CN1232737C - 多压力球形提升控制阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种用于操纵一个流体致动装置的高压初级流体控制阀和多压力选择流体控制阀。一个相互间线接触的球状的球形提升件和截锥形阀座设置有一个邻接于该线接触的上游流动区域，以通过将阀座实际密封表面的音速流动损伤移离线接触密封处而使其最小化。该球形提升件最好在一个可在其中径向浮动的提升件的引导件中移动，以使该球形提升件可以相对于阀座自对中。此外，通过在打开供给球形提升件之前关闭排出球形提升件来消除横向泄露。这种原理和特征同样适用于初级或多压力选择流体控制阀。

Description

多压力球形提升控制阀
该申请是2000年3月16日申请的第09/527,395号待审专利申请的连续申请。
技术领域
本发明涉及用于操纵一个流体致动装置的流体控制阀，特别是涉及使用一个或多个球形提升件的选择或初级流体控制阀。尽管本申请的原理可以应用于气动和液动流体控制阀，但其特别适用于高压气动控制阀，以及适用于在两个或多个不同的出口压力间选择地切换的气动控制。
背景技术
许多流体控制阀，尤其是具有气动特性的控制阀已经用于具有多种高压需求的场合，包括用在塑料瓶或其他类似容器的吹模过程中。尽管这种控制阀具有能够满足它们应用的过程的功能，但是高工作流体压力导致控制阀过渡磨损，从而具有相对短的使用寿命。此外，由于致动流体的高压，以前的流体控制阀还具有不能接受的内部工作流体泄露程度的缺陷，比如当打开阀的供给部分和关闭阀的排出部分以使工作流体供给到流体致动装置时发生的横向泄露。结果是，这些因素导致了使用前述流体控制阀的系统的高操作费用和高维护费用。
此外，许多应用场合，尤其是气动系统需要具有在两个或多个控制阀出口压力间选择的能力。这种应用的实例之一是上面提到过的塑料瓶或其他类似容器的吹模过程。在该过程中，通常需要首先使一个相对较低的压力施加到模具以将塑料(或其他材料)引入模腔，然后施加一个较高的压力来迫使材料膨胀成由模具的形状所限定的预定形状。
发明内容
因此，本发明的目的在于提供一种改进的高压或多种压力流体控制阀，它能够明显地减少磨损并且基本上消除了内部工作流体的泄露，从而该流体控制阀具有长的使用寿命并减少了系统的操作费用和维护费用。本发明的目的还在于提供一种能够有选择地分送两个或多个不同的压力到工作系统的控制阀。
根据本发明，一个用于操纵流体致动装置的初级控制阀最好具有一个与压力工作流体源连通的入口、一个与流体致动装置连通的出口通道和出口、以及一个用于工作流体从入口到出口间流通的的流体供给通道。该控制阀最好包括一个位于流体供给通道中的通常为截锥形的供给阀座，该供给阀座具有一个小直径下游端和一个大直径上游端。一个通常为球状的供给提升件或供给球形提升件在供给封闭和供给打开位置间可以有选择地移动，以进入和离开与供给阀座的小直径端密封的基本上是线接触的位置。该球状供给球形提升件在其与阀座的小直径下游端线接触处的弦长尺寸小于该供给阀座的大直径上游端。这种设置也可以用在一个根据本发明的压力选择流体控制阀中，其将在下面描述。
供给阀座的每侧都具有一个相对于供给阀座中心线的供给阀座角度，该角度大于由供给阀座的中心线和当供给球形提升件位于其关闭位置时的一根与位于上述线接触位置的供给球形提升件相切的直线间的角度。中心线两侧的阀座角度最好大约为90度。这在供给阀座和球状供给球形提升件间形成一个环状区域，这形成了当供给球形提升件最初移动到其打开位置并且高速、高压工作流体经过阀座的小直径端最初向下流过供给球形提升件时的上述线接触处的一个限制供给流动区域上游。这非常有利，因为高速、高压工作流体经过该环形限制供给流动区域导致的任何音速流动侵蚀都基本上被立即转换到与该环形限制供给流动区域邻接的供给阀座的上游表面。更重要的是，供给阀座的该上游表面不与供给球形提升件密封接触。因此，音速损伤区域的立即转换使基本上与供给球形提升件直线接触的供给阀座的近乎是“刃边”的小直径下游端的音速损伤最小化。根据本发明的控制阀，其具有供给阀门和排出阀门，最好类似的设置也使用在排出通道中，该排出通道用于排出流体在负载出口通道(负载出口)和排出口间的流体。如上所述，该设置也可以同样地用在压力选择流体控制阀中，其将在后面描述。
此外，本发明最好包括一个处于供给和/或排出阀座的大直径上游端的上游处的圆柱形空腔，该空腔的直径最好大于相应阀座的大直径上游端的直径。一个圆柱形的提升件的引导件或球形提升件的引导件位于流体通道的该加大直径的空腔中，球形提升件的引导件具有一个沿轴线延伸的中部引导孔。多个周向隔开的轴向延伸的引导翅片径向向引导孔内突出，球形提升件容纳在引导孔中，并在其打开和关闭位置间在引导翅片的径向向内的边内轴向移动。上述空腔的内径稍大于球形提升件的引导件的外径，以使球形提升件的引导件和球形提升件少许径向浮动地容纳在空腔中。这使得该通常为球状的球形提升件基本上自对中，从而与各供给或排出阀座的小直径端间形成密封的线接触。周向隔开的引导翅片允许高压工作流体在其间流动，球形提升件的引导件由于不允许在高速流体流动中快速移动或径向移动而使球形提升件和/或阀座上的磨损最小化。这种球形提升件的引导件也可以用在一个旋转流体控制阀中，其将在后面描述。
本发明基本上消除了高压流体控制阀的横向泄露，其中该流体控制阀具有供给阀门和排出阀门，这种横向泄露是通过在激励球形供给提升件的致动件以打开供给侧并初始供给流体到负载通道和负载口之前，先通过激励排出球形提升件的致动件关闭控制阀的排出侧来消除的。
上述球形提升件(用于初级或选择流体控制阀)最好由金属材料构成，如不锈钢等。上述球形提升件的引导件最好由合成材料构成，如尼龙等。本领域的技术人员也可以根据使用的特定工作流体(气体或液体)、特定的工作流体压力以及本发明的流体控制阀应用的特定场合考虑用其他金属材料、合成或非合成材料制造球形提升件和/或球形提升件的引导件。
本发明还提供了一种直接或通过如上所述的初级流体控制阀有选择地给一流体致动装置供给至少两种不同的工作流体压力的压力选择流体控制阀。根据本发明的选择流体控制阀最好具有一个与相对较高压力的工作流体源连通的高压入口、一个与相对较低压力的工作流体源连通的低压入口、以及一个与流体致动装置或初级流体控制阀入口连通的负载流体出口通道。这种选择流体控制阀还包括一个通常关闭的高压阀机构和一个通常打开的低压阀机构，其中高压阀机构连通高压入口和负载流体出口通道以有选择地使高压流体从高压入口流到负载流体通道，低压阀机构连通低压入口和负载流体出口通道以有选择地使低压流体从低压入口流到负载流体通道。设置有一个控制致动器来有选择地操作来使通常关闭的高压阀机构转换为打开位置并使所述高压流体从高压入口流到负载流体出口通道。进入负载流体出口通道的该高压流体使通常打开的低压阀机转换到关闭位置来阻止流体在低压入口和负载流体出口通道间流动。控制致动器的这种有选择的致动或激励，使高压和低压工作流体(比如气动工作流体)都可以引入一个流体致动装置的入口或一个初级流体控制阀的入口，如上所述或实际上的任何形式。
上述高压阀机构和低压阀机构之一或两个都可以包括一个位于阀流体通道中的截锥形阀座，其中阀流体通道与负载流体出口通道连通，该阀座具有一个小直径下游端和一个大直径上游端。一个通常为球状的球形提升件在封闭和打开位置间可以有选择地移动，以进入和离开用于与供给阀座的小直径端密封的基本上是线接触的位置。该球状的球形提升件在与阀座的小直径下游端线性接触时的弦长尺寸小于阀座的大直径上游端。截锥形阀座最好具有一个相对于阀座中心线的阀座角度，该角度大于由阀座的中心线和当球形提升件位于其关闭位置时的一根与位于上述处于线接触位置的供给球形提升件相切的直线间的角度，该阀座角度最好大约为45度，使得阀座的直径相对部分间的整个阀座角度大约为90度。当球形提升件初始地从所述线接触位置移动到其打开位置并且工作流体经过阀座的小直径端下游地初始流过球状的球形提升件时，阀座和球状的球形提升件间的一个环状区域形成了球状的球形提升件和阀座的小直径下游端间的上述球形提升件的线接触处的一个限制流动区域上游。通过这种设置，初始工作流体流过打开的球形提升件导致的任何音速流动侵蚀都基本上被立即转换到与该限制流动区域邻接的阀座的上游区域，供给阀座的该上游表面不与球形提升件密封接触。这基本上使所述阀座的小直径下游端的音速损伤最小化，其中当球形提升件位于关闭位置时，其与阀座的小直径下游端密封地接合。通过使阀座密封部分的磨损最小化而极大地延长了控制阀的寿命。
流体阀通道之一或全部都包括一个处于阀座的大直径上游端的上游处的圆柱形空腔，该空腔的直径大于阀座的大直径上游端的直径。阀机构最好包括一个位于所述流体通道中的空腔中的圆柱形的提升件的引导件，该球形提升件的引导件具有一个轴向贯穿延伸的中部引导孔。该球形提升件的引导件具有多个沿周向隔开的径向向引导孔内突出的轴向延伸的引导翅片，球形提升件容纳在引导孔中，并在其打开和关闭位置间在引导翅片的径向向内的边内轴向移动。上述空腔的内径大于球形提升件的引导件的外径，以使球形提升件的引导件少许径向浮动地容纳在空腔中，并使得球状的球形提升件基本上自对中，从而与所述截锥形阀座的小直径端密封地接触。
根据本发明的初级流体控制阀或压力选择流体控制阀，截锥形阀座也可以位于一个由不同于阀体的硬材料构成的阀座盘中。
本发明的其他目的、优点和特点将通过下面结合附图的描述及所附述权利要求而更加清楚、明了。
附图说明
图1是根据本发明的流体控制阀的横截面视图；
图2是图1中的流体控制阀的端视图；
图3是图1和图2中的流体控制阀的顶视图，其中顶盖或顶帽已经被去除；
图4是与图1中的控制阀的供给球形提升件和排出球形提升件中的一个或一起使用的球形提升件的引导件的顶视图；
图5是图4中的提升件的引导件的侧视图；
图6是图1中的控制阀的供给阀门部分的放大详细视图，其中供给球形提升件位于其关闭位置；
图7与图6类似的放大详细视图，但是其中的供给球形提升件位于其打开位置；
图8是图1中的的控制阀的排出阀门部分的放大详细视图，其中排出球形提升件位于其关闭位置；
图9是与图8类似的放大详细视图，但是其中的排出球形提升件位于其打开位置；
图10是根据本发明的双压力选择流体控制阀的横截面视图；
图10a是沿图10中线10a-10a的横截面视图；
图11是图10中的双压力选择流体控制阀的顶视图，其与一个图1到图9中所示的初级流体控制阀可操作的相互连接，它们均安装在一个流体管路上；
图12是图11的流体控制阀设置的前视图；
图13是图11和图12的流体控制阀设置的端视图；
图14是与图10类似的压力选择流体控制阀的横截面视图，但其是一个三压力选择控制阀。
图15是根据本发明的另一控制阀的球形提升部分的放大的详细视图，其具有一个可更换的阀座盘，该阀座盘适用于图1到图14所示的流体控制阀。
具体实施方式
图1到图15显示了根据本发明的高压和多压初级和选择气动控制阀。尽管附图中以说明目的表示的是气动流体控制阀，但是本领域的技术人员可以理解到本发明的原理可以同样应用于其他类型的初级和选择流体控制阀，如用于气体或液体工作流体的流体控制阀。
在图1中，一个示意性的初级流体控制阀10包括一个阀体12，一个控制帽14，阀体和控制帽都可以利用多个螺栓18固定到管路16上，如果设置有螺纹部分，它们也可以与流体阀门而不是管路16相互连接。
该示意性的初级控制阀10包括一个入口20，一个出口或负载口22以及一个排出口24。一个工作流体供给通道28用于提供从入口20到出口22的流体连通，其通过管路16与一个流体致动装置连接。类似地，一个排出通道30用于提供从负载口22到排出口24的流体连通。
在该示意性的初级控制阀10中，供给和排出通道28、30分别包括一个截锥形供给阀座36和一个截锥形排出阀座46。供给阀座36包括一个小直径端38和一个大直径端40。类似地，排出阀座46包括一个小直径端48和一个大直径端50。设置有一个通常为球状的供给球形提升件42和一个同样为球状的排出球形提升件52来相对于它们各自的截锥形供给和排出阀座36和46进行打开和关闭移动。
供给球形提升件42最好通过一个供给控制致动器80可动地致动，其中供给控制致动器80容纳有来自一个控制气体通道97的控制气体，而控制气体通道97又与一个控制气体入口96连通。当供给控制致动器80被激励时，通过供给推动杆82，供给控制致动器80将控制气体作用在供给活塞81上的力传递来促使供给球形提升件42离开供给阀座36，从而打开控制阀10的供给阀门部分。当供给控制致动器80被去激励，球形提升件42在入口流体压力和一个回复弹簧58的作用下返回到其关闭位置。
类似地，当激励排出控制致动件90时，通过排出推动杆92，其将控制气体作用在排出活塞91上的力传递到排出球形提升件52，促使排出球形提升件52位于其关闭位置。当排出控制致动器90被去激励，排出球形提升件52在排出通道30中的高压工作流体的作用下回到其打开位置。
控制阀领域的技术人员容易理解到可以用其他的致动器来替代初级电气供给控制致动器80和电气排出控制致动器90。这些致动装置包括电力机械螺线管、现场或遥控的机械运动传输装置或者本领域技术人员公知的其他各种类型的致动装置。
参见图6和图7，图中显示的高压流体控制阀10最好包括一个通常为圆柱形的供给腔60，它位于供给阀座36的大直径上游端40的上游。如图4至图6所示，一个通常为圆柱形的供给球形提升件的引导件62向上设置在直径加大的圆柱形供给腔60内。该供给提升件的引导件62包括一个轴向贯穿延伸地通常为圆柱形的中心供给引孔64，并具有多个周向隔开的径向向供给引导孔64内径向突出的轴向延伸供给引导翅片66。供给球形提升件42容纳在供给引导孔64中，以在供给引导翅片66的径向向内边内相对于供给阀座36在其打开和关闭位置间轴向移动。如图6和7所示，供给腔60的内径稍大于供给球形提升件的引导件62的外径，以允许提升件的引导件62和球形提升件41径向浮动的位于供给腔60中，这反过来又使通常为球状的供给球形提升件40能够自对中来，与供给阀座36的小直径端38之间密封地线接触44。
此外，供给引导翅片66最好轴向向下游延伸，在供给提升件的引导件62的一端形成一个供给引导翅片延伸部分63。一个诸如O形圈的弹性圈61环绕着延伸部分63以朝与供给腔60的上游端相反的方向弹性地推动球形引导件62，这是因为弹性圈61被压放在供给空腔60的基底和供给球形提升件的引导件62的空余部分之间。
值得注意的是，在图4至7所示中所示的设置同样可以用于截锥形排出阀座46，该具有小直径上游端48和大直径下游端50的截锥形排出阀座46与通常为球状的排出提升件52间基本上为线接触，如图1所示。类似地，图4和5中显示的供给球形提升件的引导件62也与排出提升件的引导件72相同，该排出提升件的引导件72容纳在直径加大的通常为圆柱形的排出腔70中并具有一个类似的中心排出引导孔74和类似的排出引导翅片76，图1、8和9所示。
参见图6和7，它们显示了控制阀10的供给阀门部分的放大详细视图，在图6中球形提升件42位于其关闭位置。在该位置，球形提升件42与供给阀座36的小直径端38的边之间基本上密封地线接触44。类似地，图7中显示了球形提升件42部分地打开从而离开线接触44。截锥形阀座36最好具有一个阀座角37(相对于阀座36的中心线57)，该阀座角稍大于当球形提升件42位于图6所述的线接触位置时球形提升件42的切线56的切角59(相对于中心线57)。
这种设置使得当供给球形提升件42初始地从线接触44移动到图7所述的打开位置且工作流体通过供给阀座36的小直径端38初始流过球形提升件42时，环形区域43在供给线接触44和小直径端38的上游形成一个限制供给流动区域。这使得由高压工作流体的流动导致的任何音速流动侵蚀损伤可以基本上立即转换到供给阀座36的上游区域45。其优点在于由于这种音速流动侵蚀导致的磨损或损伤转换到供给阀座36的一个邻接环形区域43的区域，而不会出现在与球形提升件42的密封接触处。这使得供给阀座36的小直径下游密封端38的音速损伤最小化，其中阀座36的小直径下游密封端38是唯一与球形提升件42间形成性接触44的阀座区域。结果，球形提升件42上的阀座的实际的密封表面的损伤和磨损非常小，控制阀10的使用寿命相应地极大延长。这反过来极大地减少了使用根据本发明的控制阀10的系统的停机时间和维护费用。
本领域的技术人员容易理解到，图6和图7中所示的球形提升件42相对于供给阀座36的上述功能与排出提升件52相对于排出阀座46的功能及关系是类似的，其中的排出阀座46具有小直径端48和大直径端50。
参见图8和图9，图中显示的高压流体控制阀10最好包括一个通常为圆柱形的排出腔70，它位于排出阀座46的大直径下游端50的下游。一个通常为圆柱形的排出球形提升件的引导件72(类似于图5和图6中的供给球形提升件的引导件62)向下设置在直径加大的圆柱形排出腔70内。该排出提升件的引导件72包括一个轴向贯穿延伸地通常为圆柱形的中部排出引导孔74并具有多个周向隔开的径向向排出引导孔74内突出的轴向延伸排出引导翅片76。排出球形提升件52容纳在排出引导孔74中，以在排出引导翅片76的径向向内边内相对于排出阀座46在其打开和关闭位置间轴向移动。排出腔70的内径稍大于排出球形提升件的引导件72的外径，以允许提升件的引导件72和排出球形提升件52径向浮动的位于供给腔70中，这反过来又使通常为球状的排出球形提升件52能够自对中来与排出阀座46的小直径端48之间基本上密封地线接触54。
排出引导翅片76最好轴向向下游延伸来在排出提升件的引导件72上形成一个排出引导翅片延伸部分73。一个诸如O形圈的弹性圈71环绕着延伸部分73以朝与排出腔70的下游端相反的方向弹性地推动球形引导件72，这是因为弹性圈71被压放在排出空腔70的基底和排出球形提升件的引导件72的空余部分之间。
参见图8和9，它们显示了控制阀10的排出阀门部分的放大详细视图，在图8中排出球形提升件52位于其关闭位置。在该位置，球形提升件52与排出阀座46的小直径端48的边之间基本上密封地线接触54。类似地，图9中显示了球形提升件52部分地打开，从而离开线接触54。截锥形排出阀座46最好具有一个排出阀座角47(相对于阀座46的排出中心线67)，该阀座角稍大于当球形提升件52位于图8所示的线接触54位置时排出球形提升件52的排出切线65的排出切角69(相对于中心线67)。
这种设置使得当排出球形提升件52初始地从线接触54移动到图9所示的打开位置时且排出流体通过排出阀座46的小直径端48初始的下游流过球形提升件52时，环形区域53在排出直线接触54和小直径端48的下游形成一个限制排出流动区域。这使得由高压排出流体的初始流动导致的任何音速流动侵损伤可以基本上立即转换到排出阀座46的上游流动区域。其优点在于由于这种音速流动侵蚀导致的磨损或损伤不会转换到与球形提升件52的密封接触处。这使得排出阀座46的小直径下游密封端48的音速损伤最小化，其中阀座46的小直径下游密封端48是唯一与球形提升件52间线性接触54的阀座区域。结果，球形提升件52上的阀座46的实际密封表面的损伤和磨损非常小，控制阀10的使用寿命相应地极大延长。这反过来极大地减少了使用根据本发明的控制阀10的系统的停机时间和维护费用。
参见图1，当高压工作流体进入出口或负载口22来致动一个流体致动装置时，通过在激励供给控制致动器80来打开球形提升件42之前激励排出控制制动器90来关闭排出球形提升件52而使流体控制阀10的横向泄露最小化。由于需要将工作流体转变为高压状态的设备和能源，这极大地减小了操作费用，否则将浪费或排出高压工作流体。这种高压工作流体，既可以是气态的也可以是液态的，但最好是气态的，经常是300到900磅/平方英寸，在上述吹模过程中通常大约为600磅/平方英寸。
球形提升件42和52最好由本领域技术人员根据需求选定的不锈钢等金属材料或其他金属材料或非金属材料制成。类似地，供给提升件的引导件62和排出提升件的引导件72最好由合成材料，如尼龙制成，当然也可以由不锈钢等金属材料或其他本领域技术人员公知的合适材料构成。
图10到图15显示了一种选择流体控制阀，其既可以单独使用也可以与图1到图9中所述的初级流体控制阀结合使用(在供给侧)。由于图10到图15中显示的阀的许多组件与图1到9所示的阀中的组件至少在功能上是相同的或相似的，因此，图10到15中的组件与图1到9中的组件的标号是相同的，仅仅是增加了100、200、300或400。
在图10到13中，一个示意性的选择流体控制阀210包括一个阀体212，一个控制帽214，它们以与图1到9相类似的方式安装在管路216(如图11至13所示)上。但是，除了管路216，可以通过在阀体212的基部设置螺纹部分而不使用管路216通过流体阀门来完成与其他各部件的连接。
该示意性的选择流体控制阀210包括一个相对高压的入口220和一个相对低压的入口221，它们分别与独立的相对的高压或低压工作流体源连通。这种相对的高压在这里称为“高压”，相对的低压称为“低压”。
一个负载流体出口通道228延伸地通过选择流体控制阀210的阀体212并与负载出口222相互连通。该选择流体控制阀210既可以单独使用，也可以与附图1至9中的初级流体控制阀10一起使用。在这种情况下，该选择流体控制阀210的负载出口222通过流体阀门或管路216与初级流体控制阀10的入口20相互连通。
该选择流体控制阀210还包括一个通常关闭的连通高压入口220和负载流体出口通道228的高压阀机构。类似地，还包括一个通常打开的连通低压入口221和负载流体出口通道228的低压阀机构。在该示意性的选择流体控制阀210中，高压阀机构包括一个截锥形阀座236，该截锥形阀座236包括一个小直径端238和一个大直径端240。一个在形状和结构上通常为球状的球形提升件，以图1至9中已经详细描述的阀座36和球形提升件42连接的方式，基本上线接触地与阀座236接合。类似地，低压阀机构包括一个具有一小直径端248和一大直径端250的阀座246，低压球形提升件252以与上述线接触同样的方式与小直径端248接合。
高压球形提升件242容纳在高压球形提升件的引导件262中，该引导件与图1到图9中的球形提升件的引导件62相似。低压球形提升件以类似的方式容纳在低压球形提升件的引导件272中。至于它们的径向浮动和球形提升件的对中性能，引导件262和272基本上与图1至图9中的引导件62和72相同。引导件262和272与上述引导件62和72间唯一的区别在于翅片266和276不必在各引导件262和272的端部之上轴向延伸。在这种设置中，设置有弹性波状垫圈或弹簧波状垫圈261和271来代替图1至9中的O形圈61和71，它们朝着合适的位置在各引导孔264和274中推压引导件262和272。但是在其他方面，球形引导件的提升件262和272基本上以与上述相应的球形提升件62和72相同的方式工作。
在该较佳的选择流体控制阀210中，高压球形提升件242被通过一个球形提升件杆275对该球形提升件242施加作用的回复弹簧258朝着通常关闭的位置推压。设置有一个与高压球形提升件242连接的控制致动器280，其可选择地致动使球形提升件242离开阀座236进入其打开位置，这是控制致动器280通过高压控制活塞组件281和推杆282来进行的。
在低压阀机构中，在来自于低压入口221并作用于球形提升件252上同时抵抗小推力保持弹簧251的推压力的低压工作流体的作用下，球形提升件252通常处于打开的位置。该低压球形提升件252由一个保持柱塞249保持在一定位置，该保持柱塞249具有一个贯穿延伸的通常为U形的开口278，如图10a所示，低压球形提升件252的打开行程通过其与固定在保持柱塞249上并延伸入保持柱塞通道278中的止动杆或销277接触而被限制。
在操作中，该选择流体控制阀210可以通过它的负载出口222向一个流体致动装置或一个初级控制阀(如上述的初级流体控制阀10)的入口有选择地提供一种或两种不同压力的工作流体。首先，一个低压工作流体源供给到低压入口221，并经过通常打开的球形提升件252进入负载流体出口通道228和负载出口222。只要流体在循环中流动，这种低压工作流体在低压球形提升件252上作用足够的力来抵抗低压保持弹簧251的推压力而将提升件保持在打开位置。在这种情况下，如图10所示，供给到高压入口220中的高压工作流体和负载流体出口通道228中的低压工作流体被通常关闭的高压球形提升件242所隔离，其中球形提升件242在回复弹簧258的作用下抵靠在阀座236上。在这种情况下，低压工作流体供给到负载出口222。
但是，当希望将高压工作流体引入负载流体出口通道228和负载出口222时，可以有选择地激励控制致动器280。值得注意的是该控制致动器220可以气动地、电力地或机械地操纵。
控制致动器280的激励使活塞组件281和推杆282促使高压球形提升件242抵抗回复弹簧258和入口220中的高压流体进入打开位置。高压球形提升件242的打开使来自高压入口220的高压工作流体进入负载流体出口通道228。进入负载流体出口通道228的高压工作流体(与小推力保持弹簧251一起)使通常打开的低压球形提升件252进入与阀座246密封接合的关闭位置。在这种情况下，来自低压入口221的低压工作流体与负载流体出口通道228、保持柱塞通道278和负载出口222中的高压工作流体隔离。如上所述，可以有选择地将来自负载出口22的低压工作流体或高压工作流体供给到一个流体致动装置或图1至9所示的初级控制阀10的入口20。后者的设置如图11至13中所示，其中流体控制阀210和初级控制阀10都安装在管路216上，如果设置有螺纹部分，该管路216可以用一个独立的流体阀门代替。
在图14中，显示了根据本发明的选择流体控制阀的另一实施例，其既可以直接或通过一个图1至9所示的初级流体控制阀10给一个流体致动装置提供多于两种不同压力的工作流体。图14中的选择流体控制阀410具有许多与图10中的流体选择控制阀210相同或功能上基本类似的部件。但是在图14中对相同的部件的标号增加了400并在其后带有或a或b。
选择流体控制阀410的阀体412可以包括两个上述的高压入口420a和420b，并且具有两个上述的控制致动器480a和480b，这两个控制致动器独立地有选择地推动各自的球形提升件442a和442b进入其打开位置。但是在其他方面，选择流体控制阀410以与上述选择流体控制阀210相同的方式操作。
选择流体控制阀410和选择流体控制阀210的操作区别在于控制致动器480a和480b可以被独立、有选择地致动或激励，以便通过负载出口422有选择地给流体致动装置供给三种不同的压力或工作流体。值得注意的是图14仅仅是示意性的显示了本发明的多压力需求，本领域的技术人员很容易理解到多种不同的压力可以由本发明的选择流体控制阀来满足。
在图15中，显示了本发明的另一实施例，其中弹性弹簧波状垫圈361相对于球形提升件移动到在与图10所示相反的位置处。在这种设置中，一个可代替的包括有阀座336的阀座盘388被限制在球形提升件362和引导孔364的下游端之间。该阀座盘388包括一个与O形圈384密封接合的倒角边386并最好由一种不同于阀体的坚硬材料构成。这种设置使得只要有更换阀座盘388就可以方便地更换磨损的阀座336，而不必报废或重新加工图10中的壳体212的阀座236。这样，可以部分的拆开一个选择流体控制阀来更换阀座盘388，而另一个选择流体控制阀还在工作。该修复过的选择流体控制阀储备，以用来在目前工作的选择流体控制阀磨损时来替换。值得注意的是类似的可替换的阀座盘可以用在图1至15中的阀机构或设置中。
最后，较佳的气动高压工作流体可以是高于低压工作流体压力的任何压力，如300至900磅/平方英寸，在某一场合下需要大约600磅/平方英寸的高压工作流体。类似地，低压工作流体可以是低于高压工作流体压力的任何压力，如10至300磅/平方英寸，在某一场合下需要大约100磅/平方英寸的低压工作流体。另外，如上所述，本发明的初级流体控制阀和选择控制阀可以适用于各种液体或气体的流体控制或致动系统。在气动系统中的一个应用是用于吹模塑料瓶或其他容器，其首先需要一个低压来促使塑料进入模腔，随后用一个高压工作流体通过使塑料抵靠在模具的内轮廓来完成吹模过程。但是本领域的技术人员很容易理解到这仅仅是本发明的诸多应用之一。
上面仅仅以例子的方式描述了本发明。从这些描述、附图以及权利要求中，本领域的技术人员很容易理解到，本发明可以在所附权利要求的精神和范围内做各种变化、变形和改变。

Claims (34)

1.一种用于可选择地给一个流体致动装置提供至少两种不同的工作流体压力的选择流体控制阀，该选择流体控制阀具有一个与高压工作流体源连通的高压入口、一个与低压工作流体源连通的低压入口、一个与流体致动装置连通的负载流体出口通道，所述选择流体控制阀还具有一个通常关闭的连通所述高压入口和所述负载流体出口通道的以有选择地允许高压流体从所述高压入口流到所述负载出口通道的高压阀机构、一个通常打开的连通所述低压入口和所述负载流体出口通道以有选择地允许低压流体从所述低压入口流到所述负载流体出口通道的低压阀机构，所述选择流体控制阀还具有一个可选择的操作来使所述通常关闭的高压阀机构进入打开位置并允许所述高压流体从所述高压入口流到所述负载流体出口通道的控制致动器，所述负载流体出口通道中的高压流体使所述通常打开的低压阀机构进入关闭位置并阻止流体在所述高压入口和所述低压入口间倒流，所述高压阀机构和所述低压阀机构中的至少一个包括有一个位于与所述负载流体出口通道连通的阀流体通道中的通常为截锥形的阀座，所述阀座具有一个小直径端和一个大直径端，一个通常为球状的球形提升件在关闭和打开位置间可以有选择地移动来进入和离开用于与供给阀座的小直径端密封的基本上呈线接触的位置，该球状的球形提升件在与阀座的小直径端线性接触处的弦长尺寸小于该供给阀座的大直径端，截锥形阀座具有一个相对于该阀座中心线的阀座角度，该角度大于阀座的中心线和当球形提升件位于其关闭位置时一根与位于上述基本上直线接触位置的球形提升件相切的直线间的角度，供给阀座和球状供给球形提升件间形成的环状区域限定了当供给球形提升件初始地移动到其打开位置时并且所述工作流体初始经过球形提升件时的与上述球形提升件的直线接触处邻接的一个限制流通区域，由所述初始工作流体流动导致的任何音速流动侵蚀都基本上被立即转换到与所述球形提升件的线接触处邻接的上游流动区域，并且该上游流动区域不与供给球形提升件密封接触，从而使所述阀座的小直径端的音速损伤最小化。
2.根据权利要求1所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述高压阀机构和所述低压阀机构中的至少一个是球形提升阀机构。
3.根据权利要求1所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述截锥形阀座位于一个可替换地设置于所述阀流体通道中的阀座盘中。
4.根据权利要求1所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述相对于中心线的阀座角度大约为45度，所述阀座的直径相对部分间的角度大约为90度。
5.根据权利要求1所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述流体阀通道包括一个处于所述阀座的大直径端的上游处的基本上为圆柱形的空腔，该空腔的直径大于所述大直径端的直径，所述阀机构包括一个通常为圆柱形的提升件的引导件，该球形提升件的引导件位于流体通道的所述空腔中，球形提升件的引导件具有一个轴向贯穿延伸的中部引导孔并具有多个周向隔开的径向向引导孔内突出的轴向延伸的引导翅片，所述球形件的提升件容纳在所述引导孔中并在其打开和关闭位置间在引导翅片的径向向内的边内轴向移动，上述空腔的内径大于球形提升件的引导件的外径，以使球形提升件的引导件径向浮动地容纳在空腔中，并使得该为球状的球形提升件基本上自对中，从而与截锥形阀座的小直径端密封地直线接触。
6.根据权利要求5所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述截锥形阀座位于一个可替换地设置于所述阀流体通道中的阀座盘中。
7.根据权利要求5所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述阀机构包括一个用于朝着所述空腔部分的一轴端推压所述球形提升件的引导件的弹性推压元件。
8.根据权利要求7所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述弹性推压元件是一个弹簧波纹垫圈。
9.根据权利要求1所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述高压工作流体和低压工作流体是气态工作流体。
10.根据权利要求9所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述高压气态工作流体的压力为300至900磅/平方英寸。
11.根据权利要求10所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述高压气态工作流体的压力大约为600磅/平方英寸。
12.根据权利要求9所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述低压气态工作流体的压力为10至300磅/平方英寸。
13.根据权利要求12所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述低压气态工作流体的压力大约为100磅/平方英寸。
14.根据权利要求1所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述高压工作流体和低压工作流体都是液态工作流体。
15.根据权利要求2所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述球形提升件由金属材料构成。
16.根据权利要求5所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述金属材料为不锈钢。
17.根据权利要求2所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述球形提升件由一种合成材料构成。
18.一种用于可选择地给一个流体致动装置提供至少两种不同工作流体压力的气动选择流体控制阀，该选择流体控制阀具有一个与高压气态工作流体源连通的高压入口、一个与低压气态工作流体源连通的低压入口、一个与流体致动装置连通的负载流体出口通道，所述选择流体控制阀还具有一个通常关闭的连通所述高压入口和所述负载流体出口通道的以有选择地允许高压流体从所述高压入口流到所述负载出口通道的高压球形提升阀机构、一个通常打开的连通所述低压入口和所述负载流体出口通道以有选择地允许低压流体从所述低压入口流到所述负载流体出口通道的低压球形提升阀机构，所述选择流体控制阀还具有一个可选择的操作来使所述通常关闭的高压阀机构进入打开位置并允许所述高压流体从所述高压入口流到所述负载流体出口通道的控制致动器，所述负载流体出口通道中的高压流体使所述通常打开的低压阀机构进入关闭位置并阻止流体在所述高压入口和所述低压入口间倒流，所述高压阀机构和所述低压阀机构中的至少一个包括有一个位于与所述负载流体出口通道连通的阀流体通道中的通常为截锥形的阀座，所述阀座具有一个小直径端和一个大直径端，一个通常为球状的球形提升件在供给封闭和供给打开位置间可以有选择地移动来进入和离开用于与供给阀座的小直径端密封的基本上是线接触的位置，该球状的球形提升件在与阀座的小直径端线接触处的弦长尺寸小于该供给阀座的大直径端，截锥形阀座具有一个相对于该阀座中心线的阀座角度，该角度大于阀座的中心线和当球形提升件位于其关闭位置时的一根与位于上述基本上直线接触位置的球形提升件相切的直线间的角度，供给阀座和球状供给球形提升件间形成的环状区域限定了当供给球形提升件初始地移动到其打开位置时并当所述工作流体初始经过球形提升件时的与上述球形提升件的直线接触处邻接的一个限制流通区域。由所述初始工作流体流动导致的任何音速流动侵蚀都基本上被立即转换到与所述球形提升件的线接触处邻接的上游流动区域，并且该上游流动区域不与供给球形提升件密封接触，从而使所述阀座的小直径端的音速损伤最小化，所述相对于中心线的阀座角度大约为45度，所述阀座的直径相对部分间的角度大约为90度，所述流体阀通道包括一个处于所述阀座的大直径端的上游处的基本上为圆柱形的空腔，该空腔的直径大于所述大直径端的直径，所述阀机构包括一个通常为圆柱形的提升件的引导件，该球形提升件的引导件位于流体通道的所述空腔中，球形提升件的引导件具有一个轴向贯穿延伸的中部引导孔并具有多个周向隔开的径向向引导孔内突出的轴向延伸的引导翅片，所述球形件的提升件容纳在所述引导孔中以并在其打开和关闭位置间在引导翅片的径向向内的边内轴向移动，上述空腔的内径大于球形提升件的引导件的外径，以使球形提升件的引导件径向浮动地容纳在空腔中，并使得该为球状的球形提升件基本上自对中，从而与截锥形阀座的小直径端密封地直线接触。
19.根据权利要求18所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述截锥形阀座位于一个可拆除地设置于所述阀流体通道中的阀座盘中。
20.根据权利要求18所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述阀机构包括一个用于朝着所述空腔部分的一轴端推压所述球形提升件的引导件的弹性推压元件。
21.根据权利要求20所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述弹性推压元件是一个弹簧波纹垫圈。
22.根据权利要求18所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述高压气态工作流体的压力为300至900磅/平方英寸。
23.根据权利要求22所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述高压气态工作流体的压力大约为600磅/平方英寸。
24.根据权利要求18所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述低压工作流体的压力为10至300磅/平方英寸。
25.根据权利要求18所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述低压工作流体的压力大约为100磅/平方英寸。
26.根据权利要求18所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述球形提升件由金属材料构成。
27.根据权利要求26所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述金属材料为不锈钢。
28.根据权利要求18所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述球形提升件由一种合成材料构成。
29.根据权利要求18所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述选择流体控制阀通过一个独立的初级流体控制阀为一个流体致动装置提供至少两种不同的工作流体压力。
30.根据权利要求18所述的选择流体控制阀，其特征在于，所述选择流体控制阀适于提供多于两种的不同工作流体压力，其具有至少两个分别与至少两个不同压力的气态工作流体源相连通的高压入口、至少两个高压球形提升阀机构和至少两个控制致动器。
31.一种用于给一个流体致动装置提供至少一种工作流体压力的流体控制阀，该流体控制阀包括一个阀体、一个贯穿所述阀体延伸的流动通道和一个位于所述流动通道中的基本上为截锥形的阀座，所述阀座具有一个小直径端和一个大直径端，所述截锥形阀座位于可拆卸地设置在所述流动通道中的可替换阀座盘中。
32.根据权利要求31所述的流体控制阀，其特征在于，所述阀座盘由一种不同于阀体的坚硬材料构成。
33.一种用于操纵一个流体致动装置的控制阀，该控制阀具有一个与压力工作流体源连通的入口、一个与所述流体致动装置连通的负载出口、一个用于工作流体在所述入口和所述出口间流动的流体供给通道，所述控制阀包括有一个位于所述流体供给通道中的通常为截锥形的供给阀座，所述供给阀座具有一个小直径端和一个大直径端，一个通常为球状的供给球形提升件在供给封闭和供给打开位置间可以有选择地移动来进入和离开用于与供给阀座的小直径端密封的基本上是线接触处，该球状的供给球形提升件在与供给阀座的小直径端线接触处的弦长尺寸小于该供给阀座的大直径端，截锥形供给阀座具有一个相对于该阀座中心线的阀座角度，该角度大于供给阀座的中心线和当球形提升件位于其关闭位置时的一根与位于上述基本上直线接触位置的球形提升件相切的直线间的角度，当供给球形提升件初始地离开所述线接触并移动到其打开位置时并当所述压工作流体初始经过球形提升件时导致的任何音速流动侵蚀都基本上被立即转换到与所述供给阀座邻接的一流动区域，并且该流动区域不与供给球形提升件密封接触，从而使所述阀座的小直径端的音速损伤最小化，
34.根据权利要求33所述的控制阀，其特征在于，该控制阀还包括一个排出口、一个用于排出流体在所述负载出口和所述排出口间流动的流体排出通道、一个位于所述流体排出通道中的通常为截锥形的排出阀座，所述排出阀座具有一个小直径端和一个大直径端，一个通常为球状的排出球形提升件在排出关闭和排出打开位置间可以有选择地移动来进入和离开用于与排出阀座的小直径端密封的排出球形成线接触，该球状的供给球形提升件在与排出阀座的小直径端线接触处的弦长小于该排出阀座的大直径端，截锥形排出阀座具有一个相对于该阀座中心线的排出阀座角度，该角度大于排出阀座的中心线和当排出球形提升件位于其关闭位置时的一根与位于上述基本上直线接触位置的排出球形提升件相切的直线间的角度，当排出球形提升件初始地离开所述线接触并移动到其排出打开位置时并当所述压工作流体初始经过球形排出提升件时导致的任何音速流动侵蚀都基本上被立即转换到与所述排出阀座邻接的一流动区域，并且该流动区域不与排出球形提升件密封接触，从而使所述排出阀座的小直径端的音速损伤最小化。
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