CN107002889B - 具有阀座排水的雨淋阀 - Google Patents

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Abstract

一种阀门(10)，用于密封并选择性地开启从充水入口(210)至干燥出口(220)的流动路径，包括具有被第一和第二环形阀座区域(110，120)围绕的阀门开口(230)的阀门主体(100)。排水通道(510,512)连接至所述第一和第二环形阀座区域(110，120)之间的空间。插塞(300)在开启状态和用于关闭所述阀门开口(230)的闭合状态之间可移置。所述插塞具有用于密封所述第一环形阀座区域(110)的第一环形密封圈(310)和用于密封所述第二环形阀座区域(120)的第二环形密封圈(350)。所述第二环形密封圈(350)是弹性密封圈，用以在所述第一环形密封圈(310)闭合前闭合。在所述插塞(300)到达闭合状态时，所述第二环形密封圈(350)弹性形变并被压至与所述第二环形阀座(120)接触。这样，在入口压力尖峰时即使第一密封圈分离，第二密封圈也不会分离。

Description

具有阀座排水的雨淋阀
技术领域和现有技术
本发明涉及阀门，并且特别地，本发明关注具有一阀座排水的雨淋阀。
已知地，为诸如一喷淋灭火系统的应用提供一阀门，通常被称为一“雨淋阀”，用以密封并选择性地开启一从一充水入口至一干燥出口的流动路径。所述雨淋阀是一常闭阀门，在所述喷淋系统被激活前防止水流通过。
在许多系统中，所述雨淋阀在一上游充水管道和一通往喷头的干燥下游管道系统之间形成一屏障。在所述喷淋系统可能暴露在低温中而使得所述充水管道因冻结而具有堵塞风险的情况中，这种实施是具有独特优势的。在所述下游管道需要保持干燥之处，即使所述雨淋阀向所述出口管道释放少量水，也被认为是不可接受的；并且，在轻微泄露发生时，随之而来的还有这种雨淋阀的可靠性问题，造成不方便和昂贵的维护。
发明内容
本发明是一阀门，用以密封并选择性地开启一从一充水入口至一干燥出口的流动路径。
根据本发明的教诲，提供一阀门，用以密封并选择性地开启一从一充水入口至一干燥出口的流动路径，所述阀门包括：(a)一阀门主体，所述阀门主体具有一阀门开口和一第二环形阀座区域，所述阀门开口被一第一环形阀座区域围绕，所述第二环形阀座区域围绕所述第一环形阀座区域；所述阀门主体包括至少一排水通道，所述排水通道与一所述第一环形阀座区域和所述第二环形阀座区域之间的空间流体连接，所述排水通道提供一通往所述阀门主体外部的流体排水路径；以及，(b)一插塞，所述插塞在一开启状态和一用于关闭所述阀门开口的闭合状态之间是可移置的，所述插塞具有一第一环形密封圈和一第二环形密封圈，所述第一环形密封圈被配置为用于密封所述第一环形阀座区域，所述第二环形密封圈被配置为用于密封所述第二环形阀座区域，其中，所述第二环形密封圈是一弹性密封圈，配置所述第二环形密封圈以使得在所述插塞从所述开启状态向所述闭合状态移置期间，在所述第一环形密封圈与所述第一环形阀座区域之间的接触之前，所述第二环形密封圈紧靠所述第二环形阀座区域；在所述插塞到达所述闭合状态时，所述第二环形密封圈弹性形变，以便被压至与所述第二环形阀座接触。
根据本发明一实施例的一进一步特征，所述第二环形密封圈具有一外扩边缘，配置所述外扩边缘以使出口处的出口压力与所述排水通道内的排水压力之间的压差起到增强所述第二环形密封圈对于所述第二环形阀座区域的密封的作用。
根据本发明一实施例的一进一步特征，所述插塞与一柔性的膜片相联合，所述阀门进一步包括一罩体，所述罩体与所述膜片相配合，以在所述膜片和所述罩体之间定义一控制腔。
根据本发明一实施例的一进一步特征，配置所述插塞、所述膜片、所述阀门主体及所述罩体以使得当所述控制腔内的压力等于入口处压力时，一净闭合力起到使所述第一环形密封圈紧靠所述第一环形阀座区域的作用。
根据本发明一实施例的一进一步特征，配置所述插塞及所述膜片，以使所述第二环形密封圈对所述第二环形阀座区域的闭合力根据所述控制腔与所述排水通道之间的至少一压差的函数而变化。
附图说明
参考附图，此处仅以举例的方式描述本发明，其中：
图1是根据本发明一实施例的一自动液压雨淋阀的等距视图；
图2A和图2B是图1所示的自动液压雨淋阀的截面图，分别显示了处于一闭合状态和一开启状态的一插塞；
图3是将图1所示的阀门沿着图2A中所述的线III-III切除后的一阀门主体的俯视图；
图4A是与图2相似的截面图，标记了所述阀门的一插塞-膜片总成的各个区域，控制腔内的压力施加于所述插塞-膜片总成上；
图4B是图4A中一区域的放大图；
图5A是图4B中一区域的进一步方法图，显示了所述插塞紧靠所述阀座时所述插塞一区域形变的连续状态；
图5B与图5A相似，是显示了一双重密封和阀座的变形实施例的截面图；
图6与图5A相似，是显示了所述阀座的一可选构造的截面图；
图7A与图3相似，是根据图6所示的可选阀座构造的阀门主体的俯视图；
图7B是一与图3相似的部分视图，绘示了所述阀门主体的一排水开口的一可选形式；以及，
图8是与图4B相似的截面图，绘示了本发明一可选实施例。
具体实施方式
本发明是一阀门，用以密封并选择性地开启一从一充水入口至一干燥出口的流动路径。
结合参考附图及所附说明，可以更好地理解本发明所述的阀门的原理和运行。
请参见附图，图1至8绘示了根据本发明一实施例而构造并运行的一阀门，统一标为10，用以密封并选择性地开启一从一充水入口(上游端口)210至一干燥出口(下游端口)220的流动路径。总体来说，阀门10具有一阀门主体100，阀门主体100具有一阀门开口(阀座孔)230和一第二环形阀座区域120，阀门开口230被一第一环形阀座区域110围绕，第二环形阀座区域120围绕所述第一环形阀座区域110。阀门主体100包括至少一排水通道，此处所示为排水开口510，与一第一和第二环形阀座区域110,120之间的空间流体连接。所述排水通道提供一流体排水路径，典型地通过一排水导管500，以通往阀门主体100的外部。一插塞300在一开启状态(图2B)和一用于关闭阀门开口230的闭合状态(图2A)之间是可移置的。插塞300具有一第一环形密封圈310和一第二环形密封圈350，第一环形密封圈310被配置为用于密封第一环形阀座区域110，第二环形密封圈350被配置为用于密封第二环形阀座区域120。第二环形密封圈350被实现为一弹性密封圈，配置第二环形密封圈350以使得在所述插塞从所述开启状态向所述闭合状态移置期间，在第一环形密封圈310与第一环形阀座区域110之间的接触之前，第二环形密封圈350先紧靠第二环形阀座区域120。在插塞300到达所述闭合状态时，随着第一环形密封圈310密封在第一环形阀座区域110，第二环形密封圈350弹性形变，从而被压至与第二环形阀座接触120。
在上述设置中，一外部密封在插塞300完成关闭动作之前闭合，并由两个密封圈之间的空间提供排水，上述设置大大增强了保护以防止意外地从入口210向出口220泄露水。特别地，如果插塞300被入口压力尖峰(spike)瞬时轻微掀起，该开启动作通常也不足以影响所述第二密封圈，在所述插塞回到其正常密封位置时，被圈封在所述密封圈之间的水则通过所述排水开口510排出，而不到达所述下游管道。相似地，有可能被阻塞在所述第一密封圈内并引起缓慢泄露的污垢或杂物，仅仅会导致水渗透进所述密封圈之间的空间内，并从该空间内通过排水开口510排出而不到达所述下游管道。参考以下附图及说明，将进一步理解本发明的这些和其它优点。
作为适用本发明的应用的主要实施例，在本文中引用水作为承压流体，引用喷淋系统作为水的下游目的地。可以理解的是，本发明本身不限于这种应用，也可能在一系列的其他应用中被认为是有效的，在这些应用中，一阀门定义了管道的充液长度和管道的干燥长度之间的分界线。
现在转向更详细地说明本发明的某些优选实施例的特征，有利地，第二环形密封圈350可以被实现为一外扩边缘(也被称为一“止回唇部”)，配置该外扩边缘使得出口处220的一出口压力与所述排水通道500内的一排水压力之间的一压差起到增强第二环形密封圈350对于第二环形阀座区域120的密封的作用。单词“外扩”在此处是指一向下延伸时向外延伸的结构，这与密封圈350的所述边缘由所述插塞向外且向下延伸的事实相对应。在此处说明的主要实施例中，该边缘在松弛状态下向下延伸至低于第一环形密封310的水平面，从而可以确保当两个阀座区域处于一公共平面时，密封圈350在第一环形密封圈310闭合之前先接触第二环形阀座区域120。在所述阀座是阶梯状或其他轮廓的其他情况下，即使密封圈350处于与第一环形密封圈310同一水平面上，或在一些情况下高于第一环形密封圈310，也可以实现所期望的闭合顺序。
使用一外扩边缘作为密封圈350的至少一部分可以达到各种目的。首先，所述边缘优选地由弹性材料形成并有助于密封圈350的柔韧性，以允许所述密封圈在所述插塞达到闭合端位置之前关闭，并随后通过弹性变形吸收余下的运动。优选地，通过在所述插塞的下表面上提供一环形凹槽330，可以增强所述边缘在所述边缘根部的柔韧性。该环形凹槽也有助于形成一围绕于所述第一环形密封圈310外围的连续通道，所述连续通道允许所述密封圈之间的水通过，从而使水可以到达排水开口510。
所述边缘的另一个优选功能是利用所述出口管道的一背压来增强所述阀门的密封性。喷淋系统的干燥充气管道通常保持在一略微升高的气压下，从而可以通过气压的下降来检测系统中一喷淋头的开启。该气压作用于所述边缘的上侧，而所述边缘的下侧则通过所述排水导管500及开口510暴露在大气压下。这种压差进一步增强了所述边缘对第二环形阀座区域120的接触力，进而进一步增强了密封性。
如此处阐述的，本发明的某些特别优选的实施例是液压控制阀，在所述液压控制阀中，阀门的闭合由一控制腔内的压力实现并保持。在此处阐述的优选实施例中，插塞300与一柔性的膜片400相联合。膜片400可以是贴附于插塞300上，或者如此处所示的，膜片400可以是与所述插塞一体化，其中插塞300的主要部分由弹性材料形成。在由弹性体形成的情况下，插塞300的主体尺寸优选为使其相对非灵活的，以便在阀座孔230上可靠地执行其密封功能。此外，或可选地，通过在所述弹性体内包含一刚性内芯308(金属的、陶瓷的或其他)，可以可选地赋予插塞300的所述主体一附加的刚性。优选地，例如通过一外围增厚段452将膜片400的外围固定在阀门主体100与罩体200之间，该外围增厚段452啮合并密封所述罩体与所述阀门主体之间形成的一相应的通道。
阀门10还包括一罩体200，所述罩体200与膜片400相配合，以在膜片400和罩体200之间定义一控制腔250。最优选地，配置插塞300、膜片400、阀门主体100及罩体200以使得当所述控制腔内的压力等于所述入口处的压力时，一净闭合力起到使所述第一环形密封圈紧靠所述第一环形阀座区域的作用。以下进一步讨论实现该结果的所述入口压力所作用的表面面积的平衡。这允许了一特别简单的控制配置，如图2A和2B中示意性所示的。如图2A中所示的，在阀门10的常闭状态中，来源于高压给水260的压力通过一导向阀262传递至一控制腔端口264。在这种状态下，入口210内与控制腔250内作用于所述膜片上的压力相等，如以下详细描述的，该相等的压力在插塞300上施加一净闭合力。当导向阀262切换到图2B的状态时，控制腔250内的压力与高压给水260之间的联系被切断，并且，开启控制腔250以在大气压下排水，这允许入口压力作用于插塞300的下表面并将所述插塞300向图2B的开启位置移置。
本发明的某些实施例的另一特别优选的特征是，第二环形密封圈350对第二环形阀座区域120的闭合力根据控制腔250与排水开口510之间的至少一压差的函数而变化。特别地，在图2A至4B的特别优选但非限制性的实施例中，围绕着插塞300延伸有一弹性材料的连续外围部302，以在位于膜片400根部的所述插塞300的一上外围部304与第二环形密封圈350之间形成一连续的桥接。外围部302根据上外围部304与环形通道330内压力(大气压)之间的压差而发生剪切形变，从而增强了密封圈350的接触压力，并使所述密封圈350更符合所述第二环形阀座部分120。可选地，一上环形凹槽306围绕着插塞300仅在膜片400根部的内部延伸，协助降低外围部302对于剪切变形的阻力，进而增强密封圈350作为一独立密封圈的功能。在某些实施例中(未图示)，环形凹槽330和306可以被实现为从插塞350的相对顶/底侧伸出的更深的凹槽，从而进一步增加相对于插塞350主要部分的外围部302的轴向移动性。
排水开口510和排水导管500用于将渗透进第一阀座110的密封内的任意少量的水排出至两密封圈之间的大气压区内，从而通过一排水端口520释放水。第二阀座120的密封圈防止了水进入所述喷淋系统的干燥管道内，并防止了压缩空气回流至所述排水开口。可选地，排水端口520可以连接至一报警系统(未图示)，从而，在开启阀门10时，通过排水开口510排出的水流能有效地激活一警报。
图4A和图4B显示了插塞300和膜片400的不同区域，阀门内液压在这些区域上施加力。在图2A的常闭状态中，如上描述的，控制腔250内的压力与所述入口压力保持相等。阀座孔230具有一内径D1，如图4A和4B内显示的直径D1表示在插塞300上方的一对应的圆形面积A1的直径。由于作用在插塞300的上方和下方的相等面积A1上的压力相等，在这些区域上由压力产生的力相互抵消。
在这些图中还显示了一对应于第一环形密封圈310的最大扩展程度的直径D2，以及，一对应于插塞300主体的最大扩展程度的直径D3。由直径D1的圆和直径D2的圆之间的圆环定义一环形面积A2，由直径D2的圆和直径D3的圆之间的圆环定义一环形面积A3。控制腔250内作用于环形面积A2上的液压起到在插塞300上产生一净闭合力的作用，该净闭合力迫使第一环形密封圈310抵靠在相应的第一环形密封区域110上，进而维持阀门的闭合和密封。控制腔250内作用于环形面积A3上的液压则作用于插塞300的外围部302上，仅与所述排水通道内的大气压相对，因而趋于在外围部302内产生剪切形变，迫使第二环形密封圈350紧密密封在第二环形密封区域120。因作用在所述插塞主体与剪切所作用的外围部之间的面积A3上的压力而产生的力的细分取决于弹性体的弹性性能以及所述插塞的结构(诸如环形凹槽330和306的深度)，如本领域技术人员已知晓的，并可以根据所需性能进行调整。然而，本发明某些实施例的尤其优选的特征在于，第二环形密封圈350在一定程度上是“独立”于第一环形密封圈310的，以使第二环形密封圈350有足够的移动性以允许密封圈350在密封圈310接触其阀座之前闭合，并使密封圈350维持其密封，即使密封圈310未能实施或轻微开启。(为了提供这种移动性，插塞300的任意刚性内芯308优选为限制在直径D2内。)典型地，所述移动性配合独立功能使得因面积A3上的压力而产生的力中的相当一部分特别用于增强第二环形密封圈350的密封。
图5A在一单一附图中示意性地显示了在所述阀门关闭的最终阶段期间插塞300的一系列位置和逐步形变形状。以插塞300的部分轮廓示意性地显示被标记为“A”、“B”和“C”的三个状态的连续位置和形状。状态“A”瞬时发生于向下延伸的第二环形密封圈350与第二阀座区域120接触的时间点上，早于第一环形密封圈310接触第一环形阀座区域110。在该位置上，流至出口220的水流已经被阻塞。作用在插塞300下侧的压力因经由开口510的排水而被降低至大气压，因而确保了关闭插塞300的持续净力。
随着插塞300的继续移动，在状态“B”时，第一环形密封圈310接触第一环形密封区域110，密封水流从入口210流至排水开口510，这样，排水开口510内及凹槽330下方相应的环形泄露收集通道周围的压力降低至大气压，并且向下作用在外围部302上的压差被增强。这致使密封圈350的边缘进一步被压扁以被更紧密地压在阀座120上，导致标记为“C”的状态。存在于连接至下游端口220的干燥管道内的压缩空气的压力施加一附加密封力，从而进一步增强密封。
在迄今为止所阐明的最佳实施例中，更为有利的是以平面、共面表面实现第一环形阀座区域110和第二环形阀座区域120，可以是被排水开口510中断的一单一连续的平板式阀座的不同区域。在这种情况下，可以通过从插塞300余下部分的水平面向下延伸密封圈350来实现在密封圈310闭合前先闭合密封圈350。应当指出的是，无论如何改变阀座几何形状，当密封圈350是与密封圈310处于相同的水平面，或甚至高于密封圈310时，都可以达到类似的效果。作为一非限制性实施例，图5B显示了一与图5A相似的视图，其中第二环形阀座区域120因区域110和区域120之间的一台阶而凸起。在这种情况下，可以通过使用密封圈350的一边缘来实现密封圈350的接触早于密封圈310的接触的期望顺序，所述边缘与密封圈310处于相同的水平面，但该边缘在位置“A”处与对应的凸起的阀座接触表面120接触，早于第一环形密封圈310的接触。所述阀门的其余结构和功能保持不变。
现在转至图6，优选地，在所述阀门的闭合状态下，在第一环形密封圈310与第二环形密封圈350之间存在一连续的环形通道，该环形通道绕着所述阀座的整个外围延伸，以允许到达密封圈之间的大气压区域的水被排向排水开口510。在一些情况下，可以通过插塞300的环形凹槽330单独地提供所述通道，紧靠一连续的平板式阀座表面。可选择地，如图6和图7A所示的，可以由切入所述阀座表面的一狭槽124来提供所述通道，在区域110和120之间进行细分。可选地，当提供狭槽124时，不需要一环形凹槽330就可以实现插塞300。典型地，排水开口510从狭槽124的底部直至排水导管500贯穿阀门主体100。
现在转至图7B，尽管上文阐述了数个分离排水开口510作为一系列，需要指出的是，所述排水通道也可以等同地以其他形式实现，例如一长槽512，典型地，该长槽512是弧形的，以符合第一密封区域110与第二密封区域120之间的空间轮廓，该长槽512贯穿主体100以与排水导管500形成流体连接。
如上描述的，在某些特别优选的实施例中，控制腔250与排水导管500之间的压差直接参与形成所述第二密封圈350在所述第二阀座120上的接触压力，尤其是通过经由插塞300的外围部302传递的压缩力或剪切形变。然而应当指出的是，这个特征不是必须的。作为一实施例，图8阐明了一变形的实施例，在该实施例中，所述第二密封圈350和所述膜片400的根部分别连接至插塞300的主体，而没有插入弹性件的桥接以从控制腔250向所述第二密封圈350传递压缩力或剪切形变。在该实施例中，通过预先形成的所述密封圈的弹性偏置实现所述第二密封圈350的密封，这样使第二密封圈350在第一密封圈310接触阀座110之前先接触所述阀座120。连接至出口220的管道内的压缩空气的压力进一步使用一对应于出口管道内压缩空气压力与排水导管500内大气压之间的压差的力来挤压边缘。
可以理解的是，上述描述仅作为实施例，在本发明以所附权利要求所定义的范围内可能还有许多其他实施例。

Claims (5)

1.一种阀门，用于密封并选择性地开启一从一充水入口至一干燥出口的流动路径，所述阀门包括：
(a)一阀门主体，所述阀门主体具有一阀门开口和一第二环形阀座区域，所述阀门开口被一第一环形阀座区域围绕，所述第二环形阀座区域围绕所述第一环形阀座区域；所述阀门主体包括至少一排水通道，所述排水通道与一所述第一环形阀座区域和所述第二环形阀座区域之间的空间流体连接，所述排水通道提供一通往所述阀门主体外部的流体排水路径；
(b)一插塞，所述插塞在一开启状态和一用于关闭所述阀门开口的闭合状态之间是可移置的，所述插塞具有一第一环形密封圈和一第二环形密封圈，所述第一环形密封圈被配置为用于密封所述第一环形阀座区域，所述第二环形密封圈被配置为用于密封所述第二环形阀座区域，所述插塞与一膜片一体化；以及，
(c)一罩体，所述罩体与所述膜片相配合，以在所述膜片和所述罩体之间定义一控制腔；
其中，所述插塞有一弹性材料的外围部，以在所述插塞的一上外围部与所述第二环形密封圈之间形成一桥接，使得所述外围部根据所述控制腔与所述排水通道之间的一压差而发生剪切形变，从而改变所述第二环形密封圈对所述第二环形阀座区域的闭合力，并且，
其中，配置所述第二环形密封圈及所述插塞的外围部，以使得在所述插塞从所述开启状态向所述闭合状态移置期间，在所述第一环形密封圈与所述第一环形阀座区域之间的接触之前，所述第二环形密封圈先紧靠所述第二环形阀座区域；在所述插塞到达所述闭合状态时，所述第二环形密封圈弹性形变以被压至与所述第二环形阀座接触。
2.如权利要求1所述的阀门，其中，所述第二环形密封圈具有一外扩边缘，配置所述外扩边缘以使出口处的一出口压力与所述排水通道内的一排水压力之间的压差起到增强所述第二环形密封圈对于所述第二环形阀座区域的密封的作用。
3.如权利要求1所述的阀门，其中，配置所述插塞、所述膜片、所述阀门主体及所述罩体以使得当所述控制腔内的压力等于入口处的压力时，一净闭合力起到使所述第一环形密封圈紧靠所述第一环形阀座区域的作用。
4.如权利要求1所述的阀门，其中，一形成于所述插塞上表面的环形凹槽定义所述插塞的弹性材料的外围部的一部分。
5.如权利要求1所述的阀门，其中，所述插塞还包含一刚性内芯，以赋予所述插塞从所述弹性材料的外围部向内的一部分一刚性。
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