CN106715984B - 高流量系数滑阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供了一种通过对常规滑阀在流动路径中进行一个或多个改变而形成的高流量系数滑阀。滑阀的本体包括球形内槽。在本体内可滑动地接合的柱塞筒包括在密封件之间的凹进表面，其与本体的球形内槽匹配。本体内槽的球形和/或柱塞的凹进形状允许其间的更大的容积和更多的层流，得到提高的流量系数和流量。本体还在端口中形成横向端口窗，其形成为进入本体的孔洞与柱塞相邻。流动中的扼流容积被设计成位于平行流动位置而不是垂直流动位置，以促进层流和减少紊流，并且还增大流量系数。

Description

高流量系数滑阀
相关申请的交叉引用
不适用
联邦赞助研究/发展声明
不适用
参考附录
不适用
技术领域
本发明大体涉及阀。具体地，本发明涉及滑阀。
背景技术
在阀设计中的困难在于高效的控制流量。对根据阀本体内的柱塞的位置而在用于引导流动的多个端口之间转换的多端口滑阀，高流量系数“Cv”特别地形成挑战。在滑阀中的多个流动通道天然地形成了流动约束并降低了效率性能。流动效率可通过简单地增大围绕内部柱塞的本体尺寸以得到更大的内部通道而实现，这种做法是常规的改进模式。然而，一些应用并不适于该包络尺寸的整体增大，因此不增大本体尺寸而提高流动效率在一直是很困难的。在阀系统的控制构件和管道的尺寸方面，流量系数的小提高是商业上有价值的。
图1A是常规、现有、可购买的螺线管操作滑阀的横剖视图。图1B是在滑阀的孔洞中滑动地接合的常规柱塞的示意剖视侧视图。图1C是示出了图1A中的滑阀中的常规流动路径的示意图，其中在流动路径中具有至少一个扼流区域(choke zone)。阀2包括本体4，其围绕可滑动地设置在其中的柱塞6。操作者端盖8连接至本体4，并且可密封阀本体的一端。操作者端盖8可连接至未示出的螺线管，以将连接至柱塞(spool)的活塞14推入不同的纵向位置。返回端盖10连接至本体4且可密封阀本体的远端。弹簧12将柱塞朝向操作者端盖8偏置，以在螺线管没有被致动时将柱塞返回至静置位置(rest position)。阀2具有多个端口16A-16E，其中根据柱塞相对于阀本体的位置一个为入口且其它的为可选的出口。根据阀以所示的常闭或常开情况操作，用作入口的具体端口可改变。密封件26与本体4的孔洞18滑动地接合，以相对于端口选择性地闭合或打开密封流动区域28。例如，密封件26A和26B可密封流动区域28A中的孔洞18，从而端口16C被关闭，防止流入相邻端口16B。类似的，密封件26B和26C可密封孔洞18且控制流动区域28B中的流动，且从而类似地密封件26D和26E用于流动区域28C，且密封件26E和26F用于流动区域28D。内部槽20可形成在本体的孔洞中以辅助多个流动区域中的流动。内部槽20圆周地形成为具有直的壁的气缸，且可具有一个或多个台阶22A和22B，作为圆周气缸。
柱塞6包括密封槽30，例如用于图1A的密封件26A的密封槽30A和用于图1A的密封件26B的密封槽30B。密封槽30形成在两个槽壁32和34之间。槽壁可形成有渐缩表面36，其与平坦的圆柱部分24在较小直径柱塞筒38处相交。柱塞流动轮廓40形成在图1A中所示的密封件26之间，其包括两个槽壁，其各自的渐缩表面和其间的柱塞筒。例如，柱塞流动轮廓40A形成在图1A中所示的密封件26A和26B之间，其包括槽壁34A和槽壁34B，其具有各自渐缩表面36A和36B以及其间的柱塞筒38A。
参考图1C，具有最少容积的阀流动区域大体将形成用于阀的最受限流动区域。端口16的尺寸被限制为待连接至端口的管道的尺寸。阀流动区域42A形成在端口16B的底部，其中孔洞壁大体用于提供抵靠密封件26的表面，其可在阀致动的不同位置处接合。第二区域42B沿着柱塞流动轮廓40，如图1B中所示。随着流动进入内部槽20，第三区域42C沿着孔洞18和渐缩表面36，如图1B所示。第四区域42D位于内部槽20中。第五区域42E是与第一区域42A相似，在端口16E之前流经孔洞壁的出口。通过示例的现有阀的槽壁，渐缩表面，柱塞筒，和凹部，在可购买的1/4英寸NPT上进行测试，商业可购买型号示出了约1.59的Cv。
仍然存在着对通过诸如具有高的Cv的滑阀等的阀的改进流动的需要，其能够实现提高的效率而不需要更大的阀本体。
发明内容
本发明通过在常规滑阀的流动路径中进行一个或多个改变而提供了一种高流量系数滑阀。滑阀的本体包括球形轮廓内部槽。与本体内可滑动地接合的柱塞筒包括在密封件之间的凹进表面，其与本体的球形内槽匹配。本体内槽的球形和/或柱塞的凹进形状允许其间的更大的容积和更多的层流，得到增大的流量系数和流量。本体还在端口中形成有横向端口窗，其形成在本体的孔洞中与柱塞相邻。在流动中的内部扼流容积被策略地设计在平行流动位置，而不是垂直流动位置，从而促进层流和减少紊流。与现有的滑阀相比，该改进的滑阀的流量系数增加了约26％。
本发明提供了滑阀，包括：具有孔洞的本体，其具有在流动路径中的多个内部槽，该内部槽为从所述孔洞的中心线径向向外球形地成形且沿着所述孔洞纵向地设置；柱塞，其与所述孔洞可滑动地接合，且具有多个密封槽以与所述孔洞接合，还具有在所述密封槽之间从所述柱塞的纵向中心线径向向内成型的凹进表面；和多个端口，其形成在所述本体中，且具有横向端口窗，该横向端口窗横向于所述本体的本体纵向中心线并且形成在连入所述孔洞的所述端口中。
本发明还提供了滑阀，包括：具有孔洞的本体，其具有在流动区域中的多个内部槽，该内部槽为从所述本体的纵向中心线向外；柱塞，其与所述孔洞可滑动地接合，且具有多个密封槽以与所述孔洞接合；和多个端口，其形成在所述本体中，且具有横向端口窗，该横向端口窗横向于所述本体的本体纵向中心线并且形成在连入所述孔洞的所述端口中。
本发明还提供了滑阀，包括：具有孔洞的本体，其具有在流动区域中的多个内部槽，该内部槽为从所述本体的纵向中心线径向向外球形地成形；柱塞，其与所述孔洞可滑动地接合，且具有多个密封槽以与所述孔洞接合，还具有在所述密封槽之间从所述柱塞的纵向中心线径向向内成型的凹进表面；和设置在通过所述阀的流动路径中的扼流容积，该扼流容积具有在所述流动路径转至横向流动之前沿着所述柱塞的纵向方向的流动。
附图说明
图1A是常规可购买滑阀的横剖视图。
图1B是与滑阀的孔洞可滑动地接合的常规柱塞的局部侧视图。
图1C是图1A中的滑阀的常规流动路径的示意图，其中在流动路径中有至少一个扼流区域。
图2是根据本发明的滑阀的示例性实施方式的横剖视图。
图3A是图2的示例性滑阀处于中心锁定位置的横剖视图。
图3B是图3A的示例性滑阀的一部分的横剖细节视图，示出了密封件与阀本体的孔洞密封接合。
图4A是示出了横向端口窗的示例性阀的四分之一剖视图。
图4B是示出了横向端口窗的示例性阀的横剖视图。
图5是图2的示例性滑阀的横剖视图，其具有从入口到出口的示例性流动路径。
图6是与常规柱塞表面相比的密封件之间的示例性柱塞凹进表面的横剖视图。
图7是在图1A的现有阀的流动路径中的流动容积的横剖视图。
图8是图2的示例性阀中的流动路径的扼流容积的横剖视图。
图9A是在图1A的现有阀的流动路径中的一系列流动容积的横剖视图。
图9B是在图2的示例性阀的流动路径中的一系列流动容积的横剖视图。
图9C是图9A和9B的阀的流动容积的比较值的图表。
图10A为示出详细视图的位置的示例性阀的横剖视图。
图10B是图10A的阀的细节视图的横剖视图，示出了剖视图的位置。
图10C是横过截面10C的流动路径的一部分的横剖视图。
图10D是横过截面10D的流动路径的一部分的横剖视图。
图10E是横过截面10E的流动路径的一部分的横剖视图。
图10F是横过截面10F的流动路径的一部分的横剖视图。
图11是示出了在图1A的现有阀的总的流动区域的容积形状的透视图。
图12是图2的示例性阀的总流动区域的容积形状的透视图。
图13是示出了与图2中所示的新示例性阀相比的图1A所示的现有阀的流动容积中的改变的图表。
图14是示出了图1A和图2中的各阀的特定流动容积除以其各自扼流容积以形成用于阀的归一比值的比值的比较。
图15是示出了在图9A中的现有阀2的不同流动容积的Cv和现有阀的相对于扼流容积V5归一化的Cv比值的图表。
图16是示出了图9B中的示例性阀50的不同流动容积的Cv和示例性阀的相对于扼流容积V2归一化的Cv比值的图表。
具体实施方式
以上附图说明以及以下对具体结构和功能的说明不对申请人的发明或所附权利要求的范围进行限制。而是，附图和说明用于教导本领域技术人员制造和使用本专利要保护的发明。本领域技术人员将理解为了清楚和理解的目的，没有说明或者示出本发明的商业实施方式的所有特征。本领域技术人员应理解结合有本发明的特征的实际商业实施方式的开发需要多个具体应用决定来实现研发者对该商业实施方式的最终目标。该具体应用决定可包括但不限于符合系统相关，商业相关，政府相关和其它约束，这可根据具体应用、位置而时常改变。尽管研发者的劳动可以是在绝对意义上复杂和耗时的，然而该劳动可以是本领域普通技术人员受益于本发明所进行的例行工作。应理解，这里所公开和教导的本发明可进行多种和不同的修改和改变形式。使用单数形式，例如但不限于“一”，不意图限制物品的数量。此外，关系术语的使用，例如但不限于“顶”，“底”，“左”，“右”，“上”，“下”，“向下”，“向上”，“侧”等用于说明书中为了清楚地参考附图的目的，为不意图限制本发明或所附权利要求的范围。在合适的情况下，一个或多个元件可标有“A”或“B”，以指示给定构件类别的不同元件。当总体参考这种元件时，可使用没有字母的数字。此外，该指定不对用于该功能的元件的数量进行限制。此外，该系统的多种方法和实施方式可彼此结合以得到所公开的方法和实施方式的变形。单数形式构件的说明可包括复数构件，反之亦然。所述至少一个项目可包括一个或多个项目。此外，本实施方式的多个方面可彼此结合以实现本发明的目的。除非上下文另外地要求，词“包括”或其变形如“包括有”、“具有”应理解为指示包括至少所述的构件或步骤，或者构件或步骤的组，或者其等同，且不排除更大的数量或者任何其它构件或步骤，或者构件或步骤的组，或者其等同。该装置或系统可用于多种方向和方位。术语“连接有”，“连接”，“连接件”等在此广泛地使用，且可包括用于在这里的固定、结合、粘合、紧固、附接、联结、插入，形成在其上或其中，连通，或者以另外的方式关联，例如机械地、磁性地、电、化学、可操作地、直接地或以中间构件间接地，一个或多个构件共同的任何方法或装置，且还可包括但不限于以一体的方式将一个功能元件与另一个整体地形成。该连接可在任何方向进行，包括旋转地。
本发明通过从常规滑阀在流动路径中的一个或多个改变而提供高流量系数滑阀。滑阀的本体包括球形外形的内部槽。在本体内可滑动接合的柱塞(spool)包括在密封件之间的凹进表面，其与本体的球形内部槽匹配(complementary to)。本体内部槽的球形和/或滑阀的凹进形状允许在其间的更大的容积和更多的层流，导致增大的流量系数和流量。该本体还在端口中形成有横向端口窗，其形成为在与柱塞相邻的本体中的孔洞。在流动中的扼流容积(choke volume)被策略性地设计成在平行流动位置而不是垂直流动位置，以促进层流和减少紊流。
图2是根据本发明的滑阀的示例性实施方式的横剖视图。滑阀50可连接至致动器52，例如螺线管，诸如PalmTM推拉致动器的机械致动器，或者用于其致动的液压或气动致动器。示出的阀50处于静置位置，没有被致动器52致动。螺线管可以是电动，液压，气动，或者本领域技术人员已知的其它形式。阀50包括具有内部孔洞76的本体56。可滑动接合的柱塞58设置在孔洞76中。柱塞中心线74与孔洞中心线72纵向对齐；然而，也可使用其它配置。柱塞58通过致动器52所致动的活塞60而沿着孔洞中心线72纵向移动。多个密封件62围绕柱塞58圆周地设置，且根据柱塞的纵向位置而在本体56的孔洞76中的多个位置处密封。当致动器52没有致动时，弹簧64或者其它偏置元件可将柱塞返回至静置位置。端盖66容纳弹簧、柱塞，且围绕柱塞密封并且提供用于装配和维护的路径。
在本体56中形成多个端口。图2示出了具有端口70A、70B、70C、70D和70E的示例性四向滑阀，且其中还常使用更多或更少数量的端口。端口中的一个可用作入口端口。其它端口可用作出口端口，其中通过具体出口端口的流动取决于柱塞58的纵向位置。根据阀在致动中是常闭阀或者常开阀，通常的入口端口是中心端口，例如端口70B。
图3A是图2的示例性滑阀处于中心锁定位置的横剖示意图。图3B是图3A的示例性滑阀的一部分的横剖细节视图，示出了与阀本体的孔洞密封接合的密封件。当密封件62A和62B与示例入口端口70B处的开口80的边缘82A和82B密封地接合且其它相应密封件与其它相应端口接合时，所述阀50处于“中心锁定位置”，从而从任何端口的流动都被阻挡。与图2中相比，致动器52将活塞60移动至图的左侧，将柱塞58推动至左侧且压缩弹簧64。在孔洞的纵向中的开口80的尺寸被开至最大用于流动，且从而提供了边缘82A、82B与密封件62A、62B之间的最小接触。
由于与密封件62A、62B纵向接触的需要，所以开口80的尺寸限制在边缘82A、82B之间，且通常为圆形横截面以匹配端口70的圆形横截面用于螺纹管道装置。然而，在本发明中，开口80可相对于纵向中心线72横向(即，非圆形的)地扩张以提供通过阀的该部分的额外的横截面流量。一个或多个横向端口窗84可被切割或以另外的方式形成在端口70的横向壁中，且连入阀本体56的孔洞58中。通过提供横向端口窗84，可增大经过端口70和经过开口82的流动区域。
流量进一步增大，且因此可通过改造阀本体56的内部槽形状而实现流通能力。本体56的内部槽68可形成有球形，在给定的横截面中示出半径。术语“球形”用于广泛地包括弯曲表面或者具有递增角度面的阶形表面，其共同地形成三维视图中的局部球形表面。该球形表面与示出在给定横截面中的为直线的常规圆柱形状不同。该形状具有两个优点。首先，球形提供了用于柱塞与阀本体之间的进入流动和从内部槽至下一流动区域的向外流动的流动中的瞬时转向提供了平滑的流动路径。较少的紊流增大了层流和更高的流量。第二，球形增加了经过阀的该部分的流量，而不改变密封件的密封表面的本体的尺寸。
图4A是示出了横向端口窗的示例性阀的四分之一横剖视图。图4B是示出了横向端口窗的示例性阀的横剖视图。图4A和4B中的透视图提供了横向于端口76的纵向中心线72形成的横向端口窗84的具体细节。经端口70的流动由开口80的尺寸约束。进而，开口80的尺寸由密封件62之间的距离约束，如图3A和3B中所示。本发明的一个方面是不纵向增大开口80的尺寸而是通过以不常规的横向增大其尺寸来提供增大的流量。横向端口窗84被切割或者以另外的方式形成至开口80的横向侧壁中，且可延伸进入端口70的侧壁中以及进入孔洞76中。窗半径85可在端口70与内部槽68之间过渡，以用于横向端口窗84。窗半径85可至少为端口半径的25％(即，端口直径的12％)，且有利地至少为端口半径的50％。例如，通常1/4”端口70具有约10mm的平均端口直径和5mm端口半径，50％的窗半径为约2.5mm。因此，边缘82A和82B可保持恒定的纵向间隔，以封靠密封件62，如以上关于图3A所述。然而，由于相对于纵轴线72在横向上的增大的横截面尺寸，所以横向端口窗84允许增大的流量通过其中。
图5是图2的示例性滑阀的横截面视图，其中具有从入口到出口的示例性流动路径。图6是与常规柱塞表面相比在密封件之间的示例性柱塞凹进表面的横截面视图。图6示出了图1A中所示的现有阀的柱塞流动轮廓78与本发明的示例性实施方式中的柱塞流动轮廓78相比的区别。可通过在本体和其孔洞76上提供轮廓形状(以上关于球形内部槽说明)和/或在柱塞58上提供轮廓形状而进一步增大通过示例性阀的流量。如图6中更详细地示出，柱塞58与图1A和1B中所示的现有的阀2的柱塞6的差别在于提供了轮廓形状以促进更大的流量。具体地，现有的阀2的柱塞6包括在一端的倾斜壁渐缩表面36A和约45度的倾斜渐缩表面36B，其间是柱塞筒38的平坦圆柱部分(flat cylindrical portion)24。
与现有阀的柱塞6不同，本发明的示例性阀的柱塞58在密封壁63提供了上提供了在一端的与密封槽98中的密封件62相邻的成型凹部(contoured recess)86A，以及在另一端上具有相似密封壁的相似成型凹部86B。该成型的凹部可具有凹进表面。此外，凹进的成型表面88在成型凹部之间。该设计提供了两个优点。第一，柱塞58的形状促进了更加层流的、较少紊流的流动。换言之，如图5中所示，经由端口(如端口70D)的流动流经成型凹部86A且平滑地弯曲通过凹进轮廓88，且接着在流入下一个流动容积(例如内部槽68)时平滑地转弯经过成型凹部86B。术语“凹进”广泛地用于包括弯曲表面或者具有递增角度的面的阶形表面，其共同地形成凹进表面。类似的，成型凹部86可以是弯曲的或者具有一组递增角度面的递增阶形的，从而共同地形成轮廓表面。所述各表面试图在阀的端口、柱塞、孔洞和其它多个流动部分之间改变流动方向时最小化紊流。
图7是在图1A的现有的阀中的流动路径的流动容积的横剖视图。图8是在图2的示例性阀中的流动路径的扼流容积的横剖视图。如上所述，关于图5和6，在柱塞流动轮廓中的改变可增大阀的流量。例如，图1A的现有阀的流动容积可在进入内部槽20之前，在阀本体4的孔洞18的最接近的点之间通过朝向柱塞筒38的壁渐缩表面36。现有的阀容积以VE指示。相反地，本发明的示例性阀具有以VI指示的更大的流动容积，其形成在本体56的孔洞76的最接近的点之间，在进入内部槽68之前朝向柱塞58的凹进轮廓表面88和成型凹部86。(在相反方向的流动将具有从内部槽排出进入孔洞和柱塞之间的流动容积的相似的流动容积。)示例性阀的增大的容积允许更大的通过量。此外，图8中所示的更平滑的流动轮廓还形成较少的紊流。
图9A是在图1A的现有的阀中的流动路径48的一系列流动容积的横剖视图。图9B是图2的本发明的示例性阀中的流动路径96的一系列流动容积的横剖视图。图9C是图9A和9B的阀的流动容积的比较尺寸的图表。本示出本发明的方面的一种方式是将流动路径48和96分为相应的流动容积，以在图1A的现有的阀与图2的本发明的示例性阀之间进行比较。阀的流动路径48和96在总的流动方向上相似，但是具有这里所述的更大流量系数的流动容积和效率的差别。在该示例中，两个阀都是四分之一英寸的NPT尺寸阀，且因此具有用于公平比较的相同尺寸端口。
在图9A中，预先识别端口16A-16E被标记。该端口形成在本体4中，其中柱塞6设置在本体的孔洞18中。流动容积V1-V5表示在本体和柱塞之间的横向平面，该柱塞具有限定的纵向长度，从流动通过端口开始，经过柱塞流动轮廓，进入内部槽，且接着从开口排出进入相邻的端口。流动容积V6表示一容积，其通过现有阀的开口44或者本发明的示例性阀的开口80。在该示例中，流动容积可限定有流动方向，其从图9A的现有阀中的端口16D或者图9B的本发明示例性阀中的端口70D前进通过阀，并分别从端口16B和70B排出。因此，上游和下游是相对于示意性流动的，且指定可被调整用于在反方向流动，即便是容积保持相同。
为了这里的目的，图9A的现有阀的流动容积V1被限定为从端口16的底部在开口44和内部槽20的容积开始径向地到柱塞6的表面的流动容积，以及从壁渐缩表面46A和位于左端(在图9A的方向上)的表面46A的大体下方的任何可用流动容积纵向地到自右端的开口44C的边缘46B的横向平面。流动容积V1忽略了在与密封件26B和孔洞18相邻的槽壁之间的环形空间的可忽略容积。流动容积V2径向限定在孔洞18和柱塞6之间，且纵向地从在边缘46B的下游横向平面(在左侧)到在内部槽20的边缘21A的下游横向平面(在右侧)。流动容积V5径向地限定在内部槽20和柱塞6之间，且纵向地在密封件26的密封点之前，在内部槽20的上游边缘21A处的横向平面至在槽壁34的下游边缘的横向平面之间。流动容积V3限定为从内部槽20和横过端口开口44C的内边缘46的突起边界径向向内至柱塞6，且纵向位于密封件26C的密封点之后的槽壁34的上游边缘处的横向平面至内部槽20的下游边缘21B之间。流动容量V6限定为横过端口16B的开口44D的横截面容积，具有边缘46的厚度。
以相似的方式，可通过在各定义中替换相应的元件而限定与图9B中所示的本发明的示例性阀相关的流动容积V1-V6。总而言之，来自示例性阀的限定将具有相似的流动路径，从入口端口70D开始，通过具有第一横向端口窗84D的开口80D，进入具有第一内部槽68D的本体56的孔洞76，通过从横向于纵向中心线72的横向流动方向转弯到在柱塞58的凹进成型表面88上的纵向流动方向，从纵向流动方向转至横向流动方向，进入第二内部槽68B，且通过具有第二横向端口窗84B的第二开口80B且从出口端口70B流出。在其它端口之间的流动路径也可类似地说明，且相应的流动容积以相似的方式对应。
如图9C中所示，除了如以下将解释的流动容积V2，对于所有流动容积，在图9B中的示例性阀具有相对于图9A中的现有的阀的增大的流动容积。将图9B的示例性阀与图9A的现有的阀相比，流动容积V1更大，V3更大，V4更大，V5更大，且V6更大。在该示例中，在示例性阀50中的流动容积V1大34％，流动容积V3大54％，端口中的流动容积V4大26％，流动容积V5大154％，且流动容积V6大41％。然而，尽管内部增大，阀仍然是相同标称尺寸的阀(在该示例中，为1/4”NPT阀)。区别是通过多种方式形成额外的总的流动容积和更多的层流路径而将内部通道成型。此外，图1A中所示的现有的阀设计具有在柱塞与在流动容积V5的阀本体之间的最小的内部容积，其表示“扼流容积”或者与其它流动容积相比的流经阀的流动的总体限制。(在各阀中该排出流动容积V6小于流动容积V2或V5，但是不看作为在各自柱塞和阀本体之间的内部流动路径的扼流容积。)因此，流动通过图9A中的现有的阀的流动容积V5而被限制。具体地，扼流容积V5发生在还包括流动路径的转弯的一位置处。具体地，流动路径通过流动容积V2且接着在与纵向中心线横向的横向方向上向外径向转至通过流动容积V5以进入流动容积V3。现有阀的相同流动容积V5中的扼流(choke)与转弯结合导致高度紊流。
相比来说，示例性阀的设计避免了在流动的转弯处的扼流容积。在示例性阀中的扼流容积V2的在流动路径96中位置与现有阀的扼流容积V5在其相应流动路径48中的位置不同。具体地，在示例性阀中的扼流容积V2处于流体路径中的一位置，其中流动通过流动容积V1并且转向至纵向地流经流动路径进入流动容积V2。在流动中的下一个大的转弯在流动通过V2之后发生，且进入流动容积V5以转弯进入内部槽68。因此，扼流容积V2的入口和出口大体与示例性阀50中的扼流容积V2中的流动平行。紊流减少，产生更大的流量系数，且得到更高的流量。
示例性阀的设计有意地在柱塞和阀本体之间的内部流动路径中扼流不同的流动容积，即流动容积V2，而不是现有阀中的流动容积V5。因此，在本发明的示例性阀中的流动容积V2小于现有阀中的V2。然而，将现有阀的扼流容积V5与示例性阀的扼流容积V2相比，可看出来示例性阀扼流容积V2的尺寸是现有阀扼流容积V5的尺寸的两倍(在该示例中，是尺寸的224％)。因此，至少由于经由扼流容积V2的流量显著地大于现有阀的扼流容积V5，所以示例性阀具有更高的流速。即使示例性阀与现有阀的流动容积V2相比具有减小的流动容积V2，通过示例性阀的总的流量也增大。
此外，如这里所述，由于图9B中的柱塞轮廓89的凹进成型表面，所以示例性阀50的扼流容积V2具有渐缩。然而，图9A中的现有阀2的扼流容积V5通过将流动转入内部槽的密封槽壁的陡的角度而具有更高的收缩速率。现有阀的更大的改变速率增大了紊流，而在示例性阀中的更小的改变速率减少了紊流。减少的紊流促进了增大的流量。
仍进一步的，示例性阀中在流动通过流动容积V2和进入流动容积V5之后，流动碰到成型凹部86。成型凹部86形成有凹进表面，其形成从纵向流动至内部槽68中的径向流动的平滑过渡。成型凹部86的平滑过渡还有利于阀的具有更多层流的较少的紊流，更高的流量系数，和增大的流量。
为了本说明的目的，经由流动容量V3的流动进入横过端口的开口的流动容积V6。在示例性阀中的流动容积V6包括横向端口窗84，如上所述增大了流动容积和流量。接着流动流经流动容量V4且经由相关端口流出，例如该示例中的端口70B。
如上参考图9A和9B中所述，本发明的示例性阀将扼流容积转移至流动容积V2，其中在流动容积V5中形成转弯之前进入流动容积V2的流动更加成层流状。相比之下，现有的阀在相同的容积中形成扼流区域V5，在该容积中流动方向发生转弯且其中形成额外的紊流。
图10A是示例性阀的横剖视图，示出了图10B的细节图的位置。图10B是图10A的阀的细节视图的横剖视图，示出了图10C-10F中的横剖视图的位置。图10C是流动路径横剖段10C的一部分的横剖示意图。图10D是流动路径横剖段10D的一部分的横剖视图。图10E是流动路径横剖段10E的一部分的横剖视图。图10F是流动路径横剖段10F的一部分的横剖视图。
图10B提供了所述的整个阀50的部分的详细视图。图10C中所示的段10C示出了通过端口70D的横剖视图，其包括横向端口窗84，通过内部槽68，且接着通过阀本体50的剩余部分。如图10D中所示的段10D，穿过本体56，穿过本体的孔洞76与柱塞58的横截面之间的空间，以及穿过本体的与端口70B对齐的剩余部分。如图10E所示的段10E穿过本体50和内部槽68的一部分，柱塞58的较大部分，穿过横向端口窗84和端口70B。如图10F中所示的段10F穿过阀的相似部分但位于内部槽68的最大部分，穿过柱塞58的最大部分，横向端口窗84，和端口70B。
图11是示出了图1A的现有阀的总的流动容积的容积形状的透视图。图12是示出了图2的示例性阀中的总的流动容积的容积形状的透视图。为了示意的目的，附图示出了与图2和这里的其它图中所示的阀的示例性实施方式相比，图1A中所示的现有阀与其它图中的阀之间的差别。附图表示流动通过各阀的可用的总的容积。因此，对于图11中所示的现有的阀，总的容积VE可与图12中所示的示例性实施方式的本发明的总容积VI相比。如所示地，在至少一个方面，图12中的内部槽68的容积V68与现有阀的内部槽20的容积V20相比，具有显著不同。直径更大，且形状为球形而不是圆柱形。额外的容积提供了更大的流动路径和更平滑的流动路径。在示例性阀中，流动通过阀的流动容积是约14,800mm3，而现有阀的流动容积是12,000mm3。因此，容积增加了19％。
图13是示出了图2中所示的新示例性阀与图1A中所示的现有的阀相比的流动容积的改变的图表。该值基于用于如图9A关于现有的阀，如图9B中关于示例性阀和图9C中的表所述的流动容积。如图所示，新的示例性阀与现有的阀相比，对于相同尺寸1/4英寸阀在各流动容积的容积更高。例外是这里所说明的流动容积V2，其中流动容积V2是新的示例性阀中在柱塞与阀本体之间的作为“扼流容积”的最小内部容积，与现有阀中作为扼流容积的流动容积V5对比。当对扼流容积进行比较时，示例性阀的流动容积V2的尺寸是有利地为现有阀的扼流容积V5的尺寸的两倍以上。
具体地，在示例性阀50的点104处，流动容积V1大约为1420mm3，而在现有阀2的点106处，流动容积是大约1063mm3，相对于现有阀增大34％。在示例性阀的点108处，流动容积V2是约280mm3，且稍稍小于(小16％)现有阀在点110处的332mm3的流动容积V2，这是由于示例性阀50在流动路径的平行流动部分中形成扼流容积而不是现有阀的扼流容积V5的意识决定。在示例性阀的点112处，流动容积V5是约317mm3，而在现有阀的点114处，流动容积是约125mm3，相对于现有阀增大154％。在示例性阀的点116处，流动容积V3为约836mm3，而在现有阀的点118处，流动容积为约542mm3，相对于现有阀增大54％。在示例性阀的点120处，流动容积V6是约137mm3，而在现有阀的点122处，流动容积为约97mm3，相对于现有阀增大41％。在示例性阀的点124处，流动容积V4为约322mm3，而在现有阀的点126处，流动容积为约255mm3，相对于现有阀增大26％。
图14是示出了图1A和图2中的各阀的特定流动容积除以其各自扼流容积所得的对比率的图表，以示出阀的归一化比值。四个栏的水平轴线示出了不同的流动容积。参考图9A和9B，栏1表示图9A和9B的流动容积V1。类似地，栏2表示各图中的流动容积V2，栏3表示各图中的流动容积V5，且栏4表示流动容积V3加V5加V6的组合。栏4大致为阀的与流动容积V1的区域对应的组合的流动区域。
再参考图9A、9B和9C以及相关说明，扼流容积是最小内部流动容积。在示例性阀50中的扼流容积为流动容积V2，其是现有阀2的扼流容积V5的两倍。因此，在图14中，线条表示在四栏的各流动容积V1、V2、V5、V3+V5+V6除以现有阀2由扼流容积V5以及除以示例性阀50的流动容积V2的比值。线的斜率指示在流动容积之间的改变率，且如以下所述，至少为各阀中的相对紊流的量的部分预示。
在示例性阀的图中，容积出现在较低的位置，这是由于在示例性阀50中的相对点(扼流容积V2)比现有阀2的相对点(扼流容积V5)大很多。由于相对点(扼流容积V2)大很多且作为分母，则示例性阀的容积比值得到比现有阀更小的数。较小的比值表示从流动路径中的各区域的更加平缓的容积过渡。在现有的阀中，较大的比值(对于栏1、2和4为8.5、2.7和6.1，且对于栏3为归一化栏)由小的相对点(扼流容积V5)引起，其流动容积之间的过渡流动路径(transient flow path)中的流动损失更高。作为比较，示例性阀容积比值小得多(对于栏1、3和4为5.1、1.1和4.6，对于栏2为归一化栏)，这是由于与其它流动容积相比的更大的相对点(扼流容积V2)引起。在示例性阀的从V2到V5的具体过渡是显著平缓的，因此在从平行方向至垂直方向的路径中的过渡中减少了过渡流体流动损失。因此，在相对容积中的平缓改变表示在流动路径中的较少阻力，且从而减少了过渡流动路径中的流动损失。
对现有阀从点128开始，从流动容积V1的点128到流动容积V2的点132的斜度比示例性阀的流动容积V1至V2从点130到点134的等同流动容积改变更陡。现有阀的更陡斜度指示更快的过渡，及因此更多紊流。更多的紊流大体指示更高的摩擦和较小的流量。因此，示例性阀在流动容积V1至流动容积V2之间的改变更好。
从点132到点136所示的过渡示出了现有阀的从流动容积V2到流动容积V5的过渡。该过渡仍然是较陡的向下倾斜表面，导致更高的紊流过渡和较小的流量。相比而言，从点134到点138的过渡示出了示例性阀的从流动容积V2到流动容积V5的过渡。该过渡是在视觉上是平坦的或者甚至是稍稍增大的。该流动更加均匀，紊流较少，具有较少摩擦和较高流量。
从点136到点140所示的过渡示出了现有阀的从流动容积V5到组合流动容积V3加V5加V6的组合流动容积的过渡，且具有另一陡的斜度。该陡的斜度再次指示可引起更多紊流、更多阻力和较少层流的设计。相比而言，对于示例性阀从点138到点142的过渡示出了从容积V5到V3加V5加V6的组合流动容积的过渡，且示出了较不陡的斜度，其预计具有较少紊流和较大流量。
图15是示出了图9A中现有阀2标识的不同流动容积的Cv和相对于现有阀的扼流容积V5的Cv归一化比值的图表。Cv值与具体流动区域让流动流体通过该区域的能力成比例。各流动区域的线144的Cv是从低到高到低再到高的反复变化的。总的流动可描述为在流动容积之间没有平滑的流动过渡的相对紊流。最低的Cv是约3.6且最高的Cv是约5.8。线146表示与相对点(扼流容积V5)相比的流动输出的Cv比率。用于线146的归一化Cv仍然指示不稳定模式但是具有较少的变化幅度。
图16是示出了示例性阀50在图9B中识别的不同流动容积处的Cv以及相对于示例性阀的扼流容积V2的归一化Cv比值的图表。对于各流动区域的线148的Cv是从低到高且相对直的。总的流动可描述为在流动容积之间具有平滑的流动过渡的相对层流。最低的Cv是约3.3，且最高的Cv是约13.0，其相对于现有阀的最高Cv增加约124％。线150表示与相对点(扼流容积V2)相比的流动输出的Cv比值。用于线150的归一化Cv仍然指示平滑过渡至连续更高Cv比值。
应理解，以上比较可扩展至在具有得到的流量系数的流动容积和总容积中的伴随变化的其它阀尺寸。总而言之，这里的教导可应用于其它尺寸的阀。
除非另外地具体限制，可以多种顺序进行步骤的次序。这里所述的多个步骤可与其它步骤结合，与所述的步骤穿插，和/或分为多个步骤。类似的，构件可功能地描述且可实施为单独的元件或者与具有多种功能的元件组合。
已经以优选实施方式和其它实施方式的方式对本发明进行了说明，然而并没有对本发明的所有实施方式进行说明。例如，其它尺寸可被类似地设计有如上所述的流动容量中的差异。通过这里所公开的教导，本领域技术人员可对所述实施方式进行明显的修改和改变。遵照专利法，权利要求而不是所公开的示例性实施方式确定等同的范围，其中应理解其它实施方式在该权利要求的范围内。

Claims (23)

1.一种滑阀，包括：
具有孔洞的本体，所述孔洞具有限定横向于所述本体的流动轮廓的多个内部槽，该多个内部槽从所述孔洞的纵向中心线径向向外球形地成形且沿着所述孔洞纵向布置；
柱塞，其与所述孔洞可滑动地接合，且具有在多个密封槽中的多个密封件以与所述孔洞接合，还具有凹进柱塞轮廓，所述凹进柱塞轮廓在相邻的密封槽之间朝向所述柱塞的纵向中心线径向向内成型，且包括设置在相邻密封槽的密封壁上的弯曲凹部之间的弯曲轮廓表面；
入口端口和出口端口，其形成在所述本体中，且具有端口壁，该端口壁横向于所述本体的纵向中心线；
第一横向端口窗，所述第一横向端口窗形成在所述入口端口的横向端口壁中，且连入所述孔洞中；和
第二横向端口窗，所述第二横向端口窗形成在所述出口端口的横向端口壁中，且连入所述孔洞中，
其中所述第一横向端口窗和所述第二横向端口窗横向于所述本体的所述纵向中心线，并且所述第一横向端口窗形成有在所述入口端口和所述孔洞之间的窗半径，所述第二横向端口窗形成有在所述出口端口和所述孔洞之间的窗半径。
2.如权利要求1所述的滑阀，其中所述滑阀形成流动路径，所述流动路径从所述入口端口通过具有第一横向端口窗的开口经由所述多个内部槽中的第一内部槽进入所述本体的所述孔洞内，在所述凹进柱塞轮廓上通过从横向于所述本体的所述纵向中心线的横向流动方向至纵向流动方向的转弯，从纵向流动方向至横向流动方向进入所述多个内部槽中的第二内部槽，并且通过具有第二横向端口窗的第二开口且离开出口端口，所述第一内部槽与所述第一横向端口窗流体连通，所述第二内部槽与所述第二横向端口窗流体连通。
3.如权利要求2所述的滑阀，还包括形成在所述孔洞和柱塞之间的流动容积，其形成在流经所述滑阀的流动路径中的扼流容积，且其中所述扼流容积设置在所述流动路径中位于沿着所述柱塞的纵向流动的一位置处。
4.如权利要求1所述的滑阀，其中所述入口端口和所述出口端口具有端口半径，并且所述窗半径是所述入口端口和所述出口端口的所述端口半径的至少25％。
5.如权利要求1所述的滑阀，还包括形成在所述孔洞与柱塞之间形成的流动容积，其形成在通过所述滑阀的流动路径中的扼流容积，且其中所述扼流容积设置在所述流动路径中位于沿着所述柱塞的纵向流动的一位置处。
6.如权利要求5所述的滑阀，其中在所述扼流容积下游的流动容积被配置成将所述流动路径从纵向流动改为横向流动。
7.如权利要求6所述的滑阀，其中所述扼流容积下游的流动容积是与所述扼流容积基本相同的尺寸。
8.如权利要求1所述的滑阀，还包括连接至所述滑阀的致动器。
9.一种滑阀，包括：
具有孔洞的本体，所述孔洞具有在流动区域中的多个内部槽，该内部槽从所述本体的纵向中心线向外，各所述多个内部槽形成为球形或具有部分球形表面；
柱塞，其与所述孔洞可滑动地接合，且具有在多个密封槽中的多个密封件，以与所述孔洞接合；
入口端口和出口端口，其形成在所述本体中，且具有端口壁，该端口壁横向于所述本体的纵向中心线；
第一横向端口窗，所述第一横向端口窗形成在所述入口端口的横向端口壁中，且连入所述孔洞中；和
第二横向端口窗，所述第二横向端口窗形成在所述出口端口的横向端口壁中，且连入所述孔洞中，
其中所述第一横向端口窗和所述第二横向端口窗横向于所述本体的所述纵向中心线，并且所述第一横向端口窗形成有在所述入口端口和所述孔洞之间的窗半径，所述第二横向端口窗形成有在所述出口端口和所述孔洞之间的窗半径。
10.如权利要求9所述的滑阀，其中所述柱塞包括在相邻密封槽之间的凹进表面，其中所述凹进表面朝向所述柱塞的纵向中心线径向向内形成。
11.如权利要求10所述的滑阀，其中所述柱塞形成在相邻密封槽之间的流动轮廓，且其中所述流动轮廓包括与所述相邻密封槽中的第一密封槽接近的第一凹进成型凹部，与所述相邻密封槽中的第二密封槽接近的第二凹进成型凹部，并且其中设置在相邻密封槽之间的所述凹进表面形成于所述第一和第二凹进成型凹部之间。
12.如权利要求10所述的滑阀，其中所述滑阀形成流动路径，所述流动路径从所述入口端口，通过具有第一横向端口窗的开口，经由所述多个内部槽中的第一内部槽进入所述本体的所述孔洞内，在所述柱塞的所述凹进表面上通过从横向于所述本体的所述纵向中心线的横向流动方向至纵向流动方向的转弯，从纵向流动方向至横向流动方向进入所述多个内部槽中的第二内部槽，并且通过具有第二横向端口窗的第二开口且离开出口端口，所述第一内部槽与所述第一横向端口窗流体连通，所述第二内部槽与所述第二横向端口窗流体连通。
13.如权利要求12所述的滑阀，还包括形成在所述孔洞与在柱塞之间形成的流动容积，其在通过所述滑阀的流动路径中形成扼流容积，且其中所述扼流容积设置在所述流动路径中位于沿着所述柱塞的纵向流动的一位置处。
14.如权利要求9所述的滑阀，其中所述柱塞包括密封壁，所述密封壁形成与密封件相邻的所述密封槽中的一个的一部分，其具有凹进成型凹部。
15.如权利要求9所述的滑阀，还包括形成在所述孔洞与柱塞之间形成的流动容积，其在通过所述滑阀的流动路径中形成扼流容积，且其中所述扼流容积设置在所述流动路径中位于沿着所述柱塞的纵向流动的一位置处。
16.如权利要求15所述的滑阀，其中在所述扼流容积的下游的流动容积被配置成将所述流动路径从纵向流动改变为横向流动。
17.如权利要求16所述的滑阀，其中所述扼流容积的下游的流动容积是与所述扼流容积基本相同的尺寸。
18.一种滑阀，包括：
具有孔洞的本体，所述孔洞具有在流动区域中的多个内部槽，该内部槽从所述本体的纵向中心线径向向外的球形地成形；
柱塞，其与所述孔洞可滑动地接合，且具有在多个密封槽中的多个密封件以与所述孔洞接合，还具有在相邻密封槽之间朝向所述柱塞的纵向中心线径向向内成型的凹进柱塞轮廓；和
设置在通过所述滑阀的流动路径中的扼流容积，该扼流容积是最小的内部流动容积，并且是通过所述滑阀的流动路径的平行流动部分，所述平行流动部分在所述流动路径至横向流动的转弯的上游，沿着所述柱塞的纵向方向。
19.如权利要求18所述的滑阀，其中所述扼流容积的下游的流动容积被配置成将所述流动路径从纵向流动改为横向流动。
20.如权利要求19所述的滑阀，其中所述扼流容积的下游的流动容积基本与所述扼流容积的尺寸相同。
21.如权利要求18所述的滑阀，其中所述柱塞轮廓包括与所述相邻密封槽中的第一密封槽接近的第一凹进成型凹部，与所述相邻密封槽中的第二密封槽接近的第二凹进成型凹部，以及形成于所述第一和第二凹进成型凹部之间的弯曲凹进表面。
22.如权利要求18所述的滑阀，其中所述滑阀形成流动路径，所述流动路径从所述滑阀的入口端口，通过具有第一横向端口窗的开口，经由所述多个内部槽中的第一内部槽进入所述本体的所述孔洞内，在所述柱塞的凹进柱塞轮廓上通过从横向于所述本体的所述纵向中心线的横向流动方向至纵向流动方向的转弯，从纵向流动方向至横向流动方向进入所述多个内部槽中的第二内部槽，并且通过具有第二横向端口窗的第二开口且离开出口端口，所述第一内部槽与所述第一横向端口窗流体连通，所述第二内部槽与所述第二横向端口窗流体连通。
23.如权利要求22所述的滑阀，还包括形成在所述孔洞与柱塞之间形成的流动容积，其在通过所述滑阀的流动路径中形成扼流容积，且其中所述扼流容积设置在所述流动路径中位于沿着所述柱塞的纵向流动的一位置处。
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