專利名稱：渦輪可控計(jì)量閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用來(lái)輸送預(yù)定量液體的計(jì)量閥，特別涉及一種具有一渦輪、可以用來(lái)測(cè)量流過(guò)所述閥的液體流量的計(jì)量閥。
計(jì)量閥是用來(lái)響應(yīng)一次閥的驅(qū)動(dòng)來(lái)供給經(jīng)計(jì)量的、預(yù)定量的液體流量的。這種類型的閥可以用于商業(yè)系統(tǒng)中的供沖洗水的設(shè)備，在這些商業(yè)用系統(tǒng)中需要采用大容量的水系統(tǒng)。典型的計(jì)量閥是使用一小流量限流器來(lái)控制一緩沖型閥件的閉合速度。美國(guó)專利4，662，602揭示了一種該類型的計(jì)量閥。傳統(tǒng)計(jì)量閥的定時(shí)限流器(timing restrictor)都較小，并且容易發(fā)生堵塞或淤塞的現(xiàn)象，因此就有了維修的問(wèn)題。
人們提出了使用渦輪來(lái)測(cè)量流過(guò)閥的流量。使用渦輪的優(yōu)點(diǎn)是它不需要用小流量的限流就能完成流量測(cè)量。美國(guó)專利3，902，201和4，916，762揭示了使用流量測(cè)量渦輪的沖洗水箱的注水閥系統(tǒng)。雖然這些系統(tǒng)都可以避免使用流量定時(shí)限流器，但是，它們都具有以下諸缺點(diǎn)不能精確測(cè)量流量，并且需要較大的驅(qū)動(dòng)力來(lái)打開(kāi)所述閥。
本發(fā)明的主要目的在于提供一種能有效使用一渦輪以測(cè)量流過(guò)所述閥的流體流量的計(jì)量閥。本發(fā)明的其它目的在于提供一種只需極小的驅(qū)動(dòng)力就能打開(kāi)所述閥的計(jì)量閥；提供一種在較寬的液體流速范圍內(nèi)具有較高計(jì)量精度的計(jì)量閥；提供一種不易發(fā)生堵塞或淤塞現(xiàn)象因而不存在維修問(wèn)題的計(jì)量閥；以及提供一種能克服已知計(jì)量閥設(shè)計(jì)的種種缺陷的計(jì)量閥。
簡(jiǎn)言之，本發(fā)明提供了一種計(jì)量閥，它包括一形成一具有進(jìn)口和出口區(qū)域的流道的殼體。一主閥閥座形成在所述殼體內(nèi)，它分隔開(kāi)所述進(jìn)口和出口區(qū)域。一主閥閥件可相對(duì)于所述主閥閥座在開(kāi)啟和關(guān)閉位置之間移動(dòng)。所述殼體在所述主閥閥件與所述閥座相對(duì)的那一側(cè)處形成一控制室。一限流道通道從所述入口區(qū)域延伸到所述控制室，平時(shí)用來(lái)增壓所述控制室，以使所述主閥閥件抵靠在所述主閥閥座上而處于關(guān)閉位置。一控制或?qū)чy能有選擇地將壓力從所述控制室釋放出來(lái)以釋放所述主閥閥件，使之移動(dòng)到開(kāi)啟位置。用驅(qū)動(dòng)裝置打開(kāi)所述控制閥。一渦輪位于所述流道通道內(nèi)，可根據(jù)所述流道通道內(nèi)的液流的流動(dòng)而進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。一聯(lián)接在所述渦輪和所述控制閥之間的控制機(jī)構(gòu)能根據(jù)所述渦輪的預(yù)定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)重新關(guān)閉所述控制閥。
本發(fā)明的上述目的和其它目的以及本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)可以從以下結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的較佳實(shí)施例的具體描述中得到更好的理解。其中
圖1是本發(fā)明計(jì)量閥的立體分解圖；圖2是圖1所示的經(jīng)裝配后的計(jì)量閥的垂直軸向剖視圖，它是沿圖3中的2-2線截取的；圖3是沿圖2中的3-3線截取的、所述閥的剖視圖；圖4是示出了所述計(jì)量閥的渦輪流體測(cè)量構(gòu)件的立體分解圖；圖5是所述計(jì)量閥的諸閥構(gòu)件的立體分解圖；圖6是所述計(jì)量閥的控制閥凸輪的立體放大圖；圖7是所述計(jì)量閥的傳動(dòng)軸的立體放大圖；圖8是所述計(jì)量閥的減速器傳動(dòng)接頭的立體放大圖；以及圖9是圖3的局部放大圖，它示出了傳動(dòng)軸、控制閥凸輪和棘輪件的一部分。
現(xiàn)請(qǐng)參閱各附圖，圖中示出了一以20總的標(biāo)示并根據(jù)本發(fā)明的原理進(jìn)行構(gòu)造的計(jì)量閥?？偟膩?lái)說(shuō)，計(jì)量閥20包括一殼體組件22，所述殼體組件具有一適于與一諸如一供水系統(tǒng)之類的增壓液體源相連的進(jìn)口24，以及一適于與諸如小便池或抽水馬桶之類的液體利用設(shè)備相連的出口26。一主閥閥件28與一主閥閥座30協(xié)同工作，以控制流過(guò)殼體22的液流?？刂剖?2內(nèi)的壓力常閉主閥閥件28。一控制閥件34與一控制閥座36協(xié)同工作，并且可在一驅(qū)動(dòng)器38的作用下而打開(kāi)，以降低控制室的壓力，打開(kāi)所述主閥閥件28并讓流體流過(guò)所述閥。流量可以藉助渦輪40的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)測(cè)量。一以42總的標(biāo)示的控制機(jī)構(gòu)重新閉合所述控制閥件34以便在流過(guò)預(yù)定量的流體之后重新關(guān)閉所述主閥閥件。
殼體組件22包括一底座44，它藉助一螺紋定位環(huán)48而固定于一頂蓋46上并藉助一O形圈49而密封。在底座44和頂蓋46內(nèi)部的是一包括一本體52和蓋54在內(nèi)的入口殼體組件50。進(jìn)口或入口24位于本體52的底部，而出口26位于底座44的底部。一閥座56和一嵌入物58保持在所述蓋54上方并位于頂蓋46內(nèi)部。主閥閥座30具有一系列位于閥座56中心上表面上的流孔59，控制閥閥座36則位于頂蓋46上并且圍繞一控制室排放通道60。所述壓力控制室32位于頂蓋46內(nèi)部、圍繞著所述嵌入物58并位于其內(nèi)部。
主閥閥件28是一其周緣被頂蓋46、嵌入物58和閥座56所截獲的柔性彈性件。在關(guān)閉位置時(shí)，主閥閥件28在控制室32內(nèi)的壓力作用下緊抵在主閥閥座30上。當(dāng)控制室3藉助控制閥閥件34的打開(kāi)而通過(guò)通道60進(jìn)行排放時(shí)，主閥閥件移動(dòng)到圖2所示的開(kāi)放位置，在該位置液體流過(guò)主閥閥座30。所述主閥在很多方面都與援引在此作為參考的美國(guó)專利5，421，361所揭示的主閥相類似。
當(dāng)主閥閥件28處于其開(kāi)啟位置時(shí)，液體從進(jìn)口24流入并隨后向上流過(guò)入口或進(jìn)口殼體組件50的本體52。然后，液體向上流過(guò)蓋54內(nèi)的中心口62，然后向下流過(guò)閥座56內(nèi)的一系列孔59。中心口62終止于一在閥座56的環(huán)繞表面上方稍稍有些凸伸出來(lái)的唇部，以便當(dāng)所述閥處于關(guān)閉狀態(tài)時(shí)能保證緊密密封。來(lái)自于所述主閥的下游流首先是向下流動(dòng)并隨后在蓋54的一環(huán)狀凸緣64內(nèi)部向上流動(dòng)，然后在所述凸緣64的外側(cè)以及在頂蓋46的一環(huán)形壁66內(nèi)部又向下流動(dòng)。在蓋54的一下垂的裙部70內(nèi)設(shè)置有一系列孔68，從而可以使液體在本體52和底座44之間向下流至出口26。
平時(shí)，由于從進(jìn)口或入口區(qū)域至控制室32是通過(guò)主閥閥件28內(nèi)的一中心孔72而呈限制性的流通，因此能將控制室32被保持在高的進(jìn)口壓力下。一傳動(dòng)軸74的中心部分延伸穿過(guò)孔72，并具有相互對(duì)置的、能限制液體流動(dòng)的凹槽76。嵌入物58內(nèi)的諸孔78使得控制室32內(nèi)可以不受壓力影響而自由流通。作用在主閥閥件28上表面上的高壓平常使得它緊抵在主閥閥座30上與之保持密封接合。
為了能使液體流過(guò)計(jì)量閥20，將控制閥閥件34從其關(guān)閉位置移動(dòng)至圖2所示的開(kāi)啟位置。當(dāng)控制閥處于打開(kāi)狀態(tài)時(shí)，控制室32內(nèi)的壓力就沿著自頂蓋46內(nèi)的排放通道60延伸的流道而排放到由一封閉件80所密封的上部區(qū)域。液體從該上部區(qū)域流過(guò)一孔81并在頂蓋46的環(huán)形壁66內(nèi)部與主閥出口流相匯合。所述排出流相對(duì)來(lái)說(shuō)是不受限制的，因此控制室32內(nèi)的壓力下降。作用在主閥閥件28底側(cè)上的進(jìn)口壓力使得主閥閥件28移動(dòng)至其開(kāi)啟位置。當(dāng)控制閥閥件34回到其關(guān)閉位置時(shí)，控制室32內(nèi)的壓力由于通過(guò)孔72的流動(dòng)受到限制而增大了使主閥閥件處于關(guān)閉位置。
一真空斷路墊片82容納在頂蓋46內(nèi)，位于蓋54和閥座56上方。當(dāng)主閥關(guān)閉時(shí)，重力將所述墊片82保持在其靠下位置，在該靠下位置，所述墊片使一延伸通過(guò)頂蓋46的排放通道84通至大氣。當(dāng)主閥打開(kāi)時(shí)，流動(dòng)的液體將所述墊片82抬起，從而使它關(guān)閉所述通道84，并在進(jìn)口24和出口26之間為所述計(jì)量閥20提供一密封的流道。
為了使計(jì)量閥20開(kāi)始工作循環(huán)，可藉助任意一種適當(dāng)機(jī)構(gòu)，諸如一手動(dòng)操縱桿或按鈕，或者一電聯(lián)接或氣動(dòng)聯(lián)接于驅(qū)動(dòng)器38的遙控裝置，對(duì)驅(qū)動(dòng)器38進(jìn)行按壓。在所示的設(shè)計(jì)方案中，所述驅(qū)動(dòng)器是一推桿，但是，也可以適用其它的機(jī)構(gòu)。當(dāng)按壓驅(qū)動(dòng)器38(移動(dòng)到圖3中的右方位置)時(shí)，它與一棘爪86嚙合，所述棘爪86使得一棘輪件88進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。棘輪件88使得一截獲的控制閥凸輪90進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所述凸輪90的旋轉(zhuǎn)又使得控制閥閥件34開(kāi)啟。
棘爪86在一棘爪彈簧92的作用下被偏置到一如圖3所示的縮進(jìn)位置。在該位置，棘爪86停止在一止動(dòng)件94上，所述止動(dòng)件在一螺母96的作用下保持在其位，所述螺母旋在一形成在頂蓋46上的螺紋接套98上。彈簧92的中心線相對(duì)于棘爪是偏置的，并且促使所述棘爪的鼻部與棘輪件88上的三個(gè)等距離隔開(kāi)的棘輪齒100中的一個(gè)棘輪齒相嚙合。在頂蓋46內(nèi)的滑道102承接棘爪的一對(duì)準(zhǔn)指104以維持所述棘爪86的方向。在滑道102內(nèi)的對(duì)準(zhǔn)指104的任何摩擦阻力也能使棘爪鼻部與棘輪齒100相嚙合。當(dāng)驅(qū)動(dòng)器38縮回時(shí)，彈簧92將所述棘爪退回到其縮進(jìn)位置。
控制閥凸輪90的諸肋條106將凸輪截獲在棘輪件88內(nèi)，以便能同時(shí)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，并且同時(shí)能允許所述凸輪90相對(duì)于棘輪件(圖9)作軸向移動(dòng)。一截獲在棘輪件88和控制閥閥件34之間的控制閥彈簧108將所述控制閥閥件34向上推。在通常情況下，即在關(guān)閉位置，控制閥閥件34座抵在控制閥閥座36上，所述閥座穿過(guò)凸輪90內(nèi)的間隙開(kāi)口110而向下凸伸出來(lái)。
從圖6中可以最清楚的看到，凸輪部分112形成在凸輪90的上表面上。對(duì)置的、相類似并互補(bǔ)的凸輪部分114(圖2)形成在頂蓋46的內(nèi)表面上，圍繞著所述控制閥閥座36和排放通道60。在所述閥的初始關(guān)閉位置，凸輪部分112和114是互不嚙合的，并且彈簧108將控制閥閥件34保持在其閥座36上。當(dāng)棘爪使棘輪件88和凸輪90旋轉(zhuǎn)時(shí)，凸輪部分112和114運(yùn)動(dòng)從而相互嚙合并且迫使凸輪件90向下移動(dòng)到圖2所示的位置，在該位置，控制閥閥件34是處于開(kāi)放位置。
當(dāng)主閥閥件28隨控制閥閥件34的打開(kāi)而打開(kāi)時(shí)，計(jì)量閥20輸送經(jīng)精確計(jì)量的、預(yù)定量的液體，然后重新關(guān)閉。流過(guò)進(jìn)口24的液體流經(jīng)一穿孔擴(kuò)散板116和一節(jié)流孔板118而流至所述渦輪40。為了使渦輪40帶著總流量中所需要的那部分液體進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，所述節(jié)流孔板包括具有一定數(shù)量和大小的外部流量測(cè)量孔120?？偭髁恐械钠溆嗖糠值囊后w通過(guò)用于校正目的的內(nèi)旁路孔122而分流出去。
由于液體流過(guò)所述計(jì)量閥20的渦輪40而發(fā)生的旋轉(zhuǎn)帶動(dòng)一減速器126的輸入軸124，所述減速器安裝在一支承在本體52內(nèi)的套筒127的內(nèi)部。減速器126可以采用任意一種已知設(shè)計(jì)，它能將輸入軸的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)降低為較小的旋轉(zhuǎn)輸出。在所示的設(shè)計(jì)方案中，減速器126的輸出是輸入軸124和渦輪每旋轉(zhuǎn)約450圈，減速器126旋轉(zhuǎn)1圈。
利用一空轉(zhuǎn)連接器(lost motion connection)將減速器的輸出通過(guò)傳動(dòng)軸74施加于棘輪件88和控制閥凸輪90。一減速器輸出接頭128(圖2和圖8)由所述減速器126所驅(qū)動(dòng)，并隨后驅(qū)動(dòng)傳動(dòng)軸74。接頭128具有一中心開(kāi)口130，所述中心開(kāi)口具有徑向?qū)χ玫膫鲃?dòng)肋條132。傳動(dòng)軸74設(shè)置有一容納在所述開(kāi)口130內(nèi)的葉片或舌片端部134。在諸肋條132與一旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)連接器相嚙合之前，所述葉片134可以在接頭128內(nèi)旋轉(zhuǎn)大約100度以上。
在傳動(dòng)軸74的上端，設(shè)置有一類似的空轉(zhuǎn)連接器，其中一第二葉片端部134容納在棘輪件88的開(kāi)口136內(nèi)。開(kāi)口136具有相對(duì)置的傳動(dòng)肋條138(圖9)，它也能提供一約超過(guò)100度的旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)配合。
傳動(dòng)軸74具有兩個(gè)作用。它能在減速器126和棘輪件88之間利用一空轉(zhuǎn)連接器傳遞旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。此外，延伸穿過(guò)主閥閥件28的孔72的、對(duì)置的凹槽76能提供一受到限制的流道，由于傳動(dòng)軸74能相對(duì)于閥件28作相對(duì)的軸向運(yùn)動(dòng)和旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，故所述流道具有自清潔功能。
打開(kāi)所述計(jì)量閥20只需要一極低的操作力就可以。對(duì)于棘爪86行程的起始段來(lái)說(shuō)，棘爪是不與棘輪件88相嚙合的，并且棘爪和任一能操縱所述棘爪的機(jī)構(gòu)可以蓄積(build)動(dòng)能。當(dāng)棘爪與一棘輪齒100嚙合時(shí)，所述滑動(dòng)配合，即與傳動(dòng)軸74的空轉(zhuǎn)連接器可以防止任何較大的阻力作用在棘輪件88上，并且將棘爪所需的、用來(lái)轉(zhuǎn)動(dòng)棘輪件88和凸輪90的作用力減至最小。即使當(dāng)所述凸輪部分112和114嚙合以打開(kāi)控制閥34時(shí)，在所述凸輪系統(tǒng)的諸機(jī)械優(yōu)點(diǎn)的作用下，仍可以減小操作力。
在驅(qū)動(dòng)棘爪之前，減速器輸出接頭128的諸傳動(dòng)肋條123與傳動(dòng)軸74是嚙合傳動(dòng)的，傳動(dòng)軸74的另一端與棘輪件88的諸傳動(dòng)肋條138相嚙合傳動(dòng)。當(dāng)棘爪86使棘輪件88和凸輪90旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)嚙合就脫開(kāi)聯(lián)接。當(dāng)渦輪因液體流過(guò)所述閥而旋轉(zhuǎn)時(shí)，傳動(dòng)連接由輸出接頭128的旋轉(zhuǎn)重新建立。當(dāng)棘輪件88首先在棘爪86的作用下然后在通過(guò)傳動(dòng)軸74而動(dòng)作的輸出接頭128的作用下，從其初始位置開(kāi)始旋轉(zhuǎn)超過(guò)大約120度時(shí)，凸輪部分112和114就脫開(kāi)嚙合。此時(shí)，控制閥彈簧108重新關(guān)閉控制閥34，主閥閥件28也被重新關(guān)閉。
渦輪40不會(huì)象其它設(shè)計(jì)中所使用的限制流量測(cè)量孔那樣容易發(fā)生堵塞或阻塞現(xiàn)象。因此，減少了維修問(wèn)題，并且還可以獲得精確的流量測(cè)量值。由于渦輪系統(tǒng)上的運(yùn)轉(zhuǎn)阻力較低，因此，可在一較寬的流速范圍內(nèi)保持精確的流量測(cè)量。所示出設(shè)計(jì)所獲得的測(cè)量精度在6比1的調(diào)節(jié)比的范圍內(nèi)精度優(yōu)于±3％。
以上雖然已經(jīng)結(jié)合附圖對(duì)本發(fā)明的實(shí)施例進(jìn)行了具體描述，但是，本發(fā)明并不受到這些具體描述的限制，本發(fā)明的保護(hù)范圍應(yīng)由所附的權(quán)利要求書(shū)來(lái)限制。
權(quán)利要求
1．一種計(jì)量閥，它包括一形成一包括進(jìn)口和出口區(qū)域在內(nèi)的流道的殼體；一形成在所述殼體內(nèi)、分隔開(kāi)所述進(jìn)口和出口區(qū)域的主閥閥座；一相對(duì)于所述主閥閥座在開(kāi)啟和關(guān)閉位置之間可移動(dòng)的主閥閥件；所述殼體在所述主閥閥件與所述閥座相對(duì)的那一側(cè)處形成一控制室；一受限制的流道通道，它從所述入口區(qū)域延伸到所述控制室，平時(shí)用來(lái)增壓所述控制室，以使所述主閥閥件抵靠在所述主閥閥座上而處于所述關(guān)閉位置；一用來(lái)有選擇地將壓力從所述控制室釋放出來(lái)以釋放所述主閥閥件、使之移動(dòng)到所述開(kāi)啟位置的控制閥；用來(lái)打開(kāi)所述控制閥的驅(qū)動(dòng)裝置；一在所述流道通道內(nèi)、可根據(jù)所述流道通道內(nèi)的液流流動(dòng)進(jìn)行旋轉(zhuǎn)的渦輪；以及一聯(lián)接在所述渦輪和所述控制閥之間、用來(lái)根據(jù)所述渦輪的預(yù)定旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)來(lái)重新關(guān)閉所述控制閥的控制機(jī)構(gòu)。
2．如權(quán)利要求1所述的計(jì)量閥，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括一與所述控制閥相連的凸輪系統(tǒng)、一驅(qū)動(dòng)件以及一連接在所述驅(qū)動(dòng)件和所述凸輪系統(tǒng)之間的棘爪和棘輪機(jī)構(gòu)。
3．如權(quán)利要求1所述的計(jì)量閥，所述控制機(jī)構(gòu)包括一傳動(dòng)地連接在所述渦輪和所述控制閥之間的減速器，
4．如權(quán)利要求3所述的計(jì)量閥，所述驅(qū)動(dòng)裝置包括一與所述控制閥相連的凸輪系統(tǒng)。
5．如權(quán)利要求4所述的計(jì)量閥，所述控制機(jī)構(gòu)還包括一位于所述減速器和所述凸輪系統(tǒng)之間的空轉(zhuǎn)連接器。
6．如權(quán)利要求5所述的計(jì)量閥，所述驅(qū)動(dòng)裝置還包括一驅(qū)動(dòng)件、一連接在所述驅(qū)動(dòng)件和所述凸輪系統(tǒng)之間的棘爪棘輪機(jī)構(gòu)。
7．如權(quán)利要求1所述的計(jì)量閥，所述受限制的流動(dòng)通道包括一從所述進(jìn)口區(qū)域至所述控制室、延伸穿過(guò)所述主閥閥件的壓力流動(dòng)孔，所述控制機(jī)構(gòu)包括一延伸穿過(guò)并限制所述壓力流動(dòng)孔的旋轉(zhuǎn)傳動(dòng)軸。
8．如權(quán)利要求7所述的計(jì)量閥，還包括沿著所述傳動(dòng)軸的諸凹槽。
全文摘要
一計(jì)量閥,包括一主閥和一用來(lái)操控所述主閥的控制閥。一只需低操作力的棘爪和棘輪系統(tǒng)可使一凸輪旋轉(zhuǎn)以打開(kāi)所述控制閥而開(kāi)始運(yùn)轉(zhuǎn)循環(huán)。當(dāng)主閥打開(kāi)時(shí),位于所述流道內(nèi)的渦輪旋轉(zhuǎn)以測(cè)量流量。在測(cè)量了預(yù)定量的流量之后,通過(guò)一減速器和一空轉(zhuǎn)連接器將渦輪的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)傳遞給所述凸輪以重新關(guān)閉所述控制閥和主閥。
文檔編號(hào)E03D3/08GK1206767SQ9711612
公開(kāi)日1999年2月3日 申請(qǐng)日期1997年7月30日 優(yōu)先權(quán)日1997年7月30日
發(fā)明者德懷特·N·約翰遜 申請(qǐng)人:美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)公司