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高压球形控制阀

阅读:235发布:2020-05-11

专利汇可以提供高压球形控制阀专利检索,专利查询,专利分析的服务。并且本 发明 涉及一种用于操纵流动驱动装置的高压 流体 控制 阀 。适于线 接触 的球形阀芯和截圆锥形 阀座 最好设有一个上游的受限制的流动区域,以便显著减小对阀座有效密封表面的音速流损伤。球形阀芯最好可在能够径向浮动的球形阀芯导向器内移动,以便使球形阀芯能相对于阀座基本自动 定心 。另外,排放球形阀芯的闭合最好早于供应球形阀芯的打开,以便消除输送 泄漏 。,下面是高压球形控制阀专利的具体信息内容。

1.一种用于操纵流体驱动装置的控制,所述控制阀具有一个与加 压工作流体源流体连通的入口、一个与所述流体驱动装置流体连通的负 载出口、一条为所述工作流体提供从所述入口至所述出口的流体连通的 流体供应通道,所述控制阀还包括一个设在所述流体供应通道中的基本 截圆锥形的供应阀座,所述供应阀座具有一个较小直径的下游端部和一 个较大直径的上游端部,以及一个基本球形的供应球形阀芯,它可在供 应闭合位置和供应打开位置之间移入及移出与所述供应阀座的所述较小 直径端部的基本线接触,所述基本球形的供应球形阀芯具有一个在与比 所述供应阀座的所述较大直径的上游端部小的所述供应阀座的所述较小 直径的下游端部的所述线接触处的弦尺寸,所述基本截圆锥形的供应阀 座具有一个相对于所述供应阀座中心线的供应阀座,该角大于所述供 应阀座中心线与当所述供应球形阀芯处于所述闭合位置时在所述供应球 形阀芯线接触处所述供应球形阀芯的切线形成的角,当所述供应球形阀 芯向所述供应打开位置最初移出所述线接触时,以及当所述工作流体通 过所述供应阀座的所述较小直径端部向下游流经所述供应球形阀芯时, 在所述供应阀座和所述供应球形阀芯之间形成的一个环形空间在所述供 应球形阀芯和所述供应阀座的所述较小直径下游端部之间的所述线接触 的上游限定一个受限制的供应流动区域,因而所述最初工作流体流动引 起的任何音速流侵蚀基本上立即地移向所述阀座的与所述受限制的供应 流动区域相邻且不被所述供应球形阀芯密封接触的一个上游区域,因而 显著减小了对所述供应阀座的所述较小直径下游端部的音速流损伤。
2.如权利要求1所述的控制阀,其特征在于:所述流体供应通道包 括紧靠所述供应阀座的所述较大直径的上游端部的上游的基本圆筒形的 供应腔,所述供应腔在直径上大于所述较大直径的上游端部,所述控制 阀还包括一个位于所述流体供应通道的所述供应腔中的基本圆筒形供应 球形阀芯导向器,所述供应球形阀芯导向器具有一个贯穿其中的中心供 应导向孔,所述供应球形阀芯导向器具有多个周向间隔开来的、轴向延 伸的、径向伸入所述供应导向孔中的导片,所述供应球形阀芯装在所述 供应导向孔内,以便在所述供应打开位置和所述供应闭合位置之间在所 述供应导片的径向内缘内轴向移动,所述供应腔的内径大于所述供应球 形阀芯的外径,以便使所述供应球形阀芯导向器可在所述供应腔内径向 浮动,并使所述供应球形阀芯可基本上自动定心,从而与所述截圆锥形 供应阀座的所述较小直径端部线接触密封。
3.如权利要求2所述的控制阀,其特征在于:所述供应导片的轴向 长度大于所述供应球形阀芯导向器的其余部分的轴向长度,并从其向着 所述供应阀座沿下游方向轴向伸出以形成所述供应球形阀芯导向器的供 应导片延伸部分,所述控制阀包括一个包围所述供应导片延伸部分的弹 性圈,以便在所述供应腔部分内沿轴向上游方向弹性推压所述供应球形 阀芯导向器。
4.如权利要求1所述的控制阀,其特征在于:还包括一个排放出口, 一条在所述负载出口和所述排放出口之间流体连通以排放流体的排放通 道、一个位于所述排放通道内的基本截圆锥形的排放阀座,所述排放阀 座具有一个较小直径的上游端部和一个较大直径的下游端部,以及一个 基本球形的排放球形阀芯,该排放球形阀芯可在排放闭合位置和排放打 开位置之间选择地移入和移出与所述排放阀座的所述较小直径端部密封 的基本线接触,所述基本球形的排放球形阀芯在与比所述排放阀座的所 述较大直径的下游端部小的所述较小直径的上游端部的所述线接触处具 有一个弦尺寸,所述基本截圆锥形排放阀座具有一个相对于所述排放阀 座的中心线的排放阀座角,该角大于所述排放阀座中心线与在所述排放 球形阀芯处于闭合位置时在所述排放球形阀芯线接触处所述排放球形阀 芯的切线形成的角,当所述排放球形阀芯向着所述排放打开位置最初移 出所述线接触时,以及当所述排放流体通过所述排放阀座的所述较小直 径端部向下游流经所述排放球形阀芯时,在所述排放阀座和所述排放球 形阀芯之间形成的一个环形空间限定一个在所述排放球形阀芯和所述排 放阀座的所述较小直径上游端部之间的所述线接触的下游的受限制的排 放流动区域,因而所述最初排放流动引起的音速流侵蚀基本上立即移向 所述排放阀座的相邻于所述受限制的排放流动区域、不被所述排放球形 阀芯密封接触的一个下游区域,因而可显著减小对所述排放阀座的所述 较小直径的上游端部的音速流损伤。
5.如权利要求4所述的控制阀,其特征在于:所述流体排放通道包 括紧靠所述排放阀座的所述较大直径下游端部的一个基本圆筒形的排放 腔,所述排放腔在直径上大于所述较大直径上游端部,所述控制阀还包 括位于所述流体排放通道的所述排放腔中的一个基本圆筒形的排放球形 阀芯导向器,所述排放球形阀芯导向器具有一条贯穿其中的中心排放导 向孔,所述排放球形阀芯导向器具有多个周向间隔开来的、轴向延伸的、 径向向内伸入所述排放导向孔中的排放导片,所述排放球形阀芯装在所 述排放导向孔中,以便在所述排放打开位置和所述排放闭合位置之间在 所述排放导片径向内缘内轴向移动,所述排放腔的内径大于所述排放球 形阀芯导向器的外径,以便于使所述排放球形阀芯导向器能够在所述排 放腔内径向浮动,并使所述排放球形阀芯能够基本上自动定心,以便与 所述截圆锥形的排放阀座的所述较小直径端部线接触密封。
6.如权利要求4所述的控制阀,其特征在于:还包括一个供应致动 器和一个排放致动器,所述供应控制致动器能够选择地供能以便使所述 供应球形阀芯从所述供应阀座移至所述供应打开位置,所述排放控制致 动器能够选择地供能以便使所述排放球形阀芯移至所述排放闭合位置, 所述排放控制致动器早于所述供应控制致动器被供能,以便于当所述工 作流体准备送至所述出口时基本上消除内部输送泄漏
7.如权利要求1所述的控制阀,其特征在于:所述工作流体是加工 气动工作流体。
8.如权利要求7所述的控制阀,其特征在于:所述气动工作流体处 于300psig至900psig的压
9.如权利要求8所述的控制阀,其特征在于:所述气动工作流体处 于大约600psig的压力。
10.如权利要求1所述的控制阀,其特征在于:所述工作流体是加 压液态工作流体。
11.如权利要求1所述的控制阀,其特征在于:所述供应球形阀芯 是金属材料构成的。
12.如权利要求11所述的控制阀,其特征在于:所述金属材料包括 不锈
13.如权利要求1所述的控制阀,其特征在于:所述供应球形阀芯 是合成材料构成的。
14.如权利要求4所述的控制阀,其特征在于:所述供应球形阀芯 和所述排放球形阀芯是金属材料构成的。
15.如权利要求14所述的控制阀,其特征在于:所述金属材料包括 不锈钢
16.如权利要求4所述的控制阀,其特征在于:所述供应球形阀芯 和所述排放球形阀芯是合成材料构成的。
17.如权利要求4所述的控制阀,其特征在于:所述供应球形阀芯 是金属材料制成的。
18.如权利要求17所述的控制阀,其特征在于:所述金属材料包括 不锈钢。
19.如权利要求4所述的控制阀,其特征在于:所述排放球形阀芯 是金属材料构成的。
20.如权利要求19所述的控制阀,其特征在于:所述金属材料包括 不锈钢。
21.一种用于操纵流体驱动装置的控制阀,所述控制阀具有一个与 加压工作流体源流体连通的入口、一个与所述流体驱动装置流体连通的 负载出口,所述控制阀还包括一个阀座和一个基本球形的球形阀芯,它 可选择地在闭合和打开位置之间移入和移出与所述阀座密封的基本线接 触,所述控制阀还包括一个紧邻所述阀座的基本圆筒形的腔和一个位于 所述腔中的基本圆筒形的球形阀芯导向器,所述球形阀芯导向器具有一 个贯通的轴向延伸的中心导向孔和多个周向间隔开来的、轴向延伸的、 径向伸入所述导向孔中的导片,所述球形阀芯装在所述导向孔中,以便 在所述打开位置和所述闭合位置之间在所述导片径向内缘以内轴向移 动,所述腔的内径大于所述球形阀芯导向器的外径,以便使所述球形阀 芯导向器可在所述腔内径向浮动,并使所述球形阀芯可基本上自动定心, 以便与所述阀座线接触密封。
22.如权利要求21所述的控制阀,其特征在于:所述导片的轴向长 度大于所述球形阀芯导向器其余部分的轴向长度,并轴向从其沿着朝向 所述阀座的方向伸出以形成所述球形阀芯导向器的导片延伸部分,所述 控制阀包括一个包围所述导片延伸部分的弹性圈,以便沿轴向将所述球 形阀芯导向器推离所述阀座。
23.如权利要求21所述的控制阀,其特征在于:所述球形阀芯导向 器是合成材料构成的。
24.如权利要求23所述的控制阀,其特征在于:所述合成材料包括 尼龙。
25.如权利要求21所述的控制阀,其特征在于:所述球形阀芯导向 器是金属材料构成的。
26.如权利要求25所述的控制阀,其特征在于:所述金属材料包括 不锈钢。
27.一种用于操纵流体驱动装置的控制阀,所述控制阀具有一个与 加压工作流体源流体连通的入口、一个与所述流体驱动装置流体连通的 负载出口、一条为所述工作流体提供从所述入口至所述出口的流体连通 的流体供应通道,所述控制阀还包括一个位于所述流体供应通道中的供 应阀座,以及一个基本球形的供应球形阀芯,它可在供应闭合位置和供 应打开位置之间移入和移出与所述供应阀座的密封接触,所述控制阀还 包括一个排放出口、一条在所述负载出口和所述排放出口之间形成排放 流体连通的流体排放通道,一个位于所述流体排放通道内的排放阀座和 一个基本球形的排放球形阀芯,它可在排放闭合和排放打开位置之间移 入和移出与所述阀座的密封接触,所述控制阀还包括一个供应控制致动 器和一个排放控制致动器,所述供应控制致动器可选择地供能以便使所 述供应球形阀芯从所述供应阀座移至所述供应打开位置,所述排放控制 致动器可选择地供能以便使所述排放球形阀芯向着所述排放阀座移至所 述排放闭合位置,所述排放控制致动器早于所述供应控制致动器被供能, 以便当所述工作流体准备通至所述出口时基本消除内部输送泄漏。
28.如权利要求27所述的控制阀,其特征在于:所述工作流体是加 压气动工作流体。
29.如权利要求27所述的控制阀,其特征在于:所述气动工作流体 处于300psig至900psig范围内的压力。
30.如权利要求29所述的控制阀,其特征在于:所述气动工作流体 处于大约600psig的压力。
31.如权利要求27所述的控制阀,其特征在于:所述工作流体是加 压液态工作流体。
32.如权利要求27所述的控制阀,其特征在于:所述供应球形阀芯 是金属材料构成的。
33.如权利要求32所述的控制阀,其特征在于:所述金属材料包括 不锈钢。
34.如权利要求27所述的控制阀,其特征在于:所述供应球形阀芯 是合成材料构成的。
35.如权利要求27所述的控制阀,其特征在于:所述供应球形阀芯 和所述排放球形阀芯是金属材料构成的。
36.如权利要求35所述的控制阀,其特征在于:所述金属材料包括 不锈钢。
37.如权利要求27所述的控制阀,其特征在于:所述供应球形阀芯 和所述排放球形阀芯是合成材料构成的。
38.如权利要求27所述的控制阀,其特征在于:所述排放球形阀芯 是金属材料构成的。
39.如权利要求38所述的控制阀,其特征在于:所述金属材料包括 不锈钢。
40.一种用于操纵流体驱动装置的控制阀,所述控制阀具有一个与 加压工作流体源流体连通的入口、一个与所述流体驱动装置流体连通的 负载出口、一条为所述工作流体提供从所述入口至所述出口的流体连通 的流体供应通道,所述控制阀还包括一个位于所述流体供应通道内的基 本截圆锥形的供应阀座,所述供应阀座具有一个较小直径的下游端部和 一个较大直径的上游端部,以及一个基本球形的供应球形阀芯,它可选 择地在供应闭合和供应打开位置之间移入和移出与所述供应阀座的所述 较小直径端部基本线接触密封,所述基本球形的供应球形阀芯在比所述 供应阀座的所述较大直径上游端部小的所述供应阀座的所述较小直径的 下游端部处具有一个弦尺寸,所述基本截圆锥形的供应阀座具有一个相 对于所述供应阀座中心线的供应阀座角,该角大于所述供应阀座中心线 和在所述供应球形阀芯处于所述闭合位置时在所述供应球形阀芯线接触 处的所述供应球形阀芯的切线形成的角,当所述供应球形阀芯向着所述 供应打开位置最初移出所述线接触时,以及当所述工作流体最初通过所 述供应阀座的所述较小直径端部流经所述供应球形阀芯时,在所述供应 阀座和所述供应球形阀芯之间形成的一个环形空间限定一个在所述供应 球形阀芯和所述供应阀座的所述较小直径下游端部之间的所述供应球形 阀芯线接触的上游区域的受限制的供应流动区域,因而所述最初的工作 流体流动引起的音速流侵蚀基本上立即被移至所述供应阀座的与所述受 限制的供应流动区域相邻的、不与所述供应球形阀芯密封接触的一个上 游区域,从而显著减小了所述供应阀座的所述较小直径下游端部的音速 流损伤,所述控制阀还包括一个排放出口、一条为排放流体在所述负载 出口和所述排放出口之间形成流体连通的流体排放通道,一个位于所述 流体排放通道内的基本截圆锥形的排放阀座,所述排放阀座具有一个较 小直径的上游端部和一个较大直径的下游端部,以及一个基本球形的排 放阀芯,在直径大于所述较小直径下游端部的直径,以及基本球形的排 放阀芯可选择地在闭合位置和打开位置之间移入和移出与所述排放阀座 的所述较小直径端部的基本线接触,所述基本球形的排放阀芯具有在比 所述排放阀座的所述较大直径下游端部小的所述排放阀座的所述较小直 径上游端部的所述线接触处的弦尺寸,所述基本截圆锥形的排放阀座具 有一个相对于所述排放阀座中心线的排放阀座角,该角大于所述排放阀 座中心线和当所述排放球形阀芯处于所述闭合位置时在所述排放球形阀 芯线接触处的所述排放球形阀芯的切线形成的角,当所述排放球形阀芯 向所述排放打开位置最初移出所述线接触时,以及当所述排放流体最初 通过所述排放阀座向下游流经所述排放球形阀芯时,在所述排放阀座和 所述排放球形阀芯之间形成的一个环形空间限定一个在所述排放球形阀 芯和所述排放阀座的所述较小直径上游端部之间的所述排放球形阀芯线 接触的下游的受限制排放流动区域,因而所述最初的排放流动引起的音 速流侵蚀基本上立即被移至所述排放阀座的一个与所述受限制排放流动 区域相邻的、不被所述排放球形阀芯密封接触的下游区域,从而显著减 小了对所述排放阀座的所述较小直径上游端部的音速流损伤,所述流体 供应通道包括一个紧靠所述供应阀座的所述较大直径上游端部的基本圆 筒形供应腔,所述供应腔在直径上大于所述较大直径上游端部,所述控 制阀还包括一个位于所述流体供应通道内的基本圆筒形的供应球形阀芯 导向器,所述供应球形阀芯导向器具有一条轴向贯穿的中心供应导向孔, 所述供应球形阀芯导向器具有多个周向间隔开来的、轴向延伸的、径向 伸入所述供应导向孔中的导片,所述供应球形阀芯装在所述供应导向孔 中,以便在所述供应打开位置和所述供应闭合位置之间在所述供应导片 的径向内缘内轴向移动,所述供应腔的内径大于所述供应球形阀芯导向 器的外径,以便使所述供应球形阀芯导向器可在所述供应腔内径向浮动, 并使所述供应球形阀芯可基本自动定心,以便与所述截圆锥形的供应阀 座的所述较小直径端部线接触密封,所述流体排放通道包括一条紧靠所 述排放阀座的所述较大直径下游端部下游的基本圆筒形的排放腔,所述 排放腔在直径上大于所述较大直径下游端部,所述控制阀还包括一个位 于所述流体排放通道的所述排放腔内的基本圆筒形的排放球形阀芯导向 器,所述排放球形阀芯导向器具有轴向贯穿的中心排放导向孔,所述排 放球形阀芯导向器具有多个周向间隔开来的、轴向延伸的、径向伸入所 述排放导向孔的排放导片,所述排放球形阀芯装在所述排放导向孔内, 以便在所述排放打开位置和所述排放闭合位置之间在所述排放导片的径 向内缘内轴向移动,所述排放腔的内径大于所述排放球形阀芯导向器的 外径,以便使所述排放球形阀芯导向器可在所述排放腔内径向浮动,并 使所述排放球形阀芯可基本自动定心,以便与所述截圆锥形的排放阀座 的所述较小直径端部线接触密封,所述控制阀还包括一个供应控制致动 器和一个排放控制致动器,所述供应控制致动器可选择地供能以便使所 述供应球形阀芯从所述供应阀座移至所述供应打开位置,所述排放控制 致动器可选择地供能以便使所述排放球形阀芯向着所述排放阀座移至所 述排放闭合位置,所述排放控制致动器早于所述供应控制致动器被供能, 以便当所述工作流体准备通至所述出口时基本消除输送泄漏。
41.如权利要求40所述的控制阀,其特征在于:所述供应导片的轴 向长度大于所述供应球形阀芯导向器的其余部分的轴向长度,并沿着朝 向所述供应阀座的下游方向从其轴向延伸以形成所述供应球形阀芯导向 器的一个供应导片延伸部分,所述控制阀包括一个包围所述供应导片延 伸部分的弹性圈,以便在所述供应腔部分内在轴向上游方向上弹性压迫 所述供应球形阀芯导向器。
42.如权利要求41所述的控制阀,其特征在于:所述排放导片的轴 向长度大于所述排放球形阀芯导向器的其余部分的轴向长度,并沿着朝 向所述排放阀座的上游方向从其轴向伸出以形成所述排放球形阀芯导向 器的一个排放导片延伸部分,所述控制阀包括一个包围所述排放导片延 伸部分的弹性圈,以便在所述排放腔内在轴向下游方向上弹性压迫所述 排放球形阀芯导向器。
43.如权利要求40所述的控制阀,其特征在于:所述供应球形阀芯 是金属材料构成的。
44.如权利要求43所述的控制阀,其特征在于:所述金属材料包括 不锈钢。
45.如权利要求40所述的控制阀,其特征在于:所述供应球形阀芯 是合成材料构成的。
46.如权利要求40所述的控制阀,其特征在于:所述供应球形阀芯 和所述排放球形阀芯是金属材料构成的。
47.如权利要求46所述的控制阀,其特征在于:所述金属材料包括 不锈钢。
48.如权利要求40所述的控制阀,其特征在于:所述供应球形阀芯 和所述排放球形阀芯是合成材料构成的。
49.如权利要求40所述的控制阀,其特征在于:所述排放球形阀芯 是金属材料构成的。
50.如权利要求49所述的控制阀,其特征在于:所述金属材料包括 不锈钢。
51.如权利要求40所述的控制阀,其特征在于:所述工作流体是加 压气动工作流体。
52.如权利要求40所述的控制阀,其特征在于:所述气动工作流体 处于300psig至900psig的范围的压力。
53.如权利要求5所述的控制阀,其特征在于:所述气动工作流体 处于大约600psig的压力。
54.如权利要求40所述的控制阀,其特征在于:所述工作流体是液 态工作流体。
55.一种用于操纵流体驱动装置的控制阀,所述控制阀具有一个与 加压工作流体源流体连通的入口、一个与所述流体驱动装置流体连通的 负载出口、一条为所述工作流体提供从所述入口至所述出口的流体连通 的流体供应通道、一个排放出口、一条为排放流体在所述负载出口和所 述排放出口之间形成流体连通的流体排放通道,所述控制阀还包括一个 位于所述流体排放通道内的基本截圆锥形的排放阀座,所述排放阀座具 有一个较小直径上游端部和一个较大直径下游端部,以及一个基本球形 的排放球形阀芯可选择地在排放闭合位置和排放打开位置之间移入和移 出与所述排放阀座的所述较小直径端部的基本线接触密封,所述基本球 形的排放球形阀芯在比所述排放阀座的所述较大直径下游端部小的所述 排放阀座的所述较小直径上游端部的所述线接触处具有一个弦尺寸,所 述基本截圆锥形的排放阀座具有一个相对于所述排放阀座中心线的排放 阀座角,该角大于所述排放阀座中心线和在所述排放球形阀芯处于所述 闭合位置时在所述排放球形阀芯线接触处的切线形成的角,当所述排放 球形阀芯向着所述排放打开位置最初移出所述线接触时,以及当所述排 放流体最初通过所述排放阀座的所述较小直径端部向下游流经所述排放 球形阀芯时,在所述排放阀座和所述排放球形阀芯之间形成的一个环形 空间在所述排放球形阀芯和所述排放阀座的所述较小直径上游端部之间 的所述排放球形阀芯线接触的下游限定一个受限制的排放流动区域,因 而所述最初排放流动引起的音速流侵蚀基本上立即被移至所述排放阀座 的与所述受限制的排放流动区域相邻的、不被所述排放球形阀芯密封接 触的一个下游区域,从而显著减小了对所述排放阀座的所述较小直径上 游端部的音速流损伤。

说明书全文

发明一般涉及用于操纵流体驱动装置的流体控制,更具体来说, 涉及那些采用一个或多个球形阀芯的阀。虽然本发明的原理适用于气动 和液态流体控制阀,但是尤其适用于高压气动控制阀。

对于许多不同的高压应用场合来说,一直采用各种流体控制阀,特 别是气动流体控制阀,包括吹模法制造塑料瓶或其它这种容器的工艺中 使用的那些阀。虽然对于已经应用的那些工艺来说,这种控制阀一般可 满意地工作,但是,由于所涉及的工作流体高压,已经发现它们承受过 度的磨损,因而使用寿命相对较短。另外,也是部分地由于工作流体的 高压,上述现有的流体控制阀一直承受不可接受平的内部工作流体泄 漏,例如,为了使工作流体通至流体驱动装置而打开阀的供应部分及闭 合阀的排放部分时出现的输送泄漏(cross-over leakage)。因此,上述 两个因素一直是使用现有流体控制阀的系统的高操作成本和高维修成本 的原因。

因此,本发明的目的是提供一种改进的高压流体控制阀,它可显著 减少磨损、显著消除内部工作流体泄漏,从而提高流体控制阀寿命并减 少操作和维修成本。

按照本发明,用于操纵流体驱动装置的控制阀具有一个与加压工作 流体源流体连通的入口、一个与流体驱动装置流体连通的出口和一条为 工作流体提供从入口至出口的流体连通的流体供应通道。该控制阀最好 包括在流体供应通道内的一个基本截圆锥形的供应阀座,该供应阀座具 有一个较小直径下游端部和一个较大直径上游端部。一个基本球形的供 应球形阀芯可选择地在供应闭合和供应打开位置之间移入和移出与供应 阀座的较小直径端部的基本线接触。供应球形阀芯在与比供应阀座的较 大直径上游端部小的供应阀座的较小直径下游端部的上述线接触处具有 一个弦尺寸。

最好是截圆锥形的阀座具有一个相对于供应阀座中心线的供应阀座 ,该角大于供应阀座中心线和在供应球形阀芯处于闭合位置时在上述 基本线接触处的供应球形阀芯的切线形成的角。因此,当供应球形阀芯 最初移向其打开位置时,以及当高速和高压工作流体最初通过供应阀座 的较小直径端部向下游流经供应球形阀芯时,在供应阀座和供应球形阀 芯之间形成的一个环形空间在上述基本线接触的上游限定一个受限制的 供应流动区域。这是非常有利的,因为这使流过环形受限制的供应流动 区域的最初的高速高压工作流体的任何音速流侵蚀基本上立即被移至供 应阀座的一个与上述环形受限制的供应流动区域相邻的上游表面。更有 意义的是,供应阀座的上述上游表面不受供应球形阀芯的密封接触。因 此,受音速流损伤区域的上述立即移动显著减小了被供应球形阀芯基本 线接触的供应阀座几乎是“刀刃”形的较小下游端部的音速流损伤。在 具有供应阀和排放阀的按照本发明的控制阀中,在为排放流体形成负载 出口和排放出口之间流体连通的排放通道最好设有类似的布置。

另外,本发明最好包括紧靠供应和/或排放阀座的较大直径上游端部 上游的一个基本圆筒形的腔,所述腔最好在直径上大于有关阀座的较大 直径上游端部。一个圆筒形球形阀芯导向器设置在流体通道的所述扩大 直径的腔内,该球形阀芯导向器具有轴向贯穿的中心导向孔。多个周向 间隔开来的、轴向延伸的导片径向伸入导向孔中,球形阀芯装在导孔中, 以便在其打开和闭合位置之间在导片的径向内缘内轴向移动。上述腔的 内径最好稍大于球形阀芯导向器的外径,以便使球形阀芯导向器和球形 阀芯可在腔中稍许径向浮动。这使基本球形的阀芯可基本自动定心,以 便与有关的供应或排放阀座的较小直径端部线接触密封。这种周向间隔 开来的导片使高压工作流体可在其间流动,阀芯导向器显著减小了在球 形阀芯和/或阀座上的磨损,而如果在高速流体流动中可以迅速移动或径 向移动的话,原本会引起上述磨损。

最后,本发明使排放阀芯致动器的供能从而闭合控制阀的排放侧稍 早于供应阀芯致动器的供能而打开供应侧并开始向负载孔供应流体,通 过这种方式可显著减少高压流体控制阀中的输送泄漏。

上述球形阀芯最好是金属材料如不锈构成的,上述阀芯导向器最 好是合成材料如尼龙构成的。本专业技术人员显然懂得,其它金属、合 成或非合成材料也可用来构成球形阀芯和/或阀芯导向器,这取决于所采 用的具体工作流体(气体或液体),以及可涉及的具体工作流体压,还 取决于使用本发明流体控制阀的具体应用场合。

现在对照以下附图,通过详细的描述和权利要求书来进一步阐明本 发明的目的、优点和特征。

图1是按照本发明的实例的流体控制阀的横剖图。

图2是图1的流体控制阀的端视图。

图3是图1和2的流体控制阀的顶视图,其中顶罩或盖已被卸去。

图4是球形阀芯导向器的顶视图,该球形阀芯导向器可用作图1的 控制阀的供应球形阀芯和排放球形阀芯之一或两者。

图5是图4的球形阀芯导向器的侧视图。

图6是图1控制阀的供应阀部分的放大详图,图中供应球形阀芯处 于其闭合位置。

图7是类似于图6的放大详图,但是,图中供应球形阀芯处于其打 开位置。

图8是图1控制阀的排放阀部的放大详图,图中排放球形阀芯处于 其闭合位置。

图9是类似于图8的放大详图,但是,图中排放球形阀芯处于其打 开位置。

图1至9表示按照本发明实例的高压气动控制阀10。虽然图中表示 出这种实例的气动控制阀,但是,本专业技术人员显然懂得,本发明的 原理同样适用于其它类型的流体控制阀,也适用于气体或液体工作流体 的流体控制阀。

在图1中,流体控制阀10包括一个本体12、一个控制盖14,两者 都借助多个螺栓18固定在集合管16上,也能够借助流体管线而不使用 集合管16相互连接。

该实例的控制阀10包括一个入口孔20、一个出口或负载孔22和一 个排放孔24。一条工作流体通道28从入口孔20至出口孔22形成工作流 体连通,出口孔22例如借助集合管16连接于一流体致动装置。同样, 一条排放通道30在出口孔22和排放孔24之间形成流体连通。

在该实例的控制装置10中,供应和排放通道28和30分别包括一个 截圆锥形球形阀芯36和一个截圆锥形阀座46。供应阀座36包括一个较 小直径端部38和一个较大直径端部40。同样,排放阀座46包括一个较 小直径端部48和一个较大直径端部50。一个基本球形的供应球形阀芯42 和一个类似的基本球形的排放球形阀芯52分别用于相对于它们各自的截 圆锥形供应和排放阀座36和46的开、闭运动。

供应阀座42最好借助一个供应控制致动器80驱动,该控制致动器 从控制空气通道97接受控制空气,控制空气通道97则与控制空气入口96 流体连通。当供应控制致动器80被供能时,它借助一供应推杆82将控 制空气的力传在供应活塞81上将供应球形阀芯42推离供应阀座,因而 打开控制阀10的供应阀部分。当供应控制致动器80被去能时,球形阀 芯42在入口流体压力和复位弹簧58的作用下返回其闭合位置。

同样,排放球形阀芯52借助排放控制致动器90的供能而被推入其 相对于排放阀座46的闭合位置,排放控制致动器90用于借助一排放推 杆92将控制空气在排放活塞91上的力作用在球形阀芯52上。在排放控 制致动器90被去能时,排放球形阀芯52在排放通道30内的高压工作流 体的作用下被推回其打开位置。

控制阀专业的技术人员显然懂得,也可以采用与实例中的电-气供 应控制致动器80和电-气排放控制致动器不同的致动器。这种致动装置 可以包括电-机电磁,当地或遥控的,机械运动传递装置,或者本专 业技术人员公知的多种其它致动装置。

现在主要参阅图6和7,在图中所示实例的高压流体控制阀10也最 好包括一个基本圆筒形供应腔60,它紧靠供应阀座36的较直径的上游端 部40的上游,如图4至6所示,一个基本圆筒形供应球形阀芯导向器62 设置在优选的直径扩大的圆筒形供应腔60内的上游。供应球形阀芯导向 器62包括一个在其中贯穿轴向延伸的基本圆筒形的中央供应导孔64,多 个周向间隔开来且轴向延伸的供应导片66径向向内伸入供应导孔64。供 应球形阀芯42装在供应导孔64内,以便在其相对于供应阀座36的开、 闭位置之间在供应导片66的径向内缘内轴向移动。如图6和7清楚地表 示的那样,供应腔60的内径稍大于供应球形阀芯导向器62的外径,因 而使球形阀芯导向器62和球形阀芯42能够在供应腔60内径向浮动;这 就使基本球形的供应球形阀芯42能够自动定心,以便使基本为线性的接 触部分44与供应阀座36的较小直径端部38形成密封。

另外,供应导片66最好轴向向下游延伸以便在供应球形阀芯导向器 62的一端上形成供应导片延伸部分63。一个弹性圈61,例如,O形圈包 围延伸部分63,以便弹性地将球形阀芯导向器压向供应腔60的相反的上 游端,这是由于弹性圈61在供应腔60的底部和供应球形阀芯导向器62 的其余部分之间受到压缩的缘故。

应该注意的是,如图4至7所示,上述布置相对于截圆锥形排放阀 座46来说基本是典型布置,其较小直径的上游端部48和其较大直径下 游端部50被基本球形的排放球形阀芯52线接触,这一切如图1所示。 同样,图4和5所示的供应球形阀芯导向器62对于排放球形阀芯72来 说是典型的,排放球形阀芯72装在直径扩大的圆筒形的排放腔70中, 具有类似的中央排放导孔74和类似的排放导片76,它们也可以在图1,8 和9中看到。

现在具体参阅图6和7,这两张图是实例的控制阀10的供应阀部分 的放大视图,在图6中球形阀芯42处于其闭合位置上。在该位置上,球 形阀芯42以基本线接触44密封地接合供应阀座36的较小直径端部38 的边缘。类似地,在图7中球形阀芯42部分地打开,因而从上述基本线 接触44移开。截圆锥形阀座36最好具有一个(相对于阀座36的中心线57 的)阀座角37,该阀座角稍大于当球形阀芯42如图6所示处于基本线接 触44时(相对于中心线57的)球形阀芯42的切线56的切线角59。

由于上述布置,当供应球形阀芯42开始从上述线接触44移至图7 所示其打开位置,工作流体开始向下游通过供应阀座36的较小直径端部 38流过球形阀芯42时,环形空间43形成一个恰好在供应线接触44和较 小直径端部38上游的受限供应流区域。这样可导致音速流侵蚀损伤,这 是由上述基本上立即移向供应阀座36的上游区域45的高压工作流体的 初始流动造成的。这是很有利的,有利之处在于,这使上述音速流侵蚀 造成的磨损或损伤移至相邻于环形空间54的供应阀座36的一个区域, 该区域决不会与球形阀芯42密封接触。这显著减小了对供应阀座36的 较小直径的下游密封端部38的声速损伤,而那是唯一与球形阀芯42形 成基本线接触44的阀座区域。因此,在球形阀芯42上阀座36的实际密 封表面的损伤和磨损非常显著地被减小,实例的控制阀10的使用寿命相 应地显著延长。这又使采用本发明的控制阀10的系统显著减少了停机时 间和维修保养成本。

本专业技术人员显然懂得,如图6和图7所示的球形阀芯52相对于 供应阀座36的上述功能类似于排放球形阀芯42相对于具有较小直径端 部48和较大直径端部50的排放阀座46的功能和关系。

现在主要参阅图8和9,图示实例的高压流体控制阀10最好也包括 一个紧靠排放阀座46的较大直径下游端部50的基本圆筒形的排放腔70。 (类似于供应球形阀芯导向器62的)一个基本圆筒形的排放球形阀芯导向 器72在最好直径扩大的圆筒形排放腔70内在下游设置。排放球形阀芯 导向器72包括一个轴向贯穿其中的基本圆筒形的中心排放导向孔74,多 个周向间隔开来的、轴向延伸的排放导片76径向向内伸入排放导向孔74。 排放球形阀芯52装在排放导向孔74内,以便在相对于排放阀座46的打 开和闭合位置之间在排放导片的径向内缘以内轴向移动。排放腔70的内 径稍大于排放球形阀芯导向器72的外径,因而使球形阀芯导向器72和 排放球形阀芯52可在排放腔60内径向浮动,这又使基本球形的排球形 阀芯52可自动定心,从而与排放阀座46的较小直径端部48实现基本线 接触54密封。

排放导片76最好轴向上游延伸以形成在排放球形阀芯导向器72上 的排放导片延伸部分73。一个弹性圈如O形圈包围延伸部分73,以便将 球形阀芯导向器72压向排放腔70的相对的下游端部,这是由于弹性圈71 在排放腔60的底部和排放球形阀芯72的剩余部分之间受到压缩的缘故。

现在具体参阅图8和9,其表示实例的控制阀10的排放阀部分的放 大详图,在图8中排放球形阀芯52处于闭合位置上。在该位置上,球形 阀芯52以基本线接触54与排放阀座46的较小直径的端部48的边缘密 封接合。相似地,球形阀芯52在图9中是部分打开的,因而移出了基本 线接触54。截圆锥形的排放阀座46最好具有一个(相对于阀座46的排放 中心线67的)排放阀座角47,该角稍大于当球形阀芯52处于图8所示基 本线接触54时排放球形阀芯52的排放切线65(相过于中心线67)的排放 相切角69。

这种布置导致一个环形空间53,当排放球形阀芯52向着图8所示打 开位置移离上述线接触54,使排放流体最初通过排放阀座46的较小直径 端部48向下游流经球形阀芯52时,该环形空间形成紧靠排放线接触54 和较小直径端部48下游的一个受限制的排放流动区域。这导致上述高压 排放流体的最初流动引起的音速流侵蚀损伤基本上立即地移向排放阀座 46的下游区域55。其非常有利之处在于,这使得上述音速流侵蚀引起的 磨损或损伤移向排放阀座46的一个邻近环形空间53的、决不与球形阀 芯52密封接触的区域。这显著减小了对于作为与球形阀芯52基本线接 触54的唯一阀座区域的排放阀座46的较小直径上游密封端部48的声音 损伤。因此,阀座46在球形阀芯52上的实际密封面的损伤或磨损被非 常显著地减小,实例的控制阀10的使用寿命相应显著延长。这又非常显 著地减少了采用本发明的控制阀10的系统的停机时间和维修保养费用

现在主要参阅图1,当高压工作流体准备通至出口或负载孔22,以 便驱动流体驱动装置时,通过使向排放控制致动器90供能以闭合排放球 形阀芯52稍许在向供应控制致动器80供能以打开球形阀芯52之前发生, 从而显著减少图示实例的流体控制阀10的输送泄漏。由于将工作流体提 高到上述高压状态所需设备和能量,这又可显著减小高压工作流体过度 浪费和排放引起的操作成本。可以是气体或液体的而最好是气体的上述 高压工作流体,往往在300psig至900psig的范围内,在上述吹模工艺 中一般大约为600psig。

最后,球形阀芯42和52之一或两者最好由金属材料如不锈钢或其 它本专业技术人员认为对一定应用场合有利的其它金属或非金属材料制 成。类似地,供应球形阀芯导向器62和排放球形阀芯导向器72之一或 两者最好由合成材料如尼龙构成,但是,也可以由金属材料如不锈钢或 本专业技术人员公知的其它适当材料构成。

上面的讨论公开及描述了本发明的实施例,这只是为了进行说明。 本专业技术人员显然懂得,根据上面的描述及附图和权利要求书,可以 做出各种修改和变化而并不超出权利要求书限定的本发明的范围。

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