机械压力开关的制作方法
【专利说明】机械压力开关
[0001] 相关申请的交叉参考
[0002] 本申请请求享有美国临时专利申请第61/776，562号的权益，该美国临时专利申请 在2013年3月11日申请，其全部内容通过引用方式组合在文中。
【背景技术】
[0003] 在阀的致动要求最小压降时，或者对于流体流不能用作媒介的应用而言，使用在 低压流体系统的传统控制阀是不理想的。许多控制阀根据压差被致动，该压差引起阀在高 于压力设定值下关闭，在低于同一压力设定值下打开。从而，基于压差的阀致动通常不允许 在较宽的系统运行压力范围中一致地操作，但这在电力有限和/或无电力的设置或应用中 可出现在水过滤系统中。另外，大多数压差阀或直接致动阀使用联接到阀内的活塞上的密 封机构以致动阀。因而，被压差致动的阀（而不是由从高向低变化的压力致动)要求阀尺寸 更大，这是不经济的。
[0004] 许多控制阀也要求使用设置在阀壳外部的外部部件，如，具有外部电连接的电磁 阀。要移动柱塞，螺线管则是必须的，从而会形成较小的开口，引起通过该开口的压力致动 阀密封件。电磁阀通常要求电流恒定流动以保持打开，原因在于:一旦电流停止，电磁场就 消散，阀返回到其初始或关闭位置上。其他控制阀（如，止回阀、减压阀和针阀）也要求外部 部件来运行，从而导致制造成本增加。另外，许多传统的减压阀不在单一的容纳壳体内运 行。例如，减压阀通常使用其他的外部部件来运行，可从该阀自身的外部运行。因此，该阀通 常需要根据系统所要求的不同操作压力被调节。许多控制阀还包括需要被独立地增压的多 个腔，从而增加了系统设置时间。另外，许多控制阀需要电力来致动阀，从而不通过使用基 于系统的参数(如，压力，其随着系统的手动打开和关闭而改变)来运行，从而产生了更高的 操作成本。最后，传统的控制阀通常在关闭位置时允许系统流体逆流，因此，如果存在这种 情况，会对系统中的膜件造成损害。
[0005] -种公知的系统公开了一种液压控制阀，该液压控制阀包括装配有一种吸入口、 一种排出口和一种密封口的壳体，该密封口将壳体分成吸入腔和排出腔。一种杆被连接到 隔膜上并在壳体内轴向移动。所述隔膜将所述壳体分成第一控制腔和第二控制腔。一种控 制口连接到第一控制腔上，液压或气动控制信号通过一种控制器被引入所述控制口以关闭 该液压控制阀。所述液压或气动控制信号与电源通讯，这将对安装到所述隔膜的顶表面上 的刚性盘产生作用力，从而关闭该液压控制阀。
[0006] 另一种系统公开了一种阀机构，该阀机构包括阀体和阀盖结构，该阀盖结构限定 锥形阀腔，该锥形阀腔接收一种锥形塞构件，该锥形塞构件通过运动的线性和旋转分量运 行以实现阀操作。被设置成外部可调节塞形式的一种外部部件由所述阀机构提供，以能相 对于由所述阀体限定的吸入和排出流动通道调节塞构件的位置。当阀元件被固定以及被移 走时，跨阀的密封元件的预定压差被要求用来补偿容积变化。
[0007] 另一系统提供了一种止回阀机构，该止回阀机构包括阀体和阀座组件，该阀座组 件具有非圆形、偏心布置的铰链销接收器。多个铰链销被支撑在多个接收器中，所述接收器 以某种方式支撑止回阀盘，使得打开运动和关闭运动具有相对于铰链销和阀座的旋转和线 性盘运动。当跨阀构件的压差增加时，盘构件线性移动以打开和关闭阀。另外，如果所述多 个铰链销不接合所述多个接收器，那么将可让系统流体逆向流动。
[0008] 因此，将需要提供一种能解决上述的一个或多个需要的系统和方法。更具体而言， 将需要提供一种阀系统，该阀系统例如不像许多现有止回阀、减压阀和针阀的结构那样使 用外部部件来运行。更确切地说，需要一种在没有外部部件的影响的情况下运行的阀。也将 需要提供一种阀系统，其使用压力设定值(与压差完全不同）来打开和关闭阀。也需要这样 一种阀：其仅需要一个待被增压的阀腔，不管系统压力值如何，仍能以稳定方式运行。最后， 也将需要提供一种通过系统的手动操作（如，打开和关闭龙头)机械运行（即，不要求电力） 的阀，在该阀处于关闭位置上时不会让系统流体逆流。
【发明内容】
[0009] 对于电力有限或无电力的系统设置或应用而言，完全机械阀是适宜的。本公开的 一些实施例提供了一种通常打开的阀。该阀适于联接到流体供应管线上。该阀提供流体的 服务流，且被设计成接收控制流体。该阀与周围环境连通。该阀包括阀体，阀体具有联接到 所述流体供应管线上的入口、提供流体的服务流的出口、和向周围环境排放的排出孔。该阀 还包括下部活塞、下部隔膜和机械阀致动器。机械阀致动器包括上部活塞、上部隔膜、导向 活塞和弹簧，所述导向活塞具有孔和柱塞。所述上部隔膜联接到所述上部活塞和导向活塞 上。所述弹簧定位在导向活塞的孔内部，被配置成在所述下部隔膜和上部隔膜之间轴向移 动。所述阀体包括定位在入口和出口之间的一种限制壁。该限制壁限定用于流体的服务流 的通道。一种导向部贯穿所述下部活塞和下部隔膜延伸。阀盖联接到所述阀体上，且包括联 接到一种控制管线上的系统压力孔。当该控制管线中的压力超过一压力设定值时，所述上 部活塞向下运动，所述导向活塞的柱塞局部或完全阻碍所述导向部，所述下部活塞引起所 述下部隔膜接合限制壁，使得下部隔膜阻塞用于流体的服务流的通道以关闭该阀。
[0010]压力设定值由弹簧的强度确定。在一个实施例中，压力设定值为69kPa。常开阀包 括贯穿阀体上的下部活塞和下部隔膜的排放孔。排放孔被配置成在入口处排放流体流。该 排放孔也被配置成在阀关闭时将过量的服务流排放到一种下部腔中。在一些实施例中，阀 体包括上部腔、中间腔和下部腔。该上部腔被定位在上部隔膜和所述系统压力孔之间，该下 部腔被定位在中间腔和下部隔膜之间。控制流体通过所述系统压力孔被提供给该阀。在一 个实施例中，控制流体进入系统压力孔中以在不使用电力的情况下致动该阀。控制流体被 限定到所述上部腔中，保持与所述入口和出口之间的流体的服务流分离。
[0011] 在一个实施例中，所述柱塞局部或完全阻塞所述导向部，在常开阀关闭时阻止流 体的服务流逆流。所述导向部包括具有第一直径的第一通道，该第一通道贯穿下部活塞延 伸。导向部还包括具有第二直径的第二通道，该第二通道贯穿下部隔膜延伸。在一个实施例 中，第一通道的第一直径小于第二通道的第二直径。所述入口、出口、排出孔和系统压力孔 中的至少一个包括具有多种径向同心的直径部的通道。
[0012] 在另一实施例中，提供了一种通常关闭的阀。在此种常闭阀中，弹簧定位在上部活 塞内部，被配置成在上部活塞内轴向移动。当控制管线中的压力超过压力设定值时，导向活 塞向上移动，且该导向活塞的柱塞局部或完全不覆盖导向部。下部活塞向上移动，引起下部 隔膜与限制壁分离，使得用于流体的服务流的通道不再被阻塞以打开该阀。
[0013] 所述压力设定值由所述弹簧的强度确定。在一个实施例中，该压力设定值为 69kPa。此种常闭阀包括贯穿阀体上的下部活塞和下部隔膜延伸的排放孔。该排放孔被配置 成在所述入口处排放流体流。该排放孔也被配置成在该阀关闭时将过量的服务流排放到一 种下部腔中。在一些实施例中，阀体包括上部腔、中间腔和下部腔。该上部腔被定位在上部 隔膜和排出孔之间，下部腔被定位在中间腔和下部隔膜之间。控制流体通过系统压力孔被 提供给该阀。在一个实施例中，控制流体进入系统压力孔中以在不使用电力的情况下致动 该阀。控制流体被限定到中间腔中，保持与处于所述入口和出口之间的流体的服务流分离。
[0014] 在一个实施例中，柱塞局部或完全阻塞导向部，在该常闭阀关闭时阻止流体的服 务流逆流。导向部包括具有第一直径的第一通道，第一通道贯穿下部活塞延伸。导向部还包 括具有第二直径的第二通道，第二通道贯穿下部隔膜延伸。在一个实施例中，第一通道的第 一直径小于第二通道的第二直径。所述入口、出口、排出孔和系统压力孔中的至少一个包括 具有多个径向同心的直径部的通道。
[0015] 在另一实施例中，提供了一种组合阀，该组合阀包括常开阀部分和常闭阀部分。该 组合阀适于联接到流体供应管线上。该组合阀提供流体的服务流，并在与周围环境连通时 接收控制流体。该组合阀包括阀体，该阀体包括联接到流体供应管线上的入口、提供流体的 服务流的出口、将向周围环境排放的排出孔、和适于联接到第二控制管线上的系统压力孔。 第一控制管线中的第一压力超过一压力设定值时，引起第一上部活塞向下移动，且引起第 一导向活塞的第一柱塞局部或完全阻碍第一导向部。然后，第一下部活塞引起第一下部隔 膜接合第一限制壁，使得第一下部隔膜阻塞用于流体的服务流的通道以关闭所述常开阀部 分。第二控制管线中的第二压力超过所述压力设定值时，引起第二导向活塞向上移动，且引 起第二导向活塞的第二柱塞局部或完全不覆盖第二导向部。然后，第二下部活塞向上移动 引起第二下部隔膜与第二限制壁分离，使得用于流体的服务流的通道不再被阻塞以打开所 述常闭阀部分。
[0016] 在一个实施例中，所述组合阀还包括第一机械阀致动器和第二机械阀致动器。第 一机械阀致动器包括第一上部活塞、第一上部隔膜、第一弹簧和第一导向活塞。第一导向活 塞包括被第一孔包围的第一柱塞。第二机械阀致动器包括第二上部活塞、第二上部隔膜、第 二弹簧和第二导向活塞。第二导向活塞包括被第二孔包围的第二柱塞。在一些实施例中，第 一上部隔膜联接到所述第一上部活塞和第一导向活塞上，第二上部隔膜联接到所述第二上 部活塞和第二导向活塞上。第一导向活塞延伸入第一下部活塞和第一下部隔膜中。类似地， 第二导向活塞延伸入第二下部活塞和第二下部隔膜中。第一弹簧定位在第一导向活塞的第 一孔内部。第一弹簧被配置成在第一下部隔膜和第一上部隔膜之间轴向移动。第二弹簧定 位在第二上部活塞内部，被配置成在第二上部活塞内轴向移动。
[0017] 在其他实施例中，所述组合阀的第一限制壁和第二限制壁定位在所述入口和出口 之间。第一限制壁和第二限制壁限定用于流体的服务流的通道。在一个实施例中，该组合阀 还包括联接到阀体上的第一阀盖。第一阀盖包括适于连接到第一控制管线上的第一系统压 力孔。该组合阀还包括联接到阀体上的第二阀盖。第二阀盖包括向周围环境排放的排出孔。
[0018] 在考虑下面的详细说明、附图和所附的权利要求书的情况下，将能更透彻理解本 发明的这些和其他特征、方面和优点。
【附图说明】
[0019]图1是根据一个实施例的常开阀的等轴视图；
[0020] 图2是根据另一实施例的常闭阀的等轴视图；
[0021] 图3是图1中的常开阀处于打开位置时的截面图，总体上沿图1中的线3-3剖开；
[0022] 图4是图1中的常开阀处于关闭位置时的截面图，总体上沿图1