壓力獨(dú)立控制和平衡閥的制作方法
【專利說(shuō)明】壓力獨(dú)立控制和平衡閥
[0001] 本發(fā)明涉及具有壓力獨(dú)立控制和平衡閥的裝置。控制閥和平衡閥常用于循環(huán)加熱 /冷卻系統(tǒng)（hydronic system)中，以監(jiān)測(cè)和調(diào)節(jié)流體流速并且確保流體的相對(duì)穩(wěn)定的流 動(dòng)。
[0002] 發(fā)明背景
[0003] 在流體網(wǎng)絡(luò)中，將流體從來(lái)源分布到一個(gè)或多個(gè)消耗（負(fù)載）點(diǎn)是常見(jiàn)的。為了根 據(jù)不同的需求提供正確量的流體，通常設(shè)置一個(gè)或多個(gè)控制閥。這些控制閥響應(yīng)于控制信 號(hào)以在系統(tǒng)中產(chǎn)生可變的限制，向每個(gè)負(fù)載提供適當(dāng)量的流體。例如，控制信號(hào)可以由恒溫 器來(lái)提供，并且控制閥可以通過(guò)改變加熱流體或冷卻流體經(jīng)過(guò)熱交換器的流動(dòng)來(lái)響應(yīng)。如 果選擇具有大于應(yīng)用所需的最大限度的最大開(kāi)口的控制閥，那么其必須隨時(shí)被控制為過(guò)度 地關(guān)閉。當(dāng)控制閥從打開(kāi)狀態(tài)反復(fù)地改變?yōu)殛P(guān)閉狀態(tài)而不是安置在適當(dāng)?shù)奈恢脮r(shí)，這種過(guò) 度關(guān)閉導(dǎo)致不穩(wěn)定的控制。相反地，如果選擇具有太小的最大開(kāi)口的閥，則需要過(guò)多的栗運(yùn) 能來(lái)解決在系統(tǒng)中出現(xiàn)的不需要的壓降。該問(wèn)題由于控制閥通常僅在固定的步驟中是可用 的而迫使用戶選擇一種或另一種錯(cuò)誤的類型這一事實(shí)而加重。
[0004] 已知的系統(tǒng)通常在不同的終端處具有不同量的剩余壓力。普通的控制閥不提供用 于讀取流體的流速的工具，也不提供手動(dòng)調(diào)節(jié)其最大開(kāi)口的工具，這將導(dǎo)致普通的控制閥 不正確地控制流體的流動(dòng)。雖然剩余壓力的量可以在理論上被計(jì)算，但在實(shí)踐中，計(jì)算由 于其復(fù)雜性常常沒(méi)有進(jìn)行，或由于構(gòu)造變化是不準(zhǔn)確的。該問(wèn)題常常通過(guò)安裝平衡閥來(lái)解 決，平衡閥提供校準(zhǔn)的可調(diào)節(jié)限制和測(cè)量流速的工具。然后，采用平衡承包商（balancing contractor)來(lái)調(diào)節(jié)整個(gè)系統(tǒng)中的這些平衡閥，使得在最大流動(dòng)條件下，所有的終端接收正 確的流體流動(dòng)而沒(méi)有過(guò)剩。此外，在一些系統(tǒng)中，隨著系統(tǒng)上的負(fù)載導(dǎo)致系統(tǒng)阻力變化，并 且隨著栗運(yùn)功率被改變以對(duì)應(yīng)于變化的負(fù)載，每個(gè)終端處的壓力可以改變。結(jié)果可能是，在 不同的負(fù)載條件下，系統(tǒng)使用比需要多的功率，或一些終端沒(méi)有得到其需要的流體的量，或 一些終端的操作是不穩(wěn)定的。為了糾正這一點(diǎn)，壓力控制器有時(shí)作為單獨(dú)的部件被包含或 與控制閥結(jié)合。
[0005] 已知的閥經(jīng)歷以下問(wèn)題：控制閥沒(méi)有考慮到由平衡閥產(chǎn)生的限制，使得控制閥的 沖程的一部分被浪費(fèi)。
[0006] -些現(xiàn)有裝置在單個(gè)單元中組合控制閥和平衡閥的功能，提供組合單元的改進(jìn)的 性能。使用由單個(gè)裝置實(shí)現(xiàn)的控制功能和平衡，提供為在給定終端處經(jīng)歷的精確條件定制 的改進(jìn)的控制性能是可能的。
[0007] -些現(xiàn)有裝置在相同殼體中組合控制閥和壓力補(bǔ)償器以制造壓力獨(dú)立控制閥。這 些裝置在一些情況下還包括用于其最大流動(dòng)的調(diào)節(jié)器。
[0008] -些現(xiàn)有技術(shù)裝置所遭受的問(wèn)題是它們是龐大的，尤其尺寸大。
[0009] 現(xiàn)有技術(shù)裝置所遭受的另一問(wèn)題是，它們?cè)谄溟y桿位置和連接裝置的熱傳遞之間 沒(méi)有正確的關(guān)系，特別是當(dāng)其被調(diào)節(jié)到特定的最大流動(dòng)時(shí)。
[0010] 本發(fā)明試圖提供解決現(xiàn)有技術(shù)裝置呈現(xiàn)的問(wèn)題中的一個(gè)或多個(gè)的裝置。
[0011] 發(fā)明概述
[0012] 本裝置使用軸向布局，其中，控制閥塞子（control valve plug)從嵌入經(jīng)過(guò)裝置 的流體流動(dòng)內(nèi)的主體延伸，并且調(diào)節(jié)器活塞緊靠該相同嵌入主體的相對(duì)端。顯著地，這產(chǎn)生 具有如將在下文詳細(xì)說(shuō)明的另外的技術(shù)優(yōu)點(diǎn)的緊湊裝置。
[0013] 因此，在第一方面，本發(fā)明提供了具有壓力獨(dú)立控制和平衡閥的裝置，該裝置適合 在循環(huán)加熱/冷卻系統(tǒng)中使用，裝置包括底座、具有上游表面和下游表面的塞子以及活塞， 其中底座、塞子和活塞同軸地對(duì)準(zhǔn)，調(diào)節(jié)工具確定塞子的上游表面和底座之間的第一流動(dòng) 限制（first flow restriction)的大小，活塞是可操作的以響應(yīng)于橫跨第一限制的壓差和 預(yù)先確定的力移動(dòng)，活塞相對(duì)于塞子的下游表面的位置確定第二流動(dòng)限制的大小，從而在 使用中維持橫跨第一限制的大體上恒定的壓差。
[0014] 優(yōu)選地，塞子通常是圓柱形的并且其能夠相對(duì)于底座軸向地移動(dòng)。流體流速的控 制通過(guò)改變?nèi)雍偷鬃g的距離來(lái)實(shí)現(xiàn)。
[0015] 優(yōu)選地，塞子的下游表面通常是圓錐形的并且延伸到由活塞界定的管中。
[0016] 優(yōu)選地，活塞通常是管狀的并且具有至少部分地環(huán)繞塞子的下游表面的套疊式部 分（telescopic portion)。優(yōu)選地，活塞能夠在塞子的中心縱向軸線的遠(yuǎn)側(cè)與塞子形成環(huán) 形接觸。
[0017] 優(yōu)選地，流體能夠流經(jīng)裝置，并且塞子定位在流體的流動(dòng)路徑內(nèi)，塞子布置成其縱 向軸線平行于流動(dòng)方向。優(yōu)選地，流體流動(dòng)路徑在塞子和底座之間徑向向外延伸，并且在塞 子的下游表面和活塞的套疊式管狀部分之間徑向向內(nèi)延伸。
[0018] 優(yōu)選地，活塞具有凸緣和推動(dòng)活塞以增大第二限制的大小的彈簧，凸緣具有低壓 側(cè)和高壓側(cè)，凸緣的低壓側(cè)在使用中經(jīng)受所述第一限制下游的流體壓力（P2)，從而產(chǎn)生推 動(dòng)活塞以增大第二限制的大小的力，凸緣的高壓側(cè)在使用中經(jīng)受第一限制上游的流體壓力 (Pl)，從而產(chǎn)生推動(dòng)活塞以減小第二限制的大小的力。
[0019] 優(yōu)選地，活塞的管狀部分在內(nèi)部和外部?jī)烧呔哂兄睆降倪^(guò)渡，使得活塞的經(jīng)受 P2的徑向面積等于活塞的經(jīng)受Pl的徑向面積。
[0020] 此外，優(yōu)選地，在使用中，對(duì)于將朝向打開(kāi)位置推動(dòng)活塞的側(cè)面、將朝向關(guān)閉位置 推動(dòng)活塞的內(nèi)側(cè)面，活塞的經(jīng)受來(lái)自第二限制下游的流體壓力（P3)的徑向面積是相等的。 這提供以下優(yōu)點(diǎn)，與第一限制之前流體的流體壓力之間可能發(fā)生的流體壓力的變化相比， 本發(fā)明的裝置對(duì)第二限制之后流體的流體壓力之間可能發(fā)生的流體壓力的變化不太敏感。 這又允許調(diào)節(jié)器盡管在范圍廣泛的系統(tǒng)壓差下仍能起作用。換言之，根據(jù)本發(fā)明，活塞通過(guò) 來(lái)自系統(tǒng)的范圍廣泛的施加的流體壓力軸向地操作。
[0021] 將理解的是，調(diào)節(jié)器的最重要的功能中的一個(gè)是，在范圍廣泛的施加的壓力條件 下提供相同的流速。然而，已知的調(diào)節(jié)器的常見(jiàn)故障是，其遭受下陷（sag)。下陷是當(dāng)增大 Pl和P3之間的系統(tǒng)壓差時(shí)發(fā)生的現(xiàn)象，該現(xiàn)象導(dǎo)致Pl和P2之間的控制的壓差減小。這又 導(dǎo)致流體流速隨著Pl減去P3的增大而降低。這種狀況產(chǎn)生不穩(wěn)定性，因?yàn)榻档土魉賹?dǎo)致 壓差的增大，但這僅僅在流體的減速期間暫時(shí)發(fā)生。一些裝置嘗試通過(guò)被布置使得其緊靠 Pl而不是緊靠 P3來(lái)解決下陷。然而，雖然這防止下陷的相對(duì)危險(xiǎn)的影響，但其仍然導(dǎo)致調(diào) 節(jié)器隨著Pl和P3之間的差異的變化而改變流動(dòng)。有利地，根據(jù)本發(fā)明的裝置幾乎完全不 受Pl和P3之間的差異的變化的影響。
[0022] 在實(shí)施方案中，活塞和塞子的下游表面包括調(diào)節(jié)部分（regulating section)，調(diào) 節(jié)部分位于控制部分（control section)的下游，控制部分由塞子的上游表面和底座構(gòu)成。 活塞向上游移動(dòng)以關(guān)閉調(diào)節(jié)部分中的流體路徑，其中活塞緊靠由塞子的下游表面形成的控 制機(jī)構(gòu)，并且通過(guò)流經(jīng)裝置的流體的壓差來(lái)操作，壓差由塞子的上游表面和底座之間的間 隙形成的控制限制產(chǎn)生?；钊ü軤畈糠?，并且活塞的移動(dòng)產(chǎn)生流體路徑的調(diào)節(jié)限制，該 調(diào)節(jié)限制在由活塞的移動(dòng)產(chǎn)生的流體路徑的控制限制的下游。
[0023] 在實(shí)施方案中，活塞包括管狀部分，該管狀部分具有鄰近活塞的上游端部的減小 外徑的部分。此外，鄰近具有減小外徑的部分和從該部分下游，活塞的管狀部分具有減小內(nèi) 徑的部分。減小的外徑大體上等于減小的內(nèi)徑。
[0024] 有利地，根據(jù)本發(fā)明，塞子連同其由其相關(guān)聯(lián)的機(jī)構(gòu)殼體形成的下游表面形成流 動(dòng)路徑中大體上僅有的阻礙。優(yōu)選的實(shí)施方案包括拉納約翰遜式閥（Larner Johnson type valve)。換句話說(shuō)，控制塞從由機(jī)構(gòu)殼體形成的主體伸縮，該機(jī)構(gòu)殼體嵌入流體的流動(dòng)中。 在該閥的情況下，包括活塞的壓差部分已經(jīng)被布置使得活塞抵靠控制塞從其伸縮的相同的 主體（但在其另一端上）關(guān)閉流動(dòng)路徑。這具有簡(jiǎn)化構(gòu)造、減少使用中的流體壓降的優(yōu)點(diǎn)， 并且減小了裝置的整體尺寸。
[0025] 此外，根據(jù)本發(fā)明，在現(xiàn)有技術(shù)裝置中將需要的至少一個(gè)密封件現(xiàn)在是不需要的。 代替地，本發(fā)明僅需要刮削器或?qū)бb置。還意味著，可以使用突出部（jog)來(lái)抵消P3,因 為在活塞的表面處存在的相同的流體壓力也存在于突出部處。
[0026] 使用具有本發(fā)明的軸向布局的閥可能發(fā)生的問(wèn)題是，相對(duì)大的渦流可能在流經(jīng)裝 置的流體的下游產(chǎn)生。這些渦流通常被稱為"尾流"，其存在于控制機(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)限制的下游。 渦流在流體中發(fā)生氣蝕（cavitation)并且這可以導(dǎo)致振動(dòng)。振動(dòng)可以不利地影響裝置的 性能。
[0027] 因此，在第二方面，本發(fā)明提供具有壓力獨(dú)立控制和平衡閥的裝置，該裝置適合在 循環(huán)加熱/冷卻系統(tǒng)中使用，裝置包括底座、具有上游表面和下游表面的塞子以及活塞，控 制器確定塞子的上游表面和底座之間的第一流動(dòng)限制的大小，活塞是可操作的以響應(yīng)于橫 跨第一限制的壓差和預(yù)先確定的力移動(dòng)，活塞相對(duì)于塞子的下游表面的位置確定第二流動(dòng) 限制的大小，從而在使用中維持橫跨第一限制的大體上恒定的壓差；其中塞子的下游表面 由一個(gè)或多個(gè)氣蝕抑制元件界定。
[0028] 優(yōu)選地，氣蝕抑制元件包括多個(gè)脊。
[0029] 在一個(gè)實(shí)施方案中，氣蝕抑制元件由多個(gè)圓柱形構(gòu)件形