CN100415323C - 平衡阀装置以及包含此平衡阀的呼吸装置 - Google Patents

Abstract

一种特别用于潜水者的呼吸调节器(100)的阀装置，包括一个可以与超大气压力(P_入口)下的气体源连接的入口腔(111)和一个处于调节压力(P_出口)下的出口腔(112)。在超大气压力和调节压力的影响下可以移动的一个阀座(115)封闭在入口腔和出口腔之间，并具有一个连接所述腔的贯通通道(115a)。还具有可移动地设置在阀座中的一个阀体(114)以便在所述阀座中开闭所述贯通通道。一个随动设备(116，117，118)在阀体上作用一个力，所述力取决于可移动阀座的位置，以便来自超大气压力作用在阀体上的变化力将被来自随动设备相应的变化力补偿。这产生一个基本恒定的阀特性，同时提供机械上简单解决方案。

Description

平衡阀装置以及包含此平衡阀的呼吸装置

技术领域

本发明涉及平衡阀装置并且尤其涉及用于控制加压呼吸气体向呼吸调节器的流动的平衡阀装置。本发明还涉及这种呼吸调节器。

背景技术

潜水设备包含一种所谓的呼吸调节器，所述调节器与一个或多个潜水罐或它们技术上的等同物相连并且所述调节器用于将所述罐的压力调节至预定的调节压。为此向呼吸调节器提供一个阀装置。图1概略地图解了一种根据现有技术构造的这类阀装置。如同将被了解的，该阀包括处于罐压P_入口下的入口侧11以及处于调节压P_出口下的出口侧12。锥形阀体14可移动的位于阀座15中。出口侧12由一个连接弹簧17的柔性隔板或隔膜16限定，所述弹簧17在隔板16上施加一个弹性力F_弹簧。由此，隔板的一侧受到一个来自调节压力P_出口的力，同时隔板的另一侧受到一个来自环境压力P_环境的力。弹性力和例如由隔板16施加的力作用在杆18上，所述杆连接阀体并由此施加力F_杆到所述阀体上。

这种已知的阀具有以下的工作方式。阀体14的运动取决于其受到的力。这些力包括(如图所示)由罐压决定的一个向上指向的力F_入口。此力基本由向下作用的力F_出口补偿，所述向下作用的力通常包括调节压P_出口在阀体上的作用和杆力F_杆。当具有连接到出口侧管口的潜水者吸气时，随之导致调节压力的降低，作用在隔板16上的压力降低以及隔板在杆18上施加一个增加的力。由此所述力F_杆增加并且在活动阀的情况中，阀体将向下移动，从而罐内的气体穿过阀座15流入，直到调节压力增加到阀体返回图1所示位置的范围。

这种已知阀装置的一个问题是阀体的移动取决于罐的压力，所述压力在满罐的情况下可以相当于大约300巴的超大气压力，并且在使用中可能下降至接近0巴。反过来这意味着，阀的性能将和调节的压力一起变化。

此问题的几种解决方案已被提出。这些被建议方案的一个例子在图2中说明。图2所示的阀在许多方面与图1所示的阀相应，尽管在后者的情况中，相应的阀体14已经被具有贯通通道14a’的阀体14’替代。这个通道连接出口12和空间19，借助一个O形环所述空间19相对于入口11被密封。因此，那些来自入口侧作用在阀体上的力F_入口基本没有轴向分量，从而设置一个提供基本不依赖于P_入口的调节压力的平衡阀。

然而，这种构思的阀体的使用具有这样的缺点，即阀体和阀座之间的密封表面最终易于渗漏。这有若干原因。孔和阀体圆锥之间的配合必须是理想的-不能允许不规则。在长时期的使用之后，所述锥体以孔限定边缘和圆锥中的刮痕或沟槽的形式变为受损的，该损伤导致密封渗漏。而且阀体必须是直的，意味着阀体必须以最大限度的精度被引导。由于损伤和其它形式的磨损，所述O形环会开始渗漏，因此阻碍了预设的平衡和密封作用的获得。

当使用球形密封体时，这些与使用锥形阀体联系在一起的缺点得以避免。球形体是自引导的，因此省去了锥形阀体所需的精确引导的必要。

然而，可以明白，当球形体被用作阀关闭装置时，图2图解的平衡解决方案不适用。

发明内容

本发明的一个目的是提供一种通用平衡阀装置，换句话说是，一个阀装置，利用它出口侧的压力与入口侧压力无关地保持基本恒定。

本发明基于以下认识：通过使其上设置阀关闭件的阀座在所述阀入口侧和出口侧的压力影响下移动，可以获得阀装置的平衡。

根据本发明，提供了一种特别用于潜水者呼吸调节器的阀装置，包括：一个可以与超大气压力(P入口)下的气体源连接的入口腔；一个处于调节压力(P出口)下的出口腔；一个密封地设置在所述入口腔和所述出口腔之间的阀座，所述阀座包括连接所述入口腔和所述出口腔的一个贯通的通道；一个阀关闭件，其可移动地设置在所述阀座内并且用于打开或关闭所述通道，所述阀关闭件受到力作用，所述力包括来自所述超大气压力和调节压力的力；以及一个用于调节所述阀关闭件的随动设备，其特征在于，所述阀关闭件是一个球体或一个锥形阀体；所述阀座在所述超大气压力和所述调节压力的影响下可以移动；以及所述随动设备在所述阀构件上施加一个力，该力取决于所述可移动阀座的位置，以便来自所述超大气压力的影响所述阀关闭件活动的变化力被来自所述随动设备的相应变化力补偿；其中所述调节压力被保持为与所述超大气压力无关地基本恒定。

根据本发明还提供一种包括该阀装置的呼吸调节器。

本发明的阀装置和本发明的呼吸调节器提供基本恒定的阀性能，同时还提供简单的机械解决方案。

在一个特别优选的实施方案中，一个球形体，或球，被用作一个阀关闭构件。所述阀关闭构件由此有利地自引导。

其它优选实施方案在各从属技术方案中限定。

附图说明

现在将通过示例并参照附图对本发明进行详细的说明，在附图中：

图1是根据现有技术的一种非平衡阀装置的概略性示图；

图2是根据现有技术的一种平衡阀装置的概略性示图；

图3是根据本发明的一种阀装置的概略性性示图；

图4图解了包含发明的阀装置的一种呼吸调节器，当高压处于入口侧时所述阀被关闭；

图5示出了图4的呼吸调节器，其具有打开的阀；

图6示出了图4的呼吸调节器以及当低压主导入口侧时所述阀关闭；

图7示出了所述阀打开的图6的呼吸调节器。

具体实施方式

现在将首先参照附图3，阐述创新阀装置和创新呼吸调节器的一个优选实施方案。应当注意，在说明书中提及的方向，例如上，下等，仅指如图所示的那些方向，并且由此在解释所附的权利要求时，其不应当被视为发明范围的限定。

图3是创新阀装置的原理图。所述阀装置包括入口侧111，出口侧112，隔板或隔膜116，隔板弹簧117和杆118。这些阀构件与图1所示的阀构件相应。所述阀装置还包括一个球体114形式的阀关闭件，所述球体位于阀座115中的开口115a上。与用于所述的现有阀技术中的阀座不同，阀座115可以上下移动，如图3中的双头箭头所指。入口和出口侧之间的密封通过一个O形环115b实现，所述O形环邻接于所述可移动阀座和调节器外壳(在图3中未示出)。阀座弹簧119与阀座连接。由此，阀座可以相应于入口侧111和出口侧112之间的压力差移动，并且与弹簧119的弹出特性相一致。为了获得所述的基本平衡的阀功能，必须满足相关面积和弹出特性之间的下述比率：

$k\left(119\right)=k\left(117\right)\·\frac{A\left(115a\right)-A\left(115b\right)}{A\left(115b\right)}$

其中

k(119)＝阀座弹簧119的刚度；

k(117)＝隔板弹簧117刚度；

A(115a)＝阀座115中的开口115a的面积；以及

A(115b)＝被O形环115b密封的面积。

应当注意到这是略微简化的关系，它没有考虑例如O形环的摩擦和密封力。

因为阀座可以移动，当所述球体位于阀座中时，弹簧的作用力将相应于阀座的位置改变。这使在入口侧上的气体压力由于“自动”变化的弹簧力可以被补偿。例如，如果罐的压力应当下降，其导致更小的向上作用力F_入口，阀座115将会向图中的下方移动。由于阀座的这个向下运动，弹簧伸展，导致向下作用的力F_杆的减小。此特指的技术领域中的技术人员可以容易地给所述调节器构件定尺寸，以便球体上向上或向下指向的力的改变将彼此补偿，由此获得阀装置的平衡；参见上述公式。

现在将参照附图4-7，阐述包含创新阀装置的呼吸调节器100的一个实施方案。所述调节器包括一个外壳101，所述外壳的内部借助隔板116相对于周围环境密封。外壳包括一个盖子或罩102，其用作弹簧117的一个抗压力装置。罐联接器103也密封地与所述外壳相连。

所述呼吸调节器包括适于连接一个或多个潜水罐的入口侧111以及适于连接呼吸管口(未示出)的出口侧112。所述入口和出口侧通过一个阀座115彼此分开。该阀座可以向上和相下移动并且借助一个O形环115b相对于外壳101密封。阀座具有一个轴向贯通的圆形横截面的开口115a，所述开口在入口和出口侧之间形成一个连接通道。阀座的移动由弹簧119调节。

球体114用作一个阀关闭件。所述球体位于阀座115内，并且在如图4所述的位置封闭通道115a。球体作在杆118上，该杆顺次作用在隔板116上并由此作用在被弹簧117向下弹性偏压的压板120上。杆借助一个滑动轴承(未示出)安装在一个支架121中。支架121的作用是在其他物件中引导杆118并握持阀座弹簧119。所述支架还被设计成用于限制阀座向上运动的上端位置。压板120设置在其中的空间被柔性隔板116分隔成一个下腔123a和一个上腔123b，所述下腔与出口侧112相连接。

所述阀座基本由金属构成，尽管它在表面具有一个邻接于所述球体的塑料外套。所述球体由钢或陶瓷材料制成。在优选实施方案的情况中，隔板116是一个卷曲隔板。

图4显示处于关闭状态的呼吸调节器100，其在入口处具有高压，其中，借助该图可以看出阀座115已经背离底部腔室112向上略微移动。这与潜水开始时的状态相对应。图5示出了处于相同状态的呼吸调节器，但是具有阀装置打开时的吸气。吸气抽空空气的入口处，下腔123a由此也抽空，其导致所述腔室的压力下降。这使柔性隔板116向下移动并由此在杆118上施加力，所述杆顺次向下作用在球体114上。由于在此位置作用在球体上的向下作用力超过了向上作用的力，所述球体将离开它在阀座中的密封位置并允许空气穿过通道115a。这种状态一直持续到作用在球体上向上指向的力超过向下作用的力，换句话说当入口侧以及下腔123a的压力增加到预期的调节压力。由此致使隔板返回如图4所示的位置。在使用一段时间后，潜水罐中的超大气压力下降，入口侧111的压力由此也下降。然而，出口侧112的调节压力应当保持在预期的调节压力。这意味着阀座115逐渐向下移动，并最终处于如图6和7所示的下端部位置。这表示由杆118作用在球体上的力变得更小，该力平衡潜水罐中由压力下降导致的变小的力。在其他方面，阀在图6和7所示位置的开闭正如上述参照图4和5描述的状态进行。

本发明的呼吸调节器获得与以前相同的平衡效果，以前通过使用O形环密封的锥形阀体作为阀关闭装置来获得平衡效果，参见图2。与此同时，获得了通过使用球体作为阀关闭件产生的那些优点，例如自引导效应。

尽管已经参照阀装置的优选实施方案和呼吸调节器的优选实施方案对本发明进行了说明，但是该特定技术领域的技术人员将明白这些实施例可以在所附权利要求的精神范围内变化或改进。例如，阀座可以全部由金属构成，以及球体可以由塑料制成。为避免磨损，通道115a的表面边缘可以用塑料材料包覆，所述表面边缘用作阀座115上抵靠球体114的邻接表面。

在使用中，球体114抵靠杆118。为了补偿球体的重力并由此确保球体不会落向底部落到调节器上的一定位置——例如由于P_入口非常慢或非常快的增加，重力将导致球体在阀座内错误定位——可以在球体和调节器外壳底部之间具有一个弹簧(未示出)。在此情况中，弹性力应当足够小到使其力附加值可忽略不计，或者，作为选择，当计算调节器尺寸时可以包括该力附加值。

已经示出了在入口和出口侧的压力作用下可移动的阀座。已经阐述了一个阀座弹簧119，其用于获得预期的移动特性。替换地，例如螺旋弹簧或板簧的数个弹簧可以被设置在阀座和支架121之间。替换地，阀座的固有弹性，即其在压力下的弯曲性能，可以被用于获得阀座的预期移动。在此情况中，阀座弹簧119的功能被一个固定安装的阀座替代，其中阀座材料的向外弯曲或压缩替代了阀座弹簧119的功能。

已经示出了作用在压板120上的弹簧117。作为选择，由隔板116施加的力可以替代所述由弹簧施加的力，由此可以省去弹簧。

尽管球体已经被说明用作一个阀关闭件，但是可以理解，可移动阀座也可以与作为阀关闭装置的锥形阀体一起使用。

随动装置可以包括一个替代柔性隔板的活塞。

尽管所述阀装置首先被提出用于潜水者，但是可以明白，本发明构思也包括相似的用途，例如涉及烟尘潜入者的装备、医疗保健装备等。

Claims (8)

1. 一种特别用于潜水者呼吸调节器(100)的阀装置，包括：

一个可以与超大气压力(P_入口)下的气体源连接的入口腔(111)；

一个处于调节压力(P_出口)下的出口腔(112)；

一个密封地设置在所述入口腔和所述出口腔之间的阀座(115)，所述阀座包括连接所述入口腔和所述出口腔的一个贯通的通道(115a)；

一个阀关闭件(114)，其可移动地设置在所述阀座内并且用于打开或关闭所述通道，所述阀关闭件受到力作用，所述力包括来自所述超大气压力和调节压力的力；以及

一个用于调节所述阀关闭件的随动设备(116，117，118)，

其特征在于，

所述阀关闭件(114)是一个球体或一个锥形阀体；

所述阀座在所述超大气压力和所述调节压力的影响下可以移动；以及

所述随动设备在所述阀构件上施加一个力，该力取决于所述可移动阀座的位置，以便来自所述超大气压力的影响所述阀关闭件活动的变化力被来自所述随动设备的相应变化力补偿；

其中所述调节压力被保持为与所述超大气压力无关地基本恒定。

2. 如权利要求1所述的阀装置，其中所述随动设备包括：

可以被所述调节气压(P_出口)影响的一个柔性隔板(116)；以及

连接到所述隔板的一个杆(118)；

其中所述杆在阀座中的所述阀构件上作用一个力，所述力取决于环境压力(P_环境)和所述调节压力(P_出口)之间的差异。

3. 如权利要求1所述的阀装置，其中阀座(115)由金属构成。

4. 如权利要求3所述的阀装置，其中所述通道(115a)的边缘表面用塑料材料覆盖，所述边缘表面用作所述阀座(115)上抵靠所述阀关闭件(114)的邻接表面。

5. 如权利要求1所述的阀装置，其包括与所述阀座连接的一个弹簧(119)。

6. 如权利要求5所述的阀装置，其中弹簧(119)的功能被一个固定安装的阀座替代，其中阀座材料的向外弯曲或压缩替代弹簧(119)的功能。

7. 如权利要求1所述的阀装置，其中阀关闭件(114)由塑料和金属的任何一种构成。

8. 一种具有外壳(101，102)的呼吸调节器(100)，其包括根据前述权利要求任何一项所述的阀装置。

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