專(zhuān)利名稱(chēng)：改進(jìn)的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及各種壓縮氣體的壓力調(diào)節(jié)器，特別涉及用于壓縮氣體或液化天然氣之類(lèi)氣體燃料的壓力調(diào)節(jié)器。
現(xiàn)有技術(shù)內(nèi)燃機(jī)中日益普遍使用丙烷或天然氣之類(lèi)的所謂的代用燃料。常常把這類(lèi)內(nèi)燃機(jī)改裝成可使用兩種或兩種以上的燃料，例如汽油和天然氣；從而操作者可視這些燃料的來(lái)源情況和價(jià)格在其中選用。
幾乎所有這類(lèi)車(chē)輛制造成只能使用汽油，然后改裝成可使用兩種或兩種以上燃料。車(chē)輛中裝有汽油油箱、把汽油從油箱送到發(fā)動(dòng)機(jī)的油泵以及把燃料和一定量的燃燒空氣噴入發(fā)動(dòng)機(jī)中的汽化器或燃料噴嘴。
丙烷和天然氣之類(lèi)的氣體燃料必須存儲(chǔ)在加壓罐中而把氣體壓縮成可使用的體積。把油罐的壓力提高到最高安全壓力可提高油罐的儲(chǔ)油量從而提高車(chē)輛的行駛距離。油罐壓力一般為2000-5000psig。
內(nèi)燃機(jī)無(wú)法在這樣高的壓力下工作，因此燃?xì)鈮毫Ρ仨毥档偷桨l(fā)動(dòng)機(jī)可安全工作的大小。
壓力在降低時(shí)還必須予以調(diào)節(jié)以確保即使在油罐壓力下降時(shí)進(jìn)入發(fā)動(dòng)機(jī)的燃?xì)鈮毫θ员３植蛔?。同時(shí)，壓力調(diào)節(jié)還必須讓油罐輸出盡可能多的燃?xì)鈴亩褂凸薜膲毫档偷奖M可能接近工作壓力。若壓力調(diào)節(jié)器上的壓力差太大，油罐中的殘油就多，從而發(fā)動(dòng)機(jī)無(wú)法利用。
具有一級(jí)或多級(jí)降壓的現(xiàn)有壓力調(diào)節(jié)器是公知的并早就被用來(lái)降低和調(diào)節(jié)壓縮氣體的壓力。其中有一些稱(chēng)為壓力平衡調(diào)節(jié)器，它們使用各種布置的彈簧、膜片和機(jī)加工部件來(lái)平衡壓力調(diào)節(jié)器各級(jí)的壓力和流率。
例如，1957年6月4號(hào)授與F.J.Warner等人的美國(guó)專(zhuān)利No.2,794,321公開(kāi)了一種據(jù)說(shuō)可用來(lái)降低和調(diào)節(jié)丙烷之類(lèi)用作內(nèi)燃機(jī)燃料的燃料的壓力。
某些壓力調(diào)節(jié)器、例如常用于氧氣或乙炔之類(lèi)壓縮氣氣罐的壓力調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成容許操作者調(diào)節(jié)每一級(jí)上的壓力降。其他壓力調(diào)節(jié)器、例如一般用在燃料供應(yīng)裝置中的壓力調(diào)節(jié)器是預(yù)設(shè)好的，因此不容許操作者進(jìn)行調(diào)節(jié)或只容許操作者作“微調(diào)”，雖然指定的維修人員可作大范圍的調(diào)節(jié)。
現(xiàn)有壓力調(diào)節(jié)器存在著若干本發(fā)明壓力調(diào)節(jié)器要加以克服的缺點(diǎn)。
主要問(wèn)題之一稱(chēng)為“低落”，即調(diào)節(jié)器的輸出不穩(wěn)定。這一不穩(wěn)定性隨燃料流率和儲(chǔ)罐中的壓力而變并由于現(xiàn)代車(chē)輛中常用的燃料噴嘴須燃料壓力保持不變而造成問(wèn)題。原先提出的辦法是使用溫度和壓力傳感器檢測(cè)燃料溫度和壓力的變動(dòng)而(對(duì)發(fā)動(dòng)機(jī)的運(yùn)行)作出合適的調(diào)整。
另一個(gè)問(wèn)題是“蠕升”，即調(diào)節(jié)器中的壓力以及當(dāng)噴嘴關(guān)閉時(shí)調(diào)節(jié)器下游的壓力升高。這一壓力升使得噴嘴無(wú)法克服調(diào)節(jié)器的比所需值要高的輸出壓力而很難打開(kāi)。
這一零流率壓力升常常會(huì)造成調(diào)節(jié)器漏油。
送到一壓力調(diào)節(jié)器的燃料的流率一般由一可由車(chē)輛駕駛員僅在點(diǎn)火之前打開(kāi)的螺線(xiàn)管控制閥控制。螺線(xiàn)管控制閥一般克服罐壓而打開(kāi)一引導(dǎo)活塞而使下游壓力與上游壓力平衡。當(dāng)這兩個(gè)壓力接近平衡時(shí)，主活塞打開(kāi)而讓燃料無(wú)所阻擋地流過(guò)該閥。在現(xiàn)有調(diào)節(jié)組件中，燃料噴嘴要達(dá)到所需工作壓力得花幾秒的時(shí)間。若車(chē)輛駕駛員等不及就點(diǎn)火，車(chē)輛就無(wú)法正確起動(dòng)或根本起動(dòng)不了。
本發(fā)明提供一種改進(jìn)的螺線(xiàn)管，它可不管儲(chǔ)罐中的壓力高低而迅速打開(kāi)，從而使調(diào)節(jié)器幾乎立即就達(dá)到工作壓力。
本發(fā)明的改進(jìn)的壓力調(diào)節(jié)器的優(yōu)點(diǎn)還有在加燃料之前所能達(dá)到的最低罐壓降低；改進(jìn)的模塊設(shè)計(jì)使得該調(diào)節(jié)器可以多種位置和方向安裝；過(guò)濾器的改進(jìn)設(shè)計(jì)使得該過(guò)濾器上的壓力降減小并使該過(guò)濾器更容易清洗或更換。本發(fā)明改進(jìn)的壓力調(diào)節(jié)器包括一可用塑料或其他廉價(jià)、防腐蝕材料以便宜的壓鑄之類(lèi)技術(shù)制造的新穎減壓閥。
本發(fā)明的公開(kāi)本發(fā)明提供一種調(diào)節(jié)以天然氣為動(dòng)力的車(chē)輛中所使用的天然氣之類(lèi)的壓縮氣體的壓力的兩級(jí)調(diào)節(jié)器。本發(fā)明壓力調(diào)節(jié)器為適用于初始設(shè)備制造廠和修配另部件的堅(jiān)固、緊湊、高流率、低“低落”、低壓力降和低“蠕升”的調(diào)節(jié)器。它可獨(dú)立使用，也可與第三級(jí)配合而形成三級(jí)調(diào)節(jié)器，例如用來(lái)調(diào)節(jié)汽化裝置的燃料壓力的大氣壓(或零壓差)型調(diào)節(jié)器。它特別可應(yīng)用于單燃料、雙燃料和二元燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。
本發(fā)明兩級(jí)調(diào)節(jié)器由其上裝配著該調(diào)節(jié)器的所有部件的一底座(調(diào)節(jié)器底座)構(gòu)成，這些部件包括第一和第二級(jí)調(diào)節(jié)器彈簧塔、一減壓閥彈簧塔、一過(guò)濾組件、一螺線(xiàn)管操縱高壓閥和一可有可無(wú)的罐壓傳感器。在該底座中比方說(shuō)用機(jī)加工而成的管道供冷卻液或其他流體流過(guò)該底座而控制該壓力調(diào)節(jié)器的溫度從而控制流過(guò)該調(diào)節(jié)器的流體的出口溫度。
該調(diào)節(jié)器的部件的新穎設(shè)計(jì)使得該調(diào)節(jié)器可實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。
本發(fā)明的改進(jìn)的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器提供了一種平衡的設(shè)計(jì)而使壓力輸出的變動(dòng)最小。在基于彈簧-膜片的現(xiàn)有調(diào)節(jié)器中，許多變數(shù)影響著輸出壓力，包括調(diào)節(jié)器的輸入壓力；輸出流率；膜片的特征和特性，包括其有效面積和強(qiáng)度；基準(zhǔn)壓力；孔的面積和形狀；針?biāo)ǖ拿娣e和形狀；彈簧剛度以及工作溫度。
使調(diào)節(jié)器的各部件取得平衡可減少這些因素中某些因素的影響。使針?biāo)ㄈ〉闷胶饪上斎雺毫Φ挠绊懀斎雺毫κ窃斐蓻Q定著輸出壓力的轉(zhuǎn)移功能“低落”的第一位或第二位的原因。因此，使調(diào)節(jié)器取得平衡即可用小得多的調(diào)節(jié)器達(dá)到任何給定的“低落”水平。小的調(diào)節(jié)器比大的調(diào)節(jié)器反應(yīng)快、制造成本低。
本發(fā)明兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器的改進(jìn)設(shè)計(jì)使用兩個(gè)反繞的彈簧來(lái)提高調(diào)節(jié)器的穩(wěn)定性和反應(yīng)性并從而可使用更小的彈簧塔。調(diào)節(jié)器的設(shè)計(jì)要在比方說(shuō)下列這些互相影響的因素之間取得平衡大小、成本、“低落”、流量、輸出壓力、反應(yīng)時(shí)間、穩(wěn)定性、可靠性、堅(jiān)固性和外觀。
舉例說(shuō)，孔的大小、膜片面積、“低落”水平、膜片基準(zhǔn)壓力、彈簧剛度和兩個(gè)反繞彈簧的相互配合可使若干關(guān)鍵部件的大小減小70％，從而提高瞬時(shí)反應(yīng)并降低單件成本和包裝大小。
調(diào)節(jié)器的第一級(jí)和第二級(jí)都設(shè)計(jì)成減小運(yùn)動(dòng)件的質(zhì)量，從而減小這些部件在工作時(shí)的慣性，從而調(diào)節(jié)器對(duì)工作條件的變動(dòng)能作出更快的反應(yīng)。這兩級(jí)都使用兩個(gè)反繞彈簧來(lái)減小彈簧常數(shù)以及所需的彈簧塔的高度。如下所述，這可降低“低落”或工作壓力的不穩(wěn)定性。第一級(jí)除了針?biāo)ㄖ獾乃胁考伎捎娩X或具有合適強(qiáng)度和熱沖擊特性的輕型材料制成。
第一級(jí)和第二級(jí)都使用一卷起的膜片(最好是如下所述的“高頂黑色大禮帽”形狀)而使膜片的有效面積在膜片的整個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍內(nèi)保持不變。
本發(fā)明的卷起膜片比平直膜片更耐用、制造裕量更大并且在很大程度上消除了平直膜片的滯后效應(yīng)。這種形狀的膜片具有極長(zhǎng)的工作壽命、良好的冷天性能和強(qiáng)度。
在本發(fā)明調(diào)節(jié)器中，第一級(jí)彈簧塔與環(huán)境隔離而以第二級(jí)為基準(zhǔn)?？梢钥吹?，由于第一級(jí)壓力的±10％的變動(dòng)對(duì)調(diào)節(jié)器的輸出壓力造成的變動(dòng)可以忽略不計(jì)，因此第一級(jí)無(wú)需外部壓力調(diào)節(jié)裝置。
第一級(jí)和第二級(jí)都包括一針?biāo)ńM件，它構(gòu)作成可消除現(xiàn)有調(diào)節(jié)器中不時(shí)會(huì)有的漏油路徑(即從針?biāo)?、膜片、膜片止檔組件內(nèi)到彈簧塔內(nèi))。每一針?biāo)ㄓ幸豢煞乐?形環(huán)或其他密封件損壞的扣入組件。針?biāo)ㄓ媒?jīng)得住它所受到的壓力和腐蝕作用的材料制成，需要時(shí)用一密封件與上游壓力有效隔絕。第一級(jí)的針?biāo)捎?Zytel之類(lèi)的)硬塑料密封材料制成，從而防止針?biāo)ㄔ谑褂孟鹉z密封時(shí)會(huì)發(fā)生的高壓上超咬合。針?biāo)ㄇ蝗^的底座上有一0形環(huán)而無(wú)需擴(kuò)大凸臺(tái)，螺紋深度設(shè)定成可承受大于20,000psi的壓力。在本發(fā)明一實(shí)施例中，第二級(jí)針?biāo)芊饪墒褂媚Ｖ葡鹉z密封，因?yàn)樵撁芊馑艿降淖罡吖ぷ鲏毫H為250psig，從而該材料是否會(huì)造成高壓上超咬合無(wú)關(guān)緊要。在壓力較低的第二級(jí)中使用較軟的材料可大大降低零流量“蠕升”。
如下文要詳述的，第二級(jí)調(diào)節(jié)器的構(gòu)造與第一級(jí)基本相同，只是針?biāo)芊獾牟贾煤蛷椈伤Y(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)有所不同。在圖6所示本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例中，第二級(jí)針?biāo)芊馐褂靡荒Ｖ葡鹉z密封，因?yàn)榕c第一級(jí)中的密封不同，該密封所受到的最大壓力僅為250psig，從而是否造成高壓上超咬合無(wú)關(guān)緊要。這一做法大大降低了零流量“蠕升”(靜止時(shí)的壓力升)，因?yàn)樗穆┯同F(xiàn)象要比使用(該優(yōu)選實(shí)施例的第一級(jí)所使用的Zytel牌材料那樣的)硬塑料密封時(shí)輕。第二級(jí)彈簧塔包括一可調(diào)節(jié)第二級(jí)的壓力、從而調(diào)節(jié)該調(diào)節(jié)器在單獨(dú)使用時(shí)的輸出壓力的壓力調(diào)節(jié)螺釘以及一可在廠中調(diào)節(jié)好第二級(jí)后裝配其上的安全塞。
第一和第二級(jí)的彈簧塔都可用常見(jiàn)緊固件(機(jī)制螺釘)或鎖緊螺紋圈那樣的現(xiàn)有部件安裝到底座上。
(由第二級(jí)的不同輸入壓力造成的)種種壓力不平衡會(huì)在第一級(jí)中引起較高的“低落”，但這可在第二級(jí)中得到矯正。
本發(fā)明壓力調(diào)節(jié)器裝有一可在第一級(jí)萬(wàn)一失靈時(shí)起作用的減壓閥。若出現(xiàn)失靈，進(jìn)入第二級(jí)的氣體壓力要比正常值高得多。為防止第二級(jí)和其他下游部件受這一高壓的影響，在第一級(jí)與第二級(jí)之間設(shè)置一由一小質(zhì)量活塞、一減壓閥彈簧和一減壓閥塔構(gòu)成的減壓閥。該閥設(shè)計(jì)成環(huán)繞該活塞的一環(huán)形面積等于減壓閥孔的面積。這使得減壓閥中的壓力一旦達(dá)到預(yù)定值(設(shè)定點(diǎn))該釋放壓力就作用在更大的面積上，然后活塞脫離其活塞座而釋放該壓力，從而把活塞打得更開(kāi)而立即釋放壓力?？梢钥闯?，無(wú)需對(duì)這一預(yù)設(shè)壓力進(jìn)行任何外部調(diào)節(jié)，因?yàn)樵撛O(shè)定點(diǎn)容許有±5％的變動(dòng)而使該調(diào)節(jié)器得到充分保護(hù)。
減壓閥塔用穿過(guò)減壓閥塔的底座上的一法蘭的機(jī)制螺絲之類(lèi)的任何現(xiàn)有部件緊固到調(diào)節(jié)器上。該閥可用鋁或黃銅之類(lèi)的防腐蝕材料以便宜的模鑄技術(shù)或常見(jiàn)的機(jī)加工方法制成。
減壓閥的出口可通向大氣、通向一集氣室或回收室。
調(diào)節(jié)器主體中設(shè)計(jì)有一流控傳感器插孔供用來(lái)測(cè)量罐壓的一可有可無(wú)的流控傳感器插入。一壓力計(jì)接口把該口連接到高壓螺線(xiàn)管下游的高壓鉆孔而局部限制“瞬時(shí)”螺線(xiàn)管打開(kāi)時(shí)發(fā)生的快速壓力升(從而減小該傳感器中的滑動(dòng)片和密封速度)。因此，該流控傳感器僅當(dāng)螺線(xiàn)管通電時(shí)才加壓，螺線(xiàn)管關(guān)閉時(shí)不受壓力。這就延長(zhǎng)了流控傳感器的壽命。燃料進(jìn)口溫度信息可與流控傳感器配合使用而提供一提高燃油表精度的溫度補(bǔ)償信號(hào)。
沿著調(diào)節(jié)器主體的外周設(shè)有用來(lái)加熱調(diào)節(jié)器底座以及安裝具上的各部件的溫度控制流體管道。該管道的總長(zhǎng)設(shè)計(jì)成可進(jìn)行足夠的熱交換而在最大流量和最高罐壓時(shí)把氣體溫度提高100℃(在某些應(yīng)用中約為2kW熱量)而補(bǔ)償氣體膨脹時(shí)的熱量損耗。由于本發(fā)明為模塊結(jié)構(gòu)，因此高壓氣體管道可比現(xiàn)有調(diào)節(jié)器長(zhǎng)得多，從而提高從冷卻劑到加壓氣體的熱交換?？蓪?duì)表面-體積比及底座材料的導(dǎo)熱率進(jìn)行選擇而獲得最佳傳熱設(shè)計(jì)。熱載流體管道的橫截面可做得盡量小而使來(lái)自發(fā)動(dòng)機(jī)的冷卻液分流盡量少。合適的流體管道的設(shè)計(jì)對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員來(lái)說(shuō)當(dāng)然不會(huì)是難事。
頂面或側(cè)面上可裝一與第二級(jí)彈簧塔與減壓閥塔之間的出口通道對(duì)齊的出口端溫度傳感器。該調(diào)節(jié)器設(shè)計(jì)成可安裝燃料進(jìn)口溫度傳感器或燃料出口溫度傳感器或可同時(shí)安裝這兩者。溫度傳感器可與調(diào)節(jié)器主體的大多數(shù)熱效應(yīng)隔離而可精確測(cè)量從儲(chǔ)油罐流出的燃料的溫度。這一溫度傳感器可與燃料壓力傳感器配合而提供燃油表的溫度補(bǔ)償信號(hào)。
所公開(kāi)的兩級(jí)調(diào)節(jié)器比現(xiàn)有調(diào)節(jié)器緊湊得多。進(jìn)口、壓力經(jīng)調(diào)節(jié)的出口、減壓閥出口和冷卻劑的進(jìn)出口接頭都在前表面上，從而該調(diào)節(jié)器可用其余四個(gè)表面中的任一表面進(jìn)行安裝。本發(fā)明一實(shí)施例的進(jìn)口凸邊設(shè)計(jì)成可安裝一直螺紋0形圈，其他安裝凸邊設(shè)計(jì)成45度擴(kuò)口接頭，從而安裝轉(zhuǎn)動(dòng)可最大并有多種安裝可能性。凸邊稍作改動(dòng)或不作改動(dòng)即可選用其他安裝方式。
工作時(shí)，壓力可為120psig-5000psig的加壓天然氣進(jìn)入該調(diào)節(jié)器后經(jīng)過(guò)過(guò)濾器到達(dá)該調(diào)節(jié)器的第一級(jí)。它向上穿過(guò)針?biāo)住５谝患?jí)彈簧反作用于氣體壓力而保持該孔打開(kāi)而調(diào)節(jié)從油罐流入該調(diào)節(jié)器第一級(jí)的氣體的流量。該壓力降低到約120-250psig。
氣體從第一級(jí)經(jīng)一輸送通道流到第二級(jí)。一通道從該輸送通道通向減壓閥，該減壓閥如上所述在該調(diào)節(jié)器的第一級(jí)萬(wàn)一失靈時(shí)打開(kāi)而防止下游部件被未經(jīng)調(diào)節(jié)的高壓氣體損壞。
天然氣從該輸送通道向上流過(guò)調(diào)節(jié)器第二級(jí)中的針?biāo)?；在第二?jí)中，壓力降到約100psig(或通過(guò)選擇合適的彈簧剛度而把壓力一般選擇并保持在約50-150psig)。
第一級(jí)和第二級(jí)塔、減壓閥、油罐壓力傳感器、過(guò)濾器和高壓螺線(xiàn)管塔的高度都相近，從而整個(gè)調(diào)節(jié)器顯得方正而緊湊，從而便于使用普通的防塵蓋。
本發(fā)明兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器由于其新穎結(jié)構(gòu)而較之現(xiàn)有調(diào)節(jié)器具有若干優(yōu)點(diǎn)。它的“低落”或工作壓力的不穩(wěn)定性較低。不使用天然氣時(shí)漏油現(xiàn)象較輕。這一改進(jìn)設(shè)計(jì)減輕了噴嘴關(guān)閉時(shí)的“蠕升”現(xiàn)象或壓力超過(guò)正常值的現(xiàn)象，并無(wú)需加壓氣體。模塊結(jié)構(gòu)使得安裝更為靈活、調(diào)節(jié)器顯得更緊湊、安裝的方位更多。
本發(fā)明壓力調(diào)節(jié)器所需的輸入工作壓力較低，在低達(dá)100-120psig的罐壓下即能工作。因此，可使用油罐中在重新充油前的殘油?，F(xiàn)有壓力調(diào)節(jié)器的工作所需的最低罐壓為200-250psig。
本調(diào)節(jié)器由于采用了低“低落”設(shè)計(jì)和輕型部件，因此響應(yīng)時(shí)間更短，工作更平穩(wěn)。
只要對(duì)第一和/或第二級(jí)彈簧塔中的彈簧或預(yù)設(shè)的張力作出改動(dòng)，本調(diào)節(jié)器即可在保持低“低落”的同時(shí)改變輸出壓力。
最后，本調(diào)節(jié)器的第二級(jí)即使在更低落的情況下也能平衡，從而減少了漏油的可能性。
本發(fā)明的設(shè)計(jì)可把這些部件裝配成一較小、較緊湊的壓力調(diào)節(jié)器。
從下面的詳細(xì)說(shuō)明中可看出，螺線(xiàn)管的流控傳感器設(shè)計(jì)可應(yīng)用于其他場(chǎng)合，例如可用于
●進(jìn)油管線(xiàn)天然氣關(guān)閉螺線(xiàn)管；●罐內(nèi)關(guān)閉螺線(xiàn)管；●進(jìn)油管線(xiàn)汽缸充氣裝置關(guān)閉螺線(xiàn)管，此時(shí)與下列部件一起使用過(guò)濾器、壓力和溫度傳感器、減壓閥、氣體進(jìn)出接頭、手動(dòng)旁路器以及復(fù)式排氣管；●天然氣車(chē)輛加油站油槍中的自動(dòng)閥；●天然氣車(chē)輛加油站中的應(yīng)急自動(dòng)關(guān)閉閥；●天然氣加油站壓縮機(jī)上的級(jí)間自動(dòng)閥；以及●加油站油槽關(guān)閉螺線(xiàn)管。
附圖的簡(jiǎn)要說(shuō)明

圖1為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的壓力調(diào)節(jié)器的立體圖，示出該調(diào)節(jié)器的頂面、前門(mén)和一側(cè)面。
圖2為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的壓力調(diào)節(jié)器的立體圖，示出該調(diào)節(jié)器的底面、后面和一側(cè)面。
圖3為本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的壓力調(diào)節(jié)器的俯視圖。
圖4為沿圖3中4-4線(xiàn)剖取的圖3壓力調(diào)節(jié)器的剖面圖，示出該調(diào)節(jié)器的第一級(jí)和第二級(jí)。
圖4A為本發(fā)明另一實(shí)施例的剖面圖，其第二級(jí)構(gòu)作成壓力取得平衡。
圖5為圖4所示壓力調(diào)節(jié)器第一級(jí)的針?biāo)ńM件的局部剖面圖。
圖6為圖4所示壓力調(diào)節(jié)器第二級(jí)的針?biāo)ńM件的局部剖面圖。
圖7為沿圖3中7-7線(xiàn)剖取的圖3壓力調(diào)節(jié)器的剖面圖，示出本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的調(diào)節(jié)器的第二級(jí)和減壓閥組件。
圖7A為沿圖7中7A-7A線(xiàn)剖取的壓力調(diào)節(jié)器的活塞的局部剖面圖。
圖8為沿圖3中8-8線(xiàn)剖取的天然氣進(jìn)口處的過(guò)濾區(qū)的局部剖面圖，示出本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的過(guò)濾組件。
圖9為沿圖3中9-9線(xiàn)剖取的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的高壓螺線(xiàn)管的局部剖面圖。
圖10為壓力傳感組件的剖面圖。
圖11為本發(fā)明一優(yōu)選實(shí)施例的示意圖。
本發(fā)明的實(shí)施方式從圖1和2可見(jiàn)，本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的兩級(jí)調(diào)節(jié)器由一底座或殼體100構(gòu)成，其中用鉆頭鉆出或用其他方法制出許多下文要詳述的流口和流道。殼體100主體中在該底座的多達(dá)四個(gè)表面上有許多安裝孔102，從而該組件可更靈活地安裝在多種所需場(chǎng)合。還有許多塞頭104用來(lái)塞住鉆天然氣氣口或生產(chǎn)測(cè)試點(diǎn)以及該殼體中的溫度控制流體通道時(shí)形成的孔。該殼體上有過(guò)濾組件200、第一級(jí)調(diào)節(jié)塔500、瞬時(shí)螺線(xiàn)管組件300、第二級(jí)調(diào)節(jié)塔700、減壓閥(“PRV”)組件600和罐壓傳感組件400。
該殼體中有溫度控制流體進(jìn)口162、溫度控制流體出口164、壓力要調(diào)節(jié)的天然氣或其他流體的進(jìn)口103和出口106。
圖2示出本發(fā)明兩級(jí)調(diào)節(jié)器組件的另一立體圖，示出該底座的底面和后面以及該底座中的第一級(jí)和第二級(jí)的空腔的位置。圖中示出用來(lái)密封該底座上在鉆制兩壓力室時(shí)形成的開(kāi)口的第一級(jí)空腔塞頭107和第二級(jí)空腔塞頭108。
圖3為本發(fā)明壓力調(diào)節(jié)器的俯視圖，示出過(guò)濾組件200、瞬時(shí)螺線(xiàn)管閥組件300、可有可無(wú)的罐壓傳感組件400、第一級(jí)調(diào)節(jié)器塔500、減壓閥組件600和第二級(jí)調(diào)節(jié)器塔700。從圖4可看到沿圖3中4-4線(xiàn)剖取的壓力調(diào)節(jié)器的剖面。圖4示出該兩級(jí)調(diào)節(jié)器的第一和第二級(jí)的內(nèi)部結(jié)構(gòu)和機(jī)制，特別示出下面要詳述的第一和第二級(jí)彈簧塔、第一和第二級(jí)針?biāo)ńM件以及供溫度控制流體和所調(diào)節(jié)流體流動(dòng)的通道。
如圖4所示，第一級(jí)彈簧塔500包括一具有頂壁503、側(cè)壁504和底部法蘭505的彈簧塔蓋502。頂壁503與側(cè)壁504之間有一肩部506，頂壁503的底面上有一安放彈簧的凸臺(tái)507，這在下文交代。如下文要詳述的，彈簧塔的孔徑比第一級(jí)輸出室116大，從而形成一突起部117而防止膜片活塞554在針?biāo)ㄊъ`時(shí)剪斷膜片。
第一級(jí)彈簧塔中有彈簧510和512，彈簧512套在彈簧510外，兩彈簧的卷繞方向相反。彈簧常數(shù)選擇成可獲得所需輸出壓力。改變彈簧常數(shù)即可獲得不同的輸出壓力。凸臺(tái)507的尺寸做成緊緊卡住在第一盤(pán)簧510的內(nèi)徑中，肩部506用來(lái)卡住外部盤(pán)簧512。
彈簧塔蓋502可用未示出的安裝螺栓或其他緊固件安裝到底座100上。例如，可用安全螺釘之類(lèi)把法蘭505緊固到調(diào)節(jié)器組件的底座100上。
圖4示出一由一具有頂面703、側(cè)壁704和底部法蘭705的彈簧塔蓋702構(gòu)成的第二級(jí)彈簧塔700。側(cè)壁704與頂面703之間有一肩部706。第二級(jí)塔內(nèi)的壓力通過(guò)蓋702上或其他某一便利部位上的一開(kāi)口而以大氣為基準(zhǔn)。
該壓力調(diào)節(jié)器的第二級(jí)彈簧中有一在圖6中詳細(xì)示出的第二級(jí)針?biāo)ńM件。一鎖緊環(huán)707把第二彈簧塔組件緊固到該底座上。
第二彈簧塔組件中有卷繞方向相反的第一和第二盤(pán)簧710和712。彈簧710和712緊抵一可由一定位調(diào)節(jié)螺釘722垂直移動(dòng)的彈簧調(diào)節(jié)端帽，從而可調(diào)節(jié)彈簧710和712作用在針?biāo)ńM件750上的力。定位調(diào)節(jié)螺釘用安全膠724或任何其他安全措施防止未經(jīng)許可的調(diào)節(jié)。該彈簧塔的孔徑也大于對(duì)應(yīng)輸出室的孔徑而防止膜片活塞在針?biāo)ㄊъ`時(shí)剪斷膜片。
第一和第二級(jí)塔組件都使用兩個(gè)反繞的彈簧減小塔高和彈簧常數(shù)。由于減小了一定彈簧塔高下的彈簧常數(shù)，因此這種彈簧配置使得工作壓力的不穩(wěn)定性(“低落”)降低。兩彈簧反繞可防止彈簧伸縮時(shí)相鄰的彈簧卷纏繞在一起。
從圖5可見(jiàn)，第一級(jí)針?biāo)ńM件由一大致位于水平方向上的膜片552構(gòu)成，但該膜片552上有一向上伸出的卷匝510而使該膜片的性能有所提高。確切說(shuō)，這種設(shè)計(jì)確保膜片總是受拉(即從不受剪切或壓縮)。從而，由于該卷匝卷起，膜片決不會(huì)伸長(zhǎng)或翹曲(即大大消除了滯后現(xiàn)象)。而且，這種膜片形狀可使工作面積大致保持不變，而與膜片行程、即膜片從其起始位置的位移無(wú)關(guān)。
如上所述，卷匝的存在具有若干優(yōu)點(diǎn)，包括膜片的工作壽命提高和膜片的制造裕量加大。該卷匝還消除了平直膜片在工作位移中會(huì)發(fā)生的滯后現(xiàn)象。在另一優(yōu)選實(shí)施例中，可用一具有更長(zhǎng)卷匝的“高頂黑色大禮帽”式膜片(未示出)取代具有預(yù)制卷匝的膜片。這可用來(lái)減小膜片面積因針?biāo)ńM件的位置變動(dòng)而發(fā)生的變動(dòng)。
膜片552裝在下邊一膜片止檔558上，該膜片止檔包括一向下卷起的外邊512和穿過(guò)膜片552中心的中央凸臺(tái)560。該膜片用膜片活塞554和一鎖緊環(huán)562夾持在下部膜片止檔上。一彈簧緩沖件564夾持在鎖緊環(huán)562與膜片活塞554的向上伸出的外圓周之間。彈簧緩沖件564緊抵彈簧塔的側(cè)壁504(見(jiàn)圖1)，但當(dāng)?shù)谝患?jí)針?biāo)ńM件移動(dòng)時(shí)可在該側(cè)壁上滑動(dòng)，它在流體壓力波動(dòng)時(shí)減小彈簧組件的振動(dòng)。
在一種優(yōu)選實(shí)施例中，該彈簧緩沖件包括8個(gè)都緊抵側(cè)壁504(見(jiàn)圖4)的向上伸出的爪。具有8個(gè)爪的緩沖件在許多情況下作用在側(cè)壁上的力的分布比只有4個(gè)爪的緩沖件要好，從而這些爪不會(huì)啃進(jìn)側(cè)壁中。
下部膜片止檔的中央凸臺(tái)中裝著一針?biāo)U565，它包括一狹長(zhǎng)中央部和一用針?biāo)ü潭?68固定在該凸臺(tái)560中的頭部566。在第一級(jí)針?biāo)ńM件的底端有一用螺紋連接到針?biāo)U565上的針?biāo)ㄩy570。該針?biāo)ㄩy外套有一針?biāo)ㄩy密封572，它與針?biāo)ㄩy570之間用一0形環(huán)保持密封。需要時(shí)，可在膜片552與膜片活塞554之間加一特氟隆墊圈在冷天加強(qiáng)保護(hù)。特氟隆墊圈(未示出)可減慢向膜片552的傳熱。也可在膜片活塞554和下部膜片止檔558上用一陶瓷涂層提高冷天性能。此外，也可改變彈簧塔室(圖4中的513)的構(gòu)形而在膜片552與下部止檔558之間形成一“滯留氣體”集氣部而提高冷天性能。
從圖6可見(jiàn)，第二級(jí)針?biāo)ńM件在許多方面與第一級(jí)針?biāo)ńM件相同。第二級(jí)針?biāo)ńM件由一大致位于水平方向上的膜片752構(gòu)成，但該膜片752上有一向上伸出的卷匝711而提高該膜片的性能。
膜片752裝在下部一膜片止檔758上，該膜片止檔包括一向下卷起的外邊713和穿過(guò)膜片752中心的中央凸臺(tái)760。該膜片用膜片活塞754和一鎖緊環(huán)762夾持在下部膜片止檔上。一彈簧緩沖件764夾持在鎖緊環(huán)762與膜片活塞754的向上伸出的外圓周之間。彈簧緩沖件764緊抵彈簧塔的側(cè)壁704(見(jiàn)圖1)，但當(dāng)?shù)诙?jí)針?biāo)ńM件移動(dòng)時(shí)可在該側(cè)壁上滑動(dòng)。
下部膜片止檔的中央凸臺(tái)中裝著一針?biāo)U765，它包括一狹長(zhǎng)中央部和一用針?biāo)ü潭潭ㄔ谠撏古_(tái)760中的頭部766。在第一級(jí)針?biāo)ńM件的底端有一用螺紋連接到針?biāo)U765上的針?biāo)ㄩy770。該針?biāo)ㄩy外套有一模制橡膠密封774。由于第二級(jí)壓力室中的流體壓力比第一級(jí)壓力室中的高壓流體的壓力低得多，因此使用模制橡膠密封該密封也不至于變形。需要時(shí)，可在膜片752與膜片活塞754之間加一特氟隆墊圈在冷天加強(qiáng)保護(hù)。特氟隆墊圈可減慢向膜片752的傳熱。也可在膜片活塞754和下部膜片止檔758上用一陶瓷涂層提高冷天性能。此外，也可改變彈簧塔室(714)的構(gòu)形而在膜片752與下部止檔758之間形成一“滯留氣體”集氣部而提高冷天性能。
如上所述，第一和第二級(jí)針?biāo)ńM件大致相同。某些部件可互換而降低因使用不同部件而造成的制造、儲(chǔ)藏和其他成本。例如，在該優(yōu)選實(shí)施例中，膜片552和752、膜片活塞554和754、膜片止檔558和758、鎖緊圈562和762、彈簧緩沖件564和764以及針?biāo)ü潭?68和768的規(guī)格都相同而可在第一與第二級(jí)針?biāo)ńM件之間互換著使用。
從圖4中還可看到，加壓流體從圖1所示進(jìn)口103進(jìn)入該殼體中后流過(guò)下文詳述的過(guò)濾組件。流體經(jīng)進(jìn)流口152進(jìn)入該壓力調(diào)節(jié)器的第一級(jí)而來(lái)到其壓力大致為油罐壓力的第一級(jí)針?biāo)ㄊ?54。流體受控地流過(guò)針?biāo)芊?72與針?biāo)ㄊ冶?14之間的間隙后流過(guò)第一級(jí)壓力恢復(fù)部112。
流量受彈簧510、512和膜片552(見(jiàn)圖5)的把針?biāo)ńM件推向打開(kāi)位置的合力的調(diào)節(jié)，而針?biāo)ㄊ?54中作用在膜片552(見(jiàn)圖5)上的流體壓力把針?biāo)ㄍ葡蜿P(guān)上位置。針?biāo)ㄊ?54中有一向下伸出的導(dǎo)流板防止流過(guò)該室的氣體發(fā)生過(guò)大的紊流。該導(dǎo)流板降低了流過(guò)該室的氣體的壓力降，從而使得該調(diào)節(jié)器可在較低的供應(yīng)壓力下工作。膜片552(見(jiàn)圖5)用作密封防止氣體向上流入第一級(jí)彈簧塔并使針?biāo)ㄔ陉P(guān)上與打開(kāi)位置之間的垂直移動(dòng)平穩(wěn)。
第一級(jí)輸出室116的圓周上有一突起部117用來(lái)抵靠下部膜片止檔的下卷邊而防止第一級(jí)閥組件打開(kāi)得超過(guò)預(yù)定距離。為進(jìn)一步提高高壓流體特性，第一級(jí)輸出室包括一斜坡118以使輸出室與通向第二級(jí)的流道之間的過(guò)渡更為平緩。
圖5所示下部膜片止檔558形成第一級(jí)輸出室116的頂壁。第一級(jí)調(diào)節(jié)流體流過(guò)第一級(jí)恢復(fù)部112后流到第一級(jí)輸出室116。流體然后從第一級(jí)經(jīng)第二級(jí)過(guò)渡流道159流到第二級(jí)針?biāo)ㄊ?80。同樣，流體流過(guò)作為第二級(jí)針?biāo)芊獾囊荒Ｖ葡鹉z密封774與制成在該底座上的第二級(jí)肩部126之間的間隙。
在一實(shí)施例中，模制橡膠密封774的肩部777的曲率半徑做成與肩部126的曲率半徑相符，從而通過(guò)減小紊流和壓力降而大大提高流體的流量。針?biāo)U765中的到角775的曲率可做成與模制橡膠密封774的曲率相符而進(jìn)一步減小該區(qū)域的壓力降。
第二級(jí)針?biāo)ㄊ抑械牧黧w受彈簧710、712和膜片752(見(jiàn)圖6)的把第二級(jí)針?biāo)ńM件推向打開(kāi)位置的合力的調(diào)節(jié)。針?biāo)ㄊ?80中作用在膜片752(見(jiàn)圖6)上的流體壓力形成一把第二級(jí)針?biāo)ㄍ葡蜿P(guān)上位置的反向力。膜片752用作密封防止流體向上流入第二級(jí)彈簧塔并使針?biāo)ㄔ陉P(guān)上與打開(kāi)位置之間的垂直移動(dòng)平穩(wěn)。圖6所示下部膜片止檔758形成第二級(jí)輸出室的上部216的頂壁。
輸出室216中有一突起部717抵靠下部膜片止檔758的外邊713而防止第二級(jí)針?biāo)ńM件的位移超過(guò)一預(yù)定點(diǎn)。第二級(jí)輸出室中有一螺旋形斜坡(未示出)以進(jìn)一步減小“低落”。該斜坡提高了氣流流速并使氣流更順利地流向出口。該斜坡可用成本比機(jī)加工低的鍛造技術(shù)制成在該底座上。經(jīng)調(diào)節(jié)的流體然后流過(guò)與圖1所示出流口106相通的輸出流道156。
一可卸下的端蓋580用來(lái)封住第一級(jí)針?biāo)ㄊ?54的底部。該端蓋580可卸下而露出第一級(jí)針?biāo)ㄊ乙员氵M(jìn)行內(nèi)部工作部件的裝配、維修和檢查。端蓋580還使針?biāo)▽?duì)中。調(diào)節(jié)器底座100與端蓋580之間有一0形環(huán)582作為密封而防止流體經(jīng)端蓋580泄漏。同樣，一可卸下的端蓋780用來(lái)封住第二級(jí)針?biāo)ㄊ业?80的底部。同樣有一0形環(huán)782用作調(diào)節(jié)器底座100與第二級(jí)端蓋780之間的密封。
圖4A示出對(duì)第二級(jí)針?biāo)ㄊ摇⒌诙?jí)針?biāo)ê陀嘘P(guān)部件作出修正的本發(fā)明另一優(yōu)選實(shí)施例。特別是，作為減輕調(diào)節(jié)器的“低落”現(xiàn)象的另一種方法，公開(kāi)了一種壓力平衡的針?biāo)ńM件。由于壓力平衡，因此針?biāo)ǖ那拾霃綗o(wú)需與肩部126所界定的對(duì)應(yīng)孔的曲率半徑相符。而且，由于該實(shí)施例所具有的的緩沖特性而在許多情況下無(wú)需使用彈簧緩沖件。
從圖4A中可看出，第二級(jí)針?biāo)?70有一橡膠密封799固定在該針?biāo)ǖ拿嫦蛴杉绮?26所界定的孔的表面上。該針?biāo)ǖ牡撞坑幸话疾蹆?nèi)置一0形密封環(huán)793。該密封793與一杯形浮動(dòng)密封件792貼合而形成氣密連接。該針?biāo)稍谟筛?dòng)密封792形成的外殼中相對(duì)自由地作垂直滑動(dòng)。一帶突緣的止動(dòng)件791使浮動(dòng)密封792無(wú)法作垂直移動(dòng)。但在帶突緣的止動(dòng)件791與浮動(dòng)密封792之間留有微小垂直間隙，從而密封792可相對(duì)端蓋和止動(dòng)件作橫向滑動(dòng)?？梢钥闯?，這種結(jié)構(gòu)可用公差很大的低成本工藝制造。
帶突緣的止動(dòng)件791可用螺紋連接之類(lèi)緊固在端蓋790上。針?biāo)?70的底部、浮動(dòng)密封792和0形密封環(huán)793界定一經(jīng)一流道或流孔7 95而與第二級(jí)針?biāo)ㄊ蚁嗤ǖ氖?96。流孔795中有第二針?biāo)ㄊ业倪M(jìn)口798。進(jìn)口798由橡膠密封799界定?？梢钥闯?，氣室796與第二針?biāo)ㄊ抑g的壓力差在一定程度上與彈簧組件的作用力相平衡。也就是說(shuō)，在第二針?biāo)ㄊ抑袎毫p小、而氣室796中的壓力較高時(shí)，彈簧進(jìn)一步打開(kāi)針?biāo)ǘ箽怏w從氣室796經(jīng)流道795排入針?biāo)ㄊ?。同時(shí)，氣室796中余下的氣體的平衡壓力用來(lái)緩沖彈簧的把針?biāo)ㄟM(jìn)一步推向打開(kāi)位置的作用力。當(dāng)針?biāo)ㄊ抑械膲毫Ρ葰馐?96高從而針?biāo)ㄊ抑械母邏簹怏w把針?biāo)ㄍ葡蜿P(guān)上位置時(shí)，氣室中的較低壓力在一定程度上抵銷(xiāo)該力而減輕針?biāo)ㄒ葡蜿P(guān)上位置的傾向。
圖7示出本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例的第二級(jí)調(diào)節(jié)塔組件700和減壓閥組件600。減壓閥組件裝在該壓力調(diào)節(jié)器的底座100(見(jiàn)圖1)中的減壓閥室603的上方。調(diào)節(jié)器底座100(見(jiàn)圖1)中的減壓閥室603的底部605經(jīng)流道654與第一級(jí)空腔116(見(jiàn)圖4)連通。頂部607的橫截面比底部605大而形成一供減壓閥活塞625抵靠其上的臺(tái)階608。
減壓閥組件由一其底端與減壓閥室605相接的殼體610構(gòu)成。該殼體界定一出口空腔611、一狹窄出喉管612和一供排出的氣體經(jīng)減壓閥出流口130排到大氣中的擴(kuò)大的開(kāi)口614。該殼體610的一帶突緣底部616上有一密封圈636。密封圈636在減壓閥殼體610與調(diào)節(jié)器底座100(見(jiàn)圖1)之間形成氣密。
該減壓閥組件中在殼體610的頂端與減壓閥活塞625之間有一盤(pán)簧620。減壓閥活塞625的底面上裝有一密封640，從而在正常工作情況下保持與減壓閥室605的壓力密封。彈簧620的特性應(yīng)選擇成構(gòu)成所需要的壓力釋放組件以釋放該組件中的過(guò)高壓力而防止該調(diào)節(jié)器組件的第二級(jí)各部件受到損壞。可以看出，壓力過(guò)高的流體會(huì)克服彈簧的彈力而向上推動(dòng)減壓閥活塞而壓縮該彈簧而使壓力過(guò)高的流體流入出口空腔611后從出流口130流出。室605中的壓力一旦下降到彈簧620的作用力之下，減壓閥又抵住閥座而又形成壓力密封。
如圖7和7A所示，減壓閥活塞625由一可供盤(pán)簧620底端插入并抵靠的中空?qǐng)A柱部632構(gòu)成。減壓閥活塞最好用防腐蝕的輕型材料(例如塑料)制成。中空?qǐng)A柱部的周?chē)性S多可在減壓閥室603的上部607的壁上滑動(dòng)的翅片634。這些翅片便于活塞在該上部壁上滑動(dòng)并減小活塞卡死在壁上的可能性。
圖8為調(diào)節(jié)器組件的天然氣輸入過(guò)濾區(qū)的局部剖面圖。一過(guò)濾器蓋260位于調(diào)節(jié)器底座100中的過(guò)濾器上部凹座230中。一0形環(huán)261用來(lái)在過(guò)濾器蓋的抵靠面與底座100之間形成密封以便減小凸臺(tái)。一波形墊圈264緊抵過(guò)濾器蓋260而在進(jìn)口過(guò)濾器262上施加一向下的力。過(guò)濾器蓋260很容易卸下和裝上，從而無(wú)需拆開(kāi)進(jìn)口接頭便可方便地更換堵塞的進(jìn)口過(guò)濾器。進(jìn)口過(guò)濾器262一般為中空結(jié)構(gòu)。該過(guò)濾件的有效表面積比現(xiàn)有過(guò)濾器大。該有效表面積包括過(guò)濾器的大部分端面268(未被波形墊圈蓋住的部分)以及過(guò)濾器外壁的幾乎所有圓周面積。由于過(guò)濾面積加大，因此流體可以在該過(guò)濾器上低得多的壓力降以高流量流過(guò)該過(guò)濾器。過(guò)濾面積加大還降低了過(guò)濾器發(fā)生堵塞的可能性從而無(wú)需經(jīng)常更換過(guò)濾器。在優(yōu)選實(shí)施例中，進(jìn)口過(guò)濾器262的等級(jí)為40微米，它用燒結(jié)不銹鋼、燒結(jié)青銅或黃銅材料制成。進(jìn)口過(guò)濾器262的下端263緊靠著調(diào)節(jié)器底座100中的入口235。
底座100上有一天然氣輸入凸臺(tái)240。該凸臺(tái)240中有與輸入流道250連通的天然氣輸入口103。該輸入流道250與由過(guò)濾器蓋260界定的外壁和該調(diào)節(jié)器底座100中的一凹座259與進(jìn)口過(guò)濾器262的多孔外壁269之間的一過(guò)濾器外室222連通。底座100中的一凹座257與進(jìn)口過(guò)濾器262的內(nèi)表面一起界定過(guò)濾器的內(nèi)室265。過(guò)濾器外室222通過(guò)該進(jìn)口過(guò)濾器的微孔與過(guò)濾器內(nèi)室265連通。
從上述說(shuō)明可以看出，進(jìn)入的流體流過(guò)天然氣進(jìn)口103和輸入流道250。流體流到環(huán)繞著進(jìn)口過(guò)濾器的外壁的外室中時(shí)雜質(zhì)留在進(jìn)口過(guò)濾器的外表面上而被清除出流體。經(jīng)過(guò)濾的流體流入內(nèi)室后經(jīng)流道266流到高壓螺線(xiàn)管室再流向第一級(jí)調(diào)節(jié)組件。
圖9示出一裝在調(diào)節(jié)器底座100上的高壓螺線(xiàn)管組件300。該螺線(xiàn)管組件可用螺釘之類(lèi)可卸下地緊固在調(diào)節(jié)器底座上，從而需要時(shí)可卸下并更換。該螺線(xiàn)管組件由一支撐在一螺線(xiàn)管底座331上的殼體310構(gòu)成。該螺線(xiàn)管底座331裝在調(diào)節(jié)器底座100的一控制活塞腔307中。一0形環(huán)309用來(lái)密封該螺線(xiàn)管組件與該調(diào)節(jié)器底座100之間的接合部。螺線(xiàn)管殼體中有一與電源302連接、用定位螺釘305固定在殼體310中的線(xiàn)圈308。線(xiàn)圈308做得很小，從而顯得緊湊而可用于高壓流體場(chǎng)合。由于本發(fā)明所需的磁場(chǎng)較弱，因此該線(xiàn)圈的尺寸比以往的設(shè)計(jì)小(成本低、重量輕、容易包裝)，螺線(xiàn)管的工作電流小(效率高、發(fā)熱少)。螺線(xiàn)管線(xiàn)圈位于調(diào)節(jié)器底座100的外部上方。控制活塞306從螺線(xiàn)管底座331內(nèi)向上伸入由螺線(xiàn)管線(xiàn)圈308圍成的空腔中。
一主活塞腔端塞320用螺紋連接件固定在調(diào)節(jié)器底座100上。一0形環(huán)322在端塞320與調(diào)節(jié)器底座100之間用作防漏密封。主活塞腔351由調(diào)節(jié)器底座100和端塞320界定。主活塞腔351中裝有用來(lái)開(kāi)通或切斷調(diào)節(jié)器組件第一級(jí)中的流量的主活塞379，這在下文詳述。
流體在主活塞處于打開(kāi)位置時(shí)從過(guò)濾組件流過(guò)與主活塞腔351連通的流道266而沿著連接流道152流到第一級(jí)針?biāo)ㄊ摇?br> 在該優(yōu)選實(shí)施例中，該瞬時(shí)螺線(xiàn)管包括一密封一控制小孔373的螺線(xiàn)管操縱的控制活塞306和一密封主流量孔的主活塞379。主活塞379包括一低磨擦(特氟隆型)密封環(huán)362，它在容許該活塞在孔中滑動(dòng)的同時(shí)密封活塞并在主活塞發(fā)生振動(dòng)時(shí)提供庫(kù)侖阻尼。主活塞中有一放氣小孔375(其直徑小于控制孔)用來(lái)控制該活塞的漏氣率。此外，主活塞包括一緊緊插入在主孔中的斜頭密封止動(dòng)螺釘377。該止動(dòng)螺釘在供應(yīng)壓力很高時(shí)防止主孔密封381受擠壓并在活塞低行程處限制流量而減小主活塞的振動(dòng)。壓力經(jīng)鉆孔371從控制活塞腔通到主活塞腔。從上述說(shuō)明可看出，主活塞與控制活塞之間形成氣動(dòng)耦合，從而可構(gòu)作比使用電磁耦合的常見(jiàn)螺線(xiàn)管組件尺寸小得多且成本低的螺線(xiàn)管組件。如圖9所示，流道152中有一文丘里管144以進(jìn)一步減小流過(guò)主活塞的特別是高流量的流量的壓力降。
在“關(guān)上”位置，控制復(fù)位彈簧382迫使控制活塞306密封控制活塞孔373。從而流道266的壓力經(jīng)放氣孔375與主活塞的背部相通而在主活塞上平衡。然后主活塞復(fù)位彈簧380迫使主活塞密封主孔。
在“打開(kāi)”位置，螺線(xiàn)管線(xiàn)圈吸進(jìn)控制活塞，從而流體可從控制活塞腔378流入流道152。所造成的壓力降經(jīng)鉆孔371與主活塞379的背部相通。從而作用在主活塞上的壓力差克服復(fù)位彈力和孔徑差而使主活塞打開(kāi)。
若某一調(diào)節(jié)器組件無(wú)需使用瞬時(shí)螺線(xiàn)管組件，則控制活塞腔378可省去而主活塞塞頭379可代之以一現(xiàn)有脹塞；在無(wú)需使用高壓螺線(xiàn)管的其他場(chǎng)合，可在主活塞腔中安裝一現(xiàn)有兩級(jí)螺線(xiàn)管，線(xiàn)圈和螺線(xiàn)管殼體從調(diào)節(jié)器底座的前面191向外伸出。
需要時(shí)，可用一流控傳感器(未示出詳情)測(cè)量油罐壓力。例如，在某些情況下，調(diào)節(jié)器組件中不必設(shè)置流控傳感器，特別是高壓油罐旁已有壓力傳感器時(shí)。在該優(yōu)選實(shí)施例中，圖10示出一壓力傳感器組件400。調(diào)節(jié)器底座100中有一安置壓力傳感器組件的流控傳感器孔1001。一壓力測(cè)量頭1002或流道使該傳感器孔1001與高壓螺線(xiàn)管組件下游的高壓流道152連通。壓力傳感器400的陽(yáng)螺紋與壓力傳感器孔1001的陰螺紋之間的微小間隙沿著螺紋的長(zhǎng)度形成螺旋形間隙，從而形成一對(duì)高壓螺線(xiàn)管打開(kāi)時(shí)產(chǎn)生的迅速壓力升起到抑制作用的分布孔1003。這降低了該壓力傳感器所受到的極大壓力變動(dòng)，從而提高和延長(zhǎng)其期望工作壽命。
圖11示出使用于開(kāi)動(dòng)汽車(chē)的天然氣氣源的本發(fā)明優(yōu)選實(shí)施例。在許多汽車(chē)中，油罐的起始工作壓力一般高達(dá)4500psig。本領(lǐng)域技術(shù)人員可以看出，本發(fā)明各實(shí)施例也可承受高達(dá)5000psig的輸入壓力。在使用本發(fā)明一實(shí)施例時(shí)，許多情況下可開(kāi)動(dòng)汽車(chē)直到油罐計(jì)示壓力下降到約120psig。應(yīng)該看到，現(xiàn)有兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器繼續(xù)開(kāi)動(dòng)汽車(chē)所需的最低油罐壓力約為200-450psig。因此可看出，使用本發(fā)明實(shí)施例可提高工作范圍。
從圖11中可見(jiàn)，虛線(xiàn)框內(nèi)示出優(yōu)選實(shí)施例的各部件。該兩級(jí)調(diào)節(jié)器的外部有把高壓燃料供應(yīng)給進(jìn)口過(guò)濾器的燃料源、用來(lái)控制瞬時(shí)螺線(xiàn)管和流控傳感器的電子控制模塊以及在調(diào)節(jié)器底座中循環(huán)溫度控制流體的冷卻液進(jìn)出口管線(xiàn)。該示意圖的右邊在表示該調(diào)節(jié)器的虛線(xiàn)框的外部為減壓閥輸出接頭和表示把經(jīng)調(diào)節(jié)的天然氣供應(yīng)給車(chē)輛動(dòng)力廠的燃料輸岀。
如上所述，當(dāng)瞬時(shí)螺線(xiàn)管按照電子控制模塊發(fā)出的信號(hào)打開(kāi)時(shí)高壓天然氣流過(guò)一40微米過(guò)濾器。流過(guò)該螺線(xiàn)管的經(jīng)過(guò)濾氣體的壓力由位于該瞬時(shí)螺線(xiàn)管和第一級(jí)組件緊旁的一流控傳感器測(cè)量。高壓氣體流入調(diào)節(jié)器的第一級(jí)后以150-250psig的壓力(在正常工作情況下)流出到第二級(jí)組件中。減壓閥與第一和第二級(jí)之間的流道連通，從而當(dāng)?shù)谝患?jí)的氣壓超過(guò)預(yù)定的325psig時(shí)使氣壓過(guò)高的氣體排出第一級(jí)。也即，減壓閥打開(kāi)而排出壓力過(guò)高的氣體而防止第二級(jí)的各部件受到過(guò)高氣壓的損害。從第一級(jí)組件流出的天然氣流到第二級(jí)組件經(jīng)進(jìn)一步調(diào)節(jié)而生成壓力約為100psig的輸出燃?xì)?或改變彈簧而獲得其他壓力)。該示意圖還示出減壓閥和第二級(jí)壓力調(diào)節(jié)組件的工作壓力以大氣壓為基準(zhǔn)。但是，第一級(jí)組件的輸出工作壓力在正常工作情況下一第二級(jí)組件的輸出壓力為基準(zhǔn)。
本領(lǐng)域技術(shù)人員顯然可對(duì)以上公開(kāi)的壓力調(diào)節(jié)組件進(jìn)行有用的修正，這類(lèi)修正因看成落在后附權(quán)利要求書(shū)的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，包括(a)一可把該調(diào)節(jié)器可卸下地連接到另一基座上的調(diào)節(jié)器底座；(b)該底座中的第一壓力室；(c)該底座中的與第一室連通的第二壓力室；(d)底座中使外部流源的高壓流體與第一壓力室連通的進(jìn)流件；(e)與第一壓力室連通、當(dāng)從第一壓力室流出的流體壓力超過(guò)預(yù)定值時(shí)釋放該調(diào)節(jié)器中的高壓流體的減壓件；(f)可過(guò)濾掉流到第一壓力室的高壓流體中的雜質(zhì)的部件；(g)流量控制件，它在第一位置時(shí)容許高壓流體流過(guò)調(diào)節(jié)器；而在第二位置時(shí)防止高壓流體流過(guò)調(diào)節(jié)器；(h)底座中的使壓力調(diào)節(jié)后的流體與第二壓力室連通的輸出件；(i)防止壓力超過(guò)第一預(yù)定值的流體流過(guò)第一室的部件，包括i)底座中的第一閥座件；ii)在第一位置時(shí)抵靠第一閥座而防止流體流過(guò)第一壓力室的第一閥件；iii)在第一室中的流體壓力超過(guò)第一預(yù)定值時(shí)把第一閥移動(dòng)到其第一位置的第一致動(dòng)件，該第一致動(dòng)件包括a)與第一閥件連接的第一膜片；(j)在第一室中的流體壓力低于第一預(yù)定值時(shí)與第一膜片共同作用而使該閥件偏離其第一位置的第一和第二彈簧件，第一和第二彈簧件反繞地套在一起；(k)緩沖第一和第二彈簧件的偏置運(yùn)動(dòng)的部件；(1)保持第一和第二彈簧件與第一膜片之間的偏置關(guān)系的部件；(m)防止壓力超過(guò)第二預(yù)定值的流體流過(guò)第二室的部件，包括i)底座中的第二閥座件；(n)在第一位置時(shí)抵靠第二閥座而防止流體流過(guò)第二壓力室的第二閥件；(o)在第二室中的流體壓力超過(guò)第二預(yù)定值時(shí)把第二閥移動(dòng)到其第一位置的第二致動(dòng)件，該第二致動(dòng)件包括與第二閥件連接的第二膜片；(p)在第二室中的流體壓力低于第二預(yù)定值時(shí)與第二膜片共同作用而使該閥件偏離其第一位置的第三和第四彈簧件，第三和第四彈簧件反繞地套在一起；(q)緩沖第三和第四彈簧件的偏置運(yùn)動(dòng)的部件；(r)保持第三和第四彈簧件與第二膜片之間的偏置關(guān)系的部件。
2.按權(quán)利要求1所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，具有可在該底座中連通溫度控制流體的部件。
3.按權(quán)利要求2所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，具有調(diào)節(jié)第二預(yù)定壓力設(shè)定值的部件。
4.按權(quán)利要求3所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，第一和第二保持部件可從底座上卸下。
5.按權(quán)利要求4所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，減壓件、過(guò)濾件和第一和第二閥件可從底座上卸下。
6.按權(quán)利要求5所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，第一閥座件界定第一孔，第二閥座件界定其直徑等于或大于第一孔直徑的第二孔。
7.按權(quán)利要求6所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該流量控制件包括底座中的第三室；可在第一和第二位置之間工作的螺線(xiàn)管致動(dòng)第一柱塞；經(jīng)第一流道與第一柱塞氣動(dòng)耦合、可在第一和第二位置之間工作的第二柱塞，第二柱塞在第一柱塞移動(dòng)到其第一位置時(shí)可移動(dòng)到其第一位置；由第一柱塞界定的第二流道，它在第一柱塞位于第一位置時(shí)與第一壓力室連通，而在第一柱塞位于第二位置時(shí)防止這一連通；第一與第二流道的直徑不同。
8.按權(quán)利要求7所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該底座還包括第一表面和第二表面，溫度控制件具有由第一表面界定的進(jìn)出口，這類(lèi)溫度控制進(jìn)出口、高壓流體進(jìn)口件和壓力經(jīng)調(diào)節(jié)的流體出口由第一表面界定；而減壓件以及第一和第二致動(dòng)件位于第二表面上。
9.按權(quán)利要求8所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，包括一可卸下地裝在底座上、與高壓流體進(jìn)口件連通、位于流量控制件與第一壓力室之間的流控傳感器。
10.按權(quán)利要求1所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該過(guò)濾件與高壓流體進(jìn)口件連通并位于高壓流體進(jìn)口件與流量控制件之間。
11.按權(quán)利要求10所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該過(guò)濾件包括一可卸下地裝到調(diào)節(jié)器底座上的過(guò)濾殼體，該殼體界定一圓柱形過(guò)濾室、一具有第一封閉端和第二打開(kāi)端的中空?qǐng)A柱形橫截面的可卸下過(guò)濾件并界定一圓柱形表面，該過(guò)濾件可放置在圓柱形過(guò)濾室中而幾乎所有圓柱形表面面向高壓流體。
12.按權(quán)利要求11所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，包括一由燒結(jié)不銹鋼、青銅或黃銅等燒結(jié)金屬制成的圓柱形過(guò)濾件。
13.按權(quán)利要求1所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，用來(lái)緩沖第三和第四彈簧件的部件包括壓力平衡件，該平衡件包括一與第二閥件密封嚙合從而界定一流壓室的浮動(dòng)件，該第二閥件界定一連通該流壓室和第二室的流道。
14.按權(quán)利要求13所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，該浮動(dòng)件與底座連接。
15.按權(quán)利要求14所述的兩級(jí)壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于，第二閥件還包括密封件，而該浮動(dòng)件與該密封件嚙合。
16.一種螺線(xiàn)管組件，包括(a)一界定一支撐一螺線(xiàn)管的殼體、具有流體進(jìn)口件和出口件的底座，該底座進(jìn)一步界定第一室和第二室，第二室經(jīng)第一流道與第一室氣動(dòng)耦合，該殼體進(jìn)一步界定一連通第一室與該出口件的第二流道，第一與第二流道的直徑不同；(b)第一室中一可在第一和第二工作位置之間移動(dòng)的第一柱塞件，該第一柱塞件在螺線(xiàn)管通電時(shí)移到第一位置而連通該進(jìn)口件和該出口件；(c)第二室中一可在第一和第二工作位置之間移動(dòng)的第二柱塞件，該第二柱塞件在第一柱塞件移到其第一位置時(shí)可移到第一位置，該第二柱塞件在移到其第一位置時(shí)可提高進(jìn)口件與出口件之間的連通。
17.按權(quán)利要求16所述的螺線(xiàn)管組件，其特征在于，包括使第二柱塞件偏置到其第二位置的部件，第一流道在第一柱塞件位于其第一位置時(shí)供來(lái)自第一室的高壓流體流到第二室而把第二柱塞件推到其第一位置。
18.按權(quán)利要求17所述的螺線(xiàn)管組件，其特征在于，包括提高流體流過(guò)出口件的流率而降低該螺線(xiàn)管組件上的壓力降的部件。
全文摘要
本發(fā)明提供一種用于各種壓縮氣體的改進(jìn)的壓力調(diào)節(jié)器,特別涉及用于壓縮或液化天然氣之類(lèi)氣體燃料的壓力調(diào)節(jié)器。本發(fā)明壓力調(diào)節(jié)器為適用于初始設(shè)備制造廠和修配零部件的堅(jiān)固、緊湊、高流率、低“低落”、低壓力降和低“蠕升”的調(diào)節(jié)器。它可獨(dú)立使用,也可與第三級(jí)配合而形成三級(jí)調(diào)節(jié)器,例如用來(lái)調(diào)節(jié)汽化裝置的燃料壓力的大氣壓(或零壓差)型調(diào)節(jié)器。它特別可應(yīng)用于單燃料、雙燃料和二元燃料的發(fā)動(dòng)機(jī)。本發(fā)明兩級(jí)調(diào)節(jié)器由其上裝配著該調(diào)節(jié)器的所有部件的一底座(調(diào)節(jié)器底座)構(gòu)成,這些部件包括第一和第二級(jí)調(diào)節(jié)器彈簧塔、一減壓閥彈簧塔、一過(guò)濾組件、一螺線(xiàn)管操縱高壓閥和一可有可無(wú)的罐壓傳感器。在該底座中比方說(shuō)用機(jī)加工而成的管道供冷卻液或其他流體流過(guò)該底座而控制該壓力調(diào)節(jié)器的溫度從而控制流過(guò)該調(diào)節(jié)器的氣體的出口溫度。
文檔編號(hào)G05D16/06GK1185213SQ95195586
公開(kāi)日1998年6月17日 申請(qǐng)日期1995年8月30日 優(yōu)先權(quán)日1994年8月30日
發(fā)明者斯蒂芬·A·卡特, 邁克爾·A·克納佩斯 申請(qǐng)人:謝里克斯工業(yè)有限公司