专利名称:无流量型调制先导阀操纵的溢流阀的制作方法
本发明总的说来是属于这样一种类型的流体减压阀，它采用了一个先导阀控制。而这个先导阀当主体溢流滑阀完全打开、液体流动时，与该系统的流体不接通。业已证明这种类型的先导阀在该溢流阀正被回复至其关闭位置过程中所出现的扰动期，具有良好的可靠性。因为该先导阀不受流动流体的影响，它可以是处于一种不流动状态，或在其他许多状态下与控制系统的压力无关。
采用所谓“快速作用”(snap-acting)的先导阀操纵的溢流阀已为公用。使用这种阀时，当系统压力达到一个设定值时，该先导阀突然打开并立即抬升至全开位置，因此也引起溢流阀立即移动到全开位置上。在某些情况下，这可以引起系统流体的过量排出，也就是说排放了比降低压力至设定值所需的系统流体的量更多的一个系统流体量。本发明的一个任务是作出改进，其中该溢流阀不是突然地开闭，而是根据过压数值、也就是说根据系统压力超出设定值的量成比例地、渐增式地打开。
本发明的第二个任务是通过一个新型的先导阀实现上述的改进。
本发明的第三个任务是提供一种导阀，当主阀全部打开、流体流动时，或系统压力低于设定压力时，没有流体流经先导阀。
本发明的第四个任务是提供一种实现了上述改进的导阀，还具有现场调试的能力。
本发明的第五个任务是提供一种采用最少量的移动部件的改进的先导阀，其结构简单、操作可靠。
以上述的以及其它的任务为目标，本发明这些特点构成了一种新式先导阀及与这种先导阀一齐使用的一种溢流阀。它具有一个园形的顶腔，在该顶腔中形成一个用以关闭溢流阀盘(relief valvedisc)的压力。对于这种形式的溢流阀一般是供备一个先导阀，使它能允许系统压力引入该园形顶腔，在系统压力低于设定值时以保持溢流阀关闭。通常供备一个压缩弹簧用以协助保持该溢流阀关闭。在任何系统压力超过设定压力的情况发生时，先导阀总会变换以切断该顶腔与系统压力的联系，并让该园形顶腔的压力降低、使溢流阀打开。本发明的一个特点是这种改进的先导阀具有一种调制特性，就是说，它引起溢流阀的开启是渐增的、是与过压量的大小成比例的。
这种改进的导阀只有两个可移动的部件，即套筒和控制杆部件。它们被放置在该导阀壳体内作成的一个通道中。该控制杆的轴向运动不断地受系统压力的控制，而该系统压力又是通过感应线路引自溢流阀的上游方向的压力系统。所说套筒通过控制杆作轴向移动并形成一个排放阀盘(exhaust valve disc)。该盘可适用于关闭一个排放阀阀座，用以从排放阀阀口处隔开溢流阀的园形顶腔。并且该盘距离排放阀阀座的被抬升量是可变化的，为的是让通过该排放口而使园形顶腔压力的降低速度实现可变化的控制。
依照另一个特点，该控制杆及套筒，各自形成一个进口阀盘(inlet valve disc)及进口阀阀座。它们共同形成了一个进口阀，通过它们，系统压力在低于设定值时该系统压力下的流体就被连通到园形顶腔。但是，当压力低于设定压力状态下，一旦园形顶腔压力与系统压力相等时，通过进口阀的流体流动就停止了。该进口阀在一个稍微低于设定值的预定压力下关闭。从而将该园形顶腔与该系统压力隔开，并当该系统压力超过这个预定压力时，防止在进口阀处有任何进一步的流动。
依照另一个特点，在系统压力已升到设定值之后，控制杆开始抬升套筒。因此允许该园形顶腔压力通过排放口减压。该园形顶腔压力减压的速度是该过压量的一个函数。对于一个小值的过量，该顶腔压力的降压就缓慢，结果该溢流阀滑阀从其座位上仅只抬起一个很小的量，该系统的压力只被慢慢地降低。反之，如果过压很大，套筒就被抬升一个更大的距离，该顶腔压力就会更迅速地下降、并且溢流阀滑阀从其座位上的抬升也就更进了一步。
本发明上述的、以及其它特点，从结合下面的对本发明的一个最佳实施例的讲解中会更容易地得到了解。
图1表示的是本发明的最佳实施例中先导阀部分的综合性的纵面剖视图。其中心线左边所表示的是系统压力低于设定值情况下的该部件的相应位置;而该图的右边所表示的是系统压力超过设定值情况下的该部件的位置状况。
图2是该先导阀与一个溢流阀的联接而形成的一个减压阀系统部分的局部剖视图。
参见图2，其整个系统是由总体以12所标示的一个溢流阀和总体以14所标示的一个先导阀所组成。该溢流阀采用的是通常的结构形式，其组成是一个壳体16、它具有一个在进口20和出口22之间的并连通它们的阀座18，一个可关闭到该阀座上的溢流阀盘状滑阀24、及一个被固定到上述的壳体上，并在该盘状滑阀24的上面形成一个园形顶腔30的盖28。该顶腔内的压力施加一个力作用到该盘状滑阀上，其方向是将它关闭在阀座18上。压力弹簧32作用以一个相类似的趋向关闭该阀的力。该园形顶腔中，所说盘状滑阀在顶腔中的有效面积、如同图中所表示的那样，可以大于该阀座18的有效面积。进口20与用该溢流阀控制的一个加压流体系统相连接。
从下面的描述就会明白，在这里所表示的溢流阀12的这一个别的结构仅只是为了用于解释说明本发明，而那些众多其它形式的溢流阀都可以替代它与该先导阀14结合而得到各种特殊的应用。
该溢流阀与导阀由三条管线相互联通，也就是感应管线34(Sense line)、顶腔管线(dome line)、和导阀卸荷管线38(Pilot exhaust line)。在所有情况下，所说感应管线34的压力即是系统压力。顶腔管线的压力是园形顶腔的压力，而该导阀卸荷管线38是与溢流阀阀座18下游方向的出口27相联接、或是与某些适当的相对低压或大气压相联通。
操作中，当系统中的压力低于该先导阀所被调制的值时，系统流体与园形顶腔30相联通，这种联通是通过感应线34及先导阀(下面还要讲到)将系统的压力作用于该园形顶腔。以此、顶腔中的压力连同弹簧32的作用，以一个足以使盘状滑阀24在阀座18上保持关闭状态的力以克服该系统直接作用于该盘状滑阀上的力。在这种压力状态下，顶腔与导阀卸荷线不联通。假如系统压力超过了该设定值，导阀打开顶腔和该导阀卸荷线间的联结，因此降低了顶腔压力，从而允许该溢流阀盘状滑阀24从该阀座18上抬起，将系统流体排出该出口22。在这些方面，本发明工作的方式是与通常采用的先导阀操纵的溢流阀相似。但是在其它一些方面，包括前面提升的完成操纵所采用的方式，结构和该先导阀的操纵与通常的先导阀有本质不同。通过下面的叙述就将会更清楚。
在图1中显示了先导阀14的结构。一个壳体部件40和活塞配体件42构成了一个导阀阀体。并且通过螺钉46与一个盖帽44固定在一起。该活塞配体件42上有可滑动地放置活塞48的一个孔。对于一定的工作条件下，该活塞上可选择地配置一个O型密封圈50，这在下面会有更详尽的说明。壳体部件40有一个孔及形成一个通孔52的一系列阶梯孔。这个通道与在活塞配体件42上的孔有一根共同的轴心线54。
该壳体部件40有一个沉孔，形成了一个腔室56，它由一条在同一壳体内的进口通道58与该感应线34相联通。如果不用O型密封圈50，那么适当柔性材料做的一个薄膜60就通过螺栓46，和一个O型密封圈62一起被夹紧在构件40和42中间。该薄膜也通过一个薄膜螺帽64被夹紧到活塞48上。这样，在该腔室56里就频繁地建立系统压力，并且这种压力作用在该活塞48的该有效面积上，并在沿着图中所示的向上的方向移动它。
更好的是，当采用较高设定压力情况下，亦即该处可能希望采用有效面积较小的O型密封圈时，省去薄膜而采用O型密封圈50;而对于要采用较低设定压力的情况，亦即当该处需要采用一个象该活塞那么大的一个较大的有效面积时，就省去O型密封圈50而采用薄膜60。
弹簧66可在两个弹簧垫圈68和70间被压缩。该弹簧压力一端作用于该活塞48上，其另一端作用在一个调整套筒72上，该调整套筒用螺纹拧到盖帽44上。该套筒72带有一个锁紧螺母74。并最好是把它们遮盖在一个可拆下的帽76当中。
一个进口隔盘构件(inlet disc member)78，以其螺纹拧进薄膜螺母64。这两部分和活塞48一起构成了在此被称作为控制杆(control stem)的一个分组件。
一个套筒分组件被可滑动地装在该通道52中。它是由一个进口阀阀座80，一个用以保持O型环形座面84正好对着阀座座面80的位置的进口阀阀座座圈82，和一个其中拧入了两个零件80和82的进口阀连结体86所组成。该进口阀连接体上做有一个或多个轴向延伸的平面88，用以允许来自腔室56内的流体通过。该进口阀阀座80有一个内部的流体通道90，它是由环绕于该进口隔盘构件78四周的一个间隙所构成，该通道经由在薄膜螺母面向该进口阀座80的端面上的一个或多个沟槽所形成的一个或多个间隙与腔室56联通。该通道90通过该O型环座面84及一个通道92与所说园形顶腔线36联通。
一个排放阀阀座座圈94被装进通道52，靠在那里的一个阶梯孔所形成的环状台肩上，一个做有螺纹的排放阀阀座96拧进该壳体零件40，使该阀座座圈94保持在位。一个O型环座面构件98被保持在零件94和96之间。该进口阀阀座座圈82形成一个排放阀盘和该阀座98共同起作用。两个环型固定O型密封圈被放进零件94上做出的密封槽里，用以隔离环绕该进口阀阀座座圈82一端的一个空间100和该通道52。这个空间通过在壳体零件40上的一个内部的导阀排放通道102与该导阀卸荷线38联通。
从以上叙述可以明了，在通道52里只有两个移动元件，它们为一部分是由带有该附加薄膜螺母64及进口隔盘78所构成的控制杆分组件，另一部分是由该进口阀阀座80和进口阀阀座座圈82及将它们把持在一起的进口阀连接体86所组成的套筒分组件。该套筒分组件在其一端形成了该排放阀盘以及一个与零件78上的该进口阀共同起作用的进口阀阀座。该套筒分组件在通道52中自由地滑动并为该排放阀被压在座面上时起到一个限制该薄膜螺母64向下运动的一个机械挡铁作用。这些零件的尺寸是这样的当该排放阀坐入座面、而该薄膜螺母靠贴在该进入阀阀座80上时，该进口阀盘78是和该进口阀阀座84有间隔的，就如在图1中轴线54左边所表示的那部分那样。此外与之相对应的情况是该系统的压力低于由用调整套筒72调整所控制的弹簧66的压缩力所决定的设定值。在此状态下，系统压力通过感应线34、通道58、腔室56、流动通道90及园顶腔线36与圆形顶腔30相联通，导致该溢流阀盘状滑阀24被推靠在座面上。
工作运行中，随着系统压力增加，使在腔室56里的压力增加。当预置的压力稍微低于设定值时，该腔室内流体压力施加一个与该弹簧66的力相等的力作用于该活塞48上。室内压力的进一步地增大就引起了该活塞的向上移动，如在图中显示的那样。并且该进口阀盘靠近该进口阀阀座84。当该腔室压力达到一个预置压力，但还稍微低于该设定值时，该进口阀盘被提入阀座。该进口阀盘的进入阀座，即把腔室56与园形顶腔30里隔开。
很明显，该活塞48在作上述运动过程中及在腔室压力达到设定值之前，该套筒分组件并不受到该控制分组件的限制。但是，鉴于套筒分组件受到腔室内压力作用的该有效作用面积大于它受该园形顶腔压力的有效面积这一实际情况，该套筒分组件则继续保持其排放阀盘靠紧在排放阀阀座座面上。
如果腔室压力升高到设定值以上，该控制杆开始提升套筒分组件，同时从其阀座上提升起该排放阀，此时，通过空间100和通道102至导阀卸荷线38，允许该圆形顶腔内压力开始下降。该园形顶腔压力下降的速度取决于排放阀隔盘从其阀座上被抬升起的距离，而这又是由活塞48的轴向位移量所确定的。图1中轴心线45的右侧部分即表示的是该活塞48的最大位移位置。该位移量是与作用于该活塞的有效面积上的腔室56内的该系统压力，以及与通过该排放阀盘的有效面积作用的该园形顶腔内的压力相关的一个函数。由于该活塞的有效面积显著地大于该阀盘的有效面积，所以活塞48的位移量又主要是该系统压力的一个函数。作用于排放阀的压力对该系统又起到一个小的负反馈作用。也就是说，当该排放阀抬升之后，对它作用的园形顶腔压力即被减小。这样就调节了该导阀的压力增益，从而保证了该系统的稳定性。
如上所述的种种原因，该导阀具有一种抵御急速作用的调制功能。这样，假如该系统的压力只是稍微高于设定值，那么该排放阀也仅只稍微地离开它的阀座，并且园形顶腔压力也逐渐地下降到允许该溢流阀盘状滑阀24离开其阀座，只抬升一个很短的距离。从而该系统压力即以一种相对慢的速度下降，直至它又重新低于设定值，此刻，排放阀又坐回到阀座上。这样，该溢流阀只让为了解除过压状态所需要的系统流体中的那部分流体通过。另一方面，如果该系统压力升高到一个显著的超过设定值的值，该排放阀隔盘即会从它的阀座上进一步地抬升，园形顶腔的压力就更快速的下降，并且溢流阀盘状滑阀24被允许从其座位上更高地抬升，更快地排出系统流体，直至该系统的压力又达到该设定值为止。
可以看出，在系统压力低于设定值的情况下，一旦由于流体流过通道90，使园形顶腔压力与系统压力相等，通过导阀的流体流动即行中止。还有，无论何时，只要系统压力超过了设定值，该进口阀盘即行回位防止通过导阀的流体流动。因此根据本发明的这种先导阀是一种无流量型的。
根据本发明的这种先导阀，很容易地被配装于一个适应于现场调试用的装置。为了这个目的，壳体零件40有一个与通道58相连接的孔104，其中放进了一个隔离缸体106。用一个以螺纹联结于壳体的螺塞108将该缸体固定在位。活塞110在缸体106内是可滑动的。该活塞的一端带着一个O型圈，可关闭于一个座面112上，用以将腔室56与感应线34间隔开。该活塞的另一端也带有一个O型圈，可关闭到一个座面114上;该阀座连通于一个内部通道116，并通过在该排放阀阀座96侧面上的通道118与园形顶腔相通。参见图2，象征性地表示以120的一个高压试验流体源、通过一个阀门122被连接到园形顶腔线36上。该压力流体源120具备充足的压力。于此，只须拧开阀门122，为试验该导阀用的一个稍微高于设定压力的压力即可被施加到该园形顶腔去。
根据以上的叙述，假设该试验阀门122是关闭着的，结果系统压力推动活塞110到阀座114上以封闭阀口，以使得系统压力通过在缸套106上的孔124继续作用于腔室56。当需要试验该导阀时，打开阀门122，使一个稍高于设定压力的压力作用于园形顶腔，同时通过通道116到活塞110，引起该活塞靠紧阀座112、封住阀口，从而打开来自园形顶腔线的一个流体进道，通过孔124及通道58到达腔室56。如果该导阀在此压力下被正确地打开，则活塞48就会作充分地移动，将该排放阀从其阀座上抬起，通过该导阀卸荷线38使园形顶腔压力下降。这种排放可以用眼睛观察得到的。但又不能持续，因为压力源120的容量有限。关闭阀门122，随即完成该试验。
还可提供一种手动试验导阀的方法。为此目的，在帽76上备有一个弯曲的操作手柄126，在它的上面有一个凸轮表面128，该凸轮面可压到一个用开口销固定到杆132上的一个螺帽130上。该杆穿过调整套筒72可自由地延伸，并以螺纹拧进到垫圈70里。正常操作时，凸轮面128并不与该螺帽130接触，并且该螺帽随着活塞48的移动而作上下移动而不影响到该导阀的工作。当需要试验导阀的作用效果时，抬起手柄126，使凸轮表面128压到螺帽130上，并解除垫圈70对活塞48的端部的力的作用。随着该活塞的抬升，对该系统的影响是该活塞同时将排放阀自其阀座上提起，并引起流体通过导阀线卸荷。与前面所说的压力试验不同，这里说的试验是在耐受着在试验时作用有系统压力-一般是低于设定值-的情况下的所说导阀上进行的。
该导阀和溢流阀的结构可被修改以适应于各种不同的工作条件，同时其零部件也可以采用不同的形状和尺寸大小;尽如每个本领域内的专业技术人员都会明白的那样，这些都没有离开本发明的宗旨。
权利要求
1.一个以组合形式构成的先导阀控制的溢流阀系统，其构成为一个溢流阀，有一个在进口和出口之间并与之连通的阀座，一个溢流阀盘状滑阀，可被关闭到该阀座上，一个园形顶腔，以在该腔内的压力向该阀的盘状滑阀上施加一个起关闭作用的力，一个形成一个通道的先导阀阀体，该通道的各个部分各自形成一个腔室和一个排放阀座，分别地与所说的进口和所说的园形顶腔连通，该阀体具有一个排放通道，它通过一个排放阀座与园形顶腔连通，一个套筒，它在所说的通道中可以移动并有一个排放阀盘，可以关闭在排放阀座上，还有一个流动通道，延伸通过一个进口阀座和该排放阀盘，该流动通道有一端与该腔室连通而其另外一端与园形顶腔连通，一个控制杆，它具有一个第一部分，它构成了所说腔室的一壁并可在所说通道里做轴向移动以对该腔室中的压力变化作出反应，还有一个第二部分，构成了一个进口阀盘，它可以关闭到进口阀阀座上，其关闭的方向是离开该排放阀阀座的方向，还有一个装置，用以作用一个预定的力到所说控制杆上，其方向与在该腔中的压力作用方向相反。
2.根据权利要求
1所说的一个系统，其中所说套筒在与该腔室连通一面上的有效面积比在与该园形顶腔相连通一面上的有效面积大。
3.根据权利要求
1所说的一个系统，其中所说的套筒和在该通道内的控制杆的轴向尺寸要做成这样，即一个进口压力低于一个预定的设定值情况下，该排放阀阀座是被关闭的，同时该控制杆压在该套筒上的时候该进口阀盘与该进口阀阀座之间有间隔。
4.根据权利要求
1所说的一个系统，其中所说的通道定义了一个轴线，该套筒和该控制杆被支持在其中做轴向运动。
5.根据权利要求
1所说的一个系统，其中所说的排放阀盘与该通道采用滑动密封、用于当进口阀在关闭位置上时把该排放通道与进口压力隔开。
6.根据权利要求
1所说的一个系统，其中所说的第一部分的该有效面积要充分地大于该排放阀盘的有效面积。
专利摘要
先导阀操纵的溢流阀系统具有调制作用。该先导阀是无流量型的并包括在一个通道中移动的套筒和控制杆部件所组成。该套筒部件包括一个排放阀，其作用是当它被控制杆抬起时降低在减压阀上的圆形顶腔压力。控制杆随系统压力的变化作相应的位移并包括与在套筒部件上的一个阀座共同起作用的一个进口阀。当系统压力达到与一个设定压力相关的预先确定的水平时使该进口阀关闭，结果该圆形顶腔被从系统压力中隔开。
文档编号F16K17/10GK86102606SQ86102606
公开日1987年2月4日 申请日期1986年4月15日
发明者罗伯特·弗朗希斯·埃斯蒂斯 申请人:克罗斯比阀门测量公司导出引文BiBTeX, EndNote, RefMan