专利名称：用于流体调节器的流动引导设备的制作方法
用于流体调节器的流动弓I导设备技术领域
本发明实质涉及一种流体调节器，更具体地，涉及一种用于流体调节器的流动引导设备。
背景技术：
流体调节器通常用来降低流体压强和将压强调节至一实质恒定值。具体来说，流体调节器具有通常地接收相对高压的供给流体的进口并在出口提供相对低的设定控制压强。进口压强通过限制经过孔的流动而被降低为较低的出口压强以实质匹配变动的下游需求。例如，用于一种设备(例如，锅炉)的气体调节器会从气体分配源接收具有相对较高压强并有些压强变化的气体，并将气体调节至具有适合设备安全、有效的使用的较低的、实质恒定或受控制的压强。
流体调节器往往基于当流体调节器被暴露在一系列压差或流体流速中时流体调节器保持出口压强在设定控制压强的能力分级。当流体调节器被暴露在特定的压差中时， 偏离于设定控制压强的流体调节器被认为在等级或精度等级之外。偏离设定控制压强往往由流体调节器的降压和/或升压流动特性造成。降压和升压可以显著降低流体调节器的精度等级和/或能力等级。
通常，使用升压还原机制实现的流体调节器限于包括相对较低的压差的精度等级，而使用降压还原机制的流体调节器限于包括相对较高的压差的精度等级。因此，不控制降压和升压流动特性时，流体调节器的整体能力不能最大化，因为流体调节器限于其中的流体调节器的精度要么不受升压特性要么不受降压特性的影响的精度等级。发明内容
在一个实施例中，流体调节器包括具有通道的主体，通道限定流体耦接进口和出口的孔。阀塞设置于通道内，并相对于邻近孔的阀座移动。致动器可操作的与阀塞耦接，并且致动器包括与通道的出口流体连通的感应室。致动器响应出口处工艺流的压强，使阀塞相对于阀座移动以控制经过孔的在进口和出口之间的流体流动。流动引导构件与阀塞耦接。流动引导构件具有降压还原部分，其用于引导流经所述孔的流体朝所述通道的所述出口并远离所述致动器的所述感应室流动，并且具有升压还原部分，其用于在第二压差下引导流体朝向致动器感应室的方向流动，其中第二压差大于第一压差。在另一个实施例中，流体引导设备包括具有腔和唇的主体，唇围绕主体的至少一部分邻近腔的圆周设置，其中唇用于在流经流体调节器的工艺流以第一速度流过主体时显著降低降压特性。主体具有至少一个邻近唇的端口，其中当流经流体调节器的工艺流以大于第一速度的第二速度流过主体时，该至少一个端口用于显著的降低升压特性。
图I示出了已知的自操作流体调节器。
图2为图1中流体调节器的局部、放大剖视图，其具有已知的阀塞。图3为图1中流体调节器的局部、放大剖视图，其具有另ー种已知的阀塞。图4示出了示例性流体调节器，其具有本文所述的示例性流体引导设备。图5示出了图4中的示例性流动引导设备。图6为图4和5中的示例性流动引导设备的剖视图。图7为图4、5和6中的示例性流动引导设备的仰视图。图8A为图4中的示例性流体调节器的部分、放大剖视图。图8B为图4和8A中的流体调节器一部分的放大视图。图9和10为本文所述的另一个示例性流体流动引导设备的不同视图。图11为具有图9和10中的示例性流体流动引导设备的流体调节器的部分、放大 视图。图12A-12E示出了不同的示例性端ロ几何形状，可用于实施图3-7、8A、8B、9、10和 11中的示例性流体流动引导设备。
具体实施例方式本文所述的示例性流体调节器调节流体的流动以基于设定控制压强使下游压强 保持在可接受的和/或恒定的压强限制内。此外，流体调节器包括显著提高流体调节器的 能力和/或精度等级的示例性流动引导设备。特別的，本文所述的示例性流动引导设备采 用升压还原设备和降压还原设备以控制流体调节器的升压和降压特性。換言之，本文所述 的流动引导设备提供双功能流动引导设备以使流体调节器与例如具有传统的流动引导设 备的的流体调节器相比，获得在更宽范围的压差下的精度等级。当流体调节器被暴露在相 对较低的进ロ压强下吋，本文所述的示例性流动引导设备控制降压流动特性，并在流体调 节器被暴露在相对较高的进ロ压强下时，控制升压流动特性。因此，本文所述的示例性流动 引导设备校正降压流动特性和升压流动特性，井能够显著地提高流体调节器的性能或精度 等级。特別的，本文所述的示例性流体流动引导设备包括降压还原部分以当孔两侧的压 差相对较低时偏移或引导流经孔的流体朝通道的出口和远离致动器的感应室流动，并包括 升压还原部分以当孔两侧的压差相对较高时偏移或引导流经孔的流体朝致动器的感应室 流动。通过引导流体流控制升压和降压，本文所述的示例性流体调节器可被分级为用于相 对更大范围的压差下。例如，对于具有相对较低的进ロ压强的应用，示例性流动引导设备减小降压(即， 产生或提高升压)，从而提高流体调节器用于低进ロ压强应用的能力。此外，对于具有相对 较高的进ロ压强的应用，流动引导设备减小升压(即，产生或提高降压)，从而提高流体调 节器用于高进ロ压强应用的能力。因此，流动引导设备提供显著控制升压和降压流动特性 的双功能流动引导设备，从而提供更精确的流体调节器并提高流体调节器在更大范围运行 參数内精确地满足下游需求的能力。在讨论示例性流动引导设备的细节之前，图1提供了已知的自调节流体调节器 100。如图1所示，调节器100包括耦接至调节器阀104的致动器102。致动器102包括隔 膜106，其被固定在致动器壳体108内以限定加载室110和感应室112。加载室110包括一个加载设备114如，例如向隔膜106的第一侧118提供设定或控制载荷或压强的控制弹簧 116。通常地，由加载设备114提供的控制载荷或压强与需要的通过流体调节器100提供的出口压强相对应。
调节阀104包括阀体120，阀体120限定在进口 124和出口 126之间的流体通道 122。阀体120与致动器壳体108耦接，这样阀体120的管路128与感应室112流体耦接， 这样感应室112可以感应阀体120的出口 126处的流体的压强。阀塞130设置于通道122 内，并相对于阀座132移动以控制流经通道122的流体。如图所示，阀塞130通过联接组件 134可操作地与隔膜106耦接。
在运行中，隔膜106响应隔膜108两侧的由感应腔112感应的出口压强(通过管路128)和由加载设备114产生的设定或控制压强(S卩，由控制弹簧116产生的弹簧力)提供的压强差，通过联接组件134移动阀塞130。当下游需求增加时，下游的流体流动要求增加而下游压强减小。感应室112通过管路128感应出口 126处的压强。感应室112感应的比由加载设备114向隔膜108的第一侧118提供的控制压强小的压强导致使隔膜106朝感应室112的方向移动的隔膜106两侧的压强差。转而，隔膜108使阀塞130远离阀座132 移动以允许流体流经通道122。当下游需求降低时，在出口 126处的压强增加并且流体流动需求减少。由感应室112感应的比加载设备114提供的控制压强大的出口压强(S卩，通过管路128)导致隔膜106两侧的使隔膜106朝加载室110的方向移动的压强差。转而，隔膜 106使阀塞130朝向阀座132移动以限制或阻止流体流经通道122。
当流体调节器100被暴露在一系列压强差并因而产生的流体流速中时，流体调节器100可基于流体调节器100将出口压强保持在设定控制压强的能力以一定的额定能力或精度等级来分类。当流体调节器被暴露在特定压强差中时，当流体调节器100提供偏离设定控制压强的下游出口压强时，流体调节器100将不再控制在特定运行参数内，且其精度等级或能力被显著降低。
偏离设定控制压强往往是在工艺流流经流体调节器100时由降压和/或升压流动特性造成。因此，降压和升压显著地影响或降低流体调节器的精度和/或能力等级。
例如，对于较低进口压强或较低压差，当下游压强过快下降(即，下游需求增加且下游压强降低)，并且流体以相对较低的速度流经通道122时，流体调节器100会出现降压。 如上所述，流体调节器100使阀塞130相对阀座132移动以基于感应室112感应的下游压强和相对于控制弹簧116提供的设定压强提供流经阀体120的流体以满足下游需求。设定控制压强被设定为基于流经通道的流体的压差(例如，基于已知的或假定的进口压强)提供所需的出口压强(和经过通道122的最小流体流速)。
然而，在运行过程中，进口 124处的压强会波动至低于用于确定设定控制压强的进口压强。对于相对较低的进口速度或相对较低的压差，流体会以相对较低的速度流过孔 136。然而，当下游压强降低(即，下游需求增加)时，尽管致动器102使阀塞130远离阀座 132移动，当流体以相对较低的速度流经通道122时，致动器102将可能基于出口压强和设定控制压强提供给隔膜106的压差不使得阀塞120打开或远离阀座132足够远以满足必须的下游需求。换言之，因为流经通道122的流体不足以满足下游需求，所以低于用于确定设定控制压强的进口压强的进口压强会导致降压。
对于较高进口压强或较高压差，当下游压强增加(例如，突然增加)并且流体以相对高的速度流经通道122时，调节器100会产生升压。流经通道122的相对较高速度的流体会在管路128处产生低于下游压强的低压区域或地带。因此，感应室122感应较低的压强(与出口压强比较)并使调节器100允许更多流体流向出口 126 (而不是使阀塞120朝向阀座132移动)。换言之，流体调节器100偏离控制压强。
降压和/或升压可由许多因素产生或造成如，例如，当隔膜106向感应室112移动时控制弹簧116变化的弹簧力、当隔膜106由于隔膜106两侧的压强差而偏离或移动时隔膜106的波动区域、通道122上的孔136的尺寸、工艺流的进口压强、孔136两侧的压强差、 闽塞130等。
图2是图I中的示例性调节器100的放大、局部视图，示出了当进口 124处的流体压强相对较低时流经通道122的流体。当流体流经通道122时，感应室112通过通道122 (例如，管路区域128)感应出口压强。当感应室112内的压强小于控制弹簧116提供的控制压强时，隔膜106两侧的压差导致隔膜106移动阀塞130使得其远离阀座132以允许流体流经通道122来满足下游需求。
由于进口 124处的流体具有相对较低的压强，所以工艺流以相对较低的速度或相对较低的动量流经通道122。如图所示，当流体200向出口 126流动时，流体在朝向感应室 122的方向200上围绕阀塞130流动。当流体在进口 124和出口 126之间流动时，感应室 122通过管路128感应工艺流的压强。基于下游压强和控制弹簧116之间的隔膜106两侧的压强差，流体调节器100使阀塞130相对阀座132移动。然而，在运行过程中，进口 124处的压强可能波动至低于用于确定设定控制压强的进口压强。在较低压差下，因为可能基于较高的进口压强而提供或调节了设定控制压强，所以流体以相对较低的速度流经通道122 并且可能不足以满足下游流体流动需求。
换言之，虽然阀塞130远离阀座132移动以允许流体流经通道122，但是基于由出口压强和设定控制压强提供的隔膜106两侧的压强差，致动器102不会使阀塞120打开或移动得足够远离阀座132，流体的流速不足以满足下游需求，从而导致降压。因此，流经通道122的流体不足以满足下游需求，从而在具有相对较低进口压强的应用中会降低流体调节器100的能力或精度等级。
图3示出了具有阀塞300的示例性流体调节器100，当流体调节器100被使用在具有相对较低的进口压强的应用中时，阀塞300产生升压以降低降压的影响(如上述与图2 相关的描述)。参见图3，当工艺流在进口 124和出口 126之间流动时，阀塞300将流体引导或偏移到远离感应室112的方向302上。通过这种方式，低速流体的压强被引导成远离感应室122 (例如，管路区域128)而朝向出口 126。因此，感应室112感应到比下游压强更低的压强(稍微低的压强)，并且调节器使阀塞130朝更加远的远离阀座134的方向移动以允许更多流体流经通道122。因此，当通过允许流体调节器100移动至打开位置以允许流体流经通道122而使得流过孔136的流体具有相对较低的压差时，阀塞300导致增加的流经通道122的流体流(即，产生升压)。
然而，在较高压差或进口 124处的压力压强相对较高的应用中，阀塞300提供过度升压(即，比下游源的需求流更大的流体流)，这可能造成出口 126处的压力压强偏离控制弹簧116提供的要求的设定控制压力压强。例如，在具有相对较高进口压力压强的应用中， 过程流体工艺流以相对较高的速率速度或相对较高的动量流经通道122。当下游需求下降时，出口压力压强增大并且流体流动需求减少。当流体以相对较高流体流动速率速度流经孔136时，阀塞300将方向302上的流体朝出口 126和远离感应室112引导。依次地，感应室112可感应管路128处的低于出口 126的下游的压力压强的压力压强，因为流体以相对较高的速度流经通道122并远离感应室112。因此，流体调节器100使阀塞300远离阀座 132移动并允许更多的流体流经通道122，从而提供比所需要的更多的下游流体流。因此， 出口 126处的压力压强增加到超过所需的或由控制弹簧116提供的设定控制压力压强，从而降低用于具有相对较高的进口压强的应用中的流体调节器100的精度。
因此，当流体调节器100用于较低压强应用中时，在具有相对较高压强的应用中补偿或控制升压往往造成过度降压。同样地，当流体调节器100用于较高压强应用中时，在具有相对较低压强的应用中补偿或控制降压往往造成过度升压。因此，不控制流体调节器 100的升压和降压时，流体调节器100的整体能力不能最大化。因此，流体调节器100通常具有较低精度等级和/或能力。
图4示出了本文所述的具有示例性流体引导设备402的示例性流体调节器400，流体调节器400具有双功能以当流体调节器400用于较低进口压强应用中时显著地减少过度降压，并在流体调节器400用于较高进口压强应用中时显著地减少过度升压，从而显著地提闻流体调节器400的精度等级和能力。
参见图4，例举的流体调节器400包括可操作地耦接至调节器阀406的致动器 404。调节器阀406包括阀体408，阀体408在进口 412和出口 414之间限定流体流通道 410。进口 412可以被流体耦接至位于流体调节器400上游的分配系统(例如，天然气分配系统)，并且出口 414可以被流体耦接至消耗源如，例如位于流体调节器400下游的锅炉。
阀座416被设置在阀体408的通道410内，并限定孔418，流体可穿过孔418在进口 412和出口 414之间流动。为了控制流经通道410的流体流，阀包括流体控制构件或相对阀座416移动的阀塞420 (例如，密封阀瓣)。流动控制构件或阀塞420 (例如，密封阀瓣) 通过紧固件426耦接至杆424的端422，并包括密封盘428，密封盘428可以用弹性材料制成，并且在杆424和阀塞420朝阀座416移动以限制或阻止流体流经通道410时与阀座416 的密封面密封接合。如下面结合图5更详细介绍地，流动引导设备402与阀塞420耦接。
致动器404包括上部套管432和容纳隔膜组件436的下部套管434。隔膜组件436 包括固定于致动器404的上部套管432和致动器404的下部套管434之间的隔膜438，这样隔膜438的第一侧440和上部套管432限定加载室442，隔膜438的第二侧444和下部套管 434限定感应室446。柄可操作地耦接至隔膜438和阀塞420，并耦接至阀杆424的第二端 450。柄448通过隔膜板452和推进杆组件454耦接至隔膜438。隔膜438通过柄448使阀塞420 (例如，密封阀瓣)相对阀座420移动以控制在进口 412和出口 414之间流动的流体。
加载组件456设置在调节或提供控制压强的加载室442内。在此实施例中，加载组件456包括设置在可调整弹簧座460和第二弹簧座462 (例如，隔膜板452的主体部分) 之间的闭合弹簧458。闭合弹簧458提供朝感应室446偏置隔膜438的第一侧440以使阀塞420远离阀座416移动(例如，打开位置)的设定载荷或力(例如，下游控制压强)。闭合弹簧458所施加的力的大小可通过可调整弹簧座460来调整(例如，增加或减小)。
阀体408耦接至致动器404的下部套管434，这样感应室446通过阀口或管路区域464与出口 414流体连通。杆导向件466使阀杆424和阀塞420与致动器下部套管434、阀体408或阀座416中的至少一个在一条直线上。杆导向件466还包括至少一个通道468以使感应室446流体耦接至管路区域464和出口 414。当控制弹簧456所提供的力被感应室 446中的流体压强提供的力克服时，隔膜438向加载室442移动并且使阀塞420向阀座416 移动以限制或阻止流体流经通道410 (例如，关闭状态)。
在操作中，当根据下游载荷(例如，根据消耗源)输送需要的流体的量时，流体压强和流调节是通过调节流经通道410的流体以在出口 414保持所需的下游压强来实现的。 致动器404根据由控制弹簧458提供或设定的所需的出口压强或压强调节出口 414处的压强。尤其地，致动器404基于由弹簧458提供的设定控制压强相对于阀座416移动阀塞420 以将相对较高的进口压强降低至所需的较低出口压强。因此，控制弹簧458的调节将改变出口 414处提供的压强。
特别地，感应室446感应管路区域464处的流体压强，这向隔膜438的第二侧444 提供与控制弹簧458作用于隔膜438的第一侧440上的力或压强相反的力或压强。隔膜 438两侧的实质不相等或不平衡的压差使隔膜438相对于阀座416移动阀塞420以调节流经通道410的流体以获得与控制弹簧458提供的设定控制压强对应的实质恒定的较低出口压强。
特别地，比提供给隔膜438的第一侧440的压强小的提供给隔膜438的第二侧444 的压强使隔膜438向感应室446移动并使阀塞420远离阀座416移动以允许或增加流经通道410的流体。比提供给隔膜438的第一侧440的压强大的提供给隔膜438的第二侧444 的压强使隔膜438向加载室400移动并使阀塞420向阀座416移动以限制或阻止流经通道 410的流体。当感应室446感应到的压强实质上与控制弹簧458提供的控制压强相等时，流体调节器400处于平衡状态且阀塞420向阀座416移动以限制流体以提供与流体的下游消耗相等的稳定状态流。
图5示出了稱接至阀塞420的示例性流动引导设备402。如图5所示,流动引导设备402与阀塞420 —体形成为实质整体的块或结构。尤其地，流动引导设备402包括降压还原部分502和升压还原部分504。在一些实施例中，升压还原部分504在两个或更多个降压还原部分502之间，并且，在其它实施例中，升压还原部分504被设置为邻近降压还原部分 502。
在图5所示的实施例中，阀塞420包括具有腔508的圆柱形体506以接收密封构件428 (图4)。主体506还包括中心开口 507以接收阀杆424 (图4)。在此实施例中，降压还原部分502包括从邻近腔508的主体506的表面512上突起的唇或壁510，升压还原部分 504包括邻近唇510的至少一个开口或端口 514，这样流体可以在邻近腔508的第一或内侧 516和阀塞420的第二或外侧518之间流动。如图所示，唇510围绕主体506的至少一部分周围或圆周边缘520延伸。唇510包括与内侧516连通的第一或前表面522和与外侧518 连通的第二或外表面524，第一或前表面522与第二或外表面524通过端表面526a和526b 率禹接在一起。
如图所示，前表面522包括凹弧弯曲的形状，外表面524包括相对凸弧形或弯曲的形状。前表面522的半径和/或外表面524的半径可与主体510的半径实质相似或不同。 因此，当换成与主体506的纵轴528平行的平面(例如，垂直平面)时，唇510具有三角形或梯形横截面形状或轮廓。当换成实质垂直于纵轴528的平面(例如，水平面)时，唇510 具有具有至少一个弯曲表面的实质矩形的横截面形状或轮廓。
此外，唇510的至少一个表面从主体506的表面512相对主体506的纵轴528以一定角度(例如，在20至80度之间)突起。更具体地，唇510的内表面522远离纵轴528向外径向延伸。然而，在其它的实施例中，表面522可以从表面512上以任何所需的角度(例如，在0至85度之间的角度)延伸和/或可以实质平行于纵轴528。此外或可选择地，在其它的实施例中，唇510可以从在主体506的周围边缘520和腔508之间的表面512上突起。
在图5的实施例中，升压还原部分504包括相对纵轴528被径向隔开的多个端口或开口 529。尤其地，端口 529围绕主体506的纵轴528被等距隔开。因此，端口 528限定多个被围绕主体506的整个圆周边缘设置的唇部分530。换言之，如图所示，阀塞420包括邻近内侧516的具有齿形轮廓或形状的第一表面。在其它实施例中，降压还原部分504可能包括多个斜面齿或穿过主体506的腔508的圆形延伸突起。在其他实施例中，唇部分530 可以是整体单元，在高速流体流动应用中，整体单元具有多个尖端以偏移流体流动使其远离管路464，在低速流体流动应用中，整体单元具有多个凹处以引导流体流向喉464 (例如， 实质参差不齐的或弯曲的锯齿状的轮廓)。
如图所示，端口 528提供流体流经通道，这样流过阀塞420的流体能够在阀塞420 的内表面516和外表面518之间流动。因此，多个端口 528中的每个端口都被设置在唇部分530之间。每个唇部分530的内表面532远离纵轴528径向向外延伸。在其它实施例中， 降压还原部分502可以是从在周围边缘520和腔508之间的表面512延伸出来的整体块或结构的唇，并且整体唇包括至少一个开口或端口以允许流体在第一和第二侧516和518之间流动。
图6为示例性阀塞420的剖视图，以及图7是示例性阀塞420的仰视图。参照图6 和7，唇部分530的长602和/或宽702和/或端口 528的长604和/或宽704可以是任何合适的长或宽。唇部分530的尺寸和/或形状和/或端口 528的尺寸和/或形状可以被修改以在较低进口压强应用中控制降压并在较高进口压强应用中控制升压。例如，具有较大的宽702和/或长604的唇部分530引导更多的流体流向阀体408 (图4)的出口 414 (图 4)，而具有较小的宽702和/或长602的唇部分530引导更少的流体流向阀主体408的出口 414。相似地，将端口 528设置为具有相对较大尺寸的开口 702会允许更多的流体流在第一和第二侧516和518之间流动，而减小多个端口 528的开口 704的尺寸会减少流体流在第一和第二侧516和518之间流动。
同样，如图7所示，端口 528具有实质矩形横截面形状或轮廓。进一步地，每一个唇部分530都具有包括两个弯曲表面706和708的横截面形状或轮廓，两个弯曲表面706 和708通过实质平行的或直线的边缘708耦接。另外，当沿线7-7的方向看时(即，沿纵向平面)，每个唇部分530都具有三角形或梯形横截面形状。然而，如下文结合图12A-12E的更详细的讨论，多个端口 528和/或多个唇530也可以包括任何其他合适的横截面形状或轮廓。
图8A示出了图4中示例性流体调节器400的放大、局部剖视图。图8B示出了图 8A中示例性流体调节器400的放大部分。参照图4-7、8A和SB，在操作中，流体调节器400 将相对较高的进口压强调节为对应于控制弹簧458提供的控制压强的较低的、所需的出口压强。
下游需求增加时，出口 414处的压强减小并且下游流动需求增加。如果进口压强和/或孔418两侧的压差相对较低(例如，第一进口压强)，那么流体将以相对较低的速度或动量流经通道422。当，例如，下游需求突然增大时，降压还原部分502或唇510引导在方向802上的流体远离管路464，因此也远离感应室446流动以控制调节器400的降压。对比图2中的阀塞130，降压还原部分502或唇510引导流体远离管路区域464，因此也远离感应室446，这样感应室446感应通道410内比下游压强相对更低的压强。因此，当流体以第一或相对较低的速度流经通道410时，流体调节器400提供增加的流经通道410的流体。 因此，当流体以相对较低的压差流过孔418并流经通道410时，唇510减少降压。
下游需求减少时，出口 414处的压强增加并且下游流动需求减少。如果进口压强和/或孔418两侧的压差相对较高，那么流体以相对较高速或动量流经通道410。由于流体以相对较高速或动量流过通道410，因此高速流体流可能导致管路区域464内的较低压强区域。依次地，因为降压还原部分502或唇510将方向802上的高速流体朝出口 414偏移至方向802朝向出口 414，所以感应室446可以感应通道410内比实际下游压强相对更较低的压强。与图3中的阀塞300相比，当流体以相对较高速流经通道410以及，例如，需求突然降低时，升压还原部分504或端口 512朝管路464引导方向804上的高速流体至方向804 朝向464，从而使得感应室446不没有感应到出口 414处比下游压强更较低的压强。因此， 当流体以相对较低的压差流过孔418时，降压还原部分504朝通道410的出口 414和远离流体调节器400的感应室446 ( S卩，管路464)的方向引导低速流体，并且，当流体以相对较高的压差流过孔418时，升压还原部分504朝流体调节器400的感应室446 (即，管路464) 的方向引导高速流体。与图2和3中的阀塞不同，阀塞420包括双功能流动引导设备402， 当流体调节器被暴露在孔418两侧的第一压差以及孔418两侧的第二压差下时，双功能流动引导设备402控制流体调节器400的降压和升压，其中第二压差大于第一压差。
换言之，流体流动引导设备402通过在流体调节器400暴露于较低进口压强或较低速流体流中(例如，相对较低压差)时减少降压和在流体调节器400暴露于较高进口压强或较高速流体流中(例如，相对较高压差)时减少升压来提供双功能。因此，流动引导设备402显著提高流体调节器400的精度并且使流体调节器400的能力最大化。因此，流体调节器400可比如图1、2和3中的流体调节器100分级为用于更高的精度等级。
此外或可选择地，如上所述，当压强以相对较高压差流过孔418时，降压还原部分 502和升压还原部分504的尺寸和/或轮廓(唇510和端口 512各自的长602、604和/或宽702、704)可以变化以允许更多流体朝感应室446流动，或者，当压强以相对较低压差流过孔418时允许更少的流体朝感应室446流动。
图9示出了本文所述的另一种具有另一种示例性流动引导设备902的流体控制装置900。如图9所示，流动引导设备900与阀塞或密封盘904 —体形成。特别地，流动引导设备900包括降压还原部分906和升压还原部分908。阀塞904在较低进口压强或较低压差下减少降压(例如，通过产生升压)，并在较高进口压强或相对较高压差下减少升压(例如，通过产生降压)。尤其地，图9中的示例性流动引导设备902能够用于具有较低压差或较低进口压强以及较高压差或较高进口压强的过程应用中。
在图9所示的实施例中，阀塞904包括具有中心开口 911和腔912以接纳密封构件(例如，图4中的密封构件428)的圆柱形体910。降压还原部分906从主体910的表面 914沿着主体910的至少一个圆周部分或边缘916延伸出来。在这个实施例中，升压还原部分908设置于降压还原部分906的相对的端918a和918b之间。如下文更详细的介绍地， 当阀塞904设置在阀体内时，至少一部分的升压还原部分会被朝阀主体的出口引导。
如图所示，降压还原部分906包括从邻近腔912的主体910的表面914上突出并沿着主体910的部分圆周的唇或壁920。升压还原部分906包括至少一个设置于唇920的相对的端918a和918b之间的开口 922。如图所示，唇920延伸覆盖主体410的圆周的主要的较大的部分(例如，大约60%至80%之间)，并且开口 922设置为覆盖主体910的圆周的较小的部分(例如，大约20%至40%之间)。然而，在其他的实施例中，唇920相比开口 922可被设置为覆盖主体910的圆周的较小的部分或相等的部分。
此外，流动引导设备902可包括多个端口 924以限定或形成多个围绕主体910的至少一部分被径向隔开的唇部分926。因此，在此实施例中，流体可以通过大约设置在主体 904的至少一部分上的开口 922和/或端口 924在阀塞904(或唇920)的内表面928和阀塞910(或唇920)的外表面930之间流动。在图9中的实施例中，端口 924相对于纵轴932 被径向隔开。特别地，端口 924围绕主体910的纵轴932被等距隔开。多个唇部分926也相对于纵轴932被等距隔开。换言之，如图所示，阀塞900具有邻近开口 922的部分齿形轮廓或形状。在其他实施例中，降压还原部分908可能包括多个斜面齿或圆形延伸突出穿过主体910的腔912。在其他实施例中，唇部分926可以是整体单元，在高速流体流动应用中，整体单元具有多个尖端以偏移流体流动使其远离管路464，在低速流体流动应用中，整体单元具有多个凹处以引导流体流向管路464(例如，实质参差不齐的或弯曲的锯齿状的轮廓)。
在其他实施例中，唇920不具有多个端口 924。相反，阀塞904包括一致的或实质相同的唇，唇从在周围边缘916和腔912之间的主体910的表面914上延伸出来。进一步地，实质相同的唇只围绕主体910的一部分延伸。
此外，唇920的至少一个表面934以相对主体910的纵轴932成角度或径向朝外地(例如，在10度至80度之间)从表面914突起。然而，在其他的实施例中，表面934可以从表面914上以任何所需的角度(例如，在0至85度之间的角度)延伸或可以实质平行于纵轴932。此外，唇920可以从在主体910的周围边缘916和腔912之间的表面914上突起。
此外，唇920或唇部分926、开口 922和/或端口 924的尺寸(例如，宽和/或长) 和/或形状可以为任何合适的形状、长或宽。唇920、唇部分926、开口 922和/或端口 924 的尺寸和/或形状能够变化以平衡对流体调节器的降压和/或升压的控制。例如，具有较大的宽和/或长的唇部分926产生较少的降压(即，引导更多流体流向阀体的出口)，而具有较小的宽/和或长的唇部分926产生更多的降压(即，引导更少的流体流向阀主体的出口)。相似地，提供具有相对较大的开口的端口 924会增加第一和第二侧928和930之间的流体流动，而减小端口 924的尺寸会减少第一和第二侧928和930之间的流体流动。同样， 提供较大的开口会产生更多升压并减小降压，减小开口 922的尺寸会产生更少的升压并增加降压。
图10是图9和10中的示例性流体控制构件900的局部、截面俯视图。参照图10， 阀杆1004通过中心开口 911和销1006耦接至主体910。如图10所示，开口 922的尺寸或间隙1008实质大于多个端口 924的尺寸或间隙1010。此外，端口 924包括实质的矩形横截面形状或轮廓。进一步地，每一个唇部分926都具有包括具有两个弯曲的表面1012和 1014的横截面形状或轮廓，两个弯曲表面1012和1014通过两个实质平行的或呈直线的边缘1016耦接。另外，当沿线纵向平面看时，每个唇部分926都具有三角形或梯形的横截面形状。然而，如下文结合图12A-12E的更详细的讨论，端口 924和/或唇926可以包括任何其他合适的横截面形状或轮廓。
图11为具有图9中的示例性流体流动控制装置900的流体调节器1100的部分、 放大视图。与前述流体调节器400的元件实质上相似或相同和具有与那些元件实质上相似或相同功能的流体调节器1100中的那些元件在下文不再详细描述。作为替换地，有兴趣的的读者可以参考上述相应的描述。
如上所述，示例性流体控制装置900可有利地用于较高压差应用或具有相对较高速的流经通道410的流体流中。当阀塞900设置在阀体408内时，开口 922被朝出口 414 引导。在操作中，当下游需求增加时，出口处的压强减小，下游的流体流的需求增加，使流体调节器1100移动到一个打开位置以允许流体流经通道410。工艺流以相对较高速度流过位于进口 412和出口 414之间的孔418。
降压还原部分906或唇部分926引导或偏移方向1102上的流体远离管路464，因此远离感应室446 (图4)(即，引导高速流体的压强远离感应室446)，并且升压还原部分 908或开口 922引导方向1104上的流体朝感应室446流动(即，使感应室446暴露在流经通道410的高速流体的压强下)。此外，开口 922被朝出口 414引导并允许流体在方向1102 上朝管路464流动。
进一步地，端口 924允许流体在阀塞904的内表面928和阀塞904的外表面930 之间流动以使感应室446暴露在流经通道410的高速流体的压强下。因此，当流体以相对较高速流经通道410时，流动引导设备902通过开口 922和/或端口 924增加或产生降压以减少升压，并且，当流体以相对较低速流经通道410时，流动引导设备902通过唇部分926 增加升压以减少降压。因此，流动引导设备902通过产生降压来平衡或控制升压并通过产生升压来控制降压，这样流体调节器1100能够用于具有较高进口压强和较低进口压强的应用中。因此，流体调节器1100可被分级用于较大精度等级，从而显著的提升流体调节器 1100的能力。
图12A-12E示出了可被用来实施流动引导设备402和902各自的降压还原部分 502,906和/或升压还原部分504、908的不同的几何形状。特别地，流动引导设备402和 902各自的唇部分510、906和/或端口 514、924的任何一个横截面形状或轮廓均可以使用任何形状或轮廓如，例如图12A-12E中示出的轮廓或其结合实施。
如图12A所示，当流体在流动引导设备1206的内表面1204和流动引导设备1206 的外表面1208之间流经端口 1202时，端口 1202限制流体流动。如图所示，端口 1202位于唇部分1210和1212之间。如图所示，端口 1202包括邻近内表面1204并朝邻近外表面 1208的开口 1216逐渐变细的开口 1214，其中邻近内表面1204的开口 1214大于邻近外表面1208的开口 1216。(例如，开口 1214比开口 1216宽)。
如图12B所示，设置在流动引导设备1224的唇部分1220和1222之间的端口 1218 增加流经引导设备1224的内表面1226和流动引导设备1224的外表面1228之间的端口1218的流体流。如图所示，端口 1220包括邻近内表面1226的朝邻近外表面1228的开口 1232的方向变宽的的开口 1230，其中，邻近内表面1226的开口 1230小于邻近外表面1228 的开口 1232(例如，开口 1232比开口 1230宽)。
图12C示出了被设置在包括不一致的形状的流动引导设备1240的唇部分1236和 1238之间的端口 1234，这样端口 1234在不同的方向上引导流经在流动引导设备1240的内表面1242和外表面1244之间的端口 1234的流体。例如，端口 1238具有有缺口的或锯齿形的轮廓或横截面形状。
图12D示出了设置在唇部分1250和1252之间并在邻近内表面1258的开口 1256 和邻近外表面1262的开口 1260之间具有弧形表面1254的流动引导设备1248的端口 1246。
图12E示出了设置在流动引导设备1270的唇部分1266和1268之间的并具有有角度的开口 1272的端口 1264，这样流经端口 1264的流体以相对流动引导设备1270的纵轴 (例如，纵轴528)成角度地从流动引导设备1270的内表面1274流向外表面1276。
如上所述的示例性流动引导设备402和900可用塑料、金属或其他任何合适的材料组成。此外，示例性流动引导设备402和900可以通过例如注模、机械加工或任何其他合适的制造工艺制造为整体的块或结构。
虽然本文已经描述了某些示例性设备，但本专利的覆盖范围并不限于此。相反的， 本专利覆盖在字面上或等同原则下完全落入所附权利要求的范围内的所有方法、设备和产品。
权利要求
1.一种流体调节器，包括主体，所述主体具有通道，所述通道限定流体耦接进口和出口的孔；阀塞，所述阀塞被设置在通道内，并相对于邻近所述孔的阀座移动；致动器，所述致动器被可操作地耦接至所述阀塞，其中所述致动器包括感应室，所述感应室流体耦接至所述通道的所述出口，其中所述致动器响应所述出口处工艺流的压强使所述阀塞相对于所述阀座移动以控制通过在所述进口和所述出口之间的所述孔的流体流动； 和流动引导构件，所述流动引导构件被耦接至所述阀塞，并具有降压还原部分，用于在所述孔的两侧存在第一压差时引导流经所述孔的流体朝所述通道的所述出口并远离所述致动器的所述感应室流动，以及升压还原部分，用于在所述孔的两侧存在第二压差时引导流体流向所述致动器的所述感应室，其中所述第二压差大于所述第一压差。
2.如权利要求I所述的流体调节器，其特征在于，所述流动引导构件与所述阀塞一体形成。
3.如权利要求I所述的流体调节器，其特征在于，所述降压还原部分包括从所述阀塞上突起的唇，并且所述升压还原部分包括至少一个贯穿所述唇部分的端口。
4.如权利要求3所述的流体调节器，其特征在于，所述唇的内表面相对于所述阀塞的纵轴径向向外延伸。
5.如权利要求3所述的流体调节器，其特征在于，所述唇延伸至所述阀塞的整个周围边缘。
6.如权利要求3所述的流体调节器，其特征在于，所述唇被设置为邻近所述阀塞的腔。
7.如权利要求6所述的流体调节器，其特征在于，所述唇从所述阀塞突起至所述阀塞的外部的周围边缘和所述腔之间。
8.如权利要求I所述的流体调节器，其特征在于，所述升压还原部分包括多个端口，并且所述降压还原部分包括多个唇。
9.如权利要求8所述的流体调节器，其特征在于，所述多个端口相对于所述阀塞的所述纵轴被径向地隔开。
10.如权利要求9所述的流体调节器，其特征在于，所述多个端口围绕所述阀塞的所述纵轴被等距地隔开。
11.如权利要求I所述的流体调节器，其特征在于，所述降压还原部分包括唇，所述唇围绕所述阀塞的至少一部分圆周部分延伸，而所述升压还原部分包括邻近所述唇并朝向所述通道的所述出口引导的至少一个开口。
12.如权利要求11所述的流体调节器，其特征在于，所述至少一个开口被设置在所述唇的相对的端之间。
13.如权利要求11所述的流体调节器，其特征在于，所述升压还原部分进一步包括多个端口，所述多个端口被设置为贯穿所述唇并围绕所述阀塞的纵轴被径向地隔开。
14.如权利要求13所述的流体调节器，其特征在于，所述至少一个开口提供比所述多个端口的第一端口更大的开口。
15.一种用于流体调节器的流动引导设备，包括主体，所述主体具有腔；唇，所述唇被设置为围绕至少邻近所述腔的所述主体的圆周部分，其中所述唇用于当流经所述流体调节器的工艺流以第一速度流过所述主体时实质上降低降压特性；和邻近所述唇的至少一个端口，其中所述至少一个端口用于当流经所述流体调节器的工艺流以大于所述第一速度的第二速度流过所述主体时实质降低升压特性。
16.如权利要求15所述的流动引导设备，其特征在于，所述唇围绕所述主体的整个圆周延伸。
17.如权利要求16所述的流动引导设备，其特征在于，进一步包括多个端口，所述多个端口贯穿所述唇延伸以限定围绕所述主体的纵轴被周向分隔的多个唇部分。
18.如权利要求17所述的流动引导设备，其特征在于，所述端口围绕所述主体的纵轴被径向等距隔开。
19.如权利要求15所述的流动引导设备，其特征在于，所述唇围绕所述主体的所述周围边缘的第一部分延伸，并且所述至少一个开口围绕所述主体的所述周围边缘的第二部分延伸。
20.如权利要求19所述的流动引导设备，其特征在于，所述唇还包括多个端口，所述多个端口贯穿邻近所述至少一个开口的所述唇的部分，并且其中所述端口限定相对于所述纵轴围绕所述主体的一部分被周向隔开的多个唇部分。
21.一种用于流体调节器的流动引导设备，包括控制流经所述流体调节器的孔的流体流动的装置，所述用于控制流体流动的所述装置包括第一装置，所述第一装置用于当所述孔的两侧存在第一压差时引导流经所述孔和流过所述流体引导设备的流体朝通道的出口并向远离致动器的感应室的方向流动，其中所述用于引导流体的第一装置被设置为围绕所述用于控制流体流经所述孔的装置的的至少一部分周围部分；和第二装置，所述第二装置用于当所述孔的两侧存在第二压差时引导流经所述孔的流体朝所述致动器的所述感应室流动，其中所述第二压差大于所述第一压差，并且其中所述用于引导流体的第二装置包括邻近所述用于引导流体流动的第一装置的至少一个开口。
全文摘要
本发明涉及一种用于流体调节器的流动引导设备。示例性的流体调节器包括具有限定流体耦接进口和出口的孔的通道的主体。阀塞设置于通道内，并相对于邻近孔的阀座移动。致动器可操作地耦接至阀塞，并且致动器包括流体耦接至通道的出口的感应室。致动器响应出口处工艺流的压强，使阀塞相对于阀座移动以控制流经孔的流体在进口和出口之间流动。流动引导构件与阀塞耦接。流动引导构件具有降压还原部分以当孔的两侧存在第一压差时引导流经孔的流体朝通道的出口和远离致动器感应室的方向流动，并且具有升压还原部分以当孔的两侧存在第二压差时引导流体朝致动器感应室的方向流动，其中第二压差大于第一压差。
文档编号F16K17/20GK102537448SQ20111038325
公开日2012年7月4日 申请日期2011年9月30日 优先权日2010年11月1日
发明者D·B·大卫, J·B·奇泽克 申请人:艾默生过程管理调节技术公司