流動控制閥的制作方法

專利名稱：流動控制閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于控制管道和管路系統，尤其是通風和排氣管道中的流體(如空氣 和氣體)流動的閥系統。閥系統主要用于控制流量。
背景技術：
一種現有技術的流動控制閥，尤其是用于通風管道的空氣控制閥通常包括閥板， 其布置在流動管道中以使所述板可圍繞軸線旋轉，所述軸線橫向于穿過管道和閥的流體流 動方向延伸。對于需要精確流動控制的應用來說，有時候使用所謂的光圈隔膜(iris)閥， 其通常以多個可相互移位的板為基礎進行設計，因此，根據板的位置，為流體流動提供可變 尺寸的間隙。對于較大管道來說，通常使用百葉閥，其包括多個可旋轉板，其布置和設計成 完全封閉管道。然而，這類閥中的大部分產生較高的流動阻力，即能量損失，以及由于閥板提供的 鋒利邊緣的緣故產生令人不能滿意的空氣動力學噪聲。文丘里閥在所需應用，例如在實驗室排氣系統中使用。這種閥包括具有可動錐體 部的文丘里噴嘴布置，所述可動錐體部可在噴嘴內移動，從而可以控制流體流過管道的流 量。然而，文丘里閥較為昂貴，并且它們的安裝復雜。氣動隔膜閥或滑閥同樣已知。隔膜閥通過使圍繞流體流的柔性膜通過施加空氣壓 力打開或關閉進行操作。這種閥具有下列缺陷，即，它們需要用于控制膜片的復雜和昂貴的 氣動設備。滑閥包括平動板，所述平動板布置成例如通過氣動缸打開或關閉具有板尺寸的 通道。然而，它的設備復雜且昂貴。流量計有時候安裝成與流動控制閥相連。盡管通常需 要流量計，但它們增加了流動控制設備的總成本，提供了附加的壓力損失。

發明內容
本發明的優選實施例的目的是提供閥系統，其克服或減少了現有系統中的一些上 述缺陷。具體地，本發明的優選實施例的目的是提供易于安裝的流動控制閥。本發明的優 選實施例的另一目的是提供價格低廉，同時具有在壓力損失和空氣動力學噪聲方面的有益 流動特性的流動控制閥。本發明的另一目的是提供容易和便宜地測量流過閥的流量的流動 控制閥。在第一方面，本發明提供了流動控制閥，包括殼體，其限定了在所述殼體的流動入口和流動出口之間縱向延伸的通道；位于所述通道中的封閉元件，其中，所述封閉元件的至少一部分可在允許流體流 過封閉元件的全開位置和關閉所述通道以便不允許流體流過封閉元件的全閉位置之間移 動；用于使封閉元件的至少所述部分在打開和關閉位置之間移動的馬達或致動器；其 中所述馬達或致動器位于封閉元件中或者位于所述通道內的單獨的馬達殼中。
由于馬達或致動器位于封閉元件內部，流動控制閥和馬達/致動器可以作為單個 部件運輸和安裝。馬達或致動器可以是電氣、液壓或氣動的，即可以由電氣、液壓或氣動動 力源驅動。優選地，馬達可以布置在封閉元件中，使得它只需在準備好操作之前插到或連接 到適當的動力源上。馬達或致動器可以布置成對驅動元件進行驅動，其從封閉元件延伸并與保持元件 接合，所述保持元件永久地固定到所述殼體和/或外部結構上，從而所述支撐結構可以提 供所需反作用力以便允許馬達或致動器使封閉元件在打開和關閉位置之間前后移動。支撐 結構同時可以起到用于保持封閉元件與穿過殼體的流動通道正確對準的機械支撐結構的 作用。可選地，可以提供單獨的結構以保持和支撐封閉元件。在一個實施例中，所述馬達或 致動器布置成驅動心軸，該心軸延伸穿過封閉元件的壁部并且接合位于封閉元件外面的保 持元件。在另一實施例中，封閉元件包括外殼，其至少包括相對于所述殼體固定的固定外 殼部分和可相對于固定外殼部分移動的活動外殼部分。在本實施例中，馬達或致動器布置 成使活動外殼部分在關閉和全開位置之間移動。優選地，外殼部分布置成基本上不允許空 氣或氣體流過控制閥進入由所述外殼限定的空間，所述外殼容納馬達或致動器。例如，可以 設置密封元件以閉合外殼部分之間的任何空隙。可選地或者另外，外殼部分可以具有相互 可伸縮的重疊部分，優選的是覆蓋外殼部分之間的整個運動或位移范圍的重疊部分。為了有利于接觸馬達或致動器和/或為了方便將其安裝到閥通道內，馬達或致動 器可以位于單獨的馬達殼內。馬達殼可以與封閉元件隔開一定距離地布置在通道內，位于 封閉元件上游或下游。馬達可以通過驅動元件連接到封閉元件上。為了使生產成本最小化和減少本發明的流動控制閥中的部件數量，優選地，在馬 達和從動封閉元件之間不設置齒輪。在這樣的實施例中，驅動封閉元件的心軸優選地直接 設置在馬達輸出軸上，即，作為馬達輸出軸的一個單一的整體部分。然而，對于某些應用來 說，尤其是馬達必須克服封閉元件上的大粘性流動阻力的應用，齒輪可以是適合的或者甚 至是必需的。對于大部分應用來說，已經證明具有額定功率輸出為3到25W、輸出軸速度為 大約l-50rpm，例如IOrpm左右的馬達是有效的。封閉元件基本上為球形或流線形以限定圓錐體或液滴的形狀，其中，封閉元件的 伸長部分從封閉元件朝向殼體出口延伸。通過使封閉元件適當成形，可以使封閉元件下游 側的流動分離和渦流生成最小化。封閉元件可以停止在全開和全閉位置之間的不同位置處，從而可以通過正確控制 封閉元件的運動來控制通風管道的流量。為此，流動控制閥優選地包括用于控制馬達或致 動器的操作的電子控制單元。電子控制單元可以位于封閉元件中或者位于封閉元件以外的 殼體內的通道中的位置處，或者位于通道以外的殼體中的位置處或者殼體外面。如果控制 單元位于封閉元件的外面，控制單元的維修或更換變得方便，然而，將控制單元設置在封閉 元件內降低了損壞風險。流動控制閥可以根據封閉元件的位置，根據流量測量值和/或根據外部參數的測 量值，例如溫度、諸如N0、C0或CO2的氣體的濃度或分壓力測量值進行控制。在一個實施例 中，封閉元件的位置可以根據由用于檢測流動通道中壓力的壓力傳感器提供的壓力測量值 進行控制。壓力傳感器優選地配置為將表示壓力的電信號傳送給控制單元，使得控制單元可以配置為響應至少所述信號控制封閉元件的運動。在所有上述可選方案中，用于受控參 數的設定點可以作為操作人員的輸入而提供，例如，響應于由通風或排氣系統的操作人員 進行的流量選擇。在一個實施例中，本發明的流動控制閥還適合于測量流量。如果閥或封閉元件的 閥門特定常數(valve-specific flow constant)已知的話，控制閥可以結合有流量計的功能。更具體地，流過流動控制閥的體積流量可以表示為g = ^/^，其中，q表示體積流量，k是閥門特定常數，Δρ是封閉元件兩側的壓差。閥門特定常數可以根據封閉元件的位置而 改變，并且可以通過查表確定。因此應當認識到，可以根據封閉元件兩側的壓差、封閉元件 在全開和金閉位置之間的位置確定體積流量。因此，本發明的流動控制閥可以包括用于檢測封閉元件兩側的壓差的壓差傳感器；用于檢測封閉元件在全開和全閉位置之間的位置的位置傳感器；和裝載有封閉元件位置和相應的閥門特定流動常數值的表的電子存儲器；和電子處理器，其被編程以根據封閉元件的壓差、位置和在任何檢測位置處的閥門 特定常數來確定流量。壓差傳感器可以包括用于檢測如上所述的壓力的壓力傳感器的一部分或形成上 述壓力傳感器的一部分。位置傳感器可以作為單獨的傳感器提供，或者封閉元件的位置可 以基于用于馬達的控制系統確定，所述控制系統可以設置成記住封閉元件的位置。為了使流動控制閥上的壓力損失最小化，所述通道在所述入口和封閉元件之間位 置處的橫截面比所述入口處的橫截面大。優選地，所述通道的橫截面沒有比入口橫截面小 的地方，從而避免可能導致壓力損失的收縮。值得注意的是，如果封閉元件布置在通道的中 間管段處，可以獲得低壓力損失和低噪音產生，所述中間管段相對于上游和下游管段具有 增大的直徑。因此，穿過殼體的流動通道可以具有第一較小直徑的上游入口管段，第二較大 直徑的中間管段和直徑小于第二直徑的下游管段，其中，封閉元件設置在中間管段中。通過 使封閉元件，尤其是其面向下游的表面適當成形，限定在封閉元件和殼體內壁之間的流動 通道可以按照擴散器或文丘里管方式向封閉元件下游逐漸增大，從而提供足夠的壓力恢復 和只產生最少的空氣動力學噪音。應當認識到，可以通過流動通道的簡單直徑變化和使封 閉元件適當成形來提供文丘里管式布置。封閉元件可以布置成在流動控制閥的入口部附近，S卩，在較小直徑的上游入口管 段和較大直徑的中間管段之間的過渡處關閉。可選地，封閉元件可以布置成在流動控制閥 的出口部附近，即，在較大直徑的中間管段和較小直徑的下游管段之間的過渡處關閉。為了減少或消除流動通道的外部邊界處的渦流，在流動通道的管段之間的過渡 處，例如利用殼體的曲壁管段提供漸變的直徑變化。在一個實施例中，在閥全開時，封閉元件和殼體內壁之間用于流體流動的間隙的 流動橫斷面積至少等于殼體的流動入口和/或流動出口的流動橫斷面積。優選地，穿過殼 體的通道的流動橫斷面積在任意縱向位置處至少等于殼體的流動入口的流動橫斷面積。殼 體內的通道可以具有朝向封閉元件下游的漸縮收縮部，其優選地成形為減小或避免流動分 離或渦流生成。在優選實施例中，穿過殼體的通道基本上相對于回轉軸線對稱。然而，殼體和/或 封閉元件可以構造為使封閉元件和殼體內壁之間的間隙不對稱。通過提供不對稱的方案，可以避免或減小共振，并且可以減小機械以及聲學振動。通過提供用于減少封閉元件振動 的阻尼元件可以進一步減小機械和/或聲學振動。阻尼元件可以例如包括封閉元件中的質 量和/或位于封閉元件以外通過彈性元件連接到其上的質量。在第二個獨立方面，本發明涉及流動控制閥，包括殼體，其限定了在所述殼體的流動入口和流動出口之間縱向延伸的通道；位于所述通道中的封閉元件，其中，所述封閉元件的至少一部分可在允許流體流 過封閉元件的全開位置和關閉所述通道以便不允許流體流過封閉元件的全閉位置之間移 動，其中，當封閉元件的所述部分處于打開位置時，在封閉元件和殼體的內壁之間設置用于 流體流動的間隙；其中，當封閉元件的所述部分處于全開位置時，穿過所述殼體的通道在任意縱向 位置處的流動橫斷面積至少等于所述殼體的流動入口的流動橫斷面積。應當認識到，當穿過所述殼體的通道在任意縱向位置處的流動橫斷面積至少等于 所述殼體的流動入口的流動橫斷面積時，可以使流動控制閥上的壓力損失最小化。優選地， 所述通道的橫截面積都不小于入口橫截面積，從而避免可能導致壓力損失的收縮。值得注 意的是，如果封閉元件布置在通道的中間管段處，所述中間管段相對于上游和下游管段具 有增大的直徑，可以獲得低壓力損失和低噪音產生。因此，穿過殼體的流動通道可以具有第 一較小直徑的上游入口管段，第二較大直徑的中間管段和直徑小于第二直徑的下游管段， 其中，封閉元件設置在中間管段中。通過使封閉元件，尤其是其面向下游的表面適當成形， 限定在封閉元件和殼體內壁之間的流動通道可以按照擴散器或文丘里管方式向封閉元件 下游逐漸增大，從而提供足夠的壓力恢復和只產生最少的空氣動力學噪音。應當認識到，可 以通過流動通道的簡單直徑變化和使封閉元件適當成形提供文丘里管式布置。為了減少或 消除流動通道的外部邊界處的渦流，在流動通道的管段之間的過渡處，例如利用殼體的曲 壁管段提供漸變的直徑變化。在一個實施例中，在閥全開時，封閉元件和殼體內壁之間用于流體流動的間隙的 流動橫斷面積至少等于殼體的流動入口和/或流動出口的流動橫斷面積。優選地，穿過殼 體的通道的流動橫斷面積在任意縱向位置處至少等于殼體的流動入口的流動橫斷面積。殼 體內的通道可以具有朝向封閉元件下游的漸縮收縮部，其優選地成形為減小或避免流動分 離或渦流生成。根據本發明的第二方面的流動控制閥可以包括上文涉及本發明的第一方面的流 動控制閥及其實施例公開的任何特征。因此，封閉元件基本上為球形或流線形以限定圓錐 體或液滴的形狀。流動控制閥可以包括用于使封閉元件在打開和關閉位置之間移動的馬達 或致動器。馬達或致動器可以位于封閉元件中。馬達或致動器布置成驅動心軸，心軸延伸 穿過封閉元件的壁部并且接合位于封閉元件外面的保持元件。可選地，馬達或致動器可以 位于封閉元件以外的殼體內的通道中位置處，或者位于通道以外的殼體中的位置處或者位 于殼體外面。例如，封閉元件可以包括外殼，其至少包括相對于外殼固定的固定外殼部分和 可相對于第一外殼部分移動的活動外殼部分。在本實施例中，馬達或致動器可以布置成使 活動外殼部分在關閉和全開位置之間移動。可以設置密封元件以閉合外殼部分之間的任何 空隙。可選地或者另外，外殼部分可以具有相互可伸縮的重疊部分，優選地覆蓋外殼部分之 間的整個運動或位移范圍的重疊部分。
封閉元件可以布置成在流動控制閥的入口部附近，S卩，在較小直徑的上游入口管 段和較大直徑的中間管段之間的過渡處關閉。可選地，封閉元件可以布置成在流動控制閥 的出口部附近，即，在較大直徑的中間管段和較小直徑的下游管段之間的過渡處關閉。在另一可選方案中，馬達或致動器位于馬達殼中，所述馬達殼與封閉元件隔開一 定距離地布置在通道中，從而使馬達通過驅動元件，例如心軸或可線性位移的桿連接到封 閉元件上。馬達殼可以在通道中布置在封閉元件的上游或下游。優選地，如果封閉元件在 通道的入口管段附近封閉，馬達殼設置在封閉元件的下游，然而，如果封閉元件在通道的出 口管段附近封閉，馬達殼設置在封閉元件的上游。流動控制閥還可以包括用于控制馬達或致動器的操作的電子控制單元，其中，電 子控制單元位于封閉元件中或者位于封閉元件以外的殼體內的通道中的位置處，或者位于 通道以外的殼體中的位置處或者位于殼體外面。可以設置壓力傳感器以檢測流動通道中的 壓力，壓力傳感器可以配置為將表示壓力的電信號傳送給控制單元，控制單元可以配置為 響應至少所述信號控制封閉元件的運動。另外，可以設置壓差傳感器以檢測封閉元件兩側 的壓差，設置位置傳感器檢測封閉元件在全開和全閉位置之間的位置。可以設置裝載有封 閉元件位置和相應的閥門特定流量常數值的表的電子存儲器，其連接到電子處理器上，所 述電子處理器經過編程以根據封閉元件的壓差、位置和在任意檢測位置處的閥門特定常數 確定流量。穿過殼體的通道可以基本上相對于回轉軸線對稱，并且殼體和/或封閉元件可 以構造成使所述間隙不對稱。可以設置用于減少封閉元件振動的阻尼元件。加以必要的變更，參照本發明的第一方面的流動控制閥對如上所述特征及其變形 的描述適用于本發明的第二方面的流動控制閥的實施例。在第三方面，本發明提供了流動控制閥，包括殼體，其限定了在所述殼體的流動入口和流動出口之間縱向延伸的通道；位于所述通道中的封閉元件，其中，所述封閉元件的至少一部分能夠在允許流體 流過所述封閉元件的全部打開位置和所述封閉元件關閉所述通道以便不允許流體流過所 述封閉元件的全部關閉位置之間移動，其中，當封閉元件的所述部分處于打開位置時，在所 述封閉元件和殼體的內壁之間設置用于流體流動的間隙；其中，用于檢測經過所述封閉元件的壓差的壓差傳感器；用于檢測所述封閉元件或所述封閉元件的所述部分在全部打開和全部關閉位置 之間的位置的位置傳感器；和電子存儲器，該電子存儲器裝載有所述封閉元件或所述封閉元件的所述部分的位 置與相應的閥門特定流量常數值的表；和電子處理器，其被編程以基于所述封閉元件或所述封閉元件的所述部分的壓差、 位置和在任何檢測位置處的閥門特定流量常數來確定流量。因此，本發明的流動控制閥還適合于沒有單獨的流量計的情況下測量流量，這是 因為流動控制閥結合了流量計的功能。更具體地，流過流動控制閥的體積流量可以表示為 ^ = AV^，其中，q表示體積流量，k是閥門特定常數，Δρ是封閉元件兩側的壓差。閥門特 定常數可以根據封閉元件的位置而改變，并且可以通過查表確定。因此應當認識到，可以根 據封閉元件兩側的壓差、封閉元件在全開和全閉位置之間的位置確定體積流量。位置傳感器可以作為單獨的傳感器提供，或者封閉元件的位置可以根據用于馬達的控制系統確定， 所述控制系統可以設置成記住封閉元件的位置。根據本發明的第三方面的流動控制閥的實施例可以包括上文參考本發明的第一 和第二方面的流動控制閥及其實施例描述的任何特征。在一個實施例中，利用本發明的流動控制閥控制流動系統中的氣體，如空氣的流 動。因此，該方法提供了用于控制流動系統中的氣體流動的方法，該方法包括在流動系統中 布置根據第一、第二或第三方面中的任意一個的流動控制閥，和操作流動控制閥以控制流 動系統中的氣體流動的步驟。本發明尤其適合于氣體，例如空氣，因為氣體的粘性流動阻力 與液體，例如水的粘性流動阻力相比較低，因此流動控制閥的電力消耗較低。這繼而產生下 列優點，即，可以使用市售步進馬達，在馬達和從動封閉元件之間不需要齒輪。此外，本發明還使封閉元件內部的可用空間用于電動機成為可能。與液體閥中的 可用空間相比，該空間在氣體流動閥(例如，空氣流動閥)中較大，因此，本發明對于氣體流 動閥尤為有利。本發明的優選實施例還設法使通過閥殼的電氣和機械連接數量最小化，從 而提供緊湊和便宜的氣體流動閥設計。該設計對氣體流動閥尤為有利，但也適用于液體流 動閥。然而，在液體流動閥中，需要較高的驅動力，驅動馬達需要防止受到液體影響以能夠 浸沒在液體中。在本發明的任一方面和實施例中，至少封閉元件的一部分和/或殼體的一部分可 以涂覆具有消音和/或減振特性的材料。因此，可以減少振動和/或噪音。例如，本發明的 實施例可為有源聲音衰減做準備，這意味著，封閉元件的一部分和殼體的一部分由柔軟和 堅固材料層覆蓋，其共同降低進入的噪音水平并且進一步防止閥內部的噪音產生。在本發明的各個方面和實施例中，至少封閉元件和殼體可以由耐火材料制成。因 此，本發明的實施例可用于防煙防火，這意味著，本發明實施例的所有主要零部件可以由耐 火材料制成，其可以長時間經受高熱量，并且封閉元件的一部分和殼體的一部分由耐火材 料層，例如泡沫陶瓷層覆蓋。根據本發明的閥還可以構造成緊密關閉以滿足防止煙火傳播 到建筑內的其它管段的要求。在另一方面，本發明提供了包括至少兩個可分開的管段的流動管道，每個管段具 有第一直徑的第一端部和第二直徑的第二端部，第二直徑大于第一直徑，并且其中在流動管道的第一構造中，兩個管段的第一端部分別限定了流動管道的入口和出 口 ；并且其中在流動管道的第二構造中，兩個管段的第二端部分別限定了流動管道的入口和出第一和第二端部可以彼此直接連接，使得其具有第二或第一直徑的相應端部彼此 抵接接合。可選地，具有圓柱形或圓錐形形狀的一或多個另外的流動管道管段可以布置在 兩個管段之間。由于設置多個流動管道管段，每個管段在一端具有一個直徑，在另一端具有 另一直徑，流動管道管段可以裝入具有至少兩個不同直徑的管道中。在管道的實施例中，流 動管道可以包括流動測量設備和/或流動控制閥。因此，本發明的流動管道可以形成容納 這種測量設備或流動控制閥的外殼。它可以按照一種尺寸制造以適合至少兩種不同的標準 流動管道尺寸。本發明的流動管道的一個優點在于，有可能選擇閥尺寸和閥設計，其非常精確地適合于與壓力損失、能量消耗、噪音水平、總體尺寸和價格相關的專門應用。例如，第一構造 有利于需要極小壓力損失和噪音產生的應用，而第二構造適用于對閥和管道而言具有最小 空間的應用。本發明還提供了流動系統，包括管子、管件或管道；用于使流體流動通過管子、管件或管道的風扇；根據本發明的第一、第二、第三或第四方面中的任意一個的至少一個流動控制閥， 該流動控制閥布置在所述管子、管件或管道中。


現在將參考附圖對本發明的實施例進行描述，其中圖1和2顯示了根據本發明的第一、第二和第三方面的流動控制閥的實施例；圖3和4顯示了根據本發明的第一和第三方面的流動控制閥的實施例；圖5和6顯示了根據本發明的第二和第三方面的流動控制閥的實施例；圖7和8顯示了根據本發明的第二和第三方面的流動控制閥的實施例；圖9和10顯示了根據本發明的第一、第二和第三方面的流動控制閥的實施例；圖11和12顯示了根據本發明的第二和第三方面的流動控制閥的實施例；圖13和14顯示了根據本發明的第五方面的流動管道的兩種構造。
具體實施例方式圖1和2顯示了結合本發明的第一、第二和第三方面的流動控制閥100的實施例。 圖1顯示了處于全開位置的閥，圖2顯示了處于全閉位置的閥。閥100具有限定了流動通道 104的殼體102，所述流動通道在流動少口 106和流動出口 108之間延伸。所述閥適合于安 裝到通風或排氣管道的管段的相應端部上。閥100還包括球形封閉元件110，其下游表面處 延伸有圓錐形元件112以改進空氣動力學特性，即，用于減少或消除流動分離的風險。在圖 1中，閥圖示處于其打開位置，其中，在封閉元件110和殼體102的內壁之間存在間隙114。 如圖1中的箭頭所示，流體流，例如空氣或其它氣體流可以從入口 106通過間隙114經過封 閉元件110流向出口 108。在圖1中，封閉元件110被拉至其上游極限，而在圖2中，封閉元件110圖示處于 其下游極限，在該下游極限位置處，封閉元件110靠在殼體102的圓錐壁部103上，從而阻 止流體從出口 108流出。在入口和出口附近，流動通道104具有第一直徑D1，其小于流動通道的中間部位 處的第二直徑D2。更具體地，殼體102具有上游管段105(其中，流動通道104的直徑為 Dl)、中間管段107(其中，流動通道104的直徑為擬)和下游管段109(其中，流動通道104 的直徑為Dl)。中間管段107和下游管段109之間的過渡部分由圓錐壁部103形成，所述圓 錐壁部起到當封閉元件處于其關閉位置時用于封閉元件110的抵接表面的作用。由于封閉 元件110及其圓錐部112的空氣動力學形狀，可以避免或最小化流動分離和渦流生成，從而 使壓力恢復最大化。為了使封閉元件110在其打開和關閉位置之間移動，在封閉元件110中設置馬達116。馬達116驅動心軸118，該心軸從封閉元件伸出并且與保持元件120接合，而所述保持 元件由殼體102的壁分隔部支撐。馬達116的操作受到控制單元122的控制，所述控制單 元固定到殼體102的外壁部上。在其它實施例中，控制單元也被包含在殼體中。可以控制 馬達116的操作以將封閉元件110停止在圖1所示全開位置和圖2所示全閉位置之間的任 何希望的位置處。圖3和4顯示了結合本發明的第二和第三方面的流動控制閥200的實施例。圖3 顯示了處于全開位置的閥，圖4顯示了處于全閉位置的閥。閥200具有限定了文丘里管狀的 流動通道204的殼體202，所述流動通道在流動入口 206和流動出口 208之間延伸。閥200 還包括封閉元件210，其上游表面基本上為半球形，下游表面形成圓錐體212。在圖3中，閥 處于其打開位置，其中，在封閉元件210和殼體202的內壁之間存在間隙214。在圖3中，封閉元件210被拉至其上游極限，而在圖4中，封閉元件210圖示處于 其下游極限，在該下游極限位置，封閉元件靠在殼體202的圓錐壁部203上。為了使封閉元件210在其打開和關閉位置之間移動，以與上面結合圖1和2所述 實施例相同的方式在封閉元件210中設置馬達216。馬達216驅動心軸218，該心軸從封閉 元件伸出并且與保持元件220接合，而所述保持元件由殼體202的壁分隔部支撐。馬達216 的操作受到控制單元222的控制，所述控制單元固定到殼體200的外壁部上。在圖1-4中，保持元件120和220圖示位于封閉元件110和210的上游。然而，應 當理解，保持元件120和220也可以設置在位于封閉元件110和210下游的位置處。圖5和6顯示了根據本發明的第二和第三方面的流動控制閥300的實施例。圖 5顯示了處于全開位置的閥，圖6顯示了處于全閉位置的閥。閥殼體302限定了流動通道 304，其在流動入口 306和流動出口 308之間延伸。閥300還包括球形封閉元件310，在其下 游表面處延伸有圓錐形元件312。在圖5中，閥圖示處于其打開位置，其中，在封閉元件310 和殼體302的內壁之間存在間隙314。如圖1中的箭頭所示，流體流，例如空氣或其它氣體 流可以從入口 306通過間隙314經過封閉元件310流向出口 308。在圖5中，封閉元件310被拉至其上游極限，而在圖6中，封閉元件310處于其下 游極限，在該下游極限位置，封閉元件靠在殼體部分309的內壁部上，從而阻止流體從出口 308流出。在入口和出口附近，流動通道304具有第一直徑D1，其小于流動通道的中間管段 處的第二直徑D2。更具體地，殼體302具有上游管段305 (其中，流動通道304的直徑為 Dl)、中間管段307(其中，流動通道304的直徑為擬)和下游管段309(其中，流動通道304 的直徑為Dl)。中間管段307和下游管段309之間的過渡部分由圓錐壁部303形成，所述圓 錐壁部起到當封閉元件處于其關閉位置時用于封閉元件310的抵接表面的作用。為了使封閉元件310在其打開和關閉位置之間移動，致動器316固定到殼體302 的外表面上。致動器316驅動構件324，該構件3 延伸到流動通道304中并與封閉元件 310接合。馬達316的操作受到控制單元(未顯示)的控制。圖7和8顯示了結合本發明的不同方面的流動控制閥400的又一實施例。圖7顯 示了處于全開位置的閥，圖8顯示了處于全閉位置的閥。閥400具有限定了流動通道404 的殼體402，所述流動通道在流動入口 406和流動出口 408之間延伸。所述閥適合于安裝到 通風或排氣管道的管段的相應端部上。閥400還包括球形封閉元件410，在其下游表面處延伸有圓錐形元件412。在圖7中，在封閉元件410和殼體402的內壁之間設置間隙414。在 圖8中，封閉元件410圖示處于其下游極限，在該下游極限位置處，封閉元件靠在殼體402 的圓錐壁部403上，從而阻止流體從出口 408流出。在入口和出口附近，流動通道404具有第一直徑D1，其小于流動通道的中間管段 處的第二直徑D2。更具體地，殼體402具有上游管段405 (其中，流動通道404的直徑為 Dl)、中間管段407(其中，流動通道404的直徑為擬)和下游管段409(其中，流動通道404 的直徑為Dl)。中間管段407和下游管段409之間的過渡部分由圓錐壁部403形成，所述圓 錐壁部起到當封閉元件處于其關閉位置時用于封閉元件410的抵接表面的作用。由于封閉 元件410及其圓錐部112的空氣動力學形狀，可以避免或最小化流動分離和渦流生成，從而 使壓力恢復最大化。為了使封閉元件410在其打開和關閉位置之間移動，馬達416設置在單獨的馬達 殼419中。馬達416驅動心軸418，該心軸從外殼419伸出并且與封閉元件410接合。外 殼419由殼體402的壁分隔部支撐并通過橫桿421連接于該殼體402的壁分隔部上。馬達 416的操作受到控制單元422的控制，所述控制單元固定到殼體402的外壁部上。在其它實 施例中，控制單元也被包含在殼體中。可以控制馬達416的操作以將封閉元件410停止在 圖7所示全開位置和圖8所示全閉位置之間的任何希望的位置處。圖9和10顯示了結合本發明的不同方面的流動控制閥500的實施例。圖9顯示 了處于全開位置的閥，圖10顯示了處于全閉位置的閥。閥500具有限定了流動通道504的 殼體502，所述流動通道在流動入口 506和流動出口 508之間延伸。閥500還包括可伸縮的 封閉元件510，其下游表面處延伸有圓錐形元件512。封閉元件510包括搭接的第一和第二 外殼部分511和513。在圖9中，閥處于其打開位置，其中，在封閉元件510和殼體502的內 壁之間設置間隙114，并且外殼部分511和513盡可能被拉靠近在一起。在圖10中，封閉元件510處于其關閉位置，第二外殼部分拉至其下游極限，在該下 游極限位置，該第二外殼部分靠在殼體502的圓錐壁部503上，從而阻止流體從出口 508流 出ο在入口和出口附近，流動通道504具有第一直徑D1，其小于流動通道的中間管段 處的第二直徑D2。更具體地，殼體502具有上游管段505 (其中，流動通道504的直徑為 Dl)、中間管段507(其中，流動通道504的直徑為擬)和下游管段509(其中，流動通道504 的直徑為Dl)。中間管段507和下游管段509之間的過渡部分由圓錐壁部503形成，所述圓 錐壁部起到當封閉元件處于其關閉狀態時用于封閉元件510的第二外殼部分513的抵接表 面的作用。為了使第二外殼部分513在其打開和關閉位置之間移動，在封閉元件510中設置 馬達516。馬達516驅動心軸518，該心軸在515處接合封閉元件的外側遠端表面。第一外 殼部分513由殼體502的壁分隔部支撐并通過橫桿521連接于殼體502的所述壁分隔部上。 馬達516的操作受到控制單元522的控制，所述控制單元固定到殼體502的外壁部上。在 其它實施例中，控制單元也被包含在殼體中。可以控制馬達516的操作以將封閉元件110 的第二外殼部分513停止在圖9所示全開位置和圖10所示全閉位置之間的任何希望的位 置處。如圖11和12的實施例所示，流動控制閥600的可選實施例結合了本發明的不同方面。圖11顯示了處于全開位置的閥，圖12顯示了處于幾乎全閉位置的閥。閥600具有 限定了流動通道604的殼體602，所述流動通道在流動入口 606和流動出口 608之間延伸。 閥600還包括封閉元件610，其下游表面處延伸有圓錐形元件612。封閉元件610布置成沿 著馬達部分滑動，所述馬達部分包括馬達616、圓錐形延伸部617、轉子618和定子619。在 操作中，馬達616使轉子618旋轉，該轉子繼而使定子619沿著轉子618縱向滑動，從而使 封閉元件610沿縱向方向移動。馬達的操作受到控制單元(未顯示)的控制。馬達部分由橫桿620支撐，所述橫 桿連接到殼體602上。圖13和14顯示了根據本發明的流動管道，包括三個可分離的管段705、707和 709。所述管段中的兩個管段705和709具有第一直徑的第一端部和第二直徑的第二端部， 第二直徑大于第一直徑。在流動管道的第一構造中，如圖13所示，兩個管段的第一端部分 別限定了流動管道的入口和出口。中間管段707可以例如容納如這里描述和要求保護的流 動控制閥。在流動管道的第二構造中，如圖14所示，兩個管段的第二端部分別限定了流動 管道的入口和出口。在圖13的構造中，管段705和709的第一端部限定了具有較小直徑的 入口和出口，其中，管段707構成中間管段。在圖14的構造中，管段705和709的第二端部 限定了具有較大直徑的入口和出口，其中，管段707構成該流動管道的上游或下游延伸部。 應當認識到，其它管道段可以連接到如圖13和14所示的管段上。在一些實施例中，圖13 和14的流動管道的直徑變化以壓力損失為代價，然而對于許多應用來說，該代價小于因流 動該管道安裝到具有至少兩個不同直徑，例如Φ 160mm和Φ 250mm的系統中所節省的花費。上文描述和圖1-14顯示的所有實施例還可以結合根據本發明的第三方面，其中， 設置壓差傳感器(未顯示)以檢測封閉元件110、210、310、410、510和610兩側的壓差。還 可以設置位置傳感器(未顯示)以檢測封閉元件110、210、310、410、510、610在全開和全閉 位置之間的位置。可以設置裝載有封閉元件位置和相應的閥特定流動常數值的表的電子存 儲器，使得適當編程的電子處理器可以根據封閉元件兩側的壓差、封閉元件的位置以及位 于封閉元件的任何檢測位置處的閥門特定常數確定流量，流量確定為？ = k^，其中，q表 示體積流量，k表示閥門特定常數，Δρ是封閉元件兩側的壓差。通常，封閉元件的運動可以手動控制和/或進行。因此，可以提供手動操作結構以 使封閉元件在打開和關閉之間移動。在本發明的變形中，馬達和致動器通常可以由偏壓結構代替，包括例如一個或多 個彈簧，所述彈簧沿朝向閥門的上游端的方向給封閉元件提供恒定的偏壓力。因此，本發明 的殼體和封閉元件可以容易地改變以起到彈簧加載的單向閥或止回閥的作用。
權利要求
1.一種流動控制閥，包括殼體，其限定了在所述殼體的流動入口和流動出口之間縱向延伸的通道； 位于所述通道中的封閉元件，其中，所述封閉元件的至少一部分能夠在允許流體流過 所述封閉元件的全部打開位置和所述封閉元件關閉所述通道以便不允許流體流過所述封 閉元件的全部關閉位置之間移動；用于使封閉元件的至少所述部分在所述打開和關閉位置之間移動的馬達或致動器； 其特征在于，所述馬達或致動器位于所述封閉元件中或者位于所述通道內的單獨的馬達殼中。
2.如權利要求1所述的流動控制閥，還包括用于控制所述馬達或致動器的操作的電子 控制單元，其中，所述電子控制單元位于所述封閉元件中。
3.如權利要求2所述的流動控制閥，還包括用于檢測流動通道中的壓力的壓力傳感 器，其中所述壓力傳感器構造為將表示壓力的電信號傳送給控制單元，和 所述控制單元構造為響應至少所述信號控制所述封閉元件的運動。
4.如在先任意一項權利要求所述的流動控制閥，還包括 用于檢測封閉元件兩側的壓差的壓差傳感器；用于檢測封閉元件在全部打開和全部關閉位置之間的位置的位置傳感器；和 裝載有封閉元件的位置和相應的閥門特定流量常數值的表的電子存儲器；和 電子處理器，其被編程以基于封閉元件的壓差、位置和任何檢測位置處的閥門特定流量常數來確定流量。
5.如在先任意一項權利要求所述的流動控制閥，其中，所述馬達或致動器布置成驅動 一心軸，所述心軸延伸穿過所述封閉元件的壁部并且接合位于所述封閉元件外面的保持元 件。
6.如權利要求1-4中任意一項所述的流動控制閥，其中，所述封閉元件包括外殼，所述 外殼至少包括相對于所述流動控制閥的殼體固定的固定外殼部分和能夠相對于所述固定 外殼部分移動的活動外殼部分，并且其中，所述馬達或致動器布置成使所述活動外殼部分 在關閉和全部打開位置之間移動。
7.如權利要求6所述的流動控制閥，其中，所述活動外殼部分具有與所述固定外殼部 分在所述活動外殼部分的整個運動范圍內重合的能伸縮的重合部分。
8.如權利要求1-4中任意一項所述的流動控制閥，其中，所述馬達或致動器位于所述 單獨的馬達殼中，并且其中，所述馬達殼與所述封閉元件隔開一定距離地布置在所述通道 內，并且其中，所述馬達經由驅動元件連接到所述封閉元件上。
9.如在先任意一項權利要求所述的流動控制閥，其中，所述通道在位于所述入口和所 述封閉元件之間的位置處的橫截面積比在所述入口處的橫截面積大。
10.如在先任意一項權利要求所述的流動控制閥，其中，所述殼體中的所述通道具有位 于所述封閉元件下游的漸縮收縮部。
11.如在先任意一項權利要求所述的流動控制閥，其中，穿過所述殼體的通道基本上相 對于回轉軸線對稱，并且其中，將所述殼體和/或封閉元件構造成使所述間隙不對稱。
12.如在先任意一項權利要求所述的流動控制閥，還包括用于減少封閉元件振動的阻尼元件。
13.一種流動控制閥，包括殼體，其限定了在所述殼體的流動入口和流動出口之間縱向延伸的通道； 位于所述通道中的封閉元件，其中，所述封閉元件的至少一部分能夠在允許流體流過 所述封閉元件的全部打開位置和所述封閉元件關閉所述通道以便不允許流體流過所述封 閉元件的全部關閉位置之間移動，其中，當封閉元件的所述部分處于打開位置時，在封閉元 件和殼體的內壁之間設置用于流體流動的間隙； 其特征在于，當封閉元件的所述部分處于全部打開位置時，在任意縱向位置處穿過所述殼體的所述 通道的流動橫斷面積至少等于所述殼體的流動入口的流動橫斷面積。
14.如權利要求13所述的流動控制閥，其中，用于使封閉元件在打開和關閉位置之間 移動的馬達或致動器位于封閉元件中。
15.如權利要求13所述的流動控制閥，其中，用于使封閉元件在打開和關閉位置之間 移動的馬達或致動器位于在所述封閉元件外面在所述殼體中所述通道內的位置處，或者位 于所述通道外面的殼體中的位置處或者位于所述殼體外面。
16.如權利要求15所述的流動控制閥，其中，所述馬達或致動器位于一馬達殼內，所述 馬達殼與所述封閉元件隔開一定距離地布置在所述通道中，并且其中，所述馬達經由驅動 元件連接到所述封閉元件上。
17.如權利要求15所述的流動控制閥，其中，所述馬達或致動器位于一馬達殼內，所述 馬達殼布置在所述通道中，并且其中，所述封閉元件與所述馬達殼形成能伸縮的重疊部分。
18.如權利要求1-12或者15-17中任意一項所述的流動控制閥，其中，所述馬達殼在所 述通道中布置在所述封閉元件的下游。
19.如在先任意一項權利要求所述的流動控制閥，還包括 用于檢測封閉元件兩側的壓差的壓差傳感器；用于檢測封閉元件在全部打開和全部關閉位置之間的位置的位置傳感器；和 裝載有封閉元件的位置和相應的閥門特定流量常數值的表的電子存儲器；和 電子處理器，其被編程以基于封閉元件的壓差、位置和任何檢測位置處的閥門特定流量常數來確定流量。
20.如權利要求13-19中任意一項所述的流動控制閥，其中，穿過所述殼體的所述通道 基本上相對于回轉軸線對稱，并且其中，將所述殼體和/或封閉元件構造成使所述間隙不 對稱。
21.一種流動控制閥，包括殼體，其限定了在所述殼體的流動入口和流動出口之間縱向延伸的通道； 位于所述通道中的封閉元件，其中，所述封閉元件的至少一部分能夠在允許流體流過 所述封閉元件的全部打開位置和所述封閉元件關閉所述通道以便不允許流體流過所述封 閉元件的全部關閉位置之間移動，其中，當封閉元件的所述部分處于打開位置時，在所述封 閉元件和殼體的內壁之間設置用于流體流動的間隙； 其特征在于，用于檢測經過所述封閉元件的壓差的壓差傳感器；用于檢測所述封閉元件或所述封閉元件的所述部分在全部打開和全部關閉位置之間 的位置的位置傳感器；和電子存儲器，該電子存儲器裝載有所述封閉元件或所述封閉元件的所述部分的位置與 相應的閥門特定流量常數值的表；和電子處理器，其被編程以基于所述封閉元件或所述封閉元件的所述部分的壓差、位置 和在任何檢測位置處的閥門特定流量常數來確定流量。
22.如在先任意一項權利要求所述的流動控制閥，其中，至少所述封閉元件的一部分和 /或所述殼體的一部分涂覆具有消音和/或減振特性的材料。
23.如在先任意一項權利要求所述的流動控制閥，其中，至少所述封閉元件和所述殼體 由耐火材料制成。
24.一種控制氣體，例如空氣在流動系統中的流動的方法，所述方法包括在所述流動系 統中布置根據在先任意一項權利要求所述的流動控制閥，和操縱所述流動控制閥以控制氣 體在所述流動系統中的流動的步驟。
25.一種流動管道，包括至少兩個能夠分開的管段，每個所述管段具有第一直徑的第一 端部和第二直徑的第二端部，所述第二直徑大于所述第一直徑，并且其中在所述流動管道的第一構造中，所述兩個管段的第一端部分別限定了該流動管道的入 口和出口 ；并且其中在所述流動管道的第二構造中，所述兩個管段的第二端部分別限定了該流動管道的入 口和出口。
26.如權利要求25所述的流動管道，其中，所述流動管道的另外的管段和/或所述兩個 管段之一包括如權利要求1-21中任意一項所述的流動控制閥。
全文摘要
用于通風或排氣管道的流動控制閥(100；200；300)包括殼體(102；202；302)，其限定了在流動入口和流動出口之間縱向延伸的通道(104；204；304)。通道中的封閉元件(110；210；310)可在全開位置和全閉位置之間移動。馬達或致動器(116；216；316)用于使封閉元件移動。馬達或致動器可以位于封閉元件(110；210；310)內部。穿過殼體的流動通道(104；204；304)可以具有直徑不同的管段以獲得文丘里管式擴散器。可以設置壓差傳感器，其結合封閉元件的位置可以在無需單獨的流量計的情況下計算流過所述閥的流量。
文檔編號F16K37/00GK102047013SQ200980119007
公開日2011年5月4日 申請日期2009年4月3日 優先權日2008年4月3日
發明者P·S·安東森 申請人:萊文特有限責任公司