專利名稱：級聯(lián)氣動脈沖分離系統(tǒng)及其閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及氣動脈沖分離系統(tǒng)及為其使用的氣動脈沖閥。更具體地說，本發(fā)明涉及一個或一系列能產(chǎn)生可壓縮流體脈沖的高速作用閥閥，以及適于為飛機前緣表面除冰的氣動脈沖分離系統(tǒng)。
本申請是已獲批準(zhǔn)尚待授權(quán)的美國專利申請07/240，030號(其標(biāo)題為氣動脈沖閥和分離系統(tǒng)，申請日為1988年9月2月)的繼續(xù)部分申請，該申請的有關(guān)內(nèi)容也寫入本文以供參考。
自從以發(fā)動機作動力的飛機出現(xiàn)以來，飛機在某些飛機狀態(tài)下會由于在機翼和支柱之類飛機部件表面上積聚冰而發(fā)生麻煩。如果對此不予檢查，冰的積聚最終會使飛機增加重量，改變飛機的操縱面和機翼的翼剖面形狀，會突然陷入不宜飛行的狀態(tài)。為預(yù)防和去除飛機在飛行狀態(tài)下積聚的冰，經(jīng)過努力已研究出三種較通用的去除積聚冰的方法。
第一種除冰方法就是加熱除水，即對前緣進行加熱，以降低飛機部件與積聚冰之間的粘附力。這里所指的“前緣”就是飛機部件上這樣一些邊緣有冰逐漸堆積在上面，并受流過飛機的空氣的沖留，其上某一點或某一條線上氣流產(chǎn)生停滯。在粘附力降低之后，流過飛機的氣流通常就可以把冰從飛機部件上刮下來?？捎脙煞N通行的方法來加熱前緣。一種是通稱的電熱除冰法，就是在飛機部件的前緣區(qū)內(nèi)放上電熱元件，再在前緣上面復(fù)蓋一個彈膠性層，或者把電熱元件放進飛機部件的外殼結(jié)構(gòu)中。電熱元件通常是由一臺或多臺飛機發(fā)動機帶動的發(fā)電機提供電力，并不時通電、斷電，使產(chǎn)生的熱量足以松動積聚的冰。對小型飛機來說，可能無法提供足夠的電來進行電熱除冰。
另一種加熱方法就是讓從渦輪機的一個或多個壓縮級中放出的高溫氣體流過機翼和支柱等部件的前緣，來除冰或防止結(jié)冰。這種加熱方法，由于要從渦輪機的一個或多個壓縮機站中放出高溫空氣，只能應(yīng)用于由渦輪機推進的飛機上。使用這種方法還耗費燃料，降低渦輪機的輸出功率。
第二種普遍使用的除冰方法是用化學(xué)劑。只在某些有限情況下，對飛機的整體或部分施加化學(xué)劑，以減少會導(dǎo)致在飛機上積冰的粘附力，或降低積聚在飛機表面上的冰的凍結(jié)點。
最后一種普遍使用的除冰方法被稱作機械除冰法。主要使用的機械除冰方法是氣動除冰法，就是在飛機的前緣區(qū)、機翼或支柱等部件上面裝上若干個可膨脹的通常為管狀的結(jié)構(gòu)，這些結(jié)構(gòu)可用壓力流體(通常用空氣)來吹脹。在管狀結(jié)構(gòu)膨脹時，管狀結(jié)構(gòu)就大大擴展機翼或支柱的前緣的輪廓，體積聚在上面的冰破裂，并消散在流過飛機部件的氣流中。通常要使這些管狀結(jié)構(gòu)的形狀在擴展時大體平行于飛機的前緣。這些常規(guī)的低壓氣動除冰結(jié)構(gòu)是使用有橡膠那樣特性或者說有彈性的化合物制造。制造可脹管或那種除冰結(jié)構(gòu)的材料，在膨脹時一般可以擴展40%或更多，從而可以使除冰裝置的形狀和前緣形狀發(fā)生巨大變化，把積聚在前緣上的冰破裂開。這些常規(guī)的氣動除冰裝置要使用大量空氣來吹脹彈性很好的管子，吹脹這些管子所需的時間歷來一般平均為2～6秒鐘。由于管子膨脹而引起的機翼形狀畸變會大大改變翼面周圍的分流分布，從而對翼面的升力特性產(chǎn)生不良影響。制造這些常規(guī)氣動除冰器用的橡膠或類似橡膠的材料的楊氏彈性模數(shù)一般在6900千帕斯卡(KPa)左右。而冰的彈性模數(shù)在約275，000千帕斯卡和約3，450，000千帕斯卡范圍內(nèi)變化。冰的上述彈性模數(shù)使積聚的冰層在其支承表面上的輪廓變化量較小。而用作常規(guī)除冰器的橡膠化合物的彈性模數(shù)遠小于冰層的彈性模數(shù);從而常規(guī)除冰器的大量膨脹會使冰層破裂，隨后被氣流刮跑。
另一種機械除冰方法是利文(Levin)等人提出的美國專利3，549，964號電動機械錘。由于擔(dān)心機翼長時間受錘擊會發(fā)生應(yīng)力疲勞，使這種方法不能實際應(yīng)用。
還有一種機電除冰方法在哈斯林(Haslin)等人提出的美國專利4，690，353號中作了介紹。把一個或多個重疊的柔性帶狀導(dǎo)體(每個導(dǎo)體均折起來)塞夾在彈性材料里。當(dāng)向?qū)w輸出大電流脈沖時，導(dǎo)體的相鄰層的相反區(qū)段的逆電流就產(chǎn)生交互磁場，從而在重疊的導(dǎo)體區(qū)段之間形成電推斥力，使它們之間立即相互分離。這種擴張可以去除在彈性材料表面上的各種固體。
由布里斯高(Briscoe)等人申請的美國專利4，706，911號和由伯脫(Putt)等人申請的美國專利4，747，575號分別提出了前緣除冰裝置，其中使用了壓力流體脈沖來快速吹脹充氣管，可吹脹管放在彈性模數(shù)很大的板形殼體和支承面之間。氣體脈沖進入可吹脹管中，使模數(shù)值很大的殼體位移，然后突然停止。傳遞到積聚的冰層上的沖力會引起冰活動，從而有利于冰層的分離和去除。在某些最佳實施例中，可吹脹的管形件可在不到0.1秒最好在不到0.5毫秒的時間內(nèi)脹開。美國專利4，706，911號的圖4及其附加說明中介紹了一種由頂出裝置或前導(dǎo)裝置控制的放氣閥，這種閥適用于氣動脈沖除冰器中。美國專利4，747，57575號的圖7及其附加說明中介紹了一種適用于氣動脈沖除冰器的顫振閥，這種閥可以向裝在前緣上的除冰器的可膨脹管提供一系列快速氣壓脈沖。為了改進這種氣動脈沖除冰系統(tǒng)，就要不斷設(shè)法改進用來產(chǎn)生所需氣流脈沖的閥。
下面開始對本發(fā)明作簡要介紹。
本發(fā)明的一個方面是提出一種包括前導(dǎo)部，中間部和引出部的閥。閥的前導(dǎo)部包括一個前導(dǎo)殼體，它含有一個前導(dǎo)空腔、從前導(dǎo)殼本外部通到前導(dǎo)空腔的進入通道、從前導(dǎo)空腔通到前導(dǎo)殼體外部的排氣通道和從前導(dǎo)空腔通到閥的中間部的中間通道，以及活門裝置，所述活門裝置可以在加載位置(此時進入通道與中間通道相連通)和放泄位置(此時進入通道與中間通道隔斷，而排放通道與中間通道相連通)之間運動;
閥的中間部包括內(nèi)有中間空腔的一個中間殼體，所述中間空腔含有一個與上述中間通道相連通的進口、一個排放口和一個與出口通道連通的出口，此出口與排放口相鄰近;以及一個裝在中間空腔內(nèi)的提動頭，該提動頭可以在加載位置(此時壓力流體可進入中間空腔，迫使提動頭把流體堵住，不進入排放口，而讓流體進入出口)和放泄位置(此時壓力流體可從出氣通道流入排放口)之間運動。
閥的引出部包括內(nèi)有引出空腔的一個引出殼體，所述引出空腔含有一個與上述出口通道相連通的進口、一個出口和儲存裝置，該儲存裝置上有一開口與引出空腔相通并與出口相鄰近;以及裝在引出空腔內(nèi)的一個活塞，該活塞可以在加載位置(此時壓力流體經(jīng)過進口進入引出空腔，迫使活塞把要進入出口的流體堵住，而讓流體進入儲體裝置)和放泄裝置(此時壓力流體從儲存裝置流入出口)之間運動。
在其最佳實施例中，提動頭和與其相關(guān)的中間空腔是圓柱形的，提動頭的面對排放口的一端包括一個截頭圓錐面，以便于它與提動頭座充分接合而堵住來自中間空腔的流體。同樣，活塞和與其相關(guān)的引出空腔也呈圓柱形，活塞的面對出口的一端也包括一個截頭圓錐面，以便于它與活塞座充分接合而堵住來自引出空腔的流體。采用這種截頭圓錐形接合面有助于加速閥的開啟，這是因為當(dāng)壓力從中間空腔和引出空腔放出，提動頭和活塞分別開始離開它們各自的環(huán)形座時，逸出的流體就面對較大的面積，從而提動頭和活塞上就承受較大的力，使它們更快地離開座的位置。
作為本發(fā)明的第二部分是提出一種包括前導(dǎo)部和引出部的閥;
閥的前導(dǎo)部包括一個前導(dǎo)殼體，它含有一個前導(dǎo)空腔，從前導(dǎo)殼體外部通到前導(dǎo)空腔的進入通道，從前導(dǎo)空腔通到前導(dǎo)殼體外部的排氣通道和從前導(dǎo)空腔通到閥的引出部的中間通道以及活門裝置，所述活門裝置可以在加載位置(此時進入通道與中間通道相連通)和放泄位置(此時進入通道與中間通道隔開，而排放通道與中間通道相連通)之間運動。
閥的引出部包括內(nèi)有引出空腔的一個引出殼體，所述引出空腔含有一個與上述中間通道相連通的進口，一個排放口及一個與引出通道和儲存裝置相通的出口，該出口鄰近排放口以及裝在引出空腔的一個提動頭，它可以在加載位置(此時壓力流體進入引出空腔，迫使提動頭把要進入排放口的流體堵住，而讓流體進入出口)和放泄位置(此時壓力流體從儲存裝置通過引出通道進入排放口)之間運動。
作為本發(fā)明的第三部分是提出一種包括前導(dǎo)部和引出部的閥，閥的前導(dǎo)部包括一個前導(dǎo)殼體，它含有一個前導(dǎo)空腔，從前導(dǎo)殼體外部通到前導(dǎo)空腔的進入通道和從前導(dǎo)空腔通到前導(dǎo)殼體外部的中間排放通道;以及一個可在前導(dǎo)空腔內(nèi)往復(fù)運動的前導(dǎo)活塞，該活塞可連接到到活門裝置上，該活門裝置可以在加載位置(此時引出空腔與上述中間排放通道和引出部的出口隔斷)和放泄位置(此時引出空腔與上述中間排放通道和上述出口相連通)之間運動。
閥的引出部包括一個內(nèi)有引出空腔的引出殼體，所述引出空腔上有一個進口，一個出口和儲存裝置，當(dāng)所述活門裝置處于加載位置時上述出口與引出空腔隔斷，當(dāng)活門處于放泄位置時上述出口與引出空腔連通;以及一個裝在引出空腔內(nèi)可往復(fù)運動的引出提動頭，提動頭可以在加載位置(此時壓力流體進入引出空腔，并迫使提動頭堵住通向出口的流體而讓流體進入儲存裝置)和放泄位置(此時壓力流體從儲存裝置進入出口)之間運動，與引出空腔相通的儲存裝置與出口相鄰。
在其最佳實施例中，提動頭及其相關(guān)的引出空腔是圓柱形的，提動頭的面對排放口的一端包括一個截頭圓錐面，以便于它與提動頭座充分接合而堵住來自中間空腔的流體。采用這種截頭圓錐形接合面有助于加速閥的開啟，這是因為當(dāng)壓力從引出空腔放出，提動頭開始離開其環(huán)形座時，逸出的流體就面對較大的面積，從而提動頭上就承受較大的力，使其更快地離開座的位置。
在最佳實施例中，殼體是整體式的，用金屬制造，而提動頭和活塞則用塑料制造。
本發(fā)明的第四部分是提出一種氣動脈沖分離裝置以及為其配套的上述閥的系統(tǒng)，分離裝置包括由彈性模數(shù)不低于40，000千帕斯卡的材料制成的外表面層和裝在其下的至少一個可吹脹的管形件，當(dāng)管形件充以脈沖流體時，就會使外表面層產(chǎn)生運動，使積聚在其上面的冰之類各種材料分離并去除。在某些最佳實施例中，外表面層是用彈性模數(shù)不小于275，000千帕斯卡的材料制成的;而在某些最佳實施例中，外表面層是用金屬制成的，可選用鈦和鈦合金、鋁和鋁合金、鎂和鎂合金以及不銹鋼。
作為本發(fā)明的第五部分是提出了一套分離系統(tǒng)，它由一個包括前導(dǎo)部和引出部的主閥，一個或多個包括前導(dǎo)部和引出部的隨動閥以及一個或多個流體脈沖分離裝置組成。主閥的引出流體可經(jīng)過通道進入一個或多個隨動閥的前導(dǎo)部，從而主閥放泄時就會引起隨動閥放泄。主閥和(或)隨動閥的其它引出流體可經(jīng)過通道進入流體脈沖分離裝置中。只要將各閥和通道布置得當(dāng)，可使一個或多個流體脈沖分離裝置中若干個可脹管形件作順序的或幾乎同時的加載。
在結(jié)合作為說明書一部分的附圖來對本發(fā)明的各最佳實施例作如下說明之后，本發(fā)明的上述以及其它特點和優(yōu)點就更加一目了然。在各附圖中，不同最佳實施例的同類零件使用類似的編號。


圖1是根據(jù)本發(fā)明的分離系統(tǒng)中所用的主閥的局部剖出的側(cè)視圖。
圖2是根據(jù)本發(fā)明的閥的替代最佳實施例的局部剖出的側(cè)視圖。
圖3是根據(jù)本發(fā)明的閥的另一個最佳實施例的局部剖出的側(cè)視圖。
圖4是根據(jù)本發(fā)明的閥的又一個最佳實施例的局部剖出的側(cè)視圖。
圖5是根據(jù)本發(fā)明的流體脈沖分離裝置和閥的示意和剖視復(fù)合圖。
圖6是根據(jù)本發(fā)明的流體脈沖分離裝置，通道網(wǎng)絡(luò)和閥的綜合示意圖。
下面對主閥的最佳實施例作詳細(xì)介紹。
參見圖1，其中三級閥10由前導(dǎo)部20、中間部50和引出部70組成。閥10用作后述的分離系統(tǒng)中的主閥。前導(dǎo)部20有一內(nèi)開前導(dǎo)空腔22的前導(dǎo)殼體21。進入通道23從前導(dǎo)殼體21的外部通到前導(dǎo)空腔。排放通道24從前導(dǎo)空腔22通到前導(dǎo)殼體的外部。中間通道25從前導(dǎo)空腔22開始，到中間空腔52的進口53為止。前導(dǎo)部20里還有活門裝置28，該活門在加載位置(如圖1所示，此時進入通道23與中間通道25相連通)和放泄位置(未表示出，此時排放通道24與中間通道25相連通)之間移動。當(dāng)活門28處于放泄位置時，進入通道23與中間通道之間就完全堵住不再相通。在圖示的最佳實施例中，活門裝置28有一個由不銹鋼制成的圓珠29，它可由柱塞33和彈簧24向上推入加載位置，在閥的工作循環(huán)的加載工況，圓珠29與排放通道24的環(huán)形座31接觸。
在閥10的前導(dǎo)部20上裝有一個通用的電磁螺線管36;當(dāng)螺線管未通電時，芯棒38的末端正好在圓珠29之上。當(dāng)螺線管36通電時，芯棒38被向下推動，因而使圓珠29向下移動，脫開排放通道座引而落到進入通道座30上。定位架32可保證圓珠在座30和31之間作直線運動。定位架32上開有若干個徑向伸展的通道39，以利于流體在前導(dǎo)空腔22和中間通道25之間流通。定位架32和柱塞33的上端的形狀允許流體從進入通道23經(jīng)過進入通道座30而進入前導(dǎo)空腔22。
閥10的中間部50有一中間殼體51，如圖所示，該殼體可以與前導(dǎo)部20和引出部70的殼體成一整體。中間部50內(nèi)開一個中間空腔52，空腔有一與中間通道25連通的進口53。在中間空腔的另一端，有一個與排放口54相通的環(huán)形提動頭座59。在排放口54附近有一個出口55，該出口的伸展方向與圓柱形中間空腔52和排放口54的公共軸向中心線大體成直角。圓柱形的提動頭57在中間空腔52內(nèi)往復(fù)運動，該提動頭57做成可以在加載位置(如圖1所示)和放泄位置(未表示出，此時提動頭移到脫開提動頭座59的位置，亦即從圖1所示位置向右移)之間移動。提動頭57有一截頭圓錐形端面58，當(dāng)它與環(huán)形提動頭座59接合時，就可以防止流體進入排放口54。在圖1中，提動頭處于加載位置，此時壓力流體可經(jīng)過進入通道23，前導(dǎo)空腔22和中間通道25而進入中間空腔52。提動頭57的外徑略小于圓柱形中間空腔52的內(nèi)徑。在提動頭57上未裝密封環(huán)，提動頭57和中間空腔52之間的這種尺寸幾乎相等的配合，在閥10的工作循環(huán)處于開啟或者說放泄階段而呈動態(tài)時可對流體形成密封，而當(dāng)閥10的工作循環(huán)處于充分階段而呈靜態(tài)時使流體可通過提動頭57和中間空腔52內(nèi)壁之間有限向環(huán)狀間隙而進入出口55和引出通道56。
閥10的引出部70有一引出殼體71，該殼體可以象圖中所示那樣與中間部50和前導(dǎo)部20的殼體成一整體。引出部內(nèi)開有一引出空腔72，上面開有一個與引出通道56連通的進口73，在引出空腔72的相對端開有出口74。在出口74附近有一預(yù)定容積的儲存室75，它與引出空腔72相通。在圓柱形的引出空腔72的靠近出氣口74的端部，裝有一個環(huán)形活塞座78。圓柱形活塞76有一截頭圓錐形端面77，當(dāng)端面77與活塞座78接觸時，可以堵住來自儲存室75和引出空腔72的高壓流體?；钊?6的外徑略小于引出空腔72的內(nèi)徑?；钊?6上未裝密封環(huán)?；钊?6和引出空腔72之間的這種尺寸幾乎相等的配合，在閥的工作循環(huán)處于開啟或者說放泄階段而呈動態(tài)時可對流體形成密封，而當(dāng)閥的工作循環(huán)處于加載階段而呈靜態(tài)時壓力流體可通過活塞76和圓柱形引出空腔壁之間的環(huán)形間隙而進入儲存室75?；钊?6裝在引出空腔72里，并可以在加載位置(如圖1所示的位置)和放泄位置(未表示出，此時活塞移開活塞座78而靠近進氣口73)之間移動。當(dāng)處于加載位置時，壓力流體可通過進口73進入引出空腔72，并穿過活塞76和引出空腔72的柱形壁之間的環(huán)形間隙而充滿儲存室75。當(dāng)處于放泄位置時，儲存室75中的壓力流體放出，并穿過活塞76的截頭圓錐形的端面77與活塞座78之間的環(huán)形間隙而進入出口74。
下面介紹一種替代的主閥。參見圖2，其中的二級閥200由前導(dǎo)部20和引出部250組成。前導(dǎo)部20可以與圖1所示閥10的相同。前導(dǎo)部20有一個內(nèi)開有前導(dǎo)空腔22的前導(dǎo)殼體21。進入通道23從前導(dǎo)殼體21的外部通到前導(dǎo)空腔22。排放通道24從前導(dǎo)空腔22通到前導(dǎo)殼體的外部。中間通道25從前導(dǎo)空腔22開始，到中間空腔52的進口53為止。前導(dǎo)部20也有一活門裝置28，它可以在加載位置(如圖1中所示，此時進入通道23與中間通道25相連通)和放泄位置(如圖2中所示，此時排放通道24與中間通道25相連通)之間移動。當(dāng)活門28處于放泄位置時，進入通道23就與中間通道25隔斷。在圖2所示的最佳實施例中，活門裝置28有一個不銹鋼圓珠29，它被柱塞33和彈簧34向上推入加載位置，在閥200的工作循環(huán)的加載階段圓珠29與排放通道24的環(huán)形座31接觸。
在閥200的前導(dǎo)部20上裝有一個通用的電磁螺線管36，當(dāng)螺線管未通電時，芯棒38的末端正好在圓珠29之上。螺線管36通電后，芯棒38被向下推動，使圓珠29向下脫開排放通道座31而落到進入通道座30上。在圖2中，螺線管36處于通電狀態(tài)。定位架32可保證圓珠在座30和31之間作直線運動。定位架32上開有若干個徑向伸展的通道39，以利于流體在前導(dǎo)空腔22和中間通道25之間流通。定位架32和柱塞33的上端的形狀允許流體從進氣通道23經(jīng)過進氣通道座30而進入前導(dǎo)空腔22。
閥200的中間部250有一中間殼體51，如圖所示，該殼體可以與前導(dǎo)部20和可調(diào)儲存部270的殼體成一整體。中間體250內(nèi)開一中間空腔52，上面有一個與中間通道25相通的進口53。在中間空腔52的另一端，有一個與排放口54相通的環(huán)形提動頭座59。在排放口54附近有一個出口55，該出口的伸展方向與圓柱形中間空腔52和排放口54的公共軸心線大體成直角，圓柱形的提動頭57能在中間空腔內(nèi)往復(fù)運動。該提動頭57可以在加載位置(如圖1所示)和放泄位置(如圖2所示，此時提動頭移到脫開提動頭座59的位置，亦即從圖1所示位置向右移)之間移動。提動頭57有一截頭圓錐形端面58，當(dāng)它與環(huán)形提動頭座59接觸時就可以防止流體進入排放口54。在圖1中，提動頭處于加載位置，此時壓力流體可經(jīng)過進入通道23、前導(dǎo)空腔22和中間通道25而進入中間空腔52。提動頭57的外徑略小于圓柱形中間空腔52的內(nèi)徑。在提動頭57上未裝密封環(huán)。提動頭57和中間空腔52之間的這種尺寸幾乎相等的裝合，在閥200的工作循環(huán)處于開放或者說放泄階段呈動態(tài)時可對流體形成密封，而當(dāng)閥200的工作循環(huán)處于加載階段而呈靜態(tài)時氣流可通過提動頭57和中間空腔52的柱形壁之間有限的環(huán)狀間隙而進入出口55和引出通道56。
閥200的儲存部270有一儲存殼體271，如圖所示，它與中間部250和前導(dǎo)部20成一整體。儲存部270內(nèi)開一儲存室272，上面有一個與儲存通道56相連通的孔口73。外部加工出螺紋的圓柱形柱塞273與殼體271的配對內(nèi)螺紋嚙合，并裝有O型環(huán)274，防止流體洩漏。儲存部的內(nèi)部容積可以調(diào)節(jié)，柱塞273朝著孔口73繼續(xù)擰入殼體271時該容積減小，柱塞朝著離開孔口73的相反方向擰出時該容積加大。
作為另一個最佳實施例(未表示出)，儲存部采用環(huán)形結(jié)構(gòu)構(gòu)，該部布置在提動頭57的周圍并與它同軸。該同軸儲存部的容積可以變化，方法是使中間部的殼體做成用螺紋連接的交搭的同軸筒形件，其上用O形環(huán)密封。
參見圖3，其中的二級流體操作閥300用前導(dǎo)部320和中間部350組成。除了用來操縱長桿338的零件以外，閥300的其它結(jié)構(gòu)與圖2所示的閥200相同。閥300的前導(dǎo)部320有前導(dǎo)活塞316，它可以在前導(dǎo)缸322內(nèi)往復(fù)運動。將壓力流體引入進口323，推動前導(dǎo)活塞316向下，并帶動前導(dǎo)長桿338向下，從而使圓珠29脫離排放通道座31而不落到進入通道座30上。在圖3中，閥300的各零件處于加載位置。閥300的其它結(jié)構(gòu)可以與圖1或圖2中所示的相同，于是只要擰下一個裝上另一個，就能以圖3所示的流體前導(dǎo)部驅(qū)動裝置來代替圖1，2所示的螺線管。
下面介紹另一個最佳實施例流體操縱二級閥。參見圖4，其中二級閥400由前導(dǎo)部420和引出部470組成。前導(dǎo)部420有一內(nèi)開前導(dǎo)空腔422的前導(dǎo)殼體421。前導(dǎo)進入通道425從前導(dǎo)殼體421的外部通到前導(dǎo)空腔422。前導(dǎo)排放通道426從前導(dǎo)空腔422通到前導(dǎo)殼體421的外部。前導(dǎo)部420里也有一個活門裝置428，該活門可以從充氣位置(如圖4所示，此時高壓中間排放通道424被堵住而與引出空腔472隔開)移開。當(dāng)活門428處于放泄位置時(未表示出)，高壓進入通道423和引出空腔472在圓柱形引出提動頭476以上部分就與高壓中間排放通道424相連通。在這一所示最佳實施例中，活門裝置428上包括用PEEK之類塑性材料制的形狀復(fù)雜的活塞429，該活塞被彈簧433和頂在底面430上的壓力向上頂入加載位置?；钊?29的彈頭圓錐形密封端面431與前導(dǎo)部420的環(huán)形座432接合。
簧433把活塞429向上頂，從而使截頭圓錐形密封端面431與環(huán)形座432緊密接合，使之密不透氣。一旦引出空腔472中形成壓力，截頭圓錐形密封端面431與環(huán)形座432接觸的力就加大。
當(dāng)在前導(dǎo)進入通道425中加進足夠大的壓力，就把活塞429向下推，并使截頭圓錐形密封端面431脫開座432，于是在引出空腔472內(nèi)提動頭476以上積聚的壓力就通過高壓中間排放通道424逸出。由于高壓進入通道423的進口473的尺寸遠小于高壓中間排放通道424的排放口，即使向進入通道423不斷提供高壓流體，在提動頭476以上的壓力仍會因通過中間排放通道424排放而迅速降壓。
仍參見圖4，閥400的引出部470有一引出殼體471，該殼體可以與前導(dǎo)部的殼體成一整體。引出部470包括一個引出空腔472，后者經(jīng)過進口473與高壓進入通道423相通;在引出空腔472的另一端有一個出口474。在出口474附近有一個預(yù)定容積的儲存室475，儲存室與引出空腔472相通。圓柱形的引出空腔472靠近出口474的一端處有一環(huán)形提動頭座478。圓柱形提動頭476有一截頭圓錐形端面477，當(dāng)它與提動頭座478接觸時，就能防止壓力流體從儲存室475和引出空腔475中逸出。提動頭476的外徑略小于引出空腔472的內(nèi)徑。在提動頭上未裝密封環(huán)。提動頭476和引出空腔472之間的這種尺寸幾乎相等的配合，在當(dāng)閥400的工作循環(huán)處于開放或者說放泄階段而呈動態(tài)時可對流體形成密封，然而當(dāng)閥的工作循環(huán)處于加載階段而呈靜態(tài)時壓力流體可通過提動頭476和圓柱形引出空腔壁之間的環(huán)形間隙而進入儲存室475。提動頭476處在引出空腔472之中，并可以在加載位置(如圖4中所示)和放泄位置(未表示出，此時提動頭脫開提動頭座478向進口473移動)之間往復(fù)運動。在處于加載位置時，壓力流體可通過進口473進入引出空腔472，并通過提動頭476和引出空腔472的柱形壁之間的環(huán)形間隙而充滿儲存室475。當(dāng)處于放泄位置時，在儲存室475中的壓力流體通過提動頭476的截頭圓錐形端面477和提動頭座478之間的環(huán)形間隙，由出口474排出。
盡管閥的前導(dǎo)部、中間部和引出部的殼體均可分別做出，但建議如圖示那樣將所述任何一個最佳實施例的閥體或者說殼體做成整體結(jié)構(gòu)。殼體可用鋁、鋼或能承受預(yù)期壓力的其它材料制造。為了能與飛機除冰裝置配合使用，殼體材料最好是用鋁。盡管從有效地完成其功能來講不一定要作陽極氧化處理，但為了進一步提高殼體耐磨損和抗腐蝕的能力;最好還是作陽極氧化處理。擁有未作陽極處理的鋁殼體和用PEEK制的提動頭和活塞的那種如圖1所示的最佳實施例閥，曾成功地工作二百萬次以上。
圖1中的中間部50，圖2中的中間部250和圖3中的中間部350的提動頭57，圖1中的引出部70的活塞76，以及圖4中引出部470的提動頭476，最好都做成中空圓柱體，盡可能減小它們的質(zhì)量，以便能對閥工作循環(huán)的放泄工況開始盡快作出反應(yīng)。提動頭和活塞可以用任何種合適金屬或非金屬材料制造。但是，已發(fā)現(xiàn)象PEEK之類高性能塑料可解決磨損和腐蝕問題，所以是非常適用的材料。一種非常適合的材料搭配是用PEEK(聚醚酮醚)制造提動頭和活塞或其中之一，用鋁制造殼體，因為這種材料搭配的耐腐蝕性能優(yōu)良，滑動摩擦系數(shù)小，而且在飛行設(shè)備工作溫度范圍內(nèi)熱膨脹系數(shù)相當(dāng)一致。在采用這種材料搭配情況下，提動頭和活塞與它們各自的腔體之間的徑向間隙在室溫下最好大體為0.0005英寸。間隙較大會減慢閥的反應(yīng)，降低引出脈沖壓力。據(jù)信最大徑向間隙約為0.005英寸，但對此未經(jīng)試驗證實。提動頭和活塞的圓周方向可有凹槽，正如圖1中活塞76有凹槽79，這樣可以減少為達到嚴(yán)格公差所需的機加工費用，并可在工作中減少摩擦。加工這種凹槽還可以進一步降低提動頭和活塞的質(zhì)量，從而可增加在閥工作循環(huán)放泄工況開始時的反應(yīng)速度。
在圖4中所示的最佳實施例中，活塞429最好是由兩部分組成，帶有環(huán)形密封面431的下部用螺紋連接到活塞429上部的柄434上?；钊?29最好也用PEEK之類塑料制造。就前導(dǎo)部420而言，其中彈簧433最好用300系列不銹鋼或電鍍高碳琴用鋼絲制造，以防銹蝕。柄434與其在內(nèi)往復(fù)滑動的殼體之間的間隙大小并不重要，只要往復(fù)運動不受阻礙以及截頭圓錐面與其環(huán)形座對中即可。
就圖1和圖2中的前導(dǎo)部20和圖3中的前導(dǎo)體320而言，其中的柱塞彈簧34最好是用300系列不銹鋼或電鍍的高碳琴用鋼絲來制造，以防銹蝕。圓珠29最好是用不銹鋼(推薦用440C型)制造。螺線管可選用標(biāo)準(zhǔn)推式28伏直流螺線管，只要求其尺寸能適合前導(dǎo)部，并能產(chǎn)生適當(dāng)運動，保證通電時能使圓珠29脫開排放通道24的座31而與進入通道23的座30緊密接觸。
圖中所示的提動頭57、活塞76和提動頭476均有截頭圓錐形端面，這是為了能與各自的座緊密接觸;但也可以采用其它結(jié)構(gòu)，例如環(huán)形臺肩或逐漸收縮的區(qū)域(未表示出)，以及帶有與座相應(yīng)的密封面?？梢栽谔釀宇^、活塞或它們相應(yīng)的座上安裝O型密封環(huán)，以使它們接觸時能滿足密封要求。不過這些變通方案不如前面圖示和詳細(xì)介紹的那些最佳實施例，因為它們不能象截頭圓錐形密封端面那樣對開啟提供可靠的氣動彈出速度。
本發(fā)明是以圖1所示的由三部分組成的最佳實施例來介紹閥的，但也可以采用由四部分式更多部分組成的閥，以進一步縮短最終引出部的放泄反應(yīng)時間，所謂放泄反應(yīng)時間就是引出部活塞從全閉到全開位置所需的時間。在這個被描述的最佳實施例中，可以容易地使放泄反應(yīng)時間少于0.01秒，也已能使活塞從全閉到全閉到全開位置所需的時間僅0.001秒或更少，例如對于Cr為5左右時僅需0.0005秒。同樣，圖2和圖3中所示的最佳實施例也可以改為由三部分甚至更多部分組成，以進一步減少最終引出部的放泄反應(yīng)時間。
此外，放泄循環(huán)時間也極短，所謂放泄循環(huán)時間就是圖1所示的活門裝置28之類的前導(dǎo)部活門從其充氣位置移到放泄位置(即螺線管36通電到壓力流體開始從儲存室75放泄入出口74所需的時間。對于類似圖1所示的最佳實施例來說，很容易使放泄循環(huán)時間達到0.01秒以下，也已達到放泄循環(huán)時間不足0.005秒。對于圖1所示的最佳實施例說來，從螺線管通電的瞬間到壓力流體脈沖從儲存室75進入出口74時所需的時間為不足0.004秒。
圖2和圖3所示的最佳實施例都是二級閥。對于圖1所示的最佳實施例來說，很容易達到極短的放泄反應(yīng)時間。這個最佳實施例的放泄循環(huán)時間也極短。圖2所示的最佳實施例可能不象圖1、圖3和圖4所示的各最佳實施例那樣適用，對圖2所示的結(jié)構(gòu)來說，隨著操縱壓力的提高誘發(fā)放泄的螺線管就急劇加大、加重、費用也很貴，而圖1、3、4所示的最佳實施例容易得到較高的引出部壓力，如高于500磅/英寸2。
下面介紹各種結(jié)構(gòu)方案的閥的工作原理。
本發(fā)明提出的分離系統(tǒng)和閥最適合與大大超過大氣壓的可壓縮流體源配合使用。一般這種流體壓力至少為500磅/英寸2，而作為理想的壓力應(yīng)為5，000磅/英寸2或更高。
當(dāng)使用時，處于圖1所示加載位置的閥10，其進入通道23、前導(dǎo)空腔22、中間通道25、進口53、中間空腔52、出口55、引出通道56、進口73、引出空腔72和儲存室75里均進入壓力流體。由于提動頭57與中間空腔52的柱形壁之間以及活塞76的圓柱形表面與引出空腔72的柱形壁之間均有徑向間隙，所以壓力流體能進入引入空腔72和儲存室75之中。一般在進入通道23中的壓力至少為500磅/英寸2，而作為理想的壓力應(yīng)為5，000磅/英寸2或更高。此時圓珠29與排氣通道24的環(huán)形座31作密封接觸，從而可防止壓力從進入通道23或中間通道25中流失。
當(dāng)螺線管36通電時，圖1所示的閥就開始進入工作循環(huán)的放泄工況。螺線管36通電后就將芯棒38下推，緊靠圓珠29，並帶動鋼珠29從排放通道座31下移，與進入通道23的座30作密封接合。這樣就使前導(dǎo)空腔22與排放通道24接通，而把前導(dǎo)空腔22與進入通道23封閉。流體通過中間通道25、前導(dǎo)空腔22和排放通道24排放，從而中間空腔52中的壓力開始下降，當(dāng)作用在提動頭57的靠近中間通道25的端部上的壓力減小時，在引出通道56和引出空腔72中的流體壓力就遠高于作用在提動頭57的平端部60的流體壓力，這個壓力差就使提動頭57的截頭圓錐形端面頭58脫離其座59，這樣在活塞26的平端面80以上的引出空腔72里的高壓流體就通過排放口54排放。在活塞76的平端面80上的壓力下降后，儲存室75中的壓力就遠高于平端面80上的壓力，這個壓力差就作用在活塞76的截頭圓錐形端面77和直徑縮小區(qū)81，並使活塞從活塞座78上升起，從而在儲存室75中的高壓流體就排放到出口74中。
當(dāng)提動頭57和活塞76開始從它們各自的座59和78上升起時，它們各自的截頭圓錐形端面58和77就有更多面積受到流體壓力差的作用。這種結(jié)構(gòu)就產(chǎn)生一種如前所稱的可靠的流體彈出速度;由于有這種流體彈出速度，當(dāng)提動頭57和活塞76脫離它們各自的座59和78而移向在各自的圓柱形空腔52、72的另一端處的全開位置時，就會使提動頭57和活塞76大大加速。提動頭57與其中間空腔52的柱形壁之間以及活塞76與其引出空腔72的柱形壁之間的環(huán)形間隙都很小，所以在動態(tài)下由于逆向流動造成的壓力下降微乎其微。
在放泄及前導(dǎo)部20的活門28回到其圖1所示的加載位置后，儲存室75中的壓力短時間內(nèi)又回升到與進入通道23中壓力大體相同的水平，對于圖示那樣進入壓力為1500磅/英寸2。儲存室75容積為約1英寸3的最佳實施例中，這一時間通常不到1秒鐘。
圖2所示的最佳實施例的工作原理與圖1所示最佳實施例的前導(dǎo)部和中間部的工作原理很相似，只是其中的壓力流體可以流入儲存室272中，並由柱塞273和環(huán)形密封環(huán)274堵住，防止從閥流出。圖2所示的最佳實施例的工作循環(huán)的放泄工況與圖1所示的最佳實施例相同，只是前者作用在提動頭57的靠近中間通道25的端部上的壓力會減小，從而使引出通道56和儲存室272中的壓力遠遠高于作用在提動頭57的平端面60上的壓力。這種壓力差使提動頭57的截頭圓錐形端面58脫離提動頭座59，從而使儲氣室272中的壓力流體進入排放口54中。
圖3所示最佳實施例的工作原理與圖2所示最佳實施例的大體相同，只是前者的工作循環(huán)的放泄工況是隨著壓力流體進入進入通道323而開始的，進入的流體把活塞316向下推，並帶動長桿338向下，頂住圓珠29下移。圖3所示最佳實施例的其它部分的工作情況與圖2所示最佳實施例相同。當(dāng)先前進入進入通道323的壓力降低后，彈簧34把活塞316、長桿338和圓珠29上頂，使閥300回復(fù)到工作循環(huán)的加載位置。
圖4所示最佳實施例的工作原理如下。在圖4中，閥400處于加載位置，當(dāng)流體進入高壓進入通道423、進口473和引出空腔472中時儲存室475中的壓力逐漸加大。壓力流體之所以能進入儲存室475，是由于在活塞476與引出空腔472的柱形壁之間有微小的徑向間隙的緣故。進入通道423內(nèi)的壓力通常至少達500磅/英寸2，作為理想的壓力應(yīng)達5000磅/英寸2或更高。引出空腔472內(nèi)的壓力流體也作用在活塞429上，從而推動密封面431與座432接合。密封面431與432的初始接觸還得到頂在活塞429的上半部的下側(cè)面上的彈簧433的協(xié)助。
隨著低壓流體進入進入通道425，圖4所示最佳實施例的工作循環(huán)就開始進入放泄工況;此時進入的流體推著活塞429向下，從而使截頭圓錐形的密封面431脫開環(huán)形座432。隨著流體通過高壓中間排放通道424排出，引出空腔472中活塞476的上端面479以上空間內(nèi)的壓力開始下降。在作用在活塞476的靠近環(huán)形密封面431和432的上端面479上的壓力降低時，儲存室475中的壓力就高得多;如此形成的壓力差就使活塞476的截頭圓錐形端面477脫開活塞座478，儲存室475中的流體就通過截頭圓錐形端面477和環(huán)形活塞座478之間的環(huán)形通道排出。于是儲氣室475中的壓力排放到出口474中，由于活塞476和引出空腔472的柱形壁之間的環(huán)形間隙很小，在這種動態(tài)下由于逆向流動造成的壓力下降微乎其微。在儲存室475向出口474排放的情況下，截頭圓錐形端面477這種結(jié)構(gòu)可產(chǎn)生一種可靠的流體彈出速度。
在儲存室475中的高壓流體排放之后以及進入通道425中的低壓流體通過低壓通道426排放到大氣(或者通過通道425流回)之后，彈簧433把活塞429頂回到其上限位置，從而使截頭圓錐形密封面431與環(huán)形座432緊密接合。再使用進入進氣口473中的高壓流體使活塞476與座478重新接合，同時引出空腔472和儲存室475在較短時間內(nèi)再次充壓，對于圖示的那種進入壓力為1500磅/英寸2、儲存室容積約1英寸3的最佳實施例來說充壓過程一般不到一秒鐘。
盡管上面對本發(fā)明的介紹只是結(jié)合某幾種最佳實施例進行的，顯然，對于熟悉此項技術(shù)的人來說很容易據(jù)此引出本發(fā)明閥的其它變化方案，然而這些變化方案仍屬本說明書和權(quán)利要求書的范圍之內(nèi)。可以使閥的各部分布置成其它方位來設(shè)計出閥。例如，圖1和圖2中的引出部可以轉(zhuǎn)過180°、處于螺線管的旁邊，或者轉(zhuǎn)過90°使之進入或移出圖1和圖2的圖面。儲存室可大可小，也可用其它形狀，它還可以連接到一個外部儲存室或通道上?？梢圆挥寐菥€管而改用手動、氣動、液壓操縱器或凸輪機構(gòu)。提動頭和活塞不一定像圖示和介紹的那樣是中空的，也不一定有圓錐形密封端面。提動頭和活塞上可以裝O形環(huán)或其它密封環(huán)，也可以在上面開狹小的通道，以使中間部和引出部內(nèi)能形成壓力，例如從中間空腔的上游部至引出空腔的上游部之間穿過活塞體開小小通道。在圖4中，如果允許通過進口425的逆向流體處于受控制狀態(tài)，則可以不設(shè)低壓通道426。
下面參見圖5，該圖綜合表示流體脈沖分離系統(tǒng)500。流體脈沖分離系統(tǒng)500由流體脈沖閥502和504、有關(guān)的通道以及流體脈沖分離裝置514組成。壓力流體通過通道503送入主閥502和隨動閥504的前導(dǎo)部。主閥的動作會引起一個或多個閥動作，后面的這些閥的操縱器用通道連到主閥的一個或多個引出口。通道501接到主閥502的引出部上，主閥類似圖1所示的由螺線管操縱的那種閥，該閥可從其一個排放口向隨動閥提供壓力流體(隨動閥可采用圖3或圖4所示的流體操縱閥)，從其另一個排氣口向流體脈沖分離裝置提供壓力流體，在圖示的這個最佳實施例中分離裝置是裝在飛機的機翼或穩(wěn)定鰭之類翼面上。在圖示的這個最佳實施例中，流體脈沖分離裝置514由下列各部分組成成翼面形的外表面層(或稱外殼)515，粘接在外殼515背面上的粘接層516，纖維增強的可吹脹管517以及聚合基層518?；鶎?18是用來把上述結(jié)構(gòu)粘接到翼型的底層支承結(jié)構(gòu)519之類的剛性底板上。外殼515的材料的彈性模數(shù)至少應(yīng)達40，000千帕斯卡，最好要超過275，000千帕斯卡。在某些最佳實施例中，外殼515用鈦或鈦合金、鋁或鋁合金、鎂或鎂合金或者用不銹鋼制成。在美國專利4，747，575號和4，706，911號中對這些適用的氣動脈沖分離裝置有更詳細(xì)的介紹，此處只寫出一部分以供參考。
繼續(xù)參看圖5，主閥502的中間部550的引出口由通道520連接到隨動閥504的箭導(dǎo)部的流體操縱器的入口，隨動閥504的結(jié)構(gòu)與圖3所示的閥300相似。當(dāng)主閥502的螺線管536通電時，就供中間部550的引出口的流體排放到通道520中，並使隨動閥504也排放。因此隨動閥是一個由主閥操縱並隨之閥而動的流體操縱閥。圖4所示的閥400可以取代圖3所示的閥300。閥504的前導(dǎo)部引出口由通道522連接到另一個隨動閥(未表示出)的前導(dǎo)部的低壓進口。在采用這種串聯(lián)布置情況下，對隨動閥的數(shù)量沒有限制;當(dāng)主閥的放泄循環(huán)開始時，這些隨動閥的放泄循環(huán)也隨之開始。也可以把幾個串聯(lián)布置的隨動閥組都連接到裝在主閥引出口上的一根總管(未表示出)上。
參看圖6，該圖綜合表示流體脈沖分離系統(tǒng)600的背面。流體脈沖分離系統(tǒng)600由主流體脈沖閥610、隨動閥620、630、640、650、660、670、680以及有關(guān)的通路組成。在采用圖示布置時，操縱一個單獨主閥610，即能對此翼展很長的機翼690按預(yù)定順序進行除冰。主閥610以及各隨動閥620、630、640、650、660、670和680，由通道603連接到高壓空氣源(未表示出)上。每個閥底部的高壓引出口連接到流體脈沖分離裝置614上，該裝置有多根可吹脹的脈沖管615、616、617、618和619。一根或數(shù)根可吹脹的脈沖管可以連接到一個單獨閥上。如圖6所示，主閥610閥底部的高壓引出口將流體排入脈沖管615。隨動閥630和640閥底部的高壓引出口將流體排入脈沖管616。隨動閥670和680閥底部的高壓引出口將流體排入脈沖管617。隨動閥650和660閥底部的高壓引出口將流體排入脈沖管618。隨動閥620閥底部的高壓引出口將流體排入脈沖管619。在圖6中，第一級的主閥610的螺線管通電以后，壓力就從閥的中間部612進入通道613，并把高壓脈沖送入脈沖管615。通道613的另一頭是連接到第二級的隨動閥620的前導(dǎo)部。因此從主閥610出來的流體脈沖引起隨動閥620排放。從隨動閥620的前導(dǎo)部出來的流體由通道623同時引入隨動閥630和640各自的前導(dǎo)部631和641。從隨動閥630的前導(dǎo)部631出來的流體通過通道633引入隨動閥650、660各自的前導(dǎo)部651和661，並引起相隔一定距離的各自的引出部652、662把流體排放入流體脈沖管618中。從隨動閥640的前導(dǎo)部641出來的流體通過通道643引入隨動閥670和680的前導(dǎo)部671和681中，並引起相隔一定距離的各自的引出部672和682把流體排放入流體脈沖分離管617。于是主閥610開始排放流體就會引起各隨動閥按它們連接的次序隨著排放流體。在圖6中，分離裝置614的流體脈沖管的吹脹次序為先是615、619和616，隨后是618和617;618和617幾乎是同時通電，這取決于隨動閥630、640、650、660、670、680的反應(yīng)時間以及連接各前導(dǎo)部的通道的相對長度。對于有1立方英寸儲氣能力的閥來說，其放出的高壓流體能夠吹脹10～12英寸的單脈沖管除冰裝置。脈沖管可以像圖6所示那樣順翼面的翼展方向延伸，也可以順弦向或既順翼展又順弦向，甚至可斜向延伸(未表示出)。斜向就是既不是順翼展方向又不是順弦向，而是介于它們之間。主閥和任一隨動閥的高壓排出流體可以通到另一個流體脈沖分離裝置里(該裝置在圖6所示的那個裝置614附近的里側(cè)或外側(cè))，或通往另一些分離裝置(該裝置如圖5所示的裝置514，位于上方或下方，或就在前緣中心線之后)。
如果所用工作壓力不足1000磅/英寸2，那未這里介紹和圖示的二級閥，特別是圖2所示的最佳實施例就特別適用。
本發(fā)明所提出的閥還可以用于射釘槍，試驗飛機渦輪機對吸入鳥類的承受能力的發(fā)射器，網(wǎng)球和棒球練習(xí)用的體育球發(fā)射器，冰發(fā)射，還可用作沖模剪切機或成型機的控制機構(gòu)或驅(qū)動機構(gòu)的零件，或用來為安全約束氣囊或漂浮裝置充氣。
對本發(fā)明的各種最佳實施例上面已作了詳細(xì)介紹，顯然，可以在下列各權(quán)利要求的范圍之內(nèi)對本發(fā)明作出各種各樣的變化。
權(quán)利要求
1.一種包括前導(dǎo)部、中間部和引出部的閥，所述前導(dǎo)部包括一個前導(dǎo)殼體，它含有一個前導(dǎo)空腔，從前導(dǎo)殼體外部通到前導(dǎo)空腔的進入通道、從前導(dǎo)空腔通到前導(dǎo)殼體外部的排放通道和從前導(dǎo)空腔通到閥的中間部的中間通道；以及活門裝置，所述活門裝置可以在加載位置(此時進入通道與中間通道相連通)和放泄位置(此時進入通道與中間通道隔開，而排放通道與中間通道相連通)之間運動；所述中間部包括內(nèi)有一個中間空腔的一個中間殼體，所述中間空腔含有一個與上述中間通道相連通的進口、一個排放口和一個與出入通道連通的出口，所述出口與排放口相鄰近；以及一個裝在所述中間空腔內(nèi)的提動頭，該提動頭可以在加載位置(此時壓力流體可進入中間空腔，迫使提動頭把要進入排放口的流體堵住，而讓流體進入出口)和放泄位置(此時壓力流體可從出口通道流入排放口)之間運動；所述引出部包括內(nèi)有引出空腔的一個引出殼體，所述引出空腔含有一個與上述出口通道相連通的進口、一個出口和儲存裝置，所述儲存裝置上有一開口與所述引出空腔相通并與所述出口相鄰近；以及裝在所述引出空腔內(nèi)的一個活塞，所述活塞可以在加載位置(此時壓力流體經(jīng)過進口進入引出空腔，迫使活塞把要進入出口的流體堵住，而讓流體進入儲存裝置)和放泄位置(此時壓力流體從所述儲存裝置流入所述出口)之間運動。
2.一種包括前導(dǎo)部和引出部的閥，所述前導(dǎo)部包括一個前導(dǎo)殼體，它含有一個前導(dǎo)空腔、從前導(dǎo)殼體外部通到前導(dǎo)空腔的進入通道、從前導(dǎo)空腔通到前導(dǎo)殼體外部的排放通道和從前導(dǎo)空腔通到閥的引出部的中間通道;以及活門裝置，所述活門裝置可以在加載位置(此時進入通道與所述中間通道相連通)和放泄位置(此時進入通道與所述中間通道隔開，而排放通道與所述中間通道相連通)之間運動;所述引出部包括內(nèi)有引出空腔的一個引出殼體，所述引出空腔含有一個與所述中間通道相連通的進口，一個排放口及一個與引出通道和儲存裝置相通的出口，所述出口鄰近排放口;以及裝在引出空腔內(nèi)的一個提動頭，它可以在充氣位置(此時壓力流體進入引出空腔，迫使提動頭把要進入排放口的流體堵住，而讓流體進入出口)和放泄位置(此時壓力流體從所述儲存裝置通過引出通道進入所述排放口)之間運動。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閥，還包括裝在前導(dǎo)部上的一個螺線管，用來使所述活門裝置在其加載位置和放泄位置之間運動。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閥，還包括裝在前導(dǎo)部上的一個流體操縱器，在向該流體操縱器送進壓力流體時就可把所述活門裝置從其加載位置移到其放泄位置。
5.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閥，其特征為，該閥的所述前導(dǎo)部包括一個前導(dǎo)空腔以及分別接到該空腔上的所述進入通道、排放通道和中間通道，所述前導(dǎo)空腔里有一包含圓珠的所述活門裝置，該圓珠可以在加載位置(此時圓珠允許流體從所述進入通道進入所述中間通道)和放泄位置(此時圓珠不讓流體從所述進入通道進入中間通道，而讓流體從所述中間通道進入排放通道)之間運動。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閥，還包括裝在所述前導(dǎo)部上的一個螺線管，當(dāng)螺線管通電時其芯棒可把圓珠從其充氣位置移到其放泄位置。
7.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閥，還包括裝在所述前導(dǎo)部上的一個流體操縱器，該操縱器包括一個可在前導(dǎo)缸內(nèi)往復(fù)運動并支承在前導(dǎo)桿上的前導(dǎo)活塞，該前導(dǎo)活塞推動前導(dǎo)桿，從而壓力流體引入前導(dǎo)缸并作用在前導(dǎo)活塞的支承前導(dǎo)桿的相對面上時就使圓珠從其充氣位置移到其放泄位置。
8.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閥，其特征為儲存裝置是一個在引出殼體內(nèi)的一個室。
9.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閥，其特征為儲存裝置的容積可調(diào)節(jié)。
10.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閥，其特征為儲存裝置是一個在引出殼體外圍的室。
11.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閥，其特征為提動頭和引出空腔是圓柱形的，提動頭的外徑略小于引出空腔的內(nèi)徑，引出空腔的一端有所述進口，引出空腔的另一端有一環(huán)形提動頭座，該座與所述排放口相通，朝著提動頭座的那個提動頭面包括一個截頭圓錐形的面，當(dāng)該面與所述提動頭座接合時就能密封住流體。
12.根據(jù)權(quán)利要求6所述的閥，其特征為提動頭和中間空腔是圓柱形的，提動頭的外徑與中間空腔的內(nèi)徑是尺寸幾乎相等的配合，中間空腔的一端有所述進口。該中間空腔的另一端有一環(huán)形提動頭座，該座與排放口相通，朝著提動頭座的那個提動頭面包括一個截頭圓錐形的面，當(dāng)該面與提動頭座接合時就能密封住流體。
13.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥，其特征為提動頭和中間空腔是圓柱形的，提動頭的外徑與中間空腔的內(nèi)徑是尺寸幾乎相等的配合，中間空腔的一端有所述進口，該中間空腔的另一端有一環(huán)形提動頭座，該座與排放口相通，朝著提動頭座的那個提動頭面包括一個截頭圓錐形的面，與該面與提動頭座接觸時就能密封住流體。
14.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閥，其特征為，前導(dǎo)部、中間部和儲存裝置在同一個殼體內(nèi)。
15.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，其特征為，前導(dǎo)部和中間部在同一個殼體內(nèi)。
16.一個系統(tǒng)，它包括根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閥，及一個可壓縮流體源，該流體源的壓力遠高于大氣壓力。
17.一個系統(tǒng)，它包括根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥，及一個可壓縮流體源，該流體源的壓力遠高于大氣壓力。
18.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閥，其特征為，當(dāng)閥的進口連通到壓力遠高于大氣壓力的可壓縮流體源上時，閥的放泄循環(huán)時間不超過0.01秒。
19.根據(jù)權(quán)利要求7所要求的閥，其特征為，當(dāng)閥的進口連通到壓力遠高于大氣壓力的可壓縮流體源上時，閥的放泄循環(huán)時間不超過0.01秒。
20.根據(jù)權(quán)利要求1或2所要求的閥，其特征為，引出部從加載位置到放泄位置的反應(yīng)時間不超過0.001秒。
21.根據(jù)權(quán)利要求7所要求的閥，其特征為，引出部從加載位置到放泄位置的反應(yīng)時間不超過0.001秒。
22.根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥，其特征為，殼體由金屬制成，提動頭由塑料基體制成。
23.根據(jù)權(quán)利要求13所述的閥，其特征為，殼體由金屬制成，提動頭由塑料基體制成。
24.一種產(chǎn)生可壓縮氣體脈沖的方法，該方法包括提供一個根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，使該閥的前導(dǎo)部活門裝置處于其加載位置;把所述閥的進口連通到壓力遠高于大氣壓力的可壓縮流體源上，流體經(jīng)過所述進入通道、中間通道，繞過提動頭，再經(jīng)過引出通道，繞過活塞，進入所述儲存裝置，直到存儲存裝置中的壓力大體等于進口處的壓力;把所述前導(dǎo)部活門裝置頂?shù)狡浞判刮恢茫谑茄杆夙槾我鹑缦聞幼髟谥虚g通道中以及在中間空腔的所述提動頭與進口之間那一部分中的壓力通過排放通道排出，提動頭向進口方向移動，在所述引出通道中以及在引出空腔的所述活塞與進口之間那一部分中的壓力通過排放口排出，活塞向所述進口方向移動，使儲存裝置中的壓力流體排入出口中。
25.一種產(chǎn)生可壓縮流體脈沖的方法，該方法包括提供一個根據(jù)權(quán)利要求2所述的閥，該閥的前導(dǎo)部活門裝置處于其加載位置;把所述閥的進口連通到壓力遠高于大氣壓力的可壓縮流體源上，流體經(jīng)過進入通道、中間通道，繞過提動頭，再經(jīng)過引出通道，進入所述儲存裝置，直到儲存裝置中的壓力大體等于進口處的壓力;把所述前導(dǎo)部活門裝置頂?shù)狡浞判刮恢?，于是迅速順次引起如下動作在中間通道中以及在中間空腔的所述提動頭與進口之間那一部分中的壓力通過排放通道排出，提動頭向進口方向移動，在所述引出通道中以及在引出空腔的所述活塞與進口之間那一部分中的壓力氣體通過排放口排出，使儲存裝置中的壓力流體經(jīng)過引出通道排入排放口中。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的方法，其特征為，在所述前導(dǎo)部活門裝置移到放泄位置之后不超過0.01秒時間內(nèi)即向出口提供可壓縮流體脈沖。
27.根據(jù)權(quán)利要求25所述的方法，其特征為，所述前導(dǎo)部分活門裝置移到放泄位置之后不超過0.01秒時間內(nèi)即向排放口提供可壓縮流體脈沖。
28.根據(jù)權(quán)利要求26或27所述的方法，其特征為，在所述前導(dǎo)部活門裝置回復(fù)到其加載位置后1秒鐘左右時間內(nèi)，所述儲存裝置中的壓力又大體回復(fù)到進口處的壓力水平。
29.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的方法，其特征為，壓力使提動頭或活塞加速從加載位置移到放泄位置。
30.根據(jù)權(quán)利要求24或25所述的方法，其特征為提動頭或活塞可以在0.001秒時間里從加載位置移到放泄位置。
31.一個系統(tǒng)，它包括根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的閥與流體脈沖分離裝置，所述分離裝置包括楊氏彈性模數(shù)大于40，000千帕斯卡的外表面層，以及至少一個設(shè)在外表面層下面的可吹脹的管形件，使得流體脈沖吹脹所述管形件時就引起所述外表面層運動。
32.一個系統(tǒng)，它包括，根據(jù)權(quán)利要求12所述的閥與流體脈沖分離裝置，所述分離裝置包括楊氏彈性模大于275，000千帕斯卡的外表面層，以及至少一個設(shè)在外表面層下面的可吹脹的管形件，使得流體脈沖吹脹所述管形件時就會引起所述外表面層運動。
33.一個系統(tǒng)，它包括根據(jù)權(quán)利要求4所述的閥與流體脈沖分離裝置，所述分離裝置含有楊氏彈性模數(shù)大于275，000千帕斯卡的外表面層，以及至少一個設(shè)在外表面層下面的可吹脹的管形件，使得流體脈沖吹脹所述管形件時就會引起所述外表面層運動。
34.一種包括前導(dǎo)部和引出部的閥，所述前導(dǎo)部包括一個前導(dǎo)殼體，它含有一個前導(dǎo)空腔，從前導(dǎo)殼體外部通到前導(dǎo)空腔的進入通道和從前導(dǎo)空腔通到前導(dǎo)殼體外部的中間排放通道;以及一個裝在前導(dǎo)空腔內(nèi)可往復(fù)運動的前導(dǎo)活塞，該活塞連接到活門裝置上，所述活門裝置可以在加載位置(此時引出空腔與所述中間排放通道和引出部的出口隔斷)和放泄裝置(此時引出空腔與上述中間排放通道和所述出口相連通)之間運動。所述引出部包括內(nèi)有引出空腔的一個引出殼體，該引出空腔含有一個進口、一個出口和儲存裝置，當(dāng)所述活門裝置處于加載位置時所述出口與引出空腔隔斷，當(dāng)所述活門裝置處于放泄位置時所述出口與引出空腔連通，以及一個裝在引出空腔內(nèi)可往復(fù)運動的引出提動頭，提動頭可以在加載位置(此時高壓流體進入引出空腔，并迫使提動頭堵住通向出口的流體而讓流體進入儲存裝置，)和放泄位置(此時高壓流體從儲存裝置進入出口)之間運動，與引出空腔相通的儲氣裝置與出口相鄰近。
35.根據(jù)權(quán)利要求34所述的閥，其特征為所述活門裝置有一環(huán)形座，當(dāng)所述活塞處于其加載位置時，前導(dǎo)活塞的有環(huán)形截頭圓錐面的那一部分伸過環(huán)形座，并與所述環(huán)形座氣密接合。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的閥，其特征為，所述提動頭的面向出口的那個端包括一個截頭圓錐形面，當(dāng)該面與處于引出空腔的鄰近出口的那一端的出口座接觸時就能堵住通過出口的流體。
37.根據(jù)權(quán)利要求35所述的閥，其特征為，所述儲存裝置是一環(huán)形室，它布置在所述引出空腔的周圍;
38.根據(jù)權(quán)利要求35所述的閥，其特征為，所述活門裝置由兩部分組成，它們在分別制成后連接在一起。
39.根據(jù)權(quán)利要求38所述的閥，其特征為，所述活門裝置由活塞端和截頭圓錐面端組成，這兩端由直徑小于它們的一根桿連接起來。
40.根據(jù)權(quán)利要求35所述的閥，該閥還包括彈簧裝置，該彈簧促使活門裝置的截頭圓錐面與環(huán)形座密封接合。
41.一個系統(tǒng)，它包括如下部分(1)根據(jù)權(quán)利要求1所述的一個主閥;(2)根據(jù)權(quán)利要求4所述的一個或多個隨動閥;(3)一個或多個氣動脈沖分離裝置，該裝置包括一個楊氏彈性模數(shù)不低于40，000千帕斯卡的材料制成的外表面層和一根或多根設(shè)在外表面層下面的可吹脹的管形件，使得流體脈沖吹脹所述管形件可以引起外表面層運動。其特征為所述主閥的前導(dǎo)部或中間部的排放口與一個或多個隨動閥的前導(dǎo)部的進入通道連通，所述主閥的出口連接到一個可吹脹的管形件上，所述隨動閥的出口也連接到可吹脹管形件上。
42.一個系統(tǒng)，它包括如下部分(1)根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的一個主閥;(2)根據(jù)權(quán)利要求34所述的一個或多個隨動閥;(3)一個或多個氣動脈沖分離裝置，該裝置包括一個由楊氏彈性模數(shù)不低于40，000千帕斯卡的材料制成的外表面層和一根或多根設(shè)在外表面層下面的可吹脹的管形件，使得氣動脈沖吹脹任何所述管形件可以引起外表面層運動。其特征為所述主閥的前導(dǎo)部或中間部的一個排放口由通道連通到一個或多個隨動閥的前導(dǎo)部的進入通道，所述主閥的出口由通道連通到一個或多個可吹脹的管形件上，一個或多個所述隨動閥的出口連通到一個或多個可吹脹的管形件上;
43.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，其特征為，所述主閥的出口連通到可吹脹的管形件上，所述隨動閥的出口連通到同一個可吹脹的管形件上，兩連接通道之間相距較遠。
44.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，它包括至少兩個隨動閥，當(dāng)主閥排放時，有關(guān)的通道直接使每個隨動閥把流體排放進相應(yīng)的可吹脹的管形件中。
45.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，它包括多個隨動閥和多個流體脈沖分離裝置，各隨動閥和各分離裝置由通道連接起來，當(dāng)主閥排放流體時，幾乎同時地使隨動閥分別向有關(guān)的分離裝置排放。
46.根據(jù)權(quán)利要求41所述的系統(tǒng)，它包括多個隨動閥和多個流體脈沖分離裝置，主閥、各隨動閥和各分離裝置由通道連接起來，主閥排放流體使一個所述隨動閥向其有關(guān)分離裝置排放，并相繼地使另外的所述隨動閥向有關(guān)分離裝置排放。
47.根據(jù)權(quán)利要求42所述的系統(tǒng)，它包括多個隨動閥和多個流體脈沖可吹脹管形件，主閥、各隨動閥和各氣動脈沖可吹脹管形件由通道連接起來，主閥排放流體會使所有隨動閥向各自所連接的可吹脹管形件排放流體，排放按隨動閥連接的次序的進行。
48.一個系統(tǒng)，它包括下列部分一個根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的主閥，一個根據(jù)權(quán)利要求4所述的隨動閥，以及由楊氏彈性模數(shù)不低于40，000千帕斯卡的材料制成的外表面層和設(shè)在其下的兩個以上可吹脹管形件組成的流體脈沖分離裝置;管形件的流體脈沖吹脹會使外表面層運動，主閥、隨動閥和兩個以上的可吹脹管形件連接起來，主閥排放氣體使至少兩個可吹脹的管形件中的一個加載，同時使隨動閥排放流體，導(dǎo)致至少兩個可吹脹管形件中其余的管形件加載。
49.一個系統(tǒng)，它包括下列部分一個根據(jù)權(quán)利要求3所述的主閥，一個或多個根據(jù)權(quán)利要求5所述的隨動閥，由楊氏彈性模數(shù)不低于40，000千帕斯卡的材料制成的外表面層和設(shè)在其下的至少兩個可吹脹管形件組成的流體脈沖分離裝置;所述管形件的流體脈沖吹脹會使外表面層運動，所述主閥、隨動閥和至少兩個可吹脹管形件連接起來，主閥排放流體使至少兩個可吹脹管形件中的一個加載，同時使隨動閥排放流體，導(dǎo)致至少兩個可吹脹管形件中其余的管形件加載。
50.根據(jù)權(quán)利要求49所述的系統(tǒng)，它還包括一個或多個權(quán)利要求34所述的閥，該閥連接到權(quán)利要求7所述的隨動閥或主閥中的一個上，所述主閥排放流體會導(dǎo)致所有的隨動閥按它們連接的次序排放流體。
51.一個系統(tǒng)，它包括下列部分一個根據(jù)權(quán)利要求3所述的主閥，至少一個根據(jù)權(quán)利要求34所述的隨動閥，由楊氏彈性模數(shù)不低于40，000千帕斯卡的材料制成的外表面層和設(shè)在其下的至少兩根可吹脹管形件組成的流體脈沖分離裝置;所述管形件的流體脈沖吹脹會使外表面層運動，所述主閥、隨動閥和至少兩個可吹脹管形件連接起來，主閥排放流體使所述至少兩個可吹脹管形件中的一個管形件加載，同時使隨動閥排放流體，導(dǎo)致所述至少兩個可吹脹管形件中其余的管形件加載。
52.根據(jù)權(quán)利要求51所述的組合系統(tǒng)，它還包括至少一個權(quán)利要求7所述的隨動閥，該閥連接到權(quán)利要求34所述的隨動閥或主閥中的一個上，所述主閥排放流體會導(dǎo)致所有的隨動閥按它們連接的次序排放流體。
全文摘要
一種能提供高壓可壓縮流體脈沖的快速作用閥，它有前導(dǎo)部和引出部，在最佳實施例中還有至少一個中間部。在閥工作循環(huán)的加載階段，引出部和各中間部的壓力升高到與進入壓力相當(dāng)?shù)乃?，在閥工作循環(huán)的放泄階段，閥的前兩部極其迅速地使引出部完全開啟，于是從儲存室中放出壓力流體。這種閥特別適合于與那些為飛機表面除冰的流體脈沖分離裝置配合使用。
文檔編號F16K31/42GK1043372SQ8910673
公開日1990年6月27日 申請日期1989年9月1日 優(yōu)先權(quán)日1988年9月2日
發(fā)明者羅伯特·諾爾·霍恩施爾, 詹姆斯·克拉格·布特, 理查德·勞倫斯·拉克霍斯特, 戴維德·邁克爾·羅尼亞克 申請人:B.F.谷德里奇公司