專利名稱：用于將主閥下游的流體壓力液壓控制在設(shè)置點之間的系統(tǒng)和方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明通常涉及用于城市水利用系統(tǒng)中的自動閥。特別是，本發(fā) 明涉及一種可液壓調(diào)節(jié)的壓力管理控制閥，它設(shè)計成將下游壓力控制 在選定設(shè)置點之間。
背景技術(shù)：
通常知道，全世界的供水廠在很多水分配網(wǎng)絡(luò)中的水損失情況都 很常見，在很多情況下，水的損失程度可能相當高。系統(tǒng)中的水損失 量是由于多種泄露源，例如沒有合適擰緊的管凸緣連接件、泄露的凸 緣墊圏、泄露的閥密封件、失效的密封件、老化的管(其中針孔爆裂)、 松弛的配件、泄露的龍頭等。這些泄露源的總和加起來可能有相當大 的水損失量。在任何時間都使得進入點壓力保持為在高需求時在遠處 點提供足夠壓力所需的水平可能導致在低需求時在消費者處的壓力超 過預期，并因此由于不需要的消耗和泄露而增加水的浪費。通過泄露 損失的水的量直接與系統(tǒng)中的壓力相關(guān)。
在水分配系統(tǒng)中使用自動減壓閥，以便使壓力降低至合適的預定 值或低點，該預定值或低點使得正常部件(例如家用熱水箱)不會受 到超壓。低點通常確定為提供滿足水利用標準的最小壓力，特別是在 最大或"峰值"需求情況下(當滅火時可能產(chǎn)生該最大或"峰值"需求情 況)。峰值需求所需的壓力通常明顯高于"非峰值，，或典型夜間情況所需 的壓力。在低需求情況下，不僅泄露形成總需求的更高比例，而且研 究表明一些泄露孔實際上可能隨著壓力而增大面積，當一直保持過高 壓力，該問題將惡化。
已經(jīng)進行了多種努力來通過響應(yīng)需求對供給壓力進行一定程度地
6控制而減少這種損失。
一 種已知系統(tǒng)利用具有壓力和流速傳感器的電 路裝置，從而監(jiān)測壓力和流速，然后處理獲得的信息，再利用它來控 制合適的電操作閥裝置。不過，這樣的系統(tǒng)相對復雜和昂貴，并需要 連續(xù)的外部電源，從而產(chǎn)生附加資金以及運行成本和可靠性的問題。 還有這樣的水流驅(qū)動閥，它利用流體壓力來控制主閥的驅(qū)動，因
此獨立于外部電源，并可以用于基本任意位置。在授予Blann等的美 國專利No.5967176中 >開了 一種這樣的水流驅(qū)動閥系統(tǒng)。該系統(tǒng)通過 利用橫過孔板的壓力降來控制高低壓力，該孔板安裝于主管線中，通 常直接安裝在主閥的進口或出口凸緣上。壓力控制與主閥的位置無關(guān)， 并直接是系統(tǒng)流的函數(shù)。壓力控制裝置監(jiān)測橫過孔板的壓力降或流。
不過，這樣的系統(tǒng)有一些缺點?？装宓闹睆娇赡苄枰獙τ诓煌?高/低流用途進行定制。例如，當流并不足以形成橫過系統(tǒng)孔的所需壓 力降時可能需要更小的孔直徑。同樣，當壓力降太大時可能需要增加 系統(tǒng)的孔，因為更小孔可能限制系統(tǒng)的流動能力?？装暹€降低了主閥 的能力。這在需要高流量時特別要考慮，例如需要高流量的水以便滅 火等。添加孔板限制了主閥用于消防流情況時的能力。而且，很難用 該系統(tǒng)改造現(xiàn)有閥，因為凸緣間隔必須改變以《更容納孔板，從而通常 需要將主閥從管線中拆卸。
因此， 一直需要一種改進的流驅(qū)動閥系統(tǒng)，用于自動地將下游壓 力控制在選定設(shè)置點之間。本發(fā)明滿足這些需要，并提供了其它相關(guān) 優(yōu)點。
發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明涉及一種用于將流體壓力液壓控制在選定設(shè)置點之間的系 統(tǒng)和方法。如這里更詳細所述，該系統(tǒng)是流量驅(qū)動，并響應(yīng)主閥下游 的變化流量需求，以便將主閥下游流體壓力管理和控制在預定設(shè)置點 之間。該系統(tǒng)通常包括主閥，該主閥有確定流體進口和流體出口的主閥 本體。主閥座布置在流體進口和流體出口之間。主閥部件可在離開主 閥座的打開位置和與主閥座接合的關(guān)閉位置之間運動。主閥設(shè)置成液 壓打開以便增大通過的流體流量以及液壓關(guān)閉以便減少通過的流體流 量。主閥隔膜與主閥部件連接。主閥隔膜和主閥本體(或者它的蓋) 確定了控制腔室，該控制腔室具有與引導控制系統(tǒng)流體連通的控制口 。
引導控制系統(tǒng)與主閥可操作地連接，并有至少一個流體導管，該 流體導管用于使流體通過固定孔進入控制引導閥裝置的笫 一腔室，并 用于使流體通過確定可變孔的可變孔組件進入控制引導閥裝置的第二 腔室。
可變孔組件包括與閥相連的殼體，并確定流體進口和出口。桿與 閥部件連接，并可滑動地布置在殼體中。桿在殼體內(nèi)的運動產(chǎn)生在殼 體的流體進口和流體出口之間的可變流體孔。
可變孔組件的桿可以包括流體進口，該流體進口與殼體的流體 進口流體連通；以及流體出口 ，當桿運動時，該流體出口與殼體的流 體出口可變地流體連通。在另一實施例中，套筒布置在殼體和桿之間。 套筒有與殼體流體出口流體連通的孔。桿用于使流體能夠可變地從殼 體流體進口流向套筒孔以及殼體流體出口。優(yōu)選是，套筒可調(diào)節(jié)地位 于殼體內(nèi)，以便使流體流從殼體流量進口變化至殼體流體出口 。
至少一個流體導管包括第一進口 ，該第一進口位于主閥座的上游， 并與固定孔和可變孔組件流體連通。第二進口布置在主閥座下游，第 二進口與控制引導閥裝置的第一腔室流體連通。
壓力調(diào)節(jié)器裝置可以布置在流體導管進口和可變孔組件的流體進 口之間，以便定制和調(diào)節(jié)進入可變孔組件中的壓力。壓力調(diào)節(jié)器包括 殼體，該殼體有流體進口和流體出口?？蛇x擇調(diào)節(jié)的流體通道布置在 5充體進口和流體出口之間。
控制引導閥裝置通常包括殼體，該殼體有第一柔性隔膜，該第一 柔性隔膜布置于殼體中，并確定在該第一柔性隔膜上面的第一可變腔 室。第一可變腔室有流體進口和流體出口?；顒榆楄F安裝在第一柔性變腔室的進口和出口之間的可變流體通道。
通常，桿包括孔，該孔能夠可變地與軛鐵孔對齊，這樣，當軛鐵 和桿彼此相對運動時，它們共同確定可變流體通道。
桿的運動限制為確定下壓力設(shè)置點的選定范圍。通常，這樣的裝 置包括可調(diào)節(jié)彈簧組件，用于將桿的運動調(diào)節(jié)至確定下壓力設(shè)置點的 選定范圍。類似的，軛鐵的運動限制為確定上壓力設(shè)置點的選定范圍。 通常，這樣的裝置包括可調(diào)節(jié)彈簧組件，用于將軛鐵的運動調(diào)節(jié)至確 定上壓力設(shè)置點的選定范圍。
引導控制系統(tǒng)響應(yīng)在控制引導閥裝置的第 一和第二腔室之間的壓 力差而液壓打開或關(guān)閉主閥，以便將主閥下游的流體壓力控制在選定 的較高和較低設(shè)置點之間。
一種控制通過主閥的流體流量以便將下游壓力保持在預定設(shè)置點
之間的本發(fā)明方法包括以下步驟產(chǎn)生流體流，該流體流的壓力與主 閥的進口壓力成比例。流體流的第 一部分通過固定孔并進入控制引導 閥裝置的、在它的柔性隔膜上面的第一腔室內(nèi)。流體流的第二部分通 過可變孔組件并進入控制引導閥裝置的、在它的柔性隔膜下面的第二 腔室內(nèi)。檢測在控制引導閥裝置的第一和第二腔室之間的壓力差，從 而通過將流體流傳送至主閥的控制腔室內(nèi)而導致主閥液壓打開或關(guān) 閉?？勺兛椎牧黧w通道響應(yīng)主閥的打開和關(guān)閉而自動改變。
流體流的第二部分可以在它通過可變孔之前通過壓力調(diào)節(jié)器通 道。壓力調(diào)節(jié)器通道可以進行調(diào)節(jié)，以便改變壓力調(diào)節(jié)型面。
下壓力設(shè)置點通過選擇地限制控制引導閥裝置的柔性隔膜的運行 范圍來設(shè)置。上壓力設(shè)置點通過選擇地限制控制引導閥裝置的第二或 上部柔性隔膜(它布置在第一腔室的上面)的運行范圍來設(shè)置。
還產(chǎn)生第二流體流，該第二流體流的壓力與主閥的出口成比例。 該第二流體流與控制引導閥裝置的笫 一腔室流體連通。通過下面結(jié)合附圖的更詳細說明，將清楚本發(fā)明的其它特征和優(yōu) 點，附圖通過實例表示了本發(fā)明的原理。
附示了本發(fā)明。在附圖中
圖l是根據(jù)本發(fā)明的、用于在較高流體流量狀態(tài)下將主閥下游流 體壓力液壓控制在選定設(shè)置點之間的系統(tǒng)的示意圖2是根據(jù)本發(fā)明的、位于較高流量狀態(tài)的主閥和可變孔組件的 剖視圖3是圖2的區(qū)域"3"的放大剖視圖，表示了處于打開位置的可變
孔；
圖4是實現(xiàn)本發(fā)明的可選可變孔組件的剖視圖； 圖5是大致沿圖4的區(qū)域"5"的放大剖視圖，表示了處于打開位置 的可變孔；
圖6是根據(jù)本發(fā)明使用的控制引導閥裝置在較高流量狀態(tài)下的剖 視圖7是根據(jù)本發(fā)明使用的壓力調(diào)節(jié)器裝置的剖視圖； 圖8是表示通過改變可變孔組件和實施壓力調(diào)節(jié)器裝置而產(chǎn)生的 壓力分布的曲線圖9是控制引導閥裝置在較高壓力狀態(tài)下的剖視圖IO是本發(fā)明的系統(tǒng)在較低流量狀態(tài)下的示意圖11是主閥和可變孔組件在較低流量狀態(tài)下的剖視圖12是圖11的區(qū)域"12"的放大剖視圖，表示可變孔處于關(guān)閉位
置；
圖13是圖4的可變孔組件的剖視圖，但是表示可變孔處于關(guān)閉位
置；
圖14是圖13的區(qū)域"14"的放大剖視圖15是類似于圖13的剖視圖，但是表示它的套筒運動至不同型 面位置；以及圖16是根據(jù)本發(fā)明使用的控制引導閥裝置在較低流量狀態(tài)下的 剖視圖。
具體實施例方式
如用于圖示說明的附圖中所示，本發(fā)明涉及一種可調(diào)節(jié)的液壓操 作壓力管理控制閥系統(tǒng)10。如這里更詳細所述，本發(fā)明的系統(tǒng)10主 要將用于自來水廠，在該自來水廠中希望減少由于泄露而在系統(tǒng)沖產(chǎn) 生的水損失量。本發(fā)明可以通過在流量或系統(tǒng)需求減少時降低系統(tǒng)壓 力來減少水損失量。普通實例是住宅水系統(tǒng)，其中，水需求在白天較 高，在夜晚較低。當在低量使用過程中壓力較低時，較低壓力將使得 整個系統(tǒng)的水損失量更低。
如這里更詳細所述，本發(fā)明的系統(tǒng)10包括主閥組件100，該主閥 組件100可操作地與引導控制系統(tǒng)20連接。引導控制系統(tǒng)20包括可 變孔組件200、控制引導閥裝置300和選擇壓力調(diào)節(jié)器裝置400。多個 導管22- 42與這些部件流體連接，并提供增壓流體流，如這里更詳細 所述。引導控制系統(tǒng)20在較高需求情況下液壓打開主閥組件100,并 在較低需求情況下關(guān)閉主閥組件100，從而使得主閥組件100下游的 自來水系統(tǒng)中的水損失量減少。
下面參考圖1和2，主閥100包括確定進口 104和出口 106的主 閥本體102。主閥座108在主閥進口和出口 104和106中間。主閥部 件可在離開主閥座108的打開位置(如圖1中所示)和與主閥座108 接合的關(guān)閉位置之間運動。主閥部件110包括活動桿112，用于引導 主閥部件110與主閥座108接合和脫開。彈簧114通常也用于便于和 引導主閥部件110運動。主閥隔膜116與主閥部件IIO相連，并在主 閥本體102和主閥100的蓋118之間延伸，以便確定在隔膜116和蓋 118 (或本體102的其它部分)之間的流體控制腔室120?？刂魄皇野?括進口孔122,用于與引導控制系統(tǒng)20流體連接，例如通過導管32。
如這里更詳細所述，引導控制系統(tǒng)20在較低流量或較低需求情況 下增加流入控制腔室120中的流體流量，從而使得主閥部件110向下朝著與主閥座108接合的位置運動。相反，在較高流量或較高需求情 況下，更少流體引入流體控制腔室120，從而導致較低壓力，并使得 主閥部件110能夠遠離主閥座108進入打開位置，以便使更多流體能 夠流過主閥100。
參考圖1，導管22有進口24，該進口 24布置在主閥座108和主 閥部件110的上游，通常臨近主閥組件100的進口 104。產(chǎn)生壓力與 主閥100的進口 104處的流體流的壓力成比例的流體流。該流體流的 一部分偏轉(zhuǎn)至導管26中并通過可變孔組件200。如下面更詳細所述， 通過導管26的該部分流體流可以首先通過壓力調(diào)節(jié)器裝置400，以便 在較低和較高壓力設(shè)置點之間調(diào)節(jié)時控制壓力調(diào)節(jié)斜面的型面，并保 持進口 200的壓力穩(wěn)定性。
下面參考圖2，在一個實施例中，可變孔組件200包括殼體202， 該殼體202確定了流體進口 204和流體出口 206。通常，殼體202與 主閥蓋118相連，如圖所示。不過，在可變孔組件殼體200和主閥100 中的流體壓力相互隔離，例如通過利用在適配器210中的O形環(huán)208 ， 該O形環(huán)208隔離在殼體202和主閥控制腔室120內(nèi)的壓力。
桿212可運動地布置在殼體202中，并與主閥部件110的桿112 相連。這樣，當主閥部件110上下運動時，可變孔組件200的桿212 也上下運動。殼體202和桿212共同確定可變孔214。例如，通常桿 212至少局部空心，并在其中包括孔或狹槽。如圖3中所示，當桿212 向上升高時，可變孔214例如通過中間腔室216而與出口 206流體連 通。
下面參考圖4，圖中表示了可選的可變孔組件200，，該可變孔組 件200，能夠進行調(diào)節(jié)，從而在設(shè)置點之間定制壓力調(diào)節(jié)曲線，以便設(shè) 置用戶的優(yōu)先應(yīng)用。在該實施例中，組件200，還包括殼體202，，該殼 體202，與主閥部件連接，通常與蓋部件118連接，例如通過螺紋連接 件201，。桿212，與主閥部件桿112連接，如上所述，并包括具有O形 環(huán)208，的適配器210，，以便產(chǎn)生無泄露連接，從而在它們之間隔離壓 力。殼體202，包括流體進口 204，和流體出口 206，。202，的內(nèi)壁和桿212，之間接收套筒203，。如圖4和5中所示，套筒203， 包括孔，通常成狹槽205，的形式，該孔與殼體202，的中間腔室216， 流體連通，該中間腔室216，與出口 206，流體連通。桿的部分207，設(shè)置 成在朝著它的上部部分處具有更大直徑，或者有凸肩，該凸肩可以包 括O形環(huán)等，且該桿部分207，在它的下部部分有減小的直徑，或者包 括外部通道等，這樣，當桿212，充分升高時，該部分207，的減小直徑 型面與套筒203，的狹槽205，對齊，從而使得流體能夠從殼體進口 204， 環(huán)繞桿部分207，通過套筒狹槽205，而流入中間腔室216，中，并從出口 206，流出。
本領(lǐng)域技術(shù)人員4艮容易知道，狹槽205，可以形成為通過增加或減 少流過的流體流量而產(chǎn)生壓力調(diào)節(jié)型面。類似的，桿部分207，的外部 結(jié)構(gòu)可以變化，以便相關(guān)增加或減少流體流量。不過，這些技術(shù)并不 能在組件200，制造和裝配后進行調(diào)節(jié)。
因此，參考圖4、 5和13，套筒203，可調(diào)節(jié)地插入和與殼體202， 連接，例如通過分別在殼體202，和套筒203，的內(nèi)螺紋209，和外螺紋 211，之間的螺紋連接。這使得套筒203，能夠升高或降低，從而調(diào)節(jié)套 筒狹槽205，的位置，因此主閥桿112需要更大或更小沖程，以便打開 或關(guān)閉在可變孔組件進口 204，和出口 206，之間的可變孔。
套筒203，的運行可以通過例如使用布置在套筒203，的凸肩215， 上面的定位螺釘213，來進行限制。還有，這用作預防特征，以便不允 許用戶意外地將套筒203，松開至使得可變孔組件200，不起作用的點。 應(yīng)當知道，套筒孔205，的調(diào)節(jié)位置可以用于改變或定制在系統(tǒng)的較低 和較高流量設(shè)置點之間的壓力曲線分布。
參考圖1，當可變孔組件200的桿212升高，以便打開可變孔和 允許流體流過時，流體流入導管34中并分開，這樣， 一部分流體通過 固定孔裝置50和通過與控制引導閥裝置300流體連接的導管38，另 一部分通過導管36和進入控制引導閥裝置300中。
特別是，參考圖6，控制引導閥裝置300包括進口孔302，該進口
13孔302與通向底部或第二腔室304的導管36流體連接。柔性隔膜306 橫過殼體308延伸，并將底部腔室304與上部腔室310分開。如這里 更詳細所述，在第一或上部腔室310和第二或底部腔室304之間的壓 力差使得主閥100液壓打開和關(guān)閉。
控制引導閥裝置300包括低壓調(diào)節(jié)螺釘312，該低壓調(diào)節(jié)螺釘312 與端部部件314螺紋連接，并有螺紋安裝在它上面的止動螺母316。 螺釘312的端部與引導件318接合，從而支承彈簧320。彈簧包含在 活塞322中，這樣，彈簧320在活塞322上施加力。
桿324與活塞322連接，例如通過使用螺母326和桿324的、伸 入活塞322本體內(nèi)的螺紋端部。桿324還延伸穿過隔膜306和布置于 隔膜306的頂表面上的墊片328。上部螺母330可以螺紋連接在桿324 上或凸肩(該凸肩形成于桿中)上。底部和上部螺母326和330夾住 和寸吏得活塞322、隔膜306、桿324和墊片328彼此相連。因此，當這 些部件中的任意一個運動時(例如由于彈簧320的力或腔室304中的 流體壓力)，這些連接的部件也運動。桿324的上部部分空心，并包括 其中的孔或狹槽332。
高壓調(diào)節(jié)螺釘334螺紋穿過本體的上部部件336延伸，并包括止 動螺母338。高壓調(diào)節(jié)螺釘334的端部與上部彈簧引導件340接觸， 該上部彈簧引導件340作用在上部彈簧342上。彈簧342在上部引導 件340和墊片344之間延伸，該墊片344與上部的、通常更小的隔膜 346相連。上部隔膜346布置在上部或第一腔室310的上面，且腔室 348具有大氣壓力。
輒鐵350有螺紋端部352，該螺紋端部352有螺母354，該螺紋端 部352 4吏得軛鐵350與上部隔膜346和墊片344相連。軛4失350包括 通道或開口 356。軛鐵通道356和桿狹槽332可相互對齊，以便使得 流體能夠通過控制引導閥裝置的進口 358流入第一腔室310中，并從 出口 360流出。桿324和軛鐵350可滑動地嵌套，或者以其它方式布 置成使得它們獨立運動，然而共同確定在進口 358和出口 360之間的 可變流體通道。應(yīng)當知道，根據(jù)桿324和軛鐵350的位置，桿狹槽332和軛鐵孔356可以相互完全對齊、相互局部對齊以便限制通過的流量、 或者完全不對齊以便防止流體流入和流過控制引導閥裝置300的第一 上部腔室310。
通常，連接部件或桿引導件362有穿過的孔或通道364，以便使 得流體能夠在第一腔室310的上部部分(鄰近進口和出口 358和360) 和上部或第一腔室310的底部部分(緊鄰底部隔膜306的上面)之間 流動。因此，在上部或第一腔室310中的流體壓力能夠作用在控制引 導閥裝置300的底部隔膜306和上部隔膜346上。
再參考圖1，圖中表示了較高需求或較高流量的情況。流體流通 過進口24而產(chǎn)生，并經(jīng)過導管22。流體流的一部分通過導管28和通 過固定孔裝置52。該部分流體流通過導管30和32而從該固定孔裝置 52流體連接至控制引導岡裝置300的進口 358和主閥100的控制腔室 120。流體流的另一部分通過導管26被引導入可變孔組件200的進口 孔204。在較高流量/較高需求情況下，主閥座IIO打開和遠離閥座108。 因此，當主閥100的桿112向上運動時，可變孔組件200的桿212也 運動，從而使可變孔214的暴露程度增大，直到可變孔214有最大通 道，用于4吏流體流過它、從出口 206流出和流入導管34。
導管34中的流體流在導管36和38之間分開。在導管38中的流 體流經(jīng)過固定孔裝置50，并與控制引導閥裝置300的出口 360流體連 接。導管36中的流體流通過進口 302進入底部或第二腔室304。當可 變孔214處于它的最大流量時，進入腔室304的流體流量(因此流體 壓力)相對較大，從而使得底部隔膜306向上運動，如圖1和6中所 示。隔膜306可以向上運動至使得墊片328與引導件或連接器362接 觸的點。
當?shù)撞扛裟?06向上運動時，桿324中的孔或狹槽332向上運動， 以4更越來越與軛鐵350的相應(yīng)孔或狹槽356對齊。因此，導管30中的 流體能夠通過進口 358和通過桿324和軛鐵350的對齊孔或狹槽332 和356而進入上部或第一腔室310。流體還能夠從控制引導閥裝置的 出口 360離開并進入導管40。由于流體的相對自由流動，如上所述，相對更少量的流體和流體壓力引入主閥100的控制腔室120，從而使得主閥部件110能夠朝著主閥蓋118向上運動。應(yīng)當知道，在這種情況下，在P2處的壓力大于在固定孔裝置50另一側(cè)的P3處的壓力。這是由于相對較高流量的流體通過可變孔214進入控制引導閥裝置300的底部腔室304中。而且，在底部腔室304和上部腔室310之間有壓力差，從而使得隔膜306向上運動，使狹槽332和356對齊，從而導致主閥部件110液壓打開。這例如是當主閥組件100的下游需要較大流量時的情況。
如上所述，本發(fā)明的"^殳計通過與可變孔214或可變孔組件200(它可操作地與主閥組件IOO相連)相互作用而控制較高和較低壓力?？勺兛?14打開將向上或向下增大或減小主閥部件110的沖程。可變孔214與控制引導系統(tǒng)20中的固定孔50相互作用。當系統(tǒng)需求增加時，主閥100響應(yīng)該增加的系統(tǒng)需求而打開。當主閥100打開時，通過可變孔214的流動面積增大，這又增加了橫過固定孔裝置50的壓力降或壓力差。橫過該固定孔裝置50的壓力降或壓力差用于將系統(tǒng)下游壓力變化控制在控制引導閥裝置300的較低和較高壓力設(shè)置點之間。
在所示設(shè)計中，低壓設(shè)置點通過轉(zhuǎn)動螺釘312來設(shè)置和調(diào)節(jié)，該轉(zhuǎn)動螺釘312用于壓縮彈簧320或給該彈簧320減壓，從而限制底部隔膜306和桿324的運動或運行范圍。上部或較高壓力調(diào)節(jié)這樣進行，即通過選擇地轉(zhuǎn)動螺釘334,從而壓縮彈簧342或給該彈簧342減壓，因此影響上部隔膜346和軛鐵350的運行范圍。這樣的調(diào)節(jié)將設(shè)置系統(tǒng)10的低壓和高壓設(shè)置點。
可變孔214可以定制，以便控制在較低和較高壓力設(shè)置值之間的變化速率。當通過可變孔214的流動面積設(shè)置成快速增加時(相對于主閥部件110的沖程)，在較低和較高壓力設(shè)置點之間的轉(zhuǎn)變將同樣快速變化。例如，對于通過可變孔的流動面積快速變化的可變孔214，在較低壓力設(shè)置點和較高壓力設(shè)置點之間的轉(zhuǎn)變將在較低和較高流量狀態(tài)之間相對快速地進行，從而導致在較低和較高設(shè)置點之間的相對陡哨曲線。例如，對于給定閥尺寸(例如八英寸閥)，壓力變化將在兩百加侖每分鐘的流量跨度內(nèi)產(chǎn)生，或者是相對陡峭曲線。不過，當通
過可變孔214的流動面積設(shè)置成緩慢增加時(相對于主閥部件110的沖程)，在較低和較高壓力設(shè)置點之間的轉(zhuǎn)變將同樣緩慢變化。例如，對于通過可變孔的流動面積緩慢變化的可變孔214，相同的較低-較高壓力轉(zhuǎn)變將在較低和較高流量狀態(tài)之間相對緩慢地進行。在這種情況下，變化可能在五百加侖每分鐘的流量跨度內(nèi)產(chǎn)生，或者是相對較淺曲線。改變可變孔214的可變流動面積的幾^f可形狀可以用于改變或定制在較低和較高流量設(shè)置點之間的壓力曲線型面。
下面參考圖1和7，如上所述，通過導管26的流體流可以在流入可變孔組件200之前通過壓力調(diào)節(jié)器裝置400。壓力調(diào)節(jié)器裝置400是定制和控制在較低和較高壓力設(shè)置之間的變化速率的另一裝置，從而改變或定制在較低和較高流量設(shè)置點之間的壓力曲線型面。壓力調(diào)節(jié)器裝置通常包括插頭402，該插頭402與座組件或本體404連接，并支承盤保持器組件406。本體404確定了進口 408和出口 410。腔室或通道412布置在進口和出口 408和410之間。蓋或上部本體414確定了腔室416，該腔室416通常暴露于大氣中。隔膜418布置在腔室412和416之間。隔膜418可操作地與彈簧420和軛鐵422連接或相連。軛4失的一部分確定了通道424，該通道424可與進口 408的通道對齊，以便使流體能夠流過。不過，根據(jù)軛鐵422的位置，流體能夠流入通道或腔室412中并從出口 410出來，或者進行限制或甚至關(guān)閉，從而防止進入通道或腔室412。
設(shè)置點或調(diào)節(jié)通過順時針或逆時針轉(zhuǎn)動螺釘426來進行，該螺釘426向彈簧引導件428施加力，從而使得彈簧420壓縮或放松。這影響隔膜418和輒i失422的位置。這也建立了隔膜418的運4亍范圍，以便產(chǎn)生通過出口 410的相對恒定流量或壓力(如果有的話)，由圖1中的P1表示。壓力調(diào)節(jié)器裝置400用于控制Pl處的壓力。這又定制當在較低和較高壓力設(shè)置點之間調(diào)節(jié)時壓力調(diào)節(jié)斜面的型面。當在Pl處的壓力等于或者幾乎等于在主閥進口 104處的壓力時，壓力斜面處于它的最陡峭位置。當在Pl處的壓力明顯低于主閥進口 104的壓力時，壓力斜面較淺。
下面參考圖8，曲線表示下游壓力與通過主閥100的流量的比較。 因此，當Pl的壓力等于主閥進口壓力104時，形成由實線表示的相 對陵山肖曲線。當Pl處的壓力小于主閥進口 104壓力時，產(chǎn)生由點線 表示的較淺曲線或型面。這是由于使用壓力調(diào)節(jié)器裝置400。在圖8 中表示了壓力型面，其中，可變孔214變化(由虛線表示)。包括壓力 調(diào)節(jié)器裝置400以及改變可變孔214將導致相對較淺的型面，由拉長 的虛線表示。
下面參考圖1和9，在較高流量或較高需求情況時的一些點處， 在P3處的壓力開始增加(由于在進口 42處產(chǎn)生和通過導管40的流 的壓力)。在這種情況下，在控制引導閥裝置300的上部腔室310中的
壓力將開始增加。
當?shù)谝磺皇?10中的壓力開始增加時，上部隔膜346被迫向上運 動，從而拉動軛4失350與它一起向上運動，并壓縮通過狹槽或孔332 和356的通道。實際上，當隔膜346朝著它的最上側(cè)位置運動時，輒 鐵350可以充分升高，這樣，它的孔或狹槽356不再與桿324的狹槽 或孔332對齊，因此，流體不能通過。這在圖9中表示。
如上所述，調(diào)節(jié)螺釘334旋轉(zhuǎn)，以便放松或壓縮彈簧342，從而 增大或減小隔膜346和軛鐵350的可能運動和運行范圍。這樣，較高 壓力設(shè)置點可以調(diào)節(jié)和設(shè)置成預定水平。
下面參考圖10，當控制引導閥裝置300的上部或第一腔室310中 的壓力足以達到較高壓力設(shè)置點時，如上所述，在導管30和32中將 形成流體回流和反壓，從而增加進入主岡組件100的進口孔122和控 制腔室120中的流體流量和壓力，以便防止主閥部件110向上運動至 任何更大程度，或者在控制腔室120內(nèi)形成足夠壓力，以便朝著座108 向下推動隔膜116，并因此推動主閥部件110。這減少了流過主閥IOO 的流量，并降低了下游壓力，從而使它低于較高壓力設(shè)置點。
繼續(xù)參考圖10，系統(tǒng)IO表示了較低流量或較低需求狀態(tài)，其中， 主閥部件IIO朝著主閥座108運動，從而限制流過主閥IOO的流體流下面參考圖11,在這樣的較低流量或較低需求情況下，主閥部件
110朝著它的、鄰近主閥座108的關(guān)閉位置運動。這樣，可變孔組件 桿212向下運動，從而閉塞可變通道214，限制或抑制或者甚至防止 流體流過可變孔組件桿和從出口 206流出。這可以如圖12中所示。
下面參考圖13-15，在可變孔組件200，的可選實施例中，當桿 212，向下運動時，部分207，也向下運動，這才羊，部分207，的更大直徑 部分與套筒203，接觸，從而減少或防止流體流過組件進口 204，和套筒 狹槽205，以及因此流過出口 206，。應(yīng)當知道，當與圖13和15中所示 的可變閥孔組件200，比較時，套筒203，可調(diào)節(jié)地運動。如上所述，套 筒203，的運動(進或出殼體202，)，調(diào)節(jié)套筒狹槽205，的位置，并因 此影響所形成的流體流量型面。不過，在圖13和15中，桿212，充分 向下運動，很少(當有時)流體從殼體進口 204，流向出口 206，。
這導致在P2處和在控制引導閥裝置300的底部腔室304中的較 低流體流量和壓力。在腔室304中的較低壓力自然將底部隔膜306向 下偏壓，如圖16中所示。這使得桿324向下運動，從而使得它的狹槽 332不與輒鐵開口 356對齊。這限制(或者在一些情況下甚至防止) 進入進口 358的流體流入上部腔室310和從出口 360離開。這引起反 壓，該反壓在主閥組件100的控制腔室120中增大，從而防止主閥部 件110向上運動，或者如果在控制腔室120中有足夠壓力，使得主閥 部件110朝著座108向下運動，以便限制流體流過主閥100。而且， 上部腔室310中的壓力減小將使得上部隔膜346保持在適當位置或向 下運動(取決于腔室310中的壓力)，如圖11中所示。
通過可變孔214的通道面積隨著主閥部件110的位置變化而變化。 主閥部件110的位置響應(yīng)系統(tǒng)流量需求狀態(tài)而變化，從而當需求增大 時打開，并在需求減小時關(guān)閉。限制流過可變孔214的流量將引起通 過固定孔50的較低壓力降或壓力差，這使得限制流過控制引導閥裝置 300的流量。該作用使得主閥100朝著較低壓力設(shè)置點節(jié)流關(guān)閉。較 低壓力設(shè)置點通過調(diào)節(jié)定位螺釘312來建立，該定位螺釘312壓縮或放松彈簧320,從而直接影響底部隔膜306的運行和運動范圍。
不過，當系統(tǒng)流量需求增大時，主閥100通過打開來響應(yīng)，這增 大了通過可變孔214的流動面積，如上所述。增加通過可變孔214的 流量將增加橫過固定孔50的壓力降或壓力差。該作用使得主閥100 朝著較高設(shè)置點節(jié)流打開。
由于改變通過可變孔214的流體流量，作用在底部隔膜306上的 壓力也變化。當在腔室310中的底部隔膜頂部上的壓力等于或略大于 腔室304中的底部隔膜下方的壓力時，液壓力沿著減小通過狹槽332 的流動面積的方向偏壓有狹槽桿324的運4于。如上所述，該作用4吏主 閥IOO朝著較低壓力或較低流量設(shè)置點進行節(jié)流。
然而，當在腔室304中的底部隔膜下面的壓力相對于腔室310中 的底部隔膜306上面的壓力增大時，液壓力沿著增大通過狹槽332的 流動面積的方向偏壓有狹槽桿324的運行。該作用使得主閥100朝著 較高壓力或較高流量設(shè)置點進行節(jié)流。如上所述，當上部腔室310中 的壓力足夠大時，上部隔膜346向上運動至它的選定較高壓力設(shè)置點， 從而使得軛鐵向上運動，并限制流體流過狹槽332和軛鐵通道356， 增大控制腔室120中的壓力，且防止主閥部件110進一步向上運動， 或者迫使主閥部件110朝著更關(guān)閉的位置向下運動。在全部流量情況 (較低和較高)中，桿324和軛鐵350獨立運動，且它們的運行并不相 互干涉。通過控制引導閥裝置300的暴露的狹槽面積或可變通道將隨 著系統(tǒng)狀態(tài)的變化而變化，從而調(diào)節(jié)流量。該結(jié)構(gòu)使得主閥100能夠 在預選的較高和較低壓力設(shè)置點(它們在控制引導閥裝置300處建立) 之間進行調(diào)節(jié)，如上所述。特別是，作用在底部和上部隔膜306和346 上的彈簧320和342的選擇產(chǎn)生了較高和較低壓力設(shè)置點。較低壓力 設(shè)置點由底部彈簧320施加的力來確定。減小底部彈簧320的彈簧力 將減小下游壓力。增大上部彈簧342的彈簧力將升高下游壓力。上部 彈簧342用于將系統(tǒng)壓力設(shè)置為正?；蜉^高流量情況，而底部彈簧320 用于設(shè)置較低流量情況下的系統(tǒng)壓力情況。
盡管已經(jīng)為了舉例說明的目的而稍微詳細地介紹了多個實施例，但是在不脫離本發(fā)明的范圍和精神的情況下可以進行各種變化。因此， 本發(fā)明只能由附加權(quán)利要求來限制。
權(quán)利要求
1.一種用于將流體壓力液壓控制在選定的設(shè)置點之間的系統(tǒng)，其包括主閥，該主閥具有流體進口和流體出口，主閥設(shè)置成可液壓打開以便增加通過其的流體流量，以及可液壓關(guān)閉以便減少通過其的流體流量；以及引導控制系統(tǒng)，該引導控制系統(tǒng)可操作地與主閥連接，并具有至少一個流體導管，用于使流體通過固定孔并進入控制引導閥裝置的第一腔室中，以及用于使流體通過限定可變孔的可變孔組件并進入控制引導閥裝置的第二腔室中，由此，引導控制系統(tǒng)響應(yīng)在控制引導閥裝置的第一和第二腔室之間的壓力差來液壓打開或關(guān)閉主閥，以便將主閥下游的流體壓力控制在選定的上設(shè)置點和下設(shè)置點之間。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，所述主閥包括主閥本體， 該主閥本體限定流體進口和流體出口；主閥座，該主閥座布置在流體 進口和流體出口之間；主閥部件，該主閥部件可在離開主閥座的打開 位置和與主閥座接合的關(guān)閉位置之間運動；以及主閥隔膜，該主閥隔 膜與主閥部件連接，該主閥隔膜和主閥閥體或者它的蓋限定控制腔室， 該控制腔室具有與引導控制系統(tǒng)流體連通的控制口 。
3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，可變孔組件包括殼體， 該殼體與主閥相關(guān)聯(lián)，殼體有流體進口和流體出口；以及桿，該桿可 滑動地布置在殼體中，并與主閥部件連接。
4. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，其中桿和殼體共同限定可變孔。
5. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，包括套筒，該套筒布置在殼體 和桿之間，其具有貫穿的孔，該孔與可變孔組件的出口的流體出口可 調(diào)節(jié)地流體連通。
6. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，包括導管，該導管與可變孔組 件的流體出口流體連接，并延伸向控制引導裝置的第二腔室。
7. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的系統(tǒng)，其中，所述至少一個流體導管包括第一進口，該第一進口布置在主閥座的上游，并與固定孔和可變 孔組件流體連通；以及第二進口，該第二進口布置在主閥座下游，第 二進口與引導閥裝置的第一腔室流體連通。
8. 根據(jù)權(quán)利要求3所述的系統(tǒng)，還包括壓力調(diào)節(jié)器裝置，該壓 力調(diào)節(jié)器裝置布置在流體導管進口和可變孔組件的流體進口之間，該 壓力調(diào)節(jié)器包括具有流體進口和流體出口的殼體以及布置在流體進口 和流體出口之間的可選擇調(diào)節(jié)的流體通道。
9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的系統(tǒng)，其中，控制引導閥裝置包括第 一柔性隔膜，該第一柔性隔膜安裝在活動軛鐵上；以及第二柔性隔膜， 該第二柔性隔膜安裝在活動桿上，并布置在第一和第二腔室之間，該 活動桿和軛鐵相互獨立地運動，并共同形成在第一腔室的進口和出口 之間的可變流體通道。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的系統(tǒng)，其中所述活動桿的運動被可 調(diào)節(jié)地限制為限定下壓力設(shè)置點的選定范圍，軛鐵的運動被可調(diào)節(jié)地 限制為限定上壓力設(shè)置點的選定范圍。
11. 一種控制通過主閥的流體流量以便將下游壓力保持在預定設(shè) 置點之間的方法，包括以下步驟產(chǎn)生第一流體流，該第一流體流的壓力與主閥的進口壓力成比例； 使第 一流體流的第 一部分通過固定孔以及通過可變流體通道和控制引導閥裝置的、在它的柔性隔膜上面的第一腔室，并進入主閥控制腔室內(nèi)；使第一流體流的第二部分通過可變孔并進入控制引導閥裝置的、 在它的柔性隔膜下面的第二腔室內(nèi)；產(chǎn)生第二流體流，該第二流體流的壓力與主閥的出口壓力成比例， 并使得第二流體流與控制引導閥裝置的第 一腔室流體連通；檢測在控制引導閥裝置的第一和第二腔室之間的壓力差；以及響應(yīng)檢測的壓力差，通過增大或減小進入主閥的控制腔室內(nèi)的流 體壓力來液壓打開或關(guān)閉主閥。
12. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟響應(yīng)主閥的打開和關(guān)閉而自動改變可變孔的流體通道。
13. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟使流體流的 第二部分在通過可變孔之前通過壓力調(diào)節(jié)器通道。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的方法，還包括以下步驟調(diào)節(jié)壓力調(diào) 節(jié)器通道，以便改變壓力調(diào)節(jié)型面。
15. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟通過選擇性 地限制所述控制引導閥裝置的柔性隔膜的運行范圍來設(shè)置下壓力設(shè)置 點。
16. 根據(jù)權(quán)利要求11所述的方法，還包括以下步驟通過選擇性 地限制布置在第一腔室上面的、控制引導閥裝置的第二柔性隔膜的運 行范圍來設(shè)置上壓力設(shè)置點。
17， 一種可變孔組件，包括閥，該閥具有流體進口和流體出口；閥座，該閥座布置在該流 體進口和流體出口之間；以及閥部件，該閥部件可在遠離閥座的打開 位置和與閥座接合的關(guān)閉位置之間運動；殼體，該殼體與閥相關(guān)聯(lián)，并限定流體進口和流體出口；以及 桿，該桿與閥部件連接，并可滑動地布置在殼體內(nèi)； 其中，桿在殼體內(nèi)的運動產(chǎn)生在流體進口和流體出口之間的可變 流體孑L。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的組件，其中，桿包括流體進口，該 流體進口與殼體的流體進口流體連通；以及流體出口，當桿運動時， 從關(guān)閉位置至打開位置，該流體出口可變地與殼體的流體出口流體連 通。
19. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的組件，還包括套筒，該套筒布置在 殼體和桿之間，該套筒有與殼體流體出口流體連通的孔，桿用于可變 地允許流體從殼體的流體進口流向套筒孔。
20. 根據(jù)權(quán)利要求19所述的組件，其中套筒可調(diào)節(jié)地位于殼體 中，以便使流體流從殼體的流體進口變化至殼體的流體出口 。
21. —種控制引導閥裝置，其包括殼體；第一柔性隔膜，該第一柔性隔膜布置在殼體中，并限定在第一柔 性隔膜上面的第一可變腔室，該第一可變腔室具有流體進口和流體出o ;活動軛鐵，該活動軛鐵安裝在第一柔性隔膜上；第二柔性隔膜，該第二柔性隔膜布置在殼體中，與第一柔性隔膜 間隔開，并限定在第二柔性隔膜下面的第二可變腔室，該第二可變腔 室具有流體進口；以及桿，該桿相對于軛鐵可滑動地布置，并安裝在第二柔性隔膜上；其中，軛鐵和桿相互獨立地運動，并共同形成在第一可變腔室的 進口和出口之間的可變流體通道。
22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，其中桿包括孔，當輒鐵和桿 彼此相對運動時，該孔可變地與輒鐵孔對齊，以便限定可變流體通道。
23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，還包括可調(diào)節(jié)彈簧組件，用 于將軛鐵的運動調(diào)節(jié)成限定上壓力設(shè)置點的選定范圍。
24. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的裝置，還包括可調(diào)節(jié)彈簧組件，用 于將桿的運動調(diào)節(jié)成限定下壓力設(shè)置點的選定范圍。
全文摘要
一種用于將流體壓力液壓控制在選定設(shè)置點之間的系統(tǒng)，包括引導控制系統(tǒng)，該引導控制系統(tǒng)可操作地與主閥連接。引導控制系統(tǒng)包括至少一個流體導管、可變孔組件和控制引導閥裝置。流體通過固定孔進入控制引導閥裝置的第一腔室。流體通過可變孔組件的可變孔進入控制引導閥裝置的第二腔室。主閥響應(yīng)在控制引導閥裝置的第一和第二腔室之間的壓力差而打開或關(guān)閉，以便將主閥下游的流體壓力控制在選定的上設(shè)置點和下設(shè)置點之間。
文檔編號F16K31/12GK101668976SQ200780052957
公開日2010年3月10日 申請日期2007年10月30日 優(yōu)先權(quán)日2007年4月13日
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