CN1114779C - 管路控制阀 - Google Patents

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Abstract

一种管路控制阀结构，该控制阀包括一活塞型阀组件和若干控制室(C1，C2，C3，C4)，这些控制室用一个或多个控制孔(CP1，CP2)控制，从而形成一通常打开的阀或一通常关闭的阀，该通常打开的阀可通过控制加到控制孔(CP1，CP2)上的流体压力而关闭，而该通常关闭的阀可通过控制加到控制孔(CP1，CP2)上的流体压力而打开。这种控制阀结构平衡，从而用较小的驱动器就可打开和关闭它们。

Description

管路控制阀
技术领域
本发明涉及用来控制管道中流体(液体或气体)的流动的阀。本发明特别涉及本申请人原来的美国专利4,681,130所述那种管道控制阀，因此下面结合那种控制阀加以说明。
背景技术
上述专利公开了一种通常打开的管路控制阀，在把一流体压力、例如进口压力加到该阀中的两个控制室时，这两个控制室共同作用而生成一远远大于由加到阀件的上游面上的进口压力所生成的打开力的关闭合力，从而把该阀推动到关闭位置，从而确保该阀克服进口压力而迅速、安全地关闭。
发明内容
本发明的一个目的是提供结构与上述专利相似的管路控制阀，但作出若干改进而扩大该阀的使用范围。
按照本发明的一个方面，提供一种管路控制阀，包括：一壳体，该壳体包括一进口孔，该进口孔下游的一出口孔和这两个孔之间的一阀座；以及该壳体中的一阀组件；该阀组件包括：一可移向和移离该阀座的阀件，该阀件包括一面向该阀座的上游面和一面向该出口的下游面；一固定在该阀件上、伸展在其下游的阀杆；该阀杆下游端上的一活塞头，其下游面与该壳体的第一表面界定第一控制室；一固定在阀件上并伸展在其下游的圆柱形裙部，它围绕该阀杆，但终止于不到活塞头处，与该阀件、该阀杆和该壳体的第二表面界定第二控制室；壳体中的一流体流路，在该阀件打开时供流体在其中流动；该阀杆中一连通第一与第二控制室的压力控制通道，从而第一室中的流体压力作用在活塞头的下游面上而把它和阀件推向阀座，第二室中的流体压力作用在阀件的上游面上而把它和阀件也推向阀座；活塞头的上游面和壳体的第三表面界定了第三控制室，从而其中的流体压力作用在活塞头的上游面上而把它和阀件推向阀件的离开阀座的打开位置；以及一与第三室连通的控制孔，用来在其中施加流体而把阀件推向离开阀座的打开位置。
按照本发明的另一个方面，提供一种控制阀，包括：一壳体，该壳体包括一进口孔，该进口孔下游的一出口孔和这两个孔之间的一阀座；以及一可在该壳体中移动的阀组件；该阀组件包括：一可移向和移离该阀座的阀件，该阀件包括一面向该阀座的上游面和一面向该出口的下游面；该阀座呈直径向下游方向递增的圆锥形；该阀件上有一环形弹性密封，该密封在阀件处于关闭位置时可紧抵圆锥形阀座；该阀件包括一上游圆锥形阀盖和一呈相配圆锥形的下游阀体；该环形弹性密封包括一夹紧在圆锥形阀盖和阀体之间的圆锥形裙部；该环形弹性密封还包括一加厚外周，该加厚外周的内段嵌入在阀体外周上的一环形凹座中，其外段有一露出在圆锥形阀盖旁的环形表面，以便与圆锥形阀座密封啮合。
按照本发明的又一个方面，提供一种控制一加压流体的流动的管路控制阀，包括：一壳体，该壳体包括一进口孔，该进口孔下游的一出口孔和这两个孔之间的一阀座；一可相对阀座移动到打开和关闭位置的阀件，该阀件包括一面向该阀座的上游面和一面向该出口的下游面；所述壳体的各表面与该阀件的各下游面界定了阀件下游的控制室装置；阀件中从其上游面到下游面的一通道，该通道与所述控制室装置连通，从而将进口孔处的流体的进口压力加到控制室装置而生成一把阀件推到其关闭位置的关闭力，该关闭力的方向与作用在阀件上游面上的进口压力所生成的把阀件推向其打开位置的打开力相反；以及一把阀件推动到其打开位置和关闭位置的驱动器。
从下述说明中可清楚看出本发明的进一步特征。
附图说明
下面结合附图只举例说明本发明，附图中：
图1为本发明一种通常打开的控制阀的纵向剖面图，所示阀件在流体的进口压力的作用下处于通常打开的位置；
图2同图1，但阀件因一控制压力加到其控制孔上而处于其关闭位置；
图3的剖面图与图2相似，但剖面转过45°，以便更清楚示出内部结构；
图4为示出图1-3控制阀中的缓冲室的单向出气孔的结构的局部放大图；
图5简示出一组图1控制阀和这些阀的一种控制方式；
图6为本发明一种通常关闭的控制阀的纵向剖面图；
图6a为沿图6中6a-6a线剖取的横截面图；
图7与图6相似，但剖面转过45°，以便更清楚示出内部结构；
图8示出图6和7的控制阀处于打开位置；
图9为本发明另一种通常关闭的控制阀的纵向剖面图；
图10示出图9控制阀受驱动而位于打开位置；
图11为特别示出阀组件中弹性密封的结构的局部放大图；
图11a-11c示出图11弹性密封的各种状态；
图12为一表示内部结构的局部剖视的立体图，示出本发明一由内部电动机驱动的控制阀；
图13为图12控制阀的纵向剖面图，示出该阀处于关闭位置；
图14同图13，但该阀处于打开位置；
图15与图14相似，但剖面相对图14转过45°；
图16为本发明一由外部电动机驱动的控制阀的纵向剖面图，示出该阀处于关闭位置；
图17同图16，但该阀处于打开位置。
具体实施方式
图1-4所示通常打开的控制阀包括一壳体10，该壳体包括一最好用金属制成的外圆筒11、一最好用塑料制成的内圆筒12、一位于该壳体上游端的进口连接管13和一位于该壳体下游端的出口连接管14，这两个连接管13、14最好也用金属制成、呈圆锥形、焊接在金属外侧壁11上。凸缘组件15加固了这两个连接管13、14与外圆筒11的焊接，密封16密封内圆筒12与连接管13、14。
进口连接管13有一供流体流入壳体中的进口孔17，出口连接管14有一供流体流出的出口孔18。进口连接管13的内表面上有一圆锥形阀座19可与壳体中的阀组件配合而控制流体从进口孔17到出口孔18的流动。
壳体10中的该阀组件总的用20表示。它包括一由一圆锥形阀盖21a和一阀体21b构成的流体力学形阀件21，一环形弹性密封22紧套在该阀盖的外周上，该阀件21可移向和移离该圆锥形阀座19。阀件21与一驱动器连接，该驱动器包括一与阀件21螺纹连接并伸展在其下游的阀杆23。阀杆23的下游端上有一活塞头24，该活塞头上有一密封圈24a，该活塞头可在内圆筒12中的一做成圆形衬管的圆筒25中移动。
在活塞头24与一由壳体10下游端出口孔18旁的后盖27界定的一径向壁之间的弹簧26把阀件21推向图2所示阀关闭位置。盖27呈蛛网形，其上有若干径向伸展的肋条27a(图1)，其间形成若干通向出口孔18的轴向伸展通道27b(图3)。肋条27a的外表面的形状与出口连接管14的圆锥形内表面14a相同，从而弹簧26把盖27紧压到连接管14上，而肋条27a之间的通道27b形成供流体流向出口孔18的很大的轴向通道。
内圆筒12上同样有若干与盖27的肋条27a对齐的径向伸展肋条12a(图1)，从而形成若干与盖27的通道27b对齐的轴向伸展通道12b(图3)，从而在阀组件20处于其打开位置(图1)时流体可流过该控制阀。
阀组件20还包括一圆柱形裙部28，它与阀件21连成一体、伸展在其下游而围绕阀杆23的对应部。圆柱形裙部28可在内圆筒12的肋条12a中的一轴向圆柱形凹座29中移动。圆柱形裙部28的内表面与壳体之间用密封圈30密封，而该裙部的外表面不密封，从而流体可在内圆筒12中的轴向通道12b中自由流动。
阀杆23包括一由阀件21的裙部28围绕的上游段23a和一与活塞头24邻接的下游段23b。下游段23b的直径大于上游段23a的直径，从而其间形成一环形壁23c。上游段23a与壳体之间用一密封圈31密封，而下游段23b与壳体之间用一密封圈32密封。密封圈30和31位于内圆筒12的一径向伸展壁12c上而由一用紧固件34紧固在该壁12c上的定位板33定位。
可以看出，控制阀的上述结构与壳体10、特别是内圆筒12形成如下若干室：
(1)活塞头24的下游面、圆筒25的表面10a和盖27的前面形成室C1。如下详述，室C1用作第一控制室，在加压流体经一通过壳体肋条12a之一中的一通道与室C1连通的控制孔CP1流到室C1中时生成一力，该力把阀件21从其通常打开位置移动到关闭位置。室C1包括一与大气连通的排气孔35，但该排气孔用塞头塞住，从而该排气孔在图1-3的通常打开结构中不起作用。
(2)阀体21b的包括其圆柱形裙部28的内表面在内的下游面、内圆筒1 2的表面10b(在径向壁12c的定位板33上)和阀杆23的外表面界定了室C2。室C2经阀杆23中的一轴向通道36a和一径向通道36b与室C1连通。因此室C2也用作一控制室，生成一力，该力加强室C1在经控制孔CP1施加控制压力时所生成的把阀件21从其通常打开位置移动到其关闭位置的力。
(3)活塞头24的上游面、阀杆23的与活塞头邻接的部分和圆筒25的表面10c界定室了C3。室C3经壳体肋条12a之一中的一通道与第二控制孔CP2连通，从而在阀件21关闭并把加压流体加到控制孔CP2上时，阀件21移动到其打开位置，这在下文详述。
(4)阀杆23的环形壁23c和内圆筒12的径向壁12c上的表面10d界定了室C4。室C4用作缓冲室缓冲阀件21向其最终关闭位置的移动，以防止阀件猛然冲击阀座19。缓冲室C4用阀杆23上的密封圈32和壳体的径向壁12c上的密封圈31密封。
为了排出缓冲室C4中的流体，阀杆23中有一小直径出气孔，该出气孔包括一与一环形凹槽38连通的轴向孔37，该环形凹槽位于阀杆23上其密封圈32的稍稍下游处。从图4可看得特别清楚，环形凹槽38的内端38a用一密封圈39封住。因此如此生成的出气孔为单向出气孔，只容许流体从缓冲室C4流向控制孔CP2。
内圆筒12上还包括若干轴向伸展槽40，它们起始于控制孔CP2，但终止于不到径向壁12c处。
如下详述，该结构使得缓冲室C4仅在阀组件20接近其关闭位置时才缓冲其关闭动作而缓冲阀件21对阀座19的冲击。室C4中生成的力还可用来加强阀组件的最终打开动作。
图1-4所示控制阀的工作情况如下：
当控制阀不接在管路中或虽然接在管路中、但管路尚未加压时，阀组件在弹簧26的作用下处于图2所示关闭位置。但当控制阀接入管路中且管路加压后，进口压力作用在阀件21的上游面上，从而把阀组件20移动到图1所示打开位置。因此，管路加压时所示阀处于通常打开位置。
万一进口压力丧失，阀件裙部28表面28a上的下游压力所生成的力和弹簧26的弹力把阀组件20移动到其关闭位置(图1)，从而防止流体从下游管(未示出)经出口孔18、进口孔17和与进口孔连接的上游管(未示出)发生回流。
当要关闭该阀时，把加压流体加到控制孔CP1。为此通常使用一把控制孔CP1连接到进口压力的导阀(例如图5中的导阀45)。从而把进口压力加到控制室C1中并经阀杆23中的通道36a和36b加到控制室C2中。
控制室C1中的压力在活塞头24上生成一力而把阀组件20推向其关闭位置(即图3中向右)，该力的大小等于室C1中的压力乘以活塞头24的外径(D1)的面积。室C2中的压力生成一力，其作用方向也把阀组件20推向其关闭位置，即增强室C1中生成的力。但室C2中生成的力作用在阀件21的下游面上，其大小对应于圆柱形裙部的内径(D2)与阀杆部23a的外径(D3)之差。
当阀组件处于图1所示打开位置时，保持阀组件打开的作用力等于进口压力乘以与圆柱形裙部28的外径(D4)对应的面积。保持该阀打开的作用力小于经控制孔CP1加到室C1和C2中的压力和作用在裙部28的表面28a上的下游压力所生成的力的和，这些压力的作用都要关闭该阀组件。因此阀组件开始向关闭位置移动。
在阀组件20开始向关闭位置移动时，室C4经槽40和控制孔CP2与大气连通，因此室C4中的压力不升高，从而不减慢阀组件向其关闭位置的移动。当阀组件接近其关闭位置时，此时其密封32通过槽40的右端，室C4成为密封室，从而缓冲阀组件的关闭运动。缓冲程度、特别是在控制一种(不可压缩的)液体的流动时、决定于出气孔37和环形凹槽38所容许的流率。
裙部28的表面28a也用来缓冲阀组件的最终关闭运动。如前所示，裙部表面28a上的下游压力的作用方向使得阀组件移向其关闭位置，阀组件上的压力差由于流动阻力的升高而增加，从而随着阀组件接近其最终位置作用在裙部表面28a上的出口压力下降。
只须撤销控制孔CP1上的压力就可重新打开该控制阀，此时作用在阀件21上的进口压力会把阀组件推向图1所示打开位置。
也可撤销控制孔CP1上的压力并在控制孔CP2上施加压力而重新打开该阀。这样做时，室C3中的加压流体在活塞头24的上游面上生成一打开力，该力与进口压力在阀件21上生成的打开力一起，把阀组件移动到图1所示打开位置。
当进口压力很低或为零时可只用控制孔CP2重新打开该阀。也可与控制孔CP1一起使用该控制孔来调节或缓冲阀组件的运动。
当该阀关闭、在控制孔CP2上施加加压流体打开该阀时，密封圈39防止该加压流体经排气孔37和环形凹槽38流入缓冲室C4。因此，在开始打开阀时，只有室C3的表面积(决定于直径D1与D5之差)和作用在阀件21上的进口压力用来打开阀组件。但一旦阀杆23的密封32通过槽40的右端，室C3中的压力也作用于室C4，从而打开力增大。
密封圈39还可用来方便地分别控制一组关闭的阀。因此，如图5所示，并联在同一供气管44上的一组阀41-43可用与各阀的控制孔CP1连接的各导阀45-47和与所有阀的控制孔CP2连接的同一导阀48分别控制。因此，在用同一导阀48把压力(例如进口压力)加到所有控制孔CP2上时，只须用相应导阀45-47撤销加到相应控制孔CP1上的加压流体，就可相对下游管49关闭相应阀41-43。
图6-8示出一阀，其结构与上面结合图1-4所述相同，但作出若干修正而使该阀成为通常关闭的阀(在有进口压力作用其上时)，而不是如图1-4的结构那样通常打开的阀。通常关闭的阀的一个重大优点是，若控制压力***失灵，该阀自动关闭。为便于理解，与图1-4中相同的部件用同一标号表示。
结构上的一个改变是，图6-8的通常关闭的阀的阀件21中有一与阀杆中的轴向通道36a连通的轴向通道50，从而进口压力也加到作用在活塞头24的下游面上的室C1和作用在阀体21b的下游面上的室C2中，从而生成把阀组件移动到图6和7所示关闭位置的两力。另一个改变是无需使用经内圆筒12与室C1和C2连通的控制孔CP1，因此控制孔CP1用塞头塞住，只留下与室C3连通的控制孔CP2。又一个改变是，室C3经槽40和直径比图1-3中的排气孔37大的一孔51与室C4连通，图1-3中的密封圈32和39也省略。
图6-8结构包括一活塞52，其圆周上有若干等距分布的径向伸展安装凸片53用来安装到活塞24的下游端上。活塞52的上游端用端壁55封闭。其下游端可滑动地***在盖27的一圆柱形凹座56中，其上有一密封圈56a，从而形成另一室C5。室C5中有弹簧26，该室经排气孔35与大气连通。因此，图6-8中的排气孔35不象图1-3中那样用塞头塞住。
活塞52的端壁52与阀杆23中的轴向通道36a相间距，从而不堵住该轴向通道。该空间57经各安装凸片53之间的空间58(图6a，7)与室C1连通。因此进口压力经轴向通道50和36a以及空间57和58加到室C1。与图1-3一样，室C1所生成的压力也加到室C2，这两室中所生成的力与阀件21上由进口压力所生成的打开该阀的力方向相反而关闭该阀。但与图1-3的结构不同，室C1中生成的该关闭力因活塞52的外部横截面积而减小(因为室C5与大气连通)。该关闭力与室C3和C4中在经控制孔CP2施加控制压力时生成的打开力相反。
当图6-8所示控制阀与一供水管连接时，进口压力作用于阀件21的上游面，从而生成一打开该阀的力。但是，进口压力也经通道50和36a作用于室C1并经通道36b作用于室C2，从而生成关闭该阀的两力。这两个力加上表面28a上的下游压力(当阀不关闭时)生成的力和弹簧26生成的力比该打开力大，足以使该阀处于图6所示通常关闭位置。
当要打开图6-8的阀时，把一控制压力(例如进口压力)加到控制孔CP2。这一控制压力同时加到室C3和C4(经槽40和孔51加到室C4)，从而生成打开力，该打开力加上进口压力在阀件21的上游面上生成的打开力足以把阀组件移动到图8所示打开位置。当除去控制孔CP2上的压力时，该阀回到其通常关闭位置。
在所有其他方面，图6-8所示控制阀的结构和工作情况与上述大致相同。
图9和10示出其结构与图6-8所示阀相似的一通常关闭的阀。但在该例中，阀件21及其阀杆23中的轴向通道50经轴向通道36a伸展到阀杆23的下游端与后盖27之间的室C5。在图6-8的结构中室C5与大气连通，但在图9和10的结构中室C5不与大气连通，而是用阀杆23下游端的外表面与后盖27中的凹座61的内表面之间的密封圈60密封。因此在这一结构中，排气孔35(图8)用塞头塞住，而控制孔CP1(例如图1)与大气连通。
此外，阀件裙部28的外表面上有一密封圈62，内圆筒12供裙部***的环形凹座29的表面上有若干轴向伸展槽63使室C6与室C2连通。
可以看出，在图9和10的结构中，作用于阀件21的上游面上的进口压力所生成的打开力与由室C5、C2和室C6中的进口压力生成的关闭力之和大致平衡。因此，弹簧26生成的关闭力足以把阀组件移动到通常关闭位置。
在要打开该阀时，把一控制压力加到控制孔CP2(图8)，该控制压力通常为进口压力。在压力加到控制孔CP2上时，室C3和C4中生成一打开力，再加上进口压力在阀件21的上游面上生成的打开力，足以打开该阀。
在所有其他方面，图9和10所示通常关闭的阀的结构和工作情况与上面结合图6-8所述相同。
图11示出可用于上述任一控制阀的阀件21及其可与进口连接管13的圆锥形阀座19抵靠的环形弹性密封22的一种优选结构。图11a示出该环形弹性密封处于其初始关闭位置；图11b示出它处于其最终关闭位置；图11c示出该阀件如何消除震颤现象。
在图11中总的用22表示的环形弹性密封包括一圆锥形裙部70，其加厚外周71在该阀组件处于关闭状态时与圆锥形阀座19配合。圆锥形裙部70用一螺栓72夹紧在上游一边上的圆锥形阀盖21a与下游一边上与一档圈73抵靠的阀体21b之间，其圆锥形与阀件21的这两个部分的圆锥形相同。
阀体21b的上游面上有一环形凹槽75供该弹性密封22的加厚外周71的下游面嵌入。凹槽75呈梯形截面，包括一与圆锥形阀件21的上游面大致平行的底面75a和与阀组件20的纵向轴向大致平行的两相对侧面75b，75c。
凹槽75中***一锚定件77，其形状与该凹槽相配。此外，该锚定件上有一环形燕尾突肋76嵌入在密封圈22的加厚外周71的下游面上的相配燕尾槽78中。
密封圈22外周71的上游面有一厚度呈锥形的环形外段79，该厚度向外递减。环形段79包括一与圆锥形阀件21的上游面成钝角的环形内壁79a和一与圆锥形阀件21的上游面成更小钝角的环形外壁79b。环形段79的与圆锥形阀座19密封接触的外表面79c呈弧形。
阀盖21a的外端终止在弹性密封22的表面79a处，其形状与该表面相配。弹性密封22的环形外段79的由表面79b界定的外端通常与阀体21b的外端处的表面21c相间距。
随着阀件21接近圆锥形阀座19，弹性密封22的表面79c起初抵靠圆锥形阀座19(图11a)，弹性密封的这一部分然后在阀件21最终关闭时(图11b)变形而抵靠阀体21b的表面21c。从而如图11b所示，当该阀处于关闭位置时弹性密封22的表面79c紧抵阀体21b的表面21c而与阀座19紧紧密封。
图11所示阀封22的结构可把密封22牢牢固定在阀件21上，即使是在有很大的力把该密封从该阀件中拔出，特别是在该阀中有逆向流体流动时。此外，如图11c所示，密封22的外周具有足够的柔性，从而在该阀稍稍打开时流体使该外周相对圆锥形阀座19振动而调节流体的流动。这种结构在阀件接近其最终关闭位置时还可基本消除震颤。
图12-14所示管路控制阀包括一壳体110，该壳体包括一主圆筒112、上游端的一进口连接管113、下游端的一出口连接管114。这两个连接管113，114呈圆锥形，用一对带螺纹的连接圈115，116紧固到主圆筒112上。
进口连接管113包括一进口孔117，出口连接管114包括一出口孔118。进口连接管113的内表面上有一圆锥形阀座119与总的用120表示的阀件配合而控制流体从进口孔117到出口孔118的流动。
阀件120呈流体力学形。它包括可移向和移离圆锥形阀座119的一圆锥形阀盖121和一套在其外周上的环形弹性密封122。阀件120还包括一用螺纹连接到阀盖121的下游面上的阀杆123和阀盖121的下游面处的一阀体124。阀体124可紧抵一档圈125，从而当阀杆123用螺纹连接到阀杆121上时可把环形弹性密封122夹紧在阀盖121与阀体124之间。
阀杆123伸展在阀盖121的下游而***盖127中一圆柱形凹座126中，该盖抵靠出口连接管114而构成壳体110的后壁。
阀件120还包括一圆柱形裙部128，它与阀体124连成一体而伸展在该阀件的下游。圆柱形裙部128***在壳体112轴向上一圆柱形槽129中。
壳体112在圆柱形槽129的上游端有一径向伸展壁130。壁130的中央有一供阀杆123***的孔。
主壳体部112上有若干等距分布在圆周上的径向伸展突肋112a(图13、14)形成轴向伸展通道112b(图1 5)。盖127上同样有若干等距分布在圆周上的径向伸展蛛网臂127a形成通道127b。盖127的蛛网臂127a与壳体112的径向突肋112a对齐，从而该壳体中的轴向通道112b与该盖中的通道127b对齐，从而在阀件120处于打开位置时流体可从进口孔117流到出口孔118。出口连接管114的内表面呈圆锥形，蛛网臂127b的外表面如127c所示呈与之相配的圆锥形，因此蛛网臂在出口孔118的紧上游紧抵出口连接管114。
所示控制阀包括下列各密封：壳体112与其进口连接管113和出口连接管114之间的密封圈131和132；壳体壁130与阀杆123之间的密封圈133；盖127与阀杆123之间的密封圈134；盖127与壳体部112之间的密封圈135；阀裙部128的外表面与壳体部112的裙部插槽129的相应表面之间的密封圈136。
上述密封界定下列各室：(1)阀杆123的下游面123a和盖127中的圆柱形凹座126的各壁之间的控制室C1；(2)由阀体124的下游面、阀裙部128的内表面、壳体壁130的上游面以及阀杆123的在壳体壁130与阀体124之间、被阀裙部128围绕的部分界定的控制室C2；(3)由阀裙部128的下游面128a和壳体部112中的圆柱形槽129的各壁界定的控制室C3；以及(4)由壳体部112的内表面、其径向壁130的下游面、其盖127的上游面和阀杆123的在壁130与盖127之间的外表面界定的室C4。
阀件120中有一轴向通道140经阀盖121、阀体124和阀盖123通到阀杆下游端的室C1。从而进口压力经轴向通道140加到控制室C1而生成第一力，其方向把阀件120移动到其关闭位置。
阀杆123中有一从轴向通道140通到室C2的径向通道141。因此经轴向通道140加到室C1的进口压力同时经径向通道141加到室C2，从而生成第二力，其作用方向与室C1中生成的第一力的方向相同而把阀件120移动到其关闭位置。
室C3经壳体部112上沿阀裙部128内表面的若干纵向伸展槽142与室C2连通。因此加到室C2的进口压力同时经槽142加到室C3而生成第三力，其作用方向与室C1和C2中生成的力的方向相同，因此把阀件120移动到其关闭位置。
室C4经一穿过壳体部112中突肋112a之一的出气孔143与大气连通。因此它不生成作用在阀件上的力。
但室C4中有一驱动器把阀件驱动到打开位置或关闭位置。在图12-14所示例子中，该驱动器150为一电动机，其内表面上有与阀杆123的外表面上的螺纹152相配的螺纹151，因此电动机转动时，阀杆123、从而阀件121按照电动机的转动方向移动到打开位置或关闭位置。
图12-14所示阀的工作情况如下：设阀件处于如图12和13所示关闭位置，当把进口压力加到进口连接管117上时，进口压力生成一等于进口压力乘以阀件120的上游面的表面积的打开力。
另一方面，进口压力还(1)经轴向通道140加到控制室C1，(2)经径向通道141加到控制室C2，(3)经槽142加到控制室C3。因此，控制室C1中生成等于进口压力乘以阀杆123的下游面123a的表面积的第一力；室C2中生成等于进口压力乘以由裙部128的内表面和阀杆123的外表面界定的表面积的第二力；室C3中生成等于进口压力乘以裙部128的下游面128a的表面积的第三力。例如，从图13可见，室C1、C2和C3的有效表面积之和大致等于阀件120的上游面的表面积，因此三个控制室中生成的关闭力大致等于阀件120进口表面上生成的打开力而与之平衡。
因此，只有操作驱动器150才能打开或关闭该阀。由于上述诸力平衡，因此驱动器150的操作只须较少的能量就可把阀件120移动到关闭位置(图12，13)或打开位置(图14，15)。
图16和17所示阀的结构与结合图12-15所述大致相同，因此相同部件用同一标号表示。图16和17所示阀的主要不同在于，它不是由一内部电动机驱动，而是由一穿过壳体与阀件机械连接的外部电动机驱动。
因此，如图16和17所示，室C4中的转动传动件为一齿轮件160，它的内螺纹161与阀杆123的外螺纹啮合。齿轮件160上还有伞齿163与室C4中的一伞齿轮164啮合，该伞齿轮套在外部一电动机166的穿过壳体部112的主动轴165上，从而受该电动机的驱动。齿轮件160可转动地支撑在齿轮件160的外表面与壳体部112的对应表面之间的滚动轴承167、168上。
在所有其他方面，图16和17所示控制阀的结构和工作情况与结合图12-15所述大致相同。因此，如上所述，加到室C1、C2和C3的进口压力所生成的相同方向的关闭力与加到阀件120的上游面的进口压力所生成的打开力平衡。因此，电动机166只须很少能量就可把阀件移动到打开位置或关闭位置。
尽管以上结合若干优选实施例说明了本发明，但应看到，它们只是例示性的，可作出种种改动。例如，图11所示阀密封结构可用于上述任一管路阀结构中，但也可用于其他阀结构中。其他种种修正和应用是一目了然的。

Claims (50)

1、一种管路控制阀，包括：
一壳体，该壳体包括一进口孔、该进口孔下游的一出口孔和这两个孔之间的一阀座；
在所述壳体中的一阀组件，所述阀组件包括：一可移向和移离所述阀座的阀件，该阀件包括一面向该阀座的上游面和一面向该出口孔的下游面；
一固定在该阀件上并伸展在其下游的阀杆；
在该阀杆下游端上的一活塞头，其下游面与该壳体的第一表面界定第一控制室；
一固定在阀件上并伸展在其下游的圆柱形裙部，它围绕所述阀杆，但终止于不到所述活塞头处，与该阀件、该阀杆和该壳体的第二表面界定第二控制室；
所述壳体中的一流路，在该阀件打开时供流体在其中流动；
该阀杆中一连通所述第一与第二控制室的压力控制通道，从而所述第一室中的流体压力作用在活塞头的下游面上而把它和阀件推向所述阀座，所述第二室中的流体压力作用在阀件的下游面上而把它和阀件也向下推向所述阀座；活塞头的上游面和壳体的第三表面界定了第三控制室，从而其中的流体压力作用在活塞头的上游面上而把它和阀件推向阀件的离开所述阀座的打开位置；以及
一与流体压力源连接的和与所述第三室连通的控制孔，用来在其中施加流体而把阀件推向离开所述阀座的打开位置。
2、按权利要求1所述的阀，其特征在于，所述阀杆包括：一上游段，该上游段与所述阀件、其圆柱形裙部和壳体的所述第二表面界定所述第二控制室；以及一下游段，该下游段与该活塞头的上游面和壳体的所述第三表面界定所述第三控制室；所述下游段的外径大于所述上游段，从而生成一环形壁，所述环形壁、所述上游段的与该环形壁的邻接部分和所述壳体的第四表面界定一缓冲室，该缓冲室用来缓冲阀杆的运动并进而缓冲阀件向其关闭位置的运动。
3、按权利要求2所述的阀，其特征在于，所述缓冲室包括一在阀杆的外表面与壳体之间的密封以及一穿过阀杆而连通所述缓冲室与所述控制孔的小直径出气孔，从而经该控制孔排出该缓冲室中的流体，从而缓冲阀件向其关闭位置的运动。
4、按权利要求3所述的阀，其特征在于，所述小直径出气孔为一单向出气孔，因此只容许流体从所述缓冲室流到所述控制孔。
5、按权利要求3或4所述的阀，其特征在于，所述缓冲室的所述密封为一位于阀杆所述下游段外表面上第一部位处的密封圈，所述外表面上有一从所述控制孔伸展到所述阀杆外表面上一在所述第一部位与所述控制孔之间的第二部位的轴向伸展通道，从而缓冲室仅在阀件接近其关闭位置时才起缓冲作用。
6、按权利要求5所述的阀，其特征在于，所述轴向伸展通道包括若干在壳体的所述第三表面与阀杆下游段的外表面之间从所述第二部位轴向伸展到活塞头的上游面的凹座。
7、按权利要求1所述的阀，其特征在于，进一步包括一作用在活塞头的下游面上、把活塞头和阀件推向其关闭位置的弹簧。
8、按权利要求7所述的阀，其特征在于，所述弹簧***在活塞头的下游面与一抵靠壳体的在所述出口孔处的第五表面的盖之间；所述盖上有若干供流体流到所述出口孔的通道。
9、按权利要求1所述的阀，其特征在于，该阀组件的所述圆柱形裙部可在壳体中一轴向环形凹座中移动，该裙部的内表面与壳体之间密封而界定所述第二控制室，所述裙部的外表面与壳体之间不密封，从而在阀件处于打开位置时流体可在所述裙部与壳体之间流动。
10、按权利要求9所述的阀，其特征在于，所述阀座的直径大于所述裙部的内径，但小于所述裙部的外径。
11、按权利要求1所述的阀，其特征在于，壳体中的流体通道包括若干由所述壳体中若干径向伸展的突肋形成的轴向伸展通道。
12、按权利要求1所述的阀，其特征在于，所述阀件通常因所述进口孔处的流体加到阀件的上游面上的压力而处于打开位置；所述壳体包括另一个控制孔，该控制孔与所述第一控制室连通，从而在其中施加流体压力，其压力方向把阀件相对所述阀座移动到其关闭位置。
13、按权利要求1所述的阀，其特征在于，所述压力控制通道使阀件的上游面与活塞头的下游面连通，从而所述进口孔处的流体压力还作用在活塞头上，其方向通常把阀件移动到其关闭位置。
14、按权利要求13所述的阀，其特征在于，所述压力控制通道使阀件的上游面与活塞头外部区域的下游面连通。
15、按权利要求13所述的阀，其特征在于，所述压力控制通道使阀件的上游面与活塞头中心区域的下游面连通。
16、按权利要求1所述的阀，其特征在于，所述阀座呈直径向下游方向递增的圆锥形；所述阀件也呈圆锥形，其上有一环形弹性密封，该密封在阀件的关闭位置可紧抵所述圆锥形阀座。
17、按权利要求16所述的阀，其特征在于，所述阀件包括一上游阀盖和一下游阀体；所述环形弹性密封包括一夹紧在所述圆锥形阀盖与阀体之间的圆锥形裙部，所述环形弹性密封还包括一加厚外周，该外周包括一嵌入所述阀体外周一环形凹座中的内段和一外段，该外段的一环形表面露出在所述圆锥形阀盖旁而可与所述圆锥形阀座密封啮合。
18、按权利要求17所述的阀，其特征在于，阀体中的所述凹座包括一燕尾突肋，该燕尾突肋嵌入环形弹性密封所述加厚外周下游面中的一燕尾凹槽中。
19、按权利要求18所述的阀，其特征在于，阀体中的所述凹座向里与其外边缘间距，所述燕尾突肋形成在一***在阀体中的所述凹座中的锚定板上。
20、按权利要求19所述的阀，其特征在于，所述凹座的底面与圆锥形阀盖的上游面平行，其相对两侧面与阀组件的纵向轴线平行。
21、按权利要求17-20中任一权利要求所述的阀，其特征在于，环形弹性密封的所述环形外段的厚度呈向外递减的锥形，包括一与圆锥形阀盖的上游面成一钝角的内壁和一与圆锥形阀盖的上游面成一更小钝角的外壁；所述圆锥形阀盖的端面形状与环形弹性密封的所述内壁的形状相配而与之紧贴。
22、按权利要求21所述的阀，其特征在于，环形弹性密封的所述外段的外端位于所述阀体外端处外表面之上而通常与之间距，但可在关闭压力作用下变形而抵靠其上。
23、一种控制阀，包括：一壳体，该壳体包括一进口孔，该进口孔下游的一出口孔和这两个孔之间的一阀座；以及一可在该壳体中移动的阀组件；所述阀组件包括：一可移向和移离该阀座的阀件，所述阀件包括一面向该阀座的上游面和一面向该出口的下游面；所述阀座呈直径向下游方向递增的圆锥形；所述阀件上有一环形弹性密封，该密封在阀件处于关闭位置时可紧抵圆锥形阀座；所述阀件包括一上游圆锥形阀盖和一呈相配圆锥形的下游阀体；所述环形弹性密封包括一夹紧在圆锥形阀盖和阀体之间的圆锥形裙部；所述环形弹性密封还包括一加厚外周，该加厚外周的内段嵌入在所述阀体外周中的一环形凹座中，其外段有一露出在所述圆锥形阀盖旁的环形表面，以便与圆锥形阀座密封啮合。
24、按权利要求23所述的阀，其特征在于，阀体中的所述凹座包括一燕尾突肋，该燕尾突肋嵌入环形弹性密封所述加厚外周下游面中的一燕尾凹槽中。
25、按权利要求24所述的阀，其特征在于，阀体中的所述凹座向里与其外边缘间距，所述燕尾突肋形成在一***在阀体中的所述凹座中的锚定板上。
26、按权利要求25所述的阀，其特征在于，所述凹座的底面与圆锥形阀盖的上游面平行，其相对两侧面与阀组件的纵向轴线平行。
27、按权利要求23-26中任一权利要求所述的阀，其特征在于，环形弹性密封的所述环形外段的厚度呈向外递减的锥形，包括一与圆锥形阀盖的上游面成一钝角的内壁和一与圆锥形阀盖的上游面成一更小钝角的外壁；所述圆锥形阀盖的端面形状与环形弹性密封的所述内壁的形状相配而与之紧贴。
28、按权利要求27所述的阀，其特征在于，环形弹性密封的所述外段的外端位于所述阀体外端处外表面之上而通常与之间距，但可在关闭压力作用下变形而抵靠其上。
29、按权利要求1所述的阀，其特征在于，还包括：
一个安装到所述活塞头的下游面上的活塞，所述活塞具有一个封闭的上游端部和一个下游端部，所述下游端部被接受在所述壳体之内的一个圆柱腔的内部，并在其中界定了排出到大气的排出室。
30.根据权利要求29所述的阀，其特征在于，所述活塞以这样的方式被安装到活塞头的下游面上，即使在所述进口孔和所述活塞头的所述下游面之间压力连通。
31、按权利要求13所述的阀，其特征在于，还包括：
一个安装到所述活塞头的下游面上的活塞，所述活塞具有一个封闭的上游端部和一个下游端部，所述下游端部被接受在所述壳体之内的一个圆柱腔的内部，并在其中界定了排出到大气的排出室。
32.根据权利要求31所述的阀，其特征在于，所述活塞以这样的方式被安装到活塞头的下游面上，即使在所述进口孔和所述活塞头的所述下游面之间压力连通。
33.一种控制一加压流体的流动的管路控制阀，包括：
一壳体，该壳体包括一进口孔，该进口孔下游的一出口孔和这两个孔之间的一阀座；
一可相对阀座移动到打开和关闭位置的阀件，该阀件包括一面向该阀座的上游面和一面向该出口的下游面，所述壳体的各表面与该阀件的各下游面界定了阀件下游的控制室装置；阀件中从其上游面到下游面的一通道，该通道与所述控制室装置连通，从而将进口孔处的流体的进口压力加到控制室装置而生成一把阀件推到其关闭位置的关闭力，该关闭力的方向与作用在阀件上游面上的进口压力所生成的把阀件推向其打开位置的打开力相反；以及
一把阀件推动到其打开位置和关闭位置的驱动器；其中
所述阀件包括：一阀体，其外周上套有一弹性密封，该密封在阀件处于关闭位置上与所述阀座啮合；以及一固定在该阀体上并伸展在其下游的阀杆；所述控制室装置包括由壳体的第一表面和所述阀杆的下游面界定的第一控制室；所述通道包括一穿过所述阀体和阀杆而与所述第一控制室连通的轴向孔，以便把进口压力加到所述第一控制室而生成与所述打开力相反的第一关闭力。
34、按权利要求33所述的阀，其特征在于，所述阀件还包括一固定在阀体上并伸展在其下游的圆柱形阀裙部，该阀裙部围绕阀杆，但与之间距；所述控制室装置包括由壳体的第二表面、所述阀裙部、阀杆的受围绕部分和阀体下游面的阀杆与阀裙部之间部分界定的第二控制室，所述通道包括阀杆上一从所述轴向孔通向所述第二控制室的径向孔，以便把进口压力加到所述第二控制室而生成与所述打开力相反的第二关闭力。
35、按权利要求34所述的阀，其特征在于，所述阀裙部***在所述壳体的一轴向圆柱形凹座中；所述控制室装置包括由所述壳体的第三表面和所述阀裙部的下游面界定的第三控制室，该第三控制室与所述第二控制室连通，从而所述第二控制室中的所述进口压力也被加到所述第三控制室而生成与所述打开力相反的第三关闭力。
36、按权利要求35所述的阀，其特征在于，所述第一、第二和第三控制室中接受所述进口压力的下游面的总面积等于阀件接受进口压力的上游面的面积，因此，所述第一、第二和第三关闭力之和大致等于所述打开力。
37、按权利要求34所述的阀，其特征在于，阀裙部的外表面与壳体凹座之间有一密封圈以界定所述第三控制室，阀裙部的内表面与壳体凹座之间有一通道使所述第三控制室与所述第二控制室连通。
38、按权利要求37所述的阀，其特征在于，所述通道包括若干轴向伸展、周向分布的凹槽，该凹槽形成在面对所述阀裙部内表面的凹座的壳体表面上。
39、按权利要求33所述的阀，其特征在于，壳体的与阀杆下游面界定所述第一室的第一表面为一盖，该盖包括一供阀杆下游端***的圆柱形凹座和若干径向伸展蛛网臂，所述各臂之间形成通向出口孔的通道。
40、按权利要求39所述的阀，其特征在于，所述盖为一独立件，所述第一控制室中的进口压力使其蛛网臂压靠壳体邻接所述出口孔的内表面。
41、按权利要求40所述的阀，其特征在于，壳体的邻接所述出口孔的所述内表面和所述蛛网臂的与之抵靠的外表面呈相配的圆锥形。
42、按权利要求40所述的阀，其特征在于，所述壳体包括若干与该盖的蛛网臂对齐的径向伸展突肋，其间形成轴向通道，这些通道在阀件打开时供流体从所述进口孔流到所述出口孔。
43、按权利要求42所述的阀，其特征在于，所述壳体与所述盖和阀杆的一下游部分界定第四室，所述第四室与大气连通。
44、按权利要求43所述的阀，其特征在于，所述第四室经一穿过壳体中所述突肋之一中的出气孔与大气连通。
45、按权利要求43所述的阀，其特征在于，所述壳体包括一径向伸展壁，该壁有一供阀杆穿过的孔，该壁界定所述第二和第四室。
46、按权利要求43所述的阀，其特征在于，所述驱动器包括一位于所述第四室中的传动件。
47、按权利要求46所述的阀，其特征在于，所述传动件为一转动传动件，其上有与阀杆下游部分上的螺纹配合的螺纹，从而该传动件以一方向转动时把阀件移动到其关闭位置，而以相反方向转动时把阀件移动到其打开位置。
48、按权利要求47所述的阀，其特征在于，所述转动传动件为壳体的所述第四室中的一电动机。
49、按权利要求47所述的阀，其特征在于，所述转动传动件为所述壳体外部一与壳体的所述第四室中的所述转动传动件机械连接的电动机。
50、按权利要求33所述的阀，其特征在于，所述阀杆和所述阀件呈相配的圆锥形。
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