CN105683637A - 螺线管驱动的蝶阀 - Google Patents

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Abstract

一种蝶阀(100)和使用所述蝶阀的阀系统。所述蝶阀包括阀体(102)和设置在所述阀体中的阀盘(112)，以使得所述阀盘可以利用线性致动器在至少第一位置和第二位置之间旋转。所述致动器可以是连接至所述阀盘并与所述阀盘的所述旋转轴线间隔的线性螺线管。

Description

螺线管驱动的蝶阀
技术领域
本发明的实施方式大体上涉及蝶阀以及使用蝶阀的阀系统。
背景技术
蝶阀可以用于阀系统中，在阀系统中，期望经过阀的具有最小压降的高流量。蝶阀一般包括圆形阀盘，该阀盘定位在控制流量的孔的中心。所述盘安装至轴上，以使得轴的旋转促使盘在至少第一位置(在第一位置，孔中的流体被阻断)和第二位置(在第二位置，孔中的流体流动打开)之间旋转。典型地，所述盘在第一位置和第二位置之间旋转四分之一转(90°)，并且盘通常在两个位置之间逐渐旋转以节流。所述孔外部的致动器连接至所述轴，通常通过连接件或传动装置使得所述轴和阀盘旋转。
典型地，用于自动操作蝶阀的致动器包括直接地连接至所述轴或者通过传动装置使所述轴旋转的马达。当需要小于四分之一转时，致动器的尺寸设置为使阀盘旋转完整的四分之一转。因此，需要一种紧凑的、螺线管操作的蝶阀，该蝶阀具有运转小于四分之一转的阀盘。
发明内容
在优选的实施方式中，蝶阀包括阀体，所述阀体具有多个孔以及位于多个所述孔之间的通道。阀盘设置在所述通道中并支撑为围绕旋转轴线旋转。致动器，该致动器在从偏离所述旋转轴线的点连接至所述阀盘，响应于所述致动器的线性移动，使所述阀盘围绕所述旋转轴线旋转。
在其他的实施方式中，阀系统包括歧管本体，该歧管本体具有中心孔和围绕所述歧管本体设置的多个管道。多个所述管道在数量上与所述阀体中的多个孔对应，并且多个所述孔被定位并与所述管道对准。所述蝶阀也包括阀盘和线性致动器。多个所述管道在数量上和位置上与所述阀体中的孔对应，以使得所述孔与所述管道对准。
本发明的其他的实施方式以及进一步的实施方式将在下文描述。
附图说明
上文简洁、概括地对本发明进行了描述，下文将更加详细地描述本发明，本发明的实施方式可以通过参考在附图中所描绘的本发明的实施方式进行理解。
图1为根据本发明的实施方式的蝶阀在第一位置的剖视图。
图2为根据图1所示的蝶阀在第二位置的示意图。
图3为根据本发明的实施方式的阀盘的主视图。
图4为根据图3所示的阀盘沿线4-4的侧剖视图。
图5为根据本发明的实施方式的阀组件的侧剖视图。
图6为根据本发明的实施方式的阀组件的侧剖视图。
为便于理解，相同的参考标记用于尽可能的指示附图的共同的相同部件。
具体实施方式
在此提供一种具有创造性的蝶阀以及使用该创造性的蝶阀的阀组件。所述创造性的蝶阀有利于提供经过蝶阀的高流速及低压降。为了本发明的目的，高流速和低压降的特点是阀具有大于1.0并小于50.0的流量系数(Cv)。本发明的优选实施方式公开的蝶阀的Cv为3.1。
图1和图2示出了根据本发明的实施方式的蝶阀100沿其中心线的剖视图。阀100的相对的一半(即剖视图中未示出的部分)是已经示出的部分的镜像。图1和图2中示出的一半和相对的一半(未示出)能够分别成型并连接在一起，例如，通过至少部分地设置在通孔101(示出3个)中的紧固件(未示出)连接在一起。
所述蝶阀100包括具有第一孔104和第二孔106的阀体(本体102)，所述第一孔104和第二孔106通过第一流道108和通道110可选择地彼此流体连通。第一孔104形成在本体102的第一部分上，并且所述第一孔104具有第一轴线X1。第二孔106形成在本体102的第二部分上，并且所述第二孔106具有第二轴线X2。示出的轴线X2平行于第一轴线X1，但是，第一轴线X1并不是必须与第二轴线X2平行和/或共面。
设置在通道110内并支撑为围绕轴线114旋转的阀盘112可选择地在第一孔104和第二孔106之间提供流体连通。用于旋转的支撑可以通过单独的轴或者如下面所讨论的通过整体形成在阀盘112上的伸出部提供。所述阀盘112可选择地旋转至图1所示的第一位置，其中所述第一孔104至少部分地打开，以与第二孔106流体连通。所述阀盘112可选择地旋转至图2所示的第二位置，其中所述第一孔104通过阀盘112阻止与第二孔106流体连通。
本体102可设置有第三孔116，该第三孔116可选择地通过第二流道118和通道110与第一孔104的流体连通。第三孔形成在本体102的第三部分上，并且所述第三孔具有第三轴线X3，所述第三轴线X3可以与轴线X1、轴线X2位于同一平面并且与轴线X1、轴线X2平行，或者所述第三轴线X3可以位于任意平面并且与轴线X1、轴线X2成任意角度。
如图1所示，阀盘112可选择地被定位以阻止第一孔104与第二孔106流体连通。在图2中，上述状态被逆转，并且第一孔104与第三孔116流体连通，并且第一孔104通过阀盘112阻止与第二孔106的流体连通。
如图2所示，所述第一孔104、第二孔106以及第三孔116可以分别地被形成，以使得各孔的轴线X1、X2、X3分别平行。可选择地，所述第一孔104、第二孔106以及第三孔116可以被形成为一个或多个孔的轴线不平行。例如，第二孔106的轴线X2与第一孔104的轴线X1所成的第一角度为非180度。在其他实施方式中，所述第一孔104、第二孔106以及第三孔116的轴线X1、X2、X3分别位于单独的平面，其中轴线X1、X2、X3彼此成角度。例如，如图2所示，第一孔104的轴线X1和第二孔106的轴线X2可以位于所画的纸张的平面内并且轴线X1与轴线X2平行。第三孔116的轴线X3可以垂直于轴线X1和X2，也就是，第三孔116的轴线X3位于与所述纸张的平面垂直的平面内(见图4)。
阀盘112可以定位在第三位置(未示出)，在第三位置处，阀盘112被定位为使得第二孔106和第三孔116均通过通道110与第一孔104流体连通。阀盘112可以定位在图1中的第一位置和图2中的第二位置之间的任意中间位置，以在第一孔104、第二孔106以及第三孔116之间同时提供流体连通。
阀盘112可以围绕旋转轴线114从大体上平行于X1的水平位置逆时针旋转+90°或者顺时针旋转-90°(旋转大约180°的范围)，或者旋转至其中的任意中间角度。例如，如图1和图2示出的，阀盘112旋转大约30°，该30°为从水平位置的大约±15°。在其他实施方式中，正向(逆时针)和负向(顺时针)的旋转不需要相等。
阀盘112连接至线性致动器(致动器120)，例如，螺线管(solenoid)122。螺线管122具有电枢(armature)124，电枢124支撑为垂直于阀盘112的旋转轴线114线性移动。电枢124可以直接连接至阀盘112或通过连接件(linkage)126连接，连接件126包括一个或多个部分(图1和图2中示出了一个部分的情况)的。连接件126的第一端128连接至阀盘112，以使得第一端128被支撑为相对于阀盘112至少旋转地移动。连接件126在偏移旋转轴线114的位置连接至阀盘，以使得阀盘112响应致动器120的线性运动绕旋转轴线114旋转。位于致动器120和阀盘112之间的连接件126可以是可分离的连接或者不可分离的(永久的)连接。
如图3和图4所示，阀盘112包括位于中心的部分202，该部分202大体上是平的。旋转轴线114通过整个阀盘112。盘部202包括形成在邻近支撑端208的第一侧206的第一凹部204。第二，反向地定向的凹部210类似地形成在第二侧212。如所示的，第一凹部204和第二凹部210相似地设置；但是，第一凹部204和第二凹部210也可以不同地设置。支承面(Bearingsurfaces)214围绕靠近所述支撑端208的旋转轴线114同心地形成，以支撑所述阀盘112在本体102中旋转，该本体102形成有合适的用于所述支承面214的插座(receptacles)(未显示)。在可替换的实施方式中，支承面214不作为所述阀盘112的一部分被形成。可替代的，通过阀盘形成与旋转轴线114同轴的通道，以接收合适尺寸的轮轴(axel)或销，该轮轴或销提供支承面214的功能以支撑阀盘112旋转。
在示出的实施方式中，球面216邻近每个支承面214形成。球面216可以与通道110的一部分配合，或者与第一流道108和第二流道118的一部分配合，或者与中心孔和第一、第二流道的一部分配合，以提供密封表面，从而便于可选择地阻止第一孔104与第二孔106和第三孔116中的一者流体连通。
接点218设置在阀盘112的第一侧206上，以便与致动器120连接。如图3和图4所示，接点可以设置在与阀盘112一体形成的凸起(boss)220上。可选择地，接点可以(例如通过紧固件或粘结剂)分离地形成并且设置在阀盘112上。
当所述阀盘安装在本体102上时，接点218偏离于旋转轴线114，使得连接至所述阀盘112的致动器的线性运动产生足够的转矩使阀盘112围绕旋转轴线114旋转。如图4所示，所述接点218在图示中的水平方向(即，平行于平的盘部202)和竖直方向(即，垂直于平的盘部202)偏离于旋转轴线114。然而，为了产生绕旋转轴线114的转矩，所述接点只需要在水平方向(如图)偏离于旋转轴线114。
所述阀盘112和本体102的几何结构可以进行选择，以便使用于改变阀100中的流道所需要的转矩最小化。
返回至图1，阀盘112被示出处于第一位置，该第一位置对应于默认状态。该默认状态可以与致动器120的第一能量状态对应，例如，螺线管122的断电状态(de-energizedcondition)。在图1的断电位置，弹性部件(例如，弹簧130)沿向上的方向推动连接件126，以使阀盘定位在图1所示的位置。在图2中，阀盘112被示出在第二位置，该第二位置对应于所述致动器120的第二能量状态，例如，螺线管122的通电状态。
在图2的通电状态，所述螺线管克服弹性部件130的向上(图示)的推力并使连接件126向下移动，使阀盘112获得围绕旋转轴线114的顺时针的力矩，从而使阀盘112定位在图2所示的位置中。第三位置可以如上文说明的阀盘112逐渐地在第一位置和第二位置之间旋转的情形中所设置。第三位置可以对应于螺线管的第三能量状态或者可以使用增加的限制部(extensionlimiter)(例如，物理止动部(physicalstop))而对应于上文所述的第一能量状态或第二能量状态中的一者。
阀体102和阀盘112可以由适合于所使用的环境的任意材料形成，包括(非限制性实例)填充或未填充聚酰胺(polyamide)。连接杆126可以由来自外界的任意合适的具有足够硬度的材料形成，例如，包括(非限制性实例)合金钢，例如，302不锈钢。
图5示出的阀组件300包括设置在中心孔304内的蝶阀100，所述中心孔304形成在歧管本体(manifoldbody)302上。在蝶阀100中，对应于多个孔的多个管道围绕歧管本体302设置，并且所述多个管道与中心孔304流体连通。所述管道被设置为与蝶阀100上的孔对准。如图所示，第一管道306与第一孔104对准，第二管道308与第二孔106对准，以及第三管道310与第三孔116对准，以使得每个管道和对应的孔流体连通。因此，当所述蝶阀100在图1和图5中的第一位置或者断电位置时，第一管道306通过通道110和第二流道108与第二管道308流体连通，并且第一管道306和第三管道310之间的流体连通被阻断。类似的，当蝶阀100在图2中的第二位置或通电位置时，第一管道306通过通道110和第三孔116与第三管道310流体连通，并且第一管道306和第二管道308之间的流体连通被阻断。在如上文讨论的第三位置，第一管道306与第二管道308和第三管道310流体连通。
管道306可以是单一的流体输入，阀盘112将输入的流体转移至第二管道308或第三管道310或在作为出口的第二管道308和第三管道30之间调节所述流体。可选择地，第二管道308和第三管道310可以是流体输入，阀盘112将输入的流体中的一个转移至作为出口的第一管道306，或者阀盘可提供包括来自第二管道308和第三管道310的出口流流至第一管道306。
图6示出的阀组件400包括设置在歧管402的中心孔404内的蝶阀100。类似于上文的阀组件300，第一管道406与第一孔104对准，第二管道408与第二孔106对准，并且第三管道410与第三孔116对准，以使得每个管道和对应的孔流体连通。
如图6所示，当螺线管处于断电状态时，第一管道406通过通道110和第二流道108与第二管道408流体连通，并且第一管道406和第三管道410之间的流体连通被阻断。与上文类似，当螺线管处于通电位置时，流体连通被改变。
在图6的实施方式中，管道406的轴线和第一孔104的轴线共线并且与管道408和第二孔106的共线的轴线共面。图6中的管道410的轴线和第二孔106的轴线共线并且与管道406和管道408的平面形成钝角。例如，管道406和408的轴线位于图示的页面中，并且管道410的轴线垂直于所述页面。其他的定位的角度也是可以想到的。

Claims (20)

1.一种蝶阀，所述蝶阀包括：
阀体，所述阀体具有第一孔、第二孔以及位于所述第一孔和所述第二孔之间的通道；
阀盘，所述阀盘设置在所述通道内并支撑为围绕旋转轴线旋转；以及
致动器，所述致动器在偏离于所述旋转轴线的接点连接至所述阀盘，以使得所述阀盘响应于所述致动器的线性移动而围绕所述旋转轴线旋转。
2.根据权利要求1所述的蝶阀，其中，所述线性致动器包括具有电枢的螺线管，所述电枢支撑为在至少第一位置和第二位置之间垂直于所述旋转轴线线性移动，其中，所述电枢连接至所述阀盘。
3.根据权利要求2所述的蝶阀，其中，所述电枢通过连接杆连接至所述阀盘。
4.根据权利要求2所述的蝶阀，其中，所述电枢的所述第一位置至少部分地打开所述第一孔与所述第二孔的流体连通，并且所述电枢的所述第二位置关闭所述第一孔与所述第二孔的流体连通。
5.根据权利要求2所述的蝶阀，其中，所述电枢的所述第一位置对应于所述螺线管的第一能量状态，并且所述电枢的所述第二位置对应于所述螺线管的第二能量状态。
6.根据权利要求2所述的蝶阀，其中，所述阀盘从所述第一位置至所述第二位置旋转30°。
7.根据权利要求2所述的蝶阀，其中，所述电枢通过阀销连接至所述阀盘，所述阀销具有与所述电枢可操作地接合的第一端以及与所述阀盘铰接以转动的第二端。
8.根据权利要求1所述的蝶阀，其中，所述阀体进一步包括第三孔。
9.根据权利要求8所述的蝶阀，其中：
所述电枢的所述第一位置至少部分地打开所述第一孔与所述第二孔的流体连通，并且关闭所述第一孔与所述第三孔的流体连通；以及，
所述电枢的所述第二位置关闭所述第一孔与所述第二孔的流体连通，并且至少部分地打开所述第一孔与所述第三孔的流体连通。
10.根据权利要求9所述的蝶阀，所述蝶阀进一步包括所述电枢的第三位置，其中，所述电枢的所述第三位置部分地打开所述第一孔与所述第二孔的流体连通，并且部分地打开所述第一孔与所述第三孔的流体连通。
11.根据权利要求10所述的蝶阀，其中，所述电枢的所述第一位置对应于所述螺线管的第一能量状态，所述电枢的所述第二位置对应于所述螺线管的第二能量状态，并且所述第三位置对应于所述螺线管的第三能量状态。
12.根据权利要求10所述的蝶阀，其中，所述电枢的所述第一位置对应于所述螺线管的第一能量状态，所述电枢的所述第二位置对应于所述螺线管的第二能量状态，并且所述第三位置对应于所述螺线管的所述第一能量状态和所述第二能量状态中的一者以及物理止动部。
13.根据权利要求1所述的蝶阀，其中，所述第一孔形成在所述阀体的第一部分上并具有第一轴线，所述第二孔形成在所述阀体的相对的第二部分上并具有第二轴线，其中，所述第一轴线和所述第二轴线彼此平行。
14.根据权利要求13所述的蝶阀，所述蝶阀进一步包括形成在所述阀体的第三部分上并与所述第一孔相对的第三孔，并且所述第三孔具有平行于所述第一轴线和所述第二轴线的第三轴线。
15.根据权利要求1所述的蝶阀，其中，所述阀盘包括：
定位于中心的平的盘部，所述旋转轴线穿过所述盘部，所述盘部具有位于第一侧上的第一凹面和位于第二侧上反向地定向的第二凹面；以及径向相对的柱形支承面，所述支承面与所述旋转轴线同轴设置以旋转地支撑所述阀盘。
16.根据权利要求15所述的蝶阀，其中，设置在所述第一侧上的凸起包括所述接点。
17.根据权利要求15所述的蝶阀，其中，所述接点在平行于所述盘部的方向上偏离于所述旋转轴线。
18.根据权利要求15所述的蝶阀，其中，所述蝶阀进一步包括靠近每个支承面的球面。
19.一种阀系统，所述阀系统包括：
歧管本体，所述歧管本体具有中心孔和围绕所述歧管本体设置的多个管道，所述管道与所述中心孔流体连通；以及
权利要求1所述的蝶阀，所述蝶阀设置在所述中心孔内，
其中，多个所述管道在数量和位置上与所述阀体的多个所述孔对应，使得所述孔与所述管道对准。
20.根据权利要求19所述的蝶阀，其中：
所述阀体包括第三孔；并且
所述歧管包括围绕所述歧管本体设置的第三管道；
其中，当所述蝶阀设置在所述中心孔中时，所述第三孔与所述第三管道对准。
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