具有集成的快速加压旁路阀的流体调节器的制造方法

具有集成的快速加压旁路阀的流体调节器的制造方法
【专利摘要】流体流动控制装置包括用于在高压下工作的调节器和集成的旁路阀。调节器和旁路阀分别包括在打开位置和闭合位置之间可移动的控制组件。调节器和旁路阀被偏置到打开位置并在工作压强升高到各自的调节器和旁路设定点压强以上时适于移动到闭合位置。旁路设定点压强低于调节器设定点压强，以使得当工作压强升高到旁路设定点压强以上时，旁路阀自动地关闭并允许调节器在正常工作条件下工作。这样配置，旁路阀被设置成容许至少一部分流体流动通过系统，直到工作压强达到正常工作压强，该正常工作压强位于旁路和调节器设定点压强之间。
【专利说明】具有集成的快速加压旁路阀的流体调节器
【技术领域】
[0001]本公开涉及流体调节器，更具体地，涉及在需要快速加压的系统中使用的流体调节器。
【背景技术】
[0002]诸如流体调节器等流体流动控制装置通常用在多种应用中来确保流体从一源头输送到目的地，而不会超出预定的控制压强。即，典型的压强调节器将来自源头的流体的压强减小到适于目的应用的控制压强。
[0003]一般来说，调节器用在持续加压的系统中。例如，在离岸石油和天然气工业中，液压调节器被结合到将高压液压液体供给到数英里远的海底设备的集成管路。在正常操作中，集成管路被填满流体并被预加压，使得调节器简单地运行来确保集成管路中的压强不会超出控制压强。
[0004]然而，开始运转时，集成管路通常在接通到调节器时被填满流体，但是流体不需要被加压。因此，一旦连接，必须加压管道，这需要将调节器暴露于高压/高流动入口和低压出口条件。典型的调节器没有被设计成处理这些流动，而且，加压比需要花费更长时间。为了适应这些情况，流体系统可以配备有通过管道从调节器输送的旁路回路。典型地，旁路回路包括在从调节器抽取流体的入口管道和将流体送回调节器下游的流体系统的回流管道之间通过管道输送的手动阀。一旦集成管路或位于调节器下游的其它管路被充分加压，操作人员在正常操作中手动地关闭旁路回路以改变通过调节器的所有流体流动。

【发明内容】

[0005]本公开的一个方面涉及流体流动控制装置，其包括阀体、调节器流路、旁路流路、旁路装置以及调节器。所述阀体限定入口、出口、布置在所述入口和所述出口之间的通道、布置在所述通道和所述出口之间的调节器腔室以及布置在所述通道和所述出口之间的旁路腔室。所述调节器流路经由所述通道和所述调节器腔室在所述阀体的入口和出口之间延伸，并具有第一有效横截面积。所述旁路流路经由所述通道和所述旁路腔室在所述阀体的入口和出口之间延伸，并具有大于所述第一有效横截面积的第二有效横截面积。
[0006]所述旁路阀被连接到所述阀体并包括旁路控制组件。所述旁路控制组件包括旁路控制元件和旁路偏置装置。所述旁路控制元件能够相对于所述阀体的所述旁路腔室在允许流体通过所述旁路流路流动的打开位置和阻止流体通过所述旁路流路流动的闭合位置之间移动。所述旁路偏置装置朝着打开位置推动所述旁路控制元件，以使得当所述旁路腔室中的流体压强等于或大于旁路设定点压强时，所述旁路控制元件仅处于闭合位置。
[0007]所述调节器被连接到所述阀体并包括调节器控制组件。所述调节器控制组件包括调节器控制元件和调节器偏置装置。所述调节器控制元件能够相对于所述阀体的所述调节器腔室在不阻止流体通过所述调节器流路流动的打开位置和阻止流体通过所述调节器流路流动的闭合位置之间移动。所述调节器偏置装置朝着打开位置推动所述调节器控制元件，以使得所述调节器控制元件处于打开位置，直到所述阀体的所述调节器腔室中的流体压强等于或大于调节器设定点压强。所述调节器设定点压强大于所述旁路设定点压强。
【专利附图】

【附图说明】
[0008]图1是根据本公开的原理构造的包括调节器和集成的旁路阀的流体流动控制装置的一种形式的横截面侧视图，示出了旁路阀处于打开位置。
[0009]图2是图1的流体流动控制装置的横截面侧视图，示出了旁路阀处于闭合位置。
[0010]图3是图1和图2的流体流动控制装置的调节器的部分细节图，示出了调节器处于打开位置。
[0011]图4是图1和图2的流体流动控制装置的调节器的部分细节图，示出了调节器执行过压释放功能。
[0012]图5是本公开的流体流动控制装置的另一种形式的横截面侧视图，示出了旁路阀处于打开位置。
[0013]图6是图5的流体流动控制装置的横截面侧视图，示出了旁路阀处于闭合位置。
[0014]图7是本公开的流体流动控制装置的又一种形式的横截面侧视图，示出了旁路阀处于打开位置。
[0015]图8是图7的流体流动控制装置的横截面侧视图，示出了旁路阀处于闭合位置。
[0016]图9是图1和图2的流体流动控制装置的旁路阀的部分细节图，示出了适用于结合图1到图8中所公开的任一流体流动控制装置的改进的阀座孔。
[0017]图10是本公开的可替换的旁路阀的部分细节图，其包括适用于本公开的任一流体流动控制装置的过载锁定件，示出了过载锁定件处于锁定位置。
[0018]图11是图10的可替换的旁路阀的部分细节图，示出了过载锁定件处于未锁定位置。
【具体实施方式】
[0019]本公开涉及流体流动控制装置，其包括具有集成的旁路阀的调节器，所述旁路阀用于保护调节器避免暴露于在特定操作条件下的高速度和高压强流体流动。所述调节器和所述旁路阀通过限定入口和出口的共同阀体连接。所述调节器和所述旁路阀分别包括用来控制流体沿着在阀体的入口和出口之间连通的各自的调节器流路和旁路流路的流动。每个控制组件被自然地偏置到打开位置，从而不阻止流体流过所述流路。而且，当阀体中的流体压强升高到相关的设定点压强以上时，控制组件才移动离开打开位置并进入闭合位置。例如，在一种情形中，弹簧将旁路控制组件偏置打开，直到阀体中的压强达到旁路设定点压强，而另一弹簧将调节器控制组件偏置打开，直到阀体中的压强达到调节器设定点压强。这样，当调节器和旁路阀都打开时，在入口和出口之间流动的流体沿着调节器流路和旁路流路流动。在大多情形下，旁路流路的最小有效横截面积将远大于调节器流路的最小有效横截面积，从而大部分流体穿过旁路阀。由于旁路阀被指定为仅在特定操作条件下工作，而调节器被指定为在正常流动条件下工作，所以两个装置的设定点压强不同。更具体地，旁路阀的设定点压强低于调节器的设定点压强。这样，当旁路阀打开时，调节器保持打开并用作专用机构来在正常条件下控制出口压强。[0020]现在转向附图，图1描绘了根据本公开的原理构造的流体流动控制装置10的一种形式。流体流动控制装置10包括共用阀体16的调节器12和旁路阀14。在该形式中，阀体16包括一体的阀体，该阀体由单件材料构成并限定入口 18、出口 20、通道22、调节器腔室24和旁路腔室26。
[0021]通道22是大体圆柱形的空间，其形成在阀体16的中心、入口 18和出口 20之间并与入口 18和出口 20连通。调节器腔室24也设置在阀体16的入口 18和出口 20之间，并且，在公开的形式中，包括三部分:阀部分24a、控制部分24b和排出部分24c。同样地，旁路腔室26布置在阀体16的入口 18和出口 20之间，并也包括三部分:阀部分26a、控制部分26b和排出部分26c。调节器腔室24和旁路腔室26的阀部分24a、26a从通道22延伸到各自的控制部分24b、26b，排出部分24c、26c从各自的控制部分24b、26b延伸到阀体16的出Π 20。
[0022]因此，流体流动控制装置10的公开形式的阀体12限定两个流体流路:经由通道22和调节器腔室24在阀体16的入口 18和出口 20之间延伸的调节器流路FPl和经由通道22和旁路腔室26在阀体16的入口 18和出口 20之间延伸的旁路流路FP2。如图1中所示，调节器腔室24和旁路腔室26彼此分离。因此，调节器流路FPl和旁路流路FP2延伸穿过各自的腔室24、26的部分也彼此分离。调节器流路FPl和旁路流路FP2位于阀体16的入口 18、出口 20和通道22中的剩余部分可被认为是例如共有的或重叠部分。
[0023]仍参见图1，所示的流体流动控制装置10的调节器12仅是根据本公开实施的调节器的类型的一个示例，并可包括例如TESC0M50-2000系列调节器等液压调节器。然而，本公开的流体流动控制装置10还可包括其它类型的调节器，例如，包括下列任一 TESCOM液压控制系列调节器:50-2200，54-2000，54-2200，54-2800，或者下列任一 TESCOM气动控制系列调节器:44-1100，26-1000，26-2000，44-1300和44-4000。当然，其它没有特别提到的适当调节器也可以结合到流体流动控制装置10。
[0024]在图1中，公开的调节器12包括阀盖28、调节器控制组件30、备用传感器32和隔片组件33。如图所示，阀盖28包括限定阀盖腔室34的中空圆柱形部件，并螺纹固定到阀体
16。更具体地，阀盖28包括多个外螺纹36，其与在阀体16的调节器腔室24的内部侧壁上形成的多个内螺纹38螺纹接合。备用传感器32和隔片组件33通过阀盖28的连接被固定在阀体16的调节器腔室24中。如此配置，并如图所示，备用传感器32和隔片组件33适合于帮助调节器12的正常操作以及过压释放功能，这将在下面进行描述。
[0025]仍参见图1，调节器12的调节器控制组件30包括加载装置40和阀门装置42。加载装置40包括中心杆44、第一弹簧座46、第二弹簧座48以及调节器偏置装置50，调节器偏置装置50为控制弹簧形式，用于向阀门装置42施加偏置力，这将在下面进行描述。如图所示，公开的控制组件30的中心杆44安装在阀盖腔室34中并从与阀体16相对的阀盖28 —端延伸。第一弹簧座46安装在中心杆44上。调节器偏置装置50位于第一弹簧座46和第二弹簧座48之间，并朝着备用传感器32远离第一弹簧座46偏置第二弹簧座48，这限制了第二弹簧座48远离第一弹簧座46的轴向移位。在流体流动控制装置10的公开形式中，第一弹簧座46被螺接到中心杆44，使得经由外部调节旋钮52旋转中心杆44来调整第一弹簧座46在阀盖腔室34中的轴向位置。因而，调节第一弹簧座46的位置能够调整通过调节器偏置装置50施加到第二弹簧座48的力的大小，这转而调节了通过加载装置40施加到阀门装置42上的力的大小。
[0026]参见图3，在公开的形式中，阀门装置42 —般包括彼此相互同轴对准的感测元件54、连接器56和控制元件58，用来打开和闭合调节器12以响应于阀体16中的压强变化。如图所示，感测元件54可滑动地设置在形成于备用传感器32内的通孔60中并包括邻近加载装置40的第二弹簧座48设置的第一端54a和远离第二弹簧座48的第二端54b。多个密封件55(例如，O形环)和/或引导环57可位于感测元件54中以提供感测元件54和备用传感器33之间的密封。球部件59布置在感测兀件54的第一端54a和第二弹簧座48之间，以确保即使由调节器偏置装置50施加到第二弹簧座48的力没有与这些组件对准，感测元件54也保持相对于连接器56和控制元件58对准。感测元件54的第二端54b包括变宽的感测表面62和轴向延伸的盲孔64，分别在图3中示出。盲孔64包括从感测表面62稍微内缩的台肩表面64a并终止于横向延伸穿过感测元件54的径向孔67。当执行过压释放功能时，感测元件54的盲孔64和径向孔67用于将过多的流体压强排放出调节器12，这将在下面进行描述。
[0027]继续参见图3，阀门装置42的连接器56还包括第一端56a和第二端56b。第一端56a适于设置在感测元件54的盲孔64中，并在调节器12处于打开位置时紧靠台肩表面64a，如图1-3中所示。连接器56的第二端56b包括可滑动地设置在阀座68的阀座孔70中的减小直径部分66。在公开的形式中，阀座68可包括中空圆柱形部件，其螺纹紧固到第一保持元件72中，并转而紧固到阀体16的调节器腔室24中。这样，阀座68在阀体16中固定就位，以使得连接器56可滑动地设置在其中，以用来打开和闭合控制元件58。
[0028]S卩，本形式的控制元件56可被描述为阀杆，并包括具有锥形鼻部分74的第一端58a和限定径向延伸的耳部分76的第二端58b。如图所示，阀杆58可滑动地设置在固定到阀体16的调节器腔室24中的第二保持元件78中，并使用弹簧80朝着阀座58偏置。弹簧80被支撑在第二保持元件78的端壁82和阀杆58的耳部分76之间。
[0029]如所述，本公开的调节器12被偏置到打开位置，以使得调节器控制组件30自然不会阻止流体流动通过调节器流路FPl。这样，在没有任何其它阻碍的情形下，调节器控制组件30在处于打开位置时允许流体流动通过调节器流路FP1。更具体地，如图1-3中所示，在打开位置上，调节器偏置装置50偏置加载装置40的第二弹簧座48，使其远离第一弹簧座46并接触备用传感器32。这将感测元件54、连接器56和阀杆58放置到它们各自的最左位置，相对于图1-3中的定向。因此，如图1-3中所示，连接器56的减小直径部分66延伸穿过阀座68的阀座孔70并接触邻接阀杆58的锥形鼻部分74的末端74a，由此远离阀座孔70 —定间隔距离放置锥形鼻部分74。
[0030]如此配置，流体沿着调节器流路FPl从阀体12的入口 18经过通道22和调节器腔室24流入出口 20，如图3中箭头所示。更具体地，从通道22，流体经由第二保持元件78的末端中形成的孔84流动通过调节器腔室24的阀部分24a。从那里，流体穿过阀座68的敞开的阀座孔70朝着感测元件54在阀杆58周围流动。退出阀座68时，流体经由形成在隔片组件33中的一个或多个径向孔86从调节器腔室24的控制部分24b流出到排出部分24c。从调节器腔室24的排出部分24c，流体直接流到阀体16的出口 20。
[0031]当流体沿着调节器流路FPl流动时，调节器腔室24的控制部分24b中的流体的压强通过感测元件54的感测表面62来持续地检测。这通过结合在感测表面62附近形成在隔片组件33上的一个或多个轴向通孔88来帮助。这样，当调节器12打开时，感测元件54持续地感测位于感测表面62上的流体的压强，用来控制连接器56和阀杆54的精确位置。
[0032]因此，如果在入口 18处的压强并由此在通道22中的压强最终升高到预定的调节器设定点压强以上时，感测元件54将开始向右移动，相对于图1-3中的定向，抵抗着调节器偏置装置50的偏压。感测元件54向右的任何运动必然减小感测元件54施加到连接器56和阀杆58上的力的大小。这样，当感测元件54向右移动时，阀杆58和连接器56在第二保持元件78内设置的弹簧80的推动下也向右移动。当阀杆58向右移动时，锥形鼻部分74逐渐移动靠近阀座68的阀座孔70并进一步限制通过调节器流路FPl流动的流体的量。当然，在调节器设定点压强以下的入口压强的任何减小都将允许调节器偏置装置50自动地向左重新放置感测元件54、连接器56和阀杆58，并到达如图1-3中所示的打开位置。
[0033]如所述，流体流动控制装置10的本公开形式的调节器12还被配备来在阀体16的出口 20处的压强变得过分高的情形下执行过压释放功能。参见图4，在这些情形下，出口20处的压强被通向排放部分24c并进入调节器腔室24的控制部分24b，如图4中的箭头所示。从那里，高出口压强经由穿过隔片组件33形成的径向孔86和轴向孔88通过感测元件54的感测表面62感测到。在该高压强下，通过克服由调节器偏置装置50产生的力，感测元件54被推动到其最右位置，相对于图4中的定向。如此配置，在连接器54的末端54b处的盲孔64的台肩表面64a脱离与连接器56的第一端56b的接合并远离连接器56的第一端56b。该移动打开了盲孔64，这打开了释放流路FP3，将过高的出口压强排放到系统以外。
[0034]如图4中所示，感测元件54中的盲孔64和径向孔67结合备用传感器32中形成的横向孔90以及阀体16的侧壁中形成一个或多个排放口 92限定了释放流路FP3。尽管图4中示出了排放口 92大致平行于入口 18和出口 20从阀体16退出，但是还可以优选排放口 92垂直于入口 18和出口 20设置，这取决于最终使用的应用。
[0035]引起打开释放流路FP3的感测元件54的运动所需的压强的量取决于通过调节器偏置装置50施加到感测元件54的力。此外，由于感测元件54不再施加朝向图4中左侧偏置连接器56的力，阀元件58和连接器56通过设置在第二保持元件78中的弹簧80被推动到它们相对于图4中定向的最右位置。因此，弹簧80相对于阀座68的阀座孔70来推动阀杆58的锥形鼻部分74，以关闭调节器流路FPl。这有利地阻止了到阀体16的入口 18的回流，并还可能帮助实现过压释放功能。
[0036]现在转向图1-3，可以看出公开的流体流动控制装置10的调节器流路FPl是相当弯曲和受限的。因此，本公开的流体流动控制装置10还包括一体的旁路装置14。如图1中所示，本公开的旁路装置14包括旁路圆盖94、旁路间隔件96和旁路控制组件98。旁路圆盖94包括在旁路腔室26附近，更具体地，在旁路腔室26的控制部分26b附近可移除地连接到阀体16的中空圆柱形部件。在公开的形式中，旁路腔室26的控制部分26b包括限定第一肩部100、第二肩部102的台阶轮廓和与旁路圆盖94的外螺纹侧壁106可移除地螺纹接合的内螺纹侧壁104。
[0037]旁路间隔件96包括限定通孔108的环形本体和与旁路腔室26的控制部分26b的台阶轮廓互补的台阶轮廓。更具体地，旁路间隔件96包括轴向接合旁路腔室26的第一肩部100的外台阶肩部110。此外，如图所示，旁路圆盖94接合旁路间隔件96的端部，该端部与旁路腔室26的第一肩部100相对。如此配置，旁路间隔件96被夹设在旁路圆盖94和旁路腔室26的第一肩部100之间。换句话说，旁路圆盖94保持旁路间隔件96的外台阶肩部110与旁路腔室26的第一肩部100接触邻接。
[0038]同时，旁路圆盖94和旁路间隔件96限定控制腔室112，控制腔室112位于旁路腔室26的控制部分26b中，旁路控制组件98最初位于控制腔室112中。该公开形式中的控制腔室112还可以通过设置在旁路间隔件96和旁路圆盖94之间的排放口 115以及穿过阀体16的侧部形成的相应的通孔117排出。
[0039]该排出有利于旁路控制组件98的正当操作。该旁路控制组件98包括控制元件114和旁路偏置装置116。控制元件114包括具有第一端114a和第二端114b的圆柱形阀部件。该公开形式的第一端114a包括第一直径Dl和具有例如锥形或圆形轮廓的阀座表面120。阀座表面120适于在旁路腔室26的阀部分26a和控制部分26b之间的分界处选择性地接合由阀体16限定的阀座孔118，以选择性地关闭旁路阀14并阻止流体流动通过旁路流路 FP2。
[0040]仍参见旁路阀14的控制元件114，第二端114b包括大于第一端114a的第一直径Dl的第二直径D2并且也包括径向法兰122。偏置装置116包括轴向设置在控制腔室112中、控制元件114的径向法兰116和旁路间隔件96之间的螺旋弹簧。如此放置，偏置装置116偏置控制元件114的第一端114a的阀座表面120，使其远离阀座孔118并进入如图1中所示的打开位置。在所示的形式中，当处于打开位置时，径向法兰122接触旁路圆盖94的内部台阶肩部表面124来限制控制元件114远离阀座孔118的轴向移位。
[0041]为了便于旁路阀14的自动操作，控制元件114还包括穿过控制元件114在第一端114a和第二端114b之间延伸的感测孔126。如此布置，在阀体16中邻近控制元件114的第一端114a的任何流体压强自动地通过感测孔126传送到控制元件114的第二端114b。另外，相同的流体压强还被传送到设置在控制元件114的第二端114b和旁路圆盖94的邻近内壁130之间的感测腔室128。在这一点上，控制元件114的第二端114b限定了与圆盖94的内壁130相对的感测表面132。还如图1中所示，第一密封部件134，可包括例如O形环，其在控制元件114和旁路圆盖94之间围绕控制元件114的第二端114b设置，使得感测腔室128基本上流体密封。另外，第二密封部件135也围绕控制元件114的第一端114a，提供第一端114a和旁路间隔件96中的通孔108之间的流体紧密密封。第三密封部件137可设置旁路间隔件96和旁路圆盖94的内壁之间，如图所示。如此配置，第二密封部件135和第三密封部件137用来减小或阻止从通道22和旁路腔室26的阀部分26a穿过旁路间隔件96的流体泄漏。在图1中所示的形式中，第一密封部件134支撑在形成于旁路圆盖94中的环形凹槽中，而第二和第三密封部件135、137支撑在旁路间隔件96中的环形凹槽中。
[0042]如此配置，在控制元件114的密封表面120上的任何压强增加将自动地传送到控制元件114的相对端上的感测表面132。此外，由于控制元件114的第二端114b的直径D2并由此感测表面132的直径大于阀座表面120的直径D1，感测腔室128中的流体力朝着与阀体16的阀座孔118相接合的闭合位置偏置控制元件114，如图2中所示。移动控制元件114远离图1中所示的打开位置所需的压强的量取决于通过旁路偏置装置116施加到控制元件114的力的大小，并一般被称作旁路装置14的设定点压强。
[0043]为了在高流速条件下使用这里公开的流体流动控制装置10来执行旁路操作，如上所述，例如旁路装置14的设定点压强优选小于调节器12的设定点压强。如此配置，在任何流体被提供到装置10的入口 18之前，调节器控制组件30和旁路控制组件98都位于图1中所示的打开位置。即，调节器控制组件30不会阻止流体流动通过调节器流路FPl，并且旁路控制组件98不会阻止流体流动通过旁路流路FP2。因此，被提供到装置10的任何流体自由地流动通过调节器流路FPl和旁路流路FP2。
[0044]当阀体16的入口 18处的压强开始增加时，通道22、旁路腔室26和调节器腔室24中的压强也开始增加。旁路腔室26中的压强通过旁路装置14的控制元件114的第二端114b支撑的感测表面132经由感测孔126来连续地感测。同样地，调节器腔室24中的压强通过调节器12的感测元件54的感测表面62来连续地感测。如所述，旁路设定点压强优选小于调节器设定点压强，这样，阀体16中的压强超过旁路设定点压强，流体作用于控制元件114的感测表面132并迫使控制元件114克服旁路偏置装置112的弹簧力，移动远离图1中所示的打开位置并最终进入闭合位置。
[0045]如图2中所示，当处于闭合位置时，控制元件114的阀座表面120接合阀体16的阀座孔118并关闭旁路装置14，由此阻止流体流动通过旁路流路FP2。再次，这里公开的控制装置10的旁路装置14的设定点压强低于调节器12的设定点压强，因此，如图2中所示，调节器12的调节器控制装置30处于打开位置。例如，当任何下游输送管道被加压理想的量并且调节器12在理想的压强下维持将来的供给时，旁路装置14和调节器12的这种状态类似于正常操作条件。
[0046]如上面结合图1中所述，当调节器12和旁路装置14都打开时，来自入口 18的流体沿着调节器流路FPl和旁路流路FP2流动。在本公开实施例的一种形式中，控制装置10可这样工作，使得在这种情形中不均匀量的流体自然地流动通过旁路装置14。具体地，在一种形式中，打开时的旁路流路FP2的有效横截面积可大于打开时调节器流路FPl的有效横截面积，使得当两个流路打开时大多流体实际上通过旁路装置14。在一些形式中，旁路流路FP2与调节器流路FPl的有效横截面积之比在大约10:1到大约500:1的范围内，在大约25:1到大约500:1的范围内，在大约50:1到大约500:1的范围内，在大约50:1到大约400:1的范围内，在大约50:1到大约300:1的范围内，在大约50:1到大约200:1的范围内，在大约50:1到大约100:1的范围内，在大约100:1到大约500:1的范围内，在大约200:1到大约500:1的范围内，在大约300:1到大约500:1的范围内，在大约400:1到大约500:1的范围内，或者在适于目的应用的任何其它比率。当旁路装置14和调节器12都打开时，比率越大，越多的流体将通过旁路流路FP2转移。在一些其它形式中，对于给定的应用，理想地，比率可小于上面列出的这些，包括1:1。
[0047]因此，本公开的流体流动控制装置10已经被描述为这样设置，使得当相关的调节器控制组件30和旁路控制组件98处于各自的打开位置时，调节器流路FPl和旁路流路FP2都保持打开。如上所述，这种布置还允许流体流动通过控制装置10，以至少部分经过调节器12。但是，在图5和图6中所示的流体流动控制装置10的改进形式中，流体流动控制装置10可被配置成不管旁路装置14何时打开，通过结合附加的偏置阀部件200，调节器流路FPl自动地关闭。
[0048]如图5和图6中所示，该形式的流体流动控制装置10大体上类似于结合图1-4所述的流体流动控制装置10，具有以下区别。例如，图5和图6中所示的阀体16还在通道22和调节器腔室24之间的交界处的位置限定了孔隙202。偏置阀部件200可滑动地设置在孔隙202中，并根据旁路装置14的位置在图5中所示的闭合位置和图6中所示的打开位置之间移动。此外，如图所示，装置10包括设置在调节器腔室24中偏置阀部件200和第二保持部件78之间的附加偏置装置204，用于将偏置阀部件200偏置到闭合位置。
[0049]偏置阀部件200 —般包括具有第一端200a和第二端200b的细长本体。第一端200a包括用于选择性地接合孔隙202的锥形阀座部206和用作弹簧座的径向法兰208。第二端200b包括从锥形阀座部206经过孔隙202延伸到阀体16的通道22的针状部分210。针状部分210比孔隙202窄以避免干扰。如图5中所示，当偏置装置204将偏置阀部件200推动到闭合位置时，锥形阀座部206接合阀体16中的孔隙202，由此基本阻塞了通道22和调节器腔室24之间的连通。然而，如图6中所示，当入口 18处的压强超过旁路装置14的设定点压强时，控制元件114从打开位置移走并进入闭合位置(例如，如上面结合图1-3所述)，使得阀座表面120接合阀座孔118来闭合旁路装置14。
[0050]在图5和图6中所示的形式中，控制元件114的第一端114a还接合偏置阀部件200的第二端200b的远端表面212，并相对偏置装置204的力来自动地推动偏置阀部件200的锥形阀座部206远离孔隙202。这在孔隙202和锥形阀座部206之间形成了间隙，有效地打开了孔隙202，如图6中所示，允许流体压强进入调节器腔室24并在正常操作中连通调节器12。
[0051]因此，在图5和图6中所示的形式的一个优点在于偏置阀部件200基本上完全地将调节器12与操作分离，同时旁路装置14执行旁路功能。调节器12的分离能够进一步延长调节器12的使用寿命。与现有形式相比，对于图5和图6中所示的形式的一种附加改进是控制元件114中感测孔126的设计。可以看出，该形式的感测孔126包括刚好邻近控制元件114的第一端114a的倾斜管道部分214(如图6中标识)。该倾斜管道部分214相对于感测孔126的纵向轴线倾斜角度α。角度α可以是足以将控制元件114的第一端114a中的开口从阀部件200移走的任何角度，例如，大约135°。如此配置，即使在接触偏置阀部件200的远端表面212时，如图6中所示，倾斜管道部分214可以帮助确保有效地且没有阻碍地将压强从通道22连通到控制元件114的相对第二端114b上的感测表面132。
[0052]图7和图9示出了图5和图6中形式的另一种改进。在图7和9中，倾斜管道部分214的角度α为大约90°。如此配置，当旁路装置14处于闭合位置时，邻近控制元件114的第一端114a的感测孔126的开口连通阀体16的出口 20。这种配置在例如用于探测下游压强损失的气动应用中是有利的，其可能需要或希望旁路装置14的再次打开。
[0053]尽管上面没有明确描述，但是应该理解的是当图1-6中任一图的旁路装置处于闭合位置时，控制元件114中的感测孔126继续探测阀体16的入口 18和通道22处的压强。这即使在入口 18和通道22处的压强升高到旁路装置14的设定点压强以上时也发生。因此，当入口 18和通道22处的压强升高时，作用于控制元件114的第二端114b处的感测表面132上的感测腔128中的压强也升高。感测表面132上的压强的升高施加另一力，推动控制元件114的阀座表面120更强地接合阀体16的阀座孔118。根据使用的力和持续时间，这种接合可能磨损阀座孔118。因此，如图9中所示，本公开的流体流动控制装置10的旁路装置14的一种形式还包括支撑在形成于阀座孔118中的环形凹槽302中的硬化插入件300。硬化插入件300可由硬化钢、陶瓷或任何其它适当材料形成。在一些形式中，控制元件114的阀座表面120同样地或者替换地包括相似的硬化插入件。在其它形式中，插入件300可以不是硬化的插入件，而是由例如橡胶或塑料等构成的软化插入件。这种软化插入件在这些情形中是有利的，其中旁路装置14和调节器12的设定点压强并不是不同的，或者其中例如装置10被用于气动系统中来提供更紧密的流体密封。
[0054]最后，图10和图11中示出了本公开的流体流动控制装置10的旁路装置14的又一种改进形式。在图10和图11中，旁路装置14与结合前面附图表示和描述的旁路装置14基本相同，但是还包括用于选择性地将控制元件114锁定到闭合位置的过载锁定件400。如图所示，图10和11中所示的过载锁定件400包括可移动地设置在形成于旁路圆盖94中的螺纹孔404中的螺纹轴402。螺纹轴402可在其不会干扰控制元件114的未锁定位置(图11)和其将控制元件114限制在闭合位置的锁定位置(图10)之间移动。
[0055]仍参考图10和11，该形式的螺纹孔404包括螺纹部406和非螺纹部408。非螺纹部408具有比螺纹部406更大的直径，并还包括容纳一个或多个密封元件412的环形凹槽410。螺纹轴402包括螺纹部414、非螺纹部416和头部418。螺纹轴402的螺纹部414与旁路圆盖94中的螺纹孔404的螺纹部406螺纹接合，并从非螺纹部416离开，延伸到位于旁路圆盖64的感测腔室128中的圆锥形远端420。远端420还容纳卡环422，当它接近图11中所示的未锁定位置时，卡环422通过接合旁路圆盖94的内壁130来限制螺纹轴402的运动。
[0056]如所示，螺纹轴402的非螺纹部416具有比螺纹部414大的直径，使得螺纹轴402的横截面轮廓大体上对应于螺纹孔404的横截面轮廓。这样，由圆盖94支撑的一个或多个密封元件412径向地接合非螺纹部416以提供其间的流体紧密密封。该密封避免流体从感测腔128泄露出螺纹孔404。
[0057]螺纹轴402的头部418设置在圆盖94以外并且尺寸大于非螺纹部416。头部418可包括凸表面，用来帮助通过手、例如通过使用工具来操作的六角形头部或者适于目的应用的任何其它结构进行的手动调节。
[0058]最后，为了确保过载锁定件400不会干扰感测孔126有效地将阀体16中的操作压强连通到感测腔室128中的能力，在图10和图11中所示的形式中的感测孔126包括邻近控制元件114的第二端114b的倾斜管道部分424。倾斜管道部分424相对于控制元件114的纵向轴线成角度B设置，其中角度B充分尖锐，其将控制元件114的感测表面132中的开口远离例如螺纹轴402与控制元件114的接触处布置，如图10中所示。在一些形式中，角度B可以是大约135°或任何其它适当角度。
[0059]通过如上所述构造的过载锁定件400，应该理解的是通过头部418的简单旋转，螺纹轴402能够轻易地在锁定位置(图10)和非锁定位置(图11)之间移动，使得螺纹轴402响应于螺纹部406、414的相对运动而轴向地移位。
[0060]能够选择性地将控制元件114锁定到闭合位置(图10)有利地允许流体流动控制装置10用于低压应用(即，压强低于旁路装置14的旁路设定点压强)。即，通过锁定关闭的旁路装置14，即使当阀体16的入口 18处的压强低于旁路装置14的旁路设定点压强时，流体流动控制装置10的调节器12也被允许将流体正常地输送到阀体16的出口 20。能够将控制元件114锁定到闭合位置的另一个优点是它能够帮助例如在调节器12上进行泄漏测试。通过锁定关闭的旁路装置14，基本上供给到阀体16的入口 18的所有流体都经由调节器流路FPl流动通过调节器12。[0061]基于示例的流体流动控制装置10的前面描述，本公开还涉及使用流体流动控制装置10对流体流动控制装置10下游的流体管道进行加压的方法。即，根据该方法，这里公开的流体流动控制装置10有利地提供了自动打开和关闭旁路阀14和自动操作调节器12。
[0062]根据该方法，最初，流体将在一般低压但是可能高流速下供给到流体流动控制装置10的阀体16的入口 18。在这种条件下，旁路偏置装置116自动地将旁路装置14的旁路控制组件98偏置到打开位置，如图1中所示。此外，调节器偏置装置50自动地将调节器12的调节器控制组件30偏置到如图1中所示的打开位置。如此配置，旁路控制组件98和调节器控制组件30不会阻止流体流动通过旁路流路FP2和调节器流路FPl。
[0063]在这里公开的流体流动控制装置10的形式中，旁路控制组件98经由旁路偏置装置116的推动被偏置到打开位置，旁路偏置装置116可包括例如螺旋弹簧。该螺旋弹簧偏置旁路控制组件98的控制元件114离开阀体16的阀座孔118。同样，调节器控制组件98经由调节器偏置组件50的推动被偏置到打开位置，调节器偏置组件50也包括螺旋弹簧。调节器偏置组件50将调节器控制组件30的调节器控制元件58(即，阀杆58)偏置离开阀座68的阀座孔70。
[0064]此外，在上述条件下，当旁路装置14和调节器12都处于打开位置时，经由感测孔126通过旁路控制组件98的控制元件114的第二端114b上的感测表面132，旁路装置14持续地感测阀体16的通道22中的流体的压强，该压强与阀体16的入口 18处的压强相关。同时，通过调节器控制组件30的感测元件54的第二端54a上的感测表面62，调节器12持续地感测阀体16中的相同压强。
[0065]一旦阀体16的入口 18处并且由此阀体16的通道22中的压强达到或超过预定设定点压强，这由旁路装置14的控制元件114的感测表面132感测到，并且旁路控制组件98自动地移动到例如图2中所示的闭合位置。更具体地，阀体16中的压强经由感测孔126被连通到感测腔室128，并相对旁路偏置装置116的偏置作用于感测表面132来推动控制元件114，直到第一端114a上的阀座表面120接合并抵接阀座孔118。在这种结构中，旁路装置14阻止流体通过旁路流路FP2流动。
[0066]只要阀体16中的压强高于旁路设定点压强并低于调节器设定点压强，调节器12就保持打开以允许流体流动经过流体流动控制装置10。因此，该公开的方法还包括当由调节器控制组件30的感测元件54的感测表面62感测的压强等于或大于旁路设定点压强时，将调节器控制组件30保持在其打开位置，如图1-3中所示。此外，该方法还包括当由感测元件54的感测表面62感测的压强等于或大于调节器设定点压强时，自动地将调节器控制组件30移动到闭合位置。在闭合位置上，通过使调节器控制元件58接合并抵接阀座68的阀座孔70，调节器控制组件38有效地阻止流体流动通过调节器流路FPl。
[0067]前面描述了通过本公开的流体流动控制装置10实施的基本方法。相对于例如图5和6公开的改进，本公开还包括当旁路流路FP2打开时，自动地关闭调节器流路FP1。而且，本公开还包括当旁路流路FP2关闭时，自动地打开调节器流路FPl。在一个示例中，是这样实现的:通过在旁路控制组件98处于打开位置时，自动将图5和图6的偏置阀部件200布置到闭合位置(图5)以阻止流体流入调节器流路FP1，并通过在旁路控制组件98处于闭合位置时，自动将偏置阀部件200布置到打开位置(图6)，以允许流体流入调节器流路FP1。自动将偏置阀部件200布置到闭合位置可包括使用弹簧204将阀部件200偏置到接合通道22和调节器腔室24之间由阀体16形成的孔隙202。因此，为了将阀部件200自动布置到打开位置，当旁路控制元件114移动到闭合位置时,如图6中所示，阀部件200通过旁路控制元件114被推离孔隙202。
[0068]在又一种形式中，该方法还可包括当旁路阀14关闭时，感测阀体16的出口 20处的压强，从而如果出口 20的下游压强减小，那么旁路阀14将感测到该减小并自动再次打开。如所述，这可通过上面结合图7和图8描述的结构来实现，用于加压的方法还包括当旁路控制组件98处于闭合位置时，通过旁路控制组件98的控制元件114的相同感测表面132来感测出口 20处的压强。
[0069]鉴于上述内容，应该理解本公开的范围和内容仅用作说明，本发明并不限于任何特定实施例，相反，本发明由包括其任何等同特征的下列权利要求的范围来限定。此外，尽管不同附图中示出了本公开的不同形式，但是任何形式或形式的任何方面可以组合。这样，每个不同的形式并不是独立的并区别于其它形式。相反，所有的形式在本【技术领域】的可能的范围内相互互补。
【权利要求】
1.流体流动控制装置，包括: 阀体，其限定入口、出口、布置在所述入口和所述出口之间的通道、布置在所述通道和所述出口之间的调节器腔室以及布置在所述通道和所述出口之间的旁路腔室； 调节器流路，其经由所述通道和所述调节器腔室在所述阀体的入口和出口之间延伸，所述调节器流路具有第一有效横截面积； 旁路流路，其经由所述通道和所述旁路腔室在所述阀体的入口和出口之间延伸，所述旁路流路具有大于所述第一有效横截面积的第二有效横截面积； 旁路阀，其连接到所述阀体并包括旁路控制组件，所述旁路控制组件包括旁路控制元件和旁路偏置装置，所述旁路控制元件能够相对于所述阀体的所述旁路腔室在允许流体流动通过所述旁路流路的打开位置和阻止流体流动通过所述旁路流路的闭合位置之间移动，所述旁路偏置装置朝着所述打开位置推动所述旁路控制元件，以使得当所述旁路腔室中的流体压强等于或大于旁路设定点压强时，所述旁路控制元件仅处于所述闭合位置，以及 调节器，其连接到所述阀体并包括调节器控制组件，所述调节器控制组件包括调节器控制元件和调节器偏置装置，所述调节器控制元件能够相对于所述阀体的所述调节器腔室在不阻止流体流动通过所述调节器流路的打开位置和阻止流体流动通过所述调节器流路的闭合位置之间移动，所述调节器偏置装置朝着所述打开位置推动所述调节器控制元件，以使得所述调节器控制元件处于所述打开位置，直到所述阀体的所述调节器腔室中的流体压强等于或大于调节器设定点压强， 其中，所述调节器设定点压强大于所述旁路设定点压强。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀体包括限定所述入口、所述出口、所述通道、所述调节器腔室和所述旁路腔室的单个材料构件。
3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀体还限定邻近所述旁路腔室的阀座孔，当所述旁路控制元件处于所述闭合位置时，所述阀座孔适于由所述旁路控制元件接口 ο
4.根据权利要求3所述的装置，其特征在于，所述旁路阀还包括邻近所述旁路腔室可移除地连接到所述阀体的旁路圆盖，以使得所述旁路控制元件和所述旁路偏置装置布置在所述旁路圆盖和所述阀体的所述阀座孔之间。
5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，所述旁路控制元件还包括邻近所述旁路圆盖布置的感测表面和延伸穿过所述旁路控制元件的感测孔，所述感测孔至少在所述旁路控制元件处于所述打开位置时提供在所述阀体的通道和所述感测表面之间的流体连通。
6.根据权利要求5所述的装置，其特征在于，所述旁路偏置装置包括螺旋弹簧，所述螺旋弹簧远离所述阀座孔并朝着所述旁路圆盖偏置所述旁路控制元件。
7.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二有效横截面积与所述第一有效横截面积之比在大致10:1到大致500:1的范围内。
8.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第二有效横截面积与所述第一有效横截面积之比在大致50:1到大致300:1的范围内。
9.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述旁路阀还包括过载锁定件，所述过载锁定件能够在将所述旁路控制元件接合并限制在所述闭合位置的锁定位置和允许所述旁路控制元件在所述打开位置和所述闭合位置之间自由移动的非锁定位置之间移动。
10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述阀体还限定了布置在所述通道和所述调节器腔室之间的孔隙，并且所述装置还包括布置在所述调节器腔室和所述通道中至少一个中的偏置阀部件，当所述旁路控制元件处于所述打开位置时，所述偏置阀部件处于与所述孔隙接合并阻止流体流动通过所述调节器流路的闭合位置，并且当所述旁路控制元件处于所述闭合位置时，所述偏置阀部件处于脱离与所述孔隙的接合的打开位置。
11.流体流动控制装置，包括: 阀体，其限定入口、出口、布置在所述入口和所述出口之间的通道、布置在所述通道和所述出口之间的调节器腔室、布置在所述通道和所述出口之间的旁路腔室以及布置在所述旁路腔室中的阀座孔； 调节器流路，其经由所述通道和所述调节器腔室在所述阀体的所述入口和所述出口之间延伸； 旁路流路，其经由所述通道和所述旁路腔室在所述阀体的所述入口和所述出口之间延伸； 调节器，其连接到所述阀体，用于控制流体沿所述调节器流路的流动，所述调节器包括调节器控制组件，所述调节器控制组件被配置成处于不阻止流体流动通过所述调节器流路的打开位置和阻止流体流动通过所述调节器流路的闭合位置，所述调节器控制组件还被偏置到所述打开位置，以使得所述调节器控制组件处于所述打开位置，直到由所述调节器感测的所述通道中的流体压强等于或大于调节器设定点压强；以及 旁路阀，其连接到所述阀体并包括旁路圆盖、旁路控制元件和旁路偏置装置，所述旁路圆盖邻近所述旁路腔室可移除地连接到所述阀体，所述旁路控制元件可滑动地布置在所述旁路腔室中，并包括限定邻近所述阀座孔布置的阀座表面的第一端和限定邻近所述旁路圆盖布置的感测表面的第二端，所述旁路偏置装置布置在所述旁路控制元件和所述阀座孔之间， 所述旁路控制元件能够在所述阀座表面远离所述阀座孔的打开位置和所述阀座表面接合所述阀座孔的闭合位置之间移动，所述旁路偏置装置朝着所述打开位置推动所述旁路控制元件，以使得所述旁路控制元件处于打开位置，直到由所述旁路控制元件的所述感测表面感测的所述通道中的流体压强等于或大于旁路设定点压强， 其中，所述旁路设定点压强小于所述调节器设定点压强。
12.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述调节器流路具有第一有效横截面积，并且所述旁路流路具有大于所述第一有效横截面积的第二有效横截面积。
13.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述阀体包括限定所述入口、所述出口、所述通道、所述调节器腔室、所述旁路腔室和所述阀座孔的单个材料构件。
14.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述旁路控制元件还包括穿过所述旁路控制元件从所述第一端延伸到所述第二端的感测孔，当所述旁路控制元件处于所述打开位置时，所述感测孔提供所述阀体的所述通道和所述旁路控制元件的所述感测表面之间的流体连通。
15.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，还包括间隔件，其固定在所述旁路腔室中在所述旁路偏置装置和所述阀座孔之间并限定引导孔，所述旁路控制元件被可滑动地布置成穿过所述引导孔。
16.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述旁路偏置装置包括螺旋弹簧。
17.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二有效横截面积与所述第一有效横截面积之比在大致10:1到大致500:1的范围内。
18.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述第二有效横截面积与所述第一有效横截面积之比在大致50:1到大致300:1的范围内。
19.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述旁路阀还包括过载锁定件，所述过载锁定件能够在将所述旁路控制元件接合并限制在所述闭合位置的锁定位置和允许所述旁路控制元件在所述打开位置和所述闭合位置之间自由移动的非锁定位置之间移动。
20.根据权利要求11所述的装置，其特征在于，所述阀体还限定布置在所述通道和所述调节器腔室之间的孔隙，并且所述调节器还包括布置在所述调节器腔室和所述通道中至少一个中的偏置阀部件，当所述旁路控制元件处于所述打开位置时，所述偏置阀部件处于与所述孔隙接合并阻止流体流动通过所述调节器流路的闭合位置，并且当所述旁路控制元件处于所述闭合位置时，所述偏置阀部件处于脱离与所述孔隙的接合的打开位置。
21.一种通过具有自动旁路功能的调节器加压流体管道的方法，其特征在于，所述方法包括步骤: 将流体供给到阀体的入口，所述阀体还限定出口、布置在所述入口和所述出口之间的通道、与所述通道连通的调节器腔室以及与所述通道连通的旁路腔室； 将连接到所述阀体的所述旁路腔室的旁路控制装置的旁路控制组件偏置到打开位置，由此打开经由所述通道和所述旁路腔室在所述阀体的所述入口和所述出口之间延伸的旁路流路； 将连接到所述阀体的所述调节器腔室的调节器的调节器控制组件偏置到打开位置，以使得所述调节器控制组件不阻止流体流动通过经由所述通道和所述调节器腔室在所述阀体的所述入口和所述出口之间延伸的调节器流路； 通过所述旁路控制组件的感测表面来感测所述阀体的所述通道中的流体的压强； 通过所述调节器控制组件的感测表面来感测所述阀体的所述通道中的流体的压强； 当通过所述旁路控制组件的感测表面感测的压强等于或大于旁路设定点压强时，将所述旁路控制组件自动移动到闭合位置，由此阻止流体流动通过所述旁路流路；以及 当通过所述调节器控制组件的感测表面感测的压强等于或大于所述旁路设定点压强时，将所述调节器控制组件保持在其打开位置。
22.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括当通过所述调节器控制组件的感测表面感测的压强等于或大于调节器设定点压强时，将所述调节器控制组件自动移动到闭合位置，由此阻止流体流动通过所述调节器流路，其中，所述调节器设定点压强大于所述旁路设定点压强。
23.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，将所述旁路控制组件偏置到打开位置包括使用弹簧推动所述旁路控制组件的旁路控制元件远离所述阀体的阀座孔。
24.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，将所述调节器控制组件偏置到打开位置包括使用弹簧推动所述调节器控制组件的调节器控制元件远离所述调节器的阀座孔。
25.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括当所述旁路控制组件处于所述打开位置时，将布置在所述通道和所述调节器腔室之间的阀部件自动定位于闭合位置，由此阻止流体流入所述调节器流路，以及当所述旁路控制组件处于所述闭合位置时，将所述阀部件自动定位于打开位置，由于允许流体流入所述调节器流路。
26.根据权利要求25所述的方法，其特征在于，将所述阀部件自动定位于闭合位置包括使用弹簧将所述阀部件偏置到在所述通道和所述调节器腔室之间的位置处与由所述阀体形成的孔隙接合。
27.根据权利要求26所述的方法，其特征在于，将所述阀部件自动定位于打开位置包括当所述旁路控制元件移动到所述闭合位置时使用所述旁路控制元件推动所述阀部件远离所述孔隙。
28.根据权利要求21所述的方法，其特征在于，还包括当所述旁路控制组件处于所述闭合位置时，通 过所述旁路控制组件的感测表面来感测在所述阀体的出口处的压强。
【文档编号】F16K37/00GK103968117SQ201410025383
【公开日】2014年8月6日 申请日期:2014年1月17日 优先权日:2013年1月28日
【发明者】T·W·拉森, C·R·柯克纳, G·C·缪尔 申请人:泰思康公司