用于流量控制的压力无关型动态平衡阀

摘要

一种适于放置于液压系统中、放在上游流体入口管道(13)与下游出口管道(14)之间的压力无关型流量控制阀(PICV)，其包括：布置于所述入口管道(13)与所述出口管道(14)之间的、包括有可移动式设备(30)的第一功能单元(Kv)，所述可移动式设备能够手动地致动或通过致动器(40)致动，以用于设定和修改流体通道的孔口的跨度并因此设定和修改阀流量，直至完全关闭；以及第二功能单元(Δp)，所述第二功能单元适于将所述第一功能单元(Kv)的上游与下游两者之间的压差保持恒定，并且因此独立于所述液压系统中的压力的波动而保持所述阀的所设定的流量，其中，所述可移动式设备包括主设备(32)和次级设备(33)，所述次级设备可相对于所述主设备线性地平移，以用于预设最大阀流量，所述主设备(32)一体地承载所述次级设备(33)并且可通过所述致动器(40)使所述主设备(32)线性地移动，以用于在从所预设的最大流量直至完全关闭的范围内调整流体的流量。

说明书

技术领域

本发明涉及一种用于载热流体的流量的动态平衡的阀，所述阀与 HVAC(暖通空调)环境中的液压系统中的压力的波动以及与终端设 备、热交换器、风机盘管、AHU电池、计量单元以及等等的净水的分 布和进给流量的自动调整无关。

背景技术

在所限定的范围中，被称为PICV(pressureindependentcontrol valves：压力无关型控制阀)(其示意图(典型的但不是唯一可行的) 在附图图1中给出)的以上所提到的阀为通常由功能单元“Δp”所 构成的多功能仪器，所述功能单元“Δp”适合于将功能单元“Kv” 的上游与下游之间的压差保持恒定，所述功能单元“Kv”由至少一 个孔口构成，可通过手动致动和/或通过任何种类的致动器“M”使 所述至少一个孔口的通过面积变化直至完全关闭。

已知的是，所谓使孔口的通过面积固定以及将它的上游与它的下 游之间的压差保持恒定，意味着可通过它的体积流量为固定的，PICV 阀因此通常执行以下功能：

1)对可运送通过打开的阀的最大流量的手动预设；独立于液压 系统中的压力的波动对所设定的流量的保持，所述压力的波动在系统 的以及连接至其的设备的各个分部中的使用状态所需的或所经历的变 化之后发生；

2)对流量的机动化调整，在所述最大预设值与其它可能的所调 节的减少之间调节所述流量；

3)开关功能，亦即从所调节的流量位置至流量的停止的改变， 反之亦然，均是为了能源节约以及维修方面的节约的目的，所述功能 为手动地和/或通过致动器执行的功能。

参考图1的图示，通常，被分配至功能2)(亦即将调节单元“Kv” 的任一侧上的压差P₂-P₃保持恒定)的功能单元“Δp”构成有阻塞孔 口的断流器，通过检测压差P₂-P₃的隔膜致动所述断流器：当阀的上 游的压力P₁或阀的下游的压力P₃的变化试图同样改变压差P₂-P₃时， 所述隔膜检测到设计值的不平衡并因此使层状断流器运动，所述层状 断流器将以相反的方式改变压差P₁-P₂，以使得将使值P₂-P₃恢复至设 计值。

在下文中将参考根据本发明所述的阀的附图更具体地描述流量 的、与压力的波动无关(本身被认为是已知的)的该平衡。

功能单元“Kv”被分配成执行其它功能1)、3)以及4)。

通常由孔口/断流器对执行预设功能1)，其中，通常在安装阀时或 者在任何情况下在系统的一次性调节或维修期间，用手动机械操作使 断流器相对于孔口的位置改变，从而使通道面积变化并因此使从此时 起可能穿过它的最大流量变化。

通常由孔口/断流器对执行流量的调整功能3)，其中，在系统的正 常的运行状态期间通过致动器(用来自阀的直接反馈或遥控器等等管 理的恒温式、热电式、机电式、螺线管式)机械地使断流器相对于孔 口的位置以及因此使所得到的通道面积改变，以便使可能穿过阀的流 量变化，以便及时修改由所述阀所控制的终端设备或分部的调节点。

通常由孔口/断流器对执行开关功能4)，其中，手动地或通过任何 种类的致动器使断流器完全地封堵孔口区域，以便禁止载热流体流动 至系统的之后的构件。

考虑到用于执行功能1)→4)所需的构件的较高的数量以及通常 用于要被安装于直径较小的、具有更大的销售的管上的阀的制造的原 材料(通常黄铜)的较高的成本，这种类型的阀的生产者的趋势为， 将与流量的管理有关的功能1)、3)以及4)集合于可能的最小数量的 孔口/断流器对中，以使得获得最大成功的解决方案中的一个见证由单 一的孔口所执行的所有这三个功能，单一的可移动式断流设备作用于 所述单一的孔口，如在附图图2a和2b中示意性地示出的，具有以下 特征：

-与孔口2相互作用的断流器1的端部连接至杆3以相对于阀体 5形成可移动式设备4，所述可移动式设备4可相对于所述孔口平移给 定的行程长度；

-既可通过具有手动操作的机构又可通过与阀体一体地安装的 任一线性致动器6的作用使所述可移动式设备在由给定的行程所分开 的、具有最大的和最小的开口的两个位置之间滑动；

-由所述可移动式设备相对于所述孔口的平移而引起的所述断 流器的端部的运动使可用于流动的通道的面积变化并因此使得能够对 流量采取行动；

-当所述线性致动器处于完全打开的位置中并且所述可移动式 设备被定位于具有最大开口的位置处时，可用于流动的通道的面积为 阀所容许的最大值并且对应于可预设的最大流量(图2a)；

-当所述线性致动器处于完全打开的位置中时，通过使可移动式 设备4相对于孔口手动地平移可用的行程的一定的部分(这可用所安 装的致动器6进行或者必须暂时地将它从阀移除)，使可用于流动的通 道的面积逐渐地变窄，以这种方式限制可通过阀的最大流量或者按照 功能1)执行预设操作(图2b)；

-与孔口相互作用的断流器的端部还具有这样的几何形状，该几 何形状一旦在孔口2处被手动操作或被适当的底座上的致动器挤压， 它就使流动中断，使得能够实现开关功能。

一旦已经执行了用于所需的预设的平移，在已经使用了可用的行 程的适当的部分的情况下，接着就必须使所述可移动式设备进一步运 动以执行流量的调整功能3)，其中，为了及时调整流量，安装于阀体 上的线性致动器进一步使可移动式设备的位置在所设定的预设位置与 最小开口之间变化。

该解决方案的功能限制因此变得清楚。

如图2a和2b中所示，根据可能的工作方法中的一种，手动预设 操作使断流设备4的杆的端部部分远离致动器6的挤压器7运动，从 而确保在控制调整挤压器的运动的随后的阶段期间，不出现影响直至 它已经再一次到达所述杆的终端，然而所有这些使用由致动器提供的、 有限的行程的一部分。

因此，相对于可用的最大行程，在用于限制可能穿过阀的最大流 量的预设操作时所使用的部分使可用于调整调节的行程减小：在阀的 结构所容许的最大上限与最小值之间对流量的调节因此必须分布于剩 余长度上，所述剩余长度也可能是非常小的(特别是在其中用最小流 量执行工作的加热系统中)，在所述长度上将发现由于各个构件的以及 致动器的不可避免的机械、尺寸以及联接公差而引起的误差的权重百 分比越来越大，同时降低阀的调节能力以及自身的调节精度。

在WO2006/136158A1以及WO2009/135490A2中所公开的阀代 表该问题的两种解决方案，其中对最大流量的调节通过两个圆柱形元 件的旋转发生，所述两个圆柱形元件的、与相应的开口的圆周重叠程 度使得能够预设最大流量，而致动器的推动器的整个行程在第一种情 况下被用于两个元件中的一个的轴向平移或者在第二种情况下被用于 由所述两个元件所形成的整个设备的轴向平移，允许对穿过阀的流量 的、从所预设的最大值至零的进一步调节。考虑到对于流体介质的通 过所必需的通道、对于这些通道的变化所必需的方法学以及多组调节 设备的圆柱形构件之间的相对的滑动密封的复杂性，可能只能通过非 常重的且大量的金属构件(其加工起来比较复杂并且因此非常昂贵)、 或者通过使用用塑料材料所构成的构件实现以上所提到的两种解决方 案，所述塑料材料就热膨胀而言对环境条件非常敏感(因此在调节期 间造成精度问题)并且对于及时维持功能特征以及因此维持阀的工作 寿命具有更低的能力。

在US2010/0170581A1中提出一种解决方案，其中，为了取代现 有技术以及追求使预设读数处于致动器的锚定区域的外部的所公开的 目的，通过分离的两组设备调节流量，一组设备施加孔口的面积的变 化以调节最大流量值，使用致动器的推动器的整个行程的另一组设备 改变第二孔口的开口以便调整流量。考虑到机构的复杂性，该解决方 案共有先前的两个解决方案的问题并且具有它的另外的一个问题：由 于用于最大流量的预设的孔口与用于调整的孔口分离并且串联，所以 当它在预设之后经受面积的减小时，调整孔口的面积的减小对于流动 的变化的目的是无效的直至它的面积变得小于预设孔口的面积(水封 闭现象)，因此实际上再一次使由致动器的推动器所提供的调整行程的 第一部分无效。

发明内容

本发明的目的是消除现有技术的PICV阀的上述功能限制。

更特别地，本发明的目的是提供一种PICV阀，其具有以下特征：

-保持将功能1)、3)以及4)集合于单一的孔口/断流器对中；

-保持通过可移动式设备单元所进行的致动方法，所述可移动式 设备单元具有线性平移以容许使用线性致动器，所述可移动式设备单 元比旋转式设备单元更经济；

-由于先前的两点维持了容置于最小体积中的有效且紧凑的结 构，因此随之节省了原材料。

通过本发明的PICV阀实现以上所提到的以及其它的目的，所述 PICV阀具有所附独立权利要求1的特征。

通过从属权利要求公开本发明的有利的实施例。

基本上，适于在上游流体入口管道与下游出口管道之间放置于液 压系统中的、根据本发明所述的用于流量控制的压力无关型动态平衡 阀包括：布置于所述入口管道与所述出口管道之间的、包括有可移动 式设备的第一功能单元“Kv”，可手动地或通过致动器致动所述可移 动式设备，用于设定和修改流体的通道的孔口的跨度以及因此阀流量， 直至完全关闭；以及第二功能单元“Δp”，所述第二功能单元“Δp” 适于将所述第一功能单元“Kv”的两侧上(上游与下游之间)的压差 保持恒定，并且因此独立于所述液压系统中的压力的波动保持所述阀 的所设定的流量，其中所述可移动式设备包括主设备和次级设备，所 述次级设备可相对于所述主设备线性地平移，用于预设最大阀流量， 所述主设备一体地承载所述次级设备并且可通过所述致动器使所述主 设备线性地移动，用于从所预设的最大流量直至完全关闭的范围内调 整流体流量。

附图说明

将通过以下具体描述使本发明的另外的特征更清楚，以下具体描 述与本发明的、在附图中所示出的一个完全地非限制性示例性实施例 有关，其中：

图1为PICV阀的功能图；

图2a和2b为现有技术的PICV阀的功能单元“Kv”的剖视示意 图，所述功能单元“Kv”分别处于最大流量状态(其可为预设的)中 以及中间预设状态中；

图3-7为根据本发明的、处于不同的工作状态中的阀的剖视图， 特别地：图3、4以及5分别示出处于具有最大、中间以及最小流量的 预设状态中的阀，图6示出处于调整状态中的阀，以及图7处于完全 关闭状态中；

图8为处于与图6的调整状态不同的调整状态中的不具有致动器 的阀的放大细节图；以及

图9为示出阀的外观的示意图。

具体实施方式

参考图3至9，与压力无关地进行控制的自动平衡阀(其在下文 中为了简洁起见将被称作PICV阀)总体通过附图标记10表示。

该阀具有一体地约束至彼此的下部阀体11和上部阀体12。下部 阀体11容纳上述第二功能单元“Δp”，所述第二功能单元“Δp”适 合于将实质上容纳于所述上部阀体12中的所述第一功能单元“Kv” 的上游与下游之间的压差保持恒定。

第二功能单元“Δp”被指定用于先前所公开的功能2)，亦即将 第一功能单元“Kv”的上游与下游之间的压差保持恒定，以及因此独 立于其中安装有所述阀的液压系统中的压力的波动而保持所设定的流 量。第一功能单元“Kv”则相反地被指定用于分别实现阀的预设、调 整以及完全关闭(开关)的其它三个功能1)、3)以及4)。

特别地参考图8，现在给出对适合于保持所设定的流量的第二功 能单元“Δp”的功能的简要描述，所设定的流量本身在任何情况下 被认为是已知的。

第二单元“Δp”在分别形成于下部阀体11和上部阀体12中的流 体入口管道13与出口管道14之间放置于所述阀中。

第二单元“Δp”大致包括管状滑动件/断流器20，其容纳于腔室 C中并且在形成于所述腔室C的底部21(其中放置有动态密封垫圈 22)中的孔中轴向地滑动，以便改变来自入口管道13的流体的通道的 跨度23。

在管状滑动件20与腔室C的周边边缘之间插置有隔膜24，其将 腔室C分成下部腔室C1以及具有显著地更小的尺寸的上部腔室C2。

隔膜24的外部周边边缘被限制于阀的下部阀体11与上部阀体12 之间，其中设置有静态密封件25，而内部周边边缘被限制于放置于管 状滑动件20的外围的环形槽中，其中设置有另外的静态密封件25’。

来自入口管道13的流体穿过上述跨度23，通过管状滑动件20填 充以上所提到的上部腔室C2，穿过形成于腔室C的上壁27(与上部 阀体12的底壁一致)中的孔口26，并且通过出口管道14离开。

如将在下文中更具体地描述的，通过单元“Kv”的断流器的位置 确定上述孔口26的跨度(其确定阀的流量)。

弹簧28作用于管状滑动件20，所述弹簧趋向于沿流体的向前运 动的方向推动所述管状滑动件20，将隔膜24保持于平衡位置中。

在所示构造中，在阀的上游，在入口管道13中，存在流体压力 P₁，其由于穿过变窄的跨度23而在管状滑动件20中减小至P₂，并且 由于通过跨度26的进一步变窄而在阀的下游、在出口管道14中进一 步减小至P₃。

由于流体的通道的跨度存在于管状滑动件20的上边缘与腔室C 的上壁27之间，所以在以上所提到的上部腔室C2中存在与管状滑动 件20内部相同的压力P₂，而考虑到存在使出口管道14与腔室C1相 连通的通道29，在上述下部腔室C1中存在与阀的下游的压力P₃相同 的压力。

单元“Δp”的结构为使得一直在功能单元“Kv”的两侧保持相 同的压差P₂-P₃，并且这一点由隔膜24确定，隔膜24的可能的运动致 动断流器20，通过弹簧28的作用与压力P₂和P₃之差这两者间的对抗 将所述隔膜保持于平衡位置中，压力P₂和P₃分别是上部腔室C2中以 及在下部腔室C1中的压力，这些压力作用于隔膜的相对的表面。

若阀的上游的压力P₁由于任何原因而要增大，则这将引起上部腔 室C2中的压力P₂的增加，进而引起滑动件20的向下的移动，并因此 引起跨度23的变窄以及压力P₂的随之而产生的减小——在弹簧28经 过很好地计算的情况下，将P₂与P₃之间的压差保持几乎恒定。

相反地，若阀的上游的压力P₁减小，则所述上部腔室C2中的压 力P₂将减小，所以下部腔室C1中的压力P₃趋向于向上推动隔膜24 以及因此滑动件20，使跨度23变宽并且使压力P₂增大并因此使压差 P₂-P₃恢复至初始值。

现在给出对根据本发明所述的、执行以上所提到的功能1)、3) 以及4)的功能单元“Kv”的更具体的描述。

该功能单元包括容纳于上部阀体12的圆柱形底座31中的双可移 动式线性设备30，并且由主设备32和第二可移动式线性设备33构成， 如将在下文中更具体地解释说明的，所述主设备32对流量的调整功能 3)以及开关功能4)负责，且借助线性致动器40而运动，所述第二 可移动式线性设备33对预设功能1)负责，所述第二可移动式线性设 备33与主设备32同轴并且可手动地使它们的相对位置变化。

如图中所示，主可移动式设备32或调整设备由具有多个部分的中 空的圆柱形主体34构成，其被安装成可在外部套筒35中轴向地滑动， 通过环形螺母36附接至上部阀体12。

在附图中所示的实施例中，环形螺母36通过螺纹连接而附接至上 部阀体12，并且在这两个元件之间插置有静态密封垫圈37，套筒35 同样通过螺纹连接至环形螺母36。

然而，这些元件之间的其它类型的联接为可能的，还可以将套筒 35和环形螺母36设置为单个部件。

在主设备32与套筒35之间放置有螺旋弹簧38，其趋向于朝向致 动器40推动所述主设备，其间插置有设置有杆51的块(block)50。

主设备32的中空的圆柱形主体34在下方具有变宽部60，其将抵 靠套筒35的下边缘，并且在下端处具有用金属或弹性材料所构成的圆 锥形斜边61，所述圆锥形斜边61适合于抵靠设置于上部阀体12的所 述底壁27中的、与所述孔口26同轴并且比所述孔口26宽的圆锥形孔 62，以确定流体的通道的完全的关闭，如将在下文中更具体地解释说 明的。

动态密封垫圈39放置于主设备32的中空的圆柱形主体34与外部 套筒35之间。

由环形变宽部52以及主设备的下部变宽部60与套筒35的下边缘 的可能的抵接确定主设备32的行程的上端，以上所提到的螺旋弹簧 38作用于所述环形变宽部52，所述环形变宽部52将抵靠环形螺母36 的内部台阶53。

第二可移动式设备或次级设备33(需要其执行阀的预设功能)放 置于主设备32内部并且可通过螺纹联接部71相对于主设备32轴向地 平移。动态密封垫圈73放置于所述设备的两个零件之间。

次级设备33由容纳于主设备32的中空的圆柱形主体34中的圆柱 形销70构成并且在上方具有径向地凸出的环形凸缘72，所述环形凸 缘72容纳于由主设备32的上部圆柱形裙缘75所确定的底座74中， 所述上部圆柱形裙缘75相对于主体34具有更大的直径，它与主体34 一同形成内部台阶76，所述环形凸缘72抵靠所述内部台阶76，确定 次级设备33的平移行程的下端。

裙缘75的外表面具有多边形棱柱(六边形、八边形、等等)的形 状，所述多边形棱柱适合于在形成于环形螺母36中的、具有相对应的 棱柱几何形状的底座中轴向地自由地滑动，但是适合于防止其相对旋 转，以使得在次级设备33被旋紧或旋松以设定最大流量时，防止主设 备32旋转，从而使针对次级设备33的旋紧/旋松动作之后能够一直是 相对于主设备32的相对的轴向滑动。

次级设备33的主体或销70在下方具有圆锥形末端77，所述圆锥 形末端77适合于部分地容纳于形成于上部阀体12的底壁27中的以上 所提到的孔口26中，以便改变流体的通道的跨度以及因此阀的流量。

圆锥形末端77的构造使得它在孔口26中的最大插入位置(参见 图7)中并不使流体的通道的跨度完全地关闭。

销70在上述圆锥形末端77的底部处还具有环形突部78，所述环 形突部78适合于抵靠主设备32的内部环形肩部79，以便确定次级设 备33的、相对于主设备32的行程位置的上端(参见图3)。

通常手动地执行次级设备33的、相对于主设备32的平移：将致 动器40和块50移除，并且例如用艾伦内六角扳手(Allenkey)(未示 出)进行行动，所述艾伦内六角扳手在设置于销70上方的相对应的形 状的孔80中。

当然涉及次级设备33相对于主设备32的位置的其它调节方法， 甚至不需要将致动器40移除，例如在环形螺母36中以及在裙缘75 中设置用于引入容许销70的旋转的工具的径向孔或者在下部阀体12 中设置入口，可以经由所述入口使适合于改变可移动式设备33的定位 的适当的机械装置进入。

在附图中示意性地示出致动器40，并且致动器40安装于阀体上， 更具体地通过螺钉附接件41安装于所述环形螺母36上。

在这种情况下，致动器40的其它类型的附接显然地也为可能的， 所述致动器例如为小的电动马达，其将用推动器42作用于块50的杆 51，以将运动传送至功能单元“Kv”。在附图中，用柱示意性地示出 推动器42，如现在将描述的，所述柱根据阀的工作状态以不同的方式 从致动器40凸出。

特别地参考图3至7，现在将给出对根据本发明所述的PICV阀 的不同的运行模式的描述。

首先，建立阀所容许的最大流量状态，并且这一点通过执行预设 获得，通过以下方式进行预设：手动地作用于次级设备33，使它相对 于主设备32线性地平移，这一点不会引起主设备相对于致动器40的 移动，致动器40保持不活动并且因此不必一定使用推动器42的行程 的部分，如在图3、4以及5中可以看到的。

这些图分别示出：其中存在最大流量的预设状态，亦即孔口26 的最小的封堵，其中次级设备的销70处于行程的上端的位置中(图3)； 其中存在中间流量的预设状态(图4)；以及其中存在最小流量的预设 状态，由次级设备33相对于主设备32的最大的线性平移确定所述最 小流量，其中次级设备的以上所提到的环形凸缘72抵靠主设备的台阶 76。

如所提到的，在这些预设状态中，不存在致动器的推动器42的移 动，推动器42因此保持它的整个行程，以便致动主设备32，以及因 此致动整个单元“Kv”以便执行流量调整。

事实上，一旦已经使次级设备相对于主设备平移而执行预设，所 述设备的两个零件的组件就像它为单个部件一样运转，所以主调整设 备32的运动将拉动第二预设设备33，引起流体的通道的跨度的相对 应的改变，对流量具有随之而产生的调整控制作用。

这一点在图6中示出，在图6中可以看到的是，从具有最小流量 的预设状态(图5)开始，与弹簧38的作用相反，致动器40的推动 器42已经引起由设备的两个可移动式零件所组成的整个单元“Kv” 的向下的移动，使流体的通道的跨度26减小。

为了处于图6的位置中的阀的完全的关闭(开关功能)，进一步致 动致动器40，使推动器42进一步突出并且作用于运动传动杆51的推 动器42使设备的两个零件的组件进一步降低，使圆锥形斜边61密封 地抵靠与流量调节孔口26同轴且在流量调节孔口26外部的上述圆锥 形孔62(图7)。

根据已经公开的内容，由于使可移动式设备加倍，根据本发明所 述的PICV阀的优点变得清楚。

事实上，虽然保持现有技术中所描述的解决方案中所存在的优点， 但是双可移动式设备结构使得能够将最大流量的手动预设与调节设备 的位置的调整分离：无论预设的设定是否起始于阀的最大开口位置， 对于用于主设备的行进的设计中所设置的整个行程而言，它将对致动 器保持可用，用于进行对于通道的跨度的进一步减小所必需的移动， 所述通道的跨度的进一步减小对于调整调节同样是必需的。整个调整 调节一直分布于可用的行程的整个长度上，因此保持构件的加工和装 配的机械公差的、被减小至最小值的影响。因此将发现调整调节还由 于所预设的最大流量的显著的减小而具有最大的可能的效果。

阀的组成材料优选地为金属，比如黄铜、青铜、钢以及等等。

显然地可按照与附图中所示的方式不同的方式形成适合于独立于 压力的波动将阀的所设定的流量保持恒定的“Δp”单元。

可在可移动式设备的两个零件之间以及可移动式设备与阀体之间 设置其它相互连接。

例如，设备的两个可移动式线性零件32和33可以以通过致动器 40拉动而非推动的方式工作，在这样的情况下，将适当形状的相应的 断流器放置于流体的通道的相应的孔口下方，而不是如图中所示放置 于上方，因此以有助于流动的方式而非以相反的方式工作。

还可提供线性设备的外部/内部零件之间的功能的互换。

还可提供用于表示设备的两个零件的断流器的定位程度的装置， 例如设置有分度标。

当然，本发明并不限于先前所描述的并且在附图中所示出的特定 的实施例，而是可在本发明所属领域的技术人员力所能及的范围内对 其进行许多具体改变，因此不会脱离本发明自身的、如在所附权利要 求中所限定的范围。