专利名称：一种改进了流量的轴向旋转分体式文氏管阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种改进的流量阀系统和阀，特别是轴向旋转阀，并包括装置和方法。特别地，本发明在防冻阀是优选的场合具有适用性。
许多世纪以来，阀被用于各种各样的用途。随着技术的发展，已经发现了阀的更复杂的应用。例如，在阀的致动方式上已经进行了各种改进。这些方式中有些包括马达驱动致动、电磁致动以及最近的计算机控制致动等等。然而，阀的主要流动结构依然循着四种传统结构相对地保持不变。
所采用的一种阀的类型是闸阀。其结构简单、价格便宜，并且能用于各种各样的用途。闸阀通常包括一个称为闸门的圆盘，该圆盘横向安装到一管道或管子上并与一阀座接合用于断流或节流。本领域技术人员都知道闸阀通常在其除了在全开或全关位置之外的位置上控制流量效果较差。闸门与其阀座之间的交界面通常受侵蚀并且经常需要维修。
另一种典型的阀称为球心阀。本领域技术人员都知道，其在除了全开或全关的位置之外能够有效地节流。在Nakajima等人的美国专利No．4，066，090中披露了一个例子。可以看出，流动道有点曲折，通常导致较高的磨擦损失、非层流，并可能过早地导致流动分离和／或气穴。因此，流量会小于闸阀全开时的流量，流体的流动道往往会导致磨损，并且球心阀由于其固有的结构会导致松散。
第三种类型是球阀。这种球阀可以提供许多优于球心阀的流量增加的优点。该与球相连的阀致动器垂直于流向。当阀打开时，球旋转并将球中的中心孔与通过阀的管道对齐。该球阀逐渐会有一点松散，通常使用位于球的任意侧面上的两个座靠表面，并且制作起来要昂贵一些。
第四种阀称之为蝶阀。这种蝶阀具有一个内部阀座，该阀座通常横截管道安装。通常一外部阀杆转动一横截管道的圆盘，使圆盘接合阀座以截断流体流动。蝶阀通常具有较高的流量而需要较少的维修。然而，它保留这种具有带横向阀杆的横向安装阀的典型结构。尽管阀杆可以通过马达或本领域的技术人员所知的其它装置进行远程致动，但它既不可能适于在可能需要将阀、远程致动器以及管道中的阀座完全包围起来进行的密闭安装来获得有效结构，也不适于安装在一种通向致动器的通道由于这种横向固定而受到限制的侧壁结构中。
阀的各种各样的设计方案中的根本问题是低磨擦损失、高流量和节流特性之间的平衡问题。其它考虑包括抗冻、结构的简化、制造成本以及可能的其它具体用途。尽管已经具有上述各种类型的阀，但依然需要提供一种改进了流动、低磨擦的阀。这在需要沿中心轴线的远程致动的应用中特别有用。通常这些结构涉及抗冻结构。
就防冻或抗冻而言，所作的努力都集中在使球心阀的塞子位于远离导致凝固的外界环境较远的位置上。美国专利№4，532，954的图7表示出了一个典型的例子。通过将塞子置于较远的位置，可以使流体，通常是水，的流动在管子或管道内与外部冰冷的环境隔开一定的距离。由于从管道内部致动闸阀的固有的困难，本领域的技术人员通常都将焦点集中于球心阀类型的阀座上。在这种结构中，鼻锥部分与阀座相接合将任何流动密封在远离不利的外部环境较远的位置上。如图中所示，鼻锥通过小孔与阀座接合以限制水的流动。这种远程布置会将水与冰冷的外部环境有益地隔离开。然而，它会产生其它问题。磨损表面易于受到水的腐蚀且表面上会沉积水中的杂质。而且，为了获得适当的密封，阀杆的螺栓的机械优点在经过多次使用后会挤压鼻锥部分的尖端。一旦鼻锥受到挤压或变形，它就要求鼻锥具有更加严格的密封，这最终会导致泄漏(就是著名的“drip drip”)。而且，与一小孔相配合的鼻锥部分的固有的结构造成了一个极大的压降，正如本领域的普通技术人员会立即认识到的那样。这种极大的压降会降低流量。流量降低后要成比例的增大管道、阀或其它装置的尺寸，以便获得所需的流量。此外，鼻锥部件的使用意味着要改变球心阀类型的阀座，这需要许多转弯来适当地密封流体。同样，阀控制杆通常在纵向方向移动——它并不相对于它安装在其中的管道或管子固定。因此，不但旋转运动而且当它与阀座的那些部分接合时的纵向方向的运动都会导致磨损和维修的增加。尽管传统阀的尺寸的增加通常会获得必需的流量，但是，由于尺寸、成本以及与管路系统的其它元件的兼容性，这并不是一个可行的方案。
因此，现有的企图远程地密封水流或其它流体的想法会导致较高的压降、较低的流量以及技术保养。在设计洒水系统时流量特别重要。对于给定的典型尺寸，家居和商用洒水灭火系统都需要高于传统闸阀或球心阀输出量的流量。因此，一种装置不能使用一种传统防冻消防栓的典型活门配置—相反，它需要一种连接到其它的管道上的具有完善的阀门控制的直通接头。正如那些具有洒水灭火系统知识的人所认识到的那样，这种完善的阀门配置在使用淡季其间需要昂贵的控制、维修、排空、地方和国家标记、以及其它问题。
像上述以及其它如Samuelsen等人的美国专利US3，848，806中的阀一样的轴向旋转阀导致了进一步的复杂化。这种致动表示出了这种轴向旋转阀上的阀杆在此以前一直位于流动道内。直到本发明为止，本领域中的技术人员一直认为，在这样的轴向旋转阀上，为了在较远的地方使鼻锥部分配合到小孔中，需要将阀杆置于流动道内。然而，由流动道中的阀杆所造成的额外的紊流和所折合的体积导致了额外的效率损失、增加的阻力和磨擦，以及较小的流量。
因此，正如系统已经变得更加完善一样，也需要一种阀，这种阀能够通过阀的远离不利环境的内部结构进行远程致动，并且价格便宜、易于安装、具有与现有的管道系统相同或近似的直径，并且仍然维持较高的流量和较低的压降。如果能够获得一个具有较高流量的消防水栓的系统，且该消防栓能够改装成组合系统和水栓，这将具有一种市场优势。这将在降低成本方面对住户非常有利，并且这将有利于建造者或安装者简单地满足安装外部龙头的建造要求并且也能以最低成本改装洒水灭火系统。
许多实施方式通过如在Robert K．Burgess的美国专利申请№08／637，203即现公开在美国专利号№5，718，257中所获得阀显示出了一种重大的改进，该专利根据上述申请要求了一个优先权日。在那个专利中，已经意识到，一个具有轴向旋转的固定纵向位置能够获得较高的流量和较低的压降和磨擦损失以及尽可能少的维修并且由于其紧密度能以较低的成本进行安装。在那个专利中，该发明提供了一种特殊结构的阀，该阀具有一个沿纵向方向固定在管道内适当位置的旋转密封元件，该密封元件与同样沿纵向方向固定在管道内适当位置的阀座元件相接合。该位置可以置于相距，例如，不利环境有一段足够长度或距离，以便能够将流动与有害环境密封隔离开来。该阀在当时相对于该领域已知的状况而言极大地提高了流量。测试结果表明，对于一给定的流量，球心阀可能几乎达到Burgess发明的两倍的压力损失。同样，Burgess发明看来似乎其磨擦损失比上面引述的‘954中所示的结构大约小五倍。该发明从全开到全关也也需要四分之一转。由于其流量的增加，可以感觉到，将会提供一个具有适当流量的阀，该阀能够以等同于传统管道的尺寸安装并且也满足更多需求洒水灭火系统的需要。然而，与其它事情一道，那种阀保留了置于流动道中的传统阀杆。
本发明提出了一个在压降方面具有极大改进的例子，
图1a表示出了各种市场上得到的轴向旋转防冻阀的压降的流量的函数。图1b表示出了一个所测得的损失系数是雷诺数的函数的图表，并将本发明与一些市场上得到的轴向旋转防冻阀以及其它类型的阀进行了比较，以进一步显示出本发明的重大的改进。两条顶端曲线所示的是竞争者的阀，像为了洒水供给系统上较高流量设计的那样。尽管‘203阀相对于当时的现有技术看起来具有极大的改进，但对于给定的压降本发明显示了一更大的流量，或者反过来，在一给定的流量条件下具有一较低的压降。当以一定流量条件下的压降为基准来进行比较时，本发明相对于许多对比者来说可能具有四倍的改进。
另一个参考，即Vadersen等人的美国专利№286，508，公开了一种为提供一种轴向旋转防冻阀的早期想法。由于许多原因，该实施方式很显然没有被市场所接受。也许存在两个原因。第一，正如本领域的普通技术人员已经认识到的那样，具有小孔(H)的阀板(G)在与孔(T)内的阀(K)对齐时，将会造成非层流流动，增加磨擦损失，流动分离、以及可能的气穴取决于流体在那个温度下的蒸汽压力。第二，阀杆被置于流动道内。这是与在许多实施例中使用一种轴向旋转文氏管以避免Vadersen的参考文献中的问题的本发明的直接对比。因此，从Vadersen的参考文献到本发明的114年间沿该特殊线的微小的改进看起来都可能被认为是适当的。
本发明超出了这种早期阀的发明，且甚至超出了美国专利申请№08／637，203。对于一给定的供给压力，本发明将流量提高到‘203发明的好几倍。其损失系数比现有的轴向旋转阀低。已经测试出其损失系数且其损失系数大约为传统轴向旋转阀的50％。其结构更加简单，特别是能够避免阀杆置于流动道中，能够提供较好的节流特性。并且对于给定压降能够维持较高的流量。这样的阀能够适于广泛的各种用途，包括低温学、油田气体和液体的泵送、油田钻孔用途、水阀门配置、洒水和灌溉以及其它。
因此，一直存在一种长期感觉到的但又不满意的对能够满足和解决上述问题的发明的需要。本发明阐述了寻求较低磨擦、较高流量和较好的节流性能的下一步，特别是在需要对轴向旋转阀进行远程致动的使用中。尽管实现元件都能得到，但其它人的发明方向与本发明离得较远。它们所作出的努力主要集中在向前或向后纵向移动的鼻锥或其它密封元件顶靠在通常含有一个孔的阀座上。这就导致了上述问题，例如较小的流量。本领域的技术人员都知道存在一个问题并企图采用专利US4，532，954中披露的技术来解决该问题。即使采用美国申请号№‘203的发明的改进技术，对于给定的压降小于最优流量的该问题依然存在。或者，本领域的技术人员会简单地接受额外安装、复杂的阀门配置、以及其它对于像洒水灭火系统一样所必要的需求的额外的费用。总的思路给出的指导都偏离本发明提出的方向。可能预料不到的是，一个阀既能够具有较大的高流量且也能够远程地控制或截断具有在传统结构中找得到的相同或相似尺寸的管道或管子的流体流动并且依然能提供一种经济的解决方案。直到本发明为止，好象本领域的技术人员都没有考虑到本发明提出的技术方案。
本发明的一个主要的目标是为了提供一种使得轴向旋转阀提高流量的方案。它也能应用到那些采用防冻阀装置和洒水灭火系统中。通过认识和利用阀的所有不同的设计和结构的优点，该阀就实现了其目的。
本发明提供了一种轴向旋转阀，该阀通过使用一种轴向偏心文氏管获得增加的流量和较低的压降，该文氏管具有两部分，其中至少一部分相对于另一部分旋转。(如本领域具有普通技术的人员所知的那样，一种传统的文氏管是一种具有一锥形收缩紧接着膨胀的管道，流体流过该管道。文氏管通常是用于测量流体的流量的高效率装置，参见Beckwith，Thomas，Marangoni，Roy，Lienhard V，John，Mechanical Measurements p．617(Addeson—Wesley Publ．Co．5th ed．1993))。轴向旋转阀通常可以设计得能够在各种条件下避免在完全流通时流动分离和／或气穴。在许多实施例中，这种阀可以设计得至少能够在分体式文氏管的一些部分延缓层流的转变。这种偏心分体式文氏管的一种传统的横断面可以是像半圆横断面一样的非轴对称横断面，使用本发明的结构该断面既可有助于提高节流能力也能使流量最大化。这样的一个方案可以用于防冻轴向旋转阀并可以在半转内完全开启或完全关闭。通常与偏心文氏管的可旋转部分相连的内部肘部能有助于以较低的摩擦损失和压降引导流动。一阀致动器可以轴向方式致动，并可以单独地置于轴向流动道的外部以进一步降低摩擦损失。在其它实施例中，一轴向对齐的出口端也可以增加流量。可以在这两部分之间使用一密封件，该密封件可以具有在同一平面内的一个周向和径向密封。一密封分离装置可以增加固定部分和旋转部分之间的密封件的使用寿命。
可以预见到本发明可以用在能经济地降低阀冰冻的可能性的民用和商用装置上。这样的应用也能够涉及洒水灭火系统，既可在地下也可在地面上。除了提供了一种仅仅在性能和结构方面逐步优于现有技术的系统外，本发明还利用了一种工艺，它相对于现有技术在性能上有重大的改进。本发明的这种阀借助于低廉的制造成本满足了标准之一，还提供了较高的流量、良好的维修、较低的压降、以及节流性能。该阀也可以用于许多其它的场合，某些特别的场合，例如低温学、油田、以及其它。
本发明在阀和管子的尺寸确定方面具有一个重大的优点。它保持了从全开到全关为止的快速开启和关闭的需要性。在许多实施例中，在完全流通条件下，本发明设法维持一种无气穴的、层流流动，并且在有些实施例中保持一定的层流流动。这可能导致较少的紊流并降低磨擦损失。本发明在解决带有安装在流动道中并沿流动方向顺着平行于阀的中心轴的纵轴线致动的轴向旋转阀的困难方面特别有益。
本发明的另一目标是为了提供一种用于一种轴向旋转阀的方案，该阀利用一种轴向偏心分体式文氏管使得流量增加压降减小，该文氏管有两部分，至少一部分可以相对于另一部分旋转。本目的的一个对象是提供一个轴向转子以旋转两部分中的至少一个部分而在流动道内轴向转子没有实质性的接触。另一个目的是为了提供一个偏心的分体式文氏管，其在垂直于流动道的方向上近似于半圆形横断面的形状，采用本发明的这种结构既能有助于提高其节流性能也能使得流量最大化。这样的方案涉及提供一防冻轴向旋转阀的目的。它具有一长度至少为该部分内径6倍(比较好的是7或8倍)的部分，尤其是下游部分，以便有助于在分体式文氏管中提供平稳的过渡流动。另一个目的可以是提供一个筒管组件，该组件至少包括部分阀，从而它可以很容易地后退和插进阀的管道中。这样的结构可以在半转内全开和全关。尽管这开起来可能不象发明‘203中所示的实施例那样迅速，但可以相信，这样快的旋转将满足市场的目标和客观要求。而且，本发明可包括一个排空孔，该排空孔用于开启和使得阀处于至少部分关闭位置和通常完全关闭位置时进行排泄。通过使用一分体式文氏管，分体式文氏管进口侧的流体会随着其流体进入分体式文氏管的第一部分流体的压力逐渐降低而同时流体的速度增加。在分体式文氏管的第一和第二部分之间的分开部分或交界面处，流体随着其流过分体式文氏管的第二部分到达某出口压力逐渐增加同时降低速度。在许多情况下，外部环境可能是这样的，即管道自身可能提供一个通向有害外部环境，例如冰点温度，的传导途径。在这样的情况下，就可能有利于在冰冻区域使管道分体并至少在管道的两部分之间造成热障，从而能量就不会散失到有害外部环境中去。在第一部分和第二部分后部的交界面处可以使用一个密封件。这样的密封件可以密封交界面的周向，并且在许多情况下可以进行径向密封，如下面将要进一步讨论的那样。径向密封可以是直线形的，或者是采用某种形式的曲线形。在许多实施例中，管道可以不是刚性的，至少可以一部分不是。例如管道可包括柔性管。一种适当的定位可以是这样的，即在第一和第二部分之间的密封不会产生干扰。本发明也可以包括一个包围着第一部分(通常是固定的)和第二部分(通常是可以旋转的)的连接套筒。该连接套筒可以使得固定和旋转部分彼此相互偏置并可以不设外部管道。该连接套筒可以于一个密封分离装置一起运转，从而在转动可旋转部分时使固定部分和旋转部分间的密封件分离。该技术特征可以降低对密封件的磨损。而且本发明可以包括一个替代传统的角形出口端的轴向对齐出口端。由于本发明的这种独特的设计，该轴向对齐出口可进一步促进流量的增加和流动阻力的降低。轴向对齐的致动器可以与可旋转部分一起运转，并位于流动道外部以进一步提高流量。
本发明的另一个目的是提供一种阀，该阀包括一个具有第一和第二部分的分体式文氏管，这些部分之间相对于中心轴是非轴对称的。迄今为止，传统文氏管的结构是同轴的，因此，对于任何给定的横断面，外周边距中心轴的距离相等。本发明由于具有一种被分成两部分的非轴对称的或偏心的文氏管而与这些标准化实践截然不同。这两部分彼此流路相连，流体以很小的变化经交界面从一部流动分离进另一部分之中。而且，这样的流动道可以是半圆形的。通过脱离开轴对称文氏管的标准化实践，本发明能较好地利用其独特的开启和关闭性能。本发明的另一个目的是包括至少与两部分中的一个部分相连的旋转内部肘部，因此随着该部分的旋转，内部肘部将流体导引进阀出口端。
本发明的另一个目的是包括一使用分体式文氏管的轴向旋转阀，该文氏管具有第一和第二部分，其中至少有一部分可以由位于流动道外部而对流量系数没有实质性影响的轴向转子而旋转。该目标的另一个目的是为了提供一种轴向旋转阀，该阀被设计成可提供层流(即，在各种条件下，在完全流通情况下避免流动分离和／或气穴)。
当然，本发明的其他目的披露在说明书或权利要求书的所有其他部分。而且，这些目标和目的以独立或者从属的方式反映各种不同的实施例中各种不同的其他目标和目的。
附图的简要说明图1a所示的是本发明的压降作为流量函数的测试结果的图表，通过与一些市场上得到的轴向旋转阀进行比较以显示出本发明的重大改进。
图1b所示的是本发明的所测量到的损失系数作为雷诺数的函数的图表，通过与一些市场上得到的轴向旋转阀进行比较再次显示出本发明的重大的改进。
图2所示的是沿全开方向从一侧面透视的剖视图。
图3所示的是沿全关方向从一侧面透视的剖视图。
图4所示的是图3中所示的一个非轴对称的偏心实施例中的第一部分(8)的端面视图。
图5所示的是图3中所示的一个非轴对称的偏心实施例中的第二部分(18)的端面视图。
图6所示的是在第一和第二部分之间的交界面处的密封件的端面视图。
图7所示的是作为图6的替代实施方式的位于第一和第二部分之间的交界面处的密封件的端面视图。
图8所示的是本发明的另一个实施例的透视剖面图，具有一个包围着第一和第二部分的一部分的连接套筒。
图9所示的是连接套筒的一个透视图。
图10所示的是连接套筒的一个侧视图。
图11所示的是图10所示的横断面图。
图12所示的是图8所示的透视组装图。
图13所示的是安装有一个壳体、一适配器、以及一轴向对齐出口端和一轴向对齐致动器的另一个实施例。
图14所示的是图13侧视图。
图15所示的是具有凹槽、肋板、以及一夹持器的第二部分(18)的详细结构的视图。
图16所示的是具有凹槽、肋板、以及保持器的第一部分(8)的详细结构的视图。
图17所示的是一个可以安装在侧壁或表面的外侧面上的阀的实施例。
图18所示的是图17的一个断面图，具有伴随的阀和在组装状态下的相关部件。
图19所示的是轴向对齐致动器的替换实施例的半剖面视图。
本发明最佳实施例如前所述，本发明包括各种可以根据需要实现的用途而以各种组合使用的部件。本发明包括轴向旋转阀的各种各样的实施例。特别地，设计本发明主要用来利用穿过一个结构特殊且新颖的偏心的分体式文氏管的低磨擦损失、高效率、高流量，并根据对各种形状、尺寸和取向的需要而进行组合和改进，这将在说明附图时对其进行更详细的解释。区别出本发明特点的部件、功能和工艺将在适当的地方指出。
容易理解，本发明的基本构思可以以各种方式体现。其既包括方法又包括实现适当方法的装置。在本专利中，方法以各种所述装置实现的部分结果和使用时固有的步骤来公开。它们只是利用所述装置的必然结果。此外，当公开了一些装置时，可以认为，它们不仅仅实现某些方法，而且也能以各种方式进行改变。重要地，就上述内容而论，所有这些方面应被认为包括在本公开之内。
图2示出了一全开偏心分体式文氏轴向旋转阀的剖视侧视图。一流体(4)从阀(2)的左边开始进入阀。阀可具有一中心轴线(6)，该中心轴线(6)对于传统的阀来说可以起到阀的中心线的作用。当流体(4)进入阀(2)时，该流量可能首先碰到一个具有一第一纵向轴线(10)和一第一流动道(12)的第一部分(8)。流体(4)可以沿着一第一流动轴线(11)穿过在一过渡流动区域(16)内的交界面(14)前进并进入一第二部分(18)。第二部分(18)可具有其自己的第二流动轴线(21)、一第二纵向轴线(20)、一第二流动道(22)，以及一直径(24)。随着该流量的继续前进，该流量可以穿过一出口(26)而出去。在一些实施例中该出口可以包括一内部肘部(28)，以便有助于将流体(4)引导到一个阀出口端(30)内。
第一部分(8)可以是一个在阀(2)内部的固定套筒。所谓被固定，是意味着在使用时通常第一部分相对于阀一般保持不变的旋转方位。第一部分(8)可从阀上拆下或者可以被更牢固地连接，例如使其与阀制成一整体、焊接、钎接、粘接、压力装配等等，这对于本领域的技术人员来说是已知的。第一部分(8)的一个方案是其可以是一个可以为了维修或更换而拆卸下来的筒管组件。作为一筒管组件，它可以包括在各种位置处的筒管密封件(32)，这对于本领域的技术人员来说是合适的并且已知的。
第一部分(8)可以包括一个分体式文氏管的偏心部分。常用的文氏管包括一个从一大直径到一小直径然后再到一大直径的平滑过渡段。本阀专门使用一个分成至少两部分的文氏管。在分体式面处，交界面(14)形成了一个从一横断面面积减小到一横断面面积增大的过渡流动区域(16)。与第二部分(18)(将在下面进行更详细说明)一起使用工作的第一部分(8)一般具有一偏心分体式文氏管，因此，通过转动第二部分，可使流体(4)截止。
当流体(4)沿着第一部分(8)继续前进并接触分体式文氏管(34)时，它就会碰到一个入口斜面(36)。在一些实施例中入口斜面(36)可以构成一绕流动道周边相对于纵向轴线具有相同坡度的锥面形。然而，在优选实施例中，该斜面可形成一偏心斜面。所谓偏心，意味着它涉及一个沿着一纵向透视图的斜面，并且可包括如图2中所示的斜面，其中该流动道可以围绕流动道的周边具有不同的斜坡度。这将包括使流体(4)的中心从纵向轴线(10)偏斜到第一流动轴线(11)。类似地，一偏心斜面会偏转流动道，使其沿着中心的第二流动轴线(21)穿过第二部分(18)，然后到第二纵向轴线(20)。第一流动轴线(11)和第二流动轴线(21)是穿过第一部分(8)和第二部分(18)的流动道的中心轴线，并且当流量向上转到达第一斜面(36)并进入分体式文氏管(34)内然后向下转到斜面(40)时，可以改变相对于中心轴线(6)的相对高度。在优选实施例中第一纵向轴线(10)和第二纵向轴线(20)可以与穿过阀的中心轴线(6)相重合。当流量朝着过渡流动区域(16)继续前进时，坡度可减小。在优选实施例中，该斜面可以是一平坡，也就是说，在过渡流动区域(16)内的交界面(14)处的横断面面积既不减小也不增大。在优选实施例中，第一部分(8)上的斜面看来没有第二部分(18)上的斜面陡。因而，这些斜面可以不同。第一部分上的斜面可以是大约5—15度，其它角度也适合，并且对于一些实施例，9—11度的斜面可能是适当的。
除了分体式文氏管的偏心之外，穿过在图3中更准确地示出的流动道的横断面面积可以是非轴对称的，例如近似半圆形的。所谓的半圆形，并不意味着将其限制到整圆的精确的180°；它可具有各种形状，这些形状可包括除去如图6和图7所示的对沿直径方向的密封的要求之外流体(4)的流动道的过流面积的近似一半。图4的非轴对称方案与横断面过流面积有关。例如，第一流动轴线(11)显示在横断面面积的中心，其中该中心表示到周边的距离的中点。换句话说，过流面积的周边上的点距第一流动轴线(11)不等距。类似地，在图5中，第二部分(18)可具有一个围绕第二流动轴线(21)的相应形状的横断面过流面积，以便与第一部分(8)的横断面面积和流动道相一致。
再返回到图2，当流量穿过位于过渡流动区域(16)内的交界面(14)时，该流量进入第二部分(18)。本领域的技术人员知道，在过渡流动区域内，由于分体式文氏管的特性，由该流体形成的压力可能最小。然而，在关闭位置(在图3中更详细地示出)，诸如流体的物质的静压力可在位于第一部分(8)与第二部分(18)之间的交界面(14)上施加压力。如果需要的话，可以在交界面(14)内设置一第一密封件(38)。
当流体穿过第二部分(18)流动时，该流体的压力逐渐增大并且速度下降。试验结果表明，为了最佳的流动特性，并且为了得到更小的磨擦损失和更高的流量，第二部分(18)的斜面(40)可能比第一斜面(36)更加重要。斜面(40)可以以一大约5—15度的角度倾斜，并且在优选实施例中，大约为7—8度。长径比至少可为6∶1，最好是至少8∶1。换句话说，优选实施例中第二部分(18)的长度最好比第二部分(18)的直径(24)至少长六倍，以便在给定的压力和直径下得到最佳的减小压降和提高流速的流动特性。已经看到，在许多情况下，这种斜面可以在流体从第一部分流入第二部分并穿过第二部分时避免流动分离和／或流体的气穴。气穴和流动分离将在下面进行更详细的讨论。
在沿着第二部分(18)的一些位置上，流体(4)可以穿过一出口(26)而出去。为了有助于减小流体的压降，平滑过渡更为可取。出口(26)内的平滑过渡段可包括一内部肘部(28)。该内部肘部可以与第二部分(18)流路连接或者与第二部分(18)成一整体。在许多实施例中，成一整体的肘部可以与第一部分(8)流路连接。当流体穿过出口并且可能穿过内部肘部(28)而出去时，可引导该流体穿过阀出口端(30)。在一些实施例中，设置一个位于出口(26)与阀出口端(30)之间的出口交界面(44)处的出口密封件(42)可能是有用的。该出口密封件(42)可进一步加强特殊用途可能会需要的密封能力。阀出口端(30)可包括常用的软管连接件、软管龙头等等，这对于工业生产中的人们是普遍已知的。为了进一步协助流体流出出口区域并通过阀出口端，内部肘部可以被成型(例如铸造、模制、机械加工等等)为更圆的的形状(根据优选实施例的半圆形横截面)，从而使流体可以继续进入本领域的人们已知的一般圆形的阀出口端形状，例如一软管龙头。
在优选实施例中，一阀致动器(48)可以沿轴向作用以旋转第二部分(18)，其中第二部分(18)可以被称为一可旋转套筒。如前面所讨论的，轴向旋转阀的压力损失之一(达到压力损失的大约20％)在流动道内有阀杆。在图2中可以看出，以轴向的方式动作的阀致动器(48)位于流动道外部。图2中的阀制动器可直接连接在起第二部分(18)作用的可旋转套筒上，也可与该可旋转套筒成一整体。因而，与诸如在美国专利No．4，532，954中所公开的位于典型轴向旋转阀的具有流体(4)的流动道内的阀制动器相比较，阀制动器(48)不产生或者几乎不产生压力损失。为了使该阀动作，只需将阀制动器从全开位置到全关位置转动约半圈。本领域的技术人员已经知道，密封垫或其它密封元件(46)可用于密封该阀以避免沿阀制动器(48)的区域的内部泄漏。
与作为一筒管而被包括在内的第一部分(8)相类似，第二部分(18)也可类似地为一筒管。如果以更加持久的方式将第一部分(8)固定在适当位置，这可能特别合适。因而，如果想要更换和维修，筒管组件可包括阀制动器、内部肘部、出口及第二部分(18)的其它部件，甚至可能包括第一密封件(38)，从而能够完成快速且容易的维修。
为了有助于第一部分(8)与第二部分(18)的密封，可设置一轴向压缩元件(50)。例如，在优选实施例中，轴向压缩元件(50)可以是一弹簧或一Bellville环，这对于本领域的技术人员来说是已知的，或者可以是其它偏压部件。
该轴向压缩元件设计还具有一额外的益处。本领域的普通技术人员已经知道，在管道系统中，由于有水或其它流体而产生的“水锤”是一个普遍的问题。实质上，流体流量的迅速变化会产生很大的冲量。如果没有吸收该能量的的方法，水锤作用会使管道进裂。有时，管道系统通过设置管道的一端不通的延伸部而补偿这种水锤效应，该延伸部含有起压缩气体作用的累积空气。使用这种轴向压缩元件的本发明可以消除或者至少减少了这种要求。例如，当阀快速动作以截断流量时，在管道中的流体质量可能会产生水锤效应，并对上游或下游的阀部件或其它的管道系统部件施加力。通过压缩元件的弹性作用可以沿轴向吸收掉流体冲量的迅速变化和所产生的能量。在发生水锤效应时，轴向压缩元件可以压缩，并且至少能吸收一些能量。
本发明的另一方面可包括设置一排空阀(52)。排空阀(52)可包括一排空塞(54)、一排空偏压元件(56)、以及一排空座(58)。例如一位于第二部分(18)上的排空阀致动器(60)在被转到一适当位置时能够将排空塞(54)推向排空座(58)，并在存在流动状况时使排空口密封。当将排空阀致动器转到一偏离位置时，该排空偏压元件(56)使排空塞(54)偏离排空座(58)，并允许适当体积的排泄。
在环境条件不利的场合，例如低温天气，在管道中设置一个热障是比较好的。管道(62)可以是阀体的外部部分。一般地，它可含有一些金属质的物质，例如黄铜、钢铁、铜、青铜等等，这对于本领域的技术人员是已知的。由于金属一般是与绝缘体相对的导体，管道表面暴露到不利的环境条件下可促使阀冻结。在这种场合，最好是设置一个热障(64)并将管道至少分成第一管道部件(66)和第二管道部件(68)。该热障可以是像非导热性塑料、绝缘体一样的物质、或任何其它能够阻止不利环境向下传导到管道的元件。该阀的方案之一是它可以使得热障位于不同的位置。
图3所示的是处于全关位置上的阀。第一部分(8)保持不动，而在这种情况下，第二部分(18)已经绕其纵轴旋转了180度。在该优选实施例中，纵轴与中心轴(6)重叠。然而，其它实施例改变这种对齐也是可能的。可以想象得到，在许多情况下，纵轴至少与中心轴(6)基本平行。所谓平行，除非另有说明，意味着包括最多大约30度的偏差的基本平行。
如图3所示，内部肘部可以相对于阀出口端(30)转到非对齐的位置。如图2中所示，在出口交界面(44)处的内部肘部(28)和阀出口端(30)之间有一个密封件。因此，在有些实施例中，可以没有第一密封件(38)。而且，如图3所示，阀致动器(48)已经简单地旋转了约180度或半转以实现对流体(4)的节流。这种快速地关闭或节流可以用于许多种情况。图3中也表示出了位于远离排空阀(52)的旋转位置内的排空阀致动器(60)，在该旋转位置排空塞(54)受到偏压离开排空座(58)。
如前所述，图2和3表示出了第一密封件(38)。图3、6和7表示出了周向密封件(70)和径向密封件(72)(相当于一个直线形径向密封(76)和一个曲线性径向密封件(82))。当第二部分(18)和第一部分(8)彼此压在一起时，通过周向密封件(70)和径向密封件(72)起作用的第一密封件(38)可以限制流体(4)从第一部分(8)泄漏到第二部分(18)中。它也可以限制泄漏到管道(62)和第一及第二部分之间的空隙(74)中。
术语“密封”是一个功能性术语。因此，一个分离的元件并不是必须的。例如，许多测试结果表明，许多材料本来就可以具有密封性能而不必需要一个单独的密封件。例如DerlinTM通常被认为是一种硬塑料，并且看起来也足够软(硬度约为80)，因此就其功能而言，可以实现密封。这样的密封可以通过将第一部分(8)和第二部分(18)彼此压在一起的轴向压缩元件(50)得到加强。DerlinTM的另一个优点好象是它还是一个自我润滑塑料。换句话说，当其前后旋转时，它还能防止划伤。可以提供可能性的其它材料是其它聚合物、陶瓷、各种金属等等。可以根据特定的用途来改变适当的材料。例如，众所周知的是较软的材料防止磨料的磨损要比硬的材料好。因此，正如本领域的技术人员所知的那样，具有较低硬度的那些材料更适于多种情况。而且，尽管对管道(62)以金属形式描述，但采用具有像塑料等一样的其它材料的管道是完全可行的。在许多情况下，管道甚至可以由柔性管构成，至少在一部分内可以这样。
而且，正如本领域的技术人员所知的那样，在一些实施例中可以采用在第一部分(8)和第二部分(18)之间也许具有两个密封件的两端对齐的凸缘管。当然，也可以采用其它实施方式。在许多情况下，在第一和第二部分之间是否有密封件甚至并不是太重要。根据市场和商业上所关注的问题来具体的改变。
已经表示出阀转子(48)与第二部分(18)相连。当然，其它实施方式也是可能的。例如，由于第一和第二部分之间的流体相对空隙(74)密封，所以可以穿过管道(62)的侧面安装的阀致动器能够转动第二部分(18)。由于它实际上能绕第二纵轴(20)旋转第二部分(18)甚至可以位于流体(4)的流动道的外部，所以这样的阀致动器也可以被看作一个轴向转子。
图6所示的是第一密封件(38)的端面视图。如上所述，第一密封件(38)就功能而言能够由第一部分(8)或第二部分(18)或两者的特殊的材料所代替。第一密封件(38)可以包括一个周向密封件(70)。图2和3中所示的该周向密封件可以密封第一和第二部分的外部周边。第一密封件(38)也可以包括一个径向密封件(72)，在图6中更显著地表示基本是直线形的径向密封件(76)。如图2和图3所示，径向密封件(72)可以位于绕各自的纵轴线彼此相对旋转的第一和第二部分的接合处。如图3所示，可使得径向密封件的厚度和宽度以及所得出的横断面面积在第二部分旋转到节流位置时可以承受流体(4)的全部压力。这通常会涉及到材料的强度、压力、直径以及其它本领域技术人员所知的因素。所谓径向的，该术语意味着包含各种像圆形的、偏心圆形的、矩形的、正方形的横断面以及其它断面面积。在测试结果中，图4的过流面积(78)似乎与图6内的密封件的开口面积相对应，因此，与过流面积相比如直径(24)处的，过流面积(78)可能不小于优选实施例中的流动道的40％(在该专利中描述的各种百分数和元件是近似的并可以根据特定的条件和需要的液流量来改变。)。图6中所示的直线形径向密封件(76)与周向密封件(70)基本上在同一平面内。
图7所示的是径向密封件(72)的一个替换实施例。尽管图6表示出了一个基本是直线形的径向密封件，但本发明并不这样受到限制。它可以包括径向形式的密封件。这样密封件包括像图7中所示的曲线形径向密封件(82)。在许多情况下，在需要高流量的地方，最小节流会比较好。因此，径向密封件的横断面面积最好最小化以获得较高的流量。
本发明的目的是为了使通过阀的压降最小化，即使在较高的流量下也是如此。由紊流、流动的分离和／或气穴可能会造成压降的增加。管道部件(包括阀)中的流动其特征通常在于损失系数，该系数与通过元件的压降成正比，而与流体的密度成反比，与流体速度的平方成反比。流量系数可以由公式KL=ΔP／1／2ρV2来表示，其中KL表示流量系数，ΔP表示压降，ρ表示流体的密度，而V表示流体在公称管道内的平均流速。
通过加工和使用用于如上所述的偏心分体式文氏管的斜面(40)，甚至可能通过使用一个内部肘部(28)，损失系数就能够最小化(显而易见，可以采取除此之外和代替的其他步骤，这些步骤能够导致较低损失系数。)。这可能获得在较高流量条件下具有较低压降的阀。测试结果已经表明本发明的损失系数要小于那些现有的轴向旋转阀。这种类型的阀的损失系数的范围在4的周围或更小(显然，该数值是用来覆盖约等于4的范围而不是精确到4．000，这对在该申请中所表达的其他数值也同样成立。)。对于优选的实施例，范围可以为3．5或更小。通过比较，象在上述参考文献‘954中公开的其他类型轴向旋转阀的损失系数在可比较的流量条件下已经测得为15。本发明具有比用于市场中的其他类型的轴向制动阀损失系数更小的损失系数。正如本领域中的技术人员所知的那样，一定范围流量上的损失系数可以相对恒定，因此本发明的改进可以广泛地应用。
本发明的另一个方案涉及流动分离。当流体流经一个不完全流线型的尖锐的物体时，就可能发生流动分离。当流量变得足够大时，流经该物体的液流的流线就不再与液流的边界相吻合。事实上，流体在分离区域实际上会转向，这实际上降低了一关闭管道的有效横断面积。(参见Munson，Bruce，Young，Donald，Okiishi，Theodore，Fundamentals of FluidMechanics，p．558(John Wiley ＆ Sons 2d．ed．1994))因此，液流分离导致较高的压降，整体上导致较高的损失系数。为此设计本发明以使得液流分离最小化或消除液流分离。
本发明还有一个目的是在一些实施例中具有无气穴的流动。特别是在图2和3中所描述的实施例会有助于该目的的实现。通常，过渡流动区域(16)是一个有助于避免气穴的比较重要的区域。正如本领域的技术人员所知的那样，当流动特性产生压力梯度超过指定流体在预定温度下的蒸汽压力时，气穴就会发生。在许多情况中，通过加工和使用用于上述偏心分体式文氏管的过渡流动区域，在完全流通状态下，至少在阀的该区域内会避免气穴发生。通常，在优选实施例中，该区域应该尽可能大以与本发明的目标和目的相一致以适当地减轻气穴问题。
在许多实施例中，液流也可以是某种程度的层流。正如本领域的技术人员所知道的那样，尽管从微观上看存在可能不是层流的边界层状流动，但本发明也可能获得微观上的层流。层流就是一种流体以层状方式流动的流态。相邻的流体层之间可能存在宏观的混合。例如，通过在某处将一种染色剂引入流束中以产生一流线可以看见层流，该流线流过阀的一部分而不会有实质上变差。在这种情况下，对于一定尺寸的阀，在给定的压力条件下，层流可以表示由较低摩擦损失和较高流量形成的流动平稳度。正如本领域的技术人员所知道的那样，层流特性与雷诺数相关。因此通过选择一种适当的曲线，这种曲线可以包括上述用于偏心分体式文氏管的斜坡(40)那种类型，可以小心地控制管径(即文氏管中的任意给定点处的横断面积)和平均流速，以便不会超过适当的雷诺数并且在分体式文氏管的一些部分内流动也是一定程度上的层流，并可以包括第二部分(18)的主要部分。(流动分离、气穴、以及层流方面的讨论不必包括通过出口和内部肘部的流动。)关于节流特性，可以看到，在优选实施例中，由于采用半圆偏心分体式文氏管转动第一部分(8)和第二部分(18)的旋转，在阀被关闭时，第一部分的流动道(78)的一非常小的面积与第二部分的流动道的一非常小的面积相对应。换句话说就是，使用一小部分径向“饼”来控制流量的较小变动。
图8所示的是本发明的另一个实施例，尽管采用管道的变化无疑是可能做到的，但一般是没有管道(68)的。第一部分(8)和第二部分(18)在其外表面上有一点改进(尽管能实现内部的改进)以便和连接套筒(90)相适配。如图2和3所示，通常其中一部分是固定元件，如第一部分，而另一部分是可旋转元件。因此，连接套筒(90)可以在两部分之间的交界面(14)上密封，并使得带有或不带有外部管道(68)的旋转元件转动。为了将连接套筒保持在交界面区域，可以采用第一部分(8)上的第一挡块(94)和第二部分(18)上的第二挡块(92)。上面所述的周边密封件(70)可以将任何流体密封住以防止其泄漏到连接套筒中并到达周围环境中。或者，(未图示出)连接套筒自身可以具有其自我密封件，例如O型密封圈等等，从而会将交界面(14)的任何一侧密封住，该交界面会与周边密封件(70)一起运转，或独自运转。
图8所示的是本发明的进一步的改进。连接套筒可以用于帮助将可旋转部分转换到各种不同的方位。连接套筒(90)可以包括一个转换角度夹持器(104)，该夹持器在图9—12中有更详细的图示。该转换角度夹持器可以与转换角度定位器(96)一起运转，从而阀旋转到指定的位置。转换角度定位器所示的是与第二挡块相连，但它也可以位于其它地方，例如在第一挡块上或者更有甚者独立于任何一个挡块，并可以含有棘爪来进行定位。在此所用的术语“连接”或其派生词用来包含固定或连接或甚至成为一体，根据具体的应用和市场及制造的需要而定。因为在优选实施例中，阀在半转中从全关运转到全开，该转换角度部件能够与这两部分的相对位置相配合。类似地，可以包括很多转换角度定位器(例如，以八分之一转分布)，从而阀具有多个挡块或棘爪以及多个转换位置。
采用图9—11进行详细图示的图8和12中所示的实施例的另一种改进包括一个密封分离元件或机构。在许多用途中，在交界面区域内的密封件可能会由于彼此之间或遍及阀的旋转表面上的接触摩擦造成早期磨损。本发明可以包括密封分离元件，一旦旋转一开始，该元件将密封件分离开以减小磨损，。在该优选实施例中，密封分离元件可以以连接方式或作为转换角度定位器和转换角度夹持器的结构的一部分来使用。采用其它结构也是可能的。通常，密封件在阀位于关闭位置时会密封(或通过利用一些转换角度夹持器或类似部件到达一些其他需要的位置)，即，密封件会通过彼此密封或密封一些表面以通常的方式起作用。在该位置上，转换角度定位器(96)能够啮合进转换角度夹持器(104)中。当发生旋转时，连接套筒的端面会跨在转换角度定位器上，轴向地移动连接套筒，并穿过连接套筒，交界面(14)。因此，密封件会暂时分离。
为了调节这种分离结构。可以在端面进行各种调节。详细结构结合图12中的一组件专门图示于图9—11中。一较长表面用来控制分离，因此采用较长表面和转换角度定位器的轴向长度的相互作用控制用于分离的轴向位移。同样图示出了一个较短的面(100)，该较短表面用来在旋转过程中控制在阀的不同角度位置处的密封。例如，可能需要一个90或180度的密封，在该处较短表面(100)与转换角度定位器(96)一起沿轴向加工成所需要的尺寸，因此密封件就在那部分旋转过程中实现了密封。当然，本发明可以包含各种不同的分离元件。在一个实施例中，密封件一开启就几乎立即分离并且接着在阀处于完全开启位置时一起密封回去。长短表面结构是一个一起可以称之为具有阶梯的阶梯表面结构的例子；其他例子包括具有一过渡锥面结构，该结构能够一旋转就利用锥形机构将密封件逐渐或迅速地密封在转换角度定位器上。
为了有助于在交界面处分离(或其它适当的位置)，可以用第一和第二部分轴向地限制但旋转地移动连接套筒。当连接套筒与转换角度定位器(96)结合和脱开并改变轴向位移时，第一和第二部分也会改变其相对轴向位移。为了通过轴向位移来实现这种分离，阀可以包括一第一连接套筒凹形夹持器(106)和第一连接套筒凸形夹持器(112)。例如，凸形夹持器可以位于第一部分(8)上而凹形夹持器位于连接套筒上，但这些夹持器当然是反向相对的。一种相似的结构通过使用第二连接套筒凹形夹持器(108)和第二连接套筒凸形夹持器(110)可以将连接套筒限制到第二部分(18)上。至少凹形／凸形夹持器中的一个可以使得连接套筒有到达第一或第二部分的配合表面的一些相对移动，以便补偿密封件磨损和各种制造公差，在此被称为滑动夹持。这方面在一较宽的第二连接套筒凹形夹持器(108)与第二连接套筒凸形夹持器(110)的相应宽度相比较体现出来(可以使用凸／凹形夹持器中的一个或两个都使用)。因此，凹形夹持器会在其与凸形夹持器相啮合时会推动并分离密封件。然而，相对宽度的不同考虑到了在轴向尺寸方面的变化并且也考虑到了密封。上面讨论到的轴向压缩元件(50)能保持密封件偏压向密封表面，并能够随着第一和第二部分的轴向移动一起运转。在优选实施例中，为了避免连接套筒外部泄漏，可以提供其它密封件。这可以是与上述管道中的O型密封圈相似的一套。而且，连接套筒可以图2中所示的管道一起使用，并且管道可以提供管道外周边的密封或在提出具体环境时不提供密封。
在图2的实施例中，出口可以含有一个内部肘部(28)来帮助引导流体(4)进入阀出口端(30)。一个有角度的出口端是一种更通常的结构。然而，可以通过其它结构来获得改进的流动特性。图13和14中就表示出了一种方案，具有一个轴向对齐的出口端(118)。它也可以含有轴向对齐的致动器(116)，例如一个与第二部分相连的手轮。由于密封件是位于出口的上游，例如位于交界面附近，所以采用这样的替代结构是可能的。在该实施例中，在大多数阀中，一具有一与纵轴对齐的流动的出口不需要改变流动方向，因此，可以增大流量系数。
图13和14的实施例也图示出了一个壳体(114)、一适配器(134)、以及一装配螺母(136)。壳体(114)可以与连接套筒或固定部分相连，因此，当转动旋转部分时连接套筒(90)和／或固定部分可以保持静止。壳体也可以增加阀组件的稳定性和刚度。适配器(134)可以用来将阀连接到流动系统的管系上。它可以采用螺纹方式、焊接方式、或以多种本领域技术人员所知的连接方式。装配螺母(136)可以与适配器相连并可以提供一种固定阀的传统方式，同时将其连接到管路系统上。而且，为了进一步实施密封，可以具有一个附加密封件(120)。
图15和16表示出了阀的第一和第二部分的细节。在优选实施例中，采用模铸工艺，一定的肋板(124)和凹槽(122)可以减少材料成本，降低了模铸的难度，并减轻了重量。而且如前所述，用来将连接套筒固定到各个部分的凸形夹持器(110)和(112)可以模铸成那部分。然而，如所讨论的那样，倒过来，将凹形模铸进第一或第二部分内和将凸形模铸进连接套筒内也可以。在位于第一和第二部分之间密封件通常放置的区域内，例如在交界面处，也可以有一些用于密封支承(126)和(130)的铸造余量，该密封支承结构可以在流量在第一流动区域(132)和第二流动区域(128)之间受到节流时支承以提高密封效果。当然，任何数量的这些元件都可以通过不同于模铸的工艺加工而成，所以上述例子不应构成(对本发明的)限制。
图17和18(是图17的带有相关部件的剖视图)所示的是阀台(140)的一个实施例，该阀台可以用于墙壁或其它安装表面的外侧。阀台(140)可以铸造加工而成。阀台可以作为致动器、防逆流装置、阀出口端以及其它相关部件的壳体。阀台还可以具有一个致动器通道(142)，通过该通道可以到达致动器(156)并转动该致动器。阀台(140)还可以包括一个安装出口(144)，通过该出口，可以到达防逆流装置(146)，并将该防逆流装置与象上述轴向对齐出口端(118)一样的阀出口端或另一种形式的出口连接起来。一密封该安装出口的防逆流装置密封件(148)可以用于多种情况，并在可旋转套筒(18)旋转时防止防逆流装置旋转。一防逆流装置密封件(150)可以在旋转套筒旋转时有助于该防逆流装置的内表面与旋转套筒之间的密封。阀台还可以具有一排空孔(152)。在该实施例中，由于在该部件的上游已进行了密封，所以排空孔可以精简掉。因此，当阀处于关闭位置时，在排空孔(152)和排空开口(153)之间该实施例可以只需要一次对齐以完成滞留在旋转套筒(18)内的流体的排空。另一个密封件(154)可以用于密封旋转套筒和阀台(140)。(这些密封件中的许多都可以在旋转部件旋转时起到润滑支承和润滑套筒的作用。)
在图18中也表示出了一个致动器啮合元件(158)，该元件与致动器(156)相连。在该实施例中，致动器位于流线的外部，这是本发明愿意考虑的。一相应的与可旋转元件(18)相连的旋转套筒啮合元件(160)与致动器接合元件相配合以协助转动可旋转套筒。这些啮合元件可以是链驱动机构、齿轮传动机构、齿轮齿条机构、凸轮机构以及其它各种不同的机构。没有表示出来的是这些啮合元件在各种不同位置具有一些挡块来协助限制致动器的行程。
图19所示的是一个轴向对齐致动器(162)的替代物，一半剖面，具有一齿轮装置。转子(164)可以是一个手柄或一些其它适当的带有机械化转子的装置。在该实施例中，转子的内表面与一齿轮相配合以形成一齿轮齿条机构。因此齿圈(166)与第一齿轮(168)相啮合，第一齿轮与轴(170)相连。轴又与第二齿轮相连，该第二齿轮与第二齿圈(174)相啮合，从而转动可旋转轴(18)。当然，为了转动速度或旋转的轻便性，可以采用不同的齿圈和／或齿轮比率来调整传动比。
在许多实施例中，与具有阀盖、阀座、螺纹接合的其它传统阀相比，以轴向方式与可旋转部分相连的致动器可以减轻阀的复杂程度。在许多情况下，致动器只需要旋转以控制阀流体，而在该优选实施例中，致动器只需大约转动半转以从全开移动到全关位置。与上述其它具有位于流动道内的阀杆的阀直接相比，该致动器可以大体上位于流动道之外。
很自然，可以对上面替换实施例进行改变以实现与这些实施例相同的目标和目的，这都包括在本发明的范围之内。例如，内部结构可以改变。壳体(114)可以与连接套筒(90)形成一体。为了不同的用途，可以有或没有转换角度元件。该转换角度元件可以位于较远的位置，或可以在形状、位置、数量等等所表示的方面进行改变。许多实施例在第一和第二部分上可以没有第一和第二挡块，而其它实施例可以没有所示的凸形和凹形夹持器结构。而且，凹形和凸形结构可以反过来置于相对元件上形成凸形和凹形结构。第一部分可以是可旋转套筒而第二部分可以是固定套筒，或者两部分都能旋转，或两部分上固定有一些可以在这些部分内部旋转的其它部件。有些可以具有避免流动产生流动分离和／或气穴的元件，而其它的则可以不具有这样的元件。有些可以具有各种各样的密封件，而其它的就可以不具有这些密封件，同时也有其它的可以具有一定的最优流动长度，而其它的则不用太关心最优流动长度。因此，可以有各种各样的改变，且都与本专利的具有创造性的方案相一致。市场和制造所关注的问题决定了本发明的相应的实施方式。
前面的讨论和下面的权利要求仅仅是对本发明的优选实施例的描述。特别是就权利要求而言，应该明确的是，在不脱离本发明的实质的情况下是可以有许多种变化的。关于这一点，意图在某种程度上以实质上相同的方式获得实质上相同的结果的改变，都将落入本发明的范围之内。
尽管包括了涉及到系统的方法的不同细节，但仍包括了阀的原始权利要求。当然，那些权利要求具有用于整个专利所要求的各种其它的方法和设备的许多用途。所公开的装置或方法的来龙去脉足以支持具有轴向旋转阀、排空孔、非轴对称文氏管。内部肘部、无分离无气穴层流结构等的方法和装置权利要求的全部范围。尽管增加这些可以清晰地包含这样的细节，但现有的权利要求的构成可以包括每一个其它的总方案。在无限制的条件下，本公开应该包括从属权利要求，包括如上所述的每一个其它总方案中的有些体现的方法或装置。此外，任何在某种程度上利用本发明的实质的修改都会自然地落入由本发明所包围的保护范围之中。由于其基本构思和理解可以广泛地使用，这与本发明特别一致。
如前面所述，本发明可以以各种方式实施。此外，本发明和权利要求书的各种元件中的每一个也可以以各种方式获得。本公开应该被理解为包括了每一种这样的改变，它是任何装置实施例、方法或工艺实施例的一个实施例的变化，或者甚至是这些实施例的元件的一种变换。需要特别指出的是，当本公开涉及到本发明的元件时，用于每个元件的单词可以由等同装置的术语或方法术语来表示一即使仅仅功能或结果相同也可以。这样的等同的、概括性、或者更通用的术语应该认为包围在每种元件或动作的说明之内。这样的术语可以在需要使本发明所使用的含蓄的较宽范围词语清楚的地方来替代(这些词语)。例如这样一个例子，应该理解的是，所有的动作可以表达为一个用来执行那个动作的装置或产生那个动作的元件。同样，所披露的每一个有形元件都应被理解为包含了该有形元件所完成的动作的披露。关于最后一个方面，例如“密封件”的含义应该包括对“密封”这一动作的披露—无论是否明确地论及过—并且，反过来，如果仅仅公开了“密封”这一动作，这样一种公开也应该被认为包括公开了一种“密封件”。这样的改变和替换术语应该被理解为清楚地包括在说明书中。
在权利要求书中对本发明的所有可能的实施方式进行描述并不是简单可行的，这通常与可独立或共同地包含像轴向旋转阀这样的方案的本发明和本公开的目标和目的保持一致来实现。尽管可以增加这些来清楚地来包含这样的细节，但现有权利要求的构成应该包括这样的方案。尽管在本发明中所要求的方法没有进一步论述到这样的程度，但它们都是系统或设备权利要求的自然的导出。因此，当它们而不是权利要求的步骤在系统或设备权利要求的使用和制造中是不言而喻的时候，对方法进行专门的或进一步的论述看起来似乎就没有必要。而且，以较逻辑的形式组织步骤；然而，其它的工序也可能并确实会出现。因此，方法权利要求不应构成仅仅包含所出现的工序和步骤的次序。此外，应该指出的是，术语“由……组成”意味着具有一种包含的意思而不一种排他的意思。应该以其其最大扩张形式来解释从而能够向该申请人提供法律许可的最宽的范围。因此，在外国，例如澳大利亚，该术语并不认为具有一种排他性的或进一步限制的意思。
而且，在请求获得专利的本申请提及的任何参考文献以及所有列举在随本申请最初申请的任何信息公开中的参考文献由此都以引用的方式被使用。然而，尽管有些声明可能被认为与本发明的申请获得专利的行为不一致，但这样的声明明显可以被认为是由申请人作出的。
权利要求
1.一种轴向旋转分体式文氏管阀包括a．至少一个可旋转套筒；b．一个与所述可旋转套筒流路相连的位置固定的套筒；c．一具有一第一部分和一第二部分的轴向偏心分体式文氏管，其中所述的第一部分位于所述固定套筒的内部而所述第二部分位于所述可旋转套筒内；d．一出口与所述的可旋转套筒流路相连；e．一具有一流动道的管道，所述的可旋转套筒和所述的位置固定套筒位于其中；f．一位于所述可旋转套筒和所述固定套筒之间的交界面；g．一位于所述可旋转套筒和所述位置固定套筒之间的在所述交界面处的第一密封件，其中，所述可旋转套筒、所述位置固定的套筒、所述轴向偏心分体式文氏管、所述出口、所述管道、所述交界面以及所述第一密封件构成一轴向旋转分体式文氏管阀。
2.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于还包括一位于所述流动道外部的用于在所述转子与所述流动道内的所述可旋转套筒没有实体性接触的情况下旋转所述可旋转套筒。
3.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述轴向偏心分体式文氏管包括一基本上位于所述交界面附近的半圆形偏心分体式文氏管。
4.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于还包括一适于将所述可旋转套筒和所述固定套筒彼此偏压在一起的轴向压缩元件。
5.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述可旋转套筒用于基本上在起始于交界面的所述阀的所述可旋转套筒的整个范围内避免气穴产生。
6.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述阀适于产生数量为4或更小的损失系数。
7.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于还包括位于所述管道内的隔离装置，适于在在所述隔离装置处在所述管道内形成一热绝缘障。
8.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述第一密封件包括一周向密封件和一基本上位于与所述外部周向密封件同一平面内的径向密封件。
9.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述阀包括一防冻的轴向旋转的分体式文氏管，该文氏管含有一位于所述第一和第二部分之间的交界面处的密封件，并被置于一远离冰冻环境的冰冻距离的地方。
10.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述可旋转套筒具有一长度，该长度足以从根本上消除所述可旋转套筒内的流动分离。
11.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述可旋转套筒比所述固定套筒长。
12.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于还包括一至少与所述套筒中的一个流路相连的出口，并且还包括一内部肘部。
13.如权利要求12所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于还包括一位于所述出口和阀出口端之间的一出口交界面处的出口密封件，该阀出口端与所述的阀流路相连。
14.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于还包括一用于插进所述管道的筒管组件，至少由所述套筒中的一个构成。
15.如权利要求14所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于还包括环绕所述筒管组件的筒管密封件，适于密封所述管道内的筒管组件。
16.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述第一密封件包括一曲线形径向密封件。
17.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述管道包括一柔性管。
18.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于与所述位置固定套筒相配合的所述可旋转套筒适于在半周转之内完全开启和完全关闭。
19.如权利要求1所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于还包括一排空孔组件适于所述阀至少位于部分关闭位置时开启并使得所述阀排泄。
20.一种利用分体式文氏管改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，包括a．流体以一定的压力和速度流过一流动道；b．进入一偏心分体式文氏管的一第一部分；c．通过所述偏心分体式文氏管的所述第一部分时所述流体的所述压力逐渐降低同时所述流体的所述速度增加。d．流经所述第一部分和一第二部分之间的所述分体式文氏管的一交界面；e．通过所述偏心分体式文氏管的所述第二部分时所述流体的所述压力逐渐增加同时所述流体的所述速度降低；f．经一与所述第二部分流路相连的出口流出所述第二部分；g．轴向地将所述分体式文氏管的所述第二部分旋转到至少一部分关闭的位置；h．在所述交界面处至少部分地限制所述流体流过所述阀；i．将所述分体式文氏管的所述第二部分旋转到至少一部分开启的位置；j．使得所述流体的所述流动通过所述轴向旋转阀。
21.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于所述沿轴线方向旋转所述第二部分包括采用一位于所述流动道外部的而对流量系数没有实质影响的转子来轴向地旋转所述第二部分。
22.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于流过交界面包括流过一半圆形的偏心流动道；
23如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括为所述密封交界面增加一轴向压力元件。
24.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于逐渐增加所述流体的所述压力同时降低所述流体的所述速度包括避免所述流体的气穴。
25.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括经过所述轴向旋转阀形成的损失系数为4或更小。
26.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于经过一流动道的流动包括流经一热传导管道，并且还包括a．在一冰冻地带在热传导管道中提供一种隔离，其中所述隔离形成所述管道的一第一管道部件和一第二管道部件；以及b．在一冰冻地带用热的方法将第一管道部件和第二管道部件隔开。
27.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括在所述交界面处的密封包括a．将所述部分之间的所述交界面的周向密封住；b．在与所述密封所述周向的同一平面内密封住所述交界面的径向部分。
28.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括防止所述阀冻结。
29.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括流过所述第二部分的长度足以基本上消除通过所述第二部分的流体分离。
30.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括流过所述第二部分内的流动道长度比第一部分长。
31.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括经一出口流出所述第二部分包括经一内部肘部流到一与所述阀流路相连的阀出口端。
32.如权利要求31所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括在所述内部肘部和所述阀出口端之间的所述出口端处进行密封。
33.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于流经所述流动道的流动包括流过一管道，并且还包括至少进入作为一所述管道内的筒管组件的所述部分中的一个部分中。
34.如权利要求33所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括密封住所述管道内的所述筒管组件。
35.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括在所述交界面处采用一曲线形径向密封件将所述第二部分与第一部分密封住。
36.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于所述管道包括一柔性管。
37.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于轴向地从关闭位置旋转到开启位置包括轴向地将所述的第二部分旋转大约半转。
38.如权利要求20所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括在至少一部分关闭位置排空所述轴向旋转阀。
39.一种提供来自于使用分体式文氏管阀的改进流动的方法，包括a．使流体以一定的压力和速度沿中心轴线流过一流动道；b．当流经一偏心分体式文氏管的一第一部分时逐渐降低所述流体的所述压力同时增加所述流体的所述速度，其中所述第一部分相对于所述中心轴线是非轴对称的；c．当流经一偏心分体式文氏管的一第二部分时逐渐增加所述流体的所述压力同时降低所述流体的所述速度，其中所述第二部分相对于所述中心轴线是非轴对称的；d．将所述分体式文氏管的所述部分中的至少一个部分旋转到至少一部分关闭的位置e．至少部分地限制所述流体流过所述阀；f．将所述分体式文氏管的所述部分中的至少一个部分旋转到至少一部分开启的位置；g．使得所述流体流动。
40.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于使所述流体流动包括流经一半圆形的偏心的非轴对称的流动道。
41.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于旋转所述部分中的至少一个部分包括轴向地绕一平行于所述中心轴线的纵向轴线旋转所述部分。
42.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于将所述分体式文氏管的所述部分中的至少一个部分旋转到至少一部分关闭的位置还包括相对于所述第一部分旋转所述第二部分并通过所述相对旋转来控制流动。
43.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于旋转包括轴向地同时维持所述旋转部分的一固定纵向位置。
44.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括在所述第一和第二部分之间的交界面处至少进行局部密封。
45.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括旋转一长于第一部分的第二部分。
46.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于所述旋转所述部分中的至少一个部分包括旋转一与所述部分相连的内部肘部。
47.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括通过一出口从所述第二部分流出和采用一在所述出口和一阀出口端之间的一出口交界面处的一出口密封件密封住所述的出口，该阀出口端与所述的阀流路相连。
48.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于旋转所述部分中的至少一个部分包括采用一位于所述流动道外部的而对流量系数没有实质影响的轴向转子来轴向地旋转所述部分。
49.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于使流体流经所述的流动道包括流经一管道，并且还包括至少流进作为一所述管道内的筒管组件的所述部分中的至少一个部分中。
50.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括在所述部分之间的交界面处进行密封，并为所述密封交界面增加一轴向压力元件。
51.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括流过一长度足以基本上消除通过所述第二部分的流体分离。
52.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于使所述流体流动包括流经一热传导管道，并且还包括a．在一冰冻地带在热传导管道中提供一种隔离，其中所述隔离形成所述管道的一第一管道部件和一第二管道部件；以及b．在一冰冻地带用热的方法将第一管道部件和第二管道部件隔开。
53.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于逐渐增加所述流体的所述压力同时降低所述流体的所述速度包括避免所述流体的气穴。
54.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括流经所述阀形成的损失系数为4或更小。
55.如权利要求39所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括通过在所述交界面处密封一段远离冰冻环境的冰冻距离来防止所述阀冻结。
56.一种分体式文氏管阀，包括a．一具有一中心轴线和一流动道的管道；b．一分体式文氏管的一第一部分，其中至少所述第一部分的一部分相对于所述的中心轴是非轴对称；c．一分体式文氏管的一第二部分，其中至少所述第二部分的一部分相对于所述的中心轴是非轴对称。
57.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述分体式文氏管的所述部分包括一偏心流动表面。
58.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述非轴对称的分体式文氏管的所述第一和第二部分的所述部分包括一偏心半圆。
59.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述第二部分包括一相对于所述第一部分的可旋转的第二部分适于控制流经所述管道的流量。
60.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一位于所述第一和第二部分之间的在一过渡流动区域的第一密封件。
61.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一与所述部分中的一个相连的内部肘部。
62.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一与所述部分中的一个相连的出口以及一位于一所述出口和一阀出口端之间的出口交界面处出口密封件，该阀出口端与所述阀流路相连。
63.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述阀包括一轴向旋转阀。
64.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一位于流动道外部的适于旋转所述部分中的至少一个部分的轴线转子，该转子与所述流动道内的所述部分没有实体接触。
65.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一筒管组件用于插进包括所述部分中的至少一个部分的所述管道内。
66.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一用于将所述部分彼此偏压在一起的轴向压缩元件。
67.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述部分中的至少一个部分具有一长度，该长度足以从根本上消除经所述可旋转套筒的流动分离
68.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述第二部分比所述第一部分长。
69.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一在所述管道内的分离装置，用于在所述分离装置处在所述管道内形成一绝热障。
70.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述阀的所述部分中的至少一个适于从根本上防止在开始于一位于所述第一和第二部分之间的交界面处的所述部分的整个范围内产生气穴。
71.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述阀适于形成损失系数为4或更小。
72.如权利要求56所述的分体式文氏管阀，其特征在于一防冻轴向旋转阀包括一在所述第一和第二部分之间的交界面处的第一密封件，并被置于远离冰冷环境的一段冰冻距离的地方。
73.一种提供来自于使用分体式文氏管阀的改进流动的方法，包括a．形成一流经一轴向旋转阀的至少一部分的内的流动道的流动，该阀具有一中心轴线；b．控制一分体式文氏管的一第一部分和一第二部分之间的所述流动，其中所述部分与所述阀流路相连；c．轴向地绕一平行于所述中心轴的纵轴，将所述分体式文氏管的所述部分中的至少一个部分旋转到至少一部分关闭位置的一旋转位置；d．至少部分地限制所述流动；e．轴向地绕所述纵轴将所述分体式文氏管的所述旋转部分旋转到至少一部分开启的位置；f．使所述流动继续流过所述阀其中轴向地旋转所述分体式文氏管的所述部分包括采用一位于所述流动道的外部的而对流量系数没有实质性的影响的转子来轴向地旋转所述部分。
74.如权利要求73所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括所述由于轴向转子使通过所述流动道的流量系数受到的影响小于20％。
75.如权利要求73所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于控制所述流动还包括流过一偏心分体式文氏管。
76.如权利要求75所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于流经所述偏心分体式文氏管的流动包括流经一半圆形的偏心分体式文氏管。
77.如权利要求73所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于轴向地旋转所述分体式文氏管的所述旋转部分包括为了获得全部流量而轴向地旋转以与所述分体式文氏管的其它所述部分对齐。
78.如权利要求73所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于使所述的流体流过一个流动道包括在一个压力和流速下流动，且还包括a．流经所述分体式文氏管的所述第一部分逐渐降低所述流体的所述压力同时增加所述流体的所述速度。b．流经所述分体式文氏管的所述第二部分时逐渐增加所述流体的所述压力同时降低所述流体的所述速度；以及c．至少在所述第二部分上基本上避免所述流体的流动分离。
79.如权利要求73所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括通过所述阀的损失系数为4或更小。
80.如权利要求73所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括在所述交界面处的密封包括a．将所述部分之间的所述交界面的周向密封住；b．在与所述密封所述周向的同一平面内密封住所述交界面的径向部分。
81.如权利要求73所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括经一出口从所述部分中的一个部分出去包括经一内部肘部流到一与所述阀流路相连的阀出口端。
82.如权利要求81所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括在所述内部肘部与所述阀出口端之间的所述出口处的密封。
83.如权利要求73所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于所述流经所述流动道包括流经一管道，并且还包括流进作为一所述管道内的筒管组件的所述部分中的一个部分中。
84.如权利要求83所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括密封所述管道内的筒管组件。
85.如权利要求73所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括在所述部分之间的交界面处进行密封，并通过在所述交界面处密封住一段远离冰冷环境的冰冻距离来防止所述阀冰冻。
86.一种分体式文氏管阀，包括a．一具有一中心轴线和一流动道的轴向旋转阀；b．一分体式文氏管的一第一和第二部分，其中所述部分与所述阀流路相连；c．一轴向转子位于所述流动道的外部，适于旋转所述分体式文氏管阀的所述部分中的至少一个部分，并与所述流动道内的所述部分没有实质性的接触。
87.如权利要求86所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述轴向转子位于所述流动道外部的一个位置内，在该位置内所述轴向转子相对于所述流动道内部的位置对流量系数的影响小20％。
88.如权利要求86所述的分体式文氏管阀，其特征在于至少所述分体式文氏管的所述第二部分具有一偏心部分。
89.如权利要求86所述的分体式文氏管阀，其特征在于至少所述分体式文氏管的所述第一部分具有一半圆偏心部分。
90.如权利要求86所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述第一和第二部分适于彼此轴向对齐以获得完全流通。
91.如权利要求86所述的分体式文氏管阀，其特征在于至少所述分体式文氏管的所述第二部分适于基本上在起始于所述第一和第二部分之间的交界面处的所述部分的整个范围内防止气穴产生。
92.如权利要求86所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述阀适于形成的流量系数为4或更小。
93.如权利要求86所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一一位于所述第一和第二部分之间的在过渡流动区域内的一第一密封件，其中所述第一密封件包括一外周向密封件和一基本上位于与所述外周向密封件同一平面内的径向密封件。
94.如权利要求86所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一与所述部分中的一个部分流路相连的内部肘部。
95.如权利要求86所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一与所述第二部分相连的出口和一出口密封件，该密封件位于所述出口和一与所述阀流路相连的阀出口端之间的出口交界面处。
96.如权利要求86所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述轴向旋转阀还包括一管道，并还包括一适于插进至少包括所述部分中的一个部分的所述管道中的筒管组件。
97.如权利要求96所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一环绕所述筒管组件的筒管组件密封件，用于密封所述管道内的筒管组件。
98.如权利要求86所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述阀包括一防冻阀，该防冻阀包括一位于所述第一和第二部分之间的交界面处的第一密封件，被置于远离冰冷环境一段冰冻距离的地方
99.一种提供来自于使用分体式文氏管的阀的改进流动的方法，包括a．使一具有一定压力和速度的流体流进一具有一中心轴线的轴向旋转阀；b．在一分体式文氏管的一第一部分内逐渐降低所述流体的所述压力同时增加所述流体的所述速度；c．使所述流体流进一第二部分；d．在一分体式文氏管的一第二部分内逐渐增加所述流体的所述压力同时降低所述流体的所述速度，并在所述第二部分内避免所述流体流动分离；e．轴向地绕一平行与所述中心轴的纵轴将所述分体式文氏管的所述部分中的至少一个旋转到至少一部分关闭的位置；f．至少部分限制所述流体流过所述轴向旋转阀；g．轴向地绕所述纵轴将所述旋转部分旋转到至少一部分开启的位置；h使所述的流体流过。
100.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于轴向地旋转所述分体式文氏管的所述部分中的至少一个部分包括轴向地旋转所述第二部分。
101.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于在所述第二部分内避免所述流体流动分离包括提供一个流线型的流动坡面。
102.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于在所述第二部分内逐渐增加所述流体的所述压力同时降低所述流体的所述速度包括通过在所述部分内的坡度大约为7—8度的坡面来逐渐增加。
103.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括在所述分体式文氏管的所述第一和第二部分之间的平面密封，具有一外部周向密封件和一基本上与所述外部周向密封件在同一平面内的径向密封件。
104.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于逐渐增加所述压力包括在相对所述中心轴的非轴对称的流动道内逐渐增加。
105.如权利要求104所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于逐渐减小所述压力包括在相对所述中心轴的非轴对称的流动道内逐渐减小。
106.如权利要求105所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于非轴对称的流动道包括半圆形的偏心非轴对称的流动道。
107.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于逐渐增加所述压力包括逐渐增加所述压力同时保持层状流动。
108.如权利要求107所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于逐渐减小所述压力包括逐渐减小所述压力同时保持层状流动。
109.如权利要求108所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于逐渐减小所述压力包括逐渐减小所述压力同时保持无气穴流动。
110.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于逐渐减小所述压力包括逐渐减小所述压力同时保持无气穴流动。
111.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括形成通过所述轴向旋转阀的损失系数为4或更小。
112.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括在损失部分之间的一交界面处至少进行部分密封。
113.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括将在一所述第一和第二部分之间的交界面处的所述流动道的过流面积减小到相对于在所述流动道的完全断面面积时的所述过流面积不小于大约40％。
114.如权利要求112所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于在所述交界面处的密封包括跨过所述交界面的径向部分的直线形密封。
115.如权利要求112所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于在所述交界面处的密封包括跨过所述交界面的径向部分的曲线性密封。
116.如权利要求112所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于采用一横断密封区域密封以保持一密封件能承受全部压力。
117.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括在所述第二部分内流过的流动道比第一部分长。
118.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于还包括流过一所述第一和第二部分之间的交界面，其中在所述交界面处的所述第一和第二部分包括一个近似零度的坡面。
119.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于旋转所述部分中的至少一个部分包括采用一位于所述流动道外部的而对流量系数没有实质性影响的的转子轴向地旋转所述部分。
120.如权利要求99所述的提供来自阀的改进的流动的方法，其特征在于旋转所述第二部分包括采用一位于所述流动道外部的而对流量系数没有实质性影响的的转子轴向地旋转所述部分。
121.一种分体式文氏管阀，包括a．一具有一中心轴线和一流动道的轴向旋转阀；b．一分体式文氏管的一第一部分，该部分具有一平行与所述中心轴的第一纵轴；c．一分体式文氏管的与所述第一部分流路相连的一第二部分，该部分具有一平行与所述中心轴的第二纵轴；d．一阀转子，与所述分体式文氏管的所述部分中的至少一个部分相连，其中所述分体式文氏管的所述第二部分适于基本上在起始于所述第一和第二部分之间的交界面处的所述部分的整个范围内防止气穴产生。
122.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述阀转子适于绕所述部分的所述纵轴轴向地旋转所述部分之中至少一个部分。
123.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于适于基本上在所述阀的所述第二部分的整个范围内防止流动分离的所述分体式文氏管的所述第二部分包括一个流线型的流动坡面。
124.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述分体式文氏管的所述第二部分包括一大约7—8度的斜坡。
125.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一位于所述分体式文氏管的所述第一和第二部分之间密封件，并且基本上垂直于所述中心轴，其中所述密封件包括一个外周向密封件和一基本上与所述外周向密封件位于同一平面内的径向密封件。
126.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于通过所述第二部分的所述流动道包括一相对于所述中心轴的非轴对称的流动道。
127.如权利要求126所述的分体式文氏管阀，其特征在于通过所述第一部分的所述流动道包括一相对于所述中心轴的非轴对称的流动道
128.如权利要求127所述的分体式文氏管阀，其特征在于非轴对称的流动道包括半圆形的平行非轴对称的流动道。
129.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述分体式文氏管的所述第一部分适于基本上在所述阀的所述第一部分的整个范围内防止流动分离。
130.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述部分中的至少一个部分适于基本上在起始于所述第一和第二部分之间的交界面处的所述部分的整个范围内防止气穴产生。
131.如权利要求126所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述部分中的至少一个部分适于基本上在起始于所述第一和第二部分之间的交界面处的所述部分的整个范围内防止气穴产生。
132.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述部分会形成一等于4或更小的整体损失系数。
133.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一位于所述第一和第二部分之间的一交界面处的第一密封件。
134.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述流动道具有一过流面积，其中在所述第一和第二部分之间的交界面处的所述过流面积还包括一相对于在一所述流动道的全横断面面积内的所述过流面积不小于其40％的过流面积。
135.如权利要求133所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述第一密封件包括一跨过所述交界面的直线形径向密封件。
136.如权利要求133所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述第一密封件包括一跨过所述交界面的曲线形径向密封件。
137.如权利要求133所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一横断面密封区域以使一个密封件能承受全部的压力。
138.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述第二部分的流动道比所述第一部分要长。
139.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一位于所述第一和第二部分之间的交界面，其中所述第一和第二部分的一斜坡在所述交界面处几乎为零。
140.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一位于所述流动道的外部的轴向转子，该转子用于旋转所述部分中的至少一个部分而与所述流动道内的所述部分没有实质性的接触。
141.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于所述阀转子还包括一所述流动道的轴向转子，该转子适于在与所述流动道内的所述部分没有实质性的接触的情况下相对所述第一部分转动所述第二部分。
142.如权利要求121所述的分体式文氏管阀，其特征在于还包括一排空孔组件，该组件用于开启和在所述阀位于至少部分关闭位置时使所述阀排泄。
143.一种轴向旋转的分体式文氏管阀，包括a．至少一个可旋转套筒；b．一个与所述可旋转套筒流路相连的位置固定的套筒；c．一轴向偏心分体式文氏管具有一第一部分和一第二部分，其中所述的第一部分位于所述固定套筒的内部而所述第二部分位于所述可旋转套筒；d．一与所述可旋转套筒流路相连的出口；e．一位于所述可旋转套筒和所述固定套筒之间的交界面；f．一位于所述可旋转套筒和所述固定套筒之间的在交界面处的第一密封件；g．一适于分离所述第一密封件的密封件分离元件，其中所述可旋转套筒、所述位置固定的套筒、所述轴向偏心分体式文氏管、所述出口、所述交界面以及所述密封件分离元件构成了一轴向旋转分体式文氏管阀。
144.如权利要求143所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于还包括一与可旋转套筒和所述固定套筒相连的连接套筒。
145.如权利要求143所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述阀包括一转换角度定位器。
146.如权利要求145所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述阀包括一转换角度夹持器用于相对于所述所述位置固定的套筒将所述可旋转套筒固定在一相对的位置内。
147.如权利要求146所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述转换角度夹持器与所述的连接套筒相连而所述的转换角度定位器与其它所述套筒中至少一个套筒相连。
148.如权利要求144所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述连接套筒可滑动地夹持在其它所述套筒中的至少一个套筒上。
149.如权利要求143所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述密封件分离元件具有一阶梯面结构。
150.如权利要求143所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述密封件分离元件具有一锥形面结构。
151.如权利要求143所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述阀通过使用一轴向压缩元件来补偿一种水锤效应。
152.如权利要求143所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于还包括一与所述套筒中的至少一个套筒流路相连的出口并包括一个轴向对齐出口端。
153.如权利要求152所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于还包括一与所述可旋转套筒相连的轴向对齐的致动器。
154.如权利要求153所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述轴向对齐致动器位于所述流动道外部并用于在所述流动道内将所述可旋转套筒在不与所述轴向对齐致动器实质接触的情况下旋转所述可旋转套筒。
155.如权利要求143所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于所述轴向偏心分体式文氏管包括一基本上在所述交界面的附近的半圆形偏心分体式文氏管。
156.如权利要求143所述的轴向旋转分体式文氏管阀，其特征在于还包括一轴向压缩元件，用于将所述可旋转套筒和所述位置固定套筒偏压在一起。
157.一种利用分体式文氏管改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，包括a．以一定的压力和速度流过一流动道；b．进入一偏心分体式文氏管的一第一部分；c．逐渐降低所述流体的所述压力同时增加流经所述偏心分体式文氏管的所述第一部分的所述流体的所述速度。d．流经所述第一部分和一第二部分之间的所述分体式文氏管的一交界面；e．逐渐增加所述流体的所述压力同时降低流经所述偏心分体式文氏管的所述第二部分的所述流体的所述速度；f．从一与所述第二部分流路相连的出口流出所述第二部分；g．将位于所述第一和第二部分之间的密封件分开；h．轴向地将所述分体式文氏管的所述第二部分至少旋转到一部分关闭的位置；i．至少部分地限制所述流体流过所述交界面处的所述阀；j．将所述分体式文氏管的所述第二部分旋转到至少一部分开启的位置；k．使得所述流体的所述流动通过所述轴向旋转阀。
158.如权利要求157所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括将所述第一部分和一连接套筒可旋转地连接起来。
159.如权利要求158所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括使所述连接套筒在发生分离所述密封时沿着所述第一和第二部分中的至少一个部分轴向地移动。
160.如权利要求157所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括将所述第二部分夹持在相对所述第一部分的相对位置。
161.如权利要求157所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于所述密封件的分离包括利用一阶梯形表面结构轴向地分离。
162.如权利要求157所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于所述密封件的分离包括利用一锥形表面结构轴向地分离。
163.如权利要求157所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括利用一轴向压缩元件来补偿水锤效应。
164.如权利要求157所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于从所述出口流出包括通过一轴向对齐出口端流出。
165.如权利要求164所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括采用一轴向对齐致动器来旋转所述第二部分。
166.如权利要求165所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于采用一轴向对齐致动器来旋转所述第二部分包括采用一位于所述流动道的外部而对流量系数没有实质性的影响的轴向对齐致动器来旋转所述第二部分。
167.如权利要求157所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于流经一交界面包括流经一半圆形的偏心流动道。
168.如权利要求157所述的改进来自于一轴向旋转阀的流动的方法，其特征在于还包括为所述受到密封的交界面增加一个轴向压力元件。
169.一种轴向旋转的文氏管阀包括a．至少一个可旋转套筒；b．一个与所述可旋转套筒流路相连的位置固定的套筒；c．一具有一第一部分和一第二部分的轴向偏心分体式文氏管，其中所述第一部分位于所述固定套筒的内部而所述第二部分位于所述可旋转套筒内；d．一轴向对齐出口端与所述的可旋转套筒流路相连；e．一与所述可旋转套筒相连的轴向对齐致动器；f．一位于所述可旋转套筒和所述固定套筒之间的交界面；g．一位于所述可旋转套筒和所述固定套筒之间的在所述交界面处的第一密封件；f．一具有流动道的管道，所述的可旋转套筒和所述的位置固定套筒位于其中；h．一密封件分离元件，用于将在所述交界面处的所述第一密封件分离开；以及i．一与所述位置固定套筒和所述可旋转套筒中的至少一个可滑动地相连的连接套筒。
全文摘要
本发明提供了一种轴向旋转阀,该阀通过利用一种轴向偏心的分体式文氏管(34)来使得流量增加及压降下降(其特征在于一较低的损失系数),该文氏管具有两部分,其中至少有一部分可以相对于另一部分旋转。该轴向旋转阀通常被设计成在不同情况下在全流状态能防止流动分离和/或气穴。同样,在许多实施方式中,将阀设计得在阀内可以产生层流流动。一轴向对齐的出口端也可以增加流量系数。采用本发明的设计方案,一种典型断面的偏心分体式文氏管(34)可以像一个半圆形断面一样是非轴对称的,这既有助于节流性能也有助于使过流量最大化。这样的方案可以包括用于防冻轴向旋转阀的用途,并可以在半转范围内实现全开和全关。一通常与偏心文氏管的一可旋转部分相连的内部宽阔的径向肘部可以有助于以较低的摩擦损失引导流动。一阀致动器(48)可以一轴向方式致动,也可以单独地位于轴向流动道的外部从而进一步降低摩擦损失。一密封件可以用于两部分之间,可以含有在同一平面内的一周向和径向密封。一密封分离器可以增加固定和旋转部分之间密封件的使用寿命。
文档编号F16K1/22GK1278894SQ98810935
公开日2001年1月3日 申请日期1998年9月4日 优先权日1997年9月8日
发明者大卫·E.·沃尔拉斯, 威廉姆·R.·林德伯格, 罗伯特·K.·伯吉斯, 詹姆斯·拉贝尔 申请人:比格豪恩阀门公司