用于压力调节阀的定位装置的制作方法

专利名称：用于压力调节阀的定位装置的制作方法
技术领域：
本公开大体上涉及流体控制装置，更具体而言，涉及用于流体控制装置 的定位装置。
背景技术：
流体控制装置包括各种类型的设备，包括控制阀和调节器。这种控制装 置适用于被连接在诸如化学处理系统、天然气输送系统等的流体过程控制系 统中，用于控制通过其中的流体流动。每个控制装置均限定流体流动路径， 并且包括用于调节所述流动路径的尺寸的控制件。例如，图1图示一种已知 的包括阀体12和致动器14的调节器组件10。阀体12限定流动路径16并 包括喉部18。在图1中，调节器组件IO被构造为向上流动结构。致动器14 包括上致动器壳体20、下致动器壳体22、包括隔膜32的隔膜子组件30， 以及控制件24。
控制件24被设置在上、下致动器壳体20、 22内，并适于通过响应隔膜 子组件30上的压力变化而双向移动。以这种配置，控制件24控制通过喉部 18的流体流动。此外，如图示的那样，调节器组件10包括设置在阀体12 的喉部18中的座环26。当阀体12的出口压力高时，控制件24的密封表面 28可与座环26密封地接合并关闭喉部18。类似地，如果在致动器14中没 有任何压力或隔膜32出现故障时，设置在上致动器壳体20的环形腔部36 内的螺旋弹簧34将控制件24偏压至闭合位置。这种调节器通常已知为"故障关"调节器。
"故障关"调节器被配置为当系统中发生能移除致动器14的压力的泄
漏或隔膜32的诸如磨损等故障时，控制件24自动关闭经过调节器10的流 体流动。在这种情况下，只有调节器修好之后，流体才能被输送到希望的终 端位置。
为了避免在故障情况下必须终止流体输送， 一些流体过程或输送系统具 有"故障开"调节器。"故障开"调节器的操作与"故障关"调节器类似； 但是，在隔膜出现故障时，弹簧将控制件偏压打开，而不是闭合。因此即使 当隔膜或者其它控制部件出现故障时，流体连续且不受控制地继续流动通过 调节器。因此这种配置通常包括监视调节器，该监视调节器当"故障开"调 节器出现故障时控制流体流动。
传统的调节器通常被配置为或者是"故障开，，型或者是"故障关"型。 为了将"故障开"调节器重新配置为"故障关"调节器，或者相反，控制组 件和调节器壳体经常必须被重新配置或者更换为不同的控制组件和调节器
壳体。这种调节器壳体的重新配置和/或更换费用高且费时。

发明内容
本公开的一个实施例提供一种定位装置组件，该定位装置组件用于调节 通过调节器的流体流动路径的流体流动。该定位装置组件包括控制件、中 心杆、第一弹簧座、第二弹簧座和弹簧。所述中心杆适于被设置穿过所述调 节器的壳体。所述第一弹簧座限定承接所述中心杆的开口，并相对于所述中 心杆固定。所述第二弹簧座限定承接所述中心杆的开口 ，并相对于所述调节 器壳体和所述控制件的其中一个固定。所述弹簧被设置在所述第一弹簧座和 所述第二弹簧座之间，并将所述控制件偏压到相对于所述调节器壳体的预定位置。
本公开的另一实施例包括一种调节器，该调节器包括限定流动路径的 阀体、连接到所述阀体的致动器壳体、控制件、中心杆、第一弹簧座、第二弹簧座和弹簧。所述控制件被设置在所述致动器壳体内，并适于相对于所述 阔体移位，以调节通过所述流动路径的流体流动。所述中心杆被设置穿过所 述致动器壳体。所述第一弹簧座相对于所述中心杆被固定，且所述第二弹簧 座相对于所述致动器壳体和所述控制件的其中一个被固定。所述弹簧被设置 在所述第一弹簧座和所述第二弹簧座之间，并将所述控制件偏压到所述调节 器的所述壳体内的预定位置。
本公开的又一实施例提供一种调节器，该调节器包括阀体、致动器壳体、 控制件以及定位装置组件。所述阔体限定用于流体的流动路径，且所述致动 器壳体被连接到所述阀体。所述控制件被设置在所述致动器壳体内，并适于 相对于所述阀体移位，以调节通过所述流动路径的流体流动。所述定位装置 组件包括中心杆以及围绕该中心杆设置的弹簧。所述中心杆的至少一部分被 设置在所述控制件内，且所述弹簧将所述控制件偏压到相对于所述阀体的预 定位置。


图l为一个传统的"故障关"调节器的横截面侧视图； 图2为根据本公开原理构造的"故障开"调节器的一个实施例的横截面 侧^见图3为用于根据图2构造的"故障开"调节器的控制组件的可替换实施 例的横截面侧视图4为根据本公开原理构造的"故障开"调节器的第二实施例的横截面 侧^L图。
具体实施例方式
参见图2，根据本公开原理构造的控制装置的第一实施例包括压力调节 器100。该压力调节器100大体上包括阀体102、座环104以及致动器106。 阀体102限定流动路径108，该流动路径108在入口 110和出口 112之间延伸，并且延伸进入致动器106，如下面将要讨论的那样。致动器106包括在
如图2所示的打开位置与闭合位置(未示出)之间能移动的控制组件114, 其中该控制组件114在闭合位置与座环104接合。控制组件114的移动响应 入口 IIO和出口 112处的流体压力的波动。因此，控制组件114相对于座环 104的位置影响压力调节器100的流动能力。
阀体102进一步限定位于入口 IIO与出口 112之间的喉部116。喉部116 包括容纳并支撑座环104的台阶部118。在一种形式中，O形环可被设置在 座环104与喉部116的台阶部118之间，以在其间提供流体紧密封。
如上所述，致动器106包括控制组件114，并且还包括上致动壳体122、 下致动壳体124以及多个销钉126。上、下致动壳体122、 124通过至少一 个螺紋固定件119和相应的螺母121被紧固到一起。上致动器壳体122限定 中心开口 123、第一控制入口 125 (以虚线示出)以及行进腔127。该行进 腔127容纳行进指示器131，该行进指示器131指示控制组件114在致动器 106内的位置。下致动器壳体124限定第二控制入口 129。
在协作中，上、下致动器壳体122、 124限定包括中空颈部128的腔135。 中空颈部128被设置在阀体102中的致动器开口 115内。如图2所表示的那 样，多个销钉126具有固定到中空颈部128的第一端126a和定位成远离中 空颈部128的第二端126b。在所示形式中，第一端126a被螺紋拧进形成在 中空颈部128中的孔中。第二端126b与座环104接合。因此，销钉126和 喉部116的台阶部118将座环104夹在并轴向地定位和紧固在阀体102中。 尽管调节器100被描述为包括将座环104相对于阀体102定位的多个销钉 126,但调节器100的可替换形式可包括设置在喉部116中以定位座环104 的保持架。在另一种形式中，座环104可被螺紋连接、粘接或者以其它任何 方式固定到阀体102。
仍然参见图2，控制组件114包括例如中空套筒130的控制件、安装子 组件132、隔膜子组件133以及定位装置组件138。套筒130大体上为管状， 限定大致圓柱形内表面143和大致圓柱形外表面147。内表面143限定穿过套筒130的中心孔。此外套筒130包括上端130a和下端130b。上端130a 被设置在腔135内，下端130b被设置在下致动器壳体124的中空颈部128 内。套筒130的上端130a打开，并包括形成在外表面147上的周界法兰140。 此外，套筒130的上部分130a包括位于内表面143上的螺紋部141。套筒 130的下端130b打开并容纳安装子组件132。
安装子组件132包括安装件142、盘保持件144、盘支架146和密封盘 148。在公开的形式中，安装件142包括大致圓柱形主体，该大致圓柱形主 体被螺紋拧进套筒130的打开下端130b中并限定通孔150。通孔150与套 筒130基本轴向对准。盘保持件144包括通过一对紧固件152固定到安装件 142的大致圆柱形主体。在所示形式中，紧固件152包括螺紋紧固件。与安 装件142类似，盘保持件144限定通孔154。盘保持件144的通孔154的直 径与安装件142的通孔150的直径基本相等，并与其轴向对准。
如所示，盘保持件144将盘支架146和密封盘148紧固到保持器组件 132的安装件142。盘支架146包括由诸如不锈钢等刚性材料构成的大致环 形板。密封盘148包括由弹性材料制成并固定到盘支架146的大致环形盘。 在一种形式中，密封盘148通过粘合剂被固定到盘支架146。根据公开的形 式，当控制组件114处于闭合位置并将密封盘148朝向座环104压缩时，盘 保持件144的结构限制密封盘148的径向变形。
现在参见图2所示的调节器IOO的上部，隔膜子组件133包括隔膜134、 上隔膜板136a和下隔膜板136b。上、下隔膜板136a、 136b被夹紧在套筒 130的周界法兰140上。隔膜板136a、 136b通过紧固件156被紧固在一起， 从而将套筒130和隔膜板136a、 136b固定在一起。此外，隔膜板136a、 136b 将隔膜13 4的径向向内部分夹在中间。隔膜13 4的径向向外部分被固定在上、 下致动器壳体122、 124之间。
定位装置组件138被主要设置在套筒130内以将套筒130偏压到图2所 示的打开位置。定位装置组件138大体上包括中心杆186、第一弹簧座188、 第二弹簧座190、弹簧193以及紧固板192。中心杆186包括第一螺紋端186a和第二螺紋端186b。第一螺紋端186a延伸穿过上致动器壳体122的中心开 口 123。外螺母194被螺紋柠到第一螺紋端186a上，以限制中心杆186沿相 对于图2所示的致动器100的方位为向下方向的轴向位移。中间螺母196被 螺紋拧到中心杆186的第一螺紋端186a上且超过外螺母194,以限制中心杆 186沿相对于图2所示的致动器100的方位为向上方向的轴向位移。因此， 中心杆186的第一螺紋端186a被有效地固定以抵抗相对于上致动器壳体122 的轴向位移，第二螺紋端186b延伸进入致动器106。
因此，如所示，中心杆186的第二螺紋端186b延伸进入套筒130，并 被设置为邻近套筒130的第二端130b。 一对紧固螺母198a、 198b被拧到中 心杆186的第二螺紋端186b上。紧固螺母198a、 198b将第一弹簧座188、 弹簧193以及第二弹簧座192支撑在中心杆186上。第一弹簧座188被滑动 地设置在套筒130内，如下面将要更详细描述的那样。更具体地，第一弹簧 座188包括与紧固螺母198a、 198b接合的大致圆柱形板。弹簧193因此将 第二弹簧座192抵靠紧固板192，并相对于套筒130固定。另外，第一弹簧 座188相对于中心杆186被固定，并限定中心开口 188a和多个孔口 188b。 中心开口 188a承接中心杆186的与紧固螺母198a、 198b紧邻的第二螺紋端 186b。多个孔口 188b与安装子组件132中的通孔150、 154流体连通，并由 此与流动^各径108流体连通。
类似地，第二弹簧座190包括限定中心开口 190a和多个孔口 190b的大 致圓柱形板。第二弹簧座190中的中心开口 190a在靠近第一螺紋端186a处 承接中心杆186。多个孔口 190b与第一弹簧座188中的多个孔口 188b流体 连通，并由此与流动路径108流体连通。因此，如所示，弹簧193;故轴向设 置在第一弹簧座188与第二弹簧座190之间并与第一弹簧座188和第二弹簧 座190接合。由紧固螺母198固定以反抗沿相对于中心杆186的向下方向的 位移的第一弹簧座188支撑弹簧193。因此，弹簧193支撑第二弹簧座l卯。
另外，紧固板192包括限定中心开口 192、多个孔口 192b以及螺紋部
195的大致圆柱形板。紧固板192的螺紋部195通过与套筒130的内表面143上的螺紋部141螺紋接合而被固定。因此，紧固板192和套筒130作为整体结构。
在组装中，在上致动器壳体122从下致动器壳体124上移除并且套筒 130从隔膜板136a、 136b之间移除的情况下，紧固板192被螺紋柠进套筒 130的螺紋部141。接着，中间螺母196被螺紋柠到中心杆186的第一螺纹 端186a上。中心杆186的第二螺紋端186b随后被设置穿过紧固板192的中 心开口 192a。接下来，当中心杆186就位，第二弹簧座190、弹簧193和第 一弹簧座188通过套筒130的下部130b中的开口依次滑动到中心杆186上。 紧固螺母198a、 198b则随后被螺紋拧到中心杆186的第二螺紋端186b上， 如所示的那样。
在这一点上，技术人员或者工程师可通过柠紧邻近紧固板192设置的中 间螺母196或者拧紧邻近第一弹簧座188设置的紧固螺母198a、 198b而对 定位装置组件138预加载。例如，拧紧中间螺母196将中心杆186拉伸穿过 第二弹簧座190和紧固板192。这使得紧固螺母198a、 198b向第一弹簧座 188施加轴向力，并将第一弹簧座188向第二弹簧座190移位。继续拧紧中 间螺母196将压缩第一和第二弹簧座188、 190之间的弹簧193。
可替换地，拧紧邻近第一弹簧座188设置的紧固螺母198a、 198b迫使 第一弹簧座188朝向第二弹簧座190以压缩弹簧193。应该理解的是，在所 示的实施例中，紧固螺母198a、 198b包括紧邻第一弹簧座188设置的第一 紧固螺母198a,和紧邻第一紧固螺母198a且与第一弹簧座188相反设置的 第二紧固螺母198b。因此，在上面描述的预加载操作中，技术人员或者工 程师会首先柠紧第一紧固螺母198a以移位第一弹簧座188,从而压缩弹簧 193。接着，技术人员或者工程师会拧紧第二紧固螺母198b,使之与第一紧 固螺母198a接合，从而有效地将第一紧固螺母198a在中心杆186上锁定就 位。
此外，应该理解的是，在这里公开的定位装置组件138的一个实施例中， 中心杆186可包括沿螺紋部186a、 186b中至少一个的长度的标记，使得执
12行上面所描述的任一预加载操作的技术人员或者工程师可以将中间螺母196
或紧固螺母I98a、 198b拧紧到中心杆186上的预定位置，从而将弹簧193 预加载预定量。
在定位装置组件138被适当地预加载之后，套筒130的周界法兰4(M皮 连接到隔膜板136a、 136b，并且套筒130的下部分130b被设置在下致动器 壳体124的颈部128内。上致动器壳体122然后被定位到下致动器壳体124 上，使得中心杆186的第一螺紋端186被设置通过中心开口 123。技术人员 或者工程师则能够利用螺紋紧固件119将上致动器壳体122紧固到下致动器 壳体124上。最后，技术人员或者工程师将外螺母194拧紧到中心杆186的 第一螺紋端186a上。拧紧外螺母194拉伸中心杆186,并因此将中间螺母 196和第一弹簧座188相对于图2所示的调节器100的方位向上拉伸。外螺 母194和中间螺母196将上致动器壳体122夹在中间，如所示的那样。以这 种配置，外螺母194和中间螺母196将中心杆186固定以反抗相对于上致动 器壳体122的轴向移位。此外，紧固螺母198a、 198b将第一弹簧座188固 定以反抗沿相对于图2所示的调节器100的方位为向下方向的轴向移位。
通常，当调节器组件100被安装在流体过程控制或流体输送系统内时， 控制组件114能够基于阀体102的入口 110和出口 112处的流体压力而在致 动器106的腔135和中空颈部128内往复地移位。具体地，流体从入口 110 流动并流过喉部116。 一旦流体穿过喉部116，大部分流体流动到出口 112, 而剩余的流体分别流动通过安装件142和盘保持件144中的通孔150、 154。 这部分流体分别经由第一和第二弹簧座188、 190以及紧固板192中的孔口 188b、 190b、 192b继续流动通过套筒130,以使控制组件114平纟軒。在公开 的实施例中，第二弹簧座190中的孔口 190b与紧固板192中的孔口 192b基 本对准。这可确保行进通过调节器100的受压流体能够不受阻碍地穿过孔口 190b、 192b，以使控制组件114平衡。在一个实施例中，第二弹簧座190和 紧固板192中的一个可包括位于其轴向表面上的凹窝。第二弹簧座l卯和紧 固板192中的另一个可包括用于承接该凹窝的凹部。当第二弹簧座190和紧固板192被适当地对准时该凹部才用来承接所述凹窝，以允许孔口 190b、
192b之间的流体流通，如所示的那样。可替换地，在另一实施例中，第二 弹簧座190和紧固板192可包括单一整体式构件，从而减少专门对准的需要。 在又一可替换实施例中，孔口 l卯b和192b可包括围绕弹簧座190和紧固板 192至少部分地沿圓周延伸的延长孔口 。以这种配置，第二弹簧座190和紧 固板192可被设置在多个相对的位置，并仍然提供孔口 190b、 192b之间的 必要的流体流通。
流动通过阀体102并流到出口 112的所述部分流体流回流体过程控制或 者流体输送系统。具体地，在一种形式中，出口 112处的流体压力被泄放到 另一流体管路(未示出)中，并被引导到下致动器壳体124中的第二控制入 口 129。因此，阀体102的出口 112处的压力与第二控制入口 129处的压力 相等，而该压力最终;故施加到下隔膜板136b。此外，在一种形式中，入口 110处的压力被泄放进入另一流体管路到达先导阀(未示出)，并被进一步 引导到上致动器壳体122中的第一控制入口 125。
因此，当第一控制入口 125的压力向上隔膜板136a施加的力大于由第 二控制入口 129结合定位装置组件138的压力，具体结合定位装置组件138 的弹簧193的压力共同施加的力时，隔膜板136a、 136b以及控制套筒130 向下移位反抗弹簧138的偏压。更具体地，隔膜板136a、 136b和套筒130, 以及定位装置组件138的紧固板192和第二弹簧座l卯向下移位。这种向下 的移位将弹簧193朝向第一弹簧座188压缩。因此，应该理解的是，随着套 筒130滑动地向下移位，中心杆186和第一弹簧座188停留在图2所示的位 置，而套筒130、紧固板192以及第二弹簧座190向下移位。
可替换地，当第二控制入口 129结合弹簧193的压力向控制组件114共 同施加的力大于第一控制入口 125的压力时，控制组件114朝向图2所示的 打开位置向上移位。作用在隔膜上的向上的力的总和由作为控制压力的第一 控制入口 125的压力来对抗，以便根据满足下游需求的所需流量来定位包括 套筒130的控制组件114。此外，例如，如果隔膜134碰巧由于隔膜材料的磨损而出现故障，弹簧193将会向第二弹簧座190施加力，而第二弹簧座 l卯接着迫使控制组件114到达图2所示的打开位置。
尽管调节器100已被描述为包括"故障开"调节器，根据调节器100的 可替换实施例的定位装置组件138可被构造成限定"故障关"调节器。例如， 在这种可替换实施例中，第一弹簧座188将会被固定到套筒130的内表面 143,第二弹簧座190将会被固定到升降杆186。以这种配置，设置在第一 和第二弹簧座188、 190之间的弹簧193会将第一弹簧座188偏压远离第二 弹簧座190,从而将套筒130沿相对于图2所示的调节器100的方位为向下 的方向偏压。另外，弹簧193将会根据上述的任一种预加载操作而被预加载， 使得在致动器106中没有压力或在隔膜134出现故障时，弹簧193将会迫使 套筒130关闭流向出口 112的流体流动。
尽管图2所示的控制组件114可根据上述两种预加载操作中的任一种被 预加载，该控制组件的可替换实施例可包括例如设置在中心杆186的相反端 上用于限定组件的预加载条件的肩部。形成在中心杆186上的肩部的特定位 置将根据预期应用所需的预加载的预定量来预先确定。
图3图示说明一种这样的可替换控制组件314。与图2公开的控制组件 114类似，控制组件314包括例如中空套筒330的控制件、安装子組件332、 与图2公开的隔膜子组件133基本相同且只部分图示的隔膜子组件333以及 定位装置组件338。套筒330大体上为管状，限定大致圓柱形内表面343和 大致圆柱形外表面347。内表面343限定贯穿套筒330的中心孔。此外，套 筒330包括上端330a和下端330b。套筒330 ^皮滑动地设置在致动器306内， 该致动器306包括上、下致动器壳体322、 324 (局部示出)并与图2公开 的致动器106大致相同。套筒330的上端330a打开并包括形成在外表面347 上的周界法兰340。此外，套筒330的上部分330a包括位于内表面343上的 螺紋部341。套筒330的下端330b打开并容纳安装子组件332,该安装子组 件332的细节与图2公开的安装子组件132相同，因此不再重复。
与上述的定位装置组件138类似，定位装置组件338被主要设置在套筒
15330内以将套筒330相对于致动器壳体322、 324向上偏压。定位装置组件 338大体上包括中心杆386、第一弹簧座388、第二弹簧座390以及弹簧393。 中心杆386包括第一螺紋端386a、第二螺紋端386b、以及设置在第一和第 二螺紋端386a、 386b之间的尺寸增加部分386c。尺寸增加部分386c限定邻 近第一螺紋端386a的上肩部396和邻近第二螺紋端386b的下肩部399。第 一螺紋端386a延伸穿过上致动器壳体322中的中心开口 323。外螺母394 被螺紋拧到第一螺紋端386a上，并与上致动器壳体322接合，以限制中心 杆386沿相对于图3所示致动器306的方位为向下方向的轴向移位。中心杆 386的上肩部396在外螺母394的对面与上致动器壳体322接合，并限制中 心杆386沿相对于图3所示致动器306的方位为向上方向的轴向移位。在7> 开的实施例中，上肩部396容纳O形环397,以提供与上致动器壳体322的 流体紧密封，从而防止流体泄露到中心开口 323外。因此，中心杆386的第 一螺紋端386a被有效地固定到上致动器壳体322,且第二螺紋端386b延伸 进入致动器306。
如所示的那样，中心杆386的第二螺紋端386b延伸进入套筒330，并 被设置为邻近套筒330的第二端330b。紧固螺母398被螺紋拧到中心杆386 的第二螺紋端386b上。第一弹簧座388被滑动地设置在套筒330内。更具 体地，第一弹簧座388包括大致圓柱形板，其限定中心开口 388a、多个孔口 388b、台阶部388c以及承接导向环389的环形凹槽388d。中心开口 388a 承接中心杆386的第二螺紋端386b,紧固螺母398将第一弹簧座388固定 以抵靠中心杆386的下肩部399。多个孔口 188b与穿过调节器的流动路径 流体连通，参见如图2公开的第一弹簧座188的描述。
第二弹簧座3卯包括大致圓柱形板，其限定中心开口 390a、多个孔口 3卯b、台阶部388c以及螺紋部388d。第二弹簧座390中的中心开口 390a 承接中心杆386的靠近第一螺紋端386a的尺寸增加部分286c。螺紋部388d 与套筒330的螺紋部341螺紋接合，从而将第二弹簧座390固定到套筒300。 多个孔口 390b与第一弹簧座388中的多个孔口 388b流体连通，并由此与穿过调节器的流动路径流体连通。
此外，如所示的那样，弹簧393被轴向设置在第一弹簧座388与第二弹 簧座390之间并与第一弹簧座388和第二弹簧座390接合。更具体而言，在 公开的实施例中，弹簧393被支撑在第一和第二弹簧座388、 390的台阶部 388c、 390c之间，这帮助保持弹簧393相对于其它部件的对准。
在组装中，在上致动器壳体322从下致动器壳体324上移除并且套筒 330从致动器306移除的情况下，技术人员将第二弹簧座390拧紧为与套筒 330的上端330a上的螺紋部341接合。在一个实施例中，诸如乐泰胶(Loctite ) 242的粘合剂可在将两个部件螺紋拧在一起之前应用到套筒的螺紋部341上 和/或第二弹簣座390的螺紋部388d上。接着，O形环397^^润滑并定位在 中心杆386的肩部396内，如图3所示。中心杆386随后被设置穿过上弹簧 座390的中心开口 390a,使得尺寸增加部分386c祐:设置在套筒300中，如 所示的那样。弹簧393随后通过套筒330的下端330b被插入，并被设置为 围绕第二弹簧座390的台阶部3卯c。在弹簧393就位的情况下，第一弹簧座 388被插入到中心杆386的第二螺紋端386b上。然而，在定位第一弹簧座 388之前，技术人员可能需要将导向环389定位在第一弹簧座388中的环形 凹槽388d内。尽管如此，在第一弹簧座388在中心杆386的第二螺紋端386b 上就位的情况下，紧固螺母398被拧到第二螺紋端386a上，并被拧紧抵靠 第一弹簧座388,使得第一弹簧座388的台阶部388c与中心杆386的下肩部 399接合并承接弹簧393,如所示的那样。在一个实施例中，在弹簧座388 与肩部399接合之前，弹簧393压缩并因此被预加载接近大约1英寸(1")。 在定位装置组件338被组装的情况下，该定位装置组件338被插入移除的上 致动器壳体322中，使得中心杆386的第一螺紋端386a被设置穿过中心开 口 323。以这种配置，外螺母394被拧到第一螺紋端386a上，中心杆386 由此被固定到上致动器壳体322。最后，控制组件314被插入下致动器壳体 324中，上致动器壳体322通过螺栓或者其它一些传统装置被固定到下致动 器壳体324。应该理解的是，图3所示的控制组件314的操作与参见图2所公开的控 制组件114基本类似，因此不再对这种操作进行重复描述。
尽管图3公开的控制组件314包括单一中心杆386，根据本发明构造的 控制组件314的一种可替换实施例可包括多个中心杆386,每个中心杆386 具有定位在不同位置的肩部396、 399，使得技术人员或者工程师可以针对 特定的应用预先选择合适的中心杆386来将弹簧393预加载特定量。
图4示出根据本公开原理构造的调节器200的可替换实施例。图4示出 的调节器200与参见图2所述的调节器IOO基本类似的是，调节器200大体 上包括大体202和致动器206。阀体202限定在入口 210与出口 212之间延 伸并进入致动器206的流动路径208。致动器206包括在图4所示的打开位 置与闭合位置(未示出)之间能移动的控制组件214。控制组件214的移动 响应阀体202的入口 210和出口 212处的流体压力的波动。因此，控制组件 214相对于座环204的位置影响压力调节器200的流动能力。大体上，阀体 202和致动器206与上述参见图2的阀体102和致动器106相同，因此将只 对区别进^S羊细描述。
例如，控制组件214包括套筒230、安装子组件232、隔膜子组件233 以及定位装置组件238。套筒230、安装子组件232和隔膜子組件233与上 面描述的相同。然而，定位装置组件238与上述的定位装置组件138不同。
图4示出的定位装置组件238被主要设置在套筒230以及致动器206外， 并邻近上致动器壳体222。定位装置组件238大体上包括中心杆286、第一 弹簧座288、第二弹簧座290、弹簧293、紧固板292、密封组件296以及罩 297。
第二弹簧座290包括大致圓柱形板，其包括中心开口 290a、圓柱形法 兰部291以及外螺紋部293。第一弹簧座288包括大致圆柱形板，其包括中 心开口 288a和圓柱形法兰部289。所示形式的弹簧293包括围绕中心杆286 同心地设置并轴向位于第一和第二弹簧座288、 290之间的螺旋弹簧。第一 和第二弹簧座288、 2卯的圓柱形法兰部分289、 291分别将弹簧293保持在弹簧座288、 290之间。
第二弹簧座290相对于上致动器壳体222的外表面被固定，并被设置为 与上致动器壳体222的外表面接合，使得中心开口 290a与上致动器壳体222 中的开口 223大致轴向地对准。弹簧293被轴向设置在第二弹簧座290上。 第一弹簧座288被轴向设置弹簧293上，并与第二弹簧座290相反。第一紧 固螺母294邻近第一弹簣座288被螺紋拧到中心杆286的第一螺紋端286a 上。第一紧固螺母294保持弹簧293、第一弹簧座288和第二弹簧座290的 相对轴向布置。以这种配置，第一弹簧座288相对于中心杆286 ,皮固定。罩 297包括具有内螺紋部297a的大致延长管状结构。罩297的螺紋部297a与 第二弹簧座290的螺紋部293螺紋接合。
与上面参见图2的调节器100的描述类似，紧固板292包括限定中心开 口 292a、多个孔口 292b以及外螺紋部295的大致圓柱形板。螺紋部295与 套筒230的内表面243上的螺紋部241螺紋接合，从而将紧固板292固定到 套筒230。孔口 292b与安装子组件232中的通孔250、 254流体连通，并因 此与流动路径208流体连通。中心开口 292a承接中心杆286的第二螺紋端 286b。第二紧固螺母298邻近紧固板292与中心杆286的第二螺紋端286b 螺紋接合。因此，第二紧固螺母298将紧固板292固定，以反抗沿相对于图 4所示的调节器200的方位为向下方向相对于中心杆286的移位。
密封组件296被设置在上致动器壳体222的中心开口 223内。密封组件 296提供中心杆286与上致动器壳体222之间的流体紧密封。在图4所示的 实施例中，该密封组件包括衬套296a、 一对垫圈296b和0形环296c。衬套 296a被固定在中心开口 223内，并定位垫圈296b和O形环296c。垫圈296b 提供滑动密封，使得中心杆286相对于上致动器壳体222的双向移位不会泄 露套筒230中的压力。O形环296c被设置在衬套296a、上致动器壳体222 和第二弹簧座290之间。O形环296c形成衬套296a和上致动器壳体222之 间的流体紧密封。在一种实施例中，村套296a由半刚性或者刚性聚合体构 成，而垫圈296b和O形环296c由诸如弹性体或橡胶的弹性材料构成。应该
19理解的是，尽管图4所示的上致动器壳体222的中心开口 223稍微大于图2 所示的调节器100的上致动器壳体122的中心开口 123的直径，这种描述^f又 仅为示意性的，而可替换的实施例可以包括相同直径的中心开口。例如，在 一个实施例中，图4的中心杆286的直径可被减小，从而允许具有能够容纳 中心杆286和密封组件296的更小的中心开口 223。
在组装中，在上致动器壳体222从下致动器壳体224上移除并且套筒 230从隔膜板236a、 236b之间移除的情况下，紧固板292被螺紋拧进套筒 230的螺紋部241。接着，第二紧固螺母298被螺紋拧到中心杆286的第二 螺紋端286b上。中心杆286的第一螺紋端286a随后^皮-没置为通过套筒230 的下端230b穿过紧固板292的中心开口 292a。接下来，密封组件296^f皮紧 固到上致动器壳体222的中心开口 223内。随后，中心杆286的第一螺紋端 286a被设置穿过密封组件296,使得紧固板292与上致动器壳体222接合， 如图4所示。在中心杆286相对于上致动器壳体222定位的情况下，第二弹 簧座290、弹簧293和第一弹簧座288依次滑动到中心杆286的第一螺紋端 286a上。第 一 紧固螺母294则随后被螺紋拧到中心杆286的第 一螺紋端286a 上，以将弹簧座288、 2卯和弹簧293紧固到中心杆286上。套筒230可随 后被紧固在隔膜板236a、 236b之间，且上致动器壳体222被紧固到下致动 器壳体224。
在这一点上，技术人员或者工程师可通过柠紧邻近中心杆286的第一螺 紋端286a上的第一弹簧座288设置的紧固螺母294而对定位装置组件238 预加载。例如，拧紧紧固螺母294迫使第一弹簧座288相对于图4所示的调 节器200的方位向下。这使得第一弹簧座288压缩弹簧293抵靠第二弹簧座 290， ^v而预加载控制组件214。
可替换地，在将套筒230紧固到隔膜板236a、 236b之间之前，技术人 员或者工程师可柠紧邻近套筒230内的紧固板292设置的第二紧固螺母298, 从而预加载弹簧293。然而，这样做可能需要诸如能够从套筒230的下端230b 达到和/或延伸到套筒230的上端230a的延长的套筒扳手之类的工具。尽管如此，在上述任一种针对定位装置组件238的预加载操作中，将弹簧293压 缩预定量提供了用于施加到紧固板292上以将套筒230偏压到图4所示的打 开位置的预加载预定量。
此外，应该理解的是，在定位装置组件238的一个实施例中，中心杆 286可包括沿第一和第二螺紋端286a、 286b中的一个或者两个的长度的标 记，使得执行上述预加载操作的技术人员或者工程师可以将适当的紧固螺母 294、 298拧紧到中心杆286上的预定位置。在另一实施例中，中心杆286 的第一和/或第二螺紋端286a、 286b可包括肩部，螺紋端286a、 286b上的螺 紋终止于该肩部。形成在中心杆286上的肩部的特定位置将根据调节器200 的预期应用所需的预加载的预定量而预先确定。因此，在预加载操作中，技 术人员或者工程师可以拧紧紧固螺母294、 298的一个或者两个使之接合相 应的肩部。调节器200和/或定位装置组件238的一个实施例可包括多个中 心杆286,使得技术人员或者工程师可以针对特定的应用预先选择合适的具 有特定定位的肩部的中心杆386来将弹簧293预加载特定量。
当图4所示的实施例的定位装置组件238被适当地预加载的情况下，罩 297的螺紋部297a与第二弹簧座290的螺紋部293螺紋接合。罩297因此防 止弹簧座288和290、中心杆286、弹簧293以及密封组件296聚集污垢、 灰尘、碎屑、水分或任何其它物质，并防止由于潜在冲击造成的损坏。
通常，当调节器组件200被安装在流体过程控制或流体输送系统内时， 控制组件214能够根据阀体202的入口 210和出口 212处的压力而在致动器 206的腔235和中空颈部228内往复地移位。具体地，流体从阀体202的入 口 210流动并流过喉部216。 一旦流体穿过喉部216，大部分流体流动到出 口 212，而剩余的流体以与图2所述的调节器100所描述的类似的方式流入 套筒230。这部分流体流过套筒230,包括流过紧固板292中的孔口 292b， 从而使控制组件214平衡。因此，应该理解的是，压力施加到密封组件296 的暴露到致动器206的腔235的部分上。然而，如上所述，村套296a以及 垫圈296b和O形环296c共同防止在中心开口 223与中心杆286之间出现任何压力损失。
流动通过阀体202并流到出口 212的所述部分流体流回流体过程控制系 统。具体地，在一种形式中，出口 212处的流体压力^皮泄放到另一流体管^各 (未示出)中，并被引导到下致动器壳体224中的第二控制入口 229。因此， 阀体202的出口 212处的压力与第二控制入口 229处的压力相等，而该压力 最终被施加到下隔膜板236b。此外，在一种形式中，入口 210处的压力,皮 泄放进入另一流体管路到达先导阀(未示出)，并被进一步引导到上致动器 壳体222中的第一控制入口 225。
因此，当第一控制入口 225的压力向上隔膜板236a施加的力大于由第 二控制入口 229结合定位装置组件238的压力，具体结合定位装置组件238 的弹簧293的压力共同施加的力时，隔膜板236a、 236b以及套筒230向下 移位反抗弹簧238的偏压。更具体地，隔膜板236a、 236b和套筒230,以及 定位装置组件238的紧固板292、中心杆286和第 一弹簧座288向下移位。 这种向下的移位将弹簧293超过其预加载量朝向第二弹簧座290压缩。因此， 应该理解的是，随着套筒230在腔235中滑动地向下移位，中心杆286滑动 地并且密封地移位穿过设置在上致动器壳体222的中心开口 223中的密封组 件296,且第二弹簧座290保持固定在图4所示的位置。
可替换地，当第二控制入口 229结合弹簧293的压力向控制组件214共 同施加的力大于第一控制入口 225的压力时，控制组件214朝向图4所示的 打开位置向上移位。更具体而言，套筒230、隔膜^反236a和236b、控制组 件214的紧固板292以及定位装置组件238的中心杆286和第一弹簧座288 移位到图4所示的位置。作用在隔膜子组件233上的向上的力的总和由作为 控制压力的第一控制入口 225的压力来对抗，以便根据满足下游需求的所需 流量来定位包括套筒230的控制组件214。此外，例如，如果隔膜234碰巧 由于隔膜材料的磨损而出现故障，定位装置组件238的弹簧293将会向第一 弹簧座288施加力，而第一弹簧座288接着向中心杆286和紧固板292施加 力，以迫使控制组件214的套筒130到达图4所示的打开位置。尽管调节器200已被描述为包括"故障开"调节器，根据调节器200的 可替换实施例的定位装置组件238可被构造成限定"故障关"调节器。例如， 在这种可替换实施例中，第一弹簧座288将会被固定到罩297。此外，中心 杆286、第二弹簧座290、紧固板292以及套筒230将会全部净皮刚性地固定 在一起。与螺紋接合罩297相反的是，第二弹簧座290还将在罩297内自由 地轴向移位。
以这种配置，设置在第一和第二弹簧座288、 290之间的弹簧293将会 使第二弹簧座290偏压远离第一弹簧座288，从而将中心杆286、紧固板292 和套筒230沿相对于图4所示的调节器200的方位为向下的方向偏压。另外， 弹簧293可根据上述的任一种预加载操作而被预加载，使得在致动器206中 没有压力或在隔膜234出现故障时，弹簧293将会迫使套筒230关闭流向出 口 212的流体流动。在这种"故障关"结构的一个实施例中，紧固板292将 会被紧固为邻近套筒230的下端230b。因此，中心杆286将会相对于图4 所示的中心杆被线性移位，使得中心杆的大部分将被设置在套筒230中。更 具体而言，在一个实施例中，中心杆286的第一螺紋端286a将与第二弹簧 座290的中心开口 290a螺紋接合。类似地，中心杆286的第一螺紋端286a 将与紧固板292中的中心开口 292a螺紋接合。
因此，按照前述，应该理解的是，本公开提供了一种可在"故障开"或 "故障关"结构中操作的流体调节器。更具体而言，本公开提供一种适用于 诸如参照图1所示和所描述的调节器的传统"故障关"调节器的控制组件 114、 214、 314,而不需要对传统调节器10的现有部件^t文出任何结构的改变 或者重设计。另外，本公开提供了一种定位装置组件138、 238、 338,其可 操作以将诸如调节器10、 100、 200的套筒130、 230、 330的控制件偏压到 与控制组件114、 214、 314相关的致动器106、 206、 306和/或阀体102、 202、 302中的预定位置。该预定位置可包括本文所描述的"故障开"或"故障关" 位置，或包括特定应用所需的并位于"故障开"和"故障关"之间的任何其 它位置。最后，应该理解的是，尽管本公开通过以压力调节器为背景而被提供， 其也可以合并在包括控制阀、致动器、以及任何其它可预见的装置的流体过 程控制装置中。
按照前述，本公开的描述应该被理解为仅提供本发明的示例，因此，那 些不脱离本发明要旨的变形也在本发明范围内。
权利要求
1、一种用于调节通过调节器的流体流动路径的流体流动的控制组件，该定位装置组件包括控制件；适于被设置穿过所述调节器的壳体的中心杆；限定承接所述中心杆的开口的第一弹簧座，该第一弹簧座相对于所述中心杆被固定；限定承接所述中心杆的开口的第二弹簧座，该第二弹簧座相对于所述调节器壳体和所述控制件的其中一个被固定；和设置在所述第一弹簧座和所述第二弹簧座之间的弹簧，该弹簧将所述控制件偏压到相对于所述调节器壳体的预定位置。
2、 如权利要求1所述的控制组件，其中所述第一弹簧座、所述第二弹 簧座和所述弹簧被设置在所述控制件外。
3、 如权利要求2所述的控制组件，其中所述第二弹簧座相对于所述调 节器壳体被固定。
4、 如权利要求2所述的控制组件，进一步包括相对于所述控制件和所 述中心杆固定的紧固板。
5、 如权利要求4所述的控制组件，其中所述紧固板适于被设置在所述 调节器的所述流体流动路径中，并限定与所述流体流动路径流体连通的孔 c 。
6、 如权利要求1所述的控制组件，其中所述控制件限定适于与所述调 节器的所述流动路径流体连通的中心孔，且所述第一弹簧座、所述第二弹簧 座和所述弹簧被设置在所述中心孔内。
7、 如权利要求6所述的控制组件，其中所述第二弹簧座相对于所述控 制件被固定，并相对于所述中心杆滑动地设置。
8、 如权利要求7所述的控制组件，其中所述第一弹簧座和所述第二弹簧座中的每一个均限定适于与所述调节器的所述流体流动路径流体连通的 孔口 。
9、 一种调节器，包括限定用于流体的流动路径的阀体； 连接到所述阀体的致动器壳体；控制件，该控制件被设置在所述致动器壳体内，并适于相对于所述阀体 移位，以调节通过所述流动路径的流体流动； 设置穿过所述致动器壳体的中心杆； 相对于所述中心杆固定的第一弹簧座；相对于所述致动器壳体和所述控制件的其中一个固定的第二弹簧座；以及设置在所述第一弹簧座和所述第二弹簧座之间的弹簧，该弹簣将所述控 制件偏压到所述调节器的壳体内的预定位置。
10、 如权利要求9所述的调节器，其中所述第一弹簧座、所述第二弹簧 座和所述弹簧被设置在所述控制件外，且所述第二弹簧座相对于所述调节器 壳体被固定。
11、 如权利要求10所述的调节器，进一步包括相对于所述控制件和所 述中心杆固定的紧固板。
12、 如权利要求11所述的调节器，其中所述紧固板被设置在所述调节 器的所述流体流动路径中，并限定与所述流体流动路径流体连通的孔口 。
13、 如权利要求9所述的调节器，其中所述控制件限定与所述流动路径 流体连通的中心孔，且所述第一弹簧座、所述第二弹簧座和所述弹簧被设置 在所述中心孔内。
14、 如权利要求13所述的调节器，其中所述第二弹簧座相对于所述控 制件被固定，并相对于所述中心杆能够滑动地移位。
15、 如权利要求13所述的调节器，其中所述第一弹簧座和所述第二弹 簧座中的每一个均限定与所述调节器的所述流体流动路径流体连通的孔口 。
16、 如权利要求9所述的调节器，进一步包括由所述阀体承载的阀座，其中所述弹簧将所述控制件偏压远离所述阀座。
17、 一种调节器，包括限定用于流体的流动路径的闹体；连接到所述阀体的致动器壳体；控制件，该控制件被设置在所述致动器壳体内，并适于相对于所述阀体移位，以调节通过所述流动3各径的流体流动；以及定位装置组件，该定位装置组件包括中心杆以及围绕该中心杆设置的弹簧，所述中心杆的至少一部分被设置在所述控制件内，所述弹簧将所述控制件偏压到相对于所述阀体的预定位置。
18、 如权利要求17所述的调节器，其中所述定位装置组件进一步包括相对于所述中心杆固定的第一弹簧座；以及相对于所述控制件和所述致动器壳体的其中一个固定的第二弹簧座，其中所述弹簧被设置在所述第一弹簧座和所述第二弹簧座之间。
19、 如权利要求18所述的调节器，其中所述第一弹簧座、所述第二弹簧座和所述弹簧被设置在所述控制件外。
20、 如权利要求19所述的调节器，其中所述第二弹簧座相对于所述调节器壳体被固定。
21、 如权利要求19所述的调节器，进一步包括相对于所述控制件和所述中心杆固定的紧固板，该紧固板被设置在所述调节器的所述流体流动路径中，并限定与所述流体流动路径流体连通的孔口。
22、 如权利要求18所述的调节器，其中所述控制件限定与所述流体流动路径流体连通的中心孔，且所述第一弹簧座、所述第二弹簧座和所述弹簧被设置在所述中心孔内。
23、 如权利要求22所述的调节器，其中所述第二弹簧座相对于所述控制件被固定，并相对于所述中心杆能够滑动地移位。
24、 如权利要求23所述的调节器，其中所述第一弹簧座和所述第二弹簧座中的每一个均限定与所述调节器的所述流体流动路径流体连通的孔口 。
25、如权利要求17所述的调节器，进一步包括由所述阀体承载的阀座，其中所述弹簧将所述控制件偏压远离所述阀座。
全文摘要
一种用于将“故障关”调节器转换到“故障开”调节器或相反而不需要修改或重新配置调节器的壳体的控制组件，该控制组件包括控制件、中心杆(186)和设置在第一(188)和第二(192)弹簧座之间的弹簧(193)。一种具有所述控制组件的调节器包括阀体和致动器壳体，所述阀体限定流体流动路径。所述控制件被滑动地设置在所述致动器壳体内，并适于相对于所述阀体移位，以控制通过所述流动路径的流体流动。所述弹簧(193)和所述弹簧座(188、192)围绕所述中心杆设置，以使所述弹簧将所述控制件偏压到相对于所述调节器壳体的预定位置。
文档编号F16K27/02GK101517293SQ200780035474
公开日2009年8月26日 申请日期2007年9月26日 优先权日2006年9月29日
发明者丹尼尔·G·罗, 哈罗德·J·麦金尼, 小托马斯·L·韦尔 申请人:费希尔控制产品国际有限公司