CN102439337A - 具有偏离孔的阀 - Google Patents

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Abstract

阀具有阀本体，该阀本体具有进孔、出孔以及偏移部，且该出孔与该进孔流体连通，而偏移部形成在进孔和出孔之间。该阀板在进孔和出孔的接合部处、与阀本体可转动地联接。阀板的至少一部分与偏离部形成密封。一种制造阀的方法包括：提供阀本体；在阀本体的第一侧中提供第一孔；以及在阀本体的第二侧中提供第二孔，且使该第二孔与第一孔流体连通。该方法还包括在第一孔和第二孔之间提供偏移部，以及在第一孔和第二孔的接合部处提供阀板，以选择性地控制第一孔和第二孔之间的流体流。

Description

具有偏离孔的阀
背景技术
节流板类型的阀意图对诸如内燃机之类的流体供给系统中的流体进行计量供给。节流阀可计量供给从气态到液态范围中的流体或者气态液态的混合物。通常的节流阀具有蝶形阀，该蝶形阀具有计量供给低压或高压流体的节流板。
发明内容
描述一种阀。在至少一个实施例中，阀具有阀本体，该阀本体具有进孔、出孔以及偏移部，且该出孔与该进孔流体连通，而偏移部形成在进孔和出孔之间。该阀板在进孔和出孔的接合部处、与阀本体可转动地联接。阀板的至少一部分与偏离部形成密封。
在另一实施例中，提供一种制造阀的方法。该方法包括提供阀本体；在阀本体的第一侧中提供第一孔；以及在阀本体的第二侧中提供第二孔，且使该第二孔与第一孔流体连通。该方法还包括在第一孔和第二孔之间提供偏移部，以及在第一孔和第二孔的接合部处提供阀板，以选择性地控制第一孔和第二孔之间的流体流。
附图说明
为了便于更完整地理解示例实施例，现在参见附图。这些附图不应被认为是限制性的，而仅仅是示例性的。
图1是具有周缘密封的现有技术节流阀的视图。
图2是具有周缘密封的现有技术节流阀的视图。
图3是具有斜角密封的现有技术节流阀的视图。
图4是具有斜角密封的现有技术节流阀的视图。
图5是根据本文所描述一示例实施例的阀的视图。
图6是根据本文所描述的一示例实施例的阀本体的剖视图。
图7是根据本文所描述的一示例实施例的阀的立体图。
图8是根据本文所描述一示例实施例的阀的视图。
图9是根据本文所描述的一示例实施例的板组件的立体图。
图10是根据本文所描述的一示例实施例的阀本体的剖视图。
具体实施方式
以下说明意图通过提供涉及诸如节流阀之类阀的多个特定实施例和细节来传达对于这些实施例的完整理解。然而，应理解的是，本发明并不局限于这些仅仅是示例性的特定实施例和细节。还应理解的是，鉴于已知的装置、系统以及方法，本领域的普通技术人员会理解在任何数量的替代实施例中、本发明为实现其预期目的的使用以及益处。
已有一些传统的节流板密封设计被用来在阀处于关闭位置时、控制节流阀中的阀泄漏。参见图1和2，第一设计是一种在节流板100a和孔200a之间具有周缘密封的设计，通常在节流板100a和孔200a的内表面之间具有最小的间隙。弹性密封件300a能可选地设在节流板100a和孔200a的表面之间。周缘密封、尤其是金属与金属的密封需要非常致密的制造公差，以降低由于热膨胀和/或公差堆积而产生的粘结可能性。弹性密封件可提供改进的密封，但一些弹性体存在流体和热量兼容性问题。
参见图3和图4，第二种传统的节流阀设计是一种在节流板100b和孔200b的内表面之间具有斜角接触密封。弹性密封件300b能可选地设在节流板100b和孔200b之间。斜角密封、尤其是金属与金属的密封减小板的转动角，从而产生不良的限流作用。
与传统的节流阀相比，各种示例实施例的节流阀可提供改进的密封和泄漏。一般来说，各种示例实施例的节流阀通常具有本体、中心孔以及板组件，中心孔通过本体并且提供流体进口和流体出口，而板组件位于中心孔内以选择性地计量供给流体流。中心孔具有与第二孔部分偏移的第一孔部分，藉此节流板与第一孔部分和/或第二孔部分的偏移部分形成面密封。
除了改进泄漏性能以外，示例的节流阀可增大尺寸公差，从而可使得节流阀较不会受到由于来自废气的污染物或冷凝物所导致的粘连影响。还能以较低的成本来制造示例实施例的节流阀，且对于节流板来说可需要较不复杂的机加工工艺。虽然本文参见节流阀来描述示例实施例，但应理解的是，该阀可用于在任何合适的应用中控制流体流动。
参见图5、6和7，示例节流阀500具有本体510。本体510可由任何合适的材料制成，例如铝、铸铁、不锈钢、塑性材料等等。本体510可以是单体，或者可由多个部分所形成，且这些部分以其它方式连结在一起。
在一示例实施例中，通过本体510设有至少一个中心孔600，从而在本体510中提供流体进口520和流体出口530。虽然本文可参见单个中心孔600来描述各种实施例，应理解的是本体510可具有串联或并联的多个孔。例如，参见图7，在一示例实施例中，本体510可具有两个并联的中心孔600。
在各种示例实施例中，中心孔600具有第一孔部分610和第二孔部分620，且这两个孔部分彼此选择性地流体连通。第一孔部分610可位于本体510的流体进口侧或者流体出口侧，并且具有大体沿第一方向延伸的第一中心线612以及大体限定该第一孔部分610的内周的第一内表面614。第二孔部分620可位于本体510的流体进口侧或者流体出口侧(与第一孔部分610相对)，并且具有大体沿第二方向延伸的第一中心线622以及大体限定该第二孔部分620的内周的第二内表面624。第一孔部分610和第二孔部分620在相交部630处相接，从而在它们之间提供孔口632。
在示例实施例中，第一孔部分610和第二孔部分620可彼此偏移。本文所使用的“偏移”可指第一中心线612与第二中心线622偏移，和/或第一内表面614的至少一部分与第二内表面624偏移。第一和第二孔部分的偏移在两个偏移孔部分的相交部630处提供面密封表面。例如，参见图6，示例中心孔600具有第一孔部分610和第二孔部分620，且该第一孔部分和第二孔部分关于它们的相应中心线612、622以及它们的相应内表面614、624偏移，从而在两个偏移孔部分的相交部处提供第一面密封表面616和第二面密封表面626。
在示例实施例中，两个孔的偏移距离可在从约0.001英寸到轴的整个直径的范围内。将偏移距离限定至轴的直径可简化节流板组件700和本体510的机加工和组装。在偏移距离大于轴的直径的情形下，节流阀500可具有两件式节流板710和/或两件式本体510，并且会涉及复杂的孔的机加工并产生过大的流体湍流。在一较佳实施例中，偏移可以是约0.124英寸。
在一示例实施例中，第一孔部分610可以与第二孔部分620具有相同的尺寸。在其它实施例中，第一孔部分610和第二孔部分620可具有不同的尺寸。例如，参见图10，本体510可具有带有第一直径的第一孔部分610以及带有第二直径的第二孔部分620，且第二直径小于第一孔部分610的直径。在第一孔部分610和第二孔部分620具有不同的尺寸的示例实施例中，这些孔可偏移成使得第一孔部分610的内表面614的一部分与第二孔部分620的内表面624的一部分对准，而相应内表面614、624的相对部分偏移，从而提供第一面密封表面616。
在各种示例实施例中，第一孔部分610和第二孔部分620可具有任何合适的横截面形状。例如，第一孔部分610和/或第二孔部分620可具有一定的横截面，该横截面是圆形、椭圆形、多边形、心形、肾形、蛋形或者适合于提供通过中心孔600的预定流体流动的任何形状。
在示例实施例中，节流板组件700可转动地与本体510联接，使得节流板710大约位于第一孔部分610和第二孔部分620之间的相交部630处。参见图9，示例节流板组件700可具有节流板710和轴720。轴720可以与节流板710成一体，或者这两个部分可单独地形成并且以其它方式连结在一起。例如，轴720可具有槽(未示出)，节流板710可通过该槽插入并且紧固于该轴720。在一示例实施例中，轴720可插到本体510中，从而该轴沿大体垂直于第一孔中心线612和第二孔中心线622中的一个或两个的方向延伸。例如，本体510可具有延伸通过该本体的轴孔540，该轴孔540构造成接纳节流板组件700的轴720。轴孔540可延伸通过本体510的外表面，使得可从本体510的外部接近该轴孔。
在示例实施例中，如本文所述，节流板710可具有使其能在中心孔600内转动的任何合适形状，并且提供与中心孔600各部分的密封。节流板组件700或它的任何部分可由任何合适的材料制成，例如铝、铸铁、不锈钢、塑性材料等等。节流板710可根据需要或要求具有各种其它轮廓或装置，以提供结构或流体流动特征。例如，节流板710可具有小孔，以在节流板710处于关闭位置时、提供校准漏孔。
在各种实施例中，轴720座落在本体510中，使得节流板710可在打开位置和关闭位置(基本上没有流体流动)之间绕轴720的轴线转动。在关闭位置，节流板710与第一面密封部分616和第二面密封部分626形成面密封。例如，参见图5，节流板710可具有第一颊板712和第二颊板714，在节流板处于关闭位置时，这两个颊板分别与第一面密封部分616和第二面密封部分626接触。在节流板710朝其打开位置转动时，第一颊板712朝向第一孔部分610的中心线枢转，而第二颊板朝向第二孔部分620的中心线枢转。
在一些实施例中，节流板710可在一侧上形成面密封，而在另一侧上形成周缘密封，例如在第一孔610和第二孔610的内表面的至少一部分对准的情形下(例如，图10所示的实施例)。
在各种实施例中，节流板组件700的轴720可围绕节流板710的中心线而设置。在其它实施例中，轴720可相对节流板710的中心线偏移。在各种实施例中，轴720可与本体510联接成使得该轴720设置在两个孔之间的孔口632的大致中心线处。应相信当轴720相对于孔口632定中心时，压力大体绕轴线720平衡。在其它实施例中，轴720可相对于孔口632偏移。应相信偏心轴720会产生能将节流板选择性地朝向打开或关闭位置而偏置的偏心力。
在各种实施例中，节流板710可具有平坦形状，或者该节流板可具有凹形或凸形。例如，第一颊板712和第二颊板714可绕轴720形成U形或V形。在示例实施例中，节流板710可具有对称的形状，或者该节流板可具有不对称的形状。在示例实施例中，节流板710可具有圆形、椭圆形、多边形、心形、肾形、蛋形或者适合于提供与第一孔部分610和/或第二孔部分620的密封的任何形状。在某些示例实施例中，节流板710可具有长菱形的形状。应相信具有长菱形形状的节流板710可改进节流板710的坚固性，并且还可改进围绕轴的流体流动。
在示例实施例中，节流阀500的致动可由任何合适的装置来实现。例如，示例阀可手动地、气动地、液压地或者电气地致动，并且可经由杠杆和推杆之类直接地联接、磁性地联接或驱动。在美国专利号7,591,245和美国专利号7,658,177(都题为“气阀及其使用方法(Air Valve and Method of Use)”)中描述了示例的阀和致动器，且在此以参见的方式引入这些申请的全文。
具有偏移孔构造的示例实施例中的阀500可提供优于传统的周缘阀和斜角接触阀的改进泄漏。在许多实施例中，围绕轴720的流体泄漏相当低，以至无需围绕轴720的附加密封。在一些实施例中，例如在高温应用中，可使用诸如迷宫式密封、弹簧激励轴向密封、径向密封环(活塞环)之类的附加轴密封装置，以进一步减少侧向泄漏。在一些实施例中，尤其是对于低于3000C的应用来说，可使用弹簧或弹性体激励Teflon基轴密封件，以减小由轴所产生的侧向泄漏。
在各种示例实施例中，孔600和节流板组件700中的一个或多个可加工成使得在节流板710转动时通过阀500的动态流体流动优化。例如，参见图8，第一孔610和/或第二孔620可在节流板的边缘附近具有至少一个有特定轮廓的表面。在节流板720一开始从其关闭位置朝向打开位置转动时、例如转动约初始20度时，节流板720的边缘和孔的内表面614或624之间的间隙基本上保持恒定或者仅仅略微改变，从而限制围绕节流板的流体流动。在一示例实施例中，轮廓可构造成具有圆形型面，对于节流板710的一定范围的转动、这可不提供流动或者提供恒定的流动。在另一示例实施例中，轮廓可构造成具有抛物线型面，以在节流板710的一定范围转动中、提供精确的流量调节。
在示例实施例中，可提供一种制造具有偏移孔的节流阀500的方法。根据该方法，可通过提供本体510、提供位于本体510的第一侧512中的第一孔部分610并且提供位于本体510的第二侧514中的第二孔部分620来制造节流阀500。第二孔620构造成相邻第一孔610的端部终止，使得该第二孔620与第一孔610流体连通。第一孔610和第二孔620彼此偏移。
在一示例实施例中，可通过任何合适的装置来提供本体510。例如，本体510可包括一个或多个铸造部件以及中心孔600，和/或其它部件可例如通过使用消失模铸造工艺(lost foam casting process)、消失模芯熔模铸造工艺、盐核铸造工艺之类而“镶铸”到本体510中。在其它实施例中，可模制本体510，且偏移孔部分610和620以及其它部分可例如通过注塑之类模制到本体中。在其它示例实施例中，可使用任何公知的制造方法将偏移孔部分610和620形成在本体610中。例如，可通过机加工和移除坯锭之类来形成孔。本领域的普通技术人员应理解在阀本体510中形成偏移孔的各种方法。在一些实施例中，多个孔可并联或串联地设在本体510中。
根据示例方法，可使用任何合适的装置使节流板组件700与本体510可转动地联接。例如，节流板组件700或其任何部件可通过孔610或620中的一个插到阀中。轴720可从孔侧或者从本体500的外部、插到本体510中的一个或多个轴孔540中，从而轴720为节流板710提供转动轴线。在示例实施例中，阀500可与任何合适的致动装置联接，且这些致动装置能够使节流板组件700在打开位置和关闭位置之间转动。
在前述说明书中，以参见附图描述了各种实施例。然而，在不偏移示例实施例在以下权利要求中所阐述的更宽范围的情形下，对于这些实施例所进行的各种修改和改变以及所实施的附加实施例是显而易见的。因此，说明书和附图应当被认为是说明性而非限制性的。

Claims (30)

1.一种阀，包括：
阀本体，所述阀本体具有进孔、与所述进孔流体连通的出孔，以及形成在所述进孔和所述出孔之间的偏移部；以及
阀板，所述阀板在所述进孔和所述出孔的接合部处、与所述阀本体可转动地联接；
其中，所述阀板的至少一部分与所述偏移部形成密封。
2.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述进孔和所述出孔具有近似相同的直径。
3.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述进孔和所述出孔具有不同的直径。
4.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述进孔和所述出孔中的至少一个具有圆筒形横截面。
5.如权利要求1所述的阀，其特征在于，还包括与所述阀板联接的轴，从而提供转动轴线。
6.如权利要求5所述的阀，其特征在于，所述轴与所述阀板成一体。
7.如权利要求5所述的阀，其特征在于，所述轴设置在所述阀板的大约中心处。
8.如权利要求5所述的阀，其特征在于，所述轴相对所述阀板的中心偏移。
9.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述阀板与所述偏移部形成面密封。
10.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述阀板与所述进孔和所述出孔中的一个孔的表面形成周缘密封。
11.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述阀板在打开位置和所述关闭位置之间转动。
12.如权利要求5所述的阀，其特征在于，所述偏移部是从约0.001英寸到约所述轴的直径。。
13.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述进孔和所述出孔具有相同的中心轴线。
14.如权利要求1所述的阀，其特征在于，所述进孔或所述出孔的一部分在所述阀板的边缘附近具有带轮廓表面，藉此在所述阀板从关闭位置朝打开位置转动时，在所述阀板的远侧边缘和所述带轮廓表面之间维持基本上恒定的距离。
15.一种制造阀的方法，包括：
提供阀本体；
在所述阀本体的第一侧中提供第一孔；
在所述阀本体的第二侧中提供第二孔，且使所述第二孔与所述第一孔选择性地流体连通；
在所述第一孔和所述第二孔之间提供偏移部；以及
在所述第一孔和所述第二孔的接合部处提供阀板，以选择性地控制所述第一孔和所述第二孔之间的流体流动；其中，所述阀板的至少一部分与所述偏离形成密封。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：在所述第一孔和所述第二孔之间提供第二偏移部。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述进孔和所述出孔具有近似相同的直径。
18.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述进孔和所述出孔具有不同的直径。
19.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述进孔和所述出孔中的至少一个具有圆筒形横截面。
20.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述进孔和所述出孔具有相同的中心轴线。
21.如权利要求15所述的方法，其特征在于，还包括：提供与所述阀板联接的轴，形成转动轴线。
22.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述轴与所述阀板成一体。
23.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述轴设置在所述阀板的大约中心处。
24.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述轴相对所述阀板的中心偏移。
25.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述阀板与所述偏移部形成面密封。
26.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述阀板与所述进孔和所述出孔中的一个孔的表面形成周缘密封。
27.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述阀板在打开位置和所述关闭位置之间转动。
28.如权利要求21所述的方法，其特征在于，所述偏移部是从约0.001英寸到约所述轴的直径。
29.如权利要求15所述的方法，其特征在于，所述第一孔或所述第二孔的一部分在所述阀板的边缘附近具有带轮廓表面，藉此在所述阀板从关闭位置朝打开位置转动时，在所述阀板的远侧边缘和所述带轮廓表面之间维持基本上恒定的距离。
30.一种使用阀的方法，包括：
提供阀本体；
在所述阀本体的第一侧中提供第一孔；
在所述阀本体的第二侧中提供第二孔，且使所述第二孔与所述第一孔选择性地流体连通；
在所述第一孔和所述第二孔之间提供偏移部；
在所述第一孔和所述第二孔的接合部处提供阀板，其中所述阀板的至少一部分与所述偏移部形成密封；以及
通过转动所述阀板来选择性地控制所述第一孔和所述第二孔之间的流体流动。
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