CN101057097B - 压力独立的控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种使用压差调节器和特征阀的阀，该特征阀带有与系统压力无关而提高流体流量控制的机构。本发明的阀特别适用于HVAC用途，并在更大流量范围内已更高精度工作，且没有振荡的危险。在一个优选方面，本发明的改进在于在隔膜压差调节器中使用杯形件，该杯形件布置成可提供小的泄漏，从而阻尼调节器的反应。在另一方面，设置导流板用于保护形成部分压差调节器的控制盘的下游侧。

Description

压力独立的控制阀

技术领域

本发明提供了一种采用压差调节器和特征阀类型的阀，该特征阀具有与系统压力无关而提高流体流量控制的机构。本发明的阀特别适用于HVAC用途，并在更大流量范围内提高精度且减小振荡危险的情况下提供工作。

本发明涉及本申请人在美国专利申请No.10/948662中所述类型的、压力独立的阀，该美国专利申请No.10/948662的申请日为2004年9月23日，它是美国专利申请No.10/049730的现在为美国专利No.6827100的分案。本发明在相同标题的Disclosure Document No.541997和美国专利临时申请No._________中介绍，其申请日为2004年7月30日，且这里要求该临时专利申请的优先权。

背景技术

在HVAC工厂中，水分配可以在恒定或变化流量中完成。各种分配系统都有优点和缺点。目前，使用电子2路控制阀的可变流量系统已普遍接受为行业标准，因为它们的优点主要是由于减小泵压头和流量而降低了泵送成本。

但是，目前在很多系统中的主要缺点是使系统平衡将耗费时间和非常费力。平衡过程规定系统的质量并需要很高技巧的技师和工具。根据一种典型的系统流量设计，各控制阀需要平衡阀，以便调节液体循环线路，且所有控制阀必须处在它们的打开位置。然后，一旦系统运行，根据建筑物中的不同冷却或加热负载要求，阀开始关闭和打开。每个打开或关闭都动态地改变系统压力，平衡这些系统将耗费时间且只能近似地平衡。

如将端子加在典型系统上，整个系统需要重新平衡，因为一些现有的端子必须节流回。这在地板周期地改造和用途变化时特别成为问题。当用途变化时，整个系统需要进行平衡。而且，建筑物通常只有很少时间是在设计状态下运行。在其余的时间，液压系统需要提供的平均负载只有大约50％。这意味着流量减少至只有大约20％，且跨过控制阀的压差增大。因为阀的CV比值通常设置为用于设计条件，因此阀的作用降低并且调节阀降级至只起到打开或关闭的作用。这将形成预计的振荡。

控制线路是交互作用的。因此，当在上述类型系统中的一个控制阀关闭时，在其它线路上的压差增大，并且相关控制阀必须关闭以便进行补偿。因此，当一个或多个环路变得不稳定时，控制问题可能扩展至其它控制阀。

在现行的典型冷却系统中，如流量高于所需的流量时，流体的温度差(ΔT)将降低，并导致在冷却厂中通向冷却器的返回温度较低，并降低了效率。如一个冷却器不能在峰值效率下运行时，很可能使得串联的下一个冷却器被迫比所需要的更早地起动，从而引起附加电力和维护成本。在冷凝锅炉中的情况相反，在此，较高的返回温度能够避免在排气不能达到露点时的冷凝处理。在盘管中可能发生相同现象。例如在加热盘管中，过大流量将导致较低的ΔT，并降低盘管的性能，这可能导致由于室温太低而感觉不舒服。

近年来，通过提供特征阀，通常特别是提供压力独立的阀，HVAC阀已有了明显的发展。因为这些改进，对于大部分HVAC用途，可变流量系统的很多缺点大大消除。现在可用于HVAC用途的阀包括特征开口，在此打开运动的程度与流速成比例。授予Carlson等的美国专利No.6039304公开了一种具有变型特征的球阀。该阀包括用于特征流量的盘，以便能够对应于预定流速成比例地打开阀。这些阀能够基本上提供“等百分比”特征以及其它流量特征，且市场上可购得标识为CCV的产品。它们采用具有成形开口的盘，该开口在一侧成形为可与球或塞子的外部形状相符。盘装配在座区域的口内，并通过环来固定。阀的能力可提供与阀促动器的运动成比例的流速，该能力在制造和安装阀和促动器时很有利。

对于HVAC和其它用途，重要的是不管系统中压力如何波动，控制阀都有能力保持恒定流速。现在已经可以获得具有该能力的阀。在授予Carlson的美国专利No.6827100中公开了一种压力独立的控制阀，它使得HVAC操作人员能够对于任意多个区域设置流速，且不管由于在多个区域中的传热变化而造成的压力如何变化，选定的速率保持恒定。这些阀在市场上可获得标识为PICCV的产品。在美国专利No.6827100中所述类型的、压力独立的控制阀在它的额定标称流量的较大部分中能够很好地工作，但是，在一定的压力和流速时有时有振荡的危险，特别是在封闭系统中。

在部分负载时，例如当标称流量为10GPM的PICCV在3GPM下工作时，保持3GPM流量，且这些阀提供良好的控制，并没有不利的振荡。但是，在封闭系统中在较高流量时，振荡可能成为问题。尽管该问题能够通过提供宽范围的阀尺寸和选择阀总是具有有效范围而解决，因此总是有一个阀在问题流速和压力下工作，但是希望更直接地控制该问题，并能够以较小范围的阀尺寸来实现相同任务。

因此需要有一种装置，它具有简单和有效地改变压力独立的控制阀的能力，以便能够与系统压力无关地在更大流量范围内对流体流量进行更高精度的加强控制，且减小振荡的危险。

发明内容

本发明的目的是对采用压差调节器和特征阀类型的压力独立的控制阀(pressure independent control valve)提供改进，以便提高流体流量的控制和/或改善系统稳定性而与系统压力和/或流量无关。

本发明的目的是对采用压差调节器和特征阀类型的压力独立的控制阀提供改进，以便提高流体流量的控制而与系统压力无关。

本发明的另一目的是对采用压差调节器和特征阀类型的压力独立的控制阀提供改进，以便能够在更大流量范围内提高精确地工作，且没有振荡的危险。

在一优选的方面，本发明提供了对采用压差调节器和特征阀类型的压力独立的控制阀的改进，以便与系统压力无关地提高流体流量的控制，即通过在隔膜压差调节器中采用布置成提供很小泄漏的杯形件，从而阻尼调节器的反应。

在另一优选方面，采用压差调节器和特征阀类型的压力独立的阀在较高流速下具有精度，以便与系统压力无关地提高流体流量的控制，即通过提供导流板，以便保护形成为压差调节器一部分的控制盘的下游侧。

根据一个实施例，压力独立的流体流量调节阀提供了对于各设置位置的基本恒定流速，它包括：通向特征阀的流动通道，该特征阀具有来自所述流动通道的进口和到所述流动通道的出口；在所述特征阀上游与所述流动通道相交的座孔；活动组件，该活动组件包括通过杆而与压力检测装置连接，并通过压力检测装置操作的盘；其中将盘定位于座的下游，盘与座相互作用来改变流阻，且盘的有效表面面积与所述压力检测装置的有效表面面积基本相同；在盘的下游，在固定位置安装导流板，靠近该盘但在一定距离处，允许盘运动；压力检测装置在柱体或腔室内部工作，该柱体或腔室分成两个部分，其中一个部分与进口连接，另一部分通过参考压力通道而与特征阀下游的点连接；以及用于偏压所述活动组件的弹簧装置。

根据另一实施例，压力独立的流体流量调节阀对于各设置位置提供了基本恒定流速，它包括：通向特征阀的流动通道，该特征阀具有来自所述流动通道的进口和到所述流动通道的出口；在所述特征阀上游与所述流动通道相交的座孔；活动组件，该活动组件包括通过杆与压力检测装置连接的盘，该压力检测装置包括隔膜和位于压力检测装置上方并覆盖压力检测装置的杯形件；其中，盘定位于座的下游，盘与座相互作用来改变流阻，且盘的有效表面面积与所述压力检测装置的有效表面面积基本相同；压力检测装置在柱体或腔室内部工作，该柱体或腔室分成两个部分，其中一个部分与进口连接，另一部分通过参考压力通道而与特征阀下游的点连接，且杯形件包括使得流体能够在腔室和压力检测装置之间流动的开口，以便提供阻尼；以及用于偏压所述活动组件的弹簧装置。

根据另一实施例，压力独立的流体流量调节阀提供了对于各设置位置的基本恒定流速，它包括：通向特征阀的流动通道，该特征阀具有来自所述流动通道的进口和到所述流动通道的出口；在所述特征阀下游与所述流动通道相交的座孔；活动组件，该活动组件包括与压力检测装置连接并通过压力检测装置操作的盘；其中，盘定位于座的下游，通过它们的相互作用来改变流阻，且盘的有效表面面积与所述压力检测装置的有效表面面积基本相同；在盘的下游，导流板安装在固定位置，靠近该盘但在一定距离处，允许盘运动；压力检测装置在柱体或腔室内部工作，该柱体或腔室分成两个部分，其中一个部分与进口连接，另一部分通过参考压力通道而与特征阀上游的点连接；以及用于偏压所述活动组件的弹簧装置。

根据另一实施例，压力独立的流体流量调节阀提供了对于各设置位置的基本恒定流速，它包括：通向特征阀的流动通道，该特征阀具有来自所述流动通道的进口和到所述流动通道的出口；在所述特征阀下游与所述流动通道相交的座孔；活动组件，该活动组件包括通过杆而与压力检测装置连接的盘，该压力检测装置包括隔膜和位于压力检测装置上方并覆盖该压力检测装置的杯形件；其中，盘定位于座的下游，通过盘和座的相互作用来改变流阻，且盘的有效表面面积与所述压力检测装置的有效表面面积基本相同；压力检测装置在柱体或腔室内部工作，该柱体或腔室分成两个部分，其中一个部分与出口连接，另一部分通过参考压力通道而与特征阀上游的点连接，且杯形件包括开口，该开口使得流体能够在腔室和压力检测装置之间流动，以便提供阻尼；以及用于偏压所述活动组件的弹簧装置。

下面将介绍本发明的附加和优选特征，且不同部件的位置如附图中所示。

附图说明

下面将进一步介绍本发明，且通过结合附图阅读下面对本发明的详细说明将更清楚本发明的优点，附图中：

图1是本发明的改进的压力独立的控制阀的示意剖视图，其中表示了覆盖隔膜上侧的杯形件，该杯形件与杆一起工作并与中心孔松弛配合，以便阻尼调节器的反作用；

图2是与图1中相同的压力独立的控制阀的示意剖视图，但是导流板被加在控制盘顶部的区域上，以便抵销流体快速流向控制盘下游侧的效果；

图3是与图1中相同的压力独立的控制阀的示意剖视图，但是没有杯形件，且导流板具有凸起边缘；

图4是与图3中相同的压力独立的控制阀的示意剖视图，但是杯形件被加在隔膜的上侧的顶部；

图5是与图4中相同的压力独立的控制阀的示意剖视图，但是控制盘带有凸起边缘；

图6是压力独立的控制阀的可选择方案的示意剖视图，其中控制阀布置在压力调节器之前，且杯形件布置成使它覆盖压力调节器的隔膜的上侧。

具体实施方式

下面将针对特定实施例介绍本发明，这些实施例表示了阀的特别重要的各个部件的结构和功能，但是机构和主要部分可以由技术人员采用其它结构。本发明提供了能够阻尼压力独立的控制阀的压差调节器部件的反应的结构，或者用于抵销在这种阀中流体快速流动对控制盘下游侧的效果。本发明的阀可以提供在压差调节器部件的压力腔室2上游或下游的特征阀10。该特征阀的细节并不形成本发明的一部分，且在这里只是示意表示了特征阀10。对于它的特定结构可以参考授予Carlson等的美国专利No.6039304和授予Carlson的美国专利No.6827100。这些专利文献的内容整个被本文参引。

参考图1，图中表示了本发明改进的压力独立的阀。该阀包括进口1和出口16。进口1与压力腔室2连通，该压力腔室2通过在开口15＇中的座15和控制盘8而与第二压力腔室6连通。控制盘8通过杆17连接到包括隔膜4的压力检测装置上。杆17具有延伸部分并由引导柱9引导。引导柱9安装在阀体7上或成为阀体7的一部分。包括控制盘8、杆17和包括隔膜4的压力检测装置的组件能够作为一个单元运动，这样，当杆通过隔膜4运动时，控制盘8能够在打开位置和关闭位置之间运动。弹簧5偏压该组件。在本说明书中，可选择的装置例如在缸中工作的活塞或者类似的压力检测装置可以用于代替隔膜4。

在图1的实施例中，提供了具有用于杆17的中心孔18的杯形件18，以便提供阻尼和提高系统稳定性。杯形件3布置在包括隔膜4的压力检测装置的上部区域上面，并覆盖该上部区域。中心孔18的直径稍微大于杆17的直径，因此游隙很小，且产生流体在隔膜4和压力腔室2之间泄漏的阻力。工差的确切数值并不重要，它通常足够大以便提供到达隔膜4的控制力。压力调节器的反应不会立即阻尼流量，从而导致压力独立的阀的功能更稳定。

在图1的实施例中，特征控制阀10连接于压力腔室2和出口16之间。控制阀10能够人工操作，或者通过促动器12操作。在出口16处的压力通过参考槽道11带回至由弹簧5偏压的隔膜4的下侧。

下面参考图2，压力独立的阀的可选择实施例的全部部件都表示与图1相同，除了添加有导流板13以外。该导流板13安装在引导柱9上。导流板13定位成恰好稍微在控制盘8的操作范围的最高点上方。

在一些情况下，当流体在压差调节器的控制盘8和座15之间运动时，环绕控制盘8的周边形成流体射流。这些射流能够撞击阀体7的壁，并相对控制盘8的顶部弹回。导流板13防止射流冲击控制盘8，从而不会影响控制盘8的力平衡。通过导流板13，可提高压力独立的阀的精度，特别是在较高流速情况下。

参考图3，图中表示的压力独立的阀的所有部件都与图1中相同，除了没有添加杯形件13以及使用专用导流板20以外。专用的导流板20在导流板20周边具有周边边缘(突缘)19。周边边缘19面朝下且它的内径稍微大于控制盘8。这使得能够将控制盘8装配至边缘19内部。其保护了控制盘8的内部。如在控制盘8和边缘19内部之间的游隙较小时，杯形件3能够省略，且阻尼作用在控制盘8和专用导流板20之间发生。

参考图4，图中表示的压力独立的阀的所有部件都与图1中相同，并包括添加的杯形件3和使用如图3中所示的专用导流板20。该专用导流板20具有在导流板20周边上的边缘19。它面朝下且内径稍微大于控制盘8。这使得能够将控制盘8装配至边缘19内部。其保护控制盘8的内部并形成缓冲器，该缓冲器与杯形件3一起起到阻尼压力调节器的效果，并使得压力独立的阀稳定。

参考图5，图中表示的压力独立的阀的所有部件都与图1中相同，包括添加的杯形件3和使用导流板13，但是采用专用控制盘21代替控制盘8，该专用控制盘21具有在控制盘21周边的边缘(凸缘)22。该边缘22面朝上且内径稍微大于导流板13。这使得能够将导流板13装配至边缘22内，其保护控制盘内部。通过这些部件形成缓冲器，缓冲器与杯形件3一起工作，以提供阻尼压力调节器的效果，且稳定压力独立的阀。

压力独立的阀可以具有在压差调节器之后或之前的控制阀，如美国专利No.6827100所述。再参考图6，图中表示了本发明的压力独立的阀，该阀具有布置在压差调节器之前的特征阀10。在该实施例中，压力独立的阀包括进口1和出口16。进口1与控制阀10连通，控制阀10能够与压力腔室2连通。流体从压力腔室2经过座15和控制盘8进入出口16。控制盘8通过杆17而与隔膜4连接。杆17由引导柱9引导。控制盘8、杆17和隔膜4能够作为一个单元而运动。带有用于杆17的中心孔18的杯形件3布置成使杯形件3在上面覆盖隔膜4的上部区域。中心孔18的直径只是稍微大于杆17，因此将阻碍流体在隔膜4和压力腔室6之间流动。这阻尼了压力调节器的反应并导致压力独立的阀的功能更稳定。在进口1处的压力通过参考槽道11而传送至由弹簧5偏压的隔膜4的下侧。

在本发明的不同实施例中，杯形件3、导流板13或20或控制盘21能够单独使用或组合使用。图1、2、4和6表示了本发明的不同类型阀，其中，杯形件3已添加在采用压差调节器和特征阀类型的阀的隔膜区域上方。杯形件具有用于心轴的在中心的孔。该孔的直径稍微大于心轴。根据阀的类型在隔膜下面的容积与位于阀的上游或下游的参考压力连通。

特别有利的是，隔膜能够由杯形件或类似装置封闭，以便提供改善地限制振荡。在隔膜顶部的容积由杯形件封闭。来自进口或出口的流体通过节流与封闭容积连通。它可以呈在心轴和孔之间的游隙的形式。节流是在两者之间的泄漏。或者，在心轴和杯形件中的孔之间可以有非常小的游隙，因此将有非常小的泄漏，然后利用在杯形件中的非常小开口作为节流。不过，优选是第一选择的方案。

上述杯形件的优点是能够衰减在阀上并因此在隔膜上的短期压力变化。这提高了压差调节器的稳定性并能够消除振荡，否则当压力和流量太高时可能发生振荡。

流体的流量通过在压差调节器中的控制盘和座控制。本发明的另一优点是控制盘能够由导流板或屏蔽件来屏蔽，该导流板或屏蔽件安装在控制盘的顶部上方，因此控制盘被覆盖并防止受到向下的流体射流的损害。这些向下流体射流是由流体造成，流体从控制盘周边和压差调节器的座流过撞击调节器的壁，并相对控制盘的顶部返回。本发明的优点是导流板防止射流冲击控制盘，从而不会影响控制盘的力平衡。

本发明的优点是，导流板提高了压力独立的阀的精确性，特别是在较高流量时。导流板优选是牢固安装在阀体后面的壁或引导件上。

导流板的底部部分恰好位于控制盘的运动最高位置的稍微上方。这提供的优点是使得水能够在导流板的顶侧和压差调节器的壁之间经过。在优选形式中，导流板是带有也作为紧固装置工作的立柱的盘。该紧固装置可以连接到阀体的壁上或连接到引导柱上。

导流板可以是简单的盘或者具有升高的边缘，因此它形成柱形杯。优选是边缘面向控制盘。如边缘的直径稍微大于控制盘时，该控制盘可以在导流板内部局部地操作且已经完成阻尼机构。

也可选择，控制盘可以有升高的边缘，因而它形成柱形杯。在此情况下边缘面对导流板。如该边缘的直径稍微大于导流板时，因此导流板能够在控制盘内局部地操作，且已经完成阻尼机构。

上述说明将使得本领域技术人员能够实现本发明。技术人员通过阅读说明书应当理解，所有细节可以变化和改变。但是，所有这些变化和改变将包含于本发明的范围内，本发明的范围由上述说明和另外由下面的权利要求来确定，且在一些情况下，本发明的一些特征将在没有相应使用其它特征的情况下采用。权利要求将意味着覆盖在有效实现本发明目的的任何结构或序列中的所述元件和步骤，除非文中特别指出相反的说明。

Claims (6)

1.一种对于设置位置提供基本恒定流速的压力独立的流体流量调节阀，包括：

设置于流动通道上的特征阀，所述流动通道具有进口和出口；在所述特征阀上游，设有座的座孔与所述流动通道相交；

活动组件，其包括通过杆连接到压力检测装置并通过压力检测装置操作的盘；

其中，盘定位于座的下游，盘与座相互作用以改变流阻，且盘的有效表面面积与所述压力检测装置的有效表面面积基本相同；

在盘的下游，在靠近该盘但是在一定距离处允许盘运动固定位置安装导流板；

包括隔膜或活塞的压力检测装置在筒体或腔室内部工作，所述隔膜或活塞将该筒体或腔室分成两个部分，其中一个部分连接到进口，另一部分通过参考压力通道连接到特征阀下游的点；以及

用于偏压所述活动组件的弹簧装置。

2.一种对于设置位置提供基本恒定流速的压力独立的流体流量调节阀，包括：

设置于流动通道上的特征阀，所述流动通道具有进口和出口；

在所述特征阀下游与流动通道相交的设有座的座孔；

活动组件，其包括通过杆连接到压力检测装置并通过压力检测装置操作的盘；

其中，盘定位于座的下游，盘与座相互作用以改变流阻，且盘的有效表面面积与所述压力检测装置的有效表面面积基本相同；

在盘的下游，在靠近该盘但是与该盘间隔一定距离以允许盘运动的固定位置处安装导流板；

包括隔膜或活塞的压力检测装置在筒体或腔室内部工作，所述隔膜或活塞将该筒体或腔室分成两个部分，其中一个部分连接到流体流量调节阀的出口，另一部分通过参考压力通道连接到特征阀上游的点；以及

用于偏压所述活动组件的弹簧装置。

3.根据权利要求1-2中任一项所述的压力独立的流体流量调节阀，其中，导流板具有面对盘的一侧的边缘。

4.根据权利要求1-2中任一项所述的压力独立的流体流量调节阀，其中，盘具有面对导流板的一侧的边缘。

5.根据权利要求1-2中任一项所述的压力独立的流体流量调节阀，其中，杯形件覆盖筒体或腔室的上端口，并包括提供流体阻力的小开口。

6.根据权利要求5所述的压力独立的流体流量调节阀，其中，杯形件的孔和经过杯形件中的所述小开口的杆之间的游隙形成对流体的阻力。

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