CN100451410C - 多口阀 - Google Patents

Abstract

一种阀(10)，其构造成从一个或多个源头(28)接收例如环境空气的流体并将该流体分配到从多个输出端口中选出的一个或多个输出端口(12)中。所述阀包括：第一阀体元件(14)和第二阀体元件(16)，所述第一阀体元件和第二阀体元件形成一个容置有转盘(20)的腔(18)，所述转盘用于引导流体经过位于第二阀体元件(16)中一个或多个输出端口(12)。所述第一阀体元件(14)包括一个分配腔(30)，用于从输入端口(28)接收流体并将该流体分配到转盘(20)。转盘(20)可以通过马达(56)和传感器(60、64)控制，以将一个或多个位于转盘(20)内的孔(22)与所选出的位于第二阀体元件(16)中的一个或多个输出端口(12)对齐。

Description

多口阀

技术领域

本发明大体上涉及多口阀，更具体地，涉及用于在空气提升(airlift)系统中分配空气的多口阀。

背景技术

通过管道将流体从一个位置移动到另一个位置的很常见的传统方法采用了一个泵；然而，可使用其它的系统而通过管道传输流体。例如，可使用环境空气以及其它气体而通过管道传输流体，以将稠密的液体推过管道。这样的一种利用环境空气来移动稠密液体使之穿过管道的系统通常被称作空气提升系统。在空气提升系统中，空气在系统的特定位置处被泵入充满有稠密液体的管道中，以迫使液体通过管道而移动到一个期望的端点。许多空气提升系统涉及到在不同的时间以不同的量将空气分配到系统的各个部分上。从而，需要这样的一种设备：其可以可靠地在不同的时间将空气分配到空气提升系统内的多个位置上。

多口阀通过多种构造形成并在多种场合下使用以满足多种目的。例如，多口阀包括这样的设计：其具有多个耦连到单个出口的入口。在另一方面，一些多口阀从单个供应源接收流体并将流体分配到多个不同的位置。授予Kenna等人的美国专利6,345,645公开了一种多口阀，用于将水从游泳池的再循环泵分配到所选择的出口，以运转游泳池中的成排清洁头。此外，授予Foster的美国专利5,542,451公开了一种多口阀，用于将水分配到水箱的多个输出端口。此外，在许多行业——例如石油行业、卫生保健行业、住宅泳池行业、供水行业以及各种其它行业——中应用了多口阀。然而，虽然在这么多样化的行业中应用了多口阀，仍然需要一种可靠的多口阀，其可以将例如气体的流体分配到多个目的地之一而不会泄漏到其它的开口端口。

发明内容

本发明涉及一种多口阀，其可以从一个或多个源头接收流体并通过多个输出端口将流体分配到一个或多个目的位置。所述阀可以分配流体和液体，所述流体例如为、但是不限于气体，例如环境空气、氧气、以及其它气体，所述液体例如为蒸馏水、自来水以及其它液体。所述阀包括：第一阀体元件和第二阀体元件，所述第一阀体元件和第二阀体元件形成一个容置有转盘的内腔，所述转盘用于控制流体分配到多个输出端口中的一个或多个中。所述第一阀体元件包括一个分配腔，用于从输入端口接收流体。在一个实施方式中，所述分配腔是环形的，但在其它实施方式中可具有其它的形状。转盘包括一个或多个孔，所述孔的尺寸允许流体从由转盘和第一阀体元件形成的分配腔流到一个或多个所述的输出端口。在一个实施方式中，转盘具有单个孔，该孔的尺寸和位置设置成与单个输出端口对齐。

所述阀还可以包括一个马达，该马达用于转动所述转盘、并使得该转盘中的一个或多个孔与从多个输出端口中所选出的一个或多个输出端口对齐。所述马达可手动地控制或通过可编程或不可编程的电气设备控制，所述电气设备例如为但不限于微型控制器或计算机。所述阀可包括齿轮箱，用于减小所述马达驱动轴杆的转速以及增加由该马达产生的扭矩。

密封件用于使所述转盘与第一和第二阀体元件之间密封地设置。特别地，在所述第一阀体元件和转盘之间设置有内密封件和外密封件，以使得所述分配腔与转盘之间密封地设置。所述内密封件的外直径略微地小于分配腔的内直径，而所述外密封件的内直径略微地大于分配腔的外直径。这个构造防止通过所述输入端口进入到分配腔内的流体离开分配腔，除非其经过一个或多个位于该转盘内的孔。在一个实施方式中，每个输出端口都通过独立的输出端口密封件而与所述转盘分别密封地设置。这个构造使得流体可以输送到各个输出端口，而不允许流体输送到位于第二阀体元件中的其它输出端口。这个构造非常理想地适合于与空气提升系统一起使用。

第一和第二阀体元件包括用于将密封件保持在适当位置上的凹入部分，以保持预定量的压力载荷作用在转盘上，以及减少密封件上的磨损。所述密封件可具有许多设计；然而，在一个实施方式中，密封件的截面为从常规的Y形转过大约90度的Y形。优选地，所述凹入部分的尺寸使得：通过转盘的一侧和第一阀体而作用在所述内密封件和外密封件上的力与转盘的另一侧和第二阀体而作用在所述输出端口密封件上的力大致相等。这些密封件上力的平衡使得位于转盘一侧的密封件相对于位于转盘另一侧的密封件而言过早地磨损，从而使得密封件的寿命最长并增加了阀的效率。

因此，本发明的一个目的在于提供一种改进了的多口阀。

本发明的另一个目的在于提供一种多口阀，其可以将流体从一个或多个源头分配到从多个输出端口中选出的一个或多个输出端口，而流体不会泄漏到其它的输出端口中。

本发明的还另一个目的在于提供一种阀，其中作用在位于转盘相对侧上的密封件上的力大致是平衡的，其减少了密封件的磨损并减少了转动转盘所需要的扭矩，并防止阀过早地损坏。

在阅读了下文的附图和对公开的实施方式的详细描述之后，本发明的这些以及其它目的和优点将变得明显。

附图说明

图1为依据本发明优选实施方式的阀的分解立体视图。

图2为图1所示的阀的立体视图，其具有局部剖视的部分。

图3为图1所示的阀的俯视图。

图4为图1所示的阀沿图3中4-4参考线的截面图。

图5为可用于图1所示的阀中的转盘的立体视图。

图6为第二阀体元件的立体视图，该第二阀体元件用于形成图1的阀的一个部分。

图7为放大的详细视图，其示出了用于图6所示的阀实施方式中的一个密封件实施方式的截面。

具体实施方式

图1描绘了依据此发明一个实施方式的阀10。阀10有时被称作多口阀，并被用于从一个或多个源头接收流体及通过一个或多个输出端口12分配流体。阀10可用于传输各种流体和液体，所述流体例如为、但是不限于气体，例如环境空气、氧气、氮气、以及其它气体，所述液体例如为蒸馏水、自来水以及其它流体。

阀10包括第一阀体元件14和第二阀体元件16，该第一和第二阀体元件耦连在一起而形成阀的壳体和位于阀壳体内的内腔18。内腔18的大小可以容纳和设置一个转盘20，该转盘用于将流体引到从许多个开口端口中选出的一个或多个开口端口12。转盘20包括一个或多个孔22，该孔22与盘的转轴径向地隔开、且大小可以允许流体从转盘的顶面24流动到转盘的底面26。在此构造中，阀10可通过输入端口28接收流体并通过将转盘20的孔22设置成邻近选定的输出端口而将流体引导到一个或多个输出端口12。转盘20防止流体不经过孔22就从输入端口28流到一个或多个输出端口12。从而，转盘20控制流体流经哪个输出端口12。

第一阀体元件14包括一个位于内腔18中的环形分配腔30，如图2和4所示，用于从一个或多个输入端口28接收流体。虽然图1示出第一阀体元件14具有单个与分配腔连通的输入端口28，但是本发明不限于这个构造。相反地，第一阀体元件14可具有一个或多个与分配腔30流体连通的输入端口28。

分配腔30可具有多种构造或形状。在一个实施方式中，分配腔30的截面大致是环形的，如图1和4所示。然而，分配腔不限于这个形状，而是可以为矩形、方形、多边形、或其它的形状。分配腔30的形状随着位于转盘20上的孔22的直径与径向位置而变化。具体地说，分配腔30的形状应当如此地形成：当转盘20相对于分配腔转动时，分配腔的宽度与孔22流体连通。因为所公开的阀实施方式用来以一个流率——如本领域技术人员所理解的那样，该流率适于操作空气提升系统——分配一定体积的空气，所以，分配腔30的体积应当足以保持该通过阀的气流。因此，优选地，分配腔30的体积应当足以对通过输入端口28流入的进入流体实现缓冲、以及使通过阀10的流率保持大致恒定，不会由于阀的存在而导致压力降低或压力降低很少、或者导致流率的减少。

在所公开的实施方式中，分配阀30的高度影响到通过阀10的最大流率以及相应压降。增加分配阀的高度增加了流率并减少了阀中的压降，反之亦然。对于一个将用在包括一个或多个上述空气提升设备的系统中的空气阀而言，优选地，分配腔如此地构造：在系统中，阀10的存在基本上不影响流动和气压。

第一阀体元件14构造成耦连于第二阀体元件16以形成内腔18，如图4所示。第一阀体元件14可通过多种方式与第二阀体元件16耦连在一起。在一个实施方式中，第一阀体元件14通过螺钉与第二阀体元件16耦连。然而，第一和第二阀体元件可通过如下设备耦连在一起：例如但不限于夹具、粘合剂、模制在所述阀体元件内的卡合保持元件、以及其它连接设备。

一个突出面32(图1)形成于第二阀体元件16的周边上。从该图可以看到，该突出面从第二阀体元件16的上侧向上地延伸而配合在一个形成于第一阀体元件14朝下侧的相应的凹入部分内，如图1和图4所最佳示出。第二阀体元件突出面32的高度确定了由转盘20、第一阀体元件14和第二阀体元件16施加在外密封件44、内密封件46、以及输出端口密封件40上的力的大小。如果突出面32的高度相对于第二阀体元件16的内表面34增加，则密封件和转盘24之间的间隙增大，从而，通过转盘施加在密封件上的力减少，反之亦然。

第二阀体元件16包括多个输出端口12，如图6所示，在所公开的实施方式中，输出端口的数目为10，然而可以理解，可以根据特定场合的需要而设置更多或更少的输出端口。输出端口12从内表面34延伸到外表面36而延伸贯穿第二阀体元件16。输出端口12能以多种构造而设置在第二阀体元件16中。输出端口12在第二阀体元件16中的设置的限制因素是：当转盘绕其转轴转动时，输出端口与转盘20的一个或多个孔22流体连通。在所公开的实施方式中，第二阀体元件16包括10个输出端口12，这10个输出端口与第二阀体元件上一个位置——图6的轴向孔38的中心——等距离地设置，转盘与该轴向孔轴向地对齐，从而，输出端口位于第二阀体元件的环形迹线(annular path)上。

如图4所示，转盘20设置在形成于第一阀体元件14和第二阀体元件16之间的内腔18中，并可沿纵向轴线50转动。转盘20可具有一个一体的轴杆或可耦连到一个与转盘中央孔54接合的驱动轴杆52。如图1和5所示，转盘20包括至少一个孔22，用于允许流体从分配腔30流到输出端口12。在一个实施方式中，转盘20包括单个径向设置的孔22，当转盘转动时，该孔依次地与输出端口12对齐。然而，其它的实施方式可包括两个或多个孔22，所述孔形成为设置成同时与两个或多个选定的输出端口12对齐，从而在转盘的每个转动位置上都将流体同时地引向两个或多个出口孔。从而，转盘20控制流体从分配腔30流到一个或多个输出端口。特别地，转盘20可通过驱动轴杆52绕着纵向轴线50转动，直至孔22位于所选择的输出端口12邻近，流体将通过该端口而输送。转盘的表面是平滑抛光的，以减少摩擦阻力以及由此引起的密封件的磨损。

由此，转盘12通过各种技术——例如但不限于手动地、机械地、或者其它方法——转动。在公开的实施方式中，如图1所示，马达56耦连到驱动轴杆52以用于转动转盘20并使孔22与选择的输出端口12对齐。马达56可以是、但不限于电动的步进马达或类似设备。电动的步进马达56通过齿轮箱58耦连到转盘20，该齿轮箱用于减小驱动轴杆52的转速并增加施加到驱动轴杆上的扭矩，从而，与不使用齿轮箱58时相比可采用一个较小的马达。马达56可通过一个盖体62而保护，所述盖体的大小可配合在马达56上并附接到第一阀体元件14上。

示于图1中的传感器64可设置在阀10的壳体中，用于探测孔22的位置并将所述的孔设置在多个输出端口12之一的邻近。优选地，传感器64相对于第一阀体元件14或第二阀体元件16而言安装在固定的位置上，并可以是任何可以探测转盘转动位置的、或者可以探测孔22的位置的传感器。在公开的实施方式中，传感器64是一个设置在第一阀体元件内以探测磁性传感元件60——其如图1和5所示位于转盘20上并与转盘20一起转动——的霍尔效应传感器。

如图1、2和4所示，阀10进一步包括密封件，用于使分配腔30和转盘20之间密封地设置、以及使转盘和输出端口12之间密封地设置。阀10还包括一个位于各输出端口12邻近的输出端口密封件40，以在转盘20的底面26和各个输出端口之间提供液密式的密封。在此构造中，流体可以通过孔22并进入到所选择的输出端口12中而不会泄漏和进入到其它的输出端口中。从而，流体从输入端口28输送到单个的输出端口12——通过转盘20的转动位置来选择该输出端口，而流体不会进入到另外的输出端口12中。在一个实施方式中，输出端口密封件40可以是环形的。然而，阀10的其它实施方式可包括具有其它形状和构造的密封件。第二阀体元件16也可以包括用于容置输出端口密封件40的凹入部分42。凹入部分42可绕着输出端口12设置，用于保持输出端口密封件40而使之正确地绕着输出端口设置。凹入部分42可以是任何形状的，并且可以采取输出端口密封件40的外部形状。在公开的实施方式中，凹入部分42是环形的。

阀10还包括设置在转盘20和第一阀体元件14之间的密封件，用于使分配腔30和转盘20之间密封地设置。在公开的实施方式中，外密封件44和内密封件46设置在第一阀体元件14和转盘20之间。优选地，外密封件44的尺寸使得：其内直径略微大于分配腔30的外直径，而内密封件46的尺寸使得：其外直径略微小于分配腔30的内直径。第一阀体元件14包括凹入部分48，所述凹入部分用于容置内密封件46和外密封件44、并且使得这些密封件相对于分配腔30固定在位。凹入部分48可以是任意的形状，并且可采取内密封件46和外密封件44的外轮廓形状。在公开的实施方式中，凹入部分48是环形的且其截面大致是矩形的，与容纳在其中的密封部分的形状互补。在公开的实施方式中，密封件的外轮廓(outer extent)截面大致为Y形，如图7所示。

输出端口密封件40、外密封件44以及内密封件46可具有各种构造。在一个实施方式中，输出端口密封件40大致呈环状，如图7所示，其被称作Y形截面。图7为外密封件44的放大详细视图。然而，输出端口密封件40、外密封件44以及内密封件46可具有与图7中所示相同的截面。密封件40、44和46并不限于这个设计。相反地，密封件40、44和46可具有圆的、矩形的、方形的、多边形的、或其它形状的截面。密封件40、44和46由耐磨损材料——例如但不限于橡胶、硅酮、浸油塑料等等制成。

密封件40、44和46也可由各种构造(shape)的陶瓷材料制成。在一个实施方式中，密封件40、44和46是环形的、具有与转盘20接触的平坦的表面。密封件40、44和46的平坦表面是抛光的，用于使得密封件40、44和46密封地配合到转盘20上以防止流体的泄漏。

在一个实施方式中，输出端口密封件40、外密封件44和内密封件46设置在对应的第一体元件14和第二体元件16的凹入部分42和48内，如图4所最佳显示，从而，通过转盘20和第一阀体元件14施加在外密封件44和内密封件46上的力大致等于通过转盘和第二阀体元件16施加在输出端口密封件上的力。在转盘的相对侧上的输出端口密封件40、外密封件44、以及内密封件46上的力的平衡将在位于转盘20每侧的密封件表面上产生大致相等的磨损，从而，相对于位于转盘另一侧的密封件而言，位于转盘一侧的密封件不太可能过早地磨损，如果作用在密封件上的力是不相等的，则可能会过早地磨损。从而，这个在密封件上力的平衡防止由于密封件不相等的磨损而导致的阀的过早损坏或失效。

如上所述，阀10可用于传输各种流体。在一个实施方式中，通过在输入端口28处接收环境空气、并使用转盘20将气流传输到许多个位于单个系统(未示)中且耦连于输出端口12的不同终端位置中的一个，阀10用于传输在传统的空气提升系统中所使用的加压环境空气。通过经由特定的输出端口12将气流导向不同的系统元件，构造成如附图所示并如上所述阀10可通过环境空气流而对具有几个独立空气提升元件的空气提升系统进行控制。阀10可通过控制器而工作，该控制器用于控制流体通过哪个输出端口12送出。控制器可以是：遥控设备；可编程或不可编程的微型控制器；计算机；或其它的控制设备。此外，控制器可具有读出显示器，该显示器可以指示输出端口12与哪个孔22对齐。为了确定转盘和位于该转盘上的孔22的参考位置，步进马达56工作，直至传感器64探测到传感元件60，从而探测到所预定的转盘的原始位置。此后，为了将孔22与任意选定的输出端口12对齐，指令步进马达移动所需要的预定步数以定位所述的转盘，其中孔与所选择的输出端口对齐。

虽然在上下文中对所公开的本发明的实施方式进行了描述，从单个源头接收流体并将该流体分配到一个或多个可选的最终位置，明显的是，依据本发明的阀还可如此地连接和操作：从多个与相应端口12(用作输入端口)连接的源头接收流体、并从这些中选择一个以将该流体分配到共同的端口28(用作输出端口)。也应当理解：阀也可用于操作液流，虽然例如不同的液体工作压力和可能的腐蚀效应等参数可能会影响到密封件或形成了阀的其它元件的设计。

上文的描述用于示意、解释和描述本发明的实施方式。对于本领域技术人员而言，明显地可作出修改和适应，且不会偏离本发明或下文权利要求的范畴和精神。

Claims (14)

1.一种阀，包括：

阀体，该阀体包括：与第二阀体元件耦连的第一阀体元件，所述第一阀体元件包括一个与输入端口流体连通的分配腔，用于接收流体并将流体分配到位于所述第二阀体元件中的多个输出端口中的其中一个输出端口；以及包括多个输出端口的第二阀体元件；

转盘，该转盘设置在所述阀体中、位于所述的输入端口和多个输出端口之间，用于将流体从所述分配腔引导到输出端口；

至少一个外密封件，所述外密封件位于所述转盘的一侧和所述第一阀体元件之间，用于使得所述转盘的一个表面和所述第一阀体元件之间密封地设置，所述至少一个外密封件的内直径大于所述分配腔的外直径；以及

至少一个输出端口密封件，所述输出端口密封件位于所述转盘的相对侧和第二阀体元件之间，用于在所述相对侧和所述输出端口中的至少一个之间提供液密式密封。

2.如权利要求1所述的阀，其中：

位于所述转盘和所述第一阀体元件之间的所述至少一个密封件将力施加到所述转盘的所述一侧上，用于使得所述转盘关于所述第一阀体元件密封地设置；

所述至少一个输出端口密封件包括下述输出端口密封件，其位于所述转盘和所述第二阀体元件的多个输出端口中的每个之间并且将力施加到所述转盘的所述相对侧上，用于使得所述转盘关于所述第二阀体元件密封地设置；并且

由所述至少一个密封件施加到所述转盘的所述一侧上的力等于由所述输出端口密封件施加到所述转盘的所述另一侧上的力，从而在所述转盘的每侧的密封件承受相等的摩擦磨损。

3.如权利要求1所述的阀，进一步包括：

位于所述转盘的所述一侧和所述第一阀体元件之间的至少一个内密封件，用于使得所述一侧和所述第一阀体元件之间密封地设置，所述内密封件的外直径小于所述分配腔的内直径，从而所述内密封件和所述外密封件用来实现所述分配腔的部分和所述转盘的所述一侧之间的密封，

由此，从所述输入端口进入所述分配腔的流体仅能够通过所述转盘和所述输出端口中的至少一个离开所述分配腔。

4.如权利要求1所述的阀，其中位于所述转盘和第一阀体元件之间的所述至少一个密封件包括O形环。

5.如权利要求1所述的阀，其中所述至少一个输出端口密封件包括O形环。

6.如权利要求1所述的阀，其中位于所述转盘和第一阀体元件之间的所述至少一个密封件包括Y形的截面，所述Y形的截面具有从设置在所述转盘和所述第一阀体元件之间的基部组成部分起相互分离的第一组成部分和第二组成部分，一个分离组成部分以密封的方式与所述转盘接触以及另一分离组成部分以密封的方式与所述第一阀体接触。

7.如权利要求1所述的阀，其中所述至少一个输出端口密封件包括Y形的截面，所述Y形的截面具有从设置在所述转盘和所述第二阀体元件之间的基部组成部分起相互分离的第一组成部分和第二组成部分，一个分离组成部分以密封的方式与所述转盘接触以及另一分离组成部分以密封的方式与所述第二阀体接触。

8.如权利要求1所述的阀，其中所述至少一个输出端口密封件设置在位于所述第二阀体元件中的至少一个凹入部分内。

9.如权利要求1所述的阀，其中凹入部分包绕着所述第二阀体元件中的所述各个输出端口，并且输出端口密封件位于每个所述凹入部分内。

10.如权利要求1所述的阀，其中所述第二阀体元件的输出端口与该第二阀体元件一个位置等距离地设置。

11.如权利要求1所述的阀，其中位于转盘和第二阀体元件之间的所述至少一个密封件包括多个用于独立地密封住各输出端口的密封件。

12.如权利要求1所述的阀，其中位于转盘和第二阀体元件之间的所述至少一个密封件包括多个用于独立地密封住各输出端口的大致为环形的密封件。

13.如权利要求1所述的阀，其中所述转盘进一步包括至少一个孔，流体能够通过所述孔从所述转盘的所述一侧流到所述转盘的所述相对侧。

14.如权利要求1所述的阀，进一步包括用于定位所述至少一个孔的传感器，从而，流体能够从所述第一阀体元件、经过所述转盘、并流入到所述至少一个输出端口中。

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