專利名稱：蝶閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及閥，更具體地講，涉及一種帶有盤(pán)的蝶閥，在該盤(pán)上的預(yù)定位置具有成形邊緣，以在該盤(pán)與閥壁之間形成用于限定該閥的流動(dòng)特性的流動(dòng)開(kāi)口。
背景技術(shù)：
慣用的蝶閥是通過(guò)在閥體內(nèi)放置盤(pán)(disk)以控制通過(guò)閥體的流體流動(dòng)而工作的。該盤(pán)圍繞由固定在閥體內(nèi)的軸限定的樞軸點(diǎn)或軸轉(zhuǎn)動(dòng)。由施加到軸上的轉(zhuǎn)矩導(dǎo)致的盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)形成或減小用于流體流過(guò)閥體的開(kāi)口。當(dāng)此盤(pán)從關(guān)閉位置(通常是豎直的)向完全打開(kāi)位置(通常是水平的)樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，流體能流過(guò)的流動(dòng)區(qū)域會(huì)增加。在某種程度上流體的流動(dòng)可以通過(guò)調(diào)節(jié)閥體內(nèi)盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)角來(lái)控制。在慣用的蝶閥設(shè)計(jì)中已經(jīng)做了很多改進(jìn)以降低所需操作閥的轉(zhuǎn)矩并在運(yùn)行期間擴(kuò)展轉(zhuǎn)動(dòng)范圍。
與其它類(lèi)型的控制閥例如球形閥相比，蝶閥可以以相對(duì)低的成本提供相對(duì)高的流量。因此，對(duì)特定的應(yīng)用來(lái)說(shuō)，蝶閥是非常經(jīng)濟(jì)的。另一方面，傳統(tǒng)的蝶閥在過(guò)程控制方面因?yàn)槠涔逃械牧鲃?dòng)特性而使應(yīng)用受到限制。正如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解的那樣，蝶閥更適合于開(kāi)關(guān)流動(dòng)控制應(yīng)用。許多過(guò)程控制應(yīng)用都需要通過(guò)整個(gè)控制閥的可操作范圍進(jìn)行精確的流動(dòng)控制。當(dāng)需要精確流動(dòng)控制時(shí)，一般會(huì)安裝可轉(zhuǎn)動(dòng)的球閥，而不是蝶閥。
另外，一些過(guò)程需要特定的或精確的固有的或安裝的流體特性。正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所理解的那樣，控制閥的流動(dòng)特性是流動(dòng)系數(shù)(Cv)與以盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)動(dòng)度數(shù)表示的行程之間的比率?；谶\(yùn)動(dòng)速度的百分比或是閥體內(nèi)控制元件的物理位置，此設(shè)計(jì)參數(shù)定義流過(guò)閥的速度。例如，常壓下的液位控制中的應(yīng)用就受益于此閥內(nèi)的線性流動(dòng)特性。
在蝶閥的應(yīng)用中的另一個(gè)因素涉及提高該控制閥的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩特性。當(dāng)流體流過(guò)此閥時(shí)，流體會(huì)對(duì)盤(pán)施加力。一般來(lái)說(shuō)，隨著通過(guò)閥的流動(dòng)速度的增加，施加到該盤(pán)上的力也會(huì)更大。這些增加的動(dòng)態(tài)力需要更大的轉(zhuǎn)矩以轉(zhuǎn)動(dòng)該盤(pán)。在運(yùn)行期間所需要的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)的轉(zhuǎn)矩總量根據(jù)流過(guò)閥的流體類(lèi)型、盤(pán)的形狀和盤(pán)的位置或朝向的不同而不同。在給定的應(yīng)用中，降低轉(zhuǎn)矩是有優(yōu)勢(shì)的。較低的轉(zhuǎn)矩需要更小的激勵(lì)源以運(yùn)行閥，從而節(jié)省物理體積并且降低成本。
此外，慣用的通過(guò)90度的轉(zhuǎn)動(dòng)運(yùn)行的蝶閥，在盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)接近70-80度時(shí)要經(jīng)受轉(zhuǎn)矩反向。在盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)到此點(diǎn)時(shí)，由動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩施加到盤(pán)上的力會(huì)從盤(pán)的一面改變到此盤(pán)相反的一面。消除蝶閥的運(yùn)行特性中的反向可能會(huì)導(dǎo)致更穩(wěn)定的閥定位并顯著降低對(duì)激勵(lì)源或閥損壞的可能性。
發(fā)明內(nèi)容
在本領(lǐng)域中，需要一種蝶閥，其具有改進(jìn)的流動(dòng)特性和改進(jìn)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩特性。本發(fā)明旨在滿足此需要給出進(jìn)一步的解決方案。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例，提供一種用于控制閥內(nèi)流體流動(dòng)的盤(pán)。該盤(pán)包含密封表面，其用于在該盤(pán)處于關(guān)閉位置時(shí)封上閥密封。該密封表面包含成形邊緣，在該盤(pán)從關(guān)閉位置向開(kāi)啟位置樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該成形邊緣與該閥密封形成流動(dòng)開(kāi)口，使得該成形邊緣的輪廓和位置在預(yù)定的盤(pán)位置限定該流動(dòng)開(kāi)口的大小，以特性化通過(guò)的流體流動(dòng)。該成形邊緣是一種提供更大改變流動(dòng)特性的機(jī)會(huì)的手段。通過(guò)改變盤(pán)上成形邊緣的形狀和位置，可以改變流動(dòng)特性以形成期望的流動(dòng)特性結(jié)果。當(dāng)該盤(pán)被部分打開(kāi)時(shí)，該成形邊緣進(jìn)一步提供更多的流動(dòng)速度控制，并且也能夠使開(kāi)啟與關(guān)閉閥位置之間進(jìn)行更平滑的轉(zhuǎn)換。
根據(jù)本發(fā)明的再一方面，該盤(pán)被布置成偏離于通過(guò)該盤(pán)樞軸點(diǎn)的中心軸線?？梢蕴峁┌伎?，該凹口形成在該盤(pán)的上流側(cè)以降低動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。該凹口包括基本上凹入的曲面和相對(duì)于縱軸線成一定角度的斜面中的至少一個(gè)。該盤(pán)適合用于蝶閥中。
仍然根據(jù)本發(fā)明的再一方面，該盤(pán)平面表面的基本部分與該盤(pán)平面表面的其它部分偏離一定角度以阻礙動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩反向。該盤(pán)在后緣處的橫截面厚度可以相對(duì)小于該盤(pán)前緣處的橫截面厚度。
根據(jù)本發(fā)明的另一個(gè)方面，該成形邊緣處于曲線輪廓形式?？商鎿Q地，該成形邊緣可以包括這樣一種輪廓，當(dāng)該盤(pán)圍繞樞軸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)以從關(guān)閉位置向開(kāi)啟位置轉(zhuǎn)換時(shí)，該輪廓可以轉(zhuǎn)離該閥密封一定角度。該成形邊緣也可以被布置成沿該盤(pán)下流側(cè)的至少一部分。該成形邊緣也可以進(jìn)一步被布置成鄰近于該盤(pán)的前緣。
根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例，提供一種閥。該閥包括可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(pán)。該盤(pán)包括密封表面，其用于在該盤(pán)處于關(guān)閉位置時(shí)封上閥密封。該密封表面包括成形邊緣，在該盤(pán)從關(guān)閉位置向開(kāi)啟位置樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該成形邊緣可以與該閥密封形成流動(dòng)開(kāi)口，使得該成形邊緣的輪廓和位置在預(yù)定的盤(pán)位置限定該流動(dòng)開(kāi)口的大小，從而特性化通過(guò)的流體流動(dòng)。
仍然根據(jù)本發(fā)明的另一方面，閥外殼的壁基本上是凹的，以使該盤(pán)能夠貼近該壁轉(zhuǎn)動(dòng)，從而進(jìn)一步特性化流體流動(dòng)。
通過(guò)如下的描述與附圖，可以更好地理解前面提到的特征與優(yōu)勢(shì)，以及本發(fā)明的其它特征與方面，其中圖1是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的閥的概略性橫截面圖；圖2A、2B、2C和2D是根據(jù)本發(fā)明另一方面的閥盤(pán)的成形邊緣的概略性橫截面圖；圖3A、3B和3C是根據(jù)本發(fā)明再一方面的閥盤(pán)的概略性后視圖；圖4是根據(jù)本發(fā)明又一方面的閥的概略性橫截面圖；以及圖5是根據(jù)本發(fā)明一個(gè)方面的流動(dòng)面積與閥盤(pán)的轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)之間的關(guān)系坐標(biāo)圖。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明一個(gè)示例性實(shí)施例涉及一種閥，它包含有具有成形邊緣的流動(dòng)控制盤(pán)，和處于盤(pán)與閥體之間的用于控制流體流動(dòng)特性的預(yù)定流動(dòng)開(kāi)口。所述閥外殼可以另外有縮減的直徑部分，它可以與盤(pán)共同作用以與盤(pán)獲得期望的流動(dòng)面積并提高流動(dòng)控制。這樣的閥有更平緩的開(kāi)口特性，如果期望的話，它可以產(chǎn)生等百分比的流動(dòng)特性。這里使用的等百分比的流動(dòng)特性的特征在于閥，其中，對(duì)于盤(pán)額定運(yùn)動(dòng)的相同增量，會(huì)產(chǎn)生等百分比的流動(dòng)系數(shù)(Cv)的改變。另一方面，通過(guò)對(duì)成形邊緣不同輪廓的修改，也可以產(chǎn)生除了其它流動(dòng)特性之外的線性特性或改進(jìn)的快速開(kāi)口特性。
圖1至圖5描述了根據(jù)本發(fā)明蝶閥的示例性實(shí)施例，其中相同的部分被指定了相同的參考標(biāo)號(hào)。雖然會(huì)參考圖中描述的示例性實(shí)施例來(lái)描述本發(fā)明，但也應(yīng)該了解許多其它形式也可以實(shí)現(xiàn)本發(fā)明。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員還可以理解，可以以處于本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的方式，用不同的方法改變公開(kāi)的實(shí)施例的參數(shù)，比如大小、形狀或者元件或材料的類(lèi)型。
圖1是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的蝶閥11的一個(gè)實(shí)施例的概略性描述。閥11有形成閥體的外殼16。盤(pán)10樞軸安裝在外殼16內(nèi)。盤(pán)10安裝在，例如軸的樞軸點(diǎn)22處，盤(pán)10可以圍繞樞軸點(diǎn)22樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。如所圖示的那樣，流體主要沿著箭頭A的方向流動(dòng)。因此，盤(pán)10的上流側(cè)是盤(pán)10的左側(cè)，盤(pán)10的下流側(cè)是盤(pán)10的右側(cè)。
盤(pán)10用作流過(guò)閥11的流體的障礙物，使得盤(pán)10圍繞樞軸點(diǎn)22的轉(zhuǎn)動(dòng)可以增加、減少或基本懸置流過(guò)閥11的流體。如圖1的圖解所示，盤(pán)10包括上邊緣25和下邊緣23。但是，本領(lǐng)域內(nèi)普通技術(shù)人員可以理解，盤(pán)10慣用為基本上為圓形的(雖然可以是非圓形的)，因此沿著盤(pán)10的圓周保持連續(xù)的邊緣。連續(xù)邊緣在這里是指上邊緣25和下邊緣23，僅為了幫助公開(kāi)根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的盤(pán)10的一些特征。
在閥外殼16的內(nèi)部設(shè)置有具有下區(qū)域18和上區(qū)域20的密封(該密封是單密封，其下區(qū)域18和上區(qū)域20在這里是有區(qū)別的，僅為了解釋清楚)。當(dāng)盤(pán)處于一定的轉(zhuǎn)動(dòng)位置時(shí)，盤(pán)10延伸到閥外殼16的壁間，以與密封的下區(qū)域18和上區(qū)域20相交。盤(pán)10壓縮密封的下區(qū)域18和上區(qū)域20，以使閥11密封而被關(guān)閉并基本上阻擋流體流動(dòng)。所示的閥11處于關(guān)閉位置。
根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的外殼16可以包括錐形的或減小的內(nèi)壁表面26，內(nèi)壁表面26形成盤(pán)10能在其中運(yùn)行的開(kāi)口。所述錐形或縮減也可以被描述成在盤(pán)10周?chē)膮^(qū)域中外殼16的壁表面26的內(nèi)徑的減小。如圖所示，開(kāi)口的直徑在與垂直通過(guò)樞軸點(diǎn)22的軸線D成直線的壁的區(qū)域中相對(duì)較大。通常，該直徑會(huì)在沿著壁表面26移離縱軸線D的縱軸線兩側(cè)上減小。該直徑尺寸由于會(huì)隨著移離縱軸線D而減小，所以形成基本上為曲面的壁表面26。根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)以及如后面進(jìn)一步討論的那樣，曲面的壁表面26對(duì)盤(pán)10的特性化流動(dòng)的能力起作用。另外，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，壁表面26不需要是圖示的那樣彎曲的，它也可以是直的，或是多種其它形狀。此外，鄰近于盤(pán)10的上邊緣25的上壁表面26能保持曲線或其它輪廓，而鄰近于盤(pán)10的下邊緣23的下壁表面26可以是另一種輪廓。不同的壁表面26構(gòu)造可以導(dǎo)致不同的流動(dòng)特性，這是因?yàn)楸诒砻?6與盤(pán)10一起工作以控制流體流過(guò)閥11。
密封的下區(qū)域18和上區(qū)域20被布置成處于或接近盤(pán)10一側(cè)的壁表面26的大約最小直徑處。密封的下區(qū)域18和上區(qū)域20處于或接近壁表面26的大約最小直徑處的位置，使得盤(pán)10基本上能切斷流過(guò)閥11的流體。盤(pán)10偏離通過(guò)樞軸點(diǎn)22的縱軸線D。因此，由于盤(pán)10的上邊緣25和下邊緣23相對(duì)于樞軸點(diǎn)22有偏離，因而在示例圖中壁表面26的最小直徑處于縱軸線D的上流側(cè)。如果盤(pán)10的上邊緣25和下邊緣23與縱軸線在同一直線上，則密封的下區(qū)域18和上區(qū)域20也處于與縱軸線D在同一直線上的位置。這樣的結(jié)構(gòu)可以將壁表面26的最小直徑改變?yōu)榕c通過(guò)樞軸點(diǎn)22的縱軸線D大體一致。因此，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，壁表面26的最小直徑和密封的下區(qū)域18和上區(qū)域20的位置可以隨盤(pán)10的特定構(gòu)造而不同。
如上面提到的那樣，流體主要沿著箭頭A的方向流動(dòng)。因此，盤(pán)10沿著箭頭B的方向轉(zhuǎn)動(dòng)而開(kāi)啟，并且沿著箭頭C的方向轉(zhuǎn)動(dòng)而關(guān)閉。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，流體流過(guò)閥11的方向與閥11內(nèi)盤(pán)10的朝向可以不同。雖然流動(dòng)的主要方向是箭頭A的方向，在某些例子中根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)構(gòu)造的蝶閥也可以是相反流向。在反向流動(dòng)過(guò)程中，流體以與箭頭A的方向相反的方向流動(dòng)。在這種情況下，盤(pán)10可以包括一個(gè)或更多特征以特性化并控制流體沿著箭頭A方向及相反方向流動(dòng)。
當(dāng)盤(pán)10圍繞樞軸點(diǎn)22轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上邊緣25和下邊緣23會(huì)跟隨閥外殼16減小的直徑部分26。下邊緣23也是主流體流入盤(pán)10的前緣。因此上邊緣25在流體流動(dòng)中是后緣。
盤(pán)10包括沿著盤(pán)10的上流側(cè)延伸的傾斜空穴36。傾斜空穴36用于降低動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。當(dāng)盤(pán)從關(guān)閉位置轉(zhuǎn)動(dòng)到開(kāi)啟位置時(shí)，斜面對(duì)盤(pán)10的上邊緣25提供附加的流體壓力。此附加壓力降低將盤(pán)從關(guān)閉位置轉(zhuǎn)動(dòng)到開(kāi)啟位置所需的轉(zhuǎn)矩總量。
流動(dòng)開(kāi)口24存在于盤(pán)10的上邊緣25及下邊緣23和閥外殼16的壁表面26之間。壁表面26減小的直徑部分允許盤(pán)10在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中沿著閥外殼16通過(guò)而不會(huì)顯著增加流動(dòng)開(kāi)口24的面積。流動(dòng)開(kāi)口24是由沿盤(pán)10布置的成形邊緣28形成的。成形邊緣28有預(yù)定的輪廓，該輪廓可以根據(jù)成形邊緣28的不同而不同。當(dāng)盤(pán)10樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，流動(dòng)開(kāi)口24逐漸增加，并且下邊緣23會(huì)越過(guò)密封的下區(qū)域18而延伸到即將來(lái)臨的流動(dòng)中。
流動(dòng)開(kāi)口24的大小變化允許操作通過(guò)閥11的流動(dòng)特性。換句話說(shuō)，當(dāng)盤(pán)10樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)以打開(kāi)閥11時(shí)，流動(dòng)開(kāi)口24可以變化，使得流動(dòng)特性可以是線性的、等百分比的或是隨后即將討論的其它期望的特性。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，成形邊緣28可以有許多有不同表面特征的形狀。圖2A至2D圖示許多示例性成形邊緣28的實(shí)施例，以使流過(guò)閥的流體的流動(dòng)特性多種多樣。圖2A顯示的是具有輕微凹口的成形邊緣28a的實(shí)施例。此構(gòu)造在盤(pán)10的前側(cè)和后側(cè)(成形邊緣28a的每一端)產(chǎn)生流動(dòng)障礙，并且在成形邊緣28a離開(kāi)密封表面的中間間隔期間，流動(dòng)在流動(dòng)開(kāi)口中會(huì)有短暫的增加。
圖2B圖示的是成形邊緣28b的另一個(gè)實(shí)施例。成形邊緣28b保持與圖1中的成形邊緣28基本相同的輪廓。但是，如圖所示，對(duì)著成形邊緣28b右側(cè)(即盤(pán)10的后側(cè))的成形邊緣28b的曲率半徑卻有顯著的減小。當(dāng)成形邊緣28b的該部分越過(guò)密封時(shí)，這種曲率半徑的顯著減小促使流動(dòng)開(kāi)口24的顯著增加。流動(dòng)開(kāi)口24的尺寸增加仍保持小于慣用蝶閥中出現(xiàn)的增加，慣用蝶閥在盤(pán)上相似的位置處有拐角而不是曲線。因此，流動(dòng)開(kāi)口24的增加與隨后的流動(dòng)速度仍保持小于慣用蝶閥的盤(pán)后緣處流動(dòng)速度的增加。
圖2C圖示的是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的成形邊緣28c的另一實(shí)施例。成形邊緣28c保持曲線的輪廓，當(dāng)盤(pán)越過(guò)密封時(shí)，此輪廓角度增加并離開(kāi)密封的下區(qū)域18。相對(duì)于水平線增加的角度，使得流動(dòng)開(kāi)口24在盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)角度相等的情況下，可以比圖2B中的成形邊緣28b更快速地增加。但是，比起具有更陡峭拐角的慣用蝶閥的盤(pán)，流動(dòng)開(kāi)口24的增加是以更可控的方式發(fā)生的。因?yàn)榫哂谐尚芜吘?8c的所示構(gòu)造，流動(dòng)開(kāi)口24的增加和因此產(chǎn)生的流動(dòng)速度的增加，要大于有等百分比的閥。
圖2D圖示的是成形邊緣28d的另一實(shí)施例。如圖所示，成形邊緣28d交替處于凹入與凸出的輪廓中。在這樣的構(gòu)造下，當(dāng)盤(pán)從關(guān)閉位置轉(zhuǎn)動(dòng)到開(kāi)啟位置時(shí)，流動(dòng)開(kāi)口24也交替地增加與減小尺寸。當(dāng)盤(pán)越過(guò)密封的下區(qū)域18時(shí)，開(kāi)口尺寸的交替變化形成速度增加與減小交替變化的流體流動(dòng)。
上述實(shí)施例每一種的應(yīng)用都可以改變并且都可以被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員理解。圖2A至2D提供顯示多種成形邊緣的例子，它們根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可以有效地改變流體流過(guò)閥的流動(dòng)特性。如圖所示，成形邊緣輪廓的修改可以以多種方式改變流動(dòng)開(kāi)口的大小，實(shí)現(xiàn)對(duì)流過(guò)流動(dòng)開(kāi)口的流體的不同控制。因此，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，閥的流動(dòng)特性可以由不同的成形邊緣的輪廓決定。
除了有用于不同流動(dòng)特性的不同輪廓之外，成形邊緣28也可以沿盤(pán)10布置在不同的位置。圖3A至3C圖示的是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的幾個(gè)實(shí)施例。這些圖顯示從盤(pán)的下流側(cè)，即看盤(pán)10的背面，所觀察的不同構(gòu)造的盤(pán)10。圖3A顯示的是成形邊緣28e，其構(gòu)造與圖4中的成形邊緣48相似。成形邊緣28e沿著盤(pán)10的下邊緣23布置，并且根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)可以特性化流動(dòng)。當(dāng)下邊緣23越過(guò)密封時(shí)(例如，密封的下區(qū)域18)，成形邊緣28e隨著閥從完全關(guān)閉向完全開(kāi)啟位置的轉(zhuǎn)換，提供預(yù)定的流動(dòng)特性化。
圖3B顯示橫過(guò)盤(pán)10的下邊緣23布置的成形邊緣28f，和橫過(guò)盤(pán)10的上邊緣25布置的第二成形邊緣29。成形邊緣28f與圖3A中的成形邊緣28e起著相似的作用，而第二成形邊緣29提供對(duì)流體流動(dòng)的進(jìn)一步特性化。當(dāng)流體流過(guò)上邊緣25處盤(pán)10的后緣時(shí)，第二成形邊緣29可以影響流過(guò)上邊緣25的流體。第二成形邊緣29也因此與下邊緣23上的成形邊緣28f一起工作，從而以期望的方式特性化流動(dòng)。
圖3C顯示成形邊緣28g的另一實(shí)施例。此實(shí)施例的成形邊緣28g相對(duì)大于前面圖中的成形邊緣。這個(gè)更大的成形邊緣28g可以提供對(duì)流體流動(dòng)的更大影響，以達(dá)到期望的流體特性化。另外，更大的表面可以為改變期望的流動(dòng)提供更大的空間。
所以，可以看到該成形邊緣的形狀既可以進(jìn)行橫截面形狀上的修改，也可以進(jìn)行盤(pán)上平面的位置的修改，以實(shí)現(xiàn)流過(guò)閥的流體不同的特性化。上述實(shí)施例每一種的應(yīng)用都不同并且都可以被本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所理解。圖3A至3C顯示根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的成形邊緣的例子，以便改變流過(guò)閥的流體的流動(dòng)特性。如圖所示，盤(pán)上成形邊緣的位置改變可以實(shí)現(xiàn)對(duì)流過(guò)流動(dòng)開(kāi)口的流體的不同控制。因此，根據(jù)本發(fā)明的教導(dǎo)，閥的流動(dòng)特性可以進(jìn)一步由不同成形邊緣位置來(lái)決定。
當(dāng)盤(pán)10圍繞樞軸點(diǎn)22轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，壁表面26減小的直徑部分的表面輪廓同樣會(huì)影響流動(dòng)開(kāi)口24的大小。當(dāng)盤(pán)10轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，壁表面26隨著遠(yuǎn)離盤(pán)10而逐漸減小，因此促使流動(dòng)開(kāi)口24增加并允許更多流體流動(dòng)(即更少的流體流動(dòng)阻抗)。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，壁表面26的形狀可以根據(jù)期望流動(dòng)特性的不同而不同。
更具體地講，在所圖示的實(shí)施例中成形邊緣28有基本上曲線的輪廓。當(dāng)盤(pán)10越過(guò)密封的下區(qū)域18時(shí)，成形邊緣28的曲率逐漸增加流動(dòng)開(kāi)口24的大小，這是因?yàn)樵撉骐S著盤(pán)10的移動(dòng)而漸漸移離密封的下區(qū)域18。換句話說(shuō)，形成成形邊緣28的曲面的曲率半徑逐漸減小。當(dāng)盤(pán)10樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)并使下邊緣23越過(guò)密封的下區(qū)域18時(shí)，這種減小促使該曲面從下邊緣23與密封的下區(qū)域18的相交部分離開(kāi)或逐漸減小。
流動(dòng)開(kāi)口24的增加與盤(pán)10的樞軸位置成比例。成形邊緣28的曲率提供與慣用蝶閥實(shí)質(zhì)上不同的流動(dòng)特性。在沒(méi)有成形邊緣28的曲率的慣用閥中，當(dāng)盤(pán)樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)并且盤(pán)的下邊緣越過(guò)密封時(shí)，流動(dòng)的增加更陡峭。在本發(fā)明中的成形邊緣28的曲率形成流動(dòng)開(kāi)口24更平緩的增加，從而導(dǎo)致閥打開(kāi)時(shí)流動(dòng)速度更平緩的增加。應(yīng)該注意的是，在盤(pán)10的上邊緣25和下邊緣23之間的流動(dòng)開(kāi)口24可以不同。
圖4是根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的蝶閥41的另一實(shí)施例的概略性描述。閥41有形成閥體的外殼16。盤(pán)40樞軸安裝在外殼16內(nèi)。盤(pán)40安裝在，例如軸上樞軸點(diǎn)22處，盤(pán)40可以圍繞樞軸點(diǎn)22樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)。如所圖示的那樣，流體主要沿著箭頭A的方向流動(dòng)。因此，如圖示，盤(pán)40的上流側(cè)是盤(pán)40的左側(cè)，盤(pán)40的下流側(cè)是盤(pán)40的右側(cè)。
盤(pán)40圍繞樞軸點(diǎn)22的轉(zhuǎn)動(dòng)可以增加、減少或基本懸置流過(guò)閥41的流體。如圖4圖示所顯示的那樣，盤(pán)40包括上邊緣42和下邊緣43。
密封的下區(qū)域18和上區(qū)域20仍被布置在閥外殼16的內(nèi)部。當(dāng)盤(pán)處于一定的轉(zhuǎn)動(dòng)位置時(shí)，盤(pán)40延伸到閥外殼16的壁間，以與密封的下區(qū)域18和上區(qū)域20相交。盤(pán)40壓縮密封的下區(qū)域18和上區(qū)域20以密封閥41而被關(guān)閉。盤(pán)40和盤(pán)10一樣，用于阻擋流體流過(guò)閥41。因此，盤(pán)40的轉(zhuǎn)動(dòng)可以增加、減小或基本懸置流過(guò)閥41的流體。所示閥41處于關(guān)閉位置。
根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的外殼16可以包括內(nèi)徑減小并形成盤(pán)40在其中運(yùn)行的開(kāi)口的內(nèi)壁表面26。如圖所示，該開(kāi)口的直徑在與通過(guò)樞軸點(diǎn)22的縱軸線D在同一直線上的壁的區(qū)域中相對(duì)較大。在沿著離開(kāi)縱軸線D的壁表面26移動(dòng)的縱軸線D的兩側(cè)，直徑會(huì)減小。由于直徑尺寸隨著離開(kāi)縱軸線D而減小，所以形成實(shí)質(zhì)上為曲面的壁表面26。根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)以及此后進(jìn)一步討論那樣，曲面的壁表面26對(duì)盤(pán)40的特性化流動(dòng)的能力起作用。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，由于壁表面26與盤(pán)40一起工作以控制流體流過(guò)閥41，因此不同的壁表面26構(gòu)造可以導(dǎo)致不同的流動(dòng)特性。
密封的下區(qū)域18和上區(qū)域20布置處于或接近盤(pán)40一側(cè)的壁表面26的最小直徑處。密封處于或接近壁表面26的最小直徑處的位置，使盤(pán)40能夠基本切斷流過(guò)閥41的流體。盤(pán)40偏離通過(guò)樞軸點(diǎn)22的縱軸線D。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，壁表面26的最小直徑和密封的下區(qū)域18和上區(qū)域20的位置可以隨盤(pán)40的特定構(gòu)造而不同。
如上面提到的那樣，流體主要沿著箭頭A的方向流動(dòng)。因此，盤(pán)40沿著箭頭B的方向轉(zhuǎn)動(dòng)而打開(kāi)，并且沿著箭頭C的方向轉(zhuǎn)動(dòng)而關(guān)閉。本領(lǐng)域普通技術(shù)人員可以理解，流體流過(guò)閥41的方向與閥41內(nèi)盤(pán)40的朝向可以改變。
當(dāng)盤(pán)40圍繞樞軸點(diǎn)22轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，上邊緣42和下邊緣43會(huì)跟隨閥外殼16減小的直徑部分26。下邊緣43也是主流體流動(dòng)中盤(pán)40的前緣。因此上邊緣42在流體流動(dòng)中是后緣。
盤(pán)40包括沿著盤(pán)40的上流側(cè)延伸的傾斜空穴36。如前所述，傾斜空穴36用于降低動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩。
流動(dòng)開(kāi)口44存在于盤(pán)40的上邊緣42與下邊緣43和閥外殼16的壁表面26之間。壁表面26減小的直徑部分允許盤(pán)40在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中沿著閥外殼16通過(guò)，而不會(huì)顯著增加流動(dòng)開(kāi)口44的面積。流動(dòng)開(kāi)口44是由沿盤(pán)40布置的成形邊緣48形成的。成形邊緣48有預(yù)定的輪廓，該輪廓可以根據(jù)成形邊緣48的不同而不同。當(dāng)盤(pán)40樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，流動(dòng)開(kāi)口44逐漸增加，并且下邊緣43越過(guò)密封的下區(qū)域18而延伸到即將來(lái)臨的流動(dòng)中。
流動(dòng)開(kāi)口44的大小變化允許對(duì)通過(guò)閥41的流動(dòng)特性進(jìn)行操作。如上所證明的那樣，成形邊緣48可以采用許多不同的形狀，并沿著盤(pán)40布置在許多不同的位置。輪廓與位置的每一個(gè)變化都能影響閥流動(dòng)特性的改變。
在圖4中上邊緣42的橫截面積要小于圖1中的上邊緣25的橫截面積?？梢钥闯?，上邊緣42更小的橫截面積導(dǎo)致盤(pán)40占據(jù)更少的流體流動(dòng)面積。由于盤(pán)40占據(jù)了更少的流體流動(dòng)面積，所以當(dāng)盤(pán)40轉(zhuǎn)動(dòng)到打開(kāi)位置時(shí)會(huì)對(duì)流體流動(dòng)產(chǎn)生更小的障礙。當(dāng)閥打開(kāi)時(shí)，對(duì)流體流動(dòng)的更小障礙會(huì)導(dǎo)致流動(dòng)速度升高。
此外，流動(dòng)開(kāi)口44的大小改變?cè)试S對(duì)通過(guò)閥流動(dòng)特性的操作。更具體地講，改變成形邊緣28和48以使流動(dòng)開(kāi)口44的大小因不同的閥位置而變化的能力，在蝶閥的可能應(yīng)用中提供更大的靈活性?？梢栽谘由斓郊磳⒌絹?lái)的流動(dòng)中的盤(pán)10和40的一部分上，或者在盤(pán)10和40的另一部分上，或是在整個(gè)盤(pán)10和40上提供此輪廓。如果期望線性開(kāi)口特性，特定的輪廓可以形成在該輪廓區(qū)域，并且該輪廓區(qū)域的位置可以調(diào)整，以達(dá)到線性特性。同樣的，可以形成出線性特性、等百分比特性或改進(jìn)的快速開(kāi)口特性以滿足特殊閥應(yīng)用的特定需要。這種改變流動(dòng)開(kāi)口44和因此改變流動(dòng)特性的能力可以使得蝶閥作為精密控制元件應(yīng)用于控制系統(tǒng)中。
圖5是曲線圖66，描述在閥內(nèi)當(dāng)流體流過(guò)時(shí)流動(dòng)面積與盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)之間的關(guān)系。兩組數(shù)據(jù)被繪制在曲線圖66上。第一組表示的是流體流過(guò)具有慣用單葉片的閥的流動(dòng)特性，如第一流動(dòng)曲線68所示。第二組數(shù)據(jù)表示的是流體流過(guò)根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的閥的流體流動(dòng)特性，該閥有帶有成形邊緣的盤(pán)，如第二流動(dòng)曲線70所示。
當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)在0與5之間時(shí)，對(duì)于暴露的流動(dòng)面積總量，兩種結(jié)構(gòu)的盤(pán)看起來(lái)運(yùn)行相對(duì)類(lèi)似。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)在10與大約20之間時(shí)，有慣用盤(pán)的閥經(jīng)歷大約1.6平方英寸或7.3％的流動(dòng)面積的增加。有帶有成形邊緣的盤(pán)的閥經(jīng)歷0到大約0.4平方英寸或1.89％的最小流動(dòng)面積總量。對(duì)于具有慣用盤(pán)的閥來(lái)說(shuō)，當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)在20與90之間時(shí)，第一流動(dòng)曲線68隨著流動(dòng)面積的快速增加而延續(xù)。當(dāng)轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)在20與45之間時(shí)，第二流動(dòng)曲線70隨著流動(dòng)面積的更平緩的增加而延續(xù)。在90度的最大轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)時(shí)，慣用的蝶閥大約有22平方英寸的流動(dòng)面積可用于流體流動(dòng)，而具有成形邊緣的盤(pán)的閥大約有21.2平方英寸的流動(dòng)面積可用于流體流動(dòng)。因?yàn)槠骄忛_(kāi)口靠近座落位置(即較低轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù))，所以在接近閥的關(guān)閉點(diǎn)時(shí)不需要流動(dòng)控制。在有成形邊緣的盤(pán)的閥中轉(zhuǎn)動(dòng)度數(shù)在0與10之間的范圍，由于有根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的構(gòu)造，而不會(huì)經(jīng)歷此范圍內(nèi)經(jīng)常發(fā)生的閥關(guān)閉及錘擊問(wèn)題。相比慣用盤(pán)結(jié)構(gòu)，成形邊緣結(jié)構(gòu)確實(shí)會(huì)降低閥的總流動(dòng)面積。但是，如果期望更大的流動(dòng)面積，也可以增加閥的總大小和尺寸。
在操作中，因?yàn)楸P(pán)10和40圍繞樞軸點(diǎn)22轉(zhuǎn)動(dòng)，所以盤(pán)10和40的邊緣會(huì)越過(guò)密封的下區(qū)域18打開(kāi)閥以獲得最小的流體流動(dòng)。流體流動(dòng)最小，這是因?yàn)榱黧w可以慢慢溢出流動(dòng)開(kāi)口24和44。直到盤(pán)10和40沿箭頭B的方向轉(zhuǎn)動(dòng)足夠的總量以使得成形邊緣28和48能越過(guò)密封的下區(qū)域18，才會(huì)發(fā)生更大量的流體流動(dòng)。流體流動(dòng)緩慢且平緩的增加提高包含本發(fā)明的盤(pán)10和40的閥的固有流動(dòng)特性。
為了關(guān)閉閥，盤(pán)10和40要沿箭頭C的方向轉(zhuǎn)動(dòng)。盤(pán)10和40的邊緣達(dá)到密封的下區(qū)域18并越過(guò)密封的下區(qū)域18。當(dāng)盤(pán)10和40越過(guò)密封的下區(qū)域18時(shí)，流體流動(dòng)受阻但仍然流過(guò)流動(dòng)開(kāi)口24和44。盤(pán)10和40的額外轉(zhuǎn)動(dòng)帶動(dòng)成形邊緣28和48的額外部分越過(guò)密封的下區(qū)域18和密封的上區(qū)域20以逐漸降低流體流動(dòng)，并最終關(guān)閉閥11或41。流體流動(dòng)的逐漸降低提高流動(dòng)特性。
當(dāng)盤(pán)10和40越過(guò)密封的下區(qū)域18時(shí)，盤(pán)也伴隨著越過(guò)密封的上區(qū)域20。盤(pán)10和40圍繞樞軸點(diǎn)22沿箭頭B的方向轉(zhuǎn)動(dòng)，并且上邊緣25和42離開(kāi)密封的上區(qū)域20以形成流體流動(dòng)路徑。上邊緣25和42同樣可以和壁表面26一起工作以進(jìn)一步特性化通過(guò)閥11和41的流動(dòng)。
本發(fā)明展示了一種以蝶閥的形式舉例說(shuō)明的閥，除了其它特性之外，它還有改進(jìn)的包括成形邊緣的轉(zhuǎn)動(dòng)盤(pán)。此盤(pán)可以進(jìn)一步在上流側(cè)或上流側(cè)包括有凹口以提高閥的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩特性。另外，也可以有多種成形邊緣，并且每一種成形邊緣都可以有可選的形狀以特性化通過(guò)閥的流動(dòng)。此外，接近支架位置的平緩開(kāi)口特性可以提供等百分比流動(dòng)特性的閥。另一方面，除了其它特性之外，使用根據(jù)本發(fā)明教導(dǎo)的成形邊緣也可能實(shí)現(xiàn)線性特性或改變的快速開(kāi)口特性。
根據(jù)上述說(shuō)明，本發(fā)明的各種修改和可選實(shí)施例對(duì)本領(lǐng)域技術(shù)人員將變得明顯。因此，此說(shuō)明書(shū)只是示例性的并且只是為了教導(dǎo)本領(lǐng)域技術(shù)人員實(shí)現(xiàn)本發(fā)明的最佳模式。在基本上沒(méi)有背離本發(fā)明的精神的情況下，此結(jié)構(gòu)的細(xì)節(jié)可以變化，并且也保留附加權(quán)利要求書(shū)范圍內(nèi)的所有修改的專門(mén)使用。本發(fā)明意欲僅限于附加權(quán)利要求書(shū)和適用的法律條文要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種控制閥內(nèi)流體流動(dòng)的盤(pán)，該盤(pán)包括密封表面，用于在該盤(pán)處于關(guān)閉位置時(shí)封上閥密封；其中該密封表面包括成形邊緣，當(dāng)該盤(pán)從關(guān)閉位置向開(kāi)啟位置樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該成形邊緣在該密封表面與閥密封之間形成流動(dòng)開(kāi)口，使得該成形邊緣的輪廓和位置在預(yù)定的盤(pán)位置限定該流動(dòng)開(kāi)口的大小，從而特性化通過(guò)的流體流動(dòng)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盤(pán)，其中該盤(pán)被布置成偏離于通過(guò)該盤(pán)的樞軸點(diǎn)的中心軸線。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盤(pán)，進(jìn)一步包含沿該盤(pán)的上流側(cè)形成的、用于降低動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的凹口。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的盤(pán)，其中該凹口包含基本上凹入的曲面和相對(duì)于縱軸線成一定角度的斜面中的至少一個(gè)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盤(pán)，其中該盤(pán)適合用于蝶閥中。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盤(pán)，其中該盤(pán)平面表面的基本部分與該盤(pán)平面表面的剩余部分偏離一定角度，以阻礙動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩反向。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盤(pán)，其中該盤(pán)在其后緣處的橫截面厚度相對(duì)小于該盤(pán)前緣處的橫截面厚度。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盤(pán)，其中該成形邊緣包含曲線輪廓。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盤(pán)，其中該成形邊緣包含如下輪廓當(dāng)該盤(pán)圍繞樞軸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)以從關(guān)閉位置向開(kāi)啟位置轉(zhuǎn)換時(shí)，該輪廓轉(zhuǎn)離該閥密封一定角度。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的盤(pán)，其中該成形邊緣沿著該盤(pán)的下流側(cè)的至少一部分布置。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的盤(pán)，其中該成形邊緣被布置成鄰近于該盤(pán)的前緣。
12.一種閥，包含閥體；被布置在該閥體內(nèi)、用于控制通過(guò)閥的流動(dòng)的可樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)的盤(pán)；和用于在該盤(pán)處于關(guān)閉位置時(shí)封上閥密封的密封表面；其中該密封表面包括成形邊緣，當(dāng)該盤(pán)從關(guān)閉位置向開(kāi)啟位置樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，該成形邊緣在該密封表面與閥密封之間形成流動(dòng)開(kāi)口，使得該成形邊緣的輪廓和位置在預(yù)定的盤(pán)位置限定該流動(dòng)開(kāi)口的大小，從而特性化通過(guò)的流體流動(dòng)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，其中該閥是蝶閥。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，其中閥外殼的壁是基本上凹的，以使該盤(pán)能夠轉(zhuǎn)動(dòng)到貼近于該壁的位置，從而進(jìn)一步特性化流體流動(dòng)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，其中該盤(pán)被布置成偏離于通過(guò)該盤(pán)的樞軸點(diǎn)的中心軸線。
16.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，進(jìn)一步包含沿該盤(pán)的上流側(cè)形成的、用于降低動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的凹口。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的閥，其中該凹口包含基本上凹入的曲面和相對(duì)于縱軸線成一定角度的斜面中的至少一個(gè)。
18.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，其中該盤(pán)適合用于蝶閥中。
19.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，其中該盤(pán)平面表面的基本部分與該盤(pán)平面表面的剩余部分偏離一定角度，以阻礙動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩反向。
20.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，其中該盤(pán)在其后緣處的橫截面厚度相對(duì)小于該盤(pán)前緣處的橫截面厚度。
21.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，其中該成形邊緣包含曲線輪廓。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，其中該成形邊緣包含如下輪廓當(dāng)該盤(pán)圍繞樞軸點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)以從關(guān)閉位置向開(kāi)啟位置轉(zhuǎn)換時(shí)，該輪廓轉(zhuǎn)離該閥密封一定角度。
23.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，其中該成形邊緣被布置成沿該盤(pán)的下流側(cè)的至少一部分。
24.根據(jù)權(quán)利要求23所述的閥，其中該成形邊緣被布置成鄰近于該盤(pán)的前緣。
全文摘要
本發(fā)明提供一種具有改進(jìn)的固有流動(dòng)特性與改進(jìn)的動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩特性的閥。該閥包含用于控制閥內(nèi)部流體流動(dòng)的盤(pán)。該盤(pán)至少有密封表面，其用于在該盤(pán)處于關(guān)閉位置時(shí)封上閥密封。該密封表面包括一輪廓，并且在該盤(pán)從關(guān)閉位置向開(kāi)啟位置樞軸轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)與閥封一起形成流動(dòng)間隙。該輪廓的曲率半徑在預(yù)定的盤(pán)位置限定流動(dòng)間隙的大小，以特性化通過(guò)閥的流動(dòng)。此閥可以進(jìn)一步包含用于降低動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的上流凹口和/或在流體回流的情況下用于降低動(dòng)態(tài)轉(zhuǎn)矩的凹口。
文檔編號(hào)F16K1/22GK1745263SQ200380109388
公開(kāi)日2006年3月8日 申請(qǐng)日期2003年12月15日 優(yōu)先權(quán)日2003年1月30日
發(fā)明者查爾斯·L·迪朋寧, 唐納德·G·艾爾斯騰, 漢斯·D·波曼 申請(qǐng)人:費(fèi)希爾控制產(chǎn)品國(guó)際有限公司