CN101675393B - 选择性操作的恒流量阀 - Google Patents

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Abstract

在美国专利6,026,850和6,209,578中所描述类型的恒流量调节阀包括可以被高效地装配成最终产品的预装配组件。该阀的实施例包括闭合装置，其被配置和安排用来超驰控制该阀的调节模式并以低于和高于该阀的阈值流体入口压力关闭该阀。该闭合装置可选择性的失效从而允许该阀呈现其正常压力响应的调节功能。该阀的其他的实施例包括泄压装置和排气密封件，带有适于结合到便携式喷雾器的触发组件的结构。

Description

选择性操作的恒流量阀
相关申请的交叉引用
本申请是提交于2007年6月27日的美国序列号为11/769,315的延续部分，其要求分别提交于2006年7月12日和2006年8月23日的临时专利申请序列号为60/830,265和60/838,618，和提交于2007年8月20日的序列号为11/841,194的优先权。本申请要求提交于2007年2月7日的序列号为60/888,621的优先权。 
背景技术
1.发明的技术领域
本发明总的涉及流体阀，特别涉及一种调节阀，其在可变流体入口压力高于选定的阈值时动作从而以恒定的输出压力和流速传送流体。闭合机构可选择性地操作来符合该阀的正常压力响应调节功能，或者通过以高于或低于该阈值的入口压力使该阀维持在关闭状态来超驰控制这种功能。 
2.现有技术
在美国专利6,026,850和6,209,578中描述了已知的调节阀的实施例。这种阀通常在流体入口压力低于阈值时关闭，并且在可变流体入口压力高于阈值时以调节模式操作从而以恒定的出口压力和流量传送流体。然而，在流体入口压力高于阈值时，这些阀保持开启并且不能作为截止阀，这使得有必要使用另外的单独操作的阀来获得这种附加的功能。 
发明内容
根据本发明的一方面，已知的调节阀被改为包括闭合机构，其被配置和安排用来超驰调制该阀的调节模式并在流体入口压力低于和高于阈值时使该阀保持关闭。该闭合机构可以选择性的失效从而允许该阀呈现用它正常的压力响应的调节功能。 
根据本发明的又一方面，连通该阀的弹簧室的排放口具有密封件，其允许 空气逸出并进入弹簧室，但在该阀膜片破损的情况下阻止液体从弹簧室泄漏出去。 
根据本发明的另一方面，泄压装置用来在该阀关闭时释放低于该阈值的剩余流体的入口压力。 
根据本发明的另一方面，多个阀元件被预先装配为整体组件，其作为最终组件配置和安排接到外部壳体结构上。 
根据本发明的更多方面，该阀一体形成在便携式喷雾器的触发组件上。 
本发明的这些及其他的特征，方面和附带的优点将参考附图进一步详细描述，其中： 
附图说明
图1是根据本发明的一个实施例的调节阀的截面图，该阀处于打开状态； 
图2是根据本发明的调节阀的第二个实施例的截面图，该阀也处于打开状态； 
图3是通过图1和2中示出的排放密封件截取的放大比例的截面图； 
图4是图3中沿线4-4截取的平面图； 
图5和6通过排放密封件的可选实施例的截面图； 
图7是带有结合根据本发明的调节阀的触发组件的便携式喷雾器的示意图； 
图8是图7中示出的触发组件的放大截面图； 
图9是图8中示出的压力释放机构的放大截面图； 
图10是根据本发明的阀的可选实施例的截面图； 
图11是图10中示出的阀的各组件的分解图； 
图12是图11中的沿线12-12截取的局部正视图；及 
图13A-13C是类似于图12中的连续视图，其图示了杯形基座在图10和11中示出的调节阀的盖子中的快速接合。 
具体实施方式
首先参考图1，根据本发明的调节阀通常用10表示。该阀包括外壳，该外壳具有在对接外部法兰16、18处连接到杯形基座14的盖子12。 
该壳体由隔离壁22内部细分为头部24和基部26。盖子12中的进口28适 合于连接到流体供给设备(未示出)，该设备具有从低于阈值变化到高于的压力。进口28和位于隔离壁22中的中心端口30优选与阀的中心线A1同轴对齐。出口31设置在盖子12中，并沿横切于第一轴线A1的第二轴线排列。虽然该轴线A2图示为相对于轴线A1呈90°，应当理解的是轴线A2可以以相对于轴线A1呈任何角度以便适于该阀的各种应用。 
调节组件32将基部内部细分为与弹簧室23″隔离的流体室23′。该调节组件用来防止当进口28处的流体压力低于阈值压力时流体流过阀。当进口处的流体压力超过阈值压力时，该调节组件用来调节从头部24通过端口30流入室23′并以恒定的出口压力和流速通过出口31的流体流。该出口31或下游管口或限流器(未示出)用来在流体室23′中产生背压。 
该调节组件32包括由空心壳体34和中心插塞36组成的活塞。该活塞被支撑来通过柔性环形膜片38进行沿轴线A1的相对方向的运动。膜片的内圆周夹持在壳体34和插塞36之间。杯形基座14具有容纳在盖子12中的圆柱形壁部14′。膜片的外圆周夹持在壁部14′的上轮缘15和位于盖子上向内突出的内部台肩17之间。膜片的外圆周从而作为盖子12和基座14之间有效的密封。 
活塞插塞36上的活塞杆40穿过端口30突出到头部24中。活塞杆上的大头42具有锥形的下侧44，该下侧与隔离壁的锥形表面46共同作用以将通过端口30的流动路径的尺寸调节为输入段中可变流体压力的反函数，从而能够以恒定的压力和流速将流体输送到出口31。 
弹簧室23″中的压缩弹簧48被夹持在壳体34的下侧表面和外壳基座14的底壁52之间。该弹簧将调节组件32朝向隔离壁22推动。当流体进口压力低于阈值压力时，弹簧48用来推动膜片38抵靠在位于隔离壁22下侧的密封环49上，因此防止流体通过端口30和流体室23′从头部24流到出口31。当流体进口压力超过阈值压力时，弹簧48的弹性闭合力被克服，允许该调节组件离开隔离壁，并且允许开始共同作用的锥形表面44、46的调节功能。底壁52中的开口50用来将膜片38下方的容量排放到周围的大气。 
操作装置包括安装到该杯形基座14下侧的电磁铁54。该电磁铁包括围绕磁芯58的磁铁56。杆60从该磁芯沿轴线A1突出到该弹簧室23″中并在其中以平头部62结束。闭合装置包括第二压缩弹簧64，该弹簧围绕该杆60并被夹持在该头部62和位于该基座14的底壁52上的环形内部凸台66之间。弹簧64的闭 合力超过弹簧48的闭合力。 
如图中所示的状态下，该磁铁56被励磁以轴向撤回该磁芯58，从而克服弹簧64的压缩力向下拉动头部62并离开插塞34的下侧。这就允许调节组件32如上面所描述的那样执行它正常压力的调节功能。 
如果磁铁56去磁，该弹簧64将向上推动头部62抵接插塞34的底部，其有足够完成该阀的正常调节功能的闭合力，这导致膜片组件32被提升从而将膜片38压在位于隔离壁22上的环形向下突出的密封环49上。这反过来阻止流体从头部24通过端口30和流体室23′到出口31的通流。环形凸缘70用作阻挡件以限制芯58的向上运动，这就保护膜片38不致太紧地压在该密封环49上。在进口压力高于阈值压力时弹簧64的闭合力足够使该膜片38保持抵接该密封环49。 
在图2中示出的可选实施例中，该杆60′穿过底壁52并以底部63结束，该底部通过安装成绕销69或类似物枢转的杠杆68工作。向上移动该杠杆导致该杆60′向下推动。 
根据前面所述，可以看到的是，该阀10可以通过以下方式用作截止阀，即简单的允许弹簧64克服弹簧48并使调节组件32的膜片38与底壁22上的环49保持密封接触。通过使弹簧64的闭合力失效，或者通过励磁图1中的磁铁54或手动操作图2中的杠杆68，该阀适应于在入口压力高于阈值时采用它正常的压力响应调节功能。 
正如另外参考附图3和4可以最好的看到，透气的疏水密封件72覆盖该排放口50。该密封件可以包括膨胀的聚四氟乙烯(ePTFE)薄膜，或者任何其他透气的疏水隔膜，其允许空气逸出和再进入弹簧室23″，但在膜片38失效和液体进入该弹簧室的情况下，该隔膜将防止液体通过排放口50泄漏到该阀的外部。该密封件72可以粘附或热密封到底壁52如74处。虽然未示出，如果需要该密封件可以通过附加的多孔隔膜，如织物或类似物进行强化。 
图5示出该排放密封的可选实施例，在其中衬套76已经快速装配到该排放口50。该衬套由吸水并膨胀的亲水聚合物模制，这导致有限的排放通道78的关闭。这也适于在膜片38实效的情况下防止泄漏。 
图6示出该排放密封的另外一个可选实施例，在其中该排放口50位于底壁52的中心。由不透过液体和空气的某些材料制成的柔性密封膜片80被粘附或热 密封于排放口上的82处。当弹簧室23″中的空气压力随着主膜片38的起伏而变化时，该密封膜片80柔软的响应，同时在所有的时候都保持阻止液体穿过该排放口逃离的密封关系。 
因而将会看到该密封件72、76和80用作安全装置以在该膜片38破损的情况下防止液体从调节阀穿过排放口泄漏。 
本发明的调节阀适用范围广，不限于用来稳定便携式喷雾器喷射的液体的压力和流量的例子。 
便携式喷雾器包括背包式喷雾器和压缩型喷雾器。在传统的背包式喷雾器中，手动操作杠杆致动的泵以从非压缩的便携式储液箱中抽出液体并通过棒(wand)将该液体传送到喷嘴，液体从喷嘴中以喷雾的形式排出。在压缩型喷雾器中，为获得同样的结果储液箱是经过压缩的。在这两种情况下，输送压力在很宽的范围内波动，这影响了液体的喷雾形式。很小的压力会产生过多大量的浪费的喷雾滴，但是过大的压力以相反的方式操作会产生容易偏离指定目标的过度雾化的喷雾。 
通过手动操作插入储液箱和喷嘴之间的流动路径中的触发装置提供了控制上的一些尝试。然而，经验证明，操作者不能以向喷嘴容易产生稳定一致的输送压力和液体流速的方式操作这种触发装置。因而，喷雾形式仍旧不稳定，这导致浪费了过多的液体和/或经常不利的偏离指定目标的不充分的过度雾化的喷雾。 
为了说明这些问题，参考图7-9，背包式喷雾器84包括适于存储液体，典型为杀虫剂，除草剂或类似物的储液箱86。泵88安装在储液箱内，进口浸没在液体中，出口连接到通向触发装置94的柔性软管90，该触发装置结合了根据本发明的选择性致动调节阀。该触发装置94顺序连接到在其末端带有喷嘴95的棒92。泵88由枢轴杠杆96操作，该杠杆由操作者手动操作从而从储液箱86内抽出液体并在可变压力下通过软管90将液体传送到该触发装置94。虽然未示出，应当理解的是压缩式喷雾器的压缩储液箱应当以类似的方式操作以在可变压力下传送液体。 
该触发装置94结合类似于图2示出的调节阀，具有较小的修改以在软管90和棒92之间的液体流动路径中留有放置它的位置。例如，该头部24被构造成90°角转动从而定位入口28以连接软管90，操作杠杆68的形状和枢接被适当的修改以用作触发器，及该出口被连接到棒92。 
触发装置94的调节阀通过弹簧64的力保持关闭。弹簧64的闭合力通过压下该触发器68并随着高于预设阈值的泵压力来消除，该阀如前所述那样操作以保持通过棒92传送到喷嘴95的大致稳定的压力和流速。通过保持供给该喷嘴95的大致稳定的压力和流速，选定的喷雾类型仍旧稳定而与该液体排出箱86的压力和流速的变化无关。 
当阀被关闭时及为清洁和维修需要分拆时或者当触发装置被从软管90断开时，触发装置94的调节阀可以另外改为包括压力释放装置以释放头部24中的多余的内部压力。所以，套筒98被插入盖子12。该套筒提供了从与该头部24相连通的入口延伸到与流体室23′相连通的侧向出口102的排放通道100。销104穿过该套筒并以分别位于头部24的放大形状的闭合件及操作头106，108终止于相反端部和该阀的外部。弹簧110适于偏置该销到图中示出的右侧，从而在同样的方向上拉动闭合头106以关闭排放通道100，如图8所示。该排放通道是通过压下操作头108以在相反的方向上移动销来开启的，如图9所示，因此开启排放通道并允许头部24的压缩液体穿过出口102流到流体室23′，从这里它可以穿过出口31排到棒92。 
另外参考图10和11，根据本发明的调节阀的另一实施例用94a表示。阀94a的组成与图8中示出的阀94相同或等同，它们用同样的附图标记只有符号“a”作为附加标记。 
在这个实施例中，盖子作为外壳体结构12a。该外壳体结构12a具有进入开口112及内有凹槽以容纳O型密封环118的内部圆形台肩114。该进入开口112和圆形台肩114在中心轴线A1上对齐。该隔离壁22a与壳体结构12a分隔开并具有中心端口30a和适于以密封接合承托O型密封环118的圆形凸缘120。该隔离壁22a用来将该壳体结构12a内部细分为头部24a和基部26a。 
调节组件32a还可以包括由中空壳体34a，中心插塞36a，杆40和柔性膜片38a组成的活塞。杆40a沿轴线A1穿过该端口30a突出到该头部24a中。该膜片的外周边有珠状边缘被夹持在位于带圆形底边124的柱状裙部122中的内槽中。该调节组件32a用来将该基部26a细分为流体室23a’和弹簧室23a”。 
该调节组件32a和隔离壁22a的部件被预装配到第一组件126中。 
预装配的第二组件128包括杯形元件14a，压缩弹簧48a和可选的，以选择 性模式操作的，弹簧64a，及操作杆60a。如果该阀采用上游或下游装置来干扰向上的流动，那么弹簧64a和操作杆60a可以不用。 
该阀94a的装配首先是将O型密封环118座接于内部台肩114的凹槽116中。接着将该第一组件126经过壳体结构12a的进入开口112嵌入以将其凸缘120与该O型密封环118抵接。 
然后可压缩的环形密封件130由开口112嵌入并与膜片38a的底部抵接。 
接着该第二组件128通过进入开口112嵌入。如图12所示，壳体结构12a的内壁带有通向水平槽134的互相对置的垂直槽132。该槽134具有通向槽口138的倾斜底部136。该杯形元件14a具有互相对置的径向凸起耳部140。 
在该第二组件128嵌入时，该杯形元件14a的耳部140进入该垂直槽132(图13A)。当邻接杯形元件14a上边缘的内部凸缘141开始接触密封件130时，该耳部140被置于如图13B所示的位置。接着该杯形元件旋转从而将该耳部向上移动到倾斜底部136并快速接合入槽口136，如图13C所示。然后该第二组件被可靠的锁定在适当位置，该密封件130被压缩在膜片38a的下侧与凸缘141之间。 
然后该触发器68a可以可操作性地连接到壳体结构12a和杆60a′以完成装配。 
应当理解的是该第二组件128可以用其他方式固定在适当位置，包括例如熔剂焊接或螺纹连接。该第一和第二组件的预装配有利地简化了调节阀的最后装配。 
要求如下权利： 

Claims (20)

1.一种调节阀，用来以可变压力从流体源接收流体并以大致恒定的出口压力和流速将所述流体输送到流体供应器或类似物，所述阀包括：
外壳，其在内部由隔离壁细分为头部和基部；
端口，其位于所述隔离壁中；
调节组件，其在内部将所述基部细分为与弹簧室隔离的流体室，所述调节组件具有沿轴线穿过所述端口突出到所述头部的第一杆，并且具有支撑所述调节组件的柔性膜片，以使所述调节组件沿与所述轴线相对的方向运动；
位于所述壳体中的进口，用来将所述头部连接到所述流体源；
位于所述壳体中的出口，其与所述流体室相连通；
位于所述弹簧室的第一弹簧，所述第一弹簧在入口压力低于阈值时作出响应以使所述调节组件的柔性膜片抵接所述隔离壁，从而阻止流体通过所述端口和流体室从所述头部流向所述出口，所述第一弹簧在入口压力高于所述阈值时作出屈服响应以容许所述调节组件的柔性膜片作出离开隔离壁的移动，同时伴随流体通过所述端口和流体室从所述头部流向出口，以及所述第一杆适于将穿过所述端口的流体路径的尺寸调节为高于阈值的入口时所述进口压力变化的反函数，由此所述出口压力和流速被保持在基本上恒定的水平；
闭合装置，所述闭合装置与所述流体室隔离并且独立于所述第一弹簧操作以在所述入口压力高于和低于所述阈值时使所述所述调节组件的柔性膜片抵接所述隔离壁；及
操作装置，所述操作装置与所述流体室隔离并且用于选择性地使所述闭合装置失效。
2.权利要求1中的调节阀，其中，所述闭合装置包括可在与所述调节组件接触并使其抵接所述隔离壁的保持位置和与所述调节组件隔开的失效位置之间轴向移动的第二杆。
3.权利要求2中的调节阀，其中，所述第二杆与所述轴线对齐并沿所述轴线轴向移动。
4.权利要求1或2中的调节阀，其中，所述第二杆由第二弹簧弹性地保持在所述保持位置，该第二弹簧具有超过所述第一弹簧的闭合力的闭合力。
5.权利要求4中的调节阀，其中，所述操作装置包括可操作性的连接到所述第二杆的手动操作杠杆。
6.权利要求4中的调节阀，其中，所述操作装置包括电磁铁。
7.权利要求1中的调节阀，其中，所述闭合装置包括第二弹簧，其具有超过所述第一弹簧的闭合力的闭合力。
8.权利要求1中的调节阀，其中，所述流体源是便携式喷雾器，所述出口连接到通向喷嘴的棒上。
9.权利要求8中的调节阀，其中，所述便携式喷雾器是背包式喷雾器。
10.权利要求8中的调节阀，其中，所述便携式喷雾器是压力喷雾器。
11.权利要求1或8中的调节阀，进一步包括压力释放装置，用于使流体从所述头部流到所述流体室中。
12.权利要求11中的调节阀，其中，所述压力释放装置包括排放通道，该排放通道从与所述头部相连通的进口延伸到与所述流体室相连通的出口，具有位于所述头部中的闭合头和位于所述壳体外部的操作头部的销，及用于使所述销偏置到关闭位置的第三弹簧，在这里闭合头关闭所述进口并阻碍通过所述排放通道从所述头部到所述流体室的流体通道，所述操作头可被压下以克服所述第三弹簧的偏置力，从而允许流体经过所述排放通道从所述头部流向所述流体室。
13.权利要求1或8中的调节阀，其中，所述壳体包括盖子和杯形基座，所述隔离壁和所述调节组件被预装配以形成接收在所述盖子中的第一组件，所述杯形基座、所述第一弹簧和闭合装置被预装配以形成接收在所述盖子中并与所述盖子可操作地联接的第二组件。
14.权利要求13的调节阀，其中，通过将所述杯形基座快速接合入所述盖子的槽口，所述第二组件可操作性地与所述盖子联接。
15.权利要求14中的调节阀，其中，所述快速接合由所述杯形基座相对所述盖子的旋转产生。
16.权利要求1或8的调节阀，进一步包括在所述壳体中与所述弹簧室相连通的排放口。
17.权利要求16中的调节阀，进一步包括用于所述排放口的密封件，所述密封件适于提供气体穿过所述排放口的的通道及阻碍流体穿过所述排放口的通道。
18.权利要求17中的调节阀，其中，所述密封件包括透气的疏水隔膜。
19.权利要求17中的调节阀，其中，所述密封件包括嵌入所述排放口中的疏水衬套，所述衬套限定出响应于流体的吸收由所述衬套关闭的受限的排放通道。
20.权利要求17中的调节阀，其中所述密封件包括不透水也不透气的柔性膜片。
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