专利名称：步进电动机操作平衡的流量控制阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及由步进电动机操作的流量控制阀。
背景技术：
本节提供与本发明有关的背景信息，其未必是现有技术。流量控制阀可由步进电动机操作以提高需要在控制在完全打开和/或完全关闭位置之间的流量变化中增加的精度的阀门的阀构件位置的可重复性。需要准确输送流体体积或压力至工作装置的操作可因此受益于步进电动机相比其它已知的阀门致动器所赋予的精度。然而，由步进电动机操作的已知流量控制阀通常需要齿轮系统或多方向部件驱动系统来将步进电动机的旋转力变为纵向力，用来将阀构件平移至打开阀门位置或关闭阀门位置。普通操作系统为了驱动多个部分因此失去操作力。已知系统的复杂性、功率损失和多个移动部分的公差也降低了(多个)阀门位置的位置准确性和可重复性，这些是使用步进电动机用于阀门致动的有益原因
发明内容
本节提供本发明的总体概述，而不是对本发明的完整范围或其全部特征的全面公开。根据若干实施例，流量控制阀包括阀体，该阀体具有与阀体的纵向轴线同轴取向的阀体内孔和伸入内孔的阀座构件。阀构件可滑动地设置在内孔中且与阀体的纵向轴线同轴取向。阀构件包括具有内孔的非圆形几何成形的头部。驱动适配器包括头部接纳腔，该头部接纳腔滑动地接纳阀构件的几何成形头部，同时防止阀构件的轴向旋转。步进电动机连接到驱动适配器。步进电动机用于轴向旋转与阀构件的内孔直接接合的轴。根据其它实施例，流量控制阀包括阀体，该阀体具有与阀体的纵向轴线同轴取向的阀体内孔。阀构件可滑动地设置在内孔中且与阀体的纵向轴线同轴取向。阀构件包括具有内孔的非圆形几何成形的头部；和至少一个径向向外延伸的阀座接合构件以及第一和第二活塞。第一和第二活塞具有基本上相等的直径，使得相反地作用于第一和第二活塞的加压流体被平衡。驱动适配器包括头部接纳腔，该头部接纳腔滑动地接纳阀构件的几何成形头部，并且防止阀构件的轴向旋转。步进电动机连接到驱动适配器。步进电动机旋转直接接合在阀构件的内孔内的轴以轴向平移阀构件。根据另外的实施例，流量控制阀包括阀体及第一和第二筒壁，该阀体具有与阀体的纵向轴线同轴取向的阀体内孔。阀构件可滑动地设置在内孔中且与阀体的纵向轴线同轴取向。阀构件包括非圆形几何成形的头部，该头部具有与纵向轴线同轴对齐的螺纹内孔。第一活塞定位在与几何成形头部相对的阀构件的端部。第二活塞定位在第一活塞和几何成形头部之间。当阀构件在阀体内孔中可滑动地移动时，第一和第二活塞贴着阀体的筒壁密封。驱动适配器连接到阀体。驱动适配器包括头部接纳腔，该头部接纳腔滑动地接纳阀构件的几何成形头部，并且防止阀构件的轴向旋转。步进电动机连接到驱动适配器。步进电动机旋转直接通过螺纹接合在阀构件的螺纹内孔中的带螺纹轴。另外的适用范围将从本文提供的描述变得显而易见。本发明内容中的描述和具体示例仅意图用于举例说明，而并非意图限制本发明的范围。
本文描述的图仅仅是出于说明所选实施例而不是所有可能的实施方式的目的，并且并不意图限制本发明的范围。图1是本发明的流量控制阀的前左透视 图2是图1的流量控制阀的端视 图3是沿图2的截面3截取的局部剖视前正视 图4是图3的局部剖视前正视图，进一步示出了处于阀门打开位置的流量控制阀；
图5是沿图3的截面5截取的剖视端视 图6是本发明的流量控制阀的另一个实施例的局部剖视前正视图，其具有显示处于阀门关闭位置的提升阀构件；
图7是图6的局部剖视前正视图，进一步示出处于阀门打开位置的提升阀构件；
图8是本发明的三通流量控制阀的局部剖视前正视图，其具有显示处于完全排放位置的滑阀构件；
图9是图8的局部剖视前正视图，示出了处于阀门关闭位置的流量控制阀；
图10是图8的局部剖视前正视图，示出了处于阀门打开位置的流量控制阀；
图11是本发明的四通流量控制阀的局部剖视前正视图，其具有显示处于第一阀门打开位置的滑阀构件；
图12是图11的局部剖视前正视图，示出了处于阀门关闭位置的流量控制阀；
图13是图11的局部剖视前正视图，示出了处于第二阀门打开位置的流量控制阀；以及图14是类似于图3的局部剖视前正视图，进一步示出了具有电子接口装置和外壳的附加实施例。贯穿附图的各视图，对应的附图标记指示对应的部分。
具体实施例方式现在将结合附图更全面地描述示例性实施例。提供这些示例性实施例使得对本领域技术人员来说本发明是彻底的，并且充分表现本发明的范围。阐述了诸如具体部件、装置和方法的示例的许多具体细节，以提供对本发明的实施例的透彻理解。对于本领域的技术人员来说显而易见的是不需要采用具体细节，可以以许多不同形式来体现示例性实施例，并且不应将任一者理解为限制本发明的范围。在某些示例性实施例中，未详细地描述熟知的过程、熟知的装置结构和熟知的技术。本文所用的技术术语仅用来描述特定示例性实施例，而并非旨在进行限制。如本文所用，除非上下文另有明确表述，否则单数形式“一个”、“一种”和“该”均可能旨在包括复数形式。术语“包括”、“包含”和“具有”是包含性的且因此指定了所述特征、整体、步骤、操作、元件和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整体、步骤、操作、元件、部件和/或其组合的存在或增加。不应将本文所述的方法步骤、过程和操作理解为一定要求其按照所讨论或示出的特定顺序的执行，除非被具体地确定为执行顺序。还应理解的是可以采用附加或备选的步骤。当元件或层被称为在另一元件或层“上”、“接合到”、“连接到”或“联接到”另一元件或层时，其可以直接在该另一元件或层上、直接接合、连接或联接到该另一元件或层，或者可以存在中间元件或层。相反，当元件被称为“直接在另一元件或层上面”、“直接接合到”、“直接连接到”或“直接联接到”另一元件或层时，可以不存在中间元件或层。应以类似方式来解释用来描述元件之间的关系的其它词语(例如，“在...之间”对比“直接在...之间”、“邻近于”对比“直接邻近于”等)。如本文所用，术语“和/或”包括相关的所列项目中的一个或多个的任何和所有组合。虽然可在本文中使用术语第一、第二、第三等来描述各种元件、部件、区域、层和/或部段，但这些元件、部件、区域、层和/或部段不应受到这些术语的限制。这些术语仅用来区分一元件、部件、区域、层或部段与另一区域、层或部段。诸如“第一”、“第二”和其它数字术语的术语在本文中使用时不暗示次序或顺序，除非上下文清楚地指出。因此，在不脱离示例性实施例的教导的情况下，下面讨论的第一元件、部件、区域、层或部段可以称为第二元件、部件、区域、层或部段。在本文中可以为了便于说明使用诸如“内部”、“外部”、“下面”、“以下”、“之下”、“之上”、“上”等空间相对术 语来描述如图所示的一个元件或特征与另一个(些)元件或特征的关系。空间相对术语可以意图除图中所描绘的取向之外还涵盖装置在使用或操作中的不同取向。例如，如果图中的装置被翻转，则被描述为在其它元件或特征“以下”或“下面”的元件将因此被定向为在其它元件或特征“之上”。因此，示例性术语“以下”可以涵盖之上和之下的两个取向。该装置可被另外定向(旋转90度或处于其它取向)，并且相应地解释本文所使用的空间相对描述语。参看图1，流量控制阀10包括具有下列中的每一个的阀体组件12:主体部分14 ；驱动适配器16，其能可释放地连接到主体部分14 ;阀门致动器或操作器，其具有步进电动机18的形式，且连接到驱动适配器16 ；以及端帽20，其可释放地连接到主体部分14并且相对于步进电动机18相对地定位。根据另外的实施例，驱动适配器16可以是主体部分14的一体部分。主体部分14表示为基本上矩形形状的截断阀，从而允许以并列构型布置多个流量控制阀10，然而本发明不限于具体阀体设计。一个或多个通孔21可设置在主体部分14中以允许更紧固地安装流量控制阀10。步进电动机18可由电源(未示出)远程赋能。参看图2，如此前所指的流量控制阀10可具有基本上矩形的形状，其中主体部分
14、驱动适配器16和步进电动机18中的每一个可具有基本上相等的宽度以控制流量控制阀10的总宽度。诸如主体部分14或步进电动机18的部件中的每一个的高度可根据需要变化。参看图3和图4，流量控制阀10的另外特征包括滑阀构件22，其可滑动地设置在主体部分14的阀芯接纳孔24内。滑阀构件22可在阀体组件12的组件纵向轴线26上同轴地平移。滑阀构件22包括第一活塞28，第一活塞28具有定位在第一密封狭槽32的诸如O形环或D形环的第一弹性密封构件30，第一弹性密封构件30在第一活塞28和在主体部分14内部形成的第一筒壁34之间提供流体密封。滑阀构件22可以通过步进电动机18的驱动力可滑动地定位在第一方向“A”和相对的第二方向“B”中的每一个中。
主体部分14还包括具有形成于其中的第一筒壁34的第一主体端35。第一活塞28可滑动地接纳在由第一筒壁34限定的第一主体端35的第一活塞孔36中。滑阀构件22还可包括第二活塞38，第二活塞38具有定位在第二密封狭槽42中的类似于第一弹性密封构件30的第二弹性密封构件40。第二弹性密封构件40在第二活塞周壁44和形成于主体部分14的第二主体端48中的第二筒壁46之间提供流体压力边界。根据若干实施例，第一活塞28的直径“V”基本上等于第二活塞38的直径“W”。此外，阀座接合构件50的直径“X”基本上等于直径“V”和“W”，使得来自阀芯接纳孔24中的加压流体的定向力将“平衡”或相等地且相对地作用于处于阀门关闭位置(图3中示出)的第一活塞28和阀座接合构件50的相等的暴露表面区域，并且将平衡处于阀门打开位置(图4中示出)的第一活塞28和第二活塞38的相等的暴露表面区域。滑阀构件22和本发明的另外的阀构件因此限定为压力平衡的设计。阀座接合构件50为滑阀构件22的径向向外延伸。如图3所示，滑阀构件22可定位成使得阀座接合构件50接触处于阀门关闭位置的主体部分14的阀座构件52，这将入口端口 54中的加压流体与第一出口端口 56隔离。根据若干实施例，阀座接合构件50可设有包覆模制到阀座接合构件50上的弹性材料58。弹性材料58在接触阀座构件52时提供固有的(glandular)流体密封。当滑阀构件22在第二方向“B”上移动时(如图4中在充分运动之后所示)，在阀座接合构件50和阀座构件52的弹性材料58之间形成流动通道60，从而允许加压流体从入口端口 54流至第一出口端口 56。由于阀座接合 构件50的外周边(由弹性材料58限定)与第一活塞28和第二活塞38中的每一个具有基本上相等的直径，滑阀构件22在阀门关闭位置中或阀门打开位置中压力平衡。例如，在图3所示阀门关闭位置中，在第一方向“A”上作用于阀座接合构件50的加压流体被在第二方向“B”上作用于第二活塞38上的加压流体的力平衡，使得从加压流体作用于滑阀构件22上的净轴向力基本上为零。在图4所示阀门打开位置中，当流体流过部分地至完全地打开的流量控制阀10时，也存在压力平衡条件。当流动通道60如图4所示打开时，在入口端口 54和第一出口端口 56之间存在压差，然而，在第一方向“A”上作用于第一活塞28上的流体压力基本上等于作用于阀座接合构件50的左手侧上的流体压力的力，同时在第二方向“B”上作用于第二活塞38上的流体压力基本上等于作用于阀座接合构件50的右手侧上的流体压力的力，使得为平移滑阀构件22而作用的净轴向力基本上为零。滑阀构件22被步进电动机18产生的旋转力相对于组件纵向轴线26同轴平移。为了将由步进电动机18产生的旋转力转换为纵向或轴向驱动力，滑阀构件22还包括定位成靠近第二活塞38且相对于第一活塞28在滑阀构件22的相对端处的几何成形头部62。如本文所定义的术语“几何成形”头部是指非圆形的几何形状(即，不能是完全圆形的)。可使用诸如椭圆形或下面这样的周边的形状:该周边具有在周边上的至少一个平面且根据若干实施例多个平面，并且可包括三角形、矩形、八边形等几何形状。根据若干实施例，几何成形头部62为基本上矩形形状的，其允许滑阀构件22由矩形形状的棒料形成并且被加工或成形为提供诸如第一活塞28和第二活塞38以及阀座接合构件50的剩余特征。几何成形头部62可滑动地接纳在头部接纳腔64中，头部接纳腔64可包括与几何成形头部62的对应表面配合的多个腔表面66。几何成形头部62的非圆形几何形状防止滑阀构件22在被步进电动机18的旋转力驱动时相对于组件纵向轴线26轴向旋转。根据若干实施例，诸如压缩弹簧的偏置构件68可抵靠几何成形头部62的端面70被接纳。偏置构件68的相对端邻接步进电动机18。偏置构件68在第一方向“A”上向滑阀构件22施加偏置力，以消除在外螺纹轴74的螺纹72和形成于第二活塞38中的内螺纹盲孔76之间的螺纹间隙，使得滑阀构件22能被步进电动机18的预定次数的旋转反复定位到打开位置，该预定次数可随螺纹72的螺距而变化。
在几何成形头部62的端面70和步进电动机18之间形成第二头部接纳腔78。当滑阀构件22在第一方向“A”或第二方向“B”上平移时，第二头部接纳腔78的体积变化。对应于在几何成形头部62的周边上的平面的数量的多个头部表面80邻接腔表面66中的每一个，以防止滑阀构件22的轴向旋转。当几何成形头部62上呈现非平面表面时，例如当使用椭圆形形状时，头部接纳腔64的形状被成形为匹配几何成形头部62的周边形状。外螺纹轴74可以直接或间接连接到步进电动机18并由步进电动机18可旋转地驱动，并且直接通过螺纹接纳在相对于滑阀构件22中的组件纵向轴线26同轴对齐的内螺纹内孔76中。外螺纹轴74的旋转因此根据外螺纹轴74的预定的完整或部分旋转周数而直接轴向驱动滑阀构件22，以便在阀门打开位置或阀门关闭位置中的任一个之间移动。滑阀构件22轴向位置是可重复的，这部分地基于在外螺纹轴74和内螺纹内孔76的螺纹之间的有限滑动。偏置构件68还偏置滑阀构件22，以减小由螺纹间隙和/或磨损导致的轴向尺寸变化。此外，此前描述的滑阀构件22的压力平衡设计基本上消除了归因于在流量控制阀10的操作位置中的任一个中的加压流体而作用于滑阀构件22上的净轴向力，以进一步提高滑阀构件22的位置的可重复性。主体部分14还包括主体端面82，主体端面82为基本上平面的并且例如使用紧固件(未示出)可释放地接纳端帽20。为了在第一活塞28轴向平移时排放第一活塞孔36中存在的流体，第一活塞孔36与端帽通道84流体连通。端帽通道84可包括过滤器86，以防止诸如污垢或水的污染物流入通道24中。诸如空气的流体可因此被吸入或排放，以便为滑阀构件22的任何轴向位置而平衡第一活塞孔36中的流体压力与大气压。参看图5，并且如此前所指，可提供具有矩形形状的几何成形头部62。腔表面66各自对应于头部表面80中的一个，并且围绕几何成形头部62的周边提供了间隙87。从图5所示几何成形头部62的几何形状应当显而易见的是，外螺纹轴74相对于组件纵向轴线26的轴向旋转将不会相似地旋转几何成形头部62或滑阀构件22。间隙87还可被尺寸设计成在滑阀构件22平移时允许围绕几何成形头部62的周边的流体转移，以使得在结合图3和图4示出和描述的头部接纳腔64和第二头部接纳腔78中的每一个中流体压力基本上平衡。在图5所示构型中且再次参看图3和图4，外螺纹轴74上的右手螺纹的使用与外螺纹轴74通过步进电动机18在旋转方向“Y”上的顺时针第一方向旋转一起将朝向观察者(如在图5中所观察的)并在如图3所示的第一方向“A”上拉动滑阀构件22。外螺纹轴74通过步进电动机18在旋转方向“Z”上的相反或逆时针第二方向旋转将远离观察者(如在图5中所观察的)并在如图4所示的第二方向“B”上拉动滑阀构件22。应当显而易见的是，在外螺纹轴74上(和对于内螺纹内孔76而言)的左手螺纹的使用可产生相反的阀芯行进方向。参看图6并再次参看图3和图4，根据其它实施例，使用本发明的驱动特征的流量控制阀88也可用于操作提升阀。流量控制阀88可包括阀体90，阀体90具有可释放地连接到其的类似于驱动适配器16的驱动适配器92。步进电动机18’类似地连接到驱动适配器92，驱动适配器92具有从其轴向延伸的外螺纹轴74’。提升阀构件94可滑动地设置在阀体90的纵向轴线96上。提升阀构件94包括第一活塞98，第一活塞98可滑动地设置且密封地接纳在阀体90的第一活塞腔100中。提升阀构件94可包括“包覆模制”的阀座接合构件102，其将例如诸如橡胶或聚合物型弹性材料的材料包覆模制在提升阀构件94上(S卩，模制在提升阀构件94上且从提升阀构件94向外延伸)。包覆模制的阀座接合构件102在图示阀门关闭位置密封地接触阀构件座环104。在阀门关闭位置中，入口端口 106与出口端口108隔离，以防止流体流过流量控制阀88。 参看图6和图7，提升阀构件94还包括通过螺纹接纳步进电动机18’的外螺纹轴74’的内螺纹内孔110。因此类似于上文结合图3和图4所描述的步进电动机18的操作，步进电动机18’旋转以在阀门关闭方向“C”上轴向移动提升阀构件94，以到达阀门关闭位置。提升阀构件94还包括第二活塞112，其具有基本上等于第一活塞98的直径的直径。在图6所示阀门关闭位置中，在关闭方向“C”上作用于阀座接合构件102的加压流体被在阀门打开方向“D”上作用于第一活塞98上的加压流体的力平衡，使得从加压流体作用于提升阀构件94上的净轴向力基本上为零。第二活塞112相对于阀体90的第二筒壁114可滑动地设置。在提升阀构件94相对于第一活塞98相对地定位的端部上形成几何成形头部116。几何成形头部116可滑动地接纳在头部接纳腔118中，头部接纳腔118可包括对应于几何成形头部116的几何成形平面(或非平面几何形状)的多个腔表面120。与多个腔表面120接触的几何成形头部116因此防止提升阀构件94在提升阀构件94轴向平移期间的旋转。出于与此前结合图3和图4的实施例所指出的相同的原因，几何成形头部116也可以是椭圆形的，或者包括在其周边上的单个或多个平表面，以防止提升阀构件94轴向旋转。更具体地参看图7，相比为获得结合图6所示关闭位置的旋转，当步进电动机18’在相反的轴向旋转方向上旋转时，提供了流量控制阀88的阀门打开位置。当提升阀构件94在阀门打开方向“D”上轴向移置，并且包覆模制阀座接合构件102从阀构件座环104移置时，形成流动通道122，其允许从入口端口 106到出口端口 108的流动。由于提升阀构件94的第一活塞98和第二活塞112具有基本上相当的直径，当流量控制阀88在如下所述部分地至完全地打开流量控制阀88时，作用于提升阀构件94上的压力力被平衡。在阀门打开位置中，流动通道122打开，并且在入口端口 106和出口端口 108之间存在压差，然而，在打开方向“D”上作用于第一活塞98上的流体压力基本上等于作用于阀座接合构件102的面向下侧上(在关闭方向“C”上导向)的流体压力的力，同时在关闭方向“C”上作用于第二活塞112上的流体压力基本上等于作用于阀座接合构件102的面向上侧上(在打开方向“D”上导向)的流体压力的力，使得为平移滑阀构件94而作用的净轴向力基本上为零。这种压力平衡减少了步进电动机18’将阀门返回至阀门关闭位置并且也当阀门被定位在关闭位置和/或在任何部分打开位置时所需的力的量。参看图8，根据其它实施例，流量控制阀160包括三通阀体162，三通阀体162从参照图3和图4所示出和描述的流量控制阀124修改，以包括附加的包覆模制阀座接合构件和阀座构件，因此本文将仅进一步描述差异。滑阀构件164可滑动地设置在阀芯接纳孔166中且包括第一包覆模制的阀座接合构件168和第二包覆模制的阀座接合构件170。在流量控制阀160的排放位置中，入口端口 172对出口端口 174和排放端口 176关闭。出口端口174通向排放端口 176。第一包覆模制阀座接合构件168从第一阀座构件178移置，从而形成第一流动通道180以用于在出口端口 174和排放端口 176之间流体连通。第二包覆模制阀座接合构件170在完全排放位置中接触第二阀座构件182。滑阀构件164通过使用步进电动机18〃旋转外螺纹轴76〃’而在第一方向“G”上被完全移置，以实现排放位置。参看图9并再次参看图8，通过在与第一方向“G”相反的第二方向“H”上平移滑阀构件164，直到第一包覆模制阀座接合构件168和第二包覆模制阀座接合构件170分别接触第一阀座构件178和第二阀座构件182，形成第一流量控制阀160的关闭位置。在阀门关闭位置中，入口端口 172、出口端口 174和排放端口 176相对彼此关闭以在它们之间没有公共的流动路径。当滑阀构件164在第二方向“H”上平移时，空气被吸入排气小孔154’以平衡第一活塞孔152’中的大气压。参看图10，通过在第二方向“H”上从关闭位置进一步平移滑阀构件164，直到第二包覆模制阀座接合构件170相对于第二阀座构件182移置，形成流量控制阀160的打开位置，从而形成第二流动通道186。第二流动通道186在入口端口 172和出口端口 174之间提供了流体连通，同时排放端口 176通过在第一包覆模制阀座接合构件168和第一阀座构件178之间的接触而对入口端口 172和出口端口 174两者关闭。出于与本文中此前讨论的相同原因，滑阀构件164为压力平衡设计，使得作用于滑阀构件164上的流体压力在流量控制阀160的所有操作位置都得以平衡。参看图11，流量控制阀188通过添加另外的阀门端口和滑阀阀座构件而从结合图8-10示出和描述的流量控制阀160修改而来。流量控制阀188包括四通阀体190，其具有可滑动地定位在四通阀体190的阀芯接纳孔194内的滑阀构件192。滑阀构件192包括第一包覆模制阀座接合构件196、第二包覆模制阀座接合构件198、第三包覆模制阀座接合构件200和第四包覆模制阀座接合 构件202。四通阀体190还包括入口端口 204、第一出口端口 206、第一排放端口 208、第二出口端口 210和第二排放端口 212中的每一个。滑阀构件192可滑动地设置在纵向轴线214上。在流量控制阀188的第一打开位置中，滑阀构件192通过操作步进电动机18〃以旋转外螺纹轴74"’而在第一方向“G”上可滑动地设置到最大范围。滑阀构件192的轴向旋转被驱动适配器92〃的几何形状所排除，驱动适配器92〃不可旋转地接纳几何成形头部148’。在第一打开位置中，入口端口 204通向第一出口端口 206并且两者均对第一排放端口 208关闭。第一流动通道216形成为靠近第三包覆模制阀座接合构件200以允许流体从入口端口 204流过第一出口端口 206。另外，在流量控制阀188的第一打开位置中，在第二包覆模制阀座接合构件198保持在密封条件的同时，通过移置第一包覆模制阀座接合构件196而形成第一排放通道218。第一排放通道218在第二出口端口 210和第二排放端口 212之间提供流体连通，同时入口端口 204对第二出口端口 210和第二排放端口 212两者关闭。参看图12且再次参看图11，通过在与第一方向“G”相反的第二方向“H”上平移滑阀构件192，直到第一包覆模制阀座接合构件196、第二包覆模制阀座接合构件198、第三包覆模制阀座接合构件200和第四包覆模制阀座接合构件202全部定位在安放和密封状态，形成流量控制阀188的关闭位置。在流量控制阀188的关闭位置中，各个端口全部相对彼此关闭，以防止流体从入口端口 204到出口端口中的任一个的排放流动。参看图13，通过在第二方向“H”上进一步轴向平移滑阀构件192，直到第二包覆模制阀座接合构件198和第四包覆模制阀座接合构件202从其安放位置被移置，从而形成流量控制阀188的第二打开位置。靠近第二包覆模制阀座接合构件198形成的第二流动通道220在入口端口 204和第二出口端口 210之间提供流体连通。第二排放端口 212在第二打开位置中对入口端口 204和第二出口端口 210两者关闭。另外在第二打开位置中，第二排放通道222形成为靠近第四包覆模制阀座接合构件202。第二排放通道222在第一出口端口 206和第一排放端口 208之间提供流体连通，同时入口端口 204中的流体压力对第一出口端口 206和第一排放端口 208两者关闭。出于与本文中此前讨论的相同原因，滑阀构件192提供了压力平衡设计，使得作用于滑阀构件192上的流体压力在流量控制阀188的所有操作位置得以平衡。参看图14，流量控制阀224包括具有电子接口装置228的电子接口外壳226，电子接口装置228经由控制线路230接收诸如模拟或数字信号的操作命令信号或电压或电流。控制线路230通过电连接器232连接，电连接器232相对于大气环境密封电子接口外壳226并提供到电源的连接以用于流量控制阀224的操作。由电子接口装置228接收的命令信号根据需要被转换为步进电动机18〃’的操作所需的输出，并且经由第二控制线路234传输到步进电动机18"’以造成步进电动机18"’的旋转和因此滑阀构件22’的轴向平移。流量控制阀224中的驱动适配器236为主体部分238的一体部分。外螺纹延伸部240延伸远离滑阀构件22’的几何成形头部242。延伸部240可以是几何成形头部242的一体部分，或者可以是通过螺纹联接到几何成形头部242的外螺纹紧固件。延伸部240通过螺纹接纳在步进电动机18"’的内孔244中，该内孔可以是内螺纹内孔。步进电动机18"’的旋转使包含内孔244的电动机部分共同旋转，内孔244通过螺纹接合延伸部240以轴向平移滑阀构件22，。本发明的流量控制阀中的每一·个由步进电动机的递增旋转提供了可变的流量控制。步进电动机的递增旋转被转换成阀构件的轴向平移。另外，随着阀构件朝打开位置移动，在阀门端口上形成压降。由于阀构件可滑动地接纳在其中的内孔在阀构件和阀体的接触点处具有相等直径，每个端口部分平衡了作用于阀构件上的力。本发明的流量控制阀提供了若干优点。通过为所有流量控制阀实施例提供压力平衡的提升阀或阀芯设计，作用于阀芯或提升阀上的流体压力力不增加本发明的步进电动机所需的操作力。步进电动机因此仅仅必须克服在提升阀或滑阀构件的平移期间的静摩擦力和滑动摩擦力。本发明的提升阀或滑阀构件中每一个设有的几何成形头部防止了提升阀或滑阀构件的旋转，从而允许步进电动机的旋转力通过从步进电动机延伸的外螺纹接合轴直接转移到提升阀或滑阀构件，外螺纹接合轴直接通过螺纹接纳在阀构件的内螺纹内孔中。外螺纹轴和几何成形头部被定位在定位于阀体和步进电动机之间的适配器构件中。该设计消除了用来防止提升阀或阀芯构件在平移期间旋转的额外的离合器构件、键构件、防旋转紧固件等。已经出于图示和说明的目的提供了实施例的前述说明。其并非意图是排他性的或限制本发明。特定实施例的单独元素或特征一般不限于该特定实施例，但在适用的情况下是可互换的，并且可以在所选实施例中使用，即使其未被具体地示出或描述。还可以以许多方式对其进行修改。不应将此类变型视为违背本发明，并且所有此类修改意图被包括在本发明的范围 内。
权利要求
1.一种流量控制阀，包括 阀体，其具有与所述阀体的纵向轴线同轴取向的阀体内孔和伸入所述内孔的阀座构件； 阀构件，其可滑动地设置在所述内孔中且与所述阀体的所述纵向轴线同轴取向，所述阀构件包括非圆形几何成形的头部； 驱动适配器，其包括头部接纳腔，所述头部接纳腔滑动地接纳所述阀构件的所述几何成形头部，同时防止所述阀构件的轴向旋转；以及 步进电动机，其连接到所述驱动适配器，所述步进电动机操作用于轴向旋转与所述阀构件直接接合的轴。
2.根据权利要求I所述的流量控制阀，其中所述几何成形头部包括至少一个平坦的头部表面。
3.根据权利要求2所述的流量控制阀，其中所述头部接纳腔包括至少一个腔表面，其用于邻接所述至少一个平坦的头部表面以防止所述阀构件的轴向旋转。
4.根据权利要求I所述的流量控制阀，其中所述阀构件还包括从所述阀构件径向向外延伸的至少一个阀座接合构件，所述阀构件与所述阀座构件密封地接合，以限定所述流量控制阀的关闭位置。
5.根据权利要求4所述的流量控制阀，其中所述轴在第一方向上的旋转用于使所述阀构件在所述阀体内孔中从所述流量控制阀的所述关闭位置向打开位置纵向移动，并且所述轴在相反的第二方向上的旋转用于使所述阀构件从所述打开位置返回至所述阀门关闭位置。
6.根据权利要求I所述的流量控制阀，其中所述阀构件还包括 第一活塞，其定位在与所述几何成形头部相对的所述阀构件的端部；以及第二活塞，其定位在所述第一活塞和所述几何成形头部之间，所述第一和第二活塞用于在所述阀构件在所述阀体内孔中可滑动地移动时抵靠所述阀体的筒壁密封。
7.根据权利要求6所述的流量控制阀，其中所述第一和第二活塞具有基本上相等的直径，使得相反地作用于所述第一和第二活塞的加压流体导致作用于所述阀构件上的平衡的压力。
8.根据权利要求I所述的流量控制阀，还包括电子接口装置，所述电子接口装置接收命令信号并将所述命令信号转换成用于步进电动机的操作的输出。
9.根据权利要求8所述的流量控制阀，还包括电连接器和将所述电子接口装置设置在其中的电子接口外壳，所述电连接器相对于大气环境密封所述电子接口外壳并为所述流量控制阀提供电连接。
10.根据权利要求I所述的流量控制阀，其中，当所述阀构件可滑动地接纳在所述阀体中时，所述内孔与所述阀体的所述纵向轴线同轴地取向。
11.根据权利要求I所述的流量控制阀，其中所述非圆形几何成形头部包括通过螺纹接纳所述轴的螺纹内孔，所述轴为外螺纹轴，所述外螺纹轴连接到所述步进电动机且从所述步进电动机延伸，使得所述步进电动机的递增旋转使通过螺纹接合所述螺纹内孔的所述外螺纹轴旋转，以便递增地轴向平移所述阀构件。
12.根据权利要求I所述的流量控制阀，其中所述非圆形几何成形头部使所述轴一体地连接到其且远离其延伸，所述轴为外螺纹轴，所述外螺纹轴进一步通过螺纹接合在所述步进电动机的内螺纹内孔中，使得所述步进电动机和内螺纹内孔的递增旋转通过螺纹接合所述轴以递增地轴向平移所述阀构件。
13.根据权利要求I所述的流量控制阀，其中所述驱动适配器可释放地连接到所述阀体。
14.根据权利要求I所述的流量控制阀，其中所述驱动适配器一体地连接到所述阀体，并且所述阀构件的所述几何成形头部可滑动地接纳在头部接纳腔中，所述头部接纳腔具有多个腔表面，所述多个腔表面与所述几何成形头部的对应表面配合以防止所述阀构件的轴向旋转。
15.根据权利要求I所述的流量控制阀，其中所述阀构件限定滑阀构件。
16.根据权利要求I所述的流量控制阀，其中所述阀构件限定提升阀构件。
17.一种流量控制阀，包括 阀体，其具有与所述阀体的纵向轴线同轴取向的阀体内孔； 阀构件，其可滑动地设置在所述内孔中且与所述阀体的所述纵向轴线同轴取向，所述阀构件包括 非圆形几何成形的头部，其具有内孔；以及 至少一个径向向外延伸的阀座接合构件及第一和第二活塞，所述第一和第二活塞具有基本上相等的直径，使得相反地作用于所述第一和第二活塞的加压流体被平衡； 驱动适配器，其包括头部接纳腔，所述头部接纳腔滑动地接纳所述阀构件的所述几何成形头部，并且防止所述阀构件的轴向旋转；以及 步进电动机，其连接到所述驱动适配器，所述步进电动机使直接接合在所述阀构件的所述内孔中的轴旋转以轴向平移所述阀构件。
18.根据权利要求17所述的流量控制阀，其中所述至少一个径向向外延伸的阀座接合构件包括第一和第二阀座接合构件，所述第一和第二阀座接合构件各自具有等于所述第一和第二活塞的直径的直径。
19.根据权利要求18所述的流量控制阀，其中所述阀体为三通阀体，所述三通阀体包括 第一和第二阀座构件，其伸入所述内孔中；以及 入口端口、出口端口和排放端口。
20.根据权利要求19所述的流量控制阀，其中在阀门打开位置中，所述第一阀座接合构件接触所述第一阀座构件，并且所述第二阀座接合构件从所述第二阀座构件移置，使得所述入口端口与所述出口端口连通，并且所述入口端口和所述出口端口两者与所述排放端口隔离；并且 其中在阀门关闭位置，所述第一阀座接合构件接触所述第一阀座构件，并且所述第二阀座接合构件接触所述第二阀座构件，使得所述入口端口、所述出口端口和所述排放端口彼此隔尚。
21.根据权利要求19所述的流量控制阀，其中所述第一阀座接合构件从所述第一阀座构件移置，并且所述第二阀座接合构件接触所述第二阀座构件，限定了所述出口端口与所述排放端口连通并且所述入口端口与所述出口端口和所述排放端口两者隔离的排放位置。
22.根据权利要求18所述的流量控制阀，其中所述至少一个径向向外延伸的阀座接合构件包括第一、第二、第三和第四阀座接合构件，所述第一、第二、第三和第四阀座接合构件各自具有等于所述第一和第二活塞的直径的直径。
23.根据权利要求18所述的流量控制阀，其中所述阀体为四通阀体，所述四通阀体包括 多个阀座构件，其伸入各自定位成由所述阀座接合构件中的一个接触的所述内孔；以及 入口端口、第一和第 二出口端口、以及第一和第二排放端口。
24.根据权利要求17所述的流量控制阀，其中所述阀体为二通阀体，所述二通阀体包括 阀座构件，其伸入所述内孔中；以及 入口端口和出口端口，所述至少一个径向向外延伸的阀座接合构件在阀门关闭位置接触所述阀座构件，以将所述入口端口与所述出口端口隔离。
25.一种流量控制阀，包括 阀体及第一和第二筒壁，所述阀体具有与所述阀体的纵向轴线同轴取向的阀体内孔；阀构件，其可滑动地设置在所述内孔中且与所述阀体的所述纵向轴线同轴取向，所述阀构件包括 非圆形几何成形的头部，其具有与所述纵向轴线同轴对齐的螺纹内孔； 第一活塞，其定位在与所述几何成形头部相对的所述阀构件的端部；以及第二活塞，其定位在所述第一活塞和所述几何成形头部之间，所述第一和第二活塞在所述阀构件在所述阀体内孔中可滑动地移动时抵靠所述阀体的筒壁密封； 驱动适配器，其连接到所述阀体，所述驱动适配器包括头部接纳腔，所述头部接纳腔滑动地接纳所述阀构件的所述几何成形头部，并且防止所述阀构件的轴向旋转；以及 步进电动机，其连接到所述驱动适配器，所述步进电动机使直接通过螺纹接合在所述阀构件的所述螺纹内孔中的带螺纹轴旋转。
26.根据权利要求25所述的流量控制阀，其中所述阀体还包括伸入所述内孔的阀座构件。
27.根据权利要求26所述的流量控制阀，其中所述阀构件还包括从所述阀构件径向向外延伸的阀座接合构件，所述阀构件与所述阀座构件密封地接合，以限定所述流量控制阀的关闭位置。
28.根据权利要求27所述的流量控制阀，其中所述第一和第二活塞的直径与所述阀座接合构件的直径基本上相等，使得在所述阀门关闭位置中，作用于所述第一活塞的加压流体力被作用于所述阀座接合构件的加压流体力平衡。
29.根据权利要求27所述的流量控制阀，其中所述第一活塞的直径基本上等于所述第二活塞的直径，使得在所述阀座接合构件从所述阀座构件移开的阀门打开位置中，作用于所述第一活塞的加压流体力被作用于所述第二活塞的加压流体力平衡。
30.根据权利要求25所述的流量控制阀，其中所述阀构件为滑阀构件，所述滑阀构件使所述第一和第二活塞的直径与所述阀座接合构件的直径基本上相等。
31.根据权利要求25所述的流量控制阀，其中所述阀构件为提升构件，所述提升构件使所述阀 座接合构件的直径大于所述阀座构件的直径。
全文摘要
一种流量控制阀包括阀体，该阀体具有与阀体的纵向轴线同轴取向的阀体内孔和伸入内孔的阀座构件。阀构件可滑动地设置在内孔中且与阀体的纵向轴线同轴取向。阀构件包括具有内孔的非圆形几何成形的头部。驱动适配器包括头部接纳腔，该头部接纳腔滑动地接纳阀构件的几何成形头部，并且防止阀构件的轴向旋转。步进电动机连接到驱动适配器，该步进电动机递增地旋转与阀构件的内孔接合的轴。阀构件的第一和第二相等直径的活塞提供压力平衡的阀构件操作位置。
文档编号F16K21/00GK103238016SQ201180044260
公开日2013年8月7日 申请日期2011年7月8日 优先权日2010年7月14日
发明者P.A.亚尔, K.C.威廉斯 申请人:马克阀门公司