CN1763321A - 用于活塞式冲洗阀的活塞导筒 - Google Patents

Abstract

一种包括阀体的冲洗阀，该阀体具有入口和出口以及位于入口和出口之间的阀座。该阀座在入口和出口之间限定了一个开口。一个盖连接到该阀体。一活塞与该阀座可配合并且在该阀体和盖内可运动到由形成在该阀体或盖中的止块所能容许的程度。该活塞包括贯穿阀座的开口和阀座的下游而延伸的导向部分。该导向部分具有凸缘和裙部。凸缘和裙部的轴向长度均大于活塞的有效行程，从而流过阀座开口的流量始终由裙部和凸缘限定。

Description

用于活塞式冲洗阀的活塞导筒

相关申请的交叉引用

本申请是序列号为No.10/691,990，申请日为2003年10月23日以及序列号为No.10/691,991，申请日为2003年10月23日的美国申请的连续申请的一部分。

技术领域

本发明涉及一种用于活塞式冲洗阀的导筒构造，美国专利5,881,993和4,261,545，连同其它专利一起，都由Sloan Valve公司拥有，它们示出了用于冲洗厕所和小便池的活塞操作的冲洗阀。在每一个这些专利中，活塞具有依靠在冲洗阀盖内壁上的外部密封。本发明添加了具有一放大裙部的活塞，该裙部减少了流过阀的环形面积的水的流量。

发明内容

本发明涉及一种主要是用在小便池方面的活塞操作的冲洗阀，更特别地，本发明涉及活塞形态的改进，该活塞具有用于控制将水输送到管道夹具的导筒构造。在冲水厕所中，目前的标准是每次冲洗用水1.6加仑。由于冲水厕所在冲洗的开始需要较大的冲击，因此所需的流量为每分钟约50加仑。目前小便池预期的用水量为每次冲洗约0.5至1.0加仑。但是，由于小便池既不需要较高的初始流量也不像冲水厕所那样需要再注入，因此用于小便池的流量可以为每分钟约5至10加仑，并且流量剖面可以更均匀。

本发明的主要目的是一种用于上述的活塞式冲洗阀，其中活塞具有减少流过阀门流量的导筒构造。

本发明的另一目的是所述的冲洗阀，它具有一个能同时减少流量和使流量剖面更均匀的活塞。

本发明的另一目的是所述的冲洗阀，其中活塞的设计产生了较低的流量，该低流量反过来降低了反压的产生。

本发明的另一目的是所述的冲洗阀，其中减少的流量允许使用较大的旁通管，但仍能获得适合于小便池的较低流量。

本发明的另一目的是提供所述的冲洗阀，其中活塞的设计降低了紊流并可防止水冲击到安全阀杆上，这反过来降低了冲洗体积的变化。

本发明的另一目的是所述的冲洗阀，它包括裙部和凸缘的组合，该组合减少了穿过导筒和主阀座的流量，从而减少小冲洗体积。该凸缘用作允许裙部的直径可小于所需的直径的导筒，这允许了较大碎屑的通过。这还减小了碎屑将会引起活塞堵塞的几率。

本发明的另一目的是所述的冲洗阀，其中活塞上的较长裙部还减少了窗口开度，从而减小了冲洗体积。

本发明的这些以及其它预期的优点，包括这些特征的组合，将从下面的描述中变得明显。但是，将要理解的是，未能实现这些预期优点中的每一个，包括那些从下面的说明书中发现的优点的装置，仍将适合于所要求的本发明。所附的权利要求，而不是这些预期的优点，限定了本发明的主题。

附图说明

图1是本发明冲洗阀的垂直断面图。

图2是放大的部分断面图，示出了冲洗阀体，内盖以及外盖之间的连接。

图3是放大的部分断面图，示出了阀体和它的水道，主阀座组件，以及活塞之间的关系，其中为了清楚起见致动器组件被移除了。

图4是内盖的侧立面图。

图5是内盖的底部平面图。

图6是沿图5中6-6线的断面图。

图7是内盖的法兰和密封的放大详细断面图。

图8是沿图5中8-8线的部分断面图。

图9是主阀座组件的顶部平面图。

图10是沿图9中10-10线的断面图。

图11是主阀座组件密封部分的放大详细断面图。

图12是主阀座组件的底部平面图。

图13是主阀座组件的部分放大的侧立面图，示出了一个锁定凸耳。

图14是主阀座的部分放大的侧立面图。

图15是主阀座组件的部分放大断面图，示出了在一个锁定凸耳上的延伸。

图16是本发明活塞的顶部平面图。

图17是活塞的侧立面图。

图18是活塞的底部平面图。

图19是沿图17中19-19线的断面图。

具体实施方式

本发明涉及例如在美国专利US 4,261,545和5,881,993中描述的那种活塞式冲洗阀的改进，该两专利都为伊利诺斯州，富兰克林帕克(Franklin Park)的Sloan Valve公司所有。该两专利的公开内容作为参考被合并于此。也为Sloan Valve公司所有的附加参考应该是由美国专利US 6,299,127作出的，其示出了一种电磁操作的冲洗阀。本发明的描述将与电磁操作有关，但是也同样适合于显示在′545和′993专利中的手动操作。′127专利公开的内容作为参考被合并于此。当显示在这里的冲洗阀被用于手动操作时，阀座和液压致动器之间的水道将被封闭。

如图1-3所示，冲洗阀包括阀体10，该阀体包括上部的内螺纹12，外盖14拧到该内螺纹上。装饰垫圈16可在阀体10和外盖14的相交处包围该两部件。阀体10具有将被连接到适当的供给水源的入口18，和将被连接到厕所或小便池的出口20。

在外盖14内部具有内盖22，该内盖在其底端具有向外延伸的法兰24。底切凹槽26(图2)形成在法兰24的下侧。法兰24依靠在阀体10的向内定向的突出部分28上。该突出部分具有内部的轴向表面29。密封30定位在凹槽26内以便形成用于冲洗阀体的外部密封。外盖14的底端32，其在螺纹12处被连接到阀体后，将依靠在法兰24的顶部以便将内盖22牢固地锁定在冲洗阀体上以及外盖14内的位置上。

参见图2，内盖22具有较小的半径34，该半径位于法兰24和该盖之间的接合处，并且其与外盖14的底端32上的内径36相配合，以便在该两部件之间的接合处提供应力释放。这种半径减小了法兰上的可能会使内盖的该部分破裂或者被挖去的应力。

活塞40定位在阀体10和内盖22内，该活塞被推向过滤用的主阀座组件42。主阀座组件定位在阀体10的肩部44上的入口和出口之间。肩部44具有径向的端环槽脊和圆柱形的内部密封壁45。活塞40将被压力室46内的水偏压向主阀座组件42。水从入口18处穿过活塞40侧壁中的再注入孔48进入室46。再注入孔由O-形圈50覆盖。这些结构的细节示于上面提及的专利4,261,545中。

活塞40的内部包括阀座52，在该阀座上依靠有密封53和安全阀54。该安全阀由弹簧56推向这样一个位置，其中弹簧的底端位于安全阀54之上，而其上端靠在顶部58上。顶部58螺纹连接到活塞40的顶部。顶部58具有开口60，通过该开口提供了再注入孔48和压力室46之间的流体通道。

冲洗阀体10具有限定一开口62的圆环61，致动器组件64安装在该开口中。致动器组件将以在上面提及的专利中描述的方式影响安全阀54的移动。致动器组件64包括能够移动可往复的柱塞72的螺线管65。该柱塞通常封闭贯穿杯形物78的另一封闭端而延伸的通道74。该杯形物由套管71保持在开口62中，该套管具有与杯形物的封闭端接合的径向延伸。套管71由螺母73夹持到圆环61。杯形物78限定了一个腔室70，在该腔室内有一可往复的、流体驱动的活塞/杆组件66。弹簧68将活塞/杆组件66偏压到图1所示的正常的回缩位置。

套管71在其外表面上与圆环61的内表面密封，但是套管在其内表面上不与杯形物78密封。这允许水在套管和杯形物之间流动。因此，杯形物端部内的通道74与形成在冲洗阀体内的液压旁通管76是流体连通的。正如下文的描述，旁通管76接收来自入口18并流过过滤用的主阀座组件42的水。在正常状态下，水将在杯形物78的外部和套管71的内部之间渗漏并将直接被引导到临近的通道74。当螺线管65被触发后，它将牵引它的柱塞72使其远离通道74。已经输送到杯形物78的水将流过通道74，并引起活塞/杆组件66逆向弹簧68的力运动并使安全阀54倾斜。安全阀的倾斜将室46内的压力排出到出口20。作用在活塞40上的入口18处的水压随后不再与室46内的压力平衡，因此入口压力将引起活塞上升而离开主阀座组件42。这提供了入口18和出口20之间的不间断的流体路径。当水流过再注入孔48时，室46内的压力被再次建立起来，该压力将逐渐使活塞返回到主阀座组件上，从而再次接通了阀门。所描述的操作，在上面提及的由Sloan Valve公司所有的美国专利中更全面地公开了。

内盖22更明确地显示在图4-8中。该内盖包括前述的向外延伸的法兰24，在该法兰下面有多个从圆周壁84向外延伸的轴向凸缘82。该凸缘82与向内定向的突出部分28的轴向表面29相配合以便将盖22集中在阀体10内。这反过来集中了内盖的内壁，其附带的密封效益将在下文描述。

正如所示出的，内盖的顶部86为圆盖形，这提供了抵抗室46内压力的额外强度。在圆顶86的中心处有一向外延伸的环88，如图1所示，该环与外盖14的内侧相接触。在环88的顶部和外盖的内表面之间有一受控制的间隙，用于确保最大的夹持负载直接施加到向内定向的突出部分28处的密封30。当压力增加到足够量时，高于100psi，内盖将膨胀从而接触外盖，这将限制其进一步膨胀。

内盖顶部86的内表面具有一向下延伸的环形凸起90。该凸起用作限制活塞40向上运动的止块。活塞40上的止块58在操作过程中将向上移动，但是活塞的向上运动将被突起90限制。活塞的冲程帮助确定持续时间，在这期间，冲洗阀将在入口和出口之间提供流体连接。图5和图8特别地示出了，凸起90由多个径向肋92来加强。

图2更好的示出了，活塞40具有密封94，该密封由活塞支承并且其依靠在内盖22的内壁96上。该密封建立了压力室46。当活塞在冲洗阀的操作过程中在开启位置和关闭位置之间运动时，该密封将逆向内壁96移动。

所描述的以及显示在这里的内盖的一个优点是它隔离外盖以使其不与水接触，从而允许外盖由不那么昂贵的材料来制造。而且，凸缘82改善了活塞和活塞密封在冲洗阀体内的对准，从而改善了阀的可靠性。附加的优点是阀体10和盖之间的密封可通过替换内盖而被容易地更新。

优选的是，内盖壁96的内表面具有一定程度的纹理。该表面不应太光滑，以致于该活塞的唇形密封将不规律地阻塞和作用，同时它也不应太粗糙，以致于不能在活塞和内盖之间提供完全的密封。优选的是，内盖上的光洁度具有的表面光洁度范围在约8微英寸至约32微英寸。

图3和图9-15详细示出了过滤用的主阀座组件42。该主阀座组件定位在入口18和出口20之间。它的主要功能是与活塞40形成半动态的封闭密封，与阀体形成静态密封，在它的操作过程中引导活塞，以及过滤进入到旁通管76中的进入水以用于水力地帮助致动器组件。主阀座组件42具有两个主要部件，主阀座过滤器98和密封表面100。优选地，密封表面100直接浇铸在主阀座过滤器98上的适当位置。密封表面100与活塞的径向表面102(图3)可配合，以便在活塞40和主阀座组件42之间形成半动态密封。活塞还具有裙部101，其将活塞集中在主过滤器阀座中。

主阀座过滤器98由比制成密封表面100的材料相对坚硬一些的材料制成。仅仅是作为示例，该主阀座过滤器可由填充有30％的玻璃的聚丙烯制成，而密封表面可由合成橡胶制成，例如Advanced EIastomerSystems售卖的，商标为Santoprene的那种材料。可以理解，其它合适的材料也可被使用。

主阀座过滤器98包括限定了中心开口105的环形圈部分103。该主阀座过滤器还具有位于底部的从圈103向下延伸的圆柱形部分106。位于圆柱形部分106底部的底切凹口107(图10和14)接收O-形圈104(图3)，该O-形圈与阀体肩部44的内密封壁45形成了静态密封，从而消除了阀体内在该处的渗漏。圈103在它的圆周边具有多个直接邻接阀体部分110的V-形凹口或凹槽108(图3)。凹槽108和阀体部分110一起限定了多个小的，过滤器状的通道，这些通道汇集的总流动面积大于由触发后的柱塞72和通道74限定的流动面积。正如显示在这里的，可具有24个这样的过滤用的凹槽108，尽管其确切的数量不是本发明的基础。凹槽108可这样定位，以便当阀循环时，涌入的水将冲走任何聚集在凹槽108中的较大碎屑，并减小了过滤通道变得阻塞的可能。

主阀座过滤器98还包括多个位于圈103的底表面116上的着陆衬垫114。这些衬垫在将密封安装到阀体肩部44的端环槽脊时用作前挡块。衬垫还与阀体的部分110配合，以便在主阀座过滤器98的圈103的圆周边周围限定流动通道。该流动通道将旁通管76与入口的供给水连接起来，从而冲洗阀在螺线管被操作时可恰当地作用。

可以发现，旁通管76可位于由圈103和它的凹槽108形成的过滤器的下游，但是该旁通管位于密封104的上游。因此，入口水可穿过该过滤器和旁通管76从而到达致动器组件64，但是入口水不会避开主阀座组件而到达出口20，除非阀被有意地触发。

已经发现通过将水力旁通管76浇铸在阀体10中的合适位置处来形成该水力旁通管是有利的。这避免了在阀体的制造过程中进行二次钻孔的需要。而且，旁通管76应被这样设置以便其不与肩部44的密封壁45相交。通过使旁通管与肩部间隔开，并置于任何密封区域之外，可避免在安装过程中对主阀座组件密封圈104损坏的可能。即，因为旁通管在密封壁45的区域中并不打开，因此在安装过程中当密封圈移动超过旁通管时，它将不带有具有切割或损坏密封圈的可能的任何尖缘或毛刺。

图9-15示出了主阀座组件42的进一步细节。圈103和密封表面100具有用于这种应用的特别特制的几何尺寸。密封表面的外形与圈的外形相配合以便提供预期的性能。特别地，圈103的上表面具有位于其圆周附近的直立基石118。凹槽108形成在该基石的外边缘。基石的内边缘形成了第一轴向壁120。圈103的上表面还包括直立的凸缘122，该凸缘的横截面通常为梯形。即，该凸缘的顶部边缘不是形成了尖端，而是被略微地削平以便形成径向的顶部边缘。该凸缘具有第二轴向壁124。第一和第二轴向壁120，124一起在圈103的顶部限定了一个通道。密封表面100的大部分被设置在该通道内。重要的是，密封表面被该轴向壁限制，从而密封表面沿径向方向的变形被限制了。

密封表面100的上表面包括平底126和直立的弧形顶部128。该顶部径向地位于该平底的内部。这种剖面通过在活塞上创建一条与径向表面102相接触的线而提供了较高的初始密封应力。于是，即使是在最低的水压下，也将建立起密封。这种剖面还保持了较高的限制密封表面压缩的弹簧常数。当水压增加时，顶部128将略微地变形，这种变形增加了活塞上的密封面积。但是，由于几何尺寸的约束，密封面积将不会超过预期的限制。即使是顶部被完全地拉平，接触面积将小于先前密封的接触面积，从而保持预期的高密封应力，并且该密封将小于先前设计的那样被压缩，从而允许更连贯的冲洗。密封表面的压缩由弹性材料的机械刚度和能自由膨胀的面积所限定。能自由膨胀的面积取决于密封表面和圈103的几何尺寸。特别地，第一和第二轴向壁120，124限定了一通道，而密封的平底126位于该通道中。这些壁限定了能自由膨胀的密封表面的面积。顶部128和平底126厚度的另一优点是当其被压缩后可抵制密封表面材料得到残余变形的趋势。

仅仅是作为示例性而非限制性，具有下列近似尺寸的剖面可接受的密封表面100被制成了。第一轴向壁120的直径为约1.43英寸。该轴向壁的高度，以及因此平底126的厚度为约0.045英寸。第二轴向壁124的直径为约1.06英寸，而其高度为约0.025英寸。顶部128的曲率具有大约0.25英寸的半径。

密封表面的平底部分126被一系列升起的锁定凸耳130打断。从图15可看出，该凸耳的高度大于顶部128的高度。该凸耳的高度与平底126的直径一起，导致该凸耳妨碍了老式活塞座落在密封表面上，其中凸耳位于平底126上。老式活塞具有将与该凸耳接触的圈，并且该圈阻止这种活塞关闭阀门。这种老式活塞不被使用，是因为它们与当前的型号相比在每次冲洗中使用更多的水。但是，凸耳130将不会妨碍适当尺寸的活塞40。活塞40的径向表面102具有允许该表面装配到凸耳130的内部并与密封表面的顶部128相配合的直径。凸耳130以这样一种方式浇铸在密封表面内，以致于如果一个人试图将它们移除，有可能会导致该临界的密封表面的破坏。凸耳被形成为当活塞离开阀座时能引起最小的流量限制。凸耳中的一个具有部分地覆盖住旁通管76的延伸132。这种延伸迫使水通过V-形凹口或凹槽108而被过滤。

将会注意到，所述结构提供了活塞的动态密封94与内盖的内壁96的精确对准。这种对准最终取决于轴向密封壁45和突出部分28的轴向表面29的同轴。这些表面在阀体的制造过程中被仔细地控制以使它们同轴。主阀座组件42的底部圆柱形部分106随后将装配到壁45的内部并确保开口105的对准。活塞裙部101将活塞引导至开口105中以便精确地定位密封94。类似地，盖上的中心凸缘82将装配到突出部分28的轴向表面的内部，以便精确地定位内盖22的内壁96。

图16-19示出了活塞40。该活塞的导向部分位于径向表面102之下。该导向部分包括裙部101和多个等间距的凸缘134。在该情形中有五个这种凸缘，但是它们的数量可以是五之外的其它数目。该凸缘的外径是这样的，以致于该凸缘沿着引导方向正好装配在主阀座组件42内的开口105的内部。可从图18更好的看出，裙部101的外径小于该凸缘外表面的外径。因此，该裙部的外表面与开口105间隔开，以便在阀门开启时限定了多个主水流通道。这些通道在图1，18和19中显示为136。用作示例，裙部的外径可以是约0.886英寸，而凸缘的外径限定了一个直径为约0.980英寸的圆。因此，裙部占据了贯穿阀座的开口中可利用间隙的大约90％。

凸缘和裙部具有足够的轴向长度，以便确保它们都不会从主阀座组件的开口105中退出。换句话说，开口105的底部至裙部和凸缘的底部的距离大于活塞的有效行程。虽然在该实施例中，裙部轴向延伸的程度与凸缘的程度相同，但是也可以不是这样的。重要的是，裙部和凸缘的长度是这样的，以致于活塞的有效行程可从开口退出，但裙部和凸缘却不从开口退出。这与美国专利US 5,881,993中的活塞相区别，在该专利中的活塞具有较短的裙部长度，因此裙部从阀座的开口退出，从而在阀门开启循环的初始阶段提供了几乎完全开启的流动路径。尽管当该冲洗阀被用在冲水厕所时这是合乎需要的，但是对于用在小便池上的冲洗阀来说，这不是必需的。在本发明中，流动路径是恒定的并且不大于在相对狭窄的集流通道136中呈现的流动路径。这在整个冲洗循环中将流量调节为均匀的。相对长的裙部也具有在流过阀门的过程中降低紊流的优点。这反过来防止了水对安全阀杆的冲击，这确保了安全阀杆适当地复位并允许室46内的压力被及时地重新建立起来。

尽管本发明的优选形式在这里已被示出并描述了，但是应该理解，其可具有多种修改、替换和改变。例如，如果传统的，手动操作的手柄可被安装以替换电磁操作的致动器64，旁通管76可被堵塞。而且，尽管本发明已在低消耗的小便池冲洗阀的使用方面作出了描述，其中冲洗阀取决于所需的水量，但是它也可被用在冲水厕所中。

Claims (8)

1、一种冲洗阀，包括：具有入口和出口的阀体；位于入口和出口之间的阀体内的阀座，该阀座限定了一开口；一连接到该阀体的盖；在该阀体和盖内可运动的活塞；活塞，阀体和盖限定了一压力室；一外部密封，其由该活塞支承并在活塞的运动过程中依靠在盖的内壁上；一位于活塞中的再注入孔，其连接压力室和入口，压力室内的压力保持活塞闭合在主阀座组件上，一位于活塞内的安全阀，用于将压力室排放到出口；以及一安装在阀体内的致动器，并且其可选择地与安全阀相配合以便放空压力室，从而导致活塞运动而远离阀座并开启从入口到出口的流动，盖和阀体中的一个具有一可与活塞相配合的止块，用于限制活塞的向上运动至一预定的活塞行程，该活塞具有一穿过阀座的开口而向下延伸的导向部分，该导向部分具有多个向外延伸的轴向凸缘，这些凸缘的外表面与阀座内的开口径向地对准，凸缘之间的活塞面积由一裙部封闭，凸缘和裙部的轴向延伸均大于所述预定的活塞行程。

2、如权利要求1所述的冲洗阀，其特征在于凸缘和裙部具有相同的轴向延伸。

3、如权利要求1所述的冲洗阀，其特征在于凸缘等间隔地位于导向部分的周围。

4、如权利要求1所述的冲洗阀，其特征在于具有五个凸缘。

5、如权利要求1所述的冲洗阀，其特征在于裙部的外径为凸缘外径的约90％。

6、如权利要求1所述的冲洗阀，其特征在于止块由盖的内表面上的凸起形成，该凸起可与活塞配合以便限制活塞的向上运动。

7、如权利要求6所述的冲洗阀，其特征在于盖包括内盖，该内盖包括一顶部，该顶部包括从顶部向外盖延伸的圈。

8、如权利要求7所述的冲洗阀，其特征在于内盖的内表面还包括多个加强肋。

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