CN1281885C - 薄膜致动的压力调节阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及流体压力调节阀领域，尤其涉及一种改进的用于薄膜致动压力调节阀的阀件操作机构。本发明公开了一种用于连接在压力作用下的气源和用户端的薄膜致动压力调节阀，其包括一个具有一轴线的输入口，一个与输入口同轴的阀件以及一个由薄膜控制的球和凸轮阀件致动装置，其中该薄膜垂直于输入口并与其同轴。

Description

薄膜致动的压力调节阀

技术领域

本发明涉及流体压力调节阀领域，其中一个阀件是由薄膜致动从而控制通过阀件的流体的流量，本发明尤其涉及一种改进的用于薄膜致动压力调节阀的阀件操作机构。

背景技术

众所周知，流体压力调节器是根据作用到一个夹持在阀外壳部分之间的柔韧薄膜上的流体压力而动作的，并且在薄膜的一侧形成一个压力腔，在另一侧形成一个通向大气的腔。压力腔包括一个可使流体从流体源在压力作用下流入的输入口或端口，以及一个用于气体流向诸如煤气加热的烹饪烤箱等用户端的出口端。一个阀单元来控制从输入口到出口端的流体流量，而且通常，阀单元包括一个枢轴地安装在压力腔中的杠杆臂而且该臂的一端与薄膜相连，这样，阀在操作过程中，薄膜可使杠杆臂绕其轴线转动。杠杆臂的另一端安装有一个弹性密封件或阀件，对应于杠杆臂的枢转移动，其与输入口接合或分离而相应地关闭和打开输入口使流体从气源流进到压力腔中。具有上述特征的调节阀还包括一个安全阀装置，在压力腔中的背压过高时流体借助该装置从用户端排出到大气中。

使用杠杆臂原理的压力调节器存在的一个问题是其具有过大的外壳或包装物，因此也会增加预期的制造成本。而且，对于在给定的供给压力下控制流体的流量而言，为获得必要的机械效益所需的杠杆臂长度需要一个更大的外壳或包装物，后者的尺寸随着供给压力的增加而增加，这就需要一大容量的输入口和流体流量以及高杠杆率，以确保流量的适当控制。随着阀外壳尺寸的增加会增加其成本以及调节阀的总成本。杠杆致动阀件还会遇到的一个问题是：开启和关闭相对于输入口的密封件的弧形(arc)导致的性能局限，所述弧形是由其上的枢轴和阀件之间的杠杆臂长度决定的。尤其是，密封件或阀件沿相对于输入口的弧形路径的移动会极难获得和保持密封件相对于所述输入口的可靠地密封。使用杠杆原理的压力调节阀还存在的一个问题是，流体从输入口到压力腔的流动会产生湍流情况，阀在工作过程中，这种湍流会引起杠杆臂的振动和/或摆动从而使流向用户端的气体产生波动。

发明内容

本发明提供一种改进的用于薄膜致动压力调节阀的阀件操作装置，该阀不使用杠杆，与同样容量的利用杠杆原理的压力调节阀相比，可显著地降低阀外壳尺寸并因此降低其成本以及调节阀的总成本，同时相对于杠杆致动阀可提高其性能特性。尤其是，本发明通过使用与输入口同轴且可相对输入口轴向移动的阀件实现上述特征，而且阀件的开/关移动由球和凸轮致动装置来控制，该装置与输入口同轴并且与薄膜的位移相应动作。该球和凸轮(ball and cam)致动装置提供了必要的机械效益，该机械效益反过来向阀件提供了致动力并提供了用于关闭输入口的流体供应压力。相对于同样容量的使用杠杆原理的阀件而言，通过将致动装置的各部件相对于输入口的轴线同轴且可线性位移地设置，可以有效地降低用于阀的外壳或包装物的尺寸及成本。此外，阀件相对于输入口的线性移动可有效地提供用于阀件上的弹性密封件与垂直于其轴线的孔密合，这样可使获得和保持密封件对输入口的可靠的密封最佳化。

根据本发明的另一方面，从阀的输入口流到输出通道的流体是通过调整孔流动的，每一个调整孔的直径比输入口的直径稍微小一些，调整孔与输入口一同发挥作用，可促进均匀流动，消除振动并提供了保持压力(lockout pressure)的必要条件。尤其是，调整孔产生一个可作用在致动装置的球和凸轮组件上的正向的压力或作用力，从而消除其间的间距以及不希望出现的相对运动。通过降低保持压力，薄膜偏压弹簧的载荷增大，结果提高了调节输出流量，这更有助于获得更小尺寸的调节器及更高的流速。

因此，本发明的一个主要目的是提供一种改进的薄膜致动阀件的致动装置，该装置与用来相对阀的输入口移动阀件所使用的薄膜致动枢轴连接的杠杆的阀相比，能够减小薄膜致动的流体流动压力调节阀的尺寸和成本。

本发明的另一目的是提供一种薄膜致动压力调节阀，其中该阀件相对该阀的输入口是同轴且可轴向移动的，而且该阀件致动装置与该阀件是同轴的且是靠薄膜的位移致动的。

本发明的再一目的是提供一种具有上述特征的薄膜致动压力调节阀，就给定的流量而言，该阀具有结构简单和体积最小的优点，而且其制造成本低于现有的薄膜致动流体流动压力调节器。

本发明的再一个目的是提供一种具有上述特征的薄膜致动流体流动压力调节阀，其中用来操作阀件致动装置的薄膜包括球和凸轮组件，该组件可操作地与阀件相互接合来控制其与薄膜的移动相应的移动。

本发明提供的流体压力调节器，包括：一个具有输入口和输出口的外壳，一个在所述外壳中的薄膜，一个用于控制流体从所述输入口流到所述输出口的薄膜致动阀件，其特征在于，所述阀件具有相对的端部，所述输入口具有一轴线，一个第一套筒在所述外壳中支撑所述阀件并与所述输入口同轴、从而能在第一和第二位置之间进行线性移动，所述阀件的相对端之一在该第一和第二位置上能分别关闭和打开所述输入口，所述第一套筒具有一远离所述输入口的一端，一第二套筒可与薄膜一起在第一和第二位置之间相对于所述第一套筒移动并容纳所述第一套筒的所述端；所述的第二套筒具有一与薄膜间隔开的致动端，球形件支撑在所述第一和第二套筒与所述阀件的另一相对端之间，从而相对所述另一端径向向内或向外移动；在所述第一位置处的所述第二套筒的致动端可径向向内移动所述球形件将其靠在所述阀件的所述另一端上，从而移动所述阀件到其所述的第一位置，并且在所述第二位置处的所述第二套筒的致动端可松开所述球形件，该球形件可从所述阀件的另一端径向向外移动，从而松开该阀件使其移动到其所述的第二位置。

附图说明

图1是本发明的具有阀件致动装置的流体流动压力调节阀的剖视图；

图2是压力调节阀的仰视图；

图3是致动装置的球支撑套筒件的平面图；

图4是本发明的用于压力调节阀的一种外壳的变型的局部剖视图。

具体实施方式

本发明的目的和优点通过参考下列优选实施例和附图的说明，将会得到更好的理解。

现参照附图对本发明进行更详细说明，应该清楚的是这里仅是为了说明本发明的优选实施例，并不能限制本发明的范围。图1-3示出了本发明的流体压力调节阀10，其包括上部和下部外壳12和14，以及一个夹持在两外壳的外圆周之间的柔性薄膜16，该薄膜16将外壳的内部分成为压力腔18和排出腔20，该排出腔20通过在外壳12上的排出孔22与周围大气相通。所述阀具有轴线A，该薄膜不仅垂直于轴线A而且其轴线还与轴线A同轴；该薄膜设有一个支撑盘24，其与薄膜结合一起并且在中心都开有一孔，以容纳阀件致动部分的上杆件26，该阀件致动部分与轴线A同轴和随薄膜一起移动并由薄膜驱动。该阀件致动部分还包括一向下开口的圆形套筒28，其由位于套筒28的上端的、沿径向向外延伸的圆形壁30而与杆件26相连。壁30在腔18中设有一个环形减压阀座32，其与薄膜16的下面相接合，该阀座可由夹持在支撑盘24和连接在杆件26的上端的轴环34之间的一个减压阀弹簧32来对向偏置。压力调节弹簧34设置在支撑盘24和上部外壳12之间以产生作用在薄膜上的弹力，从而确定该阀的调节输出压力。

下部外壳14包括一设有内螺纹的颈部36，其可将阀与下面将详述的、在压力作用下向压力腔18中供给气体的气源连接在一起。通过与压力腔18相连通的具有内螺纹的半圆形外壳部分38，该阀连接到如煤气烤箱等的用户端。颈部36提供了一条用于从气源输入压力气体的输入通道40，外壳部分38提供了一条从该阀向外的输出通道42。压力气体流从输入通道40经过一个孔形插件44到达压力腔18中，该孔形插件44具有一与轴线A同轴的限流孔，通过该孔向阀提供了一入口。插件44在其远端或下端具有一个径向向外延伸的圆形凸缘48，该凸缘可与位于输入通道40内端处的一台肩50相接合，并且通过该台肩把插件44固定在外壳件14的适当位置上。尤其是，凸缘48可由一第二套筒54的制有外螺纹的下端52的末端锁定在台肩50上。套筒54与轴线A同轴并具有一个未用数字标示的圆形通孔，在凸缘48以上的那部分插件44伸入到此孔的下端部分中。插件44的内端或上端包括一个圆锥形表面56，并且在输入口46的出口端形成一垂直于轴线A的阀座58。在套筒54的孔中临近输入口46的出口端设有一个圆形阀件60。该阀件60与轴线A同轴并具有轴向的相对端，其中一端设有一个圆锥形表面62，而另一端与轴线A垂直并设有沿轴向向内延伸的一凹槽，此凹槽可容纳一与阀座58接合或分离来相应的关闭和打开输入口46的橡胶密封件64，下文将对此进行详细描述。套筒54的上端或内端66设置在阀件致动部件的套筒部分28中，并设有至少两个、最好是三个的沿其径向延伸的圆形通孔68。该通孔68绕轴线A以相等间距设置，并且在每一个通孔中都装有一相应的钢球70。在套筒28的内端或下端，其内表面为一个圆锥形表面72，钢球70沿径向卡在阀件60的圆锥表面62和套筒28的圆锥表面72之间。可优选的是，圆锥形表面62相对于轴线A的锥度为45度，而圆锥形表面72相对于轴线A的锥度为20度。正如下文所述，这些锥面在将阀件移动到关闭输入口46的方面提供了所希望的机械效益，而且显然在套筒28的内侧下端的圆锥形表面72的锥度可根据不同的阀流量所需的力比而改变。而且很显然，能够获得所希望力比的锥角的改变一点也不需要增大阀件包装物或外壳的尺寸。如图3所示，套筒54设有利于将该套筒拧入到下部外壳14上从而锁紧孔形插件44的工具垫凸缘74，而且套筒设有一对方向相反的调整孔76，其可将输入口46的出口端和压力腔18连通。

如图1轴线A右侧所示部件的位置所示，假设输入通道40与压力气体源相连而输出通道42与用户端相连，同时关闭在用户端的控制阀，因此阀10中没有气体流过，在压力腔18中的气体压力使薄膜16移动，这样套筒28也向上移动。这样，套筒28的圆锥形表面72沿径向向内推动球体70使其抵靠在阀件60的圆锥形表面62上，并迫使阀件60向下移动从而使密封件64与阀座58接合并关闭输入口46。如图1轴线A左侧所示部件的位置所示，当打开用户端的控制阀时，压力腔18中的气体压力降低，因此弹簧34使薄膜16移动从而使套筒28相对于压力腔18向下移动。套筒28的向下移动和圆锥形表面72释放钢球70都会使钢球沿通孔68径向向外移动。因此，在压力作用下，输入通道40中的气体流经输入口46并向上推动阀件60使其脱离阀座58而打开输入口46。气体从气源流经输入口46和调整孔76进入到压力腔18中并且经输出通道42流到用户端。这样只要用户端需要，通过阀的气流就可继续，并且当这样的气体察流经该阀时，直径比输入口46稍小的调整孔76和输入口一起发挥作用以促进均匀气体流动，振动的阐述，以及因此保持压力降低在需求以下。尤其是，在操作该阀的过程中，调整孔76产生一个正向的压力或作用力作用在阀件60的下端，这样，阀件60的负载表面62靠在球体70上，球体70靠在圆锥形表面72上从而消除了其间的间距和相对运动。当用户端的控制阀关闭时，压力腔18中的背压使薄膜16移动，这样套筒28向上移动，因此球体70由圆锥形表面72向内推动而抵靠在阀件的圆锥形表面62上，从而提供所需的机械效益、抵抗阀件的作用力和通过输入口46的气体压力从而向下移动阀件60以关闭输入口。

本发明提供的阀件致动装置的另一优点在于压力盘24，由杆件26和套筒28构成的致动器，套筒54以及阀件60可以使用聚甲醛树脂等类似材料注射成型而成，这更有利于阀制造的经济性。

图4示出了一种压力调节阀10A，其具有本发明的薄膜致动压力调节阀的下部外壳件的变型，并且该变型实现了阀的成行装配。除下部外壳件的修改之外，该阀的组成部分与在上文参照附图1-3所描述的相同，因此，图4中使用相同的数字来表示那些相同的组成部分。阀10A的下部外壳14A包括用来连接压力气体源的一个带有内螺纹的输入通道80和一个与通道80同轴的、带有内螺纹的输出通道82，并且该阀通过通道82与用户端相连接。与上述实施例一样，套筒54的下端52螺纹连接到下部外壳件14A上，从而如图4从插件的凸缘48所看到的那样，将孔形插件44安装在该处。输入口的输入端通过孔形插件和与轴线A同轴的孔84相通，输入通道80通过位于其间的一倾斜通道86与孔84相通。可以理解，对阀10A的操作与上文描述的对阀10的操作相同。

对本发明的上述实施例可以进行许多改变，这些改变都不偏离本发明的精神和实质，因此可以理解上述陈述仅是为说明本发明而不是进行限定。

Claims (20)

1.一种流体压力调节器，包括：一个具有输入口和输出口的外壳，一个在所述外壳中的薄膜，一个用于控制流体从所述输入口流到所述输出口的薄膜致动阀件，其特征在于，所述阀件具有相对的端部，所述输入口具有一轴线，一个第一套筒在所述外壳中支撑所述阀件并与所述输入口同轴、从而能在第一和第二位置之间进行线性移动，所述阀件的相对端之一在该第一和第二位置上能分别关闭和打开所述输入口，所述第一套筒具有一远离所述输入口的一端，一第二套筒可与薄膜一起在第一和第二位置之间相对于所述第一套筒移动并容纳所述第一套筒的所述端；所述的第二套筒具有一与薄膜间隔开的致动端，球形件支撑在所述第一和第二套筒与所述阀件的另一相对端之间，从而相对所述另一端径向向内或向外移动；在所述第一位置处的所述第二套筒的致动端可径向向内移动所述球形件将其靠在所述阀件的所述另一端上，从而移动所述阀件到其所述的第一位置，并且在所述第二位置处的所述第二套筒的致动端可松开所述球形件，该球形件可从所述阀件的另一端径向向外移动，从而松开该阀件使其移动到其所述的第二位置。

2.如权利要求1所述的压力调节器，其特征在于：所述的球形件为三个以相等间距绕上述第一套筒而设置的圆球。

3.如权利要求1所述的压力调节器，其特征在于：所述的第一套筒包括用来容纳所述球形件的径向通孔。

4.如权利要求3所述的压力调节器，其特征在于：所述球形件包括三个以相等间距绕上述第一套筒而设置的圆球。

5.如权利要求1所述的压力调节器，其特征在于：所述阀件的另一端具有一个与所述的球形件接合的圆锥形表面。

6.如权利要求5所述的压力调节器，其特征在于：所述阀件的所述圆锥形表面相对于所述输入口的轴线成45°的锥角。

7.如权利要求1所述的压力调节器，其特征在于：所述第二套筒的致动端包括一个与所述球形件相接合的圆锥形表面。

8.如权利要求7所述的压力调节器，其特征在于：所述第二套筒的所述圆锥形表面相对于所述输入口的轴线成20°的锥角。

9.如权利要求1所述的压力调节器，其特征在于：所述输出口包括至少一个横向穿过所述第一套筒的通道。

10.如权利要求1所述的压力调节器，其特征在于：所述阀件的一端包括一个垂直于所述输入口的轴线的一个平面，而且所述的阀件还包括一个固定在所述一端的一个凹槽中的橡胶密封件。

11.如权利要求1所述的压力调节器，其特征在于：所述第一套筒包括径向的通孔，其可以容纳所述的球形件而且所述的球形件包括至少两个圆球。

12.如权利要求11所述的压力调节器，其特征在于：所述球形件包括三个以相等间距绕上述第一套筒而设置的圆钢球。

13.如权利要求11所述的压力调节器，其特征在于：所述阀件的另一端具有一个与所述的球形件接合的圆锥形表面。

14.如权利要求13所述的压力调节器，其特征在于：所述第二套筒的致动端包括一个与所述球形件接合的圆锥形表面。

15.如权利要求14所述的压力调节器，其特征在于：所述另外一端的所述圆锥形表面相对于所述输入口的轴线成45°的锥角。

16.如权利要求14所述的压力调节器，其特征在于：在所述致动端上的所述圆锥形表面相对于所述输入口的轴线成20°的锥角。

17.如权利要求16所述的压力调节器，其特征在于：所述另外一端的所述圆锥形表面相对于所述输入口的轴线成45°的锥角。

18.如权利要求17所述的压力调节器，其特征在于：所述球形件包括三个以相等间距绕上述第一套筒而设置的圆钢球。

19.如权利要求18所述的压力调节器，其特征在于：所述输出口包括至少一个沿横向穿过所述第一套筒的通道。

20.如权利要求19所述的压力调节器，其特征在于：所述阀件的一端包括一个垂直于所述输入口的轴线的一个平面，而且所述的阀件还包括一个固定在所述一端的一个凹槽中的橡胶密封件。

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