组合式蝶形/球形阀的制作方法

本发明一般地涉及涡轮发动机，并且更具体地涉及用于调节来自涡轮发动机的压缩机级的排放空气(bleedair)的装置及方法。

背景技术：

在本领域中，通常已知从涡轮发动机的燃烧部段上游的压缩机部段抽取或“排放”空气。这种排放空气用于各种功能，这些功能包括但不限于机舱增压、发动机可操作性、气动致动器供能、防冰等。

很多现代系统通过使用多个空气阀来调节这种排放空气。每个空气阀与压缩机部段的某一部分流体连通。控制由每个空气阀的内部计量元件所提供的限制来控制允许从压缩机部段流出的排放空气的量。该已调节的排放空气从每个空气阀流动到适当的目的地，以实现上文所标示的一个或多个示例性功能。

遗憾的是，这种现代系统是复杂的。实际上，这些现代系统通常涉及多个独立的空气阀，这些空气阀各自具有独立的致动器或者至少具有由单个致动器所控制的多个分开的计量元件，这些计量元件通过相对复杂的联接装置而各自连接到单个致动器。作为一个示例，压缩机部段的级可以利用各自具有致动器的两个独立的空气阀，或者利用其中具有通过联接装置而连接到单个致动器的两个计量元件的单个阀。虽然上述系统已被证明能够充分地调节排放空气，但这些系统也具有较大的总发动机占据面积、具有多的部件数量、通常系统的联接装置复杂并且往往成本高。

最近的设计已包括允许实现主要排放空气功能以及次要功能的单个计量元件。虽然这种系统比现有设计具有显著进步，但是申请人已经发现，对于约2英寸口径的较小排放阀口尺寸(即，较小的排放功能)而言，这样的设计在空间和重量方面并不高效。也就是说，即使是这种较小的排放功能，这种系统仍需要足够大的致动器来处理计量元件上的内部阻力矩。然而，对于较小的排放功能而言，也期望具有较小的尺寸和重量的外壳。因此，在本领域中，需要一种在较小的排放应用中调节排放空气的装置及方法，该装置及方法具有减小的内部摩擦力和阻力矩的量以减少整个致动器尺寸要求。

本发明提供了这种装置及方法。根据本文所提供的对本发明的描述，本发明的这些和其它优点以及额外的发明特征将显而易见。

技术实现要素：

在一个方面中，提供了一种阀，该阀在单个组件中同时提供蝶形阀以及球形阀的优点。根据该方面的这种阀的实施例包括壳体。壳体具有入口、主出口以及次出口。复合阀构件可旋转地定位于壳体内。复合阀构件具有完全关闭位置，在该完全关闭位置中，复合阀构件阻止入口和主出口之间的流动并且阻止入口和次出口之间的流动。复合阀构件在其第一侧上包括平面部以及半球部。平面部在完全关闭位置中面对入口并且半球部在完全关闭位置中面对次出口。

在根据该方面的某些实施例中，复合阀构件具有与第一侧相反的第二侧。第二侧包括平面部。密封凹槽插设在第一侧和第二侧之间。密封件定位于密封凹槽内并且在复合阀构件和壳体的内表面之间提供径向密封。

在根据该方面的某些实施例中，孔口通过半球部而形成。平面部暴露于穿过孔口的流动(流体流)。孔口可选择性地与次出口对准，以使得在复合阀构件的至少部分打开位置中流动路径在入口、孔口和次出口之间延伸。孔口可以是具有开口侧的细长槽。

半球部还可以包括内腔或内部袋状部(internalpocket)。内腔从复合阀构件的中心轴线偏移。

在根据该方面的某些实施例中，还可以设置有从复合阀构件的第二侧的平面部延伸的流动特征件或流动型件(flowfeature)。流动特征件定位于复合阀构件的外周处。流动特征件部分地沿着复合阀构件的外周延伸。

除了在完全关闭位置中面对次出口之外，半球部还可以在完全关闭位置中面对入口。

在根据该方面的某些实施例中，阀还可以包括阀座(阀靴)。阀座邻近次出口并且抵靠半球部被偏压，以在完全关闭位置中阻止从入口到次出口的流动。

在另一方面中，提供了一种阀组件。阀组件包括致动器和阀，致动器安装在阀上。阀包括具有入口、主出口和次出口的壳体。复合阀构件可旋转地定位于壳体内。阀杆连接到复合阀构件并且延伸通过壳体，以使得阀杆的终端连接到致动器。致动器可操作，以使阀杆围绕致动轴线旋转，从而使复合阀构件在壳体内旋转。复合阀构件包括具有平面部以及半球部的第一侧。平面部以及半球部的至少一部分在阀构件的完全关闭位置中面对入口。复合阀构件的半球部在复合阀构件的完全关闭位置中也面对次出口。复合阀构件包括围绕复合阀构件的外周延伸的阀构件密封件。阀构件密封件设置为抵靠壳体的内表面进行径向密封，以使得阀构件密封件在复合阀构件的完全关闭位置中阻止入口和主出口之间的流动。阀构件密封件设置在横向于致动轴线的平面内。

阀还可以包括阀座。阀座邻近次出口并且抵靠复合阀构件的半球部被偏压，以在完全关闭位置中阻止从入口到次出口的流动。

在再一方面中，部分地基于复合阀元件和与该复合阀元件相关联的密封装置，本发明提供了一种具有减小的重量和尺寸的外壳的阀。根据该方面的实施例包括壳体。壳体具有入口、主出口以及次出口。复合阀构件可旋转地定位于壳体内。复合阀构件在其第一侧上包括平面部以及半球部。还提供了第一密封装置以及第二密封装置。第一密封装置密封地接合壳体的内表面。第二密封装置密封地接合复合阀构件的半球部。

孔口通过半球部而形成，以使得平面部暴露于穿过孔口的流动。孔口可选择性地与次出口对准，以使得在复合阀构件的至少部分打开位置中流动路径在入口、孔口和次出口之间延伸。

根据以下结合附图的详细描述，将使得本发明的其它方面、目的和优点变得更加显而易见。

附图说明

并入且形成说明书的一部分的附图示出了本发明的几个方面，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在图中：

图1是根据本发明的教导的组合式蝶形/球形阀的示例性实施例的透视图；

图2是图1的阀的透视横截面图；

图3-5是图1的阀的阀构件的透视图；以及

图6-9是图1的阀的横截面图并示出了阀的几种操作状态。

虽然将结合某些优选的实施例描述本发明，但是并不意图将本发明限制于那些实施例。相反，旨在涵盖包括在由所附权利要求所限定的本发明的精神和范围内的所有替代、修改和等同物。

具体实施方式

现转向附图，图1-9示出了根据本发明的教导的阀和阀系统的示例性实施例。如下文将更详细地解释的，本文所示出并描述的阀和阀系统通过提供一种具有单个阀构件的单个阀而有利地克服现有技术中存在的问题，该单个阀构件可操作，以控制来自涡轮发动机的压缩机的多个排放流。本文所描述的阀及阀系统利用减小的重量和尺寸占据面积以及更低的致动力要求来实现前述目的或效果。

首先转向图1，图1示出了根据本发明的教导的阀系统10的实施例。阀系统10包括阀20。阀20具有外壳体22，该外壳体22具有入口24、主出口26以及次出口28。在不从其它应用限制本文所描述的本发明的适用性的情况下，入口24可以连接到涡轮发动机的压缩机部段。压缩机排放流可以通过入口24而被接收并且可以选择性地穿过主出口26以用于诸如飞行器致动器的气动致动的主排放流功能。该排放流还可以选择性地穿过次出口28以用于诸如防冰的次排放流功能。上述功能纯粹(仅仅)是示例性的，本领域技术人员将容易意识到，主出口26和次出口28可以连接到飞行器的其它部分以提供各种功能。

为了实现上述目的或效果，阀构件30(例如参见图2)设置在壳体22的内部。阀构件30可操作地联接到沿着阀20的致动轴线34延伸的阀杆32。致动器36(在这里示意性地示出)联接到阀杆32以使阀杆32围绕致动轴线34旋转，以最终控制阀构件30在壳体22内的位置。

致动器36可以是设计用于致动阀式装置的任何适当的致动器。作为非限制性的示例，致动器36可以是线性、旋转、液压、燃料驱动(fueldraulic)或电磁式致动器。

仍参照图1，入口24和主出口26沿着主流轴线38设置。次出口28沿着次流轴线40设置。如通过观察图1以及参照图6-9可以得知，次流轴线40以小于90°的角度θ横向于主流轴线38。由于完全可以想到在其它实施例中次出口28可以沿着大于或等于90°的次流轴线进行设置，所以这种设置应仅作为示例。

现转向图2，阀20以横截面示出，以显露其内部部件。阀构件30和阀杆32通过第一轴承50和第二轴承52相对于壳体22可旋转地支承。第一壳体盖54如图所示地围绕第一轴承50，而第二壳体盖56如图所示地围绕第二轴承52。适当的密封件58定位于第一壳体盖54和第二壳体盖56之间，以防止在第一壳体盖54及第二壳体盖56和壳体22的其余部分之间的接口(界面)处的泄漏。此外，阀杆密封件60围绕阀的阀杆32的上部设置，以防止在阀杆32延伸通过壳体22以接合致动器36的区域处的泄漏(参见图1)。

如下文将更详细描述的，阀构件30还包括阀构件密封件72，如图2中所见，该阀构件密封件72设置在横向于致动轴线34的平面p内。该阀构件密封件72提供阀20的第一密封装置。

现转向图3-5，将更详细地描述阀构件30。具体参照图3，阀构件30可以被认为是复合阀构件，该复合阀构件不仅包括表示蝶形阀式阀构件的部分，还包括表示球形阀式阀构件的部分。更具体地，阀构件30包括第一侧62和第二侧64。第一侧62包括平面部66和半球部68。

如本领域技术人员将容易意识到的，平面部66类似于蝶形阀元件的面，而半球部68类似于球形阀构件的一部分。密封凹槽70插设在第一侧62和第二侧64之间，以接收上文相对于图2所引入的阀构件密封件72。

开槽孔口74形成于半球部68中。如下文相对于图6-9将更详细描述的，开槽孔口74可选择性地与次出口28对准。半球部68还包括大体上(通常)邻近阀构件30的中心轴线的腔(袋状部)76。腔76有利地提供有助于平滑该区域中的流动轮廓的轮廓表面以及防止不期望的压降或再循环区域。

现转向图4，半球部68还包括切口78、80，从而减小阀构件30的总重量，以及在入口24和主出口26之间提供更多的流动面积。现参照图5，阀构件30还包括部分地延伸通过第二侧64以及第一侧62的接收特征件(型件)82。接收特征件82接收阀杆32(参见图2)。孔口84也通过接收特征件82而形成，用于接收紧固件，以相对于阀杆32固定地保持阀构件30。

同样如图5中所见，第二侧64包括平面(平坦)表面86，流动特征件88从该平面表面延伸。该流动特征件88定位于阀构件30的周边处，并且沿着阀构件的外周的一部分延伸。当阀构件30处于部分或完全打开位置时，流动特征件88用作流动的屏障或限制。该限制用于邻近入口24引入或创建更高的压力，以使得除了流动穿过主出口26之外，流动在该压力下也被促使朝向次出口28创建。应当注意到，所示出的流动特征件88的特定形状仅出于示例性目的，并且可以使用其它形状。进一步地，在其它实施例中，可以完全省略流动特征件88。

现转向图6-9，将描述阀构件30的各种操作位置。首先转向图6，阀构件30示出于完全关闭位置。因此，阻止了从入口24到主出口26以及从入口24到次出口28的流动。同样如该视图中所见，示出了由阀构件密封件72所提供的第一密封装置。阀构件密封件72在完全关闭位置处密封地接合壳体22的内表面96。形成于阀构件30和次出口28之间的第二密封装置也示出在图6中。该密封装置包括阀座90。

如图所示，该阀座90通过偏压元件92被偏压为与半球部68接合。如图6中所见，接合半球部68的阀座90的端部边缘是锥形的，以使得该端部边缘大体上(通常)呈现与半球部68相同的外周形状。与由偏压元件92所提供的偏压力相结合的该紧密的几何顺应性在完全关闭位置中提供了半球部68和阀座90之间的密封。附加密封件94邻近偏压元件92设置，以防止或最小化在阀座90和壳体22之间的接口处的泄漏。

现转向图7，阀构件30已经在旋转方向98上部分地旋转，以使得形成于阀构件密封件72和内表面96之间的密封被解除。因此，在入口24和主出口26之间允许流动f。然而，如通过观察图7所见，阀座90仍然完全接合半球部68，以使得从入口24通过孔口74的流动被阻止。

然而，现参照图8，阀构件30在旋转方向98上的继续旋转也将打开从入口24通过孔口74和次出口28的流动路径。因此，允许从入口20到主出口26和次出口28中的每一个的流动f。

最后参照图9，阀构件30在旋转方向98上的继续旋转将阀构件30定位为使得入口24和主出口26以及次出口28之间的流动路径完全打开。在该完全打开位置中，阀构件30相对于从入口24到主出口26以及从入口24到次出口28的流动f呈现最小化的流动限制。

如通过观察图6-9所见，阀构件30在尺寸和宽度上均具有大体上(通常)最小化的构造，同时还获得了蝶形阀构件以及球形阀构件两者的结构特征。该构造允许实现如上所述的第一和第二密封装置，这允许减小致动力。因此，对阀组件10(参见图1)的致动器要求大幅减少。这具有允许实现组件的整体减小的重量和尺寸的优点。

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除非本文另有说明或明显与文本相矛盾，否则在描述本发明的文本中(特别是在所附权利要求的文本)中，术语“一个”、“一”、“所述”以及类似用语的使用应解释为涵盖单数和复数。除非另有说明，否则术语“包含”、“具有”、“包括”以及“含有”将解释为开放式术语(即意指“包括但不限于”)。除非本文另有说明，否则本文中值的范围的列举仅旨在用作单独涉及落在该范围内的每个分开的值的速记方法，并且如同在本文中所单独列举的那样，将每个分别的值并入本说明书中。除非本文另有说明或者明显与文本相矛盾，否则本文所述的所有方法可以以任何合适的顺序进行。除非另有说明，否则本文所提供的任何和所有示例或示例性语言(例如“诸如”)的使用仅旨在更好地诠释本发明，而不对本发明的范围构成限制。说明书中的语言不应被解释为指示对于本发明的实践所必需的任何未要求保护的元件。

本文描述了本发明的优选实施例，包括发明人已知的用于实施本发明的最佳方式。一旦阅读了前文的描述，那些优选实施例的变化对于本领域普通技术人员而言可以变得显而易见。发明人期望本领域技术人员适当地使用这种变化，并且发明人旨在保护以与本文具体描述的不同的方式所实施的本发明。因此，本发明包括根据适用法律允许的所附权利要求中列举的主题的所有修改和等同物。此外，除非本文另有说明或明显与文本相矛盾，否则本发明涵盖了在所有可能变化中的上述元件的任何组合。