CN100404934C - 过流关闭器 - Google Patents

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Abstract

一种过流关闭器，包括：本体，具有包括入口通道的流路；关闭器套管，其安装在该本体内，以在允许流体穿过该本体的打开位置和限制流体穿过该本体的关闭位置之间移动；以及弹性阻尼囊状物，其位于该本体内，并限定了一可变容积的阻尼腔，从而该囊状物响应该阻尼腔容积增加的运动提供了该关闭器套管响应由于流速的增加而提高入口通道的压力而朝向该关闭位置移动的时间延迟，其中，该关闭器套管具有上游杆部，该杆部可滑动地容置于该入口通道中，从而在上游杆部和入口通道之间限定了与该可变容积的阻尼腔液体相通的阻尼流路。其被结合在柔性连接器的入口处，以防止在该连接器出现诸如破裂或分离等故障时产生非控制流动。

Description

过流关闭器
技术领域
本发明涉及一种用于家用水系统及类似系统的过流关闭器。
背景技术
在家用和其他水系统中，可以使用柔性连接器将水供应至例如马桶和龙头的设备。柔性连接器可有众多类型和长度，并且便于安装。使用美国专利5,375,887公开的通用连接套件(hookup kit)还可以进一步简化安装。因为方便且成本低廉，现在柔性连接器被广泛使用。
柔性连接器安装装置的缺点在于，当连接器破裂或分离时其会失效。如果发生这样的情况，则会产生大量不可控的水流。这就造成了溢水的重大威胁以及昂贵的水的损失。
在水系统之外的应用中已经认识到需要防止不可控的过流。美国专利5,215,178公开了一种快速作用的安全阀，用于防止由于加压的液压管路故障而导致的问题。如果由于液压管路故障而产生过流，则滑阀(spool)50抵制弹簧45的力移动以抵靠阀座69来实现关闭。
如美国专利5,215,178中公开了一种快速作用的关闭器，如果其被用于家用水系统中的柔性连接器，则会面临烦人的过早关闭。在水系统中，管道系统内可能存有空气。当空气从柔性连接器流经龙头或者马桶注入阀时，可能会产生水流涌动(flow surge)。该快速作用的关闭器可能会响应这种涌动而关闭，使该供应设备不能工作，直到通过重新打开关闭装置将关闭状态修正了为止。
美国专利No.3,735,777认识到这个问题并且公开了一种关闭器，其具有用于防止快速闭合的阻尼性能。随着阀构件向关闭位置移动，借助于阀构件上的O形环进入缸体来实施阻尼。受限通道仅允许阀构件逐渐移动进入缸体。
美国专利No.3,735,777中公开的关闭器复杂且昂贵，并且需要众多部件。另外，尤其是在长期的热水状态下，这种设计会遇到密封的障碍(sealdrag)。在美国专利No.3,735,777的关闭器中，阻尼效应在阀的关闭运动中实现。
发明内容
希望提供一种过流关闭器，其中，在突然的阀关闭之前，由阻尼效应产生延迟期(delay period)。本发明的主要目的是提供一种改进的过流关闭器。其他的目的是：提供一种用于避免由于水系统中柔性连接器失效而导致水的损失的过流关闭器；提供一种不会面临由于水系统中的空气所产生的瞬时增大的流动而导致烦人的过早关闭的过流关闭器；提供一种在受阻尼控制的延迟期之后从打开位置快速运转到关闭位置的过流关闭器；以及提供一种可靠、结实、简单且廉价的过流关闭器。
简要地讲，根据本发明，提供了一种过流关闭器，包括：本体，具有包括入口通道的流路；关闭器套管，其安装在该本体内，以在允许流体穿过该本体的打开位置和限制流体穿过该本体的关闭位置之间移动；以及弹性阻尼囊状物，其位于该本体内，并限定了一可变容积的阻尼腔，从而该囊状物响应该阻尼腔容积增加的运动提供了该关闭器套管响应由于流速的增加而提高入口通道的压力而朝向该关闭位置移动的时间延迟，其中，该关闭器套管具有上游杆部，该杆部可滑动地容置于该入口通道中，从而在上游杆部和入口通道之间限定了与该可变容积的阻尼腔液体相通的阻尼流路。
如本发明优选实施例所述的过流关闭器，其中，还限定有从该阻尼流路延伸到该阻尼腔的受限通道，其响应穿过该流路增大的流动而增加该阻尼腔内的压力。
如本发明优选实施例所述的过流关闭器，其中，该受限通道由该空腔的金属表面和金属垫圈之间的交界面限定。
如本发明优选实施例所述的过流关闭器，其中，该金属垫圈位于该金属表面和该关闭器套管之间。
如本发明优选实施例所述的过流关闭器，其中，还包括位于该本体内的关闭器座。
附图说明
从下面对附图中示出的本发明优选实施例的详细描述中，可以最佳地理解本发明上述的及其他的目的和优点，其中：
图1是根据本发明构造的包括过流关闭器的柔性连接器的轴侧图；
图2是该过流关闭器的放大的轴向剖视图，其示出了处于打开位置的过流关闭器；
图3是与图2类似的视图，其示出了处于关闭位置的过流关闭器；以及
图4是该过流关闭器的组件的分解轴侧图。
具体实施方式
现在参考附图进行说明，首先参考图1，其示出了整体上用附图标记10表示的、适用于将诸如龙头或者马桶水箱注入阀的设备连接到家用或其他水系统的柔性连接器。该柔性连接器10包括在入口14和出口16之间延伸的具有一定长度的柔性导管12。柔性导管12可由诸如覆盖有编织尼龙(braidednylon)的乙烯-丙烯塑料的任意传统材料制成。在出口16处，导管12通过带褶皱的套箍(crimped ferrule)18与被设计成同诸如龙头或马桶等设备的入口相配合的传统连接螺母接头(fitting)20连接。在入口14处，导管12通过带褶皱的套箍22与整体上用附图标记24表示并且根据本发明原理构造的过流关闭器连接。
诸如连接器10的柔性连接器可能会发生故障。典型的故障模式是，导管12的壁破裂以及该导管与带褶皱的套箍18或22中的一个分离。这样的故障会带来可能因为大量非受控流体流入家里或其他结构而导致损害的问题。根据本发明，通过将水经由过流关闭器24供给至柔性连接器10来解决该问题。
在附图所示的本发明的实施例中，过流关闭器24永久地结合到柔性连接器10的入口14内。这种设置的优点在于，安装者仅需要使用单个柔性连接件10就可以获得由所包含的过流关闭器提供的保护。不过，如果需要，该过流关闭器可以设置为单独的单元，并与例如在水系统和传统柔性连接器或其他连接器装置的入口之间的传统接头相连。作为另一可选方案，过流关闭器可以结合到例如角式截止阀(angle stop)的供水接头内。
在图2-4中可以看到过流关闭器24的结构。该过流关闭器24具有本体26，该本体26包括基部28和旋拧到基部28上的帽30。水通过入口32进入本体26，并通过出口34离开本体26。从入口32到出口34贯通本体26的流路36包括入口通道38、扩大的中央空腔40以及出口通道42。在所示出的本发明的实施例中，入口通道38延伸穿过本体26的基部28的接头或终端部44。终端部44可以是在此援引作为参考的美国专利5,375,887所公开的管道连接套件(plumbing hookup kit)的终端。该专利可用于终端部44进一步描述的参考。可选择地，入口通道可与任意的传统接头组件结合，例如与诸如角式截止阀的传统供水接头相配合的接头。
在所示出的本发明的实施例中，出口通道42延伸穿过本体26的帽部30的带倒钩的柄部46。导管12的入口14通过带褶皱的套箍22与带倒钩的柄部46相连。可选择地，出口通道42可与用于与其他装置连接的诸如螺纹柄的传统接头结合。
安装在空腔40内的关闭器构件48包括基部50，该基部50由弹簧52支撑并抵靠位于下游的空腔壁54。可选择地，基部50可以固定地安装到壁54上。由基座58从基部50向上游(upstream)支撑的头部56包括关闭器座60。在图2所示的过流关闭器的打开位置处，水可以绕过关闭器座60沿基座58流动，并且穿过基部50进入出口通道42。
关闭器套管62在本体26中可以在图2所示的上游的打开位置和图3所示的下游的关闭位置之间移动。在图2的打开位置处，水流过穿过关闭器套管62延伸的轴向流量计量(flow metering)通道64。过滤器(strainer)66形成为与套管62一体的部分。弹簧52通常将关闭器套管62保持在打开位置。流体流过流量计量通道64产生的压降使关闭器套管62移向关闭位置，这将在下面结合过流关闭器24的操作进行描述。在图3的关闭位置处，关闭器套管62的环形闭合表面或环形闭合部68与关闭器构件48的关闭器座60接合，以阻挡穿过过流关闭器24的本体26的流动。
整体上用附图标记70表示的阻尼组件防止由于诸如可能由水系统中的空气所产生的瞬时流动峰值而导致的过流关闭器24过早烦人的操作。阻尼组件70包括优选由橡胶或其他弹性体制成的柔性囊状物72。囊状物72包括大致呈圆柱形的本体部74、在其下游端部径向向外定向的密封凸缘76以及在其上游端部径向向内定向的安装凸缘78。囊状物72安装在空腔40内，且整体的密封凸缘76设置在基部28和帽30之间以密封本体26，而不需要单独的密封件。安装凸缘78与关闭器套管62的凸缘80的上游侧接合。
囊状物72的圆柱形本体部74封闭并围绕弹簧52，并且如图2所示，其通常与弹簧52的外径径向向外间隔开。该囊状物与本体26配合以限定位于囊状物72径向外侧的可变容积的阻尼腔82。囊状物72将本体26的空腔40分成两部分，即囊状物72内的流动区域84以及囊状物72外侧的阻尼腔82。
穿过流量计量通道64的流体导致流量计量通道64的上游端和下游端之间产生压降。流动区域84承受较低的下游压力。入口通道38承受较高的上游压力。高压入口通道38通过受限流动通道86与阻尼腔82连通。关闭器套管62包括可在入口通道38的扩大直径的通道段90内滑动的杆部88。杆部88和通道段90的壁之间的径向间隙(clearance)允许流体从入口通道38向阻尼腔82流动。
在关闭器套管62的面向上游的肩部94和空腔40的面向下游的端壁96之间设置有垫圈92。弹簧52通常压紧垫圈92的下游表面使之面对面紧靠着壁96。这些交界面限定了受限流动通道86。可以使用诸如沟槽、拱座或其他各种特征的表面结构以允许受控制的受限流体横穿这些交界面。一种优选的方法是通过同时使用金属制造的基部28和垫圈92来形成两个金属表面。这样得到的金属与金属的接触提供了具有期望的受限流动特性的受控泄漏路径。
在操作中，通过将接头(fitting)20连接至诸如龙头或抽水马桶注入阀的设备并通过将所述终端部44或其他接头连接到角式截止阀或其他供水连接装置上，来将柔性连接器10安装在家用或类似的水系统中。弹簧52沿上游方向对关闭器套管62施加偏压力，将关闭器套管62保持在图2的打开位置，并压紧垫圈92使之抵靠住空腔40的壁96。在正常的打开位置处(图2)，水可以从所述水系统穿过过流关闭器24和导管12流向所连接的设备。
然后，例如通过打开包含在所述水系统的角式截止阀内的阀向连接器10施加加压的水。当所连接的设备使用水时，水流经连接器10和过流关闭器24。流入典型水系统的典型设备中的最大流速约为每分钟两加仑。在这种正常流速下，横穿关闭器套管62的压降产生趋于使关闭器套管移动远离打开位置的力，但该力小于由弹簧52施加的沿打开方向的力。结果，在所连接设备的正常操作中，关闭器套管保持在图2的打开位置处。
例如连接器10的导管12的破裂或者导管12与带褶皱的套箍18和22中任一处的接头分离可能导致过流状态。增大的流速使得过流关闭器24关闭，防止持续的非受控流动、溢流以及水渍损失。如果流体增大到例如超过每分钟三加仑的持续增大的流速，则横穿关闭器套管内的流量计量通道64的压降增大到导致关闭力大于弹簧52所施加的打开力的值。
阻尼组件70在关闭操作中提供时间延迟，并且过流关闭器24不会由于流速增加而立即移动或关闭。入口通道38内的上游压力通过受限流动通道86与阻尼腔82连通。当压力由于过流的速度而增大时，随着水通过受限流动通道86逐渐进入阻尼腔82，最初的效果是逐渐地增加阻尼腔82的容积。结果，如图3所示，阻尼腔82的容积增加了，并且囊状物72的本体74逐渐皱缩而紧靠弹簧52的外径。如果所述过流是例如由夹带空气的流体穿过连接的设备所产生的瞬时现象，则流速在阻尼腔达到其最大容积之前会返回到正常情形，并且关闭器套管62不会从其图1中的打开位置移开。
如图3所示，如果由于柔性连接器10发生故障而产生持续的过流，则阻尼腔82膨胀至其最大容积，并且囊状物本体部74抵靠住弹簧52。在阻尼腔82的膨胀过程中，囊状物72的柔性使得阻尼腔82中的压力和囊状物72内的流动区域84内的压力逐渐相等。当阻尼腔82达到其最大容积时，由于与弹簧52的抵靠接触阻挡了囊状物的进一步移动，所以阻尼腔82内的压力增加了。这样，关闭器套管62远离图2所示的打开位置移动。闭合表面部68靠近关闭器构件48的关闭器座60，在闭合部68和关闭器座60之间进行截流。由于这种截流作用导致的增大的压降致使关闭器套管快速向图3所示的关闭位置移动。
在中度过流状态下部分地由柔性囊状物72限定的阻尼腔82的这种效果提供了最初的时间延迟，在该时间延迟期间，关闭器套管62并不移动。在该阻尼延迟期内，瞬时过流不会造成套管移动。如果持续过流，则在该延迟期结束时，关闭器套管62会突然从打开位置移动到关闭位置。入口压力将套管62压紧关闭，直至在过流故障状态修复之后，通过去除入口压力而使过流关闭器24复位。
使用阻尼腔的柔性囊状物避免了使用其他阻尼系统可能出现的密封障碍的问题。过滤器66阻挡大到足以妨碍关闭器套管62抵靠关闭器座60关闭的颗粒。关闭器套管62的关闭速度通过杆部88和通道段90之间的流动间隙而变得缓和以避免水锤效应。
尽管已经参考附图所示的本发明实施例的细节对本发明进行了说明，但这些细节并非旨在限制如所附权利要求书所请求保护的本发明的范围。

Claims (17)

1.一种过流关闭器，包括：
本体，具有包括入口通道的流路；
关闭器套管，其安装在该本体内，以在允许流体穿过该本体的打开位置和限制流体穿过该本体的关闭位置之间移动；以及
弹性阻尼囊状物，其位于该本体内，并限定了一可变容积的阻尼腔，从而该囊状物响应该阻尼腔容积增加的运动提供了该关闭器套管响应由于流速的增加而提高入口通道的压力而朝向该关闭位置移动的时间延迟，其中，该关闭器套管具有上游杆部，该杆部可滑动地容置于该入口通道中，从而在上游杆部和入口通道之间限定了与该可变容积的阻尼腔液体相通的阻尼流路。
2.如权利要求1所述的过流关闭器，其中，还限定有从该阻尼流路延伸到该阻尼腔的受限通道，其响应穿过该流路增大的流动而增加该阻尼腔内的压力。
3.如权利要求2所述的过流关闭器，其中，该受限通道由该空腔的金属表面和金属垫圈之间的交界面限定。
4.如权利要求3所述的过流关闭器，其中，该金属垫圈位于该金属表面和该关闭器套管之间。
5.如前述权利要求中任一项所述的过流关闭器，其中，还包括位于该本体内的关闭器座。
6.如权利要求5所述的过流关闭器，其中，该关闭器套管包括下游闭合部，该下游闭合部可与该关闭器座接合，以在关闭位置限制穿过主流路的流动。
7.如权利要求6所述的过流关闭器，其中，还包括：关闭器构件，该关闭器构件包括该关闭器座；弹簧，所述弹簧由在该关闭器构件和该关闭器套管之间压缩的卷簧构成。
8.如权利要求7所述的过流关闭器，其中，该弹性阻尼囊状物围绕并封住该弹簧。
9.如权利要求1所述的过流关闭器，其中，该本体限定了一扩大的中央空腔以及从该空腔延伸的出口。
10.如权利要求9所述的过流关闭器，其中，还包括弹簧，该弹簧位于该空腔内将该关闭器套管向打开位置偏压。
11.如权利要求1-4中任一项所述的过流关闭器，其中，还包括弹簧，该弹簧将该关闭器套管向打开位置偏压。
12.如权利要求10所述的过流关闭器，其中，还包括穿过该关闭器套管的流量计量通道，其响应过量的液流而产生促进该关闭器套管抵抗该弹簧从打开位置向关闭位置的偏压力的流体响应压降。
13.如权利要求1所述的过流关闭器，其中，该本体包括基部和帽，该弹性阻尼囊状物包括以密封关系压紧在该基部和该帽之间的凸缘部。
14.如权利要求1所述的过流关闭器，其中，该阻尼腔被限定在该弹性阻尼囊状物的外侧和该本体的壁之间。
15.如权利要求1所述的过流关闭器，其中，还包括一个机械连接到该本体的导管。
16.如权利要求15所述的过流关闭器，其中，所述该导管包括一个柔性的导管。
17.如权利要求15所述的过流关闭器，其中，还包括一个将该导管机械连接到该本体的套箍。
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