[发明专利]控制流体流量的装置

说明书

技术领域

本发明一般涉及一种流体流量控制设备，更具体地，涉及一种控制流体流量的装置。

背景技术

工业处理工厂在广泛的应用中使用控制设备。例如，可使用液位控制器来管理最终控制机构(即、阀和致动器组件)，以对储存容器中的流体的液位进行控制。许多处理工厂使用诸如压缩空气之类的压缩气体作为能源来操作这种控制设备。在某些烃生产设施中，压缩空气一般不是立即可用来操作控制设备的。天然气则经常被用作供应气体来操作这些控制设备。然而，许多控制设备可能将天然气排放至大气中，它因天然气的价值和与这些废气相关的环境控制及调控的缘故而非常昂贵。因而，用控制设备来减少或消除天然气向大气的排放受到重要的关注。

一般来说，应当理解，烃生产工厂中使用的通常的液位控制器可能是由天然气带动的单级的、低排放的气动设备。为了在运转过程中减少天然气的消耗，这种液位控制器被设计成包括死区，以减少排放气体的量。但是，这种设计通常具有较低的操作敏感性或增益，由此使容器范围较大或传感器过大。

此外，通常还通过使用两级气动控制设备来产生具有更高的输出灵敏度的所需的响应特性，由此提高这种单级设备的增益。第一级，通常称为信号级，是将机械或流体压强输入信号转换成压强输出。该信号级具有低体积流率和低压强输出，并为期望的过程控制应用提供响应和控制特性。第二级，通常称为放大器级，提供高气动容量并响应于信号级的输出，以在提供操作最终控制机构所必需的高输出流速和/或压强的同时实现期望的响应特性。这些设备中的许多无法提供与输出信号成比例的控制动作和/或在操作过程中遭受诸如天然气之类的供应气体过多损耗。

图1和图2说明了已知的直通动作两级气动控制设备1，该直通动作两级气动控制设备1包括反向动作信号级A，该反向动作信号级A包括耦接至反向动作放大器级B的信号级阀110，上述反向动作放大器级B具有放大器级继动器10(在下文中将更详细地描述)。在操作中，来自诸如与流体容器中(未图示)的平衡浮子相连的联接件之类的机械设备的输入信号(诸如动作或移位)可被作用于信号级阀110的阀杆顶部135，由此向放大器级继动器10发起气动控制信号。然而，本领域普通技术人员应当理解，也可以从包括压强信号和其它直通机械力的任何公知输入得到输入信号。

放大器级B的放大器级继动器10是美国专利4,974,625号记载的四模式气动继动器，其整体以参考方式纳入本文。那些期望更详细内容的可参见美国专利4,974,625。上述继动器为使用者提供可供选择的直通或反向连通以及正比或速动的操作模式。本领域的普通技术人员应当理解，直通或反向动作模式是指输入信号与输入信号的关系，例如，直通模式是指输出信号随输入信号增加而增加。正比或速动模式是指输出信号的响应，例如，正比是指输出信号的改变实质上与输入信号的改变呈线性，而速动是指输出信号的改变与输入信号的改变呈双稳态或非线性的。

尽管美国专利4,974,625记载的气动继动器可提供四种模式，但图1和图2所说明的两级气动控制设备1却不利地只能使用两个模式的操作，即直通和反向连通/速动模式。这是由于两级气动控制设备1在放大器级继动器10与信号级阀110之间提供非常小的反馈或成比例的力。也就是说，没有特别的机制来反馈来自放大器级继动器10的信号隔膜90的输出压强以补偿施加在信号级阀110的阀杆顶部135上的输入力。

通常来说，控制设备1的放大器级继动器10包括一系列输入及输出端口，这些端口与形成在放大器级继动器10内的各自的腔连通。通过由使用者可进行选择的开关来有选择地控制不同的输入与输出端口之间的流体连通，单级放大器级继动器10可提供多种前述的操作模式，以与不同的控制元件接口。

参照图2，为了在放大器级继动器10中调节操作模式，输入端口11与腔15和输出端口12连通。压强出口17与腔16连通，输入端口13与腔18连通，输出端口14与腔20连通，压强出口17可被连接至诸如阀和致动器组件(未图示)之类的最终控制机构。