專利名稱：一種流動路徑的流動特性的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及改變通過例如包括球閥的流體控制設(shè)備中的流動路徑的流體流動，并且尤其涉及一種改變這種流體控制設(shè)備的流體流動特性的裝置及方法。
背景技術(shù)：
在多種類型的流體系統(tǒng)中，調(diào)節(jié)或者以另外的方式控制通過流體回路的流體流動是必須的。例如，建筑物的供熱通風以及空氣調(diào)節(jié)(HVAC)系統(tǒng)典型地包括多個向建筑物內(nèi)的熱交換器提供加熱或者冷卻水的流體回路。這些回路中的流體流動通常由每個流體回路內(nèi)的一個或者多個閥調(diào)節(jié)，來向這些將使得建筑物內(nèi)部保持所需溫度的熱交換器提供流體的流動。上述閥以可操作的方式與諸如溫度調(diào)節(jié)裝置的控制設(shè)備連接，并且由該控制設(shè)備控制。
作為選擇特定流體系統(tǒng)使用的控制閥的一部分過程，控制閥相對于開口程度的有效流動區(qū)域之間的關(guān)系被稱為“閥特性”。對于HVAC系統(tǒng)使用的閥來說，所典型希望的就是在流體流動的期望范圍內(nèi)具有所謂的“等百分比”的閥特性。在顯示等百分比特性的閥中，閥開口程度(如百分比)相對于在前給出的開口程度的變化將使得在前給出的開口程度處的流體流動中的等百分比的流體流動變化。例如，如果使閥多打開10％會導致流體流量相應(yīng)增加10％時，該閥表現(xiàn)出等百分比特性。當閥最初準備打開時，具有等百分比流動特性的閥以非常低的速度增加流體流量，接著，隨著開口程度越來越大，開口遞增的增加所帶來的流體流量的增加速度也越來越大。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當明白，雖然理想的理論目標是使用一種具有真正的等百分比閥特性的閥，但是大多數(shù)實際的控制閥在其整個運行范圍內(nèi)都不會固有地呈現(xiàn)這種特性。例如，雖然由于可靠性、尺寸小以及相對低的成本等多種原因，通常希望在這種HVAC系統(tǒng)中使用球閥，但是球閥的閥特性一般不能從本質(zhì)上很好地適用于HVAC系統(tǒng)。
典型的球閥包括一個通常為球狀物的閥部件，該閥部件可旋轉(zhuǎn)地設(shè)置在閥殼體內(nèi)的兩個密封件之間。閥殼體限定一條從閥部件開始向上游延伸和向下游延伸的流動路徑，而閥部件包括一個從閥部件貫通的孔，該孔可以選擇性地與流動路徑對準以調(diào)節(jié)通過該流動路徑的流體流動。
貫穿閥部件的孔和殼體內(nèi)的流動路徑都典型地具有圓形的橫截面。當閥部件旋轉(zhuǎn)90度角時，孔從全開位置移動到全閉位置，處于全開位置時，孔與流動路徑完全對準，處于全閉位置時，孔垂直延伸至流動路徑，孔的兩端位于兩個密封件之間，因此流體不能流動通過球狀物。當孔打開時，孔的前緣形成球狀物外表面的一個控制邊緣，其在閥部件從全閉位置向全開位置移動時，橫向地移動穿過流動路徑。
流動路徑內(nèi)的控制邊緣的橫向位置限定流動路徑的一個有效的軸向開口區(qū)域，該開口區(qū)域在橫截面上顯示為一般的“橄欖球形狀”，其具有兩個相對的、與一對相對的向外彎曲的邊緣連接的尖端，該向外彎曲的邊緣所形成形狀的中間比尖端處寬。當控制邊緣橫向地移動到流動路徑時，橄欖球形狀的區(qū)域以相當快的速度打開，并且當球狀物旋轉(zhuǎn)時，尤其當閥首次打開時，該區(qū)域以相當快的速度閉合。
雖然區(qū)域的這種快速變化是開關(guān)型應(yīng)用中使用的球閥的理想特性，這種應(yīng)用中，球閥只是簡單地從全開位置移動到全閉位置，但是這種橫截面區(qū)域的快速變化不是諸如HVAC系統(tǒng)的應(yīng)用中所典型希望的，后一種應(yīng)用中的球閥是用來調(diào)節(jié)閥在部分打開位置時的流體流動。該區(qū)域的這種快速變化也不能在球閥處于全開和全閉位置之間的任何一部分運行范圍內(nèi)獲得理想的等百分比流動特性，這使得球閥在本質(zhì)上很難被選擇用作HVAC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)閥。
但是這些年來，球閥的制造商們已經(jīng)意識到，通過在球閥閥部件的相鄰位置處、或者在閥部件的孔內(nèi)增加一個流動特性設(shè)備，球閥的固有流動特性可得到修正，這樣用作HVAC系統(tǒng)的調(diào)節(jié)控制閥的球閥的性能得到顯著改善。通過使用這種流動特性設(shè)備，可至少在球閥的一部分運行范圍內(nèi)不時地提供等百分比的閥特性。
現(xiàn)有的流動特性設(shè)備通常包括一個貫穿流動路徑的壁，其具有一個能構(gòu)成為與閥部件外表面近似一致的表面。該壁包括一個特定形狀的、限定流體流動的橫截面區(qū)域的開口，該開口小于流動路徑和閥部件內(nèi)的孔對準程度所應(yīng)當固有呈現(xiàn)的開口，以這種方式，球閥快速打開以及閉合的特性得到修正以提供一種更類似于理論的等百分比流動特性的流動特性，或者提供另外一些流動特性，對于特定應(yīng)用來說，其相比較那些不包括流動特性設(shè)備的球閥的固有的快速打開以及閉合的特性來說，更令人滿意。
這些年來，現(xiàn)有的流動特性設(shè)備已經(jīng)使用一個或者多個開口，這些開口為寬排列形狀，其大小能貫穿壁。所希望的是，在閥運行的至少一部分范圍內(nèi)提供等百分比特性，通常使用的是一個單獨的細長開口，該細長的開口從位于控制邊緣全閉位置附近處的一個頂點(也就是說，閥部件的孔首次開始打開的點，或者該孔完全閉合的點)開始橫向地貫穿流動路徑，到達該細長開口的一個相對的、頗寬的、位于控制邊緣全開位置附近處的端部。
這些年來，現(xiàn)有的閥特性設(shè)備中，細長開口在該頂點和相對端部之間的側(cè)壁呈現(xiàn)出多種形狀。在早期的方法中，如授予Bentley-Leek的美國專利US3,563,511所舉例說明的，其使用的是一種具有一般三角形形狀開口的流動特性插入物，該開口類似于圖1A所顯示的開口。在后來的、至今仍在使用方法中，Worcester Controls提出一條“特征定位(Seat)的閥”的線，其中，球閥的一個密封包括一個壁，該壁使細長孔限定為如圖1B-F所示的、包括貫穿流動路徑的槽、孔和/或傾斜邊的多種形狀中的一個，和多種形狀的組合。更近代的其他方法提出使用具有側(cè)壁的細長孔，這些側(cè)壁形成簡單拋物線或者如圖1E所示并由授予Marandi的美國專利US5,937,890舉例說明的其他彎曲形狀。
在更近代的現(xiàn)有方法中，如圖1F-H所示，并由屬于Carlson等的美國專利申請?zhí)枮閁S2001/0030309A1，以及授予Tuttle等的美國專利US6,109,591所舉例說明的，流動特性設(shè)備為插入物或者軸承的形式，其所包括的開口具有從狹窄頂點或者尖端延伸的復(fù)雜彎曲形狀的側(cè)壁，當流動特性設(shè)備安裝在球閥外表面附近時，該頂點或者尖端設(shè)置在控制邊緣的全閉位置附近。在這些裝置中，典型地，開口在頂點附近狹小，然后以光滑曲線快速地變大以在相對于頂點的開口端部的附近提供相當寬的開口區(qū)域。
通過數(shù)十年后，流動特性設(shè)備的開口形狀以及復(fù)雜性的持續(xù)發(fā)展預(yù)示著設(shè)計和制造具有能提供理想閥特性的開口形狀的特性設(shè)備中涉及的實際困難，該理想的閥特性在某些情況下可以包括近似等百分比特性的至少一部分。
尤其在希望獲得等百分比閥特性的場合，有幾個因素使得這種孔的設(shè)計困難。除希望在至少受控流動的希望范圍內(nèi)獲得等百分比特性的閥特性外，通常所希望的是，球閥在閥部件全開位置處獲得理想的閥系數(shù)(CV)，并且希望閥能在閥部件全閉位置處完全切斷流動。通常，所希望的是，閥能在80％或者更大的開口處供給差不多全部的流動，并且在閥開口在0％-80％之間時，閥能提供精確的流動控制，優(yōu)選依照HVAC系統(tǒng)中用來控制流動的閥的等百分比特性。
實際上，為了同時滿足單個理論的等百分比特性曲線的所有需求，設(shè)計者很難典型地利用修正的、在全開的10％-80％區(qū)域內(nèi)使用的特性曲線，該特性曲線在全開的80％-100％的區(qū)域內(nèi)具有不同遞增的閥開口百分比。由于實際的等百分比曲線決不會從任何閥打開時的啟動點開始完全減少到零，因此設(shè)計者為了使閥的開口范圍低于諸如10％的低值，也必須典型地以某種方式修正理論的特性曲線以使得閥完全地關(guān)閉。如上邊參照的、授予Carlson等的美國專利申請所舉例說明的，通過一種“具有大約ea(h/100-1)的橫截面區(qū)域，其中a大約在2-5之間，并且h為閥軸線位置，但是通過修正，該橫截面區(qū)域在h為零時為零”的設(shè)備，描述這種修正的等百分比曲線的數(shù)學曲線改進起來很復(fù)雜。
即使通過設(shè)計者改進這種復(fù)雜的數(shù)學描述，許多實際的困難還是存在，這使得實際上制造一種依照理論曲線實施的流動特性設(shè)備很困難。在現(xiàn)有的特性設(shè)備中，開口的頂點附近所需要的這種非常小、窄的開口制造了相當大的困難。典型地需要復(fù)雜的制造工藝，諸如使用計算機導向激光或者EDM(放電加工機床)的切削，來精確地使復(fù)雜成形的開口尺寸的公差保持在足夠密封的限制內(nèi)，以獲得設(shè)計者改進的理論特性曲線所預(yù)測的性能。在一些現(xiàn)有的方法中，如上邊參照的、授予Tuttle等的美國專利所舉例說明的，其建議閥座應(yīng)當構(gòu)成為重疊的兩半，以使得它們以精確的相互裝配的關(guān)系緊緊地安裝在一起并且固定在一起，同時孔的相應(yīng)部分在這兩半的每一半中形成。
Carlson等提供了如下內(nèi)容對于非常小的流動來說，開口在頂點附近趨于非常窄，這導致一種風險，即臟顆?；蛘咂渌廴疚飼e累并干擾閥的運行。Carlson指出在頂點上方設(shè)置一個蓋或者“帳篷”，但是向外展開的端部不需覆蓋，這樣蓋阻止流體直接從圓盤的一側(cè)流向相反的一側(cè)?？商鎿Q的是，流體必須向一邊流動來尋找未被覆蓋的開口部分。在流體通過圓盤之前，其必須流動相對長的路程。因此，按照Carlson所述，該蓋可使較大的開口用在頂點附近，同時保持所需的流動特性。Carlson還聲稱，頂點附近的開口越大，顆粒通過就越容易，并且在使顆粒積累減少到最小的同時，該蓋保持所需的流動特性。但是，Carlson沒有公開，為了當球狀物內(nèi)的孔定位成只與孔的覆蓋部分交換流體時能提供流動控制而希望的蓋的形狀和頂點附近的開口形狀，因此，通過圓盤的所有流動必須通過孔的覆蓋部分。
除保持細長開口的尺寸所需的精確公差涉及的問題外，現(xiàn)有的閥也需要在流動特性設(shè)備的壁的內(nèi)表面和閥部件外表面之間有緊密的一致性。如上邊引用的、屬于Carlson等的美國申請陳述的那樣，“方便地是，面向球狀物的圓盤表面為凹形結(jié)構(gòu)，并且基本上與閥內(nèi)部的球狀物或者塞子的球形表面對應(yīng)。優(yōu)選地是，將圓盤和其凹形表面設(shè)置成固定在球狀物或者塞子上，更優(yōu)選地是，將圓盤和其凹形表面非常靠近于球狀物或者塞子設(shè)置。優(yōu)選地是，圓盤和球狀物或者塞子之間的空間空著，這樣就使得圓盤和球狀物或者塞子之間流動的流體最小化(即旁路流動)，進一步使得圓盤不與球狀物或者塞子干涉，并且使得閥平穩(wěn)的運行。最優(yōu)選地是，該空間的范圍為大約0.0005-0.0015英寸，而優(yōu)選地為大約0.001英寸”。滿足這種一致性的嚴格要求的流動特性設(shè)備的制造和安裝是一項困難的制造任務(wù)。
因此，所需要的就是一種改進的、提供一種流體控制閥的流動特性設(shè)備的裝置和方法，其滿足上述需求，并克服與上述現(xiàn)有技術(shù)有關(guān)的一個或者多個問題。也希望以一種形式提供這種改進的裝置和方法，該種形式減小了在球閥中重新定位閥部件所需的扭矩。由于降低扭矩的需求允許使用較小的傳動機構(gòu)，所以特別本質(zhì)的是，球閥具有一個與閥部件連接、用于重新定位閥部件的驅(qū)動電動機。通常來講，與較大的傳動機構(gòu)相比，較小的傳動機構(gòu)的制造費用較低，并且所需的輸入功率較少，因此減少了傳動機構(gòu)的原始成本和運行費用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明提供一種改進的裝置及方法，其通過將分段的特性通道和控制邊緣布置在流動路徑內(nèi)，并調(diào)節(jié)分段特性通道和控制邊緣彼此之間的相對位置，來使用分段特性通道和與分段特性通道相鄰設(shè)置的控制邊緣來控制通過流動路徑的流體流動。分段的流動特性通道和控制邊緣中的一個或者兩個可相互之間選擇性的移動。
依照本發(fā)明的一個方面，通過將分段的特性通道和控制邊緣布置在流動路徑內(nèi)，并調(diào)節(jié)分段特性通道和控制邊緣彼此之間的相對位置，來通過分段特性通道和與分段特性通道相鄰設(shè)置的控制邊緣控制通過流動路徑的流體流動，該流動路徑限定流動路徑的縱向軸線。分段的流動特性通道包括其三個或者更多的離散段，至少其中一個是通孔。三個或者更多離散段的至少兩個或者更多沿著橫向延伸至流動路徑縱向軸線的通道軸線，與通孔流體連通地連接，至少兩個或者更多段的每一個都包括一個基本上軸向面對的壁，該壁橫向延伸至流動控制設(shè)備的中心線，以至于當控制邊緣被對準時，由至少兩個或者更多的離散段的每一個提供的流動區(qū)域是橫向面對的、用來控制通過流動路徑的流體流動的流動區(qū)域。至少控制邊緣和分段流動特性通道中的一個沿著通道軸線可選擇性的移動。
由于不需要依賴于限定和制造現(xiàn)有的特性設(shè)備的特性開口時需要的復(fù)雜公式，因此使用這種包括三個或者更多離散段的流動特性通道在很大程度上方便了理想流動特性曲線的理論設(shè)計，也方便制造依照理想流動特性曲線被成形以改變流體流動的流動特性設(shè)備。
當安裝在與流動特性設(shè)備相鄰的流動路徑內(nèi)的閥部件控制邊緣與流動特性通道的三個或者多個離散段的一個或者多個對準時，通過使用流動特性設(shè)備，本發(fā)明提供一種改進的、改變閥特性的裝置及方法，該流動特性設(shè)備上具有分段的流動特性通道，該通道包括其三個或者更多的離散段，至少其中一個是通孔，以改變通過安裝有流動特性設(shè)備的流動路徑的流體流動。
在本發(fā)明的一個形式中，提供一種流動特性設(shè)備，其適合布置在可移動閥部件附近的流動路徑內(nèi)以改變通過流動路徑的流體流動，但不包括閥部件或者流動路徑，其中，流動路徑限定其縱向軸線，并且閥部件包括其外表面，外表面具有沿著橫向延伸至縱向軸線的路徑可選擇性地在流動路徑內(nèi)的閥部件的全開位置和全閉位置之間移動的控制邊緣。流動特性設(shè)備包括本體，該本體限定流動特性設(shè)備的縱向中心線，當流動特性設(shè)備安裝在流動路徑時，該中心線基本上與流動路徑的縱向軸線一致地延伸。本體還限定流動特性設(shè)備的橫向軸線，當流動特性設(shè)備安裝在流動路徑時，橫向軸線基本上與控制邊緣的路徑一致地延伸。該本體還限定流動特性設(shè)備的基礎(chǔ)面以及流動特性設(shè)備的內(nèi)表面和外表面，該基礎(chǔ)面在流動特性設(shè)備安裝在流動路徑時與閥部件的外表面對應(yīng)，而流動特性設(shè)備的內(nèi)表面和外表面沿著流動特性設(shè)備的中心線以間隔的關(guān)系布置。
流動特性設(shè)備的內(nèi)表面限定其分型面，分型面與基礎(chǔ)面的一部分一致，并且其被成形為抵靠閥部件的外表面，以在分型面和閥部件的外表面之間形成一個基本上液密密封。分型面上可包括一個或者更多的凹陷區(qū)域，這些區(qū)域與基礎(chǔ)面間隔一間隙距離，因此減少了分型面和閥部件之間的摩擦阻力。
流動特性設(shè)備的內(nèi)表面上還限定一個分段的流動特性通道，該通道至少部分地受分型面和基礎(chǔ)面的限制，并且該通道包括三個或者更多的離散段，至少其中一個離散段是通過本體延伸、用來在流動特性設(shè)備的內(nèi)表面和外表面之間提供流體傳送的通孔。這三個或者更多的離散段的其他兩個與通孔流體連通地連接，每一個離散段開口穿過基礎(chǔ)面。當閥部件的控制邊緣與其中一個離散段對準時，該段提供一個獨特大小的、離散的、至少受基礎(chǔ)面部分限制的流動區(qū)域，以控制通過流動路徑的流體流動。
其他兩個或者更多離散段中的至少一個可以包括一個橫向延伸至流動控制設(shè)備中心線的壁，以至于當控制邊緣被對準時，由其他兩個或者更多的離散段的至少一個提供的流動區(qū)域是用來控制通過流動路徑的流體流動的、橫向面對的流動區(qū)域?？蛇x擇地是，分段流動控制通道可以包括多個段，這些段具有橫向延伸至流動控制設(shè)備中心線的壁。
分段的流動特性通道可定位成沿著流動特性設(shè)備的橫向軸線延伸，通孔基本上設(shè)置在通道的一端，至少一個段具有橫向延伸至中心線的壁，該段設(shè)置在通道的相對端。分段的流動特性通道可以包括第一段和第二段，第一段設(shè)置在通道的相對端，分段的流動特性通道還包括一個流動特性表面，該表面具有相鄰的第一和第二部分，這些部分至少部分地貫穿流動路徑，并且具有離散的前緣與后緣，前緣和后緣在流動特性通道的第一和第二段的結(jié)合點處形成突變，這種突變被構(gòu)成為具有可選擇性對準的控制邊緣。
流動特性表面的第一和第二段以距基礎(chǔ)面不同的距離設(shè)置。第一和第二段可形成各自不同大小的橫向面對的第一和第二流動區(qū)域，因此在第一和第二段的結(jié)合點處的橫向面對的流動區(qū)域內(nèi)提供階形變化。第二橫向面對的流動區(qū)域可大于第一橫向面對的流動區(qū)域。
在本發(fā)明的一些形式中，通孔可以包括相鄰的第一和第二離散段，第一和第二離散段之間沒有分離壁，并且都具有在結(jié)合點處彼此間斷連接的離散側(cè)壁，結(jié)合點被構(gòu)成為具有沿著橫向軸線、在預(yù)定位置處與可選擇對準的控制邊緣。通孔的第一和第二段可形成各自不同大小的第一和第二軸向面對的流動區(qū)域，因此在第一和第二段的結(jié)合點處的軸向面對的流動區(qū)域內(nèi)提供階形變化。
這些離散段可按照串連流體回路的關(guān)系彼此定位，其大小為當閥部件的控制邊緣與這些段中的指定一個對準時，基本上通過流動路徑的所有流體流動都將會通過由指定段提供的、獨特大小、離散的流動區(qū)域，并受該區(qū)域控制。可選擇地是，三個或者更多段的兩個或者更多的指定段按照并聯(lián)流體回路的布置彼此定位，以至于當閥部件的控制邊緣同時與所有的指定段對準時，基本上通過流動路徑的所有流體流動都將通過由所有以并列流體流動關(guān)系動作的指定段提供的、獨特大小、離散的流動區(qū)域，并受該區(qū)域控制。這些指定段也可以按照與流動特性通道內(nèi)的通孔并-串聯(lián)的流體關(guān)系定位，以至于通過這些指定段的所有流動都通過該通孔。
在本發(fā)明的其他形式中，三個或者更多段的兩個或者更多的指定段可以按照并聯(lián)流體回路的布置彼此定位，以至于當閥部件的控制邊緣與兩個或者多個指定段的任何一個對準時，基本上通過流動路徑的所有流體流動都將通過由所有以并聯(lián)流體流動關(guān)系動作的指定段提供的、獨特大小、離散的流動區(qū)域，并受該區(qū)域控制。
本發(fā)明的某些形式可以包括通過將分型面的一部分與閥部件表面間隔開來形成一個段，因此可形成將流體流動橫向引導至閥部件表面的并聯(lián)路徑。
流動特性設(shè)備還可以包括在流動路徑內(nèi)支撐閥部件的軸承面?？蛇x擇地是，流動特性設(shè)備可構(gòu)成為一個插入物，該插入物與支撐閥部件的軸承一起安裝在流動路徑內(nèi)。
流動特性設(shè)備包括一個軸承面，該軸承面上可包括一個凹槽，在軸承面和閥部件外表面之間，該凹槽可構(gòu)成為容納諸如油脂的潤滑劑。軸承面可由流動特性設(shè)備的分型面的一部分形成。
由于本發(fā)明分段流動特性通道的結(jié)構(gòu)，沿著橫向路徑，在閥部件控制邊緣的任何指定位置處，流動路徑內(nèi)的流體流動的有效區(qū)域可以很容易地計算出，其基本上是下列一個或者多個的算術(shù)總和(a)當控制邊緣的一部分與指定位置處的控制邊緣對準時，至少部分地受分段表面的一部分限制的、橫向面對的流動區(qū)域；(b)在指定位置處，受閥部件外表面的控制邊緣的一部分以及流動特性設(shè)備的一部分限制的、軸向面對的流動區(qū)域，該流動特性設(shè)備的一部分在控制邊緣接近全閉位置時，從與閥部件的控制邊緣相鄰的流動路徑的壁向外延伸至處于指定位置處的控制邊緣；(c)當控制邊緣的一部分在指定位置處與控制邊緣對準時，由與閥部件外表面間隔開的分型面的一部分至少部分限制的、橫向面對的流動區(qū)域。
由于通過由依照本發(fā)明不同形式的流動特性設(shè)備提供的橫向面對以及軸向面對的流動區(qū)域的簡單算術(shù)總和來考慮計算有效流動區(qū)域，因此不需要為了計算閥部件指定位置的有效區(qū)域?qū)ο薅ㄩ_口的復(fù)雜曲線進行積分，而這是使用現(xiàn)有流動特性設(shè)備時需要做的。
本發(fā)明可應(yīng)用于三通球閥以及二通球閥內(nèi)的流動特性。
本發(fā)明還可以表現(xiàn)為結(jié)合依照本發(fā)明的流動特性設(shè)備的球閥，或者表現(xiàn)為用來設(shè)計和/和制造依照本發(fā)明的流動特性設(shè)備或者閥的方法。本發(fā)明還可以表現(xiàn)為改變流動路徑內(nèi)的流體流動的方法。
從下列詳細的描述以及附圖中將會明白本發(fā)明其他的方面、目的和優(yōu)點。


圖1A-1L示意性地舉例說明了現(xiàn)有技術(shù)的流動特性插入物和軸承。
圖2是本發(fā)明第一示范性實施方式的橫截面?zhèn)纫晥D，其呈現(xiàn)為球閥，該球閥具有依照本發(fā)明的流動特性軸承，并且所顯示的球閥閥部件處于全開位置。
圖3是圖2所示的同一球閥的橫截面?zhèn)纫晥D，其球閥的閥部件處于全閉位置。
圖4A-4P是依照本發(fā)明流動特性設(shè)備的第一示范性實施方式的透視插圖和橫截面插圖，其提供0.74Cv的最大流動等級以及一副圖，該圖顯示了結(jié)合流動特性設(shè)備的第一示范性實施方式的閥的性能。
圖5A-5F是依照本發(fā)明流動特性設(shè)備的第二示范性實施方式的透視插圖和橫截面插圖，其提供4.7Cv的最大流動等級以及一幅圖，該圖顯示了結(jié)合流動特性設(shè)備的第二示范性實施方式的閥的性能。
圖6A-6E是依照本發(fā)明流動特性設(shè)備的第三示范性實施方式的透視插圖和橫截面插圖，其提供7.4Cv的最大流動等級以及一副圖，該圖顯示了結(jié)合流動特性設(shè)備的第三示范性實施方式的閥的性能。
圖7A-7D是依照本發(fā)明的全流量軸承的透視插圖和橫截面插圖。
圖8A-8C是圖1和圖2球閥的示意性橫截面頂視圖，其閥部件旋轉(zhuǎn)到全開、全閉以及中間的角位置。
圖8D-8F是沿著圖8A-8C各自指示的線獲得的示意性橫截面端視圖，其顯示了不使用本發(fā)明流動特性設(shè)備的情況下通過流動路徑的流動區(qū)域，并舉例說明了閥部件的控制邊緣，該流動路徑應(yīng)當在圖8A-8C所相應(yīng)舉例說明的每一幅圖中提供。
圖9是沿著閥部件的旋轉(zhuǎn)軸線看去而得到的三通混合閥的水平剖面圖，依照本發(fā)明，該三通混合閥具有A、B和AB孔，該圖顯示了閥部件被設(shè)置成完全阻斷從B孔到AB孔的流動，但允許從A孔到AB孔的最大額定流動。
圖10是沿著閥部件的旋轉(zhuǎn)軸線看去而得到的圖9的三通混合閥的水平剖面圖，該圖顯示了閥部件被設(shè)置成完全阻斷A孔到AB孔的流動，但允許B孔到AB孔的最大流動。
圖11A和11B分別是流動特性軸承的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的透視圖，依照本發(fā)明，該流動特性軸承用于圖9和圖10的三通閥的B孔內(nèi)，同時圖4A-4P的具有0.74Cv的流動特性軸承安裝在A孔內(nèi)。
圖12是顯示圖9和圖10的三通閥性能的圖表，這些三通閥的A孔和B孔內(nèi)分別安裝有圖4A-4P以及11A-11B的流動特性軸承。
如13A和13B分別是流動特性軸承的內(nèi)側(cè)和外側(cè)的透視圖，依照本發(fā)明，該流動特性軸承用于圖9和圖10的三通閥的B孔內(nèi)，同時A孔內(nèi)安裝有圖5A-5F的具有4.7Cv的流動特性軸承。
雖然本發(fā)明結(jié)合一定的優(yōu)選實施方式進行描述，但是本發(fā)明并不受限于這些實施方式。相反，本發(fā)明涵蓋所有包括在隨后權(quán)利要求所限定的本發(fā)明范圍和本質(zhì)內(nèi)的替換物、修正以及等同物。
具體實施例方式圖2和圖3顯示了本發(fā)明第一示范性的實施方式，依照本發(fā)明其形式為球閥10。球閥10包括閥殼體12、遠端延伸通過殼體12的閥桿17、以及安裝在全流量軸承16和形式為流動特性軸承100的第一實施方式的流動特性設(shè)備之間的閥部件14。
雖然圖2顯示了如圖4A-4P更為詳細顯示的第一實施方式的流動特性軸承100，但是如圖5A-5F以及6A-6E顯示的第二和第三實施方式的流動特性軸承200、300也會在下文中描述以舉例說明本發(fā)明的各個方面。應(yīng)當理解的是，任何一個第一、第二或者第三實施方式的流動特性軸承100、200、300都能用于示范性實施方式的球閥10中。還應(yīng)當理解的是，這三個示范性實施方式的流動特性軸承100、200、300都為了舉例說明的目的進行選擇。在本發(fā)明的實踐中，依照本發(fā)明的特性軸承可在隨后權(quán)利要求的范圍內(nèi)具有許多其他形式，特定的流動特性軸承結(jié)構(gòu)的選擇考慮了理想的閥特性。
閥殼體12包括第一部分18和第二部分20，這兩個部分通過螺紋連接件22連接以限定貫穿殼體12的流動路徑24。
如圖2和3所示，球閥10的示范性實施方式的閥部件14安裝在特性軸承100和全流量軸承16之間，并且閥部件14以可操作的方式與閥桿17連接以有選擇地繞著旋轉(zhuǎn)軸線34旋轉(zhuǎn)。閥部件14的示范性實施方式一般為球形形狀的球狀物，該球狀物具有基本上球形的外表面26。當閥部件14旋轉(zhuǎn)到圖2所舉例說明的位置時，通孔28貫穿閥部件14以提供全開位置的球閥10，孔28的中心線30基本上與流動路徑24的縱向中心線32對準。
流動特性軸承100和全流量軸承16都設(shè)置在閥部件14與閥殼體12之間的流動路徑內(nèi)，并且都通過一對環(huán)形密封圈36與閥殼體12密封地連接。通過第二對環(huán)形密封圈38，閥桿17以可旋轉(zhuǎn)的方式密封到閥殼體12上，閥桿17的內(nèi)端以可操作的方式連接到閥部件14，而閥桿17的遠端暴露在閥殼體12的外部以與傳動機構(gòu)或者把手等相連，因此閥部件14可繞著旋轉(zhuǎn)軸線34旋轉(zhuǎn)到一個理想的角位置。
如圖7A-D所示，并尤其如圖7C所示，全流量軸承16包括一個通常為環(huán)形形狀的本體40，當閥部件14以及全流量軸承16安裝在流動路徑24內(nèi)時，該本體限定一個適于抵靠閥部件14的外表面26上的軸承面42。軸承面42包括一個位于其上的凹槽44，該凹槽將軸承面42分成第一軸承面46和第二軸承面48，當閥部件14和全流量軸承40安裝在閥殼體12內(nèi)時，這兩個軸承面都抵靠閥部件14的外表面26。第一軸承面46和第二軸承面48提供了一個基本上使閥部件14的外表面26不泄漏流體的密封，凹槽44優(yōu)選地適于容納諸如硅潤滑脂的潤滑劑，以減少閥部件14外表面26和全流量軸承16的第一以及第二軸承面46、48之間的摩擦。全流量軸承16的本體40也包括一對徑向相對的安裝突片54，該突片被構(gòu)成為通過諸如鉚接(staking)或者粘接結(jié)合的方式附接在閥殼體12上。
全流量軸承16的本體40還限定全流量軸承16的內(nèi)徑50，如圖7C所示，該內(nèi)徑尺寸小于閥部件14內(nèi)的通孔28的直徑52。由于這種設(shè)置，全流量軸承16的內(nèi)徑50限定的區(qū)域應(yīng)當構(gòu)成流量路徑24的最小有效區(qū)域，當閥部件14處于圖2所示的全開位置時，不會出現(xiàn)依照本發(fā)明的流動特性軸承100、200、300，下邊會說明這些內(nèi)容。
如圖8A-8F所舉例說明的，當閥部件14從圖8A所示的全開位置旋轉(zhuǎn)到圖8C所示的全閉位置時，由閥部件14的通孔28的邊緣形成的角56和閥部件14的外表面26一起形成了外表面26的控制邊緣56。控制邊緣56沿著路徑58(圖8B和8E所示)移動，路徑58橫向延伸至流動路徑24的縱向軸線32。當控制邊緣56沿著橫向路徑58移動時，穿過流動路徑24的開口區(qū)域應(yīng)當由沿著橫向路徑58的控制邊緣56的角位置限定。從下文解釋中可明白，控制邊緣56與依照本發(fā)明的分段流動特性軸承100、200、300的離散部件之間的交叉被用于改變通過流動路徑24的流動，以提供理想的閥特性。
圖4A-4D是依照本發(fā)明的流動特性設(shè)備100的第一實施方式的放大圖。特別地是，圖4A-4D舉例說明了以依照本發(fā)明的流動特性軸承100為形式的流動特性設(shè)備，其用于具有直徑大約為1/2至3/4英寸的流動路徑的球閥內(nèi)，以提供0.74Cv的流量系數(shù)，其中，流量系數(shù)由等式Cv=Q/ΔP]]>定義，ΔP＝壓力降(例如磅每平方英寸)，Q＝全開位置時的容積流量(例如加侖每分鐘)。
依照本發(fā)明的流動特性軸承的第一實施方式包括一個本體102，本體102限定流動特性設(shè)備100的縱向中心線104以及橫向軸線106，當流動特性設(shè)備100安裝在流動路徑24內(nèi)時，縱向中心線104基本上與流動路徑24的縱向軸線32一致地延伸，當流動特性軸承100安裝在流動路徑24內(nèi)時，橫向軸線106基本上與閥部件14的控制邊緣56的路徑58一致地延伸。流動特性軸承100的本體102也限定流動特性軸承100的一個基礎(chǔ)面108，當流動特性軸承安裝在流動路徑24內(nèi)時，該基礎(chǔ)面對應(yīng)閥部件14的外表面26。流動特性軸承100的本體102還限定流動特性軸承100的內(nèi)表面110和外表面112，沿著流動特性軸承100的縱向中心線104，這兩個表面被設(shè)置成彼此隔開。
流動特性軸承100的內(nèi)表面110限定它的一個分型(land)面114，分型面114與基礎(chǔ)面108的一部分一致，其輪廓形成為抵靠閥部件14的外表面26，這樣就在分型面114和閥部件14的外表面26之間形成一個基本上液密密封。
流動特性設(shè)備100的內(nèi)表面110也限定一個位于其內(nèi)的分段流動特性通道116，以及一對凹部117。通道116由圖4C中的暗色輪廓舉例說明，當閥部件14的外表面26抵靠分型面114時，這對凹部117都沒有與流動特性通道連接以進行流體傳送。所提供的凹部區(qū)域117減少了閥部件14的外表面26與流動特性軸承100的分型面114之間的接觸面積，以此減少摩擦和相對于特性軸承100來安裝閥部件14所需的扭矩。
流動特性軸承100的分段流動特性通道116至少部分地受分型面114和基礎(chǔ)面108限制。如圖4E所示，第一示范性實施方式的特性軸承100的分段流動特性通道116包括多個離散的段118A-118U，這些段沿著橫向軸線106延伸，并且每一個離散段118A-118U都開口穿過流動特性軸承100的基礎(chǔ)面108。從圖4A-40中應(yīng)當可以看出，段118A形成了流動特性通道116的一個頂點119，隨著遠離頂點119，每一個相鄰段都限定一個關(guān)于流動特性軸承100的基礎(chǔ)面108的、稍微大于前一段的流動區(qū)域，下文將在某種意義上參照附圖4F至40詳細描述這些內(nèi)容。
段118A-118U包括形成通孔120的部分，該通孔貫穿本體102以在流動特性軸承100的內(nèi)表面110和外表面112之間提供流體傳送。當球閥10被構(gòu)成為流動控制閥時，流動特性通道116的頂點119沿著控制表面56的橫向路徑58設(shè)置在靠近閥10的起始開口位置處，并且通孔102沿著控制表面56的橫向路徑58設(shè)置在靠近閥10的全開位置處。相反地是，當球閥10被構(gòu)成為直角回轉(zhuǎn)的開關(guān)閥時，流動特性通道116的頂點119沿著控制表面56的橫向路徑58設(shè)置在靠近閥10的全開位置處，并且通孔120沿著控制邊緣56的橫向路徑58設(shè)置在靠近閥10的起始開口位置處。
應(yīng)當注意地是，如圖4B所示，特性軸承100的本體102包括一對安裝突片121、123，這兩個突片被設(shè)置成完全相對，并從本體102的外表面112延伸，以按照上邊所述和全流量軸承16的安裝突片54相同的方式將特性軸承100附接在閥殼體12上。流動特性軸承100的安裝突片121、123優(yōu)選地具有諸如圖4B所示的那些彼此不同的結(jié)構(gòu)，以便于將閥10安裝到閥殼體12內(nèi)部以構(gòu)成為流動控制閥或者開關(guān)閥的過程中定位流動特性軸承100。
如圖4A-4E所示，分段的流動特性通道116的段118A-118T包括具有基本上軸向面向、橫向延伸的壁段的部分。這些壁段共同形成一個分段的、基本上軸向面對的流動特性表面122，沿著縱向的中心線104，該表面從流動特性通道116的頂點119開始橫向延伸至通孔120。如圖40在很大程度上放大顯示的那樣，流動特性表面122的相鄰部分124、126具有其離散的前緣和后緣128、130、132，這些緣在共同的結(jié)合點130處形成一個突變(discontinuity)，共同的結(jié)合點由第一部分124的后緣以及第二部分126的前緣形成。
如上所述，在流動特性軸承100的第一實施方式中，從頂點119開始，每一個相鄰的段相對于一個關(guān)于流動特性軸承100的基礎(chǔ)面108的、稍微大點的流動區(qū)域。這可以在段118A-118T的一部分中實現(xiàn)，這些段具有橫向延伸的壁，這些壁以任一方法或者兩種方法形成分段的流動特性表面122的一部分。對于形成流動特性表面的段118A-118T中任意兩個指定的相鄰段來說，第二部分126是比第一部分124更遠離頂點119設(shè)置的那部分，形成流動特性表面122的第二部分126的橫向延伸壁可設(shè)置成比流動特性表面122的第一部分124更遠離于基礎(chǔ)面108，這樣當閥部件14的控制邊緣56與第二部分126的后緣132對準時，所產(chǎn)生的第二橫向面對的流動區(qū)域大于閥部件14的控制邊緣56對準時、閥部件對準第二部分126后緣132時所產(chǎn)生的第一橫向面對的流動區(qū)域?？蛇x擇地是，或者除了將第二部分126設(shè)置在比第一部分124更遠離基礎(chǔ)面108的位置的情況外，形成第二部分126的段中的通道116的寬度可大于形成流動特性通道116的第一部分124的段的厚度。
從圖4A-4K的一個測試中可以得出，在依照本發(fā)明的流動特性軸承100的第一示范性實施方式的分段流動特性通道116中，在沿著流動特性通道116從頂點119到通孔120的移動方向上，寬度和到基礎(chǔ)面的距離都以不連續(xù)的增量增加。如圖4F-4I所示，當控制邊緣56處于圖4F和4G用“A”位置指示的第一角位置時，控制邊緣56和第一段118A一起限定一個分段流動特性通道116的第一橫向面對的流動區(qū)域134，該流動區(qū)域具有小的橫截面區(qū)域，并且具有寬度w1和在基礎(chǔ)面108和閥部件14的外表面56之間測量得到的高度h1。上述第一角位置基本上與形成頂點119的段118A的某些部分對準，尤其按照顯示的那樣與第一段118A的后緣對準。
如圖4F、4G、4J和4K所示，當控制邊緣56處于圖4F和4G用“B”位置指示的第二角位置時，控制邊緣56和段118G一起限定一個分段流動特性通道116的第二橫向面對的流動區(qū)域136，第二橫向面對的流動區(qū)域136具有較大的橫截面區(qū)域，并且具有比第一橫向面對的流動區(qū)域134更寬的寬度w2和更高的高度h2。上述第二角位置基本上與流動通道116的段118G的某些部分對準，并尤其按照顯示的那樣與段118G的后緣對準。
從前述解釋中應(yīng)當了解到，為了以任一方向流動通過閥10的流動路徑24，通過第一或第二橫向面對的流動區(qū)域134、136其中一個而流動通過閥10的所有流體必然以橫向方向流動通過位于閥部件14的外表面56的一部分和流動特性表面122之間的分段流動特性通道116。還應(yīng)當了解的是，流動特性通道116的分段結(jié)構(gòu)極大地方便了流動特性軸承100的設(shè)計以及制造。
如圖4F、4G以及4L至4N所示，當控制邊緣56處于圖4F和4G用“C”位置指示的第三角位置時，控制邊緣56和段118S一起限定一個混合流動控制區(qū)域，該區(qū)域既具有橫向面對的流動區(qū)域也具有軸向面對的流動區(qū)域，并且其總的有效流動區(qū)域大于第一或者第二橫向面對的流動區(qū)域134、136中的任何一個。上述第三角位置基本上與流動通道116的段118S的某些部分對準，并尤其按照顯示的那樣與段118S的后緣對準。
特別地是，段118S處的混合流動控制區(qū)域包括一對第三橫向面對的流動區(qū)域138、140，如圖4G、4L、4M以及4N所示，一個在軸向開口的流動區(qū)域142將這一對第三橫向面對的流動區(qū)域138、140彼此分開。
對于使用第一和第二橫向面對的流動區(qū)域134、136的情形，通過如圖4M所示的第三橫向面對的流動區(qū)域138、140的寬度w3和高度h3乘積的和可以很容易地計算出第三橫向面對的流動區(qū)域的有效區(qū)域。當控制邊緣設(shè)置在如圖4N、4E以及4G所舉例說明的“C”角位置時，由段118P-118T的軸向開口部分形成的軸向面對區(qū)域的總和就得到了軸向面對的流動區(qū)域142的大小。段118P-118T部分的各個軸向面對區(qū)域的面積可容易地通過主要涉及二維平面幾何的簡單計算計算得出。
從前述描述中應(yīng)當了解到，由于流動特性軸承100的第一示范性實施方式的段118A-118U被構(gòu)成為基本上彼此串連的流體回路關(guān)系，所以所有的橫向面對流動區(qū)域，或者由控制邊緣56與段118A-118U中的指定一個對準而限定的混合流動控制區(qū)域?qū)a(chǎn)生一個控制流動的有效孔口區(qū)域，或者換句話說，在分段的流動特性通道116內(nèi)形成一個“收縮點(pinch point)”，該點的有效流動區(qū)域小于與控制邊緣對準的段的任何一側(cè)的流動區(qū)域。因此，通過本發(fā)明的實施，不需要求復(fù)雜等式的積分來限定控制邊緣的指定角位置處的理想或者實際流動區(qū)域，而這在設(shè)計現(xiàn)有技術(shù)的流動特性設(shè)備時需要。
依照本發(fā)明，設(shè)計和生產(chǎn)能提供理想閥特性曲線的流動特性設(shè)備是一個相對簡單的迭代過程。
例如，為了設(shè)計和構(gòu)造如上所述的特性軸承100以在1/2英寸的球閥的閥開口的10％-80％的理想控制范圍內(nèi)提供等百分比的閥特性，優(yōu)選使用下列依照本發(fā)明的方法。上述閥在100％開口位置時具有0.74Cv的閥系數(shù)。
首先，為了使閥的可調(diào)范圍最大化，假設(shè)從閥開口的0％至10％的流動應(yīng)當近似為線性關(guān)系，而不是等百分比關(guān)系。按照和球形閥相同的方式，還假設(shè)閥應(yīng)當在閥開口的80％處供應(yīng)盡可能多的流動，并且在閥開口的10％和80％之間，閥特性應(yīng)當提供穩(wěn)定而相對小的、大約0.6的實際等百分比值。
然后，最初選擇這些段的理想數(shù)量，以用來改善曲線并且制造流動特性設(shè)備中的分段通道。大多數(shù)情況下，在大致限定曲線之后才細化這些段的最初選擇數(shù)量。理想的是，在最后曲線內(nèi)具有足夠多數(shù)量的段，以提供良好的控制的可調(diào)范圍，但是實際中，段太多而減少了可控性，因此使得設(shè)計和制造更困難。在以下的實例中，最初選擇十個段，并詳細說明下列表格表1
應(yīng)當注意，表1的數(shù)值考慮了以下事實具有球形球狀物的球閥典型地直到旋轉(zhuǎn)大約13度時才開始打開。這種特性由以下事實造成為了確保閥部件內(nèi)的孔與閥的密封/軸承完全咬合以避免通過閥的泄漏，該孔必須典型地旋轉(zhuǎn)大約13度以通過最初閉合點。
接下來改進表1所顯示的大致曲線以更詳細地劃分某些最初選擇的增量。由于希望使閥基本上處于閥開度80％以上的全開，因此對應(yīng)于100％和90％開度的第一和第二段將不再得到細化。這些能被接收是因為80％-100％的范圍超出了全開的10％-80％的理想控制范圍，因此不要求80％開度以上具有等百分比特性。
接下來對應(yīng)于60％-80％開口的三個段應(yīng)當每一個都劃分成2-4個附加段，這是因為閥通常不會用來在這個百分比開口范圍內(nèi)調(diào)節(jié)流量。對于指定的理想Cv以及閥的尺寸來說，最初選擇的十個段中、接下來對應(yīng)于10％-50％開口的四個段應(yīng)當被進一步細分成與實際能獲得的段一樣多的數(shù)量，這是因為該范圍內(nèi)閥在大多數(shù)時間內(nèi)被用來調(diào)節(jié)流量。由于最初假設(shè)這個范圍將提供線性的流動特性，因此在最初選擇的十個段中、從全開的0-10％的最后幾個段不用為流量控制的原因被進一步劃分。但是為了在靠近通道頂點處提供改進的流動特性通道的輪廓外形，該區(qū)域?qū)⒈环殖?-3個段。
依照上述關(guān)于大致曲線細化的那些段落中得出的結(jié)論，下列等式用來細化表1中、希望保持等百分流動特性的那些段的粗略值。
KR＝KB(1/n) 其中，n＝用來細化最初選擇段中的指定一個所需的新段的數(shù)量，該n總是至少等于2；KB＝表1中用于指定段的等百分比數(shù)；以及KR＝細化的指定段中、新段的新等百分比數(shù)。
但是，最初選擇的從0-10％開口的段使用線性劃分，這是因為當該范圍內(nèi)嘗試提供等百分比特性時，閥的性能將得到衰減。
按照上述描述的方式來細化初始曲線，會得到圖4P中實線所示的閥特性，其具有20個段，這些段的旋轉(zhuǎn)角度從13-90度，對應(yīng)于上述流動特性軸承100的第一示范性實施方式的段118A-118U。圖4P虛線的含義將在下邊說明。
一旦每一個段的Cv值得到細化，每一個段的輪廓就得到限定，并且利用標準的幾何和數(shù)學計算，利用諸如閥部件14的通孔28的實際直徑和閥部件14外表面26的輪廓作為計算的基礎(chǔ)，特性軸承100的三維圖得到改善。然后，流動特性設(shè)備通過諸如加工或者成形的方法得到制造。
進行這些計算以及制造流動特性設(shè)備中使用的精確的度數(shù)取決于諸如閥部件物理尺寸、所期望的流動控制的準確性的因素，以及諸如在制造特性設(shè)備的過程中保持的公差的實際因素。在本文所描述的具有1/2英寸通稱直徑閥的示范性實施方式的附圖中的插圖被極大地放大。應(yīng)當理解的是，在制造這種小零件時，擁有特征之間的精確尺寸關(guān)系是非常重要的。本領(lǐng)域技術(shù)人員將認識到，依照本發(fā)明的流動特性設(shè)備的分段通道結(jié)構(gòu)很容易作為整塊通過成形來制造，因此允許相當大的準確度以及公差的精確控制。
為了具有球形的外部球表面的球閥的最大準確度，如本文示范性實施方式所公開的，優(yōu)選地將任何指定流動特性通道的橫向延伸表面成形為雙層彎曲表面，該表面的半徑基本上等于球狀物外側(cè)球半徑的算術(shù)總和，并且當閥部件的控制邊緣與此對準時，橫向面對的流動區(qū)域的高度“h”由指定的段限定。同樣優(yōu)選的是，這些段之間的交叉應(yīng)當彎曲，并形成有點橢圓的形狀以在球狀物旋轉(zhuǎn)到與此段的前緣或者后緣的控制邊緣對準的角位置時能緊密地順著控制邊緣的曲線。進一步優(yōu)選的是，在閥的最后結(jié)構(gòu)中，在每一部分處限定的流動區(qū)域包括任何的角半徑或者脫模角等，其由流動特性通道和閥部件中的一個或者兩個來限定。
但是在本發(fā)明的大多數(shù)實施方式中，預(yù)期的是，為了提供理想的閥特性不會需要采用這些極端的測量手段。典型可接受的是利用平面的表面而不是精確的雙層彎曲表面，以及省略一些角半徑和脫模角來實現(xiàn)理想的閥特性。依照本發(fā)明的流動特性通道的分段結(jié)構(gòu)也極大地促進了為了獲得理想閥特性而必須對這些段的形狀進行的調(diào)整。由于每一個段都基本上是流經(jīng)閥的“收縮點”，因此當控制邊緣與此對準時，在微調(diào)分段流動控制通道的形狀的過程中，每一段的尺寸都可以相對地獨立于其他段進行改變。在流動控制設(shè)備按照整塊成形的地方，機床的調(diào)整工具可以很容易地得到微調(diào)，并且此后可形成自始一致精確的零件。
圖5A-5D顯示了依照本發(fā)明的流動特性設(shè)備200的第二示范性實施方式，其在圖1和2的球閥內(nèi)提供4.7Cv等級的最大流量。通常，第二流動特性設(shè)備200按照和上述關(guān)于圖4A-4P所描述的第一流動特性軸承100相同的方式成形，只有一個主要區(qū)別。
在第二流動特性設(shè)備200中，如圖5C粗線所概述的分段流動特性通道202包括一個分段的流動特性表面204，該表面具有由分型面208的凹陷部分形成的第一段206。凹陷部分206留出一個遠離基礎(chǔ)面210的距離“g206”，其由第二流動特性軸承200的分型面208的其余部分限定，分段流動特性表面204的其他段212留出不同的、遠離基礎(chǔ)面210的距離“g212”，距離“g206”比“g212”小。因此在閥部件14的全開角位置處，第一段206提供一個附加的橫向面對的流動區(qū)域214，并且作為可控制的“泄漏余隙”運行?？深A(yù)期的是，第一段206或許能在例如1/2英寸或者3/4英寸的球閥中遠離基礎(chǔ)面210留出0.008英寸的距離g206，因此其能在分型面206和閥部件14之間提供余隙，而該余隙遠大于現(xiàn)有技術(shù)中在特性設(shè)備和閥部件之間典型使用的0.0005-0.0015的緊密公差。
還應(yīng)當注意到，按照比較圖4G和5C所得出的，由第二流動特性軸承200的軸向面對、橫向延伸、分段的流動特性表面204的第二以及隨后段212形成的頂點216，以該距離從流動特性通道202的外圓周徑向向內(nèi)地設(shè)置，當閥10首次打開時，控制邊緣位于如圖5所示的位置A處，流經(jīng)閥10的所有流動流經(jīng)附加的橫向面對的流動區(qū)域214。以這種方式，閥的性能在0-20度的角開口范圍內(nèi)得到改善。
位于閥部件14的小角位置時，在閥部件14每旋轉(zhuǎn)角度的流動區(qū)域內(nèi)的變化主要是固定距離g206和延伸到分段的流動特性通道202上的控制邊緣506的弧長之間的乘積。為了簡化，附加的橫向面對的流動區(qū)域214內(nèi)的變化是延伸到分段的流動特性通道202上的控制邊緣506的弧長的函數(shù)，也就是說，圖5C所示的粗線圓內(nèi)的控制邊緣56的長度的函數(shù)。
當閥部件14進一步從全閉位置旋轉(zhuǎn)到頂點216內(nèi)側(cè)位置時，該內(nèi)側(cè)位置例如圖5C的B指示的位置，流動區(qū)域是下列的區(qū)域算術(shù)總和位于與閥部件14的控制邊緣56對準的位置處的、附加的橫向面對的流動區(qū)域214，以及通過與控制邊緣56對準的段212在附加區(qū)域214以下形成的分段通道202的橫向面對區(qū)域。當閥部件仍進一步從全閉位置旋轉(zhuǎn)到例如圖5C的C指示的位置時，流動特性通道202的通孔部分222的軸向面對的流動區(qū)域220暴露，而總的流動區(qū)域就變成了軸向面對的流動區(qū)域220，附加的橫向面對的流動區(qū)域214，和分段通道202的橫向面對區(qū)域的總和。附加的橫向面對的流動區(qū)域214位于與閥部件14的控制邊緣56對準，但不包括穿過軸向面對的流動區(qū)域220的控制邊緣56的弧長的位置處。在附加區(qū)域214以下、軸向面對的流動區(qū)域222的軸向凸出部的外側(cè)處，由與控制邊緣56對準的段212的部分形成上述的分段通道202的橫向面對區(qū)域。
發(fā)明者已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，例如在提供大于全孔Cv的大約45％的全流量等級的閥中，由分型面的凹陷部分提供的可控制泄漏路徑按照依照本發(fā)明描述的方式通常在閥性能上提供一定的優(yōu)勢。除提高了閥在0-20度之間的可旋轉(zhuǎn)角的可調(diào)范圍外，如上所示，這些優(yōu)點包括減少旋轉(zhuǎn)閥部件所需的扭矩。如圖5F所示，對于4.7Cv的全流量閥來說，如虛線所示的、具有0.008英寸的可控制間隙的流動特性設(shè)備的特性曲線幾乎和如實線所示的、沒有0.008英寸的可控制間隙的流動特性設(shè)備的特性曲線相同，但是在小旋轉(zhuǎn)角度以及使閥部件復(fù)位所需的、明顯小的扭矩下提供顯著改進的性能。
但是，如圖4P的虛線所示，對于小于全孔Cv的大約25％的閥尺寸來說，例如以上關(guān)于依照本發(fā)明第一流動特性設(shè)備100討論的0.74Cv的閥，其按照上述關(guān)于第二特性軸承200所描述的方式包括由分型面的凹陷部分提供的可控制泄漏路徑，并會根據(jù)閥所需的操作有害地影響閥性能。對于提供全流量Cv的大約50％至25％之間的全流量等級的閥來說，依照本發(fā)明的可控制泄漏的路徑也許可以、或者也許不能根據(jù)閥的特定需求提供優(yōu)點。
圖6A-6D舉例說明了依照本發(fā)明的流動特性設(shè)備300的第三示范性實施方式，其在圖1和2的球閥中提供7.4Cv的最大流動等級。通常，第三流動特性設(shè)備300按照和如上關(guān)于圖4A-4P以及5A-5E所描述的第一和第二流動特性軸承100、200相同的方式成形。
按照第二流動特性設(shè)備200的情形，如圖6C粗線所概述的分段流動特性通道302也包括一個分段的流動特性表面304，該表面具有由分型面308的凹陷部分形成的第一段306，該段留出一個遠離基礎(chǔ)面310的、比分段流動特性表面304的其他段312所留出距離小的距離，其由第三流動特性軸承300的分型面308的其余部分限定。按照如上所述的第二流動特性軸承200的情形，能預(yù)期的是，第三流動特性軸承300的第一段306或許在例如1/2英寸或者3/4英寸的球閥中遠離基礎(chǔ)面210留出0.008英寸的距離，因此其能在分型面306和閥部件14之間提供余隙，而該余隙遠大于現(xiàn)有技術(shù)中在特性設(shè)備和閥部件之間典型用來安裝的0.0005-0.0015的緊密度容限。
圖6E用圖表的形式舉例說明了第三流動特性軸承300提供的流動特性。本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當注意到，第三特性軸承只在從全閉位置開始旋轉(zhuǎn)的大約20-50度角的范圍內(nèi)提供真正的等百分比流動。這就是第三特性軸承的7.4Cv的全開流動能力的結(jié)果，其大于在描述的示范性實施方式中所使用的、1/2-3/4英寸直徑的球閥的10.0Cv的全流量等級的50％。
更簡單地說，在現(xiàn)有技術(shù)以及依照本發(fā)明中，任何一個流動特性設(shè)備的理想全開Cv等級占指定通稱直徑的流動路徑的全流量Cv等級的相當大的百分比，在流動特性設(shè)備的操作中可得出如下觀點當特性設(shè)備的通孔部分變得很大時，與流動路徑的通稱直徑相比，特性設(shè)備不再能夠以產(chǎn)生等百分比流動特性的方式來限制流動。因此，如果希望在特性曲線的很大一部分范圍內(nèi)獲得等百分比特性，就必須增加流動路徑的通稱直徑，以使得特性設(shè)備的理想全開Cv等級小于流動路徑全孔Cv的大約50％。在需要這種設(shè)計的場合，依照本發(fā)明的裝置和/或方法在幫助設(shè)計以及促進提供理想的流動特性曲線的特性設(shè)備的生產(chǎn)上提供了現(xiàn)有技術(shù)以外的顯著優(yōu)勢。
如上述特性插入物300的第三示范性實施方式所特定舉例說明的那樣，特定設(shè)備的全開Cv等級大于流動路徑的全流量Cv等級的50％，經(jīng)驗表明，按照上述方式，為了在特性表面和閥部件之間提供可控制的泄漏間隙而使分型面的一部分凹陷，會方便制造、改善閥的性能、并能減少特性軸承中旋轉(zhuǎn)閥部件所需的扭矩。
本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當認識到，雖然上述的特定示范性實施方式都是二通球閥，但是本發(fā)明也可以例如按照圖9和10顯示的形式作為三通球閥實施，此處的流動路徑包括A通道、AB通道以及B通道，閥部件的外表面包括閥部件的A面、AB面以及B面，每一個面具有各自的控制邊緣。這種三通閥可例如包括依照本發(fā)明的第一流動特性設(shè)備，以及依照本發(fā)明的第二流動特性設(shè)備，第一流動特性設(shè)備附接在與閥部件A、B或者AB面其中一個相鄰的殼體上，而第二流動特性設(shè)備附接在與閥部件A、B或者AB面中另外一個相鄰的殼體上。
例如，圖11A和11B所顯示的依照本發(fā)明的特性軸承400，其用于圖9和圖10所示的通稱直徑為1/2-3/4英寸的混合閥的B孔內(nèi)，與其一起使用的是安裝在A孔內(nèi)的0.74Cv的第一特性軸承100，以及如上所述安裝在AB孔內(nèi)的全流量軸承16。在這種混合閥中，所希望的是，在B孔處于如圖11所示的全閉的、閥部件1014的角位置處，AB孔應(yīng)當提供等百分比流動特性，并且在B孔處于如圖10所示的全開或者部分打開，以及將流體供應(yīng)給閥1000的角位置處，或者在接近如圖10所示的、B孔處于至少部分打開位置的中間角位置處，AB孔應(yīng)當提供穩(wěn)定的流動速度。
如圖12所示，依照本發(fā)明改進的、特性軸承400的分段的鎖眼形狀的開口402，和第一特性軸承100一起提供了理想的混合閥性能，該性能為在B孔全閉的閥部件1014的角位置處，AB孔具有等百分比流動特性，在B孔完全或者部分打開并向閥1000供應(yīng)流體的角位置處，AB孔具有穩(wěn)定的流動速度。
圖13A和圖13B分別是依照本發(fā)明的另一個流動特性軸承500的實施方式的內(nèi)部透視圖以及外部透視圖，其提供了圖9和10的混合閥的理想流動性能，并具有4.7Cv的全開流量等級，在閥1000的B孔內(nèi)安裝有特性軸承500，而第二流動特性軸承200安裝在閥1000的A孔內(nèi)。圖13A和13B所顯示的特性軸承500具有不同于特性軸承400的特定形狀的開口502，特性軸承400被用來提供具有0.74Cv的全開等級的閥。特別地是，圖13A-13B軸承500的開口502的開口區(qū)域大于圖11A-11B所示的特性軸承402的開口402的開口區(qū)域，因此軸承500能提供更高的4.7Cv的全開流動等級。
本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當認識到，雖然本發(fā)明已經(jīng)關(guān)于修正球閥的閥特性進行了描述，但是通過固定于閥流動路徑的分段流動特性通道，以及關(guān)于分段的流動特性通道進行選擇性移動的控制邊緣的使用，本發(fā)明還可以應(yīng)用于通過與球閥內(nèi)的流動路徑顯著不同的流動路徑的特性流動。本領(lǐng)域技術(shù)人員還應(yīng)當認識到，在實施本發(fā)明的過程中，分段流動特性通道和控制邊緣的一個或者兩個可選擇性地在流動路徑內(nèi)互相相對地移動。
除非本文另外指出或者通過上下文明顯矛盾，在描述本發(fā)明的上下文中(尤其在隨后權(quán)利要求的上下文中)使用的術(shù)語“一個”和“這個”以及類似的對象是用來解釋包括單數(shù)和復(fù)數(shù)。除非另外注明，術(shù)語“包含”、“具有”、“包括”都解釋為不受限制的術(shù)語(也就是說，意味著“包括但不限制于”)。除非本文另外指出，本文數(shù)值范圍的復(fù)述只是意在作為一種單獨提到落在該范圍內(nèi)的每一個單獨數(shù)值的速記方法，并且說明書引入每個單獨的數(shù)值就如同它在本文單獨敘述一樣。除非本文另外指出或者在另外通過上下文明顯矛盾，本文描述的所有方法都可以按照任何適當?shù)捻樞蜻M行。本文提供的任何和所有的實例，或者示范性的語言(舉例來說，“諸如”)只是意在更好地舉例說明本發(fā)明，而不會造成本發(fā)明范圍的限制，除非另外要求。說明書中的描述和發(fā)明的實施一樣重要，不應(yīng)當解釋成指示任何未要求的元素。
本文描述的優(yōu)選實施方式包括發(fā)明者已知的用來實現(xiàn)發(fā)明的最好模式。本領(lǐng)域技術(shù)人員在閱讀在前描述以后可以顯而易見的獲得這些優(yōu)選實施方式的變形。發(fā)明者希望本領(lǐng)域的技術(shù)人員能適當?shù)貞?yīng)用這些變形，并且發(fā)明者希望以別的方式而不是本文所描述的特定方式實施本發(fā)明。因此，本發(fā)明包括由適用法律允許的于此附加的權(quán)利要求敘述主題的所有修正以及等同物。此外，除非本文另外指出，或者另外通過上下文明顯矛盾，上述元素在其所有可能變化內(nèi)的任何組合都包含在本發(fā)明內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種流動特性設(shè)備，該流動特性設(shè)備適合布置在可移動閥部件附近的流動路徑內(nèi)以改變通過流動路徑的流體流動，但該流動特性設(shè)備不包括閥部件或者流動路徑，其中，流動路徑限定其縱向軸線，并且閥部件包括其外表面，外表面具有沿著橫向延伸至縱向軸線的路徑可選擇性地在流動路徑內(nèi)的閥部件的全開位置和全閉位置之間移動的控制邊緣，該流動特性設(shè)備包括本體，該本體限定流動特性設(shè)備的縱向中心線以及流動特性設(shè)備的橫向軸線，當流動特性設(shè)備安裝在流動路徑時，該中心線基本上與流動路徑的縱向軸線一致地延伸，而橫向軸線基本上與控制邊緣的路徑一致地延伸，該本體還限定流動特性設(shè)備的基礎(chǔ)面以及流動特性設(shè)備的內(nèi)表面和外表面，其中基礎(chǔ)面在流動特性設(shè)備安裝在流動路徑時與閥部件的外表面對應(yīng)，內(nèi)表面和外表面沿著流動特性設(shè)備的中心線以間隔的關(guān)系布置；流動特性設(shè)備的內(nèi)表面限定分型面，分型面與基礎(chǔ)面的一部分一致，并且其被成形為抵靠閥部件的外表面，以在分型面和閥部件的外表面之間形成一個基本上液密密封；流動特性設(shè)備的內(nèi)表面在其上還限定一個分段的流動特性通道，該通道至少部分地受分型面和基礎(chǔ)面的限制，并且該通道包括三個或者更多的離散段，至少其中一個離散段是貫穿本體的用來在流動特性設(shè)備的內(nèi)表面和外表面之間提供流體連通的通孔，而該三個或者更多的離散段的其他兩個與通孔流體連通地連接，每一個離散段開口穿過基礎(chǔ)面，并且當閥部件的控制邊緣被對準時，每一個離散段提供一個獨特大小的、離散的、至少部分地受基礎(chǔ)面限制的流動區(qū)域，以控制通過流動路徑的流體流動。
2.如權(quán)利要求1所述的流動特性設(shè)備，其中，其他兩個或者更多離散段中的至少一個包括一個基本上軸向面對的壁，該壁橫向延伸至流動控制設(shè)備的中心線，以至于當控制邊緣被對準時，由其他兩個或者更多的離散段的至少一個提供的流動區(qū)域是用來控制通過流動路徑的流體流動的、橫向面對的流動區(qū)域。
3.如權(quán)利要求2所述的流動特性設(shè)備，其中，其他兩個或者更多離散段中的至少兩個包括基本上軸向面對的壁，該壁橫向延伸至流動控制設(shè)備的中心線。
4.如權(quán)利要求1所述的流動特性設(shè)備，其中，這些離散段按照串連流體回路的關(guān)系彼此定位，并且大小為當流動特性設(shè)備安裝在流動路徑內(nèi)，并且閥部件的控制邊緣與這些段中的指定一個對準時，基本上通過流動路徑的所有流體流動都將通過由指定段提供的、獨特大小、離散的流動區(qū)域，并受該區(qū)域控制。
5.如權(quán)利要求1所述的流動特性設(shè)備，其中，三個或者更多段的兩個或者更多的指定段按照并聯(lián)流體回路的布置彼此定位，以至于當流動特性設(shè)備安裝在流動路徑內(nèi)，并且閥部件的控制邊緣同時與所有的指定段對準時，基本上通過流動路徑的所有流體流動都將通過由所有以并列流體流動關(guān)系動作的指定段提供的、獨特大小、離散的流動區(qū)域，并受該流動區(qū)域控制。
6.如權(quán)利要求5所述的流動特性設(shè)備，其中，這些指定段與流動特性通道內(nèi)的通孔按照并-串聯(lián)的流體關(guān)系定位，以至于通過這些指定段的所有流動都通過該通孔。
7.如權(quán)利要求1所述的流動特性設(shè)備，其中，三個或者更多段的兩個或者更多的指定段按照并聯(lián)流體回路的布置彼此定位，以至于當流動特性設(shè)備安裝在流動路徑內(nèi)，并且閥部件的控制邊緣與兩個或者多個指定段的任何一個對準時，基本上通過流動路徑的所有流體流動都將通過由所有以并聯(lián)流體流動關(guān)系動作的指定段提供的、獨特大小、離散的流動區(qū)域，并受該流動區(qū)域控制。
8.如權(quán)利要求7所述的流動特性設(shè)備，其中，兩個或者更多的指定段的至少一個包括一個基本上軸向面對的壁，該壁橫向延伸至流動控制設(shè)備的中心線，以至于當流動特性設(shè)備安裝在流動路徑內(nèi)，并且控制邊緣被對準時，由兩個或者更多的指定段的至少一個提供的流動區(qū)域提供一個橫向面對的流動區(qū)域以控制通過流動路徑的流體流動。
9.如權(quán)利要求1所述的流動特性設(shè)備，其中，其他兩個或者更多的離散段的至少一個包括一個基本上軸向面對的壁，該壁橫向延伸至流動控制設(shè)備的中心線，以至于當控制邊緣被對準時，由其他兩個或者更多的離散段的至少一個提供的流動區(qū)域提供一個橫向面對的流動區(qū)域以控制通過流動路徑的流體流動；并且分段的流動特性通道沿著流動特性設(shè)備的橫向軸線延伸，通孔基本上設(shè)置在通道的一端，并且基本上軸向面對的、橫向延伸至中心線的壁的至少一個段設(shè)置在通道的相對端。
10.如權(quán)利要求9所述的流動特性設(shè)備，其中分段的流動特性通道包括其第一段和第二段，權(quán)利要求9所述的一個段形成第一段；并且分段的流動特性通道還包括一個基本上軸向面對的流動特性表面，該表面具有相鄰的第一和第二部分，這些部分至少部分地流動路徑，并且具有離散的前緣與后緣，前緣和后緣在流動特性通道的第一和第二段的結(jié)合點處形成突變，第一和第二段被構(gòu)成為具有可選擇性對準的控制邊緣。
11.如權(quán)利要求10所述的流動特性軸承，其中，流動特性表面的第一和第二部分以距基礎(chǔ)面不同的距離設(shè)置。
12.如權(quán)利要求10所述的流動特性設(shè)備，其中，第一和第二段形成各自不同大小的第一和第二橫向面對的流動區(qū)域，因此在第一和第二段的結(jié)合點處的橫向面對的流動區(qū)域內(nèi)提供階形變化。
13.如權(quán)利要求12所述的流動特性設(shè)備，其中，第二橫向面對的流動區(qū)域大于第一橫向面對的流動區(qū)域。
14.如權(quán)利要求1所述的流動特性設(shè)備，其中，通孔包括相鄰的第一和第二離散段，第一和第二離散段之間沒有分離壁，并且都具有在結(jié)合點處彼此間斷連接的離散側(cè)壁，結(jié)合點被構(gòu)成為具有沿著橫向軸線、在預(yù)定位置處可選擇對準的控制邊緣。
15.如權(quán)利要求14所述的流動特性設(shè)備，其中，通孔的第一和第二段形成各自不同大小的第一和第二軸向面對的流動區(qū)域，因此在第一和第二段的結(jié)合點處的軸向面對的流動區(qū)域內(nèi)提供階形變化。
16.如權(quán)利要求1所述的流動特性設(shè)備，其中，當閥部件和流動特性設(shè)備安裝在流動通道內(nèi)時，本體還限定一個適合抵靠閥部件外表面的軸承面。
17.如權(quán)利要求16所述的流動特性設(shè)備，其中，軸承面由分型面的一部分形成。
18.如權(quán)利要求16所述的流動特性設(shè)備，其中，軸承面上包括一個凹槽，當閥部件和特性設(shè)備安裝在殼體內(nèi)時，凹槽將軸承面分成抵靠閥部件外表面的第一和第二軸承面。
19.如權(quán)利要求18所述的流動特性設(shè)備，其中，當閥部件和特性設(shè)備安裝在殼體內(nèi)時，第一和第二軸承面對閥部件的外表面提供一個基本上液密的密封。
20.如權(quán)利要求19所述的流動特性設(shè)備，其中，凹槽適合用來容納潤滑劑以減少閥部件外表面和特性設(shè)備的第一和第二軸承面之間的摩擦。
21.如權(quán)利要求1所述的流動特性設(shè)備，其中，分型面在其上包括一個或者更多的凹陷區(qū)域，這些區(qū)域與基礎(chǔ)面間隔一間隙距離，因此減少了分型面和閥部件之間的摩擦阻力。
22.一種球閥，其包括閥殼體，其限定流動路徑以及流動路徑的縱向軸線；閥部件，其安裝在流動路徑內(nèi)，以選擇性的繞貫穿流動路徑縱向軸線的旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)，該閥部件具有限定控制邊緣的外表面，當閥部件繞著旋轉(zhuǎn)軸線旋轉(zhuǎn)時，控制邊緣沿著基本上橫向延伸至縱向軸線和旋轉(zhuǎn)軸線的路徑，選擇性地在流動路徑內(nèi)的閥部件的全開位置和全閉位置之間移動；以及流動特性設(shè)備，其附接在與閥部件相鄰的流動路徑的閥殼體上，用來改變通過流動路徑的流體流動，該流動特性設(shè)備包括本體，該本體限定流動特性設(shè)備的縱向中心線以及流動特性設(shè)備的橫向軸線，該中心線基本上與流動路徑的縱向軸線一致地延伸，而橫向軸線基本上與控制邊緣的路徑一致地延伸，該本體還限定流動特性設(shè)備的基礎(chǔ)面以及流動特性設(shè)備的內(nèi)表面和外表面，該基礎(chǔ)面與閥部件的外表面對應(yīng)，而流動特性設(shè)備的內(nèi)表面和外表面沿著流動特性設(shè)備的中心線以間隔的關(guān)系布置；流動特性設(shè)備的內(nèi)表面限定其分型面，分型面與基礎(chǔ)面的一部分一致，并且其被成形為抵靠閥部件的外表面，以在分型面和閥部件的外表面之間形成一個基本上液密密封；流動特性設(shè)備的內(nèi)表面上還限定一個分段的流動特性通道，該通道至少部分地受分型面和基礎(chǔ)面的限制，并且該通道包括三個或者更多的離散段，至少其中一個離散段是通過本體延伸、用來在流動特性設(shè)備的內(nèi)表面和外表面之間提供流體傳送的通孔，而這三個或者更多的離散段的其他兩個與通孔流體連通地連接，每一個離散段開口穿過基礎(chǔ)面，并且當閥部件的控制邊緣被對準時，每一個離散段提供一個獨特大小的、離散的、至少部分地受基礎(chǔ)面限制的流動區(qū)域，以控制通過流動路徑的流體流動。
23.如權(quán)利要求22所述的球閥，其中，至少流動特性設(shè)備的其他兩個或者更多離散段中的至少一個包括一個基本上軸向面對的壁，該壁橫向延伸至流動控制設(shè)備的中心線，以至于當控制邊緣被對準時，由其他兩個或者更多的離散段的至少一個提供的流動區(qū)域是用來控制通過流動路徑的流體流動的、橫向面對的流動區(qū)域。
24.如權(quán)利要求23所述的球閥，其中，至少流動特性設(shè)備的其他兩個或者更多離散段中的至少兩個包括基本上軸向面對的壁，該壁橫向延伸至流動控制設(shè)備的中心線。
25.如權(quán)利要求22所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的這些離散段按照串連流體回路的關(guān)系彼此定位，并且大小為當閥部件的控制邊緣與這些段中的指定一個對準時，基本上通過流動路徑的所有流體流動都將通過由指定段提供的、獨特大小、離散的流動區(qū)域，并受該區(qū)域控制。
26.如權(quán)利要求22所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的三個或者更多段的兩個或者更多的指定段按照并聯(lián)流體回路的布置彼此定位，以至于當閥部件的控制邊緣同時與所有的指定段對準時，基本上通過流動路徑的所有流體流動都將通過由所有以并列流體流動關(guān)系動作的指定段提供的、獨特大小、離散的流動區(qū)域，并受該區(qū)域控制。
27.如權(quán)利要求26所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的這些指定段按照與流動特性通道內(nèi)的通孔并-串聯(lián)的流體關(guān)系定位，以至于通過這些指定段的所有流動都通過該通孔。
28.如權(quán)利要求22所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的三個或者更多段的兩個或者更多的指定段按照并聯(lián)流體回路的布置彼此定位，以至于當閥部件的控制邊緣與兩個或者多個指定段的任何一個對準時，基本上通過流動路徑的所有流體流動都將通過由所有以并列流體流動關(guān)系動作的指定段提供的、獨特大小、離散的流動區(qū)域，并受該區(qū)域控制。
29.如權(quán)利要求28所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的兩個或者更多的指定段的至少一個包括一個基本上軸向面對的壁，該壁橫向延伸至流動控制設(shè)備的中心線，以至于當控制邊緣被對準時，由兩個或者更多的指定段的至少一個提供的流動區(qū)域提供一個橫向面對的流動區(qū)域以控制通過流動路徑的流體流動。
30.如權(quán)利要求22所述的球閥，其中流動特性設(shè)備的其他兩個或者更多的離散段的至少一個包括一個基本上軸向面對的壁，該壁橫向延伸至流動控制設(shè)備的中心線，以至于當控制邊緣被對準時，由其他兩個或者更多的離散段的至少一個提供的流動區(qū)域提供一個橫向面對的流動區(qū)域以控制通過流動路徑的流體流動；并且分段的流動特性通道沿著流動特性設(shè)備的橫向軸線延伸，通孔基本上設(shè)置在通道的一端，并且具有基本上軸向面對的、橫向延伸至中心線的壁的至少一個段設(shè)置在通道的相對端。
31.如權(quán)利要求30所述的球閥，其中流動特性設(shè)備的分段流動特性通道包括第一段和第二段，權(quán)利要求30所述的一個段形成第一段；并且流動特性設(shè)備的分段流動特性通道還包括一個基本上軸向面對的流動特性表面，該表面具有相鄰的第一和第二段，這些段至少部分地貫穿流動路徑，并且具有離散的前緣與后緣，而前緣和后緣在流動特性通道的第一和第二段的結(jié)合點處形成突變，并且前緣和后緣被構(gòu)成為具有可選擇性對準的控制邊緣。
32.如權(quán)利要求31所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的流動特性表面的第一和第二部分按照距基礎(chǔ)面的不同距離設(shè)置。
33.如權(quán)利要求31所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的第一和第二段形成各自不同大小的第一和第二橫向面對的流動區(qū)域，因此在第一和第二段的結(jié)合點處的橫向面對的流動區(qū)域內(nèi)提供階形變化。
34.如權(quán)利要求33所述的球閥，其中，第二橫向面對的流動區(qū)域大于第一橫向面對的流動區(qū)域。
35.如權(quán)利要求22所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的通孔包括相鄰的第一和第二離散段，第一和第二離散段之間沒有分離壁，并且都具有離散的側(cè)壁，這些側(cè)壁在結(jié)合點處彼此不連續(xù)地連接，并被構(gòu)成為具有沿著橫向軸線的預(yù)定位置處可選擇對準的控制邊緣。
36.如權(quán)利要求35所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的通孔的第一和第二段形成各自不同大小的第一和第二軸向面對的流動區(qū)域，因此在第一和第二段的結(jié)合點處的軸向面對的流動區(qū)域內(nèi)提供階形變化。
37.如權(quán)利要求22所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的本體還限定一個適合抵靠閥部件外表面的軸承面。
38.如權(quán)利要求37所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的軸承面由分型面的一部分形成。
39.如權(quán)利要求37所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的軸承面上包括一個凹槽，凹槽將軸承面分成抵靠閥部件外表面的第一和第二軸承面。
40.如權(quán)利要求39所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的第一和第二軸承面對閥部件的外表面提供一個基本上液密的密封。
41.如權(quán)利要求40所述的球閥，其中，凹槽適合用來容納潤滑劑以減少閥部件外表面和特性設(shè)備的第一和第二軸承面之間的摩擦。
42.如權(quán)利要求22所述的球閥，其中，流動特性設(shè)備的分型面上包括一個或者更多的凹陷區(qū)域，這些區(qū)域與基礎(chǔ)面間隔一間隙距離，因此減少了分型面和閥部件之間的摩擦阻力。
43.如權(quán)利要求22所述的球閥，其中，球閥是一種具有流動路徑的三通閥，該流動路徑包括A通道、AB通道以及B通道，并且閥部件的外表面包括閥部件的A面、AB面以及B面，每一個面都具有各自的控制邊緣，并且球閥還包括第一流動特性設(shè)備，其依照權(quán)利要求22所述，并附接在與閥部件的A、B、或者AB面的其中一個相鄰的殼體上；以及第二流動特性設(shè)備，其依照權(quán)利要求22所述，并附接在與閥部件的A、B、或者AB面的另外一個相鄰的殼體上。
44.如權(quán)利要求43所述的球閥，其中A孔適合與第一流體源連接，而B孔適合與第二流體源連接；第一特性設(shè)備安裝在A孔內(nèi)，而第二特性設(shè)備安裝在B孔內(nèi)；并且第一和第二特性設(shè)備都被構(gòu)成為，在B孔全閉的閥部件角位置處，能從AB孔內(nèi)提供一個基本上等百分流動特性，以及在B孔完全或者部分打開的閥部件角位置處，能從AB孔提供一個基本上不變的流動速度。
45.一種改變通過在其上具有閥部件的流動路徑的流體流動的方法，其中，流動路徑限定縱向軸線，而閥部件包括外表面，該外表面具有沿著橫向延伸至縱向軸線的路徑可選擇性地在流動路徑內(nèi)的閥部件的全開位置和全閉位置之間移動的控制邊緣，該方法包括將流動特性設(shè)備插入到與閥部件相鄰的流動路徑內(nèi)，其中，流動特性設(shè)備包括本體，該本體限定流動特性設(shè)備的縱向中心線以及流動特性設(shè)備的橫向軸線，當流動特性設(shè)備安裝在流動路徑時，該中心線基本上與流動路徑的縱向軸線一致地延伸，而橫向軸線基本上與控制邊緣的路徑一致地延伸，該本體還限定流動特性設(shè)備的基礎(chǔ)面以及流動特性設(shè)備的內(nèi)表面和外表面，該基礎(chǔ)面在流動特性設(shè)備安裝在流動路徑時與閥部件的外表面對應(yīng)，而流動特性設(shè)備的內(nèi)表面和外表面沿著流動特性設(shè)備的中心線以間隔的關(guān)系布置；流動特性設(shè)備的內(nèi)表面限定其分型面，分型面與基礎(chǔ)面的一部分一致，并且其被成形為抵靠閥部件的外表面，以在分型面和閥部件的外表面之間形成一個基本上液密密封；流動特性設(shè)備的內(nèi)表面上還限定一個分段的流動特性通道，該通道至少部分地受分型面和基礎(chǔ)面的限制，并且該通道包括三個或者更多的離散段，至少其中一個離散段是通過本體延伸、用來在流動特性設(shè)備的內(nèi)表面和外表面之間提供流體傳送的通孔，而這三個或者更多的離散段的其他兩個與通孔流體連通地連接，每一個離散段開口穿過基礎(chǔ)面，并且當閥部件的控制邊緣被對準時，每一個離散段提供一個獨特大小的、離散的、至少部分地受基礎(chǔ)面限制的流動區(qū)域，以控制通過流動路徑的流體流動。
46.一種改變通過流動路徑的流體流動的方法，該流動路徑限定其縱向軸線，該方法包括通過將分段的特性通道和控制邊緣放置在流動路徑內(nèi)，并且調(diào)節(jié)分段特性通道和控制邊緣彼此之間的相對位置，來使用分段特性通道和與分段特性通道相鄰設(shè)置的控制邊緣來控制通過流動路徑的流體流動；分段的流動特性通道包括其三個或者更多的離散段，至少其中一個是通孔，三個或者更多離散段的至少兩個或者更多沿著橫向延伸至流動路徑縱向軸線的通道軸線，與通孔流體連通地連接，至少兩個或者更多段的每一個都包括一個基本上軸向面對的壁，該壁橫向延伸至流動控制設(shè)備的中心線，以至于當控制邊緣被對準時，由至少兩個或者更多的離散段的每一個提供的流動區(qū)域是橫向面對的、用來控制通過流動路徑的流體流動的流動區(qū)域；控制邊緣和分段流動特性通道中的至少一個沿著通道軸線可選擇性的移動。
47.一種改變通過流動路徑的流體流動的裝置，該流動路徑限定其縱向軸線，該裝置包括在流動路徑內(nèi)設(shè)置的分段特性通道，以及在與分段特性通道相鄰的流動路徑內(nèi)設(shè)置的控制邊緣；分段流動特性通道包括三個或者更多的離散段，其中至少一個是通孔，三個或者更多離散段的至少兩個或者更多沿著橫向延伸至流動路徑縱向軸線的通道軸線，與通孔流體連通地連接，至少兩個或者更多段的每一個都包括一個基本上軸向面對的壁，該壁橫向延伸至流動控制設(shè)備的中心線，以至于當控制邊緣被對準時，由至少兩個或者更多的離散段的每一個提供的流動區(qū)域是橫向面對的、用來控制通過流動路徑的流體流動的流動區(qū)域；至少控制邊緣和分段流動特性通道中的一個沿著通道軸線可選擇性的移動。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改變諸如閥特性的流動特性的裝置和方法。通過使用其上具有分段流動特性通道的流動特性設(shè)備來改變通過流動路徑的流體流動，該流動通道包括三個或者更多的離散段，這些段的至少一個是通孔，其中，當在與流動特性設(shè)備相鄰的流動路徑內(nèi)安裝的控制邊緣與流動特性通道的三個或者更多的離散段的一個或更多對準時，安裝流動特性設(shè)備。流動特性通道和控制邊緣的一個或者兩個都彼此相對地選擇性移動。
文檔編號F16K5/12GK101091080SQ200680001597
公開日2007年12月19日 申請日期2006年1月9日 優(yōu)先權(quán)日2005年1月26日
發(fā)明者M·H·奧 申請人:茵文塞斯建筑系統(tǒng)公司