CN101893124A - 压力管理控制阀组件 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调节的液压操作压力管理先导控制组件，其具有限定出两个流体压力腔的第一和第二隔膜组件。改变这两个流体腔之间的压力能在被调整的低压和高压设定点之间调节先导控制组件，这可以用于控制供水系统的减压阀的下游的低压和高压。

Description

压力管理控制阀组件

技术领域

本发明主要涉及先导控制(control pilot)及压力管理系统，如那些用在市政水务系统上的。更特别的是，本发明涉及用于管理系统压力条件的可调节的液压操作先导组件。

背景技术

给水干管和市政水务系统的供给和压力控制及该供给和供给基础设施的适应性处处变化。习惯上，该供水系统布置为使得在系统的所有点上都保持最小水压。这通常是参照在多个临界点下的主导压力进行的，这些临界点包括水区中在海平面上方的最高点或离水区中的供给源最远的点。然而，在全天中对水的需求总是存在相当大的波动，并且还有相当大的季节变化，这使得最大压力通常比必要的最小值要高。

在整个世界范围的供水行业中有一个通常的认识，那就是水损失的例子在许多配水网中是常见的，并且在许多例子中水损失水平可能比较高。系统中的水损失量是由于各种泄漏源头引起的，比如不合适固定的管道法兰连接，法兰垫圈泄漏，阀密封泄漏，密封失效，管子陈旧(小孔爆裂)，配件松动，龙头泄漏，等等。这些泄漏源头的总和可以合计达到大体上的水损失量。将进入点压力总是保持为在高需求期间在远点提供充足的压力所必需的水平会导致在低需求期间消费者房屋处的压力过大，从而增加由不必要的消耗和泄漏导致的水的浪费。通过泄漏损失的水的体积与系统中的压力直接相关。

自动减压阀用于配水系统中，以将压力降低到预定值或次要点，其是足够的但是并不使诸如家用热水箱之类的正常元件经受过压。该次要点通常被确定，来提供符合水务标准的最小压力，特别是低于在救火时可能出现的最大或“峰值”需求条件。峰值需求所要求的压力通常显著高于“非峰值”或典型夜间条件下所要求的压力。在低需求条件下，不仅泄漏构成总需求的较高比例部分，并且研究还暗示一些泄漏口的面积实际上会随压力增加，如果一直保持过多的压力就会加重该问题。

这样，在供水行业中，希望在低需求期间降低系统水压。从实践观点来看，在低需求期间降低系统中的水压会将降低系统泄漏导致的水损失的量。管理水压力也能够降低在水网基础设施老化过程中的管道破损的发生频率。较低的压力意味着管道在低需求期间承受较低的应力。随着时间的过去，对管道基础设施的累积的低应力帮助增加配水系统中的管道的预期寿命。

因此，存在对可调节液压操作压力管理先导控制组件的持续需求，其能够被用于设定水压力的高点和低点，以在低需求期和高需求期之间控制系统水压。还存在对用于自动控制在选定的设定点之间的下游压力的改进的流量-驱动阀系统的持续需求。本发明满足这些需求并提供其他相关优点。

发明内容

本发明涉及先导阀组件，其在高压和低压设定点之间控制供水系统的减压阀，以在低需求期和高需求期之间控制系统水压。

本发明的该先导阀组件通常包括限定出内腔的本体。位于该内腔内的第一隔膜组件包括具有第一表面的第一隔膜，第一表面至少部分限定与形成在该本体中的流体通道流体连通的第一流体压力腔。第一隔膜组件还包括用于偏压该第一隔膜的第一偏压装置。第二隔膜组件位于该内腔内并包括第二隔膜，该第二隔膜具有至少部分限定该第一流体压力腔的第一表面以及至少部分限定该第二流体压力腔的第二表面。该第二流体压力腔与形成在该本体中的流体入口和流体出口流体连通。闸门位于该流体入口和该流体出口之间，用于控制通过该第二流体压力腔的流体流。第二偏压装置偏压该闸门和该第二隔膜。在该第二腔的出口处的流体压力实质上等于在该减压阀出口处的压力。

该组件包括用于选择性调整该第一偏压装置以调整高压力设定点的装置。典型地，该第一偏压装置包括弹簧，及该调整装置包括与该弹簧连接的第一调整螺丝。该组件的该第二偏压装置典型地包括朝向关闭位置偏压该闸门的弹簧。

在特别优选实施方式中，该第一和第二隔膜的面积之比大约为1∶1。该第二隔膜组件包括杆，其延伸进入该第一隔膜组件并在该第一隔膜组件和该第二隔膜组件彼此相对移动时相对第一隔膜组件可滑动地移动。该第一隔膜组件包括用于限制该杆移动的第一和第二挡块。该第一和第二挡块在该第一隔膜移动时移动。第二调整螺丝形式的装置用于调整该第一挡块以调整低压力设定点。

当在该第一流体压力腔的流体压力等于或小于低压力设定点时，该闸门朝关闭位置移动以限制穿过该第二腔的流体流量。当在该第一流体压力腔的该流体压力等于或高于高压力设定点时，该闸门朝开启位置移动以便于流体流通过该第二腔流动。

在一个实施方式中，该先导阀组件的该第一和第二流体压力腔的流体连通相互隔离。在另一实施方式中，流体通道在它们之间形成，其根据该第一和第二隔膜组件的相对位置而被打开或关闭。

该第二流体压力腔流体连接到该减压阀的阀致动压力腔。固定节流口设在该第二流体压力腔的入口和该减压阀的入口之间。

在一个实施例中，至少一个电控阀流体连接到该第一流体压力控制腔以调整该第一流体压力腔中的流体压力。典型地，该至少一个电控阀包括第一电控阀，其流体连接到第一流体压力控制腔和减压阀的入口。第二电控阀流体连接到第一流体压力控制腔和该减压阀的出口。电子控制器用于控制该第一和第二电控阀。

在另一实施方式中，可变的节流口组件可操作地连接到该减压阀上。该可变节流口组件在其流体连接到该第一流体压力腔的入口和其流体连接到该减压阀的出口之间具有可变的流体流量。该可变节流口组件的可变的节流口流体流动杆连接到减压阀的阀上并设于可变节流组件的流动入口和流动出口之间。当减压阀的阀打开和关闭时，穿过该可变节流口组件的流体流量变化。

结合附图，根据下文更详细的描述，本发明另外的特征及优点将变得明显，其中附图通过例子的方式示出本发明的原理。

附图说明

附图图示了本发明。在这些图中：

图1是体现本发明的先导控制的剖面图；

图2是图1中的区域“2”的放大截面图；

图3是表示处于高流量状态下的先导控制的剖面示意图；

图4是处于低流量状态下的先导控制的剖面示意图；

图5是处于调整流量状态下的先导控制的剖面示意图；

图6的示意图为本发明的可操作地连接到减压阀及电子控制系统的先导控制，示出了系统处于正常到高流量需求情况；

图7是类似于图6的示意图，但示出了低流量需求期间的系统调整压力；

图8的示意图为在正常到高流量需求条件期间可操作地连接到减压阀的先导控制，该减压阀具有连接于其上的可变节流口组件；

图9是类似于图8的示意图，示出了低流量需求条件期间的压力调节；

图10是表示本发明的另一先导控制的剖视图；

图11是图10中的区域“11”的放大截面图；

图12是图10的先导控制的示意图，示出了系统处于正常到高流量需求情况，该先导控制可操作地连接到减压阀和电子控制系统；

图13的示意图示出了在正常到高流量需求条件期间图10的先导控制，该先导控制可操作地连接到具有连接于其上的可变节流口组件的减压阀；

图14是类似于图13的示意图，但示出了在低流量需求条件下的压力调节；

图15是该可变节流口组件的放大截面图；

图16是示出具有图15中的可变节流口组件的调节曲线的图形；

图17是类似图15的可变节流孔组件的放大截面图，但具有不同的杆轮廓；及

图18是示出具有图17中的可变节流口组件的调节曲线的图形。

具体实施方式

如附图中所示，为了阐明的目的，本发明涉及可调节液压操作压力管理先导控制，通常由附图标记100表示。如在这里将会被更充分地讨论的那样，该先导控制100可以用在多种应用中，并且特别地适合用于管理供水系统中的压力条件。

现在参考图1，示出先导控制100的剖面图。该先导控制100包括通常中空的本体102，其典型的包括通过固定件108或类似件相互附接的下部本体104及盖106。

两个隔膜组件位于该本体102的内腔内。该第一隔膜组件包括具有第一表面(在图1中表示为下表面)的第一隔膜110，其至少部分限定第一流体压力腔112。该第一流体腔112具有允许水进入和排出的流体通道114。该第一隔膜110的通常相对的第二表面至少部分限定出通向大气的腔116，如通过形成在盖106上的通道118限定。

提供用于偏压该第一隔膜110的装置。更特别的是，第一弹簧120用于偏压该第一隔膜110。如示出的，该弹簧120向下偏压该隔膜110。该弹簧120设于下部弹簧引导部122和上部弹簧引导部124之间。该弹簧120的偏压可以通过旋转高压力调节螺丝126来调节，所述高压力调节螺丝与上部弹簧引导部124接合。垫圈128设于下部弹簧引导部122和上部隔膜110之间。该第一隔膜组件还包括压力定位杆引导部130，如示出的定位于该第一隔膜110的第一侧。当第一隔膜110移动时，该第一弹簧120压缩或伸展，下部弹簧引导部122、该垫圈128及杆引导部130也移动。

继续参考图1，该第二隔膜组件包括第二隔膜132，该第二隔膜132具有第一表面，所述第一表面与该第一隔膜110配合至少部分地限定该第一流体腔112。在特别优选实施方式中，该第一隔膜110的面积与该第二隔膜132的面积之比大约为1∶1。图1中示出的实施方式示出了在本体102内的流体通道134，用于在第一和第二隔膜110和132之间进行流体连通。将会理解，该第一流体压力腔112在该第一和第二隔膜110和132之间延伸。第二隔膜132的通常相对的第二表面至少部分限定出第二流体压力腔136。如从图示中可以看出的那样，该第一和第二流体腔112和136彼此相互隔离，这使得它们之间没有流体连通。该第二流体压力腔136与流动入口138和流动出口140流体连通。

杆142和垫圈144-148连接到该第二隔膜132上并与隔膜132一起移动。当第二隔膜132上下移动时，闸门开启和关闭。该闸门包括由弹簧152向座体154偏压的盘保持器150。当该盘保持器150从座体154移动离开时，如在第一流体压力腔112中的压力高于弹簧152的力和组合压力时，这就导致该第二或下部隔膜132向下移动，因此该杆142及盘保持器150向下，该闸门打开并且允许流体从入口138通过该第二或下部流体压力腔136流至出口140。然而，如果该第二隔膜132向上移动，如通过该第二腔136内的组合的水压力和弹簧152的偏压或推力大于压力腔112内的水压力而使之向上移动，则该盘保持器150向座体154移动或甚至接合座体154，这样就关闭了该流体入口138和出口140之间的通道或闸门。

现在参考图1和图2，压力定位杆156连接到该第二隔膜132上并随着隔膜132的运动向上和向下移动。如图1和2中可以看出的，该杆延伸到该第一隔膜组件中，并且更特别地相对于杆引导部130和下部弹簧引导部122可滑动地行进。因此，当该第一或上部隔膜110和下部或第二隔膜132移动时，该压力定位杆156相对于该下部弹簧引导部122和杆引导部130移动。在图2中，特别地，可以看出，该压力定位杆156具有可与该杆引导部130的凸肩160接合的唇缘158。因此，该杆引导部的该凸肩160用作挡块以限制该压力定位杆156向下的运动。

继续参考图1和2，该压力定位杆156的上端162可移入和移出该下部弹簧引导部122。用作挡块的隔离物164同样设于该下部弹簧引导部122内部并可与压力定位杆156的上端162接合以限制它向上运动。该隔离挡块164的位置可以通过为低压力调节螺丝的第二调节螺丝166调节。

高压力设定点通过螺丝126调节，螺丝126压缩或松开弹簧120。低压力设定点由螺丝166调节，螺丝166提升或降低该隔离挡块164。隔离挡块164限制该压力定位杆156的行程，因此限制第二或下部隔膜组件的行程。该杆引导部130的凸肩或挡块160还用来限制压力定位杆156的行程和运动，因此也限制该第二或下部隔膜组件的行程和运动。因此，该压力定位杆156，及由此的第二隔膜组件，被该第一或上部隔膜组件的凸肩160和隔离挡块130限制向上和向下的行程。当然，这限制了盘保持器150的运动，盘保持器150附接到该第二或下部隔膜组件的杆142上以限制闸门在第二流体压力腔136的流体入口138和流体出口140之间的开启和关闭。

当第一流体腔112中的流体压力等于或小于低压力设定点时，该闸门朝关闭位置移动以限制通过该第二腔136的流体流量。当第一流体压力腔112中的压力等于或大于高压力设定点时，该闸门朝开启位置移动以便于流体流动通过该第二腔136。在第二腔136的出口140处的流体压力大体上等于减压阀的出口压力，或如图6-9示出的供水系统中的减压阀下游的压力。通过改变先导控制100的第一压力腔112中的压力，该先导控制100控制减压阀下游的高压和低压，在这里减压阀有时称为主阀。改变第一压力腔112中的流体压力导致第二压力腔136中的压力在先导控制100的低和高设定点之间调节。

现在参考图3，在正常到高流量需求条件期间，第一和第二腔112和136中的压力作用在第二或下部隔膜132上，以将该闸门150的盘保持器部分偏压至开启位置，如示出的。在这种情况下压力定位杆156的唇缘158与该杆引导部的凸肩或挡块160接合，这限制了压力定位杆156的行进。当压力定位杆156和压力定位杆引导部130接触时，如图3示出的，压力管理先导控制100的位置在高压力设定点调节。该高压力设定点由高压力弹簧120的调节负载决定，其可以通过调节螺丝126调节。该唇缘158的位置由高压力弹簧120和作用在上部隔膜110的表面上的压力之间的力平衡决定。只要该第一腔112中的流体压力大于该第二腔136中的压力，则该压力定位杆156就接触压力定位杆引导部130，因此在压力定位杆156和低压力调节隔离物或挡块164之间就出现了间隙。

如上所述，该盘保持器150、轭142和压力定位杆156的位置由高压力弹簧120和作用于上部隔膜110的表面区域上的第一压力腔112中的流体压力之间的力平衡决定。这种力平衡导致压力管理先导控制100保持这样的位置，该位置在调整的高压力设定点处调节压力，如图3示出。

继续参考图3，示出了处于高压力位置时先导控制100的内部元件的相关位置以及第一和第二腔112和136(分别示出为上部和下部腔)之间的相关压力之间的关系。可以看出，由于与第二腔136相比，第一腔112中具有较大的压力，这驱使该第二隔膜132向下并进入该第二压力腔136，因此压力定位杆156开始与压力定位杆引导部130的凸肩或挡块160相接触。这使保持器盘150运动离开座体154，压紧低压弹簧152并打开闸门，因此打开该第二压力腔136的该入口138和出口140之间的流体通道。这样，该先导控制100在图3中的高压设定点处保持调节压力的位置。

在低流量需求条件下，如图4示出的，腔112和136中的压力作用于下部隔膜132以将该盘保持器150朝闸门的座体154和关闭位置偏压，如示出的。在该条件下，第一腔112中的压力小于或等于第二腔136中的压力和弹簧152的偏压，导致下部隔膜132向上移动进入第一腔112，如图4示出的。结果是盘保持器150向上移动，并进入相对于座体154逐渐关闭的位置。当然，这限制了流体穿过入口138和出口140的通路。

当第一腔112中的压力小于第二腔136时，压力定位杆156朝向低压力调节隔离物或挡块164移动，或者甚至移动成接触低压力调节隔离物或挡块164。在图4中，示出压力定位杆156移动成接触该隔离物或挡块164，表示在低压力设定点处进行调节的先导控制100。低压力设定点由高压力弹簧120的调节位置和低压力调节隔离物或挡块164的调节位置通过低压力调节螺丝166来决定。低压力调节隔离物或挡块164的位置是由高压力弹簧120与作用于第一隔膜110表面上的压力和作用于第二或下部隔膜132表面上的压力之间的力的平衡来决定的。

现在参考图5，在过渡流量条件期间，该压力管理先导控制100在低和高压力设定点之间的范围内进行调节。在该杂件下，在压力定位杆130的凸肩160和压力定位杆引导部156的唇缘158之间存在间隙，如图5所示。

在过渡流量条件期间，该第一腔112中的水压力近似等于(或稍大于或稍小于)第二腔136中的水压力和弹簧152的偏压。这种情况下，在压力定位杆130的凸肩或挡块160与压力定位杆引导部156的唇缘158之间存在间隙，如上所述，表明压力管理先导控制100在低和高压设定点之间的过渡区域进行调节。压力定位杆引导部156的上端162与隔离物或挡块164成间隔关系。这样，在过渡流量中，压力定位杆156在低压力挡块164和高压力挡块或凸肩160之间行进。该第二或下部隔膜132处于更中间的位置，并且该盘保持器150也相对于座体154处于中间位置，这样当先导控制100在高压力设定点处调节压力时流体从入口138流动到出口140，但是不象图3中那样自由地流动。

可调节的压力管理先导控制100可以被用于管理配水系统中的压力。该可调节压力管理先导控制100的第一压力腔112的相对值用于控制减压阀200(在本文中有时称为主阀)的位置，这样在高和低压力设定点之间调节系统压力。

图6和7中示出了这种系统的第一例子，其中压力管理先导控制100的第一腔112中的压力由电致动阀的活动控制。如图6和7示出的，示出了两个电致动阀302和304，如电磁阀，其例如可以通过电子控制器306被交替打开和关闭，以保持在先导控制100的第一压力腔112中的所需压力。

参考图6和7，可以看出阀302和阀304电连接到控制器306。该第一阀302例如经由管道402流体连接到减压阀200的入口202。该第二电子控制阀304例如经由管道404流体连接到减压阀200的出口204。固定的节流口400设于先导控制100的减压阀200的入口202和第二压力腔136的入口138之间。这例如是通过通道406实现的。流体通道408流体连接到先导控制100的第一腔112的流体通道114，并且流体连接到电控阀302和304上。

减压阀或主阀200包括限定入口202和出口204的阀体206。主阀座208在入口202和出口204的中间。主阀构件可在离开主阀座208的开启位置和接合主阀座的关闭位置之间移动。该主阀构件210包括用于引导主阀构件210接合或脱离该主阀座208的活动杆212。弹簧214典型地还实现帮助和引导主阀构件210的运动。主阀隔膜216连接于主阀构件210并在主阀体206和主阀200的盖218之间延伸，以在隔膜216和盖218或本体206的其他部分之间限定流体控制腔220。控制腔220包括用于例如经由通道410与先导阀100流体连接的入口端口222。

在高流量或高需求情况期间，如在这里将会更完整地描述的那样，较少的流体被引导到流体控制腔220，产生较低的压力，并使得主阀构件210能够移动离开主阀座208进入开启位置，如图6所示，以阻止更多流体流动通过减压阀或主阀200。然而，在低流量或低需求情况的过程中，如图7所述，进入减压阀的控制腔220中的流体流导致主阀构件210向下移动接合该主阀座208，并减少通过减压阀或主阀200的流体流。

再参考图6，在正常到高流量状态的过程中，先导控制100的高压力管理腔112明显高于压力计P3处的压力。当电磁控制阀302打开并且电磁控制阀304关闭时，第一腔112中的压力保持高于压力计P3处的压力。该电磁控制阀302和304的活动是由过程控制器306所控制的。这导致压力管理先导控制100在高压力设定点处或附近调节压力。

减压阀或主阀200的位置是由通过压力管理先导控制100的流体流控制的。第二腔136的出口处的流体压力大体上等于减压阀200的出口压力。当通过压力管理先导控制100的闸门的流动面积等于固定节流口400的流动面积时，很少或没有流体流进入或流出主阀200的压力腔220。在这种情况下，减压阀200的位置保持不变，通过阀200的流量及压力计P3处的压力相对恒定。

当系统流量需求增加或降低时，压力管理先导控制100通过增加或降低通过该第二压力腔136的流动面积来响应。当穿过该闸门或第二压力腔136的流动面积大于或小于固定节流口400的流动面积时，那么这就会相应地使得流体流移动进入或排出减压阀200的盖压力腔220，这导致减压阀位置改变。如上所示，图6示出了正常到高流量需求，因此减压阀组件200处于打开位置以允许水从中流过。

在正常到高流量需求状况期间，如图6所示，先导控制100的部件将位于如图3中所示的位置，或者在挡块160和164之间调节，或者使唇缘158在高压力设定点处接合凸肩或挡块160。该闸门至少部分或全部打开，其中该盘保持器150将移动离开座体154，从而允许流体流动进入入口138并流出出口140。

现在参考图7，示出该系统在低流量需求期间调节压力。在低流量情况下，先导控制100的第一腔112(或压力管理腔)中的压力小于或等于测量计P3处的压力。当电磁控制阀302关闭及电磁控制阀304开启时，在第一腔112中的压力被保持在测量计P3处的压力值。当可调节压力管理先导控制100处于低压力设定点模式时，如上所述并且如图7和4中所示，该压力定位杆156与低压力调节隔离物或挡块164接触。当它们接触时，该先导控制100在低压力设定点处或附近进行调节。

当第一腔112中的流体压力小于第二腔136中的流体压力时，横过第二或下部隔膜132的压力差向上偏压该压力定位杆156直至它开始接触该低压力调节隔离物或挡块164。进一步的向上行进例如通过调节低压力调节螺丝166由隔离物或挡块164的设定位置所限制，低压力调节螺丝166用于建立可调节压力管理先导控制100的低压力设定点。

当第一腔112中的流体压力等于或小于测量计P3处的压力时，将导致该压力管理先导控制100在低压力设定点处或附近进行调节，如上所述。这将导致压力调节或主阀盖压力腔220的压力增加，朝向主阀座208逐渐关闭主阀构件210，使得较低的流体流穿过那里，如图7所示。进入控制腔220的压力和流体流的增加是由下述事实引起的，即盘保持器150朝座体154移动，有效地关闭了第二隔膜组件的闸门，限制或阻止入口138和出口140之间的流体流，将流体流转向管道410中和控制腔220中，其作用于隔膜216以朝向座体208向下推动阀构件210，并关闭减压阀或主阀200。

利用电子过程控制器和电子控制阀，如上面那些示出的和描述的，并不总是理想的。电子过程控制器和电磁阀或类似物可增加系统的成本和复杂性。此外，需要电源给这些电子元件供电。因此，在一个特别优选的实施方式中，如图8和9所示的那样，使用完全液压控制和调节的系统。这种系统结合使用可调节的可变节流口组件，这些节流口组件一般用标记500表示。在未审定的美国专利申请序列号为11/927,474中详细公开了示例性的可调节可变节流口组件，通过引用将其中的内容结合于此。

现在参考图8，该压力管理先导控制100通过可调节的可变节流口组件500的活动控制。通过该可调节的可变节流口组件500的流量是该主阀或减压阀200的位置的函数。

现在参考图15，可变的节流口组件500包括限定流体入口504和流体出口506的壳体502。典型地，该壳体502连接到该主阀盖218，如示出的。然而，可变的节流口组件500及减压阀或主阀200中的流体压力是彼此相互隔离的。杆508连接到减压阀的杆212并可滑动地设在可变的节流口组件500的壳体502的内部。以这种方式，当主阀构件210和杆212上下移动时，该可变的节流口组件500的杆508也上下移动。该壳体502及杆508，及任何插入物或设于它们之间的部件，在该入口504和出口502之间形成可变的节流口。从而，根据杆508在壳体502内部的位置，在入口504和出口506之间的流体流量变化。

图8示出处于高压力设定点模式的该可调节的压力管理先导控制100。如止所述，这是压力定位杆156的凸肩或唇缘位于该压力定位杆的引导部130的凸肩或挡块160上的位置。只要该压力定位杆唇缘158和该压力位置杆引导部160的凸肩接触，该压力管理先导控制100就在高压力设定点处或其附近调节。当在这种模式下调节时，压力计P2处和第一压力腔112的压力高于压力计P4处和第二压力腔136的压力。压力计P2处的压力高于压力计P4处的压力，这是因为通过该固定的节流口412的流动面积大于通过可调节的可变节流口组件500的流动面积。

在正常至高流量状况期间，在压力计P2处的压力高于压力计P4处的压力，使得压力调节先导控制100被朝向开启位置偏压。当朝向开启位置偏压时，盘保持器150移动离开座体154，从而在入口138和出口140之间的该闸门和流体通道开启。当朝向开启位置偏压时，通过该压力调节先导控制100的流动面积大于通过固定节流口400的流动面积。这导致流体离开主阀盖压力腔222，这导致该主阀构件210离开主阀座208而开启。该主阀或压力调节阀200将继续开启，直至压力计P4处的压力增加到由压力调节先导控制100所建立的高压力设定点为止。

当减压阀或主阀200的位置在正常至高流量状况时，穿过该可变节流口组件500的流体流被限制，使得压力计P2处的压力大于压力计P4处的压力。图8中可以看出，通向该先导控制100的第一压力腔112的流体通道114例如通过管道414和416流体连接到该可变节流口组件500。该可变节流口组件500的出口506例如通过管道418流体连接到主阀或减压阀200的出口204及该先导控制100的第二腔136的出口140。只要第一压力腔112中的压力大于先导控制100的第二压力腔136的压力，该压力调节先导控制100在该高压力设定点或其附近调节，如图8中所示。

现在参考图9，该可调节的压力管理先导控制100图示为处于低压力设定点模式。如上所述，在压力位置杆156，且尤其是其上端部162与低压力调节隔离物或挡块164相接触的位置，该可调节的压力管理先导控制100在该低压力设定点或其附近调节。当在第一腔112中的流动压力小于第二腔136中的压力时，横过第二或下部隔膜132的压差向上偏压压力定位杆156直至其开始接触该低压力调节隔离物或挡块164。这种位置在图4中示出。

在低流量状态下，压力计P2处的压力小于压力计P4处的压力，这导致压力调节先导控制100朝关闭位置偏压。也就是，该闸门关闭或几乎关闭，其中盘保持器150朝向座体154移动，限制或阻止了入口138和出口140之间的流体流动。当朝向关闭位置偏压时，穿过压力调节先导控制100的流动面积小于穿过固定节流口400的流动面积。这导致流体流进入减压或主阀盖压力腔222，导致主阀位置向关闭位置方向移动，如图9所示。该主阀或减压阀200将继续关闭直至压力计P4处的压力降低到由压力调节先导控制100所建立的低压力设定点。当主阀或减压阀200的位置处于低流量状态时，如图9所示，穿过该可变节流口组件500的流体流不受限制。穿过固定节流口400的流动面积小于穿过可变节流口组件500的流动面积，导致压力计P2处的压力小于压力计P3处的压力。

当在低压力调节模式或其附近时，压力计P2处的压力和第一腔112的压力等于或低于压力计P4处的压力和第二腔136内的压力。在压力计P2处的压力低于压力计P4处中的压力，这是因为穿过固定节流口412的流动面积小于穿过可调节的可变节流口组件500的流动面积。该流动面积的差使得与供给到固定节流口412相比，更多的流体流穿过可调节的或可变的节流口组件500而离开。结果，在第一腔112中的压力降低到低于或等于压力计P3处的压力和在第二压力腔136内的压力的值。只要在第一压力腔112中的压力小于该第二压力腔136的压力，该压力调节先导控制组件100在低压力设定点或其附近调节。

现在参考图10和11，示出改进的压力调节先导控制100′。该先导控制100′在同样原理下运行，并具有与上文图示并描述的先导控制100相同的元件。为了便于解释，在先导控制100和100′中共同的元件以相同的标记表示。前面示出和描述的先导控制100和先导控制100′之间的主要差别是，代替彼此完全相互分离的第一流体腔112和第二流体压力腔136，在第一隔膜组件和第二隔膜组件中形成有流动通道，该流动通道允许在流体压力腔112和136之间有一定程度的流体连通。如将在此处更全面的描述的那样，这个流体通道根据第一和第二隔膜组件的相对位置开启或关闭。

继续参考图10和11，将看到一个或多个孔170形成在杆引导部130上，其与第一流体压力腔112流体连通。凹槽172或其他开口形成在弹簧引导部122和压力位置杆156之间，以允许流体从孔170流到沿压力定位杆156的长度形成的通道174，通过穿过杆142形成的通道176并进入第二流体压力腔136。当第一和第二隔膜110和132彼此离开移动、因此与它们相关的组件彼此离开移动时，允许流体流动通过孔170及在弹簧引导部122和压力定位杆156之间形成的空间，并通过对准或以其他方式处于流体连通的通道174和176，进入第二流体压力腔136中。

在图10和11中可以看出，该隔离物164具有从其端部延伸的突出部178，其作为封闭压力定位杆的通道174的塞子，以防止在第一和第二流体压力腔112和136之间的流体流动。这发生在第一和第二隔膜组件朝向彼此移动或上部或下部组件朝向相应组件移动时，从而塞子178进入压力定位杆156的流体通道174。在一个特别优选的实施方式中，如示出的，该突出塞178具有可变的直径，如具有逐渐减小的小直径以形成针形结构，这样在塞178和通道174之间产生了可变阀。因此，随着塞子178由于隔膜110和132及其相关组成元件的移动而进入通道中和从通道抽出，该通道174不断开启和关闭。已经发现的是在先导控制100′中结合这样一个流体流动通道提供了对先导控制100′更好的控制和更平滑的操作。

现在参考图12，示出了结合在组件或系统中的先导控制100′，用于与电致动阀302和电子控制器306一起在高、低压力设定点之间调节系统压力。这与上述关于图6和7的系统的操作相类似。然而，在这种情况下，代替两个电致动阀302和304的是，使用单个电致动阀302。代替第二电致动阀304，将固定节流口420设置于管线404中。该固定节流口优选具有流体通道，其大小设置成允许比通过先导控制100′的通道170-176更低的流体流通过。当该单个电致动阀302通电或开启时，当上部隔膜和下部隔膜彼此离开移动、打开闸门150时，将允许更多的流体流及因此更大的压力进入上部压力腔112，朝向高压力设定点驱动先导控制100′及因此驱动系统。图12示出在高压力设定点的系统。

然而，当电磁阀302关闭时，下部或第二流体压力腔136中的压力相对上部或第一压力腔112中的压力增加，随着杆142不断向上并朝向隔离物164移动，将朝向低压力设定点驱动该系统。不仅盘保持器150朝座体154移动，关闭第二流体压力腔136的入口138和出口140之间的闸门通道，并且该塞子178也移动进入压力定位杆156的流体通道174以逐渐关闭流体压力腔112和136之间的流体通道170-176。当该系统处于低流量或低压力模式时，该第二隔膜132向上移动，并且该减压阀或主阀200的元件设置成如图7所示，以限制通过该主阀200的流体流。

现在参考图13和14，通过与图8和图9所述相似的方式，将可变节流口组件500结合到减压阀或主阀200上，从而将所示的先导控制100′结合到液压控制的压力调节系统中。特别参考图13，在正常至高流量状态时，压力计P2处的压力大于压力计P4处的压力。这导致该压力调节先导控制100′朝开启位置偏压。当朝开启位置偏压时，通过该压力调节先导控制100′的流动面积大于通过固定节流口400的流动面积。也就是，在上部或第一流体压力腔112中的压力大于在第二流体压力腔136中的流体压力，使得该第二隔膜132向下移动，该盘保持器150移动离开座体154，从而打开该第二流体压力腔136的入口138和出口140之间的该闸门或通道。在第一流体腔112中的压力通过该压力定位杆156的开口或通道174进行改变。由于杆156相对低压力调节隔离物164的位置而移动，使得它移动离开以完全打开通道174，使得流体穿过其中流动，在该位置该主阀200向高压力设定点前进或在该处调节，如示出的。

这导致流体流离开该主阀盖腔220，使得该主阀210向上定位或打开。主阀200将继续打开直至P4处的压力增加到由该压力调节先导控制100′所建立的高压力设定点。

当主阀200位置对应于正常至高流量状态时，穿过可变的节流口组件500的流体流不受限制，这导致P2处的压力大于P4处的压力。因此，第一压力腔112中的压力大于先导控制100′的第二压力腔136中的压力。只要第一或上部腔112中的压力大于第二或下部腔136的压力，该压力调节先导控制100′在高压力设定点或其附近调节。

现在参考图14，在低流量状态下，在P2处的压力等于P4处的压力。当压力P2等于压力P4时，这导致该压力调节先导控制100′朝关闭位置偏压，即当在第二流体压力腔136中的压力等于或大于先导控制100′的第一流体腔112的压力时，第二隔膜132的运动将该盘保持器150朝座体154移动。事实上，如果在第二流体压力腔136中压力接近或等于第一流体压力腔112中的压力，弹簧152将向上移动第二隔膜组件及因此向上移动第二隔膜132，并朝座体154移动盘保持器150，因此关闭该闸门。这同样朝向隔离物164移动压力定位杆156并使压力定位杆156与隔离物164接合，因此塞子178逐渐关闭流体流的通道174。

当先导控制100′被朝向关闭位置偏压时，通过压力调节先导控制100′的流动面积小于通过固定节流口400的流动面积，使得流体流进入主阀盖腔220，使主阀隔膜216和主阀构件210朝向关闭位置移动。主阀200将继续关闭，直至P4处的压力下降至由压力调节先导控制100′确定的低压力设定点。

当主阀200朝关闭位置移动时，由于低流量状态，通过可变节流口组件500的流体流受限制。通过固定节流口400的流量大于通过可变节流口组件500的流量，使得P2处的压力几乎等于P4处的压力。典型的，该先导控制100′的第一流体压力腔112和第二流体压力腔136之间的流量与通过可变节流口组件500的流量近似相同。只要在先导控制100′的第一和第二流体压力腔112和136中的压力接近相等，该压力调节先导控制100′在低压力设定点上或其附近调节。

由于杆508的在可变节流口组件500的入口504和出口506之间行进的一部分510的几何形状，使得通过可变节流口组件500的流动面积可以改变，至少可以部分改变。图15示出的部分510的几何形状逐渐从受限制的流动面积几何形状过渡到不受限制的流动面积的几何形状，如在图16中的图线所示。不同种类的可变节流口的几何形状可以用于定制低和高压力设定点之间的压力调节轮廓。例如，图17示出的杆508的几何形状510′使用在可变节流杆508上的槽形，其没有逐渐流动的过渡流动面积轮廓。而是，该槽(或流动面积)的结构是恒定的。通过具有恒定的槽形形状，从不受限制流动面积到受限制流动面积(或反之)的过渡是突然的，如图18中的图线所示。虽然除了图17中的流动形状510′之外，该可变节流口组件500是一样的，但是穿过杆的槽结构的流体流或者是全部容量或者是完全限制，或“开”或“关”。这样，流量不会象图15中的可变节流口杆几何结构那样随阀位置而变化。流动面积几何形状的突变具有引起压力管理先导控制100上的低和高压力设定点之间的直接跳跃的作用。从产品应用观点看，这在具有低或高需求情况且又不需要在低和高压力设定点之间逐渐过渡的配水系统中可能是有用的。在这种情况下，用户可能希望在低压力和高压力设定点之间尽可能快地倾斜(ramp)，图17示出的该流动形状510′将会实现这一点。

从前述中，可以看出，该可调节的液压操作压力管理先导控制组件100可以用来设定水压力的高点和低点，以在低需求期间和高需求期间控制该系统的水压力。当结合成一个连接到减压阀的较大的组件或系统时，用于在选定的设定点之间自动控制下游压力的改进的流量驱动阀系统得以实现。

虽然为了解释的目的已经详细描述了几个实施方式，但是在不脱离本发明的范围和精神的情况下还可以做出各种变化。因此，本发明将只受所述权利要求的限制。

Claims (19)

1.一种在高压力设定点和低压力设定点之间控制供水系统的减压阀的先导阀组件，该先导阀组件包括：

限定内腔的本体；

第一隔膜组件，其位于该内腔内并包括具有第一表面的第一隔膜和用于偏压该第一隔膜的第一偏压装置，所述第一表面至少部分地限定与形成在该本体中的流体通道流体连通的第一流体压力腔；和

第二隔膜组件，其位于该内腔内并包括第二隔膜和第二偏压装置，该第二隔膜具有至少部分地限定该第一流体压力腔的第一表面以及至少部分地限定第二流体压力腔的第二表面，该第二流体压力腔与形成在该本体中的流体入口和流体出口、以及位于该流体入口和该流体出口之间的闸门流体连通，所述闸门用于控制流体流过该第二流体压力腔，第二偏压装置用于偏压该闸门和该第二隔膜；

其中，在该第二腔的出口处的流体压力基本上等于该减压阀的出口压力。

2.如权利要求1所述的先导阀组件，其中，当第一流体压力腔中的流体压力大约等于或小于低压力设定点时，该闸门朝向关闭位置移动，以限制流体流通过第二腔，当在第一流体压力腔中的流体压力等于或大于高压力设定点时，该闸门朝向开启位置移动以便于流体流通过该第二腔。

3.如权利要求1所述的先导阀组件，包括用于选择性调节该第一偏压装置以调整高压力设定点的装置。

4.如权利要求3所述的先导阀组件，其中该第一偏压装置包括弹簧，该调节装置包括与该弹簧连接的第一调节螺丝。

5.如权利要求1所述的先导阀组件，其中该第二偏压装置包括朝向关闭位置偏压该闸门的弹簧。

6.如权利要求1所述的先导阀组件，其中该第一隔膜和第二隔膜的面积之比约为1∶1。

7.如权利要求1所述的先导阀组件，其中该第二隔膜组件包括杆，该杆延伸到该第一隔膜组件中，当该第一隔膜组件和该第二隔膜组件相对彼此运动时所述杆相对于所述第一隔膜组件可滑动地移动。

8.如权利要求7所述的先导阀组件，其中第一隔膜组件包括用于限制该杆的移动的第一挡块和第二挡块。

9.如权利要求8所述的先导阀组件，其中在该第一隔膜移动时，该第一挡块和第二挡块移动。

10.如权利要求9所述的先导阀组件，包括用于调节第一挡块以调节低压力设定点的装置。

11.如权利要求10所述的先导阀组件，其中该调节装置包括第二调节螺丝。

12.如权利要求1所述的先导阀组件，其中第二流体压力腔的入口流体连接到该减压阀的阀致动压力腔。

13.如权利要求1所述的先导阀组件，包括位于该第二流体压力腔的入口和该减压阀的入口之间的固定节流口。

14.如权利要求1所述的先导阀组件，包括流体连接至该第一流体压力控制腔的至少一个电控阀，用于调节该第一流体压力腔中的流体压力。

15.如权利要求14所述的先导阀组件，其中所述至少一个电控阀包括：第一电控阀，该第一电控阀流体连接到减压阀的入口及该第一流体压力控制腔；第二电控阀，其流体连接到该减压阀的出口及该第一流体压力控制腔；及电子控制器，用于控制该第一电控阀和第二电控阀。

16.如权利要求1所述的先导阀组件，包括可变节流口组件，该可变节流口组件可操作地连接到减压阀并流体连接到先导阀组件上，并在该可变节流口组件的入口和出口之间具有可变的流体流。

17.如权利要求16所述的先导阀组件，包括可变的节流口流体流杆，其连接到减压阀上并可滑动地设置在可变节流口组件的流体入口和出口之间，其中当减压阀开启和关闭时，通过可变节流口组件的入口和出口的流体流变化。

18.如权利要求1所述的先导阀组件，其中第一和第二流体压力腔相对彼此流体隔离。

19.如权利要求1所述的先导阀组件，包括位于先导阀组件的第一流体腔和第二流体腔之间的流体通道，第一隔膜组件和第二隔膜组件之间的相对位置开启或关闭该流体通道。

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