CN105020449B - 压力无关式控制阀 - Google Patents

Abstract

一种压力无关式控制阀包括阀体（1）和中空活塞（9），阀体（1）具有入口（2）、出口（3）、流动通道（4），流动通道（4）将入口（2）联接至出口（3），中空活塞（9）布置在阀体（1）中的座部中，使得中空活塞（9）构造成运动，中空活塞（9）具有包封件，使得压力无关式控制阀保持与流体通道（4）内的和中空活塞（9）内的不同流体压力，压力无关式控制阀包括室（15）和偏压构件（13）以朝向室（15）推压中空活塞（9），室（15）与入口（2）和中空活塞（9）的内部流体连通，使得阀在环形通道（15）内、在入口（2）处和在中空活塞（9）内施加大体相同的压力。

Description

压力无关式控制阀

技术领域

本发明涉及一种改进的控制阀。本发明重点在于一种控制阀，其中，流体流量是节流器位置的函数。更具体地，如本文所公开的所述控制阀实现了与所述阀的出口处的压力大体无关的流速。

背景技术

流量控制阀通常使用在建筑物的HVAC（供暖、通风、空调）系统中。这些系统通常使例如水的流体流通经过多个管道，以便提供供暖或制冷。流量控制阀的目的是实现流体经过系统的管道的流量受到控制。

流动经过所述阀的水量基本上由节流器的位置支配。因此可省掉测量经过HVAC系统的水流量的单独的流量计。

以流体的通过量乘以系统中的温降来计算所传送的能量的量。水流量是由节流器的位置所确定的，并且温降被单独地测量。在本文的HVAC系统中，经常以kWh来测量能量的量。

美国专利US7128086B2授权于2006年，并且公开了一种流量控制阀。根据US7128086B2的所述阀包括可沿着轴线X1运动的中空活塞110。弹簧160沿着同一轴线X1的方向对中空活塞110施加一力。滚压隔膜布置在活塞110的一侧上。所述滚压隔膜与中空活塞110连接，并且将环形通道109与中空活塞110的内部分隔开。环形通道109经由参考通路180与阀的入口106流体连通。中空活塞110的内部经由中空活塞110的孔穴192与所述阀的出口108流体连通。所述阀还包括通道，所述通道沿周向包围中空活塞110并且与所述阀的流动通道104流体连通。

该布置的环形通道109中的压力为所述阀的入口106处的压力p1。类似地，在中空活塞110内的压力等于所述阀的出口108处的压力p3。包围中空活塞110的室中的压力p2与所述阀104的流动通道内的压力相同。

中空活塞110可在压力p1、p2、p3的影响下和在弹簧160的影响下运动。相应的力一到平衡，在入口处的压力p1和流动通道内的p2之间的差就主要地确定经过所述阀的流速。阀的出口108处压力p3的影响被大大消除。

如US7128606B2所公开的布置需要用于引导活塞110的轴向运动的元件118。活塞引导件需要安装至阀体，并且需要密封件130将环形通道109从中空活塞110的内部分隔开。密封件130和滚压隔膜将具有最高压力p1的环形通道109从具有最低压力p3的活塞110的内部分隔开。在密封件130上和在滚压隔膜上的应力沿着它的第二回旋件（convolution）138是特别高的。活塞110抵靠引导件118是可动的。由于在密封件130上和滚压隔膜上的应力，适当选择这些高应力部件的材料变得有挑战性。在引导件118的缘部117和活塞110的套筒114之间的间隙需要变窄，以防止活塞110的横向运动。然而，来自中空活塞110内部的流体必须到达缘部117和第二回旋件138之间的空间。否则，第二回旋件138不会暴露至p1和p3之间的压降。将需要另外的设计措施以克服经由缘部117的精确引导和跨过第二回旋件128的完全压降的相互冲突的要求。

本发明的目的是至少缓和上述难题，并且提供一种满足上述要求的流量控制阀。

发明内容

本发明基于这样的发现，即与活塞相邻的密封件的技术约束可通过足够的压力的构思来放宽。本文中所公开的阀设计成使得在活塞内的压力相同于与活塞相邻的环形通道的压力。该措施缓和了涉及在环形通道和活塞之间设计密封件的难题。此外，本发明的压力构思避免了另外的措施以确保围绕引导元件的压力的均匀分布。

上述问题由根据本发明的独立权利要求的压力无关式控制阀来解决。本发明的优选的实施例由从属权利要求涵盖。

本发明的相关目的是提供一种压力无关式控制阀，其中，可动活塞和引导元件之间的摩擦被降至最低。

本发明的另一相关目的是提供一种压力无关式控制阀，其中，影响活塞的运动的任何滞后作用是可忽略的。

本发明的另一相关目的是提供一种压力无关式控制阀，其中，节流器控制经过所述阀的流体通过量至附加的流量计可被免除的点。

本发明的另一目的是提供一种压力无关式控制阀，该压力无关式控制阀构造成用于测量跨过所述阀的温降。

本发明的另一目的是提供一种具有根据本发明的压力无关式控制阀的供暖、通风和空调系统。

本发明的另一目的是提供一种建筑物，该建筑物具有包括根据本发明的压力无关式控制阀的供暖、通风和空调系统。

附图说明

从公开的非限制性实施例中的下文的具体实施方式中，对于所属领域的技术人员而言，各种特征将是清楚的。伴随具体实施方式的附图可简要地描述如下：

图1为根据本发明的压力无关式控制阀的剖面图。

图2为流体通过量关于压力差的图表。

具体实施方式

图1示出了根据本发明的压力无关式控制阀的各种主要的和任选的部件。

压力控制阀包括阀体1，该阀体1具有开口，所述开口形成入口2和出口3。所述入口2和所述出口3允许流体流动经过所述阀。在优选的实施例中，流体为液体。在特别优选的实施例中，流动经过所述阀的流体是水或含有水的混合物。

流动通道4布置成沿着所述流体路径并且在所述入口2和出口3之间。在阀的入口2处，所述流体具有大体p1的压力。在阀的出口3处所述流体的压力大体为p3。在流动通道4内部的流体（总体）压力为p2。

节流器5可动地安装在入口2和流动通道4之间的座部27的内部。节流器5的位置可通过将杆6沿着由箭头7所指示的方向来回运动而改变。在特定的实施例中，杆6可围绕由箭头7所指示的轴线旋转。在替代的实施例中，杆6不能围绕由箭头7所指示的轴线旋转。

节流器5有效地改变和限制流体经过压力无关式控制阀的流量。为此，节流器5的体部可透过所述流体。

轴承8限制杆6抵靠阀体1的运动。因此，包围节流器5和轴承8的阀体的壁为节流器5充当引导元件。

轴承8可为滚珠轴承类型和/或摩擦轴承类型。可设想的是，轴承8还对压力无关式控制阀进行密封，使得流体不会从所述阀渗漏。

中空活塞9可动地安装在阀体1中另一个座部的内部。中空活塞9具有盖10，该盖10暴露至流动通道4中的压力p2。可设想的是，盖的形状可为不均匀的或可能是大致平的。中空活塞9的暴露至流动通道4内压力p2的那些部分是不可透过流体的。因此，来自流动通道4的流体不会进入中空活塞9。

可设想的是，中空活塞9的截面可能是圆形的、椭圆形的、三角形的、正方形的、矩形的。中空活塞的截面实际上可具有技术上言之成理的任何形状9。

中空活塞9的任何运动由阀体中的座部来限制。优选地，用于中空活塞9的座部将活塞9的运动有效地限制在朝向或远离节流器5的方向。所述座部的壁可通过摩擦类型的轴承和/或通过滚珠轴承来保持中空活塞9。可设想的是，轴承基本不会允许流体流动经过阀体1中在中空活塞5和座部的壁之间的流道。还可设想的是，同一轴承为低摩擦和/或为最小滞后作用而优化。

压力无关式控制阀包括用于中空活塞9的另一个引导元件11。该引导元件11布置成与盖10相对，并且穿透一穿过中空活塞9的孔。穿过中空活塞9的孔提供套筒12，该套筒12与引导元件11的壁大体平行。所述套筒12和引导元件11基本上形成轴承。该轴承可为滚珠轴承类型或摩擦轴承类型。在引导元件11和套筒12之间的流道不需要流体密封。可设想的是，由套筒12和引导元件11所形成的轴承为低摩擦和/或为最小滞后作用而优化。

套筒12和引导元件11以与上文所述的阀体1中的座部相同的方式来限制中空活塞9的运动。由此，技术约束（如通过阀体1中的套筒12或通过座部来引导的精度）可放宽至一定范围。

引导元件11由偏压构件13包围。在一优选的实施例中，偏压构件13是弹簧。在另一个更优选的实施例中，偏压构件13是螺旋弹簧，特别地是螺旋压缩弹簧。偏压构件13安装至引导元件11的端部14。在一优选的实施例中，引导元件11提供头部14，该头部14具有大体平的表面，该大体平的表面压缩偏压构件13。

环形通道15（通常称为容器15）布置成与中空活塞9相邻。环形通道15经由通路16与压力无关式控制阀的入口2流体连通。所述环形通道15还与中空活塞9的内部流体连通。在本文中，中空活塞9的内部和容器15形成室。概括地说，所述中空活塞9是可移位元件9，或者是可移位元件的一部分，其将所述室从流动通道4分隔开。根据特定的实施例，可移位元件未提供允许所述室与所述流动通道4流体连通的孔洞、孔口或孔穴。换言之，可移位元件在术语单连通（simply connected）的拓扑意义内提供了单连通的表面。

一个或多个孔穴17位于中空活塞9的将环形通道15和中空活塞9的内部分隔开的壁中。因为入口2、中空活塞9和环形通道15均为流体连通的，这些部件（9、15、2、16、17）暴露至大体相同的压力p1。

滚压隔膜18有助于将环形通道内的压力p1和所述阀的流动通道4内的压力p2分隔开。除了上述由阀体1中的阀座和中空活塞9所形成的轴承之外，滚压隔膜18提供密封件。在一优选的实施例中，两个密封件的存在意味着对于两个密封件中的每个的技术约束可放宽至一定范围。如果滚压隔膜18的密封作用是足够的，则在活塞9和阀体1之间的接合部可能在一定范围是可透过的。因此，滚珠轴承可布置在中空活塞9和阀体1之间。随着中空活塞9的运动，所述布置甚至会受到较少的摩擦和/或较小的滞后作用。

滚压隔膜18可由任何适当的柔性材料制成。在特定的实施例中，滚压隔膜18由橡胶和/或织物涂覆式橡胶和/或双轴取向聚对苯二甲酸乙二醇酯（MYLAR®）和/或聚酯膜和/或金属箔。

在操作期间，压力p1会施加一力以将中空活塞9驱动朝向节流器5。偏压构件13会沿着远离节流器5的相反方向推压所述活塞9。因此，允许在缘部28和活塞9（的盖10）之间的间隙的宽度在一定范围改变。中空活塞9的运动幅度取决于入口2和流动通道4之间的压力差。

节流器5相对于它的座部27的位置和中空活塞9相对于缘部28的位置确定流体经过所述阀的通过量。这些位置与出口压力p3大体无关，使得所述阀实现与出口压力p3基本无关的流速。同样的情况在图2中示出，其中典型的流体通过量（轴21）关于压力差（轴22）而绘出。流体流量在压力差23的右手侧上基本恒定。

优选地，活塞9提供表面10以将所述室从流动通道4分隔开，并且同一表面比由所述隔膜18提供的相应的表面更大。在另一个更优选的实施例中，所述活塞9的分隔表面10的区域是所述隔膜18的分隔表面的至少两倍。在另一个更优选的实施例中，所述活塞9的分隔表面10的区域比所述隔膜18的分隔表面的区域至少大五倍。

在特定的实施例中，所述压力无关式控制阀还包括调节螺栓19。该调节螺栓19经由伸缩杆20连接至引导元件11的头部14。通过转动螺栓19，可以调整引导元件11的头部14的位置。因为头部14还连接至偏压构件13，所以螺栓19可用于调整由构件13施加的偏压作用。

螺栓19被用以改变活塞9内的压力、流动通道4中的压力和由偏压构件13所施加的力之间的平衡。由偏压构件13所施加的偏压作用的调整对流体经过所述阀的最大通过量有影响。流体经过所述阀的流量将取决于中空活塞9和边缘28之间的间隙。通过改变所述阀内的压力和力的平衡，该间隙也会改变。因此，所述偏压作用的调整会影响流体经过压力无关式控制阀的最大流量。在图2上的箭头24指示了由于偏压作用的调整而造成的流体流速的可能的变化。

实际上，输入2和输出3之间的压力差一旦超过一阈值，流体经过所述阀的流量就与出口压力p3无关。在p1和p2之间的任何差受限于p1和p3之间的差。在入口2和流动通道4之间的压力差p1-p2不能超过那个值。如果在p1和p2之间的差变得太小，则流体经过所述阀的流量会取决于入口p1和出口p3之间的压力差。图2以具有正斜率的线25示出这个机制。

压力差22一旦到达恒定的流量的起始点23，流体经过所述阀的通过量就会与出口压力p3基本无关。通过改变调整螺栓19的位置，实现恒定的流量所需要的压力差也会改变。

恒定的流量和最大通过量的起始点23的调整提供了明显的益处，即其中压力无关式控制阀需要在一定界限内是准确的。这通常也适用于控制阀致使单独的流量计过时的应用。压力无关式控制阀于是被要求在压力差的给定范围内产生恒定的流量。在本文中恒定意为流体经过所述阀的流量由节流器5的位置来确定。

在另一实施例中，压力无关式控制阀设置多个温度传感器以确定温降。所述温度传感器可例如布置在所述阀的入口处和/或出口处。该特定的实施例对于计量是特别有用的。

通过改变调整螺栓19的位置，控制阀的恒定的流量的起始点以及因此的压力差的有用范围被设定。同样地，流体经过阀的最大通过量会影响准确度。而且，对于给定的建筑物，流体的最大流量将取决于采用在该建筑物中的HVAC系统的特性。因此，调整螺栓19允许压力无关式控制阀适用于建筑物的特定HVAC系统。

应当理解的是，上文仅涉及本发明的特定的实施例，并且在不偏离由所附的权利要求书所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以在实施例中作出许多改变。还应当理解的是，本发明并不限于所示出的实施例，并且可在所附的权利要求书的范围内做出各种修改。

参考数字

1 阀体

2 入口

3 出口

4 流动通道

5 节流器

6 杆

7 指示杆6的可能运动的箭头

8 包围杆6的轴承

9 中空活塞

10 盖

11 引导元件

12 套筒

13 偏压构件

14 头部

15 环形通道

16 通路

17 孔穴

18 滚压隔膜

19 调整螺栓

20 伸缩杆

21 经过阀的流速的轴

22 压力差的轴

23 恒定流量的起始点

24 最大流量的变化

25 流速关于压力差的成比例机制

26 恒定流量的起始点的变化

27 节流器5的座部

28 缘部

Claims (19)

1.一种压力调节阀，包括：

阀体（1），其具有至少一个入口（2）、至少一个出口（3）、至少一个流动通道（4），所述至少一个流动通道（4）将所述至少一个入口（2）联接至所述至少一个出口（3），

至少一个室，其与所述至少一个入口（2）流体连通，使得所述压力调节阀构造成在所述至少一个入口（2）处和在所述至少一个室内施加大体相同的压力，

至少一个可移位元件（9），将所述至少一个室从所述至少一个流动通道（4）分隔开，

所述至少一个可移位元件（9）包括柔性隔膜（18），其连接至所述阀体（1），

所述至少一个可移位元件（9）能够移位，以增加所述至少一个室的体积，并且将所述至少一个流动通道（4）变窄，

使得所述可移位元件（9）减小流体经过所述至少一个流动通道（4）的通过量，

所述压力调节阀还提供至少一个偏压构件（13），其构造成推压所述至少一个可移位元件（9），使得它（13）促使所述至少一个室的体积减小且所述流动通道（4）的体积增大，以便增大流体经过所述流动通道（4）的通过量，

其中，所述偏压构件（13）布置在所述至少一个室的内部。

2.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中，所述至少一个可移位元件（9）构造成借助于单连通表面将所述至少一个室和所述至少一个流动通道（4）分隔开。

3.根据权利要求1至2中任一项所述的压力调节阀，其中，所述阀包括至少一个节流器（5），其布置在所述阀体（1）中的座部中，并且其中，所述节流器（5）的座部布置成与所述至少一个可移位元件（9）相距一距离。

4.根据权利要求1至2中任一项所述的压力调节阀，其中，所述至少一个室提供至少一个容器（15），并且所述至少一个容器（15）和所述入口（2）经由至少一个通路（16）处于流体连通。

5.根据权利要求4所述的压力调节阀，其中，所述压力调节阀提供将所述容器（15）从所述至少一个室分隔开的壁，并且其中，所述容器（15）和所述至少一个室经由所述壁中的至少一个孔穴（17）处于流体连通。

6.根据权利要求1、2、5中任一项所述的压力调节阀，其中，所述柔性隔膜（18）连接至所述阀体（1）。

7.根据权利要求6所述的压力调节阀，其中，所述柔性隔膜（18）对流体流动是不可透过的，使得所述柔性隔膜（18）防止在所述至少一个室和所述至少一个流体通道（4）之间的流体流动。

8.根据权利要求1、2、5、7中任一项所述的压力调节阀，其中，所述至少一个可移位元件（9）可动地布置在所述阀体（1）中的座部中。

9.根据权利要求1、2、5、7中任一项所述的压力调节阀，其中，所述至少一个偏压构件（13）包围引导元件（11）。

10.根据权利要求9所述的压力调节阀，其中，所述可移位元件（9）是活塞，并且所述偏压构件（13）至少部分地布置在所述活塞内。

11.根据权利要求9所述的压力调节阀，其中，所述引导元件（11）连接至伸缩杆（12），并且所述伸缩杆（12）经由调整螺栓（19）连接至所述阀体（1）。

12.根据权利要求11所述的压力调节阀，其中，所述偏压构件（13）固定至所述引导元件（11），使得所述伸缩杆（12）构造成通过调整所述调整螺栓（19）来改变施加至所述偏压构件（13）的偏压作用。

13.根据权利要求1、2、5、7、10-12中任一项所述的压力调节阀，其中，轴承使所述至少一个可移位元件（9）和所述阀体（1）中的相应座部之间的摩擦和/或滞后作用最小。

14.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中，所述压力调节阀是压力无关式控制阀。

15.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中，所述至少一个可移位元件包括至少一个活塞。

16.根据权利要求1所述的压力调节阀，其中，所述至少一个偏压构件（13）是至少一个螺旋弹簧。

17.根据权利要求13所述的压力调节阀，其中，所述轴承是摩擦类型的轴承或滚珠类型的轴承。

18.一种供暖、空调、通风系统，所述系统具有根据权利要求1-17中任一项所述的压力调节阀。

19.根据权利要求18所述的供暖、空调、通风系统，其中，所述供暖、空调、通风系统是建筑物的供暖、空调、通风系统。