CN101014792A - 抗气蚀阀组件 - Google Patents

Abstract

用于减少气蚀的阀组件包括置于流体入口和出口之间的阀室内的座。盘导件与座相联系以致相对于座滑动移动。座包括壁，所述限定内腔并具有在其上形成的延长槽，以致朝流体腔的中央部引导流体。盘导件包括壁和非成槽下部，所述壁具有在其上部形成的延长槽，所述非成槽下部被构造成当盘导件移动到关闭位置时基本上封闭座的延长槽。

Description

抗气蚀阀组件

发明背景

本发明通常涉及控制高压流体传输系统中的阀。更具体的，本发明涉及控制具有抗气蚀和低噪音性质的阀。

当受到高压差或高流速时，阀经常显示出过大的噪音和振动。这一般被归于气蚀现象，其可以在被称为初期气蚀的相对无害的水平至实际上损坏阀和相关管道的明显更剧烈的水平变化。如果长期受到气蚀现象，这可以大到导致车间员工听力损失。如果阀座区域的流体速度变得过大，引起压力突然急剧降低，将流体转化成气体状态，导致形成无数微小气泡，产生气蚀。当恢复压力增加条件，阀座区域速度随后下降压力上升，导致这些气泡以每秒很多次的速度破裂。这可能发生在靠近任何金属表面附近，可能产生损坏。经过一段时间，由于振动和/或侵蚀，这可以导致阀故障。对操作和阀使用寿命影响不利的这些条件减少到最小或消除依然是配水系统，例如市政供水系统等的日常操作中遇到的最严重的挑战之一。

为了克服阀的锐孔作用(orifice action)的不利影响，通常惯例是设计阀以致使通过阀的液流分成大量小股，其接着被引导通过回旋路径导致流体产生能量损失。这种设计被称作弯曲液流转向。所述设计的一种实施例在授予Bates等人的美国专利No.4,567,916；授予Engle等人的美国专利No.4,024,891；授予Paetzel等人的美国专利No.4,693,450中公开。

但是对于有效减少噪音和气蚀，所述装置不是最适宜的。所述设计的最主要的缺点在于阀容量显著降低，导致所述阀在某些情况下不适用。所述阀设计同样需要相当复杂和昂贵的制造和装配。

已知其它的阀组件，例如由Ross Valve Manufacturing CompanyInc.生产，其采用排列成行的板用于抑制振动、压力波动、气蚀和噪音。例如，可以选择性地将上游波状板滑入适当的位置以控制流动。具有多个孔口的下游板产生多个射流，其减少通过所述组板的压力流。然而，板中孔口的数量和尺寸，板的数量以及它们间隔由液流确定，不同的液流可以使这种锐孔板无效。

Singer Valve Inc.提供一种具有相互连接的罐的抗气蚀微调部件，具有多个小圆孔口，其克服先前“弯曲路径”和“堆叠板”设计的很多问题。Singer Valve能有效并且基本上消除噪音和气蚀。但是，所述阀组件由于采用小圆孔的罐倾向于堵塞或阻塞。事实上，通常流体在通过Singer Valve组件之前必须被过滤。然而，当流体离开SingerValve组件的罐时，流体被直接指向室壁，导致侵蚀。

因此，一直需要一种具有抗气蚀和低噪音特性并且控制大流量的阀组件。这种阀组件应能进行调整以致控制通过的液流，同时使压降最优化以及减少对阀室的内表面的消极撞击。本发明满足所述需要并提供其它相关的优点。

发明概述

本发明提供一种阀组件，其减少通过阀的压力并且基本上消除气蚀及其附带的缺点。本发明的阀组件同样引导流体通过阀使得被其它力，例如液流造成的损坏减到最小。

通常，本发明的阀组件包括置于室内的座，所述室位于流体入口和流体出口之间。所述座包括限定内腔的壁，以及形成在座壁上的多个延长槽。在特定的优选实施方式中，所述座包括具有向上延伸并限定内腔的周向壁的底壁。所述延长槽形成在周向座壁内。优选以相对于座壁大约90度的直接角形成所述延长槽，以便朝座腔中心引导流体。

盘导件与座相联系以致座和盘导件相对彼此滑动移动。在特别优选的实施方式中，座被固定到室上，例如通过液压控制装置等盘导件相对于座移动。

盘导件包括壁，所述壁具有在上面形成的多个延长槽。在特别优选的实施方式中，盘导件包括顶壁和从顶壁向下延伸的周向壁。延长槽形成于周向壁的上部。延长槽优选形成于盘导件上，以致以非直接角引导流体朝向室。因此，延长槽以除了90度之外的偏斜角形成在盘导件上。

盘导件顶壁适于密封配合座的上边缘。周向盘导件壁的非开槽下部被构造成当盘导件和座移动到关闭位置时，其基本上封闭座的延长槽。

当盘导件和座移动到封闭位置时，防止流体从室流体入口穿过到达室流体出口。当盘导件和座移动到打开位置时，引导流体从室流体入口穿过座延长槽，进入室内腔，进入盘导件内腔，并穿过盘延长槽进入室流体出口，致使流体压力减少并使气蚀最小。

结合附图，通过下面更详细的说明本发明的其它特点和优势将更加显而易见，其通过实施例描述本发明的原理。

附图的简要描述

附图描述本发明。在所述附图中：

图1是具体表现本发明的阀组件的截面透视图，座和阀导件位于打开位置；

图2是本发明组件部件的部分分解透视图；

图3是本发明位于关闭状态的阀组件的横截面简图；

图4是位于打开状态的阀组件的横截面简图；

图5是阀组件的横截面图，显示当处于打开位置时以从盘导件到阀组件出口的角度的液体流。

优选实施方式的详细描述

如用于描述的附图所示，本发明涉及阀组件，一般用参考数字10表示，本发明的组件10，如在此将更完整地进行描述，被设计和构造成减少通过阀组件10的流体压力，并且基本上消除气蚀。本发明的阀组件10同样以这样一种方式引导流体以致使侵蚀损坏最小。

现在参考图1，阀组件10包括限定流体入口14和流体出口16的主体或室12。如所示，所述流体入口14和出口16通常位于室12相对的侧面上。盖18设置在室12上，并且使用螺栓20等连接或固定在适当的位置上。室12和盖18限定组件10的主要压力范围，共同形成入口14和出口16之间的内部流体腔。由于本发明的阀组件10典型地用于高压环境中，例如市政供水管道等，主体12和盖18由耐用材料，例如铸造金属等制成。

本发明的阀组件10被特别设计用于需要大的压降的环境中。如上面所讨论，流体流动中大的压降可以产生气蚀和噪音，这可能破坏阀部件。

现在参考图1和2，阀组件10包括子组件22，经常也被称作“微调部件”，其被设计成产生所需的通过阀组件10的压降，同时给予抗气蚀和抗侵蚀性。特别的，子组件22包括与盘导件26滑动配合的座24。在此将更充分地进行描述，当在关闭位置座24和盘导件26朝彼此移动时，切断朝阀组件10的出口16的流体流动。但是，当座24和盘导件26逐渐移动相互离开进入打开位置时，允许流体从入口14流动，穿过组件10的出口16。

在一特别优选的实施方式中，如图1，3和4所示，座24例如通过螺纹附件、螺栓或任何其它适宜的定位装置牢固连接到室12上。座24包括底部壁28和从底部壁向上延伸到上边缘或唇部32的周向壁30。底部壁28和周向壁30共同限定座内腔34。如所示，座24典型地为筒或圆柱结构，但其不限于此。

在座周向壁30内形成多个延长槽36。这些延长槽典型地形成在座壁30的下部。典型地，这些垂直槽36绕着周向壁30间隔开。槽30的总打开面积小于阀入口14的总打开面积，导致穿过槽部件时产生压降。在特别优选的实施方式中，相对于周向壁30以直接、或接近90度角形成这些延长、垂直的槽36，从而引导流体流从槽36朝向座腔34的中央部，以致于当阀组件10打开时，流体流自身在中央腔34会聚，如图4所示。

接着流体流被改变方向从所述中央腔34至盘导件26。所述盘导件26，如图2所示，包括顶壁38，所述顶壁具有穿通的用于容纳柄或杆42的孔口40。在柄42上形成肩部44，所述肩部放置在盘导件顶壁38的凸台46内从而使柄42和盘导件26相互连接。

特别参考图2，隔板48，典型地由弹性体材料例如橡胶等组成，夹在盘保持剑50和隔板垫圈52之间。柄延伸穿过隔板48、盘保持件50和隔板垫圈52之间。所述部件42和48-52被螺旋容纳在柄42内的螺母54或其它这种保持装置固定在一起。所述柄螺母54被拧紧使隔板垫圈52、隔板48和盘保持件50相互紧密地挤压。因此，在最终的组件10中，盘导件26、柄42、隔板48、盘保持件50和隔板垫圈52彼此都相互连接。

继续参考图1和2，将指出弹性隔板包括多个孔口56。这些孔口56被确定大小和数量从而与延伸穿过盖18并进入室主体12内的螺栓20相对应。如图1所示，盖18包括孔口或导向槽58，通过所述孔口或导向槽柄42至少部分可以沿垂直方向移动。盖支承60与柄42对齐从而确保其合适的垂直移动。

因此，当柄42沿垂直路径上下移动时，盘导件26被上下移动，离开座24以及进入座24。特别的，盘导件26包括从顶部38向下延伸的周向壁62，并且其被确定尺寸和构造成使得被容纳在座24的内腔34内，优选紧靠座24的周向壁30。多个延长垂直槽64形成于盘导件26的周向壁62内。槽64形成在壁62的上部。周向壁62的下部66没有形成槽，并被确定尺寸从而当盘导件26完全下降时，其基本上完全封闭座24的槽36。在这里这被称为“关闭”位置。当柄42向上移动时，盘导件26同样向上移动并离开座24，至少部分暴露座槽36，允许流体通过。

现在参考图3和4，当流体没有流过阀组件10时，盘导件26、柄42等的重量导致柄42和盘导件26被向下置于座24内，以致位于关闭位置。在盖18和隔板垫圈52之间设置弹簧68，以致于在关闭位置使盘导件26偏向进入座24内。

当阀组件10内存在流体时，流体压力典型地足以对弹性隔板48起作用并且向上移动隔板48以及盘导件26、柄42、盘保持件50和隔板垫圈52，以致于打开阀组件10并允许流体流过，如图4所示。为了选择打开或关闭阀组件10，也就是盘导件26相对于座24的位置，液压控制装置70被合并到组件10内。这种液压控制70是本领域周知的。

简要的，选择性地打开和关闭转换阀72等以将流体引入盖18和隔板垫圈52之间的上压力腔74，如图3所示。盖18和隔板垫圈52之间增加的流体压力导致隔板垫圈52，从而柄42、隔板48、盘保持件50和盘导件26向下。如果足够的流体被引入压力腔74，盘导件26整个被下降到座24内，以致盘导件壁62的下部66封闭座槽36。这有效地关闭座槽36并且不允许流体流过。作为增加的措施，盘导件上壁38的外周边与座24的上唇部32彼此接触。上壁38或盘保持件50的下部可以包括密封76，例如橡胶片或O环等，从而在座24和盘导件26或盘保持件50之间形成流体密封。因此从流体入口14到流体出口16不允许有流体，如图3所示。

现在特别参考图4，当关闭液压控制阀72以致没有流体被引入压力腔74时，来自入口14的流体压力对子组件22的部件起作用，以便向上升高盘导件26、柄42、隔板48、盘保持件50和隔板垫圈52。如果很少或没有流体被引入压力腔74，盘导件26将被移动到其最高点，以便位于完全打开位置。本领域技术人员将会意识到可以改变液压控制装置70，以便在如图3所示的完全关闭位置和如图4所示的完全打开位置之间控制盘导件26相对于座24的位置。

现在参考图4和5，如上所述，座24的结合槽36的总打开小于阀入口14的总打开面积，导致产生压降。延长垂直槽36优选在座壁30内形成直接角，以便方便将液体流入座内腔34，以致流体自身会聚，如图4箭头所示。除产生压降以外，通过流体会聚和撞击，潜在的气蚀被分散在座24的中央腔34内。接着流体被向上引入盘导件26的内腔78中。这种内腔78被盘导件26的上壁38和下周向壁62所限定，如附图所示。接着流体被引导向外通过盘导件26的延长垂直槽64，最终通过组件出口16，如图4和5所示。然而，流体流改变方向从座24进入盘导件26并通过出口16产生另一压降。

典型的，盘导件26的槽64和座24的槽36具有近似相等的流动面积或开口。因此，当槽36和座24被暴露时，允许液流增加并保持可控的压降，盘导件26相等的槽部件64被暴露，允许到阀组件10的控制压降。

现在特别参照图5，如果允许流体从盘导件26直接流到室12的内壁80，经过一段时间会产成侵蚀。本发明通过在盘导件壁62内形成除了90度以外的非直接或偏斜角的延长垂直槽64，使这种侵蚀减少到最小。由于槽64被确定为角方向，如图5所示，离开盘导件槽64的流体被从直接撞击转向室12的压力范围内表面80。所述角路径增加槽64和压力范围表面内壁80之间的距离，减少对室16的内表面80的侵蚀。

尽管单个大压降可以产生气蚀和噪音问题，本发明采用一系列通过阀组件10的小压降的组合。如上所述，当流体穿过座24的槽36时，产生第一压降。当流体被从座24引导至盘导件26时，产生另外的压降。当流体以朝着室12的内表面压力边界80的角度流出盘导件槽64时，产生另外的压降。这一系列小压降帮助放置流体到达蒸气压或气蚀条件，允许产生通过主阀组件10的大的总压降，而没有产生破坏性的气蚀条件。

本发明的阀组件10同样通过延长的垂直槽36和64，使通过阀组件10的流体流最优化，其提供更大的液体流，没有象现有技术的组件一样倾向于阻塞或堵塞。但是，流体没有象现有设计一样被迫通过弯曲的路径或复杂的孔口、槽、通道等。因此本发明的阀组件10能容纳相当大体积的流体通过，并且具有低噪音和抗气蚀特性。

如上所述，本发明的另一优点在于采用成角的偏斜槽64和盘导件26，产生压降并且减少对室12的内压力表面边界80的有害侵蚀。并且，本发明的阀组件10设计相对简单、容易制造和装配隔板启动的控制阀组件。

尽管为了说明详细地描述了一种实施方式，可以进行各种改进而没有偏离本发明的范围和精神，因此除了权利要求之外，本发明没有被限定。

Claims (21)

1.用于减少气蚀的阀组件，包括：

具有流体入口和流体出口的室；

置于流体入口和出口中间的室内的座，所述座包括限定内腔的壁和多个在座壁内形成的延长槽；以及

盘导件与座相联系，以致座和盘导件相对于彼此滑动移动，盘导件包括限定内腔的壁和多个在盘导件壁内形成的延长槽；

其中盘导件和座移动到关闭位置，防止流体从室流体入口穿过进入室流体出口；以及

其中盘导件和座移动到打开位置，引导流体从室流体入口穿过座延长槽，进入座内腔，进入盘导件内腔，并穿过盘导件延长槽进入室流体出口，致使流体压力减少并使气蚀最小。

2.权利要求1的组件，其中所述座被固定到室上，盘导件相对于座移动。

3.权利要求2的组件，包括选择性移动盘导件的液压控制装置。

4.权利要求1的组件，其中所述座包括底部壁和周向壁，在周向壁内形成延长槽。

5.权利要求1的组件，其中在座壁内形成延长槽，以致朝座内腔的中央引导流体。

6.权利要求5的组件，其中以相对于座壁接近90度的定向角在座壁内形成槽。

7.权利要求1的组件，其中盘导件壁包括非成槽的下部，所述非成槽下部被构造成当盘导件和座位于关闭位置时，基本上封闭座的延长槽。

8.权利要求1的组件，其中盘导件适于基本上密封配合座的上边缘。

9.权利要求1的组件，其中在盘导件壁内形成延长槽，以致于以非定向角朝室引导流体。

10.权利要求9的组件，其中以除了90度以外的偏斜角在盘导件上形成延长槽。

11.用于减少气蚀的阀组件，包括：

具有流体入口和流体出口的室；

置于流体入口和出口之间的室内的座，所述座包括底部壁，从底部壁向上延伸并限定内腔的周向壁，以及多个在座周向壁内形成的延长槽，以致于朝座内腔的中央部引导流体；以及

盘导件与座相联系，以致座和盘导件相对于彼此滑动移动，盘导件包括顶壁和限定内腔的周向壁，以及多个在盘导件周向壁的上部形成的延长槽和非成槽的下部，非成槽下部被构造成当盘导件和座移动到关闭位置时，基本上封闭座的延长槽；

其中盘导件和座移动到关闭位置，防止流体从室流体入口穿过进入室流体出口；以及

其中盘导件和座移动到打开位置，引导流体从室流体入口穿过座延长槽，进入座内腔，进入盘导件内腔，并穿过盘导件延长槽进入室流体出口，致使流体压力减少并使气蚀最小。

12.权利要求11的组件，其中所述座被固定到室上，盘导件相对于座移动。

13.权利要求12的组件，包括选择性移动盘导件的液压控制装置。

14.权利要求11的组件，其中以相对于座壁接近90度的定向角在座壁内形成槽。

15.权利要求11的组件，其中盘导件适于基本上密封配合座的上边缘。

16.权利要求11的组件，其中在盘导件壁内形成延长槽，以致于以非定向角朝室引导流体。

17.权利要求16的组件，其中以除了90度以外的偏斜角在盘导件上形成延长槽。

18.用于减少气蚀的阀组件，包括：

具有流体入口和流体出口的室；

固定于流体入口和出口之间的室内的座，所述座包括底部壁，从底部壁向上延伸并限定内腔的周向壁，以及以相对于座壁接近90度的定向角在座周向壁内形成的多个延长槽，以致于朝座内腔的中央部引导流体；以及

盘导件与座滑动联系，盘导件包括顶壁和限定内腔的周向壁，以及多个在盘导件周向壁的上部形成的延长槽，以致以非定向角朝室引导流体，和非成槽的下部，非成槽下部被构造成当盘导件和座移动到关闭位置时，基本上封闭座的延长槽；

其中盘导件移动到关闭位置，防止流体从室流体入口穿过进入室流体出口；以及

其中盘导件移动到打开位置，引导流体从室流体入口穿过座延长槽，进入座内腔，进入盘导件内腔，并穿过盘导件延长槽进入室流体出口，致使流体压力减少，并使气蚀最小。

19.权利要求18的组件，包括选择性移动盘导件的液压控制装置。

20.权利要求18的组件，其中盘导件适于基本上密封配合座的上边缘。

21.权利要求18的组件，其中以除了90度之外的偏斜角在盘导件内形成延长槽。

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