专利名称：用于节流球阀的插头的制作方法
技术领域：
本发明主要涉及一种用于管道中流体流动容量控制的球阀，更具体地说，是一种用于球阀的插头以及在暖通和空调系统中提供可选择性流速条件的一套插头。
无论是手动、液压球阀，还是电动球阀，它们都包括固定在阀体中两密封之间所嵌的圆球。一驱动器通过从球中伸出的密封杆使阀体中的球在全开和全闭位置之间转动。
如
图1A到图1D所示的典型的球阀，相应于穿过阀体每一端的同样的通道，圆球上具有统一直径的贯穿孔。当球阀处于全开位置时，孔轴向对准，由此流体流过通道时阻力最小。当逐步拧动连接密封杆的手柄(或其它驱动器)时，球的暴露区域及其相配的密封会类似于一小“指甲”形状或月亮形状，并随着手柄移动的程度急剧变宽，如图1B和图1C所示。两圆周通道所形成的相交区域产生无法预料的和对流体极端敏感的“暴露”区域，因而很难用球阀得到想要的流量。
例如，球阀经常用作平衡循环加热(暖通和空调或“HVAC”)闭路系统。球阀通常带有内装的文氏管流量计和/或测速口以便精确的测量流过球阀的流量。但是，球阀的标准结构由于其对手柄移动的敏感性而不利于精确设定。因此，有可能在最后的驱动器的每一侧进行几步调整才能达到所要的流量。
为了减小敏感性问题，一些球阀开设有相对较小尺寸的孔以减缓低流量调整。尽管这些球阀具有较好的容量控制性能，但是在当球阀完全打开时需呈高流量状态的系统中会产生不良的高磨损。
可选择地，球阀的通道中可装有可替换的孔口以便改进节流和控制。例如，日本Toyo公司发布了具有钻石形状通孔的圆球的球阀。另外，Lester等拥有的美国专利第5,593,135号公开了一种具有穿过球的大部分的圆柱孔的塑料圆球的球阀。而且，孔的一端被作为圆球的一部分的节流墙局部封闭。该节流墙具有长方形开口，当球在阀体中被转动时，该开口可提供更线性的流动条件。
然而，这些球阀需要整体铸造或机加工的圆球用于获得所希望的各种流动条件或“Cv取值”。另外，钻石形状或其它特别的开口可能不能提供用于特殊用途的线性或其它所希望的容量流动控制。而且，当使用诸如铜或不锈钢之类的常规材料制造并加工这些专用的球阀时，制造更困难，成本更高。
因此，有必要提供一种比常规的球阀可更精确的进行容量流动控制的球阀。
另外，也需要一种可提供具有多种可选择的流动条件的，并且制造容易，不需要专用的成形方法的球阀。
本发明涉及一种球阀及一种用于球阀的插头以便提供精确的，基本上线性的，和/或对通过球阀的流体的容量的等百分比流量特性的控制。本发明也涉及一种容量控制插头以及一套用于球阀的可提供多种预定流动条件的插头。
本发明的一方面提供了一种插头装置，其附接在球阀的阀件上用于提供一通过球阀的预定流动条件。插头装置具有和阀件的外表面相对应的基本为凸面的形状。一连接器安置在插头周围以便把插头跨接在通过阀件的通道上。插头装置具有伸长的狭缝，如长方形或抛物线形的开口，通过此狭缝可提供通过阀件通道的预定流动条件。
在本发明的另一方面中提供万向流动控制装置，包括一球阀和可提供一系列通过球阀的预定流动条件的多个容量控制插头。球阀具有阀壳，在阀壳中具有伸进阀座并从中穿出的逆流和顺流通道，由此限定了一条穿过阀壳的纵轴。
一具有穿过其全身的孔的阀件可转动的安装在阀座里，从而孔和纵轴对准。当阀件在全开和全闭位置转换时，孔和逆流及顺流通道一起限定了一条通过阀壳的可调整流体通道。
多个插头分别跨接通道，每个插头具有一细长的开口，用于提供通过流体通道的一预定流动条件。阀件和每个插头包括一用于把插头通过孔装入阀件的连接器，如支脚和凹穴。
本发明第三方面提供的球阀可实现对基本呈线性容积的流动控制。球阀包括阀壳，阀壳具有沿纵向轴穿过其全身的通道。一具有穿过其全身的孔的阀件安置在阀壳中，孔和通道对准。阀件可在开和关位置之间围绕横向轴转动，这样，当阀件分别在其开、关位置之间转动时，孔和通道限定了一条可在最大流量状态和最小流量状态之间调整的流体通道。
球阀包括一大体穿过流体通道伸长的具有抛物线开口的容量控制件。抛物线开口具有抛物线形状以便在阀件转动时通过阀件在开和关位置之间的移动提供在最高流量状态和最低流量状态之间基本同等程度的流动特性。最好容量控制件是一种如上所述安装在所述通道中的容量控制插头。
因此，本发明的主要目的是提供一种容量控制插头以及一套可选择性的安装在球阀上的此种插头以便提供通过球阀的预定流动条件。
本发明另一个目的是生产出一种可提供精确的和/或大体成线性的预定流动条件的球阀并且不需专门的机加工或铸造。
本发明的其他目的和特征在下面结合附图的描述中会更加清楚。
图1A到图1D为一种常规的球阀的端剖视图，图中显示了在全开和全闭位置之间移动的圆球；图2A为本发明的一球阀的横截面图；图2B为本发明的一容量控制插头的正视图；图2C为图2A中的球阀的另一实施例的局部剖视图；图3A到图3D为图2A中的球阀的端剖视图，显示了在全开和全闭位置之间移动的阀件；图4为本发明的具有通过球阀流体通道的一抛物线开口的球阀的端视图；图5A到图5D为图4中的球阀的端剖视图；图6为本发明的球阀的一又一实施例的横截面图；图7为一常规的球阀的流动特性和本发明的球阀开口的流动特性相比较的表。
图2A表明了本发明的一球阀10。球阀10通常包括阀壳12，阀座14，阀件16，以及容量控制插头18。可用常规材料制造的阀壳12具有一用于容纳阀座14和阀件16的空腔20，一通道22沿纵轴23轴向伸进空腔20中并从其中伸出。通道22限定了一管道，当球阀10装在诸如循环加热的HVAC系统(未示出)等的流体传输系统中时，诸如空调气之类的流体可通过此管道流动。
阀座14是一密封件用于可转动的将阀件16固定在空腔20中。阀座14在阀件16的外表面38和阀壳12之间形成了一种流体紧密封，同时允许阀件16在其中转动。阀座14通常由诸如塑料或复合塑料之类的常规材料制成，最好用特氟隆，并可做成多个部分，如逆流和顺流部分或上部分和下部分(未示出)且可分别装进空腔20中支持阀件16。
阀件16通常为圆球24，圆柱孔26轴向穿过圆球24。圆柱孔26通常具有大体对应于穿过阀壳12的通道22的直径的直径。如下面将要说明的，圆球24也包括孔26之中的凹穴28以固定容量控制插头18。多个凹穴28最好开在临近一端的孔26周围的预定位置处以在预定的方向上可拆卸的固定容量控制插头18，当然，阀件16上也开设环形槽(未示出)而取代凹穴。
阀件16通常由常规的能够在使用中经受流动状况和流体碰撞的耐久性球阀材料制成。阀件最好用诸如铜或不锈钢之类的金属制成，以便和诸如铸造之类的工序相比具有精确的容差。然而，阀件16也可以制成诸如圆柱或平圆锥状的结构，和/或使用同领域技术熟练人员所熟悉的方法来制造。
另外，阀件16包括一阀杆30，阀杆30穿过阀壳12中的杆孔32从阀件中伸出来。阀杆30最好沿大体垂直于纵轴23的横轴34安装在圆球28上。一手柄36，或电力、液压及其它机械化驱动器(未示出)被安装在阀杆30上以转动阀座14及空腔20中的阀件16。
球阀10也包括一穿过阀件16的孔26安装的容量控制插头18。容量控制插头18最好为具有大体对应于阀件16的孔26的直径的直径的盘状件40。盘状件40具有大体对应于阀件16的外表面38的外凸表面42。如图所示，内表面44可基本上为平面，也可以为和外表面42类似的凸面(未示出)。
可替换的是，容量控制插头18可以具有其他形状，如大体成矩形的形状(未示出)。在本实施例中，容量控制插头18应小到可插入通道22中，并且其外围应大体与容量控制插头18安装在阀件16位置处的孔26的形状。然而，为便于制造，盘状容量控制插头18最好如阀件16一样可使用一般常规的加工方法，而不必用专门的设计和加工方法制造。
盘状件40具有多个支脚或拉手48用于把容量控制插头18固定到阀件16上。支脚48最好作为整体的一部分对应于阀件16上的凹穴28的位置形成在盘状件40的周围，并如下所述具有弹性变形性以便有利于安装容量控制插头18。可替换是，盘状件40可包括一对应于阀件16上的类似槽(未示出)的环形槽或拉手(未示出)。
另外，对应于阀件16上的类似的凹穴形状(未示出)，一个或多个支脚48可以具有唯一的形状，如比其他支脚的尺寸大。该支脚形状可保证在孔26中容量控制插头18的开口46对齐。
可更换的，其他相配的连接器和/或附件或校准机构可以安置在容量控制插头18和阀件16的周围，如相配的纤维胶，粘合剂等。例如，如图2B和图2C所示，盘状件40可包括校准拉手52以便将其容纳进阀件16中的对应狭缝54中。
最后，盘状件40包括一轴向伸长的细长狭缝或开口。在第一个最佳实施例中，开口46为长方形(见图3A-3D)，而在第二个实施例中，开口46为抛物线形(见图5A-5D)。当容量控制插头18正常安装在阀件16上时，开口46最好沿大体垂直于横轴34的平面伸展。开口46最好具有预定的宽度，高度和横截面形状以便提供预先选定的流动条件，即在阀件16处于全开位置时的最大流量和阀件16处于全闭位置时的最小流量(典型的零点)之间提供精确的容量控制。
容量控制插头18可采用各种常规的工序制成的常规材料，如塑料或金属，也可用各种常规的工序。最好用喷射成型塑料，因为它们可提供高容差插头且制造效率高。这种塑料也可保证支脚48的弹性变形性能，有利于容量控制插头的安装。
支脚48最好既有钢度又有弹性以便当容量控制插头18压入通道22和孔26时可被压缩并弹性卡进凹穴28中以固定容量控制插头18。支脚48也可以充分挠曲有利于用工具(未示出)从凹穴28中取出支脚48，由此可将容量控制插头18从阀件16上拆卸下来而不损坏球阀10的任何一元件。
为了安装和使用本发明的球阀10，可以用常规的加工工序加工不带有容量控制插头18的已装配的球阀10。除了诸如凹穴28和/或54(图2C)之类的连接器可以装在阀件16的孔26中外，球阀10的外观和制造方法最好和常规的大体相似。可更换的，对改进的应用，如图1A-1D所示的常规的球阀410可不带连接器，连接器可形成在阀件416上，例如可在其内机加工凹穴(未示出)。
可安装一套容量控制插头，如图2A中所示的容量控制插头18。每个容量控制插头18具有对应于阀件16的孔26的同样的直径或横截面。然而，对应于一最高流动条件，每个容量控制插头18具有不同的开口46，如具有不同宽度和高度的长方或抛物线开口。因此，该套容量控制插头可提供多个流动条件，即使用者可在全开和全闭位置之间选择一预定范围的流量。
从那套用于向球阀10的给定使用状况提供一预定流动条件的容量控制插头中选择一容量控制插头18。当阀件16处于全开位置时，容量控制插头18被导入通道22中。开口46可以沿垂直于横轴34的平面被校准，例如，通过一校准件，如在容量控制插头18上具有的一放大的支脚(未示出)的定向，同时在阀件16上有一对应的放大的凹穴(未示出)。当容量控制插头18进入通道22和/或孔26中时，如上所述，可以轻轻压进支脚48直到容量控制插头扩及凹穴28中。于是支脚48和凹穴28啮合或咬合，穿过孔26把容量控制插头18固定在阀件16上。
然后球阀10可以被安装在诸如HVAC闭路系统的流动系统中，并用来提供容量流动控制，球阀10的流动控制取决于所选择的容量控制插头18的尺寸和形状。如图3A到3D所示，第一个最佳实施例中的具有大体呈长方形的开口146的容量控制插头18被固定在球阀10上。在图3A中，所显示的球阀10处于全开位置，在此位置长方开口146大体穿过通道22伸展。
当手柄35和阀件16被转动时，长方开口146逐步从通道22中退出(见图3B和3C)直到阀件16达到全闭位置(见图3D)，在此点上通道22完全关闭并被密封，以致没有流体流过球阀10。因此，阀件16可以在图3A和图3D所示的任何位置定位，如图3B到图3C所示，由此提供可选择的流速。
球阀10的一个重要特征在于随着阀件16的每一度转动，长方开口146沿由阀件16的外围38限定的弧形线性移动一段距离。因此，当阀件16关闭时，流动通道22的横截面以大体线性的方式收缩。
相反，如图1A到1D所示，当阀件416转动时，常规的球阀410的流动通道422经历一突然和剧烈的节流。这种敏感性可能会恶化将球阀410设定在一希望的流量的稳定性，因为当阀件416转动时，可能快速经过实现所希望的流量的精确位置，因此导致球阀416很难实现所希望的设定定位。
参看图4及图5A到5D，容量控制插头118的第二个最佳实施例具有一抛物线开口246。除了具有一抛物线开口246的容量控制插头118外，球阀10的其他元件与上面所描述的相同。抛物线开口246的高度h沿其宽度w变化而呈抛物线形，不象长方形开口146那样具有大体恒定的高度。与上面长方形开口146相类似，抛物线开口246在常规球阀的基础上改进了容量控制，并尤其提供了一种最好在自动温度控制系统中使用的等百分比流量特性。
如图7所示，抛物线开口246和长方形开口146在常规的球阀上改进了容量流动控制。曲线60,62和64分别表示当球阀的杆位置在最小值(0)和最大值(1)之间功能变化时，即当阀在全闭(0)和全开(1)位置之间转动时，的常规球阀开口，长方形开口及抛物线开口的流量。
如上所述，开口46沿由阀件16的外围38限定的弧形运动。因为流体通过通道22轴向流动，该弧形可有效的突出在通过球阀10的通道22的横截面上。因此，当阀件16转到一个特定的角度时，通道22不会被真正的线性方式阻塞住。
尽管上述长方形开口146接近线性容量控制，但抛物线开口246更精确的补偿了容量控制插头118运行的弓形或非线性路径，因为抛物线开口246提供了一个沿通道22突出的横截面以便当阀件116转到一特定的角度时以大体等百分比流量特性的方式阻塞通道22。因此，抛物线开口246的高度h可以基于阀件16的直径和希望的流动条件范围计算确定。
例如，如图5A和图5B所示，当阀件16开始从其全开位置转动时，抛物线开口246的运动更垂直于通道22的轴，因此，通道22可很快节流。在图5B和5C中，通道22节流更慢，这是因为开口146的弧形运动更正切于通道22的纵轴23(在图5A-5D中未示出)。因此，常规的球阀的阀件可能不得不拧更大的角度才能获得通过其通道的流体流量的可比较的减少速率。当阀件被拧动时，通过减少抛物线开口246的暴露的横截面区域从而补偿了上述缺陷，由此随着每一转动角度实现大体线性的流量变化。
参看图6，本发明的另一个实施例中的球阀310包括一阀壳312，一阀座314，一阀件316和一容量控制插头318。阀壳312通常和前面描述的相同，具有一伸进并穿出中间空腔320的通道322。阀件316最好为具有一轴向延伸的圆柱孔的常规圆球324。阀件316通过一阀杆330和一诸如手柄之类的驱动器围绕阀壳312中的横轴334转动。
不象前述的实施例，阀座314而不是阀件316上装有容量控制插头318。通常，阀座314包括一安装在空腔320中的永久部分350以便可密封地将阀件316固定在空腔320中。容量控制插头318可以被安装在阀座314上和/或做成阀座314的一部分。容量控制插头318包括一开口46，如上面所描述的长方形开口146或抛物线形开口246，并且具有对应于阀件316的外表面338的基本呈凹形的内表面342。
如图6所示，容量控制插头318可以采取阀座314的一附属部分的形式。阀壳312可以包括通道22周围的一个或多个凹穴(未示出)用于容纳在容量控制插头318上的一个或多个对应的支脚或其他连接器(未示出)。当容量控制插头318被安装在阀壳312上时，其内表面342最好和阀件318的外表面338密封啮合，这样有助于支撑阀件316及在通道322和孔326之间提供一流体紧密封。
可替换的，容量控制插头可附属于阀座自身(未示出)。例如，阀座和容量控制插头除了包括诸如支脚和凹穴之类的相配的连接器用于把容量控制插头固定到阀座而不是阀件上外，都与图2A所显示的相同。
因此，本发明的一个重要特征是一套容量控制插头可以提供给一单一球阀。该套插头可提供一系列流动条件，允许使用者选择一个插头以提供特殊使用状况下的预定的流动条件，插头很容易安装在球阀上，并当插头用旧时或随着使用的流动条件的改变可拆下旧的插头并装上新的插头，不需要更换整个球阀。
因此，根据本发明的一单一球阀可代替各个球阀的总和，给使用者提供了多种选择性和方便性。而且，对应于本发明的球阀可以用常规的方法制造。没必要加工或模制多个专用阀件或各个球阀一提供一系列流量状态。
最后，本发明的插头通常包括一开口，如长方形或抛物线形开口，以提供改进的和/或大体成线性的容量流动控制，不象常规的球阀。因此，当本发明的一球阀装在一流体系统中时，球阀更容易被设定在所希望的流动速率上。
上面结合附图描述了本发明的具体的例子，但本发明可以有各种修改和变型，并不限于所公开的形式和方法，这些修改，变型和等同替代都落入所附的权利要求的范畴之中。
权利要求
1.一种安装在球阀的阀件上用于提供一通过球阀的预定流动条件的插头装置，其特征在于，所述插头装置包括一插头件具有基本上和其所附着的阀件的外表面相对应的凸面形状；一连接器安置在所述插头件周围，所述连接器把所述插头件跨接安装在通过阀件的通道上；一细长狭缝通过所述插头件，所述细长狭缝可提供通过装有所述插头件的阀件通道的预定流动条件。
2.如权利要求1所述的插头装置，其特征在于，所述连接器包括多个从所述插头件的所述外围伸出的支脚，所述支脚和对应的阀件中的凹穴相啮合。
3.如权利要求1所述的插头装置，其特征在于，所述连接器包括一校准件用于当所述插头件跨接安装在阀件的通道上时提供一所述细长开口的预定方向。
4.如权利要求1所述的插头装置，其特征在于，所述插头件包括一具有大体对应于窜过阀件的通道的直径的圆盘。
5.如权利要求4所述的插头装置，其特征在于，所述圆盘的所述凸面形状对应于一球体的一部分，所述球体具有大体类似于阀件外表面的外圆周面。
6.如权利要求1所述的插头装置，其特征在于，所述插头件可由塑料制成。
7.如权利要求1所述的插头装置，其特征在于，所述细长狭缝可以是一长方形开口。
8．如权利要求1所述的插头装置，其特征在于，所述伸长狭缝可以是一抛物线形开口。
9.一种可提供多个通过其中的预定的流动条件的球阀，其特征在于，所述球阀包括一阀壳，具有通过其延伸的逆流和顺流通道，所述逆流和顺流通道伸进所述阀壳中的阀座并从其中穿出，由此形成了一通过所述阀座的纵轴；可转动的安装在所述阀座里的一阀件，所述阀件具有通过其延伸的孔，所述孔和所述逆流及顺流通道一起限定了一条通过所述阀壳的流体通道；以及多个插头分别跨接安装在所述流体通道中，所述多个插头中的每一个具有一开口以提供通过所述流体通道的一预定流动条件。
10．如权利要求9所述的球阀，其特征在于，所述阀件和所述多个插头包括一个连接器用于把所述多个插头中的一个安装在穿过所述孔的所述阀件上。
11.如权利要求10所述的球阀，其特征在于，所述连接器包括相配的支脚和凹穴，所述支脚和凹穴形成在所述阀件和所述多个插头中。
12．如权利要求9所述的球阀，其特征在于，所述阀座和所述多个插头包括一个连接器用于把所述多个插头中的一个通过所述流体通道安装在所述阀座上。
13.如权利要求9所述的球阀，其特征在于，所述开口包括一沿垂直于一横轴的平面延展的细长开口，所述阀件在所述阀壳中围绕该横轴转动。
14.如权利要求13所述的球阀，其特征在于，所述细长开口包括一抛物线开口以便为所述阀件提供一等百分比流量特性。
15.如权利要求9所述的球阀，其特征在于，所述逆流及顺流通道和所述孔具有大体成圆筒形的横截面，并且其中所述多个插头中的多个开口具有适应于局部阻塞所述流体通道的横截面，由此提供所述的预定流动条件。
16.如权利要求9所述的球阀，其特征在于，所述阀件用铜或不锈钢制成。
17.如权利要求9所述的球阀，其特征在于，所述多个插头由塑料构成。
18.一种可提供基本为线性容量流动控制的球阀，其特征在于，所述球阀包括一具有沿其纵向轴穿过其中延展的通道的阀壳；一阀件装在所述阀壳中，并具有穿过其中延展且和所述通道对准的孔，所述阀件在开和关位置之间围绕一横轴转动，这样，当所述阀件分别在所述开和关位置之间转动时，所述孔和所述通道限定了一条可在最大流动速率和最小流动速率之间调整的流体通道；以及一大体跨过所述流体通道伸长的具有抛物线开口的容量控制件，所述抛物线开口具有抛物线形状以便当所述阀件在所述开和关位置之间的每一移动角度转动时，在所述最大流动速率和最小流动速率之间提供大体等百分比流量特性。
19.如权利要求18所述的球阀，其特征在于，所述容量控制件包括一跨接安装在所述流体通道中的容量控制插头。
20．如权利要求19所述的球阀，其特征在于，所述容量控制插头和所述阀件包括一个连接器，用于把所述容量控制插头穿过所述孔安装在所述阀件上。
21．如权利要求19所述的球阀，其特征在于，所述容量控制插头和所述阀座包括一个连接器用于把所述容量控制插头通过所述通道安装在所述阀座上。
22．如权利要求19所述的球阀，其特征在于，所述连接器包括在所述容量控制插头上的支脚以用于被容纳在所述阀件的凹穴中。
23．如权利要求19所述的球阀，其特征在于，所述连接器包括一校准件以用于当所述容量控制插头安装在所述阀件上时沿垂直于所述横轴的平面将所述抛物线状开口定向。
24．如权利要求18所述的球阀，其特征在于，所述容量控制件包括一套分别跨接安装在所述流体通道上的容量控制插头，每一容量控制插头包括一穿过它的不同尺寸的抛物线状开口，由此所述该套容量控制插头可提供一系列通过所述流体通道的预定流动条件。
25．一种可提供通过它的预定流动条件的的球阀，其特征在于，所述球阀包括一具有通过其中延伸的逆流和顺流通道的阀壳，所述逆流和顺流通道伸进所述阀壳中的阀座并从其中穿出，由此形成了一通过所述阀座的纵轴；一可转动地安装在所述阀座里的阀件，所述阀件具有通过其延伸的孔，所述孔对准所述纵轴，所述孔和所述逆流及顺流通道共同限定了一条通过所述阀壳的流体通道；以及所述阀座的一部分跨过所述流体通道伸展并具有一细长开口以用于提供一通过所述流体通道的预定流动条件。
26．如权利要求25所述的球阀，其特征在于，跨过所述流体通道延展的所述阀座的所述部分是可拆卸的。
27．一种附属于一可转动地安装在一球阀上的阀件的插头，提供通过经球阀伸展的流体通道的大体等百分比流量特性，其特征在于，插头包括一具有对应于阀件的外表面的大体成凸面形状的盘状件；以及一处于所述盘状件中的开口，所述开口具有抛物线形状以适应于当阀件在其开和关位置之间以每一移动角度转动时，在通过流体通道的最大流动速率和最小流动速率之间提供大体等百分比的流量特性。
全文摘要
一种用于球阀的容量控制插头安装在球阀的流体通道中,以提供一预定流动控制。插头具有凸面形状,及一安置在其外围的使插头装在流体通道中的连接器。插头具有一狭缝,适于提供预定的流动条件。球阀中可装有多个此种插头以提供一系列可选择的预定的流动条件。每一个插头最好包括一抛物线状开口。
文档编号F16K5/08GK1223350SQ9910014
公开日1999年7月21日 申请日期1999年1月11日 优先权日1999年1月11日
发明者阿里·马兰迪 申请人:格瑞斯伍德控制公司