具有放氣閥的流體調(diào)節(jié)器的制造方法
【專利摘要】過程流體調(diào)節(jié)器，其包括具有通過流體流動路徑連接的流體入口和流體出口的調(diào)節(jié)器本體?？刂圃O(shè)置在流體流動路徑中，控制元件與閥座配合以控制流過調(diào)節(jié)器本體的流體。致動器連接到調(diào)節(jié)器本體，致動器提供力以相對于閥座移動控制元件。致動器包括殼體和殼體中的隔膜，隔膜將致動器殼體分為上部腔室和下部腔室。高壓放氣閥連接到下部腔室以從下部腔室中排出殘余的氣體，這將在下部腔室中產(chǎn)生用于過程液體的額外的容積。該額外的容積改善了過程流體調(diào)節(jié)器的效能和響應(yīng)時間。
【專利說明】具有放氣閥的流體調(diào)節(jié)器
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明大體涉及過程流體調(diào)節(jié)器，更具體地，涉及具有致動器的過程流體調(diào)節(jié)器，該致動器包括一高壓放氣閥，當致動器安裝在豎直位置時，該放氣閥清除致動器中被困在隔膜下方的氣體，以允許更大體積的控制液體來加壓致動器的一個腔室。
【背景技術(shù)】
[0002]在過程系統(tǒng)中，過程流體調(diào)節(jié)器用于整個行業(yè)以控制流體流動。通常，過程流體調(diào)節(jié)器包括調(diào)節(jié)器本體，該調(diào)節(jié)器本體具有由流體通道連接的流體入口和流體出口。一個可移動的控制元件，例如閥塞，與閥座配合以改變在流體通道中開口的大小，來控制通過過程流體調(diào)節(jié)器的過程流體的流量。致動器附著到調(diào)節(jié)器本體并連接到控制元件以可操作地控制控制元件相對于閥座的位置。致動器可包括殼體和配置在殼體中的隔膜，該隔膜將殼體內(nèi)部至少分為兩個腔室。隔膜通過致動器桿連接到控制元件，使得控制元件與隔膜一起移動?？刂茝椈善酶裟さ狡谕恢?，其偏置控制元件到一期望位置(例如，到打開位置或關(guān)閉位置)。過程流體壓力(無論是控制元件的上游還是控制元件的下游)可用于作為致動器的輸入以抵消或克服控制彈簧產(chǎn)生的彈簧力。致動器使用輸入過程流體壓力來調(diào)節(jié)控制元件的位置(通過隔膜和閥桿)以維持期望的下游過程流體壓力。通過這種方式，過程流體調(diào)節(jié)器“調(diào)節(jié)”過程流體的下游壓力。
[0003]在某些系統(tǒng)中，過程流體是在高壓下流過系統(tǒng)的液體。當使用高壓過程液體作為過程流體調(diào)節(jié)器的致動器的輸入時，殘余的氣體可能被困在一個腔室中，從而減少了腔室中可用于過程液體的容積。當過程流體調(diào)節(jié)器安裝在豎直位置，而致動器位于調(diào)節(jié)器本體上方時尤其如此?？捎萌莘e的減少可減少致動器的效能，并因此減少過程流體調(diào)節(jié)器自身的效能。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]根據(jù)一個示例性的方面，根據(jù)在此公開的教導(dǎo)裝配的過程流體調(diào)節(jié)器包括具有通過流體流動路徑連接的流體入口和流體出口的調(diào)節(jié)器本體。控制元件設(shè)置在流體流動路徑中，控制元件與閥座配合以控制流過調(diào)節(jié)器本體的流體。致動器連接到調(diào)節(jié)器本體，致動器提供力以相對于閥座移動控制元件。致動器包括殼體和殼體中的隔膜，隔膜將致動器殼體分為上部腔室和下部腔室。高壓放氣閥連接到下部腔室以從下部腔室中排出殘余的氣體，這將在下部腔室中產(chǎn)生用于過程液體的額外的容積。這個額外的容積改善過程流體調(diào)節(jié)器的效能和響應(yīng)時間。
[0005]進一步根據(jù)前述的示例性方面，過程流體調(diào)節(jié)器可進一步包括一個或多個下述優(yōu)選形式。
[0006]在某些優(yōu)選的形式中，過程流體調(diào)節(jié)器可配置為高壓放氣閥連接到位于下部腔室中的入口接頭。入口接頭可位于下部腔室中的中間位置，使得隔膜不能翻過入口接頭。放氣閥可包括遠離上部腔室定向的排氣管。放氣閥可包括一個或多個具有中心孔和橫向孔的入口接頭插塞、至少部分地設(shè)置在中心孔中的排氣螺釘、至少部分地設(shè)置在橫向孔的一端中的排氣管和至少部分地設(shè)置在橫向孔的另一端中的止動螺釘。排氣管可以為中空的，形成使流體流出下部腔室的流體流動路徑。排氣螺釘在一端可包括塞部，該塞部與在中心孔中形成的肩部配合來控制流體流過中心孔并流出排氣管。排氣螺釘可包括在排氣螺釘?shù)娜亢皖^部之間向外延伸的環(huán)形凸緣。凹形區(qū)域可形成在排氣螺釘?shù)臈U部上、在環(huán)形凸緣和頭部之間。止動螺釘可包括直徑減小的端部，該直徑減小的端部至少部分地位于凹形區(qū)域中。直徑減小的端部可大約為凹形區(qū)域的大小的I / 2。隔膜通過隔膜板和隔膜頭部連接到致動器桿，隔膜至少部分地位于隔膜板和隔膜頭部之間。隔膜頭部可形成限制隔膜向閥座移動的限位部，從而防止隔膜翻過入口接頭。隔膜頭部的厚度可大約為下部腔室的上端和下部腔室的下端之間的距離的75%。上部腔室可包括排氣口，而下部腔室可包括下部控制入口，排氣口形成流入和流出上部腔室的流體流動路徑，而下部控制入口形成流入和流出下部腔室的流體流動路徑，下部控制入口流體地連接下部腔室與控制元件下游的過程流體。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0007]圖1為根據(jù)本發(fā)明的第一公開實施例的教導(dǎo)組裝的過程流體調(diào)節(jié)器的橫截面視圖，過程流體調(diào)節(jié)器的致動器包括高壓排氣閥。
[0008]圖2為圖1的致動器的下部腔室的放大橫截面視圖。
[0009]圖3為連接到圖2的下部腔室的高壓放氣閥的放大橫截面視圖。
【具體實施方式】
[0010]通常，過程流體調(diào)節(jié)器通過使用上游過程流體壓力或下游過程流體壓力作為致動器的輸入來調(diào)節(jié)過程流體的下游壓力。過程流體壓力可通過位于致動器殼體中的控制線連接進行登記。當輸入過程流體壓力升高到設(shè)定壓力以上時，致動器中的過程流體壓力增加并克服控制彈簧力以移動控制元件。一旦輸入過程流體壓力下降到設(shè)定壓力以下，控制彈簧力克服過程流體壓力，沿相反的方向移動控制元件。
[0011]現(xiàn)在更具體地參考附圖，圖1公開了根據(jù)本發(fā)明第一公開實施例的教導(dǎo)組裝的過程流體調(diào)節(jié)器10。過程流體調(diào)節(jié)器10包括通過流體流動路徑18連接的流體入口 14和流體出口 16的調(diào)節(jié)器本體12?？刂圃?，例如閥塞20，位于流體流動路徑中，并與閥座22配合來控制通過調(diào)節(jié)器本體12的過程流體的流動。
[0012]致動器24連接到調(diào)節(jié)器本體12，致動器24提供力來相對于閥座22移動閥塞20。致動器24包括上部殼體26和下部殼體28。隔膜30位于上部殼體26和下部殼體28之間，隔膜30將致動器24分隔成上部腔室32和下部腔室34。隔膜30通過致動器桿36連接到閥塞20使得閥塞20與隔膜30 —起移動。偏置元件，例如控制彈簧38，可位于上部殼體26中，在圖1中控制彈簧38朝著閥座22向下偏置隔膜30。通過朝著閥座22偏置隔膜30，閥塞20遠離閥座22偏置(因為閥塞位于閥座22的下面)，并且進入打開位置，該位置允許過程流體流過調(diào)節(jié)器本體12。在其它實施例中，彈簧30可位于下部腔室34中。無論怎樣，基于下部腔室34中變化的過程流體壓力來最終定位閥塞20。例如，當下部腔室34中的過程流體壓力克服來自彈簧38的彈簧力時，隔膜30向上移動遠離閥座22，因此向關(guān)閉位置移動閥塞20。相反地，當下部腔室34中的過程流體壓力減少到彈簧力以下時，隔膜30朝著閥座22向下移動，使得閥塞20向著打開位置移動。
[0013]當流過調(diào)節(jié)器本體12的過程流體為在高壓流動的液體時，過程液體被引入下部腔室34中作為輸入到下部腔室34中的反饋的一部分。高壓過程液體在致動器24中的隔膜30上產(chǎn)生相對大的力。因為氣體通常在最大的操作壓力下是可壓縮的，因此任何被困在下部腔室34中的氣體可能變成困在過程液體和隔膜30之間，通過限制下部腔室34中可用于過程流體的體積而妨礙過程流體移動隔膜30的能力。當這發(fā)生時，致動器24可能損失一些效能。調(diào)節(jié)器通常安裝在垂直方向，例如圖1和2中示出的方向，在圖中致動器24位于調(diào)節(jié)器本體12上方，通過被困氣體引起最大問題。被困氣體在某些方向上同樣成為上部腔室32中的問題，如果想要的話，在此描述的高壓放氣閥可同樣用于消除上部腔室中的被困氣體。
[0014]當隔膜30移動時，由于上部腔室32的體積的改變，上部排氣口 40可形成進入或流出上部腔室32的流體通道，以允許流體(例如，周圍空氣)進入和離開上部腔室32。如上所述，可通過下部控制入口 42引入過程流體(特別是過程液體)到下部腔室34中。下部控制入口 42形成過程流體通道的一部分，該通道在下部腔室32和流體出口 16中或流體出口 16的下游的過程流體之間。通過改變下部腔室34中的過程流體壓力，致動器24控制閥塞20相對于閥座22的位置。
[0015]如圖1所示，如果致動器24安裝在垂直方向上，下部腔室34中存在的任意殘留的氣體可困在下部腔室34中。為了從下部腔室34中清除殘留氣體，高壓放氣閥50可連接到下部殼體28上的入口接頭52。殘留氣體通過高壓放氣閥50從下部腔室34中清除，這增加了下部腔室34中可用于過程液體的體積。接著，這種增加的體積增加了致動器24的效能和響應(yīng)時間。
[0016]現(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖2，在更多細節(jié)上描述下部殼體28和下部腔室34。隔膜30位于下部腔室34的頂部附近，將下部腔室34和上部腔室32分開。隔膜30可通過隔膜板54和隔膜頭部56連接到閥桿36，隔膜30被困于隔膜板54和隔膜頭部56之間。如上所述，過程液體通過下部控制入口 42引入到下部腔室34中。隨著過程液體進入下部控制入口 42并流入到下部腔室34中，殘留氣體被困在進入的過程液體和隔膜30之間。這種殘留氣體可通過位于入口接頭52 (參見圖1)的高壓控制閥50 (圖2中未示出)清除。在圖2的實施例中，入口接頭52位于下部殼體28的內(nèi)壁58的中間位置上。入口接頭52可位于隔膜30不會翻過入口接頭52的位置。如果隔膜30翻過入口接頭52，則隔膜30將被損壞或破壞。隔膜頭部56的尺寸可適于形成隔膜30的限位部，以便防止隔膜30下降到隔膜30可能翻過入口接頭52的位置。在一些實施例中，隔膜頭部56的厚度可大約為下部殼體28的底部和下部殼體28的頂部之間的距離的75%。當隔膜頭部56接觸到下部殼體28的底部時，阻止隔膜30進一步向下移動。在其它實施例中，限位部可形成在致動器桿36或致動器24或調(diào)節(jié)器本體12中的其它結(jié)構(gòu)上。
[0017]現(xiàn)在轉(zhuǎn)向圖3，描述了高壓放氣閥50的一個實施例。高壓放氣閥50可包括具有中心孔62和橫向孔64的入口接頭插塞60、至少部分地設(shè)置在中心孔的一端中的排氣螺釘66、至少部分地設(shè)置在橫向孔64的一端中的排氣管68和設(shè)置在橫向孔64的另一端中的止動螺釘70。排氣管68可通常為中空，與橫向孔64和中心孔62 —起形成能夠?qū)⑶宄臍怏w從下部腔室34中引到大氣或收集容器(未示出)中的流體流動路徑。排氣螺釘66與中心孔62配合以限制或允許流體流過入口接頭插塞60和排氣管68。
[0018]排氣螺釘66可包括連接到桿部74的頭部72，和在與頭部72相反的一端上連接到桿部74的塞部76，其中桿部74的至少一部分具有外螺紋。塞部76通常為圓錐形，在遠端具有窄小的或圓錐形的部分96。環(huán)形凸緣80可在塞部76和螺紋部之間的位置從桿部74徑向向外延伸。在螺紋部和環(huán)形凸緣80之間的桿部74的一部分形成凹形區(qū)域82。
[0019]中心孔62可包括具有第一直徑的第一部分84和具有第二直徑的第二部分86，第一直徑小于第二直徑。第一部分84和第二部分86之間的連接部形成環(huán)形肩部88。環(huán)形肩部88與塞部76配合來控制流體流過中心孔62和橫向孔64。當高壓放氣閥50連接到下部致動器殼體28，且排氣螺釘66上的塞部76與環(huán)形肩部88分隔開時，中心孔62的第二部分86在致動器24的下部腔室34和排氣管68之間的流體流動路徑中形成腔室87。
[0020]止動螺釘70包括頭部90和終止在直徑減小的端部94的外螺紋桿部92。直徑減小的端部94可位于凹形區(qū)域82中以阻止排氣塞66的無意的損失。在一個實施例中，直徑減小的端部94的厚度大約為凹形區(qū)域82的厚度的一半。
[0021]入口接頭插塞60在一端可包括與入口接頭52的內(nèi)螺紋(未示出)配合的外螺紋。當入口接頭插塞60緊固在入口接頭52中時，可定位排氣管68使得出口 98指向下方，遠離上部殼體26以遠離可能在該區(qū)域中的任何人員來引導(dǎo)清除氣體。
[0022]通過在中心孔62中選擇性地定位排氣螺釘66，可清除下部腔室34中的殘留氣體，從而增加第二腔室的可用容積，并因此增加致動器24的效能和響應(yīng)。
[0023]在上述具有放氣閥的調(diào)節(jié)器的一個實施例的測試中，可以發(fā)現(xiàn)當致動器倒置安裝時，下部腔室中大約有188.8ml可用于控制流體。當直立安裝但是沒有放氣閥時，底部腔室的可用容積下降至僅大約15.8ml。但是，當放氣閥安裝在直立安裝的調(diào)節(jié)器中時，下部腔室的可用容積可增加至大約76.8ml，可用容積幾乎增長五倍。
[0024]在前述的一個或多個例子中，描述使用了術(shù)語例如上部、下部、向內(nèi)和/或向外等。這些術(shù)語僅是相對的且用于描述當圖中所示布置時的示例性實施例的上下文中。本領(lǐng)域技術(shù)人員將容易地理解閥可以布置成與圖中示出的那些不同的方向，并且本領(lǐng)域技術(shù)人員可以容易地理解如何適應(yīng)這些相對的術(shù)語來替換控制閥的方向。
[0025]當高壓放氣閥已被描述為某些特定的實施例時，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解附加的權(quán)利要求并不限于此，并且可在權(quán)利要求的范圍內(nèi)進行改進。
【權(quán)利要求】
1.過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，包括: 調(diào)節(jié)器本體，其具有通過流體流動路徑連接的流體入口和流體出口 ； 控制元件，其設(shè)置在所述流體流動路徑中，所述控制元件與閥座配合以控制過程流體通過所述調(diào)節(jié)器本體的流動； 致動器，其連接到所述調(diào)節(jié)器本體，所述致動器具有上部殼體和下部殼體，隔膜設(shè)置在所述致動器中并將所述致動器分成上部腔室和下部腔室； 致動器桿，其連接到所述隔膜和所述控制元件；以及 高壓放氣閥，其連接到所述下部腔室，所述高壓放氣閥與所述下部腔室形成流體通路以從所述下部腔室中排出殘余的氣體。
2.如權(quán)利要求1所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述高壓放氣閥連接到位于所述下部腔室中的入口接頭。
3.如前述任一權(quán)利要求所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述入口接頭位于所述下部腔室中的中間位置，使得所述隔膜不能翻過所述入口接頭。
4.如前述任一權(quán)利要求所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述高壓放氣閥包括遠離所述上部腔室定向的排氣管。
5.如前述任一權(quán)利要求所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述高壓放氣閥進一步包括: 入口接頭插塞，其具有中心孔和橫向孔； 排氣螺釘，其至少部分地設(shè)置在所述中心孔中； 排氣管，其至少部分地設(shè)置在所述橫向孔的一端中；以及 止動螺釘，其至少部分地設(shè)置在所述橫向孔的另一端中。
6.如前述任一權(quán)利要求所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述排氣管為中空的并形成用于流體流出所述下部腔室的流體流動路徑。
7.如前述任一權(quán)利要求所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述排氣螺釘在一端包括塞部，所述塞部與在所述中心孔中形成的肩部配合來控制流體流過所述中心孔并流出所述排氣管。
8.如前述任一權(quán)利要求所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述排氣螺釘包括在所述塞部和所述排氣螺釘?shù)念^部之間向外延伸的環(huán)形凸緣。
9.如前述任一權(quán)利要求所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，凹形區(qū)域在所述環(huán)形凸緣和所述頭部之間形成在所述排氣螺釘?shù)臈U部上。
10.如前述任一權(quán)利要求所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述止動螺釘包括直徑減小的端部，所述直徑減小的端部至少部分地位于所述凹形區(qū)域中。
11.如前述任一權(quán)利要求所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述直徑減小的端部為所述凹形區(qū)域的尺寸的大約1 / 2。
12.如前述任一權(quán)利要求所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述隔膜通過隔膜板和隔膜頭部連接到所述致動器桿，所述隔膜至少部分地位于所述隔膜板和所述隔膜頭部之間。
13.如前述任一權(quán)利要求所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述隔膜頭部形成限制所述隔膜朝著所述閥座移動的限位部，以便防止所述隔膜翻過所述入口接頭。
14.如前述任一權(quán)利要求所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述隔膜頭部的厚度為所述下部腔室的上端和所述下部腔室的下端之間的距離的大約75%。
15.如前述任一權(quán)利要求所述的過程流體調(diào)節(jié)器，其特征在于，所述上部腔室包括排氣口，所述下部腔室包括下部控制入口，所述排氣口形成流入和流出所述上部腔室的流體流動路徑，而所述下部控制入口形成流入和流出所述下部腔室的流體流動路徑，所述下部控制入口流體地連接所述下部腔室與所述控制元件的下游的過程流體。
【文檔編號】G05D7/03GK103814337SQ201280040361
【公開日】2014年5月21日 申請日期:2012年8月16日 優(yōu)先權(quán)日:2011年8月19日
【發(fā)明者】E·瓦斯克斯, S·L·達克 申請人:艾默生過程管理調(diào)節(jié)技術(shù)公司