CN1134603C - 截止流速的设定可调整的安全过流阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种过流阀，它有一个在腔室内部的滑动的提动头(11)，在腔室的一端有一个节流口，该阀的关闭流速设定点是可以调节的。通过从外部转动穿过该阀的带螺纹的构件能够进行精确的调节，这种调节使得一个用螺纹配合在上述构件上的限制器(37)在腔室内横向移动。这种移动使得限制器上的一个倾斜表面与提动头上的一个同样的倾斜表面接触，并相对于它滑动。由于该提动头被一个螺旋弹簧(25)压向限制器，所以上述提动头便在腔室内作纵向移动，或者接近或者离开上述节流口。转动上述带螺纹的构件便能精确地设定提动头的最大行程，因而也就能精确地设定阀的临界流速。为扩大设定的范围而不需要更换弹簧或改变节流口的尺寸，还可以设置附加的装置，例如用来改变弹簧弹力的垫圈和阀的壳体上的多位设定点。

Description

截止流速的设定可调整的安全过流阀

发明背景

I. 发明领域

本发明一般地涉及用于调节和防止通过阀的液体或气体过流的过流阀技术领域。更具体的说，本发明涉及这样一种过流阀，即，如果流速超过了预定的阈值范围，这个阀就能阻止液体或气体流过一个出口。

II. 相关技术

在煤气工业中使用过流阀是相当普遍的。这种阀一般用于煤气输送系统。这种阀是用来把流速限制在预定的最大流速以内，以调节所通过的煤气、蒸汽或流体的流量。如果流速超过了预定值，即表示工作状态不正常，或者有危险，例如软管、管道或者管件发生了损坏或破裂的事故，于是阀就自动截止液体或气体的流动，防止液体或气体的过度排放。

一般，煤气供应系统都有直接或者通过管道，或者通过类似的煤气输送装置与调节装置连接的煤气罐，或者公用的煤气管道，或者其它高压气源。这种调节装置把低压煤气供应到最后的目的物，例如炊事用的灶具。这种过流阀通常设置在调节装置的低压端。过流阀的目的是，万一压力调节装置失灵，或者任何连接的零件，例如软管或管道发生事故，就截止煤气的供应。

普通的过流阀包括一个装在腔室内部，能够关闭该腔室中的开口，防止流体或气体流过的滑动提动头。通常总是用一个弹簧把提动头压紧在离开开口的打开位置上。当流速达到或超过最大流速时，例如由弹簧的尺寸和/或弹簧的弹力所允许的流速时，压力差的增大将使提动头向上述开口滑动，以克服弹簧的弹力，调节或关闭过流阀。然而，采用标准过流阀的困难在于，这种阀不能调节，因而当用于液体或气体的压力和临界流速可能变化的场合时，需要更换过流阀。

过去，曾经使用过某些能在外部进行调节的阀装置，以使它能适应不同的流速和压力，而不必每次调节时都更换很多关键零件。设计了这种调节能力能减少每一次遇到不同的流速和压力时必须更换内部零件，例如弹簧，或者改变开口的尺寸等这一类困难。然而，这种能够调节的阀装置并不能适应所有的情况，因为它并不是专门设计来提供很宽的调节范围，也不能在需要对压力的变化反应灵敏的情况下对阀进行精确的设定。

在萨满(Sumner)等人的美国专利No.3,807,442  (下称“萨满专利”)中公开了一种具有有限的调节能力的过流阀。在萨满专利中提供了一种过流单向阀，它包括一个提升构件和一个具有外部调节能力的限制构件。提升构件与一个节流口之间的距离决定了流体流过该阀的过流面积。借助于改变过流面积，由于流体的流动而形成的压力差便成反比例地变化(即，当过流面积减小时，压力差增大)。在萨满专利的一个实施例中采用了一个凸轮构件，当它转动时，便调节它的提升构件与节流口之间的距离。可是，调节上述距离的能力受到在凸轮构件上设定的预先选定的设定点，即凸起部分和平坦部分的限制，这就是说，对于任何规定的使用场合，由凸轮构件决定的关闭速率可能比连接在煤气管线上的用具的综合要求大很多，这样就会不能使阀动作而导致很大的危险流量。这种阀还不能包容可能需要的很大的流速范围。

在玛尔达夫(Maldavs)的美国专利No.4,383,549中(下称“玛尔达夫专利”)公开了另一种称作液压管线的速度保险器的能进行外部调节的阀。玛尔达夫保险器包括一个带有伸进内部掩蔽体中的调节螺钉的提升阀总成。上述掩蔽体有助于使流体的流动离开提动头本体，因此，只有提动头暴露在流体中。掩蔽体的内部构件还有助于缓冲提动头的运动，所以，它对于管线中由于短时间的波动而产生的少许压力变化不会作出很快的反应。与受到缓冲的提动头结合在一起使用的调节螺钉平常对于流动压力的变化是不太敏感的。

有鉴于现有技术中，即，在萨满专利和玛尔达夫专利中所公开的过流阀，以及其他同类型的阀，只具有很有限的粗放的调节能力这种局限性，例如，在萨满专利中，阀的灵敏度决定于有限的预先设定的流速值阈，而在玛尔达夫专利中，调节螺钉向横向运动，并且要对着自由转动的提动头旋转，这样就很难进行精确的调节。这些过流阀还不能包含很大的流速值范围。因此，需要这样一种过流阀，它在实际上对于任何设定的临界流速都很灵敏。此外，这种过流阀的临界流速很容易调节，以适应范围很宽的液体或气体供应压力。

发明概述

本发明提供了一种用于调节流过的流体、蒸汽或煤气的流量的过流阀装置和方法。按照本发明，这种过流阀能在一个很宽的流速范围内进行调节。如果流体、蒸汽或煤气的流速超过了预定的流速(称作“临界流速”)，这种阀就能截止它们的流动。这种阀装置实际上能对任何临界流速作出反应，因而能适应很宽范围的流体或气体供应压力。与此同时，这种阀装置能在上述很宽的范围内进行精确和准确的调节，使得它能在实际上应用于任何场合，例如可用于很低的压力场合，这时，要求对于压力的变化非常灵敏。此外，在由于灾难性事故，例如地震、水灾、爆炸或者诸如此类的事故而使燃料管线、软管或管道破裂时，这种阀能截止流体或气体的流动。在上述事故中，过流阀除去最小允许背压之外，基本上完全截止了流体或气体的供应。在燃料管线、软管或管道修复之前，这种阀不会恢复流体或气体的流动。

本发明的优选实施例涉及一种过流阀，当流速超过预定的阈值时，它能阻止诸如天然气或蒸汽之类的气体流出一个出口。虽然这种阀也能连接在流体管道上，但，本发明的阀的优选实施例特别倾向于当天然气和/或液化石油气在低压下，在流过管道或诸如此类的气体输送装置时，发生泄漏或灾难性事故时，用于防止过流。

上述优选的阀包括一个设置在一个腔室内的滑动的提动头，当流速超过阈值时，这个提动头能被驱动到关闭一个节流口。这个节流口能让气体从一端流向另一端。一个螺旋弹簧用来在流速低于过流速度时迫使提动头离开上述节流口。设置了一个用于设定上述提动头能够相对于上述节流口运动的最大距离的调节机构。借助于精确地控制上述调节机构的位置，就能够准确地调节上述阈值，而不需要改变弹簧的弹力，改变节流口的尺寸等等。与此同时，还以所要求的速率提供了阀的操作的可重复性。

上述调节机构包括一个穿过上述腔室的带螺纹的构件，和一个位于该构件上方的调节凸轮。上述带螺纹的构件可以在外部进行调节，优选该构件垂直于提动头的纵向的运动方向。上述凸轮设置在带螺纹的构件上，能够相对于上述腔室作横向运动，并相对于上述带螺纹的构件作纵向运动。在凸轮上有一个倾斜的接触表面，用于相对于提动头顶部相同倾斜的接触表面进行相对滑动。因此，借助于使带螺纹的构件转动和使凸轮作横向移动，上述调节凸轮的接触表面便靠在上述提动头的接触表面上滑动，而且，由于弹簧把提动头压向凸轮，所以提动头要么向着节流口移动，要么离开节流口。弹簧所施加的压力迫使提动头的接触表面向着凸轮的接触表面移动，于是凸轮就维持提动头继续运动，并且决定了它的最大移动距离。

上述弹簧在流速超过阈值之前使提动头保持靠在凸轮上的打开位置，在这种情况下，作用在提动头上的压力差的增大，就使得提动头移动到关闭位置。精确地控制提动头相对于节流口的最大移动距离，即，临界速率，就能够让阀在它的工作范围内进行基本上无限制的调节，并且对于流速的变化和从该装置的一部分到另一部分的压力差有很高的灵敏度。同样，在该优选实施例中，阀的结构设计成基本上限制了提动头相对于凸轮的转动，从而有助于使两个倾斜的接触表面互相保持接触，并且能作单向的平行的相对移动。在提动头的顶部还设有延伸到腔室的壁上的支承臂，以便在调节的过程中，即在转动带螺纹的构件在提动头的顶部加上横向压力时，稳定提动头，同时确能让提动头在腔室内沿着纵向滑动。

除了上述调节机构之外，还有一些其它特征有助于扩大阈值的可能范围。首先，可以加上一个垫圈来调节弹簧对于任何给定的提动头与节流口之间的移动距离的被压缩的长度。第二，可以把带螺纹的构件定位在位于阀的壳体上的若干固定的设定点上，于是，调节机构与节流口之间的距离就能够变化。这些预选的设定点使得调节机构能定位在离开节流口更近一些或者更远一些的位置上，从而扩大了潜在的阈值速率的范围。如有需要，也可以改变提动头的长度来扩大上述范围。这种阀还考虑到在设定好了之后，用一个抗干扰的可拆卸塞头来盖住带螺纹的构件的头部。在转动了带螺纹的构件，并且正确调节了临界流速之后，把这个塞头盖在带螺纹的构件的头部上面，以防止未经授权的调节。

附图说明

下面，参照附图详细描述本发明的实施例，将使本发明的上述和其余特点和优点更加明显。附图中：

图1是用于本发明的过流阀的本体的例示结构的纵断面图；

图2是用于本发明的过流阀的本体的例示结构处于打开位置时的纵断面图，其中的断面与图3中的断面垂直；

图3是用于本发明的过流阀的本体的例示结构处于关闭位置时的纵断面图，其中的断面与图2中的断面垂直；

图4a、4b和4c分别是一个用于本发明的过流阀中的，带有倾斜接触表面和支承臂的提动头例示结构的顶视图、侧视图和底视图；

图5a、5b和5c分别是用于本发明的过流阀中带有倾斜接触表面的调节凸轮的例示结构的端视图、顶视图和侧视图；

图6a和6b分别是用于本发明的过流阀中的带螺纹的构件的例示结构的侧视图和端视图；

图7a是用于本发明的过流阀中的带有可拆卸塞头的阀体上带孔盖子的例示结构的横断面图；

图7b是用于本发明的过流阀中密封盖的例示结构的横断面图；

图8a和8b是可用于本发明的过流阀中的不同厚度的垫圈；

图9是用于本发明的过流阀中带有长提动头和上部设定装置中的带螺纹的构件的多设定装置的例示总成；

图10是用于本发明的过流阀中带有长提动头和上部设定装置中的带螺纹的构件，以及一个垫圈的多设定装置的例示总成；

图11是用于本发明的过流阀中带有长提动头和上部设定装置中的带螺纹的构件，以及两个垫圈的多设定装置的例示总成；

图12是用于本发明的过流阀中带有短提动头和中央设定装置中的带螺纹的构件的多设定装置的例示总成；

图13是用于本发明的过流阀中带有长提动头和中央设定装置中的带螺纹的构件，以及一个垫圈的多设定装置的例示总成；以及

图14是用于本发明的过流阀中带有短提动头和下部设定装置中的带螺纹的构件的多设定装置的例示总成。

优选实施例

现在请参阅附图，本发明提供了一种过流阀和调节流过该阀的流体、蒸汽或气体的流量的方法。在第一实施例中，如图1所示，这种阀装置包括一个单腔室壳体1，它有一个上游端2和一个下游端3，在壳体内部的一端有带一个节流口5的腔室4。节流口5在壳体1的一个狭窄部分7上形成，流体或气体能够通过它从一端2流向另一端3。狭窄部分7在靠近腔室4的较宽部分9处有一个容纳部分8，用于容纳提动头座15，对此将在下面描述。壳体1优选在其两端2和3上都有外螺纹，以便能够固定在带螺纹的管道系统中，例如那些用于煤气分配系统的管道。

壳体1上有一个开口或孔10，一个如图6a所示的带螺纹的构件31能穿过这个孔从横向拧入腔室内。在其它实施例中，可以设置多个孔10，以便使带螺纹的构件31相对于壳体1的位置能够改变，这一点将在下面描述。如图1所示，在腔室4的另一侧，在较宽部分9的内壁上，有一个与孔10以下述方式协同工作的凹坑29，即，上述带螺纹的构件31能穿过腔室4进入凹坑29中，让带螺纹的构件固定在壳体1的两侧。应该理解，其它用于支承带螺纹的构件31的装置也可以使用，这些都包括在本发明的构思之内。壳体1优选用坚固的，刚性好的，气密的材料，例如钢、复合材料、硬塑料等制成，并且能用任何现有技术中的方式制造。

如图2和3所示，在腔室4内有一个滑动的提动头11，和一个沿着纵向与壳体1的轴线平行的方向延伸的螺旋弹簧25。提动头11和弹簧25在腔室4内通常是同轴线的，并且上述弹簧一般位于外侧，靠近腔室的外圆周，而提动头则在上述弹簧的里面。腔室4的内壁通常呈圆筒形，以便能让弹簧和提动头在腔室4内无阻碍地滑动。弹簧25一般是这样放置在腔室4内的，即，它的下端30压靠在腔室4的狭窄部分7上，而它的上端28伸向提动头顶部14。弹簧25的上端28优选与提动头顶部14以这样的方式协同工作，即，上述弹簧要把提动头推离节流口5。弹簧25可以是任何常用的类型，即，用金属制成，并且，如该技术领域所公知的，可以对它的弹力进行预校正。

提动头11通常设计成能在腔室4内部滑动，一般是在弹簧25的里面。图4a、4b和4c中所示的提动头11优选有一个下凸缘部分12，有四块翅片16从它上面延伸出来，一个用于密封节流口5的阀座15，一个伸长的轴部13，和一个提动头顶部14。下凸缘部分12能在节流口5内滑动，并且它与腔室的相对位置是这样确定的，即，提动头11能由翅片16导向沿着纵向滑动。阀座15在凸缘部分12的顶部向外延伸，并且如图3所示，它的形状设计成当它处于关闭位置时基本上与容纳部分8配合，使阀座15密封住节流口5。如图4c所示，各翅片16之间的间隔18，以及阀座15与节流口的容纳部分8之间的距离，可用于确定流体或气体从一端2通过它流向另一端3的过流面积。节流口5的尺寸，以及翅片16之间的过流面积18经过仔细的校正，以便获得合适的流量。轴部13在阀座15的上方，该轴部一般比较细，以减轻提动头的整体重量，这样，重量就不致显著地影响阀的性能。如有需要，可以沿轴部13设置一些肋片24，以增强刚度。如有需要，可以通过加长或者缩短轴部13或者提动头的其他部分，把提动头11作得长些或短些，以调节临界流速。

如图4a-4c所示，提动头顶部14上有一根或多根支承臂19。支承臂19通常沿横向向外延伸，为提动头11提供在腔室4的壁部上的支承。上述支承臂19与下凸缘部分12上的翅片16结合起来，就能让提动头11沿着壳体1的轴线作纵向滑动。支承臂19还为提动头提供抵抗过流阀在调节时可能施加在提动头顶部14上的横向压力的支撑。优选地，至少设置四根支承臂19，但支承臂也可以是任何需要的数量，以便提供在腔室4圆筒形壁部内任何方向的足够的支撑。各支承臂19之间的空间26也必须具有足够的过流面积，即，要大于节流口5的过流面积，这样，阀的流速就不是由腔室的这一部分来控制了。这一点对于所有集中位于腔室4内部的阀构件来说也一样要做到。虽然支承臂19要向腔室壁部延伸得足够远，以便提供横向支承，但，最好稍稍向内离开壁部，以减少臂19与腔室内部之间的摩擦。如图2和3所示，提动头顶部14和支承臂19一起，或者直接，或者与放置在弹簧与提动头顶部14之间的保持环或垫圈联合起来，卡住弹簧25的上端部28。

优选地，提动头的倾斜的接触表面17位于提动头顶部14上。该接触表面17的倾斜度基本上与图5a-5c中所示的调节凸轮37上的接触表面39的倾斜度相同。提动头顶部14的两根支承臂19之间的接触表面17的位置，当配合在这两根支承臂之间时，能让凸轮的接触表面39相对于提动头的接触表面17滑动，与此同时，也限制了这两个接触表面17和39之间的相对转动。两根支承臂19之间的宽度20最好只稍稍大于凸轮接触表面39的宽度，这样，就基本上分别限制了表面17与39的相对转动，以及这两个表面连接在上面的提动头11与凸轮37之间的相对转动。由于限制了提动头11相对于凸轮37的转动，所以接触表面17与39将始终互相平行，并且在调节的过程中作单向滑动，从而能精确地进行调节。很容易明了，可以在凸轮37或阀的其它部分上设置类似的支承导轨，以限制提动头11与凸轮37之间的相对转动，并且，也可以采用限制提动头转动的其它装置，例如沿着腔室或节流口的导轨。

如图2和3所示，带螺纹的构件3 穿过位于壳体1上的孔10。如图6a和6b所示，该带螺纹的构件31优选是在其长度的一部分上带有外螺纹33的轴或螺栓。这根轴在其一端34有一个头部35，其另一端为终端36。当构件31插入壳体1中时，其终端36便插入腔室4中与孔10相对的一侧的凹坑29中，于是轴的带螺纹的部分33便沿着横向穿过腔室4，同时构件31支承在壳体1上。头部35的位置是这样确定的，即，能够从壳体的外部通过孔10接近它。头部35一般是内六角头，但也可以是螺钉头，六角头，或者其它形状的头，以便使带螺纹的构件31能在腔室4内部转动。

如图3所示，凸轮37装在带螺纹的构件31上。如图5a-5c所示，凸轮37有一个能相对于构件31上的螺纹部分33转动的螺纹孔41。转动带螺纹的构件31便使得凸轮37在它上面沿纵向移动，并且如图3所示，相对于腔室4作横向移动。凸轮的接触表面39从固定部分延伸出来，其方向与提动头的接触表面17平行，基本上沿着同一个示于图3中的倾斜平面60，并且与提动头的接触表面17接触并在它上面滑动。两个表面17和39以及倾斜平面60的角度一般为45度，但，任何其它能使这两个表面在互相垂直的方向上作相对运动的角度都可以使用。当转动带螺纹的构件31，并且凸轮37作横向运动时，上述两个接触表面便相对滑动，同时，由于弹簧25把提动头11压向凸轮37，所以这两个接触表面17和39的相对滑动能使得提动头的接触表面17和提动头11沿着纵向作靠近或者离开节流口5的运动。由于凸轮限制了提动头向上的运动，所以用这种方式调节凸轮37就设定了提动头相对于节流口5的最大行程。

包括提动头顶部14在内的提动头11和凸轮37这两个构件都可以用实际上坚固而有弹性的任何材料制造，但，最好是用复合材料，例如杜邦公司制造的Delrin^TM复合材料制造。这种材料一般能承受很大的温度和湿度变化，其结果是两个接触表面17和39的磨损很均匀，并且能以很低的摩擦作相对运动。这种材料的重量很轻，所以阀的朝向对提动头11的运动只有很小的影响。提动头11和构件31可以用任何常用的方法，例如注塑成形法来制造。

如图7a所示，设置了一个密封盖45把孔10密封住。密封盖45优选有与孔10中的内螺纹相配的外螺纹46，以使密封盖45能嵌入孔内并固定在它上面，形成气密密封。密封盖45上有一个空腔47，带螺纹的构件的头部35可以靠近它定位，所以这个密封盖有助于将带螺纹的构件31固定在上述腔室内，只让它在里面转动，而不让它滑动。在这个优选实施例中，设置了一个穿过该密封盖45的接近孔49，于是就能够在外面，即，从壳体1的外部转动带螺纹的构件31的头部35。如图9所示，最好在密封盖45的空腔47内设置一个轴套50，以防止流体或气体从腔室4通过接近孔49泄漏出来。

通常，接近孔49带有内螺纹，这样，就可以把一个断开螺钉51拧在里面，以防止任意调节带螺纹的构件31。螺钉51和接近孔49上相应的螺纹52、53的节距最好是特制的，这样，标准的螺钉就拧不进去。这个断开螺钉51有一个分离头部55，例如一个螺钉头，内六角头，六角头等等，可以借助于任何常用工具使它转动。头部55只用一根很细的杆56支承着，在阀调节好拧入螺钉51之后，可以把这根杆打断。

设置如图8a和8b所示的垫圈57、59和61能扩大临界流速的范围。这种垫圈一般是环形的，与弹簧的形状相配，但是，很明显，实际上可以设置任何形状的垫圈。在靠近弹簧的上端28或下端30，或者在上、下两端，可以把一个或多个垫圈插入腔室内。借助于垫圈压缩弹簧和调节弹簧的弹力，这种垫圈对于任何给定的提动头行程都能有助于调节临界流速。把垫圈插入腔室与弹簧之间的各种例示方式可见图10、11和13。根据所要求的临界流速范围，垫圈57、59和61的厚度可以各不相同。如有需要，可以设置任何数量的垫圈。

如图9-14所示，在本发明的另一个实施例中，这种装置可以是一种多位过流阀装置。这种阀装置的结构和工作过程与第一实施例中的阀装置相似，不同的是它的临界流速范围较宽。基本上如图9-14所示，图中用一个三位壳体构造70来说明这种多位过流阀装置。在这种三位壳体构造中，为带螺纹的构件31设置了三个沿轴向分布的位置63、64和65。过流阀中的其他构件的具体尺寸可以调整，以便使带螺纹的构件31能插入一个新的位置。对于每一个位置可以使用同一个具有预先校正的弹力的螺旋弹簧25，或者，如有必要，可以用不同的弹簧，以覆盖较宽的临界流速范围。如图9-14所示，在每一个位置上都有一个孔10和与其协同工作的凹坑29，这些都和第一实施例中所用的一样。每一个位置63、64和65都离开节流口5预定的距离，以便能扩大临界流速的范围。不使用的位置可以用带螺纹的塞头67密封，如图7b所示，以防止流体或气体从壳体1中泄漏或逸出。与可以用调节机构进行的精细调节相结合，这种多位构造的阀实际上可用于完成任何临界流速范围。虽然在本文中说明的是三位，但应该理解，根据所要求的流速范围和所要求的调节精细程度，同样也可以设置两位、四位、五位或更多的位置。

在阀打开的位置上，阀可以把液体或气体的流量从端部2的一个面积调节到相对一端3的另一个面积。为了调节阀，要用头部35转动带螺纹的构件31，于是凸轮37就在与流动方向，或者与壳体1的纵轴线垂直的方向上作横向移动。如上所述，凸轮的接触表面39设计成能沿着倾斜平面60相对于提动头的接触表面17滑动。在图2和3所示的实施例中，凸轮37沿着构件31离开密封盖45的横向移动，能让提动头11随着弹簧25的压力向上移动，从而增大了提动头座15与节流口5之间的距离。因此，通过节流口5而形成的压力差减小了，从而增大了临界流速，在该流速下阀将截止液体或气体的流动。另一方面，凸轮37向着密封盖45的位移使得提动头11向下移动，从而减小了提动头座1 5与节流口5之间的距离。相应地，通过节流口5而形成的压力差增大了，从而降低了临界流速。(当然，上述倾斜平面60的斜坡结构也可以倒过来，结果，向着密封盖45移动将增大而不是减小临界流速)。借助于这种新颖的构造，这种阀实际上能设定在任何临界流速上。

在实践中，这种阀可以用于调节煤气从外部的气源流入软管的流量。首先要决定软管的最大煤气消耗率(所有使用煤气的设备都打开时的消耗率)。然后，将临界流速设定在所要求的值上，例如，大约比最大消耗率高10％。这一般要由专业人员用流量计来确定。因此，如果最大消耗率确定为100,000BUT(英国热量单位)，那么，就用调节一个预先校正过的带螺纹的构件31，把临界流速设定在110,000BTU左右。如果流速超过了设定的临界流速，则提动头就对着弹簧25向节流口5移动，使得提动头座15压住容纳部分8，使阀切断煤气供入软管，从而避免了潜在的灾难性事故。采用本发明的构造，阀能够设定在任何临界流速上，具有实际上没有限制的调节性能。

图2表示在其打开位置使用时的这种过流阀例示结构的断面图，而图3从与图2中的断面垂直的方向表示处于关闭位置的同一个阀。当提动头11向上或向下滑动时，它由两块或者更多的导向翅片16和/或支承臂19来导向。在提动头顶部14上的支承臂19保证该提动头在上下运动时，沿纵向在壳体1内部滑动。上述支承臂19还有助于在调节时稳定提动头。还有，由于提动头顶部14上太大的横向压力会使支承臂19粘结在腔室4的壁上，所以在进行阀的设定时必须注意，在进行最后设定之前要稍稍把带螺纹的构件31倒转一些，松开提动头。如图2所示，提动头11被压向凸轮37，凸轮37就限制了提动头在腔室4内向上的运动，而且，当超过临界流速时，提动头11便迅速离开凸轮37，向节流口5滑动，使得提动头座1 5把阀密封住，如图3所示。

请参阅图9-14，这种阀可以用来大大地扩大潜在的临界流速的范围。例如，在一个实施例中曾经进行了试验和研究，对于天然气的临界流速的范围能从30,000BTU左右扩大到1,500,000BTU左右。以下的例子表明用单独一个阀体，利用各种尺寸的垫圈、提动头和多位设定方式所可能达到的调节范围。在每一个实施例中，使用单一的预先校正过弹力的弹簧，用一个三位壳体1，以及一个接触表面成45度角的调节机构。在每一种情况下，都可以进行在工作范围之内的基本上没有限制的精确调节，而不必更换弹簧，或者改变节流口的尺寸，等等。

No.1总成：该总成示于图9，它采用标准尺寸的提动头11，并且带螺纹的构件31处于上部位置63。该总成使用本发明的调节机构的工作范围，对于天然气大约是31,000-593,000BTU，对于液化石油气大约是47,000-944,000BTU。

No.2总成：该总成示于图10，它采用带有一个垫圈61(厚度0.300英寸)的标准尺寸的提动头11，并且带螺纹的构件31处于上部位置63。该总成使用本发明的调节机构的工作范围，对于天然气大约是39,000-916,000BTU，对于液化石油气大约是61,000-1,457,000BTU。

No.3总成：该总成示于图11，它采用带有两个垫圈59、61(厚度分别为0.200和0.300英寸)的标准尺寸的提动头11，并且带螺纹的构件31处于上部位置63。该总成使用本发明的调节机构的工作范围，对于天然气大约是52,000-793,000BTU，对于液化石油气大约是82,000-1,262,000BTU。

No.4总成：该总成示于图12，它采用一个较短的提动头69，并且带螺纹的构件31处于中间位置64。该总成使用本发明的调节机构的工作范围，对于天然气大约是75,000-980,000BTU，对于液化石油气大约是119,000-1,561,000BTU。

No.5总成：该总成示于图13，它采用一个带有一个垫圈57(厚度0.100英寸)的较短的提动头69，并且带螺纹的构件31处于中间位置64。该总成使用本发明的调节机构的工作范围，对于天然气大约是36,000-877,000BTU，对于液化石油气大约是57,000-1,395,000BTU。

No.6总成：该总成示于图14，它采用一个较短的提动头69，并且带螺纹的构件31处于底部位置65。该总成使用本发明的调节机构的工作范围，对于天然气大约是54,000-851,000BTU，对于液化石油气大约是86,000-1,354,000BTU。

采用以上所述的阀总成，对于绝大多数使用天然气或者液化石油气的场合来说，上述临界流速的范围似乎已经足够了。因此，单独一个其设定值能在现场在很大的范围内调节的阀，不需要改变壳体1的尺寸，也不需要改变节流口5的尺寸或者弹簧25的张力，就能够用于所供应的液体或气体的压力变化的各种场合。这种设定还能够重新调整，而且能够重复进行，因为接触表面的磨损通常是很均匀的。而且，有时另一种场合可能需要不同的临界流速范围，那么，就应该了解，还可以用改变带螺纹的构件31的位置，改变提动头11的长度，和/或改变垫圈的尺寸和数量来进一步改变临界流速的范围。如有需要，上述调节机构的移动范围也可以调节。

与标准阀的调节临界流速不同，调节本发明的阀不需要更换弹簧或改变节流口的尺寸，而可以采用以上所述的一个或多个步骤。例如，当使用单独一个阀的壳体时，可以增加一个或者多个垫圈，来为任何给定的设定值调节弹簧的有效弹力，以改变可能的临界流速范围。还可以用多位设定方式来扩大任何给定尺寸的壳体所可能有的临界流速范围。此外，还可以改变提动头本身来调节提动头的行程，因而也就调节了临界流速。然后，利用调节机构，将带螺纹的构件31转动到预定的位置，即转动到一个特定的BTU值，把阀设定在精确的临界流速上。

还利用流量计进行了测试，试验表明了调节机构调节的灵敏度。例如，用在一个进口供应空气(模拟天然气)的管道系统进行了试验，管子直径为3/4英寸，长度大约54英尺，其一端为恒压，其另一端是钻机帽。该系统是用来模拟系统中远离进口的一端是低压的情况的。对于天然气的临界流速设定为大约64,000BTU(或50 SCFH)的阀进行了试验，当在钻机帽上所钻的孔直径为0.1250英寸时，此时阀关闭。当对于天然气的临界流速设定为大约128,000BTU(或100SCFH)进行了试验，当在钻机帽上所钻的孔直径为0.1719英寸时，此时阀关闭。因为在管道系统中进口端的压力高于远端的压力，所以，当孔钻得离开进口端较近时，例如在10英尺之内，一般阀在孔较小的时候，即孔的尺寸是钻在远端处的孔的一半时，阀就关闭了。由于本发明的阀具有设定在精确的临界流速上的能力，所以这种阀对于大小的泄漏都能够检测出来，而不会把小的泄漏与先导的轻微的压力下降相混淆，或者把大的泄漏与所有的器具都打开，即最大消耗量相混淆。

以上对本发明进行了详细的描述，但是应该理解，本发明不是仅仅限于这些特定的实施例。本发明的构思包括了那些没有进行专门描述的实施例，它的保护范围只能由本申请权利要求书来确定。

Claims (31)

1.一种截止流速的设定可调整的过流阀，它包括：

一个带有沿纵向延伸的腔室的壳体，该壳体有一个位于上述腔室一端的节流口；

一个在上述腔室内的提动头，它能沿纵向，在一个打开位置与一个关闭位置之间运动，上述提动头能在上述关闭位置上密封上述节流口；

一个用于压迫上述提动头沿上述纵向离开上述节流口到上述打开位置去的弹簧构件；

一个穿过上述壳体进入上述腔室的，可从外部进行调节的带螺纹的构件；

一个用于限制上述提动头沿上述纵向相对于上述节流口的运动的限制器，上述限制器与上述带螺纹的构件是这样进行协同工作的，即，转动上述带螺纹的构件使得在上述限制器上的第一倾斜表面沿纵向相对于上述带螺纹的构件移动，而沿横向相对于上述腔室移动；

一个位于上述提动头上的第二倾斜表面，该提动头受到上述弹簧构件基本上向着上述第一倾斜表面的推压，其中，上述第一和第二倾斜表面能互相接触，并且能沿着基本上同一个平面相对滑动；

其中，借助于在外部转动上述带螺纹的构件，就能使限制器沿纵向相对于上述带螺纹的构件移动，并且沿横向相对于上述腔室移动，并且，上述第一倾斜表面的位置能调节和设定在一个预定的位置上，此时，上述第一倾斜表面的位置决定了上述提动头在上述纵向上的最大行程，因而，上述第一倾斜表面的位置有助于决定上述阀的临界流速。

2.如权利要求1所述的阀，其特征在于，上述阀的结构使得上述提动头相对于限制器的转动基本上被一条或者多条导轨所限制，此时，上述第一和第二倾斜表面能互相接触，并且基本上作单方向的相对滑动。

3.如权利要求1所述的阀，其特征在于，上述弹簧构件主要将上述第二倾斜表面压向上述第一倾斜表面，使得它们在实质上互相接触，此时，转动带螺纹的构件将使第一倾斜表面相对于上述第二倾斜表面作横向移动，从而使上述提动头或者移向或者离开上述节流口。

4.如权利要求1所述的阀，其特征在于，上述带螺纹的构件相对于上述壳体除了能够转动之外，基本上在所有方向上都是固定的，其中，上述带螺纹的构件的至少一部分基本上位于上述腔室内部，上述带螺纹的构件具有一个头部，该头部能从上述壳体的外部接近，以便能从外部调节上述带螺纹的构件。

5.如权利要求4所述的阀，其特征在于，设置一个断开塞头，以防止当上述带螺纹的构件一旦调节好了之后，它的头部被转动。

6.如权利要求1所述的阀，其特征在于，上述提动头上设有一条或多条支承臂，以帮助在上述腔室内横向支承上述提动头，上述支承臂能让上述提动头在上述腔室内沿纵向自由移动。

7.如权利要求1所述的阀，其特征在于，在上述腔室内设置一个或多个垫圈，以调节上述弹簧构件的弹力，并改变上述阀的临界流速，其中，上述一个或多个垫圈用于在任何给定的提动头的最大行程下，调节上述弹簧构件使提动头移动到上述关闭位置所必须压缩的距离。

8.如权利要求1所述的阀，其特征在于，上述壳体上有多个带螺纹的构件能够定位在上面的设定点，其中，每一个设定点各位于上述壳体上离开上述节流口预定的距离上，并且，借助于改变上述带螺纹的构件的定位位置并使之定位在一特定的设定点上，就能够调节上述临界流速的范围。

9.如权利要求8所述的阀，其特征在于，上述多个设定点中的每一个设定点都在壳体的一侧有一个孔，在其另一侧有一个凹坑，其中，上述带螺纹的构件能穿过上述孔插入并延伸通过上述腔室进入另一侧的凹坑内，于是，上述带螺纹的构件便在所有的方向上，除了转动之外，固定在上述壳体内部，并且在上述腔室内其取向成横向。

10.如权利要求1所述的阀，其特征在于，上述限制器基本上能在上述带螺纹的构件上在极小和极大设定点之间无限变化，其中，上述第一倾斜表面的位置可由上述带螺纹的构件精确地控制，此时，可用上述阀达到低压场合所需要的灵敏度。

11.一种截止流速的设定可调整的安全过流阀，它包括：

一个带有一腔室和一位于上述腔室一端的节流口的壳体；

一个在上述腔室内，能在打开位置和关闭位置之间运动，并且能密封上述节流口的提动头；

一个用于迫使上述提动头离开上述节流口移动到上述打开位置去的弹簧构件；

一个调节机构，该机构包括一个从外部调节的构件和一个与该构件协同工作能够运动的凸轮，其中，上述凸轮能相对于上述从外部调节的构件移动，并且能用于设定上述提动头相对于上述节流口的最大行程，并且，上述凸轮在上述构件上的位置确定了上述阀的临界流速。

12.如权利要求11所述的阀，其特征在于，上述能从外部调节的构件带有螺纹，并且在上述腔室内沿着横向延伸，其中，上述凸轮与上述从外部调节的构件螺纹配合以便借助于转动上述构件，上述凸轮便沿着上述构件作纵向移动，而在上述腔室内作横向移动。

13.如权利要求12所述的阀，其特征在于，在上述凸轮上有一个第一倾斜表面，该倾斜表面能与在上述提动头上的第二倾斜表面接触，上述第二倾斜表面被上述弹簧构件压向上述第一倾斜表面，此时，使上述凸轮沿着上述构件向一方向作纵向移动，便使得上述第一和第二倾斜表面作相对滑动，并且上述第二倾斜表面向第二方向移动，于是，上述提动头便运动，或者向着上述节流口，或者离开上述节流口。

14.如权利要求13所述的阀，其特征在于，上述凸轮和/或提动头带有一条或多条导轨，从而基本上限制了上述提动头相对于上述凸轮的转动，并且，当上述从外部调节的构件转动，而且上述凸轮沿上述构件纵向移动时，上述第一和第二倾斜表面便沿着基本上同一个平面和基本上向单一的方向互相相对滑动。

15.如权利要求11所述的阀，其特征在于，上述从外部调节的构件除了能够转动之外，基本上固定在上述腔室内，此时，转动上述构件便使得上述与它协同工作的凸轮沿纵向相对于上述构件，沿横向相对于上述腔室运动。

16.一种用于调节包括天然气、液化石油气之类的在压力下的气体或液体流动系统的临界流速的方法，它包括：

在上述流体流动系统上安装一个带有一提动头和一节流口的阀，上述阀有一个调节机构，该调节机构包括一个从外部调节的构件，和一个与其协同工作的可移动的凸轮；

确定上述流体流动系统的临界流速；

借助于调节上述从外部调节的构件和使上述凸轮相对于该构件运动，来设定上述阀的临界流速，其中，上述凸轮可相对于上述从外部调节的构件移动，并且能用于与上述提动头接触，以确定上述提动头相对于上述节流口的最大行程。

17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，上述把阀安装在上述流体流动系统中的步骤包括下列附加步骤：在上述凸轮上设置一个第一倾斜表面，并在上述提动头上设置一个第二倾斜表面，其中，上述第一和第二倾斜表面互相接触，以确定上述提动头相对于上述节流口的最大行程。

18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，上述方法还包括下列附加步骤：限制上述提动头相对于上述凸轮的转动，使得上述第一倾斜表面相对于上述第二倾斜表面的运动方向基本上保持恒定。

19.如权利要求17所述的方法，其特征在于，上述设定提动头相对于上述节流口的最大行程的步骤包括：转动上述从外部调节的构件，以使上述凸轮在它上面沿纵向向着第一方向移动，此时，上述凸轮向上述第一方向的移动使得上述第一和第二倾斜表面互相相对滑动，而上述被一个弹簧压向上述凸轮的提动头则向第二方向移动，或者接近或者离开上述节流口。

20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，上述设定临界流速的步骤能使上述系统中的流速超过临界流速时让阀关闭，其中，当上述系统中的上游部分与下游部分之间的压力差足够大，以致使上述提动头克服了上述弹簧压在它上面的向着上述凸轮方向的压力，使得该提动头向接近并盖住上述节流口的方向移动，就是超过了上述临界流速。

21.如权利要求16所述的方法，其特征在于，确定上述流体流动系统的临界流速的步骤包括确定上述流体流动系统的最大消耗率，并在上述最大消耗率上增加一个预定的数量。

22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，加在上述最大消耗率上的预定的量大约是该最大消耗率的10％。

23.如权利要求16所述的方法，其特征在于，上述方法还包括下列附加步骤：在上述阀上提供若干设定点，并把上述从外部调节的构件定位在上述设定点中的一个点上，从而就能够以此方式来调节可能的临界流速的范围。

24.如权利要求16所述的方法，其特征在于，上述方法还包括下列附加步骤：设置一个迫使上述提动头离开上述节流口移动到一个打开位置的弹簧，以及设置一个或多个垫圈，对于上述提动头的任何给定的最大行程，上述垫圈能用于调节上述弹簧的弹力，其中，上述一个或多个垫圈可以用于调节上述弹簧必须压缩的、使提动头移动到关闭位置的压缩量。

25.如权利要求16所述的方法，其特征在于，上述方法还包括下列附加步骤：选择一个具有预定长度的提动头，其中，该提动头的长度能够用于调节能够使用上述方法来调节的可能的临界流速的范围。

26.一种截止流速的设定可调整的安全过流阀，它包括：

一个带有一腔室和一个节流口的壳体；

一个在上述腔室内，能在打开位置和关闭位置之间运动的提动头，上述提动头能在上述关闭位置上密封上述节流口，并且其上有一个第一滑动表面；

一个迫使上述提动头离开上述节流口移动到上述打开位置去的弹簧；

一个调节机构，该机构包括一个从外部调节的构件，从它上面延伸出一个第二滑动表面，其中上述第一和第二滑动表面能互相接触，以设定上述提动头相对于上述节流口的最大行程，其中，上述第二滑动表面相对于第一滑动表面的位置决定了上述阀的临界流速；以及

一条用于限制上述提动头相对于上述调节机构转动的导轨，使得上述第一滑动表面相对于上述第二滑动表面的移动方向能够保持基本上恒定不变。

27.如权利要求26所述的阀，其特征在于，当上述第一和第二滑动表面互相接触时，上述两个滑动表面基本上沿着同一个倾斜平面延伸。

28.如权利要求26所述的阀，其特征在于，上述导轨由两个或者多个在上述第一和/或第二滑动表面上任何一方延伸的导向表面所组成，其中上述两个或多个导向表面之间的距离只稍稍大于上述第一和/或第二滑动表面的宽度，以使这些导向表面限制上述第一滑动表面和第二滑动表面能够相对转动的程度。

29.如权利要求28所述的阀，其特征在于，由于限制了上述第一和第二滑动表面的相对转动，上述第一和第二滑动表面能基本上保持互相平行，并且在调节过程中基本上沿着同一个平面向单一方向作相对滑动。

30.如权利要求26所述的阀，其特征在于，若干支承臂从上述提动头向外，向着腔室的壁延伸，以便在调节过程中稳定上述提动头，并且在上述提动头在上述腔室中进行纵向移动的过程中帮助支承上述提动头。

31.如权利要求26所述的阀，其特征在于，上述从外部调节的构件包括一根伸进上述腔室的带螺纹的轴，并且，在该带螺纹的轴上设有一个带有螺孔的凸轮和它协同工作，并且上述第二滑动表面位于上述凸轮上，使得通过转动上述从外部调节的构件，上述凸轮便沿着上述带螺纹的轴作纵向移动，并使上述第二滑动表面向一个方向移动，这样，上述第二滑动表面就相对于上述第一滑动表面滑动，并使得上述第一滑动表面向第二方向移动。

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