中央线流动阀的制作方法

专利名称：中央线流动阀的制作方法
技术领域：
本发明 一般涉及一种阀，且非排他地特别涉及非返回阀(non-return valve)、单向阀(check valve )或防止回；危阀(backflow prevention valve )。
背景技术：
鸭嘴构造的单向.阀相对来说是公知的且用在阀领域中。有许多专利文献 披露了鸭嘴形阀，包括美国专利号3,901,272、4,524,805、 3,822,720、4,240,630 和6，089,260。这些专利类似地披露了鸭嘴形式的阀，具有在其出口处的狭 槽。该狭槽被设计为在张力绕其周边施加时弹性地变形和打开，而由于其形 状通过阀中的偏压应力使得狹槽自动地关闭。
已有技术的美国专利No 996,588和德国专利No 4,033,818描述了现有技 术的鸭嘴单向阀的改变例。美国专利996,588和德国专利4,033,818都是具 有大致圓锥形状的阀，设计为仅允许沿一个方向的流动。美国专利996,588 是具有穿过阀的相对较厚的顶部部分的横向狭槽，该狭槽在流体压力下被张 紧以弹性地变形并打开。德国专利4,033,818是一种压力释放阀，具有在其 顶部的排放孔，该孔在预定的压力下打开并释放压力。德国专利4,033,818 的阀用高弹性合成树脂或橡胶制造，其被偏压关闭但是在排放孔周围在压力 下打开。
申请人(及其前任)的国际专利申请PCT/AU00/00659披露了一种非返 回阀，具有圆锥形的阀膈膜。阀膈膜用回弹柔性材料制造，包括暴露出的轴 环孔，以便在阀上游侧的流体压力下打开。阀膈膜在轴环孔周围被张紧或承 受应力，且膈膜的壁厚朝向其顶部减小，以有助于阀门的打开。
这些单向阀或非返回阀具有至少以下问题
(i) 为了实现其打开所需要的跨过阀的差压力非常高，
(ii) 阀可设计为为了打开而减小该差压力但是随后容易以相对较 低的差压力而被打开并泄露，和
(iii) 在其打开状态下的阀不会具有很大的流动吞吐量，因为狭槽或轴环开口的咽喉限制作用(throat restriction )相对4艮高。 申请人:的国际专利申请PCT/AU2005/0O1762是企图解决这些问题的一 个例子。

发明内容
根据本发明提供一种阀，包括 阀体，具有限定了流体孔的倾斜阀座；
阀头，用于结束阀座，以关闭流体孔； 杠杆臂，附接到阀头；和
偏压装置，可操作地连接到杠杆臂，用于促使阀头与阀座接触，所述偏 压装置布置为在阀头相对于流体孔打开时提供将地的偏压。
优选的是，偏压装置包括弹簧装置。更优选的是，弹簧该装置包括拉伸 弹簧。更加优选的是，拉伸弹簧是伸长的，其一端附接到杠杆臂且相对的一 端附接到阀体。
优选的是，拉伸弹簧被预拉伸，以在阀头打开时提供最小的差动流体压 力。更优选的是，弹簧相对于杠杆臂构造，以使得弹簧拉伸变化的绝对速率 在增加阀头打开程度时降低。更加优选的是，在阀打开时，在弹簧纵向轴线 和杠杆臂纵向轴线之间的假想锐角减小。
优选的是，杠杆臂大致被拉长且在其相对端之间安装在枢轴上。更优选 的是，阀头附接在或临近杠杆臂的一端，且弹簧附接在或临近杠杆臂的另一 端。更加优选的是，阀头位于枢轴的一侧，而弹簧的附接是在枢轴的另一侧。
优选的是，阀座与阀壳体整体地形成。更优选的是，阀座相对于阀体的 横截面以5。到80°的角度倾斜。更加优选的是，阀头在其关闭和打开位置 之间的角度移位小于约75。。
优选的是，流体孔的横截面是卵形或拉长形的，用于增加通过该阀的流 速。更优选的是，阀头包括周边边缘部分，该部分形成为大致卵形或拉长形。
优选的是，阀还包括弹性密封件，装配在周边边缘部分附近，用于密封 接触阀座。更优选的是，弹性密封件是唇状密封件的形式，构造为弹性地变 形，以促进在阀头关闭时对阀头的密封。
优选的是，阀头限定了进在流体孔上游侧上的进入流体通道，所述通道 具有内壁，该内壁限定了到该流体孔的锥形导入部的。更优选的是，内壁临
5近并包围杠杆臂的枢轴。更加优选的是，在流体孔下游侧上的内壁限定了空 腔，在阀头打开时杠杆臂至少部分地容纳在该空腔中。
一般地，提供一种阀，如前述任一权利要求所限定的，其是具有常闭构 造的止回阀。
本文对阀所作的任何描述应理解包括
一种单元，如单向单元，其可独立地或与多个单元结合使用，以形成一
个单向、两个单向、双单向、压力减小区域的阀或其他类型的阀；和
阀包括一个或多个单元，如一个、两个、双单向的阀或压力减小区域的


为了实现对本发明特点的更好理解，参考附图，仅通过例子的方式描述 阀的优选实施例，其中
图1 (a)、 1 (b)、 1 (c)显示了根据本发明的处于打开状态的阀的一个 实施例的各种视图2显示了根据本发明的处于打开状态的阀的另 一实施例的端视图3显示了图2所示实施例的阀的横截面侧视图4显示了图2所示实施例的阀处于关闭状态的横截面侧视图5为图1的阀的相对力-打开角度的理想图6为图2到4所示实施例的阀的测量弹簧力和锐角-打开角度的图7为图2到4所示实施例的阀的弹簧拉长和锐角-打开角度的图8为本发明的替换阀的端碎见图9和IO分别为关闭和打开的状态的两个图1的阀的纵向截面图，该 阀串联地沿流动管线安装；
图11为串联地承装的阀的替换安装形式；
图12为图1的阀和商业可获得阀的压力下降-流速的图，在流速从零 L/min开始增加时进行测量；
图13为图1的两个相邻阀(双单向结构)上的压力下降-流速的图，使 用节流阀和商业可获得的可变速度泵流速控制进行测量，且也针对商业可获 得阀进行了测量，测量是在流速从零L/min开始增加时进行的；
图14为图1的两个相邻阀上的压力下降-流速的图，在流速从零L/min开始增加时进行测量，且在流速下降时再次测量；和 图15为相对力-打开角度的替换的理想图。
具体实施例方式
图1 (a)到1 (c)显示了根据本发明的阀10的一个实施例的各种视图。 阀10通常是用于安装在家用或工业水处理流动管线的水阀。在该应用中， 水阀10在符合法定设计标准之下应在高达7.0kPa左右的差压力下仍保持关 闭。尽管该实施例的水阀10被具体设计为满足这个或各种标准所规定的其 他设计需要，但是应理解，阀可具有其他的应用，包括但不限于工业和家用 单向阀和在管道行业的非返回阀。
水阀10包括阀体12,该阀体包括位于阀体12中的阀座14。该阀体12 形状大致为圓筒形，带有在一端的出口开口 16和在相对端的入口开口 18。 在该实施例中，阀座14与阀体12整体地形成，其优选是用热塑性或聚合物 材料注射模制的，如用高密度聚乙烯如HDPE，聚丙烯、聚碳酸酯或尼龙。 阀座14限定了在阀体12中的流体孔15。应理解，图l (a)是来自阀10的 出口16的端视图，而图1 (b)是来自相对的入口端18的端视图。图l(c) 是来自出口端16的水阀10的透视图，水阀10部分地打开。
水阀10还包括可运动的阀头20,该阀头枢转地位于阀体12中。阀头 20连接到杠杆臂22的一端，该杠杆臂在相对端处绕枢转轴线24安装到阀体 12(如图l( c )中虚线所示))。阀头20包括绕其周边边缘28的回折部(rebate ) 26,回弹密封件30安装到该边缘。回弹密封件30与阔座14接触，用于让 阀10密封闭合。在优选实施例中，回弹密封件为闭合环圈，其在放置于平 表面上处于无应力状态时自然地具有阀头20周边的形状，其可以不是圆形 的且例如可以是椭圓形、扭曲的三角形或泪滴形的。
图2到4以各种视图显示了根据本发明的阀400的另一实施例。类似于 前述实施例中相应部件的部件具有相同的附图标记。为了增强密封，如图3 所示的回弹密封件30包括突出的唇状物31,如在申请人的国际专利申请 PCT/AU2007/000263中4皮露的。该在先提交的专利申请与申请人的优先权申 请i)澳大利亚临时申请2006901049;和ii)美国临时申请60/816,885—— 一起通过引用合并于此。而且，阀座14优选是"方形"，由此密封件30接 触平表面而不是有角度的表面。在一些实施例中，回弹密封件30和阀座14被交换，即密封件装配在阀座上。密封件可以诸如压缩或O形环类密封件这 样的简单密封件。
该实施例的水阀400包括拉伸弹簧32形式的偏压装置。拉伸弹簧32被 拉长并分别在出口端16和杠杆22的相对端附近的相对端处连接到阀体12。
弹簧32相对于枢转轴24配置且连接到杠杆臂22，以控制打开阀400 所需的力。这可通过图6的曲线图来简化，其中打开阀门400所需的沿流动 方向20的力一一即打开力一一随着阀的打开而逐渐减小(图6和7中的线 仅是示意性的)。应理解，打开力的这种减少是通过减少拉伸弹簧32在阀头 20打开时所起的偏压效应来实现的。例如，在阀头基本上打开一般时(约 40° )打开阀头20所需的力仅是最初打开阀头(20° )所需的力的50%。 该设计^是供在#<的差压力有效地关闭，例如高达约7.0kPa，而对阀头20的 大多数角度运动提供很小的打开阻力。需要保持阀完全打开(70° )所需的 力是最初打开阀所需的力的很小分数。
将阀头20保持在打开位置所需的力通过由弹簧32施加到杠杆22的扭 矩来平衡。该扭矩取决于
1. 弹簧32的拉伸导致的沿弹簧轴线33施加到杠杆臂22的力；和
2. 该力与杠杆臂22端部所扫过的圆弧相切的分量。 第2项与假想的锐角37的正弦有关，如图4所示，该角度在弹簧的纵
向轴线33和杠杆臂22的纵向轴线35之间形成。该角度37在阀关闭时处于 最大且随着阀400打开而下降，如图6所示。如图6所示，当阀400完全打 开时，角度37接近零且第2项最小，由此保持阀400完全打开所需的力小 于保持阀关闭所需的力。如图6和7所示的数据点具有10%和20%之间的 相关误差。
如图3中所示，阀头20相对于杠杆臂22的纵向轴线35偏移。这允许 阀400在阀头20没有接触弹簧的情况下完全打开，这将会限制阀40被打开 以限制流量的程度。无偏移的阀头也会增加阀400完全打开的锐角37。因为， 随着角度37接近零保持阀400打开的力接近零，所以例如通过阀头偏移让 阀400完全打开纟艮有利。
因随着阀400的打开锐角37减小而造成的降低的扭矩通过增加弹簧32 的拉长和张力被部分地抵消。在该实施例中，阀座14限定了一平面，该平 面以相对于阀400的纟黄向或截面平面的角度倾^K即，阀座14以相对于阀
8400的中心纵向轴线成锐角地倾斜。在这种情况下，且如图4所示
1. 在阀完全打开时附接弹簧的杆53所扫过的角度减少；和
2. 弹簧的最初拉长速率减小，由此减小最终的弹簧拉长。
图7显示了在阀头和阀横截面之间的角度很小时弹簧拉长率最大。该优 选实施例——其中关闭的阀头26倾斜20。——避开了从O。到20°的弯曲 区域(省略)。在阀400完全打开时，这减少了最终的弹簧拉长，且由此减 少打开力。图7的图示还显示了被阀头26以及杆53扫过的角度为最大50 ° ,进而在阀400完全打开时，减小弹簧拉长，且由此减小打开力。
使用带有小弹簧常数的弹簧也是有利的，因为在这种情况下伴随弹簧拉 长的增加弹簧力改变率减小。还有，让弹簧32靠近枢轴24附接到杠杆臂22 与弹簧32远离枢轴24附接到杠杆臂22的情况相比造成更小的弹簧拉长。
阀IO的打开特性可通过以下因素来修改，包括；
1. 改变阀的物理设计，例如，重新定制阀座的角度，
2. "调整"弹簧32或其他偏压机构的偏压力；
3. 朝向或远离枢轴24移动弹簧32的连接部，以便分別降低或增加杠杆 臂的效果，
4. 相对于枢轴轴线24移动弹簧的一个或两个安装点以降低或增加施加 到阀头20的力，和
5. 相对于弹簧32移动枢轴24，以类似地在阀头20的整个行程中调整 施加到该阀头2.0的有效力。
图8为阀的替换实施例的端视图。为了实现所有的意图和目的，除了阀 座140和阀头200的形状以外，该替换水阀IOO与前述实施例相同。为了参 照容易，我们已经设计了该阀100的相应部件，例如用将额外的"0"用于 阀体来将其标记为120。该例子的阀座140通常是圓形的且形状与阀头200 互补。从图1 (b)与图8的对比可以看出，该替换的阀IOO与前述阀IO相 比具有更大的咽喉限制作用，且相对来说很可能具有降低的通过量(through put capacity )。
图9和10显示了图1的阀，其串联安装在流动管线36的流动壳体34 (双单向布置)中。图8显示了处于关闭状态的阀10、 11,而图10、 11显 示了打开的阀10。为了避免重复，我们设计了用于阀10、 11中任一个的部 件。壳体34具有内孔，该内孔允许阀10的压配合，该阀10彼此邻接并共轴线地对准。在上游端处的孔38包括用于上游阀IO的轴肩40和向内的孔 锥度，以与上游流动管线36对准。在上游端处的阀10、 ll的每一个包括环 形凹部42,该凹部容纳用于将阀体12与壳体34密封的0形密封件44。壳 体34包括在壳体34下游端处的加大的带螺紋开口 45。阀10、 ll经由该加 大的开口 "装入"到孔38中。阀10、 11随后经由螺紋装配件46固定在壳 体34内，该螺紋装配件46附接到壳体34的下游端。
图9和10还清楚地示出了具有内壁48的阀体12，该阀体承装杠杆臂 22、枢轴24和弹簧32的大部分。在阀10的上游侧上的内壁48限定了到流 体孔15的锥形导入部50。内壁48在其下游侧上限定空腔52，在该空腔中 杠杆臂22至少部分地容纳在阀头20的开口上。
如图1和8所示，杠杆臂22实际上是部分隔开的连接到阀头20后侧且 具有共用枢轴24的一对杠杆臂中的一个。臂22经由杆53在该相对端处互 连。杆53提供了用于拉伸弹簧32的安装点，该弹簧位于该一对杠杆臂22 之间。
如图9所示，杠杆臂22每一个包括承载元件54,该元件从它们的上弓 形面突出。承载元件54—起限定了枢转轴线24。在该实施例中，承载元件 54在阀头20的打开和关闭过程中接合承载凹部56。承载凹部56包括在例 如58这样的一对隔开的纵向壁的每一个中，所述纵向壁位于内壁48下方并 与之连接。
从图9和10中还可看出，阀座14限定了相对于阀10的横截面以一定 角度倾斜的平面。在该实施例中，阀座14和阀头20在其关闭状态下以约15 °的角度倾斜。阀座14的倾斜与内壁48的形状一起意味着流体孔15大致 为卵形或加长的形状。另一方面，图8的替换实施例的流体孔150形状为大 致圆形，在该处阀座140有效地相对于阀100的横截面倾斜。阀头20的形 状也使得在阀打开时其大致与阀体的内部形状符合，且阀座或流体孔的形状 为在阀关闭时提供阀头的充分座落。例如，阀头的形状可以是马鞍形式。
图11为家用或工业用水处理设备的替换装置的截面图。该例子的壳体 340与前述应用略微不同，但是两个阀的倾斜是实际上相同的。因此，为了 避免重复，我们用与前述实施例相同的附图标记表示了该应用的相应部件。
图12为图1所示阀的实施例中压力下降-流速的图。压力下降大约从 5kPa变化到10kPa,而流速小于大约65L/min。为了比较，显示了商业上可
10获得阀的类似结果。压力下降大约从15kPa变化到40kPa,而流速小于 65L/min。在该范围内，图1的阀的压力下降比商业可获得阀的压力下降小 约25 % ,且有许多次小于在48L/min处50kPa的标准压力下降。在20L/min、 40L/min和60L/min流速下，杠杆22分别扫过其角度范围的25 % 、 50 %和 100%。
图13为与图12中类似的测量结果的图，但是针对的是图9所示的处于 双单向布置的两个邻接阀。测量执行两次。针对给定流速，用节流阀执行第
一组测量，且使用可变速度的泵来进行第二组测量。为了比较，针对给定流 速使用可变速度的泵对商业可获得的阀进行测量。上游阀10的杠杆臂22分 别在30L/min、 45L/min and 55L/min的流速下扫过其角度范围的50%, 100°/0 和100%。下游阀11的杠杆臂22分别在30L/min、 45L/min and 55L/min的 流速下扫过其角度范围的50%, 75%和100%。
图14为双单向结构下图1的两个邻接阀的压力下降-流速的图，二者均 是在流速增加和随后降低时测量的。观察滞后现象；在流速下降时测量最低 的压力损失。滞后现象可通过改变制造公差和非线性弹簧装置来控制。
图15为本发明另一实施例的打开力-阀头角度的图。在该情况下，应注 意，尽管力最初增加，但是其随后从约15%的打开降低，且在完全打开时该 力比最初打开阀11所需的力小70%。
尽管已经详细描述了多个优选实施例，但是本领域技术人员应理解阀具 有至少一个以下优点
1. 阀可设计为保持关闭并由此避免泄露到最小的差压力，当其打开时通 常小于5到10kPa;
2. 阀可被制造和生产为以一致的性能来运行，例如在预定的最小差压力 来运行；
3. 阀提供相对高的回流阻力(back flow resistance );
4. 阀和阀头可设计为提供相对大的通过开度且由此提供大的流量；
5. 阀上的流体压力下降显著低于现有技术的阀(即，改善了流量系数 Cv或流量因数Kv),且结果是
(i) 供应压力降低，允许使用更小且更有效的供应泵或在广泛采用 了本发明的建筑物和区域中水塔海拔可以降低，或
(ii) 可以使用比现有技术的阀具有更少材料但具有相同或类似压力损失的阀。这在经济上有优势。 本领域技术人员应理解，本文描述的本发明与已经具体描述的实施例相 比可以进行改变和修改。例如，阀可以用金属或塑料来铸造或模制且可以具 有符合的构造，其中如密封件这样的部件可以是弹性体且其它部件是塑料或 技术的。阀不必限制为是所述的拉伸弹簧的实施例，而是可以延伸到能在阀 打开时才是供偏压力减小的其他弹簧或偏压装置。阀头不必是所述或所示的平 面的。例如，阀头可以是三维弯曲的形式且可以是舌状或马鞍状的形式。所 有这些改变和修改可认为是落入本发明的范围内，其特点由前述说明所确 定。
已有技术形成澳大利亚或其他地方的公知常识的一部分。
权利要求
1、一种阀，包括阀体，具有限定了流体孔的倾斜阀座；阀头，用于接触阀座，以关闭流体孔；杠杆臂，附接到阀头；和偏压装置，可操作地连接到杠杆臂，用于促使阀头与阀座接触，所述偏压装置布置为在阀头相对于流体孔打开时提供降低的偏压。
2、 如权利要求l所述的阀，其中，偏压装置包括弹簧装置。
3、 如权利要求2所述的阀，其中，弹簧装置包括拉伸弹簧。
4、 如权利要求3所述的阀，其中，拉伸弹簧是细长的，其一端附接到 杠杆臂且相对的 一端附接到阀体。
5、 如权利要求3或4所述的阀，其中，拉伸弹簧被预拉伸，以在阀头 打开时提供最小的差动流体压力。
6、 如权利要求3到5中任一项所述的阀，其中，弹簧相对于杠杆臂构 造，以使得弹簧拉伸的绝对变化率在阀头打开程度增加时降低。
7、 如权利要求3到6中任一项所述的阀，其中，在阀打开时，弹簧纵 向轴线和杠杆臂纵向轴线之间的假想锐角减小。
8、 如权利要求2到7中任一项所述的阀，其中，杠杆臂大致被拉长且 安装在其相对端之间的枢轴上。
9、 如权利要求8所述的阀，其中，阀头附接在或临近杠杆臂的一端， 且弹簧附接在或临近杠杆臂的另 一端。
10、 如权利要求9所述的阀，其中，阀头位于枢轴的一侧，而弹簧附接 在枢轴的另一侧。
11、 如前述任一权利要求所述的阀，其中，阀座与阀壳体整体地形成。
12、 如前述任一权利要求所述的阀，其中，阀座相对于阀体的横截面以 5°到80°的角度倾斜。
13、 如前述任一权利要求所述的阀，其中，阀头在其关闭和打开位置之 间的角度移位小于约75。。
14、 如前述任一权利要求所述的阀，其中，流体孔的横截面是卵形或细 长形，用于增加通过该阀的流速。
15、 如权利要求14所述的阀，其中，阀头包括周边边缘部分，该部分形成为大致卵形或细长形。
16、 如权利要求15所述的阀，其中，阀还包括弹性密封件，装配在周 边边缘部分附近，用于密封地接触阀座。
17、 如权利要求16所述的阀，其中，弹性密封件是唇状密封件的形式， 构造为弹性地变形，以促进在阀头关闭时对阀头的密封。
18、 如前述任一权利要求所述的阀，其中，阀体限定了流体孔上游侧上 的进入流体通道，所述通道具有内壁，该内壁限定了到该流体孔的锥形导入 部。
19、 如权利要求18所述的阀，其中，内壁临近并包围杠杆臂的枢轴。
20、 如权利要求18或19所述的阀，其中，流体孔下游侧上的内壁限定 空腔，在阀头打开时杠杆臂至少部分地容纳在该空腔中。
21、 如前述任一权利要求所述的阀，其是具有常闭构造的非返回阀或单 通阀。
全文摘要
本发明公开了一种阀(10)。该阀(10)具有限定了流体孔(18)的倾斜的阀座(14)和用于与阀座(14)接触以关闭该流体孔(18)的阀头(20)。杠杆臂(22)附接到阀头(20)。具有偏压装置(32)，其可操作地与杠杆臂(22)附接，用于促使阀头(20)接触阀座(14)，该偏压装置(32)布置为在阀头(20)相对于对于流体孔(18)打开时提供减小的偏压。
文档编号F16K15/03GK101611251SQ200780037790
公开日2009年12月23日 申请日期2007年6月14日 优先权日2006年8月24日
发明者阿伦·迈耶 申请人:环球阀门技术有限公司