CN103672063B - 压力调节器 - Google Patents

Abstract

压力调节器包括具有用于具有入口压力的气体的气体入口、用于具有比入口压力低的出口压力的气体的气体出口和将出口连接到入口的通道的主体。调节器活塞设置在主体中以通过移动更靠近和更远离压力调节器座控制气体的出口压力，调节弹性元件设置为沿远离压力调节器座的方向偏压调节活塞以抵抗出口压力下的气体沿向压力调节器座的方向作用在调节器活塞上的力。通道流体连接到设置为响应增加的入口压力而通过压缩稳定弹性元件移动的浮动活塞，从而入口压力下的气体作用在浮动活塞上的力的增加由稳定弹性元件作用在浮动活塞上的力的增加匹配。稳定弹性元件通过连接元件连接到调节弹性元件，连接元件设置为使稳定弹性元件的压缩导致调节弹性元件的减压。

Description

压力调节器

技术领域

本发明涉及用于压缩气体的压力调节器领域。具体地，本发明涉及具有改进的出口压力稳定性的压力调节器。

背景技术

压力调节器用在许多不同的应用中，在这些不同的应用中，压缩气体源被连接到为不同目的而使用该压缩气体的设备。

压力调节器的一般原理是入口压力在调节器座上通过致动器或调节器活塞而被减小。调节器活塞在座上设置了间隙，以便实现由来自调节弹性元件的力所限定的出口压力。调节器活塞被下面的力加载：来自被入口压力加压的区域的力、来自调节弹性元件的力、来自被出口压力加压的区域的力、来自调节器座的反作用力（如果活塞接触座）和影响活塞的摩擦力。在每个调节器状态下，所有这些力处于平衡，这意味着当由被入口压力加压的区域引起的力变化时（例如当气瓶中的气体被消耗并且入口压力变化时），由被出口压力加压的区域引起的力也变化。这在高流量的压力调节器中甚至更引人注意，因为它们要求座具有大的镗孔，而这进一步增加了由被入口压力加压的区域引起的力。这个所述特性通常被称为调节器的不均匀性或稳定性。对于压力出口的可用性而言，重要的是尽可能地使入口压力变化的影响最小化，因为出口压力变化能够负面地影响连接到压力出口的设备的性能。

发明内容

鉴于上述，本发明的目的因此在于提供一种改进的压力调节器，其减小出口压力对入口压力变化的依赖，从而在不增加压力调节器的尺寸的情况下实现压力调节器的压力出口的更好的稳定性。本发明进一步的目的在于允许将所制造的每个调节器调节到一个参考出口压力，以便消除压力调节器部件的制造公差。

根据本发明，上述和进一步的目的通过提供根据方案1的压力调节器的提供而被实现。更具体而言，所述压力调节器包括主体，该主体具有用于具有入口压力的气体的气体入口、用于具有比所述入口压力低的出口压力的气体的气体出口和将所述出口连接到所述入口的通道，

进一步包括调节器活塞，该调节器活塞被设置在所述主体中，以便通过移动更靠近和更远离压力调节器座来控制气体的所述出口压力，和

调节弹性元件，该调节弹性元件被设置为沿远离所述压力调节器座的方向偏压所述调节活塞，以抵抗出口压力下的气体沿朝向所述压力调节器座的方向作用在所述调节器活塞上的力，

其中所述通道被流体连接到浮动活塞，其中所述浮动活塞被设置为响应增加的入口压力而通过压缩稳定弹性元件来移动，从而入口压力下的气体作用在所述浮动活塞上的力的增加由所述稳定弹性元件作用在所述浮动活塞上的力的增加匹配，

其中所述稳定弹性元件通过连接元件被连接到所述调节弹性元件，所述连接元件被设置为使得所述稳定弹性元件的压缩导致所述调节弹性元件的减压。

以此方式提供的浮动活塞增加了压力调节器的稳定性，并且允许更稳定的出口压力，因为浮动活塞补偿了入口压力的变化，否则入口压力的变化可能影响出口压力。

所述通道可被流体连接到设置在所述主体中的室，并且所述浮动活塞具有形成所述室的至少一部分的内腔，从而所述室的尺寸响应入口压力的变化而通过所述浮动活塞能调节，优选被增加。这提供了一种通过所述浮动活塞来补偿所述入口压力的波动的有效且容易实施的方式。

所述连接元件可包括延伸通过所述主体中的细长镗孔的至少一个销，并在第一端接触所述调节弹性元件，在第二端特别通过所述浮动活塞接触所述稳定弹性元件。这提供一种在所述稳定弹性元件和所述调节弹性元件之间传递力和/或移动的简单和有效的方式。

方便地，所述连接元件包括延伸通过所述主体中的三个相应的细长镗孔的三个刚性销，这给予连接良好的稳定性。

所述稳定弹性元件和所述浮动活塞可被设置在壳体中，所述壳体被连接到所述主体并能移位以调节所述稳定弹性元件的初始压缩。这提供一种设定所述稳定弹性元件的初始压缩的简单和有效的方式，并且以此方式，允许将每个压力调节器调节到所设定的参考出口压力并减少对部件的制造公差的依赖。

所述壳体可包括排气口，该排气口用于提供所述壳体和所述浮动活塞之间的间隙空间的排气。以此方式，能够减小所述压力调节器被来自外部来源的水或任何杂质污染的风险。所述排气口还可用于检测沿所述压力调节器中的密封件的可能的泄漏。

所述壳体可通过螺纹连接被连接到所述主体。

所述壳体可包括用于沿所述壳体的纵向方向引导所述浮动活塞的引导件，所述壳体的所述纵向方向对应于所述稳定弹性元件和所述调节弹性元件在压缩和减压期间的长度变化的方向。所述引导件可为沿所述壳体的纵向方向固定并封闭和能滑动地引导所述浮动活塞的端部的套筒的形式，从而所述浮动活塞被允许仅沿所述壳体的纵向方向移动。以此方式，所述浮动活塞的移动被稳定，并且所述压力调节器的功能被进一步改进。

当提供排气口时，所述套筒可被设置为环绕所述排气口，并且所述浮动活塞可包括用于提供所述间隙空间和所述排气口之间的流体接触的通孔。这进一步提高了对所述间隙空间进行排气的可能性。

所述调节器活塞可包括通孔，该通孔适于使所述入口压力下的气流通过所述调节器活塞，并进入被设置在所述调节器活塞后方且邻近所述调节器活塞的远离所述压力调节器座的端部的封闭空间中，从而所述出口压力下的气体被允许沿朝向所述压力调节器座的方向作用在所述调节器活塞的远端上。所述通孔可包括邻近所述调节器活塞的接近所述压力调节器座的端部的至少一个径向开口和通过所述调节器活塞的轴向镗孔，所述镗孔被连接到所述至少一个径向开口。

所述调节弹性元件和所述稳定弹性元件可为弹簧的形式。

通常，除非在此以另外的方式明确限定，权利要求书中使用的所有术语应根据它们在本技术领域中的一般含义进行解释。除非以另外的方式明确陈述之外，对“一/一个/所述开口”的所有引用将被开放式地解释为引用所述开口的至少一个实例。

附图说明

本发明的上述以及另外的目的、特征和优点通过本发明优选实施例的参照附图的以下例示性的和非限制性说明将变得更好理解，附图中相同的附图标记将用于类似的元件，其中：

图1为压力调节器的分解视图。

图2为压力调节器的剖视图。

图3为压力调节器的另一剖视图。

图4a和图4b例示压力调节器中存在的压力。

图5a和图5b示出调节活塞的详细剖视图。

图6a和图6b示出另一压力调节器的两个位置。

图7示出压力调节器稳定机构的变型的细节。

具体实施方式

现在将在下文中参照附图更充分地描述本发明，在附图中示出本发明的当前优选的实施例。然而，本发明可以许多不同的形式被实施，并且不应被解释为限于在此陈述的实施例；而是，这些实施例被提供为全面和完整，并且将本发明的范围充分传达给本领域技术人员。

图1-3示出具有主体2的压力调节器1，主体2具有用于具有入口压力的气体的入口3和用于处于比入口压力低的出口压力的气体的出口5。气体典型地为压缩气体，其以确定的出口压力从出口5被提供到为各种目的而使用某一压力的压缩气体的设备。入口3被连接到压缩气体源，例如气瓶。通道7将入口3连接到压力调节器座11，并连接到稳定机构4。压力调节器被设置为主要根据入口压力的变化在出口5处提供气体的几乎恒定的出口压力。

这通过包括具有调节活塞9的稳定机构的压力调节器1而实现，调节活塞9被设置在压力调节器座11处，并且通过移动更靠近或更远离座来控制压力调节器座11处的压力降。调节弹簧13形式的调节弹性元件13被安装在压力调节器中，以沿远离压力调节器座11的方向偏压调节活塞9。

除了作用在调节活塞9上的调节弹簧13的偏压力之外，来自出口压力下的气体的力也在调节活塞9的远离压力调节器座11的端部15处作用在调节活塞9上。通孔17设置在调节活塞9中，用于使气体通过调节活塞9并进入远端15与主体2的位于远端15后方的部分之间的封闭空间19中。可注意到，主体2的该部分可为可移动塞21的形式。密封件23被设置为用于密封该封闭空间19。该密封件示出为O形环的形状，但其还将能够使用其它选择，例如图5b中的剖视图中所示的柔性隔膜23a。

如图1中可见那样，调节活塞包括第一细长部分9a，其被附接到或持续到终止于远端15的具有较大直径的平坦部分9b。另外，来自入口压力下的气体的力通过通道7也作用在调节活塞9上。这也例示在图6a和图6b中，其中，在图6a中，压力调节器对于从入口传到出口的气体而言为关闭的，并且在图6a中，通道为打开的。如详细视图中所示，这通过移动远离和接触并关闭压力调节器座11的调节活塞而实现。

在图5a中示出调节活塞9的实施例的详细视图。如上提到的那样，调节活塞9包括通孔17，通孔17具有邻近调节器活塞9的接近压力调节器座11的端部的一个或更多径向开口53、延伸通过调节器活塞9的轴向镗孔55和允许气体通过平坦部56和调节器主体2之间的间隙到达径向开口53的平坦部56。通孔17允许出口压力下的气体通过调节器并进入封闭空间19中。座密封件57可被设置在调节活塞9的接近压力调节器座11的端部处的盲空隙59中。盲空隙59可具有用于将座密封件57保持在适当的位置上内钩。

调节活塞9，或者更准确地，调节器弹簧13操作性地接触被设置为响应入口3的入口压力的增加或减小而移动的浮动活塞25。换言之，通道7以这样的方式流体连接到浮动活塞25，当入口压力增加时，浮动活塞25通过压缩稳定弹簧27形式的稳定弹性元件27而移动，因此有效增加了调节器弹簧13的长度。或者再换言之，入口压力下的气体从入口3通过通道7作用在浮动活塞25上的力的增加由弹簧27在弹簧27被压缩时作用在浮动活塞25上的力的增加匹配。通过将压力调节器设计为如这里讨论的那样，基于入口压力变化的出口压力的理论变化被调节器弹簧力的变化补偿，这进而提高了压力调节器的稳定性。

图4a和图4b进一步例示入口压力和出口压力如何作用在压力调节器的不同部分上。如所示，通道11被流体连接到设置在主体2中的室26，并且浮动活塞具有形成室26的至少一部分的内腔28，从而室26的尺寸可响应入口压力的变化而通过浮动活塞25调节。

为了比较，图6a和图6b示出入口压力和出口压力如何作用在不是根据本发明实施例的压力调节器的不同部分上。该压力调节器被示出为在图6a中处于关闭位置，在图6b中处于打开位置。

浮动活塞25和调节器弹簧13之间的连接通过延伸通过主体2的在细长镗孔31中的多个刚性销29而实现。实际的考虑已证明三个销为用于实现稳定连接的合适的数量。更多的销也可使用，还可使用少于3个销。垫圈30可被设置在调节弹簧13和销29之间，以进一步提高销29和调节弹簧13之间的连接的稳定性。

如在图1中最清楚地看到的那样，浮动活塞25包括部分封闭内部分35的套筒部分33。套筒部分33可具有内螺纹，从而其可通过拧在内部分35的外螺纹上而被附接。浮动活塞25包括支承环37和用于浮动活塞25的气密性的密封件39。

浮动活塞被设置在壳体41中，壳体41可通过螺纹连接被附接到主体2。调节弹簧13的轴向长度通过壳体相对于主体的定位而被设定。该位置可例如***作者设定到能提供调节器弹簧13的合适尺寸的位置，调节器弹簧13的合适尺寸适合于压力调节器的压力出口参考值。以此方式，可以允许将每个压力调节器调节到所设定的参考出口压力并减少对部件的制造公差的依赖。

壳体41包括被设置为提供存在于浮动活塞25和壳体41之间的间隙空间45的排气的中心排气口43。排气口43还确保了围绕调节器活塞9的空间通过镗孔31中的销29的间隙的排气。排气口43能够与任何尺寸的塞子配合，以便减小调节器的内部空间被来自外部来源的水或任何杂质污染的风险。另外，排气口43可用于沿包括在压力调节器中的密封件的泄漏检测，例如浮动活塞中的密封件39、设置在调节器活塞9处的密封件23以及诸如设置在调节器活塞部分9a处的密封件45之类的另外的密封件。

根据压力调节器的变型，用于浮动活塞25的引导件可提供在壳体41中，以确保浮动活塞25只沿壳体41的纵向方向移动。该引导件可例如为围绕排气口43设置并封闭和能滑动地引导浮动活塞25的端部25a的套筒47的形式。浮动活塞25a另外还可包括通孔49，通孔49用于提供围绕浮动活塞25的间隙空间与排气口43之间的流体接触。

将认识到，本领域技术人员能够以许多方式更改上述实施例，并且仍然利用上述实施例中示出的本发明的优点。因此，本发明不应限于所示的实施例，而是应该仅由所附权利要求书限定。

Claims (16)

1.一种压力调节器(1)，包括：

主体(2)，该主体(2)具有：

用于具有入口压力的气体的气体入口(3)；

用于具有比所述入口压力低的出口压力的气体的气体出口(5)；和

将所述出口连接到所述入口的通道(7)；

调节器活塞(9)，该调节器活塞(9)被设置在所述主体中，以便通过移动更靠近和更远离压力调节器座(11)来控制所述气体的所述出口压力；

调节弹性元件(13)，该调节弹性元件(13)被设置为沿远离所述压力调节器座的方向偏压所述调节活塞，以抵抗出口压力下的气体沿朝向所述压力调节器座的方向作用在所述调节器活塞上的力，

其特征在于

所述通道被流体连接到浮动活塞(25)，其中所述浮动活塞被设置为响应增加的入口压力而通过压缩稳定弹性元件(27)来移动，从而入口压力下的所述气体作用在所述浮动活塞上的力的增加由所述稳定弹性元件作用在所述浮动活塞上的力的增加匹配，

其中所述稳定弹性元件通过连接元件(29)被连接到所述调节弹性元件，所述连接元件(29)被设置为使得所述稳定弹性元件的压缩导致所述调节弹性元件的减压。

2.如权利要求1所述的压力调节器，其中所述通道被流体连接到设置在所述主体中的室(26)，所述浮动活塞具有形成所述室的至少一部分的内腔(28)，从而所述室的尺寸响应入口压力的变化而通过所述浮动活塞能调节。

3.如权利要求2所述的压力调节器，其中所述室的尺寸响应增加的入口压力而增加。

4.如前述权利要求中任一项所述的压力调节器，其中所述连接元件(29)包括延伸通过所述主体中的细长镗孔(31)的至少一个销(29)，并在第一端接触所述调节弹性元件，在第二端通过所述浮动活塞接触所述稳定弹性元件。

5.如权利要求4所述的压力调节器，其中所述连接元件包括延伸通过所述主体中的三个相应的细长镗孔(31)的三个刚性销(29)。

6.如权利要求1所述的压力调节器，其中所述稳定弹性元件和所述浮动活塞被设置在壳体(41)中，所述壳体(41)被连接到所述主体，并能移位以调节所述稳定弹性元件的初始压缩。

7.如权利要求6所述的压力调节器，其中所述壳体包括排气口(43)，该排气口(43)用于提供所述壳体和所述浮动活塞之间的间隙空间(45)的排气。

8.如权利要求6所述的压力调节器，其中所述壳体通过螺纹连接被连接到所述主体。

9.如权利要求6所述的压力调节器，其中所述壳体包括用于沿所述壳体的纵向方向引导所述浮动活塞的引导件(47)，所述壳体的所述纵向方向对应于所述稳定弹性元件和所述调节弹性元件在压缩和减压期间的长度变化的方向。

10.如权利要求7所述的压力调节器，其中所述壳体进一步包括用于沿所述壳体的纵向方向引导所述浮动活塞的引导件(47)，所述壳体的所述纵向方向对应于所述稳定弹性元件和所述调节弹性元件在压缩和减压期间的长度变化的方向。

11.如权利要求9所述的压力调节器，其中所述引导件为沿所述壳体的纵向方向固定并封闭和能滑动地引导所述浮动活塞的端部(25a)的套筒(47)的形式，从而所述浮动活塞被允许仅沿所述壳体的纵向方向移动。

12.如权利要求10所述的压力调节器，其中所述引导件为沿所述壳体的纵向方向固定并封闭和能滑动地引导所述浮动活塞的端部(25a)的套筒(47)的形式，从而所述浮动活塞被允许仅沿所述壳体的纵向方向移动。

13.如权利要求12所述的压力调节器，其中所述套筒被设置为环绕所述排气口，并且其中所述浮动活塞包括用于提供所述间隙空间和所述排气口之间的流体接触的通孔(49)。

14.如权利要求1所述的压力调节器，其中所述调节器活塞包括通孔(17)，该通孔(17)适于使所述出口压力下的气流通过所述调节器活塞，并进入被设置在所述调节器活塞后方且邻近所述调节器活塞的远离所述压力调节器座的端部的封闭空间(19)中，从而所述出口压力下的气体被允许沿朝向所述压力调节器座的方向作用在所述调节器活塞的远端上。

15.如权利要求14所述的压力调节器，其中所述调节器活塞的所述通孔包括：

邻近所述调节器活塞的接近所述压力调节器座的端部的至少一个径向开口(53)；和

通过所述调节器活塞的轴向镗孔(55)，所述镗孔被连接到所述至少一个径向开口。

16.如权利要求1所述的压力调节器，其中所述调节弹性元件和所述稳定弹性元件为弹簧的形式。