专利名称：控制阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种特别适用于高压场合的控制阀。
背景技术：
在高压场合，控制阀中由封闭部件造成的流量收缩导致内压力差， 由此使得流速增加。流速的增加可能会导致噪音、空穴现象和侵蚀， 为此需要通过结构测量来避免流速增加。此外，在控制阀的结构中， 所需要的操纵力，即致动器必须产生以能够通过阀来控制流量的作用 力应当最小化。
在现有的控制阀中，通过简单耐用且可靠的控制阀结构获得如上 所述令人满意的控制是不可能实现的。
发明内容
本发明的目的是提供一种可靠的控制阀，其具有简单的结构，适 合用于高压场合中。这一目的由按照独立权利要求1所述的控制阀实 现。
在按照本发明的阀中，执行流量缩减，从而在流体从第一流动通 道流动到腔室中时发生第一压降，在流体从腔室流动到第二流动通道 时发生第二压降。因此单独压降的压力变化较小，并且不会发生过度 的流速增加以及由此带来的缺陷。但是，当控制阀转动到完全密封的 位置时，除了在一个位置处(优选是在出口孔位置)之外不需要实际 的密封。
按照本发明，设置至少 一个入口孔以减小流动期间将封闭部件压 向腔室的作用力，同时也减小了控制通过阀的流动所需要的操纵力。
按照本发明的控制阀的优选实施例在从属权利要求2至12中公开。
现在将参照附图结合实施例对本发明进行详细说明，其中 图la至lc示出了按照本发明的控制阀的第一实施例， 图2a至2c示出了按照本发明的控制阀的第二优选实施例， 图3a至3c示出了按照本发明的控制阀的第三优选实施例， 图4a和4b示出了本发明的第四优选实施例， 图5示意性地示出了借助于扭距的密封，以及 图6示出了按照图la中的控制阀的对应件。
具体实施例方式
图la至lc示出了按照本发明的第一实施例。图la至lc中的控 制阀适用于诸如100巴的高压场合。
在图la中，以局部剖面侧视图示出了控制阀1的结构，图lb和 lc是显示沿旋转轴线IO方向看的封闭部件5中的第一入口孔Al、第 二入口孔A2和排出口 A3的装配情形的侧浮见图。
控制阀1包括第一流动通道2和第二流动通道3，在这两条通道 之间设置有通过控制阀的腔室4的流连接，如图1所示。在如图la 至lc所示的实施例中，腔室4中的流连接特别被设置成通过腔室中的 封闭部件5的内部。按照本发明，还可以想到的是封闭部件的形状并 不是如图中示例所示完整的圆柱形，而仅仅是圆柱体的"一部分"，在 这种情况下，封闭部件不具有真正的内部，而是流动主要通过腔室的 内部。
在本实施例中，轴6从封闭部件5中伸出，该封闭部件通过销7 与该轴连接。因此封闭部件5和轴6设有销7穿过的对齐的开口。销 7的一端延伸到凹槽8中，其原因将结合图6对此进行解释。本实施 例中，凹槽8形成在阀体9的盖部件中，该盖部件通过螺栓连接到阀 体9的下部上。封闭部件5和轴6可通过轴6围绕旋转轴线10转动， 以缩减控制阀的流径(图la示出了流径完全打开的情形)以及相应地 扩张被缩减的或甚至关闭的控制阀的流径。
在图la所示的情况中，封闭部件5和腔室4设有入口孔Al，用 于在第一流动通道2和封闭部件5的内部之间建立起流连接。入口孔Al是可调节的，即当封闭部件5在腔室中转动时，流连接被收缩，从 而该入口孔的能够流动的自由面积减少。此外，封闭部件5和腔室4 还设有排出口 A3,用于在封闭部件5的内部和第二流动通道3之间建 立流连接。从图la中能够看出，入口孔A1和排出口 A3位于不同的 高度，即入口孔A1位于垂直相交于旋转轴线10的第一平面上，排出 口 A3位于垂直相交于旋转轴线10的第二平面，在这种情形下，第一 和第二平面在旋转轴线10的方向上彼此间隔一定距离。
在图la至lc所示的情形下，控制阀包括第三开口，即第二入口 孔A2，它位于排出口A3的下面，该第二入口孔在流量减少的过程中 使作用力F减小，其中当封闭部件5被压向腔室4时该作用力F作用 在封闭部件5上。以与第一入口孔Al相同的方式，第二入口孔A2在 封闭部件5的内部和第一流动通道2之间建立起流连接。第二入口孔 A2也是可调节的，即当封闭部件5在腔室中转动时，流连接被收缩， 从而该入口孑L的能够流动的自由面积减少。
当封闭部件5从如图la所示的情形在腔室4中转动时，所有孔口 Al、 A2和A3处的流径都变窄。因此在流动情形下压降是逐步变化的。 在第一流动通道2中压力Pl占主导地位。在封闭部件内侧，小于压 力Pl的压力P2占主导地位，在第二流动通道3中，小于压力P2的 压力P3占主导地位。由于这种逐步变化的压降，流速不会上升到有 害的级别。
尽管流径变窄发生在所有的孔口 Al， A2和A3处，但实际上只 需要达到与排出口 A3相关的控制阀所要求的紧密度就已经足够。根 据执行情况，在金属或陶瓷的封闭部件5和金属或陶资的腔室4的壁 之间可以达到足够的紧密度。或者，也可以在封闭部件和腔室的壁之 间围绕排出口 A3设置合适的密封材料，如PTFE (聚四氟乙烯)。
除步进式的压降外，图1的实施例的有利之处还在于必要时允许 基本消除封闭部件5和腔室4之间的作用力F。在本文中，基本消除 是指按照本发明，必要时作用力F实际上可能被完全消除，但由于排 出口 A3的密封环境，在结构中还剩余一定的密封力。因此，按照本
7发明，封闭部件被设计成如果存在一个以上的开口，当封闭部件处于 密封位置时，封闭部件可密封地压向排出口或腔室的孔口。在存在数 个排出口的情形下，这些排出口优选布置成位于封闭部件的同一半中， 以便封闭部件内侧的压力和第二流动通道中的低压能够增强密封。作
用力F的减小带来的好处是控制阀所需要的操纵力(扭矩)，即转动 轴6所需要的操纵力能够最小化。
为了消除作用力F，孔口 A1，A2和A3^皮布置成当从旋转轴线10 的方向看时，第一入口孑L Al布置在相对于排出口 A3的相对于封闭部 件5的相对侧上，第二入口孔A2布置在排出口 A3的下面。
当这些孔口布置成如上所述时，能够通过选择适当的孔口 A1,A2 和A3的流动面积和距离Ll和L2来消除作用力F。假定当销7用作 连接销，封闭部件可以围绕该连接销转动时，力矩方程如下所示
Al x ( Pl-P2 ) x Ll+A3 x (P2-P3) x L2=A2 x (Pl-P2) x Ll+F x L2
因此F=(A1-A2)x (Pl-P2) x Ll/L2+A3 x (P2-P3)
在上面的等式中，A1，A2和A3表示面积，即封闭部件覆盖的孔 口的面积。如果封闭部件5不能如上所述那样围绕销7转动，那么从 围绕轴6转动的致动器的连接点到孔口的中线来测量距离Ll和L2。 在这种情形下，假定在轴6和阀体9之间不存在实际的支承点。
在图la所示的情形下，假定第一入口孔Al和第二入口孔A2彼 此相对，即它们位于垂直相交于旋转轴线10的同一平面上。但是，这 并不是必须的，而是第一入口孔Al和笫二入口孔A2也可以处于不同 的高度，甚至位于封闭部件5的相对侧上。
图2a至2c示出了按照本发明的控制阀的第二优选实施例。图2a 至2c的实施例很大程度上与图la至lc所示的实施例一致，为此下面 通过主要指出两个实施例之间的区别来描述图2a至2c所示的实施例。
图2a的控制阀不同于图la所示实施例的地方在于孔口 A1，A2和 A3的位置。不同于图la，排出口 A3不在第二入口孔A2的上方。但 是，在本实施例中，从旋转轴线IO方向看过去，第二入口孔A2仍然 布置在封闭部件5'中，在相对于第一入口孔A1的相对侧上。第一入口孔Al和第二入口孔A2可以位于同一高度，即彼此相对(如图2a 所示)或者也可以位于不同的高度。如果第一入口孔Al和第二入口 孔A2位于同一高度，优选使它们的面积相同，但是如果它们位于不 同的高度，则下面的入口孔优选具有较小的面积。
在图2a至2c的实施例中，沿旋转轴线10的方向看过去， 一条假 想线穿过第一入口孔Al和第二入口孔A2的中点11和12和旋转轴线 10，并且该假想线与穿过排出口 A3的中点13和旋转轴10的假想线 形成90度角。
由于上述90度角，当从三维角度观察时，从第一流动通道2流入 到第二流动通道3的介质改变了方向，从而介质瞬间沿X轴、Y轴和 Z轴方向流动。这进一步有助于保持低流速，因此由高流速导致的缺 陷得以消除。
按照本发明，如附图中所示的上述角度并不需要精确到90度。实 际上，至少当角度在45°到135。之间时都可以实现同样的优点，只是 当角度大约为90。时这种结构是最有效的。
由于上述角度，在流动情形下，作为图la至lc所描述的实施例， 封闭部件5和腔室4之间的作用力没有被完全消除。但是，当入口孔 Al和A2位于同一高度时，它们的尺寸形成为使得流动面积相等，并 且由在这些孔口处的流径缩窄导致的作用力能够被补偿，否则该力把 封闭部件5'压向腔室4'。换言之，在本实施例中，第二入口孔A2被 布置成在流动过程中由于在入口孔Al处的流径缩窄使作用力减小， 其中所述作用力使密封件压向腔室。因此仅保留有由开口 A3处的流 径缩窄导致的作用力，该作用力仍然使封闭部件5'压向腔室4'。由于 这两个阶段的压降，剩余作用力会比入口孔Al和A2处没有发生流径 缩窄时的作用力小很多。
图3a至3c示出了按照本发明的控制阀的第三优选实施例。按照 图3a至3c的实施例很大程度上与图la至lc所示的实施例一致，为 此下面通过主要指出这两个实施例之间的区别来描述图3a至3c所示 的实施例。在图3a至图3c所示的情形下，封闭部件5'，和腔室4"仅包括第 一入口孔A1和排出口 A3,即本实施例中不需要第二独立入口孔。通 过将入口孔Al布置在封闭部件5"中，位于排出口 A3之上或之下(图 3a所示实施例中为下方)，就能够使在流动期间将封闭部件5"压向腔 室的作用力减小。
图4a和4b示出了本发明的第四优选实施例。按照图4a和4b的 实施例很大程度上与图3a至3c所示的实施例一致，为此下面通过主 要指出这两个实施例之间的区别来描述图4 a和4 b所示的实施例。
图4a和4b示出了控制阀中封闭部件5"，中的孔口的布置。除第 一入口孔Al和排出口 A3之外，该实施例包括第二入口孔A2。沿旋 转轴线10的方向看过去，本实施例中的第一入口孔Al和第二入口孔 A2被布置成使得一条穿过每个入口孔Al， A2的中点11和12和旋转 轴线10的假想线与穿过排出口 A3中点13和旋转轴线10的假想线形 成小于90。的角度P。孑L口 Al， A2和A3的这种定位和它们适宜的尺 寸使得在流动过程中将封闭部件5'"压向腔室的作用力减小。
按照本发明，图4a和4b示出的实施例包括两个以上的入口孔。 例如，如图示出的一个较大的入口孔A2能够代替两个较小的入口孑L。 或者，除图中示出的入口孔外，还可以在排出口 A3两侧设置一个或 多个入口孑L。
图4a示出了第一入口孔Al和第二入口孔A2位于同一高度的实 施例。但是，这并不是必须的，这些孔口和图中未示出的其它入口孔 也可以位于不同高度。
图5示意性地示出了如何通过利用扭矩来实现密封。 在腔壁17中，当封闭部件18围绕旋转轴线10转动到靠近入口孔 A3的位置时，随封闭部件18 —起运动的对应件15与固定的对应件 14接触。当封闭部件在扭矩M作用下进一步转动到密封位置时，在 对应件对14和15处产生作用力Fl，并且在排出口 A3处产生反作用 力F2。反作用力F2试图将封闭部件18压靠在排出口 A3的边缘，在 这种情形下，封闭部件借助于作用力F2牢固地封闭住排出口 A3。可以通过操纵控制阀的传统致动器产生足够的密封力。在图5所 示的情形下密封力F2最大，即在沿旋转轴线10的方向观察控制阀时， 当位于把第二流径连接到腔室17上的排出口 A3的中点13和旋转轴
成卯度角时，密封力F2最大。但是，当角度在70°到110。之间时也 可以实现足够有效的密封。当角度大于45。至135。的范围时，密封力 有可能不够。
图6示出了按照图la所示的控制阀的对应件对。在图6所示的情 形中，固定对应件16由形成在控制阀阀体9中的凹槽8的边缘构成。 在本实施例中，随着封闭部件一起运动的对应件由销7构成，其中封 闭部件通过所述销7与轴连接。
为了尽可能有效地使密封力作用在排出口 A3的环境处，运动的 对应件优选布置在端部，所述端部与从封闭部件突起的轴的封闭部件 接触。在如图la所示的情形中，运动的对应件可以被设置在与腔室流 连接的空间中。因此在销7和腔室之间采用单独的密封件不是必须的， 其中所述单独的密封件能够使由扭矩产生的密封力减小。
上面附图示出的控制阀的结构的实施例中，入口孔总是位于排出 口的下面。但是，应当指出的是按照本发明的控制阀也可以设计成不 同的，也就是使入口孔位于排出口的上方。还应当指出，在所有实施 例中一个(或多个)较大的入口孔或排出口可以代替数个较小的入口 孔或排出口。
上面附图示出的实施例中釆用了圆柱形的封闭部件。不同于此， 本发明还可以应用于不是圆柱形，例如为锥形的封闭部件的实施例中。
应当理解，以上描述和涉及的附图仅用于解释本发明。对本领域 技术人员而言，显而易见的是在不背离本发明范围的情形下可以进行 不同的变化和改进。
ii
权利要求
1. 一种控制阀(1，1＇，1＂)，包括第一流动通道(2)和第二流动通道(3)，阀腔室(4，4＇，4＂)，第一流动通道(2)通过该阀腔室与第二流动通道(3)流连接，以及封闭部件(5，5＇，5＂，5＂＇)，其布置在阀腔室(4，4＇，4＂)中，轴(6)从该封闭部件伸出，用于使封闭部件(5，5＇，5＂，5＂＇)围绕旋转轴线(10)在该腔室中转动，以使第一流动通道(2)和第二流动通道(3)之间的流连接缩减，其特征在于在阀腔室(4，4＇，4＂)中的流连接被如此实现，从而封闭部件(5，5＇，5＂，5＂＇)和腔室(4，4＇，4＂)在垂直地相交于旋转轴线的第一平面上包括至少一个可调节的入口孔(A1，A2)，以及在垂直地相交于旋转轴线并且在旋转轴线的方向上与第一平面间隔一定距离设置的第二平面上包括至少一个排出口(A3)，所述入口孔(A1，A2)用于在第一流动通道(2)和腔室(4，4＇，4＂)的内部之间建立流连接，所述排出口(A3)用于在腔室(4，4＇，4＂)的内部和第二流动通道(3)之间建立流连接，所述至少一个入口孔(A1，A2)被布置成减小在流动期间使封闭部件(5，5＇，5＂，5＂＇)压向腔室(4，4＇，4＂)的作用力，所述封闭部件(5，5＇，5＂，5＂＇)被设计成当处于密封位置时，被密封地压向所述腔室的至少一个排出口(A3)，以及当封闭部件(5，5＇，5＂，5＂＇)在腔室(4，4＇，4＂)中围绕转动轴线(10)转动时，在所有孔口(A1，A2，A3)处的流入和流出腔室的流连接被缩减。
2. 如权利要求1所述的控制阀(l"),其特征在于封闭部件(5") 和腔室(4")包括只一个入口孔(Al)和所述的排出口 (A3),以及为了减小作用力，所述入口孔(Al)布置在封闭部件(5")中， 在旋转轴线(10)方向上位于排出口 (A3)的上方或下方。
3. 如权利要求1所述的控制阀，其特征在于所述封闭部件(5'")和腔室包括至少一个第二入口孔(A2),以及沿旋转轴线(10)的方向看，第一入口孑L (Al)和/或第二入口孔 (A2)被布置成使得穿过每个入口孔(A1，A2)的中点(11， 12)和 旋转轴线(10)的假想线与穿过排出口 (A3)的中点(13)的和旋转 轴线(10)的假想线形成小于90°的角度(P )。
4. 如权利要求1所述的控制阀(l')，其特征在于 所述控制阀包括至少一个第二入口孔(A2)，从旋转轴线(10)的方向看，该第二入口孔布置在封闭部件(5')的相对于第一入口孔(Al)的相对侧上，以及从旋转轴线(10)的方向看，穿过第一入口孔(Al)和第二入口 孑L (A2)的中点(11， 12)和旋转轴线(10)的假想线与穿过排出口(A3)的中点(13)和旋转轴线(10)的假想线形成大约45°至135° 的角度。
5. 如权利要求4所述的控制阀(l')，其特征在于所述角度大约 是90°。
6. 如权利要求5或6所述的控制阀(l')，其特征在于所述第一 入口孔(Al)和第二入口孔(A2)是相对的，在这种情形下，第一入 口孑L (Al)和第二入口孔(A2)位于垂直地相交于旋转轴线(10)的 同一平面上，并且它们的面积相等。
7. 如权利要求1所述的控制阀(1')，其特征在于 沿旋转轴线(10)的方向看，所述第一入口孔(Al)布置在封闭部件(5)的相对于排出口 (A3)的相对的侧上，以及所述控制阀(l')包括第二入口孔(A2)，沿旋转轴线(10)的方 向看，该第二入口孔布置在封闭部件(5)中，位于排出口 (A3)的 上方或下方。
8. 如权利要求1至7中任一项所述的控制阀(1, l', l")，其特 征在于所述控制阀包括对应件对(14， 15; 7， 16)，该对应件对的运动 的对应件(15; 7)布置在封闭部件中或者布置在从封闭部件伸出的轴 中，该对应件对的固定的对应件(14; 16)布置在腔室的壁中或者布 置在阀体中，当封闭部件在腔室中转动到覆盖排出口 (A3)的位置时， 所述对应件(14， 15; 7， 16)通过相互接触限制封闭部件在腔室中的 转动，以及当从旋转轴线(10)的方向观察控制阀时，位于把第二流径连接 到腔室上的排出口 (A3)的中点(13)和旋转轴线(10)之间的假想 线与位于固定的对应件(14; 16)和旋转轴线(10)之间的假想线形 成大约为45°至135。的角度，在这种情形下，当对应件(14， 15; 7， 16)彼此相互接触时，通过轴使封闭部件转动以使封闭部件覆盖排出 口 (A3)的扭矩(M)产生使封闭部件压向排出口的作用力(F2)。
9. 如权利要求8所述的控制阀，其特征在于所述角度大约为70。 到1100。
10. 如权利要求8所述的控制阀，其特征在于所述运动的对应件 (7)布置在从轴(6)的封闭部件伸出的端部，该端部与所述封闭部件接触。
11. 如权利要求8所述的控制阀，其特征在于所述运动的对应件 (7)布置在与腔室(4)流连接的空间中。
12. 如权利要求1至11中任一项所述的控制阀，其特征在于通 过封闭部件(5， 5'， 5"， 5'")的内部实现阀腔室(4， 4'， 4")中的 流连接o
全文摘要
本发明涉及一种控制阀，包括第一和第二流动通道(2，3)、阀腔室(4)和封闭部件(5)，轴(6)从该封闭部件伸出。在控制阀中形成通过腔室(4)的内部的流连接。当封闭部件(5)在腔室(4)中围绕旋转轴线(10)转动时，流入和流出腔室(4)的流连接在所有开口(A1，A2，A3)处被缩减。
文档编号F16K5/18GK101438086SQ200780016685
公开日2009年5月20日 申请日期2007年5月8日 优先权日2006年5月8日
发明者佩卡·基维佩尔托, 埃斯科·于利-科斯基 申请人:美卓自动化有限公司