多功能压力调节阀

相关申请

本申请要求2018年4月17日提交的临时美国专利申请62/658,968的优先权，所述临时美国专利申请的全部内容以引用的方式并入本文中。

技术领域

本发明涉及用于液流通路的压力调节器，且具体来说涉及用于将水供应到喷灌喷头和喷嘴的压力调节器。

背景技术

喷灌系统常常具有沿着延伸的供水管布置的许多喷头和喷嘴。举例来说，中心枢轴喷灌系统中的供水管可延伸1/4到1/2英里(400到800米)。供水管可具有六到十英寸(152到254毫米)的直径，且为沿着管道布置的超过一百个喷头或喷嘴提供水。类似地，固定式喷灌系统可包含放置在数排农作物之间的长排塑料供水管，其中喷头在沿着供应管的有规律的位置处的柱上。每一喷头或喷嘴通常通过较小水管连接到供水管，所述较小水管竖直地延伸且包含压力调节器。

喷头和喷嘴通常被设计成在相对低压力下且在窄压力范围内接收水。存在与每一喷头或喷嘴相关联的压力调节器。压力调节器在供水管和喷头或喷嘴之间的水流路径中。压力调节器维持流向喷头或喷嘴的均匀水压。压力调节器确保水压在喷头或喷嘴的设计范围内。

压力调节器通常仅仅用以调节施加到喷头或喷嘴的水压。它们响应于其入口处的压力。如果压力过低，则压力调节器可关断穿过调节器的流动。随着入口处的水压增加，压力调节器允许水流动且确保其出口处的水压保持大体恒定。

已经开发提供给喷嘴和喷头的可变水流的可变流量喷灌系统。可变流量喷灌系统提供对由喷头和喷嘴施加的水的精确控制。可变流量喷灌系统可用于为对太多或太少水敏感的农作物提供精确的水量，尤其是少量的水。可变流量控制系统还可以用于调整流向田地中趋向于变得太湿润的某些区(例如，田地中的凹坑)的水量。

可通过以重复模式接通和断开喷头或喷嘴来实现可变流量喷灌，所述重复模式例如接通30秒然后切断30秒；接通10秒然后切断20秒；以及其它接通-切断操作模式。可变流量喷灌系统通常需要复杂的水流阀网络来接通和切断到喷灌系统中的喷头和喷嘴中的每一个的水流。为喷灌系统中的每一喷头和喷嘴添加可远程控制的阀的成本和工作量较大。

因此，需要一种较不昂贵且较不复杂的系统来提供可变流量喷灌，且具体来说根据规定的模式或循环接通和切断喷头或喷嘴。

发明内容

发明人构想并在本文公开一种压力调节器，其可被例如远程控制以根据规定的模式或循环接通和切断水流穿过调节器到达附接到压力调节器的喷头或喷嘴。提供一种可变流量喷灌系统，其使用可控压力调节器，且不需要用于每一喷头或喷嘴的额外水流控制阀。

压力调节器包含可加压腔室。对腔室加压致使梭子在压力调节器内移动且关断到柱塞流通路中的水流。释放腔室中的压力允许梭子移动并向水流打开调节器。腔室中的压力可例如远程地或根据打开和闭合的预编程序列来控制。因此，可控制压力调节器以接通或切断穿过压力调节器的水流。

用于接通和关断压力调节器的腔室可以是密封腔室，其容纳弹簧，例如螺旋弹簧、另一类型的机械弹簧或其它可变形和弹性装置。所述腔室包含密封件以允许腔室的加压。将加压端口添加到腔室的壳体。加压空气或其它加压流体的供应耦合到所述端口。控制器决定何时对腔室加压。当腔室被加压时，梭子移动以闭合压力调节器中的水流通路。当压力从腔室释放时，梭子由于到压力调节器的入口处的水压而移位。梭子的移位打开压力调节器并允许水流。

压力调节器继续执行其调节出口处的水压的惯常功能，水从所述出口流到连接到压力调节器的喷头或喷嘴。腔室的加压不会干扰压力调节器中的组件的操作，所述组件例如柱塞、机械弹簧和隔膜，它们都调节出口水压。

本发明的一实施例是一种压力调节器，所述压力调节器包含：壳体，其包含流通路；柱塞，其被配置成在壳体内移动，其中所述柱塞为中空的，且具有包含在流通路中的通路；阀座，其在壳体中且安置于流通路中紧接在连到柱塞中的通路的入口的上游；梭子，其在壳体内且被配置成在梭子对接阀座以闭合流通路的最上游位置和从阀座移位打开流通路的下游位置之间移动；密封腔室，其在壳体内且在柱塞和梭子之间，其中密封腔室被配置成当压力调节器正作为开关阀操作时在除大气压外的压力下操作；以及端口，其在壳体中且向密封腔室开放，其中所述端口被配置成连接到加压流体源。

在另一实施例中，本发明是一种液体流量控制装置，其不必是压力调节器，且所述液体流量控制装置包含：壳体，其包含从入口穿过壳体延伸到出口的流通路；柱塞，其被配置成沿着柱塞的轴线在壳体内往复移动，其中所述柱塞为中空的且限定包含在壳体的流通路中的通路；阀座，其在壳体中且安置于流通路中紧接在连到柱塞的通路的入口的上游；梭子，其在壳体内且被配置成相对于壳体和柱塞两者往复移动，其中梭子具有阀梭子对接阀座并闭合流通路的壳体内的最上游位置，以及从阀座移位且打开流通路的下游位置；密封腔室，其在壳体内且在柱塞和梭子之间，其中密封腔室被配置成在除大气压外的压力下操作；以及端口，其在壳体中且向密封腔室开放，其中所述端口被配置成连接到加压流体源。

在另一实施例中，本发明是一种控制压力调节器的方法，其中所述调节器包含具有流通路的壳体、限定流通路的一部分的柱塞，以及柱塞和梭子之间的密封腔室，其中所述方法包括：

(A)通过调整柱塞的入口和固定到壳体的阀座之间的间隙来调节流通路的出水口部分中的水压，其中通过归因于出水口部分中的水压作用于柱塞而发生的柱塞的移动来调整所述间隙。

(B)移动梭子以抵着阀座密封且借此闭合流通路，其中通过将加压流体注入到密封腔室中来驱动梭子的移动；以及

(C)将梭子移动离开阀座以借此打开流通路，其中通过从密封腔室释放加压气体以减小腔室中的压力来驱动梭子的移动。

在另一实施例中，本发明是一种控制液体控制装置的方法，所述液体控制装置包含壳体，所述壳体具有从入口延伸穿过壳体到出口的流通路，其中所述流通路由壳体内的中空管道、梭子以及中空管道和壳体之间的密封腔室部分限定，其中所述方法包括：

(A)在壳体内移动梭子以闭合壳体中的阀座和到中空密封管道的入口之间的间隙(G)，其中通过将加压流体注入到密封腔室中来驱动梭子的移动，且其中闭合所述间隙会闭合流通路；以及

(B)将梭子移动离开阀座以借此打开间隙并允许液体流到中空管道的入口中以及从壳体的出口流出，其中通过从密封腔室释放加压流体以减小密封腔室中的压力来驱动梭子的移动。

附图说明

结合附图考虑从以下详细描述显而易见用于压力调节器的所公开的且新颖的排泄止回阀的其它方面、特征和优点，附图是本公开的一部分且借助于实例示出本技术的原理。

图1是具有可被加压以控制调节器的内部腔室的压力调节器的入口侧透视图；

图2是图1的压力调节器的横截面图，其中梭子环绕阀座以关断穿过压力调节器的水流；

图3是图1的压力调节器的横截面图；

图4是图1的压力调节器以横截面展示的入口侧透视图；

图5是图1的压力调节器的分解视图；以及

图6是图1的压力调节器的梭子的横截面图。

具体实施方式

图1到5分别以透视图、横截面图和分解视图展示流通式压力调节器10。压力调节器10包含由入口盖12和出口盖14形成的壳体。入口盖和出口盖通过搭扣连接而连接，但可通过螺纹连接、摩擦配合连接或其它连接而连接。所述连接可或可不允许入口盖和出口盖在压力调节器组装之后分离。

入口盖12的端部部分具有环形连接器16，所述环形连接器可由一环形排的齿形成。类似地，出口盖14的端部在其端部部分处具有环形连接器18。每一连接器16、18可具有一环形排的齿。当入口盖和出口盖被一起推动时，一个连接器的齿在另一连接器的齿之间滑动。

如图2到4所示，中空环形衬里22由入口盖和出口盖容纳，并位于入口盖和出口盖之间。衬里22的内表面24形成压力调节器内的密封腔室26的径向朝内表面。衬里22的外表面具有环形凸耳28，所述环形凸耳对接入口盖12的连接器16的环形边缘。衬里的环形端30对接出口盖14上的环形凸耳。衬里22通过入口盖和出口盖12和14固定在压力调节器中。

O形环密封件32、34在衬里22的外表面中的凹槽或凹部中。O形环密封件防止空气或其它流体从密封腔室26穿过衬里的外表面与入口盖和出口盖的内表面之间的间隙泄漏并离开到大气中。O形环密封件32安放在衬里的端部30处的凹部中。O形环32在衬里的外表面和出口盖14的内表面之间。O形环34在衬里的外表面中的凹槽中，且在衬里和入口盖12的内表面之间。

密封腔室26在压力调节器内的一直常规地用于容纳螺旋弹簧36的区中。密封腔室26由衬里22的内表面、圆柱形柱塞38的外表面、固定到柱塞的环形凸缘40的上游表面，以及环形梭子42的下游表面定界。

螺旋弹簧36使凸缘40和其柱塞38朝向出口盖14偏置。螺旋弹簧还使梭子42朝向入口盖偏置。柱塞38及其凸缘40相对于腔室26轴向移动。类似地，梭子42相对于腔室轴向移动。

梭子42和柱塞38的移动分别打开或闭合阀且调节穿过压力调节器10的水流。水进入入口盖12中的入口流通路44，通过柱塞中的柱塞流通路46，且离开出口盖14中的出口流通路48。

穿过压力调节器10的流量部分取决于调节器中的流通路44、46和48中的最窄间隙。最窄间隙(G)形成于柱塞38的入口50和阀座52之间，阀座52位于从入口盖延伸的支柱54的下游端。阀座52可具有盘片形状与环形表面，所述环形表面被配置成对接到柱塞的入口50的整个圆形边缘。

间隙(G)的面积取决于柱塞38的入口50的位置而变化。在柱塞抵着出口盖中的环形凸耳56移位时，间隙为最大。如果到柱塞的入口50的圆形边缘抵着阀座52，则间隙(G)为最窄且可大体上闭合。柱塞38的移动改变间隙(G)的面积和因此穿过调节器的水流。

通过出口流通路48处的水压来驱动柱塞38的移动。流经出口流通路48的水渗透到出口盖的环形凸耳56和柱塞的凸缘40之间的腔室58中。腔室58中的水压与出口流通路58中的水压大体上相同。随着出口通路48中的水压增加，腔室58中的水压也增加。腔室58中水压的此增加使凸缘40和柱塞38朝向阀座52移位。随着腔室58中的水压变得大于弹簧36施加到凸缘40的力，柱塞朝向阀座移动。此移动减小间隙(G)并限制穿过调节器的水流。限制穿过间隙的水流会减小柱塞流通路46和出口流通路48中的水压。随着出口流通路48中的压力减小，腔室58中的压力同样减小，且柱塞38从阀座滑动。出口流通路48的水压、柱塞的移动和决定穿过调节器的水流的间隙(G)的宽度之间的这种交互提供调节功能，所述调节功能维持从出口流通路48流动的大体均匀的水压。

O形环60可安放在出口流通路48的壁中的凹槽中。O形环在出口流通路48和腔室58之间的流体通路中。O形环60不密封流体通路。事实上，O形环使通路48变窄且借此减缓进出腔室58的流动。通过减缓所述流动，腔室58中的压力改变速率衰减以避免柱塞38太快地移动，例如振动。O形环和其操作在美国专利5,257,646中详细地描述，该美国专利以引用的方式并入本文中。

O形环密封件62在柱塞38的凸缘40的环形外壁64中。O形环密封件62防止水或其它流体流进或流出密封腔室26并进入凸缘40和出口盖的凸耳56之间的腔室58。O形环密封件62保持在凸缘的外壁64中的凹槽中。随着柱塞沿着其轴线相对于衬里22来回移动，O形环62抵着衬里的内壁24滑动。可使用其它构件来防止进出腔室26以及在衬里22和柱塞的凸缘40的外壁64之间的流动。举例来说，可使用从凸缘40和衬里22延伸的隔膜来使容纳弹簧的腔室26相对于柱塞凸缘40和出口盖14中的凸耳56之间的腔室58密封。

密封腔室26经由压力端口66加压，所述压力端口在腔室26和例如加压空气源的加压流体源68之间提供流体连接。所述端口可以是延伸穿过附接到入口盖12的侧壁的杆70的管道。杆70包含连接器72，所述连接器可连接到将加压流体源68联接到端口66的软管。端口的出口向密封腔室26开放。

梭子42可被配置成作为用于穿过压力调节器10的水流的开关阀操作。为了关断水流，梭子42向上游移动到阀座52。梭子有内壁滑动越过阀座52和其支柱54的外部轮缘。

可从加压流体源68对密封腔室26进行加压以将梭子42移动到关位置，使得梭子覆盖阀座52且借此闭合进入到柱塞流通路46的入口50的水流通路。为了闭合压力调节器，密封腔室中的压力必须足以克服入口流通路44中作用于梭子42的前面的水压。弹簧36的力辅助由密封腔室26中的压力施加的力将梭子移动到闭合位置。

为了打开水流通路，通过经由端口66向大气或真空排气来释放密封腔室26中的压力。释放压力允许密封腔室26接近或低于大气压，当密封腔室58未被加压时，入口流通路44中的水压克服弹簧36的力且使梭子在下游方向中移动并借此打开流通路。

通过控制密封腔室26中的压力，可移动梭子42以接通和切断穿过压力调节器10的水流。密封腔室26中的压力可由控制器74控制，所述控制器致动连接到用于密封腔室的端口66的阀76。阀可具有允许来自加压流体源68的加压流体流入密封腔室26的打开位置，以及允许来自密封腔室26的压力向大气排气的排气位置。阀还可具有防止气体流出端口66的闭合位置。

控制器74可以是计算机控制系统或处理器，其经由有线或无线链路与用于喷灌系统中的压力调节器中的每一个的相应阀76通信。类似地，阀76可控制施加到压力调节器的群组的流体压力。用于每一压力调节器或调节器的群组的阀76可包含致动器，所述致动器由控制器控制且将阀转动到其不同位置。

控制器74可被配置成依据由操作者设定或根据待喷灌的农作物或待喷灌的田地设定的时间表来控制每一压力调节器10以接通和切断水流。举例来说，所述时间表可以是：每隔30秒间隔，压力调节器允许水流持续特定周期(例如20秒)，然后切断水流10秒。此接通和切断水流的时间表可用于喷灌系统中的所有压力调节器。通过使控制器74基于时间表命令用于所有压力调节器的阀76对压力调节器中的密封腔室进行加压和排气来实现所述时间表。

梭子可充当针对压力调节器的自动关断。此自动关断功能独立于控制器，且可在密封腔室26接近或低于大气压时操作。所述关断功能可以是当入口通路44处的水压降到阈值压力水平以下时自动关断穿过压力调节器的水流。

自动关断基于弹簧36施加到梭子42的力而操作。梭子42由弹簧36朝向上游位置偏置，如此关断穿过压力调节器的水流。如果入口流通路44处的水压并不足以克服施加到梭子的弹簧力，则弹簧36使梭子42在上游方向中保持偏置且借此闭合柱塞入口50和阀座52之间的间隙。梭子由于入口流通路44中作用于梭子的前面的水压而从关断位置移动。随着入口流通路中的水压增加，梭子42朝向下游位置移动，如此在梭子、阀座52和柱塞38的入口50之间形成开口。此开口允许水流动穿过压力调节器10。移动梭子42并借此向水流开放压力调节器所需的入口流通路44处的水压可以是预定阈值压力水平。因此，梭子可被配置成在入口流通路44处的水压低于阈值压力水平时关断穿过压力调节器10的水流。

用来自加压流体源68的足够的压力对密封腔室26加压将克服入口流通路中的水压并将梭子42移动到上游位置以停止水流。

图5以部分横截面和透视图展示梭子42。梭子42包含向上游朝向经由入口流通路44到来的水流的前面78。前面78为环形且可具有凹形的横截面。肋片80可对称地布置在前面78周围。前面的凹形和肋片80辅助引导水从前面径向朝内朝向梭子和阀座之间的间隙。梭子42的后部的环形缝隙82被配置成接收螺旋弹簧36。

梭子42具有外部圆柱形表面84和内部圆柱形表面86。两个表面84、86均具有凹槽以接收相应的O形环密封件88、90。外部圆柱形表面84上的环形凹槽中的O形环密封件88在梭子和入口盖12的内部圆柱形表面87之间形成防水密封件。内部圆柱形表面86上的环形凹槽中的O形环密封件90在梭子42和柱塞38的外部圆柱形表面(图3)之间形成防水密封件。这些O形环密封件88、90保持在梭子的其相应凹槽中且抵着入口盖或柱塞的表面滑动。

梭子42还包含第二组O形环密封件92、94，其辅助在梭子处于入口盖12中的最上游位置时提供相对于阀座52的防水密封件。O形环92处于内部圆柱形表面96上的凹槽中，所述内部圆柱形表面具有比安放O形环90的内部径向表面86大的直径。O形环92具有较大直径且从梭子42的内表面86上的另一O形环90径向朝外。由于其较大直径的缘故，O形环92不对接柱塞38的外表面也不抵着柱塞38的外表面滑动。O形环92的尺寸设定为相对于支柱54的下游端处的外部圆柱形表面97(图3)形成密封。O形环92仅在梭子42处于最上游位置时才啮合支柱54的表面97。当梭子处于最上游位置时，O形环92抵着支柱的表面97形成防水密封件。当梭子42向下游移动且O形环92不与支柱的表面97啮合时，O形环92不形成防水密封件。

O形环94安放在从外部圆柱形表面84径向朝内的梭子42的外部圆柱形表面98中的凹槽中。O形环94具有较小直径且从O形环88径向朝内。因此，O形环94不对接O形环88滑动所抵着的相同圆柱形表面87，也不抵着该圆柱形表面87滑动。O形环94抵着入口盖上和入口流通路44中的圆柱形表面100(图3)啮合且密封。表面100具有比也在入口盖上和入口流通路44中的圆柱形表面87窄的直径。小环形阶梯102或斜坡在表面87和100之间平移入口流通路。当梭子42处于最上游位置时，O形环94对接圆柱形表面100且相对于圆柱形表面100形成防水密封件。

可能需要梭子在关断位置和打开位置之间快速移动。类似地，可能需要避免使得梭子在延长的周期内处于最上游位置和最下游位置之间的中间位置的位置。如果留在中间位置中，则梭子可能以非所要的方式减小穿过压力调节器的水流。

O形环94和环形阶梯102辅助将梭子从关断位置(其中梭子处于最上游位置)平移到打开位置(其中梭子移动到最下游位置)。随着梭子从最上游位置移动，O形环94滑动离开入口盖上的内表面100，水在O形环周围流动且除梭子42的前面78外还作用于环形阶梯102。因为阶梯102增加了朝向水流的表面积，所以由水施加到梭子的力随着O形环从内表面100滑动而同样地增加。由水施加到梭子的力的增加用以将梭子快速移动到最下游位置。

本发明还可体现为不调节流经装置的例如水等液体的压力的流量控制装置。此装置的结构可与图1到6中所示相同，只是柱塞不必相对于壳体移动。举例来说，柱塞可通过衬里22和出口盖14固定在壳体中的适当位置，例如入口盖和出口盖。如果柱塞固定到壳体，则柱塞不能够朝向阀座轴向移动，且借此调节穿过柱塞50的入口和阀座52之间的G的压力降。如果柱塞固定，则其可以是壳体内的固定流管道。

虽然本文中公开了本发明的至少一个示例性实施例，但应了解，所属领域的一般技术人员可显而易见修改、替换以及替代方案，且可以在不脱离本公开的范围的情况下作出这些修改、替换以及替代方案。本公开旨在涵盖示例性实施例的任何调适或变化。另外，在本公开中，术语“包括(comprise/comprising)”并非排除其它要素或步骤，术语“一(a/one)”并非排除复数个，并且术语“或”表示任一个或两者。此外，除非本公开或上下文另外表明，否则已描述的特性或步骤还可以与其它特性或步骤组合并且以任何次序使用。本公开由此以引用的方式并入本公开要求权益或优先权的任何专利或申请的完整公开内容。