流动控制系统和具有关闭辅助的控制阀的制作方法

流动控制系统和具有关闭辅助的控制阀的制作方法
【专利摘要】一种控制阀，控制阀包括具有中空部的活塞壳体。该中空部具有第一端、敞开端、内部的第一室以及内部的第二室，并且流体口构造成允许流体排出第二室。第一室更靠近第一端，并且第二室更靠近敞开端。活塞位于壳体内并且适于往复运动。活塞包括第一密封接合部和第二密封接合部。第一密封接合部具有小于第二密封接合部的直径的直径。
【专利说明】流动彳￡制系统和具有关闭辅助的彳￡制阔
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本申请要求于2013年8月2日提交的题目为“流动控制系统和具有关闭辅助的控制阀(A Flow Control System and Control Valve Having Closure Assistance)，，的美国临时专利申请N0.61/861,771的优先权。本申请还要求于2014年5月19日提交的并且题目也为“流动控制系统和具有关闭辅助的控制阀(A Flow Control System and ControlValve Having Closure Assistance) ” 美国临时专利申请 N0.62/000，079 的优先权。上述两个临时专利申请的全部内容通过参引并入本文。

【技术领域】
[0003]本公开内容总体上涉及流体的流动控制。更特别地，涉及用于高压流体的流动控制的设备和系统。还更特别地，本公开内容涉及控制阀并且该控制阀允许高压流体仅沿一个方向流动。

【背景技术】
[0004]控制阀用于工业过程中来调节源点和终点(例如，管、管件或容器)之间的流体的流动。某些控制阀设计成使得在特定过程情况下使阀关闭，禁止流体从源点和终点流动，而其他过程情况下使阀打开。通常控制阀包括:本体、活塞、本体与活塞之间的密封件、以及偏置弹簧，偏置弹簧接合本体、活塞和密封件，即将关闭力施加在活塞上。这些控制阀由弹簧致动并且由在源点和终点中的变化的流体压力致动。阀的各种表面的加工公差的限制可能对其性能形成产生不利的影响。在一些环境中，具有宽松的加工公差的阀在其应当关闭时打开，导致不期望的回流至源点管线中。当例如终点管线压力波动并且终点管线压力变得大于源点管线压力，并且在阀活塞上施加大于弹簧的关闭力的力时，这种不期望的回流情况可能发生于具有欠佳的加工公差的阀。更耐用、较不易受加工公差、变化和压力波动影响的方法或阀设计在工业应用中会是有利的。
实用新型内容
[0005]本文中所公开的是一种控制阀，其包括活塞壳体和适于在活塞壳体中往复运动的活塞。该壳体包括:中空部，中空部具有第一端、第二及敞开端、内部的第一室以及内部的第二室；和通向第二室的流体口。第一室与第一端邻近，并且第二室与敞开端邻近。活塞包括第一密封接合部和第二密封接合部，第一密封接合部具有小于第二密封接合部的直径的直径。
[0006]在实施方式中，该控制阀还包括:第一环形密封件，第一环形密封件密封地接合第一密封接合部，并且构造成防止流体在第一室的至少一部分与第二室的至少一部分之间流动；第二环形密封件，第二环形密封件与第一环形密封件轴向地间隔开，并且构造成密封地接合第二室和活塞的第二密封接合部；以及流体区，流体区定位在第一环形密封件与第二环形密封件之间并与第二室和流体口流体连通。
[0007]在实施方式中，该活塞包括:第一组表面区域，第一组表面区域基本上面向活塞壳体第一端，并且具有总轴向投影表面积；第二组表面区域，第二组表面区域基本上面向活塞壳体的敞开端，并且具有总轴向投影表面积；其中，第一组表面区域的总轴向投影表面积超过第二组表面区域的总轴向投影表面积。活塞可以在关闭构型与打开构型之间往复运动，在关闭构型中，防止了活塞壳体的敞开端与第二室之间的流体连通，在打开构型中，允许敞开端与第二室之间的流体连通。该阀可以构造成使得当阀处于关闭构型时，第一组表面区域和第二组表面区域设置在第二室内。
[0008]另外公开的是一种流动控制系统，其具有流动控制阀，流动控制阀包括活塞壳体和适于在活塞壳体中往复运动的活塞。该壳体包括:头部和中空的延伸部，该延伸部具有敞开端、内部的第一室、内部的第二室以及流体口，流体口构造成允许流体排出第二室。第一室与头部相邻并且具有小于第二室的直径的直径。第二室与敞开端相邻。活塞包括第一密封接合部和第二密封接合部，第一密封接合部具有小于第二密封接合部的直径的直径。
[0009]在实施方式中，系统包括:控制阀，其具有与壳体的头部相邻的控制口 ；供给管；排放管；与供给管流体连通的第一系统口 ；与排放管流体连通的第二系统口 ；节流阀，其具有与第一系统口流体连通的入口和与控制阀的控制口流体连通的出口。该系统包括引导阀，引导阀具有:第一引导口，第一引导口与控制阀的控制口和节流阀出口流体连通；和第二引导口，第二引导口与第二系统口流体连通。控制阀设置在供给管与排放管之间。节流阀和引导阀中的一者或两者可以是可调节的。
[0010]在实施方式中，流动控制系统包括控制阀，控制阀具有:偏置构件，偏置构件设置在活塞与壳体之间以使活塞偏置离开壳体的头部；第一环形密封件，第一环形密封件设置在第一室内并且构造成密封地接合第一室和活塞的第一密封接合部；第二环形密封件，第二环形密封件与第一环形密封件轴向地间隔开并且设置在第二室内，第二环形密封件构造成密封地接合第二室和活塞的第二密封接合部；以及流体区，流体区在第一环形密封件与第二环形密封件之间延伸并且与流体口流体连通。
[0011]活塞还可以包括:第一组表面区域，第一组表面区域基本上面向头部并且具有总轴向投影表面积；第二组表面区域，第二组表面区域基本上面向活塞壳体的敞开端并且具有总轴向投影表面积；其中，第一组表面区域的总轴向投影表面积超过第二组表面区域的总轴向投影表面积。在实施方式中，第一组表面区域的总轴向投影表面积不大于所述第二组表面区域的总轴向投影表面积的105%。
[0012]另外公开的是一种控制阀，其包括活塞壳体和适于在活塞壳体中往复运动的活塞。该壳体包括中空部、具有敞开端的侧壁、延伸通过侧壁的多个流体口、以及多个门，每个门均构造成选择性地密封所述流体口中的一个流体口。

【专利附图】

【附图说明】
[0013]现在将参照附图对公开的实施方式进行详细地描述，在附图中:
[0014]图1为根据本文描述的原理的流动控制系统的示意性局部截面图；
[0015]图2为根据本文描述的原理的以关闭构型示出的图1的流动控制系统的控制阀的局部截面侧视图；
[0016]图3为根据本文描述的原理的图2中的活塞壳体的截面侧视图；
[0017]图4为根据本文描述的原理的图2中的活塞的侧视图；
[0018]图5为图2的控制阀的截面近视图，示出了根据本文描述的原理的活塞与活塞壳体之间的第一密封件；
[0019]图6为图2的控制阀的截面近视图，示出了根据本文描述的原理的活塞与活塞壳体之间的第二密封件；
[0020]图7为再次处于关闭构型的图2的控制阀的局部截面侧视图，并且也示出了根据本文描述的原理涉及可能流动情况的多种轴向力分布的示意；
[0021]图8为根据本文描述的原理的处于打开构型的图2的控制阀的局部截面侧视图；
[0022]图9为根据本文描述的原理的用于图2的控制阀的活塞的另一实施方式的侧视图；
[0023]图10为根据本文描述的原理的以打开构型示出的图1的流动控制系统的控制阀的实施方式的局部截面侧视图；
[0024]图11为根据本文描述的原理的用于与图1的流动控制系统相配的控制阀的活塞壳体的截面立体图，该活塞壳体具有摆动门；
[0025]图12为根据本文描述的原理的与图11的活塞壳体相配的活塞局部截面侧视图；
[0026]图13为图11中所示的活塞壳体的旋转放大截面视图；
[0027]图14为根据本文描述的原理的用于与图1的流动控制系统相配的控制阀的活塞壳体的俯视截面图，该活塞壳体具有摆动门；
[0028]图15为与图1的流动控制系统相配的控制阀的截面立体图，该阀以关闭构型示出；
[0029]图16为图15中所示的控制阀的活塞的立体图；
[0030]图17为图15中所示的控制阀的滑动门的立体图；
[0031]图18为图15中所示的控制阀的滑动门的另一立体图；
[0032]图19为根据本文描述的原理的以关闭构型示出的与图1的流动控制系统相配的控制阀的局部截面侧视图；以及
[0033]图20为根据本文描述的原理的流动控制系统的示意性局部截面图。
[0034]符号和术语
[0035]附图未必按照比例。本文公开的某些特征和部件可能按比例放大或者采用略微示意的形式示出，并且为了清楚和简明起见没有示出常规元件的一些细节。在一些附图中，为了更加清楚和简明，可能省略一个或更多个部件或部件的方面，或者可能没有用附图标记标识在其他地方标识的特征或部件。此外，在附图中，相似或相同的附图标记可能用来表示相同或类似的元件。
[0036]本文包括权利要求中使用的术语“包括”和“包含”以开放式方式，并且因此应该被解释为“包括，但是不限于……”的意思。同样地，术语“联接”用于意指或者间接的或者直接的连接。因此，如果第一部件联接或被联接至第二部件，那么部件之间的连接可能通过两个部件的直接接合或通过经由其他居间部件、装置和/或连接实现的间接连接。“基于”的意思为“至少部分地基于”。因此，如果X基于Y，那么X可基于Y和任意数目的其他因素。
[0037]此外，如本文包括权利要求中使用的术语“轴向”和“轴向地”通常意为沿着或平行于给定轴线(例如，本体或口部的中心轴线)，而术语“径向”和“径向地”通常意为垂直于轴线。例如，轴向距离指的是沿着或平行于给定轴线测量的距离，并且径向距离意为垂直于轴线测量的距离。

【具体实施方式】
[0038]图1以示意性形式示出了流动控制系统100的示例性实施方式，该流动控制系统100用于通过在管105、110之间联接的表面积补偿控制阀200调节从供给管105至排出管110的流体的流动。流动控制系统100也包括节流阀130、引导阀140、与供给管105流体连通的上游流体口或系统口 150、与排出管110流体连通的下游流体口 155。
[0039]现在参照图1和图2两者，控制阀200包括阀体205、可移除端208、定位在阀体205内的活塞壳体210、定位在活塞壳体210内的表面积补偿活塞230、与口 150且与供给管105流体连通的控制阀入口 260。可移除端208与阀体205联接，该联接通过紧固件(未示出)或通过例如切削至端208和阀体205的螺纹实现。以这种方式，可移除端208构造成作为阀200的头部。活塞壳体210包括多个径向延伸的流体口 265，该多个径向延伸的流体口 265与口 155且与排出管110流体连通。活塞230定位在控制阀入口 260与流体口 265之间并且适于沿着壳体210内的中心轴线221往返运动，以便交替地允许以及防止入口 260与流体口 265之间并且最终至排出管110的流体连通。控制阀200还包括延伸穿过或邻近可移除端208的控制口 270以响应于管105中的供给压力Pl与管110中的排出压力P2之间的压差而影响活塞230的运行状况。在图1和图2的实施方式中，活塞壳体210通常为圆筒形并且构造成当通过可移除端208促进时能够插入至阀体205中并且可以从阀体205移除的构件。
[0040]返回图1，节流阀130包括入口 132，入口 132通过供给压力管线151联接用于与流体口 150流体连通，并且节流阀130包括出口 134，出口 134联接用于与节流阀出口管线135流体连通。在本文中，“管线”指的是管件、管、软管或构造成用于流体连通的类似装置。在该实施方式中，节流阀130示出为在入口 132处具有过滤器的可调节针阀。类似地，引导阀140包括第一引导口 142和第二引导口 144，第一引导口 142通过引导管线143联接用于流体连通，第二引导口 144通过排出压力管线156联接用于与流体口 155流体连通。多支管160联接三个用于流体连通的流动通路，这些流动通路为:与节流阀出口 134连通的节流阀出口管线135，与第一引导口 142连通的引导管线143，以及与控制阀200的控制口 270连通的控制管线271。多支管160和控制口 270附近的流体压力指定为压力P3。节流阀130设置并且构造成控制或影响口 150与控制口 270之间的通过多支管160的流体交换和流体压力。类似地，引导阀140设置并且构造成引导、即控制或影响下游的流体口 155与控制口270之间的通过多支管160的流体交换和流体压力。节流阀130和引导阀140通过多支管160相互地连通。
[0041]虽然节流阀130在图1中示意性地示出为手动可调节阀，但是在多种其他实施方式中，节流阀130具有任何可控制的致动器，比如电气地或机械地可控制的致动器，或者节流阀130可能具有固定的孔口并且因此不可调节。因此同样地，虽然引导阀140示意性的示出为手动可调节阀，但是在多种其他实施方式中，引导阀140具有任何电气地或机械的可控制致动器或代替图1中表示的手动致动的其他适合的致动装置。
[0042]现在参照图3，活塞壳体210包括头部215和中空的延伸部220，该中空的延伸部220具有邻近头部215的第一端223、与第一端相对的第二敞开端222、邻近第一端223的第一上部圆筒形室224、以及沿中心轴线221与上部室224同心并且相交的第二下部圆筒形室226。下部室226邻近敞开端222。在该实施方式中，中空的延伸部220示出为大致圆筒形。上部室224与头部215相邻并且具有小于下部室226的直径的直径。下部室226与敞开端222相邻。在组合中，室224、226从头部215延伸至敞开端222。多个流体口 265径向地延伸通过延伸部220的侧壁，在延伸部220的一部分穿孔并且与下部室226相交。流体口 265构造成允许流体进出下部室。虽然，由图3的截面图表示了八个流体口 265，事实上，在延伸部220的侧壁中可形成任意适合数量的流体口 265，例如包括一个、两个、十五个、或更多个流体口 265。在敞开端222与流体口 265之间，延伸部220包括环形的、非穿孔的密封区域228。远离敞开端222，控制口 270提供用于与上部室224的一部分流体连通的路径，允许流体进出上部室224。在该实施方式中，控制口 270与轴线221对准并且延伸穿过头部215。
[0043]如图4中最佳地示出的，活塞230包括通常圆筒形的本体232和内腔235，其中，活塞本体232包括中心线231、控制端233、与控制端233相对的流动端237、邻近或相邻于控制端233的上密封接合部240、以及邻近或相邻于流动端237的下密封接合部245。类似地陈述，活塞本体232的控制端233设置成相邻于或邻接上密封接合部240且远离下密封接合部245。活塞的流动端237包括渐缩面，或者更一般地，包括波状面239和相邻于下密封接合部245的座置表面238。上密封接合部240具有小于下密封接合部245的直径的直径。由于密封接合部240、245之间的尺寸差，第一环形肩部250定位在部分240、245之间。第一环形肩部250面向与第一端233—一即，第一端233的端面一一相同的大致方向。上密封接合部240包括周向凹槽242，并且下密封接合部245包括周向凹槽246。凹槽242造成构造成容纳并且保持第一环形密封件285，如图2的组装后的控制阀200中所示，并且凹槽246构造成容纳并保持第二环形密封件286。因而，对于控制阀200而言，密封件285、286联接至活塞230以随活塞230运动。更特别地，第二环形密封件286与第一环形密封件285一样部分地嵌入活塞230的壁内。至少在该实施方式中，环形密封件285、286是弹性O形环。
[0044]在图4的实施方式中，活塞本体232还包括通常圆筒形的居间部255，该居间部255在上密封接合部240与下密封接合部245之间延伸并且具有小于上密封接合部240和下密封接合部245的直径的直径。在一些情况下，居间部255的减小的直径可以减小活塞230与活塞壳体210之间的摩擦。居间部255与下密封接合部245共用第一环形肩部250，并且与上密封接合部240形成第二更小的环形肩部252。因而，更小的环形肩部252定位在上密封接合部240与居间部255之间，并且面向与流动端237的成形面(contoured face) 239相同的方向。更小的环形肩部252的直径小于第一环形肩部250的直径。
[0045]回到图2，控制阀200还包括偏置构件275和阀座280，阀座280联接至活塞壳体210从而形成敞开端222的延伸部。阀座280具有通常面向头部215的座置表面282。偏置构件275设置在活塞230与活塞壳体210之间，并且构造成使活塞230沿远离头部215的方向偏置。阀座280限制活塞230和偏置构件275沿轴向方向的运动，从而使偏置构件275联接至活塞230和活塞壳体210两者。如图2中所示，阀座280邻近活塞壳体210的敞开端222，并且偏置构件275是盘绕压缩弹簧，该盘绕压缩弹簧能够在活塞230从关闭构型行进至完全打开构型时施加5至10镑力(pounds-force)的弹簧力。在一些其他实施方式中，另一偏置构件275选用以下弹簧力:该弹簧力小于5镑力或大于10镑力，但不至于高到在控制系统100的所有设计或预期的流动条件期间保持阀200关闭。偏置构件275示出为部分定位在活塞230的内腔235内，并且在腔235的内端236与反作用表面、即头部215的内表面之间延伸。偏置构件275通常与中心轴线221对准，从而围绕控制口 270。盘绕偏置构件275的敞开端和敞开侧壁允许控制口 270维持与上部室224的流体连通。
[0046]在图2的组件中，第一环形密封件285定位或设置在上部室224内并且围绕活塞230的上密封接合部240定位。密封件285构造成密封接合上部室224和活塞部240。第二环形密封件286定位在下部室226内并且围绕活塞230的下密封接合部245定位。密封件286构造成密封接合下部室226和活塞部245。例如，在活塞230如图2所示定位的情况下，其中，第二环形密封件286设置在活塞部245与延伸部220的非穿孔的密封区域228之间，从而防止了入口 260与流体口 265之间的流体连通。也就是说，在所述构型中，第二环形密封件286密封接合下部室226和活塞230，并且控制阀200是“关闭的”。
[0047]为了描述作用在活塞230上的流体力，将在控制阀200内限定三个流体区。中央流体区290相邻于流体口 265，控制流体区292相邻于控制口 270，并且入口流体区295相邻于控制阀入口 260。在图2的实施方式中，中央流体区290与流体口 265流体连通；控制流体区292与控制口 270流体连通；并且入口流体区295与控制阀入口 260流体连通。流体区290在第一环形密封件285与第二环形密封件286之间轴向地延伸。中央流体区290为在活塞230与上部室224、下部室226的部分之间的通常环形的空间。例如，上部室224的壁与活塞230之间的窄间隙限定了流体区290的一部分。在至少图2的实施方式中，中央流体区290的尺寸、即容积是可变化的，并且是基于第一环形密封件与第二环形密封件之间的固定距离的，并且是基于活塞230在上部室224、下部室226内的可变轴向位置的。例如，活塞230的沿壳体轴线221的位置影响上部室224的哪一部分和下部室226的哪一部分设置在可移动密封件285与可移动密封件286之间，该可移动密封件285与可移动密封件286界定了流体区290。因此，活塞230的轴向位置影响流体区290的尺寸，至少在该实施方式中是如此。
[0048]再次参照图1，设置在流动控制系统100内的诸如以液体或空气为例的流体能够进入阀200中的流体区290、292、295中的一个流体区，并且接触活塞230的各个表面区域和活塞壳体210的各个内表面区域。流体的压力一一无论是否等于、大于或小于大气压一一对活塞230和活塞壳体210的暴露于流体的表面区域施加力。更广义地说，流体与控制阀200内的多个暴露于流体的表面区域交换力，导致活塞壳体210和活塞230的包括活塞的反作用力和任何运动的相对的反作用。在其他情况下，当控制阀200是单独的并且没有联接为控制系统100的构件时，空气或其他流体与活塞230的表面和活塞壳体210的内表面交换力。系统100和控制阀200可以构造成用具有各种压力的流体操作。在一些情况下，流体压力可以在Opsig(镑/平方英寸)至1000psig的范围内。系统100和控制阀200的各种实施方式设计成在Opsig至200psig的压力范围内操作。在其他情况下，系统100和控制阀200设计成用具有不同压力的流体操作。
[0049]通过流体和控制阀200内的特定表面区域施加的力定向成垂直于该表面区域并且分布在整个表面区域上。对于平的、径向延伸的表面区域，例如第一环形肩部250的表面，轴向力与流体交换。如果该表面区域是弯曲的，那么通过流体施加的力在垂直于弯曲表面的每一处。对于并非严格地径向延伸及并非严格地轴向延伸的表面区域，例如弯曲或渐缩的表面，通过流体施加在该表面区域上的合力是可分解的，即可分成径向力和轴向力，即合力的径向分量和轴向分量。流体在表面上的轴向力可以例如通过下述方式确定:估算该表面的轴向投影面积，然后将该结果乘以流体的压力。流体在活塞230上的轴向力影响活塞230的打开和关闭。
[0050]参照图2和图4，活塞230包括多个暴露于流体的表面区域，该表面区域相邻于流体区290、292、295或在流体区290、292、295内，并且从而构造成承受相应流体区中的流体的压力。部分240、245、255的最外侧表面区域在径向上背离轴线231，从而产生构造成承受通过流体压力施加的径向力的径向投影表面积。如图4中最佳地示出的，在活塞230上的一些表面区域具有垂直于轴线231的轴向投影表面积，从而使其容易受到来自流体的轴向力。对于控制流体区292，活塞230的控制端233和内腔235的内端236是暴露于流体的表面区域，该表面区域具有构造成面向活塞壳体210的头部215的组合的轴向投影表面积234。内端236的一部分由偏置构件275覆盖；即使如此，内端236的该部分间接地经由偏置构件275承受控制流体区292的流体的压力。面积234呈平的圆形。对于入口流体区295，活塞230的第二端237包括多个暴露于流体的表面区域，例如座置表面238和成形面239，该表面区域具有构造成面向活塞壳体210的敞开端222的组合的轴向投影表面积247。面积247呈平的圆形。
[0051]在多种实施方式中，活塞230的第二端237的轴向投影表面积247不大于与活塞230的控制端233相关联的轴向投影表面积234的115%。在一些其他实施方式中，活塞230的第二端237的轴向投影表面积247不大于与活塞230的控制端233相关联的轴向投影表面积234的105%。根据该描述，应该理解，在一些实施方式中，活塞230的第二端237的轴向投影表面积247大于与活塞230的控制端233相关联的轴向投影表面积234的115%。
[0052]对于中央流体区290，第一环形肩部250和更小的环形肩部252构造成用于暴露于区290中的流体并且用于与流体口 265流体连通。第一环形肩部250具有构造成面向活塞壳体210的头部215的轴向投影表面积251。在该实施方式中，肩部250的轴向投影表面积251等于肩部250的总表面积。更小的环形肩部252具有构造成面向活塞壳体210的敞开端222的轴向投影表面积253。在该实施方式中，肩部252的轴向投影表面积253等于肩部252的总表面积。面积251、253呈环形的及平的。第一环形肩部250的轴向投影表面积251大于更小的环形肩部252的轴向投影表面积253。
[0053]如图5中最佳地示出的，第一环形密封件285通过在凹槽242内接合联接至活塞230的上密封接合部240。第一环形密封件285包括表面区域285B，该表面区域285B构造成用于与流体口 265流体连通，暴露于中央流体区290中的流体，具有面向活塞壳体210的敞开端并且在径向上延伸越过活塞230的轴向投影表面积287B。环形密封件285还包括表面区域285A，该表面区域285A暴露于控制流体区292中的流体，并且具有面向活塞壳体210的头部215并且在径向上延伸越过活塞230的轴向投影表面积287A。
[0054]相似地，如图6中最佳地示出的，第二环形密封件286通过在凹槽246内接合联接至活塞230的下密封接合部245。第二环形密封件286包括环形表面区域286A，该环形表面区域286A构造成用于与流体口 265流体连通，暴露于中央流体区290中的流体，并且具有面向活塞壳体210的头部215并且在径向上延伸越过活塞230的轴向投影表面积288A。环形密封件286还包括表面区域286B，该表面区域286B暴露于入口流体区295中的流体，并且具有面向活塞壳体210的敞开端222并且在径向上延伸越过活塞230的轴向投影表面积 288B。
[0055]活塞凹槽242、246还包括具有面向活塞壳体210的头部215或面向敞开端222的轴向投影表面积(未指定)的各种表面区域。然而，在凹槽242、246上的这些区域或者通过密封件285、286与流体隔离，或者这些区域上的轴向流体力通过施加在密封件285、286的设置在凹槽242、246内的部分上的相等且相反的轴向力抵消。因而，流体作用在凹槽242、246和密封件285、286上的净轴向力施加在对应于密封件285、286的在径向上延伸越过活塞230的面积287B、287A、288B、288A的表面区域上。密封件285、286通过凹槽242、246将流体力传递至活塞230。
[0056]因而，如图4和图5及图6中最佳示出的，控制阀200包括多个表面区域，该表面区域构造成用以在流体与活塞230之间交换轴向力，即联接至活塞230的表面区域，该表面区域具有轴向投影表面积并且构造成用于暴露于阀200中的流体。这些表面区域可以在概念上分为两组。参照图2和图4，活塞230和密封件285、286 —起包括面向上组的表面区域。该面向上组中的每个表面区域通常面向头部215并且具有轴向投影表面积。该面向上组的构件包括控制端233、及内端236、第一环形肩部250、第一环形密封件285的区域285A、以及第二环形密封件286的区域286A。与该面向上组相关联的轴向投影表面积包括面积234、251、287A和288A。活塞230和密封件285、286还包括面向下组的表面区域。该面向下组中的每个表面区域通常面向活塞壳体210的敞开端222并且具有轴向投影表面积。该面向下组的构件包括流动端237的表面238、239、更小的环形肩部252、第一环形密封件285的区域285B、以及第二环形密封件286的区域286B。与该面向下的组相关联的轴向投影表面积包括面积247、253、287B及288B。
[0057]先前描述的多个表面区域的各种构件设置在中央流体区290内并且可以在概念上分为两组表面区域，即先前描述的面向上组或面向下组的各子组。流体区290中(即相邻于、围绕流体区290或在流体区290内)的第一组表面区域的每个构件具有通常面向活塞壳体210的头部215的轴向投影表面积。第一组的构件包括分别具有面积251、288A的第一环形肩部250和第二环形密封件286的区域。流体区290中的第二组表面区域的每个构件具有通常面向活塞壳体210的敞开端222的轴向投影表面积。第二组的构件包括分别具有面积253、287B的更小的环形肩部252和第一环形密封件285的区域。流体区290中的第一组表面区域的集合的、即总的轴向投影表面积(例如，面积251、288A的总和)超过流体区290中的第二组表面区域的集合的、即总的轴向投影表面积(例如，面积253、287B的总和)。例如，在各种实施方式中，流体区290中的第一组表面区域的总轴向投影表面积不大于流体区290的第二组表面区域的总轴向投影表面积的115%。在一些其他实施方式中，流体区290中的第一组表面区域的总轴向投影表面积不大于流体区290中的第二组表面区域的总轴向投影表面积的105%。第一组的总轴向投影表面积与第二组的总轴向投影表面积的差使通过区290中的流体施加在活塞230上的净轴向力偏置而朝向活塞壳体210的敞开端222作用，从而用作关闭力。
[0058]在阀200的各种实施方式中，用于形成活塞230和环形密封件285、286的表面区域的加工过程公差影响面向活塞壳体210的头部215的总轴向投影表面积和面向敞开端222的总轴向投影表面积。因此，第一环形肩部250构造有足够的轴向投影表面积251以确保用于流体区290中的活塞230的部分的区域，不管加工过程公差如何，面向头部215的总轴向投影表面积比面向敞开端222的总轴向投影表面积更大。
[0059]图7示出了通过与流体口 265连通的流体300直接地或间接地施加在活塞230上的一些力或力的分布。如所示出的，流体300还与流体区290和在活塞230上的或与活塞230相邻的、形成流体区290的一部分边界的各种表面区域连通。也就是说，流体300存在于流体口 265和流体区290中，并且流体300在控制阀200内接触各种流体暴露表面区域。在该示例中，流体300由穿过流体口 265进入的或施加压力的水平箭头表示。特别地，图7示出了通过流体300施加在活塞230上的各种轴向力305、310、315和320。为了清楚起见，在图7中未示出活塞230的轴向反作用和各种其他轴向力及径向力。在一些示例中，图7示出了当未启动并且与流体系统断开连接时的控制阀200。在各种其他示例中，图7示出了联接为图1的流动控制系统100的构件的控制阀200。如图7中所示出的，控制阀200处于关闭的构型，其中，第二环形密封件286密封地接合下密封接合部245和第二室226。
[0060]第一环形肩部250的轴向投影表面积251和第二环形密封件286的轴向投影表面积288A均面向头部215，并且因此，区域290中的流体分别作用在肩部250和密封件286上的压力导致的轴向力305、310指向活塞壳体210的敞开端222，并且用作关闭力，从而趋于朝向与阀座280接触来推压活塞230。更小的环形肩部252的轴向投影表面积253和第一环形密封件285的轴向投影表面积287B均面向敞开端222，并且因此，区域290中的流体分别作用在肩部252和密封件285上的压力导致的轴向力315、320指向活塞壳体210的头部215，并且用作关闭力，从而趋于推压活塞230远离阀座280。
[0061 ] 继续参照图7，控制流体区292构造成包括与区290中的流体相同的流体或者与区290中的流体不同的流体。例如，在图1的实施方式中，区292构造成包括与区290的流体相同的流体，即使区域290、292中的流体压力在各种示例中是不同的。控制端233的轴向投影表面积234和活塞230的内端236面向头部215，并且因此，端部233、236构造成在活塞230与区292中的流体之间交换轴向力，流体力指向敞开端222并且用作关闭活塞230。因此同样地，活塞230的流动端237的轴向投影表面积247面向敞开端222，并且因此，流动端237构造成在活塞230与区295中的流体之间交换轴向力，流体力指向头部215并且用作打开活塞230。偏置构件275将关闭力施加在活塞230上，该力指向敞开端222。
[0062]为了使控制阀200实现或保持在图7的关闭构型，作用在活塞230上的所有关闭力的总和超过作用在活塞230上的所有打开力的总和。现在仅参照由流体区290中的流体施加的力，对于本公开的实施方式，至少当第二环形密封件286密封地接合下部室226时，在区290中作用在活塞230上的关闭力的总和超过在区290中作用在活塞230上的打开力的总和，如以图7的关闭构型举例说明的。因此，当阀200处于图7的关闭构型时，流体区290中的活塞230上的净轴向力指向或朝向敞开端222作用，并且将控制阀200偏置到关闭位置。在各种操作条件下，流体压力及由此产生的在流体区290之外的轴向力发生变化并且引起阀200的打开或关闭。在流体区290之外的流体力包括由供给管105中的流体施加在活塞230的成形面239上的打开力和由穿过控制口 270连通并且作用在活塞230的控制端233和内腔235上的流体所施加的关闭力。优选地，活塞230和阀200在供给压力Pl大于排出压力P2时打开并且在供给压力Pl小于排出压力P2时关闭。活塞230和阀200构造成在供给压力Pl等于排出压力P2时通过偏置构件275的作用来关闭。
[0063]图8示出了控制阀200的打开构型的示例。其中，第二环形密封件286没有密封地接合、即没有“密封”活塞的下密封接合部245和壳体的下部室226。在该打开构型中，密封件286接触活塞230和下部室226两者，但没有接合延伸部220的无穿孔密封区域228。相反地，密封件286在轴向上布置成与流体口 265相邻。因此，控制阀入口 260与流体口 265流体连通。再次仅涉及由流体区290中的流体施加的力，至少在一些示例中，当第二环形密封件286未形成密封时，在区290中作用在活塞230上的关闭力的总和超过在区290中作用在活塞230上的打开力的总和。
[0064]再次参照图1和图2，活塞230的相对于活塞壳体210的轴向位置至少受到以下因素的影响:偏置构件275的力、入口流体区295中的流体压力P1、中央流体区290中的流体压力P2、以及控制流体区292中的流体压力P3。在各种示例中，压力P1、P2和P3的相对量随着时间变化并且随着活塞230的轴向位置变化。因此，活塞230的轴向位置和压力P1、P2和P3相互关联。在各种示例中，随着活塞230的轴向位置发生变化，控制阀200在打开构型(图7)与关闭构型(图8)之间变化。
[0065]通常，当供给管105中的压力Pl小于或等于排出管110中的压力P2时，控制阀200关闭，从而不允许控制阀入口 260与流体口 265之间的流体连通，并且因此，不允许供给管105与排出管110之间的流体连通。控制阀200的关闭构型通过以下力而部分地保持:通过由偏置构件275施加在活塞230上的轴向力和通过区290中的流体施加在活塞230上的净轴向力，该净轴向流体力朝向敞开端222作用，如前文所述的。因此，当关闭控制阀200并且排出管110中的压力P2大于供给管105中的压力Pl时，防止了从排出管110至供给管105的流体回流。
[0066]现在参照图9，该图示出了用于控制阀200的具有表面积补偿活塞430的另一实施方式。活塞430包括与活塞230的特征类似的许多特征，例如，通常圆筒形的本体432和内腔235，其中，活塞本体432包括中心轴线431、控制端233、与控制端233相对的流动端237、与控制端233邻近或相邻的上密封接合部440、以及与流动端237邻近或相邻的下密封接合部445。上密封接合部440具有比下密封接合部445的直径更小的直径。由于密封接合部440、445之间的尺寸差，渐缩的环形肩部450在部分440与445之间延伸。由于肩部450是渐缩的，因此其相对于轴线431既在径向上又在轴向上延伸。肩部450与第一端233通常面向相同的轴向方向。上密封接合部440包括构造成接收第一环形密封件285的周向凹槽242，并且下密封接合部445包括构造成接收第二环形密封件286的周向凹槽246。因此，当为安装控制阀200做好准备时，密封件285、286联接至活塞430以用于与活塞430 —起运动。
[0067]与参照图4描述的活塞230不同，活塞430不包括与流动端237面向相同方向、并且定位在密封接合部440与445之间的对应的第二肩部。也就是说，活塞430不包括类似于活塞230的更小的肩部252的肩部。相反地，肩部450形成了密封接合部440、445之间的过渡。在该实施方式中，由于肩部450的渐缩构型，肩部450的轴向投影表面积450小于肩部450的总表面积。在活塞430的其他实施方式中，肩部450径向延伸但未轴向延伸，具有与肩部450的总表面积相等的轴向投影表面积，这是肩部250的特性。
[0068]参照图2和图9两者，当活塞430代替活塞230安装在控制阀200中时，环形肩部450的轴向投影表面积451面向活塞壳体210的头部215。当肩部450暴露于中央流体区290中的流体时，流体施加指向活塞壳体210的敞开端222并且用作关闭力的压力导致的轴向力，就像图7的力305 —样，从而趋于推压活塞430朝向敞开端222并且与阀座280接触。中央流体区290 (图2)在第一环形密封件285与第二环形密封件286之间延伸，从而在活塞430与上部室224的一部分、下部室226的一部分之间限定通常环形的空间。流体区290与流体口 265流体连通。
[0069]具有活塞430的控制阀200的实施方式包括构造成在流体与活塞430之间交换轴向力的多个表面区域，即联接至活塞430的表面区域，具有轴向投影表面积，并且构造成用于暴露于阀200中的流体。该多个表面区域的各种构件设置在中央流体区290内，并且包括环形肩部450和分别在环形密封件285、286上的表面区域285B、286A(图5和图6)。这些表面区域能够概念性地分离成两组。中央流体区290中(即，相邻于、围绕着流体区290或流体区290内)的第一组表面区域的每个构件具有构造成通常面向活塞壳体210的头部215的轴向投影表面积。第一组的构件至少包括分别具有轴向投影面积451、288A的第一环形肩部450的表面的一个区域和第二环形密封件286的表面区域286A。中央流体区290中的第二组表面区域的每个构件具有构造成通常面向活塞壳体210的敞开端222的轴向投影表面积。第二组包括具有轴向投影面积287B的第一环形密封件285的表面区域285B。在该实施方式中，该第二组仅具有一个构件。对于本文中描述的表面区域的任意组而言，该组可以仅具有一个构件，即仅具有轴向投影表面积的一个连续表面区域。流体区290中的第一组表面区域的集合的、即总的轴向投影表面积(例如，面积451、288A的总和)超过流体区290中的第二组表面区域的总轴向投影表面积(例如，面积287B的大小)。例如，在各种实施方式中，流体区290中的第一组表面区域的总轴向投影表面积不大于流体区290中的第二组表面区域的总轴向投影表面积的115%。在另一些其他的实施方式中，流体区290中的第一组表面区域的总轴向投影表面积不大于流体区290中的第二组表面区域的总轴向投影表面积的105%。
[0070]第二组表面区域的总轴向投影表面积与第一组表面区域的总轴向投影表面积相比的差将通过区域290中的流体施加到活塞430上的净轴向力偏置以朝向活塞壳体210的敞开端222作用，从而用作关闭力。类似阐明的，至少在第二环形密封件289密封地接合下部室226时，在区域290中作用在活塞430上的关闭力的总和超过在区域290中作用在活塞430上的打开力。由于活塞430与活塞230相比少一个构造成面向敞开端222的表面(即，没有对应于更小的肩部252的表面)，与经历相同流动条件下的实施方式中的由流体施加到活塞230上的净轴向力相比，由流体施加到活塞430上的净轴向力作为关闭力更有力地偏置。
[0071]现在参照图10，该图示出了可以在控制系统100中采用的另一个表面积补偿控制阀500。在一些实施方式中，控制阀500作为图1的控制阀200的子组件被安装。控制阀500包括活塞壳体510，活塞壳体510中设置有表面积补偿活塞530，表面积补偿活塞530适于沿着中心轴线221往复运动，使阀500在关闭构型与打开构型之间转变。在图10中，阀500示出为呈打开的构型。
[0072]活塞壳体510包括类似于活塞壳体210 (图3)的特征的许多特征例如，诸如头部215和中空的延伸部220，中空的延伸部220具有敞开端222、上圆筒形室224以及下圆筒形室226，该下圆筒形室226沿着中心轴线221与上部室224同心地相交。上部室224与头部215相邻，并且具有比下部室226的直径更小的直径。下部室226与敞开端222相邻。多个径向延伸的流体口 265径向延伸穿过圆筒形延伸部220的侧壁，从而与下部室226相交，即，在延伸部220的一部分穿孔。流体口 265与室224、226的部分流体连通。此外，活塞壳体510包括内周向凹槽516，内周向凹槽516在轴向上定位在无穿孔密封区域228内、相邻于敞开端222内以及限定下部室226的内表面。在图10的实施方式中，阀座280与壳体延伸部220的敞开端222螺纹地接合，并且包括径向向外延伸并且与凹槽516在轴向上相邻地设置的环形凹槽518。凹槽516、518形成下部室226与控制阀入口 260之间的拐角袋状部。凹槽516、518—起构造成接收并且保持第二环形密封件286。在阀座280与延伸部220的相交处被接收拐角袋状部的凹槽516、518的情况下，第二环形密封件286联接至活塞壳体510。更特别地，密封件286部分地嵌入中空的延伸部220的内圆筒形壁内，并且密封件286构造成相对于活塞壳体510保持静止。当然，随着活塞的往复运动，预期凹槽516内的密封件286的小的运动，并且与密封件286接合及分离。在一些其他的实施方式中，密封件286从阀座280轴向移位。在该实施方式中，环形密封件285、286为弹性O形圈。
[0073]继续参照图10，活塞530包括与活塞230 (图4)的特征类似的许多特征，诸如例如通常圆筒形本体232、控制端233、与控制端233相对的流动端237、与控制端233邻近或相邻的上密封接合部240、以及与流动端237邻近或相邻的下密封接合部545。上密封接合部240具有比下密封接合部545的直径更小的直径。第一环形肩部250通常面向与第一端233相同的方向定位在密封接合部240、545之间。活塞530还包括在上密封接合部240与下密封接合部545之间延伸的具有减小的直径的居间部255。该居间部255与下密封接合部545共用第一环形肩部250并且与上密封接合部240形成第二更小的环形肩部252。肩部252面向与流动端237通常相同的方向。
[0074]活塞530的上密封接合部240包括周向凹槽242。凹槽242构造成接收和保持第一环形密封件285。因此，对于控制阀500，第一环形密封件285联接至活塞530以与活塞530 一起运动。更特别地，第一环形密封件285部分地嵌入活塞230的外壁内。与活塞230的下密封接合部245不同，在活塞530中，下密封接合部545不包括周向凹槽以接收和保持与流动端237邻近的环形密封件。
[0075]在图10中示出的敞开构型中，第二环形密封件286密封地接合活塞的下密封接合部545以及壳体的下部室226。当阀500打开时，密封件286保持联接至延伸部220的无孔密封区域228并且不接触活塞230。相反，在打开构型中，活塞530从阀座280和密封件286轴向移位，并且控制阀入口 260与流体口 265流体连通。
[0076]控制阀500包括与流体口 265相邻的中央流体区290、与控制口 270相邻的控制流体区292、以及与控制阀入口 260相邻的入口流体区295。中央流体区290与流体口 265流体连通；控制流体区292与控制口 270流体连通；并且入口流体区295与控制阀入口 260流体连通。流体区290、292、295描述了流体力作用在活塞530上的位置。中央流体区290在活塞230的各个表面区域与上部室224和下部室226的各个表面区域之间径向延伸，并且在第一环形密封件285与第二环形密封件286之间径向延伸。在图10的实施方式中，由于活塞530和第一环形密封件285相对于静止的第二环形密封件286的相对运动，因此流体区290的形状和容积构造成至少部分地变化。类似地阐述，基于第一环形密封件与第二环形密封件之间的可变距离、以及基于活塞530在上部室224和下部室226内的可变轴向位置，中央流体区290的尺寸是可变的。因此，在阀500处于关闭构型时，中央流体区290是通常呈环形的，并且在阀500处于如图10中示例的敞开构型时，在各种情况下，中央流体区290包括与活塞流动端237相邻的通常圆筒形部。
[0077]继续参照图10，控制阀500包括构造成在流体与活塞530之间的交换轴向力的多个表面区域，即，联接至活塞530的表面区域，具有轴向投影表面积并且构造用于暴露于阀500中的流体。所述多个表面区域的各个构件设置在中央流体区290中(即，与流体区290相邻、围绕流体区290、或在流体区290内)。这种区域包括环形肩部250、252以及第一环形密封件285的区域285B。(也参见图5。)这些不同区域能够在概念上分成两组。在中央流体区290中的第一组表面区域的每个构件均具有通常面向活塞壳体510的头部215的轴向投影表面积。第一组至少包括第一环形肩部250的表面上的具有轴向投影面积251的区域。在该实施方式中，该第一组仅具有一个构件。第二组表面区域的每个构件均具有通常面向活塞壳体510的敞开端222的轴向投影表面积。该第二组至少包括分别具有轴向投影面积453、287B的更小的环形肩部252的表面上的区域以及第一环形密封件285的区域285B。至少在第二环形密封件286密封地接合下部室226和活塞530时，流体区290中的第一组表面区域的总轴向投影表面积(例如，面积251的大小)超出流体区290中的第二组表面区域的总轴向投影表面积(例如，面积453、287B的总和)。例如，在各个实施方式中，例如流体区290中的第一组表面区域的总轴向投影表面积不大于流体区290中的第二组表面区域的总轴向投影表面积的115%。在一些其他实施方式中，流体区290中的第一组表面区域的总轴向投影表面积不大于流体区290中的第二组表面区域的总轴向投影表面积的105%。
[0078]至少在第二环形密封件286密封地接合下部室226和活塞530时，活塞530上的净轴向力偏置成朝向活塞壳体510的敞开端222作用，用作闭合力。类似地阐述，在所描述的情况下，在区290中作用在活塞530上的闭合力的和超过在区290中作用在活塞530上的打开力的和。如之前所述，在各个实施方式中，文中描述的任何组可以仅具有一个构件。
[0079]现在参照图11和图12，不出了活塞壳体和表面积补偿活塞的另一实施方式。在该实施方式中，活塞壳体610和表面积补偿活塞630构造成用于替代先前描述的活塞壳体210和活塞230而安装为图1的控制阀200的构件。活塞壳体610是中空的并且包括中心轴线621、通常圆筒形侧壁625、下端或敞开端622和上端623、以及从上端623延伸至敞开端622的圆筒形室624。多个孔或流体口 665径向延伸穿过与敞开端622邻近的侧壁625，从而在侧壁625上穿孔并且与室624的下端相交以用于流体连通。实际上，在侧壁625中可以形成任何合适数目的流体口 665，例如包括一个、两个、八个、十五个、或更多个流体口665。
[0080]在敞开端622与流体口 665之间，侧壁625包括环形无穿孔密封区域628。当安装在图1的控制阀200中时，活塞壳体610的上端623通过阀200的可移除端208轴向地保持，控制口 270延伸穿过阀200的可移除端208，从而使室624的上端与控制口 270流体连通。在至少一些实施方式中，上端623通过可移除端208闭合。
[0081]最佳地如图13所示，活塞壳体610还包括多个门650以及多个门密封件652，多个门密封件652定位在壳体侧壁625与门中的一个门之间。门650弯曲成与活塞壳体610围绕中心轴线621的曲度匹配。每个门650均通过铰接件655联接至与口 665中的一个口相邻的侧壁625。铰接件655轴向地定位在门650与上端623之间。为了在安装期间方便，铰接件655嵌入侧壁625中的凹部中并且在门650关闭时不径向延伸越过侧壁625。铰接件655包括定向成与圆筒形侧壁625通常相切的旋转轴线657。每个铰接件655还包括偏置构件658，该偏置构件658构造成使相应的门650偏置成与门密封件652和流体口 665接合。门650构造成根据流动状况从口 665向外和向上沿方向659摆动，以及摆动返回以接触门密封件652。以此方式，每个门650均构造成选择性地密封口 665中的一个口。
[0082]再参照图12，活塞630包括通常圆筒形本体632和内腔235。活塞本体632包括中心轴线631、控制端633、与控制端633相对的流动端237、与控制端633邻近或相邻的上密封接合部640、以及与流动端237邻近或相邻的下密封接合部645。上密封接合部640具有与下密封接合部645的直径基本相同的直径。上密封接合部640包括周向凹槽642，该周向凹槽642构造成接收和保持环形密封件285。因此，密封件285联接在活塞630的壁部内以与活塞630 —起移动。在该实施方式中，环形密封件285为弹性O形环。活塞本体632还包括通常圆筒形居间部648，该通常圆筒形居间部648在上密封接合部640与下密封接合部645之间延伸并且具有比上密封接合部640和下密封接合部645的直径更小的直径。在某些情况下，居间部648的减小的直径可以减小活塞630与活塞壳体610之间的摩擦。
[0083]偏置构件275设置在活塞630的腔235内并且构造成在活塞630与阀200的可移除端208之间延伸，以使活塞630沿远离可移除端208的方向偏置。环形密封件286接收在活塞壳体610的敞开端622内的凹槽516内。尽管图13中未图示，但与图10的座280类似，阀座280螺纹地接合敞开端622，以在安装在室624内时保持密封件286并且保持活塞630。与图10中示出的以及图1中表示的阀入口 260类似，敞开端622和阀座280限定用于活塞壳体610的控制阀入口 260。当活塞630组装在壳体610内时，活塞630定位在控制阀入口 260与流体口 665之间并且适于沿着中心轴线621往复运动，以便交替地允许并且然后防止入口 260与流体口 665之间的流体连通。
[0084]图14呈现了活塞壳体710，活塞壳体710构造用于与图12的活塞630 —起工作并且构造用于安装在图1的控制阀200内来替代活塞壳体210和活塞230。与活塞壳体610(例如，图11)相同，壳体710还包括摆动门，但摆动的方向不同。与活塞壳体610—样，活塞壳体710组装有活塞630和偏置构件275 (图12)。活塞壳体710包括中心轴线721以及与活塞壳体610的特征类似的多个特征。作为示例，活塞壳体710包括通常圆筒形侧壁625、下端或敞开端622和上端623、从上端623延伸至敞开端622的圆筒形室624、以及多个孔或流体口 665。在图14的俯视图中并不是这些特征中的所有特征都可见。口 665径向延伸穿过与敞开端622邻近的侧壁625，从而在侧壁625上穿孔并且与室624的下端相交以用于流体连通。当安装在图1的控制阀200中时，活塞壳体710的上端623通过阀200的可移除端208在轴向上保持，控制口 270延伸穿过阀200的可移除端208，从而使室624的上端与控制口 270流体连通。
[0085]活塞壳体710还包括多个门750以及多个门密封件652，多个门密封件652定位在壳体侧壁625与门中的一个门之间。图14的示例包括四个门750。门750弯曲成与活塞壳体710围绕中心轴线721的曲度匹配。每个门750均通过铰接件755而与口 665中的一个口相邻地联接至侧壁625。铰接件755在轴向上定位成与门750相邻。铰接件755包括定向成与中心轴线721平行的旋转轴线757。每个铰接件755还包括偏置构件758，偏置构件758构造成使相应的门750偏置成与门密封件652和流体口 665接合。门750构造成根据流动状况从口 665向外沿方向759摆动，以及摆动返回以接触门密封件652。以此方式，每个门750均构造成选择性地密封口 665中的一个口。图14的门密封件652的形状可以与图13的门密封件652不同。
[0086]尽管在图13中未图示，但与图10和图11的实施方式类似，阀座280螺纹地接合敞开端622以在安装在活塞壳体710的室624内时保持环形密封件286并且保持活塞630。活塞壳体710、敞开端622和阀座280限定用于活塞壳体710的控制阀入口 260，该控制阀入口 260与图10中示出的以及图1中表示的阀入口 260类似。当活塞630组装在壳体710内时，活塞630定位在控制阀入口 260与流体口 665之间并且适于沿着中心轴线721往复运动，从而交替地允许并且然后防止入口 260与流体口 665之间的流体连通。
[0087]当安装在图1中示出的控制阀200的阀体205内时，活塞壳体610、710的通过门密封件652辅助的相应的门650、750(图11和图14)交替地允许和防止通过流体口 665的流体连通，从而在排出管110中的压力P2大于供给管105中的压力Pl并且阀200关闭时，将活塞630与排出管110隔离。因此，在各种情况下，关闭的门650,750防止排出管110的流体压力P2作用在活塞630上并且防止可能移动活塞630，从而确保偏置构件275保持抵靠密封件286和阀座280上的活塞630座置，以保持用于阀200的关闭构型。因此，在排出管110中的压力P2大于供给管105中的压力Pl时，防止了从排出管110至供给管105的流体回流。活塞壳体610、710的门650、750构造成使控制阀200与活塞630的各个表面区域的加工公差或尺寸不准确度的影响隔离。
[0088]现在参照图15，示出了可以在控制系统100中采用的另一控制阀800。在一些实施方式中，控制阀800作为图1的控制阀200的子组件安装。控制阀800包括活塞壳体810，在活塞壳体810中设置有表面积补充活塞830，表面积补充活塞830适于沿着中心轴线821往复运动，以使阀800在关闭构型与打开构型之间转变。在图15中，阀800示出为处于关闭构型。最显著地，活塞壳体810包括联接至活塞830的多个滑动门850。
[0089]最佳地如图16所示，活塞壳体810包括与活塞壳体610的特征类似的若干特征，诸如例如通常圆筒形侧壁625、下端或敞开端622和上端623、从上端623延伸至敞开端622的圆筒形室624、以及多个周向隔开的孔或流体口 865。口 865径向延伸穿过与敞开端622邻近的侧壁625，从而在侧壁625上穿孔并且与室624的下端相交以用于流体连通。活塞壳体810还包括设置在侧壁625内的轴向延伸的通道812，该通道812与每个流体口 865和上端623相交。当从上端623观察时，通道812具有T形结构，并且因此，通道812还可以被称为T形通道812。通道812的“T”的基部814径向延伸至室624。T形通道812弯曲成与侧壁625的曲度匹配。
[0090]活塞830包括通常圆筒形本体832和内腔235。活塞本体832包括中心轴线831、控制端833以及与控制端833相对的流动端237、与控制端833邻近或相邻的上密封接合部840、以及与流动端237邻近或相邻的下密封接合部845。上密封接合部840具有与下密封接合部845的直径基本相同的直径。上密封接合部840包括构造成接收并且保持上环形密封件285的周向凹槽842。因此，密封件285联接在活塞830的壁内以与活塞830 —起移动。活塞本体832还包括通常圆筒形居间部848，通常圆筒形居间部848在上密封结合部840与下密封接合部845之间延伸，并且具有与上密封接合部840和下密封接合部845的直径基本相同的直径。活塞830还包括腔235，腔235构造成接收偏置构件275 (图1)以在阀200的活塞830与可移动端208之间延伸，以使活塞830在离开可移动端208的方向上偏置。
[0091]现在参照图17和图18，门850弯曲成与侧壁625和通道812的曲度相匹配。每个门850包括轴向延伸本体部851，轴向延伸本体部851具有径向向内延伸的中央部853、一个在中央部853的每一侧上的两个轴向延伸的翼部854、跨过中央部853和翼部854的径向外表面852、在外表面852中的密封凹槽855、从每个门850的上边缘径向延伸的附接臂856。门密封件857接收并保持在密封凹槽855内。在相对于中心轴线821测量的情况下，附接臂856具有与中心部853相同的角宽。
[0092]如在图15中示出的，每个门850联接至活塞830。在本实施方式中，门850与活塞830之间的联接在附接臂856处实现。门850和其附接臂856以滑动的方式接收在T形通道812内，附接臂856径向延伸穿过T形通道812的基部814并且延伸至室624中。门密封件857定位在门850的外表面852与容置侧壁625中的对应通道812之间。门850构造成与活塞830 —起轴向地移动，并且门密封件857构造成与门850 —起移动。通过该布置，每一对门850和门密封件857构造成选择性地密封口 865中的一个口。在一些实施方式中，门密封件857中的至少一个门密封件替代地围绕口 865保持在通常固定的位置，而非嵌入在门850上的密封凹槽855中。
[0093]尽管未在图15中示出，与图10和图11的实施方式类似，阀座280螺纹地接合敞开端622以便在安装在活塞壳体810的室624内时保持环形密封件286并且保持活塞830。活塞壳体810、敞开端622以及阀座280限定用于活塞壳体810的控制阀入口 260，该控制阀入口 260类似于图10中所示且在图1中指示的阀入口 260。当组装在壳体810内时，活塞830和门850定位在控制阀入口 260和流体口 865之间，并且适于沿着中心轴线821往复运动以便交替地允许以及防止入口 260与流体口 865之间的流体连通。
[0094]当安装为图1中的控制阀200的子组件时，活塞壳体810的上端623通过阀200的可移除端208在轴向上保持，控制口 270延伸穿过可移除端208，从而将室624的上端安置为与控制口 270流体连通。在一些实施方式中，活塞壳体810包括联接至上端823的单独的头部，该单独的头部与控制阀200中的活塞壳体210的头部215 (图3)或者控制阀500中的活塞壳体510的头部215 (图10)类似。
[0095]参照图15和图1，当安装为控制阀200的子组件时，控制阀800的操作类似于先前描述的对活塞壳体610、710与活塞630 (图11、图14、和图12)的操作。活塞壳体850的由门密封件852辅助的门850交替地允许并随后防止穿过流体口 865的流体连通，从而当压力P2大于供给管105中的压力Pl并且阀200关闭时，将活塞830与排出管110隔离。因此，在各种情况下，关闭的门850防止排出管110的流体压力P2移动活塞830，从而保证偏置构件275使活塞830保持抵靠密封件286和阀座280座置以保持阀200的关闭构型。因此，当排出管110中的压力P2大于供给管105中的压力Pl时，防止流体从排出管110流回至供给管105。活塞壳体810的门850构造成将控制阀200与活塞830的各个表面区域的加工公差或者尺寸不准确度的影响隔离。
[0096]图19表示可以在图1的控制系统100中采用而代替控制阀200的控制阀的另一个实施方式。在该实施方式中，控制阀900包括阀本体905、联接至阀本体905的可移除头部915、定位在阀本体905内的居间壳体构件920、以及定位在阀本体905内的表面积补偿活塞930。在图19的实施方式中，阀本体905与参照图1描述的阀200的阀本体205类似或者相同。
[0097]阀本体905包括:控制阀入口或者敞开端906 ;控制阀出口 908，其可以称为排出流体口，从入口 906移位；上端或控制端910，其具有开口，并且通常位于上述入口 906与出口 908之间。阀本体905还包括环形阀座912和活塞轴线914，环形阀座912设置成靠近入口 906，活塞轴线914延伸穿过阀座912和控制端910的开口。为了方便起见，控制端910还可以称为“第一端”，并且敞开端906还可以称为“第二端。”与文中公开的一些实施方式不一样，图19的控制阀900不包括阀本体905和包围活塞930的大部分的附加的活塞壳体两者。然而，阀本体905作为活塞壳体执行，并且因此可以称为活塞壳体。
[0098]可移除头部915覆盖本体905的控制端910并且联接或者限制本体905内的居间壳体构件920和活塞930。可移除头部915包括控制口 270和轴向设置的孔918。
[0099]居间壳体构件920呈圆筒形且是中空的，其具有设置成与头部915相邻的第一端或上端922并且具有定位成与上端922相对的端板924。与轴线914对准的孔925延伸穿过端板924。多个泄放口 926轴向延伸穿过头部915、并且穿过居间壳体构件920的侧壁的一部分、但是不穿过端板924。在与端板924相邻的位置处，泄放口 926转向并且径向延伸穿过构件920的内表面。图19示出了两个泄放口 926，但是其他实施方式可以具有仅一个泄放口，或者可以具有三个、四个、五个或者任何实用数目的泄放口 926。
[0100]在中空的壳体构件920和阀本体905内，位于控制端910处的第一上部室927从端板924延伸至头部915。此外，在阀本体905内，第二下部室928通常从阀座912延伸至壳体构件920的至少外表面。与上部室927相比，下部室928邻近入口 906、即敞开端。下部室928与控制阀出口 908、即排出流体口流体连通，并且当安装在控制系统100中时，下部室928与排出管110流体连通。下部室928通过居间壳体构件920与上部室927分开，但是至少在缺乏活塞930的情况下，端板924中的孔925与室927、928相交且相连接。在广义上讲，孔925还可以称为居间室。
[0101]仍然参照图19，活塞930形成为活塞杆940，活塞杆940具有第一或上端942以及第二或下端943、联接至杆第一端942的下盘部945、以及联接在沿着杆940的长度的选定位置处的上盘部960。活塞杆940沿着活塞轴线914延伸。活塞杆940具有比盘部945、960任一者更小的直径。上盘部960与杆940之间的相接部防止上盘部960与杆940之间的流体连通。在图19示出的实施方式中，上盘部960具有比下盘部945更大的直径。然而，在一些其他实施方式中，上盘部960具有比下盘部945更小的直径，或者具有等于盘部945的直径的直径。对一些实施方式，活塞杆940由于其位置也称为第一密封接合部或者居间密封接合部，下盘部945也称为第二或下密封接合部，上盘部960也称为第三或上密封接合部。
[0102]第一环形衬套966与活塞轴线914对准并且定位在壳体构件920内的上部室927内的端板924上。衬套966构造成阻碍或防止流体在上部室927与下部室928之间流动。衬套966滑动地接收活塞杆940，第一环形密封件285密封地接合活塞杆940。第二环形衬套970与活塞轴线914对准，并且在阀本体905的外侧联接至头部915，以阻碍或防止上部室927中存在的流体离开阀本体905。衬套970滑动地接收活塞杆940，环形密封件289密封地接合活塞杆940。衬套970可以与衬套966类似或相同，并且密封件289可以与密封件285类似或相同。靠近控制阀入口 906，环形密封件286联接至阀座912并且对一些实施方式可以称为“第二环形密封件”。
[0103]在控制阀900的组件中，活塞930定位在控制阀入口 906与出口 908之间。活塞230适于在壳体905内沿着中心轴线914往复运动，从而交替地，在打开构型中允许入口906与出口 908之间的流体连通，以及在关闭构型中防止入口 906与出口 908之间的流体连通。因此，活塞930构造成使阀900在关闭位置与打开位置之间转变。在图19中，阀900示出为处于关闭构型，其中，下密封接合部945的流动端947在阀座912处接合第二环形密封件286。阀900的关闭构型可以等同地描述为下述状态:其中，第二环形密封件286密封地接合下部室928和活塞930的下密封接合部945。在图19中由盘卷弹簧示例的偏置构件965构造成使活塞930偏置离开上端910。在图19中，偏置构件965安装在上部室927内，以在活塞上盘部960与控制端933处的头部915之间作用。
[0104]在下盘部945上，活塞流动端947的最外环形唇部948径向地延伸越过密封件286，并且唇部948保持与下部室928流体连通，使得即使在阀闭合时，下部室928中的任何流体作用在唇部948的轴向投影表面积949上。包括面积949的活塞流动端947面向敞开端906，即，控制阀入口。表面积949呈平的以及环形的形状。下盘部945还包括与活塞杆940相邻的环形肩部950。肩部950具有面向头部915和活塞壳体210的控制端906的轴向投影表面积951。上盘部960设置在上部室927和居间壳体构件920内。环形密封件946密封地接合上盘部960和壳体构件920的内壁，从而将上部室927划分为两个区，这将在之后描述。
[0105]控制阀900的组件包括四个流体区:中央流体区290、控制流体区292、泄放流体区293、以及入口流体区295。在该实施方式中，中央流体区290在第一环形密封件285与第二环形密封件286之间轴向地延伸，通常与下部室928和居间室925 ( S卩，孔925)的下部段对应。中央流体区290与控制阀出口或者排出流体口 908相邻并且流体连通。控制流体区292在头部215与上盘部960上的密封件946之间轴向地延伸，与上部室927的上部对应。上盘部960和区292与控制口 270流体连通。上盘部960还可以称为活塞930的控制端。泄放流体区293在第一环形衬套966上的环形密封件285与上盘部960上的密封件946之间延伸，对应于居间壳体构件920的上部室927的下部。居间壳体构件920的侧壁中的泄放口 926在泄放流体区293与控制阀900外侧的环境条件之间提供流体连通，环境条件可以例如是大气压力和温度下的空气。因此环境流体可以在区293与控制阀900外侧的环境体积之间交换。入口流体区295包括控制阀入口 260并且延伸至阀座912处的第二环形密封件286。一些流体区的尺寸能够随着活塞930往复而变化。
[0106]控制阀900包括多个表面区域，该多个表面区域构造成在流体与活塞930、即活塞930的具有轴向投影表面积并且构造成暴露于阀900中的流体的表面区域之间交换轴向力。在这些之中，活塞930上的第一组表面区域设置在中央流体区290中，每个表面区域具有通常面向活塞壳体905 (即，阀本体905)的上端910并且面向头部915的轴向投影表面积。活塞930上的第二组表面区域也设置在中央流体区290中，每个表面区域具有通常面向壳体905的敞开端922的轴向投影表面积。第二组表面区域的构件面向第一组的构件的相反方向。在图19的实施方式中，由于第二环形密封件286固定至阀座912，并且由于密封件286限定流体区290的下边界，因此，活塞930的部分在阀操作期间在中央流体区290与入口流体区295之间移动。因此，为了方便起见，区290中的第一组的构件和第二组表面区域将基于阀900的关闭构型限定。区290中的第一组表面区域包括活塞肩部950的轴向投影表面积951。区290中的第二组表面区域包括活塞流动端947的最外环形唇部948的轴向投影表面积949。在图19中，在居间密封接合部940上没有特征包括中央流体区290的轴向投影表面积，并且在上密封接合部960上没有特征包括中央流体区290的轴向投影表面积。此外，上密封接合部、即盘部960通过第一环形衬套966相对于下部室928和对应的流体区290密封。因此，在该实施方式中，第一组表面区域和第二组表面区域每个均具有一个构件，但是一些实施方式可以包括在第一组或第二组中的更多个构件。
[0107]当控制阀900关闭时，为了稳定控制阀900，中央流体区290中的第一组表面区域的总轴向投影表面积超过流体区290中第二组表面区域的总轴向投影表面积。更具体地，活塞肩部950的轴向投影表面积951超过中央流体区290内的最外环形唇部948的轴向投影表面积949。因此，至少当阀900处于关闭构型中时，由中央流体区290中的流体施加在活塞930上的净轴向力朝向活塞壳910的敞开端922起作用，作为偏置关闭力起作用。
[0108]在控制阀900的操作期间，通过控制口 270进入的控制流体可以作用在上盘部960的上表面962上以调节阀900的运行状况。由控制流体施加的力与上表面962的轴向投影面积成正比。当设计阀900的实施方式时，上表面962的轴向投影面积可以独立于活塞930的位于中央流体区290中的部分的表面积而变化，中央流体区290包括前述第一组表面区域和第二组表面区域。上表面962的该独立性以及上盘960隔离与流体区290的流体连通意味着设计或实现活塞930上的力(即，例如，由于中央流体区290、控制流体区292、以及入口流体区295内的流体压力而产生的轴向力和由于偏置构件965而产生的力)的理想平衡可能比常规控制阀更容易或更耐用，或者可能比本文中描述的各种其他实施方式更容易或更耐用。活塞930上的力的平衡的评估考虑在活塞930上起作用的用于活塞930的至少一个轴向位置以及在至少一种操作条件期间的净轴向力的大小。具有用于活塞930的力的理想平衡可能对适当的阀操作是有利的。力的平衡的评估可以被执行用于本文中所公开的任何活塞和任何阀。
[0109]可能进入泄放流体区293的环境流体在上盘部960上施加向上关闭力，从而影响活塞930上的平衡力。在各种操作情形下，环境流体的压力小于中央流体区290中的流体的压力，并且因此，由环境流体在上盘部960上施加的关闭力小于下述关闭力，即:中央流体区290中的流体在不存在壳体构件920的情况下将在上盘部960上施加的关闭力。因而，将上盘部960与中央流体区290中的流体隔离的壳体构件920的存在可能有益于实现活塞930上的力的理想平衡。壳体构件920的益处可以包括当阀900关闭时实现中央流体区290的在活塞930上起作用的净关闭力。
[0110]现在参照图20，示出了流动控制系统980，用于通过联接在管105与管110之间的表面积补偿控制阀200而调节流体从供给管105至排出管110的流动。除了两个止回阀982、984已添加至图20的系统之外，图20的结构与图1的结构基本相同。第一止回阀982设置在位于供给管105的流体口 150与节流阀入口 132之间的供给压力管线151例如管件或管中。止回阀982定向成允许流体从流体口 150流动至节流阀入口 132并且防止流体沿相反的方向流动。第二止回阀984设置在联接排出管110的流体口 155的管线中，用于在某些流动条件下与控制口 270、旁通引导阀140以及多支管160流体连通。因而，第二止回阀984联接用于在流体管线156与流体管线271之间流体连通。止回阀984定向成允许流体从排出管110流动至控制口 270并且防止流体沿相反的方向流动。
[0111]第一止回阀962例如在排出压力P2大于供给压力Pl时防止流体从排出管110通过引导阀140、多支管160和节流阀130回流至供给管105。第二止回阀984在排出压力P2大于供给压力Pl时在各种流动条件期间协助或确保关闭阀200，从而减小或防止通过控制阀200的回流。第二止回阀984特别有利于引导阀140被完全关闭的情形。第二止回阀984在P2大于Pl时为流体压力提供从排出管110到达控制口 270的路径，并且用以在活塞230的控制端233和内腔235(图4)之上施加轴向关闭力，从而协助关闭阀200中的弹簧275。因此，各止回阀982、984的用途是降低或防止流体从排出管110沿着特定路径回流至供给管105。
[0112]图20中的控制阀表示本文中所描述的或落入本公开内容的范围内的表面积补偿控制阀的各种实施方式中的任何实施方式。替代性地，具有两个止回阀982、984的流动控制系统980的另一实施方式包括常规控制阀(未示出)以代替控制阀200。常规控制阀并不包括如同本文中所公开的活塞230、活塞430、活塞530等的表面积补偿活塞。使用两个止回阀982、984能够防止流体从排出管110回流至供给管105，即使当常规控制阀使用在系统980中时亦是如此。
[0113]以提出了与本公开内容一致的各种实施方式的示例。可以设想各种变型。例如，尽管在图2中示出为盘卷压缩弹簧，但是在一些其他实施方式中，用于活塞的偏置构件275可以是波状弹簧、盘卷拉伸弹簧、或联接至适当的反作用构件或活塞壳体的表面的另一类型的弹性构件。在一些实施方式中，偏置构件275在可能不延伸到活塞室中的情况下可以联接至活塞上的另一位置，诸如例如第一端(例如，控制端233)的外表面或第二端(例如，流动端237)的外表面的位置。
[0114]在一些控制阀实施方式中，能够设想第一密封件285设置在围绕上内部室224的在活塞壳体210、510中的凹槽中，并且活塞、例如活塞430不具有上凹槽242且不具有面向敞开端222的较小的环形肩部。这些实施方式在流体区290中不具有联接至活塞的面向敞开端222的表面。因而，在这种情况下，流体区290中的第二组表面区域为不具有构件的空组。即使如此，流体区290中第一组表面区域的总的、即总轴向投影表面积(如上面的各处所限定的)超过流体区290中的第二组表面区域的具有零面积的总轴向投影表面积。
[0115]尽管在各种示例中已描述了流体区290中第一组表面区域的总轴向投影表面积与第二组表面区域的总轴向投影表面积的比率(即[第一值]/[第二值]*100%)，该比率为具有最大值105%或115%，其他比率也是可能的。应当理解，在控制阀200和控制阀500的一些实施方式中，流体区290中第一组表面区域的总轴向投影表面积大于第二组表面区域的总轴向投影表面积的115%。
[0116]已相对于各种控制阀的具体几何特征限定了流体区290、流体区292和流体区295。所做的流体区的这些限定仅是为了在描述阀的特性或性能时方便。也可以相对于控制阀200和控制阀500的各种特征限定其他流体区以描述阀的特性或性能。
[0117]尽管环形密封件285和环形密封件286被描述为弹性O形环，但是在其他实施方式中，也可以使用其他适当类型的密封件。密封件285和密封件286的材料被选择以适应拟用于的流体和所预期的流动条件。
[0118]尽管活塞430的肩部450在图9中示出为渐缩表面，但是在其他实施方式中，肩部450严格地沿径向方向延伸，与图4的环形肩部类似，或者肩部450在密封接合部440与密封接合部445之间弯曲。无论肩部450是渐缩的、弯曲的还是严格地沿径向方向延伸，肩部450的通常面向控制端233的轴向投影表面积451是相同的。肩部450的轴向投影表面积451影响控制阀200中活塞430的性能。类似地，在活塞230、活塞530的各种实施方式中，环形肩部250是渐缩的或弯曲的。
[0119]尽管示出了图11的活塞壳体610为没有联接至侧壁625的头部，但是阀200的可移除端部208用作用于活塞壳体610的头部，并且在一些实施方式中，可移除端208联接至活塞壳体610的上端623。在一些其他实施方式中，活塞壳体610包括联接至上端623的单独的头部，该单独的头部与控制阀200中的活塞壳体210的头部215 (图3)、或控制阀500中的活塞壳体510的头部215 (图10)相似。
[0120]尽管铰接件755在图14中示出为设置在活塞壳体710的侧壁625的外侧，但是在一些实施方式中，铰接件755设置在侧壁625中的凹部内并且在门750关闭时不径向地延伸超越侧壁625。
[0121]再次参照图15中的控制阀800，在图15中，附接臂856从每个门850的上边缘径向地延伸。在一些实施方式中，附接臂从门上的另一位置延伸，或在不包含附接臂856的情况下，门850可以以本领域中已知的另外的适当的方式联接至活塞830。例如，门850可以联接至活塞830的外圆筒形表面。涉及活塞830，在一些实施方式中，居间部848具有比密封接合部840、845更小的直径，以便减小活塞830与活塞壳体810之间的摩擦。在控制阀800的一些实施方式中，活塞830由图12的活塞630代替。
[0122]再次参照图16中的控制阀900和居间壳体构件920。尽管第一环形衬套966位于上部室927内并且第二环形衬套970联接至阀体905外侧的头部915，但是在一些实施方式中，衬套966和衬套970为方便起见或为结构优势而被重新定位。在一些其他实施方式中，活塞杆940的端部942更短，终止于上盘部960处或在与上盘部960相邻处终止，活塞杆940并不延伸通过头部915，并且不包含第二环形衬套970。对于活塞杆940不延伸通过头部915的各实施方式，头部915具有设置在有利位置中但不具有附加的孔918的控制口 270。一些实施方式不具有第一环形衬套966 ;相反，第一环形密封件285可以联接在端板924与活塞杆940之间。在控制阀900的一些实施方式中，密封件928联接至活塞930而不是阀座912。
[0123]对于控制阀900，中央流体区290中的第一组表面区域和第二组表面区域描述为各自、即每个构件具有一个轴向投影表面积。即使如此，一些实施方式在第一组或第二组中可以包括更多个构件，或在第一组或第二组中可以不包括构件。例如，在一些实施方式中，当阀900关闭时，整个活塞流动端947相对于下部室928和中央流体区290中的流体密封，使得活塞流动端947的没有部分保持与下部室928流体连通，并且因此，面积949的大小为零。因而，在区290中的第二组表面区域可以描述为不具有构件的空组，这是由于当阀900关闭时位于区290中的活塞930的表面不具有面向活塞壳体(S卩，阀体)905的敞开端922的轴向投影表面积。
[0124]另外，参照图1所公开的流动控制系统100也可以包括第一止回阀982，如图20所示并且参照图20描述的，该第一止回阀982设置在供给管105的流体口 105与节流阀入口132之间的管线中用于流动控制系统980。因而，在各种实施方式中，流动控制系统可以包括位于无位置、一个位置或两个位置中止回阀。
[0125]因而，虽然已示出和描述了示例性实施方式，但是在不背离本文中的范围或教示的情况下，可以由本领域的普通技术人员对其做出改型。本文中所描述的实施方式仅是示例性的而非限制性的。本文中所描述的系统、设备和过程的许多变型和改型均是可能的并且在本公开内容的范围内。因此，保护范围不限于本文中所描述的实施方式，而是仅由所附权利要求限制，其范围应当包括权利要求的主题的所有等同方案。
【权利要求】
1.一种控制阀，其特征在于，包括: 活塞壳体，所述活塞壳体包括:中空部，所述中空部具有第一端、敞开端、内部的第一室以及内部的第二室；和流体口，所述流体口构造成允许流体排出所述第二室，其中，所述第一室与所述第一端邻近，并且所述第二室与所述敞开端邻近； 活塞，所述活塞设置在所述壳体内并且适于往返运动，所述活塞包括第一密封接合部和第二密封接合部，所述第一密封接合部具有小于所述第二密封接合部的直径的直径。
2.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，还包括: 第一环形密封件，所述第一环形密封件密封地接合所述活塞的所述第一密封接合部，并且构造成防止流体在所述第一室的至少一部分与所述第二室的至少一部分之间流动； 第二环形密封件，所述第二环形密封件与所述第一环形密封件轴向地间隔开，并且构造成密封地接合所述第二室和所述活塞的所述第二密封接合部； 其中，在所述第一环形密封件与所述第二环形密封件之间设置有流体区并且所述流体区与所述第二室和所述流体口流体连通。
3.根据权利要求2所述的控制阀，其特征在于，所述活塞还包括: 第一组表面区域，所述第一组表面区域基本上面向所述活塞壳体第一端并且具有总轴向投影表面积； 第二组表面区域，所述第二组表面区域基本上面向所述活塞壳体的所述敞开端并且具有总轴向投影表面积； 其中，所述第一组表面区域的所述总轴向投影表面积超过所述第二组表面区域的所述总轴向投影表面积。
4.根据权利要求3所述的控制阀，其特征在于，当所述阀处于关闭构型时，所述第二环形密封件密封地接合所述第二室和所述活塞的所述第二密封接合部； 其中，当所述阀处于关闭构型时，所述第一组表面区域和所述第二组表面区域设置在所述流体区中。
5.根据权利要求4所述的控制阀，其特征在于，所述第二组表面区域包括仅一个表面区域。
6.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，还包括: 具有控制口的头部，所述头部设置在所述活塞壳体第一端处； 居间壳体构件，所述居间壳体构件在所述活塞壳体中设置成与所述活塞壳体第一端和所述头部相邻； 其中，所述活塞还包括第三密封接合部，所述第三密封接合部联接至所述第一密封接合部并且设置在所述居间壳体构件中； 其中，所述第三密封接合部与所述控制口流体连通，并且与所述第二室隔离流体连通。
7.根据权利要求6所述的控制阀，其特征在于，所述第三密封接合部的直径大于所述第二密封接合部的直径。
8.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，还包括: 第一组表面区域，所述第一组表面区域基本上面向所述活塞壳体第一端并且具有第一总轴向投影表面积； 第二组表面区域，所述第二组表面区域基本上面向所述活塞壳体的所述敞开端并且具有第二总轴向投影表面积； 其中，所述第一总轴向投影表面积超过所述第二总轴向投影表面积； 其中，所述活塞适于在关闭构型和打开构型之间往复运动，在所述关闭构型中，防止了在所述活塞壳体的所述敞开端与所述第二室之间的流体连通，在所述打开构型中，允许在所述敞开端与所述第二室之间的流体连通； 其中，当所述阀处于所述关闭构型时，所述第一组表面区域和所述第二组表面区域设置在所述第二室中。
9.一种流动控制系统，其特征在于，包括: 流动控制阀，所述流动控制阀包括: 活塞壳体，所述活塞壳体包括:头部；联接至所述头部的中空的延伸部，所述延伸部具有敞开端、内部的第一室、内部的第二室；以及流体口，所述流体口构造成允许流体排出所述第二室，其中，所述第一室与所述头部相邻并且具有小于所述第二室的直径的直径，并且，所述第二室与所述敞开端相邻； 活塞，所述活塞设置在所述壳体内并且适于往复运动，所述活塞包括第一密封接合部和第二密封接合部，所述第一密封接合部具有小于第二密封接合部的直径的直径。
10.根据权利要求9所述的流动控制系统，其特征在于，所述控制阀还包括: 偏置构件，所述偏置构件设置在所述活塞与所述活塞壳体之间，并且构造成使所述活塞沿着离开所述壳体的所述头部的方向偏置； 第一环形密封件，所述第一环形密封件设置在所述第一室内，并且构造成密封地接合所述第一室和所述活塞的所述第一密封接合部； 第二环形密封件，所述第二环形密封件与所述第一环形密封件轴向地间隔开并且设置在所述第二室内，所述第二环形密封件构造成密封地接合所述第二室和所述活塞的所述第二密封接合部； 其中，所述第一室和所述第二室相交； 其中，流体区在所述第一环形密封件与所述第二环形密封件之间延伸并且与所述流体口流体连通。
11.根据权利要求10所述的流动控制系统，其特征在于，所述第二环形密封件在所述中空的延伸部的内部圆筒形壁上设置在环形凹部内。
12.根据权利要求10所述的流动控制系统，其特征在于，所述第二环形密封件在所述活塞的所述第二密封接合部上设置在环形凹部内。
13.根据权利要求10所述的流动控制系统，其特征在于，所述活塞包括第一环形肩部，所述第一环形肩部定位在所述第一密封接合部与所述第二密封接合部之间并且处于所述流体区中。
14.根据权利要求10所述的流动控制系统，其特征在于，所述活塞还包括: 第一组表面区域，所述第一组表面区域基本上面向所述头部并且具有总轴向投影表面积； 第二组表面区域，所述第二组表面区域基本上面向所述活塞壳体的所述敞开端并且具有总轴向投影表面积； 其中，所述第一组表面区域的所述总轴向投影表面积超过所述第二组表面区域的所述总轴向投影表面积。
15.根据权利要求14所述的流动控制系统，其特征在于，所述第一组表面区域和所述第二组表面区域包括仅在所述流体区中的表面区域。
16.根据权利要求15所述的流动控制系统，其特征在于，所述第一组表面区域的所述总轴向投影表面积不大于所述所述第二组表面区域的所述总轴向投影表面积的105%。
17.根据权利要求9所述的流动控制系统，其特征在于，所述控制阀包括与所述头部相邻的控制口，所述流动控制系统还包括: 供给管； 排出管； 与所述供给管流体连通的第一系统口； 与所述排出管流体连通的第二系统口 ； 节流阀，所述节流阀具有与所述第一系统口流体连通的入口并且具有与所述控制阀的所述控制口流体连通的出口； 引导阀，所述引导阀具有第一引导口，所述第一引导口与所述控制阀的所述控制口和所述节流阀出口流体连通，并且所述引导阀具有第二引导口，所述第二引导口与所述第二系统口流体连通； 其中，所述控制阀设置在所述供给管与所述排出管之间。
18.根据权利要求17所述的流动控制系统，其特征在于，所述节流阀和所述引导阀中的至少一者是可调节的。
19.根据权利要求17所述的流动控制系统，其特征在于，还包括在所述活塞上的环形肩部，所述环形肩部定位在所述第一密封接合部和所述第二密封接合部之间并且基本上面向所述活塞壳体的所述头部。
20.根据权利要求9所述的流动控制系统，其特征在于，还包括: 居间壳体构件，所述居间壳体构件在所述活塞壳体中设置成与所述头部相邻； 其中，所述活塞还包括第三密封接合部，所述第三密封接合部联接至所述第一密封接合部并且设置在居间壳体构件中； 其中，所述第三密封接合部与所述控制口流体连通并且相对于所述第二室密封。
21.一种控制阀，其特征在于，包括: 活塞壳体，所述活塞壳体包括:具有大致中心轴线的中空部、具有敞开端的壳体侧壁、延伸通过所述侧壁的多个流体口、以及多个门，所述多个门中的每一者构造成选择性地密封所述流体口中的一者； 活塞，所述活塞设置在所述活塞壳体内并且适于在所述活塞壳体中往复运动，所述活塞包括基本上中心轴线和上密封接合部。
22.根据权利要求21所述的控制阀，其特征在于，还包括: 第一环形密封件，所述第一环形密封件设置在所述活塞的所述上密封接合部与所述侧壁之间，并且构造成密封地接合所述上密封接合部和所述侧壁； 多个门密封件，所述多个门密封件中的每一者设置在所述壳体侧壁与所述门中的一者之间。
23.根据权利要求22所述的控制阀，其特征在于，还包括多个铰接件，每个铰接件具有旋转轴线，并且每个铰接件联接至所述壳体侧壁并且联接至所述门中的一者。
24.根据权利要求23所述的控制阀，其特征在于，一个或更多个所述铰接件包括偏置构件，所述偏置构件构造成使被联接的门偏置成与所述流体口中的一个流体口密封接合； 其中，所述一个或更多个铰接件的所述旋转轴线定向成与所述壳体中心轴线平行。
25.根据权利要求22所述的控制阀，其特征在于，所述多个门与所述活塞接合并且构造成用于随所述活塞进行往复运动。
26.根据权利要求25所述的控制阀，其特征在于，所述活塞壳体还包括设置在所述壳体侧壁中的多个轴向延伸通道，每个通道与流体口相交； 其中，每个门设置在所述轴向延伸通道中的一者中并且构造成用于在所述轴向延伸通道中轴向往复运动。
【文档编号】F16K31/122GK204226806SQ201420436721
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年8月4日 优先权日:2013年8月2日
【发明者】托马斯·亨利·洛加, 大卫·J·塞勒, 贾斯廷·布兰克·克劳奇, 劳尔·H·阿尔马桑, 迈克尔·理查德·阿迪布·察尔 申请人:丹尼尔测量和控制公司