CN1643257A - 用于诸如泵和压缩机之类的往复式机械的阀装置 - Google Patents

Abstract

一种用于往复式机械的阀装置，其中该装置(1)包括一入口阀(18)以及一出口阀(19)，每个阀(18)、(19)均为一弹簧支撑的单向阀，当该流动方向的压力差提供的力超过该弹簧压力时，该阀打开实现流通，其中该阀(18，19)安装在一壳体(8)中，该壳体形成或连接到往复式发动机(2)的该汽缸盖。该入口阀(18)和该出口阀(19)安装在一套筒(16)中，该套筒装配在该壳体(8)中的孔(9)中，并且其中流体从该壳体(8)中的一入口(11)流至该套筒(16)，并通过该入口阀(18)进入该套筒(16)，并且其中该套筒(16)设置有至少一个多孔区域，其中流体通过孔(50、51)沿径向流出或流入该套筒(16)，由此，流入或流出通道(14、15)，该通道与该孔(9)垂直或近似垂直地连通。

Description

用于诸如泵和压缩机之类的往复式机械的阀装置

技术领域

本发明涉及一种用于诸如泵和压缩机之类的往复式机械的阀装置(valvearrangement)。

背景技术

典型的往复式机械或往复式发动机对于每个活塞具有一进气阀(induction valve)和一排气阀(exhaust valve)，以下称作入口阀(in-valve)和出口阀(out-valve)。通常，使用弹簧支撑的单向阀，其中弹簧通过将阀体压向阀座来关闭该阀。通过在该阀体上作用机械动作或通过在该阀体上作用该往复式发动机的工作介质的压力，而产生一与所述弹簧力相反的力，阀就会被打开而允许流动，该工作介质以下称作流体(fluid)。

如果设置了这种类型的阀，使得通过该阀的流动方向平行于该往复式发动机的汽缸轴，该阀以及附带的管道会从该往复式发动机的汽缸盖凸出相对较长的距离。因此，以这种方式安装该阀较好，使得紧靠该汽缸盖外侧，流体穿过该汽缸轴流动，如果流体平行于该汽缸轴流入/出该汽缸，该流体流动的方向必将随着阀装置而改变。这种方向上的改变导致横向流动力作用在该阀体上并且致使其偏移。该结果致使该阀体及阀座歪斜或不均匀磨损，这样导致关闭时的阀渗漏，在这种渗漏的情况下，该阀必须被更换或者该阀必须被拆开并更换该磨损部分。更换阀或磨损阀部件可能会很耗时，尤其是对于诸如往复式泵的大型往复式机械，该往复式泵用于使用在钻石油井时的钻井液。

发明内容

本发明的一个目的在于提供一种用于往复式机械的阀装置，其中该流动力几乎不会致使阀体偏移。本发明的又一目的在于简化更换阀的工作。

这些目的将通过以下给出的描述中和所附权利要求书中的特征而实现。

根据本发明，两个弹簧支撑的单向阀，即一入口阀和一出口阀，以隔开的方式安装在管形套筒上，这样，两个阀的流动的轴向方向一致。该入口阀设置在该套筒的第一端，其形成该套筒的入口端，该出口阀设置在该套筒的第二端(出口端)。

该阀将该套筒分成三个室，一入口室，位于该套筒的该第一端与该入口阀的阀座之间；一工作室，位于该入口阀的阀座与该出口阀的阀座之间；以及一出口室，位于该出口阀的阀座与该套筒的该第二端之间。

在该工作室，该套筒壁具有一第一多孔区域，该区域具有通孔，用于该流体径向流入/流出该套筒。同样在该出口室，该套筒壁具有一第二多孔区域，以允许流体沿径向流出该套筒。

带有这些阀的该套筒被设计为安装在一往复式发动机的汽缸盖的孔中或，或连接于一汽缸盖或形成汽缸盖一部分的壳体上。位于该套筒的两端的外部的环形密封垫以及类似的中间密封垫在该套筒与该孔之间限定了两个环部，在密封面之间的该孔的直径被扩大，所述密封垫与该密封面配合提供密封。因此，在该套筒的该第一端的密封垫与所述中间密封垫之间就限定了工作环部(work annulus)。类似的，在该套筒的该第二端的密封垫与该中间密封垫之间限定了出口环部(outlet annulus)。优选地，该套筒在该密封垫之间具有一较小的外径，这样将便于安装和卸下该套筒。这也有助于增加该环部的横截面。

该壳体(或该汽缸盖)中的第一通道构成流体的入口并且延伸至该孔的该第一端，即，当该套筒安装入该孔中时，延伸至该套筒的该入口端。优选地，该通道与该套筒和该孔同轴。该壳体中的第二通道构成一工作通道并且将所述第一环部，该工作环部，连接到该往复式发动机的该汽缸。该工作通道与该孔的纵轴完全正交或近似正交。该壳体中的第三通道形成用于流体从该第二环部(该出口环部)流出的出口。该出口与该孔的该纵轴完全正交或近似正交。这样，该工作通道以及该出口相对于该孔径向设置，并且该工作通道及该出口具有不同的径向方向。

该工作环部相对于该孔的轴偏心设置，该套筒与该工作环部的该外围之间的距离在该工作通道端部为最大，而在该工作通道的径向相对侧为最小。

该出口环部相对于该孔的轴显示出相应的偏心。该套筒与该出口环部的外围之间的距离在该出口与该工作通道的连接处为最大，而在该出口的径向相对侧为最小。

通过该孔的第二端插入到该孔中而将该套筒安装到该孔，直到该套筒接触到该孔中的台阶或位于该孔第一端的底端，由此该孔的第二段由一盖密封。该盖可具有支座，该支座凸入该孔中并压迫该套筒的该第二端，以将该套筒固定保持在该孔中。

流体在该套筒的该工作室与该外部的工作环部之间径向流动。该流体的流动均匀分布，这样不会产生可能移动该入口阀的阀体的横向力。类似的，流体以径向并均匀分布的方式流出该出口室至该出口环部。

通过所述的装置，往复式发动机的该阀能够通过拆开该盖子而被轻易的更换，拔出带有阀的该套筒，安装一新的具有阀的套筒，最后装配该盖。这也便于在该往复式发动机外的测试装置中测试阀，用于设置压力和密封效果，这时该套筒可被安排的壳体的孔中，在该壳体中该入口和该工作通道连接至一压力源。

当依照本发明的阀装置用于往复式发动机中，在发动机中一活塞反复执行动力冲程的吸入冲程，流体将在该吸入冲程沿该壳体入口流至该套筒的该第一端，通过该入口阀流入该套筒并且沿径向流出该壳体至该工作通道并至该往复式发动机的该汽缸中。在随后的动力冲程中，流体从该汽缸流经该工作通道至该工作环部，并随后径向穿过该套筒的该第一多孔区域并且进入该套筒，由此该流体随后继续轴向通过该出口阀并随后通过该第二多孔区域中的该出口沿径向流出该套筒至该出口环部，从该出口环部流至该出口。

附图说明

本发明将通过一实施例的方式进行更详尽的描述，并同时参考附图，其中：

图1是其上安装有阀装置的往复式发动机的局部侧面剖视图；

图2是在该阀装置中的套筒的侧面剖视图，以及一支撑环，一具有阀座的入口阀和一具有阀座的出口阀的侧面剖视图；

图2A是图2中该套筒的两个横截面图；

图3是该阀装置壳体的侧面剖面图；

图4是图3中该壳体的横截面图；

图5是图3中该壳体的又一横截面图；以及

图6是用于该壳体的一盖的侧面视图。

具体实施方式

在图1中，标记1表示安装在活塞泵2上的阀装置，并且该阀装置连接在该活塞泵的该汽缸3上，其中一往复式活塞4以已知的方式安装。一装配板5形成了该汽缸3上的一凸缘6的扩展。通过使用螺杆7，该装配板5与该阀装置1均连接于该凸缘6，并由此连接于汽缸3。

该阀装置1包括一壳体8，其中，开口于该壳体8的一端10的孔9终止于该壳体8中，并且与开口于在壳体8的另一端，即相对端的一出口11相连接。盖13设计为覆盖位于该壳体8的该第一端10的该孔9。

在该壳体8中的工作通道14形成了该汽缸3的扩展，以使该汽缸与该孔9连通。从该孔引出到该壳体8之外的一出口15在图1中用虚线表示。该入口11与该出口15被设计为与管路系统(未显示)连接，分别用于引入和流出流体。

在该孔9中，设置有一套筒16，其第一端置于一支撑环17上，而该支撑环置于该孔9的底端。一入口阀18安装在该套筒16的第一端，以及一出口阀19安装在该套筒16的该第二端。该入口阀18与该出口阀19均为弹簧支撑的单向阀，并且这些阀被安装为使得沿该套筒16的该第一端至该套筒16的该第二端的方向上，作用有预定的压力差时打开。

参考图2，其示出了壳体8、套筒16、支撑环17、入口阀18和出口阀19等组件的待装配图。也请参考图3，其示出了壳体8。

该套筒16通常为具有圆形横截面的管形并具有数个凸肩，用于形成为该入口阀18与该出口阀19的部件，这些部件是公知的。

该入口阀18包括阀座20，阀体21，该阀体被设计为在阀导承22中移动。该阀体21配备有一密封件23。一阀弹簧24，作用于该阀体21与该阀导承22之间，被设计为将具有该密封件23的该阀体21压向该阀座20。该阀座20被设计为以一公知的方式容纳该阀体21上的中心销25，这样，起到对该阀体21的导向作用。

类似地，该出口阀19包括一阀座26以及一阀体27，该阀体27被设计为在一阀导承28中移动。该阀体27装备有一密封件29。一阀弹簧30，作用于该阀体27与该阀导承28之间，被设计为将具有该密封件29的该阀体27压向该阀座26。该阀座26被设计为以一公知的方式容纳该阀体27上的中心销31，这样，起到对该阀体27的导向作用。

大约在该套筒16的第一端32与第二端33之间的中段，设置有一内肩部34，在其上，一第一环形支座面(abutment surface)35位于该肩部34的一侧，面向该套筒16的第一端32；以及一第二支座面36位于该肩部34的相对侧，面向该套筒16的该第二端33。

该第一支座面35被设计为支撑该入口阀18的该阀导承22。该第二支座面36被设计为支撑该出口阀19的该阀座26，该阀座被设计为具有一外凸缘37，其放置在该第二支座面36上。

该套筒16中的一第三环形支座面38被设计为支撑该入口阀18的该阀座20。该第三支座面38与该第一支座面35面向相同的方向，并且位于该第一支座面35与该套筒16的该第一端32之间。

在该套筒16的该第一端32与该套筒16的该第三支座面38之间，该套筒16形成有一圆柱部分，其设计为容纳该入口阀18的该阀座20，并且，该圆柱部分的壁构成用于第一环形密封垫40的密封面，第一该环形密封垫40设置在该阀座20的外周面中的一凹槽中。

靠近该第三支座面38，在该套筒16的该第二端33与该肩部34之间具有一第二内圆柱部分41，其设计为容纳该出口阀19的该阀座26，并且该圆柱部分的壁构成用于第二环形密封垫42的密封面；该第二环形密封垫42设置在该阀座26的外周面中的一凹槽中。

在该套筒16的第二端33设置有第三内置圆柱部分43，该圆柱部分43被设计为容纳从该盖13凸出的一圆柱端44，并且该圆柱部分的壁构成了用于一环形的第三密封垫45的密封面，该第三密封垫45装配在该圆柱端44的一凹槽中。图6中示出了具有密封垫45的盖13。

靠近该第一支座面35的一第四内置圆柱部分46被设计为对该入口阀18的该阀导承22进行中心定位。

与用于该盖13的该第三圆柱部分43相邻的第五内圆柱部分47被设计为对该出口阀19的该阀导承28进行中心定位。

该套筒16的该第一支座面35与该第三支座面38之间的区域形成一第一套筒室48，在此，该套筒16的壁钻有一第一组孔50。该套筒16的该第二与第三圆柱部分41，43之间的区域形成一第二套筒室49，在此，该套筒16的壁钻有一第二组孔51。图2A示出了在该第一和第二套筒室48、49处该套筒16的该打孔壁的截面图。

参考图1与图2。第四环形密封垫52设置在套筒16的一外部凹槽53中。第五环形密封垫54设置在套筒16上、位于该第一组孔50与该第二组孔51之间的区域的一外部凹槽55中。第六环形密封垫56设置在该套筒16上、位于其该第二端区域中的一外部凹槽57中。

图3示出了该壳体8的穿过轴58、孔9的截面图。该孔9由具有不同横截面的区域组成。在底部，该孔9设置有一第一圆柱孔部分59，定位于相应于该轴58的中心，并且该孔9的壁形成了用于该套筒16的第一端处的密封垫52的密封面。见图2。

相对于该轴58偏心设置有第二圆柱孔部分60，并且该孔部分60朝向该工作通道14偏移，该工作通道终止于在该孔部分60。

相对于该轴58同心设置有第三圆柱孔部分61，并且该孔9的壁形成了用于该套筒16的密封垫54的密封面。见图2。

相对于该轴58偏心设置有第四圆柱孔部分62，并且该孔部分62朝向该出口15偏移，该出口15终止于在该孔部分62中。

相对于该轴58同心设置有第五圆柱孔部分63，其位于该孔9的该自由端，并且该孔的壁形成了用于该套筒16的密封垫56的密封面。见图2。

图4显示该壳体8沿图3中标记字母A的平面的横截面图，以及图5显示沿图3中标记字母B的平面的横截面图。该壳体8设置有螺纹孔64，用于通过螺杆7，该将该壳体8固定于该汽缸3以及固定于该装配板5。另外，该壳体8设置有螺纹孔65，用于连接一入口管(未显示)至该壳体8，这样，允许所述的入口管连通于该入口11。类似地，该壳体8设置有螺纹孔(未显示)，用于连接一出口管(未显示)至该壳体8，以允许所述的出口管连通于该出口15。在该孔9的自由端，该壳体8设置有螺纹孔65，用于通过螺杆66固定盖13。

为了简化将套筒16安装在孔9中的操作，并且有助于避免破坏该密封垫与密封面，该孔9的该第一圆柱部分59具有比孔9的该第三圆柱部分61更小的直径，而该第三圆柱部分具有比该孔9的该第五圆柱部分63更小的直径。

该支撑环17以及带有该阀18、19的套筒16装配到孔9中，如图1所示，并且盖13装配在该壳体8上，覆盖该孔9的该自由端。该盖13上的该圆柱端伸入该孔9中及该套筒16中，并与该出口阀19的该阀导承28以及该套筒16的该第二端33接触。这样，该盖13将该套筒16压向该支撑环17，该支撑环17位于在该孔9的底端。该入口阀18的阀座20由此被压向该阀体21，由此压紧该弹簧24。同时，该盖13迫使该出口阀19的该阀导承28进入该套筒16，这样该阀弹簧30压紧于该阀体27。

当带有该入口阀18与该出口阀19的该阀16安装在该壳体8中的该孔9中时，如图1所示，该偏心定位的孔部分60、62形成该套筒16外的偏心环部。该环部的最大横截面分别位于面向该工作通道14的一侧和面向该出口15的一侧，并且最小的横截面位于所述通道的径向相对侧。

当该活塞泵2工作时，该入口的流体经过该阀装置1以及该汽缸3被传送至该出口15，该流体在该出口15以比该入口11高的压力传输。该活塞4的该吸入冲程降低了该汽缸3中的压力以及由此也降低了该第一套筒室48中的压力，以允许该入口阀18的阀体21两端的压力差可以克服该阀弹簧24的压力，并且推动该阀体21远离该阀座20。该出口阀19关闭。流体从该入口阀流过该阀座20，进入该第一套筒室48并随后通过该孔51径向流出该套筒室48至该汽缸3中。

当该活塞4随后执行一动力冲程时，该入口阀18关闭且该汽缸3中的该液压增大，直到该出口阀19的阀体27两端的压力差可以克服该阀弹簧30的压力，就可推动该阀体27远离该阀座26并打开该出口阀19。流体从该汽缸3通过该孔50径向流入该第一套筒室48，穿过该出口阀19的该阀座26进入到该第二套筒室49，并且通过该孔51径向流出该第二套筒室至该出口15。

该活塞4往复运动后，该壳体8和该套筒16受到可变压力以及可变负载的作用。

因此可以说，该活塞4进行该动力冲程时，该套筒16受到相对于一第一环形区域的一第一轴向力，该第一环形区域由该第一密封垫40和该第四密封垫52的密封面的直径限定；以及受到相对于一第二环形区域的一反向的第二轴向力，该第二环形区域由该第三密封垫45和该第六密封垫56的密封面的直径限定。该套筒16由此受到所述环形区域间的轴向拉伸力。可以选择适当的尺寸(dimension)以使得该净力，即该第一轴向力与该第二轴向力的数值差，将该套筒16的该第一端32推向该支撑环17。位于该套筒16的该第一端32的区域受到对应于所述净力的一压缩力的作用。

当该活塞4进行吸入冲程时，该第二密封垫42与该第三/六密封垫45，56之间的区域受到该泵2的操作压力。当与该出口阀19的该阀体27之间的作用力由该套筒16接收时，该第二密封垫42与该第三密封垫45之间的区域受到拉力。该第二密封垫42与该套筒16的该第一端32之间的区域受到压缩力，该压缩力由该工作压力和位于该第二密封垫42的该密封面处的该孔9的直径确定。

该第二和第三密封垫42，45之间的区域并因此受到一变化的拉伸力的作用。该第一和第二密封垫40，42之间的区域受到拉伸力和压缩力的交替作用。该第一密封垫40与该套筒16的该第一端32之间的区域受到一变化的压缩力。本领域的技术人员可基于此，而能够设计该壳体8、该支撑环8以及该套筒16的尺寸以承受该可变负载。

Claims (2)

1、一种用于往复式机械的阀装置，其中该装置(1)包括一入口阀(18)以及一出口阀(19)，每个阀(18)、(19)均为一弹簧支撑的单向阀，其设计为当流动方向的压力差提供的力超过该弹簧压力时，该阀打开实现流通，其中该阀(18，19)安装在一壳体(8)中，该壳体形成在或连接到往复式发动机(2)的汽缸盖上，

其特征在于该入口阀(18)和该出口阀(19)安装在一套筒(16)中，该套筒设计为装配在该壳体(8)中一孔(9)中，并且其中流体从该壳体(8)中的一入口(11)流入该套筒(16)，并通过该入口阀(18)流入该套筒(16)，并且其中该套筒(16)设置有至少一个多孔区域，其中流体通过孔(50、51)径向流出或流入该套筒(16)，由此流入或流出一通道(14、15)，该通道与该孔(9)垂直或近似垂直地相连通。

2、如权利要求1所述的装置，其特征在于该孔(9)设置有至少一个偏心定位的圆柱部分(60，62)，其直径比该套筒(16)的、与该圆柱部分相邻的部分的直径大，并且该偏心定位的部分(60，62)与所述通道(14，15)连通。

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