CN111486261B - 具有流量控制针的比例流量控制阀提升阀芯 - Google Patents

具有流量控制针的比例流量控制阀提升阀芯 Download PDF

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Abstract

公开了一种流量控制阀，该流量控制阀包括阀体、步进马达和阀构件。阀构件包括提升阀芯，当步进马达接收电力时，提升阀芯可以在阀体的孔内纵向地滑动。从阀体向内延伸到阀构件的隔膜响应于阀构件的移动而挠曲。安装到阀构件的提升阀芯的流量控制针至少部分地接收于阀体的出口端口中。流量控制针与出口端口的内表面配合以限定出口流量孔隙，当阀构件在打开位置和关闭位置之间移动时，出口流量孔隙的大小改变。在关闭位置，阀构件的座接合表面接触阀体的阀座以形成不透流体密封件。

Description

具有流量控制针的比例流量控制阀提升阀芯
技术领域
本公开内容涉及通过步进马达操作的流量控制阀，并且更特别地涉及由隔膜密封并且包括流量控制针的流量控制阀。
背景技术
本部分提供与本公开内容相关的背景信息，此背景信息不一定是现有技术。
流量控制阀可以通过步进马达进行操作，以针对在控制完全打开位置和完全关闭位置之间的流量可变性方面需要更高精度的阀改进阀构件位置的可重复性。与其它已知的阀致动器相比，需要将流体体积或流体压力精确输送到工作装置的应用可以受益于通过步进马达提供的精度。然而，已知的步进马达致动式流量控制阀通常需要齿轮系统或多向驱动系统，以将步进马达的旋转力变为用于使阀构件在打开阀位置和关闭阀位置之间以往复运动的方式平移的纵向力。因此，常见的驱动系统损失操作力以驱动多个运动部件。已知系统的多个运动部件的复杂性、功率损耗和公差也降低阀位置的位置精度和可重复性，这是起初使用步进马达进行阀致动的一些主要原因。
在诸如提升阀芯阀的典型的步进马达致动式流量控制阀中使用的阀构件控制流经歧管的诸如加压空气之类的流体的流量。这种歧管可以是诸如分类器、包装机械、食物处理器、造纸机械等的设备的一部分。阀构件通常包括橡胶包覆成型件并且/或者阀构件抵靠橡胶阀座关闭以形成不透流体的密封件。这种流量控制阀可以操作数百万次循环。随着时间增长，阀构件上的橡胶包覆成型件和/或橡胶阀座会磨损或永久地变形，从而降低流量控制阀的精度(即，流量分辨率)。
在典型的流量控制阀中，阀构件滑动地布置于阀体内。在关闭位置，阀构件通常保持与阀体的阀座接触。在打开位置，步进马达通常使阀构件从阀座移开，从而在阀构件和阀座之间形成间隙式空隙。如授予Paulsen的美国专利No.3,985,333所公开，波纹管形的隔膜可以用于在阀体和阀构件之间提供密封件。这种隔膜可以防止污染物进入马达壳体内，同时允许阀构件的纵向移动。
阀体设计成接收于设置在歧管中的孔中。歧管通常包括布置成与歧管孔流体连通的多个通道。在操作中，流量控制阀控制这些多个通道之间的流体流量。O形环密封件通常设置在阀体的外侧上，以在歧管孔内密封阀体。
尽管步进马达致动式流量控制阀提高可以输送到工作装置的流体体积或流体压力的精度，但仍然需要改进精度的流量控制阀。特别地，仍然需要能够在较低流体流速下提供更好的流量分辨率的流量控制阀。
发明内容
本部分提供了本公开内容的总体概述，而并非其全部范围或其所有特征的全面公开。
本公开主题提供一种改进的流量控制阀，该流量控制阀包括阀体和连接到阀体的步进马达。阀体具有远端阀体端部和近端阀体端部。提升阀芯孔沿纵向轴线延伸穿过阀体。远端阀体端部包括阀座。阀构件设置在提升阀芯孔内。阀构件包括提升阀芯和驱动头。提升阀芯连接到驱动头，并且可以在打开位置和关闭位置之间、在提升阀芯孔内滑动。提升阀芯包括远端提升阀芯端部和近端提升阀芯端部。
驱动头包括螺纹孔，并且步进马达具有能够与驱动头中的螺纹孔螺纹式地接合的轴。步进马达操作以使阀构件在打开位置和关闭位置之间沿平行于纵向轴线的纵向方向纵向地移位。阀构件包括座接合表面，在关闭位置，座接合表面接触阀座，并且在打开位置，座接合表面从阀座移开。
隔膜从阀体向内延伸到阀构件。隔膜连接到阀体和阀构件，并且响应于阀构件沿纵向轴线的移动而挠曲。流量控制阀包括入口端口和出口端口。入口端口和出口端口均穿过阀体延伸到提升阀芯孔。
流量控制针安装到阀构件的提升阀芯。流量控制针自远端提升阀芯端部突出，并且当阀构件处于关闭位置时，流量控制针至少部分地接收于出口端口中。流量控制针与出口端口的内表面配合以限定出口流量孔隙，当阀构件在打开位置和关闭位置之间移动时，出口流量孔隙的大小改变。根据本设计，流量控制针和出口端口的内表面之间的界面控制流速，而非阀构件的座接合表面和阀体的阀座之间的界面控制流速。换言之，流量控制针和出口端口的内表面之间的界面控制流速，并且当阀构件处于关闭(即零流量)位置时，阀构件的座接合表面和阀体的阀座之间的界面形成不透流体密封件。由于密封界面与流量控制界面分离，所以密封界面附近的改变和变形不影响流量控制界面，从而改进精度(即流量分辨率)。
根据本文提供的描述，其他适用领域将变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例仅意在为了进行说明，并非意在限制本公开内容的范围。
附图说明
本文描述的附图仅出于说明所选实施例、而非所有可能的实施方案的目的，并且并非意在限制本公开内容的范围，其中：
图1是根据本公开内容构造的示例性流量控制阀的侧视立体图；
图2是图1所示的示例性流量控制阀的局部侧视剖视图；
图3是图1所示的示例性流量控制阀的局部放大侧视剖视图，其中流量控制阀示出为处于关闭位置；
图4是图1所示的示例性流量控制阀的另一局部放大侧视剖视图，其中流量控制阀示出为处于打开位置；
图5是根据本公开内容构造的另一示例性流量控制阀的侧视立体图；
图6是图5所示的示例性流量控制阀的局部侧视剖视图；
图7是图5所示的示例性流量控制阀的局部放大侧视剖视图，其中流量控制阀示出为处于关闭位置；
图8是图5所示的示例性流量控制阀的另一局部放大侧视剖视图，其中流量控制阀示出为处于打开位置；以及
图9是示出为安装在歧管中的图5的示例性流量控制阀的局部侧视剖视图；
对应的附图标记在附图的若干视图中表示对应的部件。
具体实施方式
现在将参照附图更全面地描述示例实施例。提供这些示例实施例以使得本公开内容充分，并且本公开内容将向本领域技术人员全面传达范围。阐明了许多具体细节，例如具体部件、装置和方法的示例，以提供对本公开内容的实施例的透彻理解。对于本领域技术人员显而易见的是，不需要采用具体细节，示例实施例可以以许多不同的形式体现，并且两者均不应被解释为限制本公开内容的范围。在一些示例实施例中，没有详细描述众所周知的工艺、众所周知的装置结构和众所周知的技术。
本文使用的术语仅出于描述特定示例实施例的目的，而非进行限制。如本文所使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”也可以意在包括复数形式，除非上下文另有明确说明。术语“包括”、“包括有”、“包含”和“具有”是包含性的，并且因此指定所述的特征、整数、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但不排除存在或附加一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、部件和/或其组。除非特别标识为执行顺序，否则本文描述的方法步骤、过程和操作不应被解释为必须要求它们以所讨论或所示出的特定顺序执行。还应理解，可以采用附加的或替代的步骤。
当元件或层被称为“位于”另一元件或层“上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，其可以直接位于其它元件或层上、接合到、连接到或联接到其它元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接地位于”另一元件或层“上”、“直接地接合到”、“直接地连接到”或“直接地联接到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。用于描述元件之间关系的其他词语应以类似的方式解释(例如，“位于......之间”与“直接地位于......之间”，“相邻”与“直接地相邻”等)。如本文所使用的，术语“和/或”包括相关所列项目中一者或多者的任意和全部组合。
尽管本文可以使用术语第一、第二、第三等来描述不同元件、部件、区域、层和/或部分，但是这些元件、部件、区域、层和/或部分不应受到这些术语的限制。这些术语可以仅用于将一个元件、部件、区域、层或部分与另一区域、层或部分区分开。除非上下文明确指出，否则本文使用的诸如“第一”、“第二”的术语和其他数字术语并非暗示次序或顺序。因此，下面论述的第一元件、第一部件、第一区域、第一层或第一部分可以被称作为第二元件、第二部件、第二区域、第二层或第二部分，而不偏离示例实施例的教导。
为了方便描述，在本文中可以使用诸如“内”、“外”、“正下”、“之下”、“底部”、“之上”、“顶部”等的空间相对术语以描述如图中所示的一个元件或特征与另一(些)元件或特征的关系。除了图中所描绘的取向之外，空间相对术语可以意在涵盖装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果将图中的装置翻转、则被描述为在其他元件或特征“之下”或“正下”的元件将会取向为在其他元件或特征“之上”。因此，示例性术语“之下”可以涵盖之上和之下二种取向。装置可以以其他方式取向(旋转90度或处于其他取向)，并且本文使用的空间相对描述符也可以相应地进行解释。
参照图1至图4，示出了根据本公开内容构造的流量控制阀10。流量控制阀10包括沿纵向轴线12延伸的阀体11。应当理解的是，本文使用的术语“纵向”、“纵向地”、“轴向”和“轴向地”表示沿纵向轴线12或者平行于纵向轴线12。阀体11具有限定远端阀体端部14的第一阀体部分13和限定近端阀体端部16的第二阀体部分15。在所示的示例中，第一阀体部分13和第二阀体部分15通过第一螺纹连接部17彼此连接。第一阀体部分13包括定位于远端阀体端部14处的阀座18。阀体11包括提升阀芯孔19，该提升阀芯孔19延伸穿过第一阀体部分13和第二阀体部分15并且沿纵向轴线12同轴地延伸。提升阀芯孔19具有孔直径20。阀体11可以由各种材料制成，上述材料包括、但不限于、不锈钢或镀镍黄铜。
入口端口21穿过第一阀体部分13从提升阀芯孔19延伸到阀体11的端口面22。出口端口23穿过第一阀体部分13从提升阀芯孔19延伸到阀体11的端面24。尽管其他构型也是可能的，但是在图1至图4中示出的示例中，入口端口21具有内表面25a，并且出口端口23具有内表面25b。出口端口23与纵向轴线12同轴地对准，而入口端口21垂直于纵向轴线12布置。阀座18定位在入口端口21和出口端口23之间。可选地，诸如O形环之类的一个或多个密封构件26可以定位在一个或多个周向槽27中，该周向槽27形成在第一阀体部分13中、入口端口21的相对侧上。
阀构件28以可滑动的方式设置在提升阀芯孔19中，并且以与纵向轴线12同轴的方式定向。阀构件28包括提升阀芯30。提升阀芯30在远端提升阀芯端部31和近端提升阀芯端部32之间延伸。在所示的示例中，提升阀芯30包括限定远端提升阀芯端部31的第一提升阀芯部段33和限定近端提升阀芯端部32的第二提升阀芯部段34。第一提升阀芯部段33滑动地接收于第一阀体部分13中，并且第二提升阀芯部段34滑动地接收于第二阀体部分15中。第二提升阀芯部段34在第一提升阀芯部段33和驱动头29之间纵向地延伸。第一提升阀芯部段33和第二提升阀芯部段34通过第二螺纹连接部35连接。驱动头29具有阴螺纹孔36。提升阀芯30可以由各种材料制成，上述材料包括、但不限于、铝、不锈钢或塑料。
驱动适配器37通过第三螺纹连接部38连接到近端阀体端部16。驱动适配器37包括头接收腔39，该头接收腔39接收驱动头29的至少一部分。如下文将更详细地解释的那样，驱动适配器37可以可选地具有用于安装目的的外部螺纹40。步进马达41连接到驱动适配器37。步进马达41操作以使轴42旋转，该轴42能够与驱动头29中的螺纹孔36螺纹地接合，以使阀构件28在关闭位置(图3)和打开位置(图4)之间的一系列纵向位置中沿纵向方向纵向地移位。
阳螺纹轴42连接到步进马达41，并且自步进马达41延伸。步进马达41的阳螺纹轴42能够螺纹式地接收于形成于驱动头29中的阴螺纹孔36中。阳螺纹轴42可以直接地或间接地连接到步进马达41并且由步进马达41以可旋转的方式驱动。阳螺纹轴42能够直接螺纹式地接收于阴螺纹孔36中，并且关于纵向轴线12同轴地对准。因此，阳螺纹轴42的旋转直接使驱动头29基于阳螺纹轴42的完整回转或部分回转轴向地移动，以使阀构件28在打开位置和关闭位置之间移动。头接收腔39的形状阻止驱动头29的旋转，使得阳螺纹轴42的旋转转换成驱动头29的轴向移位。阳螺纹轴42和阴螺纹孔36上的螺纹的节距可以改变，并且可以进行选择以提供不同的行程长度和致动速度。作为示例而非进行限制，在所示的实施例中的阀构件28的行程长度为约0.35毫米。
步进马达41的阳螺纹轴42沿第一旋转方向的旋转使阀构件28在提升阀芯孔19中从关闭位置(图3)纵向地移位到打开位置(图4)，并且阳螺纹轴42沿相反的第二旋转方向的旋转使阀构件28从打开位置(图4)返回到关闭位置(图3)，反之亦然。步进马达41沿第一旋转方向和第二旋转方向的增量式旋转使阳螺纹轴42在驱动头29的螺纹孔36内旋转，这使阀构件28沿第一纵向方向和第二纵向方向增量式地平移(即移动)。
驱动头29可与阀构件28的第二提升阀芯部段34脱离(即分离)。而且，驱动头29邻接阀构件28的近端提升阀芯端部32，使得驱动头29在关闭位置(图3)和打开位置(图4)之间驱动阀构件28。近端提升阀芯端部32通过偏置构件43保持与驱动头29接触，该偏置构件43使提升阀芯30朝向驱动头29偏置。在所示的示例中，偏置构件43是螺旋弹簧，该螺旋弹簧设置在凸缘45和阀体11的肩部44之间，肩部44径向向内地延伸到提升阀芯孔19中，凸缘45自近端提升阀芯端部32径向向外地延伸。因此，偏置构件43绕第二提升阀芯部段34的一部分螺旋地延伸，并且压靠阀体11的肩部44和第二提升阀芯部段34的凸缘45，以有助于维持近端提升阀芯端部32和驱动头29之间的接触。偏置构件43向提升阀芯30施加偏置力，该偏置力用于使提升阀芯30朝向驱动头29偏置。
阀构件28的纵向位置能够部分地基于阳螺纹轴42的螺纹和阴螺纹孔36的螺纹之间的受限滑移而重复。偏置构件43向提升阀芯30施加的、并且因此向驱动头29施加的偏置力减轻由螺纹间隙和/或磨损引起的轴向尺寸变化，以进一步增强阀构件28的纵向位置的可重复性。阀构件28包括限定座接合表面47的座接合构件46。当阀构件28处于关闭位置时，座接合构件46的座接合表面47接触阀座18。当阀构件28处于打开位置时，座接合构件46的座接合表面47与阀座18间隔开。尽管其他构型也是可能的，但在所示的示例中，座接合构件46由诸如橡胶之类的弹性材料制成，该弹性材料在远端提升阀芯端部31处包覆成型在第一提升阀芯部段33上。可替代地，阀座18可以由弹性材料制成。座接合构件46的座接合表面47与阀座18之间的界面用作密封界面，当阀构件28处于关闭位置时，该密封界面阻止流体流从入口端口21流向出口端口23(即形成流经流量控制阀10的零流量状态)。
流量控制阀10包括隔膜48，隔膜48从阀体11径向向内地延伸到阀构件28。在所示的示例中，隔膜48的外圆形部分接收于近端阀体部分13和远端阀体部分15之间，而隔膜48的内圆形部分接收于第一提升阀芯部段33和第二提升阀芯部段34之间。更具体地，位于近端阀体部分13和远端阀体部分15之间的第一螺纹连接部17允许将隔膜48的外圆形部分夹持在近端阀体部分13和远端阀体部分15之间，并且位于第一提升阀芯部段33和第二提升阀芯部段34之间的第二螺纹连接部35允许将隔膜48的内圆形部分夹持在第一提升阀芯部段33和第二提升阀芯部段34之间。
隔膜48响应于阀构件28沿纵向轴线12的移动而挠曲(deflect)。隔膜48为流量控制阀10提供大气密封，以防止诸如加压空气或水之类的流体和污染物进入驱动适配器37中的头接收腔39和步进马达41。尽管其他构型也是可能的，但在所示的实施例中示出的隔膜48具有带有U形横截面的波纹管状部分，该U形横截面增加隔膜48的柔性。
安装到第一提升阀芯部段33的流量控制针49自阀构件28的远端提升阀芯端部31突出。当阀构件28处于关闭位置(图3)时，流量控制针49的至少一部分接收于出口端口23中。流量控制针49在远端流量控制针端部50和近端流量控制针端部51之间沿纵向轴线12延伸。尽管依赖于阀构件28的行程的其他布置也是可能的，但在所示的示例中，在流量控制阀10的打开位置和关闭位置，远端流量控制针端部50均保持同心地对准在阀体11的出口端口23内。
流量控制针49的针直径52在远端流量控制针端部50处改变。更特别地，远端流量控制针端部50具有渐缩表面53，渐缩表面53与出口端口23的内表面25b配合以限定出口流量孔隙54，当流量控制阀10处于打开位置(图4)时，出口流量孔隙54由远端流量控制针端部50的渐缩表面53和出口端口23的内表面25b之间的空隙形成。由于远端流量控制针端部50的渐缩形状，当阀构件28在关闭位置和打开位置之间移动时，出口流量孔隙54的大小改变。更特别地，出口流量孔隙54具有呈圆环形状的横截面面积，该横截面面积的大小根据阀构件28的纵向位置而改变。作为示例而非进行限制，在所示的实施例中，出口流量孔隙54在阀构件28处于打开位置时的最大横截面面积为约2平方毫米。
流量控制针49的渐缩表面53使远端流量控制针端部50具有截头圆锥形状。尽管其他布置也是可能的，但在图2至图4所示的示例中，流量控制针49包括径向台阶部55，该径向台阶部55纵向上定位在远端流量控制针端部50和近端流量控制针端部51之间，在该径向台阶部55处，流量控制针49的直径从较大直径过渡到近端流量控制针端部51处的较小直径的筒部56。径向台阶部55径向向内地延伸，使得径向台阶部55横向于纵向轴线12。阀构件28的第一提升阀芯部段33具有提升阀芯孔57，提升阀芯孔57沿纵向轴线12延伸到远端提升阀芯端部31。流量控制针49的筒部56以压配合的方式接收于提升阀芯孔57内。流量控制针49可以由各种材料制成，上述材料包括、但不限于、在穿过流量控制阀10的流体是液体的情况下的不锈钢、以及在穿过流量控制阀10的流体是空气的情况下的铝。
在图3中示出的阀关闭位置中，保持远端提升阀芯端部31上的阀座18接合面与第一阀体部分13上的阀座18接触。因此，当流量控制阀10处于阀关闭位置时，流量控制阀10防止流体在入口端口21和出口端口23之间流动。在图4中示出的阀打开位置中，远端提升阀芯端部31上的座接合表面47从第一阀体部分13上的阀座18移开，从而提供从入口端口21到出口端口23的流动路径。当步进马达41在关闭位置(图3)和打开位置(图4)之间驱动阀构件28时，隔膜48弯曲以适应阀构件28的平移。
参照图5至图8，示出了另一流量控制阀100。除了下文应注意到的，图5至图8中示出的流量控制阀100的许多元件与图2至图4中示出的控制阀的元件相同或基本相同。在各实施例之间共享的等效元件具有对应的附图标记，其中在图5至图8中使用100等来标记等效元件。
图5至图8所示的流量控制阀100包括可调节的流量控制针149。更具体地，提升阀芯孔157包括内部螺纹158，并且流量控制针149的筒部156包括筒螺纹159，筒螺纹159螺纹连接到提升阀芯孔157中的内部螺纹158中并且接合提升阀芯孔157中的内部螺纹158。O形环密封件160可选地设置在径向台阶部155的附近、流量控制针149的筒部156上，以在流量控制针149的筒部156和提升阀芯孔157之间提供不透流体的密封件。远端流量控制针端部150包括工具接口161，该工具接口161允许在提升阀芯孔157内旋转调节流量控制针149。流量控制针149在提升阀芯孔157内的旋转改变流量控制针149相对于远端提升阀芯130部段的纵向位置，并且因此改变在远端流量控制针端部150和远端提升阀芯端部131之间测得的纵向距离。通过调节流量控制针149相对于提升阀芯130的纵向位置，可以调节出口流量孔隙154的横截面面积的大小，以微调流经流量控制阀100的流体流速。这种可调节性还适应由于制造公差引起的改变。例如，可以在制造过程中轻松调整流量控制阀100，其中，将流量控制针149退出(即旋松)，直到阀构件28处于关闭位置时远端流量控制针端部150处的渐缩表面153与出口端口123的内表面125b开始接触。如果发生磨损，可以重复这个过程以在流量控制针149和出口端口123之间重新建立合适的公差。
在图5至图8中示出的实施例中，第一阀体部分113中的出口端口123的内表面125b具有倾斜的漏斗状形状。当阀构件128处于关闭位置(图7)时，远端流量控制针端部150上的渐缩表面153的至少一部分接触出口端口123的内表面125b。远端流量控制针端部150的渐缩表面153布置成相对于纵向轴线112成第一角度162。出口端口123的内表面125b布置成相对于纵向轴线112成第二角度163。第一角度162与第二角度163相差至少一度。这种布置有助于防止在阀构件128处于关闭位置时远端提升阀芯端部131紧束(binding)在出口端口123中。
参照图9，流量控制阀100示出为安装在歧管264中。歧管264包括歧管孔265。流量控制阀100的阀体111以可滑动的方式插入到歧管孔265中，并且驱动适配器137上的外部螺纹140以螺纹连接的方式接合歧管孔265的螺纹部分266。定位在形成于阀体111中的周向槽127中的诸如O形环之类的密封构件126接触歧管孔265并且形成流体密封件。当将阀体111安装在歧管孔265中时，入口端口121和出口端口123定位成分别与歧管264的入口通道267和出口通道268流体连通。在操作中，流量控制阀100控制歧管264中的入口通道267和出口通道268之间的诸如加压空气之类的流体的流量。
本公开内容的流量控制阀10、100中的每一者均通过步进马达41、141的增量式旋转来提供可变的流量控制。步进马达41、141的增量式旋转转化成阀构件28、128的纵向平移。另外，当阀构件28、128朝向打开位置移动时，在入口端口21、121和出口端口23、123之间形成压降。由于提升阀芯孔19、119—阀构件28、128以可滑动的方式接收于其中—在阀构件28、128和阀体11、111的接触点处具有相等的直径，所以每个端口部分均使作用在阀构件28、128上的力平衡。
本公开内容的流量控制阀10、100提供若干优点。经本文公开的流量控制阀10、100的精度(即流量分辨率)得到明显改进，因为出口流量孔隙54、154由流量控制针49、149的渐缩表面53、153与出口端口23、123的内表面25b、125b之间的界面(即空隙)限定，而非由阀座18、118与座接合构件46、146之间的界面(即空隙)限定。在典型阀中，当阀构件28、128在打开位置和关闭位置之间移动时，座接合构件46、146和/或阀座18、118挠曲并且少量地回弹，这导致这两个部件之间的空隙的较小变化。此外，由于重复的阀循环，座接合构件46、146和/或阀座18、118可能随时间而磨损和/或永久变形。这些改变限制典型阀的精度、特别地、在较低的流体流速下的精度。本文公开的流量控制阀10、100具有出口流量孔隙54、154(即流量控制界面)，该出口流量孔隙54、154与阀座18、118和座接合构件46、146之间的密封界面分离。因此，阀座18、118和/或座接合构件46、146中的挠曲、回弹、磨损和变形不影响流量控制针49、149与出口端口23、123之间的界面，从而增加流量控制阀10、110的精度。例如，已经发现，本文公开的流量控制阀10、110在29磅/平方英寸的压力下、670毫升/分钟至30毫升/分钟的流速下、具有改进的分辨率。
出于说明和描述的目的提供了对实施例的前述描述。上述描述并非意在穷举或意在限制本发明。即使没有具体示出或描述，特定实施例的各个元件或特征通常不限于该特定实施例，而是可以在适用的情况下互换，并且可以在所选实施例中使用。这些元件或特征也可以以多种方式进行变型。这些变型不应被视为偏离本公开内容，并且所有这些修改意在包含于本公开内容的范围内。

Claims (20)

1.一种流量控制阀，其包括：
阀体，所述阀体具有远端阀体端部、近端阀体端部、沿纵向轴线延伸的提升阀芯孔和定位在所述远端阀体端部处的阀座；
入口端口和出口端口，所述入口端口和所述出口端口均穿过所述阀体延伸到所述提升阀芯孔，所述出口端口具有内表面；
阀构件，所述阀构件以可滑动的方式设置在所述提升阀芯孔中，所述阀构件包括驱动头和提升阀芯，所述提升阀芯包括远端提升阀芯端部和近端提升阀芯端部，并且所述驱动头具有螺纹孔；
步进马达，所述步进马达具有轴，所述轴能够与所述驱动头中的所述螺纹孔螺纹式地接合，所述步进马达操作成使所述阀构件在关闭位置和打开位置之间沿平行于所述纵向轴线的纵向方向纵向地移位；
所述阀构件包括座接合表面，在所述关闭位置，所述座接合表面接触所述阀座，并且在所述打开位置，所述座接合表面从所述阀座移开；
隔膜，所述隔膜在所述阀体和所述阀构件之间延伸并且连接到所述阀体和所述阀构件，使得所述隔膜响应于所述阀构件沿所述纵向轴线的移动而挠曲；
流量控制针，所述流量控制针安装到所述提升阀芯，所述流量控制针自所述远端提升阀芯端部突出，并且当所述阀构件处于所述关闭位置时，所述流量控制针至少部分地接收于所述出口端口中，所述流量控制针与所述出口端口的所述内表面配合以限定出口流量孔隙，当所述阀构件在所述关闭位置和所述打开位置之间移动时，所述出口流量孔隙的大小改变，以及
所述流量控制针相对于所述远端提升阀芯端部的纵向位置是可调节的，以适应由于制造公差以及磨损引起的改变。
2.根据权利要求1所述的流量控制阀，其中，所述流量控制针在远端流量控制针端部和近端流量控制针端部之间延伸。
3.根据权利要求2所述的流量控制阀，其中，所述远端流量控制针端部包括渐缩表面，所述渐缩表面与所述出口端口的所述内表面配合以限定所述出口流量孔隙的横截面面积，所述横截面面积的大小根据所述阀构件的纵向位置而改变。
4.根据权利要求3所述的流量控制阀，其中，所述渐缩表面使所述远端流量控制针端部具有截头圆锥形状。
5.根据权利要求4所述的流量控制阀，其中，所述出口端口的所述内表面具有倾斜的漏斗状形状。
6.根据权利要求5所述的流量控制阀，其中，当所述阀构件处于所述关闭位置时，所述远端流量控制针端部的所述渐缩表面的至少一部分接触所述出口端口的所述内表面，并且其中，所述远端流量控制针端部的所述渐缩表面布置成相对于所述纵向轴线成第一角度，并且所述出口端口的所述内表面布置成相对于所述纵向轴线成第二角度。
7.根据权利要求6所述的流量控制阀，其中，所述第一角度与所述第二角度相差至少一度，以防止所述阀构件处于所述关闭位置时的紧束。
8.根据权利要求4所述的流量控制阀，其中，所述流量控制针包括径向台阶部，所述径向台阶部纵向上定位在所述远端流量控制针端部和所述近端流量控制针端部之间，在所述径向台阶部处，所述流量控制针从较大的直径过渡到较小的直径。
9.根据权利要求4所述的流量控制阀，其中，所述出口端口的所述内表面具有圆筒形状。
10.根据权利要求2所述的流量控制阀，其中，所述提升阀芯包括提升阀芯孔，所述提升阀芯孔沿所述纵向轴线延伸到所述远端提升阀芯端部。
11.根据权利要求10所述的流量控制阀，其中，所述提升阀芯孔具有内部螺纹，并且其中，所述近端流量控制针端部以与所述内部螺纹螺纹地接合的方式接收于所述提升阀芯孔中。
12.根据权利要求11所述的流量控制阀，其中，所述远端流量控制针端部包括工具接口，所述工具接口允许在所述提升阀芯孔内旋转调节所述流量控制针，使得所述流量控制针在所述提升阀芯孔内的旋转改变在所述远端流量控制针端部和所述远端提升阀芯端部之间测得的纵向距离。
13.根据权利要求10所述的流量控制阀，其中，所述近端流量控制针端部接收于所述提升阀芯孔内。
14.根据权利要求2所述的流量控制阀，其中，所述流量控制针的直径在所述远端流量控制针端部处改变。
15.根据权利要求1所述的流量控制阀，其中，所述座接合表面定位于所述远端提升阀芯端部处，并且位于所述流量控制针的径向上的外侧。
16.根据权利要求1所述的流量控制阀，其中，所述阀座和所述座接合表面中的至少一者由弹性材料制成。
17.根据权利要求1所述的流量控制阀，其中，所述提升阀芯包括限定所述远端提升阀芯端部的第一提升阀芯部段和在所述第一提升阀芯部段和所述驱动头之间延伸的第二提升阀芯部段，并且其中，所述隔膜的一部分夹持在所述第一提升阀芯部段和所述第二提升阀芯部段之间。
18.根据权利要求1所述的流量控制阀，其中，所述提升阀芯能够与所述驱动头脱离，并且所述近端提升阀芯端部通过偏置构件保持与所述驱动头接触，所述偏置构件使所述提升阀芯朝向所述驱动头偏置。
19.一种流量控制阀，其包括：
阀体，所述阀体限定纵向轴线；
所述阀体具有限定远端阀体端部的第一阀体部分和限定近端阀体端部的第二阀体部分；
所述阀体包括提升阀芯孔，所述提升阀芯孔延伸穿过所述第一阀体部分和所述第二阀体部分并且沿所述纵向轴线同轴地延伸；
所述第一阀体部分包括阀座，所述阀座定位于所述远端阀体端部处；
所述提升阀芯孔具有孔直径；
阀构件，所述阀构件以可滑动的方式设置在所述提升阀芯孔中，并且以与所述纵向轴线同轴的方式定向；
所述阀构件包括驱动头和提升阀芯；
所述提升阀芯包括限定远端提升阀芯端部的第一提升阀芯部段和限定近端提升阀芯端部的第二提升阀芯部段；
所述第一提升阀芯部段滑动地接收于所述第一阀体部分中；
所述第二提升阀芯部段滑动地接收于所述第二阀体部分中并且在所述第一提升阀芯部段和所述驱动头之间纵向地延伸；
所述驱动头具有螺纹孔；
驱动适配器，所述驱动适配器连接到所述近端阀体端部；
所述驱动适配器包括头接收腔，所述头接收腔接收所述驱动头的至少一部分；
步进马达，所述步进马达连接到所述驱动适配器；
所述步进马达操作成使轴旋转，所述轴能够与所述驱动头中的所述螺纹孔螺纹式地接合，以使所述阀构件在关闭位置和打开位置之间的一系列纵向位置中沿平行于所述纵向轴线的纵向方向纵向地移位；
入口端口，所述入口端口穿过所述阀体从所述提升阀芯孔延伸到所述阀体的端口面；
出口端口，所述出口端口穿过所述阀体从所述提升阀芯孔延伸到所述阀体的端面；
所述出口端口与所述纵向轴线同轴地对准；
所述阀构件包括位于所述远端提升阀芯端部处的座接合构件，所述座接合构件限定座接合表面，在所述关闭位置，所述座接合表面接触所述阀座，并且在所述打开位置，所述座接合表面从所述阀座移开；
所述座接合构件由弹性材料制成；
其中，所述步进马达的所述轴沿第一旋转方向的旋转使所述提升阀芯孔中的所述阀构件从所述关闭位置纵向地移位到所述打开位置，并且所述轴沿相反的第二旋转方向的旋转使所述阀构件从所述打开位置返回到所述关闭位置；
其中，所述步进马达的所述轴是螺纹轴，所述螺纹轴连接到所述步进马达并且自所述步进马达延伸，使得所述步进马达的增量式旋转使所述螺纹轴在所述驱动头的所述螺纹孔内旋转，以使所述阀构件沿所述纵向方向增量式地平移；
其中，所述阀构件能够与所述驱动头脱离，并且所述近端提升阀芯端部通过偏置构件保持与所述驱动头接触，所述偏置构件使所述阀构件朝向所述驱动头偏置；
其中，所述偏置构件是弹簧，所述弹簧设置在所述阀体的位于所述提升阀芯孔中的肩部和所述第二提升阀芯部段上的凸缘之间；
隔膜，所述隔膜自所述阀体向内延伸，所述隔膜接收于所述阀构件的所述第一提升阀芯部段和所述第二提升阀芯部段之间，使得所述隔膜响应于所述阀构件沿所述纵向轴线的移动而挠曲；
螺纹连接部，所述螺纹连接部位于所述第一提升阀芯部段和所述第二提升阀芯部段之间，所述螺纹连接部允许将所述隔膜夹持在所述第一提升阀芯部段和所述第二提升阀芯部段之间；
所述阀构件的所述第一提升阀芯部段包括提升阀芯孔，所述提升阀芯孔沿所述纵向轴线延伸到所述远端提升阀芯端部；
所述出口端口具有内表面；
流量控制针，所述流量控制针安装到所述第一提升阀芯部段，所述流量控制针自所述远端提升阀芯端部突出，并且当所述阀构件处于所述关闭位置时，所述流量控制针至少部分地接收于所述出口端口中；
所述流量控制针沿所述纵向轴线、在远端流量控制针端部和近端流量控制针端部之间延伸；
所述远端流量控制针端部同心地对准在所述出口端口内；
所述远端流量控制针端部包括渐缩表面，所述渐缩表面与所述出口端口的所述内表面配合以限定出口流量孔隙，当所述阀构件在所述关闭位置和所述打开位置之间移动时，所述出口流量孔隙的大小改变；
所述出口流量孔隙具有横截面面积，所述横截面面积的大小根据所述阀构件的所述纵向位置而改变；
所述流量控制针的直径在所述远端流量控制针端部处改变；
所述渐缩表面使所述远端流量控制针端部具有截头圆锥形状，并且形成纵向上定位于所述远端流量控制针端部与所述近端流量控制针端部之间的径向台阶部，在所述径向台阶部处，所述流量控制针的所述直径从较大的直径过渡到较小的直径；
所述出口端口的所述内表面具有圆筒形状；
当所述阀构件处于所述关闭位置时，所述远端流量控制针端部的所述渐缩表面的至少一部分接触所述出口端口的所述内表面；以及
所述流量控制针相对于所述远端提升阀芯端部的纵向位置是可调节的，使得能够独立于所述阀构件的任意纵向移位而调节所述出口流量孔隙的所述横截面面积的所述大小。
20.一种流量控制阀，其包括：
阀体，所述阀体限定纵向轴线；
所述阀体具有限定远端阀体端部的第一阀体部分和限定近端阀体端部的第二阀体部分；
所述阀体包括提升阀芯孔，所述提升阀芯孔延伸穿过所述第一阀体部分和所述第二阀体部分并且沿所述纵向轴线同轴地延伸；
所述第一阀体部分包括阀座，所述阀座定位于所述远端阀体端部处；
所述提升阀芯孔具有孔直径；
阀构件，所述阀构件以可滑动的方式设置在所述提升阀芯孔中，并且以与所述纵向轴线同轴的方式定向；
所述阀构件包括驱动头和提升阀芯；
所述提升阀芯包括限定远端提升阀芯端部的第一提升阀芯部段和限定近端提升阀芯端部的第二提升阀芯部段；
所述第一提升阀芯部段滑动地接收于所述第一阀体部分中；
所述第二提升阀芯部段滑动地接收于所述第二阀体部分中并且在所述第一提升阀芯部段和所述驱动头之间纵向地延伸；
所述驱动头具有螺纹孔；
驱动适配器，所述驱动适配器连接到所述近端阀体端部；
所述驱动适配器包括头接收腔，所述头接收腔接收所述驱动头的至少一部分；
步进马达，所述步进马达连接到所述驱动适配器；
所述步进马达操作成使轴旋转，所述轴能够与所述驱动头中的所述螺纹孔螺纹式地接合，以使所述阀构件在关闭位置和打开位置之间的一系列纵向位置中沿平行于所述纵向轴线的纵向方向纵向地移位；
入口端口，所述入口端口穿过所述阀体从所述提升阀芯孔延伸到所述阀体的端口面；
出口端口，所述出口端口穿过所述阀体从所述提升阀芯孔延伸到所述阀体的端面；
所述出口端口与所述纵向轴线同轴地对准；
所述阀构件包括位于所述远端提升阀芯端部处的座接合构件，所述座接合构件限定座接合表面，在所述关闭位置，所述座接合表面接触所述阀座，并且在所述打开位置，所述座接合表面从所述阀座移开；
所述座接合构件由弹性材料制成；
其中，所述步进马达的所述轴沿第一旋转方向的旋转使所述提升阀芯孔中的所述阀构件从所述关闭位置纵向地移位到所述打开位置，并且所述轴沿相反的第二旋转方向的旋转使所述阀构件从所述打开位置返回到所述关闭位置；
其中，所述步进马达的所述轴是螺纹轴，所述螺纹轴连接到所述步进马达并且自所述步进马达延伸，使得所述步进马达的增量式旋转使所述螺纹轴在所述驱动头的所述螺纹孔内旋转，以使所述阀构件沿所述纵向方向增量式地平移；
其中，所述阀构件能够与所述驱动头脱离，并且所述近端提升阀芯端部通过偏置构件保持与所述驱动头接触，所述偏置构件使所述阀构件朝向所述驱动头偏置；
其中，所述偏置构件是弹簧，所述弹簧设置在所述阀体的位于所述提升阀芯孔中的肩部和所述第二提升阀芯部段上的凸缘之间；
隔膜，所述隔膜自所述阀体向内延伸，所述隔膜接收于所述阀构件的所述第一提升阀芯部段和所述第二提升阀芯部段之间，使得所述隔膜响应于所述阀构件沿所述纵向轴线的移动而挠曲；
螺纹连接部，所述螺纹连接部位于所述第一提升阀芯部段和所述第二提升阀芯部段之间，所述螺纹连接部允许将所述隔膜夹持在所述第一提升阀芯部段和所述第二提升阀芯部段之间；
所述阀构件的所述第一提升阀芯部段包括提升阀芯孔，所述提升阀芯孔沿所述纵向轴线延伸到所述远端提升阀芯端部；
所述出口端口具有内表面；
流量控制针，所述流量控制针安装到所述第一提升阀芯部段，所述流量控制针自所述远端提升阀芯端部突出，并且当所述阀构件处于所述关闭位置时，所述流量控制针至少部分地接收于所述出口端口中；
所述流量控制针沿所述纵向轴线在远端流量控制针端部和近端流量控制针端部之间延伸；
所述远端流量控制针端部同心地对准在所述出口端口内；
所述远端流量控制针端部包括渐缩表面，所述渐缩表面与所述出口端口的所述内表面配合以限定出口流量孔隙，当所述阀构件在所述关闭位置和所述打开位置之间移动时，所述出口流量孔隙的大小改变；
所述出口流量孔隙具有横截面面积，所述横截面面积的大小根据所述阀构件的所述纵向位置而改变；
所述流量控制针的直径在所述远端流量控制针端部处改变；
所述渐缩表面使所述远端流量控制针端部具有截头圆锥形状，并且形成纵向上定位于所述远端流量控制针端部与所述近端流量控制针端部之间的径向台阶部，在所述径向台阶部处，所述流量控制针的所述直径从较大的直径过渡到较小的直径；
所述出口端口的所述内表面具有倾斜的漏斗状形状；
当所述阀构件处于所述关闭位置时，所述远端流量控制针端部的所述渐缩表面的至少一部分接触所述出口端口的所述内表面；
所述远端流量控制针端部的所述渐缩表面布置成相对于所述纵向轴线成第一角度，并且所述出口端口的所述内表面布置成相对于所述纵向轴线成第二角度；
所述第一角度与所述第二角度相差至少一度，以避免所述阀构件处于所述关闭位置时的紧束；
所述提升阀芯孔具有内部螺纹；
所述近端流量控制针端部以与所述内部螺纹螺纹地接合的方式接收于所述提升阀芯孔中；以及
所述远端流量控制针端部包括工具接口，所述工具接口允许在所述提升阀芯孔内旋转调节所述流量控制针，使得所述流量控制针在所述提升阀芯孔内的旋转改变在所述远端流量控制针端部和所述远端提升阀芯端部之间测得的纵向距离。
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