專利名稱：閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明主要涉及用于控制氣體和/或液體在兩個(gè)分離空間之間流動(dòng)的閥。本發(fā)明 尤其涉及在這樣的應(yīng)用中使用的閥，即，每個(gè)分離空間內(nèi)的壓力可以改變以便在某些階段 所述空間之間沒有壓力差而在其他階段有壓力差。這種閥的一個(gè)應(yīng)用是使用在氣體的壓縮 和/或膨脹中。然而，本發(fā)明的閥可以是適合于使用在任何需要高效率、大的閥面積、快速 閥響應(yīng)和低壓力損失的應(yīng)用中。這包括，但不限于，發(fā)動(dòng)機(jī)、真空泵、壓縮機(jī)、膨脹器、其他 泵、輸送管和管流等情形。
背景技術(shù)：
目前的壓縮機(jī)械閥通常是非循環(huán)類型的。這就意味著，它們可是簧片閥、板閥、球 閥、提升閥或其他相似設(shè)備。例如，在包含構(gòu)造為在汽缸空間中移動(dòng)的活塞的往復(fù)空氣壓縮 機(jī)的正常操作中，活塞將從上止點(diǎn)(TDC)向下止點(diǎn)(BDC)移動(dòng)，從而導(dǎo)致圓柱形空間內(nèi)的 壓力下降。當(dāng)該壓力已經(jīng)下降到足夠克服將一或多個(gè)進(jìn)口閥保持為閉合狀態(tài)的彈簧時(shí)，所 述一或多個(gè)進(jìn)口閥會(huì)開啟并且將一定量的空氣抽進(jìn)汽缸空間內(nèi)。當(dāng)活塞靠近下止點(diǎn)(BDC) 時(shí)，空氣流將變慢并且壓力差減小以允許所述一個(gè)或多個(gè)進(jìn)口閥關(guān)閉?；钊藭r(shí)將朝向上 止點(diǎn)回移，從而壓縮在汽缸空間內(nèi)新鮮填充的空氣。當(dāng)汽缸空間內(nèi)的空氣壓力高到足以克 服將一或多個(gè)出口閥支撐為閉合的彈簧時(shí)，所述一或多個(gè)出口閥將開啟，從而允許所述一 定量的加壓空氣進(jìn)入加壓空間。當(dāng)活塞靠近上止點(diǎn)，所述壓力差和流動(dòng)降低以允許所述一 或多個(gè)出口閥關(guān)閉。在上面描述的簡單閥的情況中，有許多與閥操作相關(guān)聯(lián)的問題，其限制了閥的效 力。首先，需要有起關(guān)閉所述閥作用的力，這就意味著需要施加一定的壓差來克服這個(gè)力以 及開啟所述閥。這不可避免地意味著通過所述閥將有一些壓力損失并且當(dāng)壓力差增大時(shí)在 開啟所述閥時(shí)必定有延遲。關(guān)于這種類型的閥還有一個(gè)問題，就是如果到達(dá)可能導(dǎo)致發(fā)生 閥顫動(dòng)的某些共振頻率，它會(huì)停止正確操作?？梢圆捎糜查y和強(qiáng)力彈簧來限制這種不理想 的動(dòng)作，但是閉合彈簧越強(qiáng)，開啟所述閥需要的力就越大，其會(huì)導(dǎo)致多余的功和低效率。如果要求機(jī)器以高速運(yùn)轉(zhuǎn)，那么閥必須比在較低速度所需要的更快地開啟和閉 合，從而導(dǎo)致當(dāng)閥閉合時(shí)產(chǎn)生更高的沖擊載荷。通常解決方案是限制閥的提升以使其具有 最小的行程距離。雖然這種方法可以減少高速操作帶來的沖擊載荷，但是它也不必要地減 少了有效閥面積。一般地，膨脹閥比壓縮閥復(fù)雜得多，因?yàn)樗鼈冃枰嬷ǔＱ卦陂y上引起閉合力 之方向移動(dòng)的流而保持開啟。這就意味著膨脹閥必須被主動(dòng)控制。這種主動(dòng)控制通常用凸 輪和提升閥結(jié)構(gòu)來實(shí)施，其中閥在每個(gè)循環(huán)中在預(yù)設(shè)點(diǎn)開啟和閉合，而不管在由所述閥分 隔的兩個(gè)分離空間之間的壓力差如何。膨脹閥的這種操作方法導(dǎo)致顯著的損失，因?yàn)闃O難 配置這種閥來在壓力相等或接近(即，當(dāng)跨越閥的壓力差基本上為0)時(shí)開啟。上面描述的膨脹閥通常需要強(qiáng)支撐形態(tài)以允許閥逆著壓力差開啟。這就意味著這 種膨脹閥通常是大且重的部件，其必須有足夠的剛性以在兩個(gè)分離空間之間有壓力差時(shí)不會(huì)鎖閉。這種閥通常是效率低的，因?yàn)楫?dāng)它們不是壓力相等開啟時(shí)，它們?cè)馐芟喈?dāng)數(shù)量的壓 力損失。當(dāng)?shù)挚恐查y的面來固定硬閥時(shí)，密封就是一個(gè)問題，因?yàn)轭w粒帶來的任何污染 會(huì)導(dǎo)致閥閉合時(shí)的不密封和泄露。在閥和閥面之間獲得良好密封需要精細(xì)的研磨和/或較 長的閥磨合期。上面現(xiàn)有技術(shù)的閥通常還包括防護(hù)板以限制閥的提升以及與閉合彈簧結(jié)合。在活 塞壓縮機(jī)進(jìn)口閥的實(shí)例中，這種防護(hù)板形成了除推動(dòng)流體進(jìn)入活塞沖程范圍之外的組成空 間，并且這個(gè)空間稱為止空間或間隙空間。除了上面討論的問題之外，現(xiàn)有閥設(shè)計(jì)的閥面積相當(dāng)有限。在進(jìn)口閥和出口閥都 設(shè)置在汽缸頭部內(nèi)的正常壓縮活塞/汽缸結(jié)構(gòu)中，閥面積占活塞面積的5%或6%是常見 的。這種有限閥面積的第二個(gè)問題是，流經(jīng)閥面積的流體通常速率非常高，如果壓縮機(jī)以合 理速度運(yùn)轉(zhuǎn)，經(jīng)由這些閥的壓力損失可以變得非常大。閥面積的增加一倍，則經(jīng)由閥的流速 減小一半并且壓力損失減小為原來的四分之一倍。為了增大閥面積，在壓縮機(jī)設(shè)計(jì)中通常的做法是在汽缸附近間隔設(shè)置多個(gè)閥。這 樣具有增大閥面積的效果，但是也有增加止點(diǎn)空間或間隙空間數(shù)量的效果，因?yàn)榛钊h(huán)必 須保持在進(jìn)口/出口的水平之下。在閥內(nèi)的止點(diǎn)空間、它們與主汽缸的連接和活塞附近在上止點(diǎn)的空間的共同組合 給出總的間隙空間體積。間隙空間通常定義為間隙空間體積與最大體積(排量體積(S^5Pt volum)+間隙空間體積)之比
間隙空間=_間隙空間體積__(0/0) 排量體積+間隙空間體積并且對(duì)于活塞壓縮機(jī)，其通常在5% -15%的范圍內(nèi)。間隙空間對(duì)體積效率有很強(qiáng)
的影響，其被定義為
休fP ψ =每沖程實(shí)際吸收的氣體(n/J 排量體積°忽略壓力損失，約等于
休宇=總體積_在閥開啟吸入的氣體
排量體積°其中，總體積=排量體積+間隙空間體積。對(duì)于大多數(shù)正常的活塞壓縮機(jī)，體積效率在70% _80%，但這將依據(jù)一些因素改 變，例如壓縮機(jī)的壓力比率。因而，期望提供一種改進(jìn)的閥，其克服或至少減輕與現(xiàn)有技術(shù)相關(guān)聯(lián)的某些問題。 尤其是，期望提供一種改進(jìn)的閥，與目前的閥相比，其提供快速的開啟和閉合時(shí)間、低慣量、 高體積效率、低壓力損失、壓力激活開啟以及良好的密封。根據(jù)本發(fā)明，提供了一種閥，包括界定出第一孔的第一部分和界定出第二孔的第 二部分，所述第一部分可相對(duì)于所述第二部分在第一形態(tài)與第二形態(tài)中移動(dòng)，所述第一形 態(tài)中基本阻止流體流經(jīng)，所述第二形態(tài)中，允許流體流經(jīng)。第一部分和第二部分可構(gòu)造為響應(yīng)于所述閥兩側(cè)的壓力差而鎖定在閉合形態(tài)中。另外，當(dāng)將第一部分和第二部分鎖定在閉 合形態(tài)時(shí)，第一部分可構(gòu)造為通過所述閥兩側(cè)的壓力差而抵靠著第二部分密封。由此，提 供了這樣一種閥，即，所述閥兩側(cè)的壓力差提供密封力，當(dāng)所述閥兩側(cè)存在明顯壓力差的同 時(shí)，所述閥保持為鎖定在密封形態(tài)中。當(dāng)所述閥兩側(cè)的壓力差下降到基本為零時(shí)，所述閥將 自動(dòng)地從鎖定的密封形態(tài)中釋放。由于所述閥僅在其處于未負(fù)載或輕微負(fù)載時(shí)并且在兩個(gè) 空間之間沒有或很少有壓力差時(shí)才移動(dòng)，因此損耗為最小。這意味著如果需要，所述閥可為 非潤滑。在一個(gè)實(shí)施例中，所述第一部分包括撓性的板狀部件，其被構(gòu)造為當(dāng)處于第二形 態(tài)并且響應(yīng)于所述閥兩側(cè)的壓力差而鎖定在第二形態(tài)中時(shí)，所述板狀部件嚙合所述第二部 分的密封面。所述撓性板狀部件的撓性大到足夠響應(yīng)所述閥兩側(cè)的壓力差而與所述密封面 的輪廓相一致。由此，提供了這樣一種閥，即，可通過即使很小的壓力差也可將輕質(zhì)閥部件 鎖定在恰當(dāng)位置，并且可用來提供用于小能量輸入的快速閥移動(dòng)。撓性板狀部件的一致性 還可以允許板狀部件提供抵靠著第二部分的密封面的良好密封，即使當(dāng)在第一和第二部分 之間有一些污染物。第一部分可相對(duì)于第二部分(例如，在第二部分的平面內(nèi))作橫向移動(dòng)，以從而 在所述第一形態(tài)中，所述第一和第二孔不對(duì)準(zhǔn)，而在所述第二形態(tài)中，所述第一和第二孔對(duì) 準(zhǔn)。這樣，當(dāng)?shù)谝缓偷诙糠痔幱陂_啟形態(tài)中時(shí)，第一部分保持在氣體流動(dòng)路徑之外，因此 可避免任何顫動(dòng)的趨勢(shì)，并且空氣經(jīng)由過所述閥的路不受限制徑。第一部分可構(gòu)造為平行 于密封面的表面移動(dòng)。密封面的表面可以是平面、單曲率表面(例如，圓柱體表面)、或旋轉(zhuǎn) 表面。第一部分可構(gòu)造為相對(duì)于第二部分直線移動(dòng)(即，形成直線滑動(dòng)閥)或者可構(gòu)造 為相對(duì)于第二部分旋轉(zhuǎn)(即，形成旋轉(zhuǎn)滑動(dòng)閥)。在開啟和閉合形態(tài)之間移動(dòng)期間，第一部 分可由第二部分的密封面支撐。有利地，第一部分相對(duì)于第二部分的滑動(dòng)可趨向于用作自
清理裝置。在一個(gè)實(shí)施例中，可將第一部分限制為基本平行于第二部分的密封面的表面移 動(dòng)。例如，在第一部分包括撓性板狀部件的情況中，可將撓性板狀部件限制為在該部件的平 面(即，它最硬的軸)內(nèi)移動(dòng)?？赏ㄟ^保持板將撓性板狀部件限制為沿著密封面的表面移動(dòng)。保持板可包括構(gòu)造為基本覆蓋撓性板狀部件的穿孔屏。除了限制移動(dòng)，保持板可 以另外起到保護(hù)撓性板狀部件的作用。保持板可構(gòu)造為允許撓性板狀部件沿著該部件的平 面自由地移動(dòng)，同時(shí)基本上抵抗垂直于該部件平面的移動(dòng)。這樣，保持板可以減少撓性板狀 部件的扭曲和波動(dòng)。保持板可以包括基本上平的本體。這樣，當(dāng)設(shè)置在壓縮機(jī)或膨脹器腔 室內(nèi)時(shí)，保持板可構(gòu)造為提供最小的止空間。在一個(gè)實(shí)施例中，保持板可包括相對(duì)較薄的材 料(例如激光切割的、水切割的或蝕刻曝光的)，所述材料被定形為在不對(duì)流經(jīng)閥的流動(dòng)產(chǎn) 生沒有影響的同時(shí)提供最小的止空間。例如，保持板可以包括一組拉緊的線、一組具有帽部 的防滑釘、細(xì)小切割金屬片或金屬帶狀物的一個(gè)。由于保持板無需是可移動(dòng)的，因此保持板可根據(jù)材料的強(qiáng)度或熱特性而不管重量 來選擇構(gòu)造材料。例如，保持板可以包括具有熱有益涂層(例如，熱絕緣涂層)的不銹鋼。較佳地，保持板不阻礙流體流經(jīng)第一和第二孔，并且在近等熵行為是重要的場合，它產(chǎn)生最小附加紊亂。如果選擇了合適的材料或表面涂層，那么保持板可以具有低的輻射 率和/或低的熱傳導(dǎo)性，這也可以有助于改進(jìn)近等熵行為。保持板也可以保護(hù)閥板不會(huì)碎 裂，其否裂片則會(huì)擊打第一部分。第一和第二部分構(gòu)造為，在所述閥兩側(cè)存在壓力差的情況下，可通過第一和第二 部分之間的限制摩擦將所述第一和第二部分鎖定在閉合形態(tài)中。例如，在當(dāng)符合第二部分 的密封面之輪廓的撓性板狀部件與密封面之間的摩擦可能足以基本阻止撓性板狀部件相 對(duì)于密封面作橫向移動(dòng)。在不需要依靠限制摩擦的情況下，仍然可通過壓力差提供鎖定部， 以將第一和第二部分保持在閉合形態(tài)中。鎖定部可以包括正壓致動(dòng)鎖定機(jī)構(gòu)(例如，插銷 裝置)或者靜壓致動(dòng)幾何限制(例如，限制凸起或防滑釘)，來提供對(duì)第一和第二部件之間 的橫向移動(dòng)進(jìn)行附加的阻礙。所述閥可包括開啟部和閉合部，所述開啟部用于將第一部分從閉合形態(tài)移動(dòng)到開 啟位置，所述閉合部用于將第一部分從開啟位置移動(dòng)到閉合形態(tài)。開啟部和閉合部可以是 兩個(gè)分離的機(jī)構(gòu)，或可以包括單個(gè)機(jī)構(gòu)(例如，單個(gè)氣動(dòng)致動(dòng)器)。在一個(gè)實(shí)施例中，開啟部可包括開啟偏壓部，其被構(gòu)造為當(dāng)?shù)谝徊糠痔幱陂]合形 態(tài)時(shí)施加偏壓力，并且所述閥還包括觸發(fā)部，其用于當(dāng)?shù)谝徊糠痔幱陂_啟形態(tài)時(shí)選擇性地 嚙合閉合部。這樣，當(dāng)壓力仍然將所述閥鎖定在恰當(dāng)位置的同時(shí)，開啟設(shè)備仍然作用而將偏 壓力施加到所述閥，由此，所述閥將在壓力相等時(shí)或接近于壓力相等時(shí)開啟，因?yàn)槠珘毫?服了由壓力差產(chǎn)生的鎖定力(例如，摩擦力)。閉合部可以包括構(gòu)造為用來克服開啟偏壓部的閉合力產(chǎn)生器部。觸發(fā)部的操作可 與所述閥兩側(cè)的壓力無關(guān)。在一個(gè)實(shí)施例中，閉合力產(chǎn)生器部包括預(yù)加載力產(chǎn)生器，以使閉 合事件比對(duì)力產(chǎn)生器進(jìn)行預(yù)加載所花費(fèi)的時(shí)間更少。在另一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二部分 的其中一個(gè)可包括用于容納一或多個(gè)閉合銷的定位槽，以定位并且附加地復(fù)位閉合部。相 似地，第一部分和第二部分的一個(gè)可包括一或多個(gè)的定位孔，以允許對(duì)一或多個(gè)開啟銷進(jìn) 行定位?？捎梢换蚨鄠€(gè)精確定位的銷與閉合力產(chǎn)生器一起(撓性板狀部件在它們之間的 保持為緊張)來控制閉合位置。在另一個(gè)實(shí)施例中，在處于開啟形態(tài)時(shí)第一部分相對(duì)于第 二部分的橫向位置可由一或多個(gè)精確定位銷與開啟偏壓部一起(所述板在它們之間保持 為緊張)來控制。所述閥還可包括復(fù)位部，其用于在第一部分由壓力差鎖定在閉合形態(tài)中時(shí)有選擇 地使閉合部脫離。在周期中的可選擇的改變點(diǎn)對(duì)所述閥的閉合可進(jìn)行機(jī)械致動(dòng)。開啟部可包括開啟殼體部、開啟銷部和開啟彈簧部。閉合部可包括閉合殼體部、閉 合銷部、觸發(fā)部和閉合彈簧部。閉合彈簧部可以比開啟彈簧部具有更大的強(qiáng)度。在由單個(gè) 機(jī)構(gòu)提供開啟部和閉合部的情況下，開啟銷部和閉合銷部可以包括單個(gè)銷。第一部分可構(gòu)造為，當(dāng)觸發(fā)部被啟動(dòng)并且閉合彈簧部將第一部分(經(jīng)由閉合銷 部)移動(dòng)到閉合形態(tài)時(shí)，所述第一部分從開啟形態(tài)移動(dòng)到閉合形態(tài)。當(dāng)?shù)谝徊糠忠葡蜷]合 形態(tài)時(shí)，因?yàn)殚]合彈簧部比開啟彈簧部具有更大的強(qiáng)度，所以可將開啟銷部和開啟彈簧部 構(gòu)造為同時(shí)移動(dòng)。閉合部可構(gòu)造為被機(jī)械地復(fù)位，并且在開啟部嚙合之前將觸發(fā)部鎖定到位。開啟 部可構(gòu)造為經(jīng)由開啟彈簧部和開啟銷部來將第一部分偏壓為開啟形態(tài)。這樣，當(dāng)閥板兩側(cè)的壓力相等或接近相等時(shí)，第一部分將自動(dòng)從閉合形態(tài)移動(dòng)到開啟形態(tài)。第一部分可包括用于提供局部剛性的加強(qiáng)部件。在具有撓性板狀部件的情況下， 加強(qiáng)部件有助于避免在撓性板材料內(nèi)產(chǎn)生大的應(yīng)力，同時(shí)保持撓性板狀部件能夠與密封面 的輪廓相一致，而且第一部分的重量沒有顯著增加。加強(qiáng)部件可包括細(xì)長部，所述細(xì)長部基 本上從所述第一部分的一側(cè)延伸到所述第一部分的與所述第一部分相對(duì)的第二側(cè)。變硬部 件可以是獨(dú)立部件，或者它也可以是同一形態(tài)的組成部分。當(dāng)相對(duì)于第二部分移動(dòng)第一部分時(shí)，開啟部和閉合部中的至少一個(gè)可與加強(qiáng)部件 嚙合。開啟部和/或閉合部可在第一部分的重心上或重心之前處與加強(qiáng)部件嚙合。這種形 態(tài)在具有撓性板狀部件情況下特別有利。如果從位于重心之后的點(diǎn)開始推撓性板狀部件， 那么需要進(jìn)行精確弓I導(dǎo)而將撓性板狀部件保持成一線。在一個(gè)實(shí)施例中，第一和第二部分包括互相可嚙合部分，用于控制在第一和第二 部分之間的相對(duì)移動(dòng)(例如振蕩移動(dòng))。在一個(gè)實(shí)施例中，互相可嚙合部分包括引導(dǎo)銷和相 應(yīng)的用于容納引導(dǎo)銷的槽。這樣，在第一和第二部分之間的相對(duì)移動(dòng)可被限制為在由該槽 界定的路徑內(nèi)移動(dòng)，從而控制在第一和第二部分之間的相對(duì)移動(dòng)的方向和距離。在一個(gè)實(shí)施例中，第一部分相對(duì)于第二部分的移動(dòng)由兩個(gè)或兩個(gè)以上的已精確定 位且按大小排列的定位銷進(jìn)行限制，這樣，第一部分僅可沿著單根直線或單根弧線相對(duì)于 第二部分向后和向前，而沿任何其他方向的移動(dòng)為最小。有利地，使用這一形態(tài)可對(duì)第一和 第二部分之間移動(dòng)進(jìn)行精確控制，而不需要提供精確的致動(dòng)機(jī)構(gòu)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一和 第二部分中的一個(gè)還可包括止動(dòng)銷，其用于當(dāng)?shù)谝缓偷诙糠诌_(dá)到開啟或閉合形態(tài)時(shí)，貼 靠另一部件上的引導(dǎo)銷。在一個(gè)實(shí)施例中，通過同時(shí)提供精確引導(dǎo)和精確止動(dòng)位置，止動(dòng)銷 和定位銷起相同作用。在一個(gè)實(shí)施例中，第一部分包括第一陣列孔并且第二部分包括第二陣列孔。第一 部分可相對(duì)于第二部分作橫向移動(dòng)，從而在第一形態(tài)中，所述第一和第二陣列孔不對(duì)準(zhǔn)，而 在第二形態(tài)中，所述第一和第二陣列孔對(duì)準(zhǔn)。與第一和第二部分相比，第一和第二陣列孔的每個(gè)孔各自具有相對(duì)較小的截面 積。這樣，在開啟和閉合形態(tài)之間移動(dòng)第一和第二部分僅需要這兩個(gè)部分之間較小的相對(duì) 移動(dòng)即可。而且，使用相對(duì)較小的陣列孔允許第一和第二部分制造為非均勻形狀而不損失 閥面積。這也意味著可通過其他形態(tài)(例如支撐壓桿)來截?cái)嗖糠值乃鲩y，而對(duì)閥面積 影響為最小。在第一部分包括撓性板狀部件的情況下，孔尺寸可構(gòu)造為，撓性板狀部件在不需 要明顯下垂就可以橋接第二部分中的相應(yīng)孔。而且，孔尺寸可構(gòu)造為，隨著第一部分移動(dòng)進(jìn) 入閉合形態(tài)時(shí)，確保撓性板狀部件不會(huì)勾住在第二部分內(nèi)相應(yīng)孔的邊緣部。在一個(gè)實(shí)施例中，開口孔的總面積(即，當(dāng)?shù)谝缓偷诙糠痔幱陂_啟形態(tài)時(shí)開口 孔的總面積)大于閥的總面積的20%。在另一個(gè)實(shí)施例中，開口孔的總面積大于閥的總面 積的30%。在另一個(gè)實(shí)施例中，開口孔的總面積大于閥的總面積的40%。在另一個(gè)實(shí)施例 中，開口孔的總面積大于閥的總面積的50%。在一個(gè)實(shí)施例中，孔的密度(即，閥表面的每單位面積具有的孔數(shù)量)大于1000/ m2。在另一個(gè)實(shí)施例中，孔的密度大于2000/m2。在另一個(gè)實(shí)施例中，孔的密度大于4000/m2。 在另一個(gè)實(shí)施例中，孔的密度大于8000/m2。在另一個(gè)實(shí)施例中，孔的密度大于16000/m2。
在一個(gè)實(shí)施例中，平均孔面積小于閥的總面積的1%。在另一個(gè)實(shí)施例中，平均孔 面積小于閥的總面積的2%。在另一個(gè)實(shí)施例中，平均孔面積小于閥的總面積的3%。在另 一個(gè)實(shí)施例中，平均孔面積小于閥的總面積的4%。在另一個(gè)實(shí)施例中，平均孔面積小于閥 的總面積的5%。在一個(gè)實(shí)施例中，孔周圍的密封面積小于閥的總面積的40%。在另一個(gè)實(shí)施例中， 孔附近的密封面積小于閥的總面積的30%。在另一個(gè)實(shí)施例中，孔附近的密封面積小于閥 的總面積的20%。在另一個(gè)實(shí)施例中，孔附近的密封面積小于閥的總面積的10%。在一個(gè)實(shí)施例中，所述閥的質(zhì)量小于20kg/m2。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述閥的質(zhì)量 小于15kg/m2。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述閥的質(zhì)量小于10kg/m2。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述閥 的質(zhì)量小于5kg/m2。在另一個(gè)實(shí)施例中，所述閥的質(zhì)量小于2kg/m2。第一和第二陣列孔可均勻地(例如，均質(zhì)地)遍布第一和第二部分。有利地，已經(jīng) 確認(rèn)孔的這種均質(zhì)分布可在當(dāng)要求近等熵壓縮或膨脹處理的情況下減少不需要的紊亂。第一部分可以包括一個(gè)或多個(gè)閥板，其可被構(gòu)造為一層或多層。在一個(gè)實(shí)施例中，第一部分包括一對(duì)可移動(dòng)板(例如，直線可移動(dòng)的或旋轉(zhuǎn)可移 動(dòng)的)，所述一對(duì)可移動(dòng)板的每個(gè)板包括第一陣列孔的子組。所述一對(duì)可移動(dòng)板可構(gòu)造為， 當(dāng)?shù)谝徊糠衷诘谝缓偷诙螒B(tài)之間移動(dòng)時(shí)，所述一對(duì)可移動(dòng)板互相沿相反方向移動(dòng)。在一 個(gè)實(shí)施例中，所述一對(duì)可移動(dòng)板的每個(gè)板構(gòu)造為密封在第二陣列孔中的不同的組孔。在另 一個(gè)實(shí)施例中，所述一對(duì)可移動(dòng)板的每個(gè)板構(gòu)造為密封在第二陣列孔中相同組孔的不同 段。這樣，所述閥可構(gòu)造為，與在單層中滑動(dòng)的一或多個(gè)閥板所實(shí)現(xiàn)的相比，所述閥閉合時(shí) 間減少或閥面積增大。在第一部分構(gòu)造為相對(duì)于第二部分直線移動(dòng)的情況下，在一個(gè)實(shí)施例中，第一部 分可包括另外兩對(duì)可移動(dòng)板，所述各對(duì)可移動(dòng)板中與不同的軸(例如，不同的共面軸)關(guān) 聯(lián)，其中所述各對(duì)可移動(dòng)板構(gòu)造為沿其各自軸在相反方向上移動(dòng)。在另一個(gè)實(shí)施例中，第 一部分可包括另外三對(duì)可移動(dòng)板，所述各對(duì)可移動(dòng)板與不同的軸(例如，不同的共面軸)關(guān) 聯(lián)，其中所述各對(duì)可移動(dòng)板構(gòu)造為沿其各自軸在相反方向上移動(dòng)。與各所述一對(duì)可移動(dòng)板 關(guān)聯(lián)的每個(gè)軸可與鄰近的軸等距間隔。在一個(gè)實(shí)施例中，第二部分的密封面的輪廓構(gòu)造為，允許第一部分相對(duì)于所述第 二部分平滑移動(dòng)。例如，在密封面內(nèi)的一個(gè)孔或每個(gè)孔可包括這樣的圓周邊緣區(qū)域，即所述 圓周邊緣區(qū)域的半徑構(gòu)造為在確保良好密封的同時(shí)使得第一部分可在其之上滑動(dòng)。這樣， 當(dāng)?shù)谝徊糠衷诘诙糠稚匣瑒?dòng)時(shí)其“觸碰到”所述邊緣的風(fēng)險(xiǎn)得以減小。這一觸碰在第一 部分包括撓性板狀部件的情況下尤其會(huì)成為問題，因?yàn)樗鲈诖┻^開口孔時(shí)撓性足以使其 輕微下垂。例如，對(duì)于尺寸為4mm乘4mm的孔，可使用0.5mm密拉聚脂薄膜(Mylar)閥且孔 周圍為Imm的密封邊緣、第二部分上孔的半徑可為0. 05mm到0. Imm之間上。所述閥材料的強(qiáng)度不需要特別大，因?yàn)樗幻芊饷嬷?，這意味著它可以更輕、慣 量較小，因此移動(dòng)更快且能耗更小。相對(duì)于閥面積，閥密封面積可不用特別大。密封區(qū)域越 小，控制閥板位置以避免泄露所需的精度越高。一般地，使用一個(gè)閥板所能實(shí)現(xiàn)的最大理論 總面積稍小于50%，而使用兩個(gè)閥板則可將這個(gè)數(shù)字增加到稍小于66. %。其他有用的直 線組合可由6和8個(gè)閥板構(gòu)成，其理論最大值分別為稍小于86%或89%。具有大的孔總面 積的多閥板的另一個(gè)優(yōu)點(diǎn)是每個(gè)板可可很輕，且因此可更快速地作用。
所述閥材料可以由多種材料制成，一些實(shí)例是塑料(例如，密拉聚脂薄膜、匹克聚 醚醚酮(Peek))、合成物(例如碳、玻璃、芳綸環(huán)氧樹脂)、金屬(例如不銹鋼)和陶瓷(例 如薄碳化硅、碳鋼)。所述涉及的溫度和壓力對(duì)于選擇實(shí)際使用的材料以確保它在使用中不 會(huì)不利地變形具有明顯的影響。在某些應(yīng)用中，由于某些會(huì)發(fā)生蠕變和塑性變形的材料具 有其他優(yōu)良特性，使用所述材料是有用的。在這些情況中，可通過結(jié)合強(qiáng)度更的材料以提供 局部強(qiáng)度來克服蠕變和塑性變形，例如在聚脂薄膜上的不銹鋼。所述閥材料(包括撓性板 狀部件)可為激光切割、水切割、光蝕刻、切割，或由其他方式形成。
現(xiàn)在將依據(jù)實(shí)例參考附圖描述本發(fā)明的實(shí)施例，其中圖Ia示出了包括根據(jù)本發(fā)明第一實(shí)施例之閥的雙作用活塞的示意圖；圖Ib為圖Ia活塞的閥板部的段“A”的示意圖；圖2a和2b分別為閥板部分處于開啟和閉合位置時(shí)閥板部與密封面板部示意圖；圖3為不帶有閥板部的圖2a和2b的密封部的示意圖；圖4a和4b為圖Ia的活塞的開啟部的示意圖；圖5a和5b為圖Ia的活塞的閉合部的示意圖；圖6為根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例之閥的閥板部的示意圖；圖7位于與圖6的閥板部一起使用的密封面板部的示意圖；圖8為包括圖6和7所示閥板部和密封面板部的閥處于開啟位置的示意圖；圖9為圖8的閥處于開啟位置的剖視示意圖；圖10為圖8的閥處于閉合位置的示意圖；圖11為圖8的閥處于閉合位置的剖視示意圖；圖12a、12b、12C、12d、12e和12f為在根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的閥中的多個(gè)直線或旋 轉(zhuǎn)閥的不同形態(tài)的平面示意圖；圖13a、13b、13c、13d、13e和13f示出了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的通道形態(tài)的截面示 意圖，其中13e和13f表示優(yōu)選實(shí)例；以及圖14為第一保持板的示意圖；圖15示出了限制防滑釘形式的幾何限制，當(dāng)限制摩擦受壓力差所形成力而不足 以將所述閥鎖定在恰當(dāng)位置時(shí)，可以使用限制防滑釘；圖16未示帶有組成變硬部件之閥板部的細(xì)節(jié)示意圖。
具體實(shí)施例方式圖 Ia 和 Ib圖Ia示出了包含閥5的雙作用活塞1，閥5包括包括多個(gè)密封口 60的活塞面部 2、保持板部3、閥板部10、開啟部100和閉合部200。如圖Ib所示，閥板部10包括多個(gè)閥板口 20、多個(gè)連接點(diǎn)部30和定位銷部40。 在使用中，閥板部10可相對(duì)于活塞面部2在閉合位置和開啟位置之間移動(dòng)，所述閉合位置 用于基本上阻止流體流經(jīng)閥5，所述開啟位置用于允許流體通過所述閥。在閉合位置中，密 封口 60和閥板口 20完全不對(duì)準(zhǔn)，并且閥板部10抵靠著活塞面部2密封。在開啟位置中，密封口 60和閥板口 20對(duì)準(zhǔn)以形成多個(gè)經(jīng)由所述閥的通道。圖 2a圖2a示出了根據(jù)本發(fā)明第二實(shí)施例的閥板部10'，其結(jié)合有密封面部50。閥板 部10'包括加強(qiáng)條部70和多個(gè)閥板口 20'；密封面部50包括多個(gè)密封面口 60'以及定 位銷部40'。如圖2a所示，閥板部10'處于開啟位置，而閥板口 20'與在密封面部50上 的密封面口 60'完全對(duì)齊。圖 2b圖2b示出了處于閉合位置的閥板部10'，而閥板口 20'與在密封面部50上的密 封面口 60'完全偏離。圖 3圖3示出了包括多個(gè)密封面口 60'和定位銷40'的密封面部50。圖 4a 和 4b圖4a和4b示出了包括開啟彈簧部101、開啟銷部102和開啟殼體部103的開啟部 100。當(dāng)開啟彈簧銷部102沿著壓縮開啟彈簧部101的方向移動(dòng)時(shí)，開啟彈簧部101提 供偏壓力，所述偏壓力用于在閥5兩側(cè)的壓力差處于或接近壓力相等時(shí)，使得閥板部10經(jīng) 由開啟銷部102從閉合位置移動(dòng)到開啟位置。圖 5a 和 5b圖5a和5b示出了閉合部200，其包括閉合彈簧部201、閉合殼體部203、觸發(fā)部204 以及包括閉合銷部202、觸發(fā)槽部205和復(fù)位輥?zhàn)?06的閉合軸部207。當(dāng)復(fù)位輥?zhàn)?06沿著復(fù)位凸輪(未示出)行進(jìn)時(shí)，它將閉合軸部207推進(jìn)閉合殼 體部203，以使閉合彈簧部201被壓縮并且觸發(fā)部204落入觸發(fā)槽部205。復(fù)位輥?zhàn)?06移 動(dòng)經(jīng)過復(fù)位凸輪(未示出)并且閉合彈簧部201經(jīng)由觸發(fā)槽部205抵靠著觸發(fā)部204推動(dòng) 閉合軸部207。在這個(gè)位置，開啟部100可在處于或接近壓力相等時(shí)將閥板部10從閉合位 置移動(dòng)到開啟位置。當(dāng)觸發(fā)部204接觸到觸發(fā)止動(dòng)部(未示出)，它將觸發(fā)部204從觸發(fā)槽部205提出 來，并且閉合彈簧部201經(jīng)由閉合軸部207移動(dòng)閉合銷部202，以使連接到閉合銷部202的 閥板部10從開啟位置移動(dòng)到閉合位置。閉合彈簧部201比開啟彈簧部101的強(qiáng)度更大，以使閥板部10的移動(dòng)也可以通過 壓縮開啟彈簧部101來“重新加載”開啟彈簧部101。圖 6 至Ij 10圖6到10表示根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的閥部300，閥部300包括第一閥板部 302、第二閥板部301、以及閥密封面部303。在使用中，第二閥板部301位于第一閥板部302 與閥密封面部303之間。圖8和9示出了處于開啟位置的閥部300。為了閉合所述閥，必須向左移動(dòng)閥板部 302距離χ以及向右移動(dòng)閥板部301距離y。在開啟位置，閥板部301和302的兩側(cè)沒有壓 力差，并且它們因此可以容易地在彼此之上以及閥密封面部303之上移動(dòng)。圖10和11示出了處于閉合位置的閥部300。在使用中，閥部300的兩側(cè)具有壓力 差，以使閥板部302被推向閥板部301，而閥板部301接著被推向閥密封面部303。這一推
10力隨著壓力而改變，并且在閥部300兩側(cè)處于或接近壓力相等時(shí)，僅下降到接近零。在這一閉合位置，閥密封口部305被閥板部302的實(shí)心段部307覆蓋，并且閥密封 口部306被閥板部301的實(shí)心段部308覆蓋。圖 12a圖12a示出了單作用閥部400的基本移動(dòng)動(dòng)作，其中閥覆蓋部401可沿所示直線 方向移動(dòng)，以覆蓋閥口部402。這一形態(tài)的理論最大閥面積正好在50%以下。圖 12b圖12b示出了雙作用閥部410的基本移動(dòng)動(dòng)作，其中閥覆蓋部411可沿所示直線 方向移動(dòng)，以覆蓋閥口部413，并且另一個(gè)閥覆蓋部412沿著相反方向移動(dòng)以覆蓋閥口部 414。這一形態(tài)的理論最大閥面積正好在66. 6%以下。圖 12c圖12c示出了六路直線閥部420的基本移動(dòng)動(dòng)作，其中閥覆蓋部421、422、423、 424,425和426沿著所示方向移動(dòng)，以覆蓋口 427、428、429、430、431和432。這一形態(tài)的理 論最大閥面積是正好在86%以下。圖 12d圖12d表示8路直線閥部440的基本移動(dòng)動(dòng)作，其中閥覆蓋部441、442、443、444、 445、446、447、448、449 和 450 沿著指示的方向移動(dòng)，以便覆蓋口 451、452、453、454、455、 456、457、458、459和460。這一形態(tài)的理論最大閥面積是正好在89%以下。圖 12e圖12e表示單作用旋轉(zhuǎn)閥部470的基本移動(dòng)動(dòng)作，其中閥覆蓋部471可沿箭頭所 示的旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，以覆蓋閥口部472。這一形態(tài)的理論最大閥面積是正好在50%以下。圖 12￡圖12f表示雙作用旋轉(zhuǎn)閥部480的基本移動(dòng)動(dòng)作，其中閥覆蓋部481可沿箭頭所 示的旋轉(zhuǎn)方向移動(dòng)，以覆蓋閥口部483，并且另一個(gè)閥覆蓋部482可沿相反的旋轉(zhuǎn)方向移 動(dòng)，以覆蓋閥口部484。這一形態(tài)的理論最大閥面積是正好在66. 6%以下。圖 13a 和 13b圖13a和13b示出了閥密封面口部600和口邊緣部603。閥板部601具有角部 602，在操作期間，所述角部602可以勾住口邊緣部602，因?yàn)閮蓚€(gè)角部都具有90度的未經(jīng)圓 角處理的角。這是可能成為問題的，并且如果可能的話應(yīng)該避免。圖 13c 和 13d圖13c和13d示出了閥密封面口部610和口邊緣部613。閥板部611具有角部 612，其不能勾住口邊緣部613，因?yàn)橐褜?duì)其進(jìn)行過度的圓角處理。這樣不是有利的，因?yàn)閳A 角覆蓋了整個(gè)密封區(qū)域，并且閥板部611是不可能良好密封的。圖 13e圖13e和13f示出了閥密封面口部620和口邊緣部623。閥板部621具有角部 622，其不能勾住口邊緣部623，因?yàn)橐褜?duì)其進(jìn)行了稍微的圓角處理。在例如5-10%的密封 面積經(jīng)圓角處理情況中，則閥板部621仍然密封。這所帶來的問題最少，然而圓角最終的程 度由口尺寸、閥板厚度和閥板材料特性來確定。圖 14
圖14示出了保持板部501，其包括允許流體自由流經(jīng)所述口的孔部502，和限制一 或多個(gè)閥板(未示出)的覆蓋部503。保持板部301具有有助于最小化止點(diǎn)空間的凹陷輪廓。圖 15圖15示出了限制防滑釘700形式的幾何限制，用于限制閥板部710相對(duì)于閥密 封面720的移動(dòng)。在圖15中，F(xiàn)n是在所述閥上的法向力，其為局部有效面積與壓力差的乘 積；θ是限制防滑釘與閥密封表面所成的角度；F。是需由所施加的開啟力來克服的力(= Ftan θ )；以及D所施加開啟力的方向。在圖Ia的活塞中使用的這類屏閥依靠所述閥兩側(cè)的壓力差來將所述閥鎖定為閉 合，以使在開啟之前可以施加開啟力，從而當(dāng)壓力差接近零時(shí)形成快速的開啟。有兩種可用 的限制開啟形式限制摩擦和幾何限制。限制摩擦限制摩擦適用于非潤滑閥。如果閥上的法向力大于應(yīng)用來使閥在它自己的平面內(nèi) 滑動(dòng)的沖擊力，如果在所述閥上的法向力(大體上接近于壓力與所述閥的有用開啟面積的 乘積)與限制摩擦系數(shù)的乘積大于所施加的用于在閥自身的平面內(nèi)滑動(dòng)所述閥的施加開 啟力，則限制摩擦提供反抗移動(dòng)的絕對(duì)限制。作為實(shí)例閥的孔隙率=30%用于開啟的最大壓力差=0. Olbar (1000N/m2)限制摩擦系數(shù)=0.35閥的總開啟面積閥的直徑=0.3m
閥的開啟面積=^xa32x0'28 =0.0198 Hl2
4在0. Olbar 壓力差開啟閥的力=0. 0198X1000X0. 35 = 6. 93N由于在發(fā)動(dòng)機(jī)應(yīng)用中，一般要求這種類型的閥工作在IObar的壓力差，所以這表 示由循環(huán)峰值壓力為0.的循環(huán)氣體壓力所觸發(fā)的操作。幾何限制如果閥工作在潤滑環(huán)境中，由于潤滑劑會(huì)形成粘性限制，從而閥會(huì)由于所施加的 開啟力而漂移開啟，從而無法適用限制摩擦將閥鎖定在恰當(dāng)位置。在這個(gè)情況下，提供了限制防滑釘700或者一組防滑釘，并且防滑釘700在與閥板 接觸點(diǎn)處的傾斜度提供了壓力差存在阻礙開啟的側(cè)分量。由于閥板的撓性，整個(gè)閥面積無法有效提供法向力以阻礙越過限制防滑釘，所以 現(xiàn)在“有效面積”板上的密封壓力相乘。當(dāng)與防滑釘角度的正切相乘，就得到了所需要的開 啟力。更陡峭的防滑釘角度相應(yīng)于更大的開啟力，因此相應(yīng)于在開口時(shí)更小的壓力差。這 種閥鎖定的方法在缺乏有用摩擦力情況下工作。圖 16圖16顯示包括多個(gè)閥板口 20'和組成硬化部件70'的閥板部10〃，組成硬化部件70'由閥板部10"的更厚并且因此更硬的局部段來界定。
權(quán)利要求
一種閥，包括界定出第一孔的第一部分和界定出第二孔的第二部分，所述第一部分可相對(duì)于所述第二部分在第一形態(tài)與第二形態(tài)之間移動(dòng)，所述第一形態(tài)中基本阻止流體流經(jīng)所述閥，所述第二形態(tài)中，允許流體流經(jīng)所述閥。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其中所述第一部分包括撓性的板狀部件，其構(gòu)造為當(dāng)處 于第二形態(tài)并且響應(yīng)于所述閥兩側(cè)的壓力差而鎖定在第二形態(tài)中時(shí)，所述板狀部件嚙合所 述第二部分的密封面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥，其中所述撓性板狀部件的撓性大到足夠響應(yīng)所述閥兩側(cè) 的壓力差而與所述密封面的輪廓相一致。
4.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的閥，其中所述第一部分可相對(duì)于所述第二部分 作橫向移動(dòng)，從而在所述第一形態(tài)中，所述第一和第二孔不對(duì)準(zhǔn)，而在所述第二形態(tài)中，所 述第一和第二孔對(duì)準(zhǔn)。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的閥，其中限制所述第一部分，以使之基本平行于由所述第二 部分的密封面所界定的表面移動(dòng)。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閥，在所述第一和第二形態(tài)之間移動(dòng)期間，所述第一部分由 所述第二部分的密封面支撐。
7.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的閥，還包括用于將所述第一部分從所述第一形 態(tài)移動(dòng)到所述第二位置的開啟部，以及用于將所述第一部分從所述第二位置移動(dòng)到所述第 一形態(tài)的閉合部。
8.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的閥，所述第一部分還包括加強(qiáng)部件。
9.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥，其中所述加強(qiáng)部件包括細(xì)長部，所述細(xì)長部基本上從所 述第一部分的一橫向側(cè)延伸到所述第一部分上與所述第一部分相對(duì)的第二橫向側(cè)。
10.根據(jù)權(quán)利要求8或9(當(dāng)從屬于權(quán)利要求7時(shí))所述的閥，其中當(dāng)使得所述第一部 分相對(duì)于所述第二部分移動(dòng)時(shí)，所述開啟部和所述閉合部中的至少一個(gè)與所述加強(qiáng)部件嚙合。
11.根據(jù)前述權(quán)利要求中任意一項(xiàng)所述的閥，其中所述第一部分包括第一陣列孔，并且 所述第二部分包括第二陣列孔。
12.根據(jù)權(quán)利要求11所述的閥，其中所述第一部分可相對(duì)于所述第二部分作橫向移 動(dòng)，從而在第一形態(tài)中，所述第一和第二陣列孔不對(duì)準(zhǔn)，而在第二形態(tài)中，所述第一和第二 陣列孔對(duì)準(zhǔn)。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，其中所述第一部分包括一對(duì)可移動(dòng)板，所述一對(duì)可移 動(dòng)板中的每個(gè)板包括所述第一陣列孔的子組。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥，其中將所述一對(duì)可移動(dòng)板中的每個(gè)板構(gòu)造為密封所述 第二陣列孔中的不同的孔組。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥，其中將所述一對(duì)可移動(dòng)板中的每個(gè)板構(gòu)造為密封所述 第二陣列孔中的相同孔組的不同段。
16.根據(jù)權(quán)利要求13到15中任意一項(xiàng)所述的閥，其中當(dāng)所述第一部分在所述第一和第 二形態(tài)之間移動(dòng)時(shí)，所述一對(duì)可移動(dòng)板互相沿相反方向移動(dòng)。
全文摘要
一種閥，包括界定出第一陣列孔(20′)的第一部分(10′)和界定出第二陣列孔(60′)的第二部分(50)，第一部分(10′)可相對(duì)于第二部分(50)在第一形態(tài)與第二形態(tài)中移動(dòng)，所述第一形態(tài)中，基本阻止流體流經(jīng)，所述第二形態(tài)中，允許流體流經(jīng)。在一個(gè)實(shí)施例中，第一部分(10′)包括撓性板狀部件，其構(gòu)造為當(dāng)處于第二形態(tài)并且響應(yīng)于所述閥兩側(cè)的壓力差而鎖定在第二形態(tài)中時(shí)，所述板狀部件嚙合所述第二部分(50)的密封面。所述撓性板狀部件的撓性大到足夠響應(yīng)所述閥兩側(cè)的壓力差而與所述密封面的輪廓相一致。
文檔編號(hào)F16K3/02GK101896748SQ200880121152
公開日2010年11月24日 申請(qǐng)日期2008年12月11日 優(yōu)先權(quán)日2007年12月11日
發(fā)明者喬納森·塞巴斯蒂安·豪斯, 詹姆斯·麥克納斯滕 申請(qǐng)人:等熵有限公司