CN106029493B - 用于活塞第一级的隔热衬套 - Google Patents

Abstract

提供了一种第一级压力调节器。该调节器包括阀体，阀体具有由压力室联接的入口和出口。压力补偿室与周围的水流体连通。阀构件由所述阀体可滑动地承载于打开状态与闭合状态之间，在所述打开状态下，允许流体在入口与出口之间流动，在所述闭合状态下，防止流体在入口与出口之间流动。阀构件具有膨胀头，所述膨胀头由所述压力补偿室内的周围的水可操作地作用以将所述阀构件朝向打开状态偏置。调节器包括在补偿室内的环状隔离衬套，所述环状隔离衬套覆盖限定压力补偿室的一部分的阀体部分以将阀体与压力补偿室内的水隔离。

Description

用于活塞第一级的隔热衬套

技术领域

本发明总体上涉及用于独立式水下呼吸装置的调节阀。

背景技术

将可呼吸空气安全地输送到冷水环境中的潜水者面临着挑战。用于水下呼吸的压力调节器将高压气体转换到处于或接近潜水者所能呼吸的压力的较低压力。

适合于呼吸的气体的第一级减低通常包含了基于潜水者在水内的深度来调节从压力调节器输出的气体的压力的压力补偿。随着潜水者在水内更深，压力补偿将增加从调节器输出的气体的压力。

为了提供压力补偿，许多调节器包括接收潜水者周围的水且与潜水者周围的水流体连通的压力补偿室，尤其是调节器。压力补偿室内的水将作用于移动机构上，弹簧和周围的水将该移动机构沿一个方向偏置，而所调节的气体和调节器的输出将该移动机构沿相反的方向偏置。随着周围水压升高，水作用于移动机构上的力也增加，这产生了离开压力调节器的气体的增大的输出压力。

不幸的是，将气体的压力从入口压力降至出口压力的过程是绝热过程，其从周围环境，即周围的水吸收热能。

在冷水潜水时，水的温度可以接近冻结。压力调节器的绝热过程会导致周围的水在调节器的露出表面上的局部冻结。如果压力补偿室内的水冻结，则冰会影响移动机构和弹簧的运动和操作。

本发明试图提供对于用于水下呼吸装置的水下压力调节器领域的当前状态的改进。

发明内容

在一个方面，本发明提供了包括阀体的第一级压力调节器，该阀体具有入口和出口。该阀体限定了位于入口与出口之间的压力室。阀体进一步限定了具有开口的压力补偿室。开口将压力补偿室与周围的水流体连通。

第一级压力调节器进一步包括阀体内的阀座以及阀构件。阀构件可滑动地承载在阀体的压力室内。阀构件具有阀端。膨胀头连接到阀端。阀构件能够在打开状态与闭合状态之间滑动。在打开状态下，阀端与阀座间隔开且允许入口与出口之间的流体流动。在闭合状态下，阀端密封地坐靠到阀座上以防止入口与出口之间的流体流动。膨胀头暴露于压力补偿室且被压力补偿室内的周围的水可操作地作用以将阀构件朝向打开状态偏置。

第一级压力调节器进一步包括位于补偿室内的环状隔离衬套。环状隔离衬套覆盖限定了压力补偿室的一部分的阀体部分。偏置构件介于环状隔离衬套与膨胀头之间以将阀构件朝向打开状态偏置。

阀体限定了形成压力补偿室的部分的环状安装槽。环状隔离衬套定位在环状安装槽内。

环状隔离衬套大体上包括基部、外径向侧壁部和内径向侧壁部。外径向侧壁部从基部延伸。内径向侧壁部从基部延伸且从外径向侧壁部沿径向向内延伸。环状隔离衬套的基部、内径向侧壁部和外径向侧壁部限定了接纳偏置构件的端部的环状接纳槽。

环状安装槽由通过阀体形成的径向外表面部、基表面部和径向内表面部限定。外径向侧壁部与径向外表面部重叠且将径向外表面部与补偿室内的水隔离。内径向侧壁部与径向内表面部重叠且将径向内表面部与补偿室内的水隔离。基表面部与基部重叠且将基部与压力补偿室内的水隔离。

第一级压力调节器的阀构件延伸穿过偏置构件且与偏置构件同心。环状隔离衬套由隔热塑料材料形成。被环状隔离材料覆盖的阀体部分由金属材料形成。环状隔离衬套的内径向侧壁部具有与外径向侧壁部大体平行的与基部连接的第一部分以及相对于第一部分倾斜且限定了内径向侧壁部的远侧端的第二部分。倾斜的部分在背离基部移动时沿径向向内倾斜。

在其它实施例中，环状隔离衬套的内径向侧壁部具有与外径向侧壁部大体平行的与基部连接的第一部分以及相对于第一部分倾斜且限定内径向侧壁部的远侧端的第二部分。倾斜的部分在背离基部移动时沿径向向内倾斜。径向内表面部具有与径向外表面部平行的第一部分以及相对于第一部分倾斜以与环状隔离衬套的内径向侧壁部配合的第二部分。

本发明的另一方面涉及抑制第一级压力调节器的压力补偿室内的水冻结的方法。第一级压力调节器具有阀体，该阀体具有入口和出口。阀体限定了位于入口与出口之间的压力室。阀体进一步限定压力补偿室。压力补偿室具有开口，该开口将压力补偿室与周围的水流体连通。第一级压力调节器具有阀构件，该阀构件可滑动地承载于阀体的压力室内，该阀构件能够在打开状态与闭合状态之间滑动。在打开状态下，允许流体在入口与出口之间流动。在闭合状态下，防止流体在入口与出口之间流动。阀构件具有暴露于压力补偿室的膨胀头。阀构件由压力补偿室内的周围的水可操作地作用以将阀构件朝向打开状态偏置。压力调节器具有作用于阀构件上以将阀构件朝向打开状态偏置的偏置构件。

该方法包括用位于补偿室内的环状隔离衬套来覆盖限定了压力补偿室的一部分的阀体部分。环状隔离衬套被定尺寸和定形状以与被环状隔离衬套覆盖的该阀体部分的表面紧密地配合。阀体限定了环状安装槽，环状隔离衬套安装在环状安装槽中。覆盖的步骤包括用环状隔离衬套的对应部分覆盖阀体的限定安装槽的表面。

附图说明

并入和构成了说明书的一部分的附图图示说明了本发明的多个方面，并且连同说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1示出了根据本发明的阀的实施例的轴向剖视图，阀构件处于打开位置。

虽然将结合一些优选的实施例描述本发明，但是无意将其限于那些实施例。相反，意图覆盖包含在如随附权利要求限定的本发明的精神和范围内的全部的替选方案、修改和等同方案。

具体实施方式

图1示出了两级系统的第一级气压减低阀10。第一级气压减低阀10还可以称为第一级压力调节器10或更简单地称为压力调节器10。第一级压力调节器10用于将通常潜水者所携带的罐中所储存的高压气体的压力降至能够由向潜水者供给呼吸气体的第二级调节器所使用的更可控压力。

压力调节器10通常包括阀体12。在图示的实施例中，阀体12通常是两个部件彼此附接的两件式阀体。在该实施例中，各件彼此螺纹连接。

阀体12通过附接到阀体12的入口的入口管状管接头14与诸如压缩空气气缸的压力空气源(未示出)结合。压缩空气可以是氧气和用于冷水潜水的其它适合的气体的混合物。为简化，下文将空气或气体混合物称为气体。

阀体12提供了压力室16和补偿室18。压力室16和补偿室18是同心且同轴的。压力室16和补偿室18由分隔壁20和能移动的阀构件22相互分隔开。

压力室16经由入口管状管接头14与从压缩气体气缸供给到压力调节器10的加压气体连通。补偿室18通过阀体12中的开口24与外界环境水连通。在潜水过程中，补偿室18填充有处于与潜水深度对应的压力的水。

阀构件22可滑动地承载于阀体12内。阀构件22具有通过管状柄30与阀端28连接的膨胀头26。管状柄30和膨胀头26均密封到阀体12以防止环境水的侵入或者调节器内的气体的逸出。还允许管状柄30和膨胀头26在阀体12内轴向地滑动，如箭头32所示，从而允许压力调节器10将气体的压力自其入口压力降低。

管状柄30优选地是诸如不锈钢的金属材料以确保机械方面和化学方面(盐水等)的更佳的耐受性。在该实施例中，管状柄30限定了阀端28。

阀端28以喷口或漏斗的形状逐渐变细。阀端28选择性地坐靠到阀座34上。当阀端28与阀座34间隔开时，压力调节器处于打开状态，并且允许气体通过压力调节器10从压力调节器的入口14流到出口36。该构造图示在图1中。当阀端28被偏置靠在阀座34上时，入口14与出口36之间的流体流路闭合，从而防止流体流动。

阀座34优选地为非金属材料，从而当阀构件22处于闭合状态时提供与阀端28的良好的密封接合。

膨胀头26处于阀构件22的相对端且具有扩大的锥形形状。该锥形形状提供了允许气体膨胀的扩大区域。膨胀头的外表面由补偿室18内的水作用以将阀构件22朝向打开状态偏置(例如，在箭头38的方向上)。膨胀头26的内表面由密封于压力调节器10内的气体作用以将阀构件22朝向闭合状态偏置(例如，在箭头40的方向上)。

盘簧42定位在补偿室18内，以通过预定的最小量的力将阀构件22朝向打开状态偏置(例如，在箭头38的方向上)。盘簧42介于膨胀头26与阀体12尤其是分隔壁20的一部分之间。在该实施例中，弹簧42的弹簧圈是通过由隔热材料层46覆盖的不锈钢芯44形成的。

阀构件22的膨胀头26与压力调节器10的出口36连通。随着气体从入口14经过阀构件22流到出口36，允许气体膨胀且压力降低。该膨胀和压降是从压力调节器10的围绕压力室16的部件中汲取热能的绝热过程，所述部件诸如为阀体12和阀构件22。

由于绝热气体膨胀，补偿室18经过大的温度下降，这会导致补偿室18内水的冻结。在补偿室18内形成冰会影响盘簧42、阀构件22或开口24的操作并且抑制压力调节器10的压力补偿特征。

发生冻结的一个特定的位置接近盘簧42的由阀体12挤压的端。为解决室18内的冻结问题，图示的实施例包括隔热衬套48，该隔热衬套覆盖阀体12的接近支撑有盘簧42的部位的外表面。

隔热衬套48介于盘簧42与阀体12之间。隔热衬套48被接纳在由阀体12限定的环状安装槽50内。环状安装槽50由阀体12的包括组合而形成大体U型剖面的基部52、第一径向外腿部54以及第二径向内腿部56在内的部分限定。隔热衬套48抵靠基部52、径向外腿部54和径向内腿部56的暴露的表面安置在环状安装槽50内并且防止补偿室18内的环境水暴露于限定了安装槽50的阀体12的可能较冷的表面。

隔热衬套48被定形和定尺寸以与阀体的限定环状安装槽50的内表面配合。因此，隔热衬套48是环状的且包括：与基部52的暴露的表面配合的底部58；第一径向外侧壁部60，其与径向外腿部54的暴露的表面配合；以及第二径向内侧壁部62，其与径向内腿部56配合。底部58将侧壁部60，62彼此连接。侧壁部60，62从底部58的同一侧向外延伸。侧壁部60，62彼此沿径向间隔开以形成接纳盘簧42的一端的环状接纳槽64。

在图示的实施例中，径向外侧壁部60为大体笔直的构件。径向内侧壁部62具有两个区段，包括笔直区段66以及锥形区段68，锥形区段68相对于笔直区段成锥形。笔直区段66介于锥形区段68与底部58之间。这些部分与径向内腿部56的暴露表面的对应部分配合。

隔热衬套48可以压配合、摩擦配合、胶粘或机械地紧固在环状安装槽50内。

隔热衬套48优选地由隔热塑料材料制成，材料还可以包括适合的填充材料，诸如例如嵌入塑料内用来改善隔热且抑制从补偿室内的水到通常是阀体12和压力调节器10的热传递的空心的微球体。隔热衬套48试图迫使绝热膨胀过程从除了补偿室18内的水的不同部位和能量源汲取热能。

额外的隔离可通过将由补偿室18内的水作用的膨胀头26的环状部分70进行隔热来提供。膨胀头26的环状部分70在其径向外周上载有第一液密主圈(O型圈)72以及第二圈74。在形成于所述圈72和74与补偿室18的侧壁76之间的隔室内提供润滑。

螺纹衬套78设置成将柄30和环状部分70保持在一起。螺纹衬套78与柄30螺接，柄30同样在外部螺纹连接。而且，另一液密圈80介于螺纹衬套78与柄30之间。主液密圈72设定在具有比圈72本身的宽度大的宽度的槽82中，使得其能够在执行其打开或闭合行程时相对于膨胀头26略微移动，进一步改善在运动中零件的润滑。替选的实施例可使用单个O型圈。在另外的其它实施例中，螺纹衬套78、环状部分70和柄30由一个或多个件形成。

除了由环状部分70提供的隔离之外，柄30被提供了隔热装置，该隔热装置包括位于柄30上、在柄30的螺纹区段之前的护套84，其由可压缩隔热材料制成。当阀构件22处于其打开状态时，护套84在其自然位置处拉伸，而当阀构件22处于闭合位置时，护套84被压缩。额外的隔离是通过隔热材料的另一衬套86来提供的，该衬套86放置到螺纹衬套78的周围且抵靠阀构件22的膨胀头26的环状部分70凸出。

由于隔热衬套48和其它所描述的隔离装置，来自补偿室18内的水的热传递被减少，这抑制了在冷水潜水过程中至少在正常潜水的时间长度内压力补偿室18内的水的冻结，从而避免低效或最终的阀阻塞以及对于使用者而言关联的危险。进一步，由于隔热衬套48与衬套86、螺纹隔离衬套78、隔离材料层46和护套84配合地进行隔离，暴露于补偿室18的环境水(还称为“湿区”)的表面基本上被隔离。在一些实施例中，补偿室18内的多于80％的表面被隔离，而在另外的实施例中，补偿室18内至少90％的表面被隔离。

本文中引述的包括公开出版物、专利申请和专利在内的全部参考文献都通过引用方式合并于此，就好像每篇参考文献都单独地且具体地被表明通过引用方式包含且以其全文在本文进行阐述一样。

在描述本发明的背景下(尤其在所附权利要求的背景下)，没有数量词修饰或用“所述”修饰以及类似的指代应解释为涵盖了单数和复数，除非在本文中表明或者与上下文明显矛盾。除非特别指出，否则术语“包括”、“具有”、“包含”和“含有”应解释为开放式术语(即，表示“包含，但不限于”)。本文中数值范围的记述仅旨在充当分别指每个单个的值落入该范围的简短记法，除非本文做出其它指示，并且每个单个的值包含于说明书内，就好像它们分别记述于本文中。本文描述的全部方法能够以任何适合的次序来执行，除非上文做出其它指示或者上下文明显矛盾。本文提供的任何以及全部示例或者示范的语言(例如，“诸如”)的使用仅旨在更好地阐明本发明，而不是对本发明的范围进行限制，除非做出其它声明。说明书的语言不应解释为表明任何非权利要求的元素对于本发明的实现是必要的。

本发明的优选实施例描述于此，包括发明人所知的用于实施发明的最佳方式。在阅读了前面的说明书后，那些优选实施例的变型例对于本领域普通技术人员变得显而易见。发明人预期到技术人员适当地采用这些变型例，并且发明人希望以本文具体描述方式之外的方式实现本发明。因此，本发明包括了适用法律所允许的随附于此的权利要求中记述的主题的全部的修改和等同方案。而且，在其全部可能的变型例中上述元素的任意组合由本发明涵盖，除非本文做出其它指示或者上下文明显矛盾。

Claims (15)

1.一种第一级压力调节器，包括：

阀体，其具有入口和出口且限定了位于所述入口与出口之间的压力室，所述阀体限定了具有开口的压力补偿室，所述开口使所述压力补偿室与周围的水流体连通；

阀座，其位于所述阀体内；

阀构件，其可滑动地承载于所述阀体的压力室内，所述阀构件具有阀端以及与所述阀端连接的膨胀头，所述阀构件能够在打开状态与闭合状态之间滑动，在所述打开状态下，所述阀端与所述阀座间隔开且允许所述入口与出口之间的流体流动，在所述闭合状态下，所述阀端密封地坐靠在所述阀座上且防止所述入口和出口之间的流体流动，所述膨胀头暴露于所述压力补偿室且被所述压力补偿室内的周围的水可操作地作用，以将阀构件朝向打开状态偏置；

环状隔离衬套，其位于所述补偿室内且覆盖限定了所述压力补偿室的一部分的阀体部分；以及

偏置构件，其介于所述环状隔离衬套与所述膨胀头之间以将所述阀构件朝向所述打开状态偏置。

2.根据权利要求1所述的第一级压力调节器，其中所述阀体限定了形成所述压力补偿室的部分的环状安装槽，所述环状隔离衬套位于所述环状安装槽内。

3.根据权利要求2所述的第一级压力调节器，其中：

所述环状隔离衬套大体上包括基部、从所述基部延伸的外径向侧壁部、从所述基部延伸且从所述外径向侧壁部沿径向向内延伸的内径向侧壁部；

所述基部、内径向侧壁部和外径向侧壁部限定了接纳所述偏置构件的端部的环状接纳槽。

4.根据权利要求3所述的第一级压力调节器，其中：

所述环状安装槽由通过所述阀体形成的径向外表面部、基表面部以及径向内表面部限定；

所述外径向侧壁部与所述径向外表面部重叠且将所述径向外表面部与所述补偿室内的水隔离；

所述内径向侧壁部与所述径向内表面部重叠且将所述径向内表面部与所述补偿室内的水隔离；以及

所述基表面部与所述基部重叠且将所述基部与所述压力补偿室内的水隔离。

5.根据权利要求1所述的第一级压力调节器，其中所述阀构件延伸穿过所述偏置构件且与所述偏置构件同心。

6.根据权利要求1所述的第一级压力调节器，其中所述环状隔离衬套由隔热塑料材料形成。

7.根据权利要求1所述的第一级压力调节器，其中被所述环状隔离衬套覆盖的阀体部分由金属材料形成。

8.根据权利要求3所述的第一级压力调节器，其中所述内径向侧壁部具有与所述外径向侧壁部大体平行的与所述基部连接的第一部分以及相对于所述第一部分倾斜且限定了所述内径向侧壁部的远侧端的第二部分。

9.根据权利要求8所述的第一级压力调节器，其中所述第二部分沿径向向内倾斜并且在背离所述基部的方向上朝向所述出口延伸。

10.根据权利要求4所述的第一级压力调节器，其中所述内径向侧壁部具有与所述外径向侧壁部大体平行的与所述基部连接的第一部分以及相对于所述第一部分倾斜且限定了所述内径向侧壁部的远侧端的第二部分。

11.根据权利要求10所述的第一级压力调节器，其中所述第二部分沿径向向内倾斜并且在背离所述基部的方向上朝向所述出口延伸。

12.根据权利要求11所述的第一级压力调节器，其中所述径向内表面部具有与所述径向外表面部平行的第一部分以及相对于所述第一部分倾斜以与所述环状隔离衬套的内径向侧壁部配合的第二部分。

13.一种抑制第一级压力调节器的压力补偿室内的水冻结的方法，所述第一级压力调节器具有阀体，所述阀体具有入口和出口，所述阀体限定了位于所述入口与出口之间的压力室，所述阀体限定了所述压力补偿室且具有将所述压力补偿室与周围的水流体连通的开口，所述第一级压力调节器具有阀构件，所述阀构件可滑动地承载在所述阀体的压力室内，所述阀构件能够在打开状态与闭合状态之间滑动，在所述打开状态下允许流体在入口与出口之间流动，在所述闭合状态下，防止流体在入口与出口之间流动，所述阀构件具有暴露于压力补偿室的膨胀头且被所述压力补偿室内的周围的水可操作地作用以将所述阀构件朝向所述打开状态偏置，所述压力调节器具有偏置构件，所述偏置构件作用于所述阀构件上以将所述阀构件朝向所述打开状态偏置，所述方法包括：

用位于所述补偿室内的环状隔离衬套来覆盖限定所述压力补偿室的一部分的阀体部分。

14.根据权利要求13所述的方法，其中所述环状隔离衬套被定尺寸和定形状以与被所述环状隔离衬套覆盖的所述阀体部分的表面紧密地配合。

15.根据权利要求14所述的方法，其中所述阀体限定了环状安装槽，所述环状隔离衬套安装在所述环状安装槽中，覆盖的步骤包括用所述环状隔离衬套的对应部分覆盖所述阀体的用来限定所述环状安装槽的表面。