[发明专利]具有平衡端口的先导调节器

说明书

技术领域

本发明涉及流体控制装置，更特别地，涉及基于隔膜的流体调节器。

背景技术

压力调节阀被用在大量的工业和民用应用中，用以控制流体的下游压力。通过控制下游压力，压力调节阀补偿了下游需求中的变化。比如，随着下游需求增加，压力调节阀打开，以允许更多流体流过压力调节阀，因而保持相对稳定的下游压力。另一方面，随着下游需求降低，压力调节阀关闭，以减少流经压力调节阀的流体量，再次维持相对稳定的下游压力。

压力调节阀可以分为平衡的或者非平衡的，且根据不同的排放标准和供气量监测方法，不同的阀被用在不同的全球市场内。

比如，图1示出了欧洲常用的传统平衡压力调节阀。传统的气体调节器10包括执行机构12以及平衡压力调节阀14。调节阀14限定了入口16、出口18以及设置在入口16和出口18之间的阀端口22。气体必须穿过阀端口22，以在调节阀14的入口16和出口18之间流动。执行机构12与调节阀14连接，以保证调节阀14出口18处的压力，即出口压力，与所需出口或者控制压力保持一致。执行机构12包括控制组件22，用以基于感应到的出口压力来调节调节阀14的出口压力。特别地，控制组件22包括隔膜24、连接柱32以及具有阀芯28的控制臂26。隔膜24将执行机构12的壳体23分为了大气腔24和控制压力腔27。控制压力腔27与调节阀14的出口18流体连通，这样隔膜24的底侧感应到出口压力，并响应该压力在打开和关闭位置之间移动阀芯28。控制组件22进一步包括设置在大气腔25中的控制弹簧30，控制弹簧30与隔膜24的顶侧啮合，从而补偿由控制压力腔27中的隔膜24感应到的出口压力。据此，所需出口压力，也可以被称为控制压力，由控制弹簧30的选择而设定。

然而，具有由控制弹簧30来控制并设定的出口压力的传统调节器10存在一个问题，就是随着阀芯28打开或者离开阀端口22从而打开阀14，控制弹簧30膨胀或者伸长，并失去所施加的力。随着该力的减小，出口压力减小，导致额定容量减小。换句话说，当移动控制臂26从而打开阀14之时，随着控制弹簧30向其非压缩长度膨胀，它自然形成较小的力。此外，随着控制弹簧30膨胀，隔膜24变形，增加了隔膜24的面积。由控制弹簧30提供的减少的力以及隔膜24的增加的面积结合，这样由控制弹簧30提供的力不能适当地平衡由隔膜24产生的力。结果，隔膜24抬起，且出口控制压力降到所需控制压力之下。这个现象被称为“下降”(droop)。当“下降”发生之时，出口压力下降到其设定的控制压力之下，且为了保持出口压力范围而输送的流体量，也被称为额定流量值，也减少。

在美国，解决“下降”影响的尝试包括，使用先导调节阀来控制并调整隔膜上载荷压力的传输。这样的先导调节阀通常被限于与非平衡调节阀使用，然而，一般来说，在调节器操作期间提供并控制施加到执行机构的隔膜的载荷压力的量。比如，图2示出了美国市场上所用的传统调节器110，其具有非平衡调节阀114、执行机构112以及可操作地连接到调节阀114和执行机构112的先导调节阀160。更特别地，阀114限定了入口116、出口118以及设置在入口116和出口118之间的阀端口122。气体必须流经阀端口122，从而在调节阀114的入口116和出口118之间流动。执行机构112连接到调节阀114，从而保证调节阀114出口处的压力，即出口压力，与所需出口或控制压力一致。执行机构112包括具有隔膜124的控制组件122、连接杆132以及具有阀芯128的控制臂126。隔膜124感应调节阀114的出口压力，并响应于该压力移动阀芯128，从而打开和闭合调节阀114。隔膜124将执行机构的壳体分为载荷压力腔125和控制压力腔127。