CN113544618A - 具有补偿腔室的筒体流速调整组件和包括筒体流速调整组件的液压阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液压阀(100)的筒体流速调整组件(10)，包括：杆(14)，所述杆(14)具有第一端部(14')和第二端部(14")；闸板(16)，所述闸板(16)与所述杆的第一端部为一体的，并且抵着所述阀的通路开口(114)滑动地放置以用于调整流速；弹性元件(18)，所述弹性元件(18)将所述杆与所述闸板一起保持于相对于所述阀的开口的单稳态位置；柱塞元件(50)，所述柱塞元件(50)与所述杆为一体的，并且插置于所述闸板和所述第二端部之间；和导管(15)，所述导管(15)形成于所述杆中并且使所述阀的开口与设置于所述柱塞和所述第二端部之间的腔室的部分(13')流体地连通，使得所述腔室的所述部分中的压力等于所述通路开口中的压力。

Description

具有补偿腔室的筒体流速调整组件和包括筒体流速调整组件 的液压阀

技术领域

本发明涉及用于包括闸板的液压阀型的筒体，该闸板与滑动杆为一体的。

本发明涉及一种可用于简单液压阀的具有套环阀杆闸板和预调整套筒的筒体调整组件，该简单液压阀可进行机动化或制成恒温的，并且可并入用于动态平衡/补偿流速的系统。

背景技术

用于调整流体的流速的流体阀(还适于静态预调整)为已知的，并且广泛地用于液压设备领域，以及加热管件领域的热工和水力设备。所述液压阀通常还提供有用于平衡和补偿入口压力的器具，并且通常通过缩写词PICV(Pressure Independent Control Valve，压力独立控制阀)来指示。

这些流体阀为通常用于热工应用的液压装置，在该热工应用中，在入口处需要恒定流速的液体流体(通常，水)(独立于在上游和下游可发生的流体的压力变化)。

用于动态地调整和平衡流速的这些已知类型的阀允许水力设备的更灵活且简化的设计和制造，在该水力设备中，流体热载体朝向一个或多个用户(诸如换热器、散热器、风机盘管)的端部的流速需保持恒定。此外，通过将预设流速保持恒定，PICV允许独立于流体的上游和下游压力条件而调整流速。

更特别地，调整/平衡阀或PICV通常包括三个调整组件：流速预调整组件，该流速预调整组件适于预选择进入用户的最大标称入口流速；反馈调整组件(通常为闸板)，该反馈调整组件适于根据例如环境温度调整或阻塞所需流体热载体的流速；和平衡或补偿组件，该平衡或补偿组件适于将流速保持恒定(独立于阀的上游和下游压力条件)。

调整PICV通常包括提供有推杆的电热头型致动器，该致动器能够线性地致动阀杆(还已知为杆)，从而闭合阀本体中的套环闸板，从而堵塞和闭合流体通路。此类致动器通常连接至电子单元，并且适于根据例如环境温度闭合阀的阀杆闸板。关于流速预调整，此类阀还提供有调整套筒，该调整套筒提供有开口；当与套筒一起旋转时，该开口允许设定流体流速的所需最大值，该最大值对应于例如待传送的最大热能的量。

文件WO-A-2018051150和EP-A-3067772描述了流速动态平衡组件的实例。流体流速动态调整平衡阀的另一实例描述于相同申请人姓名的欧洲专利EP 3 201 500(B1)中，该专利涉及一种阀，该阀包括用于静态地调整流体的流速并且适于改变阀的入口和出口之间的通路孔横截面的器具，以及流速动态平衡器具，该流速动态平衡器具适于(根据入口流体流速的变化)调整离开阀的流体的流速。动态平衡器具包括穿孔元件，该穿孔元件插置于入口开口和中间腔室之间以使流体仅流动通过该穿孔元件的至少一个开口。此外，弹性元件设置于面向阀本体中的流体入口开口的穿孔元件的表面处，使得阀入口和出口之间压力差的增加通过弹性元件的伸展来匹配，从而减小穿孔元件的开口的通路面积并且确保恒定流速。

已知类型的阀的一个严重缺点在于，存在作用于闭合闸板上的高液压压力。较大尺寸和流速的阀型号需要较高力来克服闸板上流体压力的力。因此，随着阀尺寸增加，将需要较大闸板，并且能够在闸板上渐增地生成较高力，以确保其闭合。这些类型的致动器(具有与高参与力成比例)也为更昂贵的，并且消耗更多功率。

发明内容

本发明的一个目标包括，至少部分地克服和排除上文所讨论现有技术的缺点和操作限制。具体地，本发明的一个目标包括，提供一种筒体调整组件和一种相关液压阀(例如，PICV型)；相比于已知装置，该筒体调整组件和相关液压阀对于用以引起阀闭合所需的相同力能够以小尺寸低价格的致动器进行操作。

更特别地，根据一个优选实施例，本发明的一个目标包括，提供一种筒体调整组件和一种相关液压阀(例如，PICV型)；该筒体调整组件和相关液压阀能够配置成和可适于以不同流速范围进行操作：较大流速水平的范围和较小流速水平的范围。

本发明的另一具体目标包括，提供一种筒体调整组和一种相关液压阀(例如，PICV型)，该筒体调整组和相关液压阀具有高可靠性和长期耐受性，并且将容易地且经济地制造。

本发明的一个目标为根据权利要求1所述的筒体调整组件，并且其具体实施例描述于从属权利要求2至10中。根据另一个方面，本发明的一个目标为根据权利要求11所述的液压阀和根据权利要求12所述的其优选实施例。

附图说明

根据下述详细描述，可更好地理解本发明的结构和操作特性，该描述参考表示一些优选非限制性实施例的附图，其中：

图1为包括本发明目标的筒体调整组件的液压PICV的轴测图的示意图；

图2为包括本发明目标的筒体调整组件的液压PICV的分解轴测图的示意图；

图3为本发明目标的液压阀的筒体调整组件的分解轴测图的示意图；

图4为本发明目标的液压阀的筒体调整组件的另一视角的轴测示意图；

图5为包括本发明目标的筒体调整组件的液压PICV的平面图的示意图；

图6为根据液压PICV的图5的平面VI的剖视图的示意图，该液压PICV包括本发明目标的筒体调整组件；

图7为根据液压PICV的图5的平面VII的剖视图的示意图，该液压PICV包括本发明目标的筒体调整组件；

图8为本发明目标的筒体调整组件的平面图的示意图；

图9为根据本发明目标的筒体调整组件的图8的平面IX的剖视图的示意图；

图10为纵向横截面的示意图，示出了阀100的操作和阀构件中压力P1和P2的分布。

具体实施方式

特别地参考附图(特别地参考图1、图2、图4、图6、图7和图9)，示出了根据本发明的PICV(压力独立控制阀)型的液压阀100的优选实施例。

阀100包括阀本体102，阀本体102具有入口开口104、出口开口105和处理开口106。开口108(形成于特别PICV型阀的阀本体102中)容纳了本领域已知的动态压力平衡或补偿组件200。平衡或补偿组件200配置成，独立于阀的上游和下游压力条件将流速维持恒定。

此类平衡组件200通常包括管状元件202，管状元件202通过柔性隔膜204(例如，由弹性材料制成)滑动地致动，柔性隔膜204在其一个面上易受入口开口104中的流体压力作用，而在其相对面上易受出口开口105中的流体压力的作用，从而使得管状元件202根据入口开口104和出口开口105之间的压力差ΔP增加或限制阀100中的流体流。此外，平衡组件200通常还包括弹性元件206，弹性元件206适于将管状元件202保持于单稳态位置(例如，打开位置)。

阀本体102通常还包括一个或多个服务开口110，服务开口110适于在投入使用时服务并控制阀100，所述服务开口110通常通过堵头110'来闭合。

阀100提供有具有通路开口114的内壁112，筒体调整组件10和所述平衡组件200作用于内壁112上。

通常，阀100还可提供有放置于入口开口104和出口开口105处的常规连接器300。

附图(特别地，图3、图4、图8和图9)示出了筒体调整组件10；根据一个特定实施例，筒体调整组件10包括滑动地接纳杆14的大致圆柱形筒体本体12。所述筒体调整组件在处理开口106处插入阀本体102中。

闸板16(例如，套环)在阀100内侧附接至杆14的第一端部14'，该闸板适于抵着阀100的通路开口114滑动，以通过该闸板将流体流从开口的最大量调整至完全闭合。杆14的第二端部14"暴露于阀本体100外侧，并且适于接触常规机械或机电致动器(未示出)，该常规机械或机电致动器设计成使杆14线性地移动以通过闸板16闭合或打开通路开口114。

所述杆14还提供有另一弹性元件18(例如，线圈弹簧)，弹性元件18共轴地布置于杆14周围并且布置于筒体本体12中以将杆14与闸板16一起保持于相对于本体102的开口114常开的单稳态位置。此类杆14和弹性元件18通过第一套圈19保持于筒体本体12中的适当位置。

根据一个特定实施例，筒体调整组件10(在下文中，仅称为筒体10)还包括大体圆柱形管状形状的套筒20，套筒20附接至筒体本体12的内端。

所述套筒20适于调整和限制流体流，该流体流离开阀本体102中的通路开口114并且通过形成于套筒20自身的圆柱外壁24上的至少一个第一形状开口22和至少一个第二形状开口22'指向出口开口105。第一开口22的形状设定成使得其允许根据第一标度而调整第一流体流速值范围内的阀的最大流速。第二开口22'的形状设定成使得其允许根据第二标度而调整第二流体流速值范围内的阀的最大流速。

第一分辨率关联于所述第一标度，并且不同的第二分辨率关联于所述第二标度。术语“分辨率”意指根据套筒20旋转预定角度值可获得的流速范围。

套筒20的所述第一和第二开口22和22'允许通过套筒20自身的旋转、通过改变朝向出口开口105的通路横截面而预设离开阀的流体最大流速。

第一开口22和第二开口22'可在套筒20的自由端部处具有开放形状(如图所示)，或可整体地围封于圆柱形壁24中。第一开口22和第二开口22'形成于套筒20的圆柱形部24的部分上，这些部分由所述圆柱形壁24的实体部分分开以选择性地操作(换句话讲，非同时地)来调整流体流。优选地，第一形状开口22和第二形状开口22'形成于圆柱形壁24的直径相对位置的部分上。

此外，第一形状开口22和第二形状开口22'两者具有面向阀本体102的通路缝口116、根据套筒20旋转而改变的横截面。当第一形状开口22面向所述通路缝口116时，第二开口22'为远离通路缝口116不工作的(反之亦然)。所述第一开口22和第二开口22'两者继而可包括形成于圆柱形壁24上的一个以上的开口，这些开口相互之间具有相同或不同横截面并且适于同时或连续地面向通路缝口116。

根据附图的实例，第一开口22的尺寸为最大的，并且第二开口22'的尺寸为最小的，以能够以两种不同流体流或流速范围预设阀100的两种操作配置(彼此另选的)：具有较大流速水平的范围和具有较小流速水平的范围。

有利地，所述套筒20可由塑料材料、聚合物或热塑性塑料、金属材料或其它合成材料制成，或可以添加制造技术来制成。有利地，套筒20通过压力互锁器具25附接至筒体本体12，压力互锁器具25形成于套筒的内径表面上和筒体12的端部直径表面上。

套筒20可与闸板本体12一起旋转，但也可通过与杆14一体的闸板16(通过将器具56与相同杆14相连接)的套环或垫片55进行旋转，诸如，例如形成于杆14的第一端部14'上的平坦部分，第一端部14'与相同套环或垫片55的非圆形形状开口匹配，如图3所示。

仍特别地参考图3，在第二端部14"处，通过作用于杆14上的常规扳手使杆与套环55一起旋转，套环55继而通过至少一个突出部57使套筒20旋转，突出部57与形成于套筒20的内表面上的相应凹槽57'匹配。所述筒体10还包括分度基准器具30，分度基准器具30制成于筒体10自身上(例如，盘形物)或直接地形成于其上。基准器具30配置适于从所述阀100的外侧图形地示出所述第一和第二标度，并且设置于筒体本体12上。

基准器具30分成至少两个部分并且包括第一分度标度32和第二分度标度33，第一分度标度32对应于第一形状开口22的开口位置，第二分度标度33对应于第二形状开口22'的开口位置。

筒体10通过第二套圈118(图2)可固定地或旋转地保持于阀本体12中，第二套圈118附接至处理开口106。根据另一个实施例，筒体10与阀本体12为一体的。

具体地参考图1，在附图的优选实施例中，筒体10可为通过扳手可调整的，该扳手作用于杆14的第二端部14"上并且适于使所述杆14和因此套筒20相对于筒体本体12旋转以执行阀100的流速的预调整。一旦执行预调整，则能够安装机电致动器(未示出)，该机电致动器具有线性操作或电热头，设置于阀100的处理开口106处，并且适于协作地连接至筒体10的杆14。

特别地参考图6、图7和图9，在一个优选实施例中，筒体组件10的杆14还可包括补偿导管15(图9)，补偿导管15沿着杆14轴线至少部分地延伸并且具有第一端部14'处的开口15'和杆14自身的所述外径表面处的至少另一开口15"。在杆14的外径表面上，另一开口15"与形成于筒体12中的腔室13流体连通。补偿导管15还可具有弯曲形状。

通过中心孔52，所述腔室13接纳与杆14一体的活塞50，以与杆自身一起在所述腔室13内侧滑动。活塞50通过固定器具54附接至杆14，固定器具54包括例如弹性可变形互锁器具。具体地，固定器具54包括一个或多个直径环形物，该一个或多个直径环形物形成于中心本体52的内表面上并且与其它侧向环形物17协作，侧向环形物17形成于杆14的侧向外表面上。此外，防止活塞50轴向地平移朝向闸板16的第一端部14'，闸板16附接于杆14的端部。例如，所述闸板16可以套环或垫片55有利地设置于杆14上，杆14适于引起闸板16邻接筒体本体12。

有利地，活塞50可由塑料材料、热塑性塑料、聚合物或热聚合物或金属材料，或其它合成材料制成；或通过添加制造技术来制成。

补偿导管15的开口15"可包括横向孔或导管(例如，径向)，该横向孔或导管可为贯穿的，换句话讲，其沿着杆14的所有横截面延伸或在杆14中部分地延伸，以始终与补偿导管15和腔室13两者流体连通。活塞50还提供有流体紧密元件90(例如，唇缘垫圈、弹性材料O形环)，流体紧密元件90设置于中心孔52的内径表面和杆14的外径表面之间，和活塞50的外径表面和腔室13的内径表面之间。

特别地，另一开口15"与腔室13的部分13'流体连通，部分13'插置于活塞50和杆14的第二端部14"之间。更特别地，腔室13的此类部分13'(另一开口15"在其上打开)插置于活塞50和弹性元件18之间。据观察，部分13'始终与通路开口114流体紧密地隔离。

有利地，所述密封元件90可接纳于合适环形外壳或凹陷部中，该环形外壳或凹陷部形成于活塞50和杆14的外表面上。

有利地，筒体10可提供有密封元件95，以确保筒体10自身和阀本体12之间的流体紧密性。

根据阀100的上文所给出描述，在下文推测所描述阀的操作。

插入本说明的阀100中的筒体10具有套筒20的有利特性，套筒20能够允许阀100以不同流速标度、彼此不同或非常不同的尺寸进行操作。例如，能够根据适于高流体流应用的配置和根据以相同阀和内部部件的配置进行操作。

更特别地，在安装阀时，通过使筒体10和与之一体的套筒20经由轮400旋转，操作者可根据预选择配置对阀进行配置。例如，通过使轮400和筒体10根据第一分度标度32旋转不同打开程度，该打开程度对应于面向通路缝口116的第一形状开口22的不同位置，操作者选择了相对于该配置的操作范围。在此类配置中，第二形状开口22'保持为远离通路缝口不工作的。类似地，操作者可通过使轮400在第二分度标度33上旋转而配置阀100，以与面向通路缝口116的第二形状开口22'一起操作。

由第一和第二分度标度32和33的每一者所指示的筒体10的不同位置对应于从与两种不同操作配置相关联的最小流速至最大流速的不同所选流速。

根据一个特定实例，当切换配置时，套筒20处于明显不同于两种操作配置的非操作中间位置。术语“非操作位置”意指其中外圆柱形部24面向通路缝口116而无需从属于第一开口22和第二开口22'的调整配置的位置(其中流体流或有限流体流为非可用的)。一般来讲，通过在分度标度32和33的一者上设定配置范围的最小值，流体流速永远未完全堵塞。

参考图1、图6和图7，如果阀100需通过闸板16来闭合，那么机电致动器(未示出)通过将其向下推送而作用于杆14的第二端部14'上，从而克服另一弹性元件18的力以使闸板16接触通路开口114的边缘，从而堵塞入口开口104和出口开口105之间的流体流。

特别地参考图10，由于腔室13通过补偿导管15与通路开口114流体连通，在闸板16的闭合步骤期间，流动通过通路开口114或通路开口114处的流体压力P1等于腔室13的部分13'中的压力P2。因此，生成了作用于面向腔室13的部分13'的活塞表面50上的力F2，力F2抵消了由流动流体的压力P1所施加的力F1，从而对其进行补偿。通过机电致动器的减小力，这使闸板16为通过相关杆14可致动的，该减小力主要由另一弹性元件18生成，另一弹性元件18一般随着压力P1增加而保持恒定。

补偿孔15的开口15'处于通路开口114处的闭合闸板16附近的位置，使得抵消闸板16闭合的相同压力转移至腔室13的部分13'。这种特性允许通过等同模数的力(该力施加于面向腔室13的部分13'的活塞50表面上)的准确补偿，该准确补偿趋向于消除作用于闸板16上的力。

筒体组件和相关液压阀100为特别有利的。所描述解决方案(在闭合步骤期间提供了作用于闸板上的力的补偿)允许较小和较廉价致动器的使用，这些致动器具有相对于现有技术那些的减小功率消耗。据观察，小尺寸致动器的使用从尺寸视角也为方便的，从而允许将阀安装于狭窄空间和盒中。此外，使用在杆内侧线性地延伸的导管未限制杆自身的行程。所描述结构的另一个优点在于，腔室13内的补偿压力精确地为作用于阀100的通路开口114处的闸板16上的相同压力。由于文丘里效应，所述通路开口114处的流体流压力事实上略微小于阀的其它部分的压力。通路开口114和腔室13之间的流体连接部(穿过导管15)确保了由活塞50上的压力所生成的力的完美平衡，并且还确保了例如通过机电致动器(例如，电热头)的反馈的闭合准确性。具有套筒(其提供有与不同流速预调整标度相关联的多个开口)的特定解决方案允许对于每个标准化尺寸使用单一型号的单个装置或阀。这样，消除了提供两种类型的相同阀的要求，这两种类型仅在由套筒20所执行的流速预调整范围方面不同，从而减少了制造、储存和营销成本，因为单一类型的阀具有标准连接尺寸。另一优点是指一种特定解决方案，其允许提供根据两个不同流速范围可调整的阀，这两个不同流速范围彼此部分地重叠或彼此完全分开，并且允许在两个范围的ΔP值范围内平衡流速。

虽然本发明已在上文特别地参考以例示非限制性方式所给出的一些优选实施例进行描述，但是根据上文所给出描述，许多修改和变型对于本领域的技术人员将为显而易见的。

例如，本发明还可应用于不同于PICV并且因此未提供有平衡组件200的液压阀。另外，本发明的教导内容还可应用于表现出以常规方式所执行的预调整(换句话讲，例如通过套筒，该套筒允许在仅一个数值范围内预调整流速)的阀。此外，能够将本发明应用于液压阀而无需任何预调整。

Claims (13)

1.用于液压阀(100)的筒体流速调整组件(10)，包括：

筒体本体(12)；

杆(14)，所述杆(14)滑动地设置于所述筒体本体(12)中，具有第一端部(14')和与所述第一端部相对的第二端部(14")；

闸板(16)，所述闸板(16)与所述杆(14)的第一端部为一体的，并且当所述调节组件安装于所述液压阀(100)时，所述闸板(16)抵着所述阀(100)的通路开口(114)滑动地放置以用于调节流量；

弹性元件(18)，所述弹性元件(18)共轴地设置于所述杆(14)上和所述筒体本体(12)的空腔中，以将所述杆(14)与所述闸板(16)一起保持于相对于所述本体(102)的开口(114)的单稳态位置；

其特征在于，还包括：

柱塞元件(50)，所述柱塞元件(50)与所述杆(14)为一体的，滑动地设置于所述筒体本体(12)的腔室(13)中，所述腔室(13)与所述杆(14)为共轴的并且插置于所述闸板(16)和第二端部(14")之间；

导管(15)，所述导管(15)形成于所述杆(14)中并且具有：所述杆(14)的第一端部(14')处的第一开口(15')和至少一个第二开口(15")，所述第一开口(15')适于与所述阀(100)的通路开口(114)流体地连通，所述至少一个第二开口(15")与设置于所述柱塞(50)和所述第二端部(14")之间的所述腔室(13)的部分(13')流体地连通，使得所述腔室(13)的所述部分(13')的压力等于所述通路开口(114)处的压力。

2.根据权利要求1所述的组件(10)，其中所述腔室(13)插置于所述闸板(16)和所述弹性元件(18)之间，并且其中所述腔室(13)的所述部分(13')插置于所述柱塞(50)和所述弹性元件(18)之间。

3.根据权利要求1所述的组件(10)，其中所述导管(15)包括与所述杆(14)同轴的、与横交于所述杆(14)的至少一个导管流体地连通的、具有所述至少一个第二开口(15")的导管。

4.根据权利要求1所述的组件(10)，其中所述导管(15)为曲线的。

5.根据权利要求1所述的组件(10)，其中所述柱塞(50)提供有流体密封元件(90)，所述流体密封元件设置于：

所述柱塞(50)的外表面和所述腔室(13)的内表面之间，和

所述柱塞(50)的中心孔(52)的内表面和所述杆(14)的外表面之间。

6.根据权利要求1所述的组件(10)，其中所述柱塞(50)由选自以下材料中的其中一种材料制成：塑料材料、热塑性材料、聚合物或热聚合物材料、金属材料、烧结材料；或由添加制造技术来制成。

7.根据权利要求1所述的组件(10)，其中所述柱塞(50)由选自以下材料中的其中一种材料制成：塑料材料、热塑性材料、聚合物或热聚合物材料、金属材料、烧结材料；或由添加制造技术来制成。

8.根据权利要求1所述的组件(10)，还包括：大体圆柱形套筒(20)，所述大体圆柱形套筒(20)适于可旋转地设置于所述液压阀(100)内侧以用于面向通路间隙(116)，并且提供有：

至少一个第一开口(22)，所述至少一个第一开口(22)形成于所述套筒(20)的壁(24)中并且形状设定成允许根据第一标度而调整第一流体流速值范围内的所述阀的最大流速；

至少一个第二开口(22')，所述至少一个第二开口(22')形成于所述壁中并且能够根据第二标度而调节第二流体流速值范围内的所述阀的最大流速。

9.根据权利要求8所述的组件(10)，其中第一分辨率关联于所述第一标度，并且不同的第二分辨率关联于所述第二标度。

10.根据权利要求8所述的组件(10)，包括分度基准器具(30)，所述分度基准器具(30)适于图形地表示所述第一标度和所述第二标度。

11.液压阀(100)，包括：

-阀本体(102)，所述阀本体(102)具有入口开口(104)、出口开口(105)和处理开口(106)；

-根据前述权利要求中至少一项所述的筒体流速调整组件(10)。

12.根据权利要求1所述的液压阀(100)，还包括平衡组件(200)，所述平衡组件(200)包括管状元件(202)，所述管状元件(202)通过柔性隔膜(204)滑动地致动，所述柔性隔膜(204)在其一个面上对所述入口开口(104)中的流体压力敏感，在其相对的一面上对所述出口开口(105)处的流体压力敏感，以使得所述管状元件(202)根据所述入口开口(104)和出口开口(105)之间的压力差来增加或限制所述阀(100)中的流体流。

13.根据权利要求1所述的液压阀(100)，其中所述阀为压力独立控制阀型PICV，并且包括平衡组件，所述平衡组件配置成独立于所述阀的上游和下游压力条件而将所述流速维持恒定。

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