CN1023031C - 一种管路压力调节器 - Google Patents

Abstract

一种管路压力调节器，消除了先有技术的进口压力波动会影响输出压力的改变这一缺点，整个机构由可调压弹簧顶着同轴的三阀及两腔组成，第一阀和第二阀用来控制由入口来的第一腔的流体进入第二腔的多少，第三阀用来控制由第二腔流出出口的流体量。当入口压力为零时，弹簧把同轴的三阀门压成第三阀封闭，第一、二两阀开放。当入口有压力时，由第一腔进入第二腔的液压抵消弹簧力而使轴上升，使第三阀开放而第一、二阀进入控制状态。

Description

本发明涉及一种用于流体管路的管路压力调节器，可将来自高压源的流体，在有控制的减压下进行输送，无论输入压力如何而输出压力基本恒定。

发明的管路压力调节器特别相关的领域是杀虫剂喷雾和灌溉的领域。应用于杀虫剂喷雾和灌溉的设备，多数采用了膜片式节制阀、溢流阀、止回阀以及减压阀，以控制对喷嘴的供料。

在这一方面，膜片式节制阀是用来防止在泵停止运转后有害的杀虫剂的滴漏。操作者需要更换喷嘴，或者防止对庄稼的不必要的滴漏。溢流阀对喷嘴的输送压力提供了上限，但不能影响其下限，因此，实际上并不提供任何的压力控制。

此外，减压阀通过节流成比例地减小对喷嘴的供应压力。但是，减压阀的输出对输入压力的变化起反应，因此，它同样不控制压力。最后，止回阀通常是用来防止对系统的回流，尤其是当喷雾或灌溉是由饮用水源来提供的场合。

本发明的目的是提供一种管路压力调节器，无论输入压力如何可使输出压力基本恒定，这种管路压力调节器可在单一的简单装置中的通常是单向阀中将压力调节与低压断流相结合。

根据本发明一种管路压力调节器，包括一个具有进口和出口的壳体，所述壳体设有一个通向进口的第一腔，该第一腔设有一对通向第二腔的基本上相对的孔口，所述第二腔具有一个通向出口的第三孔口，一个安放在第一和第二腔中并可在该一对孔口中移动的轴向支承元件，该支承元件支承有一对阀件，每个阀件各与一对孔口中的一个孔口相关 联，支承元件可在第一和第二腔中移动，以改变一对阀件与一对孔口的接近程度，所述支承元件在一端上还支承有一个与第三孔口相关联的第三阀件，所述支承元件被偏压向一个端部位置，在该位置该对孔口被打开，而第三孔口被关闭，所述支承元件在第二腔中的另一端上还支承有一个压力表面，从而由第二腔中的流体压力施加在支承元件上的力，抵抗作用在支承元件上的偏压力，将支承元件从其端部位置迅速地移至一个调节位置，在该位置，该对阀件移近其相应的孔口，从而根据作用在进口上的流体压力来改变该两孔口的开启程度。

参看下面关于两个具体方案的叙述，对发明便可较全面了解，叙述与附图对照，其内容如下：

图1为第一实施方案中管路压力调节器关闭状态时的剖视图;

图2为图1中压力调节器局部开放状态时的剖视图;

图3为支承元件位于图2所示压力调节器的壳中时的放大剖视图;

图4为第二实施方案中压力调节器的剖视图;

图5为各实施例的示意表示图。

图1，2，及3所示管路压力调节器11，用于将流体从一个输送压力可能变化的高压流体源，在基本恒压下向一个喷嘴10输送。管路压力调节器11有基本为管形的壳体12，壳体在侧壁的中间位置上设一进口13，与设置在管形主体12中的第一腔14接通。第一腔14的与管形主体12的两端相对的对壁上，分别形成第一及第二孔15及16。第一孔15通入第一腔14一侧的第二腔18的一侧，又接通设在管形主体12一端上的出口17，而第二孔16通入第一腔14另侧的第二腔的另侧。第二腔18的两侧由流体通道19接通，通道19在第二腔18的两侧间作约束相当少的连接。第二腔通过第三孔24接通出口17。

一个塞杆形的支承元件20放在管形主体12中，可通过孔15及16轴向 滑动。支承元件20支持三个一组的分别与第一、第二、第三孔15、16及24相关的阀件21、22及23。第一及第二阀的尺寸使之可分别在第一及第二孔15及16中滑动，而有非常紧的公差。

第一及第二孔15及16的表面有凹槽，如图3，槽31的深度随与第一腔14的距离增大而增加。在第一孔15中凹槽从与第一腔14有纵向距离的位置开始，在第二孔16中，凹槽从第二孔16通入第一腔14的入口开始。凹槽可作泄放以减低流体阻力，但更主要的是为了引导支承元件20。支承元件20的邻近出口17的端部支持第三阀件23，当支承元件20处在一个端部位置，将管路调节器关闭时，第三阀件23和设在第三孔24中的阀座作密封接触。

支承元件20的另端伸入第二腔18的另侧，并设扩大的圆盘形头部用来与可压扁的闭合件26连接，闭合件26在头部边缘和设在管形体12另端的堵头件27之间伸展。一个压缩弹簧28在可压扁闭合件26中，设在扩大头部25的远离另一孔16的表面和堵头27之间。堵头27设有抵靠压缩弹簧的与堵头27相邻的端部的螺柱29。螺柱29进入堵头27的部分用于改变弹簧28在支承元件20上施力的大小。支承元件的与扩大头部25相邻的一个部分上，形成一个大直径的杆部30，当支承元件20达到一个端部位置，在此位置第三阀件23与第三孔接触时，杆部30在另一孔16的槽31中紧密滑动。在关闭状态中，第一阀件21与孔15的出口侧相邻但有间隙，而第二阀件22在第一腔14中并与另孔16离开。至少由于凹槽31的存在，阀件21与22和大直径杆30与相应的孔15及16非密封接触，于是在和相应孔完全接触时，仍可能有些流体在其间流过。

没有流体压力施加在进口13上时，压力不足以克服弹簧28的偏压力，如图1所示，而弹簧的偏压力可保证第三阀件23与第三孔24接触而关闭管路调节器，防止任何通过管路调节器的流动。在进口13上加足够流体压力时，如图2所示，使流体压力可自由通过第一孔15和通道19进 入辅助腔18，从而在与第二孔16相邻的扩大头部件25的轴向表面上施加与弹簧28偏压力相反的力。当反作用压力大于弹簧28的偏压力时，支承元件20被在管形主体12中向堵头件27轴向推动，于是第三阀件23与第三孔24分离，流入出口的流体造成的背压大于第三阀件23与第三孔24分离前出口上存在的背压。由于第三阀件23两侧平衡压力，在支承元件上造成的离开出口方向的净增力，使支承元件20迅速离开端部位置而达到第二压力控制位置，使阀件21及22分别与孔15及16接触而限制第一腔14向第二腔18的流量。通道19保证第二腔18两侧有很小的压力差。第二腔18的第一及第二孔出口侧的压力，受到第一及第二阀21及22与第一及第二孔15及16的接近程度的节制。如果出口中的压力增高，则接近程度增大，从而增强节制。于是无论输入压力如何，这出口压力受控制而基本保持恒定。

一旦输送开始，第一及第二阀件21及22便分别与孔15及16接近，减小在进口上施加的流体压力向第二腔18的传递。对进口13施加最大流体压力时，第一及第二阀件21及22与各自的孔15及16完全接合，从而流体仅从凹槽和相应阀件与孔之间的间隙通过各孔。

第一实施方案的数值可如图5所示那样示意表示。当管路压力调节器关闭时，如图2，弹簧28的力（Fs）可表示如下：

Fs＝F₂-F₃+F₁-F₁式中 F＝力

＝F₂-F₃P＝压力

＝（P₂-PA）·A-（P₂-P₃）·A₃A＝面积

＝P₂·A₂-（P₂-P₃）·A₃

（PA＝0时测得的压力P₁、P₂及P₃高于大气压）

标为21及22的第一及第二阀的截面积同为A时，输入压力P₁在两阀上产生的平衡力为F₁，扩大头部25的截面积A₂大于第三阀件23的截面积A₃。分别加在扩大头部25及第三阀件23上的力F₂及F₃的力差由弹簧的施 力Fs平衡。

在无流体通过状态下，第三阀件23将第三孔24关闭，因而第一及第二阀件21及22无节流，因此：

P₁＝P₂

P₃＝0

在此压力状态下阀件关闭，而开阀力与弹簧压力平衡。

Fs＝P₂·（A₂-A₃），且

Fs＝K·x

k＝弹簧常数

x＝初始偏移。

加在扩大头部25上的力差（F₂-F₃）刚超过弹簧28的阻力Fs时，第三阀件23与第三孔24分离。

从此可见弹簧28的强度，决定将管路调节器开放时要求的进口压力P₁的数值。

当管路调节器开放，有流体通过出口17，而流体产生的背压P₃大于大气压，

即：Fs＝P₂·A₂-（P₂-P₃）·A₃

＝P₂·A₂-P₂·A₃+P₃·A₃。

假设通过第三阀件22的损失小，并随第三阀件离开第三孔24而减小，便可设

P₃＝P₂

因此开阀力与压力平衡。

Fs＝P₂·A₂。

因此，一旦输送开始，产生背压P₃，且出口17压力高于大气压，则将第三阀升离阀座的净力迅速增大，造成支承元件20迅速向控制位置移动，从而第一阀件及第二阀件21及22接触第一及第二孔15及16，使进口 14及第二腔间有节流，产生P₁及P₂的压差。于是阀的振动即使不能消灭也至少可减小。由于支承元件20的移动将弹簧28压缩，弹簧28施力Fs的略为增加，与背压P₃产生的力F₃比较起来是很微小的。

此外，保持第三阀件开放要求的压力小于将第三阀件离开关闭状态要求的压力。

支承元件再平衡的状态，是保持第二腔中压力处于弹簧施力Fs正好平衡的状态。假如第二腔中的压力P₂继续增高，则支承元件被推动，使第一及第二阀件21及22分别更靠近第一及第二孔15及16，进一步节制进口腔14及第二腔18间的流量，从而相对于P₁减小P₂。

假如进口压力P₁低（即与P₂接近相等），则第一及第二阀件15及16的节流少，流体阻力也小。假使进口压力P₁比第二腔18中的压力P₂大很多，则第一及第二阀件15及16的节流也增加。为控制第二腔中的压力P₂改变节流量时，要求将轴杆作最小量的移动，仅使弹簧28的施力Fs有微小的差别。这意味进口压力高时，比进口压力低时对压力有较大的调节，但在实践中，发现调节程度的差别可忽略不计。

当进口压力P₁下降至0，低于第二腔的最小控制压力P₂时，则出口的背压P₃相应下降。

因此Fs＝P₂·A₃。

这时对通过第一及第二孔的节流不大，使第三阀件23向第三孔24移动，形成通过第三孔24的节流即Fs＝P₂·A₂-P₂·A₃+P₃·A₃。由于弹簧28松弛，施力Fs和加在扩大头部25上的力差（F₂-F₃）比较，变化极小，因为由于第三阀件23在第三孔24上的节流增加，出口上产生的反压P₃减低，管路调节器便迅速而有效关闭。

由于Fs＝K·x

k的值越小，则支承元件在调节位置与端部位置之间的行程中，弹簧28施力Fs的变化也越小，

Fs＝P₂·A₂控制

Fs＝P₂·A₂-P₂A₃+P₃·A₃接近关闭状态

该两位置之间的力差可表示为△Fs＝（P₂-P₃）·A₃

假使因为弹簧通过动作的施力Fs变化很小，第三阀件23产生的节流量小，于是由于第二腔中的压力P₂下降到略低于控制压力，便使第三孔24迅速而有效地关闭。

图4中的第二方案与第一方案形式相似，仅将第一方案的可压缩闭合件26的扩大头部和支承元件20，改变为一个软性膜125，可用弹性橡胶制造，用一个中心凸台132支持，套在支承元件20的与管形主体12另端相邻的端部上，容纳弹簧28的最内端。此外，管形主体由两部组成，而孔15及16设在一个管形元件133上，管形元件由一对设在腔13壁部上的在轴向上相对的孔在轴向上支持，从而管形元件133上形成轴向延伸件134及135，在孔的两侧上支持支承元件作滑动，第一方案中的泄放槽31用管形元件133上孔136代替。

应理解，本发明的范围不应受限于上述实施方案的特定范围。

Claims (3)

1、一种管路压力调节器，包括一个具有进口和出口的壳体，其特征在于，所述壳体设有一个通向进口的第一腔，该第一腔设有一对通向第二腔的基本上相对的孔口，所述第二腔具有一个通向出口的第三孔口，一个安放在第一和第二腔中并可在该一对孔口中移动的轴向支承元件，该支承元件支承有一对阀件，每个阀件各与一对孔口中的一个孔口相关联，支承元件可在第一和第二腔中移动，以改变一对阀件与一对孔口的接近程度，所述支承元件在一端上还支承有一个与第三孔口相关联的第三阀件，所述支承元件被偏压向一个端部位置，在该位置该对孔口被打开，而第三孔口被关闭，所述支承元件在第二腔中的另一端上还支承有一个压力表面，从而由第二腔中的流体压力施加在支承元件上的力，抵抗作用在支承元件上的偏压力，将支承元件从其端部位置迅速地移至一个调节位置，在该位置，该对阀件移近其相应的孔口，从而根据作用在进口上的流体压力来改变该两孔口的开启程度。

2、根据权利要求1所述的管路压力调节器，其特征在于支承元件的端部位置与调节位置在轴向上有间距，因此当支承元件在调节位置时，第三阀件与第三孔口之间有间隙，使通过第三孔口的流体基本上无节流。

3、根据权利要求1所述的管路压力调节器，其特征在于偏压力可变化。

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