本公开的主题涉及阀组合件。
背景技术：
在流体流的某些应用中，使用阀控制流量或同时止挡所有流。为了达成此可变流量控制，将阀引入到流道中。阀的一个实例是蝶阀，其包括在穿越管的直径的轴线上旋转以调节流量的盘。
技术实现要素：
在一个方面中，本公开涉及一种阀组合件，其包括：线性驱动致动器，其被配置成提供线性驱动力到能够在第一横向位置与第二横向位置之间移动的旋转受限的输出部件；可旋转阀元件，其以可操作方式连接到可旋转驱动臂，其中所述可旋转驱动臂包括以可操作方式连接到所述旋转受限的输出部件的至少一个突起件，且其中所述可旋转阀元件被配置成在第一位置与第二位置之间旋转，且其中所述旋转受限的输出部件的移动通过所述至少一个突起件传送旋转力到所述可旋转驱动臂，使得所述旋转受限的输出部件施加旋转力到所述驱动臂和所述以可操作方式连接的阀元件。
在另一方面中，本公开涉及一种用于阀组合件的阀组合件，其包括：致动器，其被配置成通过旋转受限的输出部件提供线性驱动力；阀，其具有以可操作方式连接到所述旋转受限的输出部件的可旋转阀元件，其中所述阀元件能够在打开位置与关闭位置之间旋转；以及机械连杆，其以物理方式连接所述旋转受限的输出部件和所述可旋转阀元件；其中所述机械连杆被配置成将来自所述旋转受限的输出部件的所述线性驱动力转变成所述阀元件的旋转驱动力，使得所述阀元件基于所述线性驱动力在所述打开位置与关闭位置之间旋转。
在又一方面中，本公开涉及一种旋转阀元件的方法，其包括：提供线性驱动力到致动器的输出部分；通过机械连杆将所述输出部分的所述线性驱动力转换成旋转驱动力；使用所述旋转驱动力将阀元件从第一位置旋转到第二位置；以及其中所述机械连杆将所述线性驱动力转换成具有变化的扭矩的旋转驱动力。
技术方案1.一种阀组合件，包括：
线性驱动致动器，其被配置成提供线性驱动力到能够在第一横向位置与第二横向位置之间移动的旋转受限的输出部件；
可旋转阀元件，其以可操作方式连接到可旋转驱动臂，其中所述可旋转驱动臂包括位于所述旋转受限的输出部件的内部并且以可操作方式连接到所述旋转受限的输出部件的至少一个突起件，且其中所述可旋转阀元件被配置成在第一位置与第二位置之间旋转；以及
其中所述旋转受限的输出部件的移动通过所述至少一个突起件传送旋转力到所述可旋转驱动臂，使得所述旋转受限的输出部件施加旋转力到所述驱动臂和所述以可操作方式连接的阀元件。
技术方案2.根据技术方案1所述的阀组合件，其中：所述输出部件包括具有至少一个轭槽的旋转受限的活塞筒。
技术方案3.根据技术方案2所述的阀组合件，其中：所述轭槽包括沿着所述活塞筒的高度变化的倾斜件。
技术方案4.根据技术方案3所述的阀组合件，其中：所述轭槽的所述变化的倾斜件另外包括平缓倾斜件构形区段和陡急倾斜件构形区段。
技术方案5.根据技术方案4所述的阀组合件，其中：所述轭槽的所述变化的倾斜件另外包括所述平缓倾斜件构形区段与所述陡急倾斜件构形区段之间的过渡区段。
技术方案6.根据技术方案3所述的阀组合件，其中：所述轭槽的所述变化的倾斜件另外包括多个平缓倾斜件构形区段和中间陡急倾斜件构形区段。
技术方案7.根据技术方案2所述的阀组合件，其中：所述至少一个突起件包括具有两个凸轮从动件的t型杆，其中每一凸轮从动件定位于所述旋转受限的活塞筒中的对应轭槽内。
技术方案8.根据技术方案2所述的阀组合件，其中：所述活塞筒另外包括被配置成接纳突起件的导槽，且其中所述导槽和突起件被配置成旋转固定所述活塞筒。
技术方案9.根据技术方案1所述的阀组合件，其中：旋转受限的输出部件被配置成接纳所述驱动臂的所述至少一个突起件。
技术方案10.根据技术方案1所述的阀组合件，其中：可旋转阀元件是包括以可操作方式安装到所述驱动臂的板的蝶阀元件。
技术方案11.根据技术方案1所述的阀组合件，其中：另外包括以可操作方式连接到所述驱动臂并且被配置成朝向关闭位置偏置所述阀元件的偏置元件。
技术方案12.一种阀组合件，包括：
致动器，其被配置成通过旋转受限的输出部件提供线性驱动力；
阀，其具有以可操作方式连接到所述旋转受限的输出部件的可旋转阀元件，且其中所述阀元件能够在打开位置与关闭位置之间旋转；以及
机械连杆，其以物理方式连接所述旋转受限的输出部件和所述可旋转阀元件；
其中所述机械连杆被配置成将来自所述旋转受限的输出部件的所述线性驱动力转变成具有变化的扭矩的旋转驱动力，从而驱动所述阀元件，使得所述阀元件在所述打开位置与关闭位置之间旋转。
技术方案13.根据技术方案12所述的阀组合件，其中：所述机械连杆包括以可操作方式连接到所述可旋转阀元件的驱动臂，所述驱动臂具有保持于驱动轭内的凸轮从动件，所述驱动轭包括于所述旋转受限的输出部件中。
技术方案14.根据技术方案13所述的阀组合件，其中：所述驱动轭包括平缓倾斜件构形区段和陡急倾斜件构形区段。
技术方案15.根据技术方案13所述的阀组合件，其中：所述驱动轭包括沿着所述驱动轭的长度的至少一部分变化的斜率。
技术方案16.根据技术方案12所述的阀组合件，其中：另外包括以可操作方式连接到所述阀元件并且被配置成朝向关闭位置偏置所述阀元件的偏置元件。
技术方案17.根据技术方案12所述的阀组合件，其中：所述可旋转阀元件是包括以可操作方式连接到所述机械连杆的板的蝶阀元件。
技术方案18.一种旋转阀元件的方法，包括：
提供线性驱动力到致动器的输出部分；
通过机械连杆将所述输出部分的所述线性驱动力转换成旋转驱动力；
使用所述旋转驱动力将阀元件从第一位置旋转到第二位置；以及
其中所述机械连杆将所述线性驱动力转换成具有变化的扭矩的旋转驱动力。
技术方案19.根据技术方案18所述的方法，其中：另外包括移除所述线性驱动力，且其中当移除了所述线性驱动力时，所述阀元件停止从第一位置到第二位置的旋转。
技术方案20.根据技术方案19所述的方法，其中：另外包括提供偏置力以使所述阀元件返回到所述第一位置。
附图说明
在附图中：
图1是根据本说明书中描述的本公开的各方面的处于第一位置的阀组合件的透视图。
图2是图1的阀组合件的分解图。
图3是处于中间位置的图1的阀组合件的透视图。
图4a是处于第二位置的图1的阀组合件的透视图。
图4b是图4a的处于第二位置的阀组合件的俯视图。
图5a是可用于图1的阀组合件中的轭槽(yolkslot)的高陡倾斜件构形。
图5b是可用于图1的阀组合件中的轭槽的平缓倾斜件构形。
图6是可用于图1的阀组合件中的轭槽的变化的倾斜件构形。
图7是用于根据本说明书中描述的本公开的各方面旋转阀组合件的方法。
具体实施方式
本说明书中描述的本公开的方面涉及阀组合件。描述的阀组合件可应用于其中必需通过管道或管控制流体的任何应用中。流体可为空气、气体、蒸汽或液体。图1示出呈蝶阀形式的示范性阀组合件10，其包括具有旋转受限的输出部件的线性驱动致动器12。旋转受限的输出部件作为非限制性实例示出为可在第一横向位置15与第二横向位置17(以虚线示出)之间移动的活塞筒14。一组轭槽16和至少一个导槽18示出为包括在活塞筒14中。
壳体32提供为包围活塞筒14和可旋转驱动臂22的至少一部分。导引突起件34通过导销33(但不限于导销33)连接到壳体32，所述导销用扁尾螺栓31安装到壳体32。还预期导引突起件34可包括凸轮从动件或其它旋转轴承元件以在操作期间减少摩擦。作为非限制性实例，壳体32可填充有流体(未示出)以通过提供恒力(f)到活塞筒14的输出部分35上来起始活塞筒14的运动。控制器(未示出)可为自动的或需要例如来自用户接口的直接用户输入以影响壳体32中的流体运动。
阀元件24可提供于管道36内或其它提供流动路径37的合适圆筒形管槽部件内。管道36可适于流动路径37中的任何流体流，包括液体、空气或气体。阀组合件10的阀元件24包括管道36内的座部28。阀元件24大体上居中安置于流动路径37内的座部28中。
阀元件24可为任何适合的阀元件，作为非限制性实例，例如所示出的具有板26的蝶阀元件。板26可顺应座部28的形状，以便当阀元件24处于关闭位置40(图1)中时密封或封闭流动路径37。典型蝶阀可包括凹槽，所述凹槽环绕可顺应座部28内的衬套的板。座部28或板26可一体地包括安装特征，或此类安装特征可单独地形成。无论何种情况，阀元件24都会集成于座部中且被配置成在打开位置53(图4a)与关闭位置40(图1)之间旋转，在所述关闭位置中，阀元件24关闭流动路径37。
预期板26以及座部28具有与管道36形成的流动路径37的横截面积大体上相同的面积。当阀元件24处于关闭位置40时，其可接触管道36的内表面，在此情况下，座部28将会是不必要的。还预期座部28或密封件可如所示包括于管道36内，使得当阀元件24处于关闭位置时，阀元件24可紧靠着此座部28或密封件。不论是否包括座部28或密封件，都会预期如图1中所示出，阀元件24可完全关闭或以其它方式密封管道36。当阀元件24处于打开位置53(图4a)时，板26旋转，使得流体可通过由管道36限定的流动路径37。板26与流动路径37在同一直线上，使得板26最低限度地阻碍流动路径37中的流体流。
机械连杆20包括延伸穿过活塞筒14的基部23到达阀元件24的座部28的可旋转驱动臂22。可旋转驱动臂22通过例如(但不限于)座部28中的孔口25(图2)连接到座部28。可旋转驱动臂22延伸穿过孔口25(图2)到达板26。可旋转驱动臂22可与板26一体地形成且可为一个连续件或例如(但不限于)焊接或熔接在一起。板26以可操作方式连接到可旋转驱动臂22并且固持于座部28内或以其它方式安装到所述座部。
因为阀组合件10通常易受振动影响，所以可包括偏置元件30以将阀元件24偏置到关闭位置40(图1)。偏置元件30可连接到阀元件24，其中可旋转驱动臂22与阀元件24相接。在示范性阀组合件10中，偏置元件30以可操作方式连接到可旋转驱动臂22并且被配置成朝向关闭位置40偏置板26。弹簧30可包括(但不限于)以可操作方式连接到阀元件24的轴杆可旋转驱动臂22的扭力弹簧或螺旋弹簧。在所示实例中，偏置元件30定位于壳体32内座部28的外部。
图2是阀组合件10的分解图示，其更清楚地示出以物理方式将可滑动活塞筒14连接到阀元件24的机械连杆20的部分。机械连杆20的可旋转驱动臂22包括至少一个突起件38。可旋转驱动臂22可包括任何数目个突起件以将可旋转驱动臂22以可操作方式连接到活塞14。在图2中示出t型杆39包括具有凸轮从动件42的两个突起件38。凸轮从动件可包括(但不限于)销或其它旋转轴承元件。t型杆38以可操作方式将活塞筒14连接到可旋转驱动臂22并且进一步连接到阀元件24。更具体地说，凸轮从动件42接纳于对应轭槽16内。应理解，机械连杆20可为替代性机械连杆，其被配置成将活塞筒14连接到阀元件24。
现参考图3，当线性驱动致动器12被接合以便施加恒力(f)时，活塞筒14在壳体32内竖直上下滑动，其中输出部分35在第一横向位置15与第二横向位置17之间移动。突起件34和导槽18被配置成旋转固定活塞筒14。在竖直移动期间，突起件34被固定因此在壳体32内保持静止，从而在竖直方向上沿着导槽18导引活塞14。
活塞筒14的竖直移动通过轭槽16的边缘48与突起件38的凸轮从动件42之间的接触将恒定驱动力(f)转变成旋转驱动力(r)。使凸轮从动件42与旋转驱动力(r)接合致使t型杆38从第一位置44(图1)旋转到第二位置46(图4a)。在所示实例中，作为非限制性实例，机械连杆20的旋转向左或沿顺时针方向50，从而提供变化的扭矩到阀元件24。板26也沿顺时针方向50旋转，从而提供部分打开或中间位置52。
转向图4a，随着活塞筒14竖直移动，凸轮从动件42在所述轭槽16内被导引并且致使t型杆38以及随后可旋转驱动臂22和阀元件24旋转。活塞筒14可在横向位置17处停止。活塞筒14内的凸轮从动件42的第二位置46与阀元件24的打开位置53对应，其中板26距关闭位置40(图1)大约70-90°。
图4b是示出90°处完全打开位置53的阀组合件24的俯视透视图。可了解，流37平行于板26并且随后几乎不对板26提供阻碍性扭矩。应了解，蝶阀可不旋转整个90°。蝶阀旋转到打开位置53的程度取决于在不同止挡角度处提供多少流量增益。图4b提供对以下的说明性解释：当板26处于打开位置53时，提供到板26的扭矩减小。
出于示范性目的，如本说明书中描述的打开位置53将被视为处于板26的旋转的完全90度处。90度打开位置并非是限制性的，且在以下段落中描述的轭槽16构形可应用于从板26的关闭到打开位置的任何旋转范围。
在使板26通过完全90度旋转移动从关闭位置40(图1)移动到打开位置53(图4a)时，沿着流动路径37通过管道36的流体与板26交互并且可促进或阻碍板26的旋转移动。如本说明书中描述的阻碍性扭矩抵消由旋转驱动力(r)产生的变化的旋转扭矩。在所示实例中，在板26通过完全90度旋转移动从关闭位置40(图1)移动到打开位置53(图4a)时，由沿着流动路径37传送的流体所产生的阻碍性扭矩在60度打开与80度打开之间最高。
当线性驱动力(f)施加于活塞筒14并且在旋转开始时(图1)转变成旋转驱动力(r)时，作为非限制性实例，当板26处于零度打开与40度打开之间时，管道36中的流体促成旋转扭矩，从而几乎不提供对旋转移动的阻碍性扭矩。在此旋转开始期间，需要相对小的力来打开板26。在示范性蝶阀中，板26从40度打开到60度打开的连续移动增加对板26的阻碍性扭矩量，需要从活塞上的恒定线性驱动力(f)到旋转驱动力(r)之间的转变得到增加的扭矩以便继续旋转板26。另外，60度打开与80度打开之间的旋转将需要最大扭矩，因为这是与沿着流动路径37传送的流体在板26上产生的最高量阻碍性扭矩相关联的范围。高阻碍性扭矩量将对应于高旋转驱动力(r)。最后，板26从80度打开到90度打开(图4a)的移动对应于较小扭矩要求，因为管道36中的流体几乎不提供对板26的旋转移动的阻碍性扭矩。
图5a和5b是具有可变梯度的两个示范性轭槽。如本文所解释，随着阀元件24从关闭位置40(图1)旋转到打开位置53(图4a)，需要变化的扭矩。转变成变化的扭矩的旋转驱动力(r)是因突起件38与轭槽16的边缘48之间的接触(图1)而引起的。因此，变化轭槽的梯度将改变从恒定线性驱动力(f)转变来的旋转驱动力(r)的量。以此方式，恒定线性驱动力(f)可提供具有不同梯度的不同旋转驱动力(r)。
在图5a中示出对示范性轭槽16a的较近观察。轭槽16a具有陡急倾斜件构形54，所述构形具有非常陡的梯度，接近竖直定向。其中凸轮从动件42的横向移动(l)显著小于活塞14的竖直移动(v)的陡急倾斜件构形54对应于板26的较小旋转移动。陡急倾斜件构形54还对应于最大扭矩，这是因为陡急梯度使得驱动力(f)能够转变成较大旋转驱动力(r)。与轭槽16相比，陡急梯度将来自活塞筒14的恒定线性驱动力(f)转变成相对大的旋转驱动力(r)以旋转机械连杆20以及因此旋转板26。虽然使变化的扭矩输出达到最大，但此倾斜件构形可能阻止板26的完全旋转。
相反地，如图5b中所示，示出轭槽16b中的平缓倾斜件构形56。这与其中凸轮从动件42的横向移动(l)显著大于活塞14的竖直移动(v)的情况下相关，对应于板26的较大旋转移动。平缓倾斜件构形56将来自活塞筒14的线性驱动力(f)转变成相对小的旋转驱动力(r)，以旋转机械连杆20以及因此板26。因此，虽然平缓倾斜件构形56使旋转移动达到最大，但其使变化的扭矩输出达到最小。
转向图6，考虑板26上改变的阻碍性扭矩，预期替代的示范性轭槽16c，其中变化的倾斜件构形58组合陡急倾斜件构形54(图5a)和平缓倾斜件构形56(图5b)两个的益处。变化的倾斜件构形58允许活塞筒14上的恒定线性驱动力(f)转变成所需的可变扭矩。轭槽16c示出为包括沿着活塞筒14的高度(h)变化的倾斜件。预期轭槽16c的变化的倾斜件构形58，使得具有与平缓倾斜件构形56(图5b)相同的斜率的平缓倾斜件构形66对应于板26从零度打开所述到40度打开。在最高阻碍性扭矩处，或板从60度打开旋转到80度打开时，提供陡急倾斜件构形64，其具有与陡急倾斜件构形54(图5a)相同的陡急斜率。最后，在板26到达完全打开位置53时，提供平缓倾斜件构形66。过渡区段60将变化的倾斜件构形58中心处的陡急倾斜件构形64连接到对应的平缓倾斜件构形66。
应理解，对应于不同倾斜件构形以及斜率值的板26的旋转程度可变化。虽然预期为具有多个平缓倾斜件构形区段56和中间陡急倾斜件构形区段54，但变化的倾斜件构形58可具有陡急倾斜件构形区段54与平缓倾斜件构形区段56的适于阀组合件10的任何组合。预期示范性蝶阀的最高阻抗(impedance)不同于其它阀组合件。本说明书中预期蝶阀，其中可实施具有倾斜件构形的不同组合的变化的倾斜件构形58的其它组合件作为非限制性实例包括齿条(rack)与小齿轮、苏格兰(scotch)轭、曲柄臂和球阀型阀组合件。
图7中示出旋转阀元件24的方法200。方法200包括在202处提供线性驱动力(f)到在本说明书中描述为活塞筒14的致动器的输出部分35。在204处，通过机械连杆20将输出部分35的线性驱动力(f)转换成可旋转驱动臂22的旋转驱动力(r)。接着在206处，阀元件24从其中板26处于关闭位置40(图1)的第一位置旋转到其中板26已使用旋转驱动力(r)从关闭位置40旋转90度到打开位置53(图4a)的第二位置。机械连杆20将线性驱动力(f)转换成具有变化的扭矩的旋转驱动力(r)，所述变化的扭矩取决于凸轮从动件42移动通过的变化的倾斜件构形58。
描述的顺序仅用于示范性目的且并不意在为限制性的。操作方法可采用任何次序，如所理解的那样，在不影响本公开的情况下，方法的部分可以不同逻辑次序进行，可包括额外或中间部分，或方法的所描述部分可划分成多个部分。举例来说，方法200可包括停止活塞筒14的操作以将板26保持在介于零与90度之间的任何给定中间位置52处。另外，可利用例如来自偏置元件30的弹簧力使板26返回到关闭位置40(图1)。
如本说明书中描述的阀组合件10使用具有可定制轭槽16的旋转受限的致动活塞来驱动阀元件24的旋转。用突起件34在旋转上限制活塞筒14，这允许当活塞筒14位置改变时将线性力转变成到机械连杆20的旋转力(r)。轭槽16的倾斜构形迫使凸轮从动件42沿着轭槽16移动，转而旋转t型杆39，使得可旋转驱动臂22旋转板26。另外可预期可通过改变导槽18以及轭槽16中的斜率达成额外机械优点。作为非限制性实例，在变化的倾斜件斜率58的陡急倾斜件构形64的区段上，导槽18可倾斜使得导引突起件34以产生额外旋转力(r)的方式接触导槽18。从轭槽16的边缘48到凸轮从动件42的平移旋转力(r)以及从导引突起件34到导槽的额外旋转力将产生旋转方向上的机械优点或更高力。
传统地，活塞大小确定为克服所需的最大扭矩。阀的转矩要求通常并非线性的，且致动器大小可设定成克服峰值要求使得致动器可过度设计成产生旋转阀元件所需的功。以上公开内容的方面允许定制扭矩输出。通过使轭槽的斜率变化以使扭矩输出符合所要响应来达成定制。通过并入定制的倾斜件构形，使需求和工作量匹配并且节省能量。变化的倾斜件构形概念还减少零件计数、成本和最终物品重量，这是因为其被调整成用于特定结果而非所需的最大结果扭矩。
本公开的各方面的技术优点包括将所需的扭矩构形准确地递送到旋转阀的能力，因此除了从简化驱动系获得的重量减少之外还允许通过能够使用较小致动器实现的重量减少。还允许较低成本组合件和较低重量组合件，这在例如航空行业等应用中可能是重要的。
虽然以上说明书关于蝶阀论述本公开的方面，但是应了解，本公开的方面可用于任何阀组合件中。
本书面描述用实例来公开包括最佳模式的本公开，并且还使所属领域的技术人员能够实施本公开，包括制造和使用任何装置或系统以及执行任何包括在内的方法。本公开的可获专利的范围由权利要求限定，且可包括所属领域的技术人员所想到的其它实例。此类其它示例如果具有并非不同于权利要求书的字面语言的结构要素，或如果包括与权利要求书的字面语言无实质差异的等效结构要素则既定在权利要求范围内。