CN1818438B

CN1818438B - 可调流速阀

Info

Publication number: CN1818438B
Application number: CN2006100033208A
Authority: CN
Inventors: 迈克·C·桑蒂那那维特; 马克·H·斯塔克; 赖安·D·延森; 唐纳德·L·布莱辛
Original assignee: Emerson Electric Co
Current assignee: Emerson Electric Co
Priority date: 2005-02-02
Filing date: 2006-02-05
Publication date: 2011-03-30
Anticipated expiration: 2026-02-05
Also published as: US7296595B2; US20060197043A1; CN1818438A

Abstract

本发明提供了用于利用第一开启位置和第二开启位置控制流体流速的流量阀。所提供的包括入口、出口和位于它们之间的通道的流量阀的各个实施例包括枢轴地布置于该通道内的节流元件，该节流元件可在第一位置和至少一个第二位置之间运动，在该第一位置，经过该通道的流体流动实质上不受该节流元件影响，在该第二位置，经过该通道的流体流动实质上被该节流元件降低。本发明进一步提供了可调挡块，用于可调地限制该节流元件的运动，以形成节流元件的该第二位置。本发明还提供了可运动的操作件，用于使该节流元件在该第一位置和第二位置之间运动。

Description

可调流速阀

相关申请的交叉参考

本申请要求于2005年2月2日递交的美国临时申请No.60/649,628的优先权，其公开通过参考合并在本文中。

技术领域

本发明涉及流体流量控制阀，更详细地说，涉及经过阀的流体在高流速和降低的流速之间的流量控制。

背景技术

节流阀典型地通过形成第一开启状态和第二开启状态而提供流体流速控制，其中在第二开启状态下，使用限流孔为经过该节流阀的流体流量提供较高阻力。这种节流阀通常利用经过第一阀开口的第一流径，以及在第一阀开口关闭时经过形成了受限流速的限流孔的第二流径。但是，尽管第二受限开启状态为流量制造了较高的阻力，以便提供经过该阀的所需的降低的流速，但是第一开启状态仍为经过阀的流量制造了较低的阻力，使得第一开启状态仍影响经过节流阀的流体流量。

发明内容

本发明涉及利用第一开启位置和第二开启位置控制流体流速的流量阀。根据本发明的一个实施例，所提供的包括入口、出口和位于它们之间的通道的流量阀的各个实施例都包括枢轴地布置于该通道内的节流元件。该节流元件可在第一位置和第二位置之间枢轴运动，在该第一位置，经过该通道的流体流量实质上不受该节流元件影响，在该第二位置，经过该通道的流体流量实质上被该节流元件降低。进一步提供可调挡块，用于可调地限制该节流元件的运动，以形成该节流元件的第二位置。流量阀的各个实施例进一步包括能使该节流元件在该第一位置和至少一个第二位置之间运动的可运动的操作件。还可提供用于偏压该节流元件的弹簧。

根据本发明的另一方面，一些实施例提供了与气体阀相结合的流量阀，以形成经过与该气体阀相结合的该流量阀的第一流体流速和第二流体流速。在这些实施例中，具有入口、出口和位于它们之间的通道的流量阀包括枢轴地布置于该通道内的节流元件，其中该节流元件可在第一位置和至少一个第二位置之间运动。该第一位置形成了实质上不受该节流元件影响的经过该通道的第一流体流速，而该第二位置形成了被该节流元件实质上降低的经过该通道的第二流体流速。进一步提供了可调挡块，用于可调地限制该节流元件的运动，以形成该节流元件的第二位置。该流量阀进一步包括能使该节流元件在该第一位置和至少一个第二位置之间运动的可运动的操作件。还可提供用于偏压该节流元件的弹簧。因此，一些实施例提供了与气体阀相结合的流量阀，其中该流量阀的入口与该气体阀的出口连接，以便经过该气体阀和流量阀的流体流量可被控制，从而提供至少两种流速。

通过下文提供的详述，本发明在更大范围的应用将变得清晰。应理解，尽管详述和特定示例说明了本发明的优选实施例，但是它们都仅仅用于展示本发明，而非用于限制本发明的范围。

附图说明

从下面的详细描述和附图将使得本发明变得更加易于理解，在附图中：

图1是根据本发明原理的流量阀的一个实施例的侧视截面图；

图2是根据本发明原理的流量阀的第二实施例的侧视截面图；

图3A是根据本发明原理的流量阀的第三实施例的侧视截面图；

图3B是流量阀的第三实施例的透视截面图；

图4是根据本发明原理的与气体阀相结合的流量阀的第四实施例的侧视图；

图5是根据本发明原理的流量阀的第五实施例的侧视截面图。

在各图中，相应参考标号指代相应部件。

具体实施方式

以下叙述在本质上仅为示例性的，并非用于限制当前的公开、应用或者使用。

根据本发明原理的流量阀的一个实施例概括地显示为图1中的120。流量阀120具有入口122、出口124以及位于它们之间的通道126。流量阀120进一步包括枢轴地布置于通道126内的节流元件128，节流元件128可在第一位置和第二位置之间运动，在该第一位置，经过通道的流体流量实质上不受该节流元件影响，在该第二位置，经过通道的流体流量实质上被节流元件降低。

在图1所示流量阀的实施例中，提供了用于接合节流元件128的螺线管130，其中，螺线管130在被操作时允许节流元件128运动到图1中虚线所示的第二位置。当螺线管未被操作或者未被激励时，螺线管操作件或者轴130与节流元件128相接合，以形成节流元件128的第一位置。具体地说，流量阀120包括用于在螺线管未被操作时为螺线管操作件130设置行程限制的挡块132。当接触到挡块132时，螺线管操作件130与节流元件128相接合，以形成节流元件128的第一位置。能够使用弹簧134向位于第一位置的螺线管操作件130偏压节流元件128。在本实施例中，弹簧134是配置为与节流元件128固定连接的扭簧，并与流量阀120的内表面相接触，以使节流元件朝螺线管轴130偏压。当然，除扭簧134之外，也可提供诸如片簧之类的一些其它偏压装置。流量阀120包括第二弹簧136，其用于在螺线管未被操作时使螺线管轴130回复到与挡块132和节流元件128相接合的位置，以便形成节流元件的第一位置。因此，流量阀120提供了保持在通常与经过阀的通道126相平行的第一位置的节流元件，以便当阀位于第一开启位置时，经过阀的第一流速实质上不受影响。

当线圈138通电时，螺线管轴130在朝着气隙140和铁心142的方向被操作或移动。当被操作时，由于运动到接触铁心142的第二位置，螺线管轴130挤压弹簧136，同时螺线管轴130的运动允许节流元件128围绕旋转销144朝着图1中虚线所示的位置旋转。由于螺线管轴移动，扭簧134将节流元件128偏压向螺线管轴130，从而允许节流元件由于螺线管被操作而枢轴运动。当螺线管被激励时，螺线管轴朝着铁心142向上运动，且扭簧134使得节流元件128旋转以跟随轴130，从而形成节流元件128的可调第二位置。因此，当节流元件128位于第二开启位置时，将产生经过阀的实质上更低的第二流速。

在流量阀120第一实施例的可替代结构中，流量阀进一步包括挡块146，用于限制节流元件128的旋转，以形成第二位置。当螺线管130被操作时，螺线管轴130朝着铁心142向上运动。由于螺线管轴向上运动，扭簧134将节流元件128偏压向螺线管轴130，从而允许节流元件由于螺线管被操作而枢轴运动。可调挡块146用于可调地限制节流元件128的运动，以便形成节流元件128的可调第二位置。在可替代结构中，可调挡块146是可调节以改变节流元件128的最大旋转量的螺钉。如有需要，螺钉146可被调节，以使节流元件128的第二位置发生变化，从而改变对经过阀的流体流量的限制量。

当第一流量阀实施例的螺线管未被操作时，挡块132设置了当螺线管130未被操作时针对螺线管轴的行程限制。当接触到挡块132时，螺线管轴130与节流元件128相接合，以便形成节流元件128的第一位置。弹簧134能够用于使节流元件128偏压向位于第一位置的螺线管轴130。弹簧134是配置为与节流元件128固定连接的扭簧，并与流量阀120的内表面相接触，以使节流元件偏压向螺线管轴130。流量阀120包括第二弹簧136，其用于在螺线管未被操作时将螺线管轴130偏压到与挡块132和节流元件128相接合的位置，以便形成节流元件的第一位置。流量阀120提供了保持在通常与经过阀的通道126相平行的第一位置的节流元件，以便当阀位于第一开启位置时，经过阀的第一流速实质上不受影响。因此，当节流元件位于第一位置时，气体阀(例如图4中所示的气体阀450)出射的约3.5英寸水压的流速实质上不受影响，从而提供3.5英寸水压的第一流速。可替代地，流速可实质上不受影响，以便经过阀的流速不会有可明显测量到的降低，例如0.1英寸水压。与其它为经过阀的流动制造相对小的阻力的节流阀不同，该阀无需为节流阀的较小阻力而重新调节气体阀压力设置。本实施例在最大开启位置的设计允许流量阀120与气体阀结合使用，从而使得流速实质上不受影响，并且无需重新调节气体阀的出口压力或者流速设置。

当线圈138通电时，螺线管轴130在朝着气隙140和铁心142的方向被操作或移动。当被操作时，由于运动到第二位置，螺线管轴130将弹簧136压向铁心142，同时螺线管轴130的运动允许节流元件128朝着图1中虚线所示的位置运动。由于螺线管轴运动，扭簧134将节流元件128偏压向螺线管轴130，从而允许节流元件128由于螺线管被操作而枢轴运动。如有需要，螺钉146可被调节，以使节流元件128的第二位置发生变化，以改变对经过阀的流体流量的限制量。因此，当阀120位于第二开启位置时，产生了经过阀的实质降低了的可调第二流速。当与气体阀相结合或者连接时，该第二流速可调节为提供范围从1.4英寸水压到2.9英寸水压的流速。

在本发明的第二实施例中，提供了如图2所示的流量阀220，包括入口220、出口224以及位于它们之间的通道226。与第一实施例相同，流量阀220进一步包括枢轴地布置于通道226内的节流元件228。流量阀220进一步包括螺线管轴230，其被螺线管的弹簧朝着节流元件228偏压，以使节流元件228保持在图2所示的第一开启位置。但是，在第二实施例中，螺线管轴230通常连接到节流元件228，从而使螺线管被操作时引起节流元件旋转，而无需扭簧134的偏压。螺线管轴优选地包括位于轴末端的头部，其配置为与节流元件228中的开口或者槽滑动接合，以便当轴如图2所示通过节流元件228的槽滑动时，头部可与节流元件228相接合。在第二实施例中，流量阀220虽不具有扭簧134，但是作用与第一实施例中完全相同。

在图3A和图3B所示本发明的第三实施例中，提供了包括入口322、出口324和位于它们之间的通道326的流量阀320。与第一实施例相同，流量阀320进一步包括枢轴地布置于通道326内的节流元件328。流量阀320进一步包括螺线管操作件或者轴330，其在未被操作时与节流元件328相接合，以使节流元件328保持在如图3所示的第一开启位置。在第三实施例中，位于第一开启位置的节流元件328为流体流动提供了相当大的阻力，以便提供经过流量阀320的实质上降低的第一流速。因此，当螺线管未被激励或操作时，本实施例的流量阀320通常位于第一受限流速位置。第一受限流速还可通过调节装置346调节，其通过调整节流元件328可枢轴运动到的角度来改变阻力。当螺线管330被激励时，连接到节流元件328的螺线管轴330运动，并引起节流元件328旋转到图3中虚线所示通常水平的第二开启位置。因此，本实施例的流量阀320当螺线管被操作以形成第二开启位置时提供了实质上不受影响的经过阀的第二流速。

参见图3B，第三实施例的节流元件328得到了更加详尽的显示。螺线管操作件或者轴330的末端优选地包括锥形部分和头部331。螺线管操作件330配置为被滑动地接纳在节流元件328的两个突起部分329之间的开口或者空间内。当螺线管未通电或者未被操作时，螺线管操作件330上的头部331配置为与节流元件328相接合，并使节流元件328保持在图3所示的第一受限流动位置。当螺线管通电时，头部331向上运动，并与节流元件328的突起部分329相接合，以使节流元件328枢轴运动或者旋转到通常水平的第二位置。当螺线管被操作以形成第二开启位置时，经过阀的流速实质上未受影响。

在图4所示本发明的第四实施例中，根据本发明的原理，提供了与气体阀450相结合的流量阀420，以产生经过气体阀450和流量阀420的至少两种流体流速。需要注意，流量阀420可包括这里描述的流量阀实施例的任意一种或者包括于本发明范围之内的其它实施例。在与气体阀450相结合的流量阀的实施例中，流量阀420的入口与气体阀450的出口连接。流量阀420的入口422可包括用于接纳螺纹件452的内螺纹。可替代地，如图4所示，入口包括用于直接螺纹连接到气体阀450的出口的外螺纹(如图3A和3B所示)。入口能够可替代地包括用于使阀420的入口直接装配到气体阀的出口的凸缘架。具有这种可用于与流量阀420结合的螺纹出口的气体阀的一个例子是艾默生电气公司White-Rodgers部门所生产的36G03气体阀。这种阀在转换到开启状态时可调节为具有约3.5英寸水压的单一出口流速。因此，当气体阀450位于开启状态时，与气体阀450相结合的流量阀420允许经过流量阀420和气体阀450的流体流动。此外，流量阀420在流量阀的出口处提供第一流速和至少一个实质上降低的第二流速，以提供经过气体阀450和流量阀420的结合的至少两级流动。

在第四实施例的可替代结构中，流量阀420还可用于与两级气体阀(未示出)相结合，例如艾默生电气公司White-Rodgers部门所生产的36G Gemini两级气体阀。在第四实施例的可替代结构中，流量阀420与两级气体阀的结合能够产生用于加热应用中的多级加热速率的多个流速。两级气体阀能够在位于第一开启位置时产生独立于流量阀420并且实质上不受其影响的第一流速和第二流速，以提供第一高流速和第二降低的流速。当流量阀420的螺线管430被操作以产生第二开启位置时，气体阀的第一流速和第二流速将被实质上降低，以提供第三降低的流速和第四降低的流速。因此，与两级气体阀相结合的流量阀的第四实施例提供了四个流速，其中至少有两个实质上不受流量阀420的影响。

在第四实施例的再一个可替代结构中，流量阀的螺线管操作件可包括音圈操作件来替代螺线管。音圈的移动根据施加到音圈的电压而改变，因此操作件和节流元件的移动都可通过改变施加到音圈的电压来控制。在前述公开的实施例的任一个中应用音圈都允许节流元件在位于第一位置和第二位置间的众多位置中可变地移动。

根据本发明原理的可变流速阀的第五实施例概括地显示为图5中的520。流量阀520具有入口522、出口524以及位于它们之间的通道526。流量阀520进一步包括枢轴地布置于通道526内的节流元件528，节流元件528可在第一最大开启位置和第二最小位置之间运动，在该第一最大开启位置，经过通道的流体流动实质上不受节流元件528影响，在该第二最小位置，经过通道的流体流动实质上被节流元件528降低。

在可变流速阀的该实施例中，提供了具有可运动的操作件或者轴530的移动设备532，用于与节流元件528接合。该阀可进一步包括用于使节流元件528向操作件530偏压的弹簧。本实施例中的移动设备优选为能够使操作件530伸展或者回缩到多个可变移动位置的步进电动机。当被操作时，步进电动机532完全回缩操作件530，从而允许节流元件528运动到如图5中虚线所示的第一最大“开启”位置。当操作件530被步进电动机完全伸展时，操作件530设置节流元件528的最小或者实质上限制的流动位置。这里采用弹簧来使节流元件528向操作件530偏压，这种弹簧可以是扭簧。扭簧可配置为固定连接节流元件528，并与流量阀520的内表面相接触，以使节流元件向操作件530偏压。流量阀520的节流元件包括通常与经过阀的通道526平行的第一最大位置，以便当阀位于第一开启位置时，所产生的经过阀的第一流速实质上不受影响。因此，当节流元件位于第一位置时，与流量阀520相连接的气体阀出射的流速(约为3.5英寸水)实质上不受流量阀520的影响，因此提供了约为3.5英寸水压的第一流速。可替代地，流速可实质上不受影响，以便经过阀的流速不会有可明显测量到的降低，例如0.1英寸水压。与其它为经过阀的流动制造相对低的阻力的节流阀不同，该阀无需为节流阀的较小阻力而重新调节气体阀压力设置。本实施例在最大开启位置的设计允许流量阀520与气体阀结合使用，从而使得流速实质上不受影响，并且无需重新调节气体阀的出口压力或者流速设置。

当第五实施例的步进电动机532被激励以伸展操作件时，操作件或者轴530在朝着图5中实线所示位置的方向上是可动的。可调挡块546为节流元件528的运动提供可调限制，以便设置节流元件528的可调最小位置。在该实施例中，可调挡块546优选为可调节以改变节流元件528的最大旋转量的螺钉。如有需要，螺钉546可被调整，以使节流元件528的第二位置发生变化，从而改变对经过阀的流体流动的限制量。因此，当阀位于其最小开启位置时，产生经过阀的实质上低的可调第二流速。步进电动机因此可操作，以枢轴运动地使节流元件528运动到最大位置和最小位置间的一个或者多个位置，从而改变经过阀的流体流速。当与气体阀相结合时，可调螺钉可调节为提供在从1.4英寸水压到2.9英寸水压范围内的最小流速。

在第五实施例中，可变流速阀520还可用于与气体阀(未示出)相结合，气体阀的例子例如艾默生电气公司White-Rodgers部门所生产的36G Gemini气体阀。在第五实施例中，与气体阀相结合的可变输出流速阀520能够产生用于加热应用中的多级加热速率的多个流速。

在第五实施例的一个可替代结构中，移动设备532可包括音圈操作件来替代步进电动机。音圈的移动根据施加到音圈的电压的变化而变化，因此操作件530的移动可通过改变施加到音圈532的电压来控制。同样，使用旋转螺线管操作件能够实现相同的功能。

对本发明的叙述在本质上仅是解释性的，因此，不背离本发明主旨的各种变型都应包含在本发明的范围之内。这些变型不应被认为背离本发明的精神和范围。

Claims

1.一种具有入口、出口和位于它们之间的通道的阀，该阀包括：

枢轴地布置于该通道内的节流元件，该节流元件可在第一最大开启位置和至少一个第二位置之间枢轴运动，在该第一位置，经过该通道的流体流量实质上不受该节流元件影响，在该第二位置，该节流元件抵靠可调的第一挡块，经过该通道的流体流量实质上被该节流元件降低；和

具有可运动的操作件的螺线管，该可运动的操作件被配置为移动并接合该节流元件以使该节流元件在该第一位置与该第二位置之间旋转；

第一弹簧，被配置为当该螺线管未被激励时偏压该可运动的操作件朝向第二挡块；以及

第二扭簧，被配置为当该可运动的操作件朝向经过该通道的流体流量实质上被该节流元件降低的该第二位置运动时偏压该节流元件抵靠该可运动的操作件，

其中在该螺线管未被激励时，该节流元件与该可运动的操作件相接合并位于所述第一最大开启位置，在该螺线管被激励时，该可运动的操作件使该节流元件枢轴运动到所述第二位置。

2.如权利要求1所述的阀，其中所述可调的第一挡块可调地限制该节流元件的枢轴运动，以可调地改变该节流元件的该第二位置。

3.如权利要求2所述的阀，其中该第二挡块在该螺线管未被激励时限制该可运动的操作件的行程，用于形成该节流元件的该第一位置。

4.如权利要求2所述的阀，其中该可运动的部件与该节流元件相接合，以使该节流元件运动至与该可调挡块相接合，以形成所述第二位置。

5.如权利要求2所述的阀，进一步的特征在于，该第二扭簧在该螺线管未被激励时偏压该节流元件至与该可运动的操作件相接合，以形成所述第一位置，并在该螺线管被激励时偏压该节流元件至与该可调挡块相接触，以形成所述第二位置。

6.如权利要求5所述的阀，其中在该螺线管被激励时，该操作件不与该节流元件接合。

7.如权利要求2所述的阀，其中该可调挡块包括与该节流元件相接合的螺钉。

8.一种具有入口、出口和位于它们之间的通道的阀，该阀包括：

枢轴地布置于该通道内的节流元件，该节流元件可在第一位置和至少一个第二位置之间枢轴运动，在该第一位置，经过该通道的流体流量实质上不受该节流元件影响，在该第二位置，经过该通道的流体流量实质上被该节流元件降低；

可调挡块，用于可调地限制该节流元件的枢轴运动，以可调地改变该节流元件的该第二位置；

具有操作件的螺线管，该操作件用于接合并移动该节流元件以使该节流元件在该第一位置与该第二位置之间旋转，其中该操作件在该螺线管被激励时使该节流元件运动到所述第一位置；和

第一弹簧，用于在该螺线管未被激励时偏压该螺线管操作件朝向与第二挡块相接合的方向；以及

第二扭簧，被配置为当该操作件朝向经过该通道的流体流量实质上被该节流元件降低的该第二位置移动时偏压该节流元件抵靠该操作件。

9.如权利要求8所述的阀，其中在该螺线管未被激励时，该第一弹簧朝该节流元件偏压该螺线管操作件，使该节流元件枢轴运动至与该可调挡块相接合，以形成该节流元件的该第二位置。

10.一种与具有入口和出口的气体阀相结合的流量阀，该流量阀包括：

出口、和与该气体阀的出口连接的入口以及在该流量阀的入口和出口之间延伸的通道；

枢轴地布置于该通道内的节流元件，该节流元件可在第一位置和第二位置之间运动，在该第一位置，经过该通道的第一流体流速实质上不受该节流元件影响，在该第二位置，经过该通道的第二流体流速实质上被该节流元件降低；

第一弹簧，被配置为当该螺线管未被激励时偏压该操作件朝向第二挡块；以及

第二弹簧，用于当该操作件朝向经过该通道的流体流量实质上被该节流元件降低的该第二位置运动时偏压该节流元件抵靠该操作件。

11.如权利要求10所述的流量阀，其中在该螺线管未被激励时，该第一弹簧偏压该操作件，使该节流元件运动到与可调挡块相接触的所述第二位置。

12.如权利要求10所述的流量阀，其中该螺线管是能够使该操作件和该节流元件在该第一位置和该第二位置之间可变地移动的音圈。

13.如权利要求10所述的流量阀，其中经过该气体阀出口的流体流速实质上不受位于第一位置的流量阀的影响，使得该气体阀无需任何流速调节。

14.一种与具有入口和出口的气体阀相结合的可变流量阀，该可变流量阀包括：

枢轴地布置于该通道内的节流元件，该节流元件可运动到最大位置和最小位置之间的一个或多个位置，在该最大位置，经过该通道的流体流速实质上不受该节流元件影响，在该最小位置，经过该通道的流体流速实质上被该节流元件降低；

可调挡块，用于可调地限制该节流元件的枢轴运动，以可调地改变该节流元件的该最小位置；

步进电动机，具有用于接合该节流元件并使该节流元件运动的操作件，以使该节流元件枢转，该步进电动机可操作以使该节流元件枢轴运动到该节流元件的最大位置和最小位置之间的所述一个或多个位置的任意一个，以改变经过该阀的流体流速；以及

扭簧，被配置为当该操作件运动至完全伸展以设置流体流量被实质上减少的该最小位置时偏压该节流元件抵靠该操作件，

其中在该节流元件位于其最大位置时，经过该气体阀的出口的流体流速实质上不受该流量阀影响，使得该气体阀不需要任何流速调节。