专利名称：流量控制阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及阀。更具体地说，本发明涉及一种自动截流阀，其能够在经过阀的流体流量很小时对这种流量作出响应。
背景技术：
对于所有加压流体分配系统来说，无意或偶然的排放都是众所周知的问题。使用家用和工业用送水系统的现今消费者都清楚地知道关于忘关水龙头、水管破裂、财产受损和所带来的高额水费的问题。
一种解决这类问题的方法是在产生了预定流量之后自动地中断供应源处的流动。已经有多种技术可提供这种中断，这些技术均有其自身的优点和缺点。例如，可在管线中设置电子流量计，这样就可将信号发送给总加计算机，而该计算机又发送信号给流动管线中的电子阀，从而使流动中断。虽然这种解决方案对工业应用来说是令人满意的，但它成本太高而不适用于家用目的。另一示例涉及到在流动管线中设置涡轮或摆盘，这样就可将流动转换成旋转运动，驱动时钟机构，该机构可在一定数量的转动后关闭阀。用于中断流动的第三示例是具有阀塞的阀，阀塞在液流作用下被迫靠在阀座上。阀塞的安放就位由阻尼运动延迟器来延迟，从而在安放就位和切断流动之前允许一定体积的液体通过。
虽然前面两种方法能起作用，但第一种方法的成本和第二种方法的可靠性限制了它们的广泛使用。第三种技术是本领域中所公知的。还公开过许多不同的将计量流量提供到阻尼器中或从阻尼器中流出的方法。与这种方法或阀有关的必须解决的一个问题是复位，即排空和重新填充阻尼器并使阀塞脱开以准备进行下一循环。
在对阻尼器流量进行计量时，需要两个条件(1)与经过阀的流量相关的可确定且稳定的压力梯度，以及(2)流动路径限制器，其使该压力梯度与阻尼器串联相通，从而减慢了流动并产生了所需的时延效应。在复位该机构时，通常使用可随定时的推移而被逐渐压缩的弹簧，其提供了存储能量以在需要时进行复位。与该技术有关的问题是，随着弹簧的压缩其施加了越来越大的力，从而妨碍了本身由稳定的压力梯度来带动的定时机构的运动。因此，需要有这样一种阀，其在流动开始时可提供弹簧的立即压缩，使得杯形阀塞的运动不会受到影响。
另外，阻尼型阀通常设计用于预定流量范围的低端值。在这一低流量中，阻尼型阀很难提供操作必需的最小压力梯度。因此，需要有这样一种阀，其中用于压缩弹簧的装置还形成了压力调节器，从而即使在非常低的流率下也能保证适当的压力梯度。
发明公开本文公开的发明避免了上述响应于经过阀的流体流量、尤其是低流体流量方面的缺点。本发明的阀可容易地安装到流动管线中。它可以允许不需要有人看管液体体积的流量控制。经过阀的流量范围很广泛，可从极小的滴流到全流量。
在一个实施例中，本发明的阀是用于控制流量的自动复位阀。该阀具有可切断经过阀的流动的定时套杯；能够被流体的流动抬起以允许流体经过阀的活塞；以及与活塞相通并具有一个或多个端口的调节器，来自阀入口的流体可通过这些端口流动到阀的出口。
根据其设计，本发明的阀能够容易且方便地安装到流动管线中。其简单的设计使其制造成本较低。根据将应用到其中的流动管线的大小，本发明的阀可制成范围较广的尺寸。通过适当地选择材料，本发明就可用于控制范围较广的流量。
本发明允许对所通过的流量进行无人看管的控制。通过控制流量，就可以降低或甚至消除因忘关水龙头或管线破裂而产生的水的浪费和溢流损失。本发明的阀提供了能够使一段时间内的流量不会超过预定限制的自动复位。类似的，本发明的阀还提供了能够在断开如关闭供应源或关紧阀(fixture valve)后压力达到平衡时的自动复位。
本发明的阀包括至少两个部件，使其能够克服在典型的阻尼器型阀中会遇到的那些限制。这些部件包括用于容纳预定的优选流量的定时套杯，以及与阀形成一体的调节器，该调节器不是与阀分开但与之相通，以用于控制经过阀的总流量。
如这里所公开的那样，定时套杯提供了容纳可变流体体积的优选装置。同样可实现相同功能的其它装置包括波纹管或隔膜。这种容器容纳有预定体积的流体，这取决于其行程长度和容器在稳定压力下发生运动所需的直径。容器还提供了可切断经过阀的流动的装置。
调节器提供了稳定的固定基体，阀的其它部件可在其上动作。调节器具有一个或多个端口，其提供了流体流动的入口和出口之间的连通。通过覆盖这些端口就可以有效地切断经过阀的流动。
上述普遍性的有利效果可大体上应用到本文所公开的装置和机构的各种代表性描述和特征中。可实现这些优点的具体结构将在下文中详细地介绍。
附图简介
图1是根据本发明的流量控制阀的分解透视图。
图2是根据本发明的流量控制阀的纵向剖视图，显示了在无流体经过阀时的活塞位置。
图3是根据本发明的流量控制阀的纵向剖视图，显示了在有流体经过阀时的活塞位置。
图4是根据本发明的流量控制阀的纵向剖视图，显示了定时套杯处于调节器的进入端口上以切断经过阀的流动时的位置。
图5是根据本发明的流量控制阀的往复式活塞的一个实施例的分解透视图。
图6是根据本发明的流量控制阀的纵向剖视图，显示了在流动的定时阶段中经过阀的流动方向。
实施发明的方式下面将根据需要来公开本发明的详细实施例。然而，应当理解，所公开的实施例仅仅是本发明的代表性例子，本发明可以多种其它的方式来体现。附图不一定是按比例绘制的，一些特征之处被放大或缩小以显示出特定部件的细节。因此，这里公开的具体结构和功能上的细节不能解释为限制性的，而仅仅是作为权利要求的基础，并且作为使本领域的技术人员能实施本发明的说明性基础。
参见附图，本发明的截流阀整体上由标号10表示。该阀具有与入口和出口流动管线(未示出)相连的入口端21和出口端24。阀10可在其入口端21处接受可变的流体流量，并将经过阀而流到出口端24中的流量自动地限制在预定的量。
阀10包括有空心的圆柱形外壳20、可动的定时套杯30、往复式活塞40、偏压件如螺旋式复位弹簧70以及调节器80，所有这些部件均设于外壳20的入口21和出口24之间。下面将更全面地介绍各个这些部件。
外壳10在两端处被攻丝，以分别在阀的入口21和出口24处提供螺纹22和25。虽然图中显示了带有外螺纹的入口端21和带有内螺纹的出口端24，然而应当理解，这两端均可以是带内螺纹或外螺纹的。类似的，也可使用本领域的技术人员所容易明了的其它装置来提供防漏连接，例如法兰、夹子或粘胶。外壳10的处于攻丝端之间的区域形成为中央部分27，其具有光滑的中心内表面或内孔28，该内表面28可将定时套杯30滑动式地容纳于其中。在中央部分27内的靠近入口21及其周边处形成了入口环形承座或定时套杯的止动结构23，其用于与套杯30相通，因而限制了它的复位运动。在中央部分27内的靠近出口24及其周边处还形成了出口环形承座26，其用于与调节器80相通。入口承座23的直径小于中央部分27的直径，而出口承座26的直径大于中央部分27的直径。入口承座23和出口承座26的用途将在下文中介绍。中央部分27的外部还可设有一个或多个突出的把手或握持片29，其可在将阀10与入口和出口流动管线相连时提供杠杆作用。在其它实施例中，中央部分27的外部自身可设计成使得中央部分27能提供杠杆作用。
在外壳中央部分27内可滑动地设置了空心的圆柱形定时套杯30，其包括最好在整体上具有恒定直径的内孔31，以及设置在外壳20的入口端21处的套杯基体32。套杯基体32与套杯30形成一体并覆盖了套杯30的端部。套杯30的外径33虽然应足够大以使套杯30的周边几乎相邻于中心孔28，但仍应足够小以使在中心面28和外径33之间能够产生经过阀10的流动。入口承座或定时套杯的止动结构23应当具有能够防止定时套杯30伸进到入口21中的直径，从而有效地用作套杯30的环形止动结构或承座。在一个实施例中，阀10可安装有体积调节器(未示出)，用于调节容纳在套杯30内的预设流体体积，从而有效地改变输出体积。这种调节器可包括能够有效地使套杯止动结构23上下运动的空心的螺纹式可动阻挡件、一个或多个垫圈，等等。可以理解，通过改变输出，将被截流的总体积也因此会在一定范围的值内变化。这就提供了可就地改变输出体积的优点。在一个可选实施例中，套杯30可在杯缘36处具有压力平衡用缺口或泄放孔35，以便调节套杯30内的压力。泄放孔35可有效地用于平衡入口端21和出口端24之间的压力，从而在经过阀10的流量停止时使套杯30自动复位。
在套杯30的内孔31中可动地放置了往复式活塞40，其具有基本上平坦的圆形底部43，并形成有轴向地从中穿过的中心底部开口44。底部43的外径制成使其能够沿定时套杯内孔31的长度自由地运动。在活塞底部43的与最邻近套杯基体32相反的一侧设有环形轴环45，其从底部43上垂直地伸出。轴环45与活塞底部43的周边向内侧间隔开，以便为弹簧70提供承座，使弹簧70以该轴环为中心。空心的中心杆41与底部43形成一体，并从中朝向外壳20的出口24伸出，中心杆41可以是圆柱形或圆锥形。最好，杆41的至少一部分为圆锥形，从而提供了套杯密封座50。在另一实施例中，套杯密封座50可以是杆41上的直径比杆41的其它部分更宽的那个部分。套杯密封座50的功能将在下文中介绍。在杆41的最远离底部43的一端设有活塞顶部46。顶部46与杆41形成一体，并具有形成为从中轴向地穿过的位于中心的顶部开口47。顶部46的直径与底部43的直径基本上相同或小一些。
在未示出的另一实施例中，可在活塞顶部46的周围形成环形槽，活塞环即安装于其中。在这样做之后，经过活塞的流体流量的范围可下降到几乎为零。
沿着杆41的内部轴线在其中央设有活塞通道49。通道49始于底部开口44，并沿着杆41的中心持续到顶部开口47。通道49最好在其中设有一些类型的流量限制器，用于调节流出定时套杯30的流率。在一个实施例中，限制器可以是设于通道49的整个长度上的过滤器型材料。通道49和过滤器的直径和密度均可变化，并校准到与从活塞40的底部43到顶部46上的压力降成比例的所需流率。在另一实施例中，如图5所示，通道49可使用过滤器42和曲折的螺纹式路径或定时流量限制器51的组合。流量限制器51的长度和螺纹可设计和校准成能够与上述实施例中的过滤器一样提供与从活塞40的底部43到顶部46上的压力降成比例的所需流率。在图5所示的实施例中，过滤器42可帮助防止碎片进入到通道49中而阻碍流动。本领域的技术人员可以认识到能够限制经过通道49的流动的其它实施例。
虽然不是活塞40的必需部分，但一个或多个轴向凸脊48从顶部46上伸出并与杆41形成一体。凸脊48最好朝向顶部46的边缘向外伸出。凸脊48为活塞40提供了支撑并为定时套杯密封或活塞垫圈60提供了承座，还将活塞40定心于调节器的内孔87内。另外，凸脊48允许顶部46滑动式延伸到稍稍超过调节器80的端部，同时仍定心于调节器80内。对于未设置凸脊48的实施例来说，顶部46将用作定时套杯密封60的承座并有助于活塞40的定心。
定时套杯密封60围绕杆41的外部同心地设置，并且能沿其长度自由地运动。套杯密封60的大小制成能够在套杯30的内孔31和调节器80的底部之间提供基本上防止流动的密封。然而，套杯密封60的内径制成使得在密封60和中心杆41之间可产生流动，流经弹簧70并向下到达底部44，从而允许套杯30在复位期间被重新填充。当弹簧70被压缩且密封60安放在套杯密封座50上时，套杯密封60的内径制成使得在密封60和密封座50之间不会产生流动。在定时套杯密封60的最远离顶部46的一侧设有环形定时套杯槽62，其用于为弹簧70提供承座，从而将弹簧70定心于套杯30和活塞40中。定时套杯槽62可沿套杯密封60的直径设于任意位置处，但优选设置成可使密封60能靠在弹簧70的端部上。
螺旋盘簧70基本上同心地围绕中心杆41设置，其一端71靠在底部43的一侧上，而另一端72安放在套杯密封60中，几乎邻近于顶部46或凸脊48上的最远离顶部46的端部。在松弛下来且展开时，弹簧70基本上延伸过杆41的长度，从而使底部43保持在相对内孔31为基本上同心的位置，提供了活塞底部43和套杯基体32之间的相互间均匀的接触，并将活塞30朝向入口21偏压。弹簧70的张力可根据所要调节到的流速和流量而变化。
在套杯密封60上设有调节器80，其具有稍小于定时套杯的内孔31的外径并可滑动地设置在其中。调节器80为圆柱形，其具有贯穿其中的调节器内孔87。调节器内孔87具有均匀的直径，因此它能够滑动式地容纳活塞顶部46。调节器80还包括由中央环形凸缘83隔开的第一部分81和第二部分85，凸缘83从调节器80中向外伸出。第一部分81和第二部分85可以具有相同或不同的外径。然而，第一部分81应当具有能够使其可滑动地容纳在定时套杯30的内孔31中的直径。第二部分85应当具有可使导流管与出口24在出口24的内部攻有螺纹的那段距离上螺纹式接合的直径。另外，第一部分81可具有一个或多个进入端口82，其邻近于中央凸缘83以允许流体从中流过。端口82的数量和大小可根据所需的流率来确定。
在外壳20的出口24内的位于调节器80的中央凸缘83之上和外壳20的出口螺纹25之下的位置处设有出口垫圈90，其优选为O形密封圈。该垫圈90提供了阀10的中央部分27和出口24之间的密封。垫圈90应当具有不会超过中央凸缘83的最大外径的直径。沿着调节器80的第二部分85的外径设有倒角或垫圈座84，其可帮助将垫圈90安放在调节器80的第二部分85和出口24的内部之间。在一个可选择的实施例中，出口24在出口承座26和出口螺纹25之间设有另外的垫圈座(未示出)，其用于为安放出口垫圈90提供进一步的支撑，从而改善了出口24和调节器80之间的密封。
再次参考附图尤其是图2-4和图6，阀的操作如下所述当阀中没有流体流动时，阀10中的部件处于如图2所示的位置。图中显示出弹簧70完全地伸展开，套杯30的底部32与入口承座23相邻，调节器80的端口82处于套杯30的端部之上，活塞底部43相邻于套杯基体32的内部。当流体开始流动时，活塞40被抬起，弹簧70被压缩，如图3所示。套杯30被逐步地抬起，允许流体在中心孔28和套杯外径33之间持续地流过阀10的中央部分27，流到套杯边缘36之上，通过调节器的端口82，并且在杆41和调节器的内孔87之间流到调节器边缘88之上并流出阀10。流经阀10的流率并不重要。实际上，本发明的一个独有特征在于，即使非常低的流率也足以将活塞顶部46抬起到调节器边缘88之上。可以理解，流率越小，活塞顶部46被抬起到调节器边缘88之上的高度也越小。
应当理解，由于活塞顶部46和调节器内孔87邻近，因此在活塞底部43和顶部46之间形成了压力差。底部43周围的区域比顶部46周围的区域受到更大的压力。这一压力差导致了活塞40被拉动或提升到而不是被推到低压力区域中，这样便在调节器边缘88和活塞顶部46之间形成了出口，流体可从该出口中流出。一旦活塞40被抬起，套杯密封座50就密封了活塞40和套杯密封60之间的区域。
容纳在定时套杯30中的液体流出的唯一方式是通过活塞通道49流到顶部开口47上方的低压力区域中。这种流出受到上述设于活塞通道49中的限制器51的类型的限制。另外，液体从套杯30中流出形成了一类液压锁，其中套杯30被限制在其向上的运动中。
随着液压锁被流经限制器51的流动而解除，因套杯外壁33和中央内孔28之间的流动所产生的拖动便推动套杯30向上运动。套杯30的这一向上运动持续到其边缘36与中央凸缘83接触或几乎接触时为止，此时便覆盖了端口82并阻止了流体流出阀10。这时，流经阀10的流动便停止了，如图4所示。在入口21处存在高压力，而在出口24处存在低压力。该压力差使得套杯30的边缘36靠在承座86上，只允许经由泄放孔35的预定流动。套杯基体32与活塞底部43相接触，使活塞40向上并保持弹簧70被压缩。一旦处于该无流动的位置，套杯30就阻止了反向流动，有效地防止了任何可能发生的回流。
可以通过使定时套杯外壁33和中央内孔28之间的间隙形成为较大来降低对套杯30的拖动。这样，拖动不再成为一项因素。由于传递给套杯内孔31的低压力，阀10仍可起作用。
通过使入口21和出口24之间的压力差平衡就可使阀10复位，并且弹簧70推动活塞40和套杯30回到其如图2所示的初始位置，此时套杯基体32靠在套杯的止动结构23上。压力平衡例如可通过关闭入口流动管线上的阀以使压力经泄放孔35散开来实现，或者通过关闭出口流动管线上的阀以使出口侧通过泄放孔35重新增压来实现。本领域的技术人员可以容易地清楚用于平衡压力并实现复位的其它方式。这种方式例如包括在入口供给阀和流量阀10之间提供一条“排放”管线，在其一端设有阀，因此，通过在关闭供给阀后打开排放阀，就可使较高的入口压力降低到大气压力。在另一种方式中，可在入口管线和出口管线上均连接排放管线，其设于供给阀和入口侧的流量阀之间，并位于流量阀和出口侧的关紧阀之间。通过关闭供给阀或关紧阀就可随后打开排放阀，从而允许在高压力的入口侧和低压力的出口侧之间实现压力平衡。另外，可在外壳20的一侧上设置密封按钮。通过在关闭供给阀或关紧阀后按下按钮，套杯就会松开，从而使系统平衡。另外，按钮可设计成使其可松开调节器80的隆起或凸缘83处的止回阀。
还应当认识到，通过选择弹簧的压力或张力、限制器容量以及活塞顶部和调节器内孔之间的间隙，阀10就可以用作时控型装置，这与全体积型装置相反或者可作为它的补充。例如，一个阀10可设计成在30分钟内关闭。阀10可允许0.2加仑每分钟(GPM)的流率，在关闭前允许释放6加仑的流体。通过将同一阀10中的流率改变到10GPM，阀仍可在30分钟内关闭，但之前已经释放了300加仑的流体。
虽然在上文中已经详细地介绍和说明了本发明，然而可以清楚地理解，上述介绍只是说明性的和示例性的，并不起限制的作用。本发明的精神和范围仅由所附权利要求来限定。
工业适用性本发明可应用于阀门行业中，更具体地说，其可用于自动截流阀中。尤其重要的是，本发明能够防止因持续流水的马桶、忘记关上的水槽或破裂的管线而产生的水的浪费和损害。
权利要求
1.一种流量控制阀，包括圆柱形外壳，其具有入口端和出口端以及处于它们之间的中央部分；可滑动地设置在所述中央部分内的定时套杯；具有底部和顶部的活塞；围绕着所述活塞以将所述活塞朝向所述入口端推动的弹簧；和所述活塞可从中通过的流量调节器，所述调节器还包括具有一个或多个进入端口的第一部分以及通过环形凸缘与所述第一部分隔开的第二部分。
2.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于，所述定时套杯还包括用于将所述活塞底部置于其中的内孔。
3.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于，所述活塞还包括底部开口和顶部开口，以及从所述底部开口通到所述顶部开口的通道。
4.根据权利要求3所述的流量控制阀，其特征在于，所述通道还包括流量限制器，其中所述通道和流量限制器校准成与从所述活塞的底部到顶部上的压力降成比例的所需流率。
5.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于，所述活塞还包括用于调节来自所述定时套杯的流动的流量限制器。
6.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于，所述活塞还包括用于调节来自所述定时套杯的流动的过滤器。
7.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于，所述流量控制阀还包括设置在所述活塞周围的活塞垫圈，其中所述垫圈的外径至少为所述调节器的外径，从而提供了用于将所述调节器安放在所述活塞上的承座。
8.根据权利要求7所述的流量控制阀，其特征在于，所述活塞顶部包括一个或多个轴向凸脊，其用于防止所述活塞垫圈从所述活塞上脱开。
9.根据权利要求7所述的流量控制阀，其特征在于，所述垫圈具有环形槽，所述弹簧的一端即设于其中。
10.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于，所述定时套杯还包括泄放孔，其用于平衡所述阀的入口端和出口端之间的压力。
11.根据权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于，所述活塞顶部包括一个或多个轴向凸脊，其用于将所述活塞定心于所述流量调节器中。
12.一种用于控制流量的自动复位阀，包括定时套杯，其用于在所述套杯内的容积消除时切断经过所述阀的流动；活塞，其可被所述流体的流动抬起，从而允许所述流体流过所述阀；和调节器，其与所述活塞连通并具有一个或多个端口，来自所述阀入口的流体可通过所述端口流到所述阀的出口。
13.根据权利要求12所述的自动复位阀，其特征在于，所述活塞还包括用于调节来自所述定时套杯的流动的流量限制器。
14.根据权利要求12所述的自动复位阀，其特征在于，所述定时套杯还包括泄放孔，其用于平衡所述阀的入口端和出口端之间的压力。
15.根据权利要求12所述的自动复位阀，其特征在于，所述活塞还包括活塞底部和活塞顶部，所述活塞顶部邻近所述调节器，因而在所述活塞底部和活塞顶部之间形成了压力差，导致所述活塞朝向低压力区域运动。
16.根据权利要求12所述的自动复位阀，其特征在于，所述活塞朝向低压力区域的运动使得所述定时套杯沿所述阀运动，覆盖了所述调节器的一个或多个端口，从而切断经过所述阀的流动。
全文摘要
一种流量控制阀(10)，具有圆柱形外壳(20)和可滑动地设置在外壳(20)的中央部分内的定时套杯(30)。定时套杯(30)具有壁(32)。活塞杆(40)具有底部(43)和顶部(46)、位于杆内的过滤器(42)，以及围绕着杆(40)以将杆(40)和套杯(30)朝向入口端推动的弹簧(70)。杆(40)可从流量调节器(80)中穿过，该调节器包括具有一个或多个进入端口(82)的第一部分(81)以及通过环形凸缘(83)与第一部分(81)隔开的第二部分(85)。
文档编号F16K21/00GK1575392SQ02821326
公开日2005年2月2日 申请日期2002年6月13日 优先权日2001年8月31日
发明者R·杜林 申请人:铜斑蛇丘研究公司