CN101946109B - 带有流动转向件的三通阀 - Google Patents

Abstract

一种三通阀体(10)包括限定大致柱状喉管腔(64)的喉管(24)。至少一个流动转向件由所述阀体承载并延伸到所述喉管腔中。所述流动转向件有利地中断所述喉管腔中的任何循环流体流，从而提高流体流过所述阀体的效率。在一种实施方式中，所述至少一个流动转向件能够包括与所述阀体整体形成并平行于所述喉管腔的中轴线设置的一个或多个肋(66、68a、68b)。

Description

带有流动转向件的三通阀

技术领域

本发明一般涉及三通阀，更具体地，涉及三通阀的阀体。

背景技术

一般的理解是，在某些过程应用中，两条以上的管线有时连接起来用于流动混合应用或流动分开应用。例如，三条管线可以连接起来以提供一般汇流(流动混合)或分流(流动分开)服务。在这样的应用中，三通阀可以用于控制各种汇流流体流或分流流体流。一般来说，三通阀具有三个流动连接部或端口。在混合应用中，流动连接部中的两个是入口而一个流动连接部是出口。在分开应用中，一个流动连接部是入口而两个流动连接部是出口。

分流流体或汇流流体流过阀的效率影响从所述阀输出的最终产品的质量。因此，对于任意给定的流体过程应用来说，基于正在处理的特定流体或其他介质、过程的温度和压力条件以及许多其他因素仔细选择这样的三通阀以优化产生最终产品或最终多个产品的效率。

发明内容

本发明的一种实施方式包括一种三通阀体，所述阀体限定流过所述阀体的流体流动路径。所述阀体包括第一端口、第二端口和第三端口，每个端口与所述流动路径流体连通。所述阀体进一步包括喉管和至少一个流动转向件。所述喉管设置在第一至第三端口中的每一个之间，并与第一至第三端口中的每一个流体连通，所述喉管包括一对相对的侧壁部分、后壁部分和开口。如此配置的情况下，在一种实施方式中，所述喉管限定沿着中轴线设置的大致柱状的喉管腔。

所述至少一个流动转向件能够由所述阀体承载，从而延伸到所述喉管腔中。如此设置的情况下，所述流动转向件中断流体在所述喉管腔中沿着所述流动路径的流动。

在至少一种实施方式中，所述至少一个流动转向件能够包括至少一个平行于所述喉管腔的所述中轴线设置的肋。

本发明的另一种实施方式提供一种三通流体流动控制装置。所述装置一般包括阀体、控制元件和阀座。所述阀体限定流动路径以用于容纳汇流流体流或分流流体流其中之一。所述控制元件包括设置在所述阀体内的阀杆和阀塞，并且所述控制元件适于在第一支座位置和第二支座位置之间被推动以控制流体沿着所述流动路径的流动。所述阀座被承载在所述阀体内并适于在所述控制元件处于所述第一支座位置时由所述阀塞密封地接合。在一种实施方式中，所述阀体限定第一端口、第二端口和第三端口，每个端口与所述流动路径流体连通。此外，一种实施方式的所述阀体包括喉管和由所述喉管承载的至少一个流动转向件。

所述喉管大致设置在第一至第三端口中的每一个之间并与第一端口至第三端口中的每一个流体连通，而且所述喉管限定沿着中轴线设置的大致柱状的喉管腔。所述喉管腔至少部分容纳所述控制元件。

所述至少一个流动转向件能够延伸到所述喉管腔中，以中断流体在所述喉管腔中沿着所述流动路径的流动。

在一种实施方式中，所述至少一个流动转向件包括第一肋和/或一对第二肋。所述第一肋能够由所述喉管的所述后壁部分承载，并基本上平行于所述喉管腔的所述中轴线设置。所述一对第二肋中的每一个能够由所述喉管的所述相对的侧壁部分其中之一承载，并基本上平行于所述喉管腔的所述中轴线设置。

附图说明

图1是根据本发明的原理构造的三通阀的侧视截面图，所述三通阀包括配备有平衡阀内件组件的阀体；

图2为图1中所示的仅阀体的侧视截面图；

图2A是沿着图2中的IIA-IIA线剖开的图1和2所示阀体的完整侧视截面图；

图3是根据本发明的原理构造的三通阀的侧视截面图，所述三通阀包括配备有不平衡阀内件组件的阀体；

图4是图3所示不平衡阀内件组件的上阀座的局部透视图，包括环圈状凸起；和

图5是图3所示不平衡阀内件组件的上阀座的替代实施方式的局部透视图，包括多个凸起。

具体实施方式

图1描绘了可以用在汇流或分流流动应用中的平衡三通控制阀10，所述阀10包括阀体12、阀内件组件(trim assembly)14和阀帽16。一般来说，阀体12包括第一端口18、第二端口20、第三端口22和喉管24。在所公开的实施方式中，阀内件组件14包括用来控制流体穿过阀体12的流动的平衡阀内件组件。在阀10用于汇流应用的情况下，流动路径P1示出了第一端口18和第三端口22为入口端口，而第二端口20为共用出口端口。在阀10用于分流应用的情况下，流动路径P2示出了第二端口20为入口端口，而第一端口18和第三端口22为出口端口。所公开的实施方式将三通控制阀10限定为“底部端口共用”阀。在任何一种配置中，阀内件组件14作用大致相同。

所公开的平衡配置的阀内件组件14包括控制元件26和阀笼28。阀笼28固定安装在阀体12的喉管24内，并且一般包括管状构件41，所述管状构件41限定了多个窗口40、内部柱状表面42和下阀座44。

控制元件26包括阀杆30和阀塞32。阀塞32包括管状构件34和多个连接板36。管状构件34包括第一端34a、第二端34b、内部柱状表面38和外部柱状表面40。所述多个连接板36在管状构件34的内部柱状表面38和阀杆30之间延伸并连接它们。连接板36围绕阀杆30以及管状构件34的内部柱状表面38周向地隔开，从而限定多个开口，所述多个开口允许流体在阀塞32的第一端34a和第二端34b之间流动。

如图所示，阀塞32能滑动地设置在阀笼28内，使得阀笼28的内部柱状表面42引导阀塞32的管状构件34的外部柱状表面40。因此，阀笼28例如协助保持控制元件26相对于阀体12的对准。利用设置在阀笼28的外部环形凹部54内的诸如O形环密封件的第一环形密封件52在阀笼28和阀体12之间形成第一流体密封。利用设置在阀笼28的内部环形凹部53内的诸如O形环密封件的第二环形密封件51在阀笼28和阀塞32之间形成第二流体密封。

阀帽16也协助保持控制元件26的对准。具体来说，如图所示，阀帽16包括限定通孔48的主体46。通孔48能滑动地容纳控制元件26的阀杆30。阀帽16可以借助凸缘50或者促动器阀帽的一部分固紧到阀体12，所述促动器阀帽的所述一部分可以螺合地接收阀体12内的紧固件(未示出)。阀帽16的当前公开的实施方式的主体46包括基本上为抛物线的横截面形状，所述横截面形状用来沿着上述流动路径P1、P2任一条来引导流体的流动。

应该理解，文中描述的平衡阀内件组件14和阀帽16的具体实施方式仅仅作为示例，并且替代实施方式能够包括替代的部件。例如，在一种替代实施方式中，阀帽16和/或控制元件26能够类似于2006年9月5日提交的题为“用于三通阀的抛物线形阀帽”的共同拥有的美国专利申请No.11/470,029中所公开的阀帽和/或控制元件中的一个或多个，上述美国专利申请的全文通过引用而明确包含在本文中。

现在参照图2和2A，将描述本发明当前公开的实施方式的阀体12。图2描绘了图1所示的阀体12，其中去掉了阀内件组件14和阀帽16。

如上所述，阀体12包括第一端口18、第二端口20、第三端口22和喉管24。此外，阀体12包括在第一端口18和喉管24之间延伸的第一导管18a、在第二端口20和喉管24之间延伸的第二导管20a、和在第三端口22和喉管24之间延伸的第三导管22a。第一至第三导管18a、20a、22a中的每一个包括允许流体流过阀体12的通道。

如图2A所示，喉管24包括类似于偏心卵形的横截面。为了描述方便，喉管24包括后壁部分54以及限定开口58的相对的第一侧壁部分56a和第二侧壁部分56b。此外，如图2所示，喉管24包括上壁部分60和下壁部分62。上壁部分60设置在喉管24和第三导管22a之间。下壁部分62设置在喉管24和第二导管22a之间。这样配置时，喉管24限定了喉管腔64。喉管腔64被限定为在后壁部分54、侧壁部分56a、56b、开口58、顶壁部分60和底壁部分62之间的空间。因此，在阀体12的所公开实施方式中，喉管腔64是带有上述偏心卵形横截面、具有中轴线A的柱状或大致柱状的空间。文中使用的柱体或柱状空间能够包括任何几何形状，并不一定局限于圆柱体、直柱体或者具有任何特定横截面的柱体。因此，在替代实施方式中，喉管腔64能够具有不同于偏心卵形的横截面，诸如圆形、椭圆形或其他形状。

仍然如图2和2A所示，阀体12的所公开的实施方式的喉管24进一步包括后肋66和一对侧肋68a、68b。后肋66设置在喉管24的后壁部分54上。第一侧肋68a设置在喉管24的第一侧壁部分56a上，而第二侧肋68b设置在喉管24的第二侧壁部分56b上。在所公开的实施方式中，第一侧肋68a和第二侧肋68b被设置成到喉管中的开口58比到后肋66近。例如，在所公开的实施方式中，第一侧肋68a和第二侧肋68b被设置成距后肋66的距离为第一距离D1，而距开口58的距离为第二距离D2，其中第一距离D1大于第二距离D2，如图2A所示。

后肋66和侧肋68a、68b分别包括延长肋，所述延长肋基本上平行于喉管腔64的中轴线A并且大致朝向中轴线A延伸到喉管腔64内而设置。后肋66包括大致凸的横截面。侧肋68a、68b分别包括大致三角形的横截面。具体来说，在所公开的实施方式中，每个侧肋68a、68b包括第一侧表面70a、第二侧表面70b和顶点70c。在所公开的实施方式中，侧肋68a、68b的第一侧表面70a和第二侧表面70b分别包括凹的横截面，这种凹的横截面也能称为型面，而顶点70c包括凸的横截面，这种凸的横截面也能称为型面。

在操作过程中，图1所示的阀10容纳沿着流动路径P1流动的汇流流体，或者沿着流动路径P2流动的分流流体。在任何一种配置中，阀内件组件14的控制元件26能够在第一支座位置和第二支座位置之间移动，在所述第一支座位置，管状构件34的第一端34a密封地接合下阀座44，而在所述第二支座位置，管状构件34的第二端34b密封地接合在阀帽16的主体46上形成的第二阀座47。在操作过程中，控制元件26能够保持在位于第一支座位置和第二支座位置之间的位置。虽然如此，通过阀体12行进的流体必须经过由喉管24限定的喉管腔64。随着流体进入喉管腔64，与流体通过阀10行进的压力所耦合的喉管腔64的柱状几何形状能够使得流体围绕中轴线A循环。这种循环能够通过限制所述阀的流量而影响所述阀的流动效率。应该理解，类似于层流，所述循环流动可以在流体流动腔中形成流体边界区域，这种流体边界区域可以显著抑制流体流动腔中的最大流体流，从而降低流量并因此降低流动效率。

但是，在图1和2以及2A中所公开的阀体12的实施方式中，流体循环被后肋66和侧肋68a、68b转向或扰乱。例如，随着流体进入喉管腔64，流体自然地开始循环，但是这种循环却被肋66、68a、68b中断，并且流体被重新引向中轴线A并朝向其最终目的地离开喉管腔64。由后肋66和侧肋68a形成的湍流显著消除了喉管腔64内的循环流动。因此，根据上述内容构造的阀体12能够有利地扰乱通过阀体12的流体流，从而减少喉管腔64内的循环流动，并提高阀10的总体效率。

虽然到目前为止将阀体12的喉管24描述为即包括后肋66又包括侧肋68a、68b，但是阀体12的替代实施方式能够仅包括后肋66，或者仅包括侧肋68a、68b之一或两者。本领域技术人员能够理解，这种流动转向件可以铸造在阀体中，或者通过使用插件、机加工和焊接等二次操作包括在阀体中。

虽然到目前为止公开了阀体12配备有图1所示的平衡阀内件组件14和阀帽16，但是文中公开的阀体12的另一方面在于，所述阀体可以等同地配备有不平衡阀内件组件。

例如，图3例示了替代的阀100，所述阀100包括与图1所示相同的阀体12，但是配备有不平衡阀内件组件114和阀帽116。例如，在阀100用于汇流应用时，第二端口20和第三端口22可以为入口端口，而第一端口18可以为出口端口。用于这种应用的汇流流动路径在图3中以附图标记P1示出。替代地，在阀100用于分流应用时，第一端口18为唯一的入口端口，而第二端口20和第三端口22都为出口端口。用于侧部端口共用应用的分流流动路径在图3中以附图标记P2示出。所公开的实施方式将三通阀100限定为“侧部端口共用”阀。

应该理解，阀体12在底部端口共用阀中容纳平衡阀内件组件和在侧部端口共用阀中容纳不平衡阀内件组件的能力大大提高了阀体12的通用性，因为与不得不还要更换阀体12相对比，消费者简单地通过更换阀内件组件就能够将现有的阀从一种切换到另一种。更换整个阀体12可能成本高昂并且耗费时间，因为阀体通常固紧在流体过程控制系统中，并且不容易拆卸和运输。

仍然参照图3，不平衡阀内件组件114一般包括控制元件126和座圈128。座圈128固定在阀体12的喉管24中，并且限定开口138和支座表面129。控制元件126包括阀杆130和阀塞132。阀塞132包括端盖134和管状构件136。端盖134是实心端盖，并且限定上表面134a和底表面134b。如图3所示，端盖134的所公开实施方式的上表面134a包括大致抛物线形的横截面。管状构件136从端盖134的底表面134b延伸，并延伸穿过座圈128内的开口138。此外，在阀塞132的所公开实施方式中，管状构件134限定多个窗口140和中部凸起142。窗口140允许流体流过管状构件134。凸起142引导流体流过管状构件134。在一种实施方式中，控制元件126能够包括2006年4月18日授权的题为“裙部导引的球阀”的共同拥有的美国专利No.7,028,712或者2006年8月31日提交的题为“端口导引的球阀的改进流动”的共同拥有的美国专利申请No.11/469,047中公开的控制元件中的一种，上述两份专利文件的全文通过引用而明确包含在本文中。

仍然参照图3，阀100的阀帽116例如利用凸缘150夹紧到阀体12上，并且包括延伸到阀体12内的阀笼部分144。阀帽116的阀笼部分144大致为柱状并限定了允许流体通过的多个窗口146。此外，阀笼部分144包括底表面148。所公开实施方式的底表面148大致为环圈状并限定支座表面152。

在阀100的部件如上所述配置的情况下，控制元件在阀体12内能够在第一支座位置和第二支座位置之间移动，在所述第一支座位置，阀塞126的端盖134的底表面134b密封地接合座圈128的支座表面129，而在所述第二支座位置，阀塞126的端盖134的上表面134a密封地接合阀帽116的阀笼部分144上的支座表面152。

因此，如以上参照图1、2和2A所示的实施方式所述，在操作过程中，包括阀体12的阀100通过采用后肋66和侧肋68a、68b来中断喉管腔64内的流体循环，优化了流体汇合到阀100内或从阀100分流的效率。

此外，如图3和4所示，所公开的阀帽116的阀笼部分144包括从其底表面148延伸并延伸到喉管腔64中的凸起154。所述凸起154包括大致环形的凸起，所述环形凸起也可以称为沿着喉管腔64的中轴线A定心的环圈状凸起。凸起154包括内表面154a和外表面154b。所公开实施方式的外表面154b基本上垂直于所述阀帽116的阀笼部分144的底表面148延伸。内表面154a大致为柱状，并相对于阀帽116的阀笼部分144的底表面148以夹角α延伸。夹角α将内表面154a限定为背离阀帽116的阀笼部分144的底表面148的大致锥台表面。内表面154a的这种几何形状通过作为例如用于流体的转向件而能够协助流体流入和流出阀帽116的阀笼部分144，否则所述流体可能趋向于在阀体12的喉管腔64内循环。

因此，图3和4中描绘的凸起154有效减小了喉管腔64的体积，从而减小了能在其中循环的流体体积。因此，凸起154单独或与后肋66和/或侧肋68a、68b中至少一个结合进一步提高阀100的效率。

图5描绘了与图3中所示的阀100一起使用的阀帽216的替代实施方式。阀帽216包括与参照图3和4描述的阀笼部分144大致相同的阀笼部分244，但是代替单个环形凸起154，图5中的阀帽216包括多个围绕阀笼部分244的底表面248周向地隔开的凸起254a-254e，所述多个凸起254a-254e从阀笼部分244的底表面248延伸并延伸到阀体12的喉管腔64中。类似于上述环圈状凸起154，多个凸起254a-254e中的每一个包括内表面256和外表面258。外表面258为部分柱状，并且基本上垂直于阀笼部分244的底表面248设置。内表面256也是部分柱状，并且从阀笼部分244的底表面248以夹角β延伸。

因此，与前述环圈状凸起154类似，多个凸起254a-254e减小了喉管腔64的体积，从而减小了可能趋向于在喉管腔64内循环的流体的体积，这能够提高流体流过阀100的效率。但是，此外，因为多个凸起254a-254e围绕阀笼部分244的底表面248周向地隔开，所以凸起254a-254e也能够中断在喉管腔64内循环的任何流体的循环。因此，凸起254a-254e能够补充上述后肋66和侧肋68a、68b的作用，或者能够独立于后肋66和侧肋68a、68b而发挥作用。

根据前述内容，应该理解，文中所提供的实施方式和描述内容仅仅是本发明的示例，目的并不是限制本发明的范围。相反，本发明的范围由权利要求书来限定，并且目的在于由此保护落入权利要求书的精神和范围内的全部主题内容。

Claims (24)

1.一种限定流体流动路径的三通阀体，包括：

第一端口、第二端口和第三端口，每个端口与所述流动路径流体连通；

喉管，所述喉管设置在所述第一至第三端口中的每一个之间并与所述第一至第三端口中的每一个流体连通，所述喉管包括一对相对的侧壁部分、后壁部分和与所述后壁部分相对设置的开口，所述喉管限定沿着中轴线设置的大致柱状的喉管腔；和

至少一个流动转向件，所述至少一个流动转向件由所述阀体承载并延伸到所述喉管腔中以中断流体在所述喉管腔中沿着所述流动路径的流动，所述至少一个流动转向件包括第二流动转向件，所述第二流动转向件包括一个第二肋或一对第二肋，每个第二肋由所述喉管的所述相对的侧壁部分之一承载并基本上平行于所述喉管腔的所述中轴线设置。

2.如权利要求1所述的三通阀体，其中，所述至少一个流动转向件还包括：

第一流动转向件，所述第一流动转向件包括由所述喉管的所述后壁部分承载并基本上平行于所述喉管腔的所述中轴线设置的第一肋。

3.如权利要求2所述的三通阀体，其中，所述阀体包括所述第一流动转向件和所述第二流动转向件。

4.如权利要求3所述的三通阀体，其中，所述第二流动转向件的所述第二肋设置成距所述第一流动转向件的所述第一肋的距离为第一距离，且距所述喉管中的所述开口的距离为第二距离，所述第一距离大于所述第二距离。

5.如权利要求4所述的三通阀体，其中，所述第二流动转向件的每个所述第二肋包括大致三角形的横截面。

6.如权利要求4所述的三通阀体，其中，所述第二流动转向件的每个所述第二肋包括第一表面和与所述第一表面交于顶点的第二表面，所述第一表面和所述第二表面中的每一个包括凹表面。

7.如权利要求1所述的三通阀体，其中，所述阀体的所述喉管适于可互换地容纳：平衡阀内件组件以限定底部端口共用阀，和不平衡阀内件组件以限定侧部端口共用阀。

8.如权利要求1所述的三通阀体，其中，所述至少一个流动转向件提高所述三通阀体的流动效率。

9.一种三通流体流动控制装置，包括：

阀体，所述阀体限定流动路径以用于容纳汇流流体流或分流流体流其中之一；

控制元件，所述控制元件包括设置在所述阀体内的阀杆和阀塞，并且所述控制元件适于在第一支座位置和第二支座位置之间移动以控制流体沿着所述流动路径的流动；和

第一阀座，所述第一阀座被承载在所述阀体内并适于在所述控制元件处于所述第一支座位置时被所述控制元件的所述阀塞密封地接合，其中所述阀体包括：

第一端口、第二端口和第三端口，每个端口与所述流动路径流体连通；

喉管，所述喉管设置在所述第一至第三端口中的每一个之间并与所述第一至第三端口中的每一个流体连通，所述喉管包括一对相对的侧壁部分、后壁部分和与所述后壁部分相对设置的开口，所述喉管限定沿着中轴线设置的大致柱状的喉管腔，所述喉管腔至少部分地容纳所述控制元件；和

至少一个流动转向件，所述至少一个流动转向件由所述阀体承载并延伸到所述喉管腔中，以中断流体在所述喉管腔中沿着所述流动路径的流动，所述至少一个流动转向件从以下部件中选择：

一个或一对第二肋，每个第二肋由所述喉管的所述相对的侧壁部分之一承载并基本上平行于所述喉管腔的所述中轴线设置。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述至少一个流动转向件从以下部件构成的组中选择：所述一个或一对第二肋，以及第一肋，所述第一肋由所述喉管的所述后壁部分承载并且基本上平行于所述喉管腔的所述中轴线设置。

11.如权利要求9所述的装置，其中，所述至少一个流动转向件提高所述三通流体流动控制装置的流动效率。

12.如权利要求9所述的装置，其中，所述至少一个流动转向件包括第一肋和所述一对第二肋。

13.如权利要求12所述的装置，其中，所述第二肋设置成距所述第一肋的距离为第一距离，且距所述喉管中的所述开口的距离为第二距离，所述第一距离大于所述第二距离。

14.如权利要求13所述的装置，其中，每个所述第二肋包括大致三角形的横截面。

15.如权利要求13所述的装置，其中，每个所述第二肋包括第一表面和与所述第一表面交于顶点的第二表面，所述第一表面和所述第二表面中的每一个包括凹表面。

16.如权利要求9所述的装置，其中，所述阀塞包括平衡阀塞，所述平衡阀塞具有管状构件和将所述管状构件连接到所述阀杆的多个连接板。

17.如权利要求16所述的装置，进一步包括：

设置在所述阀体的所述喉管内的阀笼，所述阀笼承载所述第一阀座并能滑动地容纳所述阀塞；和

固定到所述阀体的阀帽，所述阀帽包括延伸到所述流动路径中的主体，所述主体具有抛物线形的横截面并限定外部表面，所述外部表面适于在所述控制元件处于打开位置时被所述控制元件密封地接合。

18.如权利要求9所述的装置，其中，所述阀塞包括不平衡阀塞，所述不平衡阀塞包括端盖和从所述端盖延伸的管状构件。

19.如权利要求18所述的装置，其中，所述阀塞的所述端盖包括抛物线形的横截面。

20.如权利要求18所述的装置，其中，所述管状构件包括多个窗口，所述多个窗口用于至少在所述阀塞处于所述第二支座位置时控制流体沿着所述流动路径的流动。

21.如权利要求18所述的装置，进一步包括：固定到所述阀体的阀帽，并且所述阀帽包括延伸到所述流动路径中的阀笼部分，所述阀笼部分限定内部柱状表面、多个与所述流动路径流体连通的窗口和相对于所述第一阀座设置在所述喉管腔对面的环圈状底表面，所述阀塞适于在所述控制元件处于所述第二支座位置时密封地接合所述阀笼部分的位于所述内部柱状表面和所述环圈状底表面之间的部分。

22.如权利要求21所述的装置，进一步包括：设置在所述阀帽的所述阀笼部分的环圈状底表面上的凸起，所述凸起延伸到所述喉管腔中以至少减小所述阀体的所述喉管腔的体积。

23.如权利要求22所述的装置，其中，所述凸起包括环形圈。

24.如权利要求22所述的装置，其中，所述凸起包括围绕所述环圈状底表面周向地隔开的多个凸起，所述多个凸起额外地用于扰乱流体沿着所述流动路径的流动。

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