专利名称：涡轮可控计量阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及用来输送预定量液体的计量阀，特别涉及一种具有一涡轮、可以用来测量流过所述阀的液体流量的计量阀。
计量阀是用来响应一次阀的驱动来供给经计量的、预定量的液体流量的。这种类型的阀可以用于商业系统中的供冲洗水的设备，在这些商业用系统中需要采用大容量的水系统。典型的计量阀是使用一小流量限流器来控制一缓冲型阀件的闭合速度。美国专利4，662，602揭示了一种该类型的计量阀。传统计量阀的定时限流器(timing restrictor)都较小，并且容易发生堵塞或淤塞的现象，因此就有了维修的问题。
人们提出了使用涡轮来测量流过阀的流量。使用涡轮的优点是它不需要用小流量的限流就能完成流量测量。美国专利3，902，201和4，916，762揭示了使用流量测量涡轮的冲洗水箱的注水阀系统。虽然这些系统都可以避免使用流量定时限流器，但是，它们都具有以下诸缺点不能精确测量流量，并且需要较大的驱动力来打开所述阀。
本发明的主要目的在于提供一种能有效使用一涡轮以测量流过所述阀的流体流量的计量阀。本发明的其它目的在于提供一种只需极小的驱动力就能打开所述阀的计量阀；提供一种在较宽的液体流速范围内具有较高计量精度的计量阀；提供一种不易发生堵塞或淤塞现象因而不存在维修问题的计量阀；以及提供一种能克服已知计量阀设计的种种缺陷的计量阀。
简言之，本发明提供了一种计量阀，它包括一形成一具有进口和出口区域的流道的壳体。一主阀阀座形成在所述壳体内，它分隔开所述进口和出口区域。一主阀阀件可相对于所述主阀阀座在开启和关闭位置之间移动。所述壳体在所述主阀阀件与所述阀座相对的那一侧处形成一控制室。一限流道通道从所述入口区域延伸到所述控制室，平时用来增压所述控制室，以使所述主阀阀件抵靠在所述主阀阀座上而处于关闭位置。一控制或导阀能有选择地将压力从所述控制室释放出来以释放所述主阀阀件，使之移动到开启位置。用驱动装置打开所述控制阀。一涡轮位于所述流道通道内，可根据所述流道通道内的液流的流动而进行旋转。一联接在所述涡轮和所述控制阀之间的控制机构能根据所述涡轮的预定旋转运动来重新关闭所述控制阀。
本发明的上述目的和其它目的以及本发明的优点可以从以下结合附图对本发明的较佳实施例的具体描述中得到更好的理解。其中
图1是本发明计量阀的立体分解图；图2是图1所示的经装配后的计量阀的垂直轴向剖视图，它是沿图3中的2-2线截取的；图3是沿图2中的3-3线截取的、所述阀的剖视图；图4是示出了所述计量阀的涡轮流体测量构件的立体分解图；图5是所述计量阀的诸阀构件的立体分解图；图6是所述计量阀的控制阀凸轮的立体放大图；图7是所述计量阀的传动轴的立体放大图；图8是所述计量阀的减速器传动接头的立体放大图；以及图9是图3的局部放大图，它示出了传动轴、控制阀凸轮和棘轮件的一部分。
现请参阅各附图，图中示出了一以20总的标示并根据本发明的原理进行构造的计量阀。总的来说，计量阀20包括一壳体组件22，所述壳体组件具有一适于与一诸如一供水系统之类的增压液体源相连的进口24，以及一适于与诸如小便池或抽水马桶之类的液体利用设备相连的出口26。一主阀阀件28与一主阀阀座30协同工作，以控制流过壳体22的液流。控制室32内的压力常闭主阀阀件28。一控制阀件34与一控制阀座36协同工作，并且可在一驱动器38的作用下而打开，以降低控制室的压力，打开所述主阀阀件28并让流体流过所述阀。流量可以藉助涡轮40的旋转运动来测量。一以42总的标示的控制机构重新闭合所述控制阀件34以便在流过预定量的流体之后重新关闭所述主阀阀件。
壳体组件22包括一底座44，它藉助一螺纹定位环48而固定于一顶盖46上并藉助一O形圈49而密封。在底座44和顶盖46内部的是一包括一本体52和盖54在内的入口壳体组件50。进口或入口24位于本体52的底部，而出口26位于底座44的底部。一阀座56和一嵌入物58保持在所述盖54上方并位于顶盖46内部。主阀阀座30具有一系列位于阀座56中心上表面上的流孔59，控制阀阀座36则位于顶盖46上并且围绕一控制室排放通道60。所述压力控制室32位于顶盖46内部、围绕着所述嵌入物58并位于其内部。
主阀阀件28是一其周缘被顶盖46、嵌入物58和阀座56所截获的柔性弹性件。在关闭位置时，主阀阀件28在控制室32内的压力作用下紧抵在主阀阀座30上。当控制室3藉助控制阀阀件34的打开而通过通道60进行排放时，主阀阀件移动到图2所示的开放位置，在该位置液体流过主阀阀座30。所述主阀在很多方面都与援引在此作为参考的美国专利5，421，361所揭示的主阀相类似。
当主阀阀件28处于其开启位置时，液体从进口24流入并随后向上流过入口或进口壳体组件50的本体52。然后，液体向上流过盖54内的中心口62，然后向下流过阀座56内的一系列孔59。中心口62终止于一在阀座56的环绕表面上方稍稍有些凸伸出来的唇部，以便当所述阀处于关闭状态时能保证紧密密封。来自于所述主阀的下游流首先是向下流动并随后在盖54的一环状凸缘64内部向上流动，然后在所述凸缘64的外侧以及在顶盖46的一环形壁66内部又向下流动。在盖54的一下垂的裙部70内设置有一系列孔68，从而可以使液体在本体52和底座44之间向下流至出口26。
平时，由于从进口或入口区域至控制室32是通过主阀阀件28内的一中心孔72而呈限制性的流通，因此能将控制室32被保持在高的进口压力下。一传动轴74的中心部分延伸穿过孔72，并具有相互对置的、能限制液体流动的凹槽76。嵌入物58内的诸孔78使得控制室32内可以不受压力影响而自由流通。作用在主阀阀件28上表面上的高压平常使得它紧抵在主阀阀座30上与之保持密封接合。
为了能使液体流过计量阀20，将控制阀阀件34从其关闭位置移动至图2所示的开启位置。当控制阀处于打开状态时，控制室32内的压力就沿着自顶盖46内的排放通道60延伸的流道而排放到由一封闭件80所密封的上部区域。液体从该上部区域流过一孔81并在顶盖46的环形壁66内部与主阀出口流相汇合。所述排出流相对来说是不受限制的，因此控制室32内的压力下降。作用在主阀阀件28底侧上的进口压力使得主阀阀件28移动至其开启位置。当控制阀阀件34回到其关闭位置时，控制室32内的压力由于通过孔72的流动受到限制而增大了使主阀阀件处于关闭位置。
一真空断路垫片82容纳在顶盖46内，位于盖54和阀座56上方。当主阀关闭时，重力将所述垫片82保持在其靠下位置，在该靠下位置，所述垫片使一延伸通过顶盖46的排放通道84通至大气。当主阀打开时，流动的液体将所述垫片82抬起，从而使它关闭所述通道84，并在进口24和出口26之间为所述计量阀20提供一密封的流道。
为了使计量阀20开始工作循环，可藉助任意一种适当机构，诸如一手动操纵杆或按钮，或者一电联接或气动联接于驱动器38的遥控装置，对驱动器38进行按压。在所示的设计方案中，所述驱动器是一推杆，但是，也可以适用其它的机构。当按压驱动器38(移动到图3中的右方位置)时，它与一棘爪86啮合，所述棘爪86使得一棘轮件88进行旋转。棘轮件88使得一截获的控制阀凸轮90进行旋转，所述凸轮90的旋转又使得控制阀阀件34开启。
棘爪86在一棘爪弹簧92的作用下被偏置到一如图3所示的缩进位置。在该位置，棘爪86停止在一止动件94上，所述止动件在一螺母96的作用下保持在其位，所述螺母旋在一形成在顶盖46上的螺纹接套98上。弹簧92的中心线相对于棘爪是偏置的，并且促使所述棘爪的鼻部与棘轮件88上的三个等距离隔开的棘轮齿100中的一个棘轮齿相啮合。在顶盖46内的滑道102承接棘爪的一对准指104以维持所述棘爪86的方向。在滑道102内的对准指104的任何摩擦阻力也能使棘爪鼻部与棘轮齿100相啮合。当驱动器38缩回时，弹簧92将所述棘爪退回到其缩进位置。
控制阀凸轮90的诸肋条106将凸轮截获在棘轮件88内，以便能同时进行旋转，并且同时能允许所述凸轮90相对于棘轮件(图9)作轴向移动。一截获在棘轮件88和控制阀阀件34之间的控制阀弹簧108将所述控制阀阀件34向上推。在通常情况下，即在关闭位置，控制阀阀件34座抵在控制阀阀座36上，所述阀座穿过凸轮90内的间隙开口110而向下凸伸出来。
从图6中可以最清楚的看到，凸轮部分112形成在凸轮90的上表面上。对置的、相类似并互补的凸轮部分114(图2)形成在顶盖46的内表面上，围绕着所述控制阀阀座36和排放通道60。在所述阀的初始关闭位置，凸轮部分112和114是互不啮合的，并且弹簧108将控制阀阀件34保持在其阀座36上。当棘爪使棘轮件88和凸轮90旋转时，凸轮部分112和114运动从而相互啮合并且迫使凸轮件90向下移动到图2所示的位置，在该位置，控制阀阀件34是处于开放位置。
当主阀阀件28随控制阀阀件34的打开而打开时，计量阀20输送经精确计量的、预定量的液体，然后重新关闭。流过进口24的液体流经一穿孔扩散板116和一节流孔板118而流至所述涡轮40。为了使涡轮40带着总流量中所需要的那部分液体进行旋转，所述节流孔板包括具有一定数量和大小的外部流量测量孔120。总流量中的其余部分的液体通过用于校正目的的内旁路孔122而分流出去。
由于液体流过所述计量阀20的涡轮40而发生的旋转带动一减速器126的输入轴124，所述减速器安装在一支承在本体52内的套筒127的内部。减速器126可以采用任意一种已知设计，它能将输入轴的旋转运动降低为较小的旋转输出。在所示的设计方案中，减速器126的输出是输入轴124和涡轮每旋转约450圈，减速器126旋转1圈。
利用一空转连接器(lost motion connection)将减速器的输出通过传动轴74施加于棘轮件88和控制阀凸轮90。一减速器输出接头128(图2和图8)由所述减速器126所驱动，并随后驱动传动轴74。接头128具有一中心开口130，所述中心开口具有径向对置的传动肋条132。传动轴74设置有一容纳在所述开口130内的叶片或舌片端部134。在诸肋条132与一旋转传动连接器相啮合之前，所述叶片134可以在接头128内旋转大约100度以上。
在传动轴74的上端，设置有一类似的空转连接器，其中一第二叶片端部134容纳在棘轮件88的开口136内。开口136具有相对置的传动肋条138(图9)，它也能提供一约超过100度的旋转滑动配合。
传动轴74具有两个作用。它能在减速器126和棘轮件88之间利用一空转连接器传递旋转运动。此外，延伸穿过主阀阀件28的孔72的、对置的凹槽76能提供一受到限制的流道，由于传动轴74能相对于阀件28作相对的轴向运动和旋转运动，故所述流道具有自清洁功能。
打开所述计量阀20只需要一极低的操作力就可以。对于棘爪86行程的起始段来说，棘爪是不与棘轮件88相啮合的，并且棘爪和任一能操纵所述棘爪的机构可以蓄积(build)动能。当棘爪与一棘轮齿100啮合时，所述滑动配合，即与传动轴74的空转连接器可以防止任何较大的阻力作用在棘轮件88上，并且将棘爪所需的、用来转动棘轮件88和凸轮90的作用力减至最小。即使当所述凸轮部分112和114啮合以打开控制阀34时，在所述凸轮系统的诸机械优点的作用下，仍可以减小操作力。
在驱动棘爪之前，减速器输出接头128的诸传动肋条123与传动轴74是啮合传动的，传动轴74的另一端与棘轮件88的诸传动肋条138相啮合传动。当棘爪86使棘轮件88和凸轮90旋转时，传动啮合就脱开联接。当涡轮因液体流过所述阀而旋转时，传动连接由输出接头128的旋转重新建立。当棘轮件88首先在棘爪86的作用下然后在通过传动轴74而动作的输出接头128的作用下，从其初始位置开始旋转超过大约120度时，凸轮部分112和114就脱开啮合。此时，控制阀弹簧108重新关闭控制阀34，主阀阀件28也被重新关闭。
涡轮40不会象其它设计中所使用的限制流量测量孔那样容易发生堵塞或阻塞现象。因此，减少了维修问题，并且还可以获得精确的流量测量值。由于涡轮系统上的运转阻力较低，因此，可在一较宽的流速范围内保持精确的流量测量。所示出设计所获得的测量精度在6比1的调节比的范围内精度优于±3％。
以上虽然已经结合附图对本发明的实施例进行了具体描述，但是，本发明并不受到这些具体描述的限制，本发明的保护范围应由所附的权利要求书来限制。
权利要求
1．一种计量阀，它包括一形成一包括进口和出口区域在内的流道的壳体；一形成在所述壳体内、分隔开所述进口和出口区域的主阀阀座；一相对于所述主阀阀座在开启和关闭位置之间可移动的主阀阀件；所述壳体在所述主阀阀件与所述阀座相对的那一侧处形成一控制室；一受限制的流道通道，它从所述入口区域延伸到所述控制室，平时用来增压所述控制室，以使所述主阀阀件抵靠在所述主阀阀座上而处于所述关闭位置；一用来有选择地将压力从所述控制室释放出来以释放所述主阀阀件、使之移动到所述开启位置的控制阀；用来打开所述控制阀的驱动装置；一在所述流道通道内、可根据所述流道通道内的液流流动进行旋转的涡轮；以及一联接在所述涡轮和所述控制阀之间、用来根据所述涡轮的预定旋转运动来重新关闭所述控制阀的控制机构。
2．如权利要求1所述的计量阀，所述驱动装置包括一与所述控制阀相连的凸轮系统、一驱动件以及一连接在所述驱动件和所述凸轮系统之间的棘爪和棘轮机构。
3．如权利要求1所述的计量阀，所述控制机构包括一传动地连接在所述涡轮和所述控制阀之间的减速器，
4．如权利要求3所述的计量阀，所述驱动装置包括一与所述控制阀相连的凸轮系统。
5．如权利要求4所述的计量阀，所述控制机构还包括一位于所述减速器和所述凸轮系统之间的空转连接器。
6．如权利要求5所述的计量阀，所述驱动装置还包括一驱动件、一连接在所述驱动件和所述凸轮系统之间的棘爪棘轮机构。
7．如权利要求1所述的计量阀，所述受限制的流动通道包括一从所述进口区域至所述控制室、延伸穿过所述主阀阀件的压力流动孔，所述控制机构包括一延伸穿过并限制所述压力流动孔的旋转传动轴。
8．如权利要求7所述的计量阀，还包括沿着所述传动轴的诸凹槽。
全文摘要
一计量阀,包括一主阀和一用来操控所述主阀的控制阀。一只需低操作力的棘爪和棘轮系统可使一凸轮旋转以打开所述控制阀而开始运转循环。当主阀打开时,位于所述流道内的涡轮旋转以测量流量。在测量了预定量的流量之后,通过一减速器和一空转连接器将涡轮的旋转运动传递给所述凸轮以重新关闭所述控制阀和主阀。
文档编号E03D3/08GK1206767SQ9711612
公开日1999年2月3日 申请日期1997年7月30日 优先权日1997年7月30日
发明者德怀特·N·约翰逊 申请人:美国标准公司