专利名称：压力平衡阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及用于平衡流体压力的装置。本发明特别涉及用于平衡多个流体源之间的流体压力的平衡阀。
图1是一个现有技术材料处理系统的示意图。一个风门，如风门1是一个借助于重力将飞灰或其它干燥的自由流动的颗粒从一个压力区传送至另一个压力区。例如，在图1的系统中，颗粒收集在一个上方的料斗2中，并且通过气动阀3的操作将一定控制量的颗粒落入风门1中。借助于另一个气动阀4的操作，每个控制量的颗粒落入到带有压力传送流体如空气供给的传送管5中。传送管中的空气通常压缩到20psi，但可以压缩到25psi。
由于压力传送流体的压力通常高于风门1中的接近大气压的压力，如果压力不平衡，压力差会减慢颗粒从风门1进入到管道5的运动。因此，现有技术的材料处理系统如在图1中所示的系统通常包括一个压力平衡阀6。
图1和图2-3描述了两种现有技术平衡阀6′，6″。每个平衡阀6′，6″分别包括一个孔7′，7″，经过一个流体管线7与风门1相通，一个孔8′，8″，经过一个流体管线8在点5a处与传送管5相通，一个孔9′，9″，经过一个流体管线9与料斗2相通。每个平衡阀6′，6″还分别包括阀门10′，10″，分别由驱动器11′，11″操作，分别转换地封闭孔8′，9′和8″，9″。
一个平衡阀6，6′，6″通常如下操作。当一定量的颗粒从料斗2落入风门1之前，阀3，4处于关闭位置。驱动器11′，11″所处的位置是孔8′，8″关闭，孔9′，9″打开。这样，料斗2和风门1相通，料斗2内颗粒上方的压力与风门1中空气的压力几乎相等，并且接近大气压。通过打开和定时关闭阀3，一定量的颗粒落入风门1。然后，驱动器11′，11″操作使得孔8′，8″打开，孔9′，9″关闭。这样传送管5在点5a处与风门1相通，并且风门1中的空气压力几乎等于传送管5中点5a处的高得多的空气压力。通常压力不完全相等，因为系统中存在着压降。依赖于风门1的容量，整个压力平衡过程通常不超过5～15秒。
通过打开阀4，颗粒在点5c处落入传送管5，并且由管5输送走。应当注意，5c处的空气压力比5a处的空气压力低得多(风门1中也是这样)，因为在管5的点5a和5c之间设有一个孔口5b。风门和点5c之间产生的压降使颗粒流入管5。当阀4关闭时，一些残留颗粒通常留在风门1中。驱动器11′，11″相应地操作关闭孔8′，8″，打开孔9′，9″，这样风门和料斗相通并且风门1中的空气压力与料斗2中的接近大气压的空气压力平衡。在每个压力平衡过程中，由于传送管5与风门1之间的以及后来风门1和料斗2之间的空气压力差很大，因此通过平衡阀6′，6″的空气速度几乎可以达到声速。另外，在风门1与料斗2之间的压力平衡过程中，流过平衡阀6′，6″的空气通常从风门1带走一定量的散沙，这些空气/颗粒混合物在高速流动时，磨损很严重。
现有技术的压力平衡阀6′，6″存在着严重的不足。首先，这种阀6′，6″磨损率很高，特别是考虑到阀口9′，9″和阀门10′，10″以及驱动器11′，11″，它们循环地面对接近声速的空气流中挟带的颗粒。据估计，这些件的磨损率与v2成正比，其中v等于空气颗粒混合物的速度。对于一些现有技术平衡阀6，投入使用三个月内就需要更换是很平常的。
而且，如阀6′，6″的压力平衡阀是这样设计的，当驱动器11′，11″操作在孔封闭位置之间移动时，有一段时间相应的孔8′，9′和孔8″，9″打开，允许风门1，料斗2和输送管5之间同时压力平衡。在与图1所示的压力系统相反的真空操作的系统中，这种瞬时三通平衡会导致将颗粒吸入到负压泵中，增加这种泵的保养。
从上面看出，本发明的目的是提供一种改进的压力平衡阀。
本发明的另一个目的是提供一种磨损率较低的压力平衡阀。
本发明的另一个目的是提供一种抑制非故意的流体源的瞬时平衡的压力平衡阀。
本发明的另一个目的是提供一种具有抗磨损的内部元件的压力平衡阀。
本发明的另一个目的是提供一种具有易于维修和更换的内部元件的压力平衡阀。
以上目的及其它未列举的目的由一种依照本发明的压力平衡阀完成，交替平衡第一流体源与至少两个第二流体源之间的压力。本发明的压力平衡阀包括一个阀体，该阀体包括一个与第一流体源相通的第一孔和至少两个分别与至少两个流体源相通的第二孔；一个阀门可以在第一平衡位置，即所述阀门允许流体流过一个所述第二孔并且限制流体流过另一个所述第二孔，基本平衡第一流体源与一个第二流体源之间的流体压力的位置，与第二平衡位置，即所述阀门限制流体流过该一个所述第二孔而允许流过该另一个所述第二孔，基本平衡第一流体源与另一个第二流体源之间的流体压力的位置之间转动。该阀还包括一个该阀体中在所述第一孔与所述第二孔之间的腔室，在垂直于所述第一孔的中心轴的平面内测量，所述腔室的一个最大的横截面基本上比所述第一孔的最小横截面大。
本发明的目的还可以由一种交替平衡第一流体源与至少两个第二流体源之间压力的压力平衡阀完成，它包括一个阀体，该阀体包括一个与第一流体源相通的第一孔和至少两个分别与至少两个流体源相通的第二孔，控制流体流过所述第二孔的流动，允许流体交替流过第二孔，而不是同时，交替平衡第一流体源和第二流体源之间压力的装置，以及所述阀体中在所述第一孔和所述第二孔之间相连的用来降低流体从所述第一孔到至少一个第二孔的流动速度的装置。
本发明的较佳实施例将参照附图进行更详细的描述，同样的元件采用相同的标号。其中图1是现有技术处理系统的示意图；图2是现有技术压力平衡阀的剖视图；图3是另一个现有技术压力平衡阀的剖视图；图4是本发明压力平衡阀第一实施例的主视图；图5是图4的沿线V-V的剖视图；图6是图4的沿线VI-VI的剖视图；图7是图6的沿线VII-VII的剖视图；图8是本发明压力平衡阀第二实施例的相似于图6的视图。
参照图4-7，与本发明第一实施例结合的压力平衡阀16包括一个阀体18，一个第一孔22与第一流体源如在图1的材料处理系统中的风门1中的空气相通，和一对第二孔24，26分别与一对第二流体源如料斗2中的空气和输送管5中的压缩空气相通。如图5所示，第一孔22位于阀体18的第一壁28，第二孔24，26位于阀体18的第二壁30，其中第二壁正对第一壁。另外，一个第一孔22的中心轴A和一个第二孔24的中心轴B在同一条线上(见图5和图6)，并且第二孔26相对于该线成约10-15度角，从而第二孔26的中心轴C在相对于轴A约10-15度的沿线上，并且延伸进入第一孔26(见图5)。这些特性的重要性将在下面作进一步说明。
阀16还包括一个活塞32与汽缸(未示出)滑动连接并且由一个销钉36使活塞32与连杆34铰接。连杆34通过销钉40与连杆38铰接，并且连杆38固定到旋转销42上，抑制连杆38相对于旋转销42的转动。在阀体18中，一个阀驱动器44固定到旋转销42上使得阀驱动器44相对于放置销42的旋转受到抑制。这可以从图6和图7中看出，阀驱动器44大体呈三角形并且包括一对延伸的空柱46。一个细长的卵形阀门50较好地由镍基硬材料(ground Ni-hard)制成并且具有一对柱状延伸物52使得柱状延伸物52滑动安装在延伸的空柱46内。每个延伸的空柱46包括一个弹簧，如圈簧56，使得阀门50偏离阀驱动器44。阀体18进一步包括一个阀座板58较好地由镍基硬材料(ground Ni-hard)制成并且固定到第二壁30的内表面上。阀座板58具有一对开口60，62在两个第二孔24，26形成共面阀座64，66。因为阀门50由弹簧偏离阀驱动器44，因此它也偏离阀座板58。这将在下面作进一步说明，阀门50的作用是控制流体交替流过第二孔24，26。
阀16所用的全部材料具有750°F等级。
阀体18进一步包括一个位于第一壁28和第二壁30之间的腔室70，该腔室位于第一孔22和第二孔24，26之间。腔室70相对于孔22，24，26很大。这样，在垂直于第一孔22的中心轴A的平面内测量，如在包含图6所示的线D和E的平面内测量，腔室70的最大横截面积大于第一孔22的最小横截面积，这将在下面作进一步说明。
参照图1和图4-7对压力平衡阀16的第一实施例的结构和操作进行说明。如上所述，第一孔22通常与第一流体源相通，如通过流体管线7与风门1内的空气相通，一个第二孔24通常与一个第二流体源相通，如通过管线9与料斗2相通，而另一个第二孔26通常与另一个第二流体源相通，如通过管线8与输送管5相通。在一个第一平衡位置，阀驱动器44和阀门50从图7所示位置顺时针大体旋转80-85度。阀门50由弹簧偏置在阀座66上用来关闭开口62使流体不能流过第二孔26，允许流过第二孔24。如果阀16用在图1所示的系统中，一定量的颗粒在等待从料斗2进入风门1中，则阀门50在第一平衡位置。料斗2和风门1是这样相通的，料斗2中颗粒上方的空气压力和风门1中的空气压力几乎相等，接近大气压力。然后借助于阀3一定量的颗粒降落到风门1中。
当活塞32缩回，如图4顺时针拉动连杆34，38时，如图4顺时针转动旋转销42，旋转销42的转动(图7为逆时针)使得阀驱动器44和阀门50如图7绕旋转销42逆时针转动。阀门50从第一平衡位置移动到中间位置，阀门50由弹簧偏置在阀座64，66上，将两个开口60，62关闭，限制流体流过第二孔24，26。从阀门50移动到这一点，阀门50保持由弹簧偏置在阀座64上，但是连续运动使阀门50滑动通过开口66，直至阀门50在第二平衡位置，由弹簧偏置在阀座64上，关闭开口60。在第二平衡位置，如图7所示，阀座50限制流体流过第二孔24，并且允许流过第二孔26，基本平衡第一流体源和另一个第二流体源之间的流体压力。如果阀16用在图1的系统中，输送管5将与风门1相通，风门1中的空气压力基本等于输送管5中的高得多的空气压力。由于系统中存在压力降，因此压力通常不完全平衡。然后借助于阀4，颗粒降落到输送管5中，由管5运走。
当活塞32及阀驱动器44执行相反的操作时，阀门50通过中间位置移动回来到第一平衡位置，流体不能流过第二孔26，允许流过第二孔24，使第一流体源和第二流体源之间的压力基本平衡。如果阀16用在图1的系统中，风门1和料斗2将再次相通，并且风门1中的空气压力与料斗2中的接近大气压的空气压力基本平衡。
在每个压力平衡过程中，由于通常希望存在的第一流体源与第二流体源之间的很大的压力差，阀体18中进入到腔室70的流体速度，例如从第一孔22进入，几乎可以达到声速。但是，由于在垂直于第一孔22的中心轴A的平面内测量，腔室70的最大横截面积大于第一孔22的最小横截面积，流体从第一孔22流到第二孔如第二孔24的速度将有所降低。
此结果是由群流速度方程式规定的，它表明当一流体流过一个密闭的空间，该空间的横截面积乘以流体的速度和流体密度等于一个常数。这样，假设密度保持不变，如果该空间的横截面积增加，流体的速度将成比例地减小。当流过阀16的流体在气体中包含颗粒物质时，发现颗粒物质在通过腔室70时通常保持在气体中。这样虽然由于管线中和阀16中正常的压力损失，流体密度降低不明显，流体密度保持相对不变。因此，腔室70增加的横截面积表现为流体流过腔室70的速度相对降低。在实际测试中发现，一个阀包含有具有一个最大横截面积的腔室，大体为14倍的第一孔的最小横截面积，改善了现有技术压力平衡阀的磨损率。据估计，在这样的阀中流过的流体速度从第一孔到第二孔降低14倍。如上所述，相信磨损率的变化与v2成正比，并且据估计在这种阀的阀驱动器和阀门上的磨损率可以降低2.744倍。由于速度和磨损率之间是指数关系，相信具有一个最大横截面积的腔室70，大体为10倍的第一孔22的最小横截面积，将降低流体流过腔室的速度，产生很好的磨损率结果。在这样一个阀中估计流体速度降低约10倍，磨损率的降低接近102。
另外，相信第二孔24，26在第二壁30上面对第一孔22，从而第二孔24，26的中心线B，C或者在第一孔的中心线A上或者与之成10-15度角，这样设置并且延伸进入第一孔22可以有助于降低阀内部件的磨损由于第二孔24，26的这样设置，从第一孔流到一个第二孔24或26，或从一个第二孔24或26流到第一孔22的流体相对流线型地流过阀16，这样使内部阀件较少地遭到来自于挟带在流体中的颗粒的磨损。另外，由于阀座板58和阀门50由镍基硬材料(ground Ni-hard)制成，比较耐磨损。
应当看到，由于阀门50到达中间位置，使流体不能流过两个第二孔24和26，每当阀门在第一平衡位置和第二平衡位置之间移动时，阀16限制第二流体源之间的瞬时平衡。当阀16用在负压系统中，此特性用来限制挟带在流体中的颗粒流入负压泵，从而减少了泵的磨损和泵的保养。
本发明的又一个优点来自于阀16的结构。具体说，参见图4和6，第二孔24，26，连杆34，38，旋转销42，阀驱动器44利阀门50都是直接安装或间接安装到阀体18的第二壁上，并且第二壁30由6个螺栓安装到阀体18的其余部分。因此，阀驱动器44和阀门50可以很容易地进行维修和更换，仅需要使活塞32脱离销36，松开螺栓31，取下第二壁30。
图8表示了本发明的压力平衡阀116的第二实施例，阀116与阀16相同的件采用相同的编号。阀116的结构和作用与阀16相同，只有一点例外。具体是，阀116包括一个长的可以取下的门180，使阀116可以在现场保养。可取下的门180在现场紧急情况下很有用。
应当认识到，用在说明书和权利要求中的术语“流体”可广泛地代表各种流体，包括一种气体，一种气体/固体混合物，一种气体/液体混合物，或者一种液体。另外，这里使用的术语“流体源”可广泛地代表任何群流，包括压力非常高或非常低的群流，如在负压系统中。还应当认识到，孔22，24，26描述成与阀体18一体，但是它们可以是固定到阀体18上的分离部分，或者可以包括固定到阀体18h上的流线终端。而且，虽然阀座板58和阀座64，66描述成与阀体分离，但是阀座板58可以从阀16上取下，使得阀座64，66包括孔24，26的终端。在这样的实施例中，孔24，26是共面的。而且，虽然操作阀驱动器44来移动阀门50的操作装置表示为包括一个活塞32，连杆34，38和旋转销42，但是其它操作装置，如一个旋转式的驱动器可以使用，并且可以得到本发明的有益效果。
在前面的说明中描述了本发明的原理，一个最佳实施例和操作方式。但是，要保护的发明不局限于公开的特定的实施例。因此实施例是说明性的，而不是限定性的。不离开本发明的主题可以做出各种改变。因此，各种落入本发明权利要求限定的主题和范围内的改变属于权利要求保护的范围。
权利要求
1.一种交替平衡第一流体源与至少两个第二流体源之间压力的压力平衡阀，包括一个阀体，该阀体包括一个与第一流体源相通的第一孔和至少两个分别与至少两个流体源相通的第二孔；一个阀门可以在第一平衡位置，即所述阀门允许流体流过一个所述第二孔并且限制流体流过另一个所述第二孔，基本平衡第一流体源与一个第二流体源之间的流体压力的位置，与第二平衡位置，即所述阀门限制流体流过该一个所述第二孔而允许流过该另一个所述第二孔，基本平衡第一流体源与另一个第二流体源之间的流体压力的位置之间转动；和一个该阀体中在所述第一孔与所述第二孔之间的腔室，在垂直于所述第一孔的中心轴的平面内测量，所述腔室的一个最大的横截面至少比所述第一孔的最小横截面大10倍。
2.根据权利要求1的一种压力平衡阀，其特征在于所述该腔室的最大横截面比所述第一孔的最小横截面大14倍。
3.根据权利要求1的一种压力平衡阀，其特征在于与所述两个第二孔的中心轴重合的线延伸进入所述第一孔。
4.根据权利要求1的一种压力平衡阀，其特征在于所述阀门可以进一步移动到一个位于第一平衡位置和第二平衡位置之间的中间位置，在该处所述阀门限制流体流过两个所述第二孔。
5.根据权利要求4的一种压力平衡阀，其特征在于所述阀体进一步包括一个阀座在每一个所述第二孔，其所述阀门是细长的，并且当该细长阀门在所述第一位置时该阀门延伸通过一个所述阀座，当该阀门在所述第二位置时延伸通过另一个所述阀座，并且当该阀门在所述中间位置时，延伸通过两个阀座。
6.根据权利要求4的一种压力平衡阀，其特征在于所述阀座是共面的。
7.根据权利要求1的一种压力平衡阀，其特征在于还包括一个阀驱动器，所述阀门滑动连接到阀驱动器上并且由弹簧偏置远离所述阀驱动器；和操作所述阀驱动器在第一平衡位置和第二平衡位置之间移动所述阀门的装置。
8.根据权利要求7的一种压力平衡阀，其特征在于所述阀体包括一个阀座在每一个所述第二孔，其所述阀门是细长的，并且当该细长阀门在所述第一位置时该阀门延伸通过一个所述阀座并且由弹簧偏置在该阀座上，当该阀门在所述第二位置时延伸通过并且由弹簧偏置在另一个所述阀座，并且当该阀门在所述中间位置时，延伸通过并且由弹簧偏置在两个阀座。
9.根据权利要求1的一种压力平衡阀，其特征在于所述阀体包括一个门，以便进行阀的内部保养。
10.一种交替平衡第一流体源与至少两个第二流体源之间压力的压力平衡阀，包括一个阀体，该阀体包括一个与第一流体源相通的第一孔和至少两个分别与至少两个流体源相通的第二孔；控制流体流过所述第二孔的流动，允许流体交替流过第二孔，交替平衡第一流体源和第二流体源之间压力的装置；和所述阀体中在所述第一孔和所述第二孔之间相连的用来降低流体从所述第一孔到至少一个第二孔的流动速度的装置。
11.根据权利要求10的一种压力平衡阀，其特征在于所述速度降低装置降低从所述第一孔到所述一个第二孔的流动速度为至少10倍。
12.根据权利要求10的一种压力平衡阀，其特征在于所述速度降低装置包括一个阀体中连接所述第一孔和所述第二孔的腔室，在垂直于所述第一孔的中心轴的平面内测量，所述腔室的一个最大的横截面至少比所述第一孔的最小横截面大10倍。
13.根据权利要求12的一种压力平衡阀，其特征在于所述该腔室的最大横截面比所述第一孔的所述横截面大14倍。
14.根据权利要求12的一种压力平衡阀，其特征在于与所述两个第二孔的中心轴重合的线延伸进入所述第一孔。
15.根据权利要求10的一种压力平衡阀，其特征在于所述控制装置包括一个阀门，其可以在第一平衡位置，即所述阀门允许流体流过一个所述第二孔并且限制流体流过另一个所述第二孔，基本平衡第一流体源与一个第二流体源之间的流体压力的位置，与第二平衡位置，即所述阀门限制流体流过该一个所述第二孔而允许流过该另一个所述第二孔，基本平衡第一流体源与另一个第二流体源之间的流体压力的位置之间转动。
16.根据权利要求15的一种压力平衡阀，其特征在于所述阀体包括在每一个所述第二孔的阀座，其所述阀门是细长的，并且当该细长阀门在所述第一位置时该阀门延伸通过一个所述阀座，当该阀门在所述第二位置时延伸通过另一个所述阀座，并且当该阀门在所述中间位置时，延伸通过两个阀座。
17.根据权利要求15的一种压力平衡阀，其特征在于还包括所述阀门的驱动装置，所述阀门滑动地安装在所述驱动装置上，并且由弹簧偏置远离所述驱动装置；和操作所述驱动装置在第一平衡位置和第二平衡位置之间移动所述阀门的装置。
18.根据权利要求17的一种压力平衡阀，其特征在于所述阀体包括在每一个所述第二孔的阀座，其所述阀门是细长的，并且当该细长阀门在所述第一位置时该阀门延伸通过一个所述阀座并且由弹簧偏置在该阀座上，当该阀门在所述第二位置时延伸通过并且由弹簧偏置在另一个所述阀座，并且当该阀门在所述中间位置时，延伸通过并且由弹簧偏置在两个阀座。
19.根据权利要求10的一种压力平衡阀，其特征在于所述阀体包括一个门，以便进行阀的内部保养。
全文摘要
一种交替平衡第一流体源与至少两个第二流体源之间压力的压力平衡阀，包括一个与第一流体源相通的第一孔和至少两个分别与至少两个流体源相通的第二孔；一个阀门可以在允许流体流过一个第二孔并且限制流体流过另一个第二孔的第一平衡位置，与限制流体流过上述第二孔而允许流过另一个上述第二孔的第二平衡位置之间转动。该阀门还包括一个该阀体中在第一孔与第二孔之间的腔室。
文档编号F16K11/074GK1152682SQ9611228
公开日1997年6月25日 申请日期1996年8月9日 优先权日1995年8月9日
发明者比德K·叶希万特 申请人:巴布考克及威尔考克斯公司