本发明涉及一种用来控制流过管道的流体流量的阀门装置。在一特殊的实施例中，本发明涉及水龙头阀门，但不限于这种特殊的应用。 阀门通常用来控制流过管道的流体流量，已知的阀门有许多种。可能大多数常用的阀门都是用于水龙头的升降阀门。典型的水龙头包括由带孔的隔墙分开的进口和出口通道。龙头垫片带有一杆，该杆位于连接到龙头把手上的心柱端部的孔中。朝一个方向转动龙头把手，心柱就朝隔墙运动，压迫垫片贴住隔墙上的孔周围形成的阀座，因而阻断龙头进口和出口通道之间的水流。若朝相反方向转动龙头把手，心柱就会返回，而水压就会使垫片离开阀座，这样龙头就打开了。
传统的龙头阀门具有几种固有的缺陷。首先，当龙头反抗主管道的水压关闭时，具有过分拧紧龙头地趋势。因此，龙头垫片的柔性材料可能被压缩到超过其疲劳强度。这会导致过早地损坏，使其失去弹性、产生破裂，结果造成龙头漏水。通常，是将龙头拧得更紧以止住漏水，但这只会加速垫片的损坏。
其次，当龙头打开时，通过上述孔的水流直接冲击在垫片上，这会很快地导致垫片材料的过度磨损，特别是水中含有矿物质，化学物质和其他杂质的情况下。
第三，现已发现心柱上的孔常常是偏心的，即，与心柱的转动轴线不同轴或与该转动轴线不平行。这会导致垫片密封不均匀。即使阀座通常是经过机加工的，但由于制造误差，常常会发现阀座表面凸凹不平。当垫片压住阀座时，垫片的偏心转动会导致垫片柔性材料的磨损。上述磨损加上高压水流的冲击，使龙头垫片过早地损坏。
第四，现有的龙头阀门不能精确控制水流，特别是在慢流率的情况下。一旦垫片从阀座上抬起，水就以最大压力流过。因此，难以在慢流率时控制水流。曾经对龙头阀门提出过各种改进，以克服上述缺陷，特别是延长垫片密封件的使用寿命。
例如，在英国专利申请GB2005805号中图8所示的实施例中，阀门装置包括一阀门筒体，该筒体具有一接纳在其内周边上形成的槽中的O-型密封件。该阀门装置还包括一活塞状滑阀，它经过O-型密封件而插入上述筒体中。O-型密封件提供了滑阀和阀门筒体之间的径向密封。
然而，GB2005805的图8中所示的阀门装置仍然具有不少缺陷。其主要缺陷是当O-型密封件产生变形而在滑阀和阀门筒体之间构成严紧的密封时，滑阀被紧紧地夹在O-型密封件之中，特别是处在高压环境下。当通过转动龙头把手使心柱返回时，滑阀可能不会从O-型密封件上松开以打开阀门。为此，必须设置一弹簧，推迫滑阀处于“打开”位置。该弹簧增加了生产成本。另外，由于必须为该弹簧设置一基座，使得该阀门装置不适用于洗手池龙头或类似龙头，因为此类龙头不具有放置弹簧的底壁。
另外，由于滑阀具有一位于心柱孔中的中央杆，如果心柱孔轴线与阀门筒体轴线或心柱的转动轴线不同轴的话，滑阀就不能在阀门筒体中正确地定中。因此，就不能获得良好地密封。
为了关闭阀门，将滑阀插入O-型密封件。根据滑阀插入O-型密封件的程度，在将水流彻底关断之前，可能需要将龙头把手转动一定距离。在彻底关断水流之前，使用者不知道需要将把手转动多少。这种不确定性导致使用该龙头时没有把握。
而且，在压力条件下，滑阀在O-型密封件中往复的摩擦运动导致其内周边上的损耗，由此，降低了径向密封的效果。
最后，由于在O-型密封件和其安装槽中具有允许水压使O-型密封件产生变形，而构成径向密封的间隙，当关闭阀门时，O-型密封件有可能发生振动或在槽中滚动或运动，致使其密封性能降低。过量的间隙还可能使O-型密封件在水压作用下被推出筒体。
尽管具有GB2005805中的方案和其他开发新型阀门的努力，上述努力并未导致产生一种有效、耐用和廉价的龙头阀门，而龙头阀门的设计仍没有重大改变。
从广义上讲，本发明提供了一种控制流体流量的阀门装置，它包括：
一具有限定出流体通过的通道的孔的管状件;
-位于上述管状件内的环状密封件;
-具有适于插入上述管状件的孔的下游端的阀座部分的阀门件，该阀座部分所具有的形状使其能接触上述环状密封件的下游侧并能形成密封件和阀座部分之间的轴向密封，由此，切断流过管状件的流体流。
术语“轴向密封”意味着密封是通过大致沿轴向的接触配合形成的，轴向是由孔的轴线限定的。密封件一般采用弹性材料（如橡胶）制成的O-型密封件。不过，与GB2005805中O-型密封件构成的径向密封不同，本发明的环形密封件以类似于传统的龙头垫片的方式用于进行轴向密封。
最好，环状密封件通过装在管状件内表面一径向平面上形成的环形槽中，而保持在管状件内。保持在槽中的密封件应避免受到不适当地压缩。
当阀门件的阀座部分插入管状件的孔中时，它将流体流的通路减小为由阀座部分和管状件之间限定的环状通道。由于流体流通路横截面积的减小，流体流率可通过阀门件相对于管状件的运动而精确控制。当阀座部分更深地插入管状件时，在阀座件前端周缘上形成的环状阀座将接合并沿轴向轻轻压缩环形密封件，由此切断通向环形通道的流体流。一般，阀座部分具有圆筒形状。
另外，作用于密封件上游侧的流体压力进一步压缩该密封件并增强其密封作用。
阀门件最好带有一邻接管状件下游端的凸缘帽，以限定其插入阀座部分的深度。阀门件的形状和大小应允许阀座件充分插入上述孔中，以接触环状密封并且最好沿轴向稍微压缩密封件，以获得密封效果，但通过凸缘帽和管状件端部的接触可防止过度压缩密封件。由此，大大延长了密封件的使用寿命。
最好，阀门件还包括一沿轴向从阀座部分延伸进管状件的孔中的杆部。该杆部的作用是当阀门件进入和退出管状件端部时，使阀门件在管状件中大致与其同心。该杆最好呈锥形，以增强其定中的功能。上述杆部最好还设有大致沿其整个长度开出的槽缝，以允许流体流通过并允许流体压力作用到密封件的上游表面。
管状件和阀门件可由任何适用的已知材料制成，但一般是机加工的金属零件或硬塑料材料的模制件。最好，管状件和阀门件是不锈钢或镀镍黄铜制成的。
本发明的阀门装置特别适用于但不仅仅适用于水龙头。该阀门装置可装在新型龙头中或对现有龙头进行改型。为了有助于利用上述阀门装置改进现有的龙头，管状件的一端最好加工出螺纹，使其可拧到分隔龙头进水和出水通路的隔墙上的标准孔中（该孔可用传统的钻孔工具事先加工出螺 最好具有多边形的径向形状，以便利用六角扳手或类似工具将管状件拧到龙头内的上述螺纹孔中。通常，将一垫片插入管状件和龙头孔周围预先存在的阀座之间，以密封管状件和孔座之间的连接部。将原始的垫片拿掉并将阀门件装在管状件的顶部上，使其杆部伸入管状件的孔中。在此位置，阀门件位于龙头的心柱下面。流体压力通常将阀门件压到龙头心柱的底部上。阀门件的轴向运动可通过转动龙头把手来实现。
为关闭龙头，阀门件的阀座部分被推进管状件的孔中，以减小流体流并通过压住环形密封件形成的轴向密封而最终完全切断流体流。只需要稍微轴向压缩上述密封件。由于压缩受到限制且密封件不与任何其他部件摩擦，密封件的磨损，破裂或其他损坏都得到了避免，这样，就大大延长了密封件的使用寿命。
作用于密封件上游侧的流体压力保证了阀门关闭后，可维持下游侧的轴向密封，由此消除了令人烦恼的滴漏。
为了能充分理解本发明并使其投入实际使用，下面将参照附图对本发明优选的实施例进行详细描述。
图1是具有本发明一个实施例的阀门装置的龙头的部分剖视图;
图2是上述实施例中阀门装置的一分解立体图;
图3是上述阀门装置处于关闭位置的剖视图;
图4是在稍微打开的状态下的阀门装置的剖视图;
图5是上述阀门装置处于打开位置的剖视图。
下面，以将本发明的阀门装置用作控制通过水龙头的水流的龙头阀门的形式进行举例描述。但本发明不限于上述特殊用途，它可广泛地用来控制气体和液体流动。
参见图1，其中，本发明优选实施例的阀门装置10安装在普通的龙头11上。龙头11在其他方面具有传统的结构并包括一壳体12，该壳体具有一连接供水管的入口通道13和一出口通道14。入口和出口通道由具有孔16的隔墙15隔开。龙头11还包括一连接到一心柱18上的龙头把手17，而心柱18通过螺纹拧到心柱外套上。
在传统的龙头中，龙头垫片的杆件插入心柱18上的纵向孔19中。通过转动把手17使心柱18推动柔性龙头垫片贴住形成在孔16顶缘上的阀门座，而将龙头关闭。
上述阀门装置10装在孔16内，以替换传统的龙头垫片和其杆件。由于阀门装置10没有伸入孔19的杆件，所以不必在心柱18上设置孔19，因而也就降低了制造成本。在孔19中没有杆件的情况下，就消除了龙头中常见的振动源。
图2中更清楚地表明了，阀门装置10包括带有允许流体流过的孔的一般呈管状的部件20。为了便于用阀门装置10对现有的龙头进行改型（见下面所述），管状件20具有一螺纹端21且管状件20的孔的底部设有多边形（最好是六边形）的径向段。阀门装置10最好还包括一外部垫圈27。
一环状密封件，如O-型密封件25沿径向装在管状件20的孔的一端之内。一流量限制装置（未示出）可装在管状件20的上游端以节约用水，例如，在应用于浴室的情况下。
阀门装置还包括一具有凸台或凸缘帽部分23和带槽缝的杆24的阀门件22。
阀门装置10的形状和结构可通过图3的剖视图看得更清楚。管状件20的下游端设有围绕其内孔周边的环形槽28。为放置O-型密封件25，一内环状凸缘29限定了槽28的一侧。在环形槽28该侧的孔稍宽于另一侧的孔，以便将O-型密封件25的下游侧部分地露出来。
阀门件22包括一圆柱状阀座部分23，它具有一凸缘帽部分30。缩小直径的带槽缝杆部24从阀座部分23下垂。典型的情况是，两正交的径向槽沿该杆部24轴向延伸至稍低于阀座部分23。
利用阀门装置10对现有的龙头进行改进的步骤是首先在孔16中加工出螺纹。从龙头壳体12上拆下心柱外壳就能接近孔16。在孔16上加工出螺纹后，龙头11最好再装上原来的龙头垫片，接着将龙头打开一会，以保证入口通道中的所有金属削冲走。然后，拆下心柱外壳并将原来的垫片拿掉。
管状件20的带螺纹部分21拧到螺纹孔16上。可采用六角扳手啮合管状件20内的六角形孔26来拧紧管状件20。如图1所示将垫圈27放置就位，以密封住管状件20和隔墙25的连接点。
一旦管状件20被拧入孔16，阀门件22就被装到管状件20的下游端并将心柱外壳再次连接到壳体12上。上述改型相当简单，不需要具有熟练技能的工人。对于新的龙头来说，在制造过程中就将孔16加工出螺纹并安装上阀门装置。
O-型密封件25一般由橡胶制成，但也可采用任何其他适用的弹性材料。材料的硬度最好为90duo。O-型密封件25被保持在槽28中而不受到很大的压缩。O-型密封件25的厚度一般与槽28的宽度相同或稍小于该宽度。最好留有0.1mm的间隙。由于O-型密封件25并未被牢牢地保持在槽28内，所以，它能产生弹性变形。
阀门装置10的操作过程参见图3至图5。在图5所示的打开位置，心柱19返回，阀门件22被水压抬起，离开管状件的孔。（心柱限制阀门件22的向外运动）。从进水通道13来的水流入管状件20的孔，通过杆件24的槽缝并围绕杆件，又经过O-型密封件25、阀座部分23和孔的下游出口，而进入出口通道14。
为了关闭阀门装置10，转动龙头把手17，使心柱19端部接触阀门件22的帽30并推动阀座部分23进入管状件20的孔中。帽30的上表面最好是平的或稍呈拱形。如图4所示，当阀门件的筒形阀座部分23进入管状件20的孔的嘴部时，流道减小成在筒形部分23和凸缘29之间形成的环形通道31。因此，水流减小到具有较慢的流率，这可由龙头把手17精确控制。这样，可方便地控制由热水和冷水龙头混合的水温。带槽的杆件24也有利于精确控制水流。（虽然传统龙头只需要把手转动半圈就能从关闭位置到最大水流位置，而图示实施例的阀门装置10一般需要龙头把手转动一圈半，由此能更精确地控制水流量）。
连续转动龙头把手17会使阀门件22到达图3所示的完全关闭位置。当阀门件22的凸缘帽30接触管状件20的顶部径向面时，就到了全关闭位置。此时，阀门件22不能被进一步推入管状件20，由此，避免了由过度压缩而造成O-型密封件25的损坏。换句话说，它不象传统龙头的垫片可过分地压紧，阀门装置10具有被限定的关闭位置，不可能超过该位置而对密封件产生进一步压缩。
围绕筒形阀座部分23上游端的周缘形成有一环状阀座31。阀门件22、特别是阀座部分23的尺寸设计成，当凸缘帽30贴住管状件20的顶面时，阀座部分23的阀座31接触O-型密封件25的下游侧，最好将其轻微压缩（一般为0.25mm的量级）。该轻微压缩足以使橡胶的O-型密封件25关闭环状通道31。凸缘帽的设计保证了均匀密封。
另外，作用到O-型密封件25内侧和上游的水压将O-型密封件轻轻压在槽28的底壁和侧壁上，由此，增加了该密封件的密封效果。
应该知道，与GB2005805中的龙头阀门产生的径向密封不同，本发明的阀门装置10采用O-型密封件和阀座31之间的轴向密封，即，大致沿轴线方向的密封。因此，当龙头打开时，阀门件22不会被O-型密封件夹住，因而也就省去了偏压弹簧。
阀门装置10还具有如下几项优越性：
（ⅰ）防止了过分压缩O-型密封件，由此，最大限度地降低了损坏的危险，同时延长了阀门的寿命;
（ⅱ）作用于O-型密封件上游的水压有助于其密封作用;
（ⅲ）阀门件无需插入心柱上的孔中;
（ⅳ）水流可精确地控制，特别是在慢流率的情况下;
（ⅴ）可容易地利用该阀门装置对现有龙头进行改进;
（ⅵ）该阀门装置可普遍应用于流体流量控制;
（ⅶ）该阀门装置可靠、耐用并能利用易获得的材料简便地制造;
（ⅷ）该阀门装置适用于冷、热水龙头;
（ⅹⅰ）可免除维修;
（ⅹ）可最大限度减小振动和龙头噪声。
以上所述只是本发明的一个实施例，该领域的普通技术人员可在下述权利要求范围内对本发明装置作出一些显而易见的改进。例如，该阀门装置可用于控制气流。该阀门装置还适用于腐蚀性液体，如汽油、油类和酸，在这种情况下，阀门组件可由抗腐蚀性液体的材料制成。
在另一实施例中，环形密封件位于管状件之外，而阀门件呈套筒形式并在管状件端部上滑动，以接合外部密封件。套筒上设有接合管状件端部的接合部分，它限制套筒的行程以及对密封件的压缩。一带槽缝的杆部从阀门件沿轴向延伸进管状件的孔中。