CN87102162A - 流体压力的调节及其方法 - Google Patents

Abstract

改进后的压力调节器和方法响应于作用在增压波纹管部件的压力状态，该波纹管位于压力控制的密封层后面。给出的设计参数旨在稳定调节过程中建立一个微小变化，以此来提供一个正比例的流体源压力指示，从而指示流体钢瓶内有效气体储量；公开了两种形式的调节器，过滤装置安装于调节器入口端，无需另外的高压接头便能方便地操作。

Description

本申请是编号为的正在审查中的申请案“流体流动的隔离、控制装置及方法”的后续申请，而该申请案又是另一份申请编号为675825的正在审查中申请“流体控制阀及其方法”的后续申请。

利用一定压力的流体进行工作的设备系统，通常都要求装备压力调节器，以保证高压源的流体输送到工作系统时具有基本上稳定的，并与流体源压力变化无关的低压，例如一个很高压力的压缩空气钢瓶向一个气体设备系统供气时，实际上通常都在钢瓶的截流阀之后安装一个压力调节器，使操作在潜在危险高压下的设备部分减到最少，而且，尽管钢瓶内的压力因气体放出或用完而下降，也能确保压缩气体在基本上稳定的低压状态下向系统输送。然而，由于在给定的温度下，钢瓶内气体的储量与压强直接相关，实际中，通常在钢瓶上的截流阀与压力调节器之间安装一个高压表，以指示供气压力，即钢瓶内气体的储量。

依据本发明，压力调节器包括一个压力敏感波纹管，为了能够根据作用在波纹管上的流体压力来控制阀门密封，此波纹管位于阀门密封的后面。另外依据本发明的压力调节技术确立了钢瓶内剩余气体储量与调节后出口压力之间的反比关系。这样，只需要一个低压仪表就能指示供气钢瓶内剩余气体的储量，从而避免了在压力调节器前安装有破裂泄漏危险的高压表，同时还允许将调节器直接接到钢瓶的截流阀上，使系统内操作于高压下有潜在的危险部分减少到最少。还有，在连接部件内装有一个完整的过滤系统，从而减少了有可能产生泄漏和事故的高压接头的数目，在将新的供气钢瓶接到调节器上时，可以方便地更换过滤器。

图1是依据本发明所阐述的一般圆筒形调节器的实施例剖视图，此调节器工作在高出口压力的极端情况下。

图2是图1所示实施例，工作在低出口压力极端情况下的剖视图。

图3是对图1所示实施例改进了的用于调节压力的波纹管的剖视图。

图4是本发明的另一实施例的剖视图，一般同轴结构圆筒形调节器，在低出口压力的极端状态下操作。

图5是图4所示实施例工作在高出口压力的极端情况下的剖视图。

图6是依据本发明装配的一个气体压力设备系统图。

图7曲线给出了调节后的出口压力与入口压力的一个函数关系，前者随后者相反变化，通过此函数关系可对供气瓶中剩余气体储量进行低压监测。

参阅图1，它是本发明压力调节器一种实施例的剖视图。调节器主体9是带有与其密封的入口通道11和出口通道13的一般圆筒状部件，入口与出口通道可用电子束焊接，使它们整体地无泄漏地焊在圆筒体9上。在入口通道11和出口通道13上可安装一般的高压接头（图中未画出），以便与系统中其它流体连接器连接。调节器主体9内有一个围绕着孔17的密封座15，孔17是用连接带有入口通道11的入口腔19和带有出口通道13的出口腔21的。

一个常用的圆柱形活塞23滑动地安装在入口腔19内，它可以沿着同密封座15啮合的方向运动而实现密封，也可沿着相反的方向运动退出密封位置。弹性密封层25可以固定在活塞上，比如，可用铸造或冷轧的方法使法兰盘向内盖在密封层上，确保与密封座15紧密啮合而不漏气。密封层25可用高氟橡胶（也可用市售的Dupont公司的产品Kalrez），或其它合适的化学惰性合成橡胶制作。活塞23上带有一个中心杆27，此杆经过孔17伸到出口腔。另外，活塞23还带有一个永久磁铁，此永久磁铁封装在活塞23之内。入口腔19由端盖31所密封，该端盖31内封装了另外一块永久磁铁33，此磁铁的磁极取向与磁铁29相反。调节器主体9与端盖31之间的密封可用电子束焊接技术或其它方法来封接（在部件装配在入口腔19内之后），以消除气体泄漏到环境中的可能性。这样，由于磁铁29与31取向相反，互相排斥，活塞23和密封层25被迫相互靠近，处于于常闭状态，紧密地与密封座15配合。杆27通过孔17伸入到出口腔21中。同时，来自入口管11的流体压力使该密封配合得到加强，该流体压力作用在与孔17的面积近似相等的活塞面积上。当然也可以利用一个弹簧来代替相互排斥的磁铁29、33，使活塞23和密封层25同密封座表面15密封。

在出口腔21中，有一个压力敏感控制器35，它包括一个密封于端盖39和41上的一般的圆筒形的波纹管37，构成一个可延伸的压力导管。端盖41与通过孔17的杆27相接触，而端盖39可采用电子束焊接技术或其它方法封接于调节器主体9上。这样，调节器中有关用于密封防漏的部件均可由可焊接的材料，如铝、不锈钢、塑料制作，这些材料都不会明显地影响磁铁29和33的磁通量。在确定端盖39和41的内部尺寸时，应保证在表面43和45达到互相接触的极限位置时，波纹管不发生过压缩。端盖39内含有一个弹性球47，并装于通路49的内凹处，作为一个临时阻档阀，直到外凹53处的球51被焊接并密封在合适的位置上为止。这样就完成了伸缩软管的组装，然后增压到某个选定的大于环境压力的压力值，并通过将球51焊到外凹53处进行密封。这样的内部增压，引起了波纹管37纵向伸长，并与其自身弹性恢复力作用相反，因而就使端盖41相对于端盖39处于这样一种位置，即这一位置代表了作用于端盖41表面上的净压差。

操作时，密封层25和密封座15之间的严密配合是由波纹管37的伸长度来控制的，而其伸长度取决于作用在波纹管37的在出口腔21中流体压力的大小，因此，在高压输出的极端情况下，波纹管被压缩到表面43和45相接触的位置，中心杆27离开端盖41，参阅图1。密封层25和密封座15之间的压力增加和磁力增加使密封配合得以保持，因而没有流体从调节器流过。

现在来看图2，此图是图1所示调节器在另外一种极端情况下操作的剖视图，此时出口腔21中基本上无流体压力，在这种情况下，波纹管37伸展到最大，直至端盖41与密封座15的支座48相接触，推动杆27和与密封层25相连接着的活塞23离开密封座15，在压力作用下，流体便自由地由入口通道11，经孔17流到出口13，磁铁29和33之间的排斥力被波纹管部件产生的压力所克服，阀封15，23保持开启状态，让流体通过，直到出口腔中的压力增加为止，由于出口压力的增加，波纹管成比例地压缩，通过杆27使活塞23和密封层25在磁铁29、31所提供的静磁力的作用下向密封座15推进。当密封层25和密封座15之间的间隙减小时（由于出口腔21中的压力增加），流体的流量减少，因此出口腔21中压力也就减小。出口腔21中压力的减小，引起波纹管的延伸，并通过杆27，增大了密封层25和密封座15之间的间隙，使得流体流量增加，因而提高出口腔21中的压力。最终，波纹管部件的延伸使密封层25和密封座15之间形成一个间隙，在此间隙下，出口腔21内的流体压力近似等于波纹管37的内部压力。这样，通过波纹管37的初始增压确定了一个固定的出口流体压力的极限值，本发明即围绕此极限值进行调节。

如图3所示，图1中的调节器被改进为具有一个连接于波纹管部件内部的流体压力接头55，目的在于根据波纹管37内部提供压力来控制波纹管部件调节的压力极限值。依据本发明，为了在出口的调节压力值附近提供一个小的增量，该小的增量反比于入口压力，即流体源的压力，可以改变调节器的状态。如图6所示，此特性用于监视高压气瓶81中剩余气体的储量是非常理想的，只需简单地利用压力表测量很低的出口压力即可。首先，由于端盖39和41的实体体积位于波纹管部件内部，这就使维持在本发明调节器82中的波纹管部内部的气体体积较少，这样便可有效地增强了要改变压力状态的波纹管的回弹力;第二，端盖41的直径、进而波纹管的有效表面面积，影响着出口气压与流量率的函数关系曲线上稳定值附近的偏差量（以下降的形式），因此，当波纹管的有效面积增加时此偏差变减小;第三选择孔17的截面是为了在入口压力变化时，比如，供气瓶81内气体储量减少时，在输出压力87的调节值上加上一个小的逆变化85。对于某个给定的压力，增加孔径尺寸便是增加了克服抵抗密封所需的压力。波纹管（具有予设负荷）提供了一个防止开口力发生变化的恒定的力，产生一个所期望的出口压力的逆偏差，因此，适当地选择孔直径和波纹管直径，当高压气瓶81内气体由于经常使用而被放出，供气压力在很宽范围内变化时，出口压力将产生一微小的逆变化85，比如20磅/平方英吋的表压或许出现在出口压力的标称调节值里。在入口压力宽阔范围91内，与此范围对应的出口压力的这样的微小变化85就可用普通的低压表指示供气压力，因而，也即指示出供气瓶内剩余气体的储量。一个二次调节器89装于该系统仪表后面，而在应用系统的前面，以此来减小供给应用系统的流体压力的变化量85。

图1、2、3中所示的每个实施例中，都有环形挡罩70和中心支座72，它们均同轴安装于孔17的上方，并利用支座72与中心杆27相接触，通过孔17推动活塞和密封层25，环形挡罩70具有一定数目的开口或沿圆周间隔分布的泄漏孔74。本发明的结构系统截断了来自孔17的横向流体，因此也就减小了作用于端盖41上的伯努力（Bernorlli）效应，因而减少了使端盖41的位置形成振荡的条件，确保了调节器更平稳地工作。

参照图4，它给了具有入口、出口连接部分的共轴结构压力调节器的剖视图，调节器主体61从入口腔63到出口腔65之间是通常的圆筒形体，内部有通孔71相连接的一般圆筒形入口腔67和出口腔69。标准高压接头可焊接于主体61的入口部位和出口部位，以防止泄漏。带有封堵通孔的活塞的密封层安装在入口腔67内，活塞带动的杆经孔71伸入出口腔69。活塞和密封层是籍弹簧75靠紧过滤器元件77而与孔71周围的密封表面紧密接触的，过滤器元件77同样也靠紧和密封一个标准高压瓶阀的配合面。过滤器元件77一般是由适当的烧结金属或陶瓷材料制成的空心壳体，在输入端开口，在其内端封闭。此过滤器元件77装于入口腔63内，过滤来自流体源的流体，当将新的流体源钢瓶接到入口腔63时，过滤器77可以方便地更换。

与前面所述的相同，出口腔69内有一个波纹管部件73，此部件被予先加载到流体压力的某个值，调节器将在此压力值附近工作。因此如图4所示，当出口腔69内处于低压状态时，孔71被打开，流体经伸展了的波纹管部件73流过。而在图5中，当出口腔69内处于高压状态时，波纹管部件73被压缩，孔71关闭，从而阻止了流体通过。在此二种极端状态之间，所示本发明调节器的实施例就象图1和图2所示的一样进行工作，以出口腔69内的流体压力来调节通孔的开口度。按此方式，出口压力基本上保持于密封在波纹管部件73内的压力水平，基本上与流体源压力变化无关。

Claims (9)

1、流体压力调节器装置，包括：

一个主体，主体内有入口腔及出口腔，两腔之间有一通孔，以容纳流经它的流体；

一个安装于入口腔内的部件，用以选择是否与通孔密封配合；

一个籍弹性作用将所说部件与通孔密封配合的装置；

一个装在所说部件上的操作元件通过所说通孔侧入出口腔；

一个在其两端间有可纵向延伸的侧壁的波纹管，此波纹管装配于出口腔内，根据作用到波纹管组件的压力大小，波纹管组件以其一端推动所说操作元件，使该操作元件和所说部件位于和所说通孔相应的位置。

2、根据权利要求1的流体压力调节器装置，所说籍弹性作用的部件装置包括一个由所说部件带的第一永久磁铁和一个与第一永久磁铁在相互排斥方向安装的第二永久磁铁，两永久磁铁的排斥作用使所说的部件与所说的通孔之间密封配合。

3、根据权利要求1所说的流体压力调节器装置，其中所说的波纹管装置包括一个流体连接器，用来将其内部增压到某个选定压力值。

4、根据权利要求1所说的流体压力调节器装置，其中用来推动所说操作元件的波纹管之端部包括一个围绕着所说操作元件运动位置的屏障装置，所说屏障装置带有厚度逐渐减小的边壁，用来阻止流体从所说通孔向外流出。

5、根据权利要求1所说的流体压力调节器装置，其中所说波纹管装置包括一个位于其侧壁内部并封接于其中的止动装置，以限制波纹管的端部向内运动及显著减小所说侧壁与该端部间的体积。

6、根据权利要求1所说的流体压力调节器装置，所说入口腔和所说出口腔基本上与所说的通孔、所说操作元件、所说部件以及所说波纹管装置同轴安装;所说入口腔有一个内凹部分;一个延伸的空心结构的过滤器被滑动式地安装入所说的凹部分之内;此过滤器在入口端有一个开口，通过此开口与空心内部相通，并在远离入口端处还有一封闭端;过滤器具有多孔的壁，以使流体流过而抑制颗粒流过。

7、调节应用系统内来自高压流体源的流体压力的方法，包括将来自流体源的流体约束到应用系统;将应用系统内一个可延伸部件增压到某个选定压力值;检测在应用系统内流体压力作用下，相对于所说流体压力选定值的扩增量;变更在与应用系统中在流体压力作用下的部件伸展量相关的压力作用下的流体的缩颈。

8、根据权利要求7的方法，包括有选择地将可延伸部件增压到某个与流体源压力和应用系统流体压力无关的压力值的步骤。

9、根据权利要求7所说变更该缩颈的方法步骤，当流体源压力降低时，应用系统内流体压力增加;还包括一监视方法，即只监测应用系统流体压力即可给出流体源压力指示。

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