CN102985730B - 用于流体调节器的阀杆和阀塞装置 - Google Patents
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Abstract
本申请描述了用于流体调节器的阀杆和阀塞装置。示例性的流体调节器包括流动控制部件(258)和阀杆(226)，流动控制部件(258)具有本体(266)，本体包括在第一端(282)和第二端(284)之间的纵向孔(280)，阀杆(226)布置在所述流动控制部件的孔内。连接器(286)可滑动地耦接所述阀杆和所述流动控制部件，以使得当所述流动控制部件密封接合流体调节器的阀座(254)时，所述连接器远离所述流动控制部件移动，以减少由所述流体调节器的加载部件(206)施加到所述流动控制部件的加载力。
Description
技术领域
本公开内容大体上涉及流体调节器，特别是涉及一种用于流体调节器的阀杆和阀塞装置。
背景技术
过程控制***利用多种现场装置来控制过程参数。流体调节器通常分布在整个过程控制***中来控制不同流体(例如，流体、气体等)的压强。一般而言，背压流体调节器调整或调节所感测的上游压强，以将上游过程***压强维持在可接受的和/或恒定的压强极限内。例如，背压流体调节器典型地调节高压流体源的压强，以阻止高压流体从背压调节器到达上游的仪器或控制装置。
一些已知的背压流体调节器包括隔膜，该隔膜通过阀杆可操作地耦接到阀塞，以相对阀座移动阀塞，来阻止或允许流体在入口和出口之间流动。例如，背压流体调节器典型地通过使用施加到隔膜的第一侧的预设控制力或载荷沿第一方向(例如，沿闭合方向，其中阀塞密封接合阀座)推进阀塞来调节上游流体压强。隔膜的第二侧被流体耦接到入口流体或上游压强来施加力，以沿与第一方向相反的第二方向来推进隔膜。因此，隔膜响应于在入口的流体的压强(即，施加到隔膜的第二侧的力)和预设控制力(即，施加到隔膜的第一侧的力)之间的差来改变穿过调节器的流动，以维持或调节所需的上游压强。
阀塞和阀杆常常通过紧固件刚性地耦接在一起，以使得阀塞总是和隔膜一起移动。因此，阀塞总是保持可操作地耦接到隔膜和预设控制或载荷。因此，当阀塞密封接合阀座时，预设力被施加到阀塞的密封件(例如，弹性体O形环(elastomericO-ringseal))。然而，在阀塞和阀杆之间的这种连接是不利的，这是因为例如在流体调节器的维护或装运中，当控制压强离开感测腔时，预设载荷或力可能在阀塞接合阀座时向阀塞施加较高的阀座载荷。这种较大的阀座载荷可能损坏阀塞的密封件(例如，弹性体密封件)，由此在操作中引起调节器泄露。
发明内容
在一个实例中，流体调节器包括流动控制部件和阀杆，所述流动控制部件具有本体，所述本体具有在第一端和第二端之间的纵向孔，所述阀杆布置在所述流动控制部件的孔内。连接器可滑动地耦接所述阀杆和所述流动控制部件，以使得当所述流动控制部件密封接合所述流体调节器的阀座时，所述连接器远离所述流动控制部件移动，以减少由所述流体调节器的加载元件施加到所述流动控制部件的加载力。
在另一个实例中，流体调节器包括阀塞，所述阀塞具有贯穿所述阀塞的孔。阀杆经由所述孔可滑动地耦接到所述阀塞，以在所述阀塞接合所述流体调节器的阀座时，允许所述阀杆移动穿过所述孔。所述阀杆包括头部来接合所述阀塞，以远离所述阀座来移动所述阀塞。弹簧被耦接到所述阀塞，以当所述头部脱离所述阀塞时保持所述阀塞与所述阀座密封接合。
附图说明
图1A示出了已知的流体调节器。
图1B示出了图1A的已知的流体调节器的放大部分。
图2A示出了本文描述的的示例性流体调节器。
图2B示出了图2A的示例性流体调节器的放大部分。
图3示出了处于打开位置的图2A和图2B的示例性流体调节器。
图4示出了处于闭合位置的图2A、2B和图3的示例性流体调节器。
具体实施方式
当流动控制部件与阀座密封接合以阻止或限制流体流动通过流体调节器(例如，闭合位置)时，本文描述的示例性的背压流体调节器(backpressurefluidregulator)可操作地将加载部件从流动控制部件分开或解耦，并可操作地耦接加载部件与流动控制部件，以将流动控制部件远离阀座移动来允许流体流过流体调节器(例如，打开位置)。更具体地，当流动控制部件密封接合阀座时，通过允许阀杆滑动穿过流动控制部件，加载部件从流动控制部件可操作地分离。当流动控制部件密封接合阀座时，允许阀杆滑动穿过流动控制部件减少或缓解了由流体调节器的加载部件(例如，控制弹簧)施加到流动控制部件的阀座载荷或力。这种配置显著地减少了在例如流体调节器的维护或装运中对流动控制部件(例如，对流动控制部件的密封件)的损坏。特别是，在流体阀运送到消费者之前，加载部件的预设压强或力可由制造者进行调节或设置，而不需向流动控制部件的密封件施加较大的载荷。
在讨论本申请描述的示例性背压流体调节器之前，图1A中提供了已知的弹簧加载的背压流体调节器100。图1B示出了图1A的流体调节器100的放大部分。如图1A和1B所示，流体调节器100包括可操作地耦接到阀104的感测元件或隔膜102。隔膜102的第一侧或表面106和上壳体108限定了第一腔110，隔膜102的第二侧或表面112和下壳体114限定了第二或感测腔116。阀杆120的第一端118通过隔膜板122和紧固件124被刚性地耦接到隔膜102。加载部件106被耦接到隔膜102，以向隔膜102的第一侧106提供预设力或载荷，来朝向感测腔116偏置隔膜102。
如图1B中最清楚地所示，阀杆120的第二端128通过耦接件132和紧固件134被固定或刚性地耦接到阀104的阀塞130。阀塞130还包括密封件136(例如，弹性体O形环密封件)，其密封接合阀座138，以在流体调节器100处于闭合位置(如图1A和1B中所示)时阻止流体在入口140和出口142之间流动。密封件136密封接合由阀座138限定的孔口144(例如，刀口孔)，以提供实质上紧密的截流来阻止或限制流体流过流体调节器100。
在操作中，流体调节器100调节在入口140的上游流体的压强。加载部件126朝向隔膜102的第一侧106提供预定或预设的力。感测腔116通过感测管道(未示出)感测在入口140的上游流体的压强(例如，控制压强)。由加载部件126和感测腔116内流体的压强所提供的隔膜102两侧的压强差使得隔膜102以及由此使得阀塞130朝向或远离阀座138移动，以限制或允许流体在入口140和出口142之间流动。由于阀塞130通过阀杆120被刚性地耦接到隔膜102和加载部件126，所以隔膜102的移动使得阀塞130朝向或远离阀座138移动。因此，当阀塞130密封接合阀座138时，加载部件126始终保持可操作地耦接到阀塞130。换言之，当阀塞130密封接合阀座138时，加载部件126总是向阀塞130施加载荷。
预设力可以通过调节器146来调节或增加。因此，在一些应用中，预设力可被调节来施加较大的力。在感测腔中不存在控制压强的情形下，当阀塞130密封接合阀座138时，由加载部件126施加的力向阀塞130施加较大的阀座载荷或力。因此，由于阀塞130和阀杆120刚性地耦接(即，阀座138也用来提供机械限位件)，在由加载部件126施加的较大阀座载荷的情况下，阀塞130的密封件136密封接合阀座138的孔口144。
施加到密封件136上的该较大的阀座载荷可能导致密封件136损坏(例如，破裂)，由此当流体调节器100处于闭合位置时，在操作中导致阀座138两侧的不需要的泄漏。因此，例如在流体调节器100的维护或装运中，其中由感测腔116减少控制压强，加载部件126可能向阀塞130施加较大的阀座载荷，这可能损坏密封件136。
图2示出了使用本申请描述的示例性阀杆和流动控制部件连接来实施的示例性流体调节器200。如图2所示，流体调节器200包括可操作地耦接到流动控制装置或流体阀204的感测装置和致动器组件202(例如，滑动阀杆)。加载部件206被可操作地耦接到致动器组件202，以提供预设力或载荷。如图所示，流体调节器200是背压调节器，其将上游压强源(未示出)的压强调节到由加载部件206所提供的预设载荷。例如，示例性的流体调节器200可被用来维持再循环压强***的控制压强，减少过多的***压强，以保护压强感测装置(例如，压强***的上游)等。因此，当加压流体的压强大于适于由用于接收加压流体的不同器具或控制装置使用的期望的操作压强时，背压调节器200被配置来缓解或减少过多的流体压强。
致动器202包括布置在下壳体210和上壳体或弹簧壳体212之间的感测元件或隔膜208。在该实施例中，致动器202包括间隔件211，其用于扩大致动器202的壳体来收容加载部件206。但是，在其它实施例中，下壳体210可被直接耦接到上壳体212。如所示，隔膜208被设置在间隔件211和下壳体210之间。隔膜208的第一侧214和上壳体212限定上腔室或加载腔216，并且隔膜208的第二侧218和下壳体210限定下腔室或感测腔220。感测腔220经由端口222流体耦接到上游压强源(未示出)，并且感测管道(未示出)与上游压强源流体连通。阀杆226的第一端224经由紧固件228和隔膜头部230被固定或刚性耦接到隔膜208。在本实施例中，如下面将更详细地描述，隔膜头部230接合下壳体210的表面232，以限制阀杆226朝向流体阀204的移动或行程。因此，隔膜头部230限制隔膜208的偏移量超出预定距离，以避免对隔膜208的损坏。
在本实施例中，加载部件206是控制弹簧，其布置在上弹簧座234(例如，可移动或可调节的弹簧座)和下弹簧座236之间的上壳体212的加载腔216中。加载部件206经由下弹簧座236被可操作地耦接到隔膜208，以提供预设载荷或力来朝向下壳体210偏置隔膜208。由加载部件206施加到隔膜208的力的大小可以通过调节器238(例如，旋钮或螺旋件)来调节(例如，增加或减少)。调节器238被耦接到上弹簧座234，从而沿第一方向(例如，顺时针方向)旋转调节器238将使得加载部件206向隔膜208的第一侧214施加更大的力，而沿第二方向(例如，逆时针方向)旋转调节器238将使得加载部件236减小施加在隔膜208的第一侧214上的力的大小。因此，加载部件206对抗感测腔220内由上游流体压强所提供的力。
如所示，下壳体210经由法兰240和适配器242被耦接到流体阀204。流体阀204包括调节器本体244，其限定在入口248和出口250之间的流体流动通路246。入口248被流体耦接到上游压强源或***(例如，泵***的出口)，而出口250被流体耦接到下压强***(例如，贮液器、分配***等)。流体阀204包括阀内件组件252，其布置在调节器本体244内，以调节或限制流体在入口248和出口250之间流动。在本实施例中，阀内件组件252包括阀座254(例如，软座)、阀罩256和流动控制部件或阀塞258。当阀罩256被耦接到流体阀204时，阀罩256将阀座254保持在调节器本体244内。阀座254限定了孔口260，流体可穿过孔口260在入口248和出口250之间流动。在本实施例中，调节器本体244可包括进口262，其收容可移动的插塞264。
如图2B中最清楚地所示，流动控制部件258被显示为阀塞，其具有包括密封件收容区域268的圆柱形本体266。由弹性体材料构成的密封件270(例如，O形环)被布置在阀座收容区域268，并且当流体调节器200处于闭合位置时，密封件270密封接合阀座254，以阻止或限制流体在入口248和出口250之间流动。
在本实施例中，流动控制部件258包括通道或管道272，以通过作用在流动控制部件258的两侧的、在入口248处的上游过程流体的压强来基本平衡或均衡施加在流动控制部件258两侧上的力。因此，能够提供较小的载荷力来在闭合和打开位置之间移动流动控制部件258。但是，在其它实施例中，可使用非平衡的流动控制部件。本体266还包括用来收容阀塞密封件组件276的凹形部274。阀塞密封件组件276接合阀罩256的内表面278，以阻止流体在阀罩256和调节器本体244之间泄漏。
流动控制部件258的本体266包括在第一侧或表面282和第二侧或表面284之间的纵向孔或开口280。如下面将更详细地描述，阀杆226穿过开口280被可滑动地耦接到流动控制部件258，以在流动控制部件258接合阀座254时，允许阀杆226移动穿过孔280。阀杆226包括邻近流动控制部件258的第一侧282或密封件270布置的头部或连接器286。头部286包括扩大部或表面288，其尺寸大于流动控制部件258的孔或开口280，以阻止头部286滑动穿过开口280到达流动控制部件258的第二侧284。因此，头部286可滑动地耦接阀杆226和流动控制部件258。
在该实施例中，头部286是紧固件，其螺接到阀杆226的第二端290。尽管没有显示，但是在其它实施例中，头部286可与阀杆226的第二端290一体地形成。例如，阀杆226和头部286可通过机加工或其它合适的加工工艺由现货形成。在具有与阀杆226一体形成的头部286的实施例中，阀杆226的第一端224被***孔280内，以将阀杆226可滑动地耦接到流动控制部件258。在其它实施例中，头部286可具有大于流动控制部件258的孔280的任意合适的轮廓或几何尺寸。
进一步地，在本实施例中，偏置部件或闭合弹簧292被耦接到流动控制部件258，以朝向阀座254偏置流动控制部件258。闭合弹簧292布置在第一弹簧座或适配器242和与密封件270相对的流动控制部件258的第二侧或腔294之间。当流动控制部件258接合阀座254时，闭合弹簧292保持流动控制部件258与阀座254密封接合。由闭合弹簧292施加到流动控制部件258的力小于可能损坏密封件270的力。因此，闭合弹簧292向流动控制部件258施加非破坏性的预定阀座载荷或闭合力。
图3示出了处于打开位置300的流体调节器200，以允许流体流动经过调节器200。图4示出了处于闭合位置400的流体调节器200，其中头部286脱离流动控制部件258。参见图2A、图2B、图3和图4，在操作中，入口248从例如上游加压流体源接收加压流体。感测腔220经由耦接到端口222的感测管道(未示出)来接收或感测在入口140处的加压流体的压强。由感测腔220中的流体的压强和由加载部件206施加的压强或力所提供的在隔膜208两侧的压强差使得隔膜208并由此使得阀杆226朝向或远离阀座254移动。换言之，隔膜208将流动控制部件258远离阀座254移动到打开位置300，以在入口248处的加压流体的压强大于由加载部件206所提供的预设载荷或压强时，允许流体流动经过调节器本体244。
例如，当在入口248处的加压流体的压强在隔膜208的第二侧218上施加大于由加载部件206施加在隔膜208的第一侧214上的力时，隔膜208和阀杆226朝向上壳体212移动，以压缩加载部件206。转而，在阀杆226的第二端290上的头部286接合流动控制部件258的第一侧282，由此使得流动控制部件258远离阀座254移动，以允许流体在入口248和出口250之间流动(例如，在打开位置300)。换言之，当流体调节器200处于打开位置300时，头部286可操作地耦接流动控制部件258和加载部件206和/或隔膜208。随着流体在入口248和出口250之间流动，流体的压强减小。(例如，通过调节器238)增加由加载部件206施加在隔膜208的第一侧214上的力需要由入口248处的加压流体的压强在隔膜208的第二侧218上施加更强或更大的力，以将流动控制部件258移动到打开位置300。
当入口248处的加压流体的压强基本等于或小于由加载部件206施加到隔膜208的第一侧214上的预设载荷或预定压强时，加载部件206扩张，以使隔膜208和阀杆226朝向下腔220移动。转而，如图4中的位置400，当阀杆226在流动控制部件258的孔280内移动时，头部286脱离或移动离开流动控制部件258的第一侧282。换言之，滑动阀杆226将加载部件206和/或隔膜208从流动控制部件258可操作地分离或解耦。
当头部286脱离或移动离开流动控制部件258的第一侧282时，闭合弹簧292继续朝向阀座254偏置流动控制部件258。当头部286脱离流动控制部件258时，闭合弹簧292保持流动控制部件258与阀座254密封接合。换言之，闭合弹簧292向流动控制部件258提供阀座载荷，使得密封件270密封接合阀座254，以阻止或限制流体在入口248和出口250之间流动。
进一步地，头部286脱离或移动离开流动控制部件258，以在流动控制部件258密封接合阀座254时，减少由加载部件206施加到流动控制部件258的加载力或预设力。因此，在由闭合弹簧292所施加的载荷的情况下，而不是在由加载部件206所施加的载荷的情况下，流动控制部件258的密封件270密封接合阀座254。这是特别有利的，这是因为如果阀杆226被固定耦接到流动控制部件258(例如，如图1所示)，则闭合弹簧292提供比由加载部件206施加到流动控制部件258上的其它载荷更小的阀座载荷(仍足够提供紧密的闭合)。因此，与图1中已知的流体调节器100相比，施加在示例性流体调节器200的密封件270上的阀座载荷可通过闭合弹簧292的力来控制或预先确定，该阀座载荷显著地小于由加载部件126施加到图1A和图1B的密封件136上的阀座载荷。
因此，本申请所描述的滑动耦接阀杆226和流动控制部件258是有利的，这是因为其显著地减少或阻止了密封件270在流体调节器200的维护或装运中被损坏。例如，当加载部件206被调整到所需的设定点且感测腔内的压强小于由加载部件206提供的力(例如，大气压强)时，通过可操作地分离或解耦加载部件206和流动控制部件258，流动控制部件258和阀杆226之间的滑动连接减少了由加载部件206施加到流动控制部件258的密封件270上的预设载荷或力。在如图4中所示流动控制部件258接合阀座254时允许阀杆226滑动穿过流动控制部件258将可操作地分离或解耦加载部件206和流动控制部件258。
尽管本申请已经描述了特定的装置，但是本专利的覆盖范围并不限于此。相反地，本专利覆盖在字面上或根据等同原则合理落入所附权利要求的范围内的所有装置。
Claims (19)
1.一种流体调节器，其包括：
加载部件，其布置在所述流体调节器的致动器内，以向所述致动器的隔膜提供预设载荷或力；
流动控制部件，其具有本体，所述本体包括在第一端和第二端之间的纵向孔；
阀杆，其布置在所述流动控制部件的所述孔内；以及
连接器，其可滑动地耦接所述阀杆和所述流动控制部件，所述连接器被配置为：当所述流动控制部件接合所述流体调节器的阀座时，所述连接器远离所述流动控制部件移动，以将所述流动控制部件从由所述流体调节器的加载部件施加的加载力可操作地解耦。
2.根据权利要求1所述的流体调节器，其特征在于，还包括偏置部件，以当所述连接器远离所述流动控制部件移动时朝向所述阀座偏置所述流动控制部件，并向所述流动控制部件提供阀座载荷。
3.根据权利要求2所述的流体调节器，其特征在于，所述偏置部件向所述流动控制部件的第一侧施加力，以朝向所述阀座偏置所述流动控制部件。
4.根据权利要求3所述的流体调节器，其特征在于，所述连接器接合与所述第一侧相对的所述流动控制部件的第二侧，以远离所述阀座移动所述流动控制部件，来允许流体流过所述流体调节器。
5.根据权利要求4所述的流体调节器，其特征在于，所述流动控制部件的第二侧包括密封件。
6.根据权利要求5所述的流体调节器，其特征在于，所述密封件包括弹性体材料。
7.根据权利要求5所述的流体调节器，其特征在于，当所述流体调节器处于闭合位置时，所述密封件密封接合所述阀座。
8.根据权利要求1所述的流体调节器，其特征在于，所述连接器包括可螺接到所述阀杆的一端的紧固件。
9.根据权利要求1所述的流体调节器，其特征在于，由所述加载部件和上游加压流体的压强所提供的在所述流体调节器的感测部件的两侧的压强差使得所述阀杆朝向或远离所述阀座移动。
10.根据权利要求9所述的流体调节器，其特征在于，所述加载部件包括控制弹簧，所述控制弹簧朝向所述流体调节器的所述阀座偏置所述感测部件和所述阀杆。
11.根据权利要求9所述的流体调节器，其特征在于，还包括布置在感测装置的下壳体中的隔膜头部，以当所述感测部件两侧的压强差使得所述阀杆朝向所述阀座移动时提供行程限位件。
12.一种流体调节器，其包括：
加载部件；
阀塞，其具有贯穿所述阀塞的孔；
阀杆，其经由所述孔可滑动地耦接到所述阀塞，以在所述阀塞接合所述流体调节器的阀座时，允许所述阀杆移动穿过所述孔，其中所述阀杆包括头部，所述头部被配置为：当所述阀塞与所述阀座接合时，所述头部脱离所述阀塞，以将所述阀塞从所述加载部件施加的加载力解耦，所述头部被配置为接合所述阀塞，以远离所述阀座移动所述阀塞；以及
弹簧，其耦接到所述阀塞，以当所述头部脱离所述阀塞时保持所述阀塞与所述阀座密封接合。
13.根据权利要求12所述的流体调节器，其特征在于，所述阀杆的第一端包括所述头部，并且所述阀杆的第二端被固定耦接到所述流体调节器的压强感测部件。
14.根据权利要求13所述的流体调节器，其特征在于，所述头部包括可螺接到所述阀杆的第一端的紧固件。
15.根据权利要求12所述的流体调节器，其特征在于，所述阀塞包括密封件，当所述流体调节器处于闭合位置时，所述密封件密封接合所述流体调节器的阀座，以阻止或限制流体在入口和出口之间流动。
16.根据权利要求15所述的流体调节器，其特征在于，所述密封件包括弹性体密封件，并且其中当所述阀塞密封接合所述阀座时，所述弹簧向所述密封件施加阀座载荷。
17.根据权利要求12所述的流体调节器，其特征在于，还包括行程限位件，以当在所述流体调节器的感测部件的两侧的压强差使得所述阀杆朝向所述阀座移动时，限制所述阀杆朝向所述阀座的移动。
18.流体调节器，其包括：
调节装置，其用于相对于由所述流体调节器的加载部件所提供的压强设定点调节所述流体调节器的入口处的流体压强；
致动装置，其用于致动所述调节装置，所述致动装置具有感测装置，其限定加载腔和感测腔，所述加载腔用于***述加载部件，并且所述感测腔用于感测所述流体调节器的入口处的流体压强；
可操作地解耦装置，其用于当所述入口处的流体压强低于由所述加载部件所提供的压强设定点并且所述调节装置处于闭合位置时，可操作地解耦由所述加载部件施加到所述调节装置的力，以阻止或限制流体流过所述流体调节器；以及
载荷装置，其用于当所述调节装置处于闭合位置时，向所述调节装置提供阀座载荷。
19.根据权利要求18所述的流体调节器，其特征在于，所述可操作地解耦装置包括耦接装置，其用于可滑动地耦接阀杆和流动控制部件，以使得当所述入口处的流体压强大于所述压强设定点时，所述耦接装置接合所述流动控制部件，以远离所述阀座移动所述流动控制部件，并且当所述入口处的流体小于所述压强设定点时，所述耦接装置远离所述流动控制部件移动。
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