CN104040233B - 防气穴座及将非防气穴主阀变换成防气穴主阀的方法 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种防气穴座，其可布置在减压阀的进口和出口之间，并包括多个进口，这些进口使得流体流入会聚通路中，以便降低流体压力。进口形成用于流入防气穴座的一部分流体的曲折通路，以便进一步降低流体的压力。标准的阀杆组件与防气穴座结合使用，以便改变流过阀的流体流。

Description

防气穴座及将非防气穴主阀变换成防气穴主阀的方法

技术领域

本发明通常涉及在高压流体传递系统(例如供水系统)中的控制阀。更特别是，本发明涉及一种用于控制阀中的防气穴阀座，以便提供防气穴和低噪音的特性。

背景技术

主阀(例如图1中所示的阀)经常用于高压流体传递系统(例如供水系统)中。这样的主阀(总体以参考标号10表示)也称为基础阀、流量控制阀和减压阀等。这些阀包括本体12，该本体12确定了流体进口14和流体出口16，它们通常在本体12的相对端。进口14和出口16与管路等操作连接，以便以控制方式传送流体。座18布置在流体进口14和出口16之间，并与阀杆组件共同控制流过阀10的水流量。为了打开和关闭该阀10和控制通过的水流量，盖20固定在本体12上，并与隔膜22一起确定了压力腔室24。流体进入和离开该压力腔室24，从而使得隔膜22朝着座18向外弯曲和向内弯曲至压力腔室24中。

阀杆组件包括：阀杆26，该阀杆26穿过隔膜垫片28延伸，该隔膜垫片28在隔膜22的一侧；以及盘保持器30，该盘保持器30有盘32，该盘32与座18的上部唇缘接合，以便关闭阀10。当压力腔室24中的压力成比例地小于在阀进口14处的压力时，该压力克服弹簧38的力，它将隔膜垫片28、隔膜22、盘保持器30和盘32向上偏压至压力腔室24内，从而打开该阀10。不过，当压力腔室24中的流体压力等于或大于阀进口14的压力和阀出口16的压力时，如图1中所示，该流体压力帮助弹簧34的力，并使得隔膜22以及(因此)相连的隔膜垫片28、盘保持器30和盘32朝着座18运动，直到盘32与座18 的上部唇缘接合，如图所示，以便关闭该阀10。因此，隔膜22、阀杆26、隔膜垫片28、盘保持器30和盘32可相互相对于座18滑动，以便打开和关闭该阀。在阀10内的流体、弹簧34的强度和施加于压力腔室24的压力之间的相互作用规定了阀10打开或关闭的程度，因此规定了能够向下游通过该阀10的流体量。

当受到高压力差或高流速时，阀通常有过大噪音和振动。这通常由于气穴现象，该气穴现象能够在从相对无害的水平(称为起始气穴)至明显更剧烈的水平，该明显更剧烈的水平实际上将损坏阀和相关管路。这可能声音很大，当长时间暴露于其中时足以引起设备工作人员的听力损失。

当阀座区域内的流体的速度变得过大时产生气穴，从而产生压力的突然急剧下降，这使得液体转变成蒸汽状态，从而导致形成差不多数千个的微小气泡。随后的速度降低和压力升高(这在阀座区域之后当重新开始压力升高状态时产生)使得这些蒸汽泡以每秒很多倍的速率收缩。当这在紧邻任何金属表面处产生时，可能发生损坏。经过一段时间，这可能由于振动和/或腐蚀而导致阀失效。最小化或消除这些情况(这些情况对阀的操作和使用寿命产生不利影响)继续是水分配系统(例如市政水系统)的日常工作中遇到的最严重挑战之一。

为了克服阀的成孔(orifice)作用的不利影响，通常将阀设计成使得流过阀的流体流破碎成大量的小流体流，这些小流体流再引导通过回旋通路，从而在流体中产生能量损失。这种设计称为弯曲流体流重新定向。阀组件为已知，例如由Ross ValveManufacturing Company Inc.制造的阀组件，它们使用对齐板，该对齐板用于抑制振动、压力波动、气穴和噪音。例如，上游波纹板可以选择地滑动到适当的位置以控制流量。具有多个孔的下游板产生大量射流，这降低了通过该组板的压力流量。不过，在板中的孔的数目和尺寸、板的数目以及它们的间距由流体流量来确定，且变化的流量可能使得这样的孔板无效。

还已知其它的阀组件，其中，具有孔的交接罐形成曲折流体通路。例如，SingerValve Inc.提供了一种防气穴调整件，它有相互连接的罐， 该罐有多个小圆孔，这克服了“堆垛”板设计的很多现有问题。在如Singer组件的这种两罐设计中，一个罐用作座，而另一罐代替阀杆组件的多个部件，并通过阀杆而相对于底部罐向上和向下运动，以便打开和关闭主阀，并形成在两个罐的孔之间的曲折流体通路。Singer阀能够有效地基本消除噪音和气穴。不过，这种阀组件由于使用在罐中的小圆孔而易于变脏或阻塞。实际上，流体通常必须在经过Singer阀组件之前进行过滤。而且，离开Singer阀组件的罐的流体对准壳体壁，从而引起腐蚀。

尽管有效降低噪音和气穴，但是这些装置并不是最佳。这些设计的主要缺点是明显降低了阀容量，从而使得这些阀不能在某些情况中使用。这些阀设计还需要相对复杂和昂贵的制造和装配。

布置在主阀或基础阀的座区域内的已知防气穴阀组件遇到的另一问题是它们不能使用现有阀组件的相同阀杆组件的部件。因此，当改装现有的主阀或基础阀时，标准的阀座、盘引导件、阀杆、盘保持器、隔膜、隔膜垫片等都必须更换为新的组件。优选和有利的是，顾客希望将防气穴特征添加在现有的主阀或基础阀上。当顾客能够使用他们现有的阀杆组件和简单地以防气穴座替换标准座时，将特别优选和有利。

因此，还需要一种防气穴阀组件，它使用现有阀的相同阀杆组件的部件，并能够用于改装现有阀。本发明实现了这些要求，并提供了其它相关优点。

发明内容

本发明涉及一种防气穴座，该防气穴座可定位在主阀的进口和出口之间，并与阀杆组件的非防气穴盘相关，以便在打开和关闭在主阀的进口和出口之间的流体流时与该盘配合。因此，本发明的防气穴座能够代替标准的非防气穴座地插入，以便使得主阀有防气穴特征。

防气穴座大致包括第一壁，该第一壁从基部伸出，并有形成于其中的多个间隔开的孔。第二壁也从基部伸出，并与第一壁间隔开，以 便确定在第一和第二壁之间的外部腔室。第二壁也确定座的内部腔室。第二壁具有形成于其中的多个间隔开的孔。优选是，第一和第二壁的孔相互偏离，从而形成在第一壁的孔和第二壁的孔之间的曲折流体流动通路。

第二壁的孔布置成引导流体进入内部腔室，以使得来自第二壁孔的流体流在内部腔室中会聚。在特别优选的实施例中，第一和第二壁的孔为细长狭槽。

空心柱从基部伸入内部腔室中。柱包括形成于其中的孔，从而允许流体通过该柱进入内部腔室中。通常，柱的孔和第二壁的孔布置成使得从柱孔和第二壁孔中的至少多个流入的流体在内部腔室中会聚。因此，柱的孔和第二壁的孔中的至少多个大致相互对齐。柱可以包括开口，用于在其中接收主阀的阀杆组件的阀杆。

座包括在第一和第二壁的上端处的周边唇缘，该周边唇缘设置成与阀杆组件的盘接合，以便关闭流过主阀的流体流。

为了将非防气穴主阀变换成防气穴主阀，提供具有流体进口和流体出口以及非防气穴座的主阀，该非防气穴座布置在流体进口和流体出口之间，并与非防气穴阀杆组件盘对齐。拆卸非防气穴座，并将防气穴座安装在它的位置。非防气穴阀杆组件盘和防气穴座配合地作用，以便打开和关闭在主阀的进口和出口之间的流体流。

通过下面更详细的说明并结合附图，将清楚本发明的其它特征和优点，附图通过实例表示了本发明的原理。

附图说明

附图表示了本发明。附图中：

图1是具有非防气穴座和阀杆组件的现有技术主阀的剖视图；

图2是类似于图1的、根据本发明的主阀的剖视图，但是有位于主阀的进口和出口之间的防气穴座；

图3是图2的防气穴座的局部剖透视图；

图4是根据本发明的、大致沿图3的线4-4的剖视图，表示流过 防气穴座的流体流；

图5是实施本发明的另一防气穴座的局部剖透视图；

图6是主阀的剖视图，该主阀有布置于其中的、图5的防气穴座，且处于打开状态；以及

图7是图6的主阀处于接近关闭状态的剖视图。

具体实施方式

如为了示例说明目的的附图中所示，本发明涉及一种防气穴座，总体由参考标号100和200表示，该防气穴座使得主阀10有防气穴和减噪音的特征。

参考图2，主阀10(有时也称为基础阀、流体控制阀或减压阀)表示为与图1的主阀类似。因此，主阀10包括本体12，该本体12有流体进口14和流体出口16。盖20和柔性隔膜22配合地形成压力腔室24。包括可滑动阀杆26、隔膜垫片28、盘保持器30、盘32和偏压弹簧34的阀杆组件都为标准的和现有的，如上面参考图1所示和所述。应当知道，标准阀杆组件的部件没有防气穴或减噪音特征。实际上，当使用标准的、非防气穴座18时(如图1中所示)主阀10易受到较大压力降和流体流量，这可能产生气穴和噪音。这些可能损坏阀10的部件。

如上所述，现有技术使用布置在主阀10上游和/或下游的有孔板，或者使用配合的有孔罐，该有孔罐布置在主阀10的进口14和出口16之间，代替标准的非防气穴阀杆组件26-34和座18，且该有孔罐相对彼此滑动，以便形成曲折流动通路，从而分开流体流和力，这些系统复杂和昂贵。而且，现有技术的组件和系统并不适用于改装现有的主阀。而且，它们并不利用在主阀10内的标准部件本身，例如阀杆组件的部件26-34。

因此，如图2中所示，本发明通过用具有防气穴和减噪音特征的座100来代替标准的非防气穴座18而克服这些障碍和缺点。这种防气穴座100表示为在主阀10的进口14和出口16之间代替标准座18。 如本领域技术人员所知，本发明的防气穴座100能够通过简单地代替阀10的座18而很容易和具有成本效益地改装现有的阀组件，同时使用现有的阀杆组件部件26-34，该防气穴座100与阀杆组件(特别是盘32)配合地打开和关闭主阀10，如这里更充分所述。

下面参考图3和4，防气穴座100表示为大致圆柱形本体。座100包括基部102，具有形成于其中的多个间隔开的进口孔106的第一壁104从该基部102伸出。第一壁104向上延伸至周边唇缘108，该周边唇缘108设置成用于与阀杆组件接合，更特别是与阀杆组件的盘32接合，以便关闭主阀10。

尽管孔106可以有多种结构，但是在特别优选的实施例中，孔106包括细长狭槽，该狭槽具有比宽度大的长度。细长狭槽106优选是沿第一壁104的长度或高度的主要部分延伸，且直径为能够允许相当大体积的流体流过。通常，如图3和4中所示，进口孔106绕第一壁104的整个周边相互间隔开，例如大致相互等距分开。不过，本发明在需要时或希望时也考虑其它结构。使用细长狭槽作为进口孔106的一个优点是相对较大的细长狭槽106不易于阻塞，而具有较小的圆形孔等的情况将是易于阻塞。

继续参考图3和4，第二壁110相对于第一壁104间隔开和与该第一壁大致同心地从基部102向上延伸。第二壁110也有形成于其中的多个进口孔112。这些进口孔112通常与上面对于第一壁孔106所述类似。因此，它们通常和优选是细长狭槽结构，并基本延伸第二壁110的长度或高度，如图所示。而且，进口孔112绕壁110的周边相互间隔开。通常，第二壁110的进口孔112与上面对于第一壁孔106所述类似，除了它们与外部狭槽106轴向偏离，从而流体流在外部和内部孔106和112之间的非直接通路中转向。

初始或外部腔室114产生于第一壁104和第二壁110之间。该外部腔室由第一壁104和第二壁110确定，且它的尺寸由在第一和第二壁104和110之间的间距以及第一和第二壁104和110的高度来规定。因此，外部腔室114大致由壁104的内表面和壁110的外表面来确定。 通常，外部腔室114为大致圆柱形和环形截面，如图4中所示。

本发明的座100和主阀10通常用于高压环境中，例如市政供水管线等。参考图4，当水或其它流体与座100接触时，它流过第一壁104的进口孔106，如由图4中的方向箭头所示。第一壁104的孔106和第二壁110的孔112优选是相互偏离，如图3和4中所示，从而流体必须流入外部腔室114中，然后流过第二壁110的进口孔112。这形成曲折通路，该曲折通路减慢了流体的速度，并从流体中除去能量。

然后，流体从第二壁110的进口孔112流入座100的内部腔室116，该内部腔室116由第二壁110的内表面来确定。由于第二壁110的孔112相互间隔开和沿第二壁110的周边形成，流体指向内部腔室116的中心，在该中心处它会聚在其自身上，并失去附加的能量和力。在内部腔室116内的这种会聚流体区域使得流体引导到其自身，其中，任何可能的气穴都离开部件表面产生。流体流的会聚还耗散能量，这能够在内部腔室116中产生最大的压力降，而不是在座的出口处或在主阀10内的其它区域中。通过有横过座100的较小压力降区域，产生损害气穴情况的可能性减小或消除。

继续参考图3和4，在特别优选的实施例中，防气穴座100还包括空心柱118，该空心柱118从基部向上延伸到内部腔室116内。通常，如图所示，空心柱118大致定心在座100中，因此形成中心轴向腔室120。该腔室120可通过形成于基部102中的孔122进入。通常，柱118还包括形成于其顶端处的孔124，该孔124设置成允许阀杆组件的阀杆26可滑动地插入穿过，如图2中所示。

流体孔126形成于柱118的壁中，如图3和4中所示。这些孔126优选是细长狭槽，如图所示。孔126绕柱118的壁128的周边形成，以便在空心柱118的中心轴向腔室120和内部腔室116之间连通流体。因此，当流体遇到座100时，流体通过基部102中的孔122而进入空心柱118的中心轴向腔室120，并从阀杆壁128的径向孔126流出，以便进入内部腔室116。

如图4中所示，通过孔126离开空心柱118的流体与从内部第二 壁110的孔112离开的流体会聚，从而耗散流体能量，并允许在内部腔室116中产生最大压力降，而不是在座的出口处或在主阀10的其它区域处产生。柱118的至少一些孔126可以与内部第二壁110的一些孔112大致对齐，以便使得该效果最大化。这由图4中的、在座100的内部腔室116中相遇的方向流体流动区域来表示。通常，柱118延伸至唇缘108或低于该唇缘108，且上部孔124大致由阀杆26关闭，以便迫使流体通过柱118的周边孔126。绕柱118形成的多个孔126也允许附加流体会聚在内部腔室116中，从而增加了通过阀的流体的总容量。这能够增加流动容量，而不会降低防气穴特性，这不能通过现有技术的防气穴设计来实现。

再参考图2，在主阀10打开(如图所示)，且阀杆组件(特别是盘32)离开座100的情况下，从阀10的进口14流入的流体遇到防气穴座100，如上所述，且当流体从座100流过阀10和流出主阀10的出口16时，通过使得流体流分开和迫使流体会聚在其自身上(如上所述)，能量被耗散，且损害气穴情况减少或消除。不过，当阀杆组件降低，以使得盘32与防气穴座100的上部唇缘108接合时，流体不能从进口14流向主阀10的出口16。

下面参考图5-7，尽管图2-4中的防气穴座100表示为大致圆柱形，但是本领域技术人员应当知道，能够有其它结构，也实现本发明的相同优点和目的。例如，在图5中表示了防气穴座200，该防气穴座200有大致截头圆锥形或碗形构造，但是它在其它方面在结构上与图3中所示的防气穴座100类似。圆锥形轮廓构造的优点是能够将进入流动区域更均匀地分布至座腔室空腔中。在现有技术防气穴设计(例如Singer)中使用的圆锥形轮廓不能在并不降低它们的防气穴特性的效果的情况下利用圆锥形特征。

防气穴座200包括基部202，第一和第二间隔开的壁204和210从该基部伸出，各第一和第二壁204和210有形成于其中的、间隔开的流体孔206和212，通常如上所述。间隔开的壁204和210产生第一外部腔室214，且内部的第二壁210形成内部腔室216。壁204和 210从基部202向上延伸至周边上部唇缘208，该周边上部唇缘208设置成与阀杆组件接合，如上所述。空心柱218从基部202向上伸入内部腔室216内，并有形成于基部202中的进口222，该进口222提供了流体通向中心轴向腔室220的通路，该中心轴向腔室220通常有上部孔224，阀杆组件的阀杆26可插入该孔224中。间隔开的周边孔226形成于柱218的壁228中。这些部件和结构的总体布置和功能与上面对于(参考图3和4所示和所述的)防气穴座100所述类似。不过，在本例中，参考标号增加100，例如100变成200，为了示例说明和解释防气穴座200的不同结构。

下面参考图6，图中表示了主阀10，该主阀10有安装于其中的、图5的防气穴座200。标准的非防气穴阀杆组件已经向上运动离开该座200，以便打开阀10和允许流体从进口14流向主阀10的出口16。在流体防气穴中的分裂通过座200来产生，如上所述。

不过，当在压力腔室24内的流体压力借助于弹簧34而成比例地小于阀进口14压力和成比例地大于出口16压力时，阀杆组件朝着防气穴座200向下运动，如图7中所示。在图7中，主阀10只局部打开，例如大约打开百分之十。因此，流体仍然能够流过防气穴座至出口16。不过，当腔室24内的流体压力增加时，阀杆组件将向下运动成与防气穴座200接触，从而盘32与唇缘208接触，或者阀杆组件的任意其它密封部件与防气穴座200的唇缘208或上部密封部分接触，以便关闭阀10和防止流体在进口14和出口16之间流动。

应当知道，通过简单地拆卸标准的非防气穴座18和用本发明的防气穴座100或200来代替它，同时保留主阀10的其它部件，特别是阀杆组件的标准非防气穴部件，从而有改装方便和容易以及部件的布置简单和便宜的优点。不仅改装现有阀很有利，而且有利于将本发明的防气穴座100或200结合至新阀中，同时保留阀10的标准部件。

尽管已经为了示例说明而详细介绍了多个实施例，但是在不脱离本发明的范围和精神的情况下可以进行多种变化。因此，本发明只由附加权利要求来限定。

Claims (12)

1.一种防气穴座，其能固定地定位在主阀的进口和出口之间，并与阀杆组件的可运动的非防气穴盘相关，以便在打开和关闭主阀的进口和出口之间的流体流时与所述非防气穴盘配合，所述防气穴座包括：

第一壁，所述第一壁具有形成于其中的多个间隔开的孔；

第二壁，所述第二壁与第一壁处于固定关系并沿第一壁的至少一部分与第一壁间隔开，并确定了内部腔室和在第一壁和第二壁之间的外部腔室，第二壁具有形成于其中的多个间隔开的孔；

空心柱，所述空心柱以和第二壁成间隔关系地从基部延伸到内部腔室中，所述空心柱和第二壁至少部分地限定了在二者之间的内部腔室；

在第一壁和第二壁的上端处的周边唇缘，所述周边唇缘设置成当阀杆组件的非防气穴盘移动到闭合位置时与非防气穴盘接合，以防止在主阀的进口和出口之间的流体流；

其中，在第一壁的孔的外侧和第二壁的孔的内侧之间形成曲折的流体流动通路；以及

第二壁的孔布置成引导流体进入内部腔室，以使得来自第二壁的孔的流体流在内部腔室中会聚。

2.根据权利要求1所述的防气穴座，其中：第一壁的孔为细长狭槽。

3.根据权利要求1所述的防气穴座，其中：第二壁的孔为细长狭槽。

4.根据权利要求1所述的防气穴座，其中：第二壁的孔与第一壁的孔偏离。

5.根据权利要求1所述的防气穴座，还包括：基部，第一壁和第二壁从所述基部伸出。

6.根据权利要求1所述的防气穴座，其中：空心柱包括形成于其中的孔，从而允许流体通过所述空心柱进入内部腔室中。

7.根据权利要求6所述的防气穴座，其中：空心柱的孔和第二壁的孔设置成使得从空心柱的孔和第二壁的孔中的至少多个孔流入的流体会聚。

8.根据权利要求7所述的防气穴座，其中：空心柱的孔和第二壁的孔中的至少多个孔相对于彼此大致对齐，使得从空心柱的孔流出的流体大致朝向从第二壁的孔中流出的流体引导。

9.根据权利要求6所述的防气穴座，其中：空心柱的孔能够在阀打开时增加通过所述防气穴座的流量，而不会降低防气穴座的防气穴特性。

10.根据权利要求1所述的防气穴座，其中：空心柱包括开口，所述开口用于在其中接收主阀的阀杆组件的阀杆。

11.一种将非防气穴主阀变换成防气穴主阀的方法，包括以下步骤：

提供具有流体进口和流体出口以及非防气穴座的主阀，所述非防气穴座布置在流体进口和流体出口之间，并与非防气穴阀杆组件盘对齐，所述非防气穴座和非防气穴阀杆组件盘配合地作用，以便打开和关闭主阀的流体进口和流体出口之间的流体流动；

拆卸非防气穴座；以及

安装防气穴座，所述防气穴座包括：具有多个孔的第一壁以及第二壁，所述第二壁与所述第一壁处于固定关系、沿第一壁的至少一部分与所述第一壁间隔开且具有多个孔，所述第一壁和第二壁确定了从第一壁的孔至第二壁的孔的曲折的流体流动通路，且第二壁的孔布置成使得流体流在由第二壁确定的内部腔室中会聚；空心柱，所述空心柱以和第二壁成间隔关系地从基部延伸到内部腔室中并具有孔，用于将流体从空心柱的内部引导到内部腔室中，以便与通过第二壁的孔引导到内部腔室中的流体的至少一部分会聚；所述防气穴座还包括在第一壁和第二壁的上表面处的周边唇缘，所述周边唇缘设置成接合非防气穴阀杆组件盘，以便打开和关闭主阀的流体进口和流体出口之间的流体流。

12.根据权利要求11所述的方法，其中：防气穴座的第一壁的孔和第二壁的孔包括间隔开的细长狭槽。