CN203162270U - 流体流动控制装置及流体过程控制系统 - Google Patents

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Abstract

本实用新型提供一种流体流动控制装置及流体过程控制系统。所述流体流动控制装置包括内件阀芯、隔膜组件和控制元件。所述内件阀芯限定阀芯供给端口和上平坦表面。所述阀芯供给端口沿气动放大器的供给通路布置，所述上平坦表面沿所述气动放大器的排出通路布置。所述隔膜组件限定所述排出通路上的排出端口。所述控制元件可移动地布置在所述内件阀芯内，并包括供给塞、排出塞以及杆。所述供给塞接合所述阀芯供给端口，所述排出塞接合所述排出端口。所述排出塞还包括与所述内件阀芯的上平坦表面共面的下平坦表面。

Description

流体流动控制装置及流体过程控制系统
相关申请的交叉引用
本申请是2010年10月8日提交的美国专利申请No.12/901,018的部分继续申请。该申请的全部内容通过参考并入本文。
技术领域
本公开涉及气动放大器和包括该气动放大器的气动系统。
背景技术
用来控制诸如压缩气体、天然气、石油、丙烷等流体的流动的系统在本领域是已知的。这些系统通常包括至少一个控制阀，用来控制流体的不同流动参数。典型的控制阀包括例如阀塞等阀控制元件，其可移动地布置在流动通路内，用来控制流体的流动。如本领域中已知的，这种控制元件的位置可借助例如活塞致动器或基于隔膜的致动器等气动致动器由定位器来控制。例如，常规的定位器将气动信号传递到致动器，以在打开位置和闭合位置之间冲击阀控制元件。但是，标准定位器冲击控制阀的速度部分地取决于致动器和控制阀的大小。例如，较大的致动器/控制阀通常需要更长的时间来冲击。
因此，这种系统还使用位于定位器和致动器之间的一个或多个气动放大器。对于单作用阀，通常使用单个气动放大器。对于双作用阀，使用两个气动放大器，耦接到阀的致动器控制元件(即，活塞或隔膜)的每一侧各使用一个。该气动放大器用来放大从定位器发出的气动信号的体积，由此增加致动器冲击控制阀的速度。
实用新型内容
针对上述现有技术中的问题，本公开的目的在于提供新型的流体流动控制装置及流体过程控制系统。
本公开的一个方面提供一种流体流动控制装置，包括供给端口、出口、排放端口、内件阀芯(trim cartridge)、隔膜组件以及控制元件。所述供给端口用来接收加压流体供给。所述出口用来传递加压流体供给。所述排放端口用来排放加压流体供给。所述内件阀芯布置在所述供给端口和所述出口之间以及所述出口和所述排放端口之间。所述内件阀芯限定了阀芯供给端口和上平坦表面。所述阀芯供给端口沿着所述供给端口和所述出口之间延伸的供给通路布置。所述上平坦表面沿着在所述出口和所述排放端口之间延伸的排出通路设置。所述隔膜组件布置在所述出口和所述排放端口之间，并限定沿排出通路的排出端口。所述控制元件可移动地布置在所述内件阀芯内，并包括供给塞、排出塞和在所述供给塞和所述排出塞之间延伸的杆。所述供给塞可选择地接合所述内件阀芯的阀芯供给端口，由此封闭供给通路。所述排出塞可选择地接合所述隔膜组件的所述排出端口，由此封闭所述排出通路。所述排出塞包括布置在所述排出塞和所述杆的接合部位的下平坦表面。所述排出塞的下平坦表面与所述内件阀芯的上平坦表面共面。
所述的流体流动控制装置还包括弹性体供给部件，其布置在所述控制元件的供给塞和所述阀芯供给端口之间，用于提供流体紧密密封；以及弹性体排出部件，其布置在所述控制元件的排出塞和所述隔膜组件的排出端口之间，用于提供流体紧密密封。
所述弹性体供给部件被固定到所述控制元件的供给塞，以及所述弹性体排出部件被固定到所述控制元件的排出塞。
所述的流体流动控制装置还包括本体，其限定所述供给端口和所述出口；隔膜壳体，其限定所述排放端口并包括所述隔膜组件；以及弹簧帽，其限定控制信号端口。
所述的流体流动控制装置还包括供给弹簧和排出弹簧，所述供给弹簧由所述内件阀芯支撑并接合所述控制元件，以朝向所述阀芯供给端口偏置所述控制元件，所述排出弹簧布置在所述弹簧帽和所述隔膜组件之间，以朝向所述控制元件偏置所述排出端口。
所述隔膜组件包括仪器隔膜、反馈隔膜以及布置在所述仪器隔膜和所述反馈隔膜之间的穿孔间隔件，所述反馈隔膜连通至所述本体的出口，以及所述仪器隔膜连通至所述弹簧帽的控制信号端口。
所述隔膜壳体包括反馈腔，所述隔膜组件可移动地布置在所述反馈腔中，所述反馈腔具有邻近所述仪器隔膜的第一横截面尺寸和邻近所述反馈隔膜的第二横截面尺寸，所述第二横截面尺寸大于所述第一横截面尺寸。
本公开的另一个方面提供一种流体流动控制装置，其包括本体、隔膜壳体、弹簧帽、供给通路、排出通路、内件阀芯、隔膜组件和控制元件。所述本体限定了适于耦接到至少一个加压气体供给的供给端口和适于耦接到控制阀的致动器的出口。所述隔膜壳体被耦接到所述本体并限定适于连通至周围大气的排放端口。所述弹簧帽被耦接到所述隔膜壳体并限定适于接收气动控制信号的控制信号端口。所述供给通路在所述本体的供给端口和出口之间延伸。所述排出通路在所述本体的出口和所述隔膜壳体的排放端口之间延伸。所述内件阀芯被布置在所述本体内并限定阀芯供给端口和上平坦表面。所述阀芯供给端口沿着在所述本体的供给端口和出口之间的供给通路布置。所述上平坦表面沿着在所述本体的出口和所述隔膜壳体的排放端口之间的排出通路布置。所述隔膜组件布置在所述隔膜壳体内，并限定沿着在所述本体的出口和所述隔膜壳体的排放端口之间的排出通路布置的排出端口。
所述控制元件布置在所述本体内，并包括供给塞、排出塞和在所述供给塞和所述排出塞之间延伸的杆，所述排出塞包括布置在所述排出塞和所述杆的接合部位的下平坦表面。所述控制元件和所述隔膜组件能够分别在所述本体和所述隔膜壳体中相对于静态位置移动，其中供给端口阀座载荷推进所述供给塞来接合所述阀芯供给端口，同时排放端口阀座载荷推进所述隔膜组件的排出端口来接合所述控制元件的排出塞，以封闭所述排出通路。当所述控制元件和所述隔膜组件处于静态位置时，所述内件阀芯的上平坦表面与所述排出塞的下平坦表面相对齐。
所述控制元件和所述隔膜组件能够从所述静态位置移动到供给位置和排放位置，其中，当处于所述供给位置时，所述排出端口阀座载荷推进所述排出端口来接合所述排出塞，并将所述供给塞推进到与所述阀芯供给端口相隔开的位置，以及当处于所述排放位置时，所述供给端口阀座载荷推进所述供给塞来接合所述阀芯供给端口，所述本体的出口中的出口压强克服所述排出端口阀座载荷，并将所述排出端口推进到与所述排出塞相隔开的位置。
所述的流体流动控制装置还包括：弹性体供给部件，其布置在所述控制元件的供给塞和所述内件阀芯的阀芯供给端口之间，用于在处于所述静态位置和所述排放位置上时提供流体紧密密封；以及弹性体排出部件，其布置在所述控制元件的排出塞和所述隔膜组件的排出端口之间，用于在处于所述静态位置和所述供给位置上时提供流体紧密密封。
所述弹性体供给部件被固定到所述控制元件的供给塞，以及所述弹性体排出部件被固定到所述控制元件的排出塞。
所述排出端口阀座载荷的大小相对所述出口的出口压强成比例变化，以及所述供给端口阀座载荷的大小相对所述出口压强成反比例变化。
所述的流体流动控制装置还包括供给弹簧和排出弹簧，所述供给弹簧由所述内件阀芯支撑并接合所述控制元件，以朝向所述阀芯供给端口偏置所述控制元件，所述排出弹簧布置在所述弹簧帽和所述隔膜组件之间，以朝向所述控制元件偏置所述排出端口。
所述隔膜组件包括仪器隔膜、反馈隔膜以及布置在所述仪器隔膜和所述反馈隔膜之间的穿孔间隔件，所述反馈隔膜连通至所述本体的出口，以及所述仪器隔膜连通至所述弹簧帽的控制信号端口。
所述隔膜壳体包括反馈腔，所述隔膜组件可移动地布置在所述反馈腔中，所述反馈腔具有邻近所述仪器隔膜的第一横截面尺寸和邻近所述反馈隔膜的第二横截面尺寸，所述第二横截面尺寸大于所述第一横截面尺寸。
本公开的另一个方面提供一种流体过程控制系统，其具有控制阀、致动器、第一加压流体源、第二加压流体源、第一和第二气动放大器以及定位器。所述致动器可操作地连接到所述控制阀，并包括活塞、流体连通至所述活塞的第一表面的第一控制端口和流体连通至所述活塞的第二表面的第二控制端口。所述第一加压流体源用于在正常操作模式中启动所述致动器。所述第二加压流体源用于在切断模式(trip mode)中启动所述致动器。所述第一气动放大器被流体连通地连接至所述致动器的第一控制端口和所述第一加压流体源。所述第一气动放大器适于增加在正常操作模式中从所述第一加压流体源传递到所述第一控制端口的加压流体的体积。所述第二气动放大器被流体连通地连接至所述致动器的第二控制端口、第一加压流体源和第二加压流体源。所述第二气动放大器适于增加在正常操作模式中从所述第一加压流体源以及在切断模式下从所述第二加压流体源传递到所述第二控制端口的加压流体的体积。所述定位器具有流体连通至所述第一加压流体源的入口、流体连通至所述第一气动放大器的入口接头的第一出口以及流体连通至所述第二气动放大器的入口接头的第二出口。所述定位器适于在用于控制所述控制阀的系统的正常操作模式中将气动信号传递到所述第一和第二气动放大器。
所述第一和第二气动放大器分别包括供给端口、出口、排放端口、内件阀芯、隔膜组件以及控制元件。所述内件阀芯限定阀芯供给端口和上平坦表面。所述阀芯供给端口沿着所述气动放大器的供给通路布置，所述供给通路在所述供给端口和出口之间延伸。所述上平坦表面沿着所述气动放大器的排出通路布置，所述排出通路在所述出口和所述排放端口之间延伸。所述隔膜组件限定沿着在所述出口和所述排放端口之间的排出通路布置的排出端口。所述控制元件可移动地布置在所述内件阀芯中，并包括用于选择性地接合所述内件阀芯的所述阀芯供给端口的供给塞、用于选择性地接合所述隔膜组件的排出端口的排出塞以及在所述供给塞和所述排出塞之间延伸的杆。所述排出塞包括在所述排出塞和所述杆的交界处的下平坦表面。当所述供给塞和所述排出塞分别同时接合所述阀芯供给端口和所述排出端口时，所述下平坦表面与所述内件阀芯的上平坦表面对齐布置。
所述控制元件和所述隔膜组件能够在静态位置、供给位置和排放位置之间移动，其中：当处于所述静态位置时，供给端口阀座载荷推进所述供给塞来接合所述阀芯供给端口，以及同时排出端口阀座载荷推进所述排出端口来接合所述排出塞，当处于所述供给位置时，所述排出端口阀座载荷推进所述排出端口来接合所述排出塞，并将所述供给塞推进到与所述阀芯供给端口相隔开的位置；以及当处于所述排放位置时，所述供给端口阀座载荷推进所述供给塞来接合所述阀芯供给端口，所述气动放大器的出口中的出口压强克服所述排出端口阀座载荷并将所述排出端口推进到与所述排出塞相隔开的位置。
在所述切断模式中，所述控制元件和所述隔膜组件处于所述排放位置。
在所述切断模式中的第一气动放大器的所述供给端口阀座载荷大于在所述正常操作模式中的第一气动放大器的所述供给端口阀座载荷，以及在所述切断模式中的第二气动放大器的所述排出端口阀座载荷大于在所述正常操作模式中的第二气动放大器的所述排出端口阀座载荷。
所述的流体过程控制系统还包括与所述供给塞相关的弹性体供给部件和与所述排出塞相关的弹性体排出部件。
对于所述第一气动放大器和第二气动放大器中的每一个，所述供给端口阀座载荷和所述排出端口阀座载荷在所述正常操作模式中相同。
所述第一气动放大器和所述第二气动放大器分别还包括：本体，其限定供给端口和出口，所述供给端口耦接到第一加压气体源和第二加压气体源，所述出口耦接到所述致动器的第一控制端口和第二控制端口中的一个端口；隔膜壳体，其限定所述排放端口，所述排放端口与大气连通；以及弹簧帽，其限定耦接到所述定位器的第一流体出口和第二流体出口中的一个出口的控制信号端口。
所述第一气动放大器和第二气动放大器中的每一个的隔膜组件包括仪器隔膜、反馈隔膜以及布置在所述仪器隔膜和所述反馈隔膜之间的穿孔间隔件，所述反馈隔膜连通至所述出口，以及所述仪器隔膜连通至所述控制信号端口。
所述第一气动放大器和第二气动放大器中的每一个的隔膜壳体包括反馈腔，所述隔膜组件可移动地布置在所述反馈腔中，所述反馈腔具有邻近所述仪器隔膜的第一横截面尺寸和邻近所述反馈隔膜的第二横截面尺寸，所述第二横截面尺寸大于所述第一横截面尺寸。
所述排出端口阀座载荷的大小相对所述出口的出口压强成比例变化，以及所述供给端口阀座载荷的大小相对所述出口压强成反比例变化。
第一气动放大器和第二气动放大器分别还包括供给弹簧和排出弹簧，所述供给弹簧由所述内件阀芯支撑并接合所述控制元件，以朝向所述阀芯供给端口偏置所述控制元件，所述排出弹簧布置在所述弹簧帽和所述隔膜组件之间，以朝向所述控制元件偏置所述排出端口。
通过本公开的技术方案，气动放大器的排出端口阀座载荷相对出口压强成比例变化，而本公开的气动放大器的供给端口阀座载荷相对出口压强成反比例变化。如此设置，气动放大器在理想的操作状态下将适当的阀座载荷有效地最大化，由此最小化和/或阻止这里所述的在切断模式中从第二加压流体源的流体泄漏，同时还将气动放大器的死区最小化(即，响应于输入信号所需的压强变化)。
附图说明
图1是根据本公开的原则构造的流体控制系统的概略图；
图2是处于静态操作位置时图1的流体控制系统的气动放大器的横截面侧视图；
图3是处于供给操作位置时图1的流体控制系统的气动放大器的横截面侧视图；
图4是处于排出操作位置时图1的流体控制系统的气动放大器的横截面侧视图；
图5是沿图2的圆III绘制的本公开的气动放大器的细节图；
图6是图2中所示的气动放大器的性能的图表。
具体实施方式
图1示出了根据本公开的原则构造的流体过程控制系统10。系统10包括第一加压流体源12、第二加压流体源14、控制阀组件15、第一和第二气动放大器100a、100b、定位器18和切断阀20，其中控制阀组件15包括致动器16a，致动器16a耦接到阀16b并具有上致动器腔17a和下致动器腔17b。同样如图1所示，本形式的系统10包括过滤器22和压强调节器24。系统10包括多个用于将流体传递到不同组件的传递管道L1-L11和止回阀26，止回阀26可将系统在正常操作模式和切断模式之间转换，这将在下面详细描述。
第一加压流体源12可包括例如车间用加压空气的供应。过滤器22用于过滤可能由车间用加压空气携带的任何大颗粒，调节器24确保车间用加压空气在大体上恒定的压强下被传递到系统10的其余部分。第二加压流体源14包括容积罐，其存储固定容积的加压流体，用以在第一加压流体源12的压强降低到某一预定临界压强以下并且系统10转换到切断模式时将控制阀致动器16a推进到理想的位置。
如通常所知的，本公开的本形式的控制阀致动器16a包括致动器杆28。致动器16a通过致动器杆28可操作地连接到控制阀16b，并包括可操作地耦接到致动器杆28的活塞30。致动器16a的壳体32包括经由上致动器腔17a流体连通至活塞30的第一表面30a的第一控制端口34以及经由下致动器腔17b流体连通至活塞30的第二表面30b的第二控制端口36。在公开的形式中，活塞30的第一和第二表面30a、30b分别是活塞30的上表面和下表面。应该理解的是，在其它形式中，活塞30的第一表面30a和第一控制端口34可以在底部，而第二表面30b和第二控制端口36可以在顶部。
如图1所示，第一气动放大器100a和第二气动放大器100b分别包括供给端口38a、38b、出口40a、40b以及控制信号端口42a、42b。第一气动放大器100a的出口40a经由流体管道L7流体连通地连接至致动器16a的第一控制端口34。第一气动放大器100a的供给端口38a经由流体管道L10流体连通至第一加压流体源12。第一气动放大器100a的控制信号端口42a经由流体管道L6、切断阀20和流体管道L3流体连通至定位器18。如此设置，在正常操作模式中，第一气动放大器100a适于增大(即，增加)从第一加压流体源12传递到致动器16a的第一控制端口34的加压流体的体积，由此增加致动器16a响应于由定位器18产生的气动信号来运行控制阀16b的速度。
第二气动放大器100b的出口40b经由流体管道L8流体连通地连接至致动器16a的第二控制端口36。第二气动放大器100b的供给端口38b经由流体管道L9、L10流体连通地连接至第一加压流体源12，并仅经由流体管道L9流体连通地连接至第二加压流体源14。第二气动放大器100b的控制信号端口42b经由流体管道L5、切断阀20和流体管道L4被连接到定位器18。如此设置，在正常操作模式中，第二气动放大器100b适于增大(即，增加)从第一加压流体源12传递到致动器16a的第二控制端口36的加压流体的体积，由此增加致动器16a响应于由定位器18所产生的气动信号来运行控制阀16b的速度。此外，在切断模式中，第二气动放大器100b适于增大即增加传递到致动器16a的第二控制端口36的加压流体的体积，以及第一气动放大器100a适于增大即增加从致动器16a的第一控制端口34排放的加压流体的体积，这将在下面更详细地讨论。
仍参见图1，定位器18可以是数字阀控制器(DVC)，例如，包括仪器供给端口44、第一出口46和第二出口48。定位器18的仪器供给端口44经由流体管道L1流体连通地连接至第一加压流体源12。在正常操作中，定位器18的第一出口46经由切断阀20和流体管道L3、L6流体连通地连接至第一气动放大器100a的控制信号端口42a。在正常操作中，定位器18的第二出口48经由切断阀20和流体管道L4、L5流体连通地连接至第二气动放大器100b的控制信号端口42b。
切断阀20包括供给入口50、第一定位器入口52(图1中“A”端口)、第二定位器入口54(图1中“D”端口)、第一放大器出口56(图1中“B”端口)、第二放大器出口58(图1中“E”端口)、罐供给端口60(图1中“F”端口)以及排放端口62(图1中“C”端口)。在公开的实施例中，切断阀20可包括377系列切断阀，其在商业上由艾默生过程控制有限公司(Emerson Process Management)提供。在公开的形式中，系统10被设置成使控制阀组件15在切断模式中处于“上”位置(如下所述)，并且切断阀20包括从艾默生过程控制有限公司可获得的377U型切断阀。在期望控制阀组件15在切断模式中处于“下”位置的结构中，切断阀20可包括从艾默生过程控制有限公司可获得的377D型切断阀。
仍参见图1，切断阀20的供给入口50经由流体管道L2、L1流体连通地连接至第一加压流体源12。切断阀20的第一定位器入口52(端口“A”)经由流体管道L3流体连通地连接至定位器18的第一出口46。切断阀20的第二定位器入口54(端口“D”)经由流体管道L4流体连通地连接至定位器18的第二出口48。切断阀20的第一放大器出口56(端口“B”)经由流体管道L6流体连通地连接至第一气动放大器100a的控制信号端口42a。切断阀20的第二放大器出口58(端口“E”)经由流体管道L5流体连通地连接至第二气动放大器100b的控制信号端口42b。切断阀20的罐供给端口60(端口“F”)经由流体管道L11流体连通地连接至第二加压流体源14。切断阀20的排放端口62(端口“C”)仅通向大气。如图1所示，通过系统10的各个组件的连接，系统10提供了简要提到的正常操作模式和切断模式中的操作控制。
在正常操作模式中，止回阀26打开，来自第一加压流体源12的流体沿着流体管道L1被传递到定位器18，沿着流体管道L1、L2传递到切断阀20，并沿着流体管道L9、L10传递到第一和第二气动放大器100a、100b。经由供给入口50，切断阀20连续地监测由第一加压流体源12供给的流体的压强。假定该压强等于或大于某一预设的临界操作压强，切断阀20将第一定位器入口52(端口“A”)连接到第一放大器出口56(端口“B”)，并将第二定位器入口54(端口“D”)连接到第二放大器出口58(端口“E”)。如此设置，由定位器18产生的气动信号通过切断阀20传递到气动放大器100a、100b的控制信号端口42a、42b，以便于正常操作。特别地，气动信号可从定位器18的第一出口46传递到切断阀20的第一定位器入口52(端口“A”)，穿过切断阀20，离开第一放大器出口56(端口“B”)，到达第一气动放大器100a的控制信号端口42a。类似地，气动信号可从定位器18的第二出口48传递到切断阀20的第二定位器入口54(端口“D”)，穿过切断阀20，离开第二放大器出口58(端口“E”)，到达第二气动放大器100b的控制信号端口42b。在这种状态下，切断阀20是被动装置，且不会影响系统10的操作。
当第一加压流体源12的压强降低到临界压强以下时，该减少由切断阀20和止回阀26探测到。当探测到该减少时，止回阀26自动地关闭，并切断从第一加压流体源12到气动放大器100a、100b的流体供给。当切断阀20探测到减少的压强时，与供给入口50流体连通的切断阀20的隔膜(未示出)这样致动切断阀20，使系统10转换到切断模式。在切断模式中，切断阀20致动，将定位器18和气动放大器100a、100b有效地分离(例如，分开、隔开、断绝、切断)，并且替代地，经由控制信号端口42b将第二加压流体源14连接到第二气动放大器100b，同时经由控制信号端口42a排放第一气动放大器100a。通过本公开形式的切断阀20，这通过移动一对提升阀(未示出)，来将第一和第二定位器入口52(端口“A”)、54(端口“D”)与第一和第二放大器出口56(端口“B”)、58(端口“E”)分开。这样，定位器18有效地脱离气动放大器100a、100b。同时，切断阀20将第一放大器出口56(端口“B”)流体连接到排放端口62(端口“C”)，并将第二放大器出口58(端口“E”)流体连接到罐供给端口60(端口“F”)。
因此，在切断模式中，加压流体从第二加压流体源14经由流体管道L11流入切断阀20的罐供给端口60(端口“F”)，经由切断阀20流入第二放大器出口58(端口“E”)，并经由流体管道L5流入第二气动放大器100b的控制信号端口42b。另外，如所示，来自第二加压流体源14的流体经由流体管道L9流入第二气动放大器100b的供给端口38b。而且，来自第二加压流体源14的流体经由流体管道L9、L10流入第一气动放大器100a的供给端口38a。但是，第一气动放大器100a的控制信号端口42a没有连接到加压流体源，而是经由流体管道L6排放，流体管道L6连接到切断阀20的第一放大器出口56(端口“B”)和排放端口62(端口“C”)，排放端口62排放到大气。
借助这种配置，通过将加压流体传送到致动器壳体32的第二控制端口36，系统10的第一和第二气动放大器100a、100b协作来将控制阀16b的阀塞(未示出)快速移动到其“上”位置，并由此移动到活塞30的第二表面30b。同时，致动器16a的第一控制端口34通向大气。这确保了活塞30两侧的正压强差，然后迫使活塞30和阀塞相对于图1中所示的控制阀组件15的方向向上。这种配置可称为“故障-向上”配置。
现在参见图2，将更详细地描述第一和第二气动放大器100a、100b。图1中所示的系统10的第一和第二气动放大器100a、100b是相同的，因此，图2示出了代表任一个的单个气动放大器100。气动放大器100包括本体102a、隔膜壳体102b、弹簧帽102c、隔膜组件104、内件阀芯106以及控制元件108。
本体102a限定前面提到的供给端口38和出口40以及供给腔112a。隔膜壳体102b限定反馈腔112b和提供反馈腔112b和周围大气之间流体连通的多个排放口114。弹簧帽102c限定信号腔112c。此外，气动放大器100的供给通路被限定为在供给端口38和出口40之间延伸，气动放大器100的排出通路被限定为在出口40和多个排放口114之间延伸。
隔膜组件104布置在反馈腔112b和信号腔112c之间并包括仪器隔膜(instrument diaphragm)116、反馈隔膜118、间隔件120、排出弹簧122、密封环124和排出柱126。间隔件120布置在仪器隔膜116和反馈隔膜118之间，并包括具有基本相似直径的相对的第一、第二间隔板128a、128b和穿孔环130。第一间隔板128a直接布置在仪器隔膜116下方并接合仪器隔膜116，第二间隔板128b直接布置在反馈隔膜118上方并接合反馈隔膜118。穿孔环130布置在第一、第二间隔板128a、128b之间，并在其间具有一定距离。排出柱126包括中空穿孔的圆筒，其延伸穿过仪器隔膜116、反馈隔膜118和间隔件120上的开口。排出柱126邻近反馈隔膜118的一端包括盘状法兰部132，其直接相对间隔件120的第二间隔板128b接合反馈隔膜118。法兰部132包括限定开口的排出端口134。该开口可具有任意尺寸，例如直径大约为0.75英寸。排出柱126邻近仪器隔膜116的一端终止于杯形圆筒136，其作为用于排出弹簧122的弹簧座。同样，排出弹簧122布置在气动放大器100的弹簧帽102c和隔膜组件104之间，并相对于图2中所示的气动放大器100的方向朝着控制元件108向下推进隔膜组件104。在气动放大器100的一种形式中，排出弹簧122的弹簧力在大约8.01lbs到大约10.84lbs的范围内，优选为大约9.43lbs。
在图5中所示的气动放大器100的详细横截面中，可以看出限定在隔膜壳体102b中的腔包括分离的且不同的第一和第二横截面尺寸D1、D2。大体上理解为由隔膜产生的力通过隔膜的有效压强面积来确定。即，在隔膜致动的装置中，例如在气动放大器100中，有效面积是隔膜面积中有效地产生力的一部分面积。此外，布置在两个同轴圆筒之间(例如，在其间延伸，在其间横越等等)的隔膜的有效压强面积通常由外圆筒和内圆筒之间的中点的直径来确定。
更具体地，在该气动放大器100中，应该理解为第一有效面积EA1由信号隔膜116的第一中点M1来确定，该第一中点M1由隔膜壳体102b的第一横截面尺寸D1和第一间隔板128的外尺寸确定。第二有效面积EA2由反馈隔膜118的第二中点M2来确定，该第二中点M2由隔膜壳体102b的第二横截面尺寸D2和第二间隔板128b的外尺寸来确定。第二有效面积EA2比第一有效面积EA1大，有效面积差由图5中所示的ΔEA来限定。还应该理解的是可通过使D1和D2基本相同并改进第一和第二间隔板128a、128b的尺寸或直径来形成相同的有效面积。在气动放大器100的一种形式中，第一有效面积EA1可以是大约6.127in2到大约6.188in2并优选为大约6.158in2，第二有效面积EA2可以是大约6.317in2到大约6.379in2，并优选为大约6.348in2。这些尺寸范围仅仅是示例，其它尺寸也包含在本公开的范围内。
在任何情况下，反馈腔112b的公开结构使得反馈隔膜118具有第二有效面积EA2，其大于仪器隔膜116的第一有效面积EA1。有效面积差形成了有利的力偏置或阀座载荷，这将在下面更详细地描述。此外，第一和第二有效面积EA1、EA2的差至少部分地补偿了反馈隔膜118包括邻近排出端口134的开口的事实，由此在反馈隔膜118下方反馈腔112b中的流体压强不会作用于隔膜组件104。此外，仪器隔膜116还包括开口，排出柱126延伸穿过该开口，在仪器隔膜116上方信号腔112c中的流体压强也经由限定在弹簧帽102c中的辅助流体通路176作用于杯形圆筒136上。这样，仪器隔膜116上方的流体压强作用于第一有效面积EA1，反馈隔膜118下方的流体压强作用于第二有效面积EA2。
返回图2，气动放大器100的内件阀芯106支撑在本体102a中，并包括本体部138和固定到本体部138的底端的端帽140。本体部138包括上法兰142，上法兰142抵接本体102a的第一径向腹板144的肩部144a，以限制内件阀芯106相对本体102a的运动。另外，本体部138包括下法兰146，下法兰146抵接本体102a的第二径向腹板148的内表面148a，以限制内件阀芯106的横向运动。此外，本体部138限定内径向腹板156，内径向腹板156包括限定开口的阀芯供给端口158。如所提到的，内件阀芯106的端帽140被固定到本体部138上与上法兰142相对的底端，并限定弹簧座150和中心孔152。气动放大器100的供给弹簧154位于端帽140的弹簧座150上，并接触控制元件108，以朝向由本体102a支撑的内件阀芯106的阀芯供给端口158推进控制元件108。在气动放大器100的一种形式中，供给弹簧154的弹簧力为大约11.43lbs到大约15.47lbs，优选为大约13.45lbs。因此，所公开的气动放大器100的供给弹簧154的弹簧力大于上述排出弹簧122的弹簧力。在气动放大器100的所示形式中，内件阀芯106被描述为与本体102a分开的单独部件，但是在图2的替换形式中，内件阀芯106和本体102a、或者内件阀芯106和本体102a的一部分可以是相同的部件。
图2中所示的气动放大器100的控制元件108包括杆160、供给塞162和排出塞164。杆160刚性地连接供给塞162和排出塞164。更具体地，杆160通过螺纹连接件和紧固件165连接到排出塞164，该紧固件165可以是诸如螺母等螺纹紧固件。供给塞162包括座体166和稳定销168。稳定销168可滑动地布置在内件阀芯106的端帽140的中心孔152中，以帮助维持控制元件108的轴向对准。如所示，座体166是由控制元件108的杆160支撑的大致圆锥形实体结构。在所示形式中，供给塞162还包括与其相关的弹性体供给部件170。例如，弹性体供给部件170可包括诸如腈、氟橡胶、乙烯丙烯或氟硅氧烷等弹性体材料，如图所示，其被设置成圆锥形结构并位于供给塞162上，处于供给塞162和阀芯供给端口158之间。类似于供给塞162，排出塞164也包括座体172，座体172为大致圆锥形实体结构，其固定到杆160上与供给塞162相对的末端。此外，排出塞164包括弹性体排出部件174。类似于弹性体供给部件170，弹性体排出部件174可包括诸如腈、氟橡胶、乙烯丙烯或氟硅氧烷等弹性体材料，如图所示，其被设置成圆锥形结构并位于排出塞164上，处于排出塞164和排出端口134之间。
尽管弹性体供给和排出部件170、174被示为分别连接到供给塞162和排出塞164，但是在气动放大器100的其它形式中，它们被分别连接到供给端口158和排出端口134，或者它们可以是悬浮部件。在任何情况下，通过提供各个部件之间的弹性座表面，这些弹性体部件170、174在操作中有利地帮助提供阀芯供给端口158和供给塞162以及排出端口134和排出塞164之间的流体紧密密封。但是，气动放大器100的其它形式不需要或包括弹性体部件170、174中的任一或两者。还应该理解的是如图2所示，当控制元件108组装在内件阀芯106中时，排出塞164围绕杆160上的螺纹连接件旋转，以将由排出塞164的下平坦表面163限定的第一平面P1对准由内件阀芯106的上法兰142的上平坦表面167限定的第二平面P2。如图所示，下平坦表面163布置在控制元件108的排出塞164和杆160之间的交界处。这样，在所公开的结构中，排出塞164的下平坦表面163和内件阀芯167的上平坦表面167在组装时布置在共同的平面内(即，它们共面)并占据静态位置，这将在下面更详细地描述。该共面对准通过应用螺纹紧固件165接合排出塞164来固定，但是在替换的形式中，排出塞164和杆160可以是固定的部件。
通过如上所述设置的气动放大器100，控制元件108和隔膜组件104适于在(1)静态位置(如图2中所示)、(2)供给位置(如图3所示)和(3)排放或排出位置(如图4中所示)之间移位。在(1)静态位置，控制元件108的供给塞162密封接合阀芯供给端口158，控制元件108的排出塞164密封接合由隔膜组件的排出柱126限定的排出端口134。在(2)供给位置，控制元件108的供给塞162移动到与阀芯供给端口158隔开的位置，以打开供给通路，同时排出塞164维持与排出端口134的密封接合。在(3)排出位置，控制元件108的供给塞162移动到与供给端口158密封接合，以封闭供给通路，以及隔膜组件104移动到与排出塞164隔开的位置，由此打开排出通路。
如所述，图2示出了控制元件108和隔膜组件104的静态位置，由此供给塞162被推进到与阀芯供给端口158密封接合，以封闭供给通路，排出端口134被推进到与排出塞164密封接合，以封闭排出通路。控制元件108的供给塞162通过供给端口阀座载荷F1被推进到接合阀芯供给端口158，排出端口134通过排出端口阀座载荷F2被推进到接合排出塞164。供给端口阀座载荷F1是由供给弹簧154产生的力加上由供给端口38两侧的压强差所产生的力，减去排出端口阀座载荷F2。排出端口阀座载荷F2构成由排出弹簧122所产生的力加上在控制信号端口42上的压力(即，在仪器隔膜116上方控制腔112中的压强乘以第一有效面积EA1减去反馈腔112b中的压强乘以第二有效面积EA2)。
在系统10的正常操作中，如上面结合图1所述，流体从第一加压流体源12供给到定位器18和气动放大器100a、100b。在任一给定时间，为了调整控制阀16b的阀塞(未示出)的位置，定位器18发送气动信号到气动放大器100a、100b的入口接头42a、42b，然后经由相应的出口40a、40b将流体传送到致动器16a。因此，在任一给定时间，图1中所示的第一和第二气动放大器100a、100b的控制元件108和隔膜组件104可处于静态、供给或排放位置中的任一位置。
然而，在切断模式中，如上所述，当图1的切断阀20将第一加压流体源12替换为第二加压流体源14，第一气动放大器100a快速移动到排出或排放状态，由此阀芯供给端口158封闭，排出端口134打开。在该临时状态中，布置在致动器16a的壳体32中活塞30上方的流体迅速排出第二控制端口34，经过流体管道L7，流入第一气动放大器100a的出口40a，经过隔膜组件104的打开的排出端口134和间隔件120，并流出多个排出口114到周围大气。第一气动放大器100a的控制信号端口42a经由流体管道L6与切断阀20的第一放大器出口56(端口“B”)和排放端口62(端口“C”)直接排放到周围的大气中，这一事实推进了隔膜组件104和排出端口134移动到排放位置的速度。
前述的同时，第二气动放大器100b还运行来迅速地填满活塞30下方的致动器16a的壳体32，以向上推进阀塞。为了便于这一操作，来自第二加压流体源14的流体被供给到第二气动放大器100b的供给端口38b(经由流体管道L9)和控制信号端口42b(经由流体管道L11、切断阀20和流体管道L5)，使得隔膜组件104逆着排出塞164向下推进排出端口134。该推进还向下移动整个控制元件108，并将供给塞162从阀芯供给端口158移开。在该临时状态中，排出通路被封闭，且供给通路打开，从而来自第二加压流体源14的流体流入第二气动放大器100b的供给端口38b，经过阀芯供给端口158，并流出出口40b到达致动器16a的第二控制端口36。
如所述，图1的系统10的第一气动放大器100a的排出端口134和第二气动放大器100b的阀芯供给端口158仅在切断模式中打开一小段时间，例如，直到控制阀16b的控制元件28移动到其理想位置。一旦控制阀16b的控制元件28到达其理想位置，第一和第二气动放大器100a、100b分别返回到图2中所示的封闭状态。即，第一和第二气动放大器100a、100b的每一个的供给端口158和排出端口134在切断模式中最终被封闭。
在切断模式的封闭状态中，重要的是没有流体通过第一气动放大器100a的排出端口134或通过第二气动放大器100b的阀芯供给端口158泄漏。泄漏可能导致第二加压流体源14泄放，由此失去压强以及在随后的切断模式操作中的阀位置的完整，在公开的实施例中，第二加压流体源14包括容积罐。因此，本公开的气动放大器100被设计和构造成确保第一气动放大器100a的供给端口阀座载荷F1和第二气动放大器100b的排出端口阀座载荷F2在切断模式中最小化。
这可以通过图6中所示的图表来表现。图6的水平轴表示在各个气动放大器100的控制信号端口42的压强，垂直轴表示在各个气动放大器100的出口40的压强。该图表包括3条线。中间线是参考线，其大致追踪入口接头压强和出口压强之间1∶1的级数。下线将操作中的气动放大器100表现为在控制信号端口42的压强从大约20psig增加到大约100psig。上线将操作中的气动放大器100表现为在控制信号端口42的压强从大约100psig减少到大约0psig。下线和中间线之间的差是供给端口阀座载荷F1。上线和中间线之间的差是排出端口阀座载荷F2。上线和下线之间的差被称作气动放大器100的“死区”，其被认为是表示移开放大器在控制信号端口42所需的压强变化。死区越大，所需的压强变化越大。
基于该数据，图6中图表的右上象限描述了处于切断模式中的图1的系统10的第二气动放大器100b，图表的左下象限描述了处于切断模式中的第一气动放大器100a。第一和第二气动放大器100a、100b的正常操作模式一般由在大约60psig和大约80psig之间的圆圈区域来表示。
可以看出，图6的图表中的下线相对中间参考线偏斜，使得气动放大器100的供给端口阀座载荷F1在左下象限最大化(即，低的出口压强)，并在右上象限最小化(即，高的出口压强)。而且，上线偏斜，使得排出端口阀座载荷F2在右上象限最大化(即，高的出口压强)，并在左下象限最小化(即，低的出口压强)。进一步地，在正常操作区域中，供给端口阀座载荷和排出端口阀座载荷大致相同。因此，可以说本公开的气动放大器100的排出端口阀座载荷F2相对出口压强成比例变化，而本公开的气动放大器100的供给端口阀座载荷F1相对出口压强成反比例变化。如此设置，气动放大器100在理想的操作状态下将适当的阀座载荷有效地最大化，由此最小化和/或阻止这里所述的在切断模式中从第二加压流体源的流体泄漏，同时还将气动放大器100的死区最小化(即，响应于输入信号所需的压强变化)。
尽管前面的描述提供了本实用新型的不同示例和形式，但是本公开并不限于特定示例和形式。相反地，本实用新型由所附权利要求书及其全部等同物的精神和范围来确定。而且，本实用新型包括由下列方面所包含的所有主题：
方面1.一种流体流动控制装置，其中，包括：供给端口，其用于接收加压流体的供给；出口，其用于传递加压流体的供给；排放端口，其用于排放加压流体的供给；内件阀芯，其布置在所述供给端口和所述出口之间以及所述出口和所述排放端口之间，所述内件阀芯限定阀芯供给端口和上平坦表面，所述阀芯供给端口沿着在所述供给端口和所述出口之间延伸的供给通路布置，所述上平坦表面沿着在所述出口和所述排放端口之间延伸的排出通路布置；隔膜组件，其布置在所述出口和所述排放端口之间，所述隔膜组件限定沿着所述排出通路的排出端口；控制元件，其可移动地布置在所述内件阀芯内，所述控制元件包括供给塞、排出塞以及在所述供给塞和所述排出塞之间延伸的杆，所述供给塞可选择地接合所述内件阀芯的所述阀芯供给端口，由此封闭所述供给通路，所述排出塞可选择地接合所述隔膜组件的排出端口，由此封闭所述排出通路，所述排出塞包括布置在所述排出塞和所述杆的接合部位的下平坦表面，所述排出塞的所述下平坦表面与所述内件阀芯的所述上平坦表面共面。
方面2.根据方面1所述的流体流动控制装置，其中，还包括：弹性体供给部件，其布置在所述控制元件的供给塞和所述阀芯供给端口之间，用于提供流体紧密密封；以及弹性体排出部件，其布置在所述控制元件的排出塞和所述隔膜组件的排出端口之间，用于提供流体紧密密封。
方面3.根据前述方面中任一所述的流体流动控制装置，其中，所述弹性体供给部件被固定到所述控制元件的供给塞，以及所述弹性体排出部件被固定到所述控制元件的排出塞。
方面4.根据前述方面中任一所述的流体流动控制装置，其中，还包括：本体，其限定所述供给端口和所述出口；隔膜壳体，其限定所述排放端口并包括所述隔膜组件；以及弹簧帽，其限定控制信号端口。
方面5.根据前述方面中任一所述的流体流动控制装置，其中，还包括供给弹簧和排出弹簧，所述供给弹簧由所述内件阀芯支撑并接合所述控制元件，以朝向所述阀芯供给端口偏置所述控制元件，所述排出弹簧布置在所述弹簧帽和所述隔膜组件之间，以朝向所述控制元件偏置所述排出端口。
方面6.根据前述方面中任一所述的流体流动控制装置，其中，所述隔膜组件包括仪器隔膜、反馈隔膜以及布置在所述仪器隔膜和所述反馈隔膜之间的穿孔间隔件，所述反馈隔膜连通至所述本体的出口，以及所述仪器隔膜连通至所述弹簧帽的控制信号端口。
方面7.根据前述方面中任一所述的流体流动控制装置，其中，所述隔膜壳体包括反馈腔，所述隔膜组件可移动地布置在所述反馈腔中，所述反馈腔具有邻近所述仪器隔膜的第一横截面尺寸和邻近所述反馈隔膜的第二横截面尺寸，所述第二横截面尺寸大于所述第一横截面尺寸。
方面8.一种流体流动控制装置，其中，包括：本体，其限定适于耦接到至少一个加压气体的供给的供给端口和适于耦接到控制阀的致动器的出口；隔膜壳体，其被耦接到所述本体并限定适于连通至周围大气的排放端口；弹簧帽，其被耦接到所述隔膜壳体并限定适于接收气动控制信号的控制信号端口；供给通路，其在所述本体的供给端口和出口之间延伸；排出通路，其在所述本体的出口和所述隔膜壳体的排放端口之间延伸；内件阀芯，其布置在所述本体内并限定阀芯供给端口和上平坦表面，所述阀芯供给端口沿着在所述本体的供给端口和出口之间的供给通路布置，所述上平坦表面沿着在所述本体的出口和所述隔膜壳体的排放端口之间的排出通路布置；隔膜组件，其布置在所述隔膜壳体内，并限定沿着在所述本体的出口和所述隔膜壳体的排放端口之间的排出通路布置的排出端口；以及控制元件，其布置在所述本体内，并包括供给塞、排出塞和在所述供给塞和所述排出塞之间延伸的杆，所述排出塞包括布置在所述排出塞和所述杆的接合部位的下平坦表面，所述控制元件和所述隔膜组件能够分别在所述本体和所述隔膜壳体中相对于静态位置移动，其中供给端口阀座载荷推进所述供给塞来接合所述阀芯供给端口，同时排出端口阀座载荷推进所述隔膜组件的排出端口来接合所述控制元件的排出塞，以封闭所述排出通路，其中，当所述控制元件和所述隔膜组件处于静态位置时，所述内件阀芯的上平坦表面与所述排出塞的下平坦表面相对齐。
方面9.根据方面8所述的流体流动控制装置，其中，所述控制元件和所述隔膜组件能够从所述静态位置移动到供给位置和排放位置，其中：当处于所述供给位置时，所述排出端口阀座载荷推进所述排出端口来接合所述排出塞，并将所述供给塞推进到与所述阀芯供给端口相隔开的位置，以及当处于所述排放位置时，所述供给端口阀座载荷推进所述供给塞来接合所述阀芯供给端口，所述本体的出口中的出口压强克服所述排出端口阀座载荷，并将所述排出端口推进到与所述排出塞相隔开的位置。
方面10.根据方面8或9所述的流体流动控制装置，其中，还包括：弹性体供给部件，其布置在所述控制元件的供给塞和所述内件阀芯的阀芯供给端口之间，用于在处于所述静态位置和所述排放位置上时提供流体紧密密封；以及弹性体排出部件，其布置在所述控制元件的排出塞和所述隔膜组件的排出端口之间，用于在处于所述静态位置和所述供给位置上时提供流体紧密密封。
方面11.根据方面8到10中任一所述的流体流动控制装置，其中，所述弹性体供给部件被固定到所述控制元件的供给塞，以及所述弹性体排出部件被固定到所述控制元件的排出塞。
方面12.根据方面8到11中任一所述的流体流动控制装置，其中，所述排出端口阀座载荷的大小相对所述出口的出口压强成比例变化，以及所述供给端口阀座载荷的大小相对所述出口压强成反比例变化。
方面13.根据方面8到12中任一所述的流体流动控制装置，其中，还包括供给弹簧和排出弹簧，所述供给弹簧由所述内件阀芯支撑并接合所述控制元件，以朝向所述阀芯供给端口偏置所述控制元件，所述排出弹簧布置在所述弹簧帽和所述隔膜组件之间，以朝向所述控制元件偏置所述排出端口。
方面14.根据方面8到13中任一所述的流体流动控制装置，其中，所述隔膜组件包括仪器隔膜、反馈隔膜以及布置在所述仪器隔膜和所述反馈隔膜之间的穿孔间隔件，所述反馈隔膜连通至所述本体的出口，以及所述仪器隔膜连通至所述弹簧帽的控制信号端口。
方面15.根据方面8到14中任一所述的流体流动控制装置，其中，所述隔膜壳体包括反馈腔，所述隔膜组件可移动地布置在所述反馈腔中，所述反馈腔具有邻近所述仪器隔膜的第一横截面尺寸和邻近所述反馈隔膜的第二横截面尺寸，所述第二横截面尺寸大于所述第一横截面尺寸。
方面16.一种流体过程控制系统，其中，包括：控制阀；
致动器，其可操作地耦接到所述控制阀，所述致动器包括活塞、流体连通至所述活塞的第一表面的第一控制端口和流体连通至所述活塞的第二表面的第二控制端口；第一加压流体源，其用于在正常操作模式中启动所述致动器；第二加压流体源，其用于在切断模式中启动所述致动器；第一气动放大器，其被流体连通地连接至所述致动器的第一控制端口和所述第一加压流体源，所述第一气动放大器适于增加在正常操作模式中从所述第一加压流体源传递到所述第一控制端口的加压流体的体积；第二气动放大器，其被流体连通地连接至所述致动器的第二控制端口、第一加压流体源和第二加压流体源，所述第二气动放大器适于增加在正常操作模式中从所述第一加压流体源以及在切断模式中从所述第二加压流体源传递到所述第二控制端口的加压流体的体积；以及定位器，其具有流体连通至所述第一加压流体源的入口、流体连通至所述第一气动放大器的入口接头的第一出口以及流体连通至所述第二气动放大器的入口接头的第二出口，所述定位器适于在用于控制所述控制阀的系统的正常操作模式中将气动信号传递到所述第一气动放大器和第二气动放大器；所述第一气动放大器和第二气动放大器分别包括供给端口、出口、排放端口、内件阀芯、隔膜组件以及控制元件，所述内件阀芯限定阀芯供给端口和上平坦表面，所述阀芯供给端口沿着在所述供给端口和出口之间延伸的所述气动放大器的供给通路布置，所述上平坦表面沿着在所述出口和所述排放端口之间延伸的所述气动放大器的排出通路布置；所述隔膜组件限定沿着在所述出口和所述排放端口之间的排出通路布置的排出端口，以及所述控制元件可移动地布置在所述内件阀芯中，并包括用于选择性地接合所述内件阀芯的所述阀芯供给端口的供给塞、用于选择性地接合所述隔膜组件的排出端口的排出塞以及在所述供给塞和所述排出塞之间延伸的杆，所述排出塞包括在所述排出塞和所述杆的交界处的下平坦表面，当所述供给塞和所述排出塞分别同时接合所述阀芯供给端口和所述排出端口时，所述下平坦表面与所述内件阀芯的上平坦表面对齐布置。
方面17.根据方面16所述的流体过程控制系统，其中，所述控制元件和所述隔膜组件能够在静态位置、供给位置和排放位置之间移动，其中：当处于所述静态位置时，供给端口阀座载荷推进所述供给塞来接合所述阀芯供给端口，以及同时排出端口阀座载荷推进所述排出端口来接合所述排出塞，当处于所述供给位置时，所述排出端口阀座载荷推进所述排出端口来接合所述排出塞，并将所述供给塞推进到与所述阀芯供给端口相隔开的位置；以及当处于所述排放位置时，所述供给端口阀座载荷推进所述供给塞来接合所述阀芯供给端口，所述气动放大器的出口中的出口压强克服所述排出端口阀座载荷并将所述排出端口推进到与所述排出塞相隔开的位置。
方面18.根据方面16或17所述的流体过程控制系统，其中，在所述切断模式中，所述控制元件和所述隔膜组件处于所述排放位置。
方面19.根据方面16到18中任一所述的流体过程控制系统，其中，
在所述切断模式中的第一气动放大器的所述供给端口阀座载荷大于在所述正常操作模式中的第一气动放大器的所述供给端口阀座载荷，以及在所述切断模式中的第二气动放大器的所述排出端口阀座载荷大于在所述正常操作模式中的第二气动放大器的所述排出端口阀座载荷。
方面20.根据方面16到19中任一所述的流体过程控制系统，其中，还包括与所述供给塞相关的弹性体供给部件和与所述排出塞相关的弹性体排出部件。
方面21.根据方面16到20中任一所述的流体过程控制系统，其中，对于所述第一气动放大器和第二气动放大器中的每一个，所述供给端口阀座载荷和所述排出端口阀座载荷在所述正常操作模式中相同。
方面22.根据方面16到21中任一所述的流体过程控制系统，其中，所述第一气动放大器和所述第二气动放大器分别还包括：本体，其限定供给端口和出口，所述供给端口耦接到第一加压气体源和第二加压气体源，所述出口耦接到所述致动器的第一控制端口和第二控制端口中的一个端口；隔膜壳体，其限定所述排放端口，所述排放端口与大气连通；以及弹簧帽，其限定耦接到所述定位器的第一流体出口和第二流体出口中的一个出口的控制信号端口。
方面23.根据方面16到22中任一所述的流体过程控制系统，其中，所述第一气动放大器和第二气动放大器中的每一个的隔膜组件包括仪器隔膜、反馈隔膜以及布置在所述仪器隔膜和所述反馈隔膜之间的穿孔间隔件，所述反馈隔膜连通至所述出口，以及所述仪器隔膜连通至所述控制信号端口。
方面24.根据方面16到23中任一所述的流体过程控制系统，其中，所述第一气动放大器和第二气动放大器中的每一个的隔膜壳体包括反馈腔，所述隔膜组件可移动地布置在所述反馈腔中，所述反馈腔具有邻近所述仪器隔膜的第一横截面尺寸和邻近所述反馈隔膜的第二横截面尺寸，所述第二横截面尺寸大于所述第一横截面尺寸。
方面25.根据方面16到24中任一所述的流体过程控制系统，其中，所述排出端口阀座载荷的大小相对所述出口的出口压强成比例变化，以及所述供给端口阀座载荷的大小相对所述出口压强成反比例变化。
方面26.根据方面16到25中任一所述的流体过程控制系统，其中，第一气动放大器和第二气动放大器分别还包括供给弹簧和排出弹簧，所述供给弹簧由所述内件阀芯支撑并接合所述控制元件，以朝向所述阀芯供给端口偏置所述控制元件，所述排出弹簧布置在所述弹簧帽和所述隔膜组件之间，以朝向所述控制元件偏置所述排出端口。

Claims (26)

1.一种流体流动控制装置，其特征在于，包括： 
供给端口，其用于接收加压流体的供给； 
出口，其用于传递加压流体的供给； 
排放端口，其用于排放加压流体的供给； 
内件阀芯，其布置在所述供给端口和所述出口之间以及所述出口和所述排放端口之间，所述内件阀芯限定阀芯供给端口和上平坦表面，所述阀芯供给端口沿着在所述供给端口和所述出口之间延伸的供给通路布置，所述上平坦表面沿着在所述出口和所述排放端口之间延伸的排出通路布置； 
隔膜组件，其布置在所述出口和所述排放端口之间，所述隔膜组件限定沿着所述排出通路的排出端口； 
控制元件，其可移动地布置在所述内件阀芯内，所述控制元件包括供给塞、排出塞以及在所述供给塞和所述排出塞之间延伸的杆， 
所述供给塞可选择地接合所述内件阀芯的所述阀芯供给端口，由此封闭所述供给通路， 
所述排出塞可选择地接合所述隔膜组件的排出端口，由此封闭所述排出通路，所述排出塞包括布置在所述排出塞和所述杆的接合部位的下平坦表面，所述排出塞的所述下平坦表面与所述内件阀芯的所述上平坦表面共面。 
2.根据权利要求1所述的流体流动控制装置，其特征在于，还包括： 
弹性体供给部件，其布置在所述控制元件的供给塞和所述阀芯供给端口之间，用于提供流体紧密密封；以及 
弹性体排出部件，其布置在所述控制元件的排出塞和所述隔膜组件的排出端口之间，用于提供流体紧密密封。 
3.根据权利要求2所述的流体流动控制装置，其特征在于，所述弹性体供给部件被固定到所述控制元件的供给塞，以及所述弹性体排 出部件被固定到所述控制元件的排出塞。 
4.根据权利要求1所述的流体流动控制装置，其特征在于，还包括： 
本体，其限定所述供给端口和所述出口； 
隔膜壳体，其限定所述排放端口并包括所述隔膜组件；以及 
弹簧帽，其限定控制信号端口。 
5.根据权利要求1所述的流体流动控制装置，其特征在于，还包括供给弹簧和排出弹簧，所述供给弹簧由所述内件阀芯支撑并接合所述控制元件，以朝向所述阀芯供给端口偏置所述控制元件，所述排出弹簧布置在所述弹簧帽和所述隔膜组件之间，以朝向所述控制元件偏置所述排出端口。 
6.根据权利要求1所述的流体流动控制装置，其特征在于，所述隔膜组件包括仪器隔膜、反馈隔膜以及布置在所述仪器隔膜和所述反馈隔膜之间的穿孔间隔件，所述反馈隔膜连通至所述本体的出口，以及所述仪器隔膜连通至所述弹簧帽的控制信号端口。 
7.根据权利要求1所述的流体流动控制装置，其特征在于，所述隔膜壳体包括反馈腔，所述隔膜组件可移动地布置在所述反馈腔中，所述反馈腔具有邻近所述仪器隔膜的第一横截面尺寸和邻近所述反馈隔膜的第二横截面尺寸，所述第二横截面尺寸大于所述第一横截面尺寸。 
8.一种流体流动控制装置，其特征在于，包括： 
本体，其限定适于耦接到至少一个加压气体的供给的供给端口和适于耦接到控制阀的致动器的出口； 
隔膜壳体，其被耦接到所述本体并限定适于连通至周围大气的排放端口； 
弹簧帽，其被耦接到所述隔膜壳体并限定适于接收气动控制信号的控制信号端口； 
供给通路，其在所述本体的供给端口和出口之间延伸； 
排出通路，其在所述本体的出口和所述隔膜壳体的排放端口之间 延伸； 
内件阀芯，其布置在所述本体内并限定阀芯供给端口和上平坦表面，所述阀芯供给端口沿着在所述本体的供给端口和出口之间的供给通路布置，所述上平坦表面沿着在所述本体的出口和所述隔膜壳体的排放端口之间的排出通路布置； 
隔膜组件，其布置在所述隔膜壳体内，并限定沿着在所述本体的出口和所述隔膜壳体的排放端口之间的排出通路布置的排出端口；以及 
控制元件，其布置在所述本体内，并包括供给塞、排出塞和在所述供给塞和所述排出塞之间延伸的杆，所述排出塞包括布置在所述排出塞和所述杆的接合部位的下平坦表面， 
所述控制元件和所述隔膜组件能够分别在所述本体和所述隔膜壳体中相对于静态位置移动，其中供给端口阀座载荷推进所述供给塞来接合所述阀芯供给端口，同时排出端口阀座载荷推进所述隔膜组件的排出端口来接合所述控制元件的排出塞，以封闭所述排出通路， 
其中，当所述控制元件和所述隔膜组件处于静态位置时，所述内件阀芯的上平坦表面与所述排出塞的下平坦表面相对齐。 
9.根据权利要求8所述的流体流动控制装置，其特征在于，所述控制元件和所述隔膜组件能够从所述静态位置移动到供给位置和排放位置，其中： 
当处于所述供给位置时，所述排出端口阀座载荷推进所述排出端口来接合所述排出塞，并将所述供给塞推进到与所述阀芯供给端口相隔开的位置，以及 
当处于所述排放位置时，所述供给端口阀座载荷推进所述供给塞来接合所述阀芯供给端口，所述本体的出口中的出口压强克服所述排出端口阀座载荷，并将所述排出端口推进到与所述排出塞相隔开的位置。 
10.根据权利要求8或9所述的流体流动控制装置，其特征在于，还包括： 
弹性体供给部件，其布置在所述控制元件的供给塞和所述内件阀芯的阀芯供给端口之间，用于在处于所述静态位置和所述排放位置上时提供流体紧密密封；以及 
弹性体排出部件，其布置在所述控制元件的排出塞和所述隔膜组件的排出端口之间，用于在处于所述静态位置和所述供给位置上时提供流体紧密密封。 
11.根据权利要求10所述的流体流动控制装置，其特征在于，所述弹性体供给部件被固定到所述控制元件的供给塞，以及所述弹性体排出部件被固定到所述控制元件的排出塞。 
12.根据权利要求8所述的流体流动控制装置，其特征在于，所述排出端口阀座载荷的大小相对所述出口的出口压强成比例变化，以及所述供给端口阀座载荷的大小相对所述出口压强成反比例变化。 
13.根据权利要求8所述的流体流动控制装置，其特征在于，还包括供给弹簧和排出弹簧，所述供给弹簧由所述内件阀芯支撑并接合所述控制元件，以朝向所述阀芯供给端口偏置所述控制元件，所述排出弹簧布置在所述弹簧帽和所述隔膜组件之间，以朝向所述控制元件偏置所述排出端口。 
14.根据权利要求8所述的流体流动控制装置，其特征在于，所述隔膜组件包括仪器隔膜、反馈隔膜以及布置在所述仪器隔膜和所述反馈隔膜之间的穿孔间隔件，所述反馈隔膜连通至所述本体的出口，以及所述仪器隔膜连通至所述弹簧帽的控制信号端口。 
15.根据权利要求8所述的流体流动控制装置，其特征在于，所述隔膜壳体包括反馈腔，所述隔膜组件可移动地布置在所述反馈腔中，所述反馈腔具有邻近所述仪器隔膜的第一横截面尺寸和邻近所述反馈隔膜的第二横截面尺寸，所述第二横截面尺寸大于所述第一横截面尺寸。 
16.一种流体过程控制系统，其特征在于，包括： 
控制阀； 
致动器，其可操作地耦接到所述控制阀，所述致动器包括活塞、 流体连通至所述活塞的第一表面的第一控制端口和流体连通至所述活塞的第二表面的第二控制端口； 
第一加压流体源，其用于在正常操作模式中启动所述致动器； 
第二加压流体源，其用于在切断模式中启动所述致动器； 
第一气动放大器，其被流体连通地连接至所述致动器的第一控制端口和所述第一加压流体源，所述第一气动放大器适于增加在正常操作模式中从所述第一加压流体源传递到所述第一控制端口的加压流体的体积； 
第二气动放大器，其被流体连通地连接至所述致动器的第二控制端口、第一加压流体源和第二加压流体源，所述第二气动放大器适于增加在正常操作模式中从所述第一加压流体源以及在切断模式中从所述第二加压流体源传递到所述第二控制端口的加压流体的体积；以及 
定位器，其具有流体连通至所述第一加压流体源的入口、流体连通至所述第一气动放大器的入口接头的第一出口以及流体连通至所述第二气动放大器的入口接头的第二出口，所述定位器适于在用于控制所述控制阀的系统的正常操作模式中将气动信号传递到所述第一气动放大器和第二气动放大器； 
所述第一气动放大器和第二气动放大器分别包括供给端口、出口、排放端口、内件阀芯、隔膜组件以及控制元件， 
所述内件阀芯限定阀芯供给端口和上平坦表面，所述阀芯供给端口沿着在所述供给端口和出口之间延伸的所述气动放大器的供给通路布置，所述上平坦表面沿着在所述出口和所述排放端口之间延伸的所述气动放大器的排出通路布置； 
所述隔膜组件限定沿着在所述出口和所述排放端口之间的排出通路布置的排出端口，以及 
所述控制元件可移动地布置在所述内件阀芯中，并包括用于选择性地接合所述内件阀芯的所述阀芯供给端口的供给塞、用于选择性地接合所述隔膜组件的排出端口的排出塞以及在所述供给塞和所 述排出塞之间延伸的杆，所述排出塞包括在所述排出塞和所述杆的交界处的下平坦表面，当所述供给塞和所述排出塞分别同时接合所述阀芯供给端口和所述排出端口时，所述下平坦表面与所述内件阀芯的上平坦表面对齐布置。 
17.根据权利要求16所述的流体过程控制系统，其特征在于，所述控制元件和所述隔膜组件能够在静态位置、供给位置和排放位置之间移动，其中： 
当处于所述静态位置时，供给端口阀座载荷推进所述供给塞来接合所述阀芯供给端口，以及同时排出端口阀座载荷推进所述排出端口来接合所述排出塞， 
当处于所述供给位置时，所述排出端口阀座载荷推进所述排出端口来接合所述排出塞，并将所述供给塞推进到与所述阀芯供给端口相隔开的位置； 
以及当处于所述排放位置时，所述供给端口阀座载荷推进所述供给塞来接合所述阀芯供给端口，所述气动放大器的出口中的出口压强克服所述排出端口阀座载荷并将所述排出端口推进到与所述排出塞相隔开的位置。 
18.根据权利要求16或17所述的流体过程控制系统，其特征在于，在所述切断模式中，所述控制元件和所述隔膜组件处于所述排放位置。 
19.根据权利要求16所述的流体过程控制系统，其特征在于， 
在所述切断模式中的第一气动放大器的所述供给端口阀座载荷大于在所述正常操作模式中的第一气动放大器的所述供给端口阀座载荷，以及 
在所述切断模式中的第二气动放大器的所述排出端口阀座载荷大于在所述正常操作模式中的第二气动放大器的所述排出端口阀座载荷。 
20.根据权利要求16所述的流体过程控制系统，其特征在于，还包括与所述供给塞相关的弹性体供给部件和与所述排出塞相关的弹 性体排出部件。 
21.根据权利要求16所述的流体过程控制系统，其特征在于，对于所述第一气动放大器和第二气动放大器中的每一个，所述供给端口阀座载荷和所述排出端口阀座载荷在所述正常操作模式中相同。 
22.根据权利要求16所述的流体过程控制系统，其特征在于，所述第一气动放大器和所述第二气动放大器分别还包括： 
本体，其限定供给端口和出口，所述供给端口耦接到第一加压气体源和第二加压气体源，所述出口耦接到所述致动器的第一控制端口和第二控制端口中的一个端口； 
隔膜壳体，其限定所述排放端口，所述排放端口与大气连通；以及 
弹簧帽，其限定耦接到所述定位器的第一流体出口和第二流体出口中的一个出口的控制信号端口。 
23.根据权利要求16所述的流体过程控制系统，其特征在于，所述第一气动放大器和第二气动放大器中的每一个的隔膜组件包括仪器隔膜、反馈隔膜以及布置在所述仪器隔膜和所述反馈隔膜之间的穿孔间隔件，所述反馈隔膜连通至所述出口，以及所述仪器隔膜连通至所述控制信号端口。 
24.根据权利要求16所述的流体过程控制系统，其特征在于，所述第一气动放大器和第二气动放大器中的每一个的隔膜壳体包括反馈腔，所述隔膜组件可移动地布置在所述反馈腔中，所述反馈腔具有邻近所述仪器隔膜的第一横截面尺寸和邻近所述反馈隔膜的第二横截面尺寸，所述第二横截面尺寸大于所述第一横截面尺寸。 
25.根据权利要求16所述的流体过程控制系统，其特征在于，所述排出端口阀座载荷的大小相对所述出口的出口压强成比例变化，以及所述供给端口阀座载荷的大小相对所述出口压强成反比例变化。 
26.根据权利要求16所述的流体过程控制系统，其特征在于，第一气动放大器和第二气动放大器分别还包括供给弹簧和排出弹簧，所述供给弹簧由所述内件阀芯支撑并接合所述控制元件，以朝向所述阀 芯供给端口偏置所述控制元件，所述排出弹簧布置在所述弹簧帽和所述隔膜组件之间，以朝向所述控制元件偏置所述排出端口。 
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