CN1533487A - 伺服控制阀 - Google Patents

Abstract

一种用于控制管线(2)中流体流动的控制阀(1)。控制阀(1)包括一个被通过流体通孔(7)分割成第一部分和第二部分(5；6)的阀套(3)。阀包括一个与阀套(3)第二部分(6)和可移动安装在压力腔(10)内的柱塞(9)开放连接的压力腔(10)。一个可移动或可旋转安装在阀套(3)中的定位杆(12；24)中具有连接通道(16，17；18；25)，连接通道一端连通压力腔(10)，且在定位杆(12；24)相对于柱塞(9)的第一位置还连通至少一条第一通道(20)，在第二位置连通至少一条第二通道(21)，在第三位置与这些通道(20；21)均不连通。调节阀的可靠性得到延长，并通过小型力学应用装置，如可使用相应较小的致动器，使得进行控制变得更加容易和安全。

Description

伺服控制阀

本发明涉及一种用于控制管线中流体流动的伺服控制阀，包括一个由限定轴线的流体通孔分割成与管道相连接的、分别位于阀上游和下游的第一部分和第二部分的阀套，一个最好设计为与流体通孔同轴且与阀套第二部分连通的压力腔，以及一个可移动放置在压力腔中且具有一与所述流体通孔配合用于控制阀通流面积的端部的柱塞。

这种类型的阀主要用于控制作为例如冷却或加热系统一部分的管线中的流体流速。

在通向中央加热系统散热器的供给管中，通常接入一个阀，用于控制水流流速，并由此控制散热器的热排放。

通常根据一些参数如所需室温条件等，通过调节阀通流面积进行控制。为此，使用致动器，在一些情况下可以是电机，在其它情况下可以是根据如室温或压力等条件工作的装置，将阀体放置于阀内并与其流体通孔保持足够距离。

在工作过程中，在阀体上会产生压力差，由此不得不调整致动器的尺寸以克服随阀尺寸增大而产生的更大的作用力。因此，随阀尺寸的增加，所述阀的价格由于致动器相对昂贵而大大增加。

尝试使用这样一种方法解决这一问题，即使阀体作为柱塞一部分可移动地放置在压力腔中，然后将带有纵向通道的柱塞设计进入压力腔。由此可在一定程度上减小压力差。然而，所述通道倾向于被流经阀的流体携带的杂质阻塞，以使得最终不能达到所需压力平衡，阀因此不再能良好运转。

本发明的目的在于提供如开始部分所述类型的控制阀，其具有简单、廉价的结构，持续可靠且可以使用小型力学应用装置容易且安全地进行控制。

由此得到的本发明的新颖和独特的技术特征在于：阀包括一条设计在柱塞中的轴向孔，该轴向孔与至少一条排料进入或接近阀套第一部分的第一通道和至少一条排料进入阀套第二部分的第二通道相连接；一个可移动地或旋转地安装在阀套中的定位杆，定位杆具有以轴向可移动方式容纳在柱塞的轴向孔中的第一端部和延伸出阀套的第二端部；以及一条设计在定位杆或柱塞中的连接通道，该连接通道一端连通压力腔，此外在定位杆相对于柱塞的第一位置连通至少一条柱塞的第一通道，在第二位置连通至少一条柱塞的第二通道，在第三位置与这些通道均不连通。

按照惯例，必须要克服在控制阀可调节通流面积上的压力差产生的不利影响。为此，要求施加相对较大的作用力和使用相应较大且昂贵的致动器。

在根据本发明所述的控制阀中，不需要克服这一压力差。相反，传统上有害的压力差现在令人惊讶地被用于控制阀。

仅仅移动或旋转定位杆就可以轻松且安全地实现这种控制。为此，仅要求使用相应较小、廉价的致动器就可以产生所需相对较小的作用力，因而不需要增大致动器的尺寸。

阀的工作通道可容易地被设计为具有足够大横截面，以使其在工作中不会被流经阀的流体携带的杂质阻塞，使阀更持续可靠的工作。

根据定位杆是如何装入阀套的以及是否定位杆的布置适于移动或旋转，可按照不同方式设计所述通道。

然而在各种情况中，定位杆必须具有部分排料进入压力腔、部分与压力腔隔开一段距离的连接通道。由此，定位杆将能够利用压力差使柱塞向上或向下移动，由此控制阀的通流面积。

定位杆可移动之处被设计为在定位杆或柱塞中带有纵向通道。

定位杆可旋转之处被设计为沿其外侧具有一条螺纹。在这一情况下，两条连续的360°螺纹间的轴向间距必须等于或小于柱塞第二横向通道的直径。

压力腔可有利地具有可大于阀通流面积的相对较大的直径，以使柱塞不对非常小的压力差作出反应。

当定位杆在柱塞的轴向孔任一端均具有凸缘处，即使压力差小至不能克服阀活动部分之间的摩擦力，也可有利地对阀进行控制，当操作定位杆时，现在在压力腔中移动柱塞的是凸缘。

以下，仅通过典型实施例同时结合附图对本发明作详细描述，进一步给出本发明的优势特征和技术作用，其中：

图1示出了根据本发明所述控制阀的第一实施例处于一个控制状态时的情况；

图2示出了图1中控制阀处于第二控制状态的情况；

图3示出了图1中控制阀处于第三控制状态的情况；

图4示出了作为图1-3中控制阀一部分的定位杆；

图5示出了作为图1-3中控制阀一部分的柱塞；

图6示出了根据本发明所述控制阀的第二实施例处于一个控制状态时的情况；

图7示出了图6中控制阀处于第二控制状态的情况；

图8示出了图6中控制阀处于第三控制状态的情况；

图9示出了作为图6-8中控制阀一部分的定位杆；

图10示出了作为图6-8中控制阀一部分的柱塞；

图11示出了根据本发明所述控制阀的第三实施例；

图12示出了根据本发明所述控制阀的第四实施例处于一个控制状态时的情况；

图13示出了图12中控制阀处于第二控制状态的情况；

图14示出了图12中控制阀处于第三控制状态的情况；

图15示出了作为图12-14中控制阀一部分的定位杆；

图16示出了根据本发明所述控制阀的第五实施例处于一个控制状态时的情况；

图17示出了图16中控制阀处于第二控制状态的情况；

图18示出了图16中控制阀处于第三控制状态的情况；以及

图19示出了作为图16-18中控制阀一部分的柱塞。

以下假设控制阀被接入散热器(图中未示出)的供给管，如附图中所示，散热器与管道的左段相连接。如箭头所示，由此水流从右向左流经阀。

在图1-5中，控制阀通常由参考标号1表示，而仅仅局部显示的供给管通常由参考标号2表示。

阀具有一个被隔板4分割成第一部分5和第二部分6的阀套3。这两部分5，6分别位于与管道2相连接的阀的上游和下游。

此外，在隔板4中有一个可使散热器中的水流过的流体通孔7。

根据例如室温等条件，通过与流体通孔保持足够距离，在可移动柱塞9上面的阀锥8起到关闭流体通孔7或控制阀通流面积的作用。

柱塞可移动地被放置在压力腔10中，如图所示，柱塞底部与阀套3的第二部分6相连通。在其顶部，压力腔由阀座11封闭。

在该阀座中一个可移动地安装在定位轴承13中的定位杆12具有一个上端部14和一个下端部15。这两个端部14，15分别延伸出阀套3和延伸进入阀套3中。

在这种情况下，在定位杆12中设计一条纵向中央通道16，所述通道经上部横向通道17排料进入压力腔10且与压力腔之间隔着一条下部横向通道18。

另一种选择是，纵向中央通道16可被设计为沿定位杆侧边的沟槽或凹槽。

此外，在柱塞9中的轴向孔19设计用于容纳定位杆的下端部15，以使定位杆的下部横向通道18位于所述轴向孔中。

此外，在柱塞中设计第一通道20在底部连通轴向孔19与阀套的第一部分5；设计第二通道21在顶部连通轴向孔19与阀套的第二部分。

由此可见，柱塞9具有一个大于流体通孔7直径的扩大区22。

当水流流经控制阀进入散热器时，在阀套的第一部分5和第二部分6之间产生压差，所述压力将给柱塞9一个向上的第一作用力。同时，压力腔10中的压力将给柱塞9一个向下的第二作用力。

在图1中，定位杆12借助致动器(未示出)已经按照如下方式被放置在阀套3中，即通过柱塞9的第二通道21、纵向中央通道16及定位杆12的上部横向通道17和下部横向通道18连通压力腔10和阀套的第二部分6，但是同时压力腔10和阀套的第一部分5之间的连接已被断开。

因此，阀套的第二部分6中的压力将被传递到压力腔。鉴于压力腔中的压力要低于阀套的第一部分5中的压力，两个作用力的合力是一个使柱塞向上推的作用力，或者换句话说，控制阀处于打开状态。

这一打开状态将持续至出现图2中的情况，其中定位杆断开一方面压力腔10与另一方面阀套的第一部分5和第二部分6之间的所有连接。在这一状态，压力腔中的压力自身自动调节至与阀套的第一部分中的压力相等，由此作用在柱塞上的两个作用力的合力为零。控制阀处于静止状态。

在图3中，定位杆12现已经按照如下方式被放置在阀套3中，即通过柱塞9的第一通道20、纵向中央通道16及定位杆12的上部横向通道17和下部横向通道18连通压力腔10和阀套的第一部分5，但是同时压力腔10和阀套的第二部分6之间的连接已被断开。

因此，阀套的第一部分5中的压力将被传递到压力腔。鉴于压力腔中的压力与阀套的第一部分5中的压力相等，而柱塞上部扩大区22下侧的压力与阀套第二部分6中的较低压力相等，因此同时作用在柱塞上的两个作用力的合力是一个使柱塞向下推的作用力，或者换句话说，控制阀处于关闭状态。

由此可见，阀套两部分5和6之间的压力差直接用于控制阀，而定位杆甚至可以使用小型力学应用装置容易地进行移动。因此，一个小型、相对便宜的致动器可有利地被用于柱塞定位，并由此对阀进行控制。

由于柱塞上部扩大区22直径相对较大，柱塞可容易地对阀套3的第一部分5和第二部分6之间存在的甚至较小的压力差产生反应。

图6-10示出了根据本发明所述阀23的第二实施例。该实施例基本上与图1-5中所示的实施例相对应，同时使用相同的参考标号表示相同的部件。

二者区别在于：定位杆24的连接通道现设计成一条从压力腔10沿定位杆外侧延伸至柱塞9轴向孔10区域的螺纹25，以及阀通过旋转定位杆进行控制，由此产生如图1-3所示的控制状态。

在图6中，借助致动器(未示出)定位杆24已经成一定角度被放置在阀套3中，该角度使得通过柱塞9的第二通道21和定位杆的螺纹25连通压力腔10和阀套的第二部分6，但是同时压力腔10和阀套的第一部分5之间的连接已被断开。控制阀处于如图1所示的打开状态。

在图7中，定位杆按照如下方式进行旋转，即它切断一方面压力腔10与另一方面阀套的第一部分5和第二部分6之间的所有连接。控制阀处于如图2所示的静止状态。

在图8中，定位杆12进一步旋转以使得通过柱塞9的第一通道20和定位杆的螺纹25连通压力腔10和阀套的第一部分5，但是同时压力腔10和阀套的第二部分6之间的连接已被断开。控制阀处于如图3所示的关闭状态。

图11示出了根据本发明所述的接入图中局部所示的供给管26的阀的第三实施例。

阀具有一个被隔板28分割成第一部分29和第二部分30的阀套27，所述两部分分别处于与管道26相连接的阀的上游和下游。此外，在隔板中有一个可使散热器中的水流过的流体通孔31。

根据例如室温等条件，通过与流体通孔保持足够距离，在可移动柱塞33上面的阀锥32起到关闭流体通孔或控制阀通流面积的作用。

柱塞可移动地被放置在压力腔34中，没有柱塞时压力腔34与阀套的第二部分30相连通。在底部，压力腔由阀座35封闭。在顶部，阀套的第一部分由第二阀座36封闭。在后者阀座36中一个可移动地安装在定位轴承38中的定位杆37具有一个延伸出阀套的上端部39和一个通过柱塞33中的一个轴向孔41经阀套的第一和第二部分29，30延伸进入阀套的下端部40。

在定位杆37中，设计一条纵向中央通道42，该通道在其一端排料进入压力腔34，并在其另一端经轴向孔中隔板45处的上部横向通道44排料进入柱塞的轴向孔41。

此外，在柱塞中设计第一通道46连通轴向孔41与阀套的第一部分29；设计第二通道47连通轴向孔41与阀套的第二部分30。

根据本发明所述的该控制阀第三实施例的工作原理与图1-3所示的第一实施例相同。

当把定位杆的横向通道44向下推过柱塞的隔板45时，阀套的第二部分30通过柱塞的第二通道47、横向通道44及定位杆的纵向中央通道42连通压力腔34。由此，压力腔34中的压力小于阀套第一部分29中的压力，作用结果是阀打开。

当定位杆的横向通道44上升到柱塞的隔壁45之上时，阀套的第一部分29通过横向通道44及定位杆的纵向中央通道42连通压力腔34。由此，压力腔34中的压力大于阀套第二部分30中的压力，作用结果是阀将关闭。

当定位杆的横向通道44位于柱塞的隔板45之中时，压力腔34与阀套两部分29和30之间的所有连接均被切断。柱塞的位置相对于阀套是静止的。阀处于已受控状态。

图12-15示出了如图1-5中所示控制阀的一个变型48。不同之处仅在于图4中的定位杆12现已被换为图15中的定位杆49，如图所示，定位杆49具有一个上凸缘50和一个下凸缘51。阀其它部分的标号与图1-5中的标号相同。

通常在阀48上存在明显压力差条件下，该阀起到如图1-3中所述相同的作用。也就是说，图12中的阀48处于打开状态，图13中的阀48处于静止状态，图14中的阀48处于关闭状态。

而在一些情况下，压力差较低，从而不能克服阀活动部分之间所固有的摩擦阻力。图1-3中的控制阀不再由图4中定位杆12的移动来控制。

然而即使压力差几乎为零，由于定位杆49现具有凸缘50、51，因此也可以对图12-15中控制阀1的变型48进行控制。

现在假设移动柱塞9的压力差不足且阀48或多或少需要使用致动器或手动方式使定位杆49相对于阀套3产生移动而关闭。

在这种情况下，进行所需关闭操作现在非常简单，即如图所示，在阀套3中向下移动定位杆49，由此其上凸缘50首先遇到柱塞9的上侧面，并在定位杆49的连续向下运动过程中带动柱塞一起运动。

打开操作就是将顺序倒过来，即当定位杆向上被推进阀套3中时，在该情况下作为活动凸缘的定位杆49的下凸缘51将带动柱塞向上运动。

图16-19示出了根据本发明所述阀的第五实施例。该实施例基本上与图1-5中所示的实施例相对应，同时使用相同的参考标号表示相同的部件。

二者区别在于：定位杆12中的纵向中央通道16现已被设计在柱塞9中的纵向连接通道52所替代。该纵向连接通道部分排料进入压力腔10，部分与压力腔隔开一定距离。

此外，根据本发明所述的阀的第五实施例起到与第一实施例相同的作用，且对其功能的详细说明在此不再描述。

Claims (10)

1.一种用于控制管线(2)中流体流动的控制阀，包括

-  一个被由流体通孔(7)限定的轴线分割成分别与阀的管道(2)的上游和下游相连接的第一部分和第二部分(5；6)的阀套(3)，

-  一个最好设计为与流体通孔(7)同轴且与阀套(3)第二部分(6)连通的压力腔(10)，以及

-  一个可移动放置在压力腔(10)中且具有一与所述流体通孔(7)配合用于控制阀通流面积的端部(8)的柱塞(9)，

其特征在于，该阀还包括

-  一条设计在柱塞(9)中的轴向孔(19)，该轴向孔与至少一条排料进入或接近阀套(3)第一部分(5)的第一通道(20)和至少一条排料进入阀套(3)第二部分(6)的第二通道(21)相连接；

-  一个可移动地或旋转地安装在阀套(3)中的定位杆(12；24)，定位杆具有以轴向可移动方式容纳在柱塞(9)的轴向孔(19)中的第一端部(15)和延伸出阀套(3)的第二端部(14)；以及

-  一条设计在定位杆(12；24；37；49)或柱塞(9)中的连接通道(16，17，18；25，52)，该连接通道一端连通压力腔(10)，此外在定位杆(12；24)相对于柱塞的第一位置连通至少一条柱塞(9)的第一通道(20)，在第二位置连通至少一条柱塞(9)的第二通道(21)，在第三位置与这些通道(20；21)均不连通。

2.根据权利要求1所述的控制阀，其中定位杆(12)可移动地被安装在阀套(3)中，其特征在于，定位杆(12)经压力腔(10)延伸进入柱塞(9)的轴向孔(19)中，且其连接通道(16，17，18)包括一条轴向延伸的通道(16)，至少一条排料进入压力腔的第一横向通道(17)及至少一条与第一横向通道隔开一定距离排料的第二横向通道(18)。

3.根据权利要求1所述的控制阀，其中定位杆可移动地被安装在阀套(27)中，其特征在于，定位杆(37)经阀套(27)的第一和第二部分(29；30)延伸进入柱塞(33)的轴向孔(41)中，且其连接通道包括一条排料进入定位杆(37)面向压力腔(34)的一端的轴向延伸的通道(42)，及至少一条与该排料点隔开一定距离的横向通道(44)。

4.根据权利要求1所述的控制阀，其中定位杆(24)可转动地被安装在阀套中，其特征在于，定位杆(24)经压力腔(10)延伸进入柱塞(9)的轴向孔(19)中，且其连接通道(25)包括一条沿定位杆(24)外侧从压力腔(10)内区域延伸至距离压力腔一定距离的区域的螺纹(25)。

5.根据权利要求4所述的控制阀，其特征在于，至少一条柱塞(9)的第二横向通道(21)的直径等于或小于两条连续的360°螺纹(25)间的轴向间距。

6.根据权利要求1-5中任一项所述的控制阀，其特征在于，柱塞(9)被布置在第一位置与第二位置之间的压力腔(10)中移动，其中，第一位置中凸出的端部(8)靠近流体通孔(7)，且第二位置中其端部距离流体通孔(7)尽可能远。

7.根据权利要求1-6中任一项所述的控制阀，其特征在于，柱塞(9)的凸出的端部(8)成圆锥形延伸进入或穿过流体通孔(7)。

8.根据权利要求1-7中任一项所述的控制阀，其特征在于，压力腔(10)的直径大于流体通孔(7)的直径。

9.根据权利要求1-8中任一项所述的控制阀，其特征在于，定位杆(12)的突出部分(14)与致动器操作连接。

10.根据权利要求1-9中任一项所述的控制阀，其特征在于，定位杆(49)在柱塞(9)的轴向孔(19)任一端具有凸缘(50；51)，且这些凸缘(50；51)的间距大于轴向孔(19)的长度。

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