CN103168190A - 阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种定向控制阀，该定向控制阀具有三个端口，且第一流体路径在第一端口与第二端口之间延伸，第二流体路径在第二端口与第三端口之间延伸。室限定在第一流体路径和第二流体路径交点处，并容纳设置在相对间隔开的阀座(19，20)之间的球形阀构件(16)。阀构件可在阀座之间跨过所述室在打开位置与关闭位置之间移动，其中在所述打开位置，阀构件远离第一阀座移动使得第一流体路径打开，并抵靠第二阀座被密封使得第二流体路径关闭，在所述关闭位置，阀构件抵靠第一阀座被密封使得第一流体路径关闭，并远离第二阀座移动使得第二流体路径打开。阀构件被具有不相等载荷的相对的第一偏压构件和第二偏压构件(34，41)朝向关闭位置偏压。诸如电磁铁的致动器(32)可操作以克服不相等的载荷将阀构件从关闭位置移动至打开位置。

Description

阀

技术领域

本发明涉及一种阀，并且具体地涉及一种定向流体控制阀。

背景技术

定向流体控制阀通常包括具有多个端口的阀体，所述端口提供内部流动通道和外部流动路径之间与其他部件的连通。一个或多个阀构件可在所述阀体内在不同的切换位置之间移动，以选择性地打开或关闭所述流动通道并控制在所述端端口之间的流动方向。

这种阀通常的特征在于端口(“路径”)的数量和所述端口提供的离散切换位置的数量。一个简单公知的定向控制阀的示例是双位置、三通流动控制阀，该阀可选择性地在三个端口之间提供连通，所述三个端口通常为：用于连接到加压流体源的压力端口；连接到流体被排出的贮存器或箱体的箱体端口；和连接到流体预定直接目的地的工作端口(service port)。使阀元件在所述离散的位置之间移动的致动力可以通过电的方式提供，例如电磁铁，或例如通过按钮或杆件手动地提供，或通过机械的方式(例如使用弹簧或凸轮等)提供，甚至可通过流体压力(例如气动指示信号)提供。

在通常的双位置、电磁铁操作的定向控制阀中，阀构件被弹簧偏压到所述阀构件打开或关闭(“常开的”或“常闭的”)的第一位置，并且所述螺旋管被操作以施加克服由弹簧施加的力，从而将所述阀构件移动到第二位置。然而，施加的力必须足以克服作用在阀构件上的流体压力中的任何不平衡，因此大小与控制阀的工作流体压力有关。在使用高工作流体压力的应用中，需要使用大功率电磁铁或可选的致动装置，从而导致制造和使用期间功率消耗的成本增加。

一种传统的阀机构包括提升阀设计，该提升阀设计包括集成有提升阀的单个阀杆，当阀杆轴向移动时，所述提升阀被布置成打开和关闭阀端口。这种设计需要高制造公差以确保所述端口的有效密封并容易磨损。

可从申请人处获得型号为FPO1的一种电磁铁操作的定向控制阀包括布置在一条线上的三个同轴的销，且中间销通过陶瓷球与外部销中的每一个间隔开，其中所述陶瓷球作为阀构件与相关联的阀座结合操作。所述销和球沿轴向方向在两个位置之间自由地移动，在所述两个位置，所述球被压靠在其相应的阀座上或远离其相应的阀座移动，从而打开或关闭相应的流体路径。这种结构克服了与提升阀设计有关的一些问题，并且模制的陶瓷球的使用提供了更高的密封精度和耐磨性。

需要一种简单、便宜并且耐用的阀，其中其致动力相对于传统的阀机构被减小。

发明内容

本发明的目的在于消除或减少前述和其他缺陷。另一目的是提供一种改进的定向流体控制阀。

根据本发明提供了一种定向控制阀，包括：限定第一端口、第二端口和第三端口的壳体；在第一端口与第二端口之间的第一流体路径和在第二端口与第三端口之间的第二流体路径；限定在第一流体路径与第二流体路径交叉处的室；大致球形阀构件，所述大致球形阀构件设置在所述室中相对的、间隔开的阀座之间，其中阀构件可在阀座之间跨过所述室在打开位置与关闭位置之间移动，其中在所述打开位置，阀构件远离第一阀座移动使得第一流体路径打开，并抵靠第二阀座被密封使得第二流体路径关闭，在所述关闭位置，阀构件抵靠第一阀座被密封使得第一流体路径关闭，并远离第二阀座移动使得第二流体路径打开；所述阀构件被具有不相等载荷的相对的第一偏压构件和第二偏压构件朝向关闭位置偏压；和致动器，所述致动器用于将阀构件从关闭位置移动至打开位置。

因此，致动器可操作以克服由具有不同载荷的第一和第二偏压构件提供的偏压力将阀构件移动至打开位置。

阀座优选地是凹入的，以便于以密封关系容纳所述球形阀构件。

阀座优选地被隔开稍大于球形阀构件的直径的短距离以限制阀构件在第一位置与第二位置之间的移动长度。阀构件在阀座之间的移动优选地沿直线方向跨过所示室。

第一致动销可以被布置成与所述第一阀座同轴以将阀构件移动至打开位置，且第一致动销通过第一偏压构件和致动器动作。阀构件可以通过第二致动销朝向第一阀座移动，所述第二致动销被布置在所述阀元件的与所述第一致动销相对的一侧与第二阀座同轴，且第二致动销通过第二偏压构件动作。

第一销和第二销优选地为细长的。所述第一销和第二销可以沿其纵向轴线移动，以与可以沿着相同的轴线移动的阀构件邻接或分离。所述销可以同轴地对准。

阀座可以由容纳在壳体中的阀元件限定，其中所述阀元件优选地相对于壳体密封。阀元件优选地被间隔开以在所述阀元件之间限定所述室。阀元件每一个都可以具有用于容纳第一致动销或第二致动销中的一个的中心孔。第一致动销和第二致动销可以在所述中心孔中滑动。第一致动销和第二致动销可以在动态密封件中滑动。

在每个致动销与阀座端处的阀元件之间可以具有径向间隙。该间隙形成相应流体路径的一部分。

第一流体路径可以包括从第一阀元件的外表面延伸到中心孔的至少一个通道，而第二流体路径包括从第二阀元件的外表面延伸到中心孔的至少一个通道。所述通道(一个或多个)可以相对于中心孔以锐角倾斜。

在第一阀元件和第二阀元件的每一个可以具有多个通道。所述通道可以绕中心孔的轴线以不同角度间隔开。第一阀元件和第二阀元件的外表面可以具有提供阀元件中的多个通道之间的流体连通的凹部。每个致动销和阀元件之间的径向间隙可以提供所述室与阀元件中的通道之间的流体连通。

间隔件可以保持第一阀座和第二阀座以预定距离间隔开。间隔件可以限定第一流体路径和第二流体路径中允许第二端口与所述室之间流体连通的部分。间隔件可以被设置在第一阀元件与第二阀元件之间。

间隔件是环形构件，所述环形构件通过该环形构件以在第二端口与所述室之间提供连通的多个大致径向延伸的端口。

间隔件可以具有周边凹部，所述周边凹部允许流体绕所述间隔件的周边流动。

第一偏压构件和第二偏压构件可以是任意适当类型的偏压构件，例如弹簧，并且具体的是压缩线圈弹簧，其可以通过在弹簧座之间压缩而被预加载荷。

致动器可以是任意适当类型的致动器，例如电磁铁。电磁铁具有可以直接或间接连接到第一致动销的推杆。第一线圈弹簧可以同轴地安装在推杆上或所述推杆的延长部上。

可以设有至少一个调节器，所述至少一个调节器用于调节第一弹簧和第二弹簧的压缩程度以调节偏压弹簧力。

附图说明

以下将结合附图仅以示例的方式描述本发明的具体实施例，其中：

图1是根据本发明的电磁铁(solenoid)操作的定向流体控制阀的纵向侧视图；

图2是沿图1中的线A-A截取的阀的纵向前端局部剖视图；

图3是图1和2中的阀的示意图；

图4是图1至3中的阀的放大纵向剖面图，其中所述电磁铁被移除并且显示了处于第一位置的阀；

图5是图4中心部分的放大图；和

图6与图4对应但所述阀处于第二位置。

具体实施方式

以下参照附图，双位置、三通电磁铁操作的流体控制阀包括大致平行六面体阀体1，阀体1具有三个端口：连接到加压流体源的压力端口P、连接到箱体或贮存器连接的箱体端口T和连接到流体回路连接的工作端口S。

阀体1沿其纵向轴线具有圆形横截面的中心孔5，中心孔5容纳阀元件，所述阀元件包括被环形隔离件8轴向地分开的两部分6和7。每个阀元件部分6、7通过一对O形环密封件9、10密封阀体1的内孔表面，其中所述一对O形环密封件9、10容纳在阀元件6、7的外表面的每个端部处的相应环形凹部中。在每对O形环密封件9、10之间，阀元件6、7的外表面具有相对宽且浅的环形槽11、12(参见图4至图6)，用于与所述压力端口P或箱体端口T连通。O形环密封件9、10确保流体不会泄露穿过阀元件6、7，除非所述流体通过特定的管道。

阀元件部分6、7中的每一个都具有轴向中心孔13，相应的金属致动销14、15可以在所述中心孔13中沿轴向方向自由滑动。由例如陶瓷或诸如碳化钨的适当金属制成的精密形成的球16位于销14、15之间。球16应当抗压、耐高温和耐腐蚀。阀元件6、7中的每一个的面向内端部具有深的环形凹部17、18，所述环形凹部被设计成用于容纳环形隔离件8，所述隔离件8保持阀元件6、7充分地间隔开以容纳球16并允许球16在凹入的阀座19、20之间沿轴向方向以受限制的量移动，其中所述阀座19、20在环形凹部17、18的径向内侧绕中心孔13限定。

销14、15在位于阀元件6、7的内表面的凹部中的动态密封件21中移动。这些密封件21确保在阀元件的中心孔13的任一端处都不会出现泄漏并且通常由低摩擦材料(例如PTFE基化合物)制成，并由O形环提供，使得销14、15在所述密封件21中移动所需的力保持相对较低。每个销14、15的面向内端部具有稍微减小的直径以限定小径向间隙22、23(如图5中更清楚地所示)以使流体在所述径向间隙与相应的阀元件6、7之间流动。该间隙22、23通向以锐角从中心孔13向浅环形槽11、12延伸的倾斜通道24、25以提供与相应端口P、T、S的连通。可以在阀元件中设置任意适当数量的这种通道，且在附图中所示的实施例中设置了四个通道(在图4-6的剖面图中仅能看到四个通道中的两个通道)。

在附图中所示的实施例中，压力端口P连接到第一(图2、4、6中最上方的)阀元件部分6中的浅环形槽11，而箱体端口T连接到第二(最下方的)的阀元件部分7中的浅环形槽12。相比之下，工作端口S与环形间隔件8连通，其中所述环形间隔件具有允许流体绕其外表面流动的周边凹部26和使流体径向流动到球16周围的区域或使流体从球16周围的区域流动的多个径向端口27。

阀体1的中心孔5在每个端部处与具有较大直径的同轴的圆筒形腔30、31侧面相接(flanked)，所述圆筒形腔30、31用于容纳将轴向力施加到销14、15和球16的弹簧加载组件。阀体1的第一端部通过任意适当的连接方法连接到电磁铁32，电磁铁32的推杆被连接适配器33以形成一体式组件。弹簧34被同轴地设置在适配器33上并且在两个弹簧座之间被压缩，其中第一弹簧座由推杆适配器的环形肩部35限定，而第二弹簧座由电磁铁主体的环形肩部36限定。

推杆适配器33具有短盲孔37，所述短盲孔用于容纳第一销14的外端并在弹簧34的影响下致动适配器33以使销14朝向阀体1的中心偏压。

阀体1的第一端部处的阀元件部分6通过承载衬套38被保持在中心孔5中，所述承载衬套38具有使第一销14穿过的中心孔口39。承载衬套38又通过压紧环40被保持在适当的位置，其中压紧环40的外周具有螺纹以与限定在圆筒形腔30的壁中的互补螺纹啮合。

阀体1的第二端部处的圆筒形腔31容纳第二弹簧41，该第二弹簧41在连接到第二销15的外端的第一弹簧座42与位于封闭腔31的端盖44下方的第二弹簧座43之间起作用。第二弹簧座43可通过与端盖44中的锥形孔螺纹啮合的调节螺钉45轴向移动。通过转动调节螺钉以稍微地压缩或伸长弹簧41而简单地调节由第二弹簧41施加到第二销15的力。第二阀元件7通过垫圈45保持在中心孔5中，所述垫圈45又由在垫圈45与端盖44之间延伸的承载衬套46保持在适当的位置。

在操作中，弹簧34、41在相反的方向上作用在第一销14和第二销15上。第二弹簧41(图4和6中的下弹簧)被设计成具有大于第一弹簧34的力的力，使得第二弹簧41能够克服由作用在球16和销15的净面积上的流体压力所提供的力以及弹簧34的相反力的不平衡。该力导致第二销15被向上推动。销15上在该方向上的力使球16远离第二(下)阀元件7上的阀座20移动并与第一(上)阀元件6的阀座19密封接合，如图4和5所示。在该位置，来自工作端口S的流体能够通过环形间隔件8的径向端口27，在球16和第二销15之间流动，并沿着销15与阀元件7之间的间隙23流入到倾斜通道25，所述流体从所述倾斜通道25被供给浅环形槽12并通过箱体端口T排出。这是在电磁铁32断电并且确保工作管路S中的任何压力被排空到箱体的情况下所述阀所占据的位置(常闭)，如图4所示。通过抵靠在第一阀元件6的阀座19上被密封的球16能够防止压力端口P与其他端口T、S的连通。

电磁铁32的通电将里施加给推杆，所述力通过适配器33被传递到第一销14。该力大到足以克服第二弹簧41的偏压力、弹力之间的不平衡(由于第二弹簧41的进一步压缩以及第一弹簧34的伸长)的任何增加以及由作用在销14、15和球16的净面积上的流体压力施加的力的不平衡。第一销14被推靠在球16上以使球16从第一阀元件16的阀座19移动从而与第二(下)阀元件7的阀座20密封接触。这允许来自压力端口P的流体绕第一阀元件6中的浅环形槽11流动，沿着倾斜通道24、销14的端部和阀元件6之间的间隙22，流经球16并进入环形间隔件8中，流体从所述环形间隔件通过径向端口27离开到达工作端口S。通过将球16密封抵靠在所述第二(下)阀元件阀座20上能够防止流体到达箱体端口T。

相对的弹簧34、41提供平衡并确保将阀从闭合位置移动到打开位置所需的电磁铁力保持相对较低的大小且不依赖于工作流体的压力。

动态密封件21为流体提供相同的区域，使得所述力相同但相反。

环形间隔件8规定阀元件6、7之间的间隔并因此规定销14、15的行程长度和球16被允许的行程。球16的轴向行程受到间隔件8的限制，使得球16不能远离阀座19、20移动相当长的距离，并因此能够防止相当大的侧向移动。因为这种移动将导致未对准并可能对阀座和/或球产生损伤，因此这是理想的。

所述阀可应用于任何环境，尤其包括海底、海岸、或严寒的环境。

本领域的普通技术人员可以意识到，本发明仅是通过示例的方式被加以描述，并且本发明本身由权利要求限定。在不背离由权利要求限定本发明的范围的情况下，可以对上述示例性设计进行各种修改和改变。例如，所述阀不一定必须是电磁铁操作的，而是可以由机械装置(例如，按钮、杆件或凸轮操作装置)、气动指示压力(pneumatic pilot pressure)(使用活塞隔膜或以其他方式)致动。此外，要认识的是间隔件8中的径向端口27的数量和/或倾斜通道24、25的数量都可以根据所需的体积流量而改变。

应当认为所述和所示的实施例是说明性的而非限定性的，应当理解的是仅显示和描述了优选的实施例，并且期望保护在如由权利要求限定的本发明的保护范围内的所有改变和修改。应当理解，当在说明书中使用诸如“优选的”、“优选地”、“优选”或“更优选的”之类的文字时，其只是表示如此描述的特征可能是理想的，但并不是必须的，并且缺少该特征的实施例也可以被认为落入由所附权利要求限定的本发明的范围内。对于权利要求书，当使用诸如“一”、“一个”、“至少一个”、或“至少一部分”之类的文字放在一特征之前时，目的不是将权利要求限定到仅一个这种特征，除非在权利要求中有特别明确的表述之外。在使用语句“至少一部分”和/或“一部分”的措辞时，该事项可以包括一部分和/或整个事项，除非有特别明确的表述之外。

Claims (14)

1.一种定向控制阀，包括：

限定第一端口、第二端口和第三端口的壳体；

在所述第一端口与所述第二端口之间的第一流体路径和在所述第二端口与所述第三端口之间的第二流体路径；

限定在所述第一流体路径与所述第二流体路径交叉处的室；

大致球形阀构件，所述大致球形阀构件设置在所述室中的相对的、间隔开的阀座之间，

其中所述阀构件能够在所述阀座之间跨过所述室在打开位置与关闭位置之间移动，其中在所述打开位置，所述阀构件远离第一阀座移动使得第一流体路径打开，并抵靠第二阀座被密封使得第二流体路径关闭，在所述关闭位置，所述阀构件抵靠第一阀座被密封使得第一流体路径关闭，并远离第二阀座移动使得第二流体路径打开；

所述阀构件被具有不相等载荷的相对的第一偏压构件和第二偏压构件朝向所述关闭位置偏压；和

致动器，所述致动器用于将所述阀构件从所述关闭位置移动至所述打开位置。

2.根据权利要求1所述的定向控制阀，还包括第一致动销，所述第一致动销与所述第一阀座同轴布置，用于将所述阀构件移动至所述打开位置，所述第一致动销通过所述第一偏压构件和所述致动器动作。

3.根据权利要求2所述的定向控制阀，其中，所述阀构件能够通过第二致动销朝向所述第一阀座移动，所述第二致动销被布置成在所述阀构件的与所述第一致动销相对的一侧与第二阀座同轴，所述第二销通过所述第二偏压构件动作。

4.根据权利要求3所述的定向控制阀，其中，所述第一致动销和所述第二致动销同轴地对准。

5.根据权利要求3或4所述的定向控制阀，其中，所述阀座由容纳在所述壳体中的阀元件限定，所述阀元件每一个都具有用于容纳所述第一致动销或所述第二致动销中的一个的中心孔。

6.根据权利要求5所述的定向控制阀，其中，所述第一致动销和所述第二致动销能够在动态密封件中在所述中心孔内滑动。

7.根据权利要求5或6所述的定向控制阀，其中，所述第一流体路径包括从第一阀元件的外表面延伸到所述中心孔的至少一个通道，并且所述第二流体路径包括从第二阀元件的外表面延伸到所述中心孔的至少一个通道。

8.根据权利要求7所述的定向控制阀，其中，在所述第一阀元件和所述第二阀构件中的每一个中都具有多个通道，所述第一阀元件和所述第二阀构件的外表面具有提供所述多个通道之间的流体连通的凹部。

9.根据前述任一权利要求所述的定向控制阀，还包括用于保持所述第一阀座和所述第二阀座以预定距离间隔开的间隔件，所述间隔件限定所述第一流体路径和所述第二流体路径的允许在所述第二端口与所述室之间流体连通的部分。

10.根据权利要求9所述的定向控制阀，其中，所述间隔件是环形构件，所述环形构件具有通过该环形构件的多个大致径向延伸的端口。

11.根据权利要求9或10所述的定向控制阀，其中，所述间隔件具有周边凹部，所述周边凹部允许流体绕所述间隔件的周边流动。

12.根据前述任一权利要求所述的定向控制阀，其中，所述第一偏压构件和所述第二偏压构件是弹簧。

13.根据前述任一权利要求所述的定向控制阀，其中，所述致动器为电磁铁。

14.根据权利要求12所述的定向控制阀，其中，设置至少一个调节器，所述至少一个调节器用于调节第一弹簧和第二弹簧的压缩程度以调节偏压弹簧力。

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