CN1116542C - 设有平衡压力先导操作阀件的阀装置 - Google Patents

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Abstract

一种阀门装置具有：第一流体口(101)，第二流体口(121)，形成一个孔眼的阀座(119)，通过该孔眼流体可从所说第一口流动到所说第二口，一个阀件(107)可相对于所说阀座而在一个坐落位置和一个提升位置之间移动，一个至少部分由所说阀件构成的控制室(103)有一第一通道(102)与所说第一口连通，还有一个第二通道(106)与所说第二口连通，一个控制阀(117、112)与至少一个所说通道联结使流体通过其内流动，从而将所说阀件推动到所说坐落位置或提升位置，此外还设有一个限制器或流动控制元件(104)。

Description

设有平衡压力先导操作阀件的阀装置
技术领域
本发明涉及控制流体流动用的阀。特别是，本发明涉及一种技术使它很容易做到小而高度一致的流体流率。应用这种技术将使液流阀的制造和维护费用降低、运行特性改善，只需微弱的力即可操作。那就是说，其他阀门制造商长期存在的问题已可解决，而这只是这种技术所贡献的一部分。
背景技术
传统阀有一阀座和一靠压在阀座上用来控制流体流动的可移动的阀件。有一致动器直接作用在阀件上使阀件移动。在大的阀内移动阀件可能需要相当大的力量，致使人工难于或不可能致动，在那种情况下需要机械致动。本发明旨在使上述缺点至少有某些改善。
从根本上说阀件至少有一部分要受到室内的压力，改变室内的压力便可改变施加在阀件上的净力的方向。
具体地说，本说明书对本申请人早先在澳洲专利申请24554/92号中所说明的阀门结构的改进细节予以说明。
传统的先导操作阀主要是在不能提供强大的力量或消耗巨大的能量来控制直接作用阀时，设计用来替代直接作用阀的。但所说传统的先导操作阀是有缺点和限制的，而这正是阀门制造商不断探索方法力求改进的要点。
人们察知，除非通过这些先导操作阀的旁路的高流率能被大量降低，否则这些限制不容易被打破。但该流率并不能降低到一个比较高的限度之下，否则便会面临严重的流动一致性的问题，因此就不能使情况改善。
本发明力图使流体通道能够提供小而高度一致的流率，并能将流动通过该通道的流体进行过滤，滤掉其中含有的会堵塞下游通道的微粒。因此所说流体通道段具有三个性能；第一，要有极高的对流体流动的阻力；第二，要能自我清洁；第三，要有过滤能力(过滤器)。
极高的流动阻力能够达到，只要在不管所说通道的流动路径长度的条件下能够同时减少通道的横截面并增加通道内壁的表面面积即可。那就是说，所说通道的横截面将有效地具有一个细长的形状或一连串细长的形状。
自我清洁也可做到，只要允许或强制形成通道的壁作出必要的相互相对运动或用高速流动的流体通过通道即可。这时固体微粒和粘质微粒可能被所说壁运动和流体流动摆动而致松开并强制排出到所说通道外。这个方法可减少粘质微粒和固体微粒对所说通道的流动阻力的影响。
至于过滤之所以能完成是由于有效直径大于所说通道横截面宽度的微粒显然不能进入所说通道而致，这些微粒将被允许沉淀或从所说通道的进口处被冲洗掉。
发明内容
在一个广泛的形式中本发明所提供的阀门装置具有：
一个第一流体口；
一个第二流体口；
一个形成孔眼的阀座，通过该孔眼流体可从所说第一口流动到所说第二口；
一个阀件，可相对于所说阀座在一个坐落位置和一个提升位置之间移动；
一个至少部分由所说阀件构成的控制室；
一条使所说控制室和所说第一口连通的第一通道；
一条使所说控制室和所说第二口连通的第二通道；
一个至少与所说通道之一联合作用的控制阀，可允许流体流动通过该通道，并相应地把所说阀件推动到所说坐落位置或提升位置。
一个设在至少一个所说通道内的流动控制元件，以便限制通过所说通道的流体的流动，并防止会堵塞所说通道及/或下游流动路径的微粒的侵入，所说流动控制元件包括：
一个基本上为细长的元件，其横截面面积小于所说通道的横截面面积，
保持装置，用来将所说元件保持在所说通道内而允许它在其内运动，及
返回装置如弹簧，以便每当所说阀门被开启及/或受到所说装置内流体运动的影响时使所说元件可自动在所说通道内移动，
这样，当所说元件移动时，便可清洁所说通道及/或清扫其中的微粒物质如灰尘及/或其他沉积物。
最好所说保持装置具有在流动控制元件端头的扩大端。
在一较优的实施例中，所说流动控制元件可增加响应时间(减少水锤现象)及/或可减少开启阀门所需的力。
最好所说阀门装置为一浮动阀或溢流阀，而所说控制阀有一纵向致动件、延伸通过所说第二通道，所说致动件的第一端有一密封装置、可有选择地阻止流体流动通过所说第二通道，而所说致动件的第二端可被移动，从而使所说密封装置密封或不密封。
同样最好，所说致动件的所说第二端可在横越轴向的方向上转动所说致动件，使它相对于所说密封装置而绕枢旋转，从而可有选择地阻止或允许所说流体流动通过所说通道。
最好，所说致动件的所说第二端可在轴向上相对于所说密封装置而移动所说致动件，从而可有选择地阻止或允许所说流体流动通过所说通道。
最好，所说致动件与所说流动控制元件形成一个整体。
最好，在所说致动件的所说第二端上设有大的或小的重量载荷以便与所说致动件的所说第二端周围的流体的液位相适应。
在另一个广泛的形式中，本发明所提供的阀门装置具有：
一个可直接或间接控制流体流动的致动件、可在第一和第二位置之间移动，所说致动件由铁磁性或磁性材料制成；
一个由磁性或铁磁性材料构成的控制装置，当被带到所说致动件的附近时可协调并控制所说致动件的运动。
最好，所说致动件被设置在一个壳体内，在所说壳体的上部另外还设有控制装置存储位置，以便存储不在使用的所说控制装置。
在另一个广泛的形式中，本发明设有一个流动控制元件，它可适宜地被设在阀门装置的基本上为狭长的流体通道之内，所说流动控制元件包括；
一个基本上为细长的元件，其横载面面积小于所说通道的横截面面积，
保持装置，用来将所说元件保持在所说通道内，同时允许所说元件相对于所说通道而自动移动，及
返回装置如弹簧，以便使所说元件可改变其在所说通道内的位置，
这样，所说流动控制元件便能使一个一致为低流率的流体流动通过所说通道，同时所说元件的相对于所说通道的自动移动可清洁及/或清除所说通道中的微粒物质如灰尘及/或沉积物，同时还可防止微粒的侵入，否则这些微粒会堵塞所说通道及/或其下游的流动路径。
最好，所说保持装置具有扩大的端头。
现在结合附图和非限定性的实施例对本发明进行说明：
附图说明
图1为已知阀门装置的概略的剖面图；
图2为另一个已知阀门装置的概略的剖面图；
图3为按照本发明的水平的浮动或溢流阀装置的第一实施例的部分剖面图；
图4为按照本发明的垂直的浮动或溢流阀装置的第二实施例的部分剖面图；
图5为本发明的设有磁性控制装置的另一个方案，并示出一个液流预先设定装置，它可被改装到标准的淋浴旋塞或自来水旋塞上；
图6为本发明还有一个方案，其中采用了一个控制流动的电阻器/清洁器元件；
图7为本发明的一个采用本发明各种特征零件的较优实施例的概略的剖视图。
具体实施方式
在所有附图中，除另有表明外，同样的标号被用来指类似的零件。
本发明的主要原理在图1中示出，其中示出的是本申请人的早先的阀门装置，其说明可参阅本申请人早先的专利申请24554/92号中的说明，把它披露在这里是为了供参考。
要注意的一个重要特征是，活塞15的横截面面积(A)比阀座上的阀门大。
图1示出当小阀关闭时，室17内的压力将达到供应压力，从而，因为作用在活塞上的向下力(F＝APμ)大于向上力(f＝apμ)，活塞将被推向阀座14使阀门关闭。
现在，因为可用开启和关闭小阀19的方法来改变室17内的压力，因此通过装置的主流率将随之而变。
进一步的详情可从下面的详细说明中知道。
阀门10有一壳体11，壳体11形成一个流体进口12、一个流体出口13和一个阀座14。有一阀件15可滑动地被装在壳体11内，一般可在垂直于阀座14的方向上移动。阀件15与阀座14合作共同控制在流体进口12和流体出口13之间的流体流动。
壳体11和阀件15的上表面16一同形成室17。有一第一通道18使室17与流体出口13连通。在室17与流体出口13之间的连通由一控制阀19控制。还有一第二通道20延伸通过阀件15使流体进口12与室17连通。当控制阀19开启时，从流体进口12通过室17到出口13将有流体流动。室压P3将处在进口压P1和出口压P2的中间。当控制阀19开启时，假定第二通道20能比第一通道18对流体流动作出大得多的限制，那么在室17内的压力P3将基本等于在流体出口13的压力P2。但当控制阀19关闭时，压力P3等于在流体进口12的压力P1。
沿着阀件15的移动方向分解，阀件上表面16的面积为A3、暴露在室压P3下，而其下表面21有一第一面积A1、暴露在流体进口压P1下，另有一第二面积A2、暴露在流体出口压P2下。
作用在阀件上的净力为：
R＝P1A1+P2A2-P3A3
其中A1+A2＝A3
当控制阀19关闭时，P3＝P1
故
R＝P1A1+P2A2-P1A3
R＝P1[A1-A1-A2]+P2A2
R＝A2[P2-P1]
但P1＞P2，故R是负的，即阀件被向下推动抵压在阀座上。应注意到即使阀门部分开启，作用在面积A1上的压力仍将大于作用在面积A2上的压力。因此控制阀19的关闭会使阀件15密封地抵压在阀座14上。
当控制阀开启时，P3＝P2
故
R＝P1A1+P2A2-P2A3
    ＝P1A1+P2A2-P2A1-P2A2
  R＝A1[P1-P2]
但P1＞P2，因此R为正值，阀件被向上推动离开阀座。
应该知道，这是理想的描述，实际上室内压力P3是在流体进口压P1和流体出口压P2之间。
还应知道，即使阀门部分开启，只要流体流动，作用面积A1上的压力P1总是大于作用在面积A2上的压力P2。这样基本上可用同一等式，并且将控制阀19从开启变换到关闭或反之会引起阀件15的相应运动。
如果流体出口13被堵塞，没有流体流动，并且在任何一种构造下，P1＝P2＝P3。这样就没有净力作用在阀件15。如果喜欢，可设置一个弹簧以便使阀件移动到开启或关闭位置。
应该知道，控制阀19也可设在第二通道20内。在这种构造下，当控制阀19关闭时，室压P3等于流体输出压P2，而阀件15将会上升将阀门10开启。反之当控制阀19开启时，室17内的压力P3将上升，最好接近P1，而阀门10将关闭。
图2示出图1中的阀门装置的一个变型。在图2中，第二通道被设在另一个位置上，而不是通过活塞15，可完成同一功能。至于口11或12中哪一个具有较高的压力这一点并不重要，因为只要适当调节小阀之一，通过本装置的主流率便可由另一个小阀控制。
图3示出应用上述原理的一个实际装置的剖视图，该装置已被修改以便用在一个浮动或溢流阀上，本例为一水平的浮动或溢流阀。
在该阀的阀体31上设有进口32、出口33和一孔，该孔与活塞34和盖35一起形成阀座36和室37。进口32用孔38与室37连通。臂39和O形环40与重块41一起形成小的液流控制阀42。使臂39从其稳定位置移开便可开启阀门42。利用重块41是造成这种运动的一种方法。图3示出，如果没有重块41作用在臂39上，阀门42将保持关闭，因此室37内压力将和进口32一样高，致使活塞34移动抵压在阀座36上，从而截断主流。而将阀门42开启到这样程度使室37内压力低到足够程度便可使活塞34移动离开阀座36，这样便可使流体从进口32流动到出口33。
图4示出按照本发明的溢流或浮动阀的另一种布置，本例为一垂直阀，其中，有一浮筒217设在阀门207的周围。致动件212的操作是由与浮筒217内表面的接触完成的。图4还示出按照本发明另一方案的纵向流动控制元件204，该元件在后面还将结合图6更充分地说明。操作时，随着浮筒217的上升，致动件212也上升(或是由于被连结到浮筒上，或是由于合适的返回装置)，以致致动件212周围的密封圈206移动，使流体得以通过通道流动，从而可操作阀门。这种构造使该装置也可用作消声器。
图4所示的本发明的形式被用作浮动控制阀，该阀与图7所示的阀用一方式操作，图7所示的阀将在后面说明，只是它是用来开启和关闭减压阀的，而在图7中所用的磁性致动在这里被浮筒217替代。因为阀门被垂直装在一个罐内，所以浮筒217的重量可推动致动件212向下从而使减压阀206开启。
零件218(要比水的重量轻得多)可在浮筒217的高度上的任何一处定位。当罐内的液位上升到足够向上推动零件218使它与浮筒217一起移动而离开致动件212时，减压阀便转回到其关闭位置从而使阀门关闭。
图5所示为本发明的另一方案，其中使用磁铁来控制阀门的操作。有一由钢或其他可被磁性吸引的材料制成的活塞60可在箭头61的方向上移动，当将一个磁铁62定位在钢棒60的端头附近时钢棒便可受其控制，从而可使钢棒60动作来开启或关闭阀门。磁铁可移走到位置2使钢棒62不再接受磁性的吸引/排斥而将阀门关闭/开启。可设置一个钢环或其他合适的保持装置64来“存储”磁铁。磁铁的移动可直接或通过一个合适的致动装置来完成。对本行业的行家来说，本实施例很容易被修改或改变。
图6所示为本发明的涉及先导操作型阀门的另一方案。
进口81通过开口82与室83连通。所说开口82是由一较大的孔眼85部分被沿轴向的移动件84填充而形成的。孔眼85与移动件84在横截面上的差就是开口82的实际横截面。移动件84相对于孔眼85的运动(沿箭头方向)可保证开口82内不会有沉积的微粒物质。采用移动件84与孔眼85结合来形成开口82还可保证进入室83内的微粒小到足够的程度以致能容易地流动通过减压阀86(在图6中未示出)。本发明的这个具体的特征(即用来形成开口82的布置)可被用在各种型式的先导操作阀门上以便防止先导开口和下游减压阀的被堵塞，并且还可使先导开口的横截面大为减小。
能使先导开口的横截面这样减小意味着在进口81和室83之间所需的压力降能够用很低的液流量通过先导开口82和减压阀86(在图6中未示出)来获得。因此在这种情况下，与减压阀有关的孔和横截面能被减小。这种在减压阀尺寸上的减小又可意味着在一定压力下，启动减压阀(开或关)所需的力也可减小。
这样显然开拓出道路可用各种简单的机械的及/或只需极低动力的技术来使减压阀动作。
图7所示先导操作阀具有通过开口102与室103连通的进口101。所说开口102是由较大的孔眼105部分被轴向移动件104填充而形成的。孔眼105与移动件104在横截面上之差就是开口102的实际横截面。
移动件104相对于孔眼105的轴向运动可保证开口102内不会有沉积的微粒物质。采用移动件104与孔眼105结合来形成开口102还可保证进入室103内的微粒小到足够的程度以致能够容易地流动通过减压阀106。本发明的这个具体的特征(用来形成开口102的布置)能够用在各种型式的先导操作阀门上以便完成下列两项功能：
首先，防止先导开口和/或下游减压阀的被堵塞；
其次，使先导开口的横截面可以大为减小。
能使先导开口的横截面这样减小意味着在进口101和室103之间所需的压力降能够用很低的液流量通过先导开口102和减压阀106来获得。因此，在这种情况下，与减压阀有关的孔和横截面能被减小。这种在减压阀尺寸上的减小又可意味着在一定压力下，启动减压阀(开或关)所需的力也可减小。这样显然开拓出道路可用各种简单的机械的及/或只需低动力的技术来使减压阀动作。而且，减小通过开口102的液流意味着用来开关阀门的阀件的移动速率也可减小。
图7所示为一经过改装的标准家用淋浴器或自来水旋塞的阀体108，其中装有由下列零件构成的组合件，而构成先导开口102的阀件107已在上面说明。
零件109，阀件107可在其内密封地沿轴向移动；弹簧110，用来克服在零件109和零件107之间的摩擦力；零件112(由软磁性材料制成)和孔111组成减压阀106；弹簧113；用来密封地推动零件112使它抵压在孔111上；零件114，为家用自来水旋塞心轴的一个略加修改的式样，修改是为了适应零件112和弹簧113。零件115，为由软磁性材料制成的环，被卡住在盖116和把手118之间；永久磁铁117，能被环115或零件112吸引。零件118，可被转动以便在预先设定阀门的开启时用来调节零件114的轴向位置。
须注意的是下列零件118、116、122和114最好由顺磁性材料(如黄铜或塑料)制成。
图7所示阀门是在关闭位置，因为磁铁117被连接在环115上，远离零件112，使弹簧113和零件112得以将阀门106关闭，这样就使室103内的压力与进口101的压力相等，而零件107被推到阀座119上，这是因为阀座上的阀门的横截面比零件107的成为室103部分壁的表面的横截面小。在这种状态下，没有净的液压力作用在零件104上。当磁铁117被推离环115而来到零件112之上时，便可使零件112从孔111上移动开(即将减压阀106开启)；使室103内的压力降落，而零件107从阀座119上移动开，因此，流体便可流动通过阀门，其流率由零件114在轴向上预先设定的位置决定。在这时间内，由于在进  101与室103之间的压力差，零件104相对于零件107而被向上推动，从而清除开口102内任何一些固体物质并使弹簧120被压缩。
当磁铁117被从零件112移动开时，阀门就返回到其封闭状态，而零件104也被强制返回到其原来位置，在该位置弹簧120没有被压缩。
由于不用磁铁，阀门便不能被打开，因此这种阀门对儿童是安全的，是符合理想的。
显然有多种方法可以开启减压阀106，如用机械机构或可用极少动力的电磁作用。
阀门装置的各种布置都是为了改善其操作，这在前面已经说明。
应该知道，在本发明的基础上本行业的行家可能作出各种变化和修改。所有这种变化和修改应被认为属于以上所说明的和后面所提出权利要求的本发明的范围内。

Claims (18)

1.一种阀门装置，包括
一个第一流体口；
一个第二流体口；
一个形成孔眼的阀座，通过该孔眼流体便可从所说第一口流动到所说第二口；
一个阀件，可相对于所说阀座在一个坐落位置和一个提升位置之间移动；
一个至少部分由所说阀件构成的控制室；
一条使所说控制室和所说第一口连通的第一通道；
一条使所说控制室和所说第二口连通的第二通道；
一个至少与所说通道之一联合作用的控制阀，可允许流体流动通过该通道，并相应地把所说阀件推动到所说坐落位置或提升位置，以及
一个设在至少一个所说通道内的流动控制元件，以便限制通过所说通道的流体的流动并防止会堵塞所说通道和下游流动路径的微粒的侵入，所说流动控制元件包括：
一个基本上为细长的元件，其横截面面积小于所说通道的横截面面积，
保持装置，用来将所说元件保持在所说一个通道内而允许它在其内运动，以及
返回装置，当所说阀门被开启并受到所说装置内流体运动的影响时使所说元件可自动在所说一个通道内移动，
这样，当所说元件移动时，便可清洁所说通道和清扫包括灰尘和其他沉积物的微粒物质。
2.如权利要求1所述的阀门装置，其特征为，所说保持装置在所说流动控制元件的端头具有扩大的端头。
3.如权利要求1所述的阀门装置，其特征为，所说流动控制元件可增加所述阀件的响应时间并减少与所述阀门装置相连的管中的水锤现象。
4.如权利要求1所述的阀门装置，其特征为，所说阀门装置包括一浮动阀和溢流阀，所说控制阀有一纵向致动件延伸通过所说第二通道，所说致动件的第一端有一密封装置可有选择地阻止流体流动通过所说第二通道，而所说致动件的第二端可被移动，从而使所说密封装置密封和不密封。
5.如权利要求4所述的阀门装置，其特征为，所说致动件的所说第二端可在横越轴向的方向上转动所说致动件，使它相对于所说密封装置而绕枢轴旋转，从而可有选择地阻止和允许所说流体流动通过所说通道。
6.如权利要求4所述的阀门装置，其特征为，所说致动件的所说第二端可在轴向上相对于所说密封装置而移动所说致动件，从而可有选择地阻止和允许所说流体流动通过所说通道。
7.如权利要求4所述的阀门装置，其特征为，所说致动件与所说流动控制元件形成一个整体。
8.如权利要求4所述的阀门装置，其特征为，所说致动件的所说第二端上设有大的和小的重量载荷以便与所说致动件的所说第二端周围的流体的液位相适应。
9.如权利要求1所述的阀门装置，其特征在于：包括：
一个可直接和间接控制流体流动的致动件、可在第一和第二位置之间移动，所说致动件由铁磁性和磁性材料中的一种材料制成；
一个由磁性和铁磁性材料中的一种材料构成的控制装置，当被带到所说致动件的附近时可合作并控制所说致动件的运动。
10.如权利要求9所述的阀门装置，其特征为，所说致动件被设置在一个壳体内，在所说壳体的上部另外还设有控制装置存储位置以便存储不在使用的所说控制装置。
11.如权利要求1所述的阀门装置，其特征为，所述返回装置包括一个弹簧。
12.如权利要求1所述的阀门装置，其特征在于：所述流动控制元件允许减少致动所述阀件的动力。
13.如权利要求12所述的阀门装置，其特征在于：
所述用于致动所述阀体的动力与到达所述一个通道的上游端的所述流体中的微粒的量相独立。
14.如权利要求1所述的阀门装置，其特征在于：
所述流动控制元件防止会堵塞所述通道和下游流动路径的微粒的侵入，并使所述微粒通过所述孔眼从所述第一流体口至所述第二流体口的流体被清洗掉。
15.如权利要求1所述的阀门装置，其特征在于：所述通道的尺寸和通过所述通道的流体的流速与到达所述一个通道的上游端中的微粒的量相独立。
16.一个适宜设在阀门装置的基本上为狭长的流体通道内以控制操作的流动控制元件，所说流动控制元件包括：
一个基本上为细长的元件，其横截面面积小于所说通道的横截面面积，
保持装置，用来将所说元件保持在所说通道内，同时允许所说元件相对于所说通道而自动移动，及
返回装置，使所说元件改变其在所说通道内的位置，
这样，所说流动控制元件便能使一个一致为低流率的流体流动通过所说通道，同时所说元件的相对于所说通道的自动移动可清洁和清除所说通道中的包括灰尘的沉积物的微粒物质，同时还可防止微粒的侵入，否则这些微粒会堵塞所说通道和其下游的流通路径，
其特征在于：所述流动控制元件提供限制的流体的流速，以控制具有比较大的流速的所述阀门装置的操作。
17.如权利要求16所述的流动控制元件，其特征为，所说保持装置具有扩大的端头。
18.如权利要求16所述的流动控制元件，其特征为，所述返回装置包括一个弹簧。
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