CN107270019B - 压力导管中的动态节流孔 - Google Patents

Abstract

在加热和/或冷却系统中，该系统使得传热流体与一系列热交换装置连通，这些热交换装置可能进一步地连接到负载(诸如，用于散热器、地板加热装置、生活用水的加热、冷却，HVAC，区域供暖系统等的负载)，公知的是多个阀中的至少一个连接到压力致动器，该压力致动器包括压力连通导管(如脉冲管)，其中该压力连通导管包括低压连接管和高压连接管，该高压连接管具有节流孔，该节流孔由于流体中的杂质和颗粒区域堵塞。本发明通过引入动态改变的孔而解决该问题。

Description

压力导管中的动态节流孔

技术领域

本发明涉及一种压力致动器，所述压力致动器用于控制连接到流动系统的阀。

背景技术

在加热和/或冷却系统中，该系统使得传热流体与一系列热交换装置连通，这些热交换装置可能进一步地连接到负载(诸如，用于散热器、地板加热装置、生活用水的加热、冷却，HVAC，区域供暖系统等的负载)，公知的是多个阀中的至少一个连接到压力致动器，该压力致动器包括压力连通导管(如脉冲管)，其中该压力连通导管包括低压连接管和高压连接管。低压连接管可以被连接至流动系统，或者可以向大气(或任何其他压力级)开放，以调节相对于大气压力的压力，然而高压连接管典型地被连接到流动系统。

这些压力连通导管将压力致动器连接到流动系统中的两个位置，以在被连接的阀的调节中响应于压差，或者可替换地这些压力连通导管将压力致动器分别连接到流动系统中的一个点和开放的空气，以响应于绝对压力的变化。这些压力连通导管(特别是对高压连接管而言)具有直径减小的节流孔，以减少从流动系统到压力致动器的压力脉冲(压力信号的衰减)。如果此压力脉冲信号速度未被降低，那么由于在流动系统中的快速压力变化，在压力致动器上可能发生振荡。

然而，使用大小固定的节流孔导致了两个问题。第一个问题是堵塞；由于节流孔的直径的减小，流体中的碎片、颗粒等存在较高的导致连接堵塞的风险。

第二个问题是即使当压力信号的速度较慢时，这种方式的压力信号也在一直持续衰减。因此，当不需要时，压力致动器的时间常数也增加。因此，在所有操作点中，控制器的性能被降低，因此减小了动态响应。

发明内容

本发明的目的是为了提出这些问题中的第一个或两个问题的解决方案。

特别地，通过引入用于控制连接到流动系统的阀的致动器来解决第一个问题，其中致动器包括导管，该导管包括所述导管的流动通道的节流孔部分(reduced orificesection)，所述节流孔部分具有根据所述节流孔部分上的压差而动态地改变的开口。动态改变的开口有助于去除否则会趋于阻塞开口区域的颗粒，该问题在高压连接导管中尤其严重，因此在该高压连接导管中可以应用具有优点的本系统。

在一个实施例中，导管是压力连通导管。

在一个实施例中，至于导管是高压连通导管和低压连通导管。

在一个实施例中，致动器是压力致动器。

在一个实施例中，动态改变的开口可以被实现为柔性插入件，该柔性插入件被插入到所述压力连通导管中并且包括形成节流孔的开口，这也将有助于防止颗粒沉降在开口区域中，因为它们不易于沉降在这样的柔性表面上。在实施例中，插入物是膜或隔膜，和/或由诸如橡胶的材料制成。

为了帮助开口形成开口尺寸的明显改变，该开口可以包括形成一个连接的成形开口的一个或多个狭缝。

在一个实施例中，为了使系统易于组装，柔性插入件固定在从所述导管到所述致动器的上部件和下部件之间。在一个实施例中，所述上部件和下部件中的一个形成致动器的一体件，和/或所述上部件和下部件中的另一个连接到导管。

在解决第一和第二问题的替代或另外的实施例中，所述压力致动器包括导管，所述导管包括腔，并且其中膜被固定在所述腔内，以将所述腔分成在所述膜的相对两侧上形成压力腔的两个部分，其中所述膜操作为使得所述膜的响应于所述膜上的压差的偏转能够限定用于流体流动的开口。此外，改变的开口有助于颗粒逃逸而不是堵塞开口区域，并且进一步地以受控的方式影响脉冲信号。

在一个实施例中，包括孔的元件被连接到所述膜，并且所述孔相对于座操作为使得在所述元件和所述座之间的距离d限定用于流体流动通过的开口面积，其中流体孔形成流动通道一部分。流体因此通过被连接的元件的孔而流动通过所述膜，并且当膜上的压差改变时，膜的偏转改变距离d，从而因此调节通过孔的流量，并且也因此调节脉冲信号。

在一个实施例中，所述元件是盘形的并且形成在所述流动通道内连接到所述膜的喷嘴的一部分。

在一个实施例中，所述孔被定位成围绕所述元件的中心，该元件与类似的圆形座一起操作。

为了进行控制设置，至少一个偏压构件以偏压的方式连接到膜。

为了提供紧凑和稳定的结构，所述元件被定位在形成流动通道的一部分的缸体内，并且被连接到所述膜，且与所述膜一起偏转，其中所述偏压元件可以环绕所述缸体。

此外，为了简化所述系统的组装，所述膜和腔的壳体由上壳体和下壳体形成。

附图说明

图1是流动系统的示意图，该流动系统包括连接到致动器的阀，该致动器具有将其连接到流动系统的不同位置的导管。

图2A和2B示出了由柔性插入物形成的导管中的节流孔(reduced orifice)。

图3示出了由压力室内膜的形成的导管中的节流孔。

具体实施方式

图1示出了典型的加热和/或冷却流系统1，其将热传递流体与一系列热交换装置2连通，其中这些装置还可以连接到负载3，例如用于散热器，地板加热装置，家庭用水加热，冷却，HVAC，区域供热系统等的负载。

热交换装置2可以连接到向前流动管线4和返回流动管线5，并且流量可以由流量调节阀6控制，该流量调节阀6可选地响应于来自控制器7的信号而被调节。

多个阀中的至少一个6a连接到压力致动器8，该压力致动器8包括将其以压力连通的方式连接到流动系统1中的两个位置(在图示中，该两个位置位于返回管线5上)的压力连通导管，诸如低压连接管9a和高压连接管9b，或者在下文中称为脉冲管，两个脉冲管9a和9b相对于与压力致动器8控制连通的阀6a被连接在返回管线5的相对两侧上，但是阀6a和脉冲管9a和9b可以根据阀6a的所需操作被定位在任何地方。

压力致动器8可以是任何类型的致动器，该致动器响应于两个脉冲管9a和9b之间的压差的变化有助于做出反应以调节通过被连接的阀6a的流量，例如通过使得膜偏转，如公知的那样。

这些脉冲管9a和9b通常具有直径减小的节流孔，例如对于高压连接管9b而言。设置该节流孔的目的是减小从流动系统1到压力致动器8的压力脉冲(压力信号的衰减)。如果该压力脉冲信号速度未减小，则由于流动系统1中的快速压力变化，在压力致动器8上可能发生振荡。

然而，这会导致了两个问题。第一个问题是堵塞；由于节流孔的直径的减小，流体中的碎片、颗粒等存在较高的导致连接堵塞的风险。

第二个问题是即使当压力信号的速度较慢时，这种方式的压力信号也在一直持续衰减。因此，当不需要时，压力致动器的时间常数也增加。因此，在所有操作点中，控制器的性能被降低，因此减小了动态响应。

在一个简单的实施例中，第一个问题是通过如图2A和2B所示的柔性膜插入件10来解决的。结构示出了柔性插入件10(例如膜或隔膜)被插入到脉冲管9a或9b中，其中脉冲管9a或9b包括形成脉冲管9a，9b的节流孔的开口11，其中开口11可以包括一个或多个狭缝12，并且可以形成为一个连接的成形开口11，或可以形成为具有类似的或不同的设计的几个开口11。柔性插入件10需要一定厚度，该厚度根据设计要求提供足够柔性而不是太大也不是太小的柔性。在一个实施例中，该柔性插入件10由橡胶材料形成。

在一个实施例中，柔性插入件10或至少其表面由本身有助于阻止材料沉降在表面上的材料形成，例如有助于结束对贯穿脉冲管9a，9b的通道的堵塞，其中一种这样的材料可以是特氟隆。材料需要能够在其可能经历的温度范围内保持柔性。

具有形成在开口中的狭缝12的结构，例如示出的开口11的十字形状有助于开口11的尺寸根据压力变化而动态地变化，并且流体能够流过开口11，因为如果开口11的尺寸由于某种原因减小(由于材料完全或部分阻塞该开口)，则该开口可能会偏转，因此有助于通过弯曲而移除所述材料。

在具有开口11(诸如如图所示的中心开口)的实施例中，狭缝12在连接至开口11的情况下从开口11伸出，当颗粒堵塞开口11时，一侧上的压力增加并推动颗粒通过该开口11。以这种方式，颗粒被冲走，并且堵塞被减少或甚至去除。此外，存在于流体中的沉积物，碎屑等不易粘附在可变形材料上。

在图2A和2B所示的实施例中，柔性膜插入件10固定在从脉冲管9a，9b到压力致动器8的连接的上部件13和下部件14之间，其中上部件13和下部件14中的一个部件可选地可以是压力致动器8的一体件，和/或上部件13和下部件14的另一部件可以是脉冲管9a，9b的一部分，或者如图2B的中的实施例所示，下部件14通过密封装置15和固定装置16被连接到脉冲管9a，9b。

图3示出了解决两个问题的更先进的解决方案实施例，其中上壳体18和下壳体19在它们之间限定腔20。在该腔20中，定位有喷嘴21，该喷嘴21连接至偏压构件22(或者在下文中更具体地称为弹簧，但是采用类似操作的任何装置都将适用)以及膜23，该膜23将所述腔20分成在所述膜23的相对侧上形成压力腔的两个部分。

流体流动通过组合的两个部件18、19的流动通道，并且流体在膜23上的压差将使得膜23偏转，其中弹簧22以膜压力致动器的已知方式决定偏转程度。在所示实施例中，腔20的两个部分中的每个部分包括连接到膜23的相对侧的弹簧，弹簧将膜保持在不受任何其它力影响的中立位置。

喷嘴21包括盘25，该盘25对流动通过贯穿组合的两个部件18、19的流动通道的流动形成阻碍，其中盘25包括一个或多个孔26。这些孔可以是任何数量，任何尺寸和任何设计形式，并且以任何方式定位在盘25中。图3的附图示出以圆形方式定位的六个孔26。

当流体流经流动通道时，流体流动通过孔26，并且腔20内的座27或节流阀与孔26相关联地操作，使得盘25和所述座27之间的距离d限定使得流体流动通过的开口11′面积。距离d越小，开口11′面积越小，并因此在给定的压差下或在膜23上的压降下(也称为压差)，流经流动通道的流量越小。

当这种压降较低或接近于零时，盘25保持接近中立位置，但是当压降增加时，盘25和膜23上的压降增加，从而将盘25推向座27，以压缩弹簧22并减小距离d。因此，使得流体流过的开口11′面积也减小，从而信号的衰减因此增加。

因此，本实施例的设计由于移动部件和用于流动的可调开口面积，解决了持续衰减的第二个问题。而且，由于当盘改变位置而改变开口11′面积时，堵塞元件有机会流出并因此被去除，所以第一个“堵塞”的问题也被考虑在内。

在所示实施例中，盘25被定位在形成流动通道的一部分的缸体28内，该缸体，并且被连接至所述膜23并与所述膜23一起偏转，其中弹簧22围绕所述缸体28，这使得设计紧凑，其中这些部件有助于在操作期间彼此稳定。

在所示实施例中，上壳体18和下壳体19通过螺栓24保持在一起，但是将这两个部件固定在一起的任何其它装置也适用于本系统。

因此，引入脉冲信号的动态阻尼，其在进一步的先进实施例中可以包括检测脉冲中的振荡的装置，例如通过在包括膜23和喷嘴21(该喷嘴具有与座27一起操作的盘25)的图3的实施例中测量压差控制器的位置，或通过测量差压或温度。通过使用这种用于计算算法的输入数据来识别来自正常系统操作状态的振荡，控制器然后主动地通过本领域已知的任何方式来调节脉冲管9a，9b中的节流孔开度。

Claims (14)

1.一种用于控制阀(6a)的压力致动器(8)，所述阀连接到加热和/或冷却流动系统(1)，其中所述压力致动器(8)包括两个导管，所述两个导管连接到所述流动系统(1)中的两个位置以响应于所述两个导管之间的压差的变化而做出反应以调节通过被连接的所述阀(6a)的流量，其特征在于，

所述两个导管中的一个包括流动通道的节流孔部分，所述节流孔部分具有开口，所述开口根据节流孔部分上的压差而动态地改变；以及

所述导管是压力连通导管。

2.根据权利要求1所述的压力致动器(8)，其中所述压力致动器包括能够连接到流动系统或环境大气的低压连通连接导管(9a)和高压连通连接导管(9b)，以及其中动态改变的所述开口存在于高压连通连接导管(9b)中。

3.根据权利要求1或2所述的压力致动器(8)，其中柔性插入件(10)定位在所述导管中，并且包括形成节流孔的开口。

4.根据权利要求3所述的压力致动器(8)，其中所述开口包括形成一个连接的成形开口的一个或多个狭缝(12)。

5.根据权利要求4所述的压力致动器(8)，其中所述柔性插入件(10)被固定在从所述压力连通导管到所述压力致动器(8)的上部件(13)和下部件(14)之间。

6.根据权利要求5所述的压力致动器(8)，其中所述上部件(13)和下部件(14)中的一个形成所述压力致动器(8)的一体件，和/或所述上部件(13)和下部件(14)中另一个连接到压力连通导管。

7.根据权利要求1或2所述的压力致动器(8)，其中所述导管包括腔(20)，并且其中膜(23)被固定在所述腔(20)内，以将所述腔(20)分成在所述膜(23)的相对两侧上形成压力腔的两个部分，其中所述膜操作为使得所述膜的响应于膜(23)上的压差的偏转能够限定用于流体流动的开口。

8.根据权利要求7所述的压力致动器(8)，其中，包括流体孔(26)的元件(25)被连接到所述膜(23)，并且所述流体孔(26)相对于座(27)操作为使得在所述元件(25)和所述座(27)之间的距离d限定用于流体流动通过的开口面积，其中流体孔(26)形成所述流动通道一部分。

9.根据权利要求8所述的压力致动器(8)，其中，所述元件(25)是盘形状的，并形成在所述流动通道内连接到所述膜(23)的喷嘴(21)的一部分。

10.根据权利要求8或9所述的压力致动器(8)，其中所述流体孔(26)定位成环绕所述元件(25)的中心，所述元件(25)与类似的圆形的座(27)一起操作。

11.根据权利要求8所述的压力致动器(8)，其中至少一个偏压构件(22)以偏压方式连接到所述膜(23)。

12.根据权利要求11所述的压力致动器(8)，其中所述元件(25)定位在形成所述流动通道的一部分的缸体内，并且被连接到所述膜(23)，且与所述膜(23)一起偏转。

13.根据权利要求12所述的压力致动器(8)，其中所述偏压构件(22)围绕所述缸体。

14.根据权利要求7所述的压力致动器(8)，其中所述膜(23)和腔(20)的壳体由上壳体(18)和下壳体(19)形成。