專利名稱：壓力調(diào)節(jié)器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及壓力調(diào)節(jié)器，尤其是一種用于在流體區(qū)內(nèi)維持基本恒定的預(yù)定壓力的壓力調(diào)節(jié)器。
背景技術(shù)：
常規(guī)的系統(tǒng)常常需要在容器內(nèi)維持超壓力。例如，已知的常規(guī)系統(tǒng)包括具有一個(gè)流體入口和一個(gè)流體出口的容器，其內(nèi)的壓力通過(guò)調(diào)節(jié)穿過(guò)流體入口的流量來(lái)進(jìn)行調(diào)節(jié)。監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)流體流量是繁重的，并常常會(huì)產(chǎn)生處理上的缺陷。需要提供用于多種系統(tǒng)并獨(dú)立控制流體流量以在流體區(qū)內(nèi)維持超壓力的壓力調(diào)節(jié)器。

發(fā)明內(nèi)容
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，壓力調(diào)節(jié)器設(shè)有包括流體進(jìn)口和流體出口的流體通道的結(jié)構(gòu)。所述流體通道包括限制從流體進(jìn)口向流體出口的流動(dòng)方向的流體流徑的表面。所述流體通道包括沿流體流徑方向增加的橫截面。所述壓力調(diào)節(jié)器還包括構(gòu)造成位于流體通道內(nèi)的可移動(dòng)部件，以便在可移動(dòng)部件和流體通道的表面之間形成一間隙。所述可移動(dòng)部件適于在流體通道內(nèi)移動(dòng)，并且在沿流體流徑方向移動(dòng)時(shí)，所述間隙的尺寸增加。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，壓力調(diào)節(jié)器包括在流體進(jìn)口和流體出口之間形成流體路徑的流體通道。所述壓力調(diào)節(jié)器還包括在流體通道內(nèi)移動(dòng)的可移動(dòng)部件。所述可移動(dòng)部件用于相對(duì)于第二流體區(qū)域保持第一流體區(qū)域的大致恒定的預(yù)定壓力，同時(shí)流體從流體進(jìn)口流向流體出口。所述大致恒定的預(yù)定壓力可能在從大約0.25英寸的水柱到大約5英寸的水柱的壓力范圍內(nèi)。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，壓力調(diào)節(jié)器包括在流體進(jìn)口和流體出口之間形成流體路徑的流體通道。可移動(dòng)部件構(gòu)造成在流體通道內(nèi)移動(dòng)，根據(jù)方程Q=π(ΔP)R48μL[(1-k4)-(1-k2)1n(1/k)],]]>保持第一流體區(qū)域的相對(duì)于第二流體區(qū)域大致恒定的預(yù)定壓力，同時(shí)流體從流體進(jìn)口流向流體出口。在上面的方程中，“Q”表示流體流量，“ΔP”表示大致恒定的預(yù)定壓力，“R”表示流體通道內(nèi)可移動(dòng)部件的位置處的流體通道半徑，“k”表示流體通道的內(nèi)徑與可移動(dòng)部件在該位置處的外徑的比值，“L”表示可移動(dòng)部件的長(zhǎng)度以及“μ”表示流體的粘度。


圖1示出了本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例的壓力調(diào)節(jié)器的前視圖。
圖2示出了圖1的壓力調(diào)節(jié)器的頂部平面圖。
圖3示出了圖2的壓力調(diào)節(jié)器沿線3-3的剖視圖。
圖4示出了圖1的壓力調(diào)節(jié)器的透視圖。
圖5示出了圖4的壓力調(diào)節(jié)器的剖面透視圖。
圖6示出了在本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例中在可移動(dòng)部件和流體通道之間的關(guān)系的放大的視圖。
圖7示出了在本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例中在可移動(dòng)部件和流體通道之間的關(guān)系的放大的視圖。
圖8示出了圖1的壓力調(diào)節(jié)器的部分分解視圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明的壓力調(diào)節(jié)器可具有廣泛的應(yīng)用，其中需要在兩個(gè)流體區(qū)內(nèi)保持預(yù)定的正值并基本恒定的壓差。例如，流體區(qū)可包括液體區(qū)、諸如空氣區(qū)或蒸汽區(qū)的氣體區(qū)，或者類似的區(qū)域。典型的流體區(qū)還可包括允許在兩個(gè)流體區(qū)之間保持壓差的各種構(gòu)造。例如，所述第一流體區(qū)可包括物體的內(nèi)部區(qū)域、殼體的內(nèi)部區(qū)域、空間的內(nèi)部區(qū)域、流體環(huán)境(如液體或氣體環(huán)境)或者類似的區(qū)域。
流體區(qū)域布置的示例可包括第一流體區(qū)域和第二流體區(qū)域，所述的第一流體區(qū)域包括物體或殼體的內(nèi)部區(qū)域，所述的第二流體區(qū)域包括建筑物內(nèi)的一空間的內(nèi)部區(qū)域。例如，第一流體區(qū)域可包括要進(jìn)行加工的物體的內(nèi)部區(qū)域，如在車床上要進(jìn)行膨脹的石英管的內(nèi)部區(qū)域，而第二流體區(qū)域可包括包含車床的一空間的內(nèi)部區(qū)域。假設(shè)在石英管膨脹期間，其內(nèi)的基本恒定的預(yù)定壓力可降低或防止石英管內(nèi)的光學(xué)畸變，該光學(xué)畸變可另外形成波動(dòng)的內(nèi)部壓力。
在另一示例中，第一流體區(qū)可包括殼體的內(nèi)部區(qū)域，如用于嬰兒的保溫箱，而第二流體區(qū)可包括含有恒溫箱的空間的內(nèi)部區(qū)域。用于嬰兒的保溫箱有助于保持使嬰兒最佳成長(zhǎng)和發(fā)育的調(diào)控溫度、濕度和含氧量。此外，無(wú)菌調(diào)控氣源可輸入到恒溫箱中，以便壓力調(diào)節(jié)器使恒溫箱內(nèi)保持最佳預(yù)定的基本恒定的壓力。由于保溫箱內(nèi)的正壓力可防止或阻止空氣反向流入保溫箱，所以使恒溫箱增壓可降低所擔(dān)心的保溫箱內(nèi)的最小的密封劑泄漏，從而可能含有細(xì)菌、灰塵或者類似的物質(zhì)。實(shí)際上，保溫箱的正壓力僅僅會(huì)導(dǎo)致流體通過(guò)未密封部分從保溫箱泄漏到含有恒溫箱的空間中，因而阻止或防止流體穿過(guò)任何這樣的未密封部分反向流動(dòng)。
在另一示例中，第一流體區(qū)可包括建筑物內(nèi)控制室的內(nèi)部區(qū)域，第二流體區(qū)可包括建筑物內(nèi)第二室的大氣或內(nèi)部區(qū)域。控制室常常要求阻止細(xì)菌，灰塵或其它污染物玷污。例如，控制室可以包括操作室，其內(nèi)要求維持沒(méi)有細(xì)菌或其它有害的污染物的無(wú)菌大氣。在另一示例中，所述控制室可包括絕對(duì)無(wú)塵室(如用于涂漆的室，等)，其內(nèi)要求維持沒(méi)有灰塵或其它碎屑的環(huán)境。在這些示例中，沒(méi)有污染物的空氣源能夠?qū)⒖諝馑腿胨隹刂剖?，所述壓力調(diào)節(jié)器能夠?qū)⒖諝鈴脑摽刂剖抑嗅尫牛瑫r(shí)在該控制室內(nèi)能夠維持最佳預(yù)定的和大致恒定的壓力。通過(guò)阻止或防止含有細(xì)菌，灰塵，或類似污染物的空氣反向流入該控制室，對(duì)該控制室增壓可彌補(bǔ)墻壁，天花板，地板等等的任何滲漏。實(shí)際上，該控制室的正壓將僅僅導(dǎo)致流體通過(guò)控制室的未密封部分泄漏，從而阻止或防止流體反向流過(guò)任何這些未密封部分。
因此，值得注意的是，此處壓力調(diào)節(jié)器的概念可具有不限制于上述應(yīng)用的廣泛應(yīng)用。例如，壓力調(diào)節(jié)器能夠有助于維持物體的第一流體區(qū)域內(nèi)的壓力，以有助于物體的加工工藝。在其它示例中，壓力調(diào)節(jié)器能夠有助于維持第一流體區(qū)域內(nèi)的壓力，以阻止第一流體區(qū)域被第二流體區(qū)域污染。還值得注意的是，在此的壓力調(diào)節(jié)器在多種應(yīng)用中很有用，其需要相對(duì)于第二流體區(qū)域使第一流體區(qū)域保持大致恒定的壓力。
圖1示出了在系統(tǒng)內(nèi)維持大致恒定的預(yù)定壓力的典型壓力調(diào)節(jié)器20的前視圖，圖2示出了該壓力調(diào)節(jié)器20的頂部平面圖。在此描述的壓力調(diào)節(jié)器的示例有助于相對(duì)于第二壓力區(qū)使第一壓力區(qū)保持大致恒定的預(yù)定壓力，同時(shí)流體從第一流體區(qū)流到第二流體區(qū)。
圖3示出了沿圖2的線3-3的壓力調(diào)節(jié)器20的剖視圖。如圖所示，所述壓力調(diào)節(jié)器20包括具有流體進(jìn)口30和流體出口32的流體通道24的結(jié)構(gòu)22。所述流體通道24包括表面26，其限定從流體進(jìn)口30朝向流體出口32的方向28上的流體流徑。
所述結(jié)構(gòu)22可包括廣泛范圍的材料，形狀和尺寸。在一個(gè)實(shí)施例中，所述結(jié)構(gòu)22可具有大致剛性結(jié)構(gòu)，以提供具有大致固定形狀的流體通道24。所述結(jié)構(gòu)也可包括多種依賴于特殊應(yīng)用的剖面形狀和尺寸。
所述流體通道24適于容納廣泛范圍的包括液體和氣體的流體。例如，所述流體通道24可以容納水，乙醇，油，溶液或其它液體原料。所述流體通道24也可容納各種氣體，如空氣，蒸汽，氧氣，氮?dú)猓瑲鍤饣蚱渌鼩怏w成分或物質(zhì)。所述流體通道24包括朝流體路徑的方向28增加的橫截面面積。例如，如圖5所示，所述流體通道24在第一位置處(如見(jiàn)A1，在圖5中僅示出一半)具有一橫截面面積，橫截面面積沿流體路徑的方向28在第二位置處增加(如見(jiàn)A2，在圖5中僅示出一半)。
所述壓力調(diào)節(jié)器20還包括可移動(dòng)部件，如浮體40，其構(gòu)造成位于流體通道內(nèi)，以便在所述浮體40和流體通道的表面26之間形成間隙50(參見(jiàn)圖6)。當(dāng)所述浮體40適于在所述流體通道24內(nèi)移動(dòng)，并且在該浮體40朝流體流徑的方向28移動(dòng)時(shí)，所述間隙50的尺寸增加。
當(dāng)該浮體40朝流體流徑的方向28移動(dòng)時(shí)，所述浮體40和流體通道24能夠彼此相互作用，以使間隙50的尺寸增加。在一個(gè)實(shí)施例中，間隙50的尺寸以臺(tái)階式圖形增加，其中所述間隙尺寸逐漸增加而不是基本連續(xù)增加。在另一實(shí)施例中，當(dāng)浮體朝流體流徑的方向28移動(dòng)時(shí)，所述間隙50的尺寸可基本連續(xù)地增加。另外，當(dāng)浮體朝流體流徑的方向28移動(dòng)時(shí)，間隙50的尺寸可以線性增加或非線性增加。例如，間隙50的尺寸可以相對(duì)于浮體朝流體流徑的方向28移動(dòng)的距離呈線性的方式增加。在另一實(shí)施例中，間隙50的尺寸可以呈非線性函數(shù)的方式增加。例如，間隙50的尺寸可以相對(duì)于浮體朝流體流徑的方向28移動(dòng)的距離呈拋物線函數(shù)，雙曲線函數(shù)或?qū)嶒?yàn)函數(shù)或其它非線性函數(shù)的方式增加。
提供一種具有沿流體流徑方向增加的橫截面面積的流體通道，這種流體通道可以通過(guò)多種方式得到。例如，流體通道24的表面26可包括相對(duì)于流體流徑的方向28向外逐漸變細(xì)的至少一部分。如圖3所示(圖6中已經(jīng)進(jìn)行放大)，流體通道24包括沿流體流徑延伸并與表面26對(duì)稱的對(duì)稱軸25，其包括具有朝流體流徑方向增加的直徑的截頂圓錐表面。例如，如圖3和5所示，所述截頂圓錐表面具有在第一位置的第一直徑D1和第二位置的第二直徑D2，所述第二位置朝流體流徑方向28從第一位置偏移。如圖所示，所述截頂圓錐表面也可包括大致筆直的橫截面輪廓，如同由在直徑上相對(duì)的大致筆直的線所示出的表面26的橫截面輪廓，如圖3和6所示。由于大致筆直的橫截面輪廓，所述截頂圓錐表面的直徑朝流體流徑方向28呈直線增加。在圖6所示的一個(gè)實(shí)施例中，在直徑上相對(duì)的橫截面表面輪廓26相對(duì)于彼此沿圓錐形錐度T1的路徑延伸。圓錐形錐度T1范圍可為小于2°大于0°。圓錐形錐度T1也可包括依賴于特殊應(yīng)用的其它的角度。
雖然所示的實(shí)施例描述了具有沿流體流徑延伸的對(duì)稱軸的流體通道，而另外的多個(gè)實(shí)施例也可包括不對(duì)稱的流體流徑。另外，雖然示出的橫截面面積(如A1，A2等)是大致圓形橫截面面積，但也可以使用其它的橫截面形狀，如三角形，矩形，橢圓形，梯形或其它形狀。非圓形形狀可以阻止浮體和流體通道之間的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。另外，雖然所描述的流體通道24基本上包括相對(duì)于流體流徑向外逐漸變細(xì)的結(jié)構(gòu)22的至少上部22b的整個(gè)表面時(shí)，另外的實(shí)施例可包括向外逐漸變細(xì)的不到整個(gè)表面。例如，如果提供一矩形橫截面面積，可以是僅僅四條邊中的一條邊相對(duì)于流體流徑方向28向外逐漸變細(xì)。
所述浮體40可包括空心或?qū)嵭奈矬w。浮體40也可具有適于與流體通道相互作用的廣泛范圍的形狀和尺寸，以便當(dāng)浮體40朝流體流徑的方向28移動(dòng)時(shí)，間隙50的尺寸增加。在一個(gè)實(shí)施例中，所述浮體的外表面的至少一部分也可被制成與流體通道24的表面26相互作用的輪廓。在一個(gè)實(shí)施例中，所述浮體也可包括空心或?qū)嵭奈矬w。在另外的實(shí)施例中，所述浮體也可包括延長(zhǎng)的側(cè)面部分以使該浮體在流體通道24內(nèi)穩(wěn)定。例如，在圖3，5和6中很好地示出，所述浮體40可包括朝流體流徑方向28具有大致圓形橫截面的圓柱形表面42(如參見(jiàn)圖5)。在一個(gè)實(shí)施例中，所述浮體40可包括大致筆直和平行的在直徑上相對(duì)的輪廓42a，42b，如圖6所示。
在另一實(shí)施例中，所述浮體也可包括非平行的輪廓。例如，如圖7所示，所述浮體140包括朝流體流動(dòng)的方向28的大致圓形的橫截面和具有大致筆直和非平行的在直徑上相對(duì)的輪廓142a，142b的錐形的圓錐形表面142。所述浮體140還具有圓錐形錐度T2，其大約等于流體通道24的截頂圓錐形表面26的圓錐形錐度T1。提供具有大約等于截頂圓錐形表面的圓錐形錐度的圓錐形錐度的浮體，可沿浮體的逐漸變細(xì)的圓錐形表面在浮體和流體通道的表面之間保持大致恒定的最小距離。本發(fā)明的浮體也可包括其它表面形狀，如倒置的金字塔形等，其適于與流體通道24的表面26相互配合以提供間隙50。
典型的浮體可能具有各種形狀的前端部分。例如，所述浮體的前端部分可能包括鈍端部分，以啟動(dòng)或加強(qiáng)圍繞浮體的所需的流體流動(dòng)輪廓。例如，如圖6所示，雖然可考慮其它的形狀，但所述浮體40可包括大致半球形的端部44。雖然未示出，所述浮體可包括或設(shè)有有助于流體通道內(nèi)的穩(wěn)定性的結(jié)構(gòu)。例如，所述浮體和流體通道可以具有非圓形的截面以阻止其間的相對(duì)旋轉(zhuǎn)。所述浮體也可包括導(dǎo)向件，如肋或?qū)蚓€或桿以幫助對(duì)準(zhǔn)浮體和/或阻止浮體在流體通道內(nèi)橫向運(yùn)動(dòng)。但是，如圖所示，當(dāng)流體流圍繞浮體從各側(cè)流過(guò)時(shí)，浮體40是自穩(wěn)定的，從而使該浮體40保持與流體通道24的表面26接觸，由此保持幾乎無(wú)摩擦的操作。
在第一區(qū)域內(nèi)的壓力可以通過(guò)浮體的有效重量至少部分地預(yù)確定。例如，所述浮體的有效重量可簡(jiǎn)單包括浮體的初始重量或可包括浮體的初始總重量和增加到浮體上的另外的重量之和。因而，應(yīng)該注意的是，另外的重量可增加到浮體的初始重量上，以改變浮體的整個(gè)有效重量。改變浮體的整個(gè)有效重量允許第一室內(nèi)的預(yù)定壓力改變，從而允許定制壓力調(diào)節(jié)器以在適應(yīng)在第一流體區(qū)域內(nèi)的廣泛范圍的所需壓力。
可提供多種裝置以改變浮體的有效重量。例如，所述裝置可包括增加的輔助重量，以改變浮體的有效重量。典型的實(shí)施例包括在浮體內(nèi)或浮體的頂部設(shè)置輔助重量以改變浮體的有效重量。所述浮體的有效重量也可通過(guò)在裝置上作用另外的力來(lái)改變，以增加或減去所述浮體的初始重量。例如，偏壓件或其它裝置也可設(shè)計(jì)成在浮體的初始重量上增加或減去以改變浮體的有效重量。例如，也可增加壓縮彈簧或拉伸彈簧來(lái)改變浮體的有效重量。
所述裝置也可包括伸長(zhǎng)件以便于調(diào)節(jié)浮體的有效重量。例如，如圖所示，所述裝置可包括伸長(zhǎng)件82，如可以輸送的珠鏈以容納在浮體40的空心內(nèi)部46。所述伸長(zhǎng)件82可以設(shè)計(jì)成每單位長(zhǎng)度相當(dāng)小的質(zhì)量，從而阻止由于流體通道24內(nèi)的浮體的高度的變化引起的浮體的有效重量上的顯著變化。為了改變浮體40的有效重量，一部分伸長(zhǎng)件82進(jìn)入浮體40的空心內(nèi)部46內(nèi)，其中部分伸長(zhǎng)件82可以為螺旋形或者設(shè)置在浮體40的下部?jī)?nèi)表面處。在該實(shí)施例中，浮體的鈍(如半球形)前端部44能夠促使在浮體的最下部分處的伸長(zhǎng)件82的處理部分聚集在流體通道24的對(duì)稱軸25附近，以阻止流體通道24內(nèi)的浮體傾斜。
包括伸長(zhǎng)件的裝置也可包括給進(jìn)機(jī)構(gòu)。例如，如圖所示，所述裝置可包括適于大致保持設(shè)置在浮體的空心內(nèi)部的所需量的伸長(zhǎng)件的滑輪84。所述滑輪84可依靠摩擦力維持在所需位置上，其中浮體的有效重量可以通過(guò)手動(dòng)旋轉(zhuǎn)滑輪來(lái)進(jìn)行標(biāo)刻度。所示的滑輪84包括許多徑向設(shè)置的空腔，其適于容納相應(yīng)珠鏈的珠子以阻止或防止在伸長(zhǎng)件和滑輪84之間滑動(dòng)。值得注意的是，所述滑輪可包括可以隨意阻止滑動(dòng)的其它摩擦或嚙合表面。也可提供最佳的容器86以容納未使用的部分伸長(zhǎng)件。
所述浮體40可包括適于容納部分伸長(zhǎng)件82的空心件，如圖5和6所示。例如，浮體40可包括限制空心開(kāi)口48的端部，其適于容納伸長(zhǎng)件82的展開(kāi)部分。所述浮體40可設(shè)計(jì)成抵抗變形以幫助浮體相對(duì)于流體通道保持所需的形狀。例如，為了增加浮體40的剛性和結(jié)構(gòu)完整性，限制空心開(kāi)口48的端部可包括環(huán)形加強(qiáng)件。例如，浮體的端部可呈波紋形或可制造成使材料在其端部處的剛性增加。在所示的實(shí)施例中，端部包括適于提供環(huán)形加強(qiáng)件的環(huán)形突起49。所述浮體40可加工成環(huán)形突起49或突起可隨著另一實(shí)施例中的材料的附加層而增加。
所述壓力調(diào)節(jié)器也可包括適于阻止浮體40和流體通道24之間分離的止動(dòng)件70。在典型實(shí)施例中，所述止動(dòng)件70可阻止浮體40從流體通道24中排出。在另一實(shí)施例中，所述止動(dòng)件70可設(shè)計(jì)成使浮體在流體通道內(nèi)重新定向，從而阻止在浮體和流體通道之間分離，即使浮體40從流體通道24中去除。
所述壓力調(diào)節(jié)器20還包括適于抑制浮體40在流體通道24內(nèi)堵塞的裝置60。例如，沒(méi)有流體壓力，浮體40傾向于固定到流體通道的圓錐形錐體的下部。沒(méi)有裝置60，浮體可楔入或堵塞在流體通道24內(nèi)。另外，在第一流體區(qū)域內(nèi)的任何負(fù)壓條件可導(dǎo)致浮體40進(jìn)一步吸入流體通道24內(nèi)，從而阻止負(fù)壓條件的釋放和/或進(jìn)一步在流體通道24內(nèi)堵塞浮體40。適于防止堵塞的裝置可包括多種結(jié)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，雖然彈簧或其它裝置可使用在另外的實(shí)施例中，但是所述裝置60包括螺栓。如圖6的虛線所示，所述裝置60適于有利于在浮體40和流體通道24的表面26之間的靜止間隙。所述靜止間隙阻止浮體40在流體通道24內(nèi)堵塞，并且在負(fù)壓條件下也阻止浮體40完全塞住流體通道24。在所示的實(shí)施例中，所述裝置60包括螺栓，其中靜止間隙可通過(guò)順時(shí)針或逆時(shí)針旋轉(zhuǎn)螺栓來(lái)進(jìn)行改變。
所述壓力調(diào)節(jié)器也包括止回閥90，其適于大致防止流體從流體通道24排出該止回閥。在使用中，在流體通道24內(nèi)的正壓力將壓在該止回閥90上，以覆蓋并從而防止在通過(guò)結(jié)構(gòu)22中的底層開(kāi)口92的流體損失。如果進(jìn)口30與下部壓力源相連通，那么裝置60阻止浮體40楔入流體通道24內(nèi)，并且止回閥90可沿裝置60垂直移動(dòng)，以允許空氣通過(guò)開(kāi)口92進(jìn)入流體通道24內(nèi)。
所述壓力調(diào)節(jié)器也可包括與通道24流體相通的測(cè)試端口100。例如，該測(cè)試端口100可包括通過(guò)結(jié)構(gòu)22的壁的開(kāi)口。該測(cè)試端口100適于可操作地連接到流體壓力表110上，以觀測(cè)部分流體通道內(nèi)的壓力。例如，如圖4和5所示，流體壓力表110包括表適配器112，其可與管道或其它管路連接到測(cè)試端口適配器101上。在使用中，在浮體40上游的流體通道24內(nèi)的超壓或負(fù)壓條件可通過(guò)流體壓力表110進(jìn)行監(jiān)測(cè)。在另一實(shí)施例中，所述壓力表110可除去，并且可在第一流體區(qū)域的不同位置處測(cè)量壓力。
圖8是圖1的典型壓力調(diào)節(jié)器20的部分分解視圖。制造壓力調(diào)節(jié)器20的典型方法現(xiàn)在結(jié)合圖5和8進(jìn)行描述。為了簡(jiǎn)化制造，結(jié)構(gòu)22可設(shè)有下部22a和上部22b。所述裝置60接合結(jié)構(gòu)22的下部22a。下部22a可設(shè)有進(jìn)口適配器31，其用于與在第一流體區(qū)域和進(jìn)口30之間提供流體相通的管道對(duì)接。測(cè)試端口適配器101可接合測(cè)試端口100。測(cè)試端口適配器101也接合另外的端口102(參見(jiàn)圖3)，以提供另一最佳的測(cè)試端口位置。塞子104不使用時(shí)可插入另外的端102中。雖然沒(méi)有示出，但是在一些實(shí)施例中另外的塞子可插入測(cè)試端口100中，其中壓力表110不結(jié)合在該裝置中。結(jié)構(gòu)22的下部22a還設(shè)有銷106，以在結(jié)構(gòu)22的下部22a和上部22b之間提供對(duì)準(zhǔn)。
接著，止回閥90的中心孔91可設(shè)置在裝置60的上部，以便所述止回閥90擱在在下部22a的孔92上。然后，上部22b設(shè)置在下部22a上，以便對(duì)準(zhǔn)銷106在上部22b的底端結(jié)合相應(yīng)的孔(未示出)。然后，下部和上部22a，22b安裝到具有安裝螺栓122的支承板120上。所述結(jié)構(gòu)22也可設(shè)計(jì)成在支承板120和下部22a之間具有空氣通道124，以允許空氣在負(fù)壓條件下流過(guò)孔92。
然后，浮體40插入在流體通道24內(nèi)，止動(dòng)件70隨后相對(duì)于結(jié)構(gòu)22安裝，以阻止浮體40和流體通道24之間的分離。所述止動(dòng)件70可偏移結(jié)構(gòu)22，以減小或阻止流體流過(guò)流體出孔32的限制。例如，止動(dòng)件70可包括一個(gè)或多個(gè)隔離物72，其適于從結(jié)構(gòu)22偏移止動(dòng)件70。所述止動(dòng)件70可通過(guò)安裝延伸通過(guò)隔離物72的螺栓74安裝到結(jié)構(gòu)22上。
所述滑輪84可安裝到具有安裝螺栓88的止動(dòng)件70。也可提供波紋彈簧85或襯套，以使滑輪84從止動(dòng)件70偏移并加強(qiáng)滑輪84的功能。一旦將合適程度的扭矩應(yīng)用到安裝螺栓88上，固定螺絲89也可提供來(lái)阻止安裝螺栓88的松動(dòng)。
如果可能的話，壓力表110通過(guò)安裝支架114安裝到支承板120上，管道或其它的管路可連接在測(cè)試端口適配器101和表適配器112之間。如果可能的話，容器86也可通過(guò)螺栓或其它安裝方法安裝到支承板120上。
在使用中，裝置60可調(diào)節(jié)以在浮體40和流體通道24的表面26形成一靜止間隙。然后，進(jìn)口30設(shè)置成與第一流體區(qū)域流體相通。例如，管路或管道可接合進(jìn)口適配器31以及與第一流體區(qū)域相關(guān)的適配器。然后，流體輸送到第一流體區(qū)域，從第一流體區(qū)域流出的流體進(jìn)入流體通道24的流體進(jìn)口30并使浮體40漂浮在流體通道24內(nèi)。浮體40的高度依賴于通過(guò)流體通道的流體流量，并在第一流體區(qū)域大致維持與流體流量無(wú)關(guān)的恒定的壓力。因而，減小的流體流量將導(dǎo)致降低流體通道24內(nèi)的浮體40，以便減小浮體40和流體通道24的表面26之間的間隙的尺寸。類似的，增加流體流量將導(dǎo)致升高流體通道24內(nèi)的浮體，以便增大浮體40和流體通道24的表面26之間的間隙的尺寸。因此，當(dāng)壓力保持大致恒定的時(shí)候，流體流量在工作范圍內(nèi)的波動(dòng)僅改變間隙的尺寸和浮體在流體通道中的標(biāo)高。理想的是將流體流量保持在需要從裝置60中浮起浮體40的最小值之上，并將流體流量保持低于最大值，在該最大值處，浮體接合止動(dòng)件70或浮體從流體通道24中排出。
用下面對(duì)環(huán)形流動(dòng)的分析流體方案可計(jì)算出接近近似值的流體條件，所述流體方案由R.Byron Bird，Warren E.Stewart and Edwin NLightfoot，Transport Phenomena，53(2d.ed.2002)給出Q=π(ΔP)R48μL[(1-k4)-(1-k2)1n(1/k)],]]>在上述的方程中，“Q”表示流體流量，“ΔP”表示壓差，“R”表示浮動(dòng)位置處的管道半徑，“k”表示流體通道的內(nèi)徑與浮動(dòng)位置處的浮體的外徑的比值，“L”表示浮體的長(zhǎng)度以及“μ”表示流體的粘度。
當(dāng)繪制流體流量對(duì)比流體通道內(nèi)的浮體高度時(shí)，可以觀測(cè)到向上的非線性凹曲線。應(yīng)該注意的是，這種向上的凹度關(guān)系是由于具有線性輪廓的錐形錐體，這參考圖6已經(jīng)在前面進(jìn)行描述了。應(yīng)該考慮的是，在流體通道內(nèi)的流體流量相對(duì)于浮體高度之間的向上的凹度關(guān)系可以通過(guò)改變錐形的流體流動(dòng)通道的形狀進(jìn)行改變。例如，應(yīng)該考慮的是，可以將通道成形為在流體通道內(nèi)的流體流量相對(duì)于浮體高度之間獲得大致線性關(guān)系。錐體的形狀可包括拋物線形，雙曲線形，經(jīng)驗(yàn)所得的形狀或其它形狀的錐體，以在流體通道內(nèi)的流體流量相對(duì)于浮體高度之間的函數(shù)關(guān)系提供所需的影響。實(shí)際上，通過(guò)正確地定形錐體，函數(shù)關(guān)系可包括筆直的凹函數(shù)關(guān)系或凸函數(shù)關(guān)系。
在典型實(shí)施例中，一旦浮體40合適地漂浮在流體通道24內(nèi)，壓力讀數(shù)可通過(guò)壓力表110獲得。如果需要調(diào)節(jié)壓力，滑輪84可以手動(dòng)轉(zhuǎn)到將部分展開(kāi)伸長(zhǎng)件82增加到浮體40的空心內(nèi)部46或從浮體40的空心內(nèi)部46中去除。例如，為了增加第一區(qū)域內(nèi)的壓力，滑輪84可旋轉(zhuǎn)以將附加部分的伸長(zhǎng)件82設(shè)置在空心內(nèi)部46內(nèi)。浮體40的增加的有效重量引起第一流體區(qū)域內(nèi)的壓力增加同時(shí)浮體40漂浮在通道24內(nèi)。相似地，為了減小第一區(qū)域內(nèi)的壓力，滑輪84可旋轉(zhuǎn)到相反方向以將部分伸長(zhǎng)件82從浮體的空心內(nèi)部46去除。浮體40的減小的有效重量引起第一流體區(qū)域內(nèi)的壓力減小同時(shí)浮體40漂浮在通道24內(nèi)。也應(yīng)該值得考慮的是，浮體40的有效重量可通過(guò)用具有不同重量的另外的浮體替換這一個(gè)浮體40來(lái)進(jìn)行改變，而伸長(zhǎng)件82可用來(lái)微調(diào)浮體40的重量。在另外的實(shí)施例中，一個(gè)或多個(gè)下降的物體可包括細(xì)繩，以在需要時(shí)使物體容易拉出。
如果負(fù)壓出現(xiàn)在第一流體區(qū)域，壓力調(diào)節(jié)器20適于通過(guò)止回閥90阻止負(fù)壓增大。在負(fù)壓條件下，止回閥90沿裝置60向上漂浮以允許流體通過(guò)開(kāi)口92流入流體通道24。與此相反，在使用期間，在第一流體區(qū)域的過(guò)壓條件下，止回閥90壓在開(kāi)口92上，以基本上阻止流體從流體通道24中流出止回閥90。
如上所述，本發(fā)明的壓力調(diào)節(jié)器能夠易于保持第一壓力區(qū)域的相對(duì)于第二壓力區(qū)域大致恒定的預(yù)定壓力，同時(shí)流體從第一流體區(qū)域流向第二流體區(qū)域。所述預(yù)定的壓力可包括廣泛范圍的壓力，并且能夠?qū)崿F(xiàn)相當(dāng)大和相當(dāng)小的壓差。如上面的進(jìn)一步描述，可以調(diào)節(jié)預(yù)定壓力。例如，預(yù)定壓力可包括從大約0.25英寸的水柱到大約2英寸的水柱。在另一實(shí)施例中，預(yù)定壓力也可包括從大約0.25英寸的水柱到大約2英寸的水柱。在另一實(shí)施例中，預(yù)定壓力可包括從大約0.25英寸的水柱到大約1英寸的水柱。在另一實(shí)施例中，預(yù)定壓力可以落入其它的范圍。例如，預(yù)定壓力可包括大于約2英寸的水柱，也可包括大約0英寸的水柱到約0.25英寸的水柱。提供相當(dāng)小的壓差可以是有利的，以便有利于某些物體的加工工藝。不需要在不適意或可能危險(xiǎn)的相當(dāng)大的壓差下在第一流體區(qū)域放置物體或個(gè)體，相當(dāng)小的壓差也可幫助阻止來(lái)自第二流體區(qū)域的對(duì)第一流體區(qū)域的污染。
在此各個(gè)部件可從廣泛范圍的材料中形成以提供結(jié)構(gòu)整體性，并保持壓力調(diào)節(jié)器的功能性。例如，至少一些或所有的部件可由不銹鋼，鋁，塑料，復(fù)合材料或類似材料中制造。
權(quán)利要求
1.一種壓力調(diào)節(jié)器，其包括包含具有流體進(jìn)口和流體出口的流體通道的結(jié)構(gòu)，所述流體通道包括限制沿從進(jìn)口向出口的方向的流體流徑的表面，其中所述流體通道具有朝流體流徑方向增加的橫截面；以及構(gòu)造成位于流體通道內(nèi)的可移動(dòng)部件，以便在可移動(dòng)部件和流體通道的表面之間形成一間隙，其中所述可移動(dòng)部件適于在流體通道內(nèi)移動(dòng)，并且當(dāng)所述可移動(dòng)部件沿流體流徑的方向移動(dòng)時(shí)，間隙的尺寸增加。
2.如權(quán)利要求1所述的壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于所述可移動(dòng)部件位于流體通道內(nèi)，以便當(dāng)所述可移動(dòng)部件沿流體流徑方向移動(dòng)時(shí)，所述間隙的尺寸大致連續(xù)地增加，并且所述流體通道具有沿流體流徑延伸的對(duì)稱軸。
3.如權(quán)利要求1-2中任一項(xiàng)所述的壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于所述流體通道的表面包括相對(duì)于流體流徑方向向外逐漸變細(xì)的至少一部分。
4.如權(quán)利要求1-3中任一項(xiàng)所述的壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于所述錐形的表面部分包括下列至少一個(gè)a)大致筆直的橫截面輪廓；b)截頂圓錐表面，其具有朝流體流徑方向呈線形增加的直徑。
5.如權(quán)利要求1-4中任一項(xiàng)所述的壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于所述錐形的表面部分包括下列至少一個(gè)a)大致筆直的橫截面輪廓；b)具有約小于2°大于0°的圓錐形錐度的截頂圓錐表面。
6.如權(quán)利要求1-5任一項(xiàng)所述的壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于所述可移動(dòng)部件包括錐形的圓錐表面或圓柱形表面。
7.如權(quán)利要求1-6任一項(xiàng)所述的壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于所述可移動(dòng)部件包括具有限定一開(kāi)口的端部的空心部件。
8.如權(quán)利要求1-7任一項(xiàng)所述的壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于所述可移動(dòng)部件在所述空心部件的端部處包括環(huán)形加強(qiáng)件。
9.如權(quán)利要求1-8任一項(xiàng)所述的壓力調(diào)節(jié)器，其特征在于還包括下列至少一個(gè)a)適于防止可移動(dòng)部件在流體通道內(nèi)堵塞的裝置，其中所述裝置適于在可移動(dòng)部件和流體通道的表面之間形成一靜止間隙；b)適于防止可移動(dòng)部件和流體通道之間的分離的止動(dòng)件；c)適于改變可移動(dòng)部件的有效重量的裝置，其中所述裝置包括具有給進(jìn)機(jī)構(gòu)的伸長(zhǎng)件；d)適于基本上防止流體通過(guò)其從流體通道流出的止回閥；以及e)與流體通道流體相通的測(cè)試端口，并適于可操作地連接到流體壓力表上，以確定部分流體通道內(nèi)的壓力。
10.一種壓力調(diào)節(jié)器，其包括在流體進(jìn)口和流體出口之間形成流體路徑的流體通道，構(gòu)造成位于流體通道內(nèi)的可移動(dòng)部件，所述可移動(dòng)部件用于相對(duì)于第二流體區(qū)域保持第一流體區(qū)域的大致恒定的預(yù)定壓力，該預(yù)定壓力的壓力范圍在從大約0.25英寸的水柱到大約5英寸的水柱，同時(shí)流體從流體進(jìn)口流向流體出口。
11.一種壓力調(diào)節(jié)器，其包括在流體進(jìn)口和流體出口之間形成流體路徑的流體通道，構(gòu)造成位于流體通道內(nèi)的可移動(dòng)部件，用于根據(jù)方程Q=π(ΔP)R48μL[(1-k4)-(1-k2)ln(1/k)],]]>相對(duì)于第二流體區(qū)域保持第一流體區(qū)域的大致恒定的預(yù)定壓力，而流體從流體進(jìn)口流向流體出口，其中“Q”表示流體流量，“ΔP”表示大致恒定的預(yù)定壓力，“R”表示在流體通道內(nèi)的可移動(dòng)部件的位置處的流體通道的半徑，“k”表示流體通道的內(nèi)徑與可移動(dòng)部件在該位置處的外徑的比值，“L”表示可移動(dòng)部件的長(zhǎng)度以及“μ”表示流體的粘度。
全文摘要
一種壓力調(diào)節(jié)器包括流體通道和構(gòu)造成位于流體通道內(nèi)的可移動(dòng)部件，以便在可移動(dòng)部件和流體通道的表面之間形成一間隙。其中當(dāng)所述可移動(dòng)部件適于在流體通道內(nèi)移動(dòng)，并且在沿流體流徑方向移動(dòng)時(shí)，所述間隙的尺寸增加。
文檔編號(hào)G05D16/00GK1815396SQ200510128508
公開(kāi)日2006年8月9日 申請(qǐng)日期2005年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月3日
發(fā)明者G·H·金茲萊爾 申請(qǐng)人:通用電氣公司