專利名稱：用于水軟化器控制閥的具有整體密封件的活塞的制作方法
用于水軟化器控制閥的具有整體密封件的活塞背景技術(shù)本發(fā)明涉及一種用于軟化水的設(shè)備；尤其涉及一種用于控制水軟化設(shè)備 中樹脂再生的系統(tǒng)。一般來說從井里抽出的水被認(rèn)為較"硬"，其中包含從土里的礦物沉淀 中過濾得到的二價(jià)有時(shí)是三價(jià)陽離子。這些離子與普通的洗滌劑和肥皂形成 不能溶解的鹽，產(chǎn)生的沉淀增加了洗涂所需的洗滌劑和肥皂的量。當(dāng)硬水用 在鍋爐中時(shí)，蒸發(fā)造成的不溶殘?jiān)某恋碲呌诖罅烤奂?。一般?xí)慣的是在供應(yīng)硬水的建筑管道系統(tǒng)內(nèi)安裝水軟化器。最普通的水 軟化器是離子交換設(shè)備，其具有容納樹脂床的罐，硬水流過該樹脂床以去除 不想要的礦物和其他雜質(zhì)。樹脂床中的結(jié)合位置最初包含陽離子，通常是單 價(jià)鈉離子或鉀離子。當(dāng)硬水進(jìn)入樹脂，結(jié)合位置的竟?fàn)幇l(fā)生。硬水中的二價(jià) 陽離子和三價(jià)陽離子由于它們較高的電荷密度而具有優(yōu)勢(shì)并置換單價(jià)陽離 子。兩個(gè)或三個(gè)單價(jià)陽離子分別被一個(gè)二價(jià)陽離子或三價(jià)陽離子置換。樹脂床吸收礦物和雜質(zhì)的能力是有限的且最后當(dāng)大部分位置被二價(jià)和 三價(jià)陽離子占據(jù)時(shí)停止軟化水。當(dāng)這發(fā)生時(shí)，必須用再生劑沖刷來再裝填或 再生該樹脂，典型的是使用氯化鈉或氯化鉀溶液。再生劑中的單價(jià)陽離子的 濃度足夠高以抵消不利的靜電竟?fàn)幥医Y(jié)合位置被單價(jià)陽離子恢復(fù)。再生周期 間的時(shí)間間隔被稱為操作的運(yùn)行模式，該期間進(jìn)行水軟化。較早類型的水軟化器的再生僅在發(fā)現(xiàn)樹脂床的處理能力被超過和流過 那里的水不"軟"時(shí)由手動(dòng)作用。為消除手動(dòng)再生的需要，水軟化器控制系 統(tǒng)設(shè)置了機(jī)械計(jì)時(shí)器，其按定時(shí)周期啟動(dòng)水軟化器。再生頻率是根據(jù)已知的 樹脂床的能力和預(yù)期的軟水日使用量來設(shè)定。盡管機(jī)械計(jì)時(shí)器型水軟化器控 制器減少了手動(dòng)再生樹脂的需要，這樣的控制器有如下缺點(diǎn)固定間隔的再 生根據(jù)水的使用量可能會(huì)發(fā)伸得太頻繁或頻率不足夠。在仍存在足夠處理水 的能力時(shí)再生水軟化樹脂就浪費(fèi)了再生劑和用于再生的水。相反的，在樹脂 床的能力降低到低于滿足處理硬水的點(diǎn)后，不再生水軟化器可能導(dǎo)致離開水 軟化器的是硬水。
為更好地控制水軟化器的再生頻率，出現(xiàn)了測(cè)定樹脂床剩余的軟化水的 能力的需求型水軟化器。這類改進(jìn)的控制系統(tǒng)的一種使用流量表來測(cè)量處理 的水的體積且當(dāng)從前一次再生后一定體積的水流經(jīng)該軟化器后再生樹脂床。 盡管該系統(tǒng)適用于許多裝置，市政系統(tǒng)可交替地從多個(gè)包含不同硬度水的井 抽水。如果是那樣的話，樹脂床的消耗不是從前一次再生后處理過的水的直 接函數(shù)。還出現(xiàn)了直接檢測(cè)樹脂床消耗的其他類型的控制系統(tǒng)。電子控制器使用 電極在兩個(gè)間隔開的位置測(cè)量樹脂床的電導(dǎo)率。電導(dǎo)率的測(cè)量值的比，連同 從前一次樹脂床再生后的最小和最大比值被用來確定樹脂床消耗的概率且 其觸發(fā)再生。不管用于確定何時(shí)再生樹脂床的控制系統(tǒng)的類型，該控制系統(tǒng)啟動(dòng)驅(qū)動(dòng) 閥的馬達(dá)。該閥具有對(duì)應(yīng)再生處理的反洗、鹽水浸泡、沖洗、鹽水補(bǔ)充步驟 的多個(gè)位置。傳統(tǒng)的閥具有帶孔的主體，其具有多個(gè)室，水軟化器的入口、 出口和內(nèi)部通道連接到各室。具有凹陷和環(huán)槽的活塞在孔內(nèi)滑動(dòng)以根據(jù)運(yùn)轉(zhuǎn) 的階段選擇性地互相連接不同室且由此引導(dǎo)水在不同通道內(nèi)穿過該閥。獨(dú)立 的密封環(huán)安裝在室之間的孔內(nèi)的環(huán)形槽內(nèi)。密封件嵌入活塞的環(huán)槽以阻止室 之間的不希望有的水流。需要多個(gè)加工步驟來精確將各個(gè)密封環(huán)安裝在各自 的槽內(nèi)。發(fā)明內(nèi)容水處理設(shè)備的控制閥的活塞包括主體，其具有中心部分， 一個(gè)或多個(gè)法 蘭從中心部分徑向向外伸出。各法蘭具有繞中心部分延伸的具有環(huán)形槽的外 周表面。該環(huán)形槽凹進(jìn)，因此具有從外周表面徑向向內(nèi)進(jìn)入法蘭而增加的寬 度。獨(dú)立的密封環(huán)位于各法蘭的環(huán)形槽內(nèi)且被槽的增加的寬度固定。該控制閥活塞可通過熔模鑄造成型主體來制造，其中該槽用例如失蠟法 等形成。這使得各槽凹進(jìn)以形成固定密封環(huán)的結(jié)構(gòu)。主體硬化后，放置第二 鑄型以成型密封環(huán)。該第二鑄型具有凹腔，該閥活塞主體安裝在該凹腔內(nèi)并 留下繞各法蘭的小空間，然后這些空間被流進(jìn)該法蘭槽的密封環(huán)材料充滿。 密封環(huán)定型后，第二鑄型被打開且完成的閥活塞被取出。通過模制密封環(huán)到活塞主體的槽內(nèi)，該密封環(huán)鎖定在槽內(nèi)且不易由于諸 如流過組裝好的控制閥的水的力的作用而被移出。這是設(shè)計(jì)的重心，因?yàn)楫?dāng)
活塞在閥體內(nèi)運(yùn)動(dòng)以打開和關(guān)閉通過控制閥的通道時(shí)，水流過活塞法蘭邊緣 產(chǎn)生的力趨向于移開該密封環(huán)。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的帶有閥活塞的水軟化器的組件的橫截面圖； 圖2是閥活塞的橫截面圖；圖3-5是結(jié)合到閥活塞的密封件的三個(gè)實(shí)施例的放大圖。
具體實(shí)施方式
首先參考圖1，水軟化器10包括處理罐12，其包括離子交換樹脂微粒 床14。控制閥16固定在處理罐12的頂部。在運(yùn)行模式，將要軟化的硬水被 供應(yīng)到進(jìn)口通道18，水從其流到處理罐頂部的進(jìn)口 20且接著流過樹脂床以 從水中吸收礦物質(zhì)。出口導(dǎo)管22從靠近處理罐12底部的點(diǎn)延伸穿過床14 到控制閥16內(nèi)的出口通道24。在樹脂床14內(nèi)處理過的水流過出口導(dǎo)管22 進(jìn)入閥的出口通道24，從該通道水離開水軟化器IO進(jìn)入建筑內(nèi)的管道。樹脂床14最終被耗盡且不能軟化水。周期性地響應(yīng)計(jì)時(shí)器或響應(yīng)檢測(cè) 樹脂床消耗的傳感器，控制器26啟動(dòng)標(biāo)準(zhǔn)再生程序?？刂破?6固定在閥的 頂部且具有馬達(dá)28以驅(qū)動(dòng)控制閥16的圓形孔15內(nèi)的閥活塞30緩慢移動(dòng)和 不間斷地往復(fù)循環(huán)。隨著該活塞30移動(dòng)，控制閥16的通道以多種組合連接 以引導(dǎo)水穿過用于再生處理各步驟的不同的通道。典型的樹脂床再生處理從反洗步驟開始，其中硬水從控制閥導(dǎo)入出口導(dǎo) 管22且向下穿過樹脂床12，最終經(jīng)由排出通道(未示出)離開水軟化器。 鹽水浸泡步驟緊接著反洗步驟。控制閥16具有噴嘴32,其被經(jīng)切斷閥36 的導(dǎo)管34和管38連接到鹽水罐40。鹽水罐40包括普通鹽的鹽水溶液42, 例如氯化鈉或氯化鉀。在該再生階段中，通過硬水流過噴嘴32產(chǎn)生的部分 真空將鹽水經(jīng)由導(dǎo)管29和27從鹽水罐40抽到處理罐12內(nèi)。濃縮的鹽水溶 液用單價(jià)陽離子置換樹脂床14中的二價(jià)或三價(jià)陽離子而再充樹脂床。當(dāng)鹽 水罐40內(nèi)的容量被耗盡時(shí)，止回閥44關(guān)閉以防止空氣被注入該系統(tǒng)且接著 不含鹽的水流過噴嘴32。該水從處理罐12驅(qū)動(dòng)鹽溶液且接著沖洗床14以去 除殘留的鹽。在再生處理的最終階段，鹽水罐40被水注滿且軟化樹脂床14被沖凈。
通過打開的切斷閥36將水供應(yīng)到鹽水罐40內(nèi)和經(jīng)過進(jìn)口 20供應(yīng)到處理罐 12內(nèi)，完成該步驟。水穿過樹脂床14經(jīng)由排出通道離開。然后，控制閥16 返回到使水軟化器10進(jìn)入前述的運(yùn)行模式的位置，在該模式中，用于建筑 的水被處理。參考圖2，控制閥16具有新穎的活塞30,該活塞具有中心部分或軸50， 多個(gè)圓盤狀法蘭51、 52和53從該中心部分徑向向外伸出，由此在法蘭間形 成凹陷54和55。桿狀主干56從中心部分的一端軸向延伸且適于連接到控制 器26的機(jī)構(gòu)，在再生模式時(shí)該機(jī)構(gòu)在控制閥16的孔15內(nèi)移動(dòng)活塞30。中 心部分50、法蘭51-53和主干56形成閥活塞30的主體，其最好由不銹鋼或 其他抗腐蝕材料制成。各法蘭51、 52和53分別具有外周表面57、 58和59，其繞中心部分50 延伸且在該表面上具有環(huán)形槽。獨(dú)立的密封環(huán)61、 62或63分別位于外周表 面的各環(huán)形槽內(nèi)。優(yōu)選地，密封環(huán)61-63由橡膠制成，例如交聯(lián)熱固橡膠， 或由彈性塑料制成，例如熱塑性彈性體。各密封環(huán)61-63從各個(gè)法蘭51-53 向外伸出且與控制閥孔15的內(nèi)表面配合。該配合防止凹陷54-55內(nèi)的流體 在法蘭和閥孔15 (見圖1)的表面之間流動(dòng)。圖3說明了位于一個(gè)法蘭51的外周表面57內(nèi)槽66中的密封環(huán)61的橫 截面。該環(huán)形槽66具有凹進(jìn)的燕尾截面以使穿過法蘭52的外周表面58的 槽的內(nèi)表面寬于開口。該凹進(jìn)將密封環(huán)固定在環(huán)形槽66內(nèi)和防止密封環(huán)被 流過該組裝的控制閥16的水產(chǎn)生的力拔出該槽。這是設(shè)計(jì)要求，因?yàn)楫?dāng)活 塞30在孔15內(nèi)移動(dòng)開關(guān)穿過控制閥的通道，水涌過活塞法蘭的外周表面57 產(chǎn)生的力趨于移出該密封環(huán)。圖4說明了位于一個(gè)法蘭52的外周表面內(nèi)的槽72中的第二類型的密封 環(huán)70。該槽72具有T形橫截面，其中內(nèi)部區(qū)域74具有的寬度大于位于法 蘭的外周表面58的外部區(qū)域76內(nèi)的槽的寬度。密封環(huán)70在內(nèi)部區(qū)域74擴(kuò) 大，從而固定密封環(huán)于槽72內(nèi)。該類型的密封環(huán)具有一對(duì)與閥孔15的內(nèi)表 面配合的凸起78。圖5中所示的第三類型的密封環(huán)80位于一個(gè)法蘭52的同樣的環(huán)形槽72 內(nèi)。該類型的密封環(huán)80具有三個(gè)與閥孔15的內(nèi)表面配合的凸起82。該閥活塞30首先通過使用例如失蠟鑄造的熔才莫鑄造處理制成主體60。 用于該鑄造過程的鑄模包括例如蠟的材料，其限定了法蘭51-53的外周表面
的槽。由于該材料在主體60硬化后可被容易地去除，該槽可以是凹進(jìn)的以 提供密封環(huán)可鎖定于其內(nèi)的槽，如前文所述。當(dāng)閥體60硬化后，其被放置 在第二鑄模內(nèi)以成型密封環(huán)60-63。該第二鑄模具有凹腔，閥活塞30的主體 60安裝在其內(nèi)并留下環(huán)繞各法蘭的小空間，空間被流進(jìn)各個(gè)法蘭51-53的整 個(gè)槽57-59內(nèi)的用來形成密封環(huán)的材料充滿。密封環(huán)硬化后，第二鑄模被打 開且完成的閥活塞30 ^皮fl出。通過模制密封環(huán)61-63到活塞30的金屬部分的槽內(nèi)，密封環(huán)鎖定在該 槽內(nèi)且不易由于諸如流過組裝好的控制閥16的水產(chǎn)生的力的作用被移出。 如果非鎖定型槽與僅繞法蘭51-56伸展的然后被釋放進(jìn)槽內(nèi)的彈性密封環(huán)一 起使用，該密封環(huán)可能不會(huì)被牢固地保持在某位置足以抵抗水流產(chǎn)生的趨于 移走密封環(huán)的力。前述的說明主要針對(duì)本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施例。盡管提示了本發(fā)明范圍內(nèi)的 各種替換方案，可以預(yù)料本領(lǐng)域的技術(shù)人員可能會(huì)意識(shí)到從本發(fā)明的實(shí)施例 的公開內(nèi)容可明白的附加的方案，本發(fā)明的范圍不限于權(quán)利要求書且不限于 上述的公開內(nèi)容。
權(quán)利要求
1. 用于水處理設(shè)備控制閥的活塞，該活塞包括主體，其具有中心部分，至少一個(gè)法蘭從所述中心部分徑向向外伸出，各所述法蘭具有繞所述中心部分延伸的具有環(huán)形槽的外周表面，所述環(huán)形槽 具有從外周表面徑向向內(nèi)進(jìn)入所述法蘭而增加的寬度；和獨(dú)立的密封環(huán)，其位于各所述法蘭的所述環(huán)形槽內(nèi)且被所述槽的增加的 寬度固定。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，還包括從所述主體軸向伸 出的主干。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，所述主體包括多個(gè)法蘭。
4. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，各所述密封環(huán)是由彈性材 料制成。
5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，所述主體是通過熔模鑄造 制成的。
6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，各所述密封環(huán)是模制到所 述主體內(nèi)的所述環(huán)形槽內(nèi)的。
7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，至少一個(gè)所述密封環(huán)具有 多個(gè)從所述法蘭向外伸出的凸起。
8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，至少一個(gè)所述密封環(huán)具有 從所述法蘭向外延伸的曲線表面。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，至少一個(gè)所述槽具有T 形截面。
10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，至少一個(gè)所述槽具有燕 尾形截面。
11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，各所述密封環(huán)是由模制 的橡膠制成。
12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的活塞，其特征在于，各所述密封環(huán)是由彈性 塑料制成。
13. —種用來生產(chǎn)水處理設(shè)備的控制閥的活塞的方法，該方法包括 制造所述活塞的主體，該主體具有中心部分，至少一個(gè)法蘭從所述中心 部分徑向向外伸出，各所述法蘭具有繞所述中心部分延伸的具有環(huán)形槽的外周表面，所述環(huán)形槽具有從外周表面徑向向內(nèi)進(jìn)入所述法蘭而增加的寬度；和模制獨(dú)立的密封環(huán)，該密封環(huán)位于各所述法蘭的所述環(huán)形槽內(nèi)且被所述 槽的增加的寬度固定在主體上。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，所述主體是通過熔模鑄 造制成，其中各槽是通過失料法成形。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，其中所述主體是由不銹 鋼制成。
16. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，其中所述主體是由不銹 鋼制成。
17. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，其中各所述密封環(huán)是由 模制的橡膠制成。
18. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，其特征在于，各所述密封環(huán)是由彈性 塑料制成。
全文摘要
水處理設(shè)備的控制閥(16)的活塞(30)包括主體，其具有中心部分(50)，至少一個(gè)法蘭(51、52、53)從中心部分徑向向外伸出。各法蘭具有繞中心部分(50)延伸的具有環(huán)形槽的外周表面(57、58、59)。該環(huán)形槽是凹進(jìn)的，因此具有從外周表面徑向向內(nèi)進(jìn)入法蘭而增加的寬度。獨(dú)立的密封環(huán)(61、62、63)模制于各法蘭的環(huán)形槽內(nèi)且被槽的凹進(jìn)固定。該固定使各密封環(huán)能更好地抵抗流過控制閥的水產(chǎn)生的力，而不會(huì)從法蘭移走。
文檔編號(hào)F16K11/07GK101124421SQ200680002998
公開日2008年2月13日 申請(qǐng)日期2006年1月19日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月24日
發(fā)明者安德魯·C·埃爾斯頓, 格雷戈里·森德, 肯尼思·J·西思, 馬克·米勒 申請(qǐng)人:通用電氣公司