专利名称：弹性元件阀的制作方法
本申请要求在1996年8月21日提交的S/N 60/024,415号美国临时申请的利益。
本发明涉及流体控制阀，尤其涉及含有密封一调节阀(regulator)流量控制孔口的一弹性隔膜(diaphragm)件的压力调节阀或者节流阀。
发明的背景诸如气体压力调节阀之类的流体控制调节阀被普遍使用在气体管道系统中，以有助于将系统压力维持在可接受的限值之中。例如，气体压力调节阀的主要功能是使通过该调节阀的气体流量与对该系统的气体需求相一致。此外，该压力调节阀还必须将系统压力维持在可接受的限值之中。
在其中一种类型的气体压力调节阀中，一隔圈(cage)插入在调节阀的流体入口与出口之间，其中一隔膜组件在弹簧载荷下位于隔圈顶部处的一孔口上。在这种结构中有时会发生不可靠的流体密封，尤其在低流量的情况下。
在某些已有技术的调节阀中，隔膜组件包含着若干结构复杂的部件，这就导致了整个调节阀件过大，还会使制造成本过于昂贵。在其它已有技术的调节阀中，已将隔膜组件减小成采用穿过隔圈顶部并位于孔口上方的一平板的最小的元件。然而，在这些已有技术的调节阀中，该孔口并非基本打开，甚至当隔膜在孔口上方处于全开位置上时流动路径还受阻塞，从而减小了流过该调节阀的所调节的流量。这种不想要的结构导致了低于理想值的调节阀流动容量。
因此，需要提供一种具有一隔膜组件的一种流体控制调节阀，该调节阀的整个调节阀件较小、可容纳高流动容量、并包含较少元件以缩减制造及组装成本。
发明概述一种流体控制调节阀，它包括具有一流体入口、一流体出口和介于两者之间的一流动通道的一阀体。一隔圈件插入在该流动通道之中，并允许通过该隔圈以及介于调节阀流体入口及出口之间的一顶部孔口流动。一隔膜组件可移动地安装在隔圈孔口的上方，以便调节流动在调节阀入口与出口之间的流体。
该隔膜组件包括一圆形弹性隔膜环部件，它具有以所形成的一褶合为边界的一平直中心部分，在一实施例中，该褶合是由与一凹状周边相连的一脊状环形隔膜部分所提供的。在另一实施例中，所形成的该褶合是由隔膜中的连接平直中心部分与平直安装周边的一凸起的环形脊所提供的。该弹性隔膜件是由腈类材料或者其它弹性材料制成的。
在调节阀的关闭位置中，隔膜的平直中心部分延伸穿过隔圈顶部以封闭调节阀孔口，并阻止流体流过通道及调节阀入口和出口。随从于打开孔口的调节阀的操作，弹性隔膜件可挠曲变形地移离隔圈顶部，其中凹状周边转换成凸状周边，或者在第二实施例中，凸起的脊状部分变平，在这两种情况下可使调节阀孔口完全打开。提供一完全打开的孔口使该调节阀与已有技术同类型的调节阀装置相比，可处理高容量的流体压力。
一隔膜安装环包括在密封位置上与隔膜环的环形脊状部分相匹配的一外表面。在隔膜的相对侧上，调节阀阀盖包括具有当隔膜环挠曲至全开位置、并且隔膜凹状周边已转换成凸状周边、或者凸起的环形脊已变平时，其轮廓与隔膜环相匹配的一内表面的一隔膜安装凸缘。
本发明的改进型隔膜组件被支撑在其一侧上具有一隔膜头、而在另一侧上具有一平直的隔膜片的中心上，以便例如在一种卸载型调节阀中通过一种传统的孔塞(plug)/弹簧载荷结构提供基座载荷。隔膜头还起到流动偏移器的作用以防止隔膜侵蚀并增加容量。作为另一种方案，中心隔膜支座(support)可被穿孔，以便为载荷/致动型调节阀提供一平衡口，以提供一种平衡的孔塞隔板(curtain)式阀。因此，具有本发明的弹性隔膜组件的压力调节阀可实现既适用于载荷型致动又适用于卸载型致动的容量高、整体体积小、可在线维修保养的调节阀产品。
在本发明一较佳实施例中，诸如节流阀之类的流体控制阀包括具有一流体入口、一流体出口以及介于两者之间的一流体通道的一阀体。一隔圈件包括在一隔圈端接纳流体、而在另一隔圈端接纳一帽件的一隔圈内腔，该另一隔圈端具有与隔圈内腔流体连通的诸帽口。该隔圈件安装在用于使流体从阀体流体入口流经隔圈内腔、接着流经诸帽口以便从阀体流体出口流出的阀体流体通道之中。一柔性隔膜安装在阀体内，并可从邻接帽口柔性移动至远离帽口以控制介于阀体流体入口与流体出口之间的流体流量。位于隔圈内腔之中的流动分流器减少在隔圈顶端与诸帽口之间通过的流体的流动分离，以便当流体流出隔圈顶端并正要从帽口流至阀体流体出口时减小所需的流量回复面积。
在一实施例中，流动分流器装置是由从处于隔圈底部的隔圈入口到隔圈出口的流体流动过程来看的一递减的隔圈内腔容积所提供的，并紧接着当流体继续流出隔圈顶部时的一基本固定的隔圈内腔容积。该紧接着一基本固定的隔圈内腔容积部分的递减的隔圈内腔容积往往会使隔圈顶部周围的流体呈曲线流动并伴有最小的流动分离，以便减小在流体流入帽口之前通常所需的流量回复面积量。在另一实施例中，流动分流器是由当流体从隔圈底部朝着隔圈顶部流动时、紧接着延伸至隔圈内腔并继续延伸至隔圈顶端的一凸起部分的一递减的隔圈内腔容积部分所提供的，该凸起部分可为尖削的或者较为圆角的。无论在哪种情况下，该替换的流动分流器可减小当流体流出隔圈顶端流向并最终流入帽口时的流体的流动分离。该凸起部分还可包括延伸至隔圈顶部的一基本固定的隔圈内腔容积。
在隔圈帽件上有一凸起基座，它并位于隔圈顶端与帽口之间，流体在隔圈顶端流出隔圈。较佳地，该凸起基座定位在滞流流动区中的低湍流及低速位置处。这可在包括在已有技术的调节阀中引起流体密封可靠性问题的低流量在内的所有的流量条件下使凸起基座用隔膜的密封更为可靠。另外，由于流动分流器装置减小了节流区周围的流动分离，因此该基座可被有效地定位，以避免在已有技术的调节阀中的调节阀流动容量的损失。此外，该流动分流器装置可将一区域内的所需的尖削的凸起基座或者刀状边缘基座定位在隔圈帽件上，以大大减少堆积在基座上的杂质。
一保持环接合帽件用于将隔圈安装在阀体中。该保持环可为从中可流过满容量流体的一空心环，或者可包括位于环内腔中的流动阻塞指状物，这些指状物可与帽口相匹配，以便如愿地减小调节阀的流动容量。这样，通过将保持环简单地变换成不具有流动阻塞指状物或者不同数量的流动阻塞指状物的相应的环可将一隔圈与任何数量的容量替换物一起使用。另一方案，该保持环也可与隔圈合在一单个铸模中。
一中心隔膜支架安装至隔膜中心部分，并包括一孔塞状下隔膜头和一平直的上隔膜片，其中隔膜中心部分夹在两者之间。抽吸(aspirator)通道延伸通过中心隔膜支架，用于将位于隔膜一侧上的载荷腔连通至另一隔膜侧。
在另一实施例中，上述调节阀可包括一噪声衰减装置。该噪声衰减装置是由一钻孔件所提供的，该钻孔件环绕着隔圈、并位于从帽口流至阀体出口的流体中间(intermediate)，用以衰减流体流动中的噪声。可将一个或者多个这样的钻孔件安装到环绕着隔圈的位置中以提供流动扩散，用以降低由湍流所产生的噪声，这取决于想要的衰减幅度。
一阀杆可接合地与隔膜中心相连，用以将隔膜移向及移离帽口，并且位于阀体内的诸通道在上述移动期间容纳并引导阀杆。该被引导的阀杆结构可稳定隔膜。另一方案，不用阀杆引导，可使隔膜组件包括在阀体内可被移动地引导的一边缘(skirt)部分来替代。还可将具有刻度的一行程指示器安装至阀体，以便与阀杆上的标示器合在一起来显示阀杆位置以及由此阀打开的位置。
在本发明的又一实施例中，致动隔膜的阀杆与一传统的阀动器相连，其中移动力通过一载荷导向器(pilot)进行施加。本发明的这种阀动器与调节阀的组合能够可靠地用于低差压力装置中。在致动器/调节阀组件的一种自操作形式中，不采用通过一载荷导向器施加的移动力，而可从下游压力获得的一受控压力。
本发明采用一种弹性隔膜及节流隔圈元件解决了在已有技术的调节阀中碰到的许多已有技术的问题。另外，本发明提供了许多明显改进之处，包括如下A．“孔塞式”弹性调节阀a．一隔膜安装孔塞在流体入口上提供了一坚固的表面，以避免由吸收微粒冲击的高能量所引起的侵蚀。
b．该隔膜孔塞以及本发明的改进型基座提供了较长的基座寿命。该隔圈基座具有一尖削的基座表面。当在节流隔圈中发生压降时，该隔圈基座还用于安置而不用于压降，因此保护了该基座。该与隔膜孔塞相结合的改进型隔圈基座提供了较长的基座寿命。
c．具有被引导的阀杆的隔膜孔塞可使用重量较轻的隔膜，以便降低最小压差，并减少滞后误差，因此改善了整个范围内的控制调节。
d．具有被引导的阀杆的隔膜孔塞提高了整个压力范围内的调节阀可靠性。
e．隔膜安装组件可实现由弹簧辅助的流体阻断。
f．隔膜安装组件可实现从一平板形成一“杯状”隔膜，从而降低了隔膜的成本，并增加了选择隔膜的灵活性。
g．隔膜安装组件及被引导的阀杆可实现使用一真正的行程指示器和/或限制开关等，用于指示弹性元件装置中真正的孔塞位置。
B．节流隔圈a．该节流隔圈被设计成为用于控制阀阀体的、以便将该控制阀转换成调节阀或者弹性控制阀的一直接插入件。
b．隔圈中的流动分流器结构提供了用于稳定性并将压降区从凸起基座移至其它区域以延长基座寿命的一“流动屏障(flow dam)”。
c．弹性元件式调节阀中的理想的尖削或者刀状边缘基座有利地与隔膜孔塞相结合。
d．隔圈保持器还用作为隔膜保持器。另外，该隔圈保持器还可用于有选择地减小流动容量。
e．节流隔圈具有一一体的基座。另外，该节流隔圈可与噪声衰减脉纹(vein)相结合，并且倘若需要的话，还可安装一主/副基座结构。
C．弹性隔膜a．平直隔膜可利用隔膜安装组件形成为一种杯状。
b．平直隔膜易于制造，并可用特殊材料制成、即羧化(carboxylated)腈、氟化橡胶以及其它在诸应用中可通用的材料来制成。
另外，本发明的流体控制阀可(1)使用在气体或者液体中；(2)用作为一种使用一导向器的简单变化(通过导向器的偏差)的释放(relief)、背压、减压或者流动控制阀；(3)可利用具有适当连接装置的被引导的阀杆来遥控；(4)可安装一微处理器控制的导向器；(5)可安装一一体的断流器。
附图简介被确认为新颖性的本发明的特点罗列在附加权项中。通过下文中结合附图所作的描述可很好地理解本发明，其中相同的标号表示几幅图中相同的部件，其中
图1是本发明的一种流体压力调节阀及弹性隔膜组件的剖视图，为了图示方便，其中该调节阀中心线的相对两侧分别示出了不同的操作位置；图2是图1所示调节阀隔圈的平面图，示出了隔圈顶部以及由隔膜件密封的隔圈出口；图3是本发明的另一种流体压力调节阀及弹性隔膜组件的剖视图；图4是图3所示调节阀的平面图，其中去除了阀盖以示出隔圈顶部；图5是本发明较佳实施例中的一种流体压力调节阀及弹性隔膜组件的剖视图，为了图示方便，其中该调节阀中心线的相对两侧分别示出了不同的操作位置；图6是图5所示调节阀隔圈的平面图，示出了一凸起的尖削基座相对于隔圈帽口的定位；图7是图5所示隔圈顶部的放大的局部剖视图，示出了流动分流器以及凸起基座的位置；图8是示出了流动分流器的另一实施例的局部剖视图；图9是示出了一种隔圈保持环的平面图，其中流动容量指状物与图6中所示的隔圈的帽口相匹配；图10是沿着图9中的剖切线10-10剖切的剖视图；图11是包括环绕着隔圈、用于噪声衰减的一钻孔的流动扩散器件的本发明、以及包括用于抽吸载荷腔压力的诸通道的另一种隔膜安装组件的一种调节阀的局部剖视图；图12是沿着图11中的剖切线12-12剖切的剖视图，其中为便于图示而去除了隔圈；图13是示出了包括一被引导的阀杆以及显示该阀杆位置的一行程指示器的本发明的一种调节阀的局部剖视图；图14是示出了本发明的一种调节阀的局部剖视图，其中一被引导的阀杆与一阀动器相连接，并由一导向控制阀操作；以及图15是另一实施例的具有主基座孔塞和副基座隔膜的局部剖视图。
详述图1和图2示出了本发明的一个实施例，其中在一流体压力调节阀中装有一独特的弹性隔膜组件。然而要明白的是，尽管这里特定的图示与一种卸载调节阀型的流体压力调节阀有关，但是该弹性隔膜件也可加入到载荷型调节阀型的流体压力调节阀中。
现在请参阅图1和图2，图中示出了包括具有一流体入口14、一流体出口16和用于连通来自入口14流经调节阀体12并流至出口16的流体的一互连通道18的一调节阀体12的一种流体压力调节阀10。为便于描述本发明，调节阀的左侧如图所示处于关闭位置中，而右侧如图所示处于打开位置中。
在调节阀体12中的通道18之中存在着一细长的隔圈20，其底端安装在环绕着流体连通入口14与引导至一隔圈出口27的一空心隔圈内腔26的一开口24的一环形支承座22上。在隔圈20的顶部存在着具有呈开槽口30形式的一系列开孔的一帽盖或者端壁28，诸开口30一起形成用于位于帽盖或者隔圈端壁28的一侧上的空心隔圈内腔26之中的流体以及位于隔圈端壁的相对侧上的通道18内的出口流体的一通道。
隔圈端壁28的一外部边缘32靠在位于有助于元件的垂直装配的一导向间隙内的通道18之中的调节阀体12的一内表面34上。从而，这些开槽口30连通流经隔圈出口27流至通道18并最终流至调节阀出口16的流体。
提供一隔膜组件36用于控制流过调节阀孔口的流体流量，并包括具有大致夹在支撑于一侧上的隔膜的一隔膜头42与支撑于相对侧上的隔膜的一隔膜片44之间的一中心部分40的一弹性隔膜38。一螺母46螺合安装至隔膜头42的一螺纹垂直部分，以便将弹性隔膜38牢牢地保持在位，并固定隔膜组件的诸元件。隔膜片44用作为一弹簧座，并大于隔圈出口27，用以当调节阀闭锁时密封该出口27。
请参阅图1，为方便起见，图中在调节阀中心线48的左侧示出了当隔膜组件36密封在隔圈端壁28的一角座29上以堵住隔圈出口27时该隔膜组件36的位置。具有开槽口30的端壁28的部分支撑着隔膜38。
图中在中心线48的右侧上示出了隔膜组件36在操作调节阀以打开调节阀孔口，并使流体从调节阀入口14流经开口24、流经空心隔圈内腔26及隔圈出口27并流入隔膜腔50、流经槽口30并流入通道18、并最终流至流体出口16期间的该隔膜组件36的位置。
该弹性隔膜38较佳地由腈制成，并包括平直的中心部分40、一环形脊状部分52以及连接该脊部52与中心部分40的一凹周边54。提供一外部安装环部分56用于将隔膜组件36安装在一隔膜安装及隔圈保持环58与一调节阀阀盖62的一隔膜安装凸缘60之间。一系列向下保持螺栓64螺合调节阀体12，以便将阀盖62牢牢地保持在其间具有隔膜组件36的位置上。隔圈安装环58用于将隔圈20保持在位，以便形成所需隔膜行程的一隔膜褶合，并减少会带来螺栓载荷的金属/金属接触以防止隔膜压碎。倘若为某些调节阀应用中所需，可采用这里所示出的、具有变型形状的隔圈保持环58的隔膜38，以提供限制的流动容量，这将在下文中通过参阅图9与图10的隔圈保持环来进行描述。适当的O形环设在隔圈20的底部与支承座22之间以及隔膜安装及隔圈保持环58与调节阀体12之间，如图所示。
一弹簧66具有坐落于阀盖内腔上的一端以及坐落于隔膜片44上的另一端。该弹簧66通过隔膜片44与隔圈20的尖角座29提供基座载荷。一般，在卸载型调节阀10中，弹簧66被设定在一弹簧设定压力上，以便当调节阀出口16中的出口压力低于该弹簧设定压力时，隔膜组件36位于如中心线48的左侧上所示的位置上，其中隔膜38坐落于隔圈端壁28的角座29上以封闭调节阀孔口。如在已有技术中众所周知的那样，一导向调节阀(图中未示出)传感出口16处的出口压力，并通过阀盖62通到位于隔膜组件36相对侧上的一载荷腔68而作流体流通连接，以排除载荷压力，从而克服弹簧66的作用力并打开调节阀孔口。这使得入口14处的入口压力耦连到该调节阀流体出口16，并协助维持出口压力的调节。
当入口压力打开调节阀孔口、即从如图1中的中心线48的左侧所示的关闭位置移动至如图1中的右侧所示的全开位置时，希望可容纳流过该调节阀较大的流体流量。如从图1中的中心线48的右侧可见，在调节阀10中，弹性隔膜环38可从隔圈端壁28挠曲变形地向外移至提供可容纳较大的流动容量的一较大的隔膜腔50的全开位置，从而使该调节阀可应用到比已有装置更大流量范围的应用中去。尤其，可注意到，弹性隔膜环38具有所形成的一褶合，它包括位于其周边上的凹部54，以便当阀被打开时，该凹部54如图1中的右侧所示会凸出来。因此，提供一具有一最小尺寸的弹性隔膜件的、基本无阻碍流动路径的全调节阀孔口。
隔膜安装环58包括一内表面70，该表面的轮廓与凹部54和弹性隔膜环38的环形脊部52相匹配，如中心线48的左侧所示。另外，调节阀阀盖62包括一内表面72，当凹部54在调节阀孔口上方凸起时，其轮廓与弹性隔膜环38相匹配，如图1中的中心线48的右侧所示。
本发明的弹性隔膜组件还可使用在一种载荷型调节阀中，其中，一致动器可与该隔膜组件相连以移动弹性隔膜环38，用以将所需流量用隔膜定位，这将通过参阅图14来进行描述。
现在请参阅图3和图4，图中示出了另一种具有有着一流体入口78、流体出口80和一互连通道82的一调节阀体76的流体压力调节阀74。
图3和图4示出了一种调节阀，除了隔膜件中的褶合制造得有些不同之外，它具有与图1和图2中所示的调节阀相类似的元件，即具有一阀体、安装在该阀体内的一隔圈以及一弹性隔膜和孔塞。
具有呈帽口86形式的诸开口的一隔圈84安装在阀体之中。弹性隔膜88具有夹在隔圈84与安装在阀体上的一阀盖92之间的一周边安装部分90。一垫圈(bead)密封件94用于将隔膜保持在阀体之中，并使通道82与大气隔绝。
隔膜88还包括由介于安装周边90与隔膜中心部分98之间的一凸起的环形脊96所形成的一褶合。当隔膜移离隔圈顶部，以便以与图1中所示的凹/凸隔膜相同的方式挠曲至接近阀盖92的内表面100的一全开位置时，该凸起的环形脊96变平。
调节阀74还包括一隔膜安装组件，它包括一下隔膜头102和一上隔膜片104，两者之间夹着隔膜中心部分98。从图4中可以清楚地看到，上隔膜片104包括可在阀盖92的导向表面108之间移动、以便隔膜进行边缘导向移动的一环形边缘106。一控制弹簧110的作用与图1中所示的控制弹簧66相同。另外，隔圈84包括与隔膜98合作，用于阻断从入口78流至出口80的流体流动的一角座112。
图5-7示出了具有本发明弹性隔膜件的一种流体控制阀的一较佳实施例。在该示出的调节阀114中存在着具有一流体入口118、一流体出口120和一互连通道122的一调节阀体116。一细长的隔圈124插入在通道之中，并包括引导至位于隔圈顶部的一隔圈出口顶部边缘128的一空心隔圈内腔126，如图5所示。位于隔圈顶端的一帽盖部分130具有一系列呈槽状开口形式的帽口132，这些帽口延伸通过帽盖130，以便将来自入口118流经隔圈内腔126并流出隔圈出口顶部边缘128以及流入引导至流体出口120的通道122的流体连通。
隔圈124还包括位于帽盖130上的一凸起的环形座134。如图7所示，该凸起的环形座134采用刀状边缘的形式以提供一尖削基座，并位于帽盖130上的处于隔圈出口顶部边缘128与帽口132中间的一位置上。与图5-7中所示实施例有关的是，一种流动分流器结构已被包含在该实施例中，以使基座134能如愿地位于帽盖130上的一位置上，该位置为低湍流或者低速区、即基本滞流流动区。
尤其，从图5和图7中可以注意到，隔圈124包括其直径从隔圈底部138朝着隔圈内腔区域140递减的一下内腔部分136。从区域140延伸至隔圈出口顶部边缘128的、紧接着的隔圈内腔上部142的直径基本不变。在这种结构中，隔圈内腔下部136与隔圈内腔上部142往往会减少从隔圈内腔环绕隔圈出口顶部边缘流至诸帽口的流体流动的分离。因此，这种流动分流器结构可使流出隔圈顶部以及进入诸帽口132之前的流体更有效地回复，从而带来较佳的调节阀稳定性，尤其在低流量的条件下。另外，该流动分流器可使所要的凸起的尖削基座134处于低速及低湍流区上，从而大大减少基座上的杂质堆积以及基座侵蚀，并且无需设置如在尝试解决此问题的已有技术的调节阀中所需的会降低流动容量的一较长的回复区。
从图5和图7中可看到，隔圈124的帽盖部分130的顶表面呈现一种截头圆锥形形状。因此，不采用在隔膜件中形成褶合而提供一平直的弹性隔膜件144来获得一全隔圈出口。该平直隔膜144安装在一孔塞状的下隔膜头146与一上隔膜片148之间，这种方式与结合图1所述的方式相类似。该隔膜片148的周边边缘部分的大小与凸起的尖削基座134相对应，以便在如图5中的中心线150的左侧所示的调节阀的关闭位置中时存在可靠的座压以将隔膜144牢牢地安置在凸起的尖削基座134上。弹簧152执行与结合图1所述的弹簧66相同的作用。孔塞状隔膜头146防止液流中的微粒冲击到隔膜144上，并以类似于图1、2和图3、4中所示的实施例的方式使流动偏离隔膜。
图8示出了具有另一种流动分流器的隔圈154。一凸起部分156伸到隔圈内腔158内。隔圈内腔下部160的直径递减。隔圈内腔上部162从凸起部分156至隔圈顶部边缘164的直径基本保持不变。这种流动分流器结构也往往会减少流体从隔圈内腔158经隔圈出口顶部边缘164流至帽口166时流体的流动分离，以提供先前结合图5-7所述的、由此产生的优越性。应理解的是，该从凸起部分156至隔圈出口顶部边缘164的隔圈部分是可弯曲的，而不是固定直径部分162。另外，可采用一种较为圆角的凸起部分，而不用尖削的直角凸起部分156，以便提供想要的流动分流，从而减少顶部边缘164之外的流动分离。
提供一隔圈保持器167用于安装在阀体内的凸起部分之中，并将隔圈124牢牢地保持在位。保持环167还包括用于接纳隔膜144的向下翻转的周边唇缘的一条适当的沟槽(参阅图5)。将阀盖牢牢地安装在阀体上就可将隔膜、保持环及隔圈保持在位。最初，在将隔膜144安装在隔膜头146与片148之间的情况下，弹性隔膜周边唇缘固定在保持环之中。隔膜144以一种截头圆锥形形状平直地位于帽盖部分130上，如图5中的中心线150的左侧所示。因此，该隔膜最初是平直的，且当被安装到隔圈上时，它与帽盖部分130的截头圆锥形形状相适应，如图5所示。另外，当隔膜移离帽口时，该隔膜可向上挠曲以形成顶着阀盖的内表面的一全开位置，如图5中的中心线150的右侧所示。
图9和图10示出了另一种隔圈保持环168，它包括从一环形基部172径向向内延伸的多个指状物170。这些指状物170适于相应地与隔圈124的帽口132相匹配并固定在帽口之中，如图6所示。因此，例如，倘若想要一种全容量调节阀114，则使用具有一空心的中心的保持环167。然而，倘若对于调节阀114想要减小例如50％的流动容量，则去除隔圈保持环167换上保持环168，以使至少插入某些帽口132中的指状物170会减小调节阀的流动容量。当想要改变调节阀的流动容量时，上述内容即为一个优点，而在已有技术的调节阀中，要改变就不得不装上几个不同的隔圈来与之相应。可将已有技术的隔圈去除，换上具有所需流动容量的一种新型隔圈。
根据本发明，只需使用具有所需流动容量的一种新型的隔圈保持环168。因此，只需配备不同流动容量的保持环168而无需整个地备有不同的隔圈，并且不必将隔圈从阀体拆除来改变流动容量。
图11和图12示出了本发明的一种包含着许多与图5中所示的调节阀114相同的元件，即隔圈124、隔膜144以及阀体116的调节阀。另外，安装一钻孔的圆筒件174，用以从帽盖130往下直到隔圈124的底部环绕着隔圈124。圆筒件174中的诸小孔176可使流体流过部件174。因此，从位于上游侧的隔圈内腔126流动的流体流过帽口132及小孔176流到通道122内，并最终流至位于下游侧的阀出口120。这就构成了一种流动扩散器以减小由湍流所引起的噪声。可将一个或者多个钻孔的圆筒件176环绕着隔圈124安装，这取决于想要的衰减幅度。
请参阅图11，一孔塞状下隔膜头178包括连接通道180和182。通道182沿着中心线150纵向延伸，通道180在隔膜头178中水平延伸，以便与通道182相交，如图11所示。因此，位于隔膜144上方的一载荷腔184通过通道182和180连通至隔圈内腔126。因此，当将隔膜从关闭位置移动至打开位置时，通过通道182和180向隔圈内腔126抽吸来去除腔室184中的载荷腔压力，以使隔膜更快地操作，并因此带来更迅速的调节阀响应时间。当然，该抽吸技术对于本发明的所有实施例都是有用的。
图13示出了图5所示的调节阀114中装备着一行程指示器186。调节阀114包括安装在隔膜安装组件中的一阀杆188。该阀杆188的其它部分可滑动地容纳在一导向件190中，该导向件接着螺合在阀盖165之中。因此，当隔膜144在位置上移动时，该阀杆188被引导在导向件190中。
在阀杆188的顶部存在着一标示器192。诸位置刻度指示194在一刻度件196上，该刻度件螺合在导向件190中，以便诸刻度194靠近阀杆上的标示器192，并与该标示器192配合工作。因此，弹性隔膜144从关闭位置到打开位置的行程位置由行程指示器186通过标示器192对应于刻度194的位置来表示。另外，在如图13所示的被引导的阀杆188的情况下，一是可采用适当的限制开关、微型开关、接近开关、或者其它微型感应装置，用以提供电子感应以及阀位置的指示。
图14示出了图5所示的调节阀114，其中被引导的阀杆198由螺合阀盖165的一导向件200引导。一阀动器202与该被引导的阀杆198机械连接，用以机械致动弹性隔膜件144，使其朝着隔圈帽口132移动或者离开该隔圈帽口。一致动力通过一载荷导向器203并经过载荷压力204施加至致动器输入口206。该致动器系统可用于低压差装置中。
作为另一种形式，调节阀114可采用具有使用一控制弹簧以获得想要的控制压力设定的自操作调节阀结构的一种阀动器。
图15示出了用于调节阀114的一种副基座结构。孔塞状下隔膜头146包括一弹性环形密封件，诸如适当地安装在位于隔膜头中的一沟槽内的一O形环210。该O形环的直径略大于隔圈124的内径。因此，当隔膜头146朝着隔圈124的顶部降低时，该O形环210密封接合位于一环形座212上的隔圈内腔上部162。这提供了用于调节阀的主要阻断。
先前所述的在隔圈124的帽盖部分中的凸起的尖削基座上的弹性隔膜144的基座接合提供了辅助阻断。使用主、副基座有助于调节阀的可靠阻断，并且还减小了来自调节阀弹簧的所需的基座载荷。在一定情况下，可不要求弹性隔膜件提供任何阻断，以至于仅需该O形环座212。
为了将平直的弹性隔膜件预制成想要的截头圆锥形形状，可将该平直的隔膜夹在两个具有轮廓(contoured)的保持器、诸如下隔膜头和上隔膜片之间，以便将该隔膜件挠曲成想要的形状。在这种情况下，隔膜保持器应当具有适当的轮廓，以便将平直的隔膜形成为所需的形状。该技术将消除对任何特殊模制部件的需求，并且还增加了可用于隔膜件的弹性元件。
上述详细的描述仅仅是为了清楚地了解本发明，并不应理解为任何不必要的限制，对于本技术领域中的那些熟练人员而言诸变化是一目了然的。
权利要求
1．一种流体控制阀，包括具有一流体入口、一流体出口以及介于两者之间的一流体通道的一阀体；一隔圈件，所述隔圈件具有用于在一隔圈端接纳流体、而在另一隔圈端接纳一帽件的一隔圈内腔，所述另一隔圈端具有与所述隔圈内腔流体连通的诸帽口；所述隔圈件安装在用于使流体从所述阀体流体入口流经所述隔圈内腔、接着流经所述帽口流至所述阀体流体出口的所述阀体流体通道之中；一柔性隔膜安装在所述阀体内，并可从邻接所述帽口柔性移动至远离所述帽口以控制介于所述阀体流体入口与流体出口之间的流体流量；以及所述柔性隔膜包括环绕着所述隔膜的周长所形成的一褶合，当所述柔性隔膜移离所述帽口时，所述所形成的褶合变平而将所述隔膜挠曲至远离所述帽口的一大致圆顶状的全开位置以增加所述阀的流体流动容量。
2．如权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，所述隔圈还包括形成在所述帽件内的一环座，其中所述柔性隔膜在邻接所述帽口时密封所述环座，而在移离所述帽口时开封所述环座。
3．如权利要求2所述的流体控制阀，其特征在于，包括一隔膜中心安装组件，其中所述隔膜包括安装在所述隔膜中心安装组件之中的一中心部分，所述隔膜中心安装组件包括一隔膜片以及用于推动所述隔膜片以便使所述隔膜片位于所述环座上的弹簧装置。
4．如权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，所述所形成的褶合包括变平并变凸以将所述隔膜挠曲至所述全开位置所形成的一凹部。
5．如权利要求1所述的流体控制阀，其特征在于，所述所形成的褶合包括变平以将所述隔膜挠曲至所述全开位置的一凸起的褶合。
6．一种流体控制阀，包括具有一流体入口、一流体出口以及介于两者之间的一流体通道的一阀体；一隔圈件，所述隔圈件具有用于在一隔圈端接纳流体、而在另一隔圈端接纳一帽件的一隔圈内腔，所述另一隔圈端具有与所述隔圈内腔流体连通的诸帽口；所述隔圈件安装在用于使流体从所述阀体流体入口流经所述隔圈内腔、接着流经所述帽口流至所述阀体流体出口的所述阀体流体通道之中；一柔性隔膜安装在所述阀体内，并可从邻接所述帽口柔性移动至远离所述帽口以控制介于所述阀体流体入口与流体出口之间的流体流量；以及位于所述隔圈内腔之中以减少在另一隔圈端与所述帽口之间通过的所述流体的分离、以便当流体流出另一隔圈端并进入所述帽口时减小所需的流量回复面积的流动分流器装置。
7．如权利要求6所述的流体控制阀，其特征在于，所述流动分流器装置包括从所述一隔圈端朝着另一隔圈端递减的一隔圈内腔容积部分，所述另一隔圈端紧随着延伸至所述另一隔圈端的一基本固定的隔圈内腔容积部分。
8．如权利要求6所述的流体控制阀，其特征在于，所述流动分流器装置包括从所述一隔圈端朝着另一隔圈端递减的一隔圈内腔容积部分，所述另一隔圈端紧随着延伸至所述另一隔圈端的一具有伸出到所述隔圈内腔中的一凸起的一凸起部分。
9．如权利要求8所述的流体控制阀，其特征在于，所述凸起部分包括一基本固定的隔圈内腔容积部分。
10．如权利要求6所述的流体控制阀，其特征在于，包括位于所述帽件上介于所述其它隔圈端与所述帽口之间、用于流体密封接合所述隔膜、以便可靠地防止流体从所述阀体流体入口流至所述流体出口的一凸起基座。
11．如权利要求10所述的流体控制阀，其特征在于，包括一隔膜中心安装组件，其中所述隔膜包括安装在所述隔膜中心安装组件之中的一中心部分，所述隔膜中心安装组件包括一隔膜片以及位于所述隔膜的一侧上、用于推动所述隔膜片以便使所述隔膜片位于所述凸起基座上的弹簧装置。
12．如权利要求11所述的流体控制阀，其特征在于，所述隔膜中心安装组件包括位于所述隔膜的另一侧上的一隔膜头，所述隔膜头具有用于偏移流过所述隔圈内腔的所述流体的一凸出的鼻状物。
13．如权利要求10所述的流体控制阀，其特征在于，包括接合所述帽件、用于将所述隔圈安装在所述阀体内的一保持环，所述保持环包括与所述帽口相匹配以如愿地减小所述流体控制阀的流动容量的诸流动阻塞指状物。
14．如权利要求10所述的流体控制阀，其特征在于，包括一钻孔件，所述钻孔件环绕着所述隔圈、并位于从所述帽口流至所述阀体流体出口的流体中间、用于衰减所述流体流动中的噪声。
15．如权利要求10所述的流体控制阀，其特征在于，包括可接合地与所述隔膜的中心相连、用于使所述隔膜移向及移离所述帽口的一阀杆，以及位于所述阀体内、用于在所述阀杆的移动期间引导所述阀杆的杆导向装置。
16．如权利要求15所述的流体控制阀，其特征在于，包括安装至所述阀体、并与所述阀杆合作以指示所述阀的打开位置的一行程指示器。
17．如权利要求15所述的流体控制阀，其特征在于，包括与所述阀杆相连、用于可操作地移动所述阀杆的一阀动器。
18．如权利要求6所述的流体控制阀，其特征在于，包括用于将所述柔性隔膜的相对侧相互连通的诸抽吸通道。
19．如权利要求6所述的流体控制阀，其特征在于，包括用于将所述隔膜安装在所述阀体内、以便在所述隔膜的一侧上构成一载荷腔的一隔膜安装组件，以及延伸通过所述隔膜安装装置、用于将所述载荷腔与所述隔膜的相对侧连通的诸抽吸通道。
20．如权利要求12所述的流体控制阀，其特征在于，包括一弹性密封件，所述弹性密封件安装在所述隔膜头内，用于接合位于所述另一隔圈端上的所述隔圈、以提供可靠地防止流体从所述阀体流体入口流至所述流体出口的一主基座。
21．如权利要求10所述的流体控制阀，其特征在于，所述凸起基座位于所述帽件上的一滞流流动区处。
22．如权利要求21所述的流体控制阀，其特征在于，所述凸起基座形成用于与所述隔膜相接合的一尖削的基座边缘。
23．在具有一调节阀体的一种流体压力调节阀中，所述调节阀体具有穿过所述调节阀体的一流体流动路径和位于所述流体流动路径内、用于压力调节流量的一压力节流区，其改进之处包括在压力节流区之前、位于流体流动路径内的一流动分流器，用以减小压力节流区周围的流体流动分离。
24．如权利要求23所述的流体压力调节阀，其特征在于，包括位于所述流动分流器与所述压力节流区中间并位于滞流流动位置上的一凸起基座，以便减少堆积在所述凸起基座上的杂质。
25．如权利要求24所述的流体压力调节阀，其特征在于，所述凸起基座形成有一尖削的基座边缘。
全文摘要
一种流体控制阀具有一阀体(12,116)、一隔圈(20,84,124)以及形成有一褶合以完全打开隔圈开口的一柔性弹性隔膜(38,88,144)。在流体流动路径中具有一流动分流器的一种弹性隔膜调节阀用于在压力节流之前减小流体流动分离,从而减小所需的流量回复面积。位于隔圈顶部(130)上的一凸起的刀状边缘基座(134)处于滞流流动位置上、以减少堆积在该基座上的杂质。一种弹性隔膜调节阀具有与连接至调节阀隔膜的一被引导的阀杆(188,198)相连的一阀动器。
文档编号G05D16/06GK1231735SQ97198318
公开日1999年10月13日 申请日期1997年8月19日 优先权日1996年8月21日
发明者H·H·沃尔顿, D·C·普法特兹, G·L·斯科特, 小J·L·格里芬, B·科尔尼, D·K·戴, P·R·亚当斯, W·J·邦泽尔 申请人:费希尔控制国际公司