压力调节器的制造方法
【专利摘要】一种用于控制从上游侧(3；103；703)至下游侧(5；105；405；605；705)通过管道(2；102；402；602；702)的流体的流动的装置(1；101)，该装置(1；101)包括：具有阀构件(14；114；414；514；614)的阀，阀构件被布置为选择性地往复移动以打开和关闭一个或更多个阀孔(10；110；412；512；611,612)，由此控制从上游侧(3；103；703)至下游侧(5；105；405；605；705)的流体的流动；以及用于引入参考压力(24；124；324；424；524；624)的机构；其中所述阀构件(14；114；414；514；614)被参考压力和下游侧(5；105；405；605；705)的压力作用，从而通过所述压力之间的差而移动。
【专利说明】压力调节器
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于调节流体系统中的压力的设备，特别涉及用于控制流体流动流的流量以传送期望的输出压力的装置。
【背景技术】
[0002]在诸如管和管道的流体系统中，例如，如在许多不同的工业环境中能够找到的，存在调节流体流动流中的压力的需要。在这种系统中，具有随时间可能恒定或波动的输入压力，期望将其控制为更低的目标输出压力，输出压力也可恒定或波动。
[0003]这种装置的一个示例为计算机控制的压力调节器，其中阀的位置根据测量的输入和输出压力被调节，从而传送期望的输出压力。这种装置非常复杂，例如因为所有的控制电路和相关的阀致动需要达到要求的灵敏度。
[0004]这种装置的第二个示例为先导式压力调节器，其作用为压力调节器放大器。先导式调节器提供小增压腔中的参考压力，其转而控制更大的调节器，因为控制小的调节器更容易。这种装置一般地非常大且从其安装的管工程突出长的距离，并且包含许多不同的移动部件，例如弹簧和阀，这要求校准和维护。此外，这些类型的调节器可能相对高成本，特别是那些适于高质量流量的调节器。
【发明内容】
[0005]本发明的目的在于提供一种改进的压力调节器。
[0006]当从第一方面来看时，本发明提供一种用于控制从上游侧至下游侧通过管道的流体的流动的装置，该装置包括:
[0007]具有阀构件的阀，阀构件被布置为选择性往复移动以打开和关闭一个或更多个阀?L，由此控制从上游侧至下游侧的流体的流动；以及
[0008]用于引入参考压力的机构；
[0009]其中所述阀构件被参考压力和下游侧的压力作用，从而通过所述压力之间的差而移动。
[0010]因此将意识到，通过提供用于选择性地打开和关闭一个和更多个阀孔的往复移动的阀构件的简单布置，并使阀构件被下游压力和参考压力作用，下游压力能够如期望的那样被控制，即通过设定参考压力。因此在一组实施例中，装置包括用于控制参考压力的机构。阀构件通过下游压力和参考压力的差而简单地移动，由此控制通过孔的质量流量，从而使下游压力与参考压力平衡，或者使下游压力尽可能地接近参考压力。
[0011]本发明的装置的另一优点在于操作非常简单，在一优选组实施例中，主要是由于仅具有控制通过阀孔，即阀构件的流动的单个移动部件。这种简单性也反映在以下事实中，在优选的一组实施例中，装置不包括任何如在传统的压力调节器中存在的可变形部件，例如弹簧、可延伸垫圈、隔膜等。这全都导致低的维护成本，而不需要专门的工具来维护装置。
[0012] 在一组实施例中，阀构件的移动仅取决于下游压力和参考压力的差，并且阀构件不通过例如弹簧的任何机械或可变形部件被偏压或作用。在这种实施例中，通过控制通过孔的质量流量将输出压力调节至相对稳定的值，并且能够通过参考压力控制输出压力以便达到期望的下游输出压力。
[0013]在一组实施例中，当参考压力大于下游压力时，阀构件被移动朝向阀孔打开的位置，并且当参考压力小于下游压力时，阀构件被移动朝向阀孔关闭的位置。例如，如果参考压力大于输出压力，则阀构件被移动朝向打开孔的位置，因此增大通过孔的质量流量，从而增大输出压力直至达到参考压力；如果输出压力大于参考压力，阀构件被偏压朝向关闭孔的位置，因此减小通过孔的质量流量，从而减小输出压力直至达到参考压力。因此在一组实施例中，对于变化的输入压力，装置被布置为传送恒定的输出压力，也就是，因为阀构件的位置仅取决于参考压力和输出压力之间的差。
[0014]阀构件可被布置为相对于管道及其中心轴线沿任何方向往复移动。但是在优选的一组实施例中，阀构件被布置为沿平行于管道的轴线的方向移动。将意识到，这允许装置容易地装配在现有的管中，例如在法兰处插入管的内侧，或者甚至插入管工程的连续段中，因为装置的最大尺寸可能在于阀构件在其中移动。因此不需要另外的空间容纳该装置，并且其能够备快速地且以低的成本加装在在管工程的大多数段中或者在大多数管接头处，而不需要管工程中的任何显著的改变。如已经解释的，传统的装置需要为要包含的新的流动控制装备重新设计管工程布局。因此根据本发明的装置能够减少将其包含在现有的系统中所需的成本和工作。
[0015]阀构件可简单地被布置在管道中以打开和关闭阀孔，该阀孔能够被布置在阀构件本身中，例如孔位于在管道中的壁的任一侧移动的阀构件中，或者阀孔能够被布置在另一部分中，例如管道中的壁或法兰。但是，在优选的一组实施例中，装置包括壳体，该壳体包括阀孔，也就是，阀孔被提供在壳体中，例如穿过壳体的壁。在该组实施例中，阀构件优选地相对于壳体被能移动地安装。
[0016]装置可包括例如在壳体中的单个孔，通过该孔的流体流动通过阀构件被控制。但是在一组实施例中，装置包括例如在壳体中的多个孔，通过该多个孔的流体流动由阀构件控制。提供多个孔允许通过装置的流体流动控制的更高的控制精确性。例如，多个孔可被布置为使得阀构件在某一压力关闭一部分孔，而使剩余的孔打开，例如在阀构件处于其行进距离的中间位置时。在一组实施例中，这通过沿与阀构件的往复移动的方向平行的方向，例如沿壳体，将孔间隔开来实现。将意识到，装置包括的孔的数量越多，对孔打开的比例的控制越好。因此，在优选的一组实施例中，装置包括至少10个孔，通过该至少10个孔的流体流动通过阀构件被控制,例如至少20个孔，例如至少40个孔，例如大约60个孔。多个孔也可沿与阀构件的往复移动的方向垂直的方向上被间隔开，例如环绕壳体。
[0017]在一组实施例中，壳体包括入口和出口，例如入口在装置的上游端，出口在装置的下游端。壳体可包括单个孔或多个孔，其形成壳体的入口和出口。在另一组实施例中，入口和出口与孔分离，也就是阀构件控制通过孔而不是通过入口和出口的流体流动。但是，设想有一组实施例，其中孔包括入口和/或出口，并且壳体包括一个或更多个另外的孔。例如，入口可包括由阀构件控制的孔，而出口不由阀构件控制，或者反之亦然。另一示例为入口和出口都可由阀构件控制。除这些示例以外，壳体可包括也由阀构件控制的一个或更多个另外的孔。[0018]孔可通过许多不同的布置被提供，例如传统的阀。在一组实施例中，一个或更多个孔包括例如在壳体的壁中的一个或更多个孔洞。孔洞可为任何形状，但是优选为圆形。在以上描述的一组实施例中，孔沿与阀构件的往复移动的方向平行的方向被间隔开，这可通过在壳体的壁中的沿该方向间隔开的孔洞来提供。孔洞可全部为相同的尺寸，使得累积的打开面积与阀构件的位移近似成比例；但是在一组实施例中，孔洞的尺寸沿与阀构件的往复移动的方向平行的方向变化，例如沿壳体变化。在一组这种实施例中，变化是恒定的变化，例如孔洞的半径或面积线性增大或减小。孔洞的尺寸可沿阀构件打开更多数量的孔洞的方向增大。这种布置提供在低质量流量和高质量流量时流体流动控制的相同的精确性。在其它实施例中，锥形槽能够用于替代分离的孔洞。
[0019]在不包括由阀构件控制的孔的一组实施例中，入口和/或出口可包括与由阀构件控制的孔类似的孔或多个孔。例如，其可包括壳体的壁中的孔洞，虽然该壁可为与提供有孔的壁不同的壁。可替代地，入口和/或出口可包括在壳体的相应端中的开口端。
[0020]在除了孔还提供入口和/或出口的一组实施例中，优选地，入口和/或出口具有比孔(完全打开时)更大的总截面流动面积。这使得大多数流动限制能够由孔执行，从而能够以可预计的方式控制压力降，而在入口和/或出口没有进一步的限制，这可能对所需的压力降的确定产生不利的影响。如果入口和/或出口包括壳体的开口端，则明显满足这种情况。在入口和/或出口以及孔包括孔洞的一组实施例中，为了提供更大的总截面面积，孔的孔洞可更大和/或可具有更多数量的孔的孔洞。
[0021]如上讨论的，在优选的各组实施例中，壳体包括阀构件被能移动地安装在其上的结构，其中提供一个或更多个孔。壳体能够采用许多不同的形式来满足此目的。在一组实施例中，壳体包括一个或更多个壁，例如定位为沿平行于管道的轴线的方向的侧壁，或者定位为沿垂直于管道的轴线的方向的端壁。优选地，孔被形成在壳体的壁中。在一组实施例中，孔被形成在壳体的上游端或下游端的端壁中，但是优选地，孔被形成在壳体的侧壁中。将孔提供在壳体的侧壁中允许孔通过阀构件沿平行于管道的轴线的方向的往复移动而被容易地打开和关闭，也提供以上关于多个孔讨论的许多优点。
[0022]在一组实施例中，壳体包括缸体(cylinder)，例如在该组实施例中，缸体的轴线被布置为平行于管道的轴线，阀构件沿管道的轴线移动。如将意识到的，这允许阀构件沿缸体的长度移动，在其移动时打开和关闭孔。截面形状可采用任何形式，例如正方形，但是在优选的一组实施例中，缸体包括圆形截面。优选地，阀构件包括与缸体相同的截面形状，例如圆形。在一组实施例中，阀构件被布置为同轴安装在壳体上，例如，阀构件和壳体均包括相同的截面形状。
[0023]特别地，与传统的压力调节器相比，对于给定的管道直径和压力，以上提到的布置以及其它实施例允许根据本发明的装置促进非常高的质量流动。这是因为与传统的压力调节器中的弯曲的流动通路和多个移动部件相比，装置、特别是壳体的简单布局提供了通过装置的相对直的流动路径，并允许其在某些配置中具有非常低的通过装置的最小压力降。这产生了能够用于许多不同应用的非常灵活的装置。
[0024]壳体，例如缸体结构，可至少部分地通过装置被放置其中的管道的壁形成，例如简单地通过用端盖或壁分隔管道的一部分而被形成。但是，在一组实施例中，壳体被提供为管道中的单独的结构。优选地，装置还包括布置为将装置附接到管道并可被安装至壳体的法兰，例如径向延伸法兰。
[0025]壳体可由适于该装置将经受的流体压力的任何合适的材料形成。例如，在低压力系统中，壳体可由模制塑料制成，而在高压力系统中，壳体可由铝或者钢形成。
[0026]装置可以多种不同的方式安装在管道中，例如使用前述的法兰。如已经讨论的，能够将装置安装在管道内侧意味着装置能够被容易地加装到现有的管工程布局中。在优选的一组实施例中，装置被安装为使得阀构件沿平行于管道的轴线的方向移动，即管道中流体流动的主要方向。在一些实施例中，如上讨论的，圆柱形壳体也将被安装为其轴线平行于管道的轴线。在优选的一组实施例中，壳体被同轴地安装在管道内。另外优选地，阀构件被布置为相对于壳体同轴地移动，例如在壳体内、跨在壳体上或者在壳体外侧。
[0027]在一组实施例中，装置可被安装在管工程中现有的法兰或其它连接部之间，例如唯特利(Victaulic)(注册商标)接头或者用于高压力管系统的其它快速连接耦接头。这是特别有利的，由于其不需要现有管工程的大改变。在最坏的情况下，管工程的长度可能有非常小的增大，例如为了在装置的法兰被提供的位置容纳该法兰。装置的法兰可能仅仅是管的法兰的厚度的近似一半,例如对于8英尺(大约200mm)直径的管，管长度增加近似15_。但是在其它布置中，根据本发明的装置可被安装在现有的法兰之间，而不增加长度。根据法兰的设计，可能需要一些较小的改变。
[0028]在另一组实施例中，装置可被安装在管的连续段中，即不必安装在法兰或者现有的连接部之间。在这些实施例中，装置可通过焊接或者借助任何其它附接过程而被安装至管的内表面。也是在这些实施例中，装置可被装配为抵靠装配至管的内表面的突起，例如环形环。环形环可被焊接至管的内表面，或者通过合适的其它手段被附接。同样地，装置例如通过其法兰可由任何合适的附接手段被附接至环形环，尽管例如环形环和法兰能够以赞许的附接手段被形成为使得其能够容易地一起固定在管的内侧。如将意识到的，这些实施例均不需要改变管工程的长度。
[0029]这相对于传统的装置带来的非常大的优点和改进在于本发明的实施例不必须需要其特有的认证压力壳体，即因为其可被设计为安装在现有的管工程布局中。因此，认证成本低，使得比传统的装置更吸引使用。此外，如果不需要认证，则根据本发明的装置可以稍微不太严格要求来制造，从而进一步降低成本。
[0030]在以上讨论的关于将装置安装在管工程的布置中的任意实施例中，装置可被装配至一段管，该段管然后被安装在现有的管工程布局中，例如通过移除一段管并将其更换为内侧装配有装置的一段管。这在复杂管布局中特别有用，在复杂的管布局中，可能难于在原位装配装置，但是更换管的特定段是可行的。因此本发明延伸至包括如在本发明的第一方面中详述的装置的一段或多段管。
[0031]提供该装置使其包含在管工程的现有段或传统段中的另一优点在于使装置本身去除了对具有其特有的必需独立认证的压力壳体的需要。替代地，仅需要现有的或者标准的管进行压力认证，这更加简单。根据应用，装置可以高的关闭密封性(Shut-offtightness)(在全速行进时作为调节器容量的分数的泄漏率)被生产或者提供完全关闭。但是在一些应用中，较低关闭密封性可能被容忍(从而从上游侧至下游侧存在一些泄漏)。如果装置能够制造为不需要高的关闭密封性，则其去除了对待包含在装置中的另外的或昂贵的密封件的需要，从而进一步降低装置的成本。[0032]阀构件可以其实现以往复模式移动来打开和关闭孔的目的任何方式被布置在装置中。如已经描述的，阀构件优选地沿平行于管道的轴线的方向移动，并且阀构件优选地相对于壳体被能移动地安装。在一组实施例中，阀构件被安装在壳体的外侧。在该组实施例中，其中壳体包括缸体，阀构件可包括在壳体外侧上的套管(sheath)。这种布置有助于阀构件的往复运动，特别地，如果阀构件具有与壳体相同的截面形状。阀构件可延伸为至少部分环绕壳体，但是在优选的一组实施例中，阀构件延伸为完全环绕壳体。该组实施例与提供环绕壳体的多个孔的一组实施例互补。能够设想环绕壳体延伸的套管的不同布置，但是在优选的一组实施例中，套管环绕壳体同轴布置。
[0033]在另一组实施例中，阀构件被安装在壳体的内侧。在壳体包括缸体的实施例中，阀构件也可包括在壳体中的更小的缸体，例如活塞。这种布置也有助于阀构件的往复运动，特别地，如果阀构件具有与壳体相同的截面形状。在提供环绕壳体的多个孔的一组实施例中，阀构件可被成形为控制通过孔的流体流动，例如通过具有环绕其周界的连续表面。
[0034]也设想出其它布置，例如阀构件的一部分被安装在壳体的外侧且阀构件的一部分被安装在壳体的内侧，例如，使得阀构件在一些点延伸穿过壳体的壁。
[0035]即使在阀构件包括缸体的实施例中，这种形状不需要必需用于其整个长度。例如，阀构件可在其控制通过孔的流体流动的区域包括一种形状，例如圆柱形，并在其被参考压力作用的区域具有不同的形状，例如盘形或板形。阀构件的两个不同的区段可从一个区段至另一个区段连续地成形，例如成整体的形状，或者其可包括两个或更多分离的部分，每个部分如描述的适于其特定的目的。这些部分可通过中间构件接合。
[0036]阀构件相对于孔定位的方向不是关键性的，例如其向上游或下游移动以关闭孔。典型地，这将取决于参考压力偏压阀构件的方向。例如，如果参考压力朝上游方向偏压阀构件，则孔将位于阀构件的下游，反之亦然。
[0037]阀构件可由任何一种或多种合适的材料制成。合适的材料可根据例如如上讨论的阀构件被安装在壳体上的方式进行选择。在一组实施例中，阀构件包括塑料，例如PTFE，其可被模制或车削以形成需要的形状。塑料在金属表面移动时通常具有低的摩擦系数，如果壳体或管道是金属使其成为合适的选择，因为如果装置要有效地操作则阀构件需要相对于壳体或管道自由移动。
[0038]在阀构件包括两个或更多区段或部分的一组实施例中，这些区段或部分可包括相同的材料，或者根据其需要包括不同的材料。例如，与壳体接触的部分，即关闭孔的部分以及在一些实施例中被参考压力作用的部分可包括低摩擦材料，例如塑料，而接合这些其它部分的部分可包括坚硬的、强固的材料，例如铝，其不需要具有任何特定的摩擦性能。
[0039]在阀构件包括两个或更多区段或部分的一组实施例中，例如一个区段或部分用于被参考压力作用，一个区段或部分用于控制通过孔的流体流动，不需要保持通过其的压力差的任何部分可被布置为压力平衡。因此在一组实施例中，阀构件的控制通过孔的流体流动的部分被布置为在壳体中压力平衡。这可例如通过在阀构件的该部分中形成孔洞来实现，使得在壳体或管道的闭合部分中的阀构件的任意部分能够在不产生真空或压力的积聚的情况下自由移动。
[0040]在一组实施例中，阀构件的被参考压力作用的端部或部分包括双壁结构。这种结构帮助阻止参考压力被来自管道中的流体流的流体污染，反之亦然。优选地，包括双壁结构的每个壁之间的体积例如与大气或者下游流体流进行通风，和/或双壁结构被布置为允许一些流体从参考压力泄漏。这种通风或泄漏为小的质量流量，帮助阻止参考压力被阀构件的另一侧上的压力污染，其中阀构件另一侧上的压力类似于(但不等于)下游压力。在一组实施例中，参考压力可由一系统提供，该系统即使在存在从更高压力至装置中的小的泄漏时仍保持设定压力，例如通过调节流入和合适的压力释放系统。
[0041]在一组实施例中，装置包括布置为作用于阀构件上的阻尼机构。这可帮助降低系统的不稳定性，不稳定性导致对于固定的调节器压力的下游压力的振荡。在使用中，阻尼机构可能布置为阻止或减少阀构件的反弹或振荡。阻尼机构可包括直接附接至阀构件的阻尼器，例如以作用在阀构件上，无论阀构件是否移动，或者阻尼器可被附接至所提供的壳体上或者装置的其它部分。阻尼机构可为机械的，例如弹簧，或者可为充气或充液的。例如，类似于传统的充气阻尼器的阻尼机构可通过调整参考压力的供应而被简单地提供。在某些工况中可能需要阻尼来减小或去除不稳定性，并且能够不昂贵地将阻尼包含在装置中。
[0042]在一组实施例中，参考压力包括流体压力。参考压力可由外部压力装置提供，例如单独的调节器，外部压力装置直接传送参考压力以作用在阀构件上。然而，在一组实施例中，装置包括承受参考压力的增压腔，例如由参考压力控制机构控制。增压腔中的参考压力也可由外部压力装置提供。正如壳体和阀构件的布置，对于如何能够提供增压腔，具有许多可能的布置。例如在一组实施例中，增压腔被形成在壳体中，例如由壳体的壁以及其作用的阀构件的部分或端部限定。在另一组实施例中，增压腔被形成在壳体和管道的壁以及例如壳体的外部的其作用的阀构件的部分或端部之间。
[0043]在一组实施例中，在一些实施例中由增压腔提供的参考压力由先导式压力调节器设定，例如传统的调节装置，也就是说，参考压力由参考压力控制机构控制。例如先导式压力调节器的参考压力控制机构可被提供在放置有装置的管道的外部或内部。在内部提供例如先导式压力调节器的参考压力控制机构允许整个装置容纳在管道中，而没有外部突起，将意识到，这在空间非常稀缺的复杂管工程系统中具有很大的优点，并且在内部提供参考压力控制机构允许装置容易地加装在现有系统中，例如在现有的管工程中或者在法兰接口处。由例如先导式压力调节器的参考压力控制机构设定的压力，可从外部的第二源或者甚至远程得到，外部的第二源例如为使用阀、龙头、旋钮等控制的气源，或者压力可从装置上游的输入压力直接调节。
[0044]在需要下游压力的预定值时，前一种替代方式(使用第二源来确定由例如压力调节器的参考压力控制机构设定的压力)是有用的，即第二源可被设定为向参考压力传送期望的压力。在需要下游压力根据上游压力的变化改变以例如设定上游压力和下游压力之间的预定压力降或预定比率时，后一种替代方式(确定通过参考上游压力设定的压力)是有用的。例如，如果输入压力在20巴和40巴之间变化，例如先导式压力调节器的压力控制机构被布置为传送为上游压力一半的参考压力，从而使装置能够控制下游压力为上游压力的一半，如果上游压力为20巴，则参考压力被设定在10巴，如果上游压力为40巴，则参考压力被设定在20巴。
[0045]根据本发明的装置适于从非常低至非常高的几乎任何质量流量和压力，例如从Pa至MPa的数量级。可适应这种大的压力范围，因为装置的控制仅仅取决于作用于阀构件的参考-下游压力差。这种控制也使得装置的实施例能够以大范围调节质量流量或压力降，即，通过装置的最大压力与最小压力的比非常大。因此装置适于许多不同的用途和应用。对于传统的装置，先前不可能在没有计算机控制的情况下通过压力调节器传送高的质量流量，但是本发明的实施例能够这样。类似地，根据本发明的装置可缩放至任何尺寸，例如以便装配在直径为几毫米至几米的管中。
[0046]如将意识到的，根据本发明的装置适于需要对流体流动进行压力调节的许多不同的应用，包括但不限于工业应用中的净化空气或压缩空气，工业工厂中的工艺流体，用于输送诸如水、油和气体、输送流体的混合物,例如部分混合的油和水的混合物，的传输管路、工厂供热系统应用等。
【专利附图】
【附图说明】
[0047]现在将仅以示例的方式参照附图描述本发明的某些优选实施例，其中:
[0048]图1a和Ib示出根据本发明的装置的示意性剖视图；
[0049]图2a和2b示出对应于图1a和Ib的示意性图示的装置的剖视图和展开表面壳体；
[0050]图3示出对应于图1a和Ib的示意性图示的可替代装置的剖视图；
[0051]图4a和4b、5a和5b、6a和6b、7a和7b不出根据本发明的装置的另外的不意性剖视图；
[0052]图8a、8b、8c和8d示出本发明的实施例如何能够附接至管的示例的示意性剖视图；
[0053]图9a、9b和9c示出利用本发明的示例获得的实验结果的曲线图。
【具体实施方式】
[0054]图1a和Ib示出了根据本发明的装置I的示意性剖视图。装置I借助法兰4被安装在包括圆柱形管2的管道中。管2中的流体流动为从左向右，装置I将管2划分为上游段3和下游段5。如何能够将法兰4安装至管2的多个选择在图8a、8b、8c和8d示出，并关于图8a、8b、8c和8d讨论。
[0055]装置包括圆柱形壳体6，壳体6被安装为穿过法兰4并被附接到法兰4，以相对于管2将壳体6紧固在固定位置。壳体6限定圆柱形腔8，并包括一组入口孔10，该一组入口孔10提供管2的上游段3和腔8之间的流体连通。壳体6还包括一组出口孔12，该一组出口孔12提供管2的下游段5和腔8之间的流体连通。通常，出口孔12大于入口孔10。入口孔10和/或出口孔12可被定位为完全环绕壳体周界。
[0056]阀构件14被容纳在壳体6的腔8中。阀构件14包括轴16，轴16在上游端连接圆柱形活塞18并在下游端连接两个塞20、22。在阀构件的远端下游端的塞22限定腔8的下游端中的增压腔24，塞20、22用于密封增压腔24以与腔8的剩余体积隔离，即与流过管2和壳体6的流体隔离。但是，该密封可能不是完全不可渗漏的，且如下将解释的可被设计为稍微渗漏。活塞18填充腔8的内周界，且具有一组孔眼26，该组孔眼26沿纵向方向贯穿活塞18从而实现腔8中的活塞18的压力平衡。参考压力通过压力调节器(未示出)传送至增压腔24。调节器能够被配置为将参考压力设定在固定值，或者将参考压力设定在由管2的上游段3中的压力而定的值。[0057]阀构件14能沿腔8的轴线在图1a和Ib所示的位置之间自由地往复移动。在图1a中，通过活塞18接触壳体6的下游端而阻止阀构件14不进一步向下游行进。在此位置，活塞18完全避开所有的入口孔10，入口孔10因此被全部打开，增压腔24体积最大。在图1b中，通过远端的塞22接触向内突出的法兰28，阀构件14停止向上游进一步行进，法兰28偏离于壳体6的下游端。这用于在阀构件14在图1b所示的位置时，保持增压腔24的最小体积。在此位置，活塞18完全覆盖所有的入口孔10，入口孔10因此被全部关闭，且流体被阻止流动通过该装置。
[0058]现在将参照图1a和Ib描述装置I的操作。在没有流体流动通过管2或装置I的情况下，即在管2中的上游或下游压力低的情况下，增压腔24中的参考压力作用在远端的塞22上以将阀构件14偏压至图1a所示的位置中，同时活塞18避开所有的入口孔10。如果流体开始在管I中流动，则流体将从管2的上游段3通过入口孔10流入壳体6的腔8中，流动通过腔8并流动离开出口孔12进入管2的下游段5中，如图1a中的箭头所示。
[0059]只要管2的下游段5中的压力小于增压腔24中的参考压力，阀构件14将保留在图1a所示的位置，且流体将继续阻碍地流动通过装置1，管2的下游段5中的压力大体上等于腔8内侧的压力(因为出口孔12较大，从而在管2的下游段5和腔8中产生仅非常小的压力降，如果有的话)。
[0060]如果管2的下游段5中的压力增大超过参考压力，阀构件14将被驱使朝向腔8的下游端移动，因此减小增压腔24的体积。由于管2的下游段5中的阻塞或堵塞，下游压力可能增大，由于需求的变化或者由于管2的上游段3中的压力的增大导致通过装置I的质量流量的增大，因此管2的下游段5中的压力增大。
[0061]此效果是双重的。首先，控制增压腔24中的参考压力的调节器用于将参考压力重新设定至其设定值或者由上游压力而定的值。其次，阀构件14向下游的移动意味着活塞18将覆盖至少一些入口孔10。关闭至少一些入口孔10意味着腔8中的质量流量将被减小，从而导致下游压力的减小。如将意识到的，下游压力和参考压力之间的压力差越大，阀构件在腔8中将被向下游驱使更远，因此关闭更多的入口孔10和将进入腔8中的质量流量减小到更大的程度，图1b中示出了极限的情况，其中阀构件14在其尽可能下游的位置，因此关闭所有的入口孔10。随着下游压力由于通过装置的质量流量的减小而减小至与参考压力相同的压力，阀构件将朝向腔8的上游端向后被偏压，因此重新打开入口孔10。因此将意识至IJ，由于阀构件14在压力差下移动直至其固定至压力平衡的位置的事实，该装置以这种方式用于调节管2的下游段5中的压力。
[0062]图2a示出了对应于图1a和Ib示出的示意图的装置101的剖视图。与图1a和Ib中一样，装置101借助法兰104被安装在圆柱形管102中，且包括圆柱形钢壳体106，壳体106限定了具有一组入口孔110和出口孔112的腔108。腔108容纳阀构件114，阀构件114包括连接圆柱形PTFE活塞118和PTFE梭120的轴116，圆柱形PTFE活塞118具有一组贯穿活塞118的纵向孔眼126。梭120被成形为提供两个纵向隔开的环形密封件，环形密封件限定在其之间的腔122。梭120限定增压腔124的一端。
[0063]壳体106借助环绕壳体106的周界延伸的较小的法兰130安装至法兰104，并借助螺栓132被附接。装置101在管102的上游段103和下游段105之间的接头处通过法兰104并借助焊接至管102的标准法兰134被安装至管102。[0064]窄管136也示出在图2a中，窄管136通过法兰104的下侧将参考压力增压腔124连接至管102的外侧。这允许压力调节器(未示出)在法兰104处被附接至窄管136的端部，从而控制增压腔124中的参考压力。另一窄管138从壳体106的壁中与梭腔122连通的附件140延伸至法兰104的上侧。这允许如果从梭120的任一侧，即腔108或者增压腔124，发生泄漏时，腔122可以通气，从而阻止压力污染。
[0065]图2b示出了壳体108的展开视图，以示出入口孔110和出口孔112的布置。孔110、112相对于如图1a和Ib所示的阀构件的部件在壳体上占据相同的位置。入口孔110沿下游方向尺寸减小，从而使对流体流动的控制的精确度在低质量流量和高质量流量时相同。出口孔112远大于入口孔110，使得出口孔对通过装置的压力降具有很小的影响，即其完全由入口孔110控制。
[0066]在图2a和2b中示出的装置的操作如同已经参照图1a和Ib描述的。
[0067]图3中示出的装置与图la、lb、2a和2b中示出的非常类似，并以几乎相同的方式操作。唯一的区别在于法兰204的形状为U形而不是平的，这意味着窄管236、238的长度
可以缩短。
[0068]图4a和4b示出的装置的示意性剖视图与之前的图中示出的装置非常类似，并以几乎相同的方式操作。唯一的区别在于阀构件包括单个塞320，塞320将增压腔324与腔308的其余部分分开。
[0069]图5a和5b中示出的装置的示意性剖视图示出了壳体406的不同布置。在该实施例中，壳体406被完全地安装在法兰404的下游。具有由法兰404中的开口限定并在壳体406的下游端中的单个入口孔410。阀构件414具有如图4a和4b中所示的相同特征，即具有单个塞420，但是增压腔424被布置在塞420的上游侧，以使如果参考压力大于下游压力，则阀构件414移动至下游位置。增压腔的另一侧由通过腔408的中间的壁425限定，阀构件414的轴416穿过壁425。
[0070]在壳体406的下游端，筛427阻止任何碎片阻塞阀构件414的移动，但是允许压力在管402的下游段405与腔408的在塞420和筛427之间的部分之间平衡。但是在此实施例中，阀构件414的活塞418移动以覆盖出口孔412，而不是如之前的实施例中的覆盖入口孔。
[0071]图5a和图5b中示出的装置以与之前的图中的装置类似的方式操作，即下游压力和参考压力之间的压力差用于移动阀构件414。然而，在该实施例中，阀构件414的活塞418移动以覆盖出口孔412，而非如前述实施例中那样覆盖入口孔。
[0072]图6a和6b中示出的装置的示意性剖视图示出了与图5a和5b中示出的装置类似的装置。壳体506包括壁525，阀构件514的轴516穿过壁525，但是增压腔524被提供在壳体506的远端下游端。因此，在参考压力大于下游压力时，阀构件514向上游移动，出口孔512被提供在壳体506上并当阀构件514在其偏压位置时在阀构件514的活塞518的下游。为了使阀构件514受下游压力影响，壳体包括在壁525的下游和塞520的上游的另一组孔513。
[0073]图6a和6b中示出的装置与之前的图中示出的装置以类似的方式操作，即下游压力和参考压力之间的压力差用于移动阀构件514以打开或关闭出口孔512，从而控制下游压力。[0074]图7a和7b中示出的装置的示意性剖视图示出了根据本发明的装置的另一实施例。装置的壳体606与图5a、5b、6a和6b中的壳体类似的地方在于其被提供在法兰604的下游，法兰604将壳体606安装至管602，且壳体包括开放的入口孔610和由阀构件614控制的一组出口孔612。但是图7a和7b中示出的装置的不同在于阀构件614被提供在壳体606的外侧上，即作为套管。
[0075]与阀构件614—样，增压腔624也被提供在壳体606的外侧上，在壳体606的外侧、法兰604的下游侧和管602的下游段605的内壁之间的环形体积中。阀构件614包括环形塞620，环形塞620在壳体606的外侧和管602的下游段605的内壁之间延伸，并且环形塞620由参考压力作用以向下游偏压阀构件614。在壳体606的下游远端的向外突出的盖628将阀构件614保持在壳体606的外侧上。在壳体606的上游的另一向外突出的盖629限定了增压腔624的最小体积，即如图7b中所示。在其它实施例中，最小体积可以非常小或者甚至为零。
[0076]阀构件614的套管包括对应于壳体的出口孔612的一组孔611。当阀构件614在参考压力大于下游压力的情况下移动至其最下游的位置(如图7a所示)时，阀构件614中的孔611与壳体中的出口孔612配合，并限定通过其的流体流动通路。当阀构件614在下游压力大于参考压力的情况下移动至其最上游的位置(如图7b所示)时，阀构件614的套管的不具有孔的部分覆盖出口孔614，从而阻止通过装置的任何流体流动。
[0077]图7a和7b中示出的装置与之前的图中示出的装置以类似的方式操作，即下游压力和参考压力之间的压力差用于移动阀构件614以打开或关闭出口孔612，从而控制下游压力。
[0078]图8a、8b、8c和8d示出了壳体706安装在其上的法兰704如何能够安装在管702内侧的四种不同的示意示例。
[0079]图8a示出了如何能够将法兰704安装在管702的上游段703和下游段705之间的法兰连接部740的示例。法兰704能够以法兰连接部740通常会如何被紧固类似的方式被螺栓连接在法兰连接部740之间。
[0080]图8b示出了如何能够将法兰704安装在管702中的示例，法兰704可以接近或者不接近管中的连接部740，尽管如将意识到的，前者使得装置的安装更简单。在该示例中，法兰704借助焊接连接742被焊接至管702的内表面。法兰704示出为被焊接至管702的下游段705，但是在其他实施例中其可被焊接至上游段703。
[0081]图8c示出了如何能够将法兰704安装在管702的上游段703和下游段705之间的法兰连接部746，类似于图8a中示出的示例。在该示例中，具有形成在法兰连接部746中的容纳法兰704的凹部744。法兰连接部746的两侧因此彼此直接附接，从而将法兰704保持就位。
[0082]图8d示出了如何能够使用滚槽唯特利连接器748安装法兰704的示例。与图8a中所示的示例类似，装置的法兰704被放置在管702的上游段703和下游段705之间，但是代替将法兰704螺栓连接到管702的区段，法兰704通过唯特利连接器748被保持就位。
[0083]图8a、8b、8c和8d示出的如何可将法兰704安装至管702的所有示例可应用于之前图中所示的所有实施例。
[0084]图9a、9b和9c示出使用根据本发明的实施例获得的实验性结果的示例。每个曲线图显示压力与时间的关系，测量了 60秒时间段的输入压力、参考压力和输出压力。对于执行的每个实验，设定参考压力850、860、870，输入压力852、862、872在低于和高于参考压力850、860、870的压力范围内变化，并且测量因此产生的输出压力854、864、874。
[0085]图9a中的曲线图示出参考压力850被设定为大约11巴，输入压力852以周期大约8秒的在大约I巴和大约24巴之间的近似方波变化。图9b中的曲线图示出参考压力860被设定为大约11巴，输入压力862从大约I巴快速增加至大约24巴、保持在近似恒定的水平大约15秒并且然后在余下的时间逐渐减小。图9c中的曲线图示出参考压力870被设定为大约19巴，输入压力852以时间周期变化的在大约I巴和大约21-23巴之间的近似方波变化。
[0086]显示在图9a、9b和9c中的所有试验结果示出，当输入压力852、862、872小于参考压力850、860、870时，输出压力854、864、874等于输入压力852、862、872。当输入压力852、862,872大于参考压力850、860、870时，输出压力854、864、874的值稍微小于、但是良好地匹配参考压力850、860、870。这证实对于波动的输入压力而言，根据本发明的装置能够有效地用于控制输出压力来匹配参考压力(每当输入压力超出参考压力时)。
[0087]本领域技术人员将意识到，在于此列出的本发明的各个方面的范围内，可对以上描述的实施例做出许多改变和更改。例如，能够设想壳体和阀构件的不同布置，例如阀构件从壳体的内侧穿过至壳体的外侧。此外，阀构件不必只作用于一组入口孔或出口孔，其可以同时作用于入口孔和出口孔。
【权利要求】
1.一种用于控制从上游侧至下游侧通过管道的流体的流动的装置，该装置包括: 具有阀构件的阀，所述阀构件被布置为选择性地往复移动以打开和关闭一个或更多个阀孔，由此控制从所述上游侧至所述下游侧的流体的流动；以及用于引入参考压力的机构； 其中所述阀构件被所述参考压力和所述下游侧的压力作用，从而通过所述压力之间的差而移动。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述阀构件的移动使所述下游压力与所述参考压力平衡。
3.如权利要求1或2所述的装置，其中所述阀构件的移动仅取决于所述下游压力与所述参考压力的差。
4.如权利要求1、2或3中任一项所述的装置，其中当所述参考压力大于所述下游压力时，所述阀构件被移动朝向所述阀孔打开的位置，并且当所述参考压力小于所述下游压力时，所述阀构件被移动朝向所述阀孔关闭的位置。
5.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中对于变化的输入压力，所述装置被布置为传送恒定的输出压力。
6.如前述权利要求中任一项所述的装置，包括用于控制所述参考压力的机构。
7.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述阀构件被布置为沿平行于所述管道的轴线的方向移动。
8.如前述权利要求中任一项所述的装置，包括多个孔，通过所述多个孔的流体的流动由所述阀构件控制。
9.如前述权利要求中任一项所述的装置，包括壳体，该壳体包括所述阀孔。
10.如权利要求9所述的装置，其中所述孔被形成在所述壳体的壁中。
11.如权利要求9或10所述的装置，其中所述阀构件相对于所述壳体被能移动地安装。
12.如权利要求9、10或11中任一项所述的装置，其中所述壳体包括缸体。
13.如权利要求12所述的装置，其中所述阀构件包括与所述缸体相同的截面形状。
14.如权利要求9至13中任一项所述的装置，其中所述阀构件被布置为同轴地安装在所述壳体上。
15.如权利要求9至14中任一项所述的装置，其中所述阀构件的控制通过所述孔的流体流动的部分被布置为在所述壳体内压力平衡。
16.如权利要求9至15中任一项所述的装置，其中所述壳体被提供为所述管道中的单独的结构。
17.如权利要求9至16中任一项所述的装置，其中所述壳体被同轴地安装在所述管道内。
18.如前述权利要求中任一项所述的装置，包括法兰，该法兰被布置用于将所述装置附接到所述管道。
19.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述装置被安装为使得所述阀构件沿平行于所述管道的轴线的方向移动。
20.如前述权利要求中任一项所述的装置，包括阻尼机构，该阻尼机构被布置为作用于所述阀构件。
21.如前述权利要求中任一项所述的装置，包括承受所述参考压力的增压腔。
22.如前述权利要求中任一项所述的装置，其中所述参考压力通过先导式压力调节器设定。
23.一段或多段管，包括如前述权利要求中任一项所述的装置。
【文档编号】G05D16/18GK103917933SQ201280054863
【公开日】2014年7月9日 申请日期:2012年11月8日 优先权日:2011年11月8日
【发明者】托马斯·波维 申请人:Isis创新有限公司