CN101473284A - 流体控制阀 - Google Patents

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CN101473284A CNA2007800224138A CN200780022413A CN101473284A CN 101473284 A CN101473284 A CN 101473284A CN A2007800224138 A CNA2007800224138 A CN A2007800224138A CN 200780022413 A CN200780022413 A CN 200780022413A CN 101473284 A CN101473284 A CN 101473284A
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Abstract

一种阀(10)包括壳体(12)，壳体具有第一端口(18)和第二端口(20)。该阀可包括第一阀构件(14)，该第一阀构件可操作以计量流过第一端口和第二端口之间的流体。此外，该阀可包括阀控制件(16)，该阀控制件可操作以至少部分用供应到控制室(42)的流体来控制第一阀件的位置。阀控制件可包括一个或多个附加阀构件(66)，所述阀构件可操作以计量流到控制室的流体并还计量从控制室流出的流体。一个或多个附加阀构件可包括可操作以计量从控制室流出的流体的控制提升阀(66)。该阀控制件可操作以至少部分根据第一阀构件的位置来控制一个或多个附加阀构件中的至少一个的位置。

Description

流体控制阀
本申请要求2006年6月16日提交的美国专利申请第11/453,904的优先权，该申请的内容以参见的方式纳入本文。
技术领域
本发明涉及阀，且更具体地涉及流体控制阀。
背景技术
很多阀包括用于计量流过阀的流体的阀件和用于控制阀件的位置的阀控制件。有些阀控制使用流体来控制阀件的位置。例如，有些阀控制流到控制室的供应流体，其中流体在阀件上施加力来抵消作用在阀件上的其它力。这种阀控制件通常通过计量从控制室排放的流体来控制控制室内流体的压力。阀控制件可抑制来自控制室的流体排放以在控制室内产生高的流体压力，从而使流体沿一个方向驱动阀件。相反，阀控制件可通过增加来自控制室的流体排放而降低控制室内流体的压力来允许其它的力沿相反方向驱动阀件。
不幸的是，很多这种阀控制件不包括计量到控制室的流体供应的设置。在某些情况下，这种阀控制件能够使阀件沿一个方向快速移动，但不能使阀沿相反方向快速移动。如果这种阀控制件构造成以相对快的速率向控制室供应流体，则阀控制件可能能够使控制室内的流体通过已知来自控制室的排放而快速驱动阀件。但是，这种阀控制件可能不能以比供应速率足够大的速率从控制室排放流体而使其它的力能够抵抗控制室内的流体沿相反方向驱动阀件。相反，构造成以相对低的速率向控制室供应流体的阀控制件可能能够仅以较低的速率用供应到控制室的流体来驱动阀件。
授予Schexnayder的美国专利第5,421,545(“’545专利”)示出计量流入其控制室内的流体加上计量流出控制室的流体的流体控制阀。’545专利中所示的阀包括具有第一端口和第二端口的本体，第一端口和第二端口通过延伸穿过本体的通道连接。该阀还包括用于计量流过两端口之间流体的提升阀构件。此外，该阀包括与提升阀件相邻设置的控制室。’545专利中的阀构造成使控制室内的流体压力迫使提升阀构件抵抗第一端口内的流体压力朝向关闭位置。’545专利的阀还包括从第一端口向控制室供应流体的设置和从控制室向第二端口排放流体的设置。这些设置包括计量从第一端口流向控制室供应的流体和从控制室流向第二端口的流体的滑阀(spool)。
尽管’545专利的阀包括计量流入控制室的流体和流出控制室的流体的滑阀，但还存在某些缺点。例如，滑阀可能泄漏，这可能损害不需要从控制室排放时的性能。此外，由于该阀仅能够从第一端口向控制室供应流体，该阀可能能够仅在第一端口内的压力高于第二端口内的压力时才能控制提升阀(pilotpoppet)构件的位置。
本发明的阀可解决上述一个或多个问题。
发明内容
一个所揭示的实施例涉及具有壳体的阀，该壳体具有第一端口和第二端口。该阀可包括第一阀构件，该第一阀构件可操作以计量流过第一端口和第二端口之间的流体。此外，阀可包括阀控制件，该阀控制件可操作以至少部分用供应到控制室的流体来控制第一阀件的位置。阀控制件可包括一个或多个附加阀构件，该阀构件可操作以计量流到控制室的流体并还计量从控制室流出的流体。一个或多个附加阀构件可包括可操作以计量从控制室流出的流体的控制提升阀。该阀控制件可能可操作以至少部分根据第一阀构件的位置来控制一个或多个附加阀构件中的至少一个的位置。
另一实施例涉及运行具有壳体的阀的方法，该壳体具有第一端口和第二端口。该方法可包括至少部分通过控制第一阀构件的位置来计量流过第一和第二端口的流体。控制第一阀构件的位置可包括用一个或多个附加阀构件计量流到控制室的流体和计量流出控制室的流体，包括用控制提升阀计量流出控制室的流体。该方法可包括至少部分根据第一阀构件的位置来控制一个或多个附加阀构件中的至少一个的位置。
另一实施例涉及具有壳体的阀，该壳体具有第一端口和第二端口。该阀可包括第一阀构件，该第一阀构件可操作以计量流过第一端口和第二端口之间的流体。此外，阀可包括阀控制件，该阀控制件可操作以至少部分用供应到控制室的流体来控制第一阀件的位置。该阀控制件可包括连接在第一端口和控制室之间的第一供应通道，第一供应通道包括使流体能够从第一端口流到控制室的第一止回阀。该阀控制件可包括连接在第二端口和控制室之间的第二供应通道，第二供应通道包括使流体能够从第一端口流到控制室的第二止回阀。此外，阀控制件可包括连接到控制室的一个或多个排放通道。该阀控制件可包括一个或多个附加阀构件，该阀构件可操作以计量通过第一供应通道流到控制室的流体并还计量通过第二供应通道从控制室流出的流体。
附图说明
图1是根据本发明的阀的一实施例处于第一运行状态的剖视图；
图2是图1所示的阀处于第二运行状态的剖视图；以及
图3是图1所示的阀处于第三运行状态的剖视图。
具体实施方式
图1示出根据本发明的阀10的一个实施例。阀10可包括壳体12、阀构件14和阀控制件16。壳体12可包括端口18、端口20以及在端口18和端口20之间延伸的通道22。如图1所示，壳体12还可包括各种其它结构。
阀构件14可构造成可计量流过通道22的流体。如图1所示，阀构件14可以是提升阀。阀构件14可包括阀座24，阀座构造成密封地邻靠壳体12的阀座26。阀座24可大致面向方向32，且阀座26可大致面向相反方向30。阀构件14还可包括面向方向30的表面34、36。此外，阀构件14还可包括面向方向32的表面38。此外，阀构件14可包括在阀座24周围延伸并大致面向方向32的表面39。此外，阀构件14可包括由阀座24围绕并大致面向方向32的表面40。阀10可包括限制阀构件14平移以沿轴线28沿方向30、32滑动的设置。例如，如图1所示，壳体12的平行于轴线28延伸的表面可引导平行于轴线28延伸的阀构件14的表面。
阀构件14的各部分可具有相对于彼此的各种比例。在某些实施例中，表面36、38、39和40可总地具有其面积基本上等于面向方向30的表面34的面积的面向方向32的净面积。此外，在某些实施例中，面向方向32的表面40的面积可基本上等于面向方向30的表面34的面积的一半。在这些实施例中，表面36、38、39可具有其面积基本上等于面向方向32的表面40的面积的面向方向32的净面积。
阀构件14可以以各种方式构造成当阀座24与阀座26分离时使流体流过端口18和20之间。例如，在某些实施例中，阀构件14可包括流体可流过的计量通道27。
此外，阀控制件16可构造成至少部分用供应到控制室42的流体来控制阀构件14的位置。如图1所示，在某些实施例中，控制室42可由与阀构件14的诸如表面34之类的一个或多个表面相邻的壳体12限定。除了控制室42，阀控制件16可包括将流体引到和引出控制室42的设置。例如，控制阀16可包括供应通道44、46和排放通道52、54。各供应通道44、46可连接在控制室42的端口18、20与端口48、50之间。供应通道44可包括止回阀58，该止回阀可操作以使流体能够从端口18通过端口48流到控制室42。类似地，供应通道46可包括止回阀60，该止回阀可操作以使流体能够从端口20通过端口50流到控制室42。各排放通道52、54可连接在控制室42的端口18、20与端口56之间。排放通道52可包括止回阀62，该止回阀构造成使流体能够从端口56流到端口18，而排放通道54可包括止回阀64，该止回阀可操作以使流体能够从端口56流到端口20。
阀控制件16还可包括一个或多个附加阀构件，该阀构件可操作以计量流到和/或流出控制室42的流体。例如，如图1所示，阀控制件16可包括控制提升阀66和阀构件68。控制提升阀66可具有阀座70，阀座构造成密封地邻靠与端口56关联的阀座72。阀10可包括限制控制提升阀66平移以沿诸如轴线28之类的轴线滑动的设置。如图1所示，在某些实施例中，壳体12的平行于轴线28延伸的表面可引导也平行于轴线28延伸的控制提升阀66的侧表面。
控制提升阀66可以以各种方式构造成当阀座70与阀座72分离时使流体流过控制室42和排放通道52、54之间。例如，在某些实施例中，控制提升阀66可包括从控制室42延伸到控制提升阀66和壳体12之间空间71的通道67，且控制提升阀66可包括计量通道73。
在某些实施例中，控制提升阀66可包括一个或多个侧表面，这些侧表面构造成计量流入和/或流出控制室42的流体。例如，控制提升阀66可包括构造成计量流过端口48、50的流体的侧表面74。如图1所示，在某些实施例中，侧表面74可具有可跨越各端口48、50移动的端部75。或者，侧表面74可包括可跨越端口48、50移动的一个或多个开口(未示出)。
控制提升阀66还可包括从开口78延伸到开口80的通道76。开口78可与控制室42直接流体连通。当阀座70密封地邻靠阀座72时，开口80可仅通过通道76连接到控制室42。阀构件68可构造成可计量流过通道76的流体。阀控制件16可包括沿方向30偏置阀构件68的弹簧69以使阀构件68能够密封通道76，如图1所示。
阀控制件16还可包括用于移动控制提升阀66和阀构件68的各种设置。例如，阀控制件16可包括用于驱动控制提升阀66和阀构件68的致动器84。致动器84可以是具有柱塞86的电磁阀，柱塞构造成邻靠控制提升阀66和阀构件68。触发时，致动器84可沿方向32驱动柱塞86，由此沿方向32驱动阀构件68和控制提升阀66。柱塞86可构造成与阀构件68配合并沿方向32驱动阀构件68，然后与控制提升阀66配合并沿方向32驱动控制提升阀66。
在某些实施例中，阀控制件16可构造成至少部分根据阀构件14的位置来控制控制提升阀66的位置。例如，阀控制件16可包括在阀构件14和控制提升阀66之间压缩的弹簧82。弹簧82可沿方向30推压控制提升阀66抵抗由致动器84施加到控制提升阀66的任何力。类似地，弹簧82可沿方向32推压阀构件14。
阀10并不限于如图1所示的构造。例如，阀构件14的表面可具有与如上所述不同的相对尺寸。此外，阀构件14可以是除了提升阀之外的类型的阀构件，诸如滑阀。此外，阀控制件16可构造成与图1所示不同。在某些实施例中，不同于具有与控制室42相邻的表面34的阀构件14，阀控制件16可包括具有与控制室42相邻的表面并直接或间接连接到阀构件14的其它驱动构件。此外，一个或多个供应通道44、46和排放通道52、54可延伸穿过阀构件14，而不是穿过壳体12。此外，阀控制件16可省略供应通道46和排放通道54，和/或可包括图1中未示出的供应和排放通道。
此外，在某些实施例中，阀控制件16可构造成通过端口56向控制室42供应流体并通过端口48、50从控制室42排放流体，而不是通过端口48、50向控制室42供应流体并通过端口56从控制室42排放流体。阀控制件16可包括实现该目的的各种构造。例如，供应通道44、46可从端口18、20延伸到端口56，而不是延伸到端口48、50，排放通道52、54可从端口48、50延伸到端口18、20，而不是从端口56延伸。
阀控制件16还可包括不同的阀构件设置，用于计量流到和流出控制室42的流体。例如，阀控制件16可包括在多个阀构件，用于替代控制提升阀66来计量流入和流出控制室42的流体。
阀控制件16还可包括用于控制控制提升阀66的位置的不同设置。例如，致动器84可以是除了电磁阀之外的其它类型致动器，诸如液压致动器或气动致动器。此外，阀控制件16可包括至少部分根据阀构件14的位置来控制控制提升阀66的位置的弹簧之外的其它设置。阀控制件16可包括用于连接在控制提升阀66和阀构件14之间的不同类型的力传递机构。此外，在某些实施例中，阀控制件16可包括感测阀构件14的位置的位置传感器和用于至少部分根据位置传感器的输出信号来控制致动器84的信息处理部件。
工业应用
阀10可应用于需要控制流体流量的任何场合。壳体12的各端口18、20可连接到一个或多个部件，一个或多个部件构造成将流体供应到阀10和/或从阀10接纳流体，包括但不限于泵、阀、流体驱动致动器和储液槽。
当触发致动器84时，阀10可具有如图1所示的运行状态，其中阀构件14可基本上防止流体在端口18、20之间流动。由于致动器84不对控制提升阀66或阀构件68施加力，弹簧82可保持控制提升阀66的阀座70抵靠阀座72，且阀构件68可密封通道76。这就可防止控制室42和排放通道52、54之间流体连通。
在这些情况下，供应通道44、46之一会与控制室42流体连通。如果端口18处的流体压力高于端口20处的流体压力，止回阀58会使流体能够从端口18连通到控制室42，而止回阀60可防止从控制室42到端口20的流体连通。如果端口20处的流体压力高于端口18处的流体压力，止回阀58、60会使流体能够从端口20连通到控制室42，同时又防止从控制室42到端口18的流体连通。这就可确保控制室42内流体的压力基本上等于端口18、20处流体压力中较高的一个。于是，与压靠表面34的弹簧82组合，控制室42内压靠表面34的流体保持阀构件14的阀座24压靠阀座26，由此基本上防止端口18、20之间的流体连通。
当阀10处于如图1所示的状态时，与控制提升阀66的各表面接触的流体可对控制提升阀66施加不平衡的力，推压阀座70抵靠阀座72。控制室42内的高压流体可在控制提升阀66上沿方向30施加高于壳体12的其它部分内的流体在控制提升阀66上沿方向32所施加的力。在某些情况下，作用在控制提升阀66上的不平衡的流体力可大于致动器84的力的量。
由于柱塞86构造成与阀构件68配合、然后与控制提升阀66配合，当致动器84沿方向32驱动柱塞86时，控制提升阀66上的流体力平衡，然后柱塞86与控制提升阀66配合。如图2所示，当柱塞86与阀构件68配合并沿方向32驱动阀构件68时，阀构件68可使流体通过通道86连通。这就使控制室42内的高流体压力通过通道76连通到控制提升阀66的与控制室42相对的端部，由此基本上平衡了控制提升阀66上的流体力。
由于控制提升阀66上的流体力基本上平衡，致动器84可容易地沿方向32驱动控制提升阀66。如图3所示，这可将阀座70与阀座72分开。由于阀座70与阀座72分开，流体可从控制室42通过通道67、通过空间71、通过计量通道73、并通过端口56流到排放通道51、54。此外，沿方向32移动控制提升阀32可使侧表面74至少部分堵塞端口48、50。于是，控制提升阀66的侧表面74可抵抗流体通过端口48或端口50流入控制室42。
控制提升阀66具有的阻止流体流入控制室42的阻力和控制提升阀具有的阻止流体流出控制室42的阻力都可随着控制提升阀66沿轴线28的位置而改变。当致动器84沿方向32驱动控制提升阀66时，阀座70、72之间的距离可增加，并增加侧表面74可堵塞端口48、50的程度。因此，致动器84沿方向32驱动控制提升阀66，控制提升阀66减小流体通过端口56流出控制室42的阻力并增加流体通过端口48、50流入控制室42的阻力。相反，如果控制提升阀66沿方向30移动，则控制提升阀66增加流体通过端口56流出控制室42的阻力并减小流体通过端口48、50流入控制室42的阻力。
于是，沿方向32驱动控制提升阀66可使阀构件14沿方向30移动。由于流过端口56的阻力增加，高压流体可从控制室42流过排放通道52、54之一到达端口18、20中具有较低压力的一个。这就可降低控制室42内的压力。限制流过端口48、50的流体还可通过降低流体流入控制室42的速率来代替流体流出而降低控制室42内的压力。由于控制室42内压力减小，流体作用在阀座24、表面38和表面40上的力可最终克服控制室42内流体的力并沿方向30驱动阀构件14，将阀座24与阀座26分开并使流体流过端口18、20之间。
当阀座24与阀座26分开时，端口18、20处流体压力的变化往往会形成阀构件14的不合要求的运动。阀控制件16可通过至少部分根据阀构件14的位置控制控制提升阀66的位置来抑制阀构件14的这种不合要求的运动。如果端口18、20处的压力波动使阀构件14沿方向30运动，弹簧82可沿方向30驱动控制提升阀66，使控制室42内压力增加以沿方向32向后驱动阀构件14。相反，如果端口18、20处的压力波动使阀构件14沿方向32运动，弹簧82可使控制提升阀66沿方向32运动，使控制室42内压力减小而使端口18、20内的压力沿方向30向后驱动阀构件14。
阀10可通过由致动器84对控制提升阀66不连续地施加力而返回到图1所示的运行状态。由于致动器84不对控制提升阀66施加力，弹簧82可沿方向30驱动控制提升阀66，直到阀座70邻靠阀座72且侧表面74暴露于端口48、50。于是，控制室42内压力可升高并沿方向32驱动阀构件14，直到阀座24邻靠阀座26为止。
所揭示的实施例可提供多个性能优点。由于它们可操作以同时增加从控制室42的流体排放并减小到控制室42的流体供应，所以所揭示的阀控制件16能够使阀构件14沿方向30快速移动。由于它们可操作以同时增加从控制室42的流体排放并减小到控制室42的流体供应，所以所揭示的阀控制件16能够使阀构件14沿方向32快速移动。
此外，阀10的所揭示的实施例在关闭时的泄漏最小。阀座24、26可提供非常紧的密封，而防止流体通过通道22流过端口18、20之间。类似地，阀座70、72和阀件68可具有非常紧密的密封，而防止流体从控制室42泄漏。
此外，包括供应通道44和供应通道46两者可允许阀10双向操作。如上所述，供应通道44、46使流体能够从端口18、20中压力较高的一个流到控制室42。这使阀控制件16在阀构件14的位置上受到控制，与端口18、20中哪一个具有较高的流体压力无关。于是，阀10可用在端口18内的压力有时比端口20内的压力高、且有时比端口20内的压力低的应用场合。
对本领域的技术人员来说很显然可对阀和方法进行各种更改和改变，而不偏离本发明的范围。本领域的技术人员可从本文所揭示的阀和方法的说明和实践的考虑中清楚地知晓所揭示的阀和方法的其它实施例。想要说明的是，应当认为说明书和实例仅是示例性的，发明的真实范围由以下权利要求书和其同等物指出。

Claims (10)

1.一种阀(10)，包括：
壳体(12)，所述壳体具有第一端口(18)和第二端口(20)；
第一阀构件(14)，所述第一阀构件可操作以计量流过所述第一端口和所述第二端口之间的流体；
阀控制件(16)，所述阀控制件可操作以至少部分地用供应到控制室(42)的流体来控制所述第一阀构件的位置，所述阀控制件包括：
一个或多个附加阀构件(66)，所述一个或多个阀构件可操作以计量流到所述控制室的流体，还计量从所述控制室流出的流体，所述一个或多个附加阀构件包括控制提升阀(66)，所述控制提升阀可操作以计量流出所述控制室的流体，以及
其中，所述阀控制件可操作以至少部分地根据所述第一阀构件的位置来控制所述一个或多个附加阀构件中的至少一个的位置。
2.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述控制提升阀还可操作以计量流入所述控制室的流体。
3.如权利要求2所述的阀，其特征在于，所述阀控制件可操作以至少部分根据所述第一阀构件的位置来控制所述控制提升阀的位置。
4.如权利要求2所述的阀，其特征在于，当所述控制提升阀在至少一个位置范围内时，所述控制提升阀可操作以
当所述控制提升阀沿第一方向(32)运动时，减小流体流出所述控制室的阻力并增加流体流入所述控制室的阻力，以及
当所述控制提升阀沿第二方向(30)运动时，增加流体流出所述控制室的阻力并减小流体流入所述控制室的阻力。
5.如权利要求1所述的阀，其特征在于：
所述控制室(42)包括第三端口(56)和第四端口(48)；
所述控制提升阀可沿轴线(28)移动；
所述控制提升阀包括第一阀座(70)，所述阀座可操作以邻靠与所述第三端口关联的第二阀座(72)；
所述阀控制件可操作以通过调节所述控制提升阀沿所述轴线的位置来调节所述第一阀座和所述第二阀座之间的距离，从而调节流体流过所述第三端口的阻力；以及
在所述控制提升阀沿所述轴线的至少一个位置，所述控制提升阀的侧表面(74)至少部分地堵塞所述第四端口，所述侧表面堵塞所述第四端口的程度是根据所述控制提升阀沿所述轴线的位置而定的。
6.如权利要求5所述的阀，其特征在于，所述第一阀件是具有第三阀座(24)的提升阀，所述第三阀座可操作以邻靠第四阀座(26)，所述第四阀座与所述第一端口和所述第二端口之间的通道(22)关联。
7.一种操作具有壳体(12)的阀(10)的方法，所述壳体具有第一端口(18)和第二端口(20)，所述方法包括：
至少部分地通过控制第一阀构件(14)的位置来计量流过所述第一端口和所述第二端口之间的流体；
其中，控制所述第一阀构件的位置包括用一个或多个附加阀构件(66)计量流到控制室(42)的流体和流出所述控制室的流体，包括用控制提升阀(66)计量流出所述控制室的流体；以及
至少部分地根据所述第一阀构件的位置来控制所述一个或多个附加阀构件中的至少一个的位置。
8.如权利要求7所述的方法，其特征在于，用一个或多个附加阀构件计量流到所述控制室的流体和流出所述控制室的流体包括用所述控制提升阀计量流到所述控制室的流体，加上用所述控制提升阀计量流出所述控制室的流体。
9.如权利要求8所述的方法，其特征在于，用所述控制提升阀计量流出所述控制室的流体和流入所述控制室的流体包括：
通过使所述控制提升阀沿第一方向(32)运动，来减小来自所述控制提升阀的对流体流出所述控制室的限制作用、而同时增加来自所述控制提升阀的对流体流入所述控制室的限制作用，以及
通过使所述控制提升阀沿第二方向(30)运动，来增加来自所述控制提升阀的对流体流出所述控制室的限制作用、而同时减小来自所述控制提升阀的对流体流入所述控制室的限制作用。
10.如权利要求8所述的方法，其特征在于，用所述控制提升阀计量流出所述控制室的流体和流入所述控制室的流体包括调节所述控制提升阀沿轴线(28)的位置，由此调节所述控制提升阀的阀座(70)和与所述控制室的第一端口(56)关联的阀座(72)之间的距离，并还调节所述控制提升阀的侧表面(74)堵塞所述控制室的第二端口(48)的程度。
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