閥結構的製作方法

2024-02-02 07:28:15

專利名稱：閥結構的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種閥結構，其包括連通進口和出口的流徑，布置在該流徑中的關閉 裝置，復位裝置，和沿關閉方向作用於所述關閉裝置的第一壓力室中的第一壓力，和在所述 關閉裝置關閉時、與所述進口的壓力相對應的沿打開方向作用於所述關閉裝置的所述出口 的壓力和第二壓力室中的第二壓力，所述第一壓力室可經由輔助閥連接到出口。
背景技術：
從WO 2005/031202A1已知這種閥結構。關閉裝置形成導杆控制閥裝置。這種閥裝置尤其用於承受高壓的水控制。應用例 如有造雪裝置及加溼裝置。以造雪裝置為例說明本發明。然而，本發明並不僅限於用於造雪裝置的閥結構。造雪裝置使用加壓至20-120巴的水。該水被霧化並被噴撒到冷空氣中，從而產生 雪。當造雪裝置未使用時，其必須被清空，從而避免水結冰造成的損害。當造雪裝置啟動時，通過驅動導閥(pilot valve)而打開閥結構。然而，由於上述 壓力為20-120巴的高壓水被送到空的造雪裝置，因此在造雪裝置中產生的壓力脈動是有 害的。

發明內容
本發明的任務是在打開閥結構的同時保持較小的壓力脈動。對於前述閥結構，該任務通過以下方案解決所述關閉裝置具有第一打開狀態和 第二打開狀態，所述關閉裝置在第一打開狀態下的流阻大於所述關閉裝置在第二打開狀態 下的流阻。當閥結構打開以使壓力源與造雪裝置連接時，水首先通過第一狀態下的關閉裝置 被輸送。關閉裝置具有相對高的流阻，因此在關閉裝置兩端產生相對應的大壓降。然而，關 閉裝置填充水且造雪裝置中的壓力增大。當造雪裝置完全充滿或者滿足其它狀態時，關閉 裝置打開至第二打開狀態，因此水的供應不再如之前被限制。關閉裝置在第二打開狀態下 的流阻遠小於其在第一打開狀態下的流阻。在造雪裝置的操作期間，需要始終提供高壓水。 由於第二打開狀態下關閉裝置僅具有相對小的流阻，因此可以實現上述水供應。如果閥結 構並不用於造雪裝置，可以使用任意其它合適液壓流體。以下，用水作為液壓流體的實例來 說明本發明。然而，本發明並不僅限於水作為液壓流體。在優選實施例中，由超過預定值的出口處的壓力實現所述關閉裝置的第二打開狀 態。換言之，閥結構是自我控制的。提供到造雪裝置的水充滿造雪裝置，增大了出口處的壓 力。當達到預定壓力值時，閥結構「知道」其現在可以完全打開並提供水，而不會有在空系 統中產生強壓力脈衝的風險。有利地，所述復位裝置包括至少一個彈簧。彈簧是相對簡單的復位裝置的實施例。 其優點在於，當彈簧被壓縮時，彈簧力增大。該特性可用於實現關閉裝置不同的打開程度或
3打開狀態。有利的是，所述關閉裝置包括至少一個第一閥元件和第二閥元件。使用至少兩個 閥元件實現相對簡單構造的閥結構，其中可實現兩種不同的打開狀態。優選地，所述第一壓力室和所述第二壓力室通過貫穿所述第一閥元件的孔連通。 根據第一閥元件的位置，水被從第二壓力室提供到第一壓力室。因此能夠在應當關閉閥 結構的情況下，在第一壓力室中產生足夠的壓力來將第一閥元件從打開位置移動到關閉位 置。由於孔布置在閥元件中，不能通過所述第一閥元件的運動來關閉該孔。優選地，第一閥元件與第一閥座一起形成閥裝置，第二閥元件與第二閥座一起形 成節流裝置，閥裝置與節流裝置串聯連接。當閥裝置打開時，水流被節流裝置限制。僅當節 流裝置也打開時，水流幾乎不受限制。這是相對簡單構造的閥結構。優選地，所述第一閥元件滑動地套在所述第二閥元件上，所述第二閥元件突出穿 過所述第一閥座，且所述第二閥座由支承所述第一閥座的環形成。這樣的實施例允許相對 緊湊的構造。第二閥元件和第二閥座之間的間隙形成節流裝置。通過形成第二閥元件和/ 或具有對應幾何結構的第二閥座，能夠確定該節流裝置的節流特性。優選地，第一彈簧作用於所述第一閥元件而第二彈簧作用於所述第二閥元件。以 此方式，能夠製造關閉裝置，從而移動第一閥元件所需的力小於移動第二閥元件所需的力。 由於在出口處壓力的控制下、第二閥元件沿打開方向移動，因此第二彈簧的尺寸可取決於 使關閉裝置進入第二打開狀態的預定壓力。優選地，所述第二閥元件包括移動限制器，其阻止所述第二閥元件在關閉方向上 的運動。這種移動限制器可以由梯級部或任意其它突出部形成，所述突出部抵靠其中布置 有第二閥元件的外殼的一部分。這種第二閥元件可以以相對高精度定位在第二閥座中。在另一優選實施例中，所述第一壓力室經由第二孔與所述出口相連，且所述第二 閥元件與第二閥座一起形成與所述第二孔並聯的第二閥裝置。由於第二壓力室和第一壓 力室經由第一孔連接，因此在輔助閥打開時，第一孔和第二孔形成壓力分隔部(pressure diviner)。這意味著，在第一壓力室中產生一壓力，該壓力處於進口處壓力與出口處壓力中 間。該「中間」壓力沿關閉方向作用於第一閥元件，因此第一閥元件僅離開第一閥座一小段 距離，直到該中間壓力與復位裝置的力一起與出口處壓力所產生的力達到平衡。這允許僅 受限的水流通過第一閥元件和第一閥座之間的間隙。當第二閥打開時，第一壓力室連接到 出口而無第二孔。因此，第一壓力室中的壓力下降，從而出口處的壓力可將第一閥元件移動 至完全打開狀態。優選地，所述第二閥元件可以由所述出口處的壓力驅動。當出口處的壓力達到預 定值時，第二閥打開，自動使第一壓力室與出口連通，從而關閉裝置自動移動至完全打開狀 態。在另一優選實施例中，第三閥裝置布置在所述進口和所述出口之間，當該第三閥 裝置由所述第一壓力室中的所述第一壓力加載時，該第三閥裝置打開受限流動通道，其中 所述加載由所述輔助閥控制。第三閥裝置是一種預充填裝置，通過其，水(或者在所有其它 實施例中任意其它流體)可從進口流到出口而不在空的出口中引起壓力脈動。這允許壓力 在出口中的受控增大。當出口和造雪裝置充分填注水時，關閉裝置可完全打開，從而提供所 需水流到出口和造雪裝置。
優選地，當所述出口處的壓力超過預定值時，所述第二閥元件打開第一壓力室和 所述出口之間的通道。當出口和造雪裝置充分填充水時，第二閥元件自動打開，從而可以避 免空的或部分填注的系統中產生壓力脈動。當第一壓力室連通到出口時，由於第一壓力室 中的壓力充分低且進口處的壓力沿打開方向作用於第一閥元件，因此第一閥元件可以可離 開第一閥座。不需要外部額外操作。


以下，參照附圖中的優選實施例詳細說明本發明圖1A-1C顯示了液壓迴路的示意圖；圖2顯示了關閉裝置處於完全關閉狀態的閥結構的第一實施例；圖3顯示了關閉裝置處於部分打開狀態的所述閥結構；圖4顯示了關閉裝置處於完全打開狀態的所述閥結構；圖5顯示了關閉裝置關閉期間的所述閥結構；圖6顯示了閥結構的第二實施例；和圖7顯示了第三閥結構的示意圖。
具體實施例方式圖1顯示了液壓迴路1，其提供高壓水到造雪裝置2。造雪裝置2包括噴嘴2a，水 通過該噴嘴2a噴出，形成小水滴或水霧。因此，在運行期間，造雪裝置一直需要水。由電機 4驅動的泵3產生20巴(bar)或更大壓力。該壓力受到安全閥5限制，該安全閥5具有例 如110巴的打開壓力(openingpressure)。當安全閥5打開時，水被排到水箱6。泵3可以 由任意其它的壓力產生裝置所代替，例如位置高於造雪裝置2的水箱或貯液器。造雪裝置2經由閥結構7連接到泵3。進一步，其經由排水閥8連接到水箱6。當 造雪裝置未使用時，排水閥8打開，以使水流出，從而避免造雪裝置中水結冰而造成損害。當造雪裝置2是空的時，即幾乎完全充滿空氣時，以最大壓力從泵3提供水是有害 的。在此情況下，會產生壓力脈動，損害造雪裝置2。閥結構7包括經由流徑11連通的進口 9和出口 10。關閉裝置12布置在所述流徑11中，所述關閉裝置具有完全關閉狀態。圖2中顯示了該狀態。另外，所述關閉裝置具有第一打開狀態A和第二打開狀態 B。所述關閉裝置12的流阻在所述第一打開狀態A下要大於其在第二打開狀態B下的流阻。 換言之，關閉裝置12在第二打開狀態B中完全打開，而在所述第一打開狀態A中部分打開。 圖IB顯示了出口處壓力P與時間t的關係曲線。壓力Pl是泵3的出口壓力。從時間tl 到時間t2，關閉裝置12僅部分打開，因此壓力可僅從零緩慢增大到壓力P2。在時間t2，關 閉裝置12被打開到完全打開狀態B，因此壓力迅速增大到壓力值P3。該壓力值P3維持不 變，直到關閉裝置12被完全關閉。從壓力P2增大到壓力P3僅在造雪裝置2完全或幾乎完全充滿水時進行，由此沒 有空氣、或僅有少量空氣會被流進的水擠壓。從時間t2到時間t3，水被施加以足夠的壓力 及流量，從而使造雪裝置2能夠產生雪。為了打開閥結構7，輔助閥13布置在進口 9和出口 10之間，與關閉裝置12並聯。第一壓力室14經由第一孔15與進口 9相通。因此，當關閉裝置12關閉時，第一壓力室14 內產生第一壓力，與進口 9處的壓力相同。所述第一壓力室14中的該第一壓力沿關閉方向 作用於所述關閉裝置12。另外，彈簧16形式的復位裝置也沿關閉方向作用於所述關閉裝置 12。第一壓力室14經由輔助閥13和第二孔17連接到出口 10。當輔助閥13打開時， 所述第一壓力室14中的第一壓力將成為所述進口 9處壓力與所述出口 10處壓力之間的中 間壓力。所述進口 9連接到第二壓力室18。所述壓力室18中的壓力(「第二壓力」)沿打 開方向作用於關閉裝置12。另外地，出口 10連接到第三壓力室19。因此，出口 10處的壓 力沿打開方向作用於所述關閉裝置12。所述閥結構的工作如下所述當輔助閥13關閉時，第一壓力室14中的第一壓力與復位裝置(彈簧16) —起使 關閉裝置12移動到完全關閉位置。沒有水再被提供到造雪裝置2。造雪裝置2可以經由排 水閥8排空。當造雪裝置2啟動時，排水閥8關閉。輔助閥13打開。第一壓力室14中的第一 壓力經由第二孔17降低。第二壓力室18和第一壓力室14之間的壓力差超過彈簧16的 力，因此關閉裝置12移動入第一打開狀態A，即進入部分打開狀態。由於關閉裝置12被止 動部20阻止，因此該時刻不會產生進一步的運動，其中止動部20由第二彈簧21支撐。然而，水從進口 9流過流徑11到達出口 10，增加了出口 10處的壓力。第三壓力 室19中的該壓力增加增大了沿打開方向作用於關閉裝置12的力。當出口 10達到預定壓 力P2時，第三壓力室19和第一壓力室14之間的壓力差超過第二彈簧21的力，因此關閉裝 置12被完全打開，即進入第二打開狀態，在該狀態下，水可以幾乎不受限制地流過流徑11。 在關閉裝置12兩側僅出現較小的壓降。當閥結構要關閉時，輔助閥13關閉。第一壓力室14中的第一壓力增大到泵的出 口壓力P1。第一壓力室14中的有效壓力區域大於第二壓力室18中的有效壓力區域。因 此，關閉裝置12被裝置。圖Ic顯示了略微修改的閥結構7，其中第二彈簧21所在的室設計成通向外界。其 它所有要素都相同。圖2-5更詳細地顯示了所述閥結構7的第一實施例。與圖1中相同的元件以相同的附圖標記表示。進口 9和出口 10布置在外殼22中，該外殼22形成第一閥座23和第二閥座24。 第二閥座24形成在外殼22的環部25的徑向內側，支承第一閥座23。第一閥元件26與所述第一閥座23—起形成閥裝置。當第一閥元件26與第一閥 座23接觸時，閥結構7被完全關閉。第二閥元件27突出穿過所述第二閥座24，並與所述第二閥座24 —起形成節流裝 置。換言之，第二閥元件27和第二閥座24之間存在小間隙。當第一閥元件26離開第一閥 座23(打開閥裝置)時，從進口 9到出口 10的水流被節流裝置節流。進口 9連接到第二壓力室18。出口 10經由輔助閥13連接到第一壓力室14。輔 助閥13包括電磁體28。輔助閥13布置在通道29中，該通道29連通第二壓力室18和出口
610。第一彈簧16沿關閉方向作用於第一閥元件26。第二彈簧21沿關閉方向作用於第 二閥元件27。第二閥元件27包括移動限制器30，當節流裝置產生最大節流時，該移動限制 器30抵靠外殼22。第二彈簧21布置在彈簧室中，該彈簧室通向外界。第二彈簧21是復位裝置。然而，也可使用其它裝置來產生復位力，例如，外部流體 壓力(液體或氣體)，電機或者從外部加載的槓桿。第一壓力室14中的壓力作用於第一壓力區域31。第二壓力室18中的壓力作用於 第二壓力區域32。第二壓力區域32大於第一壓力區域31。第一閥元件26布置成滑動地圍繞第二閥元件27，即，其形成中空圓筒，其內徑等 於第二閥元件27的外徑。設置密封元件33，以防止水在第一閥元件26和第二閥元件27之 間的流動。孔34設置在第一閥元件26中，連通第一壓力室14和第二壓力室18，即第一壓力 室14和進口 9。該孔34等同於圖1中的孔15。參照圖2-5解釋該閥結構7的操作。假定造雪裝置2已經排空。因此，出口 10處的壓力非常低。當輔助閥13打開時， 第一壓力室14中的第一壓力降低到幾近出口 10處的壓力。第二壓力室18中的壓力是進 口 9處的壓力。雖然第一壓力室14中的第一壓力區域31大於第二壓力室18中的第二壓 力區域32，沿打開方向作用於第一閥元件26上的力超過使第一閥元件26遠離第一閥座23 的第一彈簧16的力。圖3中顯示了該狀態。在圖3-5中，輔助閥13的元件被省略。當第一閥元件26已離開第一閥座23時，水從進口 9到出口 10的流動被由第二閥 元件27和第二閥座24形成的節流裝置限制，即水流過第二閥元件27和第二閥座24之間 的間隙。該間隙可以設定成環狀，徑向厚度為例如15/100mm。其也可取決於應用及流動限 制而更小或更大。通過設計第二閥座24的形式及第二閥元件27的形式，可以調整該節流 裝置的節流特性。從進口 9流到出口 10的水會增大出口 10處的壓力。當出口 10處的壓力超過預 定值時，出口 10處壓力在第二閥元件27上產生的力超過第二彈簧21產生的力，因此第二 閥元件27移出第二閥座24，完全打開進口 9和出口 10之間的連接。圖4顯示了該狀態。第一壓力室14始終通過孔34接納來自進口 9的水。然而，只要輔助閥13打開， 該水通過通道29流到出口 10。當輔助閥13關閉時，利用第一壓力室14中的壓力，第一閥元件26回到第一閥座 23，關閉閥裝置7。短時間內，閥元件27停留在第二閥座24之外(圖5)。然而，由於再沒 有水從進口 9提供到出口 10，出口 10處的壓力下降，第二彈簧21將使第二閥元件27移動 回圖2中所示狀態。圖6顯示了閥結構7的第二實施例，其中與圖1-5中相似的元件標有相同的附圖 標記。在所示狀態下，閥結構7完全關閉。第一閥元件26以及第一閥座23密封進口 9 和出口 10之間的連接。第一壓力室14經由第二孔35及輔助閥13連接到出口 10。在初始狀態(閥結構完全關閉)，第一壓力室14中的第一壓力等於進口 9處的壓力。出口 10處的壓力接近零。第一壓力區域31遠大於第二壓力區域32。當輔助閥13打開時，建立在進口 9與出口 10之間經由兩個孔34、35的流動。因 此，第一壓力室14中的第一壓力降至進口 9處壓力和出口 10處壓力之間的中間壓力。孔 34、35設計成，第一閥元件26上的壓力差略微超過第一彈簧16的力，其中所述壓力差由作 用在第一壓力區域31上的第一壓力室14中的壓力與作用在第二壓力區域32上的第二壓 力室18中的壓力產生。然而，壓力差僅略微大於第一彈簧26的力。因此，當第一閥元件26 以小間隙(範圍為數毫米或更小)離開第一閥座23時，實現平衡。在此狀態下，從進口 9 到出口 10的受限流是可能的。該流增大了出口 10處的壓力。第二閥元件27與第二閥座24 —起形成第二閥裝置，其與第二孔35並行。利用第 二彈簧21，第二閥元件27被推向第二閥座24。與出口 10處壓力相等的通道29中的壓力 作用於第二閥元件27的壓力區域36上。當出口 10處的壓力已實現預定值時，由作用於第二閥元件27的壓力區域36的該 壓力(通過通道29傳遞到第二閥元件27)所產生的力超過第二彈簧21的力，且由於第二 閥元件27離開第二閥座24，第二閥裝置打開。在此情況下，第一壓力室14中的壓力進一 步下降到出口 10處的壓力值。第一閥元件26上的壓力差現在足夠大以完全壓縮第一彈簧 16，從而第一閥元件26進一步遠離第一閥座23，閥結構7完全打開。當輔助閥13關閉時，由於水始終通過孔34提供，因此第一壓力室14中的第一壓 力增大。由於與此同時出口 10處的壓力下降，因此第一閥元件26返回而接觸第一閥座23， 從而關閉閥結構7。圖7顯示了閥結構7的另一實施例。圖1-6中的相似元件標以相同的附圖標記。在圖7所示狀態中，閥結構7被完全關閉。第一閥元件26與第一閥座23—起阻 止從進口 9到出口 10的任何流動。由於進口 9通過第一孔34連接到第一壓力室14，因此 第一壓力室14中的第一壓力等於進口 9處的壓力。設置第三閥裝置37，其具有布置在孔39中的第三閥元件38。第三閥元件38包括 圓周槽40。孔39橫穿輔助通道41。第三彈簧42作用於第三閥元件38，從而使槽40不與 輔助通道41重疊。因此，進口 9和出口 10之間的輔助通道41被關閉。當輔助閥打開時，第一壓力室14中的第一壓力沿打開方向作用於第三閥元件38， 並移動第三閥元件38，從而槽40與輔助通道41重疊。因此，在進口 9和出口 10之間建立 水流。第一閥元件26抵靠第一閥座23。通過輔助通道41的水流被第三閥裝置37所限制， 即出口 10中的壓力由一種預先充滿緩慢增大。第二閥元件27類似地包括圓周槽43。第二彈簧21使第二閥元件27在孔44內移 動，以使槽43不再與通道45重疊。當出口 10中的壓力在第二閥元件27所產生的力超過第二彈簧21的力時，第二閥 元件27移動，從而槽43與通道45重疊。該重疊建立了從第一壓力室14通過通道29和通 道45、輔助閥13和通道45到出口 10的連接。第一壓力室14中的第一壓力迅速下降，從 而該第一壓力與第一彈簧16的力不再能夠承受第二壓力室18中作用於第一閥元件26的 第二壓力區域32上的壓力所產生的力。第一閥元件26逆第一彈簧16的力遠離第一閥座 23，且閥結構被完全打開。當閥結構7要關閉時，輔助閥13被關閉，從而第一壓力室14中的第一壓力經由孔34增大到進口 9處的壓力，且第一閥元件26返回以接觸閥座23。
權利要求
一種閥結構(7)，包括連接進口(9)和出口(10)的流徑(11)，布置在所述流徑(11)中的關閉裝置(12)，復位裝置，和沿關閉方向作用於所述關閉裝置(12)的第一壓力室(14)中的第一壓力，當所述關閉裝置(12)關閉時、沿打開方向作用於所述關閉裝置(12)的對應於所述進口(9)的壓力的所述出口(10)的壓力與第二壓力室(18)中的第二壓力，所述第一壓力室(14)能夠通過輔助閥(13)連接到所述出口(10)，其特徵在於，所述關閉裝置(12)具有第一打開狀態(A)和第二打開狀態(B)，所述關閉裝置(12)在所述第一打開狀態(A)下的流阻大於所述關閉裝置在所述第二打開狀態(B)下的流阻。
2.根據權利要求1所述的閥結構，其特徵在於，所述關閉裝置(12)的第二打開狀態由 超過預定值的出口(10)處的壓力實現。
3.根據權利要求1或2所述的閥結構，其特徵在於，所述復位裝置包括至少一個彈簧 (16)。
4.根據權利要求1-3中任意一項所述的閥結構，其特徵在於，所述關閉裝置包括至少 一個第一閥元件(26)和第二閥元件(27)。
5.根據權利要求4所述的閥結構，其特徵在於，所述第一壓力室(14)和所述第二壓力 室(18)通過貫穿所述第一閥元件(26)的孔(34)連通。
6.根據權利要求4或5所述的閥結構，其特徵在於，所述第一閥元件(26)與第一閥座 (23) 一起形成閥裝置，所述第二閥元件(27)與第二閥座(24) —起形成節流裝置，所述閥裝 置和所述節流裝置串聯連接。
7.根據權利要求6所述的閥結構，其特徵在於，所述第一閥元件(26)滑動地套在所述 第二閥元件(27)上，所述第二閥元件穿出所述第一閥座(23)，且所述第二閥座(24)由支承 所述第一閥座(23)的環形成。
8.根據權利要求4-7中任意一項所述的閥結構，其特徵在於，第一彈簧(16)作用於所 述第一閥元件(26)，而第二彈簧(21)作用於所述第二閥元件(27)。
9.根據權利要求4-8中任意一項所述的閥結構，其特徵在於，所述第二閥元件(27)包 括移動限制器(30)，所述移動限制器(30)阻止所述第二閥元件(27)沿關閉方向的運動。
10.根據權利要求1-4中任意一項所述的閥結構，其特徵在於，所述第一壓力室(14)通 過第二孔(35)與所述出口(10)相連接，且所述第二閥元件(27)與第二閥座(24) —起形 成與所述第二孔(35)並聯的第二閥裝置。
11.根據權利要求10所述的閥結構，其特徵在於，所述第二閥元件(27)能夠由所述出 口(10)處的壓力驅動。
12.根據權利要求1-4中任意一項所述的閥結構，其特徵在於，在所述進口(9)和所述 出口(10)之間設置第三閥裝置(37)，當所述第三閥裝置(37)由所述第一壓力室(14)中的 所述第一壓力加載時，所述第三閥裝置(37)打開受限流動通道(41)，其中所述加載由所述 輔助閥(13)控制。
13.根據權利要求12所述的閥結構，其特徵在於，當所述出口(10)處的壓力超過預定 值時，所述第二閥元件(27)打開所述第一壓力室(14)和所述出口(10)之間的通道(45)。
全文摘要
本發明涉及一種閥結構(7)，包括連接進口(9)和出口(10)的流徑(11)，布置在所述流徑(11)中的關閉裝置(12)，復位裝置，和沿關閉方向作用於所述關閉裝置(12)的第一壓力室(14)中的第一壓力，當所述關閉裝置(12)關閉時、沿打開方向作用於所述關閉裝置(12)的對應於所述進口(9)的壓力的所述出口(10)的壓力與第二壓力室(18)中的第二壓力，所述第一壓力室(14)能夠通過輔助閥(13)連接到所述出口(10)。所述關閉裝置(12)具有第一打開狀態(A)和第二打開狀態(B)，所述關閉裝置(12)在所述第一打開狀態(A)下的流阻大於所述關閉裝置在所述第二打開狀態(B)下的流阻。
文檔編號F16K31/12GK101900217SQ20101019482
公開日2010年12月1日 申請日期2010年5月31日 優先權日2009年5月29日
發明者卡斯滕·克裡斯滕森, 埃裡克·豪加德, 弗納·施米特, 拉斯·N·蘭瑪克, 西格弗裡德·曾克, 韋爾姆·弗裡德裡克森 申請人:丹佛斯公司