CN101688622B - 平衡电磁阀 - Google Patents

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Abstract

阀组件包括具有内置线圈的螺线管外壳。连接到所述螺线管外壳的阀主体包括入口端口和第一阀座。可轴向调节保持器螺纹连接到所述阀主体，且具有限定第二阀座的端部。同质阀构件/电枢可滑动地设置在所述阀主体中，且在存在线圈产生的磁通量时能在阀闭合位置和阀开启位置之间移动。所述阀构件/电枢的第一表面区域通过所述入口端口与增压流体成流体连通。所述阀构件/电枢的第二表面区域在阀闭合位置时与所述增压流体成流体连通。所述第一表面区域等于所述第二表面区域，在阀闭合位置时，增压流体相等地作用于所述第一和第二表面区域上，从而限定压力平衡状况。

Description

平衡电磁阀
技术领域
本发明涉及用于隔离和控制增压流体流的螺线管操作阀。
背景技术
该部分的陈述仅仅提供与本发明有关的背景信息，且可能不构成现有技术。
螺线管操作阀是已知的，其提供用于操作附加设备(如分类器、包装机、食物处理器等)的流体(如增压空气)的控制。为了将螺线管操作阀保持在闭合位置，诸如弹簧的偏压构件是已知的。
例如，在Chorkey的美国专利4,598,736中也已知增压流体的入口压力能够在阀内平衡，以减小螺线管组件使得阀构件在闭合和开启位置之间移动所需要的力。然而，已知设计具有几个缺陷。阀构件通常从多个部分组装，这增加了阀的成本。已知设计也提供单独的弹性阀元件，所述弹性阀元件能彼此隔开很宽，以提供阀开启和阀闭合密封件。阀构件的总位移或行程通常是不可调节的。平衡阀构件以允许阀构件自由滑动运动通常需要多个流动通道，这也增加了阀成本和复杂性。此外，公知的阀设计并不提供安置表面之间的间距的轴向调节，因而不能适合于在发生弹性密封材料的磨损时控制安置整体性。公知阀也缺乏防止系统流体与螺线管组件的线圈接触的能力。因而作为流体中的污染物的水分和灰尘能够进入螺线管组件，这可能导致阀卡住、减小的阀功率或延迟的操作时间。
发明内容
根据本发明的压力平衡螺线管操作阀的多个实施例，压力平衡螺线管操作阀包括螺线管外壳。阀主体连接到所述螺线管外壳。连接到所述螺线管外壳的极靴(pole piece)可操作传输磁通量。同质阀构件/电枢可滑动地设置在所述阀主体中，且在存在磁通量时能从阀闭合位置移动到阀开启位置。
根据其它实施例，螺线管操作阀组件包括具有内置线圈的螺线管外壳。阀主体连接到所述螺线管外壳。所述阀主体具有第一阀座。连接到所述螺线管外壳的极靴能传输由所述线圈产生的磁通量。可轴向调节保持器螺纹连接到所述阀主体。所述保持器的端部限定第二阀座。所述保持器的轴向移动将所述第二阀座相对于所述第一阀座轴向地定位。同质阀构件/电枢可滑动地设置在所述阀主体中，且在存在磁通量时能从阀闭合位置移动到阀开启位置，在所述阀闭合位置，弹性阀元件与所述第一阀座接触，在所述阀开启位置，弹性阀元件与所述第二阀座接触。
根据另外的实施例，压力平衡型螺线管操作阀组件包括具有内置线圈的螺线管外壳。阀主体可释放地连接到所述螺线管外壳。所述阀主体具有入口端口和第一阀座。可轴向调节保持器螺纹连接到所述阀主体，且具有限定第二阀座的端部。同质阀构件/电枢可滑动地设置在所述阀主体中，且在存在由所述线圈产生的磁通量时能在阀闭合位置和阀开启位置之间移动。所述阀构件/电枢的第一表面区域通过所述入口端口与增压流体成流体连通。所述阀构件/电枢的第二表面区域在阀闭合位置时与所述增压流体成流体连通。所述第一表面区域大致等于所述第二表面区域，其中在阀闭合位置时，增压流体相等地作用于所述第一和第二表面区域上，从而限定压力平衡状况。
根据另外的实施例，螺线管操作阀组件包括螺线管外壳。阀主体连接到所述螺线管外壳。连接到所述螺线管的极靴可操作传输磁通量。同质阀构件/电枢可滑动地设置在所述阀主体中，且借助于所述磁通量的牵拉力能从阀闭合位置轴向移动到阀开启位置，所述磁通量可操作将阀构件/电枢朝所述极靴牵拉。
根据附加实施例，螺线管操作阀组件包括具有内置线圈的螺线管外壳。阀主体连接到所述螺线管外壳。可轴向调节保持器螺纹连接到所述阀主体。极靴连接到所述螺线管外壳，且可操作传输由所述线圈产生的磁通量。同质阀构件/电枢可滑动地设置在所述可轴向调节保持器中，且通过由所述线圈产生的磁通量在阀闭合位置和阀开启位置之间朝所述极靴被可操作地牵拉。设置在所述阀构件/电枢和所述可轴向调节保持器之间的密封构件在所述阀构件/电枢和所述可轴向调节保持器之间可操作形成流体密封件，以防止所述阀主体内的增压流体在阀开启和闭合位置中的任一位置时接触所述线圈。
进一步的应用领域从本文提供的描述显而易见。应当理解的是，所述描述和具体示例仅旨在用于说明目的，而不旨在限制本发明的范围。
附图说明
本文所述的附图仅仅用于说明目的，而不旨在以任何方式限制本发明的范围。
图1是本发明的3路压力平衡螺线管操作阀处于去激励位置的截面侧视图；
图2是图1的阀处于激励位置的截面侧视图；
图3是示出了图1的区域3的截面侧视图；
图4是从图1变型的另一压力平衡螺线管操作阀的截面侧视图，增加了防止流体进入螺线管组件的流体密封件；
图5是图4的阀处于阀开启位置的截面侧视图，还示出了连接到阀主体块的所述阀；
图6是本发明的入口侧上的两路压力平衡螺线管操作阀的截面侧视图；
图7是本发明的入口侧上的两路压力平衡螺线管操作阀的另一实施例的侧视图；
图8是具有多个图7的两路压力平衡阀的歧管组件的透视图，所述压力平衡阀与多个流分配装置连通；
图9是从图6的阀变型的本发明的入口侧上的两路压力平衡螺线管操作阀的截面侧视图；和
图10是示出了图9的区域10的截面侧视图。
具体实施方式
以下描述本质上仅为示例性的且不旨在限制本发明、应用或使用。应当理解的是，在整个附图中，相应的附图标记表示相同或相应的部分和特征。
总体上参考图1，本发明的阀组件10包括阀主体12，所述阀主体12使用螺纹连接件16可释放地连接到螺线管外壳14。组合的阀构件/电枢18能在阀闭合方向“A”或阀开启方向“B”滑动。阀构件/电枢18制成单个元件中的阀构件和电枢的同质或整体组合。在多个实施例中，阀构件/电枢18由磁性材料制成，如钢、不锈钢等。
包括多个绕组形式的线的线圈22设置在螺线管外壳14内。可调节极靴24设置在线圈22内且使用螺纹连接件26连接到螺线管外壳14。可调节极靴24传输来自于激励的线圈22的磁通量，以将阀构件/电枢18从阀闭合位置向阀开启位置“牵拉”。阀主体12内的偏压构件28(如盘簧)提供偏压力，以将阀构件/电枢18朝阀闭合方向“A”连续偏压。在所示阀闭合位置，在阀构件/电枢18和可调节极靴24之间设置有间距30。当偏压构件28在阀闭合方向“A”偏压阀构件/电枢18时，形成间距30。通过使用螺纹连接件26旋转可调节极靴24以在阀开启方向“A”或阀闭合方向“B”轴向移动可调节极靴24，间距30是可调节的。间距30限定阀闭合(去激励)位置和阀开启(激励)位置之间的总阀构件/电枢18轴向位移加上超行程(over stroke)。间距30也提供可调节轴向移动，以补偿阀构件和/或阀座的磨损。在阀组件的整个寿命期间，间距30能够调节，以保持阀的响应时间一致。减小间距30将减小打开阀所花费的时间，即，阀开启时间，且相反地，增加间距30将增加阀开启时间。间距30被最初设定，以获得对于具体应用的最佳性能。
偏压构件28的第一端设置在阀构件/电枢18的端部34处形成的构件腔32内。偏压构件28的第二端保持在可调节极靴24的极靴端38中形成的极靴腔36内。螺线管衬套40设置在线圈22和阀构件/电枢18之间。阀构件/电枢18可滑动地设置在螺线管衬套40的衬套孔42内。螺线管衬套40的材料可由磁性材料提供，如钢或不锈钢，且提供阀构件/电枢18的滑动配合。能够包括一个或更多电线的电连接器构件44连接到线圈22且从线圈22向外延伸。电连接器构件44从电源(未示出)提供电功率以激励线圈22。螺线管外壳14、阀构件/电枢18、线圈22、可调节极靴24、螺线管衬套40和电连接器构件44一起限定螺线管组件。
延伸贯穿阀构件/电枢18长度的压力均衡通道46纵向地且与穿过可调节极靴24形成的相应通道48大致同轴地定向。压力均衡通道46和通道48一起提供流体(如，空气)的流动路径，当阀构件/电枢18在阀主体12内滑动时，所述流体被移动。压力均衡通道46也能够引导由于密封件泄漏而存在的流体(如，空气)。
阀主体12包括入口端口50，入口端口50与入口通道52流体连通，入口通道52继而连接到增压室54。入口通道52能够具有与入口端口50相同或更大的直径，或者它可以更小(如图所示)。入口通道52还可以是槽的形式，或以其它几何形状设置，包括但不限于矩形、椭圆形等。增压室54中的流体从增压流体(如，空气)源(未示出)提供。当阀组件10处于阀闭合位置时，增压流体通过设置在活塞58中的密封件56保持在增压室54内，活塞58限定阀构件/电枢18的端部。活塞58可滑动地接收在阀主体12的圆柱形孔60内。当阀元件62与阀主体12的第一阀座64接合时，与密封件56相对的增压室54端部被密封。第一阀座64可以限定尖角、斜面或圆角表面。阀元件62可以从与阀构件/电枢18相同的材料形成或机加工，或可以由诸如橡胶或合成橡胶材料的弹性材料制成，所述弹性材料通过粘合、重叠模制(over-molding)、非紧密封接(loose seal)或其它已知过程连接到阀构件/电枢18。阀构件/电枢18可以由能够受磁通量影响的任何材料制成，所述磁通量在线圈22被激励时通过可调节极靴24形成。
阀主体12也包括与圆柱形端口通道68流体连通的圆柱形端口66。排出端口70也设置在阀主体12中，与排出端口通道72流体连通。圆柱形端口通道68与圆柱形端口室74流体连通。在多个实施例中，圆柱形端口室74形成为阀主体12内的周向腔。排出端口通道72与排出端口室76流体连通。在多个实施例中，排出端口室76形成为阀构件/电枢18内的周向凹部或腔，设置成在阀构件/电枢18的任何操作位置处靠近排出端口70。
当阀组件10处于阀闭合位置时，排出端口室76内的流体通过排出端口腔78排出，排出端口腔78经由排出端口通道72与排出端口70流体连通。根据多个实施例，排出端口腔78形成为设置在可调节保持器80内的周向槽，可调节保持器80设置成靠近排出端口通道72。在插入阀构件/电枢18之后，可调节保持器80使用螺纹连接件82连接到阀主体12，以能够通过旋转可调节保持器80而平行于阀纵轴线20轴向调节。通过轴向移动可调节保持器80，在阀闭合位置时可调节保持器80和阀元件62之间的距离可以增加或减小，且设置为最佳或期望位置。该调节也确定阀的流率。使用第一和第二O形环84，86在可调节保持器80和阀主体12的内壁之间形成流体密封件。第一和第二O形环84，86骑跨排出端口腔78、排出端口通道72、和排出端口70，且在阀构件/电枢位于阀开启位置时形成流体密封件，该流体密封件防止流体通过排出端口70或通过线圈22截面传输。
阀主体12还包括多个主体密封件，在所示示例中，所述主体密封件设置为橡胶或弹性材料O形环，但是也可以是适合于围绕阀主体12的周边起作用的其它类型密封件。这些密封件包括第一主体密封件88、第二主体密封件90、第三主体密封件92和第四主体密封件94。第一、第二、第三和第四主体密封件88，90，92，94部分接收在阀主体12中形成的密封腔或周向槽内，且旨在与阀主体块(如，参考图5示出和描述的阀主体块)密封配合。在多个实施例中，因而，具有第一、第二、第三和第四主体密封件88-94的阀主体12限定了筒组件，所述筒组件可滑动地接收在相应主体块中且能从所述主体块拆卸。
图1所示的阀闭合位置通过将阀元件62的第一侧95与第一阀座64接合来限定。通过入口端口50提供的增压流体藉此保持在增压室54中。在阀闭合位置，圆柱形端口66中的流体压力由包括圆柱形端口室74、排出端口室76、排出端口腔78和排出端口通道72的路径引导通过排出端口70。在阀闭合位置，线圈22被去激励，从而允许由偏压构件22提供的偏压力将阀构件/电枢18朝阀闭合方向“A”偏压，这使得阀元件62坐靠第一阀座64。如前文提到的那样，在阀构件/电枢18的第一端34和可调节极靴24的极靴端38之间提供的间距30是可调节的，且能够通过使用螺纹连接件26来旋转可调节极靴24而变小或更大，以增加或减小间距30。增加或减小间距30能够分别增加或减小阀组件10的开启和闭合时间。间距30也能够在阀组件10的寿命期间保持，以便例如允许阀元件62的压缩定位或磨损。
在阀构件/电枢18处于阀闭合位置时，可调节极靴24的轴向调节可操作地控制在可调节极靴24和阀构件/电枢18之间形成的间距30的尺寸“X”。间距30也等于阀构件/电枢18的总行程距离，由两个相对的阀座之间的距离确定，总行程距离影响阀组件10的操作时间。根据多个实施例，间距30能够为约0.005英寸(0.13毫米)。通过阀组件10的开口端提供到可调节极靴24的通路，从而可调节极靴24能够被旋转，以轴向调节其位置，从而控制螺线管组件的行程或超行程，甚至在阀的线圈22被激励时也是如此。从而提供阀组件10的现场调节。现场调节也使得阀切换力最优化，提供磨损补偿，且可以用于保持响应时间在整个阀寿命期间一致。
现在参考图2，当线圈22被激励时，限定牵拉力的磁场或磁通量通过可调节极靴24产生，所述磁场或磁通量将阀构件/电枢18克服偏压构件28的偏压力以阀开启方向“B”磁性地牵拉或牵引。第二阀座96限定在可调节保持器80的端部处。当阀元件62的第一侧95移动离开第一阀座64且阀元件62的相对的第二侧97接触第二阀座96时，限定阀开启位置。当间距30’减小但不允许达到零值时，也出现阀开启位置，这将允许阀构件/电枢18接触可调节极靴24。阀构件/电枢18和可调节极靴24之间的接触是不希望的，因为在阀构件/电枢18和可调节极靴24之间可能不存在完全密封接触，且因为重复接触可能导致金属部分的敲击和增加的噪音。因而，消除接触将通过消除金属磨损而增加阀组件10的操作寿命。
第二阀座96可以限定可调节保持器80的尖角、斜面或圆角端部，可调节保持器80设置成靠近阀元件62。第一阀座64也可以限定尖角、斜面或圆角形状。如前文所述，通过使用螺纹连接件82来旋转可调节保持器80，可调节保持器80和从而第二阀座96的位置是纵向可调节的。通过调节可调节保持器80和从而第二阀座96的轴向位置，可以调节第一阀座64和第二阀座96之间的总距离“Y”。该调节允许阀元件62的压缩定位和磨损以及阀开启和闭合时间的调节。
在线圈22处于被激励状况时，阀组件10将保持在图2所示的阀开启位置。在阀开启位置，通过入口端口50提供给增压室54内的流体(如，增压空气)经由圆柱形端口室74、圆柱形端口通道68和圆柱形端口66排出给流体操作部件或装置(未示出)。因而，通过阀组件10的流通过入口端口50以流入方向“C”流入和从圆柱形端口66以流出方向“D”流出。
当阀元件62与第二阀座96接触时，排出端口70被隔离。除了由排出端口70提供的排出路径之外，在阀开启位置中，阀组件10内的流体也可以通过在阀构件/电枢18和螺线管衬套40的衬套套筒100之间限定的通道98排出。通过通道98逸出的流体将通过螺纹连接件26离开阀主体12和阀组件10，从而可以接触线圈22。这些路径在阀闭合位置被隔离。因为预期排出端口室76和排出端口70内的流体之间的压力差显著小于排出端口室76(经由通道98)和螺纹连接件26之间的压力差，从而在阀闭合位置时流体将大体上经由排出端口70排出。当线圈22被去激励时，偏压构件28将使得阀构件/电枢18返回至图1所示的阀闭合位置。
现在参考图2和3，当阀构件/电枢18处于阀闭合位置(图3)或阀开启位置(图2)时，由于增压室54的两个相对的端部处设置的几何形状，存在“压力平衡”状况。如图3具体地所示，当阀元件62与第一阀座64接触时，活塞端壁102的第一表面区域“E”大致等于阀元件62的相应流体暴露部分的第二表面区域“F”。因而，压靠第一表面区域“E”的流体压力“P1”大致等于压靠第二表面区域“F”的流体压力“P2”。由于压力“P1”大致等于压力“P2”，因而入口端口50处的源压力并不起使得阀构件/电枢18从阀闭合位置移动的作用。压力平衡状况允许由偏压构件28(在该图中未示出)提供的偏压力是用于使得阀构件/电枢18保持在阀闭合位置的唯一力。当线圈22随后被激励时，忽略影响阀构件/电枢18的静态力，使得阀构件/电枢18从阀闭合位置移动到阀开启位置所需要的输入力仅需要大于偏压构件28的偏压力。这减小了使得阀构件/电枢18移动所需要的能量，从而减小了阀组件10的开启时间。即使阀元件62由于使用随着时间而磨损，第二表面区域“F”也大致不变，因而保持阀构件/电枢18上的压力平衡状况。示出了限定为可调节保持器80的第二阀座96的角部和阀元件62的第二面103之间的距离“Z”。距离“Z”通过可调节保持器80的轴向移动而可调节。在阀处于阀开启位置时(图2)，当通过圆柱形端口66的流体流停止时，由于两个相对的阀座表面面积大致相等，也发生压力平衡状况。压力平衡的这些区域也使得阀响应时间在流体压力发生任何变化的情况下一致。
回到图2，当阀组件10处于阀开启位置时，在流体体积已经从入口端口50通过圆柱形端口66之后，入口端口50处的流体压力大致等于圆柱形端口66处的流体压力，圆柱形端口66用于操作下游设备。在阀开启位置，由于阀元件62的相对侧的角形形状，大致存在“压力平衡”状况。在阀元件62和第二阀座96的接触点处，压靠阀元件62的相对侧的流体压力大致相等。当线圈22随后被去激励时，偏压构件28的偏压力仅需要克服最小流体压力，以启动阀构件/电枢18以阀闭合方向“A”从阀闭合位置移动回到图1所示的阀闭合位置。
现在参考图4，阀组件104从阀组件10修改增加流体密封件。阀构件/电枢106通过增加密封构件108(如O形环)而从阀构件/电枢18修改，密封构件108设置在阀构件/电枢106内形成的密封凹槽110内。密封构件108在阀构件/电枢106和可调节保持器80的孔面112之间提供流体密封件。阀组件104的其余部件从阀组件10基本上不变。
通过将密封构件108增加到阀组件104，在阀组件104的任何操作状况下，通道98都被隔离。取决于由阀组件104控制的流体类型，可以选择密封构件108的使用，例如在流体不易于过滤以去除诸如灰尘或水分的污染物时、或在流体相对于包括线圈22在内的阀组件10的材料具有腐蚀性时的情形下。使用密封构件108防止未过滤的或腐蚀性流体到达阀组件104的线圈22区域的损害效果。当阀构件/电枢106的阀元件114在阀闭合位置或阀开启位置与阀座接触时，且对于它们之间的任何位置，密封构件108隔离通道98和螺纹连接件26的流动路径。增加密封构件108也提供使用阀组件104作为常闭阀、常开阀、作为选择器或作为分流器组件的能力。入口端口也可以重新设置为任何有关的端口，且阀组件104也可以与所连接的真空系统一起使用。
现在参考图5，示出了阀组件104在主体块116中的示例性安装。阀组件10(未示出)将类似地安装。主体块116是用于阀组件104的接收构件的任何类型的配置的示例。主体块116可以包括多个流体端口，这些流体端口限定入口端口50、圆柱形端口60和排出端口70中的每个的流体连通路径。这些流体端口包括与每个入口端口50流体连通的第一流体端口118、与每个圆柱形端口66流体连通的第二流体端口120、和与每个排出端口70流体连通的第三流体端口122。第一、第二和第三流体端口118、120和122可以适合接收连接器124，如螺纹、焊接、型锻或其它类似连接器。每个连接器124继而连接到流体管线126，流体管线126可以提供例如增压流体源给入口端口50，提供将流体从阀组件104排出给压力操作装置、或将流体从排出端口70引导给环境的流动路径。
在图5所示的示例中，阀构件/电枢106设置在阀开启位置，从而提供在入口端口50和圆柱形端口66之间的流体连通的路径。在该状况下，入口端口50处的流体将通过阀组件104并经由圆柱形端口66排出。主体密封件(如第一、第二、第三和第四主体密封件88-94)允许阀组件104作为筒可释放地插入到主体块116中。这允许阀组件104被拆卸，以用于维护，例如更换各种密封件中的任何密封件或调节可调节保持器80。
现在参考图6，本发明的两路阀组件128包括使用螺纹连接件134可释放地连接到螺线管外壳132的阀主体130。阀构件/电枢136可滑动地设置在阀主体130中，用于在阀纵轴线138上作滑动运动。类似于阀构件/电枢18，阀构件/电枢136能在阀闭合方向“A”和阀开启方向“B”中的每个方向移动。
线圈140设置在螺线管外壳132中。类似于可调节极靴24的可轴向调节极靴142使用螺纹连接件144连接到螺线管外壳132。类似于偏压构件28的偏压构件146(如盘簧)设置在阀构件/电枢136的凸缘部分148和螺线管衬套150之间。偏压构件146将阀构件/电枢136以阀闭合方向“A”偏压，从而当阀构件/电枢136处于阀闭合位置时在阀构件/电枢136和可调节极靴142之间限定间距151。间距151在功能和调节方面类似于设置用于阀组件10的间距30。
阀构件/电枢136可滑动地设置在螺线管衬套150的衬套套筒152中。在衬套套筒152和阀构件/电枢136之间形成类似于通道98的通道154。功能上类似于均衡通道46的压力均衡通道156也设置在阀构件/电枢136中。
阀主体130包括入口端口158，入口端口158相对于阀纵轴线138以角度α设置。根据多个实施例，角度α是约45度，但是可以根据制造商的判断变化。入口端口158与增压室160流体连通。增压室160中的流体由密封件162(如，O形环)保持，密封件162围绕阀构件/电枢136的活塞164周向保持。密封件162接触阀主体130的圆柱形孔166，以在增压室160的一端形成压力流体边界。当类似于阀元件62的阀元件168接触阀主体130的阀座170时，形成增压室160的相对端部。阀组件10的压力平衡状况通过两路阀组件128的配置而复制。
阀主体130还包括圆柱形端口172，圆柱形端口172使用圆柱形端口通道174与圆柱形端口室176流体连通。入口端口158中的流体压力在阀闭合位置时通常借助于阀元件168与阀座170接触而从圆柱形端口室176隔离，从而从圆柱形端口172隔离。密封构件(未示出)，如参考图4所示和描述的密封构件108，也可以增加到阀构件/电枢136，以防止增压流体传输通过通道154和螺纹连接件144。该密封构件可以设置在凸缘部分148中或在阀构件/电枢136和衬套套筒152之间。
阀主体130与阀主体12不同之处在于，阀主体130靠近活塞134的位置的几何形状。第一主体密封件178，如弹性材料O形环，设置在阀主体130的端面180中形成的槽或凹槽中。端面180大致垂直于阀纵轴线138定向。第二主体密封件182和第三主体密封件184均设置在阀主体130的侧面186中形成的相应槽中。在端面180和侧面186之间形成成角度定向的面188。成角度面188大致垂直于入口端口158的中心轴线189。
两路阀组件128的操作类似于每个阀组件10和104。当线圈140被去激励时，偏压构件146的偏压力将阀构件/电枢136朝阀闭合位置推动。当线圈140被激励时，通过可调节极靴142感应的磁通量将阀构件/电枢136朝可调节极靴142牵拉或牵引，直到间距151减小至大致为零。在两路阀组件128的设计中，预期有阀构件/电枢136和可调节极靴142之间的接触。如果期望，在阀构件/电枢136和可调节极靴142之间可以设置附加物品，如弹性材料衬套或衬垫(未示出)，以减小接触力和相关噪音。当阀构件/电枢136在阀开启方向“B”移动时，阀元件168从阀座170撤回，从而允许增压室160中的流体经由圆柱形端口室176、圆柱形端口通道174并通过圆柱形端口172排出。使用阀构件/电枢136的凸缘部分148允许偏压构件148设置在阀构件/电枢136的外侧，从而不需要阀组件10的构件腔32和极靴腔36。
现在参考图7，两路阀组件190通过增加多个外部主体螺纹192而从两路阀组件128修改，外部主体螺纹192从螺线管外壳193径向向外延伸。螺纹192允许阀组件190与歧管(如，歧管块198，这将参考图8更好地描述)的内螺纹主动接合。为了在螺纹接合期间帮助旋转阀组件190，螺线管外壳193设置有一对相对的扳手平坦部194(该图中仅可看到一个扳手平坦部)。诸如扳手的紧固件可以接合扳手平坦部194，以在组装期间施加附加的扭矩。此外，有槽的端部可以设置在可调节极靴195中，以由诸如螺丝刀的不同安装工具接合。
现在参考图8，作为空间和成本节省措施，本发明的多个阀组件可以共同连接到歧管，以由阀组件操作多个部件。在示例性实施例中，多个阀组件190螺纹连接到歧管块196的单独螺纹接收孔中。阀组件190可以大致平行的行(由第一和第二行198，200表示)设置。阀组件190的组，由示例性组202示出，可以共同连接到一个或更多流分配装置204。在本配置中，组202包括八个阀组件190，通过歧管块196和装置安装块206的内部流动通道(未示出)共同连接到流分配装置204。阀组件190的附加组继而可以连接到每个流分配装置204’，204”和204”’。阀组件和流分配装置的数量不受所示示例性配置限制，且可以根据制造商的判断来变化。将多个阀组件分组也便于形成阀组件的电连接，因为线束(未示出)可以用于电激励多个阀组件。
现在参考图9，两路压力平衡阀组件208的另一实施例从两路阀组件128修改。因而将仅仅进一步讨论修改部分。两路压力平衡阀组件208包括阀主体210，阀主体210具有可滑动地设置在其中的同质阀构件/电枢212。阀主体210螺纹连接到螺线管外壳214。螺线管外壳214具有类似于可调节极靴142的可调节极靴216，可调节极靴216螺纹连接到螺线管外壳214上。阀构件/电枢212和可调节极靴216被修改为包括弹性构件218，如分别设置在构件腔220和极靴腔222中的盘簧。弹性构件218以倾向于闭合阀组件208的方向“H”偏压阀构件/电枢212。
阀构件/电枢212从阀构件/电枢136修改为包括径向凸缘部分224，径向凸缘部分224包括可滑动地接收在升高主体部分230的接收腔228中的外表面226。设置在径向凸缘部分224的密封凹槽234内的密封件232(如O形环)提供流体边界密封件，以防止流体逸出通过径向凸缘部分224并接触线圈236。阀构件/电枢212还包括阀元件238，阀元件238在阀构件/电枢212的径向凹穴240内整体地连接到阀构件/电枢212，从而从阀元件62和168修改，这将参考图10更详细地描述。阀元件238接触类似于阀座170的阀座242。为了将阀构件/电枢212以方向“H”装载到阀主体210中，阀元件238适于在方向“G”是可偏转的，以允许阀元件238在设置通过升高主体部分230的接收腔228时偏转。
现在参考图10，阀座242和由接收腔228限定的内表面243均具有大致相同的直径“J”。因而，径向凸缘部分224的端壁244限定表面区域“K”，表面区域“K”大致等于接收在活塞腔246中的活塞245(类似于活塞164)的表面区域“L”。表面区域“K”也大致等于在所示阀闭合状况时暴露给流体压力的阀元件238部分的表面区域“M”。表面区域“L”和“M”在功能上类似于图3所示的第一和第二表面区域“E”和“F”。当线圈236(如图9所示)被激励时，阀构件/电枢212移动到阀开启位置(未示出)，且作用于表面区域“L”和“K”上的流体压力被平衡。
通过省去部分接收在阀元件62和168内的径向向外延伸的阀构件/电枢212的任何部分，阀元件238从阀元件62和168修改。对比而言，阀元件238被接收在径向凹穴240中，这允许远离阀构件/电枢212自由径向延伸的阀元件238的部分进行偏转或弯曲。在阀构件/电枢212被装载时，为了进一步帮助阀元件238偏转，阀元件238的表面247相对于轴线248以角度β定向，轴线248大致垂直于阀组件208的纵轴线250定向。根据多个实施例，角度β可以从约20度到约60度的范围内变化。然而，该角度范围并不是限制性的，且角度β可以根据制造商的判断而更大或更小。
本发明的阀组件的线圈22，140在本文显示为大致圆形或管状形状。该形状并不对本发明构成限制。也可以使用附加的线圈形状，如矩形、或非圆形(如椭圆形)、或多种其它几何形状。通过改变线圈的几何形状，线圈瓦特数或阀操作速度可以通过改变限定线圈的有效面积的绕组的设计和数量而变化。用各种所述线圈几何形状可以保持本发明的阀组件的其余操作特征。螺线管外壳(14，132，193，214)和可调节极靴(24，142，195，216)的形状也可以修改，以与线圈的几何形状相对应。例如，大致矩形螺线管外壳193可以消除对图7所示的阀组件190的扳手平坦部194的需要。
虽然本文示出了筒式阀主体(12，130，190，210)，但是阀主体也可以具有其它配置，例如但不限于直线型或歧管主体样式。定义为阀构件/电枢(18，106)从阀闭合位置到阀开启位置的轴向位移的阀行程由可调节保持器(80)的轴向位置预先确定。螺线管组件产生的螺线管行程由可调节极靴(24，142，195，216)的轴向位置预先确定。本发明的阀组件也不限于两路和三路设计，也可以是4路或更多路的阀。
本发明的压力平衡螺线管操作阀具有多个益处。通过控制增压室的两个相对端部处的几何形状，在阀构件/电枢的活塞和坐靠阀座的弹性阀元件之间形成压力平衡状况。压力平衡状况允许阀构件/电枢仅仅借助于偏压构件的力而保持在阀闭合位置中。为了使得阀构件/电枢移动到阀开启位置，由线圈产生的磁通量仅需要克服偏压构件的偏压力。部分由于本发明的阀组件的压力平衡设计，可以实现小于0.0004秒的阀操作时间，且也可以实现大于2200个循环每秒的阀操作频率。根据多个实施例，可轴向调节保持器允许在约0.002英寸(0.05毫米)到0.025英寸(0.635毫米)的范围内的轴向调节。通过设置与由保持器提供的可轴向调节第二阀座独立的可轴向调节极靴，阀的总螺线管行程在整个寿命期间可以保持或调节。通过阀组件的开口端提供到可调节极靴的通路，从而极靴能够在阀的寿命内被轴向调节，以控制螺线管组件的行程或超行程，甚至在在阀被激励时也是如此。设置在阀主体上的外部密封件允许阀主体作为筒组件插入到阀主体块或类似结构中或从安装位置拆卸。

Claims (37)

1.一种螺线管操作阀组件，包括：
螺线管外壳；
连接到所述螺线管外壳的阀主体，所述阀主体具有入口端口；
连接到所述螺线管外壳的极靴，所述极靴操作以传输磁通量；
同质的阀构件和电枢的组合，所述阀构件和电枢的组合可滑动地设置在所述阀主体中，且在存在所述磁通量时能从阀闭合位置移动到阀开启位置；
所述阀构件和电枢的组合的活塞端壁的第一表面区域，所述第一表面区域与所述入口端口处的增压流体处于流体连通；和
所述阀构件和电枢的组合的径向凸缘部分的端壁，所述径向凸缘部分的端壁设置成与活塞端壁相对，且在阀开启位置时与增压流体处于流体连通，其中，所述第一表面区域大致等于径向凸缘部分的端壁的表面区域，在阀开启位置时，增压流体作用于第一表面区域和径向凸缘部分的端壁的表面区域两者上，以限定阀构件和电枢的组合的阀开启压力平衡状况。
2.根据权利要求1所述的螺线管操作阀组件，还包括：
在所述阀主体中形成的阀座。
3.根据权利要求2所述的螺线管操作阀组件，还包括：
阀元件，所述阀元件具有限定第二表面区域的第一侧，所述第二表面区域在所述阀元件与阀座接触的阀闭合位置时与增压流体处于流体连通；
其中，所述第一表面区域大致等于所述第二表面区域，在阀闭合位置时，作用于第一和第二表面区域上的增压流体限定压力平衡状况。
4.根据权利要求3所述的螺线管操作阀组件，其中，所述阀主体还包括：
圆柱形端口；和
圆柱形端口通道，在阀开启位置时，所述圆柱形端口通道在所述入口端口和所述圆柱形端口之间提供流体连通。
5.根据权利要求4所述的螺线管操作阀组件，还包括可轴向调节保持器，所述可轴向调节保持器螺纹连接到所述阀主体，且可滑动地接收所述阀构件和电枢的组合，保持器的一部分限定第二阀座，其中，保持器的轴向调节操作以轴向地重新定位第二阀座。
6.根据权利要求5所述的螺线管操作阀组件，还包括：
在所述阀主体中形成的排出端口；和
由所述阀构件和电枢的组合中的腔限定的排出端口室，在阀闭合位置时，所述排出端口室在所述排出端口和所述圆柱形端口之间提供流体连通。
7.根据权利要求6所述的螺线管操作阀组件，还包括设置在所述可轴向调节保持器和所述阀主体之间的第一和第二O形环，所述第一和第二O形环围绕所述排出端口相对地设置且操作以限定流体密封件，所述流体密封件在阀开启位置时防止通过排出端口的流体传输。
8.根据权利要求1所述的螺线管操作阀组件，还包括：
螺纹连接件，所述螺纹连接件操作以将极靴与螺线管外壳可调节地连接且允许极靴的轴向移动；和
设置在所述螺线管外壳中的线圈，所述线圈在被激励时操作以产生通过所述极靴的所述磁通量，以在阀开启位置时将所述阀构件和电枢的组合朝着所述极靴牵拉。
9.根据权利要求8所述的螺线管操作阀组件，还包括在阀开启位置时由在所述极靴和所述阀构件和电枢的组合之间的可调节间距限定的阀构件和电枢的组合的总轴向行程，其中，极靴使用所述螺纹连接件是可轴向调节的以改变所述间距。
10.根据权利要求1所述的螺线管操作阀组件，还包括设置在所述阀主体中的偏压构件，所述偏压构件操作以将所述阀构件和电枢的组合朝阀闭合位置连续地偏压。
11.根据权利要求1所述的螺线管操作阀组件，其中，所述阀构件和电枢的组合还包括延伸穿过所述阀构件和电枢的组合的总长度的压力均衡通道。
12.根据权利要求11所述的螺线管操作阀组件，还包括流体通道，所述流体通道延伸穿过所述极靴且与所述压力均衡通道轴向对齐。
13.根据权利要求3所述的螺线管操作阀组件，其中，所述阀构件和电枢的组合的所述阀元件包括弹性材料。
14.一种螺线管操作阀组件，包括：
螺线管外壳，所述螺线管外壳具有内置线圈；
连接到所述螺线管外壳的阀主体，所述阀主体具有第一阀座；
连接到所述螺线管外壳的极靴，所述极靴操作以传输由线圈产生的磁通量；
可轴向调节保持器，所述可轴向调节保持器螺纹连接到所述阀主体，保持器的端部限定第二阀座，其中，保持器的轴向移动操作以将第二阀座相对于第一阀座轴向定位；
同质的阀构件和电枢的组合，所述阀构件和电枢的组合可滑动地设置在所述阀主体中，且能通过所述磁通量从弹性阀元件与第一阀座接触的阀闭合位置移动到弹性阀元件与第二阀座接触的阀开启位置；
所述阀构件和电枢的组合的活塞端壁的第一表面区域，所述第一表面区域与增压流体处于流体连通；和
所述阀构件和电枢的组合的径向凸缘部分的端壁，所述径向凸缘部分的端壁设置成与活塞端壁相对，且在阀开启位置时与增压流体处于流体连通，其中，所述第一表面区域大致等于径向凸缘部分的端壁的表面区域，在阀开启位置时，增压流体作用于第一表面区域和径向凸缘部分的端壁的表面区域两者上，以限定阀构件和电枢的组合的阀开启压力平衡状况。
15.根据权利要求14所述的螺线管操作阀组件，还包括：
在阀主体中形成的入口端口，所述入口端口中有增压流体。
16.根据权利要求15所述的螺线管操作阀组件，还包括：
连接到所述阀构件和电枢的组合的所述弹性阀元件，所述弹性阀元件在阀闭合位置时与第一阀座接触，从而限定与增压流体处于流体连通的第二表面区域；
其中，所述第一表面区域大致等于所述第二表面区域，在阀闭合位置时，相等地作用于第一和第二表面区域上的增压流体限定压力平衡状况。
17.根据权利要求15所述的螺线管操作阀组件，其中，所述阀主体还包括：
圆柱形端口；和
圆柱形端口通道，在阀开启位置时，所述圆柱形端口通道在所述入口端口和所述圆柱形端口之间提供流体连通。
18.根据权利要求17所述的螺线管操作阀组件，所述阀主体还包括：
排出端口；和
由所述阀构件和电枢的组合中的腔限定的排出端口室，在阀闭合位置时，所述排出端口室在所述排出端口和所述圆柱形端口之间提供流体连通。
19.一种压力平衡型螺线管操作阀组件，包括：
螺线管外壳，所述螺线管外壳具有内置线圈；
可释放地连接到所述螺线管外壳的阀主体，所述阀主体具有入口端口和第一阀座；
可轴向调节保持器，所述可轴向调节保持器螺纹连接到所述阀主体，保持器的端部限定第二阀座；
同质的阀构件和电枢的组合，所述阀构件和电枢的组合可滑动地设置在所述阀主体中，且在存在由线圈产生的磁通量时能在阀闭合位置和阀开启位置之间移动；
阀构件和电枢的组合的活塞端壁的第一表面区域，所述第一表面区域与通过入口端口的增压流体处于流体连通；
在阀闭合位置时，与增压流体处于流体连通的阀构件和电枢的组合的第二表面区域；和
所述阀构件和电枢的组合的径向凸缘部分的端壁，所述径向凸缘部分的端壁在阀开启位置时与增压流体处于流体连通；
其中，所述第一表面区域大致等于所述第二表面区域，在阀闭合位置时，相等地作用于第一表面区域和第二表面区域上的增压流体限定压力平衡状况；以及
其中，所述第一表面区域大致等于径向凸缘部分的端壁的表面区域，在阀开启位置时，增压流体作用于第一表面区域和径向凸缘部分的端壁的表面区域两者上，以限定阀构件和电枢的组合的阀开启压力平衡状况。
20.根据权利要求19所述的压力平衡型螺线管操作阀组件，还包括可轴向调节的极靴，所述极靴螺纹连接到螺线管外壳，且操作以将由线圈产生的磁通量传输给阀构件和电枢的组合。
21.根据权利要求20所述的压力平衡型螺线管操作阀组件，其中，在阀构件和电枢的组合处于阀闭合位置时，极靴的轴向调节可操作地控制极靴和阀构件和电枢的组合之间形成的间距，所述间距限定阀构件和电枢的组合的总行程距离并控制阀组件的开启时间。
22.根据权利要求19所述的压力平衡型螺线管操作阀组件，其中，所述阀主体还包括：
圆柱形端口；和
圆柱形端口通道，在阀开启位置时，所述圆柱形端口通道在所述入口端口和所述圆柱形端口之间提供流体连通。
23.根据权利要求22所述的压力平衡型螺线管操作阀组件，所述阀主体还包括：
排出端口；和
由所述阀构件和电枢的组合中的腔限定的排出端口室，在阀闭合位置时，所述排出端口室在所述排出端口和所述圆柱形端口之间提供流体连通。
24.根据权利要求19所述的压力平衡型螺线管操作阀组件，其中，所述阀构件和电枢的组合还包括弹性阀元件，所述弹性阀元件在阀闭合位置时与第一阀座接触且在阀开启位置时与第二阀座接触。
25.根据权利要求19所述的压力平衡型螺线管操作阀组件，还包括偏压构件，所述偏压构件操作以将所述阀构件和电枢的组合朝阀闭合位置连续地偏压。
26.根据权利要求19所述的压力平衡型螺线管操作阀组件，其中，所述可轴向调节保持器的轴向移动操作以将第二阀座轴向定位在距第一阀座的一定间隔距离处。
27.一种螺线管操作阀组件，包括：
螺线管外壳，所述螺线管外壳具有内置线圈；
连接到所述螺线管外壳的阀主体，所述阀主体具有入口端口和第一阀座；
可轴向调节保持器，所述可轴向调节保持器螺纹连接到所述阀主体；
连接到所述螺线管外壳的极靴，所述极靴操作以传输由线圈产生的磁通量；
同质的阀构件和电枢的组合，所述阀构件和电枢的组合可滑动地设置在所述可轴向调节保持器中，且可操作通过由线圈产生的磁通量朝着极靴在阀闭合位置和阀开启位置之间牵拉；
密封构件，所述密封构件设置在所述阀构件和电枢的组合和所述可轴向调节保持器之间，且操作以在所述阀构件和电枢的组合和所述可轴向调节保持器之间形成流体密封件，以防止阀主体内的增压流体在阀开启位置和阀闭合位置中的任何位置时接触线圈；
所述阀构件和电枢的组合的活塞端壁的第一表面区域，所述第一表面区域与所述入口端口处的增压流体处于流体连通；
弹性阀元件，所述弹性阀元件具有限定第二表面区域的第一侧，所述第二表面区域在所述弹性阀元件与第一阀座接触的阀闭合位置时与增压流体处于流体连通；和
所述阀构件和电枢的组合的径向凸缘部分的端壁，所述径向凸缘部分的端壁在阀闭合位置时与增压流体处于流体连通；
其中，所述第一表面区域大致等于所述第二表面区域，在阀闭合位置时，增压流体相等地作用于第一和第二表面区域两者上，以限定压力平衡状况；以及
其中，所述第一表面区域大致等于径向凸缘部分的端壁的表面区域，在阀开启位置时，增压流体作用于第一表面区域和径向凸缘部分的端壁的表面区域两者上，以限定阀开启压力平衡状况。
28.根据权利要求27所述的螺线管操作阀组件，其中，所述阀主体的入口端口接收增压流体。
29.根据权利要求28所述的螺线管操作阀组件，还包括限定第二阀座的保持器端部，所述第二阀座可轴向移动以改变第一和第二阀座之间的距离。
30.根据权利要求29所述的螺线管操作阀组件，其中，所述弹性阀元件在阀闭合位置时与第一阀座接触且在阀开启位置时与第二阀座接触。
31.根据权利要求30所述的螺线管操作阀组件，还包括：
与所述入口端口流体连通的圆柱形端口；和
至少与所述圆柱形端口流体连通的排出端口；
其中，槽设置在入口端口、圆柱形端口以及排出端口中的每一个与线圈之间，所述密封构件设置在所述槽中。
32.根据权利要求27所述的螺线管操作阀组件，还包括：
螺线管衬套，所述螺线管衬套可滑动地接收所述阀构件和电枢的组合，在所述阀构件和电枢的组合和所述螺线管衬套之间限定通道；和
螺纹连接件，所述螺纹连接件操作以将极靴可调节地连接到螺线管外壳，所述螺纹连接件限定流体排出通路，以便增压流体从阀组件排出到环境；
其中，所述密封构件操作以防止增压流体流经所述通道和流体排出路径。
33.根据权利要求27所述的螺线管操作阀组件，其中，所述密封构件设置在围绕所述阀构件和电枢的组合周向形成的槽中。
34.一种压力平衡型螺线管操作阀组件，包括：
螺线管外壳，所述螺线管外壳具有内置线圈；
可释放地连接到所述螺线管外壳的阀主体，所述阀主体具有入口端口和第一阀座；
可轴向调节保持器，所述可轴向调节保持器螺纹连接到所述阀主体，保持器的端部限定第二阀座；
同质的阀构件和电枢的组合，所述阀构件和电枢的组合可滑动地设置在所述阀主体中，且在存在由线圈产生的磁通量时能在阀闭合位置和阀开启位置之间移动；
阀构件和电枢的组合的活塞端壁的第一表面区域，所述第一表面区域与通过入口端口的增压流体处于流体连通；
阀元件，所述阀元件具有限定第二表面区域的第一侧，所述第二表面区域在所述阀元件与第一阀座接触的阀闭合位置时与增压流体处于流体连通；
阀元件的端壁，所述阀元件的端壁限定在阀开启位置时与增压流体处于流体连通的表面区域；
其中，所述第一表面区域大致等于所述第二表面区域，在阀闭合位置时，增压流体相等地作用于第一和第二表面区域两者上，以限定压力平衡状况；且
其中，所述第一表面区域大致等于所述阀元件的端壁的表面区域，在阀开启位置时，增压流体作用于第一表面区域和阀元件的端壁的表面区域两者上，以限定阀开启压力平衡状况。
35.一种螺线管操作阀组件，包括：
螺线管外壳；
连接到所述螺线管外壳的阀主体，所述阀主体具有入口端口；
连接到所述螺线管外壳的极靴，所述极靴操作以传输磁通量；
同质的阀构件和电枢的组合，所述阀构件和电枢的组合可滑动地设置在所述阀主体中，且在存在所述磁通量时能从阀闭合位置移动到阀开启位置；
所述阀构件和电枢的组合的活塞端壁的第一表面区域，所述第一表面区域与所述入口端口处的增压流体处于流体连通；
所述阀构件和电枢的组合的径向凸缘部分的端壁，所述径向凸缘部分的端壁设置成与活塞端壁相对，且在阀开启位置时与增压流体处于流体连通，其中，所述第一表面区域大致等于径向凸缘部分的端壁的表面区域，在阀开启位置时，增压流体作用于第一表面区域和径向凸缘部分的端壁的表面区域两者上，以限定所述阀构件和电枢的组合上的阀开启压力平衡状况；和
从所述螺线管外壳径向向外延伸的至少一个外部主体螺纹，所述外部主体螺纹操作允许所述阀组件与阀组件接收歧管的至少一个内螺纹主动接合。
36.根据权利要求35所述的螺线管操作阀组件，其中，所述螺线管外壳包括一对相对的扳手平坦部，以便在所述外部主体螺纹与所述内螺纹进行螺纹接合期间帮助旋转所述阀组件。
37.根据权利要求35所述的螺线管操作阀组件，还包括在所述极靴中形成的有槽的端部，所述有槽的端部适合于由安装工具接合。
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