压力调节器中的排泄止回的制作方法

本发明涉及用于液流通路的压力调节器，且具体来说涉及用于将水供应到喷灌喷头和喷嘴的压力调节器。

背景技术：

喷灌系统常常具有沿着延伸的供水管布置的若干喷头和喷嘴。举例来说，中心枢轴喷灌系统中的供水管可延伸1/4英里到1/2英里(400米到800米)。

供水管可具有六英寸到十英寸(152毫米到254毫米)的直径，且为沿着所述管布置的超过一百个喷头或喷嘴提供水。类似地，固定式喷灌系统可包含放置在数排农作物之间的长排塑料供水管，其中喷头在沿着供水管的数个固定位置处的柱上。每一喷头或喷嘴通常通过较小水管连接到供水管，所述较小水管竖直地延伸且包含压力调节器。

喷头和喷嘴通常被设计成在相对低压力下且在窄压力范围内接收水。存在与每一喷头或喷嘴相关联的压力调节器。压力调节器通常放置于水流路径中且在供水管和喷头或喷嘴之间。压力调节器维持流动到喷头或喷嘴的均匀水压。压力调节器确保所述水压在喷头或喷嘴的设计范围内。

随着供水管延伸数百米，供水管可能升高越过农田的小丘以及下降到农田的低点中。当切断到供水管的流时，水在管道中的低点处集合。除非所述喷头或喷嘴具有排泄止回阀，否则低点处的水会从供水管排泄出去且穿过附接到供水管的低点的喷头或喷嘴。水的排泄在一些应用中(例如，对于不能经受临时洪泛的农作物)可能是不合需要的。随着水排泄穿过喷头，使得农作物上存在过多水的问题对于喷灌计划来说变得越来越严重，而所述喷灌计划是向农作物施加周期性突发供水且在突发供水之间切断水。

压力调节器中的排泄止回阀用于当供水管中压力下降(例如，被切断)时防止水流穿过调节器。现有技术的排泄止回阀通常安置于调节器的出口端处，且通常包含径向延伸的肋状物、支撑梁或辐条来支撑阀。这些支撑结构延伸到流路径中，从而形成妨碍流动穿过调节器的障碍物。

技术实现要素：

发明人构想且在本文公开一种包含在用于压力调节器的排泄止回阀中的排泄止回梭，其不需要延伸穿过调节器中的流通路的支撑支柱。在没有支柱的情况下，排泄止回梭和其支撑结构不易在流动穿过压力调节器的水中卡住例如草等碎屑。

已发明且在本文公开一种压力调节器，所述压力调节器包含：壳体，其包含从入口延伸穿过壳体到达出口的流通路；柱塞，其被配置成沿着柱塞的轴线在壳体内往复移动，其中所述柱塞为中空的且限定出包含在壳体的流通路中的通路；静止的调节器阀座，其在壳体中且安置于入口流通路和到柱塞的入口之间；以及环形排泄止回梭，其在壳体内且被配置成相对于壳体和柱塞两者往复移动，其中排泄止回梭具有壳体内的第一位置和第二位置，在所述第一位置处，排泄止回梭环形地对接调节器阀座且闭合流通路，且所述第二位置从调节器阀座移位并打开流通路。

已发明且在本文公开一种压力调节器，所述压力调节器包含：壳体，其包含入口流通路和出口流通路，所述壳体包含具有入口流通路的入口盖和具有出口流通路的出口盖，所述入口盖和所述出口盖彼此连接；柱塞，其可往复移动地安装于壳体中；静止的调节器阀座，其安置于入口流通路和到柱塞的入口之间；以及排泄止回梭，其安置于入口盖中且紧接在调节器阀座的下游定位以当入口水压低于预定阈值时防止水流动穿过出口流通路。

已发明且在本文公开一种压力调节器，所述压力调节器包含：壳体，其具有彼此连接的入口盖和出口盖；流体通道，其用于输送流体穿过调节器；柱塞，其可往复移动地安装于壳体中；静止的调节器阀座，其安置于入口流通路和到柱塞的入口之间；以及排泄止回梭，其具有环形形状，且包含定位成邻近于壳体的内侧壁的外壁和为穿过止回阀梭形成的孔定界的内壁，所述柱塞可滑动地收纳在所述孔中，其中流体通道包含入口盖中的入口流通路、穿过柱塞的流路径和出口盖中的出口流通路。

结合附图考虑，从以下详细描述可显而易见看出用于压力调节器的所公开的且新颖的排泄止回阀的其它方面、特征和优点，附图是本公开的一部分且借助于实例而示出本技术的原理。

附图说明

图1是具有新颖的排泄止回阀的压力调节器的入口侧立体图；

图2是以横截面展示的图1的压力调节器的入口侧立体图；

图3是图1的压力调节器的横截面图，其展示处于初始闭合位置的排泄止回梭阀；

图4是图1的压力调节器的横截面图，其展示在出口流的压力调节之前处于打开位置的排泄止回梭；

图5是图1的压力调节器的横截面图，其展示处于打开位置的排泄止回梭阀，且柱塞处于调节出口压力的位置；

图6是图1的压力调节器的分解图，其以横截面展示各组件；

图7是图1中展示的压力调节器的环形排泄止回梭的上游立体图；

图8是图7的排泄止回梭的下游立体图；

图9是图7的排泄止回梭的主视图；

图10是沿着图9中的线10-10的排泄止回梭的横截面图；

图11是展示具有本文中所公开的新颖排泄止回阀的压力调节器的出口压力相对于入口压力的曲线图；

图12是图1中展示的压力调节器的入口盖的立体图，所述入口盖的一部分被切除；

图13是展示图12中展示的入口盖的出口端的端视图；以及

图14是展示具有内部叶片来引导水流的图12中展示的入口盖的出口端的端视图。

具体实施方式

图1和2分别以立体图和横截面图展示流通式压力调节器10。压力调节器10包含由入口盖12和出口盖14形成的壳体。入口盖和出口盖通过扣合连接而连接。入口盖12在其端部处包含连接器20，且出口盖14在其端部处包含连接器22，如图2所示。每一连接器20、22具有倾斜表面。当将入口盖和出口盖朝向彼此推动时，倾斜表面接合且相对于彼此滑动。一旦倾斜表面滑过彼此，每一连接器就收纳在卡扣中以牢固地连接入口盖12和出口盖14。

入口盖12的连接器20抵着圆柱形衬套66的凸耳68按压，使得衬套包夹在连接器20和出口盖14之间。衬套66的下游边沿67保持(例如，夹持)隔膜40的外部凸缘抵着出口盖14的环形边沿69。需要隔膜、入口盖和出口盖之间的牢固连接来支撑喷头组合件，避免水从压力调节器泄漏且避免压力调节器的分离。

参看图1和2，入口盖12包含入口流通路24，且出口盖14包含出口流通路26。入口盖和出口盖上的肋状物25为入口流通路和出口流通路提供结构支撑。入口流通路和出口流通路可具有带螺纹表面以收纳连接到压力调节器的水管(未图示)。连接到入口流通路的水管在压力下将水从供水管提供到压力调节器。竖直水管(未图示)通常将压力调节器连接到供水管。出口流通路26可连接到喷头组合件，所述喷头组合件悬挂或以其它方式由压力调节器支撑。

图3到5以横截面展示压力调节器10。图4展示穿过调节器的流通路中的宽间隙27。图5展示限制水通路的较小间隙。压力调节器10减小水压以维持出口流通路26中的恒定水压，而无关于入口流通路24中的水压。此外，压力调节器包含环形排泄止回梭120，其在入口流通路24中的水压低于预定阈值时阻止水通过压力调节器。当入口水压低于预定阈值时(例如，当喷灌系统关闭时)，排泄止回梭120防止供水管中剩余的水经由调节器排泄。图3展示排泄止回梭120处于闭合位置，而图4和5展示排泄止回梭处于打开位置，如稍后将详细地描述。

为了维持均匀的出口水压，压力调节器10加宽或缩小间隙27，这取决于出口流通路26处的水压。间隙27是压力调节器中的流通路的最狭窄部分。间隙27的宽度(参看图4中的双向箭头)响应于出口水压而自动调整。当出口流通路26中的水压不超过规定的压力水平时间隙27最宽(图4)。所述规定的压力水平可在设计压力调节器期间设定，且由弹簧38的应变率(也被称为弹簧常数)指示。如果出口流通路26中的水压超出规定的压力，则间隙27变窄(图5)。间隙27变窄导致调节器的出口26处水压对应地减小。

间隙27形成于到管状柱塞30的入口28和静止的调节器阀座32之间。间隙27的尺寸由柱塞入口28相对于调节器阀座32的轴向位置来决定。调节器阀座的环形区段或圆盘的尺寸设定成可收纳到柱塞的圆形入口28从而闭合间隙。柱塞30包含供水于入口流通路24和出口流通路26之间流动的圆柱形柱塞通路34。柱塞30在短距离范围内沿着其轴线36移动。柱塞移动的距离范围对应于间隙27。柱塞朝向和远离调节器阀座32的移动推进或缩回其入口28。

螺旋弹簧38朝向出口盖14且远离调节器阀座32地偏置(例如，推动)柱塞。出口流通路26中的水压与隔膜腔室39中的水压大体上相同。隔膜腔室中的水压通过作用于柱塞通路34和附接到柱塞的隔膜40的卷积部之间的有效环形区域而朝向调节器阀座推动柱塞。当隔膜腔室39中的压力低于规定的压力水平时，施加到柱塞和隔膜的弹簧力大于施加到隔膜的水压所导致的力。隔膜相对于出口流通路的一侧可处于环境压力下，这通过使衬套66经由衬套中的排气孔向大气通风来实现。

随着隔膜腔室39处的水压增加超出规定的压力，施加到隔膜40的压力克服弹簧力且朝向调节器阀座32移动柱塞30以使间隙27变窄。间隙27变窄会减小隔膜腔室39中的水压。减小的水压会减小施加到隔膜40的压力，且允许弹簧38缩回柱塞30以加宽间隙27。偏移弹簧力和水压决定间隙27的宽度且调节隔膜腔室39处的水压。

参看图3到6，隔膜40可以是在隔膜保持器41和柱塞凸缘43之间固定到柱塞的环形柔性裙套。隔膜保持器41可滑过柱塞的管件且扣合到管件的圆周周围的沟槽中。柱塞凸缘43可与柱塞的管件成一体。在隔膜保持器41扣合在柱塞的管件上的适当位置之前，隔膜40放置在柱塞凸缘和隔膜保持器之间。通过将隔膜保持器扣合在柱塞的管件上，使隔膜固定在隔膜保持器41和柱塞凸缘43之间。隔膜通过被夹持在衬套66的下游边沿67和出口流盖14的环形边沿69之间而固定到压力调节器的壳体。

例如阻尼器o形环47等密封元件安放在出口盖14中且用以减弱在某些条件(例如，较高流动速率和/或高压力差)下原本可能发生的不合需要的柱塞振荡。

如图4中所展示，柱塞30具有从入口流通路24的轴线42偏移的轴线36。所述偏移可以是约3度到12.5度的范围中的角偏移44。测试指示，三度到八度(例如，五度)的范围中的角偏移提供最佳调节器性能，方式是使调节器的出口处的湍流和非均匀流最小化，抑制间隙被碎屑堵塞，以及使穿过调节器的压力损耗最小化。

柱塞轴线36可在柱塞30的下游端46附近与入口盖的轴线42相交。使柱塞轴线36偏移与大多数传统方法相反，大多数传统方法使柱塞的轴线与入口流通路和出口流通路的轴线对准。使柱塞轴线36相交，柱塞的端部使柱塞的出口与出口流通路对准，其中出口轴线50与入口流轴线42同轴。

出口流通路26的轴线50可与入口流通路24的轴线42同轴。使这些轴线42、50同轴，最小化了由附接到调节器的入口水管和出口水管施加到压力调节器的力矩。使这些轴线42、50同轴，还辅助实现了沿着入口管、压力调节器、出口水管和喷头的竖直对准。喷头通常例如在喷射出对称喷水模式时(如果其旋转轴线为竖直)最佳地工作。

图12以立体图示出了入口盖12，其中所述盖的一部分被切除。可看到流通路的腔室48环绕调节器阀座32和支柱54。

支柱54可以是单个支柱，其具有上游表面58、鼻部60和大体平行于柱塞轴线36的背表面62。鼻部60和背表面62可形成支柱的向下游延伸到腔室48中的大体圆柱形柱区段。支柱的上游表面58从入口盖12的侧壁52倾斜。上游表面58的侧边缘延伸到支柱的背表面62。支柱可以各种形状体现，包含附接到侧壁的大体三角形形状和图2中展示的下游柱。举例来说，支柱的柱区段可比图2中展示的更突出。支柱向下游延伸到腔室48中，这与仅仅径向延伸到流中的大多数传统悬臂梁式支柱形成对比。

参看图2和3，支柱的上游表面58可以是平整的，且在平行于柱塞轴线36的方向上具有略微凸起的横截面形状。支柱的朝向水流的上游表面58处于较陡斜率，例如呈25度到55度的范围内的角度。上游表面58的陡斜率使碎屑偏转离开支柱并进入流腔室48的间隙(w1)中。到达上游表面58的碎屑被沿着上游表面的水流扫除且离开支柱的鼻部60。

支柱54可具有大体三角形形状和下游柱，如图2-5中展示。三角形的顶点与入口盖集成且与入口流通路24的侧壁对准。三角形的股边由支柱的上游表面58和背表面62形成。三角形形状为调节器阀座32提供强支撑支架，其在三角形的底边处。三角形支架形状适于支撑调节器阀座且承受水流，尤其是与传统悬臂式支柱相比。

参看图3-5，腔室48可形成于腔室48的侧壁52、调节器阀座32和支柱54的外表面以及排泄止回梭120的上游表面之间。水从入口流通路24进入腔室48，且当排泄止回梭打开(图4和5)时，通过流入柱塞入口28而离开腔室。腔室48环绕调节器阀座32和支柱54，且具有比入口流通路24的横截面大的横截面。腔室48的大横截面提供相对大体积的水以在支柱54上方和周围流动以及抵着排泄止回梭(图3)流动或流入柱塞入口28(图4和5)。支柱的鼻部60(也是前部)和侧壁52之间的距离(w1)可与支柱的背面和侧壁52之间的距离(w2)大体上相同。大腔室48以及支柱54和侧壁52之间大体上相等的距离(w1、w2)提供开放流通路，所述开放流通路实质上不含腔室中可能使碎屑限制在其中的区域。此外，腔室48不含径向伸出的辐条、梁、肋状物、叶片和传统上用于调节器阀座的其它径向延伸支撑件。

使柱塞轴线36偏移允许支柱54和调节器阀座32向下移位到扩展的腔室48中。归因于所述移位，与径向延伸到流通路的中心的传统悬臂式支柱相比，调节器阀座和支柱可定位成更接近入口流通路24的带螺纹的侧壁52且与之集成。

穿过入口流通路24、穿过腔室48并进入柱塞30的流路径相对连续且顺畅。流路径可不含那些如果存在则可能会中断流的径向延伸支撑梁、肋状物和辐条。支柱54的倾斜上游表面58从入口流通路24的侧壁延伸到腔室48且进一步延伸到支柱的鼻部60。

支柱的上游表面58在入口流通路24的端部中或端部处开始，且在腔室48的上游。归因于角偏移44且如图4所示，上游表面58从腔室48的侧壁朝内径向开始。上游表面58将水引导到腔室中以及支柱周围。从入口流通路24流动的水有一部分直接进入腔室48，且不直接接触支柱。水的另一部分在上游表面58上方和周围流动以进入腔室以及背表面62周围。

来自入口流通路24的水进入腔室48。大部分水流动穿过腔室48的前区(w1)并进入柱塞，同时避开支柱。避开支柱减小了随着水流动穿过腔室48而形成的湍流的量。流过支柱的上游表面58的水可偏转到柱塞中，或可流到支柱后方的腔室的背面区(w2)。背面区间隙(w2)中的水流到间隙27并进入柱塞。腔室48的形状和所述相对大的区(w1、w2)有助于使流动穿过腔室48并进入柱塞的水里头的湍流和流速变化最小化。

区(w2)中的至少一个叶片或肋状物64(图14)可用于朝向柱塞引导流且减小流中的湍流。叶片64为任选的，且在图1到13中的实施例中未展示。叶片64可与入口盖成一体且固定到支柱的背表面62和腔室的侧壁52之间的悬垂物76。叶片使支柱周围流动的水朝向柱塞偏转。叶片可以是平面肋状物，具有倒v形或使水朝向柱塞偏转的另一形状。

腔室48中相对大的流体积往往会减小水压的摩擦损耗。当压力调节器正在最大水流下操作时，摩擦压力损耗可小于五(5)磅/平方英寸(34kpa)。摩擦压力损耗的减少在某种程度上是归因于腔室48的相对高的液压直径。液压直径是腔室48的横截面面积，与所述横截面处腔室48和支柱的润湿周界的总长度，这两者的比率。

进入柱塞的流中的湍流和速度变化随着水流动穿过柱塞通路而趋于稳定。具有等于通路的至少五个直径的流长度的柱塞通路34，大体足以使湍流和速度变化稳定。柱塞的长度还可选择为使得柱塞的轴线36与出口盖中的出口流通路26的轴线50相交。

如图13中所展示，调节器阀座32可以是平行于柱塞的入口28的平面中的环形表面78。环形表面78的圆周处的隆起脊部80将柱塞入口28导引到环形表面。调节器阀座和支柱可大体中空，其中支撑肋状物82在支柱的中空区域内形成x形支架。

如先前所提及，压力调节器包含排泄止回梭120以防止当入口流通路24中的水压低于预定阈值(例如，最小操作压力)时经由调节器(和对应的喷头)排泄出去。通过此布置，当系统关断时，水保持在喷灌系统的管道中。

排泄止回梭120可具有包含外圆周壁122和内圆周壁124的环面或环形，如图6-10中所展示。沟槽123形成于外壁122中且在其中收纳密封元件(例如，o形环143)。或者，密封元件可以是在结构上类似于隔膜40的滚动隔膜。内壁124限定出穿过排泄止回梭的孔，且包含形成于其中的上游沟槽125和下游沟槽127。密封元件(例如，o形环145、147)分别收纳在凹槽125、127中。

排泄止回梭120的上游端131包含环绕孔的脊部133和定位在脊部周围的按压表面132。排泄止回梭的下游端135包含环状凹口136。

返回到图3，排泄止回梭120展示为处于闭合位置。在此位置中，o形环145抵着调节器阀座32密封以防止水流过梭阀。排泄止回梭120通过由弹簧38在梭上施加的力而被推动到闭合位置，而弹簧38安放在梭的下游侧上的凹口136中(如图8和10中所展示)。在闭合位置中，排泄止回梭120防止当喷灌系统关断时水从调节器排泄出去。

排泄止回梭120保持处于闭合位置直至超出入口流通路24中的预定水压阈值。腔室48中的水将抵着排泄止回梭120的按压表面132施加力。当水在按压表面132上的力超出预定入口水压值且借此克服弹簧38的力时，排泄止回梭将相对于壳体向下游滑动，如图4所示。o形环143与入口盖14的内侧壁52形成动态密封。

衬套66上形成有凸耳72(或阶梯)，其接触排泄止回梭120的下游端135以在排泄止回完全打开时限制梭的轴向行程(沿着轴线36)。

如图4中可看出，间隙形成于调节器阀座32和o形环145之间，且因此水可自由地从腔室48流到柱塞30的入口28中。排泄止回梭120现不会对水的流路径提供任何障碍。也就是说，排泄止回梭120不含原本会延伸到流路径中且中断流的径向延伸的支撑梁、肋状物等。

随着入口水压增加，柱塞在上游方向中移动以使间隙27变窄来调节出口水压，如图5所示和上文描述。o形环147与柱塞30形成动态密封以防止水在阀和柱塞之间的区域中向排泄止回梭120的下游流动。如图10所示，将注意到，o形环145具有比o形环147的直径(d2)大的直径(d1)，借此允许柱塞30相对于排泄止回梭滑动而不接触o形环145。

转而参看图11，其为表示例如图1中展示的压力调节器的出口水压相对于入口水压的曲线图。图11中的较粗线在增加入口处的水压的方向上移动。较细线在减小水压的相反方向中移动。

在点a处，入口水压低于预定阈值，且因此排泄止回梭120处于闭合位置(图3)以防止水流穿过压力调节器且致使出口水压为零。沿着较粗线从点a到b，排泄止回梭120通过向下游朝向柱塞的开放的入口端移动而开始打开。随着入口水压增加超出预定阈值(刚好超出点b)，水压抵着排泄止回梭(在流体流动的方向上)施加力，所述力大于弹簧偏置力(流体流动的相反方向中施加)。随着入口水压进一步增加，柱塞30开始朝向调节器阀座32移动，因此调节出口流的压力(图5)。随着入口水压从c到点b减小(较细线)，排泄止回梭保持处于打开位置。随着水压从点b到a进一步减小，排泄止回梭向上游朝向调节器阀座移动且环形地阻挡柱塞的入口。当排泄止回梭抵着调节器阀座安放时，阻挡到柱塞的入口(在点a处以及沿着较细线的较低压力下)，梭停止朝向压力调节器的出口的水流。

排泄止回梭可在闭合位置和打开位置之间快速移动(参看点a和b的接近度)。快速移动意味着排泄止回梭实际上是用于排泄调节器的开闭阀。

穿过压力调节器的流的调节是由柱塞和调节器阀座来执行。随着水压增加超出移动排泄止回梭所需的阈值，增加的压力使隔膜移动且使柱塞30朝向调节器阀座移位。朝向调节器阀座移动减小了调节器阀座和柱塞之间的流通路，且借此保持出口处的水压恒定(点c)。

尽管本文公开本发明的至少一个示例性实施例，但应了解，修改、替换以及替代对于所属领域的一般技术人员可能是显而易见的并且可以在不脱离本发明范围的情况下作出。本公开旨在涵盖示例性实施例的任何调适或变化。另外，在本公开中，术语“包括”并不排除其它要素或步骤，术语“一”并不排除复数个数目，并且术语“或”表示任一者或两者。此外，除非本公开或上下文另外表明，否则已描述的特征或步骤还可以与其它特征或步骤组合并且以任何次序使用。本公开由此以引用的方式并入本公开要求权益或优先权的任何专利或申请的完整公开内容。