專利名稱：結合旋轉桿釋放機構的高速率排放(hrd)閥的制作方法
技術領域：
本發明涉及用于排放一種或多種滅火劑的方法和設備。更具體地，本發明涉及適于快速排放滅火劑(多種)和其他高質量流量應用的閥打開機構。本發明涉及一種用于在火災或爆炸事件之后在受限空間內快速地散開滅火劑的設備，所述受限空間例如是軍用車輛的乘員室。這些自動滅火系統(AFES)在典型地利用高速紅外(IR)和/或紫外(UV)傳感器檢測到該事件之后被調用。該系統包括填充有滅火劑的圓筒、快速作用閥以及噴嘴，所述噴嘴能使滅火劑在整個車輛內快速且有效地散開。
背景技術：
已知的是在事件(例如，燃料爆炸)之后將滅火劑快速排放到車輛的受限區域中以抑制車輛內的人員遭受到的不利影響達到可生存水平。用于確定可生存事件的一些標準包括:撲滅火焰以及防止再燃；降低溫度以防止比二度燃燒更高的溫度；以及實現車輛內的過壓、酸氣、氧氣和滅火劑濃度的安全水平(即，直到人員能夠繼續值勤的水平)。用于在這種情況下滅火的公知設備包括大致圓筒形罐，該罐盛裝滅火劑，該滅火劑由諸如氮氣的氣體來加壓。滅火劑必須被快速地施加。罐的滅火劑出口通常定位在該圓筒的底部處。高速率排放(HRD)閥操作以允許排放滅火劑。閥的打開允許氮氣膨脹，從而將在該氮氣與閥之間的滅火劑通過該閥推出。罐的取向以及圓筒中出口的位置允許快速地排放高比例的滅火劑(因為，滅火劑將通過與其相鄰的氮氣從出口被推出)。現有的HRD閥在被致動之后在再次使用之前通常遠離車輛來再次修復。在一些現場狀況下，這導致后勤和成本問題，因為需要返回用過的滅火器以及向車輛供應新硬件或再次修復的硬件。在最小化這種不便的嘗試中，公開了一種新設計的HRD閥，該HRD閥根據需要能夠被丟棄而不是再次修復。所提出的修改的閥可包括一些與現有閥相同的特征，例如出口和壓力量計位置，但是保持克服火災/爆炸問題的系統功效。
發明內容
在一個實施方式中，用于高速率排放閥的閥致動機構包括桿構件，所述桿構件具有第一端和第二端。所述機構還包括:樞軸銷，所述樞軸銷被附接到所述桿構件的所述第一端；以及壓縮彈簧，所述壓縮彈簧接觸所述桿構件的所述第二端。在另一實施方式中，高速閥包括:閥體，所述閥體具有從其穿過的流路；以及提動閥芯，所述提動閥芯設置在所述閥體內。所述提動閥芯能夠在第一位置和第二位置之間移動，在所述第一位置中，所述提動閥芯阻塞所述流路，并且所述提動閥芯包含在閥桿的近端處連接到所述閥桿的活塞。所述閥還具有旋轉桿釋放機構，所述旋轉桿釋放機構鄰近于所述閥桿的遠端。在又一實施方式中，公開了一種滅火系統。該系統包括壓力容器，所述壓力容器用于盛裝滅火材料并且被連接到高速閥。高速閥包括:閥體，所述閥體具有從其穿過的流路；以及提動閥芯，所述提動閥芯設置在所述閥體內。所述提動閥芯能夠在第一位置和第二位置之間移動，在所述第一位置中，所述提動閥芯阻塞所述流路，并且所述提動閥芯包含在閥桿的近端處連接到所述閥桿的活塞。所述閥還具有旋轉桿釋放機構，所述旋轉桿釋放機構鄰近于所述閥桿的遠端。所述系統還包括:導管，所述導管被連接到所述閥的所述流路；以及噴嘴，所述噴嘴在打開所述高速閥時將所述滅火材料散開。
圖1是用于排放滅火劑的現有技術設備的透視圖。圖2是現有技術的高速率排放(HRD)閥的透視圖。圖3A是處于關閉位置的現有技術HRD閥的截面圖。圖3B是處于打開位置的現有技術HRD閥的截面圖。圖4是具有夾頭、提動閥芯和螺線管釋放機構的現有技術HRD閥的截面圖。圖5是具有旋轉桿釋放機構的HRD閥的透視圖。圖6是具有旋轉桿釋放機構的HRD閥的截面圖。圖7A是處于關閉位置的HRD閥的頂部的透視圖。圖7B是處于打開位置的HRD閥的頂部的透視圖。
具體實施例方式將通過用于貫穿各種附圖的相同結構的相同附圖標記來描述本發明。在圖1-3B中示出了用于排放滅火劑的現有技術設備11。參考圖1，設備11包括大致圓筒形罐12以及釋放機構13，所述釋放機構例如是包括高速率排放(HRD)閥15的閥組件14。釋放機構13由螺絲管致動器16來打開。預定質量的滅火劑被添加到罐12中，然后該罐用氮氣來增壓(super-pressurized)。罐12由鋼或類似高強度的剛性材料制成，以盛裝加壓滅火劑。當釋放機構13被打開時，滅火劑瞬間從罐12排放。罐12通常被豎直地(即，其縱向軸線豎直地延伸)或者盡可能豎直地裝配在車輛的封閉或受限區域內。為了使得滅火劑能夠在該受限區域內均質地分布而不會不利地沖擊被包括在該區域中的人員或設備，出口噴嘴17需要延伸到其最高點，例如墻壁會合屋頂的部位。通過借助導管18 (例如，合適長度的軟管或管件)將噴嘴17連接到釋放機構13，這在設備11中被有利地實現。罐12的豎直取向允許在罐12的出口處的釋放機構13被定位在最低點。在一個實施方式中，滅火劑位于罐12的底部處(由于其相對高密度)，而氮氣或類似流體加壓上方的空間。當釋放機構13被打開時，加壓流體膨脹并且快速地迫使滅火劑通過HRD閥15，沿著導管18并從噴嘴17出去。當滅火劑被罐12內的加壓流體增壓時,流體的一部分溶解到滅火劑中。當HRD閥15被操作以調用滅火劑時，溶解在滅火劑中的氣體的快速膨脹引起罐12內的紊流，該紊流形成液態滅火劑和加壓流體的兩相混合物，并且形成泡沫或摩絲。圖2是現有技術高速率排放(HRD)閥15的透視圖。閥15包含中空主體20，該中空主體具有在豎直軸線上的細長孔，該細長孔終止為形成入口 22的開口。中空主體20具有與排放出口 24在橫向上連通的放大中心腔(如圖3A和3B所示)。閥15的主體由金屬合金或類似剛性材料構造成。閥15還包含機械超馳控制裝置26、以及用于致動閥15的內部調節機構的螺線管16。圖3A和圖3B描述了閥15的內部運轉。閥15的主要操作和調節機構是提動閥芯30。提動閥芯30被用于關閉到閥15的主體的開口的進口。提動閥芯30包含在近端34處的活塞31，該活塞31被連接到閥桿35，該閥桿35終止于與致動機構(例如，機械超馳控制裝置26和螺線管16)鄰近的遠端36。提動閥芯30由與閥15的主體20相同或相似的材料構造成。提動閥芯30和閥桿35能夠具有各種幾何形狀，例如截面是圓形、橢圓形或多邊形，只要它們匹配相應的閥結構(例如，入口 22的孔開口)。在一個實施方式中，提動閥芯30是大致圓筒形，與提動閥芯30居中地對齊的閥桿35也是大致圓筒形。活塞31中的一個或多個環形溝槽包含O形環32，所述O形環壓靠在閥15的孔上，從而提供密封。O形環32由橡膠或能夠在提動閥芯30和主體20之間形成氣密性密封的類似彈性體聚合物制造成。罐12 (如圖1所示)內的壓力推靠提動閥芯30的近端34，從而迫使提動閥芯30向上并且同時將密封件32約束在入口 22和罐12上。一旦提動閥芯30被釋放，盛裝在罐12內的加壓流體使得提動閥芯30移動，從而允許流體通過出口 24溢出。彈性體緩沖器38使得操作安靜，并且防止損壞提動閥芯30和閥體20。在借助釋放機構(通常是利用由連桿組件構成的機械超馳控制裝置26連接到螺線管16的夾頭(collet))致動閥之后，提動閥芯30滑動到打開位置，從而允許加壓流體(例如，滅火劑)流出出口 24。使用這種常見的閥體20和提動閥芯30布置允許高質量流率通過閥15。現參考圖4，圖1的閥15具有主體20，該主體具有在豎直軸線上的細長孔40，系統上游腔的入口 22居中在該豎直軸線上。孔40表征為擴大的大致中心下游腔室42，該腔室與大的排出端口 24橫向連通。在上游腔和下游腔之間，平滑圓筒形臺階44接收并且支承閥構件提動閥芯30的圓筒形活塞31，并且在活塞31的兩個間隔開的周向溝槽中的分離彈性體O形環32在閥31處于其正常關閉位置(如圖所示)時建立阻止加壓滅火劑流體離開罐12 (見圖1)的重復密封。位于軸線上被擴孔的孔40提供用于緩沖器38的定位臺肩，所述緩沖器是彈性體材料的凸緣襯套。夾頭46的環形底部環定位在襯套48中的臺肩處，并且提供用于閥桿35的細長圓筒形表面的徑向導引(radial-piloting)支承,所述閥桿35被示出為與活塞30整體地形成。主體20由杯形端部殼體構件50有效地延伸，該杯形端部殼體構件被螺栓連接到所述主體并且限定空腔用于容納并且共軸地定位螺線管線圈52以及與其相關的大致環形鐵心。該鐵心由高導磁率的導磁材料構造成,并且能夠看出鐵心包括內部和外部同心的環形腿部53、54，這些環形腿部由上部徑向延伸的環形腿部56成整體地連接并且被同心地裝配到在主體20的底表面中的沉孔58。借助腿部53、54的下端與環形電樞板60之間的短氣隙來完成螺線管的環形磁通路徑，所述環形電樞板60從套筒狀電樞桿62獲得能夠軸向滑動的支承，所述套筒狀電樞桿在內部鐵心腿部53的圓筒形孔上導引。閥桿35的減少的下端在端部殼體50的底部封閉壁中的中心孔64上導引。為了保持如圖4所示的機械鎖止閥關閉位置，閥桿35在66處局部地減小以限定在徑向上短但在周向上連續的臺肩，優選地具有與嚴格徑向平面形成大約10°的斜面α，用于凸輪目的；并且夾頭46被表征為有角度地分布的多個細長夾頭指形物68。每個夾頭指形物68具有擴大端70，該擴大端由于沿每個指形物68長度的順應撓性而能夠徑向移位。每個夾頭端的內部輪廓表征為斜面α的跟部，并且當夾頭端部70被徑向向內約束時接合到閥桿臺肩(相鄰的減小部66)。作為內部鐵心腿部53的孔上的可滑動襯套的短套筒72被示出為定位成提供這種約束，由此阻止作用在提動閥芯30的上游側上的高壓力將提動閥芯30驅出所示的正常關閉位置。被壓縮在襯套72和可滑動環76之間的第一螺旋彈簧74由與全部夾頭端部70的徑向向外臺肩部分抵接的環76保持在壓縮狀況，套筒72被保持與環76的軸向向上驅動抵接，從而在螺線管致動時釋放該環76與夾頭端部70的臺肩抵接。第二螺旋彈簧78被壓縮在電樞套筒80的臺肩與夾頭的下部指形物端部之間，以確保不會發生閥響應于機械震動而被意外地打開。螺線管致動通常包括在由爆炸檢測器(未示出)形成輸出信號時而激勵線圈52。螺線管線圈激勵使得電樞板60關閉到鐵心腿部53、54的間隙，因此驅動套筒80以使得套筒72相對于夾頭端部70向下移動。由于該移動，套筒72的孔中的上部和下部臺階不再定位成將夾頭端部70保持處于徑向向內約束，使得夾頭端部70可快速響應于提動閥芯30上的軸向向上氣體加壓力(由借助接合斜面α的向外凸輪作用輔助)而徑向向外移動，因此使得提動閥芯30釋放接受氣體驅動的上升并且與緩沖器38進行撞擊。該閥被立即打開并且抑制氣體借助端口 24從側面排放。借助該現有技術閥，螺線管需要數個安培來操作，并且因此螺線管是十分龐大、沉重和昂貴的。已經總體上表明，外部機構26提供套筒72和夾頭端部70之間的鎖止動作的手動或其他方式致動的釋放。更具體地，端部殼體50被示出為成整體地包括用于機構26的帶銷支承(在84處)的側臂82、以及用于該機構的帶銷支承(在88處)的整體式吊耳或耳軸86。壓縮彈簧90將該機構持續地促動到如圖4所示的位置，該位置由機構26上的尾部止動件92限制。機構26中的從彈簧90橫向向外的橫向孔94提供接收鎖定銷(見圖2)的通道，該鎖定銷防止釋放機構26。 圖5-7Β示出了新的HRD閥設計。圖5是具有旋轉桿釋放機構98的HRD閥的透視圖，并且圖6是具有旋轉桿釋放機構98的HRD閥的截面圖。該新閥設計采用與如圖1-4所示的現有技術相同的閥體20、提動閥芯30、緩沖器38、入口 22和出口 24設計，并且使用數個相同或相似的內部組裝部件。提供了新旋轉桿釋放機構98。機構98具有桿102、樞軸104、啟動器106以及附接到保持組件118上的彈簧108。在關閉位置中，桿102覆蓋出口孔112，該出口孔用作提動閥芯30的閥桿35的引導件。機構98由閥帽114覆蓋，該閥帽是由剛性材料構成的殼體。在一個實施方式中，襯套Iio將桿102相對于閥帽114和保持組件118保持就位。原始夾頭為此設計被切出一定長度，并且支承環100被包括在其位置。這允許在致動閥之后翻新現有的閥。圖7Α是處于關閉位置的HRD閥的頂部的透視圖，并且圖7Β是處于打開位置的HRD閥的頂部的透視圖。在致動之前，提動閥芯30由桿102保持就位，該桿102覆蓋出口孔112，該出口孔允許閥桿35向上移動到閥帽114區域中。桿102在第一端處借助臺肩螺釘組件鉸接，該臺肩螺釘組件用作安裝到提動閥芯閥桿出口孔112的一側上的樞軸104。在關閉位置中，桿102由壓縮彈簧108保持到位，在桿102的第二端處推靠電啟動器106。彈簧108阻止由振動或震動負載引起的桿102的運動。電啟動器106是量角器(protractor),例如，由Chemring Group PLC供應的Metron 致動器DR2000系列。電啟動器106裝置的操作模式是快速地驅出通常在6 mm與15 mm之間的銷(未示出)，做功輸出在4.9 J和15 J之間。該銷在其驅出時撞擊桿102，并且克服相對的壓縮彈簧108與來自閥桿35的頂部的摩擦力的合力，其由滅火器罐12內的壓力強制促動到桿102上面。樞軸104允許桿102繞與提動閥芯30的閥桿35的軸線平行的軸線旋轉，該閥桿35居中地定位在閥體內。通過將提動閥芯30的閥桿35的頂端120的輪廓倒圓成半球形，頂端120與桿102交界面之間的摩擦可被最小化。此外，桿102可被硬化，以防止頂端120的倒圓表面使桿102的接觸表面凹陷。當電啟動器106內的銷驅出桿102時，該桿被推離閥桿35直到閥桿35的頂端120完全被揭開，因此允許閥桿35以及提動閥芯30的其余部分向上移入到閥帽114中。釋放機構116可設置在閥帽114中，以允許提動閥芯30的完整運動，從而允許活塞31接觸緩沖器38。然后，提動閥芯30自由移動到其打開位置，從而止靠在緩沖器38上，如圖3A所示。在一個操作之后閥能夠被丟棄，或者通過移除電氣啟動器106、將提動閥芯30推回到位、接著將桿102滑回到位而被重設。新電啟動器106將桿102的位置重設至正確的位置。本發明利用許多與現有閥設計中所使用的相同的部件，這允許形成能夠更換的閥組件。與現有技術相比，當前的旋轉桿釋放機構98提供在質量和空間保護方面的節約。此夕卜，電致動器106需要更少的功率來操作，當與顯著更便宜的閥設計結合時，這提供較低的總體系統成本。替代地，旋轉桿釋放機構98閥能夠在使得先前安裝系統所需的變化最小的情況下被翻新以替代現有技術設計。雖然本發明已經參考示例性實施方式被描述，但是本領域技術人員將理解的是，在不偏離本發明的范圍的情況下，可做出各種變化并且等同物可替代其元件。此外，可做出許多修改以使得具體情形或材料適合于本發明的教導而不偏離本發明的實質范圍。因此，本發明旨在不局限于具體的實施方式，而是本發明將包括落入所附權利要求書范圍內的全部實施方式。
權利要求
1.一種用于高速率排放閥的閥致動機構，所述閥致動機構包括: 桿構件，所述桿構件具有第一端和第二端； 樞軸銷，所述樞軸銷被附接到所述桿構件的所述第一端；以及 壓縮彈簧，所述壓縮彈簧接觸所述桿構件的所述第二端。
2.根據權利要求1所述的閥致動機構，其中，所述機構被附接到閥體，所述閥體具有從其穿過的流路，且其中，閥還包括: 提動閥芯，所述提動閥芯設置在所述閥體中，所述提動閥芯能夠在第一位置和第二位置之間移動，在所述第一位置中，所述提動閥芯阻塞所述流路，所述提動閥芯包含在閥桿的近端處連接到所述閥桿的活塞。
3.根據權利要求2所述的閥致動機構，其中，所述樞軸銷位于與所述閥桿的軸線平行的軸線上。
4.根據權利要求3所述的閥致動機構，其中，所述閥桿的遠端是半球形。
5.根據權利要求4所述的閥致動機構，還包括: 致動機構，所述致動機構用于使得釋放機構在第一位置和第二位置之間旋轉。
6.根據權利要求5所述的閥致動機構，其中，所述致動機構是電子量角器。
7.根據權利要求2所述的閥致動機構，其中，所述桿、彈簧和樞軸銷被連接到所述閥體的外表面。
8.一種高速閥， 所述高速閥包括: 閥體，所述閥體具有從其穿過的流路； 提動閥芯，所述提動閥芯設置在所述閥體內，所述提動閥芯能夠在第一位置和第二位置之間移動，在所述第一位置中，所述提動閥芯阻塞所述流路，所述提動閥芯包含在閥桿的近端處連接到所述閥桿的活塞；以及 旋轉桿釋放機構，所述旋轉桿釋放機構鄰近于所述閥桿的遠端。
9.根據權利要求8所述的高速閥，其中，所述旋轉桿釋放機構包括: 桿構件，所述桿構件具有第一端和第二端； 樞軸銷，所述樞軸銷被附接到所述桿構件的所述第一端；以及 壓縮彈簧，所述壓縮彈簧接觸所述桿構件的所述第二端。
10.根據權利要求9所述的高速閥，其中，所述樞軸銷位于與所述閥桿的軸線平行的軸線上。
11.根據權利要求9所述的高速閥，其中，所述閥桿的所述遠端是半球形。
12.根據權利要求11所述的高速閥，還包括: 致動機構，所述致動機構用于使得釋放機構在第一位置和第二位置之間旋轉。
13.根據權利要求12所述的高速閥，其中，所述致動機構是電子量角器。
14.根據權利要求8所述的高速閥，其中，所述旋轉桿釋放機構被連接到所述閥體的外表面。
15.—種滅火系統,所述系統包括: 壓力容器，所述壓力容器用于盛裝滅火材料； 高速閥，所述高速閥被連接到所述容器，所述高速閥包括: 閥體，所述閥體具有從其穿過的流路；提動閥芯，所述提動閥芯設置在所述閥體內，所述提動閥芯能夠在第一位置和第二位置之間移動，在所述第一位置中，所述提動閥芯阻塞所述流路，所述提動閥芯包含在閥桿的近端處連接到所述閥桿的活塞；以及 旋轉桿釋放機構，所述旋轉桿釋放機構鄰近于所述閥桿的遠端； 導管，所述導管被連接到所述閥的所述流路；以及 噴嘴，所述噴嘴在打開所述高速閥時使所述滅火材料散開。
16.根據權利要求15所述的滅火系統，其中，所述旋轉桿釋放機構包括: 樞軸銷； 桿構件，所述桿構件具有第一端和第二端，在所述桿構件的所述第一端處所述桿構件附接到所述樞軸銷；以及 壓縮彈簧，所述壓縮彈簧接觸所述桿構件的所述第二端。
17.根據權利要求15所述的滅火系統，其中，所述閥桿的所述遠端是半球形。
18.根據權利要求16所述的滅火系統，還包括: 致動機構，所述致動機構用于使得釋放機構在第一位置和第二位置之間旋轉。
全文摘要
本發明涉及結合旋轉桿釋放機構的高速率排放(HRD)閥。高速閥包括閥體，所述閥體具有從其穿過的流路；以及提動閥芯，所述提動閥芯設置在所述閥體內。所述提動閥芯能夠在第一位置和第二位置之間移動，在所述第一位置中，所述提動閥芯阻塞所述流路，并且所述提動閥芯包含在閥桿的近端處連接到所述閥桿的活塞。所述閥還具有旋轉桿釋放機構，所述旋轉桿釋放機構鄰近于所述閥桿的遠端。
文檔編號A62C35/02GK103161996SQ201210521500
公開日2013年6月19日 申請日期2012年12月7日 優先權日2011年12月8日
發明者J.R.加雷爾, C.R.瓊斯 申請人:基德科技公司