多級閥系統的製作方法

2023-08-10 14:39:36 1

專利名稱：多級閥系統的製作方法
技術領域：
本發明涉及多級閥系統，且更具體地涉及可操作以致動壓力致動閥的多級閥系統。
背景技術：
先導致動閥系統大體上是本領域中公知的並且能夠被用於很廣泛的應用。在一些應用中，先導閥被用於控制先導流體，該先導流體被用於致動壓力致動主控制閥。壓力致動閥通常包括偏壓活塞或其他元件，該偏壓活塞或其他元件在由加壓流體源作用時致動該閥。通常，先導閥控制先導流體，該先導流體的壓力比由主控制閥控制的操作處理流體的壓力要小得多。通過利用其壓力比由主控制閥控制的處理流體的壓力低的先導流體，需要更少的力來致動該先導閥。在先導閥包括螺線管致動先導閥的情形中，這尤其是真實的。在一些情況下，供應給螺線管致動先導閥的功率可能受限，以便降低功耗且因此降低成本，或 者是由於政府或其他監管機構規定的一些功率規章。先導流體可包括氣動流體和液壓流體等。被用作先導流體的特殊流體可取決於特殊應用。先導致動閥系統的一種具體用途是控制用於吹塑系統的處理氣體。吹塑是用於將預成形件模製成期望產品的大體公知工藝。預製件呈大體管狀的形狀，一端具有開口以用於引入加壓氣體(通常，空氣)；然而，可以使用其他氣體。一種具體類型的吹塑是拉伸吹塑(SBM)。在SBM應用中，閥組提供高壓氣體和低壓氣體兩者，以使得預製件膨脹到模腔中。模腔包括期望產品的外形。SBM能夠被用於很廣泛的應用；然而，最廣泛使用的應用之一是用於生產聚對苯二甲酸乙二酯(PET)產品，例如飲料瓶。通常，SBM工藝利用低壓流體源以及拉伸杆，該拉伸杆被插入到預成形件中以沿縱向和徑向向外的方向拉伸該預成形件，並接著使用高壓流體源以使得該預成形件膨脹到模腔中。能夠利用多級閥系統來控制低壓和高壓流體源中的每一個。得到的產品通常是中空的，其外形與模腔的形狀相一致。預成形件中的氣體然後通過一個或多個排出閥被排出。在每個吹塑循環期間，該工藝重複進行。能夠理解的是，對於當前能夠實現的塑造循環的高速，在每個塑造循環期間甚至很小的能量損失能夠導致操作成本的顯著增加。結果，該閥系統通常使用多級閥系統，該多級閥系統包括兩級先導系統以控制主控制閥。兩級先導系統與單級先導系統相比通常是優選的，以便使得電磁閥所需的功率最小化。現有技術多級閥系統的一個示例在圖I中被示出。圖I示出了現有技術多級閥系統100的示意圖。能夠理解的是，省除了閥系統100的許多細節，以便簡化該示意圖。如所示的，多級閥系統100包括兩級先導系統以控制主控制閥103。多級閥系統100包括第一先導閥101、第二先導閥102以及主控制閥103。雖然第一和第二先導閥包括3/2 (三埠，二位置)閥並且主控制閥103包括2/2閥，但是其他構造是已知的。能夠理解的是，主控制閥103能夠如下所述被致動，以便控制處理流體源。當在SBM應用中使用兩級先導閥系統100時，主控制閥103能夠被用於控制例如到/來自模腔(未示出)的處理流體源。
根據現有技術閥系統100，第一先導閥101包括彈簧偏壓的螺線管致動3/2閥。第一先導閥101包括螺線管104、復位彈簧105、供應埠 106、先導埠 107以及排出埠108。根據現有技術系統100，供應埠 106能夠經由管道110與先導流體源109連通。先導埠 107能夠經由管道111與第二先導閥102連通。在所示的示意圖中，當螺線管104被停用時，彈簧105將第一先導閥101朝向第一位置偏壓。在第一位置中,供應埠 106關閉與先導埠 107斷開，而先導埠 107能夠與排出埠 108連通。結果，管道111中的流體壓力能夠通過排出埠 108排出。如能夠看到的，設置管道112，該管道從與先導壓力源109流體連通的管道110分支。管道112提供在管道110與第二先導閥102的供應埠 113之間的流體連通路徑。還設置管道116。管道116從管道112分支並且提供管道112與第二先導閥102的第一偏壓活塞117之間的流體連通。如本領域總體上已知的，壓力致動閥(例如，壓力致動閥102、103)能夠包括偏壓構件，例如，偏壓活塞117。流體壓力能夠作用在偏壓活塞上，以便致動該閥。偏壓活塞的截面以及作用在偏壓活塞上的流體壓力確定致動該閥的力。在如圖I所示的現有技術多級閥系統100中，第二先導閥102包括第一偏壓活塞117和第二偏壓活塞118。如能夠看到的，只要流體從先導壓力源109被提供，壓力就作用在·第一偏壓活塞117上。結果，當螺線管104被停用時，通過來自管道116的作用在第一偏壓活塞117上的流體，第二先導閥102被致動到第一位置。當第二先導閥102處於第一位置時，供應埠 113與先導埠 114隔離，並且先導埠 114與排出埠 115流體連通。類似地，通過來自管道124的作用在第一偏壓活塞125上的流體，主控制閥103被致動到第一位置，該管道124從處理流體管道123分支。如所示的，處理流體管道123與處理流體源122流體連通。在致動螺線管104之後，第一先導閥101被致動到第二位置，在該第二位置中，供應埠 106能夠與先導埠 107連通。在第二位置中，從先導流體源109傳輸的壓力能夠經由管道110、供應埠 106、先導埠 107和管道111與第二先導閥102的第二偏壓活塞118連通。在先導流體源109與第二偏壓活塞118流體連通的情況下，第二先導閥102能夠被致動到第二位置。通過提供第二偏壓活塞118的截面面積大於第一偏壓活塞117的截面面積，這通常是可能的。結果，即使例如由於在第一先導閥101中的較小額定孔而使得管道111中的流量小於管道116中的流量，由作用在第二偏壓活塞118上的先導流體提供的力能夠大於由作用在第一偏壓活塞117上的先導流體提供的力。在一些現有技術系統中，第一和第二活塞117、118可以經由例如公共閥芯被聯接。當第二先導閥102被致動到第二位置時，排出埠 115與先導埠 114隔離，並且供應埠 113被使得與先導埠 114流體連通。在先導埠 114與供應埠 113流體連通的情況下，先導流體能夠經由管道119作用在主控制閥103上。根據現有技術閥系統100，管道119提供在第二先導閥102的先導埠 14與主控制閥103的第二偏壓活塞126之間的流體連通路徑。如能夠看到的，主控制閥103包括具有第一流體埠 120和第二流體埠 121的流體致動2/2閥。主控制閥103經由管道123控制來自處理流體源122的加壓處理流體流。主控制閥103還包括從管道123分支的另一管道124。管道124提供在管道123與主控制閥103的第一偏壓活塞125之間的流體連通路徑。因此，管道124向第一偏壓活塞125提供壓力，以便將主控制閥103致動到第一位置。如所示的，在第一位置中，第一和第二埠120、121彼此流體連通，且因此來自處理流體源122的處理流體能夠被傳送通過主控制閥
103。如上所述，在致動螺線管104之後，加壓先導流體通過第二先導閥102被提供到主控制閥103的第二偏壓活塞126。在先導流體作用在第二偏壓活塞126上的情況下，主控制閥103被致動到第二位置，在該第二位置中，第一和第二埠 120、121彼此隔離。出於許多原因，可能期望採用兩級先導系統，例如用於多級閥系統100中的。提供兩級先導系統的一個原因在於增加施加到主控制閥103上的壓力，同時最小化致動螺線管104所需的功率。例如，第一先導閥101的額定孔徑可能比第二先導閥102的額定孔徑小得多。結果是，可能限制通過第一先導閥101的流量，由此減少致動第一先導閥101所需的功率。這允許先導流體具有更高的壓力同時最小化螺線管104的尺寸。第一和第二偏壓活塞117、118的尺寸能夠被簡單地調節，以便允許作用在第二偏壓活塞118上的壓力的力克服作用在第一偏壓活塞117上的壓力的力。能夠增加第二先導閥102的額定孔徑，以便允 許更大的流率通過第二先導閥102，由此允許更大的流量被施加到主控制閥103的第二偏壓構件126。雖然在一些情況下多級閥系統可能是期望的，但是現有技術多級閥系統100具有許多缺點。一個缺點在於，由於處理流體源122和先導流體源109之間的壓差，與主控制閥103的第一偏壓活塞125相比，第二偏壓活塞126需要具有相對更大的截面面積。這是因為需要使得由作用在第二偏壓活塞126上的加壓先導流體提供的力大於由作用在第一偏壓活塞125上的加壓處理流體提供的力。用於第二偏壓活塞126所需的擴大截面導致大得多的閥組，由此顯著地增加了與製造閥系統100相關的成本。此外，如果存在處理流體源或先導流體源的壓力變化，那麼第一偏壓活塞125與第二偏壓活塞126的截面面積的比可能不再提供正確且有效地致動閥所需的期望力。因此，如圖I所示的現有技術兩級先導閥系統100由於壓力變化而遭受上述問題。本發明克服這些問題以及其他問題，並實現本領域的進步。本發明提供多級閥系統，該多級閥系統採用處理流體而不是先導流體以將主控制閥在兩個或更多個位置之間致動。結果，第一和第二偏壓活塞的截面面積能夠在大壓力範圍內保持恆定。此外，由於大致相同的壓力作用在主控制閥的第一和第二偏壓活塞上，因此第二偏壓活塞的截面面積能夠比現有技術的閥系統100顯著更小。因此，能夠顯著地減少閥組的尺寸。此外，本發明採用處理流體以沿第一方向將第二先導閥偏壓到第一位置。第二先導閥還控制至主控制閥的處理流體的流量，而不是控制如現有技術設計中的先導流體。

發明內容
根據本發明的實施方式，提供了一種包括先導流體源和處理流體源的多級閥系統。所述多級閥系統包括第一先導閥，所述第一先導閥包括與所述先導流體源流體連通的第一埠和與所述第一埠選擇性地流體連通的第二埠。所述多級閥系統還包括第二先導閥。根據本發明的實施方式，所述第二先導閥包括與所述處理流體源流體連通的第一埠以及與所述第一埠選擇性地流體連通的第二埠。所述第二先導閥還包括與所述處理流體源流體連通的第一壓力致動偏壓構件以及與所述第一先導閥的所述第二埠流體連通的第二壓力致動偏壓構件。根據本發明的實施方式，所述多級閥系統還包括主控制閥。所述主控制閥能夠包括與所述處理流體源流體連通的第一埠以及與所述第一埠選擇性地流體連通的第二埠。所述主控制閥還能夠包括與所述處理流體源流體連通的第一壓力致動偏壓構件以及與所述第二先導閥的所述第二埠流體連通的第二壓力致動偏壓構件。根據本發明的實施方式，提供一種控制多級閥系統的主控制閥的方法，所述多級閥系統包括先導流體源和處理流體源。所述方法包括以下步驟將第一先導閥致動到第一位置；以及經由所述第一先導閥排出與第二先導閥的第二壓力致動偏壓構件流體連通的先導流體。所述方法還包括以下步驟將處理流體從處理流體源供應到所述第二先導閥的第一壓力致動偏壓構件，以將所述第二先導閥致動到第一位置。根據本發明的實施方式，所述方法還包括以下步驟通過所述第二先導閥排出與所述主控制閥的第二壓力致動偏壓構件流體連通的處理流體。根據本發明的實施方式，所述方法還包括以下步驟將處理流體從所述處理流體源供應到所述主控制閥的第一壓力致動偏壓構件，以將所述主控制閥致動到第一位置。根據本發明的一個方面，包括先導流體源和處理流體源的多級閥系統包括
第一先導閥，所述第一先導閥包括與所述先導流體源流體連通的第一埠和與所述第
一埠選擇性地流體連通的第二埠；
第二先導閥，所述第二先導閥包括
與所述處理流體源流體連通的第一埠；
與所述第一埠選擇性地流體連通的第二埠；
與所述處理流體源流體連通的第一壓力致動偏壓構件；
與所述第一先導閥的所述第二埠流體連通的第二壓力致動偏壓構件；
主控制閥，所述主控制閥包括
與所述處理流體源流體連通的第一埠；
與所述第一埠選擇性地流體連通的第二埠；
與所述處理流體源流體連通的第一壓力致動偏壓構件；以及 與所述第二先導閥的所述第二埠流體連通的第二壓力致動偏壓構件。優選地，所述第一先導閥還包括與所述第二埠選擇性地流體連通的第三埠。優選地，所述第二先導閥還包括與所述第二埠選擇性地流體連通的第三埠。優選地，所述多級閥系統還包括偏壓構件和螺線管，所述偏壓構件適於將所述第一先導閥朝向第一位置偏壓，所述螺線管適於將所述第一先導閥朝向第二位置偏壓。優選地，所述第二先導閥的所述第一壓力致動偏壓構件的截面面積小於所述第二先導閥的所述第二壓力致動偏壓構件的截面面積。優選地，所述主控制閥的所述第一壓力致動偏壓構件的截面面積小於所述主控制閥的所述第二壓力致動偏壓構件的截面面積。根據本發明的另一方面，一種控制多級閥系統的主控制閥的方法，所述多級閥系統包括先導流體源和處理流體源，所述方法包括以下步驟
將第一先導閥致動到第一位置；
通過所述第一先導閥排出與第二先導閥的第二壓力致動偏壓構件流體連通的先導流
體；將處理流體從處理流體源供應到所述第二先導閥的第一壓力致動偏壓構件，以將所述第二先導閥致動到第一位置；
通過所述第二先導閥排出與所述主控制閥的第二壓力致動偏壓構件流體連通的處理流體；以及
將處理流體從所述處理流體源供應到所述主控制閥的第一壓力致動偏壓構件，以將所述主控制閥致動到第一位置。優選地，所述方法還包括以下步驟當所述主控制閥處於第一位置時，將來自所述主控制閥的第一埠的處理流體源傳送到所述主控制閥的第二埠。優選地，所述方法還包括以下步驟
將所述第一先導閥致動到第二位置，以打開從所述先導流體源到所述第二先導閥的第二壓力致動偏壓構件的流體連通路徑。 優選地，所述方法還包括以下步驟
將處理流體供應到所述第二先導閥的所述第二壓力致動偏壓構件，以將所述第二先導閥致動到第二位置，由此打開從所述處理流體源到所述主控制閥的第二壓力致動偏壓構件的流體連通路徑。優選地，所述方法還包括以下步驟
將處理流體供應到所述主控制閥的第二壓力致動偏壓構件，以將所述主控制閥致動到
第二位置。優選地，將所述第一先導閥致動到第二位置的步驟包括致動螺線管。


圖I示出了現有技術的多級閥系統的示意圖。圖2示出了根據本發明實施方式的多級閥系統的示意圖。圖3示出了包括多個多級閥系統的閥組的局部截面圖。圖4示出了根據本發明實施方式的多級閥系統的局部截面圖。
具體實施例方式圖2-4以及下述說明描述了用於教導本領域技術人員如何實現以及利用本發明的最佳模式的具體示例。為了教導本發明原理的目的，一些常規方面被簡化或省除。本領域技術人員將認識到落入本發明範圍內的這些示例的變形。本領域技術人員將認識到下述特徵能夠以各種方式組合以形成本發明的多種變化。結果是，本發明不局限於下述的具體示例，而僅僅由權利要求書及其等同物限定。圖2示出了根據本發明實施方式的多級閥系統200。圖2以示意圖形式示出了多級閥系統200，且因此應當理解的是，圖2提供簡化附圖。多級閥系統200包括兩級先導系統；但是應當理解的是，能夠提供多於兩個先導閥。雖然多級閥系統200與多級閥系統100在一些方面類似，但是與現有技術閥系統相比，兩級先導閥系統200的流路以及因此其操作是改進的。多級閥系統200採用由先導流體源209提供的加壓先導流體以及由處理流體源222提供的加壓處理流體。應當理解的是，先導流體和處理流體可以包括相同類型的流體(例如，空氣)或者可以包括不同的流體。雖然空氣是可以被使用的一類流體，但是本發明應當不局限於氣動系統，而是本系統可以被用於控制氣動系統、液壓系統等。在許多實施方式中，先導流體將被提供成其壓力大致小於處理流體的壓力。例如在一個實施方式中，先導流體可以包括大約6巴(87 psi)的壓力，而處理流體以大約40巴(580 psi)的壓力被供應。具體壓力僅僅是一個實施方式的示例，並且本發明絕不局限於上述壓力。在其他實施方式中，先導流體的壓力可以大於或等於處理流體的壓力。 根據本發明的實施方式，多級閥系統200包括第一先導閥201、第二先導閥202和主控制閥203。根據本發明的實施方式，第一先導閥201包括第一級，而第二先導閥202包括多級閥系統的第二級。在所示的實施方式中，主控制閥203包括多級閥系統200的第三級。根據本發明的一個實施方式，多級閥系統200可以用於控制用於吹塑系統(具體地，拉伸吹塑系統)的處理流體。然而，應當理解的是，多級閥系統200不局限於SBM應用，而是本發明可以用於需要加壓流體的受控傳輸的各種應用。根據本發明的實施方式，第一先導閥201包括螺線管204和偏壓構件205。根據本發明的實施方式，偏壓構件205能夠偏壓第一先導閥201到第一位置，而螺線管204能夠偏壓第一先導閥201到第二位置。雖然偏壓構件205被示出為包括偏壓彈簧，但是在其他實施方式中，偏壓彈簧205和/或螺線管可以被替換為其他偏壓裝置，例如第二螺線管、不同的先導壓力、按鈕和柱塞等。因此，本發明應不局限於需要使得第一先導閥201包括螺線管和偏壓彈簧205。根據本發明的實施方式，第一先導閥201還包括多個流體埠 206-208。在所示的實施方式中，第一先導閥201包括供應埠 206、先導埠 207和排出埠 208。在所示的實施方式中，第一先導閥201包括3/2 (三埠，二位置)閥；然而，應當理解的是，其他構造當然是可能的。因此，本發明應當不局限於3/2閥。此外，雖然第一先導閥201被示出為當螺線管被致動時，先導埠 207通常供排出並且與供應埠 206流體連通；但是應當理解的是，埠的取向能夠顛倒，即供應埠 206能夠通常與先導埠 207流體連通。如所示的，先導埠 207可選擇性地與供應埠 206或排出埠 208流體連通。根據本發明的實施方式，供應埠 206提供用於與先導供應流路210流體連通的接口。應當理解的是，流路210以及下述各種附加流路可以包括在閥中形成的管道或內部通道。先導流體供應流路210提供先導流體源209與第一先導閥201的供應埠 206之間的流體連通路徑。根據本發明的實施方式，兩級先導閥系統200還包括第二先導閥202。根據本發明的實施方式，第二先導閥202包括壓力致動閥。第二先導閥202可以包括例如壓力致動滑閥。根據所示的實施方式，第二先導閥202包括3/2閥；但是其他閥構造也是可能的，並且本發明應當不局限於3/2閥。根據本發明的實施方式，第二先導閥202包括供應埠 213、先導埠 214和排出埠 215。根據本發明的實施方式，第二先導閥202還包括第一和第二壓力致動偏壓構件217和218。在所示的實施方式中，第一和第二壓力致動偏壓構件包括偏壓活塞217和218 ;然而，可以使用其他偏壓構件，例如隔膜。利用第一和第二壓力致動偏壓活塞217和218，第二先導閥202能夠在第一位置和至少第二位置之間被致動。根據如圖2所示的實施方式，通過供應來自處理流體源222的加壓處理流體，第二先導閥202能夠被致動到第一位置。根據所示的實施方式，處理流體源222能夠經由流路223、212、216與第一壓力致動的偏壓活塞217連通。如所示的，流路223提供從處理流體源222至主控制閥203的流體連通路徑。流路212從流路223分支並且提供從流路223至第二先導閥202的供應埠 213的流體連通路徑。流路216從流路212分支並且提供從流路212至第二先導閥202的第一壓力致動偏壓活塞217的流體連通路徑，以將第二先導閥202偏壓到第一位置。根據所示的實施方式，在第一位置中，供應埠 214與排出埠 215流體連通。根據本發明的實施方式，通過將加壓先導流體供應到第二壓力致動偏壓活塞218，第二先導閥202能夠被致動到第二位置。根據所示的實施方式，在第二位置中，供應埠213與先導埠 214流體連通。因此，先導埠 214選擇性地與供應埠 213或排出埠215流體連通。應當理解的是，第二先導閥202的埠構造能夠顛倒，其中當第二先導閥202處於第二位置中時，該先導埠 214與排出埠 215流體連通。因此，在附圖以及下文示出的具體構造絕不應當限制本發明的範圍。根據本發明的實施方式，多級閥系統200還包括主控制閥203。雖然主控制閥203被示出為包括2/2閥，但是應當理解的是，主控制閥203可以包括其他構造，例如3/2閥。主控制閥203包括第一埠 220和第二埠 221。第一埠 220經由流路223與處理流體源222流體連通。第二埠 221能夠與處理流體接收裝置(未示出)流體連通，所述處理流 埠 220流體連通。根據本發明的實施方式，主控制閥203還包括第一和第二壓力致動偏壓構件，例如偏壓活塞225、226。如上所述，第一和第二壓力致動偏壓構件不必要包括活塞，而是可以使用其他部件，例如隔膜。根據本發明的實施方式，流路224提供處理流體源流路223與第一壓力致動的偏壓活塞225之間的流體連通路徑。因此，第一壓力致動偏壓構件225與處理流體源222流體連通。在操作中，第一和第二先導閥201、202能夠被致動以控制主控制閥203的致動。當螺線管204被停用時，偏壓構件205將第一先導閥201偏壓到第一位置。根據所示的實施方式，在第一位置中，第一先導閥201的供應埠 206和先導埠 207彼此不流體連通。而是，先導埠 207與排出埠 208流體連通。結果，流路211中的作用在第二先導閥202的第二壓力致動偏壓活塞218上的流體壓力被釋放。雖然作用在第二壓力致動偏壓活塞218上的先導流體被排出，但是處理流體被供應到第一壓力致動偏壓活塞217。在作用在第二先導閥202的第二壓力致動偏壓活塞218上的壓力被釋放的情況下，藉助作用在第一壓力致動偏壓活塞217上的加壓處理流體，第二先導閥202能夠被致動到第一位置。如能夠看到的，當由處理流體源供應處理流體時，處理流體能夠流經流路223、212、216，以作用在第一壓力致動偏壓活塞217上。根據所示的實施方式，在第二先導閥202處於第一位置中的情況下，供應埠 213與先導埠 214隔離。先導埠 214與排出埠 215流體連通。結果，流路219中的流體能夠排出。根據本發明的實施方式，在流路219中的流體被排出的情況下，由供應到主控制閥203的第一壓力致動偏壓活塞225上的處理流體產生的力容易地將主控制閥203偏壓到第一位置。如能夠在所示的實施方式中看出的，藉助流路224中的加壓處理流體來提供作用在第一壓力致動偏壓活塞225上的力，該流路224從處理流體流路223分支。因此，也由主閥203控制的處理流體作用在第一壓力致動偏壓活塞225上，以將主控制閥203致動到第一位置。根據本發明的一個實施方式，在第一位置中，主控制閥203提供第一和第二埠220、221之間的流體連通路徑。因此，處理壓力可以作用在與主控制閥203流體連通的裝置上。根據其他實施方式，主控制閥203可以構造成使得在第一位置中，第一和第二埠 220、221之間的流體連通被大致關閉。因此，本發明應當不局限於這樣的實施方式，在該實施方式中，主控制閥203的第一位置提供在第一和第二埠 220、221之間的流體連通路徑，即主控制閥203不局限於常開閥。根據本發明的實施方式，為了將主控制閥203致動到第二位置，第一先導閥201能夠被致動到第二位置。根據一個實施方式，通過致動螺線管204，第一先導閥201能夠被致動到第二位置；然而，如上所述，第一先導閥201可以利用其它已知的致動器來致動。在致動螺線管204之後，第一先導閥201被致動到第二位置。根據所示的實施方式，在第二位置中，供應埠 206和先導埠 207被使得彼此流體連通。因此，由先導流體源209提供的加壓先導流體通過第一先導閥201和流路211被供應到第二先導閥202的第二壓力致動偏壓活塞218。根據本發明的實施方式，第二壓力致動偏壓活塞218能夠定尺寸成使得作用在其上的先導流體產生的力比由作用在第一壓力致動偏壓活塞217上的處理流體產生的力更大。因此，在先導流體作用在第二壓力致動偏壓活塞218上的情況下，第二先導閥202能夠被致動到第二位置。根據本發明的實施方式，在第二先導閥202被致動到第二位置的情況下，處理流·體從供應埠 213被供應到先導埠 214。處理流體流經第二先導閥202到流路219，在流路219中，處理流體被供應到主控制閥203的第二壓力致動偏壓活塞226。根據本發明的實施方式，主控制閥203的第一和第二壓力致動偏壓活塞225、226能夠被選擇成使得當加壓處理流體作用在第一和第二壓力致動偏壓活塞225、226上時，主控制閥203能夠被致動到第二位置。例如，第二壓力致動偏壓活塞226的截面面積可以比第一壓力致動偏壓活塞225的截面面積更大。在所示的實施方式中，當主控制閥203處於第二位置時，主控制閥203關閉第一和第二埠 220、221之間的流體連通。應當理解的是，本發明的多級閥系統200有利地使用處理流體以將第二先導閥202致動到第二位置。類似地，處理流體被用於將主控制閥203致動到第一位置和第二位置。由於處理流體被用於作用在主控制閥203的第一和第二壓力致動偏壓活塞225、226上，因此第一和第二活塞225、226的截面面積的比能夠保持大致恆定，而與處理流體壓力無關。這與現有技術的系統形成對比，現有技術的系統例如是由於偏壓活塞225、226的截面面積原因而僅能夠操作在有限的壓力範圍內的現有技術閥系統100。此外，偏壓活塞225,226的截面面積能夠大致減少，這是因為相同壓力或大致相同的壓力都作用在偏壓活塞225、226 二者上。因此，與主控制閥203相關的閥組的總尺寸能夠顯著減少。圖3和圖4示出了根據本發明實施方式的多級閥系統200的局部截面圖。在圖3中，示出了多個閥系統，這些閥系統被連接到主閥組330。如所示的，多個第一先導閥201A-201N被聯接到主閥組330。雖然示出了五個第一先導閥，但是閥組(例如，閥組330 )可以包括任何數量的第一先導閥。在圖3中還示出第二先導閥202A的局部截面圖。應當理解的是，圖3示出了多級閥系統200的簡化形式，且因此並未示出全部的流體流路。此外，應當理解的是，主控制閥203在圖3中未被示出；然而，主控制閥203的一部分在圖4中被示出。如上所述，每個第一先導閥201包括供應埠 206、先導埠 207和排出埠 208。同樣在圖3中示出了多個電觸頭331。電觸頭331能夠被聯接到電源，以向例如第一先導閥201的螺線管104供應功率。基於螺線管104的致動，先導閥207能夠與供應埠 206或排出埠 208流體連通。供應埠 206還與流路210流體連通，流路210能夠被聯接到先導流體源209。根據在圖3和圖4中示出的實施方式，當螺線管104被致動時，先導流體能夠流經流路211到達第二壓力致動偏壓活塞218。在圖3和圖4中，第二壓力致動偏壓活塞218還包括隔膜318。在一些實施方式中，隔膜318可能是優選的，因為與滑動密封件(例如，0形圈密封件)相比，隔膜通常引發更少的摩擦。然而在其他實施方式中，可以提供0形圈密封件或一些其他類型的密封構件。在另外的實施方式中，隔膜318可以包括僅壓力致動的偏壓構件並且取代活塞。與先導流體相反地起作用的是處理流體，該處理流體通過流路216進入到第二先導閥202中。處理流體作用在第一壓力致動偏壓活塞217上，在圖3和圖4中，該第一壓力致動偏壓活塞包括球形構件。處理流體所產生的壓力迫使球217抵靠活塞座340以形成大 致防流體洩漏的密封。第一壓力致動偏壓活塞217和活塞座340之間的防流體洩漏的密封阻斷了供應埠 213和先導埠 214之間的流體連通。根據本發明的實施方式，當第一先導閥201被致動到第二位置時，先導流體被供應到第二壓力致動偏壓活塞218。由於第一和第二壓力致動偏壓活塞217、218藉助聯接構件341聯接，因此作用在第二壓力致動偏壓活塞218上的先導流體使得第一和第二壓力致動偏壓活塞217、218移動到如圖3所示的右側(圖4中的左側)。雖然先導流體的壓力可能顯著小於處理流體的壓力，但是第二壓力致動偏壓活塞218的截面面積基本大於第一壓力致動偏壓活塞217的截面面積。因此，由作用在第二壓力致動偏壓活塞218上的加壓先導流體產生的力基本大於由作用在第一壓力致動偏壓活塞217上的加壓處理流體產生的力。一旦第一和第二壓力致動偏壓活塞217、218移動到圖3中的右側(圖4中的左側)，就破壞第一壓力致動偏壓活塞217與活塞座340之間的密封，從而允許處理流體朝向主控制閥203的第二壓力致動偏壓活塞226從供應埠 213流動到先導埠 214。在如圖3和圖4所示的實施方式中，供應埠 213被示出為與流路212以及216結合，而先導埠 214被示出為與流路219結合。如圖4所示,第一壓力致動偏壓活塞225的截面面積為Dl，而第二壓力致動偏壓活塞226的截面面積為D2，其中D2 > Dl0因此，雖然處理流體經由流路223/224 (其在圖4中被示出為包括單個流路)作用在第一壓力致動偏壓活塞225上，但是由作用在第二壓力致動偏壓活塞226上的處理流體產生的力大於由作用在第一壓力致動偏壓活塞225上的處理流體產生的力，如上所述。因此，由作用在第二壓力致動偏壓活塞226上的處理流體產生的力將第一和第二壓力致動偏壓活塞225、226向下移動(如圖4所示)，以將主控制閥203致動到第二致動位置。根據如圖4所示的實施方式，在第二致動位置中，第一壓力致動偏壓活塞225在活塞座445上密封，以形成大致防流體洩漏的密封。第一壓力致動偏壓活塞225與活塞座445之間的大致防流體洩漏的密封阻斷了主控制閥203的第一埠 220和第二埠 221之間的流體連通路徑。根據本發明的實施方式，為了將主控制閥203致動回到第一位置，第一先導閥201被致動回到第一位置。在一些實施方式中，通過停用螺線管104，第一先導閥201被致動回到第一位置。在停用螺線管104的情況下，作用在第二壓力致動偏壓活塞218上的先導流體通過排出埠 208被排出。當先導流體被排出時，作用在第一壓力致動偏壓活塞217上的處理流體迫使第一和第二壓力致動偏壓活塞217、218移動到如圖4所示的右側(圖3中的左側)。當第一壓力致動偏壓活塞217移動到圖4中的右側時，第一壓力致動偏壓活塞217再次在活塞座340上密封，以形成大致防流體洩漏的密封。根據本發明的實施方式，第一壓力致動偏壓活塞218也移動到圖4的右側，以從排出埠 215解封，從而允許流路219中的作用在第二壓力致動偏壓活塞226上的流體排出。在如圖3和圖4所示的實施方式中，排出埠 208和排出埠 215通過公共開口實現排出。應當理解的是，在其他實施方式中，每個排出埠可以包括分離且不同的開口。當作用在第二壓力致動偏壓活塞226上的處理流體被排出時，作用在第一壓力致動偏壓活塞225上的處理流體能夠將第一和第二壓力致動偏壓活塞225、226如圖4所示向上移動，以將第一和第二壓力致動偏壓活塞225、226從活塞座445解封。當第一壓力致動偏壓活塞225從活塞座445解封時，處理流體能夠從第一埠 220流動到第二埠 221，進而流動到期望裝置中。應當理解的是，雖然上述實施方式提供了常開主控制閥203，但提供常閉控制閥 203當然也落入本發明的範圍內。此外，在附圖中描述並說明的具體取向絕不限制本發明的範圍，因為取決於具體應用可以調節取向和構造。應當理解的是，本發明可以用於除了 SBM應用之外的其他應用中。如上所述的本發明提供了這樣的多級閥系統200，該多級閥系統利用兩個或更多個先導閥以便致動主控制閥。不是如現有技術中使用先導流體來致動第二先導閥和主控制閥，第二先導閥202使用先導流體被致動到第一位置並且使用處理流體被致動到第二位置。因此，第二先導閥202控制處理流體到主控制閥203的流量，而不是控制先導流體到主控制閥203的流量。此外，通過利用處理流體而不是藉助先導流體來致動到兩個或更多個位置中的一個，主控制閥203在第一和至少第二位置之間被致動。結果，主控制閥能夠被製造具有第一和第二壓力致動偏壓活塞225、226。能夠在大範圍的操作處理壓力內使用該主控制閥。這是因為基本上與處理壓力無關，大致相同的壓力作用在第一和第二壓力致動偏壓活塞225、226上。因此，只要偏壓活塞225、226中的一個包括較大的截面面積，那麼不必要針對先導流體壓力和處理流體壓力之間的變化來調節兩個偏壓活塞225、226之間的截面面積的比。上述實施方式的詳細說明並未詳盡地描述由發明人構想的落入本發明範圍內的全部實施方式。當然，本領域技術人員將認識到，上述實施方式的一些要素可以進行不同的組合或者被省除以形成其他實施方式，並且這些其他實施方式落入本發明的範圍和教導內。對於本領域普通技術人員還將顯而易見的是，上述實施方式可以整體或部分地結合，以形成落入本發明範圍和教導內的附加實施方式。因此，雖然為了描述目的描述了本發明的具體實施方式
以及示例，但是相關領域技術人員能夠認識到的是在本發明的範圍內，各種等同修改是可能的。本文所提供的教導能夠應用到其他閥系統，而不僅僅是在上文描述以及附圖中示出的實施方式。因此，本發明的範圍應當通過下述權利要求書來確定。
權利要求
1.一種多級閥系統(200)，所述多級閥系統包括先導流體源(209)和處理流體源(222)，所述多級閥系統(200)包括 第一先導閥(201)，所述第一先導閥包括與所述先導流體源(209)流體連通的第一埠(206)和與所述第一埠(206)選擇性地流體連通的第二埠(207)； 第二先導閥(202)，所述第二先導閥包括 與所述處理流體源(222)流體連通的第一埠(213)； 與所述第一埠(213)選擇性地流體連通的第二埠(214)； 與所述處理流體源(222)流體連通的第一壓力致動偏壓構件(217)； 與所述第一先導閥(201)的所述第二埠(207)流體連通的第二壓力致動偏壓構件(218)； 主控制閥(203)，所述主控制閥包括 與所述處理流體源(222)流體連通的第一埠( 220); 與所述第一埠(220)選擇性地流體連通的第二埠(221)； 與所述處理流體源(222)流體連通的第一壓力致動偏壓構件(225);以及與所述第二先導閥(202)的所述第二埠(214)流體連通的第二壓力致動偏壓構件(226)。
2.根據權利要求I所述的多級閥系統(200)，其中，所述第一先導閥(201)還包括與所述第二埠(207)選擇性地流體連通的第三埠(208)。
3.根據權利要求I所述的多級閥系統(200)，其中，所述第二先導閥(202)還包括與所述第二埠(214)選擇性地流體連通的第三埠(215)。
4.根據權利要求I所述的多級閥系統(200)，還包括偏壓構件(205)和螺線管(204)，所述偏壓構件適於將所述第一先導閥(201)朝向第一位置偏壓，所述螺線管適於將所述第一先導閥(201)朝向第二位置偏壓。
5.根據權利要求I所述的多級閥系統(200)，其中，所述第二先導閥(202)的所述第一壓力致動偏壓構件(217)的截面面積小於所述第二先導閥(202)的所述第二壓力致動偏壓構件(218)的截面面積。
6.根據權利要求I所述的多級閥系統(200)，其中，所述主控制閥(203)的所述第一壓力致動偏壓構件(225)的截面面積小於所述主控制閥(203)的所述第二壓力致動偏壓構件(226)的截面面積。
7.—種控制多級閥系統的主控制閥的方法，所述多級閥系統包括先導流體源和處理流體源，所述方法包括以下步驟 將第一先導閥致動到第一位置； 通過所述第一先導閥排出與第二先導閥的第二壓力致動偏壓構件流體連通的先導流體； 將處理流體從處理流體源供應到所述第二先導閥的第一壓力致動偏壓構件，以將所述第二先導閥致動到第一位置； 通過所述第二先導閥排出與所述主控制閥的第二壓力致動偏壓構件流體連通的處理流體；以及 將處理流體從所述處理流體源供應到所述主控制閥的第一壓力致動偏壓構件，以將所述主控制閥致動到第一位置。
8.根據權利要求7所述的方法，還包括以下步驟當所述主控制閥處於所述第一位置時，使所述處理流體源從所述主控制閥的第一埠連通到所述主控制閥的第二埠。
9.根據權利要求7所述的方法，還包括以下步驟 將所述第一先導閥致動到第二位置，以打開從所述先導流體源到所述第二先導閥的第二壓力致動偏壓構件的流體連通路徑。
10.根據權利要求9所述的方法，還包括以下步驟 將處理流體供應到所述第二先導閥的所述第二壓力致動偏壓構件，以將所述第二先導閥致動到第二位置，由此打開從所述處理流體源到所述主控制閥的第二壓力致動偏壓構件的流體連通路徑。
11.根據權利要求10所述的方法，還包括以下步驟 將處理流體供應到所述主控制閥的第二壓力致動偏壓構件，以將所述主控制閥致動到第二位置。
12.根據權利要求9所述的方法，其中，將所述第一先導閥致動到所述第二位置的步驟包括致動螺線管。
全文摘要
提供一種多級閥系統(200)，其包括先導流體源(209)和處理流體源(222)。該多級閥系統(200)包括第一先導閥(201)，該第一先導閥包括與先導流體源流體連通的第一埠(206)和與第一埠選擇性地流體連通的第二埠(207)。該多級閥系統還包括第二先導閥(202)。第二先導閥能夠包括與處理流體源流體連通的第一埠(213)以及與第一埠選擇性地流體連通的第二埠(214)。第二先導閥還包括與處理流體源流體連通的第一壓力致動偏壓構件(217)以及與第一先導閥的第二埠流體連通的第二壓力致動偏壓構件(218)。多級閥系統還包括主控制閥(203)。主控制閥能夠包括與處理流體源流體連通的第一埠(220)以及與第一埠選擇性地流體連通的第二埠(221)。主控制閥還能夠包括與處理流體源流體連通的第一壓力致動偏壓構件(225)以及與第二先導閥的第二埠流體連通的第二壓力致動偏壓構件(226)。
文檔編號F15B13/042GK102753838SQ201080057778
公開日2012年10月24日 申請日期2010年12月17日 優先權日2009年12月18日
發明者R.斯塔德 申請人:諾格倫有限責任公司