CN110805702A - 具有涡流阻尼的流量控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种具有接纳可流动的颗粒介质的入口以及分配介质的出口的阀。所述阀具有带漏斗以及排斥磁铁的入口部。梭件套筒从入口部延伸到允许梭件在打开和闭合位置之间沿中心轴滑动为止。所述梭件具有穿梭磁铁，该穿梭磁铁被取向成具有面向所述排斥磁铁的磁极以产生偏置力来使梭件套筒偏置朝向闭合位置。当梭件套筒移动时，所述穿梭磁铁在管中产生涡流。所述闭合位置由所述梭件的密封边缘与流动引导器的密封表面相接触来限定。电容性传感器围绕所述流动引导器来对由阀所分配的介质的量进行测量。

Description

具有涡流阻尼的流量控制阀

背景技术

本公开涉及流量控制阀，该流量控制阀对颗粒的流动进行控制(诸如用于介质喷砂、常规喷丸、或者其他系统)，其中用户期望对不同种类的可流动颗粒的流动进行控制以及对流过阀的量进行感测。本领域中现有的可流动颗粒阀会遭遇复杂性、制造性、以及功能性问题。大部分阀利用固定孔和活动枢轴以缩回来允许介质进行流动。枢轴为弹簧式以偏置朝向闭合位置，从而对组装和维护产生问题。弹簧可能磨损、断裂或损坏，从而产生功能性问题。当启动时，枢轴可能跳动，从而产生控制问题。另一个问题是要通过确切地知道所分配介质的量对阀进行闭环控制。其他设计被提出利用偏置光束来进行测量，而另一些则利用光学或其他感测技术。需要一种带有介质感测的改进的阀。

发明内容

本公开描述一种被设计成对颗粒介质的流动进行调节的阀。阀具有入口部，该入口部使颗粒介质流经狭窄空间而向下流过阀的中央。入口部具有排斥磁铁以及屏蔽件。屏蔽件减小来自磁铁的流过阀中央的磁场。入口部具有梭件套筒，该梭件套筒携载颗粒介质至内部。包围在梭件套筒的外部是可移动的梭件。梭件具有穿梭磁铁和磁性屏蔽件，该磁性屏蔽件减小来自磁铁的流过阀中央的磁场。梭件具有附连于梭件的可活动孔，该孔与流动引导器接触。流动引导器位于出口部并且引导介质通过流动传感器，以检测分配的颗粒量。阀的部分是用金属制成的(诸如黄铜或铜)，当梭件运动时该阀与穿梭磁铁进行交互从而来产生涡流。涡流用于抑制梭件的运动。

附图说明

图1是阀的等距视图。

图2是图1的阀沿2-2的剖视图。

图3是图1的阀沿3-3的剖视图，示出梭件处于闭合位置。

图4是图3的阀的剖视图，示出梭件处于打开位置。

图5a是阀处于闭合位置并且颗粒介质未被分配的沿2-2的剖视图。

图5b是阀处于打开位置并且颗粒介质被分配以使得流动路径可视的沿2-2的剖视图。

图6是阀被拆解的剖视图。

图7是图6的阀的等距分解视图。

图8是传感器与管组装的分解等距视图。

图9是表示梭件位置随着时间变化而具有及不具有涡流阻尼的图表。

具体实施方式

图1-8中示出电动操作阀10，其具有入口12以及出口14。阀10被设计成对非铁磁铁的颗粒介质的流动进行调整。颗粒介质为可流动的，通常为喷砂介质(诸如玻璃、塑料、氧化铝，或其他颗粒)。换言之，颗粒介质由钢或铁合金产生而这些通常不用于阀10中，通常来自料斗或其他存储容器(未图示)的颗粒介质被带入至入口12。可在打开状态与闭合状态之间对阀10进行操作。在打开状态下允许颗粒介质从入口12流向出口14，而在闭合状态下阻碍颗粒介质的流动。可在打开及关闭位置之间对阀10进行操作以对颗粒介质的流动进行确认。

阀10具有管20，该管20被示为具有一致壁厚的中空圆筒形管，然而也可设想为其他结构(诸如正方形、长方形，或者其他细长中空部件以允许形成流路)。入口12位于顶部边缘22附近并且出口14位于底边24附近。管20可在其端部进行螺纹连接或具有允许其附连到其他容器、管或设备的特征。阀10具有中心轴16，该中心轴16位于管20中心。管20具有与其他结构接触或密封的内表面26。管20在本文所描述的实施例中由铜或铜合金(诸如黄铜或青铜)形成。管20也可由铝或其他导电的或者响应于变化磁场的材料制成。

线圈32围绕且也相对于管20固定。线圈32在绕组34通电时产生磁场。阀10可包括壳体(未图示)，该壳体围绕管20的一部分并且该壳体包括控制器、布线、以及电路板。

漏斗40位于顶部边缘22附近并且示出以中心轴16为中心。密封件42将漏斗40密封到管20的内表面26。漏斗40具有带内表面44的较宽的开口，其向圆筒内表面46缩小。内表面44本质上为圆锥但设备不限于此形状。可构想为漏斗40的内表面44是笔直的并且任何漏斗或圆锥特征位于阀10的外侧上部。漏斗40也可被认为是入口部分。漏斗40通过台阶表面45轴向地位于管20内并且该漏斗40包括固定螺钉41，该固定螺钉41与管20相抵接并且防止漏斗40相对于管20进行移动。漏斗40包括排斥磁铁48，该排斥磁铁48等间距围绕圆柱表面46。排斥磁铁48被压入到位置或以其他方式用粘合剂或紧固件来进行固定，以防止磁铁48脱落或松动。漏斗40由非磁性物质来制成(诸如塑料、铝、陶瓷，或者其他不会短路或不会从排斥磁铁48传导磁场的材料)。内部表面44与圆柱表面46配合来引导颗粒至梭件套筒50的内部。梭件套筒50是圆柱形管状构件，由非磁性物质(诸如塑料或铝)制成，该梭件套筒50具有内部表面52以及外部表面54。梭件套筒50通过压力配合、螺纹，或者其他固定两者构件的附连方法来与漏斗40进行紧固。梭件套筒50以中心轴16为中心并且在与开口相对处具有末端边缘56。为了保持梭件套筒50与中心轴16同轴的位置，裙部表面58与管20的内表面26紧密匹配，从开口部向下延伸至梭件套筒50的顶部。漏斗屏蔽件60在排斥磁铁48附近，该漏斗屏蔽件60使来自排斥磁铁48的磁场远离漏斗40的内部流路。由于铁屑或其他具有磁性的颗粒可能通过流路，在流路中足够强的磁场可能会产生一些不期望的颗粒的增长，这些颗粒可能会阻止颗粒介质的流动。漏斗屏蔽件60将磁场分流到铁或磁性颗粒不会积聚的区域。

梭件70围绕于梭件套筒50并且该梭件70也以中心轴16为中心。梭件70为中空并且在打开位置(图4所示)与闭合位置(图3所示)之间可沿梭件套筒50的外表面54滑动。梭件70具有穿梭磁铁72，该穿梭磁铁72包含在梭件主体74内。梭件主体74由非铁磁性材料制成(诸如塑料、铝、陶瓷，或其他不会使穿梭磁铁72的磁场短路或传导的材料)，并且包含穿梭磁铁屏蔽件76，该穿梭磁铁屏蔽件76位于穿梭磁体72附近且靠近中心轴16。穿梭磁铁屏蔽件76对由穿梭磁体72产生的磁场进行分流从而能够吸引铁颗粒或其他颗粒。颗粒可能被吸引入磁场并且建立在梭件套筒50或梭件70上，或者卡在梭件主体74与梭件套筒50之间。从梭件主体74的下部延伸并且附连到其上的是可活动孔78。可活动孔78是具有末端密封边缘80的管状构件，如图4所示。在本文所描述的实施例中，可活动孔78由金属(诸如铝)制成，但也可构想其他材料。可活动孔78包括位于内部的锥形表面82，该锥形表面82从内表面84延伸来。介质从梭件套筒50流入至可活动孔78的内部。锥形表面82可包括被设计为对颗粒介质的流动特性进行修改，诸如途径、不同角度，或附加表面的其他特性。为了移除梭件70来用于维护、清洗、或更换可活动孔，用户对漏斗40以及梭件套件50进行移除并且将梭件70从管20的顶部提出。

固定流动引导器90位于底部边缘24附近被固定于管20中并且也以中心轴16为中心。流动引导器90具有带可替换密封件93的可移动的锥体部92，该密封件93具有密封表面94。梭件套筒50的末端边缘56间隔在密封表面94的上方并且两者之间的距离为固定。在本文所描述的实施例中，可替换密封件93由钢制成，但也可构想其他材料。密封表面94呈槽形，用于接纳和定位梭件70上的终端密封边缘80。该密封表面94保持在锥体部92与流动引导部100之间，该部分可以压力配合或螺纹连接。锥体部92如图所示，锥形化具有顶部以及锥形表面96，98。锥体部92也可为抛物线、弯曲、或笔直，这取决于可使用的颗粒介质的特性。流动引导部100具有外径表面102。安装基座104定位固定流动引导器90，使其与中心轴16对齐并且允许流过弧形孔106。锥体部92以及密封表面94被设计为与可活动孔78进行配合，并且末端密封边缘80对在漏斗40与流动引导部100之间的流路进行打开或闭合。固定流动引导器90与基座104可分离以允许不同的锥形部92并且允许流动引导部100被交换来满足不同期望的颗粒介质的流动特性。流动引导器90可具有与图3中的流动引导器90不同的形状。流动引导器90的目的在于将介质由管20的中央部向外引导并且向管20的内表面26进行引导。例如，流动引导器90无需具有锥形部92。流动引导器90的流动引导部100将防止介质位于管20的中央部，该中央部对应于管26的靠近管26的中心轴16的区域。

在没有由线圈32施加的磁场、重力以及排斥磁铁48的情况下，会导致梭件70搁置在与固定流动引导器90相接触的闭合位置。另外，若期望梭件70快速地进行闭合，则线圈32上的极性可以反转，从而线圈32驱动梭件70向下移动。在闭合位置，如图5A所示，可活动孔78与密封表面94接触并且进行密封从而颗粒介质不进行流动。当电流施加到线圈32时，梭件70开始移动离开固定流动引导器90，诸如图5B所示。由于锥形部92的形状以及锥形表面82，梭件70移动离开锥形部92的距离为颗粒介质的通过生成了可变的间隙。增加施加到线圈32上的能量会增加梭件70移动离开闭合位置的量。

流动传感器110围绕固定流动引导器90来对流过外径表面102与流动传感器110之间的颗粒介质的量进行测量。流动传感器110被示出位于并且附连于流动传感器本体112。流动传感器本体112位于管20的安装底座104与台阶107之间。流动传感器本体112通过密封件108、109与管20密封。传感器110为电容传感器并且其包括感测环114、116，其对相邻于感测环114、116的颗粒介质的移动进行感测。感测环114、116靠近管20的内表面26。导线通过传感器本体112中的通道118将感测环114、116连接到外部电路，然后通过导线出口120向外连接。外部电路通常位于壳体(未图示)内部并且可通过阀10被用于梭件70的闭环控制。流动传感器110以及传感器本体112通过紧固件、粘合、或其他方法固定到管20上。安装底座104通过紧固件122来进行固定。移除紧固件122可允许安装底座104、流动引导部100、锥体部92、以及可替换密封件93进行移除来用于对不同介质进行维护、清洗、或构件更换。流动传感器110被示出利用颗粒介质流路附近的感测环114、116，然而也可以设想利用其他传感器的设计。为获取可靠的检测介质的信息,在流动传感器110内需要使介质靠近感测环114，116。因此，流动引导器90引导介质相对地靠近感测环并且相对地远离管20的中心轴16，从而介质将相对地远离感测环。若传感器配置为不使用电容式元器件诸如采用环114，116，则介质应位于电容式元器件附近，且分流器90用于此目的。作为传感器的替代性实施例可以利用位于流动传感器本体112中的一个感测环，且其他环位于流动引导部100内。在该情况下，仍然期望流动引导器90可预测地引导介质，以一致地在电容性元器件之间和附近定位介质流路。进一步设想，流动引导部100可由引导并连接到外部电路118以形成传感器110的一部分的材料制成。

漏斗40中的排斥磁铁48具有南北方向，以使磁场平行于中心轴16地离开磁铁。部分磁场通过漏斗屏蔽件60进行传导。穿梭磁铁72以类似方式进行对齐，以使磁场平行于中心轴16地离开磁铁，而其中部分磁场通过穿梭磁铁屏蔽件76来进行传导。穿梭磁铁72以及排斥磁铁48具有相同的对孔，且当它们彼此靠近时产生增强的排斥力。例如，若穿梭磁铁72具有面向排斥磁铁48的北极，则排斥磁铁将取向为具有面向穿梭磁铁72的北极。由磁铁48，72产生的排斥力用作像弹簧来偏置梭件70远离漏斗40。由于来自磁铁48，72的偏置力，因此无需弹簧。通常，在涡流消失的情况下，阀需要弹簧来保证梭件返回至闭合位置。

当涡流流过线圈32中的绕组34时，产生的磁场将梭件70吸引向漏斗40，从而将末端密封边缘80从密封表面94中分离。通过线圈32的电流越大，施加至梭件70的磁力越大，从而使梭件70靠近漏斗40。由于梭件70更靠近于漏斗40，因此排斥磁铁48开始与来自线圈32的磁力相抵消。当由线圈32产生磁场时，由于磁场在减小的距离上呈指数增长，因此来自梭件70的响应为非线性。这意味着当梭件70越靠近所期望位置，定位梭件70所需要的磁场量将小于将其从闭合以及静止位置移开所产生的磁场量，从而导致梭件70移过所期望的位置。通过增加排斥磁铁48，当梭件靠近线圈32时，排斥梭件70的磁力抵消了力的自然增加。由此，梭件位置与提供给线圈32的电流量成比例。

如上所述，管20可由铜、铝、或铜合金制成，且梭件70具有穿梭磁铁72阵列。由于穿梭磁铁72紧邻管20，梭件70的任何移动会在管20中产生涡流。当磁铁相对于导电金属(诸如黄铜、铜或铝)进行移动时，就会产生涡流。本实施例中的管20描述为黄铜，但也可构想其他材料。阀10利用涡流并且利用它们作为作用于梭件70的阻力。在无涡流的情况下，当线圈第一次通电时，梭件70将以特定的阻尼方式73进行反应，在这种情况下，梭件70将首先超过其所期望的位置71，然后振荡，直到其下降到所期望的位置71。换言之，梭件70将在到达所期望的位置之前反复回弹，如图9所示。由于梭件70的位置直接地对分配的颗粒介质的量进行确定，因此梭件70的超调以及振荡将引起颗粒介质被不均匀地分配，特别在阀10第一次启动时或梭件70被线圈32移动时。由于梭件70的移动产生的涡流，使得减少或限制了梭件70的超调以及振荡，从而梭件70以阻尼方式75来响应。

阀10被分成几个通常腔室，颗粒能够存在于或流过该腔室，如图5A和5B所示。阀10被设计成垂直方向配置，轴16与重力方向对齐，且入口腔室130中提供有介质。入口腔室130开始于管20的顶部边缘22并且通常包括漏斗40的内部容积以及梭件套筒50。出口以及传感器腔室132由开始于密封表面94，在传感器本体112的外径表面102与内径表面113之间延伸，终止于弧形孔106的内部容积来定义。出口及传感器腔室132仅在流经阀10时含有颗粒，入口腔室130含有介质而不管有没有流动。位于入口腔室130和出口及传感器腔室132之间的是中央腔室134，该中央腔室134由末端边缘56与末端密封边缘80之间的内部容积来定义。本文描述的内部容积是阀10内部区域，该区域可保持并分配介质。内部容积构成通过阀10的流路。介质与梭件套筒78的内表面82、84接触。中央腔室134如入口腔室130那样可具有介质而不管有没有流动。当梭件70移动并且将末端密封边缘80从密封表面94中分离时，介质被释放从而畅通无阻地通过出口以及传感器腔室132。由于介质通过被流动传感器110围绕的出口以及传感器腔室132的一部分，因此介质由流动传感器110进行检测。由于出口以及传感器腔室132通过感测环114、116以等间距被围绕，因此对介质进行可靠地检测。通过具有引流器90，该引流器90可预测地将介质配置于靠近感测环114、116的流路中，从而能够进一步增强检测。

应理解，虽然已经示出和描述了公开主题的某些方面，但所公开主题并不限于此，并且包含各种其他实施例和方面对于本文所公开的具体实施例，不存在或不应推断出任何具体限制。可以对下列权利要求书中所披露的主题进行修改。

Claims (20)

1.一种用于颗粒的电动操作流量阀，所述阀包括：

管，该管由导电金属形成并且排斥磁铁相对于所述管固定；

梭件套筒，该梭件套筒位于所述管内并且相对于所述管固定，所述梭件套筒用于接纳所述颗粒，所述梭件套筒包括位于与密封表面相对且间隔开的末端边缘，该末端边缘相对于所述梭件套筒固定；

线圈，该线圈围绕所述管并且相对于所述管固定，当电流流过线圈时所述线圈产生磁场；

流动引导器，该流动引导器位于内部并且相对于所述管固定；

梭件，该梭件位于所述管的内部并且围绕所述梭件套筒，所述梭件具有穿梭磁铁以及附连到其上的可活动孔，所述可活动孔终止于密封边缘，所述梭件在打开位置与闭合位置之间可滑行于所述梭件套筒，所述打开位置被定义为所述梭件的所述密封边缘与所述密封表面间隔开并且所述穿梭磁铁接近于所述排斥磁铁，所述关闭位置被定义为所述梭件的所述密封边缘与所述密封表面接触并且所述穿梭磁铁远离所述排斥磁铁；以及

电容性传感器，该电容性传感器相对于所述管固定，用于对经过所述密封表面的颗粒进行检测，

所述排斥磁铁以及所述穿梭磁铁配合以使所述梭件偏向所述闭合位置，

当所述梭件位于所述打开位置时，所述阀具有从所述梭件管流过所述密封表面的流路，当所述梭件位于所述闭合位置时，所述可活动孔阻碍所述流路，所述电容性传感器围绕所述流路并且所述流动引导器将所述流路引向所述电容性传感器。

2.如权利要求1所述的流量阀，所述电容性传感器具有第一环以及与其相邻的第二环，所述第一以及第二环用于围绕从所述梭件套筒流出的介质。

3.如权利要求1所述的流量阀，当所述梭件在所述打开位置与闭合位置之间进行移动时，所述穿梭磁铁在所述管中产生涡流。

4.如权利要求3所述的流量阀，所述密封表面具有环形凹槽。

5.如权利要求3所述的流量阀，所述流动引导器具有向所述梭件套筒的末端边缘延伸并且超过密封表面的锥体。

6.一种用于颗粒的电动操作流量阀，所述阀包括：

具有内表面的管；

相对于所述管固定的排斥磁铁；

梭件套筒，该梭件套筒用于接纳所述颗粒，所述梭件套筒位于所述管内并且相对于所述管固定，所述梭件套筒具有与密封表面之间隔开的末端边缘，该末端边缘相对于所述梭件套筒固定；以及

梭件，该梭件围绕所述梭件套筒并且所述梭件具有附连到所述梭件的穿梭磁铁且所述梭件具有附连到所述梭件的可活动孔，所述梭件的所述可活动孔具有密封边缘，所述梭件在打开位置与闭合位置之间可滑行于所述梭件套筒，所述打开位置被定义为所述梭件的所述密封边缘与所述密封表面间隔开并且所述穿梭磁铁接近于所述排斥磁铁，所述关闭位置被定义为所述梭件的所述密封边缘与所述密封表面接触并且所述穿梭磁铁远离所述排斥磁铁；

所述排斥磁铁以及所述穿梭磁铁配合使所述梭件偏向所述闭合位置；

并且当所述梭件位于所述打开位置时，所述阀具有从所述梭件管流过所述密封表面的流路，而当所述梭件位于所述闭合位置时，所述可活动孔中断所述流路。

7.如权利要求6所述的流量阀，进一步包括线圈，该线圈围绕所述管并且相对于所述管固定，当电流流过所述线圈时，所述线圈产生磁场以使所述梭件移动。

8.如权利要求7所述的流量阀，进一步包括电容性传感器，该电容性传感器相对于所述管固定，用于对流经所述密封表面的颗粒进行检测，所述电容性传感器环绕所述流路并且流动引导器引导所述流路流向所述电容性传感器。

9.如权利要求8所述的流量阀，所述电容性传感器具有第一环以及与其相邻的第二环，所述第一以及第二环用于围绕从所述梭件套筒流出的介质。

10.如权利要求8所述的流量阀，其中从所述梭件流出的所述介质定义流路，所述电容性传感器围绕所述流路。

11.如权利要求7所述的流量阀，当所述梭件在所述打开位置与闭合位置之间进行移动时，所述穿梭磁铁在所述管中产生涡流。

12.如权利要求11所述的流量阀，所述密封表面是环形凹槽。

13.一种用于颗粒的电动操作流量阀，所述阀包括：

入口部，该入口部具有入口腔室，排斥磁铁相对于所述入口腔室固定，所述入口腔室从入口向梭件套筒的末端边缘延伸；

密封表面，该密封表面相对于所述梭件套筒的末端边缘固定；

梭件，该梭件围绕所述梭件套筒并且可在打开位置与闭合位置之间相对于梭件套筒进行滑动，所述打开位置被定义为所述梭件的所述密封边缘与所述密封表面间隔开并且所述穿梭磁铁接近于所述排斥磁铁，所述闭合位置被定义为所述梭件的所述密封边缘与所述密封表面接触且所述穿梭磁铁远离所述排斥磁铁；

出口部，该出口部具有从所述密封表面延伸至出口的出口腔室，流动引导器相对于所述梭件套筒固定，用于对所述颗粒远离所述出口部的中央区域进行检测，所述出口部包括电容性传感器；以及

管，该管围绕所述穿梭磁铁，所述管相对于所述梭件套筒固定并且所述管由当所述梭件在所述打开与闭合位置之间进行滑动时产生涡流的材料制成。

14.如权利要求13所述的流量阀，所述排斥磁铁对所述穿梭磁铁进行排斥以使得所述梭件偏向所述闭合位置。

15.如权利要求14所述的流量阀，其中所述入口部具有位于所述排斥磁铁附近的漏斗屏蔽件并且所述梭件在所述穿梭磁铁附近具有穿梭磁铁屏蔽件。

16.如权利要求13所述的流量阀，其中所述固定的流动引导器为圆柱状，位于流动传感器本体的所述电容性传感器具有面向所述固定流动引导器的表面，所述表面与所述固定流动引导器配合来对环状流路进行定义。

17.如权利要求13所述的流量阀，所述电容性传感器具有与第二传感器环相邻的第一传感器环。

18.如权利要求13所述的流量阀，所述固定流动引导器上的所述密封表面是环形凹槽。

19.如权利要求13所述的流量阀，所述固定流动引导器具有锥体部，所述锥体部位于所述中央腔室。

20.如权利要求13所述的流量阀，所述入口腔室具有漏斗部，该漏斗部在所述顶部边缘附近具有较大直径并且向所述梭件套筒缩小为较小直径。

Images