流体控制阀的制作方法

本发明涉及一种流体流控制阀，该流体流控制阀形成流体网络的组成部分，并且特别地，尽管不是排他地，该流体流控制阀形成与尤其包括开采机器和钻机的切割机器有关的供水网络。

背景技术：

已经开发出各种不同的方法和机器来提取地表和地下的矿物和化石燃料。典型地，切割机器已开发出来，用以使挖掘回收率和钻进效率最大化。尤其是，在采矿环境内，已出于具体目的开发出各种不同的机器。虽然某些机器被专门构造用以从沉积物或者岩石上切下矿石，但其它机器被构造用以在地下深度内挖隧道，以有效地形成矿井并且为矿石刀具提供通道。移动式开采机器典型包括可转动的截割头或者开采头，所述切割头或者开采头具有设在接触岩面的转鼓上的切割钻头。随着切割头转动并进入矿层，所提取出的矿石通过耙爪(gathering head)集聚然后通过该机器经由运输设备向后运输。通常，喷水嘴安装在邻近每一个切割钻头的切割头处，以抑制飞尘的产生，否则飞尘会污染矿周围的环境并提供摩擦燃烧介质。水在头部转动期间被连续地供给到喷嘴，用于即时除尘。喷水进一步有利于减少积料和切割钻头之间的摩擦接触，从而延长切割钻头寿命。供水网络通常包括一个或更多个流体控制阀，用于选择性地通过脉冲供给动作来控制输送到每一个切割钻头的高压水。示例性供水系统和阀布置在GB 1,110,763；EP 0111143；DE 386651；US 4,721,341；GB 2333548和US 6,070,944中进行了描述。

冲击钻进是众所周知的技术，其通过由安装在钻柱的一端上的凿岩钻头传递到位于钻孔的底部的岩石上的锤击冲击来破碎岩石。破碎 的岩块通过冲洗流体沿着钻孔向后冲洗，冲洗流体是经由输送至钻头的加压流体进行控制和供给的。一个或更多个阀设置在流体网络的输送端处，用来控制加压流体的供给。示例性流体供给网络在US 8,061,434和US 4,852,947中进行了描述。

然而，常规的流体控制阀布置出于诸多原因是不利的。尤其是，控制阀通常是经由活塞和柱塞布置液压驱动的，并且分隔水网络和油网络的密封件失效而引起一个或两个回路的污染并不罕见。另外，阀的工作部件一般暴露于流体供给网络，并且由于水回路中的颗粒而恶化或者受到影响，这阻碍阀性能。而且，常规阀布置通常是体积庞大的，以便抵抗典型情况下与采矿机有关的恶劣工作环境或者含尘环境。在多个控制阀用于流体网络中的情况下，阀组件的总尺寸往往不便于安装在移动式开采机器或切割机器上。因此，需要的是解决上述问题的形成流体供给网络的组成部分的阀或者阀组件。

技术实现要素：

本发明的目的在于提供一种紧凑型插装阀和阀组件，所述紧凑型插装阀和阀组件形成与切割机器尤其是开采机器或钻机有关的流体供给网络的组成部分，该流体供给网络利用供给流体，既抑制颗粒和粉尘的产生，并且/或者又冲洗从切割区域离开的切割碎屑。

另一个具体目的是提供一种阀，其中阀的内部工作部件尽可能地与流体供给网络以及提供阀的致动和控制(开关)的工作流体网络隔离。这种布置有利于在使用期间使阀部件的污染、腐蚀以及其它方式的恶化最小化。又一个目的是提供一种插装阀，其允许操作人员紧接在故障后方便地检测一个或更多个内部阀密封件的故障，以避免流体供给和工作流体回路的后续污染。

这些目的是通过提供一种具有紧凑结构的流体控制阀实现的，其中该阀的选定内部工作部件与供给流体和工作流体网络分开并隔开。 尤其是，主体限定阀腔，所述阀腔安装偏压部件，该偏压部件可选地呈盘簧形式，该阀腔被隔离成不与流体网络流体连通。该紧凑结构是通过将偏压构件定位成环绕可轴向移的动柱塞来设置的，所述柱塞延伸到位于阀体内的活塞的一侧。当柱塞具体构造为直接作用于入口和/或出口上，使得柱塞且尤其是柱塞的密封端由偏压构件控制和作用时，阀的总体轴向长度最小化。与流体供给负责关闭阀的常规″单向阀″相比，这一阀具有提供阀的默认的″关闭″状态(经由偏压构件)的进一步优势。

容置偏压构件的阀腔轴向定位在流体供给网络和工作流体网络中间，使得流体回路之间的任何交叉污染必须另外经由阀腔发生。有利地是，内部密封件故障检测是经由至少一个检测端口实现的，该检测端口是通过位于阀主腔的区域处的阀筒本体设置的。因此，经由通过检测端口的渗漏，由工作流体或者供给流体带来的阀腔的任何污染是可识别的。因此，经由从外部对阀的方便的视觉检查，流体供给和工作流体网络的交叉污染能被发现，而不需要拆开阀或者网络的组成部件。

根据本发明的第一方面，提供一种用于流体流控制的插装阀，该插装阀包括：阀筒，该阀筒限定第一内腔和工作流体腔，工作流体腔经由活塞与第一流体腔不流体连通地分离和隔开；阀柱塞，该阀柱塞延伸穿过第一腔并且具有第一端和第二端；活塞，该活塞在第一端处或者朝向第一端附接到柱塞，工作流体腔能够容纳工作流体并且被定位用以允许工作流体作用在活塞上并且提供活塞和柱塞在阀筒内的轴向移动；偏压构件，该偏压构件被容置在第一腔内，以抵抗所述轴向移动偏压活塞；入口和出口，所述入口和出口用于供给流体流经阀的一部分，并且所述供给流体经由柱塞相对于入口和/或出口的轴向移动由阀控制，入口和出口通过至少一个密封件而与第一腔隔开；阀柱塞的第二端被构造成与入口或出口或入口与出口之间的区域配合，以便经由偏压构件的回复力而关闭入口或出口或阻挡入口和出口之间的流 体流。

可选地，柱塞可作用于在入口或出口的附近的阀的区域，以便限制或者完全阻挡这两个区域之间的流体流动通路并由此防止流体通过阀流动。

优选地，每一个检测端口包括过滤器，该过滤器用于限制流体流或颗粒流通过端口进入第一腔。过滤器用于防止内腔和阀腔内的工作部件受到阀周围的环境带来的污染，尤其是湿气、颗粒以及可能起到劣化或者妨碍阀的内部构件移动的作用的其它流体和固体带来的污染。可选地，每一个端口都包括烧结金属基体，该烧结金属基体具有敞开式结构，以允许流体流进入内腔。特别地，根据一方面，烧结金属基体包括由熔合在一起而形成开口点阵(open lattice)整体主体的多个金属球形成的黄铜合金。有利地是，过滤器膜包括用来抵抗由内腔和周围环境的压差带来的任何变形结果的刚性结构。使用金属基体过滤器的这种布置提供所需的孔隙度，以允许液体从内腔向外渗漏，同时有效地防止空气夹带的颗粒进入内腔内。

可选地，阀筒限定工作流体腔，使得活塞位于阀筒内，以使第一腔与工作流体腔隔开。有利地是，阀筒限定第一和工作流体腔(经由活塞隔开)，以获得紧凑的阀结构，从而便于安装在具有最小可用安装空间或区域的切割机器上。另外，为了促进紧凑结构，入口和出口被定位在阀的第一轴向端处或朝向该第一轴向端定位，并且工作流体腔被定位在阀的相对的第二轴向端处或朝向该第二轴向端定位。

优选地，阀进一步包括至少一个密封件，该至少一个密封件设置在活塞处，以在第一腔和工作流体腔之间提供液密密封。可选地，阀在活塞的区域上可以包括多个密封件，它们轴向分布在活塞的径向向外面向表面处，用于与限定腔的阀体的径向向内面向表面接触。可选地，活塞可以是自润滑的并且密封在阀腔的内表面处并且可以无单独 的密封件。可选地，阀可以包括多个另外的密封件，所述另外的密封件位于第一腔和工作流体腔之间并被构造用以将第一腔和工作流体腔轴向隔开，以便防止交叉污染。根据优选实施方式，第一腔轴向位于工作流体腔和允许供给流体流过的阀的区域的中间。这种布置有利于在阀内提供充气的孔隙或空腔区域，用作从工作流体网络或者供给流体网络中泄露的任何污染流体的临时存储。可选地，第一腔可以充满并且容纳工作流体，以便加压至或接近于工作流体的供给压力。

优选地，第一腔轴向定位在入口和/或出口与工作流体腔之间，以经由紧凑型阀结构提供流体网络的方便分离。

优选地，阀筒包括工作流体端口，该工作流体端口用于允许工作流体流向工作流体腔并流出工作流体腔，以作用在活塞上。可选地，工作流体端口相对于入口和出口设在阀的相对端上。可选地，阀包括呈入口和出口形式的多个工作流体端口。这种布置有利于允许工作流体往返于阀的可控传递以及因此控制柱塞的行程长度和阀的打开和关闭。

可选地，偏压构件包括螺旋弹簧。可选地，偏压构件包括具有第一直径的第一螺旋弹簧和具有小于第一直径的第二直径的第二螺旋弹簧。一个或更多个螺旋弹簧有利于围绕柱塞的即刻定位，从而提供最小化的阀结构，特别是阀腔的最小化直径以及因此阀的总直径。使用多个螺旋弹簧更有利于为柱塞提供与轴向压缩程度成比例的期望幅值的回复力。

优选地，活塞从偏压构件的轴向端延伸，使得活塞和偏压构件在阀筒主体且特别是第一腔内没有轴向重叠。这种布置有利于提供阀的紧凑型结构，以便使整个轴向长度最小化。另外，紧凑型结构还可通过使活塞的轴向长度最小化来提供。优选地，活塞包括小于第一腔的轴向长度的50％、40％、30％或20％的轴向长度。特别地，活塞可以包 括小于在每一个相应的腔的第一端和第二端之间的第一内腔和工作流体腔的组合的轴向长度的50％的轴向长度。

优选地，阀筒主体包括台阶或者台肩，其在第一腔的附近从限定阀腔的主体壁径向向内突出，从而提供″环形止挡″来限制活塞的轴向行程长度并因此限制柱塞的行程长度。这种布置进一步有利于提供一种紧凑型结构以及提供具有预定最大轴向长度的可控行程长度。可选地，台阶或台肩可由在内腔上从主体壁径向向内延伸的单独部件提供。替代地，台阶或台肩可与阀筒主体一体形成。可选地，邻接部、插入部或台肩的轴向位置是可变的，以便选择性地改变柱塞的最大行程长度。

有利地是，使活塞相对于内腔的轴向长度最小化使得活塞不会遮挡或者阻挡检测端口，否则这会中断污染流体从第一腔向外流出。因此，所述至少一个检测端口被设置在相对于活塞的内腔的轴向相对端上。

可选地，入口和出口定位在柱塞的第二端处或朝向该第二端定位；其中，在第二端处或朝向第二端的柱塞进一步包括阀座，该阀座用于坐靠在入口或出口或两者之间的区域上并且控制流体流通过阀。可选地，阀进一步包括衬套，其可互换地安装在柱塞处，以允许调整阀座相对于入口或出口的位置，从而控制柱塞的行程长度。可互换的衬套允许调整行程长度，而不需要拆除阀以适用于具体的应用或操作要求。轴环状衬套可经由常规附接件(诸如螺母或销装置)固定到柱塞上。将阀座置于柱塞的一端进一步有利于方便附接衬套以及衬套的互换。

优选地，其中，阀筒包括同样限定入口和出口的单个本体；或者阀筒包括多个本体，使得第一本体限定工作流体腔，而第二本体限定入口和出口。因此，本发明的插装阀可由单件式主体或者多部件主体组成，其中分开的主体部件永久地或者可移除地互相连接在一起，以形成主体组件，其中分开的部件限定插装阀的分开区域，尤其是内腔 以及入口和出口的区域。

根据本发明的第二方面，提供一种阀组件，包括：阀块，该阀块具有入口和出口；多个本文所请求保护的阀，该多个阀被安装在阀块处，使得每一个阀的相应入口和出口设置成与阀块的相应入口和出口流体连通。

优选地，组件进一步包括与所述多个阀中的每一个相关联的多个开关和旁通阀，以允许流体流从阀块入口流向阀块出口，从而绕过所述多个阀中的至少一个阀。本发明的阀组件有利于提供一种紧凑型阀组件，其中阀被定位成靠近彼此，以形成在供给流体网络处便于安装和拆卸的整体式块组件的组成部分。因此，不需要串联阀之间的中间软管，这进而减少密封接头的数量并使流体泄露的风险最小化。

附图说明

现在将仅通过举例方式并参考附图来描述本发明的具体实施方式，在附图中：

图1是根据本发明具体实施方式的适于集成到流体网络中来控制流体供给的流体流控制阀的外部透视图；

图2a是图1中阀的横截面透视图；

图2b是图2a中阀的入口和出口区域的进一步横截面透视图，其中阀座被定位在不同于图2a中所示的位置的轴向位置；

图3是图1中阀的透视图，其中出于图示目的移开选定部件；

图4是根据本发明其它具体实施方式的形成阀组件块的组成部分的图1中阀的外部透视图；

图5是根据本发明其它具体实施方式的形成阀组件块的组成部分的图1中多个阀的外部透视图。

具体实施方式

参考图1至3，流体流控制阀100包括具有主体101的阀筒构造， 该主体101由大体圆柱形的第一本体101a和从第一本体101a的一端轴向延伸的第二本体101b组成。阀体101a和101b通过合适的内接合连接而附接在一起，以形成整体主体101。第一阀体101a和第二阀体101b的一部分限定内腔，该内腔总体由标记200表示，其具有大体圆柱形几何形状。

伸长的柱塞105定位成在内腔200内轴向延伸并且对中在大体通过阀100延伸的主轴线109上。柱塞105包括容纳在腔200内的第一端202和轴向延伸超过第二阀体101b的、位于腔200外部的第二端206。活塞205固定到柱塞第一端202并设计尺寸为与限定腔200的阀体101a的径向向内朝向的表面216紧密接触配合。密封件207围绕活塞205周向定位，以抵靠阀体表面216配合。活塞205和密封件207将内腔200有效地分成第一内腔200a和第二内腔200b，使得腔200a和200b可经由密封件207防止流体连通。

双部件螺旋弹簧203，214容纳在位于活塞205和凸台211之间的第一腔200a内并在其中轴向延伸，凸台形成距离第一阀体101a最远轴向定位的第二阀体101b的延伸部。模块化弹簧包括第一螺旋弹簧203和第二螺旋弹簧214，第一螺旋弹簧具有相对于轴线109的第一直径，第二螺旋弹簧具有小于第一弹簧203的第一直径的相对于轴线109的第二直径。因此，第二弹簧214的螺旋线匝位于第一弹簧203的螺旋线匝内，使两个弹簧对中在柱塞105和轴线109上。另外，形成第一弹簧203的伸长元件的厚度(直径)大于形成第二弹簧214的伸长元件的对应厚度(直径)。

每一个弹簧203、214的第一端217都定位为与活塞205接触，而每一个弹簧203、214的第二端218都定位为与垫圈208接触，该垫圈则坐置在大体位于凸台211处的第一腔200a的轴向最末端区域上。弹簧203、214作用为偏压活塞205从凸台211离开并朝向主体101的第一端212。

凸台211的区域限定内孔201，内孔201形成内腔200的轴向延伸部并且经由有效提供液密密封的垫圈208与第一腔200a隔开。柱塞105包括位于两端202、206之间大概中间轴向区域上的颈部219。密封件210围绕颈部219的区域周向延伸并且能够随着柱塞105在内腔200内轴向滑动而与颈部219一起在孔201内轴向滑动。液密密封是经由密封件210建立的，该密封件位于颈部219和限定孔201的径向内部面向表面之间，以防止流体流动轴向超过颈部219并且通过孔201进入腔200。

呈锥形轴环形式的阀座107经由可互换安装在柱塞第二端206处的环形衬套215固定到柱塞第二端206。因此，阀座107在柱塞105处的相对轴向位置可通过衬套215相对于阀座107的位置交换来进行调节，如图2B所示。阀座107经由锁定螺母222固定到柱塞第二端206。因此，阀座107刚性附接到柱塞端206，使得柱塞105的轴向移动提供阀座107相对于阀主体101的对应的直接轴向移动。

大体圆柱形的套筒形裙部220从凸台211轴向突出，以朝向第二端206包围柱塞105。裙部220包括用作流体流出口的四个椭圆形孔口103，这些流体流出口轴向定位在凸台211和代表裙部220轴向最末端部分的环形边沿221之间。每一个出口孔口103都大体上在位于边沿221和凸台211之间的裙部220的整个轴向长度上延伸。在围绕裙部220的周向方向上，每一个孔口103都被在边沿221和凸台211之间轴向延伸的相对较薄的裙段(segment)分开。每一个孔口103在裙部220内的构造的相对尺寸、定位和形状被优化，以在为阀的入口/出口区域提供足够的结构完整性的同时提供最大流出量。

边沿221靠近阀座107轴向定位并且包括径向向内面向的倒角开口106，该开口具有被构造为抵靠阀座107的径向向外面向的圆锥表面配合的形状轮廓。因此，当柱塞105沿着轴线109轴向移动时，阀座 107相对于倒角开口106轴向移位。因此，入口102被限定在圆锥形阀座107和倒角开口106之间并且通过活塞205在腔200内的相应滑动移动而打开和关闭。

阀100进一步包括外部密封204、213，外部密封204、213分别定位在边沿221和凸台211处，以使阀100能够以液密连接方式联接到阀安装座401上，该阀安装座形成参考图4和5描述的阀组件400和流体网络的一部分。

阀100包括两个检测端口104，检测端口104延伸穿过第二阀体101b并且相对于轴线109在直径方向上相对地布置。每一个端口104都包括由烧结金属基体(对于过滤器领域技术人员众所周知)形成的过滤器芯子209，通过该芯子流体介质能够流经位于内腔200和围绕阀100的区域之间的主体101。特别地，过滤器209能够允许气流进出腔200，同时避免阀100周围的环境内的颗粒进入腔200，从而保护螺旋弹簧203、214。过滤器209还能够允许腔200内的污染流体通过每一个端口104向外渗出，以便提供一种检测腔200内液体污染的手段。根据具体构造，开口106的直径近似等于每一个出口孔口103的轴向长度。开口106和孔口103的这种布置以及相对形状和尺寸为阀的各种物理、力学和工作参数给出最佳兼顾，包括具体的可用空间，使供给流体的压降最小化；平衡入口和出口区域的面积比；调节工作流体的开口压力；使阀使用期限以及阀在纵向方向上的总体稳定性最大化。

正如所理解的，根据其它具体实施方式，主体101(包括部分101a，101b以及可选地包括凸台211和裙部220)可整体形成为单一件式本体。

在使用过程中，柱塞105和活塞205通过弹簧203、214偏压，以迫使阀座107抵靠倒角开口106配合接触并且防止供给流体经由入口102进入阀100。然后，工作流体可以经由孔108被引入第二腔200b， 以作用在活塞205上并朝向凸台211轴向强迫推动活塞205。供给到第二腔200b的工作流体压力被选定为适于克服弹簧203、214。因此，阀座107轴向远离倒角开口106移位，以允许供给流体经由入口102流入裙部220。经由密封件210和垫圈208，防止供给流体进入孔201和腔200。供给流体端经由出口103离开阀100。引入第二腔200b的工作流体经由活塞205和密封件207与充气的第一腔200a隔开。另外，第二腔200b内的工作流体通过轴向位于中间的第一腔200a以及非常重要的中间的密封件210、207和垫圈208而与裙部220内的供给流体轴向分离和隔开。如果这些密封件210、207和垫圈208中的任一个失效，则来自裙部220的污染流体或者来自第二腔200b的工作流体将进入第一腔200a，在此经由端口104流出主体101。使弹簧203、214与第二腔200b内的工作流体以及流经裙部220的供给流体分开有利于避免周围碎屑物质积聚以及弹簧203、214的劣化。另外，入口102和出口103与工作流体腔200b的轴向分开(设在阀100的相应相对端)能够实现紧凑结构。

参考图2a，第一轴向端227和第二轴向端226之间的活塞205的轴向长度p明显小于第一腔端225和第二腔端224之间的内腔200的对应轴向长度d。特别地，轴向长度p明显小于轴向长度d的30％，尤其小于大约25％。这种布置利于使阀的总轴向长度最小化。阀进一步包括从向内面向表面216径向向内突出的环形台肩223。台肩223定位在腔200的第一轴向半部内并且被构造为在第二端226处或在其附近邻接活塞205，以便限制活塞205在腔200内的轴向移动。因此，柱塞105(附接到活塞205)的最大行程长度受到限制并且由台肩223相对于腔端225、224的轴向位置确定。柱塞105的行程长度进一步由阀座107在柱塞端206处的相对位置确定。

正如图2a中所图示的，活塞205朝向腔第一端225定位，而检测端口104定位在相对的腔端224。因此，活塞205不会妨碍、遮挡或者堵塞检测端口104，这有利于提供流体渗漏到腔200内的快速检测。

通过使入口102直接响应于由弹簧203、214产生的偏压回复力而通过接触阀座107来关闭，该阀布置是有利的。也就是说，弹簧203、214规定阀处于默认关闭位置。这在阀座107直接附接到柱塞105时实现。

图4图示出阀100，阀100安装在阀组件块400上，以形成适于与采掘机器或者钻柱一起使用的流体供给网络的组成部分。阀100安装在包括入口端口402和出口端口403的阀安装块401上。每一个端口402、403都包括便于附接到供给流体软管或类似物的龙头。旁通阀块404流体连通地安装在安装块401处并且包括内孔阀，所述内孔阀可通过杆405操作，以使阀100旁通并且允许供给流体直接从入口端口402流到出口端口403。正如可理解的，阀外部密封件204和213被构造为抵靠安装块401的内部区域定位，以将凸台211和裙部220密封在流体供给网络内，安装块401形成所述流体供给网络的组成部分。安装块401和阀块404的内部结构是本领域技术人员可理解的。

图5图示出图4中阀安装块401和旁通阀块404的其它具体实施方式，包括串联布置的带有相应独立的旁通阀和相关联的杆405的多个阀100。该阀布置有利于提供如图4和5中所示的相对紧凑的阀块布置的结构，其中，阀100可以彼此之间非常靠近地定位成为整体阀安装块401。