專利名稱：控制流體流量的裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及一種流體流量控制設備，更具體地，涉及一種控制流體流量的裝置。
背景技術：
工業(yè)處理工廠在廣泛的應用中使用控制設備。例如，可使用液位控制器來管理最終控制機構(即、閥和致動器組件)，以對儲存容器中的流體的液位進行控制。許多處理工廠使用諸如壓縮空氣之類的壓縮氣體作為能源來操作這種控制設備。在某些烴生產設施中，壓縮空氣一般不是立即可用來操作控制設備的。天然氣則經(jīng)常被用作供應氣體來操作這些控制設備。然而，許多控制設備可能將天然氣排放至大氣中，它因天然氣的價值和與這些廢氣相關的環(huán)境控制及調控的緣故而非常昂貴。因而，用控制設備來減少或消除天然氣向大氣的排放受到重要的關注。一般來說，應當理解，烴生產工廠中使用的通常的液位控制器可能是由天然氣帶動的單級的、低排放的氣動設備。為了在運轉過程中減少天然氣的消耗，這種液位控制器被設計成包括死區(qū)，以減少排放氣體的量。但是，這種設計通常具有較低的操作敏感性或增益，由此使容器范圍較大或傳感器過大。此外，通常還通過使用兩級氣動控制設備來產生具有更高的輸出靈敏度的所需的響應特性，由此提高這種單級設備的增益。第一級，通常稱為信號級，是將機械或流體壓強輸入信號轉換成壓強輸出。該信號級具有低體積流率和低壓強輸出，并為期望的過程控制應用提供響應和控制特性。第二級，通常稱為放大器級，提供高氣動容量并響應于信號級的輸出，以在提供操作最終控制機構所必需的高輸出流速和/或壓強的同時實現(xiàn)期望的響應特性。這些設備中的許多無法提供與輸出信號成比例的控制動作和/或在操作過程中遭受諸如天然氣之類的供應氣體過多損耗。圖1和圖2說明了已知的直通動作兩級氣動控制設備1，該直通動作兩級氣動控制設備1包括反向動作信號級A，該反向動作信號級A包括耦接至反向動作放大器級B的信號級閥110，上述反向動作放大器級B具有放大器級繼動器10 (在下文中將更詳細地描述)。 在操作中，來自諸如與流體容器中(未圖示)的平衡浮子相連的聯(lián)接件之類的機械設備的輸入信號(諸如動作或移位)可被作用于信號級閥110的閥桿頂部135，由此向放大器級繼動器10發(fā)起氣動控制信號。然而，本領域普通技術人員應當理解，也可以從包括壓強信號和其它直通機械力的任何公知輸入得到輸入信號。放大器級B的放大器級繼動器10是美國專利4，974，625號記載的四模式氣動繼動器，其整體以參考方式納入本文。那些期望更詳細內容的可參見美國專利4，974，625。上述繼動器為使用者提供可供選擇的直通或反向連通以及正比或速動的操作模式。本領域的普通技術人員應當理解，直通或反向動作模式是指輸入信號與輸入信號的關系，例如，直通模式是指輸出信號隨輸入信號增加而增加。正比或速動模式是指輸出信號的響應，例如，正比是指輸出信號的改變實質上與輸入信號的改變呈線性，而速動是指輸出信號的改變與輸入信號的改變呈雙穩(wěn)態(tài)或非線性的。盡管美國專利4，974，625記載的氣動繼動器可提供四種模式，但圖1和圖2所說明的兩級氣動控制設備1卻不利地只能使用兩個模式的操作，即直通和反向連通/速動模式。這是由于兩級氣動控制設備1在放大器級繼動器10與信號級閥110之間提供非常小的反饋或成比例的力。也就是說，沒有特別的機制來反饋來自放大器級繼動器10的信號隔膜90的輸出壓強以補償施加在信號級閥110的閥桿頂部135上的輸入力。通常來說，控制設備1的放大器級繼動器10包括一系列輸入及輸出端口，這些端口與形成在放大器級繼動器10內的各自的腔連通。通過由使用者可進行選擇的開關來有選擇地控制不同的輸入與輸出端口之間的流體連通，單級放大器級繼動器10可提供多種前述的操作模式，以與不同的控制元件接口。參照圖2，為了在放大器級繼動器10中調節(jié)操作模式，輸入端口 11與腔15和輸出端口 12連通。壓強出口 17與腔16連通，輸入端口 13與腔18連通，輸出端口 14與腔20 連通，壓強出口 17可被連接至諸如閥和致動器組件(未圖示)之類的最終控制機構。圖1示出用于選擇不同操作模式的控制設備1的放大器級B的端口開關的剖視說明圖。第一及第二近似三角形的端口開關70和72被銷71和73分別樞軸安裝在放大器級繼動器10上。將端口開關70和72切開以展現(xiàn)各自的蜿蜒通道74和76，這些通道74和 76將來自壓強進口 78和壓強出口 17的放大器級繼動器10的不同的輸入與輸出端口氣動耦接，以提供交替的操作模式。如圖1所說明的，第一端口開關70位于可使輸入端口 13與壓強進入端口 78連通，且可使輸入端口 11朝大氣排氣。第二端口開關72示出為朝輸出端口 14排放。從美國專利4，974，625可以理解，上述開關構造將放大器繼動器級10設置在反向連通/速動模式下，其在與反向動作信號級閥110結合時，提供直通/速動氣動控制設備1。也就是說，腔88中的壓強降低使得罩組件59相對于圖2朝左移動，這便在壓強出口 17處提供加強的輸出壓強。因而，在增加的輸出信號使信號級閥110的桿頂部135移動的操作中，信號級閥110的反向動作模式使得通路82中的輸出壓強降低，最終使腔88中的壓強降低，以提供直通動作氣動控制設備1。用于控制設備1的交替開關配置將輸入端口 11耦接至壓強進入端口 78，且輸入端口 13被排氣至大氣中，且第二端口開關72被配置成將端口 14耦接至輸出端口 12。上述交替的配置將放大器級繼動器10設置在直通/速動模式下，因此，氣動控制設備1在反向連通/速動模式下操作。余下可能的用于放大器級繼動器10的開關配置均無法使得繼動器操作，這是由于在所描述的控制設備1的實施例中沒有出現(xiàn)反饋機構。如圖2所示，信號級閥110包括單個閥塞130、第一閥座120以及第二閥座122。在第一狀態(tài)下，第一塞端132沒有與第一閥座120接合，第二塞端134與第二閥座122接合。 在第二狀態(tài)下，第一塞端132與第一閥座120接合，第二塞端134沒有與第二閥座122接合。 在中間狀態(tài)下，塞端132和塞端134均沒有與各自的閥座120、122中的任意一個接合。在操作中，聯(lián)接件可對閥桿頂部135施加力，以使其朝放大器繼動器10或朝右 (參照圖1和圖2、移動。閥桿頂部135的朝右移動會使得信號級閥110的桿130移動，從而使第一塞端132和第二塞端134在中間狀態(tài)下同時從它們各自的第一及第二閥座120和 122分開。在上述分開的過程中，來自供應端口 85的諸如天然氣之類的供應氣體被經(jīng)由第二閥座122穿過閥桿頂部135排氣或排放至大氣。供應氣體向大氣的上述排氣通常被稱為轉移排放，其可能導致諸如天然氣之類的供應氣體過多損耗至大氣中。當桿130繼續(xù)朝右移動時，桿130最終使第一塞端132與第一閥塞120接合而使轉移排放停止，在信號級閥 110的貫通的反饋通道114和放大器級繼動器10的腔88內的流體壓強為大氣壓。腔88內的從供應氣體壓強至大氣壓的改變導致隔膜罩組件59因腔16中的彈簧 48而朝圖2的左邊移動。罩組件59包括閥座30和閥塞40。閥座30和閥塞40的向左移動使得閥塞38與閥座42接合，并停止供應氣體向輸出端口 12的輸送。隨著隔膜罩組件59 朝左移動，閥座30接著會朝遠離閥塞40的方向移動，從而使腔16中的流體壓強經(jīng)由T形開口流至腔18，以將流體壓強從腔16和18中排出。在操作兩級氣動控制設備1的過程中，當與放大器級繼動器10 —起使用信號級閥 110時，可提供對來自聯(lián)接件的輸入信號的靈敏度，還能提供天然氣的顯著的轉移排放。還應當理解，要減少轉移排放并維持兩級氣動控制設備1的大多數(shù)增益的一種方法便是將用于串行操作的兩個放大器級繼動器10耦接在一起。但將兩個放大器級繼動器10耦接在一起而形成串聯(lián)的設備會使成本增加并會使兩級氣動控制設備1較大。另外，在某些設計可為上述設備提供反饋力時，就可不那么令人滿意。一種途徑便是在單級閥Iio的桿130與閥體112之間設置隔膜。但是，隔膜必須在其內徑或是外徑上被夾在或是保持，這會導致更大的信號級，由此導致聯(lián)接件和平衡浮子需要不期望的改變。

發(fā)明內容
在此描述的示例性流體流量控制裝置包括信號級，該信號級具有信號級繼動器， 該信號級繼動器具有供應閥塞，該供應閥塞在第一端與閥座可操作地連接且在第二端與排氣座可操作地連接；以及密封件，該密封件可操作地與所述供應閥塞耦接，以使所述密封件提供反饋面積來對所述排氣座提供流體壓強反饋力。在另一實施例中，在此描述的兩級流體流量控制裝置包括具有成比例的輸出的信號級，該信號級包括信號級繼動器，該信號級繼動器包括具有與閥座相鄰的第一端和與排氣座相鄰的第二端的供應閥塞、適于將信號級耦接至控制設備的信號級輸入接頭，及用于朝向閥座或排氣座推動橫跨供應閥塞的承座載荷的裝置。放大器級，該放大器級包括經(jīng)由信號通道可操作地與信號級相連的放大器級，放大器級具有流體供應響應部件，該流體供應響應部件適于移動繼動器部件來提供放大后的流體供應輸出，以使橫跨閥座和排氣座的承座載荷的變化提供閥座與供應閥塞的第一端的預定接合或排氣座與供應閥塞的第二端的預定接合，來在信號級輸入接頭上提供放大器級相對于輸入信號的正比或速動以及直通或反向動作的輸出。在又一實施例中，在此描述的流體流量控制裝置包括具有成比例的輸出的信號級。該信號級包括信號級繼動器，該信號級繼動器包括供應端口、具有與閥座相鄰的第一端和與排氣座相鄰的第二端的供應閥塞、適于將信號級耦接至控制設備的信號級輸入接頭， 及用于朝向閥座或排氣座推動橫跨供應閥塞的承座載荷的裝置。包括放大器級繼動器的放大器級經(jīng)由信號通道可操作地與信號級連接。放大器級繼動器具有流體供應響應部件，該流體供應響應部件適于移動繼動器部件來提供放大后的流體供應輸出，使得橫跨信號級的供應閥塞的承座載荷的變化在打開信號級的閥座之前關閉信號級的排氣座，以實質上消除信號級的轉移泄漏。


圖1是圖2的兩級氣動控制設備的放大器級的端口開關的剖視說明圖。圖2是已知的兩級直通動作氣動控制設備的剖視圖。圖3是在靜態(tài)操作點上的示例性兩級直通動作氣動控制設備的剖視圖。圖4是帶有穩(wěn)壓調整器的示例性兩級氣動控制設備的剖視圖。圖5是示例性信號級的剖視圖。
具體實施例方式一般來說，在此描述的示例性裝置和方法可用作控制各種類型的流體流量過程中的流體流量。示例性流體流量控制裝置包括具有緊湊的、低排放信號級的兩級流體控制設備，該信號級具有成比例的輸出，以提高對流體流量的控制。另外，當在此描述的實施例與對用于工業(yè)處理工廠的產品流動的控制一起描述時，在此描述的實施例可以更一般地應用于各種不同目的的過程控制操作中。圖3是示例性直通動作兩級氣動控制設備200的剖視圖，該設備200包括具有信號級繼動器300的信號級和具有放大器級繼動器210的放大器級。直通動作信號級繼動器 300提供信號級C，直通動作放大器級繼動器210提供示例性兩級氣動控制設備200的放大器級D。放大器級D的放大器級繼動器210與美國專利4，974，625號公報記載的四模式氣動繼動閥和圖2中記載的放大器級繼動器10相似，均包括圖1中說明的端口開關70和72。 與圖2的放大器級繼動器10中的部件相同或相似的、圖3的放大器級繼動器210中的那些部件是在相同的附圖標記上加上200。如下文詳細描述，本領域普通技術人員應當理解，信號級繼動器300通過提供節(jié)流或正比動作來提高圖1和圖2中說明的先前所描述的兩級繼動器的操作，由此，在實質上減少與信號級閥110相關聯(lián)的轉移排放的同時允許使用在放大器級繼動器210中可利用的四個模式。操作的節(jié)流或正比動作/直通模式在下文中被描述成控制設備200的示例性操作。那些要求更多細節(jié)或說明的應參照美國專利4，974，625號公報，它在其中描述了與圖 3的放大器210相似的四模式氣動繼動閥的操作中的其它三個模式。參照圖3，信號級C的信號級繼動器300包括繼動器主體312，該繼動器主體312 具有貫通的反饋通道314 ；橫向端口 316 ；進口 318 ；第一閥座320 ；以及第二閥座322。第二閥座322位于具有與貫通的反饋通道314的內表面317接合且密封的密封件或0形環(huán)3 的排氣座325上。如下文更詳細描述，0形環(huán)3 提供了有效面積，在該有效面積上，信號級繼動器300的反饋通道314中的流體壓強可用來產生反饋力，以在控制設備200中提供節(jié)流或正比動作。應當理解，在節(jié)流或正比模式下的靜態(tài)點上，閥塞330、240和238處于“關閉”位置。也就是說，關閉位置意味著閥與閥座“實質上接觸”。然而，本領域技術人員應當理解， 對于這樣的閥座表面，例如對金屬間的閥座配置而言，在處于關閉位置且使用有限的承座載荷，已知這種閥座配置能泄漏較少量的流體(即、非不起泡的)。在閥座上的這種泄漏會產生流體流動，以在操作中提供氣動控制設備的節(jié)流動作。也就是說，與閥實質上與閥座接觸或不接觸的速動的操作不同，節(jié)流或正比模式部分地由相應的承座載荷中的變化限定， 以修正通過繼動器部件的壓強平衡。該變化的承座載荷使得在靜態(tài)操作中提供對閥座泄漏的修正，以與供應輸入和傳感器反饋成比例地改變通過信號級C和放大器級D的壓強平衡。 還應當理解，具有足夠硬度的其它結構材料均能在操作中實現(xiàn)相似的泄漏流量。如圖3所示，排氣座325具有輸入接頭327，并被端帽3 保持在貫通的反饋通道 314內。供應閥塞330位于貫通的反饋通道314內，并包括與第一閥座320相鄰(例如緊靠)的第一塞端332和與第二閥座322相鄰(例如緊靠)的第二塞端334。排氣座325包括容納有彈簧340的肩部336。彈簧340還與肩部313接合，以推動排氣座325與端帽3 接合而遠離第二塞端334。第二彈簧344與閥體肩部315和第一塞端332接合，以推動第一塞端332與第一閥座320接合。信號級繼動器300位于放大器級繼動器210的端蓋236中的開口觀0內。端蓋 236包括信號通道觀2，該信號通道282將信號級繼動器300的橫向端口 316與由位于端蓋 236和中間部分239之間的信號隔膜290部分限定的信號腔288耦接。端蓋236還包括供應端口觀5，該供應端口 285將供應氣體送至信號級繼動器300的進口 318。在靜態(tài)操作模式下，第一塞端332與第一閥座320接觸，第二塞端334與第二閥座 322接觸。供應氣體經(jīng)由供應端口 285和進口 318被送至信號級繼動器300。第一閥塞332 以足夠的承座載荷承座在第一閥座320，以使供應氣體實質上避免通過第一閥座320，第二塞端334的承座載荷承座在排氣座325的第二閥座322上，因而使得供應氣體實質上避免從排氣座325排出。然而，如上所述，在節(jié)流或正比模式下，在靜態(tài)操作點上，第一塞端322 和第二塞端334均在與各自的閥座320和322接合時，實質上阻止流體流動，并只出現(xiàn)泄漏流量。微少的泄漏產生通過信號級C和放大器級D的成比例的、變動的壓強平衡，以與供應流體成比例地修正各自的承座載荷，在供應流體中，反饋力通過與流體容器(未圖示)中的平衡浮子(displacer)相連的聯(lián)接件而耦接。輸入信號可得自任何一種公知的包括壓強信號和直通機械力的輸入。例如，在圖3中，示出供應閥塞330在其最左邊的位置上與第一閥座320接觸。在諸如液位控制應用之類的操作中，通過流體容器內的流體對平衡浮子施加浮力，輸入件或機械聯(lián)接件對排氣座325的輸入接頭327提供輸入力。輸入力或信號增加流過第一閥座 320的泄漏流量。上述動作也使第二閥座322的承座載荷與第二塞端334密封接合，并減少經(jīng)由反饋通道314流至大氣中的泄漏流量，然后使第一塞端332增加來自第一閥座320的泄漏流量，由此使有限量的供應氣體進入反饋通道314。隨后，來自供應端口 285的供應氣體流過進口 318、第一閥座320，經(jīng)由反饋通道 314流至橫向端口 316、信號通道282和信號腔觀8，而作用于信號隔膜290上。供應氣體的壓強使得由信號隔膜290和隔膜罩組件259供應的力增加，由此使得從閥塞240作用于閥座230上的承座載荷增加，以減少它們之間的泄漏流量。上述壓強也作用于0形環(huán)326的內表面317上，從而在聯(lián)接件上施加負的反饋力，以從控制設備200提供成比例的輸出。也就是說，在和聯(lián)接力相反的方向上施加與信號通道觀2內的壓強與0形環(huán)326的有效密封面積(即，由內表面317限定的0形環(huán)的橫截面積)的乘積相等的力。當聯(lián)接件將輸入信號送至輸入接頭327時，第一塞端322與第一閥座320之間的承座力消失或減少，由此使供應至信號腔觀8的供應氣體壓強增加。放大器級D的放大器
8級繼動器200具有可調節(jié)為正比/直通操作的端口開關(未圖示)。由此，供應氣體被施加至輸入端口 211和腔215。腔216和輸出端口 217被耦接至最終控制設備。只要通過閥塞 238實質上減少了流過閥座M2的泄漏流量，以避免腔216和輸出端口 217中的壓強增加， 便可將供應氣體包括在腔215內。當信號腔觀8中的壓強增加，則由信號隔膜290和隔膜罩組件259產生的力使得橫跨閥座230的承座載荷增加。若橫跨塞組件237的閥座230和閥塞MO的承座載荷增加，則橫跨閥座242和塞238的承座載荷減少。橫跨閥座242和塞 238的承座載荷的減少使得從腔215實質上進入腔216的泄漏流量增加。流量和壓強的增加通過壓強出口 217傳遞至最終控制設備內。繼續(xù)進行操作，當?shù)谝蝗?32和第一閥座320的承座載荷減少時，反饋通道314 中的供應氣體作用于排氣座325上，以抵消通過聯(lián)接件施加至輸入接頭327的輸入信號，并提供成比例的供應氣體壓強的量至信號腔觀8。在穩(wěn)態(tài)時，放大器級繼動器210的閥座230 與閥塞240接觸，閥座242與閥塞238接觸且承座載荷平衡，由此，壓強出口 217和最終控制設備處的輸出壓強在輸入接頭327處與輸入信號成比例。若輸入接頭327處的輸入信號減少，由隔膜罩組件259提供的力減少，由此，在閥塞238與閥座242之間的承座載荷增加，而閥座230與閥塞240之間的承座載荷減少。在這種狀態(tài)下，閥座230與閥塞240之間的泄漏量使得腔216中的供應氣體經(jīng)由T形開口 232 流入腔218，并經(jīng)由朝大氣敞開的輸入端口 213排出。輸入接頭327處的輸入信號的改變使得放大器級繼動器210處于一個新的穩(wěn)態(tài)狀態(tài)，其中壓強出口 217處的輸出壓強與輸入信號直接成比例。在操作過程中，當輸入接頭327處的輸入力減少時，第二閥座322處的承座載荷減少，供應閥塞330被略微負載。也就是說，供應閥塞330的第一塞端332和第一閥座320處的承座載荷增加以使流過第一閥座320的供應氣體的泄漏流量減少。排氣座325處的第二閥座332和供應閥塞330的第二塞端334處的承座載荷減少。承座載荷的減少允許信號腔觀8、信號通道觀2、橫向端口 316和反饋通道314中的供應氣體經(jīng)由第二閥座322排放至大氣。信號級繼動器300使得示例性兩級氣動控制設備200具有高增益、低轉移排放和能實現(xiàn)許多優(yōu)點的四模式操作。例如，彈簧340用于克服由密封件或0形環(huán)3 產生的摩擦力，并用于保持或維持輸入接頭327與輸入聯(lián)接件接觸，由此確保在聯(lián)接件的操作過程中不會出現(xiàn)操作的死區(qū)。換言之，輸入接頭327與輸入聯(lián)接件接觸，以使彈簧340的偏置力能實質上維持輸入聯(lián)接件與輸入接頭327之間的接觸，由此實質上消除輸入聯(lián)接件動作與排氣座325動作之間的死區(qū)。由示例性兩級氣動控制設備200提供的高增益四模式的操作消除了使用兩級連續(xù)排列式放大器級繼動器210來提供高增益或是使用排氣座325與閥體 312之間的隔膜來提供反饋力的需要。使用密封件或0形環(huán)326(即、與使用隔膜不同)來提供對排氣座325的供應氣體壓強反饋力可使信號級繼動器300具有較小的直徑，進而具有小且緊湊的尺寸。它也使得示例性兩級氣動控制設備置200可與流體容器中的較小的平衡浮子和較輕的流體一起使用，由此使流體容器的成本最小化。示例性兩級氣動控制設備200利用放大器級繼動器210的彈簧M4、248和信號級繼動器300的彈簧344、340來輔助控制流經(jīng)或流過各自的閥座242、230、320和322的供應氣體的流量。其結果是，示例性兩級氣動控制設備200可作用在包括水平、垂直、帶有不抵償重力作用的角度的任何方向上。本領域技術人員也應當理解，還可通過改變信號級繼動器300的反饋通道314的內徑和密封件或0形環(huán)326的外徑來調節(jié)由0形環(huán)326的有效面積表現(xiàn)的反饋面積。也就是說，可快速地將信號級繼動器外殼312和密封件或0形環(huán)3 改變或更換成可更換單級模塊，該單級模塊提供預定的反饋面積來適用于諸如水、冷凝物或界面物之類的不同類型的服務，它們可提供或施加不同的聯(lián)接力。例如，對于可提供較大的浮力的應用(即、對應于具有大約1. 0比重的流體)，例如水，更優(yōu)選例如相對較大的反饋面積(例如0. 1080平方英寸)。稍小的反饋面積(例如0.0625平方英寸)可適用于提供中等的浮力的應用(即、 對應于具有大約0.8比重的流體)，例如油，而非常小的反饋面積(例如0. 036平方英寸) 可優(yōu)選適用于具有較小的浮力的應用(即、對應于具有大約0.1個差分比重的流體)的油水界面。具體來說，本領域普通技術人員應當意識到，由于在這些不同的應用中不需要修正或更換液位和平衡浮子，因此上述特征為使用者帶來對液位控制應用的改進配置和校準場
旦
ο圖3所示的示例性兩級氣動控制設備200可在通常操作中提高非常高的增益 (即、增高的響應性)和非常低的氣體消耗。然而，在某些應用中，這樣高的增益或響應性可產生對機械振動的易感性，上述機械振動可引起控制上的不穩(wěn)定。上述不穩(wěn)定通常是由氣動控制器設備的信號級對控制器聯(lián)接件快速地施加反饋力引起的。圖4的示例性氣動控制設備401可通過1)獨立地控制對信號級繼動器的壓強、幻減少信號級繼動器的反饋面積來實質上減少這種易感性。參照圖4，示出示例性兩級氣動控制設備401的剖視說明圖，該兩級氣動控制設備 401具有信號級E和放大器級F，它們包括穩(wěn)壓調節(jié)器500和510。穩(wěn)壓調節(jié)器500和510 獨立地將供應空氣經(jīng)由信號供應壓強進口 485和放大器供應壓強進口 411提供至信號級繼動器410和放大器級繼動器420。應當理解，這種穩(wěn)壓調節(jié)器500和510可在信號級E和放大器級F —體形成，或是這種調節(jié)器可在信號級E和放大器級F的外部。可選地，應當理解，穩(wěn)壓調節(jié)器500可位于穩(wěn)壓調節(jié)器510的下游。示例性設備的信號級繼動器410和放大器級繼動器420除了在穩(wěn)壓調節(jié)器500和510對每個級、信號級E和放大器級F提供獨立的壓強供應來增強設備的穩(wěn)定性并提高整體的氣動控制設備性能這點之外，基本起到圖 3中所示的前述示例性兩級氣動控制設備200的作用。例如，信號級壓強調節(jié)器500可被設定成8psig，而放大器級壓強調節(jié)器510可被設定成35psig。一般來說，信號級E被設定為比放大器級的壓強低的壓強。也就是說，信號級壓強可被設定在最小操作點上，以操作放大器級F。較低的信號級壓強可在以下方面提高氣動控制設備的穩(wěn)定性和性能1)較低的信號級供應壓強直接減少可由信號級繼動器410產生的反饋力(即、力=壓強X面積)；2) 較低的壓強直接減少信號級繼動器410消耗的氣體。另外，圖5說明進一步提高氣動控制設備性能的信號級610。也就是說，通過與圖 4的示例性氣動控制設備的低信號級壓強結合，本示例性信號級610具有可進一步降低作用于傳感器上的反饋力的減小的反饋面積。示例性信號級繼動器610包括具有比反饋通道 614小的內徑的繼動器主體612和/或圖3中所示的示例性氣動控制設備200的前述的繼動器主體312。也相應地減少反饋通道614的直徑，以使其與密封件或0形環(huán)6 密封接合。如前所述，反饋通道614中的流體壓強作用于內表面617和密封件或0形環(huán)擬6上，以對聯(lián)接件施加負的反饋力，來從控制設備中提供成比例的輸出。其結果是，變小后的反饋面積對耦接至氣動控制設備的傳感器提供減少的反饋力。低壓信號級與減小的反饋面積的信號級的結合可提高反饋傳感器在高增益下的設備穩(wěn)定性。通過以規(guī)定的方式控制反饋面積并將信號級壓強配置成獨立于放大器級壓強，氣動控制設備可適于用于多種類的移位型液位控制器。綜上所述，應當理解，在此描述的示例性設備實質上消除設置有兩級氣動繼動器的控制設備的轉移排放，該兩級氣動繼動器在供應端口打開之前主動地關閉排氣端口。另外，信號級繼動器的密封件或0形環(huán)提供足夠的負反饋面積，以在提供增加的增益來提高整個系統(tǒng)性能的同時對抗或抵消在節(jié)流或正比方式下作用于信號級繼動器上的液位力。盡管在此描述了確定的示例性裝置，但本發(fā)明的覆蓋范圍不局限于此。恰恰相反， 本發(fā)明覆蓋字面上或是按照等同原則落入隨附的權利要求書的范圍中的所有方法、裝置和產品。
權利要求
1.一種流體流量控制裝置，包括信號級，該信號級具有信號級繼動器，該信號級繼動器具有供應閥塞，該供應閥塞在第一端上與閥座可操作地相聯(lián)且在第二端上與排氣座可操作地相聯(lián)；以及密封件，該密封件被可操作地耦接至所述供應閥塞，以使所述密封件提供反饋面積來向所述排氣座施加流體壓強反饋力。
2.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括用于朝向所述閥座或所述排氣座推動橫跨所述供應閥塞的承座載荷的裝置。
3.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，彈簧被可操作地耦接至所述供應閥塞，以克服由所述密封件產生的摩擦力。
4.如權利要求3所述的裝置，其特征在于，所述排氣座包括與輸入聯(lián)接件接觸的輸入接頭，以使所述彈簧的偏置力維持所述輸入聯(lián)接件與所述輸入接頭之間的接觸，由此實質上減少輸入聯(lián)接件動作與排氣座動作之間的死區(qū)。
5.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述流體壓強反饋力與所述信號級輸出壓強成比例。
6.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，還包括信號級繼動器外殼，以使所述信號級繼動器外殼與所述密封件限定信號級模塊，該信號級模塊提供適于與預定的聯(lián)接力一起操作的預定反饋面積。
7.如權利要求1所述的裝置，其特征在于，所述信號級提供節(jié)流模式。
8.如權利要求7所述的裝置，其特征在于，在所述節(jié)流模式中的在靜態(tài)點上，所述供應閥塞的第一端實質上與所述閥座接觸，并且所述供應閥塞的第二端實質上與所述排氣座接觸。
9.一種兩級流體流量控制裝置，包括具有成比例的輸出的信號級，該信號級包括信號級繼動器，該信號級繼動器包括具有與閥座相鄰的第一端和與排氣座相鄰的第二端的供應閥塞、適于將所述信號級耦接至控制設備的信號級輸入接頭，及用于朝向所述閥座或所述排氣座推動橫跨所述供應閥塞的承座載荷的裝置；以及放大器級，該放大器級包括經(jīng)由信號通道可操作地與所述信號級相連的放大器級繼動器，所述放大器級具有流體供應響應部件，該流體供應響應部件適于移動繼動器部件來提供放大后的流體供應輸出，以使橫跨所述閥座和所述排氣座的所述承座載荷的變化提供所述閥座與所述供應閥塞的所述第一端的預定接合或所述排氣座與所述供應閥塞的所述第二端的預定接合，來在所述信號級輸入接頭上提供所述放大器級相對于輸入信號的正比或速動以及直通或反向動作的輸出。
10.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，承座載荷的所述變化提供在所述信號級的穩(wěn)態(tài)操作時的對閥座泄漏或排氣座泄漏的調節(jié)，以在所述信號級輸入接頭處與傳感器信號成比例地調節(jié)通過所述信號級和所述放大器級的壓強平衡。
11.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述信號通道中的流體壓強作用于信號級 0形環(huán)的內表面上，以施加負的反饋力來提供所述放大器級的所述成比例的輸出。
12.如權利要求11所述的裝置，其特征在于，與信號級輸入接頭上的輸入力相反地施加等于在所述信號通道中的壓強與由所述信號級0形環(huán)的所述內表面限定的有效密封面積的乘積的力。
13.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，第一穩(wěn)壓調節(jié)器對所述信號級提供流體供應，第二穩(wěn)壓調節(jié)器對所述放大器級提供流體供應。
14.如權利要求9所述的裝置，其特征在于，所述信號級提供節(jié)流模式。
15.如權利要求14所述的裝置，其特征在于，在所述節(jié)流模式中的靜態(tài)點上，所述供應閥塞的所述第一端實質上與所述閥座接觸，所述供應閥塞的所述第二端實質上與所述排氣座接觸。
16.一種兩級流體流量控制裝置，包括具有成比例的輸出的信號級，該信號級包括信號級繼動器，該信號級繼動器包括供應端口、具有與閥座相鄰的第一端和與排氣座相鄰的第二端的供應閥塞、適于將所述信號級耦接至控制裝置的信號級輸入接頭及用于朝向所述閥座或所述排氣座推動橫跨所述供應閥塞的承座載荷的裝置；以及放大器級，該放大器級包括經(jīng)由信號通道可操作地與所述信號級相連的放大器級繼動器，所述放大器級繼動器具有流體供應響應部件，該流體供應響應部件適于移動繼動器部件來提供放大后的流體供應輸出，其中，橫跨所述信號級的供應閥塞的所述承座載荷的變化在打開所述信號級的所述閥座之前關閉所述信號級的所述排氣座，以實質上消除所述信號級的轉移泄漏。
17.如權利要求16所述的裝置，其特征在于，在所述節(jié)流模式中的靜態(tài)點上，所述供應閥塞的所述第一端實質上與所述閥座接觸，所述供應閥塞的所述第二端實質上與所述排氣座接觸。
18.如權利要求16所述的裝置，其特征在于，密封件可操作地耦接至所述供應閥塞， 以使所述密封件至少部分地限定反饋面積，該反饋面積會對所述排氣座產生流體壓強反饋力。
19.如權利要求18所述的裝置，其特征在于，彈簧被可操作地耦接至所述供應閥塞，以克服由所述密封件產生的摩擦力。
20.如權利要求18所述的裝置，其特征在于，所述流體壓強反饋力與所述信號級輸出壓強成比例。
21.如權利要求19所述的裝置，其特征在于，所述排氣座包括與輸入聯(lián)接件接觸的輸入接頭，以使所述彈簧的偏置力維持所述輸入聯(lián)接件與所述輸入接頭之間的接觸，由此實質上消除輸入聯(lián)接件動作與排氣座動作之間的死區(qū)。
全文摘要
一種控制流體流量的裝置。在此描述的示例性流體流量控制裝置包括信號級，該信號級具有信號級繼動器，該信號級繼動器具有供應閥塞，該供應閥塞在第一端與閥座可操作地連接且在第二端與排氣座可操作地連接；以及密封件，該密封件可操作地與所述供應閥塞耦接，以使所述密封件提供反饋面積來對所述排氣座提供流體壓強反饋力。
文檔編號F15B13/04GK102239336SQ200980148963
公開日2011年11月9日 申請日期2009年12月3日 優(yōu)先權日2008年12月5日
發(fā)明者M·K·洛夫爾 申請人:費希爾控制國際公司