專利名稱：轉(zhuǎn)子閥和密封結(jié)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總的來(lái)講涉及閥領(lǐng)域，本發(fā)明尤其涉及一種轉(zhuǎn)動(dòng)(或轉(zhuǎn)子)閥。
背景技術(shù)：
轉(zhuǎn)子閥公知為用在這樣的一些設(shè)備中流體源一定得有選擇地導(dǎo)向到許多目標(biāo)中的一個(gè)。這些閥具有轉(zhuǎn)子，該轉(zhuǎn)子繞著它的縱向軸線在閥體的孔內(nèi)可以旋轉(zhuǎn)。當(dāng)轉(zhuǎn)子旋轉(zhuǎn)到關(guān)閉位置上時(shí)，轉(zhuǎn)子堵住了通過閥的流體流。這種閥的公知難題是，如何在轉(zhuǎn)子的配合表面和閥體之間形成有效流體密封，同時(shí)避免過大的工作扭矩。
美國(guó)專利6308739描述了一種轉(zhuǎn)子閥，該閥使用了撓性閥密封結(jié)構(gòu)。該閥描述成可以用在這樣的一些設(shè)備如空氣調(diào)節(jié)/加熱裝置中，其中熱泵的加熱和冷卻流有時(shí)需要反向。這些設(shè)備需要閥來(lái)把流體從閥內(nèi)部導(dǎo)向到合適閥體出口中，并且進(jìn)一步防止流體從任何其它閥體出口中出來(lái)。這種閥的密封結(jié)構(gòu)可以稱為內(nèi)部壓力密封結(jié)構(gòu)。
本發(fā)明的受讓人即General Electric Company生產(chǎn)由渦輪增壓的柴油機(jī)來(lái)提供動(dòng)力的鐵路機(jī)車和越野車輛，該柴油機(jī)使用分路式溫度冷卻系統(tǒng)，如在美國(guó)專利5415147和6230668中所描述的，這兩個(gè)專利在這里引入以作參考。冷卻系統(tǒng)包括中冷器，該中冷器提供有熱水或者冷水，從而在機(jī)車工作的各種模式期間有選擇地加熱或者冷卻燃燒進(jìn)氣。用在這些設(shè)備中的轉(zhuǎn)子閥不僅要防止流體通過關(guān)閉的出口(內(nèi)部壓力)離開閥體，而且在一些工作模式中，也一定得防止加壓流體通過關(guān)閉的出口(外部壓力)進(jìn)入閥體。一種這樣的閥描述在美國(guó)專利6647934中，該專利在這里引入以作參考。已經(jīng)發(fā)現(xiàn)在美國(guó)專利6308739中描述的閥密封結(jié)構(gòu)不能滿足渦輪增壓的柴油機(jī)冷卻系統(tǒng)用途。


圖1是聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)子閥的透視圖；圖2是圖1的閥的側(cè)視圖；圖3是圖1的閥的端視圖；圖4是沿著圖2的截面4-4所看到的、圖1的閥的橫剖視圖；圖5是沿著圖4的截面5-5所看到的、圖1的閥的橫剖視圖；圖6是沿著圖4的截面6-6所看到的、圖1的閥的橫剖視圖；圖7是沿著圖4的截面7-7所看到的、圖1的閥的橫剖視圖；圖8是用在圖1的閥中的密封結(jié)構(gòu)的透視圖；圖9A、9B和9C各自示出了圖8的密封結(jié)構(gòu)的前視圖、后視圖和側(cè)視圖，圖9D是沿著圖9A的截面9D-9D所看到的、圖8的密封結(jié)構(gòu)的橫剖視圖；圖10是圖1的閥的閥體和密封結(jié)構(gòu)之間的交界處的放大橫剖視圖，它示出了受到內(nèi)部壓力和外部壓力的密封區(qū)域；圖11A和11B各自示出了轉(zhuǎn)子閥的密封結(jié)構(gòu)的另一實(shí)施例的后視圖和側(cè)視圖。圖11C是沿著截面11C-11C所看到的、圖11A的密封結(jié)構(gòu)的橫剖視圖；圖12是來(lái)自圖1的閥的熱水部分的、轉(zhuǎn)子部分的側(cè)視圖；圖13是位于圖11的閥體和密封結(jié)構(gòu)之間的交界處的放大橫剖視圖，它示出了受到外部壓力的密封區(qū)域；圖14是用來(lái)把圖1的閥的致動(dòng)器定位在模式1位置上的、空氣驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)的示意圖；圖15是用來(lái)把圖1的閥的致動(dòng)器定位在模式2位置上的、空氣驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)的示意圖；圖16是用來(lái)把圖1的閥的致動(dòng)器定位在模式3位置上的、空氣驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)的示意圖。
具體實(shí)施例方式
圖1-7示出了聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)子閥10，該轉(zhuǎn)子閥10用在渦輪增壓的、裝有柴油發(fā)動(dòng)機(jī)的機(jī)車或者越野車輛的分路式冷卻系統(tǒng)中。閥10包括主體12，它限定出圓柱形閥室并具有多個(gè)形成于其中的開口；聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)子14；及致動(dòng)器16?？v向取向的軸13互連轉(zhuǎn)子14和致動(dòng)器16。閥包括冷水部分18和熱水部分20，這些部分包括相應(yīng)的冷轉(zhuǎn)子部分14C和熱轉(zhuǎn)子部分14H，這些熱轉(zhuǎn)子部分和冷轉(zhuǎn)子部分一起形成了聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)子14。軸13延伸通過冷水部分14C并在冷水部分14C的相對(duì)端借助軸承組件80支撐。該軸還延伸從而與熱水部分14C相連，該熱水部分在軸端借助軸承組件80支撐。來(lái)自柴油機(jī)的熱水通過熱水入口22進(jìn)入熱水部分18，該入口22沿著閥10的縱向軸線進(jìn)行定位。熱水借助轉(zhuǎn)子的熱部分有選擇地被導(dǎo)向成，通過散熱器出口24到達(dá)散熱器中，通過水箱熱水出口26到達(dá)水保留箱中，及通過中冷器出口28到達(dá)中冷器。來(lái)自子冷卻器的冷水通過冷水入口30進(jìn)入冷水部分18。冷水借助轉(zhuǎn)子的冷部分選擇地被導(dǎo)向成，通過箱冷水出口32到達(dá)水保留箱中，及通過中冷器出口28到達(dá)中冷器。注意，中冷器出口28可以交替地從兩個(gè)源中接受水，但是熱水部分20和冷水部分18相互借助分開板21和軸密封結(jié)構(gòu)23來(lái)隔開。散熱器排出線路33也設(shè)置成使散熱器出口24與冷水部分18相連。
使用閥10的機(jī)車分路式冷卻系統(tǒng)以三種模式進(jìn)行工作。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)首先起動(dòng)并且發(fā)動(dòng)機(jī)和冷卻流體被加熱時(shí)使用模式3。在模式3中，從發(fā)動(dòng)機(jī)進(jìn)入到熱水入口22中的熱水被導(dǎo)入到中冷器出口28和水箱熱水出口26中，并且防止它從散熱器出口24中出來(lái)。在這種模式中，在冷水部分18中基本上沒有水。當(dāng)發(fā)動(dòng)機(jī)處于全工作溫度下并且熱量一定得排出(dump)到散熱器中，同時(shí)燃燒進(jìn)氣(intake combustion air)由于冷的大氣情況而一定要得到加熱，那么使用模式2。在模式2中，一部分熱水通過散熱器出口24被導(dǎo)向到散熱器中，同時(shí)熱水連續(xù)地導(dǎo)向到中冷器中，并且沒有熱水被導(dǎo)向到保留箱中。流到散熱器中的水在經(jīng)過散熱器和子冷卻器的冷卻之后通過冷水入口30返回到閥中。冷水通過箱冷水出口32導(dǎo)向到水保留箱中，但是可以防止該冷水進(jìn)入到中冷器出口28中。模式1是最大冷卻模式，其中所有的熱水通過散熱器出口24導(dǎo)向到散熱器中，并且通過冷水入口30返回到閥中的冷卻水全部被導(dǎo)向到中冷器出口28中，以冷卻燃燒進(jìn)氣。
在工作模式2中，定位成封閉水箱熱水出口26的轉(zhuǎn)子14的熱部分上的密封結(jié)構(gòu)只暴露于熱水部分20內(nèi)的熱水內(nèi)部壓力，因?yàn)樗Ａ粝浔３衷诨旧鲜谴髿獾膲毫ο隆．?dāng)從模式2改變到模式1中時(shí)，相同的密封結(jié)構(gòu)與閥體12內(nèi)的轉(zhuǎn)子14一起旋轉(zhuǎn)到關(guān)閉熱部分的中冷器出口28的位置上，其中，密封結(jié)構(gòu)一定得防止在熱水部分20(內(nèi)部壓力)內(nèi)的熱水和中冷器出口28(外部壓力)內(nèi)的冷水之間進(jìn)行混合。因此，在模式1中，密封結(jié)構(gòu)暴露于內(nèi)部壓力和外部壓力。
圖5-7是沿著圖4所示的相應(yīng)平面B-B、C-C和D-D所截取的、閥10的橫剖視圖。圖7示出了在模式1位置處裝在閥體12的孔內(nèi)的轉(zhuǎn)子14，同時(shí)密封結(jié)構(gòu)34處于與中冷器出口28相對(duì)的位置上。
在圖8和9中更加詳細(xì)地示出了密封結(jié)構(gòu)34。圖8是密封結(jié)構(gòu)34的透視圖，它示出了密封表面36，該密封表面36被推靠在閥體12的內(nèi)壁上，從而包圍著閥體開口以提供不能滴下的密封結(jié)構(gòu)。圖9示出了密封結(jié)構(gòu)34的相應(yīng)前視圖、后視圖、側(cè)視圖和橫剖視圖。密封表面36形成在密封結(jié)構(gòu)的主體37上，從而符合主體12的內(nèi)壁的彎曲度，并且當(dāng)轉(zhuǎn)子14從一個(gè)位置旋轉(zhuǎn)到另一個(gè)位置上時(shí)，它沿著內(nèi)壁表面進(jìn)行滑動(dòng)。密封結(jié)構(gòu)34具有通常是圓形的外圓周，該外圓周被定尺寸成包圍相應(yīng)的閥體開口。設(shè)置在中央的凸出部38與密封表面36相對(duì)，該凸出部38被定尺寸成安裝在配合孔40內(nèi)(如圖7所示)，該配合孔40形成在轉(zhuǎn)子14中。O形圈42或者其它公知型的密封結(jié)構(gòu)設(shè)置在槽44內(nèi)，從而在密封結(jié)構(gòu)34和轉(zhuǎn)子14之間提供流體密封，其中該槽44圍繞凸出部38的外側(cè)圓周形成。在不影響使轉(zhuǎn)子14進(jìn)行旋轉(zhuǎn)所需要的力大小的情況下，凸出部38、孔40、O形圈42和槽44的尺寸大小被選擇來(lái)在密封結(jié)構(gòu)34和轉(zhuǎn)子14之間提供緊接觸。密封表面36和閥體12的內(nèi)側(cè)表面39之間的接觸不能說是相同的，因?yàn)槭┘釉谶@兩個(gè)表面之間的力直接影響使轉(zhuǎn)子14進(jìn)行旋轉(zhuǎn)所需要的力大小。
密封結(jié)構(gòu)34包括多個(gè)彈簧46，這些彈簧設(shè)置在相應(yīng)的凹槽、如形成在凸出部38的后表面50中的平底孔48中。彈簧46提供了作用在轉(zhuǎn)子14上的力Fs，從而把密封表面36推靠在閥體12的內(nèi)側(cè)表面上。盡管在這里示出了保持在孔內(nèi)的一些較小盤簧，但是普通技術(shù)人員可以知道，可以使用其它類型的彈簧件如保持在孔內(nèi)或者呈墊片形狀的實(shí)心彈性體、金屬?gòu)椈蓧|片、懸臂簧片或者桿簧、由形成密封表面36的材料所形成的彈性存儲(chǔ)形狀等等。除了力Fs之外，還具有作用在相同方向上的力FH，該力FH由熱水部分20內(nèi)的熱水作用在后表面50上的內(nèi)部壓力Pi來(lái)產(chǎn)生。由于這兩個(gè)力的配合，使一定得由彈簧46來(lái)提供的力最小化。彈簧46作用為相對(duì)主體12使密封表面36處于合適位置上，因此當(dāng)柴油機(jī)起動(dòng)時(shí)，密封結(jié)構(gòu)34可以承受熱水壓力的突然增大。隨著流體壓力增大，密封力(Fs+FH)增大。當(dāng)密封結(jié)構(gòu)34設(shè)置來(lái)關(guān)閉水箱熱水出口26時(shí)，力Fs和FH是影響密封表面36的唯一力。但是，在工作模式1中，當(dāng)密封結(jié)構(gòu)34設(shè)置成使中冷器出口28與熱水部分20相隔開時(shí)，有第三力FC作用在相反方向上，該第三力由中冷器出口28內(nèi)的冷水作用在密封表面36區(qū)域上的外部壓力Pe來(lái)產(chǎn)生。力Fs+FH的合力足夠保持大于FC，從而提供了不泄漏的流體密封。通道如設(shè)置在中央的開口52和多個(gè)凹入?yún)^(qū)域或者槽54允許冷水的壓力繞著密封結(jié)構(gòu)34的后側(cè)延伸到O形圈42中，從而允許壓力Pe作用在密封結(jié)構(gòu)34的后表面區(qū)域35的一部分上，并且減少了力Fc的凈大小。圖10是密封結(jié)構(gòu)34和轉(zhuǎn)子14之間的連接區(qū)域的放大視圖，它示出了受到內(nèi)部壓力Pi和外部壓力Pe的、密封結(jié)構(gòu)34的這些區(qū)域。注意的是，開口52提供了經(jīng)過密封體37從密封表面36到密封后側(cè)(后)表面35的通道，從而給存在于閥體開口內(nèi)的外部壓力Pe進(jìn)行導(dǎo)向，該開口被密封到后表面35中。那個(gè)壓力只施加在由O形圈密封結(jié)構(gòu)42的位置所圍繞的后表面35的部分上。O形圈密封結(jié)構(gòu)42沿著密封結(jié)構(gòu)34的后表面35定位是一種設(shè)計(jì)選擇。在圖10的實(shí)施例中，從O形圈密封結(jié)構(gòu)42徑向向外地設(shè)置彈簧46。O形圈密封元件42在密封結(jié)構(gòu)的向后凸出部38的壁和轉(zhuǎn)子14中的孔40的壁之間提供了流體密封。從而，壓力邊界由轉(zhuǎn)子14、O形圈42、密封結(jié)構(gòu)34及密封表面36和閥體12的相對(duì)內(nèi)側(cè)表面之間的交界面(在圖10中沒有示出)構(gòu)成。這個(gè)壓力邊界可以在橫過密封表面36或者在密封結(jié)構(gòu)34和轉(zhuǎn)子14之間防止壓力Pe下的熱水與壓力Pi下的冷水進(jìn)行混合。
在閥10的一個(gè)實(shí)施例中，除了可以由不銹鋼形成的彈簧46之外，密封結(jié)構(gòu)34由25％的玻璃浸漬過的Teflon聚四氟乙烯形成。
可以理解到對(duì)于包括各種內(nèi)部和外部流體壓力在內(nèi)的各種工作情況而言，上述零件的相應(yīng)幾何結(jié)構(gòu)可以被選擇來(lái)提供最佳的力平衡，從而確保在不需要過大力使轉(zhuǎn)子14進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的情況下確保保持不泄漏的密封。為了解釋這一點(diǎn)，考慮圖11所示的閥10的密封結(jié)構(gòu)60的另一實(shí)施例。在密封結(jié)構(gòu)60只受到外部壓力Pe的應(yīng)用中，密封結(jié)構(gòu)60可以用于冷水部分18中。當(dāng)散熱器排水并且因此在閥冷水部分18內(nèi)沒有流體時(shí)，在工作模式3期間，這種情況可以存在于機(jī)車應(yīng)用中，密封結(jié)構(gòu)60一定得防止來(lái)自中冷器出口28的熱水進(jìn)入到冷水部分18中。密封結(jié)構(gòu)60包括用來(lái)密封地接觸在閥體12的內(nèi)表面上的密封表面62。(參見圖13中的放大視圖)設(shè)置在平底孔66內(nèi)的彈簧64反作用在轉(zhuǎn)子14c上，從而提供作用在密封表面62上的彈簧密封力Fs。在沒有冷水內(nèi)部壓力Pi時(shí)，彈簧力Fs只需要克服由外部壓力Pe作用在密封表面62上所產(chǎn)生的熱水力FH。為了使實(shí)現(xiàn)理想密封所需要的彈簧的尺寸大小和數(shù)量最小化，因此開口68設(shè)置在密封結(jié)構(gòu)60的中心處，從而允許外部壓力Pe繞著密封結(jié)構(gòu)60進(jìn)行移動(dòng)，從而作用在后表面70上。多個(gè)槽72沿著后表面70形成，從而有利于外部壓力Pe沿著密封結(jié)構(gòu)60的后部到達(dá)彈性密封結(jié)構(gòu)如O形圈74的位置。在這個(gè)實(shí)施例中，彈簧64設(shè)置在由O形圈密封結(jié)構(gòu)74所限定出的區(qū)域內(nèi)。彈簧64還提供了偏壓力，從而使密封表面62保持與閥體12相接觸，因此密封結(jié)構(gòu)60可以有效地克服熱水力FH的突然增大。隨著外部壓力Pe增大，平衡后側(cè)力也增大，因此在外部熱水壓力升高時(shí)，在不需要提高彈簧力Fs的情況下可以保持不泄漏的密封。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到，圖10和13的彈簧46和64是任選的，并且密封結(jié)構(gòu)34、60可以設(shè)計(jì)成只依賴于壓力致動(dòng)的密封力。
圖4示出了聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)子14，該聯(lián)動(dòng)轉(zhuǎn)子14由兩部分形成冷轉(zhuǎn)子部分14c和熱轉(zhuǎn)子部分14H。每個(gè)部分包括圓柱形主體83，該主體繞著縱向軸線可以旋轉(zhuǎn)，并且包括通道78，從而在所選擇的、位于閥體12內(nèi)的開口之間引導(dǎo)流體。冷轉(zhuǎn)子部分14c在兩個(gè)縱向端上借助軸承組件80如滾柱軸承、球軸承或者其它現(xiàn)有技術(shù)中公知的軸承支撐。但是，熱轉(zhuǎn)子部分14H是懸臂設(shè)計(jì)，并且只在一個(gè)縱向端上借助軸承組件80支撐。這就使得轉(zhuǎn)子具有水入口81，該水入口81沿著它的旋轉(zhuǎn)軸線的一端形成在轉(zhuǎn)子體83上，以從熱水入口22中接受水。轉(zhuǎn)子部分被定尺寸成在閥體內(nèi)壁和轉(zhuǎn)子之間具有足夠的空間(如0.125英寸)，從而避免被懸浮在水中的臟物或者碎片阻塞住。為了提供額外的支撐從而使熱轉(zhuǎn)子部分14H對(duì)中在熱水部分20的腔中，同時(shí)使由這種對(duì)中支撐所產(chǎn)生的旋轉(zhuǎn)摩擦力大小最小化，因此熱轉(zhuǎn)子部分14H設(shè)置有多個(gè)小摩擦滑動(dòng)表面塞子82，這些塞子沿著徑向延伸到轉(zhuǎn)子直徑之外，從而與閥體12的內(nèi)部表面形成滑動(dòng)接觸。這些塞子82在圖12中可以看得更加清楚，該圖12是熱轉(zhuǎn)子部分14H的側(cè)視圖。這些塞子82繞著轉(zhuǎn)子14H的圓周設(shè)置在與由軸13來(lái)支撐的端部相對(duì)的端部上。在這個(gè)實(shí)施例中，具有8個(gè)塞子82，這些塞子82繞著轉(zhuǎn)子14的圓周均勻地設(shè)置。這些塞子由PTFE或者其它小摩擦材料來(lái)形成。此外，在圖12中可以看到用來(lái)容納密封結(jié)構(gòu)34(在圖12中沒有安裝)的孔40。在這個(gè)實(shí)施例中，兩個(gè)雙頭螺栓84設(shè)置來(lái)定位和支撐密封結(jié)構(gòu)34。熱轉(zhuǎn)子部分14H的直徑小于閥體12的孔的內(nèi)徑，從而提供環(huán)形間隙，以允許水繞著轉(zhuǎn)子14進(jìn)行流動(dòng)，從而提供清洗作用。用于機(jī)車應(yīng)用的典型環(huán)形間隙寬度大約為0.125英寸。塞子82可以由Teflon材料或者摩擦系數(shù)較小的其它材料來(lái)形成，閥體12的配合表面可以是鍍有60-70的洛氏C值的硬鉻，并且表面拋光度接近8，從而使它們之間的摩擦最小化。
致動(dòng)器16把旋轉(zhuǎn)軸13的原動(dòng)力提供到三個(gè)角度位置中的任何一個(gè)上。軸13借助小齒輪87(如圖14所示)連接到齒條86(如圖4所示)上。齒條86連接到設(shè)置在氣缸90內(nèi)的活塞88上。齒條86和活塞88一起包括托架89的一個(gè)實(shí)施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以想到能夠把小齒輪87與具有壓力的氣缸90互連的其它托架組件。在圖4中，活塞88示出在氣缸90內(nèi)的最底部位置上，即機(jī)車實(shí)施例中的模式1。這里所使用的術(shù)語(yǔ)“最底部”、“向上”和“向下”表示相對(duì)位置，如圖4所示，盡管在現(xiàn)實(shí)的實(shí)施例中，致動(dòng)器可以定向在其它位置上。引入底部氣缸室92中的壓縮工作流體如壓縮空氣驅(qū)動(dòng)活塞88向上，直到活塞88的頂表面94與固定頂部96形成接觸為止?；钊?8在氣缸90內(nèi)的線性運(yùn)動(dòng)使齒條86進(jìn)行移動(dòng)，從而使軸13進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。當(dāng)從底部氣缸室92中釋放空氣壓力并且使該空氣壓力施加到中間氣缸室98中時(shí)，活塞88和軸13返回到它們的原始位置上。
借助在上部氣缸102內(nèi)提供第二活塞100來(lái)實(shí)現(xiàn)活塞88和軸13的第三中間位置。第二活塞100連接到可運(yùn)動(dòng)止動(dòng)器104上，當(dāng)?shù)诙钊?00處于它的最上部位置上時(shí)，該可運(yùn)動(dòng)止動(dòng)器104從氣缸90中縮回，如圖4所示。當(dāng)壓縮空氣施加到上部氣缸室106中時(shí)，第二活塞100向下運(yùn)動(dòng)從而使可運(yùn)動(dòng)止動(dòng)器104延伸到中間氣缸室98并到達(dá)虛線108所示的位置上。固定止動(dòng)器96的上表面使活塞100的向下運(yùn)動(dòng)停止。在這個(gè)位置上，當(dāng)空氣壓力施加到底部氣缸室92中時(shí)，借助在第三中間位置上與可運(yùn)動(dòng)止動(dòng)器104相接觸來(lái)限制最底部活塞88的向上運(yùn)動(dòng)范圍。如果加壓流體的單獨(dú)一個(gè)源用于三個(gè)氣缸室中的每一個(gè)，那么需要第二活塞100的表面積大于最底部活塞88的表面積，因此由最底部活塞88所施加的向上力不足以使可運(yùn)動(dòng)止動(dòng)器104從它的最底部位置108進(jìn)行移動(dòng)。在一個(gè)實(shí)施例中，第二活塞100的直徑至少是最底部活塞88的1.4倍。這些活塞可以借助O形密封結(jié)構(gòu)密封在它們的相應(yīng)氣缸90、102上，這些氣缸壁具有60-70的洛氏C硬度，并且表面拋光度為8或者更小，從而確保較小的摩擦工作。
圖12還示出了形成在轉(zhuǎn)子14H中的、通常是矩形的凹口110，該凹口成形成容納大致矩形的密封元件(未示出)。所示出的應(yīng)用中的矩形密封結(jié)構(gòu)被設(shè)計(jì)成只用來(lái)密封內(nèi)部壓力。這種密封結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)可以與密封結(jié)構(gòu)60相類似，它包括一些彈簧(未示出)，這些彈簧安置在盲孔中，從而把密封結(jié)構(gòu)推壓在閥體12上。密封結(jié)構(gòu)具有矩形，因此與圓形相比，密封結(jié)構(gòu)所覆蓋的表面積具有延伸的圓周長(zhǎng)度。當(dāng)沒有足夠的圓周空間來(lái)并排設(shè)置兩個(gè)圓形密封結(jié)構(gòu)時(shí)，可以使用這種形狀。圖12示出了熱轉(zhuǎn)子部分14H用來(lái)承載兩個(gè)密封結(jié)構(gòu)，從而有選擇地密封或者打開散熱器出口24、水箱熱水出口26和中冷器出口28的閥熱側(cè)開口。下面圖表示出了在機(jī)車的三個(gè)工作模式中由兩個(gè)熱側(cè)密封結(jié)構(gòu)中的每一個(gè)來(lái)關(guān)閉的開口號(hào)。X表示，在那種特殊模式中，密封結(jié)構(gòu)不能關(guān)閉任何開口。

在下面為冷水部分18也提供了類似的下面圖表，其中有選擇地關(guān)閉中冷器出口28、冷水入口30、箱冷水出口32和散熱器排水線路33的開口。為了實(shí)現(xiàn)這些功能，四個(gè)密封結(jié)構(gòu)設(shè)置成繞著冷轉(zhuǎn)子部分14C的圓周，這些密封結(jié)構(gòu)在下面圖表中表示為密封結(jié)構(gòu)A、B、C和D。密封結(jié)構(gòu)A-C可以具有圖11的密封結(jié)構(gòu)60所示出的設(shè)計(jì)，其中密封結(jié)構(gòu)C稍稍較小，因?yàn)樗欢ǖ弥蝗菁{尺寸大小相對(duì)較小的散熱器排水線路33的開口。密封結(jié)構(gòu)D可以具有圖9的密封結(jié)構(gòu)34所示的設(shè)計(jì)。


圖14-16示出了空氣驅(qū)動(dòng)的控制系統(tǒng)120，該控制系統(tǒng)可以用來(lái)控制致動(dòng)器16在三種工作模式下的位置。單獨(dú)一個(gè)壓縮空氣供給源122用來(lái)把壓縮空氣提供到三個(gè)電磁閥S1、S2、S3中，這三個(gè)電磁閥也用附圖標(biāo)記124、126和128來(lái)表示。電源130用來(lái)給兩個(gè)并聯(lián)的電磁閥124和126供電，同時(shí)電源132用來(lái)給電磁閥128提供電力，從而允許所有三個(gè)螺線管與兩個(gè)驅(qū)動(dòng)器一起進(jìn)行工作。螺線管124、126在正常情況下關(guān)閉，同時(shí)螺線管128在正常情況下打開。如在圖14中所看到的一樣，借助通過電源130和132把電力提供到所有三個(gè)電磁閥中來(lái)實(shí)現(xiàn)模式1的工作。這使得壓縮空氣可以進(jìn)入到中間氣缸室98和上部氣缸室106中，從而驅(qū)動(dòng)活塞88到達(dá)它的最底部位置上。在模式2中，如圖15中所示一樣，只有電源132被通電，從而允許壓縮空氣進(jìn)入到上部氣缸室106和底部氣缸室92中。在這種模式中，克服保持在最下部位置108上的可運(yùn)動(dòng)止動(dòng)器104來(lái)驅(qū)動(dòng)氣缸88，從而實(shí)現(xiàn)氣缸88和所連接的齒條88的中間位置。注意的是，盡管氣缸88把力施加在可運(yùn)動(dòng)止動(dòng)器104上，但是氣缸88和100的橫截面積的不同可以確保氣缸100保持在靜止止動(dòng)器96上。在模式3中，如圖16所示一樣，兩個(gè)電源130和132斷電，從而只把壓縮空氣提供到底部氣缸室92中并且驅(qū)動(dòng)氣缸88到達(dá)它的最下部位置上。位置指示器134可以設(shè)置來(lái)示出閥的位置。位置指示器134被示成延伸通過閥室壁的齒條和小齒輪裝置，但是可以使用任何其它類型的公知閥位置指示器來(lái)進(jìn)行當(dāng)?shù)鼗蛘哌h(yuǎn)方的閥位置指示。防急變(anti-snap)節(jié)流孔136被設(shè)置來(lái)確保閥活塞進(jìn)行平滑工作。
盡管在這里示出和描述了本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例，但是顯而易見的是，這些實(shí)施例僅僅只是通過例子的方式來(lái)提出的。在沒有脫離本發(fā)明的情況下，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以進(jìn)行許多變形、改變和替換。
權(quán)利要求
1.一種轉(zhuǎn)子閥(10)，它包括閥體(12)，它包括轉(zhuǎn)子室和多個(gè)開口(22、24、26、28、30)用于允許流體通過；轉(zhuǎn)子(14)，它設(shè)置在轉(zhuǎn)子室內(nèi)，該轉(zhuǎn)子包括至少一個(gè)通道(78)，用于控制通過轉(zhuǎn)子室的流體流；密封結(jié)構(gòu)(34)，它承載于轉(zhuǎn)子上，提供一個(gè)密封表面(36)，該密封表面可以在所選擇的閥體開口附近與閥體的內(nèi)部表面(39)相接合，從而限制通過所選擇的閥體開口的流體流，該密封結(jié)構(gòu)在大致與密封表面相對(duì)的密封結(jié)構(gòu)的側(cè)部上還提供了一個(gè)后表面(35)；及通道(52)，它形成在密封結(jié)構(gòu)中，從而把加壓流體(Pe)從所選擇的閥體開口導(dǎo)向到密封結(jié)構(gòu)的后表面中，以施加把密封表面推壓在閥體上以進(jìn)行密封接合的密封力。
2.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子閥，還包括彈簧件(46)，該彈簧件把密封表面推壓在閥體上。
3.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子閥，其中，轉(zhuǎn)子還包括位于它外表面中的孔(40)，并且提供限定了該孔的側(cè)壁，該密封結(jié)構(gòu)還包括延伸到孔中的凸出部(38)；及密封元件(42)，它圍繞凸出部的圓周設(shè)置，并且在密封結(jié)構(gòu)和孔的側(cè)壁之間提供了流體屏障，該密封元件限定了暴露于加壓流體中的、密封結(jié)構(gòu)的后表面區(qū)域。
4.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子閥，還包括彈簧件(46)，該彈簧件在暴露于加壓流體中的區(qū)域內(nèi)設(shè)置在轉(zhuǎn)子和密封結(jié)構(gòu)之間，該彈簧件把密封表面推壓在閥體上。
5.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子閥，還包括彈簧件(46)，該彈簧件在暴露于加壓流體中的區(qū)域外部設(shè)置在轉(zhuǎn)子和密封結(jié)構(gòu)之間，彈簧件把密封表面推壓在閥體上。
6.如權(quán)利要求3所述的轉(zhuǎn)子閥，其中，通道包括居中設(shè)置的開口(52)，該開口通過凸出部形成。
7.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子閥，其中，在閥體內(nèi)，轉(zhuǎn)子在第一端上借助軸承(80)來(lái)支撐，并且在與第一端相對(duì)的第二端上借助多個(gè)沿著圓周分布的滑動(dòng)表面件(82)來(lái)支撐，該滑動(dòng)表面件延伸到位于轉(zhuǎn)子和閥體之間的環(huán)形空間中，用于使轉(zhuǎn)子在閥體內(nèi)進(jìn)行滑動(dòng)接觸，以支撐轉(zhuǎn)子。
8.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子閥，還包括致動(dòng)器(16)，該致動(dòng)器借助軸耦合到轉(zhuǎn)子上，從而使轉(zhuǎn)子在閥體內(nèi)的多個(gè)位置之間進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，該致動(dòng)器還包括齒條(86)，它借助小齒輪(87)耦合到軸上；第一活塞(88)，它連接到齒條上并且設(shè)置在第一氣缸(90)內(nèi)，用于響應(yīng)施加在第一氣缸內(nèi)的壓力來(lái)移動(dòng)齒條；第二活塞(100)，它設(shè)置在第二氣缸(102)內(nèi)；及止動(dòng)器(104)，它響應(yīng)第二氣缸內(nèi)的壓力而與第二活塞一起運(yùn)動(dòng)到這樣的位置上該位置借助限制第一活塞的運(yùn)動(dòng)范圍來(lái)確定轉(zhuǎn)子的位置。
9.如權(quán)利要求8所述的轉(zhuǎn)子閥，其中，第二活塞的直徑大于第一活塞的直徑。
10.如權(quán)利要求1所述的轉(zhuǎn)子閥，其中，密封結(jié)構(gòu)包括玻璃浸漬過的聚四氟乙烯材料。
11.一種密封組件(34)，用于密封轉(zhuǎn)子閥(10)的閥體開口(22、24、26、28、30)，該轉(zhuǎn)子閥(10)具有轉(zhuǎn)子(14)，該轉(zhuǎn)子配裝在閥體(12)內(nèi)，該密封組件包括主體(37)，該主體的一部分定尺寸成配裝在轉(zhuǎn)子閥的轉(zhuǎn)子中的孔(40)內(nèi)，該主體包括至少部分地設(shè)置在孔內(nèi)的后表面(35)，并且包括與后表面相對(duì)的密封表面(36)，該密封表面接觸圍繞閥體開口的閥體的內(nèi)部(39)；通道(52)，它在從密封表面到后表面形成主體內(nèi)，從而把流體壓力(Pe)從閥體開口傳遞到后表面中，從而在設(shè)置于孔內(nèi)的后表面的一部分上施加密封力；及密封元件(42)，它圍繞主體的周邊設(shè)置在轉(zhuǎn)子的孔內(nèi)，并且至少部分地限定出后表面的暴露于流體壓力的部分。
12.如權(quán)利要求11所述的密封組件，還包括彈簧件(46)，該彈簧件在主體上施加密封力。
13.如權(quán)利要求12所述的密封組件，還包括形成在主體中用來(lái)容納彈簧件的凹口(48)。
14.如權(quán)利要求13所述的密封組件，其中，凹口設(shè)置在后表面中暴露于流體壓力的部分內(nèi)的后表面內(nèi)。
15.如權(quán)利要求13所述的密封組件，其中，該凹口設(shè)置在后表面中暴露于流體壓力的那部分外側(cè)的后表面中。
16.如權(quán)利要求11所述的密封組件，其中，主體包括玻璃浸漬過的聚四氟乙烯材料。
17.如權(quán)利要求12所述的密封結(jié)構(gòu)，其中，彈簧件包括彈簧(46)，并且還包括形成在主體內(nèi)以容納彈簧的凹口(48)。
18.如權(quán)利要求11所述的密封結(jié)構(gòu)，其中，密封結(jié)構(gòu)包括O形圈密封結(jié)構(gòu)。
19.如權(quán)利要求11所述的密封結(jié)構(gòu)，其中，通道包括居中設(shè)置的開口(52)，該開口通過密封主體形成。
20.如權(quán)利要求19所述的密封結(jié)構(gòu)，其中，通道還包括凹入的區(qū)域(54)，該區(qū)域沿著后表面形成，并且與居中設(shè)置的開口相流體連通。
21.一種由壓力流體操縱的致動(dòng)器(16)，該致動(dòng)器有選擇地把轉(zhuǎn)子閥(10)的轉(zhuǎn)子(14)定位在至少三個(gè)位置中的任何一個(gè)上，該致動(dòng)器包括托架(89)，適合于連接到轉(zhuǎn)子閥的轉(zhuǎn)子上，該托架包括第一活塞(88)，該第一活塞設(shè)置在第一氣缸(90)內(nèi)，該第一氣缸提供使轉(zhuǎn)子響應(yīng)第一氣缸內(nèi)的流體壓力而在第一位置和第二位置之間進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的一個(gè)運(yùn)動(dòng)范圍；及止動(dòng)器(104)，它有選擇地從縮回位置運(yùn)動(dòng)到延伸位置上，從而在該止動(dòng)器位于它的延伸位置上以提供位于第一位置和第二位置的中間的、轉(zhuǎn)子的第三位置時(shí)限制托架的運(yùn)動(dòng)范圍。
22.如權(quán)利要求21所述的致動(dòng)器，其中，止動(dòng)器連接到設(shè)置在第二氣缸(102)內(nèi)的第二活塞(100)上，從而響應(yīng)第二氣缸內(nèi)的流體壓力來(lái)移動(dòng)該止動(dòng)器。
23.如權(quán)利要求22所述的致動(dòng)器，還包括壓力流體的共用供給源(122)，它有選擇地把壓力流體提供到第一氣缸和第二氣缸中的每一個(gè)中，及第二活塞的表面積大于第一活塞的表面積，因此當(dāng)壓力流體存在于第一氣缸和第二氣缸內(nèi)時(shí)，第一活塞所施加的力不足以使止動(dòng)器移離它的延伸位置。
24.如權(quán)利要求22所述的致動(dòng)器，其中，第二活塞的表面積至少是第一活塞的表面積的1.4倍。
25.一種轉(zhuǎn)子閥(10)的轉(zhuǎn)子(14)，該轉(zhuǎn)子閥具有閥體(12)，它包括圓柱形轉(zhuǎn)子(14)，它可繞著縱向軸線在閥體內(nèi)旋轉(zhuǎn)；軸承支撐件(80)，它沿著軸線設(shè)置在轉(zhuǎn)子的第一縱向端上，從而把轉(zhuǎn)子懸臂支撐在閥體內(nèi)；及入口(81)，它形成在轉(zhuǎn)子內(nèi)大致沿著軸線與第一端相對(duì)的、轉(zhuǎn)子的第二縱向端上。
26.如權(quán)利要求25所述的轉(zhuǎn)子，還包括多個(gè)沿著圓周分布的滑動(dòng)表面件(82)，這些表面件在接近第二縱向端的轉(zhuǎn)子和閥體之間的環(huán)形空間內(nèi)徑向地延伸，從而為轉(zhuǎn)子提供支撐。
27.如權(quán)利要求26所述的轉(zhuǎn)子，其中，滑動(dòng)表面件是摩擦系數(shù)較小的材料所形成的塞子，這些塞子承載在轉(zhuǎn)子的外表面上。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種轉(zhuǎn)子閥(10)，它具有轉(zhuǎn)子密封結(jié)構(gòu)(34)，該密封結(jié)構(gòu)包含居中設(shè)置的開口(52)，從而把外部壓力(Pe)導(dǎo)向到密封結(jié)構(gòu)的后表面(35)中，以把密封力施加到密封表面(36)上。圍繞開口的密封結(jié)構(gòu)的凸出部(38)設(shè)置在形成于閥的轉(zhuǎn)子(14)內(nèi)的孔(40)內(nèi)。O形圈密封結(jié)構(gòu)(44)限定出后表面中暴露于外部壓力的部分。轉(zhuǎn)子在一端借助軸承組件(80)支撐，并且在相對(duì)端上開放以接受進(jìn)入的水。沿著圓周分布的滑動(dòng)表面塞子沿著徑向延伸到轉(zhuǎn)子的直徑之外，從而沿著閥體(12)的內(nèi)表面(39)來(lái)支撐轉(zhuǎn)子。
文檔編號(hào)F16K5/04GK1780999SQ200480006973
公開日2006年5月31日 申請(qǐng)日期2004年1月7日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月16日
發(fā)明者默罕穆德·珀韋茲 申請(qǐng)人:通用電氣公司