无法容纳平衡通路。
在另一个优选形式中，所述平衡通路位于塞密封件的直径的外部。
附图说明
图1是现有技术平衡调节器的横截面视图；
图2是另一个现有技术平衡调节器的横截面视图；
图3是根据本公开内容的教导构造的平衡内件调节器的横截面视图；以及
图4是沿图3中的线A-A截取的图3的平衡内件调节器的阀笼的横截面视图。
尽管本公开内容易于进行各种修改和替代构造，但是其某些示例性实施例已经在附图中示出并且将在下面详细描述。然而，应当理解的是，并不意在将本公开内容限制于所公开的具体形式，相反，其意在覆盖落入本发明的精神和范围内的所有修改、替代构造及等同物。
具体实施方式
现在参考附图并具体参考图3和图4，平衡端口压力调节器通常由附图标记210表示。平衡端口压力调节器210包括阀体220，该阀体220具有由流体通路226连接的流体入口222和流体出口224。流体通路226包括从流体入口222通向流体出口224的喉部或孔口228(也即，通路226的最窄部分)，以及设置在孔口228中的阀座230。在图3的实施例中，阀座230形成孔口228，其是阀体220中的流体通路226的最窄部分。
阀盖232容纳负载弹簧(未示出)，该负载弹簧连接到阀杆(未示出)。阀杆可操作地附接到阀塞238。阀塞238与阀座230相互作用以控制从入口222到出口224通过阀体220的流体流动。在图3的实施例中，阀塞238位于阀座230的下游。在其它实施例中，阀塞238可以位于阀座230的上游。
阀笼254围绕阀塞238。在图3的实施例中，阀笼254与阀座230一体地形成。在其它实施例中，阀笼254和阀座230可以形成为单独的部件。阀笼254表征通过阀体220的流体流动。更具体地，阀笼254可以包括多个流动通路或开口256。多个平衡通道255形成在阀笼254的侧壁中，过程流体被允许通过该多个平衡通道255流动到平衡腔室248。阀笼254具有终止于孔口228的第一开口257以及终止于平衡腔室248的第二开口259。在图3所示的实施例中，第一开口257可以替代地是开口端或围绕阀笼254周向设置的多个平衡通道255(如图4中所示)。
阀塞238上的流体力由通过平衡通道255从较高压力区域移动到较低压力区域的流体来平衡。
平衡通道255将孔口228中的通路226流体连接到平衡腔室248。
在一些实施例中，阀座230、阀杆、阀塞238、和阀笼154可以形成为平衡塞组件。
在其它实施例中，第一开口端257可以包括倒角开口表面、或者以其它方式将开口引导远离来自入口222的流体流动方向的表面，如图3所示。在另外其它实施例中，多个开口257可以围绕阀笼254周向分布，如图4所示。平衡通道255的横截面形状通常可以是椭圆形。在其它实施例中，平衡通道255可以呈现几乎任何其它横截面形状，诸如圆形、正方形、三角形、槽形、不规则形、或任何其它形状。可以选择特定的形状来帮助将局部流体流动引导到阀笼254内的不同位置处的平衡通道255中。在另外其它实施例中，阀笼254可以包括开口、倒角开口、以及周向设置的开口的组合。
当阀塞238处于关闭位置、接触阀座230时，第一端257通常位于孔口228的最上游部分与阀塞238之间。通过这样定位第一端257，当阀塞238初始开始打开时，第一端257避开阀塞238与阀座230之间的最高流速的初始区域。
该最高流速区域有时被称为“帘幕区域(curtain area)”。因为帘幕区域中的平均流速是最高的，所以该区域中的静态压力在通路226中是最低的。帘幕区域保持最高流速的区域，直到阀塞238充分打开以使帘幕区域大于孔口区域。此时，孔口本身成为主要的流动限制件，并且孔口中的流速成为通路226中的最高流速。因为第一端257位于孔口228内，而不是在帘幕区域中，所以通过阀笼254传递到平衡腔室248的压力也减小了，导致在阀塞238接近完全打开位置时阀的显著升压(boost)，该完全打开位置是现有技术的阀经历降压(droop)的地方。在完全打开位置附近的这种升压抵消了降压，导致在阀塞238接近完全打开位置时更恒定的出口压力。
本文所公开的平衡内件调节器或平衡塞组件的实施例中任一实施例都可以用于有利地在打开循环中的一点处对抗调节器压力下降，在该打开循环中阀塞的完全打开位置附近最需要升压，因为在阀塞接近完全打开位置之前，孔口不会成为流动通路中最受限制的点。
另外，本文所公开的平衡内件调节器有利地允许平衡调节器形成在具有小端口尺寸的调节器中，其中的阀塞或塞柱太小而无法容纳平衡通路。本文所描述的阀笼可以由增材制造技术形成。平衡通路可以一体地形成在阀笼中。另外，本文所描述的阀笼中的平衡通路有利地经过塞密封件的直径的外部。
在其它实施例中，平衡通路可以形成在除了阀笼或阀塞之外的内件元件中。在另外其它实施例中，阀笼可以形成为多个部件，平衡通路延伸通过该多个部件。在另外其它实施例中，平衡通路可以包括晶格结构。
虽然本文已经根据本公开内容的教导描述了某些平衡内件调节器和平衡内件组件，但是本专利的覆盖范围不限于此。相反，尽管已经结合各种优选实施例示出并描述了本发明，但是显而易见的是，除了上述那些改变和修改之外，还可以进行某些改变和修改。本专利覆盖了完全落入允许的等同物的范围内的本公开内容的教导的所有实施例。因此，旨在保护本领域普通技术人员可能想到的所有变化和修改。

Claims (8)

1.一种平衡内件压力调节器，其包括：
阀体，所述阀体具有由流体通路连接的流体入口和流体出口，以及设置在所述流体入口与所述流体出口之间的孔口；
阀座，所述阀座设置在所述流体通路的所述孔口内；
阀塞，所述阀塞能够移动地设置在所述流体通路内，所述阀塞与所述阀座相互作用以选择性地打开或关闭所述流体通路；
位于所述阀塞上方的平衡腔室，以及
阀笼，所述阀笼设置在所述流体通路中，所述阀笼围绕所述阀塞，所述阀笼包括多个平衡通路，所述多个平衡通路将所述流体通路与所述平衡腔室流体连接，其中，所述多个平衡通路围绕所述阀笼周向分布，并且其中，所述多个平衡通路中的每个平衡通路都具有终止于所述平衡腔室的端，其中，所述多个平衡通路彼此完全独立，并且其中，所述阀笼包括第一端和与所述第一端相对的第二端，所述第一端和所述第二端由所述多个平衡通路连接。
2.根据权利要求1所述的平衡内件压力调节器，其中，所述第一端包括倒角表面。
3.根据权利要求1所述的平衡内件压力调节器，其中，所述阀塞的直径过小而无法容纳平衡通路。
4.根据权利要求1所述的平衡内件压力调节器，其中，所述多个平衡通路位于塞密封件的直径的外部。
5.一种平衡内件组件，其被配置为设置在阀体内，所述平衡内件组件包括：
阀座；
阀塞，所述阀塞能够相对于所述阀座移动，所述阀塞与所述阀座相互作用以选择性地打开或关闭所述阀座；
位于所述阀塞上方的平衡腔室，以及
阀笼，所述阀笼设置在所述阀体的流体通路中，所述阀笼围绕所述阀塞，所述阀笼包括多个平衡通路，所述多个平衡通路将所述流体通路与平衡腔室流体连接，其中，所述多个平衡通路围绕所述阀笼周向分布，并且其中，所述多个平衡通路中的每个平衡通路都具有终止于所述平衡腔室的端，其中，所述多个平衡通路彼此完全独立，并且其中，所述阀笼包括第一端和与所述第一端相对的第二端，所述第一端和所述第二端由所述多个平衡通路连接。
6.根据权利要求5所述的平衡内件组件，其中，所述第一端包括倒角表面。
7.根据权利要求6所述的平衡内件组件，其中，所述阀塞的直径过小而无法容纳平衡通路。
8.根据权利要求6所述的平衡内件组件，其中，所述多个平衡通路位于塞密封件的直径的外部。
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