减压阀及其控制方法

专利名称：减压阀及其控制方法
技术领域：
本发明涉及一种减压阀(PRV)，特别是涉及一种用于供水系统的减压阀。更具体
地，本发明涉及一种通过使用导向阀装置来控制这种阀门的方法，并且本发明特别是涉及 一种导向阀装置，所述导向阀装置使用了液压方法来自动地感测在流动中的变化，特别是 流速，并改变阀门的设置。
背景技术：
在从水源即干线供水到多个终端用户的过程中，传统做法都是通过PRV来传递供 应，所述PRV例如可将主干线压力从大约70米减少到大约15 20米。这是非常值得的， 因为较低的操作压力减少了泄漏率，延长了系统的寿命，减少了在修理和维护该系统中的 劳动支出，并且减少了干线管爆裂的频次。 传统的PRV系统包含一个干线阀，干线水流经该阀门，并且开启和关闭该阀门来 改变输送压力。所述干线阀由一个导向阀控制。在供水工业的实际应用中的大多数PRV系 统被用来保持一个固定的出口压力，通过导向阀开启和关闭干线阀，来将出口压力保持在 一个与流速无关的人工设定的固定水准。这个固定的压力需要被设定到一个足够高的水 准，以便远离供应源的用户在使用点获得合理的压力。然而，对供水系统的要求变化很大。 有时，连接至该系统上的多数用户需要供给水并且在该系统中整体的压力须足够以满足这 种需求。可是在其他时候，例如晚上，只有很少的用户需要水供应，因此为了足够的安全性， 水压应该减小。 现在已经开发出了流量可调节的PRV装置，其中压力会随着流量的增加而增加， 反之依然，以应对需求变化的问题，并将出口压力对于所需要的流速来说保持得尽可能地 低。 这些流量可调节的PRV控制装置中的一些使用了电子控制器和导向阀装置，所述 导向阀装置包括微型的电磁阀和电子传感器。然而，这些是不合意的，因为它们需要电源供 应，但可能得不到电源供应，或者需要电池供应，这意味着它们不能持续地工作。另外它们 通常复杂而且昂贵，而且不可靠。此外，这些电子感测装置通常都只是周期性地采集流量和 压力的信号(为了减少电源负载等)。结果，它们的响应时间慢并且是断断续续的，并且它 们不能即时地响应。 液压操作的导向阀和感测装置也一直受到推崇。它们具有不需要供给任何电能和 自足的优点。然而，大量这样的液压装置依赖于在干线出口处使用孔板或文丘里管来感测 流速。在干线出口处的这些孔板和文丘里管引入了它们自身的压力损耗，并且是不合意的。 特别地，这些孔板在出口处形成了节流，不合意地制约了输送的最大流量和压力。这些装置 通常还依靠直接作用于偏置弹簧负载的感测到的流体压力，并在能够提供的调节范围内或 者被固定和/或受限制。这些液压装置困扰于其不稳定性和操作故障同样也为人所知。
早期的液压控制PRV的例子公开于专利文献US 3， 592， 223、 US 3， 896， 843、 US 4，715，578、GB 2， 267， 141和WO 99/23544中。然而它们实际上都没有解决上述问题，并提供一个可靠的、稳定的出口压力的流量调节控制方法。 因此，迫切需要提供一种改进的PRV装置，特别是需要提供一种PRV的导向阀控制 方法，所述控制方法解决了上述问题和/或更通常地提供了对于现有装置的改进或替换。

发明内容
因此，根据本发明，其提供了一种如所附的权利要求所描述的导向阀组装件。
在本发明的第一方面的一个实施方式中，提供了一种导向阀组装件用于控制具有 进口和出口的减压阀。所述导向阀包括壳体、可移动地安装于所述壳体内的第一活动阀门 部件、可移动地安装于所述壳体内并相对于第一活动阀门部件可移动的第二活动阀门部
件。所述组装件这样构造，使得第一和第二活动阀门部件的相对运动开启和关闭所述导向 阀来控制所述减压阀。另外，第二活动部件安装在壳体内用于响应减压阀的出口压力而相 对于所述壳体运动。第一活动部件安装在壳体内，用于响应来自主阀的出口水流的感测到 的出口速度头而相对于壳体运动。 这样的装置提供了一种相对简单的一体化液压操作的导向阀装置，所述装置能够
控制减压阀，来既能保持出口压力又能响应于增加的水流而增加出口压力。 优选地，第一活动部件安装在壳体内使得出口速度头被配置成作用在第一活动部
件的第一侧面。可设置一敏感度阀门(sensitivity valve)来可变地限制作用在第一活动
部件的第二侧面的感测到的出口速度头。来自主阀的出口水流的静态出口压力被设定为作
用于第一活动部件的第二侧面。 优选地，一定比例的感测到的出口速度头被设定成作用于第一活动部件的第二侧
面。也可以使用一调节器阀门来改变被设定成作用于第一活动部件的第二侧面的所述感测
到的出口速度头的这部分比例。作用于第一活动部件第二侧面的所述部分比例的速度头用
作平衡和抵消作用于另一侧的速度头。这使得压力的调节响应于水流的变化可调整。另外，
其由于使越过第一活动部件的速度头平衡而提供了一种平滑的、稳定的调节方法。 优选地，第一活动部件包括活动的隔膜组装件，所述隔膜组装件将至少一部分壳
体分成一速度头腔室和一出口腔室，所述速度头腔室连接至隔膜组装件一侧上的感测到的
出口速度头，所述出口腔室在隔膜组装件的另一侧上并连接至减压阀的出口 。 优选地，第二活动部件包括由减压阀的出口压力所作用的隔膜。特别地，第二活动
部件包括限定了出口腔室的壁并由减压阀的出口压力所作用的隔膜。 可以设置一压力设定偏置弹簧来作用于第二活动部件上以对抗减压阀的出口压 力。压力设定偏置弹簧的偏置力优选是可调节的。 优选地，第一或者第二活动部件中的一个包括第一和第二隔膜，所述第一和第二 隔膜可移动地安装在壳体内并且被固定地间隔开以在其间限定一进口腔室。
优选地，所述导向阀组装件进一步包括至少一个排出阀，用于将空气从导向阀排 出，特别是从导向阀组装件的各个腔室排出。导向阀组装件通常包括限定在壳体内的进口 腔室、出口腔室和速度头感测腔室。 优选地，所述导向阀组装件使用设置在来自减压阀的出口和出口水流中的皮托管 来感测出口速度头。这样一种皮托管能够感测速度头而不会在减压阀出口处施加显著的流 动阻力。皮托管还提供了一种响应于流量变化的直接的和经放大的足够的压力信号，其可
6以被直接地用于操作导向阀。 在本发明的第二方面的实施方式中，提供了一种导向阀组装件用于控制减压阀。 所述导向阀包括彼此可相对移动的第一活动部件和第二活动部件。所述第一活动部件包括 具有内孔的中空的管状供应环，其连接至导向阀的进口，用于向喷嘴供应流体，所述喷嘴安 装在供应环的径向内部以用于径向地在内部排出供应环的流体。所述第二活动部件包括与 所述喷嘴相对的导向阀座。相对于彼此可移动的所述第一和第二活动部件的运动将所述阀 座相对于喷嘴移动来可变地限制来自于喷嘴并且从进口通过导向阀的流体流量。
这种结构的使用，特别是供应环的使用，提供了平衡的流体流量到喷嘴，并且使喷 嘴稳定地安装在所述组装件内。这改进了系统的整体稳定性以及运转。 在本发明的第三方面的实施方式中，提供了一种导向阀组装件用于控制减压阀。 所述导向阀包括壳体、第一活动部件以及出口管道，所述第一活动部件可移动地安装于所 述壳体内，当第一活动部件在壳体中移动时，所述出口管道可变地开启和关闭来控制减压 阀。所述第一活动部件包括沿着第一活动部件间隔开并且可移动地安装在壳体内的第一和 第二隔膜。所述第一和第二隔膜在其间限定了固定容积的进口腔室，所述进口腔室在壳体 内是可与第一活动部件一起移动的，并且所述进口腔室连接至导向阀的进口。所述出口管 道连接至所述进口腔室。 优选地，所使用的隔膜包括活动部分以及柔性部分，所述活动部分可移动地位于 壳体内，所述柔性部分从活动部分延伸并且固定地连接至壳体而在所述活动部分和所述壳 体之间限定了密封。被称为滚动隔膜的这种隔膜提供了很好的密封性，而不会引入过分的 摩擦并允许相对自由的运动。 在本发明的另一个方面，提供了一种导向阀用于控制液压致动的减压阀的操作。
所述导向阀包括壳体和活动的阀门部件，每个活动的阀门部件安装有至少一个隔膜。第一
阀门部件安装于壳体内并包括单个隔膜和座，用于为响应减压阀的出口压力而相对于壳体
运动。第二阀门部件安装于壳体内并包括两个反向相对的活塞和相对于壳体运动的喷嘴，
所述活塞由具有相同面积的两隔膜所限定。所述第二个阀门部件还包括在两个反向相对的
活塞之间的腔室，控制水流从所述腔室连通到所述喷嘴，从而第二阀门部件的运动就归因
于由通过减压阀的流动引起的压差信号(速度头)所产生的力的幅度，越过隔膜而作用抵
靠于偏置反作用弹簧，也作用于第二阀门部件，其中，由于在前述隔膜上产生和施用相等且
相对的力，第二阀门部件的运动并不受施加在腔室内部的进口压力变化的影响。根据第一
和第二阀门部件的相对位置，所述导向阀被连接和配置来控制所述减压阀的操作。
由于通过减压阀的流动所引起的一部分比例的差压信号(速度头)作用于两个反
向相对的活塞的相对侧面来平衡所述操作。另外，出口静压力优选地连接并作用于两个反
向相对的活塞的相对侧面来在静态流量和平衡状态下平衡控制阀的操作。 所述第一阀门部件的座包含在卡箍或者箍筋组装件的内底脚(insidefooting)
内，并且优选支撑于环形圈内侧的所述第二阀门部件的喷嘴因此布置有来自前述腔室的管
道系统(Piping)来将流体排出到所述座上。减压阀的控制于是优选地由喷嘴和座之间的
分离距离所决定。 优选地，第二阀门部件由反力板中的定位孔在轴向引导，并安装在壳体和腔室中。
优选地，放置在第二阀门部件的喷嘴侧和固定抵靠所述壳体的反力板之间的弹性偏置弹簧的硬度决定了作为越过隔膜的压差的函数的所述出口压力与由经过减压阀的流 动引起的动压头所产生的出口压力之间的关系。 优选地，可手动调节的阀门优选地位于外部安装的管子中，将提供有动压(速度)
头的位于第二阀门部件的一个活塞的一侧的腔室和位于第二部件的活塞的另外一个活塞
的另外一侧的出口压力腔室连接起来，所述可手动调节的阀门设置成来改变越过第二阀门
部件的隔膜的压差，并因而改变在出口压力和通过减压阀的水流之间的关系变化。 优选地，设置可调节的机械停止器来限制阀门部件的运动，并因此改变出口压力
的范围。 在感测动压(速度)头的信号压力连接和导向阀之间可结合有针型阀以便能够控 制出口压力的变化率。 导向阀可以安装在水平位置。优选地，当动压头小于在喷嘴的出口和从第二阀门 部件的喷嘴的最远的隔膜之间的垂直距离时，这使得能够控制出口压力。


通过实施例参考下面的附图，将描述本发明，其中 图1是根据本发明的一个实施方式的减压系统的截面示意图，所述减压系统包括 干线主阀和导向控制阀； 图2是图1所示的减压系统的导向阀的更详细截面图； 图3是通过图1的减压阀的干线主阀的出口的A-A区域的截面图，示出了出口取 压和皮托管。
具体实施例方式
参考图l，用于供水的减压系统10包括了主减压阀(PRV) 12和导向控制阀14。所 述主PRV 12是常规的，并包括进口 16和出口 18，所述进口 16和出口 18被连接至供水系 统，来将水沿箭头F所示的方向运送通过主阀12，并将水向前输送给消费者。所述进口 16 和出口 18互相连接起来通过阀座22，所述阀座22限定了通过阀12的分隔壁20的孔21。 阀体24安装于阀杆26上，用于朝向和离开阀座22运动。所述阀体24安装于柔性隔膜28 上，所述隔膜28上方有主阀偏置弹簧30和被称为控制空间32的腔室。阀体24相对于阀 座22的位置开启或关闭阀12，从而确定了穿过阀12以及在进口 16和出口 18之间的压降。 当阀体24接近阀座22的时候，所述主阀12就相对地关闭并限制水流F，这样穿过阀12以 及在进口 16和出口 18之间就存在了巨大的压降。当阀体24进一步远离阀座22(即向上 运动)时，阀12就开启更多，而且穿过阀12以及在进口 16和出口 18之间就只存在相对小 的压降。 当主阀偏置弹簧30将阀体24向阀座22偏置时，阀体24相对于阀座22的位置以 及因此主阀的开启就主要由越过隔膜28的压力差所决定，在所述隔膜28上安装有阀体24， 因而控制空间32中的相对压力也就主要由越过隔膜28的压力差所决定。这依次由导向回 路40和导向控制阀14所控制。特别地，进口 16通过第一小孔管34、孔板(或者其他限流 器)36、 T形接头38、速度控制针形阀41和第二管42来连接至控制空间32。第三管44从 T形接头38延伸至导向阀14，第四管45从导向阀16延伸至出口 18。在运转中，当导向阀14被完全开启时，从控制空间32释放出比从进口 16经过第一管34和限流器36所提供的 更多的压力，并且控制空间32中的压力减小，从而开启主阀12。注意限流器36提供了来自 进口 16的限流和压降。假如导向阀14被关闭，通过第一管34和限流器36提供的来自进 口 16的压力就在控制空间32中聚集。因为位于控制空间32底部并且其上安装有阀座24 的隔膜28的面积大于下面的阀体24的面积，并且受进口压力P l的影响。这样在阀体24 上就整体地施加有闭合力，所述阀体24被向下推动(如图所示)朝向阀座22，进而主阀12 关闭。调节导向阀14，来有选择地和/或部分地开启与关闭所述导向阀14，因此相应部分 地或者全部地开启和关闭主阀12。于是这就改变了由主阀12提供并且越过主阀12的压降 和在进口 16的压力与出口 18的压力之间的压降。 这样的减压系统10和使用导向控制阀14与导向回路40来操作主阀PRV 12通常 是常规的。 现参考图2，根据本发明的一个实施方式，导向控制阀14包括封闭的圆柱形壳体 组装件46，所述壳体组装件46被一系列轴向间隔开的活动的滚动隔膜56、58、60沿着其轴 向长度分隔成一系列腔室48、50、52、54。所述壳体组装件46优选由多个部分75a 75e 构成，每一部分都具有邻接的端部法兰74，所述部分同轴地连接在一起以形成壳体组装件 46。每个滚动隔膜56、58、60优选包括刚性的前置圆盘55，在所述圆盘55上安装有柔性部 件(例如橡胶)57，所述柔性部件57从前置圆盘55的外围延伸，并在其外围周围被夹在壳 体组装件46的各自的法兰74之间，来因此将隔膜28连接至壳体组装件46上。由于柔性 部件76延伸超过前置圆盘55的外围而到达壳体组装件46，所述前置圆盘55的直径比所述 壳体装置46的内径小一些。隔膜56、58、60根据需要被布置成在轴向上可移动，而不用在 柔性部件76上施加负载，并由此提供了没有摩擦的活动的密封。 第一隔膜56和第二隔膜58在轴向分隔开，并且被固定在中心轴62上，所述中心 轴62从第一隔膜56向第二隔膜58延伸，并穿过第二隔膜58。所述中心轴62的末端连接 至圆环部件64的一侧，所述圆环部件64被设置为其轴线与中心轴62和壳体组装件46的 轴线1相垂直。所述轴62和环64是中空的，在第一隔膜56和第二隔膜58之间延伸的一 部分轴62中设置有进口开口 68。所述圆环部件64具有出口喷嘴66，所述出口喷嘴66在 直径上位于环的连接至中心轴62的侧面的相对面上并且相对于圆环部件64径向地向内指 向，即朝向第二隔膜58的轴向方向。所述中心轴62、圆环部件64和第一与第二隔膜56、58 都是在壳体组装件46内轴向可移动，第一与第二隔膜56、58在中心地将中心轴62和圆环 部件64支持于壳体组装件46内。中心轴62、圆环部件64和第一与第二隔膜56、58—起形 成了导向阀14的第一活动部件100。安装于中心轴62上的偏置弹簧70作用在第二隔膜 58和连接至壳体上的支撑盘72之间使第一活动部件86偏置至零位。
第三隔膜60在轴线上从第二隔膜58隔开，并被分离地安装在壳体组装件46中， 所述第三隔膜60支撑着朝向并围绕圆环部件64轴向延伸的卡箍78。阀座72在与出口喷 嘴66相对的位置被所述卡箍78支撑于圆环部件64内。第三隔膜60、卡箍78以及导向阀 座72 —起形成导向阀14的第二活动部件102。第二活动部件102相应地既相对于壳体组 装件46可移动，又相对于第一活动部件100可移动。 限定在壳体组装件46内的导向阀进口端口 82将进口腔室50连接至第三管44。限 定在壳体组装件46内的控制阀出口端口 80将导向阀14的出口腔室52连接至第四管45。在使用时，水从第三管44流入导向阀的进口端口 82和进口腔室50，水然后再从所述进口 腔室50通过中心轴62中的进口开口 82流入中空的中心轴62，并环绕中空的圆环部件64 至出口喷嘴66。水通过喷嘴66流出，进入出口腔室52中，并通过出口端口 80流出导向阀 14，进入到第四管45至出口 18。通过导向阀14的水流是受喷嘴66和导向阀座72之间的 间隙D所控制和限制的。这个间隙D以及由此导向阀14的开启和关闭依次由第一和第二 活动部件100、 102的相对运动所设置，这将在下面详细描述。 如图2所示，第二活动部件102包括第三隔膜60、卡箍78和导向阀座72，所述第 二活动部件102被压力设定偏置弹簧76所偏置，所述压力设定偏置弹簧76安装在端部腔 室54内并如图2所示朝左轴向地作用在第三隔膜60上。这个压力设定偏置弹簧76将推 动导向阀座72远离喷嘴66。结果，导向阀12被偏置为开启状态，水自由地流过喷嘴66和 导向阀14，由此释放控制空间32中的压力并开启主阀12。主阀12的开启导致主阀12出 口 18处的下游压力P2升高。这个压力P2通过第四管45被传送到导向阀14的出口腔室 52，并作用于第三隔膜60抵靠所述压力设定偏置弹簧76，来如图2所示朝右轴向地移动第 二活动部件102，推动阀座72朝向并抵靠喷嘴66，直到出口腔室52中的压力被偏置弹簧76 的力所平衡。这限制了从喷嘴66出来的流动，限制了通过导向阀14的流动，并因而在控制 空间32中聚集了压力P3，从而关闭主阀12。然而，主阀12的关闭导致了下游出口压力P2 的下降，并因而使得第二阀门部件102反向运动，开启导向阀14，进而开启主阀12。因此， 通过导向阀14就达到并维持了均衡或平衡位置和出口压力P2。在所述导向阀14中，在出 口腔室52中的压力以及因而出口压力P2被压力设定偏置弹簧76的力所平衡和设定。于 是，这个位置以及底部的出口压力P3可通过使用螺纹端盖86调整压力设定弹簧76的压縮 来手动地改变和设定，所述螺纹端盖86螺纹接合至壳体组装件76的端部区域75e上。转 动端盖86使所述端盖轴向地移动，这改变了弹簧的压縮和底部压力设定，并通过安装于轴 向延伸的同轴弹簧引导杆89上的间隔物88来压縮弹簧76。然而应当意识到的是，在其他 实施方式中也可以使用其他的弹簧调节器装置。因此第二活动部件102相对着偏置弹簧76 保持了主阀12的设定的出口 18压力P3。 皮托管90安装于出口 18内。如图1和3所示，皮托管90面向水流F通过出口 18 的方向，并位于出口 18的中心。所述皮托管90相对小，而且不会对造成大的流动阻力。皮 托管90感测通过出口 18的水流的动压头或者速度头。应注意到的是，第一管34和第四管 45的端部包括在进口 16和出口 18的侧壁上的取压孔和平的开口 35、47，并因此受进口 16 和出口 18中的静压力Pl、 P2的影响。皮托管90连接至通向T形接头94的第五管92，所 述T形接头94通过敏感度针型阀92连接至导向阀14的速度头腔室48，并通过第六管94 和调节针型阀98同样连接至出口腔室52。所述敏感度针型阀96限制了在速度头腔室48 中的压力改变的速度，因为速度头腔室48基本上是关闭的。调节针型阀98在水流从皮托 管进入出口腔室52提供了节流，并因此提供了可变的压力上的压降和从皮托管进入出口 腔室52的水流。 在使用过程中，当没有水流的时候，皮托管90将感测下游的静压P2，并且速度头 腔室48中的压力将与出口腔室52中的压力相同，这样第一活动部件IOO将保持在零位，进 一步被偏置弹簧70所偏置。当从出口 18的水流例如由于用户的需要而增加，皮托管90感 测到的速度头会增加。这个增加的速度头压力将通过敏感度阀92反馈到速度头腔室48，并将作用于第一隔膜56，克服弹簧70的轻微的偏置力，并将第一活动部件100如图所示地移 动到右面，进而移动喷嘴66远离阀座72。这将开启导向阀14，并从而开启主阀12来增加 出口压力P2(在由于增加的水流而在初始可能会有的轻微下降之后)。由增加的出口压力 P2所导致的最终的水流将引起出口腔室52中的压力增加，这将与速度头腔室48中的速度 头压力相对，直到当感测到的流量增加所引起的出口压力P2的增加时建立一个新的平衡。 为这个增加的流量，于是就建立起第一阀门部件100的新的平衡轴向位置(如图所示进一 步向右)，并且是在一个较高的出口 18压力P2下。任何流量的下降都将会引起速度头的减 少以及相反的运动，减少出口压力P2达到新的平衡。换句话说，当水流增加时，第一活动部 件向右移动，朝向第二活动部件102，第二活动部件同样也依次地并且相应地向右移动，抵 靠偏置弹簧76来建立更高的出口压力P2。 第一活动部件100的移动的程度，以及出口压力P2响应于增加的水流而增加的程 度由调节器阀98所控制。第六管94和调制器阀98与速度头腔室48和出口腔室52互相 连接。所述调制器阀98因此同样通过第六管94供给一部分比例的速度头到出口腔室52。 这施加于第二隔膜58并对抗第一隔膜56上从速度头腔室48来的压力。这能提供一种平 衡的和受控制的出口压力P2的增加，并且出口压力P2中的增加程度响应于流量的增加是 可调节的。 因此，总的来说，在导向阀14中，第二活动部件102的导向阀门14的移动设置并 改变了设定的出口压力P2，所述设定出口压力P2响应于由皮托管90所感测的流速，同时第 二活动部件102的移动保持了 PRV主阀12所需要的设定出口压力P2。导向阀14因此提供 了由PRV 12所提供的压降的液压控制，所述PRV 12能够响应需求(和流量)变动来增加 响应于增加的水流F的出口供应压力P2，使得供应出口压力P2能与所需要的相匹配，并因 此当流量需求低以及不需要高压P2时整体上降低所述供应出口压力P2。另外，这个导向阀 14以单一的、简单的、一体化的单元和组装件提供了响应于需求和流量的压力双重控制，所 述单元和组装件易于安装和替代其它导向阀更新，而不是像之前那样使用多个额外的控制 单元。 在主线水供应中带有导向阀14的系统10的一个典型的实施方式和安装方式中， 主PRV 12可以提供从例如50米头的进口压力Pl至例如20米头的底部出口压力P2的压 降。所述系统10于是可以提供出口压力P2的调节，典型地为超过底部出口压力P2在5米 至15米之间，用于在5 101/s之间的流量变化。换句话说，当水流需求增加101/s，出口 压力P2会由导向阀14从20米头增加到35米头。 所述系统10的另一个重要的方面是，将出口腔室52连接至PRV 12的出口 18的 第四管45的直径显著地大于第六管94的直径，所述第六管94相互连接并且将出口腔室52 与速度腔室48连接起来，并从皮托管90处供应速度头压力。事实上，优选地，第四管45的 直径是第六管94直径的两倍。已经发现，这改进了响应并且特别是改进了导向阀14的响 应速度和通过响应于流速变化来开启和关闭主PRV 12以改变出口压力P2的控制方法。特 别地，连接至出口 18的更大直径的管45提供了蓄液池到腔室52，使得活动部件100、 102以 及导向阀14能够移动并响应以开启和关闭阀门12。另外，通过更大直径的第四管45的这 种更大直径的连接线到出口 18和从出口 18供应了比通过第六管94向出口腔室52供应的 更大的流体流量和压力。结果，比起速度头压力的变化同样到出口腔室52的发送来说，出口压力P2的改变发送到出口腔室52更快速并更显著(应该注意到，速度头的改变同样分开地送到速度头腔室48中)。相应地，由于供应至速度腔室48的流量以及速度头的增加将第一活动阀门部件100如图所示地移动至右边，由于增加的流量导致在出口压力P2中也会有瞬时的初始的轻微下降。更大直径的第四管45传输这个至出口腔室52，在出口腔室52中所述压力将额外地作用于第二隔膜并将第二隔膜拖至右面，来补足由速度头腔室48中的速度头所提供的力。由于第六管94的尺寸差异将只是稍后通过第六管94递送增加的感测到的速度头至出口腔室52，来在一定程度上抵消和平衡由腔室48中增加的速度头提供的力，以稳定第一活动部件100的移动。尽管出口压力P2这次将同样响应于主阀12的开启而增加。当流量减少时，类似的情形同样也反过来操作。相应地，由于管45、94的直径差异，在通过将速度头反馈给出口腔室52来维持所述阀14的速度头调节的平衡性和稳定性以增加出口压力P2的时候，就改善了所述阀14的响应速度。 导向环40可以同样包括速度控制阀41，典型地为针型阀，来调节供应至控制空间32的流量和压力。类似于敏感度阀96的这个速度阀41限制了进入封闭的控制空间32内的流量和压力及流体递送，因此改变了在此控制空间32中的压力和流体响应于由导向阀14所提供的变化而改变的速度。通过调节由速度阀41所提供的节流，PRV 12的响应速度也能够被改变。例如，随着速度阀门41完全开启并且不产生节流，主阀12将快速地响应由导向阀14所提供的改变。当需要由主PRV 12在进口压力P 1和出口压力P2之间仅仅提供相对小的压降时，这样一种快速的响应是优选的并且是需要的。相反地，由于速度阀门41提供限流，在控制空间32中的压力改变更缓慢，并在导向阀14所提供的变化之后改变，而且主阀12响应更缓慢。当需要由主PRV 12在进口压力P1和出口压力P2之间提供大的压降时，这样一种更缓慢的响应是更可取的。速度控制阀41因此提供了系统10的另一种响应控制方法。 优选地，设置可调节的端部停止器106用于限制第一活动部件100的运动，所述可调节的端部停止器106抵靠着偏置弹簧70用来设置第一活动部件100的零位，并因此当在腔室48中没有水流和速度头时设置最小的出口压力P2。如图所示的所述端部停止器106包括螺栓108，所述螺栓108延伸通过壳体46的一端部并具有末梢端IIO，所述末梢端110邻靠第一活动部件100的端部栓112来限制第一活动部件100的移动。通过将螺栓108转进和转出在壳体组装件46的端部的螺纹啮合，就能够调节螺栓112的末梢端110的位置和因此第一活动部件100在运动上的限制，因此就调节了第一活动部件100和喷嘴66的零位。 优选地，导向阀14同样包括一系列排出阀104、每个腔室48、50、52—个排出阀。这些排出阀104的重要之处在于，它们能够移除在腔室48、50、52或者导向阀14中收集的任何空气。在腔室48、50、52中任何这样的吸入空气会严重地不利影响导向阀的运转，因为空气是可压縮的并且会改变隔膜上的压力特性和负载。这会在由导向阀提供的控制过程中导致大量的不稳定性和严重的运转结果。所述导向阀与阀水平的轴线l保持水平。导向阀14不需要如同一些其他建议知道的那样保持垂直，并且当其安装于现存的供应装置中时其因而更容易定位和安装。所述排出阀104于是位于导向阀14的一个上侧面上，以便排出任何收集的空气，所述空气会沿着导向阀14的上侧面而收集。 在所示出的实施方式中的皮托管90包括分离地定位的管90，所述管90延伸通过
12在出口 18壁上的分离的取压孔。然而，在其他的实施方式中，所述皮托管90能够与主出口取压孔47和管45相结合，皮托管90延伸例如向下到第四管45和取压孔47的中心，并因此伸进出口 18的中心，与图3所示类似。这样一种组合的装置将减少出口 18壁中的取压孔数量。 如图所示，通过供应环64、中空的中心轴62和进口腔室50，水从导向阀14的进口端口 82供应至导向阀14的喷嘴66。这种布置是特别有益的，并包括本发明的两个进一步的方面，其可以被分离地用于其他类似的导向控制阀装置中。 首先，在进口腔室装置50中固定容积的进口腔室50被限定在两个滚动隔膜56 、58之间，所述进口腔室装置50提供了简单和方便的方式来供应水到中心轴62和喷嘴66，所述两个滚动隔膜56、58在这种情况下由中心轴62固定地间隔开，但是其能够在壳体46内一起运动。特别地，这种装置避免了使用易于泄漏和磨损的O形环或者其他干涉密封装置，同时仍然使得水能够供应至活动的第一部件100和喷嘴66，所述活动的第一部件100和喷嘴66在壳体46中可以自由地移动。这种装置同样不对第一活动部件100的运动产生任何严重限制，因为滚动隔膜56、58提供了与任何干涉密封装置和使用0形环密封相反的无摩擦密封。这也意味着导向阀14能够更快速地响应，并且比起其他密封装置和方法能够以更顺滑、更稳定的方式将流体供应至喷嘴66。另外，由于腔室50具有固定的容积，进口腔室50正如第一部件100那样不会引起压力的任何重大变化或者到喷嘴66的流动的任何重大限制。 其次，在中心轴端部上供应喷嘴的供应环装置通过供应环的各个分支向喷嘴提供了平衡的水流。另外，在防止喷嘴66运动和偏斜并因此使导向阀14能够更持续运转的负载作用下，所述环结构64安全地与对称地将喷嘴66保持在适当的位置。应当注意到，喷嘴66相对于导向阀座72的位置在确定导向阀14的开启和所提供的控制方面是关键的。另夕卜，由于喷嘴66如此构造，使其相对于供应环64环形地向内指向，由经过喷嘴66的水流在喷嘴66上所产生的负载能够以平衡的方式被所述环和第一活动部件100更好地承载和起作用。 应当意识到的是，所描述的特定实施方式的详细布置也可能有很多的改型。特别地，应当意识到，在一个可选择的实施方式中，由于喷嘴66安装在第二活动部件102上且导向阀座72安装在第一活动部件100上，所述导向阀进口 82可连接至第二活动部件102 (可能类似地通过两个分隔开的隔膜)。 在本发明的上述描述中，所使用的特定的术语只是为了参考的目的，而不是意味着限制。例如"上"、"下"、"在上面"、"在下面"、"在右边"、"在左边"、"顺时针"和"逆时针"这样的术语是指在所参考的附图中的方向。例如"向内"和"向外"这样的术语分别是指朝向和离开所描述的构件的几何中心的方向。例如"前"、"后"、"侧面"、"左侧"、"右侧"、"顶"、"底"、"水平的"和"垂直的"这样的术语描述了部分组装件构件在一致但任意的参照系内的方位，其通过参照描述了讨论中的构件的正文以及组装件有关附图而变得明确。这样的术语将包括上面特别提到的词、其派生词以及类似的输入词。 本发明的原理和操作模式已经在其优选的实施方式中得到了解释和阐明。然而，应该理解的是，在不背离其宗旨和范围的前提下，本发明可以用不同于特定解释和阐明的方式实施。
权利要求
一种导向阀组装件，用于控制具有进口和出口的减压阀，所述导向阀包括壳体；第一活动阀门部件，其可移动地安装于所述壳体内；以及第二活动阀门部件，其可移动地安装于所述壳体内并相对于所述第一活动阀门部件可移动；其特征在于，所述第一和第二活动阀门部件的相对运动开启和关闭所述导向阀以控制所述减压阀，以及所述第二活动部件安装在所述壳体内，用于响应所述减压阀的出口压力而作相对运动，并且所述第一活动部件安装于所述壳体内，用于响应来自所述主阀的出口水流的感测到的出口速度头而作相对运动。
2. 根据权利要求1所述的导向阀组装件，其特征在于，所述第一活动部件安装于所述 壳体内，使得所述出口速度头被设定为作用于所述第一活动部件的第一侧。
3. 根据权利要求2所述的导向阀组装件，其特征在于，所述导向阀组装件还包括敏感 度阀门来可变地限制作用在所述第一活动部件的第二侧上的所述感测到的出口速度头。
4. 根据权利要求2或3所述的导向阀组装件，其特征在于，来自所述主阀的出口水流的 静态出口压力被设定为作用于所述第一活动部件的第二侧。
5. 根据权利要求1至4中任一项所述的导向阀组装件，其特征在于，一部分比例的感测 到的出口速度头被设定为作用于所述第一活动部件的第二侧。
6. 根据权利要求5所述的导向阀组装件，其特征在于，所述导向阀组装件进一步包括 调节器阀门来改变所述感测到的出口速度头被设定为作用于所述第一活动部件的第二侧 的所述部分比例。
7. 根据任一项上述权利要求所述的导向阀组装件，其特征在于，所述第一活动部件包 括活动的隔膜组装件，所述隔膜组装件将至少一部分所述壳体分成连接到在所述隔膜组装 件的一侧上的所述感测到的出口速度头的速度头腔室，以及在所述隔膜组装件的另一侧上 并连接至所述减压阀的出口的出口腔室。
8. 根据权利要求7所述的导向阀组装件，其特征在于，所述隔膜组装件包括活动部分 和柔性部分，所述活动部分可移动地位于壳体内，所述柔性部分从所述活动部分延伸并固 定地连接至所述壳体而在所述活动部分和所述壳体之间限定了密封。
9. 根据任一项上述权利要求所述的导向阀组装件，其特征在于，所述第二活动部件包 括由所述减压阀的出口压力所作用的隔膜。
10. 根据权利要求9所述的导向阀组装件，其特征在于，所述第二活动部件包括隔膜， 所述隔膜限定了所述出口腔室的壁并由所述减压阀的出口压力所作用。
11. 根据权利要求9或10所述的导向阀组装件，其特征在于，所述隔膜包括活动部分以 及柔性部分，所述活动部分可移动地位于所述壳体内，所述柔性部分从所述活动部分延伸 并且固定地连接至所述壳体而在所述活动部分和所述壳体之间限定了密封。
12. 根据任一项上述权利要求所述的导向阀组装件，其特征在于，一压力设定偏置弹簧 作用于所述第二活动部件上来对抗所述减压阀的出口压力。
13. 根据权利要求12所述的导向阀组装件，其特征在于，所述压力设定偏置弹簧的偏 置力为可调节的。
14. 根据任一项上述权利要求所述的导向阀组装件，其特征在于，所述第一和第二活动 部件限定了从所述导向阀的进口通到出口的水流通道，所述水流通道被设定成响应于所述 第一和第二活动部件的运动而开启和关闭。
15. 根据权利要求14所述的导向阀组装件，其特征在于，所述第一和第二活动部件包 括喷嘴和相对的座，分别地安装于所述第一和第二活动部件上并且限定了 所述水流通道。
16. 根据权利要求15所述的导向阀组装件，其特征在于，所述喷嘴和座位于导向阀的 出口腔室中。
17. 根据权利要求14至16中任一项所述的导向阀组装件，其特征在于，所述喷嘴安装 于中空的管状供应环的一侧，所述供应环向所述喷嘴供应流体并且安装于所述第一或者第 二活动部件中的一个上。
18. 根据权利要求17所述的导向阀组装件，其特征在于，所述喷嘴安装于所述供应环的径向内部，用于径向地在内部排出所述供应环的流体。
19. 根据权利要求14至18中任一项所述的导向阀组装件，其特征在于，所述第一或第 二活动部件中的一个包括可移动地安装于所述壳体内的第一和第二隔膜，所述第一和第二 隔膜固定地间隔开以在其间限定出进口腔室。
20. 根据权利要求19所述的导向阀组装件，其特征在于，所述第一和第二隔膜中至少 一个包括活动部分和柔性部分，所述活动部分可移动地位于所述壳体中，所述柔性部分从 所述活动部分延伸并且固定地连接至所述壳体而在所述活动部分和所述壳体之间限定了 密封。
21. 根据任一项上述权利要求所述的导向阀组装件，其特征在于，所述导向阀组装件进 一步包括至少一个排出阀，用于将空气从所述导向阀中排出。
22. 根据权利要求21所述的导向阀组装件，其特征在于，所述阀的每一个腔室都设置 有排出阀。
23. 根据任一项上述权利要求所述的导向阀门装置，其特征在于，所述组装件包括限定 于所述壳体内的进口腔室、出口腔室和速度头感测腔室。
24. 根据任一项上述权利要求所述的导向阀组装件，其特征在于，所述导向阀组装件 进一步包括设置在来自于所述减压阀的出口和出口水流中的皮托管，来感测所述出口速度 头。
25. —种导向阀组装件，用于控制具有进口和出口的减压阀，所述导向阀包括 壳体；第一活动部件，其可移动地安装于所述壳体内，并且包括 具有内孔的中空轴；第一和第二隔膜，其沿着所述轴轴向地固定隔开并且可移动地安装在所述壳体中，所 述第一和第二隔膜分隔所述壳体，所述第一隔膜和壳体在所述第一活动部件的一端限定了 速度头腔室，所述第二隔膜和壳体在所述第一活动部件的相对的一端限定了出口腔室，并 且在所述第一和第二隔膜之间限定了进口腔室，而且所述进口腔室与所述轴的孔互连在一 起；以及出口喷嘴，其安装于所述出口腔室中的轴的一端部上并且连接至所述中空轴的内孔； 第二活动部件，其可移动地安装于所述壳体中，所述第一和第二活动部件也相对于彼此可移动，所述第二活动部件包括第三隔膜，其限定了所述出口腔室的一部分；卡箍，其安装于所述第三隔膜上并且在所述出口腔室内延伸；以及阀座，其由所述卡箍所支撑并且与所述喷嘴相对，来当所述第一和第二活动部件相对 于彼此移动时可变地限制来自所述喷嘴的流体的流量；皮托管，其位于所述主阀的出口中，用于感测通过所述出口的水流的速度头，所述皮托 管连接至所述速度头腔室并且通过调节阀连接至所述出口腔室；进口管道，其连接至所述进口腔室并且通过所述减压阀的控制腔室连接至所述减压阀 的进口 ；以及出口管道，其连接至所述出口腔室并且连接至所述减压阀的出口 。
26. —种导向阀组装件置，用于控制减压阀，所述导向阀包括第一活动部件，其包括中空的管状供应环，所述供应环具有连接至所述导向阀的进口 的内孔，用于将流体供应至喷嘴，所述喷嘴安装在所述供应环的径向内部，用于将流体从供 应环径向地在内部排出；以及第二活动部件，其包括与所述喷嘴相对的导向阀座；其特征在于，所述第一和第二活动部件相对于彼此可移动，以将所述阀座相对于所述 喷嘴移动，来可变地限制来自于所述喷嘴并且从所述进口通过所述导向阀的流体流量。
27. —种导向阀组装件，用于控制减压阀，所述导向阀包括 壳体；第一活动阀门部件，其可移动地安装于所述壳体内并且包括第一和第二隔膜，所述第 一和第二隔膜沿着所述第一活动部件间隔开并且可移动地安装于所述壳体内，所述第一和 第二隔膜在其间限定了固定容积的进口腔室，所述进口腔室在所述壳体内与所述第一活动 部件一起是可移动的，并且所述进口腔室连接至所述导向阀的进口 ；以及出口管道，其连接至所述进口腔室，并且当所述第一活动部件在所述壳体内移动时，所 述出口管道可变地开启和关闭以控制所述减压阀。
全文摘要
本发明涉及一种改进的导向阀组装件(14)，其用于液压控制减压阀(12)以响应于经过所述减压阀(12)的增加的水流(f)而保持并进一步改变减压阀(12)的出口压力(P2)。所述导向阀组装件(14)包括第一和第二活动阀门部件(100，102)。所述第一和第二活动部件(100，102)被速度头压力所作用，所述速度头压力由下游皮托管(90)和在平衡的装置中的下游出口压力(P2)所感测，从而它们响应于速度头和下游压力(P2)而移动以开启和关闭导向阀(12)，并因此开启和关闭干线主阀(12)来同时维持和改变出口压力(P2)。
文档编号G05D16/16GK101720454SQ200880020042
公开日2010年6月2日 申请日期2008年6月13日 优先权日2007年6月13日
发明者理查德·詹姆士·赫尔利, 约翰·亨利·梅, 马克·尼古拉斯·洛克 申请人:阿夸文特英国有限公司