專利名稱:流體壓力的調(diào)節(jié)及其方法
本申請(qǐng)是編號(hào)為的正在審查中的申請(qǐng)案“流體流動(dòng)的隔離、控制裝置及方法”的后續(xù)申請(qǐng)，而該申請(qǐng)案又是另一份申請(qǐng)編號(hào)為675825的正在審查中申請(qǐng)“流體控制閥及其方法”的后續(xù)申請(qǐng)。
利用一定壓力的流體進(jìn)行工作的設(shè)備系統(tǒng)，通常都要求裝備壓力調(diào)節(jié)器，以保證高壓源的流體輸送到工作系統(tǒng)時(shí)具有基本上穩(wěn)定的，并與流體源壓力變化無(wú)關(guān)的低壓，例如一個(gè)很高壓力的壓縮空氣鋼瓶向一個(gè)氣體設(shè)備系統(tǒng)供氣時(shí)，實(shí)際上通常都在鋼瓶的截流閥之后安裝一個(gè)壓力調(diào)節(jié)器，使操作在潛在危險(xiǎn)高壓下的設(shè)備部分減到最少，而且，盡管鋼瓶?jī)?nèi)的壓力因氣體放出或用完而下降，也能確保壓縮氣體在基本上穩(wěn)定的低壓狀態(tài)下向系統(tǒng)輸送。然而，由于在給定的溫度下，鋼瓶?jī)?nèi)氣體的儲(chǔ)量與壓強(qiáng)直接相關(guān)，實(shí)際中，通常在鋼瓶上的截流閥與壓力調(diào)節(jié)器之間安裝一個(gè)高壓表，以指示供氣壓力，即鋼瓶?jī)?nèi)氣體的儲(chǔ)量。
依據(jù)本發(fā)明，壓力調(diào)節(jié)器包括一個(gè)壓力敏感波紋管，為了能夠根據(jù)作用在波紋管上的流體壓力來(lái)控制閥門密封，此波紋管位于閥門密封的后面。另外依據(jù)本發(fā)明的壓力調(diào)節(jié)技術(shù)確立了鋼瓶?jī)?nèi)剩余氣體儲(chǔ)量與調(diào)節(jié)后出口壓力之間的反比關(guān)系。這樣，只需要一個(gè)低壓儀表就能指示供氣鋼瓶?jī)?nèi)剩余氣體的儲(chǔ)量，從而避免了在壓力調(diào)節(jié)器前安裝有破裂泄漏危險(xiǎn)的高壓表，同時(shí)還允許將調(diào)節(jié)器直接接到鋼瓶的截流閥上，使系統(tǒng)內(nèi)操作于高壓下有潛在的危險(xiǎn)部分減少到最少。還有，在連接部件內(nèi)裝有一個(gè)完整的過(guò)濾系統(tǒng)，從而減少了有可能產(chǎn)生泄漏和事故的高壓接頭的數(shù)目，在將新的供氣鋼瓶接到調(diào)節(jié)器上時(shí)，可以方便地更換過(guò)濾器。
圖1是依據(jù)本發(fā)明所闡述的一般圓筒形調(diào)節(jié)器的實(shí)施例剖視圖，此調(diào)節(jié)器工作在高出口壓力的極端情況下。
圖2是圖1所示實(shí)施例，工作在低出口壓力極端情況下的剖視圖。
圖3是對(duì)圖1所示實(shí)施例改進(jìn)了的用于調(diào)節(jié)壓力的波紋管的剖視圖。
圖4是本發(fā)明的另一實(shí)施例的剖視圖，一般同軸結(jié)構(gòu)圓筒形調(diào)節(jié)器，在低出口壓力的極端狀態(tài)下操作。
圖5是圖4所示實(shí)施例工作在高出口壓力的極端情況下的剖視圖。
圖6是依據(jù)本發(fā)明裝配的一個(gè)氣體壓力設(shè)備系統(tǒng)圖。
圖7曲線給出了調(diào)節(jié)后的出口壓力與入口壓力的一個(gè)函數(shù)關(guān)系，前者隨后者相反變化，通過(guò)此函數(shù)關(guān)系可對(duì)供氣瓶中剩余氣體儲(chǔ)量進(jìn)行低壓監(jiān)測(cè)。
參閱圖1，它是本發(fā)明壓力調(diào)節(jié)器一種實(shí)施例的剖視圖。調(diào)節(jié)器主體9是帶有與其密封的入口通道11和出口通道13的一般圓筒狀部件，入口與出口通道可用電子束焊接，使它們整體地?zé)o泄漏地焊在圓筒體9上。在入口通道11和出口通道13上可安裝一般的高壓接頭(圖中未畫出)，以便與系統(tǒng)中其它流體連接器連接。調(diào)節(jié)器主體9內(nèi)有一個(gè)圍繞著孔17的密封座15，孔17是用連接帶有入口通道11的入口腔19和帶有出口通道13的出口腔21的。
一個(gè)常用的圓柱形活塞23滑動(dòng)地安裝在入口腔19內(nèi)，它可以沿著同密封座15嚙合的方向運(yùn)動(dòng)而實(shí)現(xiàn)密封，也可沿著相反的方向運(yùn)動(dòng)退出密封位置。彈性密封層25可以固定在活塞上，比如，可用鑄造或冷軋的方法使法蘭盤向內(nèi)蓋在密封層上，確保與密封座15緊密嚙合而不漏氣。密封層25可用高氟橡膠(也可用市售的Dupont公司的產(chǎn)品Kalrez)，或其它合適的化學(xué)惰性合成橡膠制作?；钊?3上帶有一個(gè)中心桿27，此桿經(jīng)過(guò)孔17伸到出口腔。另外，活塞23還帶有一個(gè)永久磁鐵，此永久磁鐵封裝在活塞23之內(nèi)。入口腔19由端蓋31所密封，該端蓋31內(nèi)封裝了另外一塊永久磁鐵33，此磁鐵的磁極取向與磁鐵29相反。調(diào)節(jié)器主體9與端蓋31之間的密封可用電子束焊接技術(shù)或其它方法來(lái)封接(在部件裝配在入口腔19內(nèi)之后)，以消除氣體泄漏到環(huán)境中的可能性。這樣，由于磁鐵29與31取向相反，互相排斥，活塞23和密封層25被迫相互靠近，處于于常閉狀態(tài)，緊密地與密封座15配合。桿27通過(guò)孔17伸入到出口腔21中。同時(shí)，來(lái)自入口管11的流體壓力使該密封配合得到加強(qiáng)，該流體壓力作用在與孔17的面積近似相等的活塞面積上。當(dāng)然也可以利用一個(gè)彈簧來(lái)代替相互排斥的磁鐵29、33，使活塞23和密封層25同密封座表面15密封。
在出口腔21中，有一個(gè)壓力敏感控制器35，它包括一個(gè)密封于端蓋39和41上的一般的圓筒形的波紋管37，構(gòu)成一個(gè)可延伸的壓力導(dǎo)管。端蓋41與通過(guò)孔17的桿27相接觸，而端蓋39可采用電子束焊接技術(shù)或其它方法封接于調(diào)節(jié)器主體9上。這樣，調(diào)節(jié)器中有關(guān)用于密封防漏的部件均可由可焊接的材料，如鋁、不銹鋼、塑料制作，這些材料都不會(huì)明顯地影響磁鐵29和33的磁通量。在確定端蓋39和41的內(nèi)部尺寸時(shí)，應(yīng)保證在表面43和45達(dá)到互相接觸的極限位置時(shí)，波紋管不發(fā)生過(guò)壓縮。端蓋39內(nèi)含有一個(gè)彈性球47，并裝于通路49的內(nèi)凹處，作為一個(gè)臨時(shí)阻檔閥，直到外凹53處的球51被焊接并密封在合適的位置上為止。這樣就完成了伸縮軟管的組裝，然后增壓到某個(gè)選定的大于環(huán)境壓力的壓力值，并通過(guò)將球51焊到外凹53處進(jìn)行密封。這樣的內(nèi)部增壓，引起了波紋管37縱向伸長(zhǎng)，并與其自身彈性恢復(fù)力作用相反，因而就使端蓋41相對(duì)于端蓋39處于這樣一種位置，即這一位置代表了作用于端蓋41表面上的凈壓差。
操作時(shí)，密封層25和密封座15之間的嚴(yán)密配合是由波紋管37的伸長(zhǎng)度來(lái)控制的，而其伸長(zhǎng)度取決于作用在波紋管37的在出口腔21中流體壓力的大小，因此，在高壓輸出的極端情況下，波紋管被壓縮到表面43和45相接觸的位置，中心桿27離開(kāi)端蓋41，參閱圖1。密封層25和密封座15之間的壓力增加和磁力增加使密封配合得以保持，因而沒(méi)有流體從調(diào)節(jié)器流過(guò)。
現(xiàn)在來(lái)看圖2，此圖是圖1所示調(diào)節(jié)器在另外一種極端情況下操作的剖視圖，此時(shí)出口腔21中基本上無(wú)流體壓力，在這種情況下，波紋管37伸展到最大，直至端蓋41與密封座15的支座48相接觸，推動(dòng)桿27和與密封層25相連接著的活塞23離開(kāi)密封座15，在壓力作用下，流體便自由地由入口通道11，經(jīng)孔17流到出口13，磁鐵29和33之間的排斥力被波紋管部件產(chǎn)生的壓力所克服，閥封15，23保持開(kāi)啟狀態(tài)，讓流體通過(guò)，直到出口腔中的壓力增加為止，由于出口壓力的增加，波紋管成比例地壓縮，通過(guò)桿27使活塞23和密封層25在磁鐵29、31所提供的靜磁力的作用下向密封座15推進(jìn)。當(dāng)密封層25和密封座15之間的間隙減小時(shí)(由于出口腔21中的壓力增加)，流體的流量減少，因此出口腔21中壓力也就減小。出口腔21中壓力的減小，引起波紋管的延伸，并通過(guò)桿27，增大了密封層25和密封座15之間的間隙，使得流體流量增加，因而提高出口腔21中的壓力。最終，波紋管部件的延伸使密封層25和密封座15之間形成一個(gè)間隙，在此間隙下，出口腔21內(nèi)的流體壓力近似等于波紋管37的內(nèi)部壓力。這樣，通過(guò)波紋管37的初始增壓確定了一個(gè)固定的出口流體壓力的極限值，本發(fā)明即圍繞此極限值進(jìn)行調(diào)節(jié)。
如圖3所示，圖1中的調(diào)節(jié)器被改進(jìn)為具有一個(gè)連接于波紋管部件內(nèi)部的流體壓力接頭55，目的在于根據(jù)波紋管37內(nèi)部提供壓力來(lái)控制波紋管部件調(diào)節(jié)的壓力極限值。依據(jù)本發(fā)明，為了在出口的調(diào)節(jié)壓力值附近提供一個(gè)小的增量，該小的增量反比于入口壓力，即流體源的壓力，可以改變調(diào)節(jié)器的狀態(tài)。如圖6所示，此特性用于監(jiān)視高壓氣瓶81中剩余氣體的儲(chǔ)量是非常理想的，只需簡(jiǎn)單地利用壓力表測(cè)量很低的出口壓力即可。首先，由于端蓋39和41的實(shí)體體積位于波紋管部件內(nèi)部，這就使維持在本發(fā)明調(diào)節(jié)器82中的波紋管部?jī)?nèi)部的氣體體積較少，這樣便可有效地增強(qiáng)了要改變壓力狀態(tài)的波紋管的回彈力;第二，端蓋41的直徑、進(jìn)而波紋管的有效表面面積，影響著出口氣壓與流量率的函數(shù)關(guān)系曲線上穩(wěn)定值附近的偏差量(以下降的形式)，因此，當(dāng)波紋管的有效面積增加時(shí)此偏差變減小;第三選擇孔17的截面是為了在入口壓力變化時(shí)，比如，供氣瓶81內(nèi)氣體儲(chǔ)量減少時(shí)，在輸出壓力87的調(diào)節(jié)值上加上一個(gè)小的逆變化85。對(duì)于某個(gè)給定的壓力，增加孔徑尺寸便是增加了克服抵抗密封所需的壓力。波紋管(具有予設(shè)負(fù)荷)提供了一個(gè)防止開(kāi)口力發(fā)生變化的恒定的力，產(chǎn)生一個(gè)所期望的出口壓力的逆偏差，因此，適當(dāng)?shù)剡x擇孔直徑和波紋管直徑，當(dāng)高壓氣瓶81內(nèi)氣體由于經(jīng)常使用而被放出，供氣壓力在很寬范圍內(nèi)變化時(shí)，出口壓力將產(chǎn)生一微小的逆變化85，比如20磅/平方英吋的表壓或許出現(xiàn)在出口壓力的標(biāo)稱調(diào)節(jié)值里。在入口壓力寬闊范圍91內(nèi)，與此范圍對(duì)應(yīng)的出口壓力的這樣的微小變化85就可用普通的低壓表指示供氣壓力，因而，也即指示出供氣瓶?jī)?nèi)剩余氣體的儲(chǔ)量。一個(gè)二次調(diào)節(jié)器89裝于該系統(tǒng)儀表后面，而在應(yīng)用系統(tǒng)的前面，以此來(lái)減小供給應(yīng)用系統(tǒng)的流體壓力的變化量85。
圖1、2、3中所示的每個(gè)實(shí)施例中，都有環(huán)形擋罩70和中心支座72，它們均同軸安裝于孔17的上方，并利用支座72與中心桿27相接觸，通過(guò)孔17推動(dòng)活塞和密封層25，環(huán)形擋罩70具有一定數(shù)目的開(kāi)口或沿圓周間隔分布的泄漏孔74。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)系統(tǒng)截?cái)嗔藖?lái)自孔17的橫向流體，因此也就減小了作用于端蓋41上的伯努力(Bernorlli)效應(yīng)，因而減少了使端蓋41的位置形成振蕩的條件，確保了調(diào)節(jié)器更平穩(wěn)地工作。
參照?qǐng)D4，它給了具有入口、出口連接部分的共軸結(jié)構(gòu)壓力調(diào)節(jié)器的剖視圖，調(diào)節(jié)器主體61從入口腔63到出口腔65之間是通常的圓筒形體，內(nèi)部有通孔71相連接的一般圓筒形入口腔67和出口腔69。標(biāo)準(zhǔn)高壓接頭可焊接于主體61的入口部位和出口部位，以防止泄漏。帶有封堵通孔的活塞的密封層安裝在入口腔67內(nèi)，活塞帶動(dòng)的桿經(jīng)孔71伸入出口腔69?；钊兔芊鈱邮羌畯椈?5靠緊過(guò)濾器元件77而與孔71周圍的密封表面緊密接觸的，過(guò)濾器元件77同樣也靠緊和密封一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)高壓瓶閥的配合面。過(guò)濾器元件77一般是由適當(dāng)?shù)臒Y(jié)金屬或陶瓷材料制成的空心殼體，在輸入端開(kāi)口，在其內(nèi)端封閉。此過(guò)濾器元件77裝于入口腔63內(nèi)，過(guò)濾來(lái)自流體源的流體，當(dāng)將新的流體源鋼瓶接到入口腔63時(shí)，過(guò)濾器77可以方便地更換。
與前面所述的相同，出口腔69內(nèi)有一個(gè)波紋管部件73，此部件被予先加載到流體壓力的某個(gè)值，調(diào)節(jié)器將在此壓力值附近工作。因此如圖4所示，當(dāng)出口腔69內(nèi)處于低壓狀態(tài)時(shí)，孔71被打開(kāi)，流體經(jīng)伸展了的波紋管部件73流過(guò)。而在圖5中，當(dāng)出口腔69內(nèi)處于高壓狀態(tài)時(shí)，波紋管部件73被壓縮，孔71關(guān)閉，從而阻止了流體通過(guò)。在此二種極端狀態(tài)之間，所示本發(fā)明調(diào)節(jié)器的實(shí)施例就象圖1和圖2所示的一樣進(jìn)行工作，以出口腔69內(nèi)的流體壓力來(lái)調(diào)節(jié)通孔的開(kāi)口度。按此方式，出口壓力基本上保持于密封在波紋管部件73內(nèi)的壓力水平，基本上與流體源壓力變化無(wú)關(guān)。
權(quán)利要求
1.流體壓力調(diào)節(jié)器裝置，包括一個(gè)主體，主體內(nèi)有入口腔及出口腔，兩腔之間有一通孔，以容納流經(jīng)它的流體；一個(gè)安裝于入口腔內(nèi)的部件，用以選擇是否與通孔密封配合；一個(gè)籍彈性作用將所說(shuō)部件與通孔密封配合的裝置；一個(gè)裝在所說(shuō)部件上的操作元件通過(guò)所說(shuō)通孔側(cè)入出口腔；一個(gè)在其兩端間有可縱向延伸的側(cè)壁的波紋管，此波紋管裝配于出口腔內(nèi)，根據(jù)作用到波紋管組件的壓力大小，波紋管組件以其一端推動(dòng)所說(shuō)操作元件，使該操作元件和所說(shuō)部件位于和所說(shuō)通孔相應(yīng)的位置。
2.根據(jù)權(quán)利要求
1的流體壓力調(diào)節(jié)器裝置，所說(shuō)籍彈性作用的部件裝置包括一個(gè)由所說(shuō)部件帶的第一永久磁鐵和一個(gè)與第一永久磁鐵在相互排斥方向安裝的第二永久磁鐵，兩永久磁鐵的排斥作用使所說(shuō)的部件與所說(shuō)的通孔之間密封配合。
3.根據(jù)權(quán)利要求
1所說(shuō)的流體壓力調(diào)節(jié)器裝置，其中所說(shuō)的波紋管裝置包括一個(gè)流體連接器，用來(lái)將其內(nèi)部增壓到某個(gè)選定壓力值。
4.根據(jù)權(quán)利要求
1所說(shuō)的流體壓力調(diào)節(jié)器裝置，其中用來(lái)推動(dòng)所說(shuō)操作元件的波紋管之端部包括一個(gè)圍繞著所說(shuō)操作元件運(yùn)動(dòng)位置的屏障裝置，所說(shuō)屏障裝置帶有厚度逐漸減小的邊壁，用來(lái)阻止流體從所說(shuō)通孔向外流出。
5.根據(jù)權(quán)利要求
1所說(shuō)的流體壓力調(diào)節(jié)器裝置，其中所說(shuō)波紋管裝置包括一個(gè)位于其側(cè)壁內(nèi)部并封接于其中的止動(dòng)裝置，以限制波紋管的端部向內(nèi)運(yùn)動(dòng)及顯著減小所說(shuō)側(cè)壁與該端部間的體積。
6.根據(jù)權(quán)利要求
1所說(shuō)的流體壓力調(diào)節(jié)器裝置，所說(shuō)入口腔和所說(shuō)出口腔基本上與所說(shuō)的通孔、所說(shuō)操作元件、所說(shuō)部件以及所說(shuō)波紋管裝置同軸安裝;所說(shuō)入口腔有一個(gè)內(nèi)凹部分;一個(gè)延伸的空心結(jié)構(gòu)的過(guò)濾器被滑動(dòng)式地安裝入所說(shuō)的凹部分之內(nèi);此過(guò)濾器在入口端有一個(gè)開(kāi)口，通過(guò)此開(kāi)口與空心內(nèi)部相通，并在遠(yuǎn)離入口端處還有一封閉端;過(guò)濾器具有多孔的壁，以使流體流過(guò)而抑制顆粒流過(guò)。
7.調(diào)節(jié)應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)來(lái)自高壓流體源的流體壓力的方法，包括將來(lái)自流體源的流體約束到應(yīng)用系統(tǒng);將應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)一個(gè)可延伸部件增壓到某個(gè)選定壓力值;檢測(cè)在應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)流體壓力作用下，相對(duì)于所說(shuō)流體壓力選定值的擴(kuò)增量;變更在與應(yīng)用系統(tǒng)中在流體壓力作用下的部件伸展量相關(guān)的壓力作用下的流體的縮頸。
8.根據(jù)權(quán)利要求
7的方法，包括有選擇地將可延伸部件增壓到某個(gè)與流體源壓力和應(yīng)用系統(tǒng)流體壓力無(wú)關(guān)的壓力值的步驟。
9.根據(jù)權(quán)利要求
7所說(shuō)變更該縮頸的方法步驟，當(dāng)流體源壓力降低時(shí)，應(yīng)用系統(tǒng)內(nèi)流體壓力增加;還包括一監(jiān)視方法，即只監(jiān)測(cè)應(yīng)用系統(tǒng)流體壓力即可給出流體源壓力指示。
專利摘要
改進(jìn)后的壓力調(diào)節(jié)器和方法響應(yīng)于作用在增壓波紋管部件的壓力狀態(tài)，該波紋管位于壓力控制的密封層后面。給出的設(shè)計(jì)參數(shù)旨在穩(wěn)定調(diào)節(jié)過(guò)程中建立一個(gè)微小變化，以此來(lái)提供一個(gè)正比例的流體源壓力指示，從而指示流體鋼瓶?jī)?nèi)有效氣體儲(chǔ)量；公開(kāi)了兩種形式的調(diào)節(jié)器，過(guò)濾裝置安裝于調(diào)節(jié)器入口端，無(wú)需另外的高壓接頭便能方便地操作。
文檔編號(hào)F16KGK87102162SQ87102162
公開(kāi)日1987年9月2日 申請(qǐng)日期1987年2月4日
發(fā)明者保羅·G·艾茲莫 申請(qǐng)人:保羅·G·艾茲莫導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan