本发明涉及一种流量控制阀，特别是一种适合于控制高压大流量流体的流量控制阀。 一种现有的典型的流量控制阀，它包括一阀杆，在杆的下端有一锥体，锥体能够移向节流孔和离开节流孔，从而调节流量。锥体和节流孔处在与流体入口相连通的阀体腔内。该节流孔还与流体出口相连通。工作时，流体从入口进入，从出口流出。流出的流体的压力和流量的降低取决于锥体和节流孔的位置，锥体的位置是通过转动阀杆来调节的。
现有技术中的这种阀有几个缺点。在极高地流量和压力下，当流体流经阀时进行调节，不是不可能，但由于阀杆被施加了很大的轴向力，这样调节是十分困难的。另外，锥体与节流孔之间的流体的紊流状态将引起阀蕊的磨损和产生相当大的噪音。这种阀相当不精确，当把阀杆转动到不同角度之后，再将其转回到原来的角度时，不能得到相同大小的节流孔。换句话说，阀的理想调节状态未必能重复实现。
本发明包括一个带有在其内部形成的垂直孔的垂立的阀体。第一阀蕊元件安装在阀体下端，并且它有一个朝上的工作面和一个出口节流孔，该工作面与垂直孔保持液体连通，出口节流孔从工作面延伸到第一阀蕊元件中。一杆装在阀体上，以便沿着孔的轴线运动。装在杆下端的是第二阀蕊元件，它上面有一工作面，该工作面对着另一阀蕊元件的工作面。在阀体的一侧有一入口装置，它允许流体流入邻近这些工作面的外侧边缘的垂直孔中，并且当阀处于工作状况时，该装置还提供一个平衡施加在杆上的向上或向下作用力的装置。
本发明的一个目的是提供了一种改进了的流量控制阀，它克服了上面列举的现有技术中的缺点。
本发明的另一个目的是提供了这样一种阀，该阀能在一个很宽的范围内和在相当高的流量压力下准确地控制其流量和压力。
本发明的又一目的是提供了一种能防止磨损和高压大流量的情况下只产生极小的噪音的阀元件。
本发明还有一个目的是提供了一种当阀被调节到高压大流量时，易于操作的阀门。
图1为根据本发明所构成的第一个阀的剖视图;
图2为沿图1中的线2-2方向的剖视图;
图3为所示阀的上部的透视图;
图4为根据本发明所构成的第二个阀的局部剖视图。
图1中的310所表示的是根据本发明所构成的流量控制阀。它包括一管状阀体312，其上有一腔314。阀体312包括入口装置或入口316，该入口通过孔318与腔314内部连通。入口316包括一组径向内螺纹320，该内螺纹与管子（未示出）的螺纹相连，以便从管子向腔314输送液体。
阀体312还包括一出口孔322，该孔也有一组径向内螺纹324，以便将出口孔322与另一根管子（未示出）连接起来，将孔腔内的液体排出阀外。
一般地说，阀310在管道中是用来控制流量的，该管道中有液流从入口316进入，通过腔314从孔322流出。正如后面所显示的，可以通过调节阀310来控制管道中的流体流量。
一调节螺母326，通过锯齿状螺纹328，在腔314的上端与阀体312连接。这里调节螺母也被看作是杆的移动装置和一圆柱形元件。螺母326包括一个带有孔332的圆柱形上部330，该孔332从其内部穿过。第二个孔穿过上部分330，该孔与孔332正交。孔332中可插入一根棒或杆，用来旋转螺母326。
螺母326还包括一个圆柱形的中间部分333，该部分包括一组三条平行线334，338和336，这三条平行线被刻划在圆柱形中间部分的圆周上，因此形成了与圆柱形的部分333同轴的环。
较低的圆柱形部分340包括一组径向外螺纹，它与孔314上部的径向内表面上的螺纹配合，以便形成连接螺纹328。
用螺丝344、346（见图1）和螺丝348（见图2和3），将环形刻度盘342装在阀体312的上表面。刻度盘342上的槽可允许对刻度盘的径向位置进行调整。正如图2所能看到的，刻度盘342包括打印在盘上的数字和线条，这些数字和线条显示控制阀310调整的读数，这在后面还要详细说明。
调节螺母326的较上端的圆柱形部分330上有一刻划的线条350，该线条与刻度盘342一同使用。
较低的圆柱形部分340包括一面向下的轴向孔352。一对相对的环状的轴承座圈354和356安装在孔352的上部分，将推力轴承358安放在两座圈之间。座圈354、356和轴承358在这里一起被看作为轴承装置。将基本上为平面的圆盘360放在座圈356的下平面和圆柱状的杆362的上表面之间。
在杆362的上端套上一环形轴套364。在靠近轴套的下表面安装一个卡环366，从而将轴套，圆盘360、座圈354、356和轴承358固定在如图所示的位置上。卡环336被安放在孔352的径向内表面上所形成的环形槽中。
卡环368被安装在推杆362的径向外表面上所形成的槽370中。紧靠环368的下底面是一垫圈372。将偏压装置或弹簧374压缩地放在垫圈372和圆盘376之间。在本发明实施例中采用了许多大批量生产的包括弹簧374的弹簧垫圈，当然大批量生产的螺旋弹簧也有同样的工作效果。
圆盘376包括一中心孔378，将杆362穿过该孔。环形凸缘380包括一朝下的环形表面，它靠在孔314内形成的面朝上的环形凸缘382上。螺纹环384与图中所示的孔314径向内表面上形成的锯齿状螺纹连接。将该环紧靠着圆盘376，以便将它固定在一适当位置上。设置了类似于孔385的孔，以便能使扳子（未示出）与环384啮合，从面能将环384通过螺纹拧到孔314上或从其孔中卸下来。卡环387装在紧靠在环384上方的孔314的径向内表面上形成的槽中，从而将环384固定住。在圆盘376的径向外表面和孔314的径向内表面之间及在中心孔378的径向内表面和杆362的径向外表面之间，分别用O-型圈386和388密封。圆盘376和O-型圈386、388在这里组合起来作为密封装置。
在阀体312内打一孔389作为出口，以防万一在O-型圈386、388处发生泄漏。
导向装置或与杆362构成一个整体的活塞390。该活塞上表面392基本上是平的，下表面394是锥形的。环形凸出部396与杆362和活塞390整体地形成。当杆362向上移动时，该凸出部396就紧靠在圆盘的下表面上，从而通过孔398、400，保证了表面394和392之间的流体连通。O型环402被安装在活塞390的径向外表面和孔314的径向内表面之间。O型环402作为保持活塞390的导向装置，它的结构基本与阀体312同轴。紧靠在孔314的径向内表面的活塞390的径向外表面，被看作为活塞390的圆柱形部分。
与杆362同轴的杆404，将活塞390的下端和阀蕊元件406的上端连接起来。杆404与活塞390和阀蕊元件406整体地形成，如图所示。阀蕊元件406有一个下表面，该面包括一个环状的工作面408和一个上表面410，该面为所示的锥形表面。阀蕊元件406的圆柱形部分412，在圆柱形部分412的径向外表面和孔314的径向内表面之间，限定了一个环形空间414。
工作面408上的中心圆形部分416基本上是平的。正如所看到的，圆形部分416的直径比出口孔418的直径稍大些，该出口孔418是在阀蕊元件420（被看作为第一阀蕊元件）的内部、圆形部分416的下面形成的。在圆形部分416和阀蕊元件406的径向外缘之间形成一锥形部分422。阀蕊元件420包括一个向上的基本是平的工作面424。工作面424和圆形部分416之间基本上是相互平行的。在本发明的实施例中，锥形部分422和工作面424之间构成的角度大约为4度34分。
我们知道，如果把锥形部分422设计在阀蕊元件420上，阀蕊元件406的下端为平面的话，本发明的工作效果是相同的。因为这样同样可以在两阀蕊元件相互紧靠在一起时，在两阀蕊元件周边之间形成一锥形开口。
当杆362以下面将要描述的方式向下移动时，阀蕊元件406紧靠在阀蕊件420上，这时两工作面408和424之间形成一横向楔形空间。
出口孔322和出口416在这里一起被看作为出口装置。O型密封圈426放置在阀体312内的沉孔428的径向内表面和环形阀蕊元件的径向外表面之间，它是被压到沉孔428内的。
工作时，入口316与管子（未示出）相连，该管子通过孔318使流体流入腔314中。另外的一根管子（也未示出）与出口孔322连接。
当流体经孔318进入腔314后，它向上从孔398、400流入活塞390的上表面392和圆盘376的下表面之间空间。同时也经过环形空间414流入工作面408和424之间的空间。甚至在高压大流量的情况下，环形空间414基本上仍能将流体均匀地分配在工作面408和424的外侧周边，从而防止了阀蕊元件406和与其有关的装置产生横向载荷。
流体在两工作面从径向外侧周边，朝着节流孔418流动，进入节流孔和出口孔322。
通过调节螺母326，能够改变流过阀310中的流体流量的大小。如果要增加流体流量，就把螺母326从连接螺纹328上拧松。从而使杆362向上移动。由于弹簧374给杆提供了向上的偏压，当螺母326向上移动时，弹簧也向上移动，同时使杆362的上表面与圆盘360保持接触。当杆上升后，工作面408和424之间的空间增大了，从而增加了通过阀的流量。
相反地，把螺母326反拧，可以使它向下拧进连接螺纹328中。这样使两工作面相互靠拢，以便减少通过阀的流量。座圈354随螺母326转动，而座圈356保持不动。可以看出，在转动的螺母326时，无论杆上升或下降，杆362都不转动。
当阀蕊元件406运行到两工作面408和424相互靠近时，两工作面之间的锥形角是很重要的。如果本发明的实施例中的工作面基本上是平面，如果其锥度小于2度20分，那么工作面408和424之间的压力可能会低于活塞406上面的压力，从而使活塞猛地使劲关闭，即活塞406紧靠在工作面424上，以防上流体通过节流孔418。
工作面408和424的径向内侧周边上的压力可以接近于大气压力，即当工作面408和424的径向外侧周边上的压力与入口316内的压力相同时，节流孔418内的这个流体压力可以高达5000p.s.i（磅/吋2），或更高。这样，在工作面408和424的径向内侧和外侧周边之间形成一个大的压力降。
就基本平行的工作面而论，当工作面408靠近工作面424时，节流孔418与工作面408、424的径向外侧周边之间的压力降是趋于均匀分布的。当这种情况发生时，阀蕊元件406下面的压力必定低于其上面的压力。这样，活塞顶部上的压力使活塞猛地关闭。
为了保持工作面408、424的径向外侧周边和径向内侧周边之间产生的压力降，其中的径向内侧周边是更靠近内侧的周边（即节流孔418附近），在径向外侧周边上两工作面之间的间隔要大于径向内侧周边上的间隔。在本发明的实施例中的工作面基本上是平面的情况下，可以看出，当两工作面之间彼此形成至少2度20分的角度时，两工作面之间的间隔就足够大了。
当压力降只出现在节流孔418附近，而不在两工作面的外侧周边出现时，较低的压力就会出现在阀蕊元件406的一段较小范围的下面，即节流孔418的附近。从而产生的向下的压力低于当压力降均匀分布在两工作面的径向内、外侧周边之间的力。可以清楚地看到，角度的变化可以影响活塞下面的压力降的分布，至少在本发明的锥面的较小范围内。例如在约2度20分和25度之间的角度范围。这样对于所给定相互位置的工作面408、424，改变锥面角度可以改变阀蕊元件406上的向下的作用力。
阀蕊元件406尺寸的选择和其相关结构的确定，为的是平衡作用在活塞390、阀蕊元件406和与之有关的杆上的流体压力。例如，当阀处于工作状况时，即阀中充满了流动的流体时，流体压力向上作用在工作面408上，该工作面位于工作面424的上面。同样，流体压力也向上作用在锥形表面394上，并通过孔398、400向下作用在上表面392上。上述的每一个面以及杆404、362和节流孔418尺寸的选择要使得当流体进入阀时，作用在阀蕊元件406上的作用力上下基本相等。
弹簧374是非线性弹簧，并且在弹簧伸长时作用在杆362和相关装置向上的力要比弹簧压缩时要小。这样，当工作面408、424相互靠近时，阀蕊元件406下面的压力就开始下降，由于弹簧被充分地压缩，弹簧374中向上的力较大。因此，阀趋于在基本平衡的条件下工作。
普通专业技术人员能够选择尺寸大小合适的活塞和阀杆，以及弹簧弹力，以平衡作用在阀蕊元件406和相关装置上的上下作用力。因此本发明提供了一种甚至在非常高的压力和流量下也易于调节的阀。如果阀被使用在具有高出口压力的系统中，则压力作用在圆形部分416。在选择活塞和阀杆的尺寸及弹簧弹力时能够考虑到这一点，那么就能使作用阀蕊元件406上的向上和向下的作用力平衡。从而在较高的出口压力下，阀也易于调节。
由于作用在杆362和螺母326上向上的压力总是保持不变，从而防止了由于连接螺纹328中的泄漏所引起的滞后现象。
对刻度盘342进行校准，以线条350在刻度盘表示同样大小的节流孔直径。等同孔径是通过测定通过阀310的最小横截面的过流面积来计算的。然后，将其换算成具有相同横截面积的圆孔直径值。流体通过阀310中的最小横截面积，是由一个圆柱体的径向外表面来确定。该圆柱体的直径与节流孔418的直径相等，高度与中心部分416到工作面424之间的距离相等。这个圆柱体的径向外表面的面积是阀中的液体流过的最小横截面的过流面积。使螺母326有个比较小的转动就可以有效地改变横截面的过流面积。从而随着阀杆362的较小的移动就能够得到一个大的流量控制范围。
刻度盘342上的数字显示的是环形面积的直径，以1/64英寸为单位，当线条350对准刻度盘342上所选的数字时，该面积等于所述阀310中的最小横截面的过流面积。在图1中，从刻度盘342上仅仅能看见线条334时，用线条350可读出刻度盘342上最外面的刻度，即O-34的刻度。当线条334、336都能看见时，通过线条350对准刻度盘上34-48的数字读出刻度。当线条334、336、338都能看见时阀已经开得很大了。
现在翻到图4，430表示的是本发明构成的第二个阀。与图1-3中相同的装置，其标号在图4中仍保留。杆362放在较下的圆柱形部分340内构成的轴向孔432中。一对孔434、436相互垂直穿过图示的杆362的上端。一对相对应的孔相互垂直地穿过圆柱形部分340，其中一个是孔438。这样，当杆362放入孔432中时，孔436与孔438同心相对，孔434与穿过圆柱形部分340而构成的孔（未示出）也同样相对。
销子450穿过孔436、438，销子452穿过孔434和对应的圆柱形部分340上形成的孔（未示出）。
所述的销子和孔的布置，可防止杆362相对于圆柱形部分340转动以及轴向运动。
图4所示的本发明的实施例的操作基本上与图1-3所示的实施例一样。但在图4的实施例中，万一阀蕊元件下面的压力降低了，可以防止杆362向下移动。这样，通过转动圆柱形部分340，可使阀蕊元件406保持在所选定的位置上。
可以看到，对本发明的实施例可以做一些补充和修改，而不脱离由下面权利要求所限定的本发明的保护范围。