專利名稱：用于改善隔膜的循環(huán)壽命的隔膜接口裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本專利大體上涉及流體調(diào)節(jié)器，更具體地，涉及用于改善隔膜的循環(huán)壽命的隔膜接口裝置。
背景技術(shù)：
流體調(diào)節(jié)器通常遍布于過(guò)程控制系統(tǒng)中，用以控制各種流體的壓強(qiáng)(例如，液體、氣體，等等)。流體調(diào)節(jié)器通常用于將流體的壓強(qiáng)調(diào)節(jié)到實(shí)質(zhì)上恒定的值。具體地，流體調(diào)節(jié)器具有通常接收處于相對(duì)高壓強(qiáng)的供應(yīng)流體的入口，并在出口處提供相對(duì)較低并且實(shí)質(zhì)上恒定的壓強(qiáng)。為了調(diào)節(jié)下游壓強(qiáng)，流體調(diào)節(jié)器通常包括感測(cè)元件或隔膜，以感測(cè)與下游壓強(qiáng)流體連通的出ロ壓強(qiáng)。弾性隔膜性能價(jià)格比高，并且通常用于低壓應(yīng)用或非腐蝕性過(guò)程流體。對(duì)于高純度應(yīng)用、高壓應(yīng)用或高腐蝕性過(guò)程流體，流體調(diào)節(jié)器通常采用金屬隔膜(例如，不銹鋼隔膜)。為了將金屬隔膜耦接到流體調(diào)節(jié)器，傳統(tǒng)的流體調(diào)節(jié)器將金屬隔膜的外圍邊緣夾在調(diào)節(jié)器閥體與閥蓋之間。這種夾緊連接將變形以及應(yīng)力局限在金屬隔膜上。此外，為了給金屬隔膜提供支撐，流體調(diào)節(jié)器通常使用墊片，其具有接合金屬隔膜的實(shí)質(zhì)上平的或平坦的接觸面。然而，ー些金屬隔膜包括卷折或波浪形外形以增大隔膜的靈敏度。具有實(shí)質(zhì)上平坦的接觸面的墊片接合具有帶有相對(duì)小接觸面的卷折的隔膜，從而在接觸區(qū)域增大金屬隔膜上的應(yīng)カ集中。這種傳遞(impart)到隔膜的局部應(yīng)用集中能夠顯著地減少金屬隔膜的循環(huán)壽命或疲勞壽命，從而導(dǎo)致増加的維護(hù)及費(fèi)用。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)例子中，流體調(diào)節(jié)器包括位于入口與出口之間的流體流動(dòng)通道，其中感測(cè)室限定了所述流體流動(dòng)通道的一部分。隔膜感測(cè)所述感測(cè)室中的壓強(qiáng)，并且鄰近于所述感測(cè)室的隔膜接ロ具有彎曲面，用于接觸響應(yīng)于所述感測(cè)室中的壓強(qiáng)變化而移動(dòng)的所述隔膜的一部分。在所述流體調(diào)節(jié)器運(yùn)行期間，所述彎曲面影響傳遞到所述隔膜的所述部分的應(yīng)力的量。在另一例子中，流體調(diào)節(jié)器包括隔膜支撐，其設(shè)置于閥蓋與閥體之間，用于支撐流體調(diào)節(jié)器的隔膜的可移動(dòng)部分。隔膜支撐具有與所述隔膜的所述可移動(dòng)部分的面的彎曲面實(shí)質(zhì)上互補(bǔ)的彎曲面，以在運(yùn)行期間增加所述隔膜支撐與所述隔膜的可移動(dòng)部分之間的接觸面面積。


圖IA示出了ー種已知的流體調(diào)節(jié)器；圖IB示出了圖IA的已知的流體調(diào)節(jié)器的一部分的放大視圖；圖2A示出了在此所述的具有金屬隔膜的示例性流體調(diào)節(jié)器，其被示為處于關(guān)閉位置；圖2B示出了處于打開位置的圖2A的示例性流體調(diào)節(jié)器；圖3A是圖2A和2B的示例性流體調(diào)節(jié)器的一部分的放大視圖；圖3B是圖2A、2B和3A的示例性流體調(diào)節(jié)器的一部分的另ー放大視圖；圖4示出了圖2A、2B、3A和3B的示例性流體調(diào)節(jié)器的在此所述的示例性保持器；圖5A示出了圖2A、2B、3A和3B的示例性流體調(diào)節(jié)器的在此所述的示例性隔膜板； 圖5B是圖5A的隔膜板的剖面圖。
具體實(shí)施例方式在此所述的示例性流體調(diào)節(jié)器實(shí)質(zhì)上改善了感測(cè)元件或隔膜的循環(huán)壽命或疲勞壽命。更具體地，在此所述的示例性流體調(diào)節(jié)器包括ー個(gè)或多個(gè)隔膜接ロ或隔膜支撐，以減少在所述流體調(diào)節(jié)器運(yùn)行期間移動(dòng)(例如，撓曲或完曲)的隔膜的部分上的局部變形或應(yīng)力集中。在此所述的示例性流體調(diào)節(jié)器包括相鄰于流體調(diào)節(jié)器的感測(cè)室的隔膜接ロ。隔膜接ロ具有彎曲面，以接觸響應(yīng)于感測(cè)室中的壓強(qiáng)變化而移動(dòng)的隔膜的一部分。在運(yùn)行期間，彎曲面影響傳遞到隔膜的可移動(dòng)部分的應(yīng)カ的量。特別地，在此所述的彎曲面接合這種具有増加的接觸面面積的可移動(dòng)的隔膜部分，以將應(yīng)力分散在隔膜的較大部分上，從而減少在運(yùn)行期間，移動(dòng)的隔膜的部分上的局部的應(yīng)カ集中。在一些在此所述的例子中，隔膜接ロ的彎曲面包括面或接合面，該面或接合面具有與在運(yùn)行期間隔膜接ロ接合的隔膜的一部分的輪廓互補(bǔ)的彎曲輪廓。例如，在此所述的流體調(diào)節(jié)器的隔膜接ロ包括支撐或接觸面，該支撐或接觸面具有與隔膜的截面形狀或輪廓實(shí)質(zhì)上相似的截面形狀或輪廓，以實(shí)質(zhì)上増加隔膜接ロ與隔膜之間的接觸面面積。換言之，接觸面被配置或成型以當(dāng)隔膜彎曲或撓曲以接合隔膜接ロ時(shí)，實(shí)質(zhì)上配對(duì)地接合隔膜。因此，通過(guò)將傳遞在隔膜上的應(yīng)カ分散到隔膜的較大面積或部分，流體調(diào)節(jié)器的隔膜接ロ與隔膜之間增加的接觸面面積減少了應(yīng)カ集中。從而顯著減少了隔膜的局部的應(yīng)カ或疲勞變形。因此，隔膜接ロ實(shí)質(zhì)上提高了隔膜的循環(huán)壽命或疲勞壽命。在討論在此所述的示例性流體調(diào)節(jié)器之前，在圖IA與IB中提供了ー種已知的流體調(diào)節(jié)器100的簡(jiǎn)要描述。參考圖IA及1B，示例性流體調(diào)節(jié)器100包括閥體102，其螺紋地耦接到閥蓋104，該閥蓋104限定了入口 106與出口 108之間的流體通道。負(fù)載組件110被設(shè)置在閥蓋104中，并且可調(diào)節(jié)地提供負(fù)載給隔膜112，其中負(fù)載對(duì)應(yīng)于所期望的流體出ロ壓強(qiáng)。隔膜112的外圍邊緣114被夾在或放置在閥蓋104與閥體102之間，以使得隔膜112的第一側(cè)116與閥體102限定感測(cè)室118，該感測(cè)室118經(jīng)由通道120與出口 108流體連通。此外，為了給隔膜112提供支撐，流體調(diào)節(jié)器100包括墊片122，其具有實(shí)質(zhì)上平的或平坦的接觸面124，該接觸面124接合隔膜112的第二側(cè)126的一部分。隔膜112是金屬隔膜，其具有多個(gè)波浪形外形或卷折128，以增加隔膜112的靈敏度。托架130相對(duì)于閥座134移動(dòng)，以調(diào)節(jié)或節(jié)流入ロ 106與出ロ 108之間的流體的流動(dòng)。偏置元件136朝閥座134偏置托架130。托架130還包括閥桿138以接合隔膜112與墊片122。在運(yùn)行中，當(dāng)出ロ 108處的流體壓強(qiáng)向隔膜112的第一側(cè)116提供大于或等于由負(fù)載組件110提供給隔膜112的第二側(cè)126的力吋，隔膜112與墊片122遠(yuǎn)離閥桿138移動(dòng)。因此，托架130密封地接合閥座134以限制入口 106與出口 108之間的流體流動(dòng)。當(dāng)出ロ 108處的流體壓強(qiáng)降低以使得提供給隔膜112的第一側(cè)116的力小于由負(fù)載組件110提供給隔膜112的第二側(cè)126的カ時(shí)，隔膜112朝向閥體102撓曲或彎曲并接合托架桿138，這使得托架130遠(yuǎn)離閥座134移動(dòng)，從而允許在入口 106與出ロ 108之間的流體流動(dòng)。加壓流體在入口 106與出ロ 108之間流動(dòng)，直至隔膜112的兩側(cè)116與126上的力平衡。正如圖IB中最清楚地顯示，隔膜112的外圍邊緣114在夾點(diǎn)或夾面140處被夾在閥蓋104與閥體102之間。這種夾緊連接是不利的，因?yàn)楫?dāng)隔膜112在運(yùn)行期間撓曲或彎曲時(shí)，這種夾緊連接在緊鄰?qiáng)A點(diǎn)140的區(qū)域或點(diǎn)142處產(chǎn)生了相對(duì)高的應(yīng)カ集中。換言之，在其受到相對(duì)高的應(yīng)カ集中的影響時(shí)，隔膜112的區(qū)域142彎曲或撓曲(即，在運(yùn)行期間移動(dòng))，這可能使得區(qū)域142在運(yùn)行期間斷裂或疲勞。因此，高度集中的或局部的應(yīng)カ可以減 少或限制隔膜112的循環(huán)壽命或疲勞壽命。附加地，盡管未示出，在一些已知例子中，當(dāng)隔板112相對(duì)閥座134移動(dòng)時(shí)，墊片122的平坦的接觸面124接合隔膜112的波浪形外形128。特別地，因?yàn)閴|片122的接觸面124實(shí)質(zhì)上平坦，所以接觸面124經(jīng)由隔膜112的波浪形外形128的峰端144接合隔膜112。因此，墊片122以相對(duì)小的接觸面面積接合波浪形外形128的峰端。因此，墊片122可以使得増加的或局部的應(yīng)カ集中經(jīng)由峰端144傳遞到隔膜112。正如上述，這種局部的應(yīng)カ能夠使得隔膜112破裂或疲勞，從而減少隔膜112的循環(huán)壽命或疲勞壽命，并增加維護(hù)費(fèi)用。圖2A及2B示出了在此所述的示例性流體調(diào)節(jié)器200。圖2A示出了處于關(guān)閉位置202的示例性流體調(diào)節(jié)器200，而圖2B示出了處于打開位置204的示例性流體調(diào)節(jié)器200。參考圖2A與2B，示例性流體調(diào)節(jié)器200包括調(diào)節(jié)器主體，其包括耦接(例如，螺紋地耦接)到下部體部分或閥體208的上部體部分或閥蓋206。閥體208形成在流體調(diào)節(jié)器200的入口 210與出ロ 212之間的流體流動(dòng)路徑。隔膜214被設(shè)置在閥體208與閥蓋206之間，以使得隔膜214的第一側(cè)216與閥蓋206限定用于容納負(fù)載組件220的負(fù)載室218。隔膜214的第二側(cè)222與閥體208的內(nèi)表面224限定感測(cè)室226。感測(cè)室226經(jīng)由通道228流體地耦接到出ロ 212，并且感測(cè)出ロ 212處的流體的壓強(qiáng)。在示出的例子中，隔膜214是由例如不銹鋼制成的金屬隔膜。負(fù)載組件220經(jīng)由隔膜板或墊片230可操作地耦接到隔膜214，井向隔膜214提供參考カ或負(fù)載(例如，預(yù)設(shè)力)。在這個(gè)例子中，負(fù)載組件220包括設(shè)置在負(fù)載室218內(nèi)的偏置元件232 (例如，彈簧)，其經(jīng)由墊片230向隔膜214提供負(fù)載。彈簧調(diào)節(jié)器234調(diào)節(jié)(例如，増大或減小)偏置元件232施加到隔膜214的第一側(cè)216上的預(yù)設(shè)カ或負(fù)載的量。如圖所示，彈簧調(diào)節(jié)器234包括控制旋鈕(control knob)，其被鎖在螺紋地耦接到閥蓋206并且接合可調(diào)節(jié)的彈簧座238的螺絲236?？刂瓢粹o以第一方向(例如，順時(shí)針?lè)较?或第二方向(例如，逆時(shí)針?lè)较?的轉(zhuǎn)動(dòng)改變偏置元件232的壓縮量(例如，壓縮或減壓偏置元件232)，并且因而改變施加在隔膜214的第一側(cè)216上的負(fù)載的量。閥裝置或閥芯組件240被設(shè)置在閥體208的孔腔242中，該孔腔242限定流體地耦接到入口 210的入口室244。閥裝置240包括托架246，當(dāng)流體調(diào)節(jié)器200處于關(guān)閉位置202時(shí)，該托架246朝閥座248移動(dòng)以限制在入口 210與出口 212之間的流體流動(dòng)。當(dāng)流體調(diào)節(jié)器200處于打開位置204時(shí)，托架246遠(yuǎn)離閥座248移動(dòng)以允許在入ロ 210與出口 212之間的流體流動(dòng)。偏置元件250朝閥座248偏置托架246。密封件252 (例如，O形環(huán))被設(shè)置在流體調(diào)節(jié)器200的閥體208與閥裝置240之間，以在感測(cè)室226與入口室244之間提供密封。在運(yùn)行中，示例性流體調(diào)節(jié)器200經(jīng)由入口 210流體地耦接到，例如，提供相對(duì)高的壓強(qiáng)流體(例如，氣體)的上游壓強(qiáng)源，并且經(jīng)由出口 212流體地耦接到，例如，低壓強(qiáng)的下游設(shè)備或系統(tǒng)。流體調(diào)節(jié)器200將流過(guò)流體調(diào)節(jié)器200的流體的出ロ壓強(qiáng)調(diào)節(jié)到與由可調(diào)節(jié)負(fù)載組件220提供的預(yù)設(shè)負(fù)載相對(duì)應(yīng)的所期望的壓強(qiáng)。
為了達(dá)到所期望的出ロ壓強(qiáng)，旋轉(zhuǎn)控制旋鈕(例如，以順時(shí)針或逆時(shí)針?lè)较?以增加或減小由偏置元件232施加在隔膜214的第一側(cè)216上的負(fù)載。由偏置元件232提供的負(fù)載被調(diào)節(jié)到對(duì)應(yīng)于所期望的出ロ壓強(qiáng)。根據(jù)設(shè)定的參考?jí)簭?qiáng)，感測(cè)室22經(jīng)由通道228感測(cè)出ロ 212處的加壓流體的壓強(qiáng)，這使得隔膜214響應(yīng)于感測(cè)室226中的壓強(qiáng)變化而移動(dòng)。例如，當(dāng)流體在入口 210與出ロ 212之間流動(dòng)時(shí)，出ロ 212處的流體的壓強(qiáng)增加。當(dāng)感測(cè)室226中的加壓流體的壓強(qiáng)增加時(shí)，流體的壓強(qiáng)在隔膜214的第二側(cè)222上施加力，以使得隔膜214與偏置元件232以遠(yuǎn)離閥體208的線性運(yùn)動(dòng)移動(dòng)。轉(zhuǎn)而，閥裝置240的偏置元件250使得托架246朝閥座248移動(dòng)，以限制在入口 210與出ロ 212之間的流體流動(dòng)。感測(cè)室226中的流體的壓強(qiáng)在隔膜214的第二側(cè)222上施加的力大于負(fù)載組件220施加在隔膜214的第一側(cè)216上的參考?jí)毫蛄?，這使得墊片230遠(yuǎn)離閥體208移動(dòng)，從而允許托架246密封地接合閥座248以如圖2所示限制或防止通過(guò)流體調(diào)節(jié)器200的流體流動(dòng)。當(dāng)感測(cè)室226中的加壓流體的壓カ小于由偏置元件232施加在隔膜214的第一側(cè)216上的參考?jí)毫蛄?，隔?14朝閥體208移動(dòng)、彎曲或撓曲。轉(zhuǎn)而，墊片230接合托架246的桿部分254，以遠(yuǎn)離閥座248移動(dòng)托架246，從而允許或增加入ロ 210與出口 212之間的流體流動(dòng)。當(dāng)隔膜214上的壓差實(shí)質(zhì)上接近零時(shí)(即，感測(cè)室226中的流體的壓強(qiáng)被調(diào)節(jié)到生成實(shí)質(zhì)上等于由負(fù)載組件220提供的負(fù)載的力的壓強(qiáng))，托架246朝閥座248移動(dòng)以防止或限制在入口 210與出ロ 212之間的流體流動(dòng)。在如圖2A與2B所示的運(yùn)行期間，隔膜214在圖2A中所示的將托架246移向關(guān)閉位置202的第一位置與圖2B中所示的將托架246移向打開位置204的第二位置之間移動(dòng)、彎曲或撓曲。圖3A和3B示出了圖2A與2B的流體調(diào)節(jié)器200的放大部分。正如最清楚地顯示在圖3A與3B中，所示出的例子的隔膜214包括外圍邊緣302、中央部分304、在外圍邊緣302與中央部分304之間的中間、可移動(dòng)或彈性部分306。外圍邊緣302與中央部分304中的姆ー個(gè)具有實(shí)質(zhì)上平坦或平的表面。中間部分306具有多個(gè)波浪形外形或卷折308，當(dāng)隔膜214在如圖2A與2B中所示的第一與第二位置之間移動(dòng)時(shí)，多個(gè)波浪形外形或卷折308會(huì)彎曲或撓曲。特別地，中間部分306的外形308中的每ー個(gè)包括凸出部分或彎曲面310以及凹陷部分或彎曲面312，其構(gòu)成了連續(xù)的光滑曲線或波浪形外形或卷折308。凸出部分310和/或凹陷部分312中的每ー個(gè)可以具有實(shí)質(zhì)上相似的曲率半徑或可以具有變化的曲率半徑。例如，外形308a的第一凸出部分310a和/或凹陷部分312a可以具有第一曲率半徑，而外形308b的第二凸出部分310b和/或凹陷部分312b可以具有不同于第一曲率半徑的第二曲率半徑。外形308顯著增加了隔膜214的靈敏度，從而使得流體調(diào)節(jié)器200能夠具有更緊密的外包尺寸(dimensional envelope)。_膜214由例如不銹鋼的金屬材料制成。為了減小在隔膜214的中間部分306上的應(yīng)カ集中，流體調(diào)節(jié)器200包括ー個(gè)或多個(gè)與感測(cè)室226相鄰的隔膜接ロ或支撐面314、316和/或318。隔膜接ロ 314、316和/或318中的每ー個(gè)增加了隔膜214的循環(huán)壽命或疲勞壽命。特別地，隔膜接ロ 314、316和/或318中的每ー個(gè)實(shí)質(zhì)上増加了當(dāng)與隔膜214接合時(shí)的接觸面面積，由此減小了運(yùn)行期間隔膜214上的應(yīng)カ集中。在一些例子中，流體調(diào)節(jié)器僅使用隔膜接ロ 314、316或318中的ー個(gè)。然而，可以使用接ロ 314、316和318的任意組合。在示出的例子中，隔膜接ロ 314被與閥體208整體地形成為單式件或單式結(jié)構(gòu)。如圖所示，閥體208具有環(huán)形壁320，其在與內(nèi)表面224相鄰的環(huán)形壁320的上邊緣或部分322處限定隔膜接ロ 314。閥體208的隔膜接ロ 314包括環(huán)形座或隔膜支架324，以保持、容納或接合隔膜214的外圍邊緣324。環(huán)形座324包括彎曲的、斜向的或傾斜的表面326，其包括與隔膜支架324相鄰的圓形或輻射式的的邊緣326a，以用于支撐在流體調(diào)節(jié)器200運(yùn)行期間移動(dòng)或彎曲的隔膜214的中間部分306和/或外圍邊緣302的一部分。 隔膜支架324具有實(shí)質(zhì)上平坦或平的表面，以容納或接合隔膜214的外圍邊緣302。如圖所示，隔膜支架324實(shí)質(zhì)上垂直于內(nèi)表面224。傾斜部分326與輻射式的邊緣326a被設(shè)置在隔膜支架324與內(nèi)表面224之間。傾斜部分326可以包括具有相同的曲率半徑的彎曲面，或者具有變化的曲率半徑的、形成連續(xù)傾斜部分的多個(gè)彎曲面。當(dāng)隔膜214被耦接到流體調(diào)節(jié)器200吋，傾斜部分326和/或隔膜支架324提供實(shí)質(zhì)上緊密的金屬對(duì)金屬密封。在一些例子中，為了便于金屬對(duì)金屬密封，與閥體208的階狀環(huán)形壁327相鄰的隔膜支架324的肩部325被相對(duì)傾斜部分326偏置(例如，O. 015英寸偏置)(例如，在圖3A的定向中低于傾斜部分326)。以這樣的方式，當(dāng)閥蓋206耦接到閥體208時(shí)，施加在閥體208的傾斜部分326上的轉(zhuǎn)矩使得傾斜面236的至少一部分變形或平坦，從而提供實(shí)質(zhì)上緊密的金屬對(duì)金屬密封。閥體208可以由比隔膜214的材料相對(duì)更軟的材料制成。在運(yùn)行中，傾斜部分326使得與外圍邊緣302相鄰的隔膜214的一部分能夠沿著傾斜部分326彎曲或卷曲。例如，當(dāng)隔膜214的與外圍邊緣302相鄰的中間部分306朝閥體298移動(dòng)或彎曲到第二位置(例如，圖2B的位置)時(shí)，與外圍邊緣302相鄰的中間部分306的第二側(cè)222接合閥體208的傾斜部分326。傾斜部分326增加了在中間部分306與閥體208之間的接觸面面積，從而更均勻地分散或減少傳遞到在接合傾斜部分326或繞傾斜部分326卷曲的隔膜214的區(qū)域或部分上的中間部分306的應(yīng)力。換言之，傾斜或彎曲面326使得與外圍邊緣302相鄰的中間部分306能夠彎曲或撓曲，而受到顯著減少的壓力集中影響。例如，與圖IA和IB的已知的流體調(diào)節(jié)器100相反，閥體208的隔膜接ロ 314或傾斜部分326顯著減少或消除了閥體208與閥蓋206之間的夾點(diǎn)或夾面(例如，圖IA與IB的夾點(diǎn)140)。傾斜部分326使得隔膜214的與外圍邊緣302相鄰的較大部分或區(qū)域能夠以相比于圖IB的夾點(diǎn)140較小的剛度(rigidity)或剛性(stiffness)繞傾斜部分326卷曲或彎曲，從而通過(guò)將應(yīng)力分散于隔膜214的與外圍邊緣302相鄰的較大的接觸面面積上來(lái)減小應(yīng)力集中。換言之，隔膜214以與當(dāng)隔膜112繞夾點(diǎn)140撓曲時(shí)傳遞到圖IA與IB的流體調(diào)節(jié)器100的隔膜112的壓應(yīng)カ與張應(yīng)カ相比較小的傳遞到隔膜214的第二側(cè)222的壓應(yīng)カ以及較小的傳遞到隔膜214的第一側(cè)216的張應(yīng)カ繞傾斜部分326撓曲。因此，傾斜部分326增加了閥體208與中間部分306之間的接觸面面積，從而減少了在隔膜214的與外圍邊緣302相鄰的中間部分306上的應(yīng)カ集中。傾斜部分326可以經(jīng)由機(jī)械加工、鑄造或任意其他適合的ー個(gè)或多個(gè)制造エ藝形成。如圖所示，為了在不需要實(shí)質(zhì)上緊密的金屬對(duì)金屬密封時(shí)提供冗余密封和/或便于組裝，隔膜接ロ 314或隔膜支架324可以可選地包括用于容納O形環(huán)330的凹部328，以在閥體208與閥蓋206之間提供密封(例如，冗余密封)。O形環(huán)330可以便于組裝，這是因?yàn)橄啾扔谔峁┙饘賹?duì)金屬密封所需的轉(zhuǎn)矩，O形環(huán)330需要較小的用于密封的轉(zhuǎn)矩。在所示出的例子中，流體調(diào)節(jié)器200使用環(huán)形夾具或保持器332來(lái)將隔膜214保持或夾在閥蓋206與閥體208之間。并且，保持器332限定向與外圍邊緣302相鄰的中間部分306提供支撐的隔膜接ロ 316。隔膜接ロ 316包括隔膜夾緊部分334以及與該隔膜夾緊部分334相鄰的隔膜支撐部分336。 如圖所示，隔膜214的外圍邊緣302被夾在閥體208的隔膜支架324與隔膜夾緊部分334之間。特別地，當(dāng)閥體208耦接到閥蓋206時(shí)，保持器332的隔膜夾緊部分334將負(fù)載轉(zhuǎn)移到隔膜214的外圍部分302，以在閥蓋206與閥體208組裝期間當(dāng)施加轉(zhuǎn)矩到閥蓋206上時(shí)，幫助在隔膜214與閥體208之間提供金屬對(duì)金屬密封。當(dāng)耦接到閥體208時(shí)，閥蓋206經(jīng)由保持器332向隔膜214的外圍邊緣302提供壓縮負(fù)載。在這個(gè)例子中，保持器332由，例如，諸如不銹鋼的金屬材料制成，以在保持器332、閥體208、閥蓋206以及隔膜214之間提供金屬對(duì)金屬接觸。隔膜接ロ 316的隔膜支撐部分336包括彎曲或拱形面336a，其背離隔膜夾緊部分334突出，并且從外圍邊緣302朝感測(cè)室226向內(nèi)突出。例如，隔膜支撐部分336延伸超出或超過(guò)閥體208的環(huán)形壁320的內(nèi)表面224或上邊緣322。這種延伸使得隔膜支撐部分336能夠接合與外圍邊緣302相鄰的中間部分306的第一側(cè)216，以支撐隔膜214。特別地，隔膜支撐部分336接合隔膜214的第一側(cè)216的外形308的凹陷部分310的至少一部分337。因此，保持器332或隔膜接ロ 316與傾斜部分326或隔膜接ロ 314分別接合隔膜214的相對(duì)面或側(cè)216與222。此外，如圖所示，在圖3A與3B中，彎曲面336a具有實(shí)質(zhì)上相似于與外圍邊緣302相鄰的中間部分306的形狀或輪廓的形狀或輪廓，以使得該彎曲面配對(duì)地接合與外圍邊緣302相鄰的中間部分306。圖4示出了圖3A和3B的保持器332的橫截面。仍參考圖4，保持器332是具有外徑404與內(nèi)徑406的環(huán)形夾具402。例如，外徑402可以大約為64. 5毫米，而內(nèi)徑406大約為44. 5暈米。在這個(gè)例子中，隔膜夾緊部分334具有長(zhǎng)度408,而隔膜支撐部分336具有長(zhǎng)度410。例如，長(zhǎng)度408大約為5. 25毫米，而長(zhǎng)度410大約為4. 75毫米。然而，其他長(zhǎng)度和/或半徑可以被用于滿足特定應(yīng)用的需要。并且，在所示的例子中，隔膜支撐部分336的彎曲面的曲率半徑412實(shí)質(zhì)上相似于與外圍邊緣302相鄰的中間部分306的曲率半徑。因此，彎曲面336a的彎曲輪廓可以互補(bǔ)于與外圍邊緣302相鄰的中間部分306的彎曲輪廓。例如，彎曲面的半徑412大約為8. 5毫米。然而，曲率半徑可以根據(jù)需要來(lái)改變以滿足特定應(yīng)用的需要。以這樣的方式，彎曲面336a以相比于例如圖IA和IB的流體調(diào)節(jié)器100相對(duì)更大的接觸面面積來(lái)接合與外圍邊緣302相鄰的中間部分306，從而當(dāng)在運(yùn)行期間隔膜214在第一與第二位置之間移動(dòng)時(shí)減小在鄰近于外圍邊緣302的中間部分306處的應(yīng)力集中。例如，相比于當(dāng)隔膜112繞夾點(diǎn)140撓曲時(shí)傳遞到圖IA和IB的流體調(diào)節(jié)器100的隔膜112的壓應(yīng)カ與張應(yīng)力，當(dāng)壓強(qiáng)或カ經(jīng)由感測(cè)室226施加到隔膜214的第二側(cè)222上時(shí)，保持器332顯著地減小了隔膜214的第一側(cè)216上的高壓應(yīng)カ集中以及隔膜214的第二側(cè)222上的高張應(yīng)カ集中。因此，隔膜接ロ 316顯著地改善了隔膜214的循環(huán)壽命或疲勞壽命。在其他例子中，彎曲面336a可以具有與隔膜214的中間部分306的曲率半徑不同的曲率半徑。盡管未示出，但是保持器332和/或隔膜接ロ 316或隔膜支撐部分336可以與閥蓋206整體地形成為單式件或結(jié)構(gòu)。換言之，隔膜支撐部分336可以從閥蓋206的內(nèi)表面延伸，并且保持器332可以被略去。圖5A和5B示出了流體調(diào)節(jié)器200的墊片230。參考圖2A、2B、3A、5A以及5B，墊片230包括隔膜接ロ或支撐面318，用于接合或支撐隔膜214。墊片230具有圓柱形體部分502，其具有用于容納負(fù)載組件220的偏置元件232的腔504。如圖所示，隔膜接ロ 318包括彎曲支撐面或面506，用于增加隔膜214與墊片230之間的接觸面面積。在示出的例子中， 墊片230的隔膜接ロ 318包括實(shí)質(zhì)上平坦或平的接合面508，用于接合隔膜214的中央部分304 (圖 3A)。彎曲支撐面或面506具有互補(bǔ)于接合墊片320的隔膜214的部分的輪廓的彎曲輪廓。以這樣的方式，彎曲支撐面506提供相對(duì)較大的接觸面面積來(lái)接合隔膜214的外形308或中間部分306。在示出的例子中，彎曲支撐面506包括與凸起的彎曲部分512相鄰的凹陷的彎曲部分510，以提供光滑的連續(xù)的波浪形彎曲支撐面。換言之，彎曲支撐部分506的截面形狀實(shí)質(zhì)上相似于隔膜214的外形308的截面形狀。例如，彎曲支撐面506的凹陷彎曲部分510具有與隔膜214的外形308的凸起部分310的曲率半徑實(shí)質(zhì)上相似的曲率半徑。類似地，彎曲支撐面506的凸起的彎曲部分512具有與隔膜214的外形308的凹陷部分312的曲率半徑實(shí)質(zhì)上相似的曲率半徑。并且，彎曲支撐面506的第一凹陷彎曲部分510a可以具有與彎曲支撐面506的第ニ凹陷彎曲部分510b的曲率半徑不同或相似的曲率半徑。例如，凹陷彎曲部分510的曲率半徑范圍在6. O與8. O毫米之間。類似地，彎曲支撐面506的第一凸起彎曲部分512a可以具有與第二凸起彎曲部分512b的曲率半徑不同或相似的曲率半徑。例如，凸起彎曲部分512的曲率半徑范圍在8. O與10. O毫米之間。因此，與圖IA的墊片122相反，墊片230的隔膜接ロ 318實(shí)質(zhì)上配對(duì)地接合隔膜214的中間部分306，以在墊片230與隔膜214之間提供增大的接觸面面積，其影響(或減小)傳遞到響應(yīng)于感測(cè)室226中的壓強(qiáng)變化而移動(dòng)的隔膜214的中間部分306的應(yīng)カ的量。在這個(gè)例子中，隔膜支撐面506減小隔膜214上的局部的應(yīng)カ集中。例如，當(dāng)隔膜214在圖2A所示的位置與圖2B所示的位置之間移動(dòng)時(shí)，墊片230以相對(duì)大的接觸面面積接合(例如，配對(duì)地接合)隔膜214的中間部分306。因此，局部的應(yīng)カ集中的減小顯著改善或増加了隔膜214的循環(huán)壽命或疲勞壽命。在其他例子中，墊片230的隔膜接ロ 318包括與隔膜214的形狀、輪廓或截面不同的形狀、輪廓或截面。例如，隔膜214的外形308與彎曲支撐面506之間的曲率半徑可以不同，以使得隔膜214不配對(duì)地接合墊片230，但是仍提供相對(duì)于圖IA與IB的墊片增加的接觸面面積。
因此，在此所述的流體調(diào)節(jié)器200包括隔膜接ロ 314、316和/或318，其可以被配置為具有與隔膜214的形狀或輪廓實(shí)質(zhì)上相似的形狀或輪廓，以增加隔膜接ロ 314、316和/或318與隔膜214之間的接觸面面積。例如，隔膜接ロ 314、316和/或318中的每個(gè)可以包括各自的彎曲面或部分以增加當(dāng)被隔膜214接合時(shí)的接觸面面積，從而減小在運(yùn)行期間傳遞到移動(dòng)的隔膜214的部分的應(yīng)カ集中。在一些例子中，隔膜接ロ 314、316和/或318的支撐面具有與隔膜214的截面形狀或輪廓實(shí)質(zhì)上相似的截面形狀或輪廓，以使得隔膜接ロ 314、316和/或318配對(duì)地接合隔膜214的至少一部分。因此，隔膜接ロ 314、316和/或318減少了傳遞到隔膜214的應(yīng)カ集中，從而增加了隔膜214的循環(huán)壽命或疲勞壽命。例如，隔膜214的循環(huán)壽命大約為85000循環(huán)，而圖IA與IB的隔膜112的循環(huán)壽命大約為10000循環(huán)。在一些例子中，流體調(diào)節(jié)器200可以僅以隔膜接ロ 314、316和/或318中的一個(gè)實(shí)現(xiàn)，或者可以以隔膜接ロ 314、316和/或318的任意組合實(shí)現(xiàn)。 盡管在此已經(jīng)描述了某些示例性方法、設(shè)備以及制品，本申請(qǐng)的覆蓋范圍并不局限于此。相反，本申請(qǐng)覆蓋從字面上或在等同原則下完全落入所附權(quán)利要求范圍的所有方法、設(shè)備和制品。
權(quán)利要求
1.ー種流體調(diào)節(jié)器，包括 流體流動(dòng)通道，其位于入口與出口之間； 感測(cè)室，其限定所述流體流動(dòng)通道的一部分； 隔膜，用于感測(cè)所述感測(cè)室中的壓強(qiáng)；以及 隔膜接ロ，其鄰近于所述感測(cè)室，所述隔膜接ロ具有彎曲面，用于接觸響應(yīng)于所述感測(cè)室中的壓強(qiáng)變化而移動(dòng)的所述隔膜的一部分，在所述流體調(diào)節(jié)器運(yùn)行期間，所述彎曲面用于影響傳遞到所述隔膜的所述部分的應(yīng)カ的量。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述隔膜接ロ包括環(huán)形座，用于保持所述隔膜的外圍邊緣，并且其中所述彎曲面包括所述環(huán)形座的輻射式內(nèi)邊緣，該輻射式內(nèi)邊緣接觸在所述流體調(diào)節(jié)器運(yùn)行期間移動(dòng)的所述隔膜的所述部分。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述隔膜接ロ還包括環(huán)形夾具，以保持所述隔膜的所述外圍邊緣，并且其中所述彎曲面還包括所述環(huán)形夾具的一部分，該部分從所述隔膜的所述外圍邊緣向內(nèi)突出，并在所述流體調(diào)節(jié)器運(yùn)行期間僅接觸所述隔膜的所述部分的ー側(cè)。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，在所述流體調(diào)節(jié)器運(yùn)行期間，所述環(huán)形夾具的所述部分與所述輻射式內(nèi)邊緣接觸所述隔膜的所述部分的相對(duì)面。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述隔膜接ロ包括環(huán)形夾具，用于保持所述隔膜的所述外圍邊緣，并且其中所述彎曲面包括所述環(huán)形夾具的一部分，該部分從所述隔膜的所述外圍邊緣向內(nèi)突出，并在所述流體調(diào)節(jié)器運(yùn)行期間僅接觸所述隔膜的所述部分的ー側(cè)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在干，所述環(huán)形夾具的所述部分具有與所述隔膜的所述部分的彎曲輪廓互補(bǔ)的彎曲輪廓。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述隔膜接ロ包括隔膜板，并且其中所述彎曲面包括所述隔膜板的面，該面具有與所述隔膜的所述部分的輪廓互補(bǔ)的彎曲輪廓。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述彎曲面用于增加所述隔膜接ロ與所述隔膜的所述部分之間的接觸面面積。
9.ー種流體調(diào)節(jié)器，包括 隔膜支撐，其設(shè)置于閥蓋與閥體之間，用于支撐隔膜的可移動(dòng)部分，其中所述隔膜支撐具有與所述隔膜的所述可移動(dòng)部分的一面的彎曲面實(shí)質(zhì)上互補(bǔ)的彎曲面，以在運(yùn)行期間增加所述隔膜支撐與所述隔膜的所述可移動(dòng)部分之間的接觸面面積。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，還包括閥體，其具有鄰近于至少部分地限定感測(cè)室的內(nèi)表面的隔膜支架，其中所述閥體在所述隔膜支架與所述內(nèi)表面之間具有有角度的表面，所述有角度的表面背離所述隔膜支架與所述隔膜的另一面而延伸。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在干，所述隔膜支撐包括保持器，其具有鄰近于隔膜支撐面的隔膜夾緊面，其中所述隔膜支撐面背離所述隔膜夾緊面與所述隔膜的所述面而延伸。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述隔膜支撐面包括與鄰近于所述隔膜的外圍邊緣的所述隔膜的所述面的彎曲面實(shí)質(zhì)上互補(bǔ)的彎曲面。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述保持器用于當(dāng)所述閥體耦接到所述閥蓋時(shí)，將負(fù)載轉(zhuǎn)移到所述隔膜的所述外圍邊緣。
14.根據(jù)權(quán)利要求9所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述隔膜支撐包括墊片，其具有支撐面用于接合所述隔膜的所述面。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述墊片的所述支撐面包括具有實(shí)質(zhì)上平坦的支撐面的中央部分以及鄰近于所述中央部分的外部，所述外部具有波浪形的外形。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述隔膜設(shè)置于所述閥體與所述閥蓋之間，所述隔膜具有中央部分、外圍邊緣以及設(shè)置于所述中央部分與所述外圍邊緣之間的中間部分，其中所述外圍邊緣與所述中央部分中的每ー個(gè)包括實(shí)質(zhì)上平坦的表面，并且其中所述中間部分包括多個(gè)波浪形的外形，用于增加所述隔膜的靈敏度。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述墊片的所述中央部分用于接合所述隔膜的所述中央部分，并且所述墊片的所述彎曲支撐面用于接合鄰近于所述中央部分的所述隔膜的所述中間部分的實(shí)質(zhì)上互補(bǔ)的波浪形外形。
18.根據(jù)權(quán)利要求16所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述墊片的所述彎曲支撐面的波浪形外形包括與所述隔膜的所述中間部分的波浪形外形的曲率半徑實(shí)質(zhì)上相似的曲率半徑。
19.ー種流體調(diào)節(jié)器，包括 用于調(diào)節(jié)通過(guò)流體流動(dòng)通道的流體流動(dòng)的裝置，其中所述用于調(diào)節(jié)流體流動(dòng)的裝置包括由金屬材料制成的隔膜，以及 用于減少在運(yùn)行期間傳遞到所述隔膜的可移動(dòng)部分的應(yīng)カ集中的裝置。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述用于減少應(yīng)力的裝置包括用于增加在移動(dòng)的所述隔膜的所述部分與所述用于減少應(yīng)力的裝置之間的接觸面面積的裝置。
全文摘要
描述了用于改善隔膜的循環(huán)壽命的隔膜接口裝置。示例性流體調(diào)節(jié)器包括位于入口與出口之間的流體流動(dòng)通道，其中感測(cè)室限定了所述流體流動(dòng)通道的一部分。隔膜感測(cè)所述感測(cè)室中的壓強(qiáng)，并且鄰近于所述感測(cè)室的隔膜接口具有彎曲面，用于接觸響應(yīng)于所述感測(cè)室中的壓強(qiáng)變化而移動(dòng)的所述隔膜的一部分。在所述流體調(diào)節(jié)器運(yùn)行期間，所述彎曲面影響傳遞到所述隔膜的所述部分的應(yīng)力的量。
文檔編號(hào)F16K17/22GK102691815SQ20111028973
公開日2012年9月26日 申請(qǐng)日期2011年9月20日 優(yōu)先權(quán)日2011年3月21日
發(fā)明者B·J·塔特, J·D·克利福德, T·W·拉森 申請(qǐng)人:泰思康公司