CN101743425B

CN101743425B - 阀

Info

Publication number: CN101743425B
Application number: CN2008800241636A
Authority: CN
Inventors: 伊莱亚斯·哈扎尔
Original assignee: Microflow International Pty Ltd
Current assignee: Microflow International Pty Ltd
Priority date: 2007-07-11
Filing date: 2008-07-08
Publication date: 2011-09-28
Anticipated expiration: 2028-07-08
Also published as: CN101743425A; EP2174048A1; US20100282989A1; WO2009006684A1

Abstract

一种阀装置(1)，包括：流体入口(4)；流体出口(5)；阀座(6)；能够相对于阀座(6)移动的阀构件(3)；控制室(12)，所述控制室(12)的容积能够根据所述阀构件(3)的位置而改变；形成在所述阀构件(3)中的流体通道(7)，所述流体通道(7)提供所述流体入口(4)和所述控制室(12)之间的流体连通；设置在所述流体通道(7)中的流量控制元件(8)，所述流量控制元件(8)使得仅允许以低的流速在所述流体通道中流动；释放端口(9)，所述释放端口(9)提供所述控制室(12)与所述流体出口(5)或外部出口之间的流体连通；以及控制装置，所述控制装置用来直接或间接地控制所述阀构件(3)的位置，从而控制所述阀装置(1)的操作，所述控制装置包括由螺线管(10)选择性地制动的柱塞(2)。

Description

阀

技术领域

本发明涉及一种阀装置，特别是一种液压辅助阀装置。本发明的阀装置相比于现有技术的阀装置提供了显著的优点，因为能够使用比现有技术阀装置的流体流速显著降低的流速来操作阀。在螺线管操作阀中，这将导致操作功率需求显著降低。

背景技术

本说明书中对任何现有出版物(或从中得到的信息)或任何已知内容的引用并不是(也不应当认为是)确认或承认或以任何形式表明该现有出版物(或从中得到的信息)或已知的内容构成本说明书所涉及的领域的公知常识。

图1和图2显示了液压辅助阀中使用的最常见的配置。

在所有三个实例中，降低致动功率取决于能够实现的最低的旁流/先导流流速和最少的可靠旁流通道(特别是释放通道)。

一般地，工业传统上接受的旁流/先导通道的入口是直径大约为1mm的孔并且出口(尤其是释放端口)是直径大约为2.0mm的孔。在典型运行状态下对大多数应用而言，这对应于大约300ml/min至1000ml/min的流通流速。

图1显示了一种工业上一直采用的用来控制流速低于大约50L/min的液压辅助阀的配置。工业上一般采用这种配置是因为旁通流速需要的轴向柱塞移动比建立需要的主要流动所需的移动略小。

注意，柱塞的轴向移动等于阀构件的轴向移动加上打开释放通道所需的轴向间隙。也就是说，在这种情况下采用图2的配置降低致动功率相对来说太不显著，从而无法说明其带来的附加的复杂性是合理的。

该配置的致动功率在很大程度上取决于释放端口的横截面和主阀构件的位移。

图2显示了一种工业上所使用的用来控制流速大于50L/min的液压辅助阀的配置。

与控制大的流速所需的相对较大的位移相关的附加功率变得足够显著，从而证明该配置的使用是合理的。

不同于图1的配置，主阀构件的位移对致动功率没有影响。也就是说，致动功率在这种情况下取决于释放端口横截面和释放阀(不是主阀构件)构件的较小位移。

此前，本申请的申请人发明了一种使用流量控制元件的阀装置，该阀装置在本申请人的较早的国际专利申请No.Pct/AU96/00263中进行了描述，该国际专利申请的全部公开内容应当被认为通过引用的方式并入于此。

发明内容

本发明寻求克服现有技术中的一些缺点。

本发明寻求提供一种改进的阀装置，其中启动阀的操作所需的流速显著降低。

本发明还寻求提供一种改进的阀装置，其中在螺旋管致动阀中移动柱塞所需的功率显著减少。

在广义的形式中，本发明提供一种阀装置，包括：流体入口；流体出口；限定有孔的阀座，流体可从所述入口穿过所述孔流至所述出口；阀构件，所述阀构件至少部分地由柔性材料形成，所述阀构件例如为隔膜或类似构件，但不限于隔膜或类似构件，所述阀构件能够相对于阀座在打开位置和闭合位置之间移动，在所述打开位置中，流体可以从所述入口流至所述出口，而在所述闭合位置中，流体流动被阻止；控制室，所述控制室的壁的至少一部分由所述阀构件形成，使得所述控制室的容积能够根据所述阀构件的位置而改变；形成在所述阀构件中的流体通道，所述流体通道提供所述流体入口和所述控制室之间的流体连通；设置在所述流体通道中的流量控制元件，所述流量控制元件使得仅允许以低的流速在所述流体通道中流动；释放端口(relief port)，所述释放端口提供所述控制室与所述流体出口或外部出口之间的流体连通；以及控制装置，所述控制装置用来直接或间接地控制所述阀构件的位置，从而控制所述阀装置的操作，所述控制装置包括由螺线管选择性地致动的柱塞。

优选地，所述释放端口形成为设置在所述阀构件中的孔口，从而选择性地实现所述控制室和所述流体出口之间的流体连通，并且所述柱塞直接作用在所述阀构件上，使得：在闭合位置中，所述柱塞抵靠在所述阀构件上并阻塞所述释放端口，并且在打开位置中，所述柱塞从所述阀构件缩回，从而允许穿过所述释放端口的流体流动。

还优选地，本发明的装置实施为，其中所述释放端口操作性地连接于与所述阀装置串联的另一个阀装置的流体入口，使得所述另一个阀装置用作用于主阀装置的先导阀。

附图说明

从下面结合附图对本发明的优选但非限制性实施例进行的详细描述中，将能更全面地理解本发明，其中：

图1显示了现有技术的阀装置；

图2显示了现有技术中串联的阀装置；

图3显示了根据本发明一个方面的阀装置的优选实施例；

图4显示了根据本发明另一方面的阀组件的优选实施例，该阀组件包括主阀装置和先导阀装置；

图5显示了根据本发明又一方面的阀组件的优选实施例，该阀组件包括多个阀装置；和

图6显示了本发明的阀装置的替代性优选配置。

具体实施方式

在所有附图中使用相同的数字来表示相同的特征，有明确另外表示的情况除外。

首先应该认识，本发明涉及申请人较早的发明，该发明是国际专利申请No.PCT/AU96/00263的主题。该较早的专利申请的全部公开内容应当被认为通过引用的方式并入在此。

图3示出了阀装置，总体由数字1表示，其中阀构件的位置由螺旋管致动柱塞的致动直接控制。图3示出了阀处于闭合位置，其中柱塞2抵靠阀构件3，使得阀构件3停靠在阀座6上，由此有效地防止流体从流体入口4流至流体出口5。

如图所示，阀构件至少部分地由柔性材料形成，并且有效地形成控制室12的一个壁。阀构件3优选以隔膜的形式构造，具有较为刚性的中央部分和较为柔性的周边部分，该周边部分以密封的方式抵靠控制室12的壁。因此，允许隔膜或阀构件3的某种运动，从而允许其根据柱塞2的位置而移动到阀座6或者从阀座6移开。

阀构件包括流体通道7和释放端口9，流体通道7中本身具有流量控制元件8(将在下面介绍流量控制元件8)。

流体通道7提供入口4和控制室12之间的流体连通。释放端口9提供控制室12和出口5之间的流体连通。

流量控制元件8设置在流体通道7中，用于限制经过流体通道的流体的流量，使得仅有极少量的流体能够由此可以流过通道7。流量控制元件还有效地基本防止了污垢或者类似颗粒进入流体通道7中，即使有的话，流量控制元件8在阀构件3的通道7内的相对运动也能够用来从通道7内移除或者排出此类颗粒。这种自清理操作相比于易于阻塞的现有技术装置具有显著的优势。如图3所示，流量控制元件8可以通过连接到控制室12的壁而保持在其最佳位置，但是本领域的技术人员应当理解，流量控制元件8可以通过其他方式例如通过连接于阀构件3而保持在适当的位置。流量控制元件可以实施为刚性杆，由金属或者类似材料形成，并且应该被选择成使其横截面积略微小于容纳它的流体通道7的横截面积，从而允许非常少的流体绕流量控制元件8流过。由此提供本发明的流体流量限制特性。在制造流体通道使，能够容易地形成适当尺寸的孔口，然后在使用中，通过安装流量控制元件8可以限制流过通道7的流体的量。

阀装置1的操作将在下面进行介绍。

首先应该理解，在阀装置的闭合位置中，如图3所示，由于经由流体通道7的流体连通，控制室12内的流体压力基本上等于入口4内的流体压力。而且应当理解，出口5内的流体压力比入口4内的流体压力小。

为了打开阀装置1以允许流体从入口4流至出口5，启动螺线管10，使得柱塞2从图3所示的位置移动到与阀构件3隔开的位置，并且使得释放端口9打开。结果，一些流体从高压控制室12经由释放端口9流至低压出口5。当出口和控制室中的压力基本均等时，阀构件3容易地从阀座6移开，从而允许流体从入口4流至出口5。

本发明的独特之处在于在流体通道7内使用流量控制元件8，这意味着仅发生极少量的流体流动，并且特别地，与关于图1和图2所描述的现有技术装置相比，流体的量显著减少。还可以使用显著减小的释放端口孔口在柱塞2从阀构件3移开时启动流体的流动。小流速的结果是仅需要相对较小的压差就能够引发阀1的操作，并且因此，柱塞2仅需要相对较小的移动和力，这意味着仅需要相对较低的功率来启动螺线管10。这是与现有技术显著的区别。

图4显示了图3所示的阀装置的替代性设置。在图4的实施例中，释放端口不设置在阀构件中，而是将释放端口实施为与阀装置有效串联的另一个阀装置。串联的阀装置11包括螺线管和柱塞配置，并有效地用作控制主阀装置1的操作的先导装置，从而使得操作阀所需的功率比在使用图3所示的阀装置1的情况下所需的功率小。

图5显示了图4所示的阀装置的另一个替代性配置，其中多个阀装置串联在一起，从而显著减少控制阀的操作的功率需求。

图4和图5中的串联装置的操作如下。当串联的一系列阀中最后一个阀的螺线管10操作时，柱塞2从释放端口9移开，允许流体从最后的阀的入口4流至出口5。这然后引发串联的一系列阀中各个在前的阀的操作，从而引发串联的阀装置的整体操作。应当理解，越多的阀装置串联在一起还导致操作整个装置的功率需求附加地减少。

如上所述，阀构件3优选至少部分地由柔性材料形成。如附图中所示，阀构件3的中央部分优选由更为刚性的材料形成。操作性增强的硬橡胶(可能具有金属)是合适的材料。这允许在其中容易地形成流体通道，该流体通道不易于出现现有技术中隔膜部件的孔口的劣化或撕开。阀装置的外周优选具有更柔性的材料，从而允许阀构件移动到阀座6或者从阀座6移开，同时在其周围提供良好的流体密封性能。经过橡胶处理的材料是适合的。

液压辅助阀，不管是所采用的配置或者是特定的设计，都可以包括本发明的配置，以提供低且一致的流速，这样的流速反过来能够实现：

·对时间响应的更多控制

·更可靠的操作特性，例如利用较小的致动力或功率来进行流量控制，或者无需折损与存在于流体中的污物和沉积物相关的操作可靠性；

图3、4和5是本发明如何能够包括在现有的和新设计的液压致动阀中的实例。

注意，这些阀的主要流动可以是上游的较大的液压致动阀的先导流。还应注意，在图2中，减少没有配置流量控制元件的先导阀的孔口尺寸和柱塞行程分别受限于：

·不会被流过孔口的流体中存在的污垢和沉积物堵塞的尺寸；以及

·先导流的流速能够可靠且一致地减小的程度。

传统上广为接受的是，对于大多数工业上的流体控制应用(包括水分配系统)，先导阀上游的旁通通道不应是直径小于大约1mm的孔，其具有大约800ml/min的流量。并且，先导阀的孔口本身是直径不小于大约2mm的孔。众所周知这些限制对确保充分的阀可靠性是必须的。但是本发明的流量控制元件配置的固有特征包括：

·相对的自动移动；

·防止相对较大的颗粒进入并由此保护下游开口；

·允许这些颗粒随主要流动被冲走；和

·提供选择流动限制程度的手段。

在第一实例中，这些限制因素的值根据应用减少到大约1/10。

这是图3、4和5所示的实例(如果需要)现在能够实现的：

·低于50ml/min的旁通流速

·直径小于0.2mm的释放端口孔口(2r)；和

·小于0.1mm的释放阀构件移动(D)。

但为了不久的和更为实际的当前应用，不需要使释放端口孔口(2r)的直径小于0.5mm并因此使位移(D)小于大约0.25mm。

任何液压致动阀的致动功率需求都可以使用下式来计算，

P＝pxAxD/t

其中；

P＝致动功率需求(watt)(不包括系统的功率损失)

p＝阀两端的压降(Mpa)

A＝释放孔口的横截面积(mm²)。在多数情况下该孔口是孔，因此，A＝πr²

r＝释放端口孔口的半径(mm)

D＝释放阀构件的位移(mm)。注意：对于大多数实际应用，D≤r。但是，现在，假定它等于r。

t＝致动时长(秒)

下面给出利用本发明能够对这种类型的阀的致动功率减少的程度。利用上式和假设进行计算。

\frac{P_{c}}{P_{Mf}} = \frac{P A_{c} D_{c} / t}{P A_{Mf} D_{Mf} / t}

= \frac{A_{c} D_{c}}{A_{Mf} D_{Mf}} = \frac{π r_{c}^{2} D_{c}}{π {r_{Mf}}^{2} D_{Mf}}

因为D≈r，所以

\frac{P_{c}}{P_{Mf}} \approx \frac{r_{c}^{2} r_{c}}{{r_{Mf}}^{2} r_{Mf}} \approx \frac{r_{c}^{3}}{{r_{Mf}}^{3}}

如果r_c＝1mm，并且

r_Mf＝0.1mm，那么

\frac{P_{c}}{P_{Mf}} = \frac{1^{3}}{{0.1}^{3}} = 1000

这里已经参考特定的优选实施例对本发明进行了描述。然而，本领域技术人员容易理解，可以对这些优选实施例进行大量变型和改动。所有这些变型和改动都应被认为是落在这里广泛描述的本发明的精神和范围内。

Claims

1.一种阀装置，包括：

流体入口；

流体出口；

限定有孔的阀座，流体可从所述入口穿过所述孔流至所述出口；

阀构件，所述阀构件至少部分地由柔性材料形成，所述阀构件能够相对于阀座在打开位置和闭合位置之间移动，在所述打开位置中，流体可以从所述入口流至所述出口，而在所述闭合位置中，流体流动被阻止；

控制室，所述控制室的壁的至少一部分由所述阀构件形成，使得所述控制室的容积能够根据所述阀构件的位置而改变；

形成在所述阀构件中的流体通道，所述流体通道提供所述流体入口和所述控制室之间的流体连通；

设置在所述流体通道中的流量控制元件，所述流量控制元件使得仅允许以低的流速在所述流体通道中流动；

释放端口，所述释放端口提供所述控制室与所述流体出口或外部出口之间的流体连通；以及

控制装置，所述控制装置用来直接或间接地控制所述阀构件的位置，从而控制所述阀装置的操作，所述控制装置包括由螺线管选择性地致动的柱塞。

2.如权利要求1所述的阀装置，其中，所述阀构件为隔膜。

3.如权利要求1所述的阀装置，其中，所述释放端口形成为设置在所述阀构件中的孔口，从而选择性地实现所述控制室和所述流体出口之间的流体连通，并且所述柱塞直接作用在所述阀构件上，使得：

在闭合位置中，所述柱塞抵靠在所述阀构件上并阻塞所述释放端口，并且

在打开位置中，所述柱塞从所述阀构件缩回，从而允许穿过所述释放端口的流体流动。

4.如权利要求1所述的阀装置，其中，所述释放端口操作性地连接于与所述阀装置串联的另一个阀装置的流体入口，使得所述另一个阀装置用作主阀装置的先导阀。

5.一种阀组件，包括多个如权利要求1至4中任一项所述的阀装置。