CN102753838A - 多级阀系统 - Google Patents

Abstract

提供一种多级阀系统（200），其包括先导流体源（209）和处理流体源（222）。该多级阀系统（200）包括第一先导阀（201），该第一先导阀包括与先导流体源流体连通的第一端口（206）和与第一端口选择性地流体连通的第二端口（207）。该多级阀系统还包括第二先导阀（202）。第二先导阀能够包括与处理流体源流体连通的第一端口（213）以及与第一端口选择性地流体连通的第二端口（214）。第二先导阀还包括与处理流体源流体连通的第一压力致动偏压构件（217）以及与第一先导阀的第二端口流体连通的第二压力致动偏压构件（218）。多级阀系统还包括主控制阀（203）。主控制阀能够包括与处理流体源流体连通的第一端口（220）以及与第一端口选择性地流体连通的第二端口（221）。主控制阀还能够包括与处理流体源流体连通的第一压力致动偏压构件（225）以及与第二先导阀的第二端口流体连通的第二压力致动偏压构件（226）。

Description

多级阀系统

技术领域

本发明涉及多级阀系统，且更具体地涉及可操作以致动压力致动阀的多级阀系统。

背景技术

先导致动阀系统大体上是本领域中公知的并且能够被用于很广泛的应用。在一些应用中，先导阀被用于控制先导流体，该先导流体被用于致动压力致动主控制阀。压力致动阀通常包括偏压活塞或其他元件，该偏压活塞或其他元件在由加压流体源作用时致动该阀。通常，先导阀控制先导流体，该先导流体的压力比由主控制阀控制的操作处理流体的压力要小得多。通过利用其压力比由主控制阀控制的处理流体的压力低的先导流体，需要更少的力来致动该先导阀。在先导阀包括螺线管致动先导阀的情形中，这尤其是真实的。在一些情况下，供应给螺线管致动先导阀的功率可能受限，以便降低功耗且因此降低成本，或者是由于政府或其他监管机构规定的一些功率规章。先导流体可包括气动流体和液压流体等。被用作先导流体的特殊流体可取决于特殊应用。

先导致动阀系统的一种具体用途是控制用于吹塑系统的处理气体。吹塑是用于将预成形件模制成期望产品的大体公知工艺。预制件呈大体管状的形状，一端具有开口以用于引入加压气体（通常，空气）；然而，可以使用其他气体。一种具体类型的吹塑是拉伸吹塑（SBM）。在SBM应用中，阀组提供高压气体和低压气体两者，以使得预制件膨胀到模腔中。模腔包括期望产品的外形。SBM能够被用于很广泛的应用；然而，最广泛使用的应用之一是用于生产聚对苯二甲酸乙二酯（PET）产品，例如饮料瓶。通常，SBM工艺利用低压流体源以及拉伸杆，该拉伸杆被插入到预成形件中以沿纵向和径向向外的方向拉伸该预成形件，并接着使用高压流体源以使得该预成形件膨胀到模腔中。能够利用多级阀系统来控制低压和高压流体源中的每一个。得到的产品通常是中空的，其外形与模腔的形状相一致。预成形件中的气体然后通过一个或多个排出阀被排出。在每个吹塑循环期间，该工艺重复进行。

能够理解的是，对于当前能够实现的塑造循环的高速，在每个塑造循环期间甚至很小的能量损失能够导致操作成本的显著增加。结果，该阀系统通常使用多级阀系统，该多级阀系统包括两级先导系统以控制主控制阀。两级先导系统与单级先导系统相比通常是优选的，以便使得电磁阀所需的功率最小化。现有技术多级阀系统的一个示例在图1中被示出。

图1示出了现有技术多级阀系统100的示意图。能够理解的是，省除了阀系统100的许多细节，以便简化该示意图。如所示的，多级阀系统100包括两级先导系统以控制主控制阀103。多级阀系统100包括第一先导阀101、第二先导阀102以及主控制阀103。虽然第一和第二先导阀包括3/2（三端口，二位置）阀并且主控制阀103包括2/2阀，但是其他构造是已知的。能够理解的是，主控制阀103能够如下所述被致动，以便控制处理流体源。当在SBM应用中使用两级先导阀系统100时，主控制阀103能够被用于控制例如到/来自模腔（未示出）的处理流体源。

根据现有技术阀系统100，第一先导阀101包括弹簧偏压的螺线管致动3/2阀。第一先导阀101包括螺线管104、复位弹簧105、供应端口106、先导端口107以及排出端口108。根据现有技术系统100，供应端口106能够经由管道110与先导流体源109连通。先导端口107能够经由管道111与第二先导阀102连通。在所示的示意图中，当螺线管104被停用时，弹簧105将第一先导阀101朝向第一位置偏压。在第一位置中，供应端口106关闭与先导端口107断开，而先导端口107能够与排出端口108连通。结果，管道111中的流体压力能够通过排出端口108排出。

如能够看到的，设置管道112，该管道从与先导压力源109流体连通的管道110分支。管道112提供在管道110与第二先导阀102的供应端口113之间的流体连通路径。还设置管道116。管道116从管道112分支并且提供管道112与第二先导阀102的第一偏压活塞117之间的流体连通。如本领域总体上已知的，压力致动阀（例如，压力致动阀102、103）能够包括偏压构件，例如，偏压活塞117。流体压力能够作用在偏压活塞上，以便致动该阀。偏压活塞的截面以及作用在偏压活塞上的流体压力确定致动该阀的力。

在如图1所示的现有技术多级阀系统100中，第二先导阀102包括第一偏压活塞117和第二偏压活塞118。如能够看到的，只要流体从先导压力源109被提供，压力就作用在第一偏压活塞117上。结果，当螺线管104被停用时，通过来自管道116的作用在第一偏压活塞117上的流体，第二先导阀102被致动到第一位置。当第二先导阀102处于第一位置时，供应端口113与先导端口114隔离，并且先导端口114与排出端口115流体连通。类似地，通过来自管道124的作用在第一偏压活塞125上的流体，主控制阀103被致动到第一位置，该管道124从处理流体管道123分支。如所示的，处理流体管道123与处理流体源122流体连通。

在致动螺线管104之后，第一先导阀101被致动到第二位置，在该第二位置中，供应端口106能够与先导端口107连通。在第二位置中，从先导流体源109传输的压力能够经由管道110、供应端口106、先导端口107和管道111与第二先导阀102的第二偏压活塞118连通。在先导流体源109与第二偏压活塞118流体连通的情况下，第二先导阀102能够被致动到第二位置。通过提供第二偏压活塞118的截面面积大于第一偏压活塞117的截面面积，这通常是可能的。结果，即使例如由于在第一先导阀101中的较小额定孔而使得管道111中的流量小于管道116中的流量，由作用在第二偏压活塞118上的先导流体提供的力能够大于由作用在第一偏压活塞117上的先导流体提供的力。在一些现有技术系统中，第一和第二活塞117、118可以经由例如公共阀芯被联接。

当第二先导阀102被致动到第二位置时，排出端口115与先导端口114隔离，并且供应端口113被使得与先导端口114流体连通。在先导端口114与供应端口113流体连通的情况下，先导流体能够经由管道119作用在主控制阀103上。根据现有技术阀系统100，管道119提供在第二先导阀102的先导端口14与主控制阀103的第二偏压活塞126之间的流体连通路径。

如能够看到的，主控制阀103包括具有第一流体端口120和第二流体端口121的流体致动2/2阀。主控制阀103经由管道123控制来自处理流体源122的加压处理流体流。主控制阀103还包括从管道123分支的另一管道124。管道124提供在管道123与主控制阀103的第一偏压活塞125之间的流体连通路径。因此，管道124向第一偏压活塞125提供压力，以便将主控制阀103致动到第一位置。如所示的，在第一位置中，第一和第二端口120、121彼此流体连通，且因此来自处理流体源122的处理流体能够被传送通过主控制阀103。

如上所述，在致动螺线管104之后，加压先导流体通过第二先导阀102被提供到主控制阀103的第二偏压活塞126。在先导流体作用在第二偏压活塞126上的情况下，主控制阀103被致动到第二位置，在该第二位置中，第一和第二端口120、121彼此隔离。

出于许多原因，可能期望采用两级先导系统，例如用于多级阀系统100中的。提供两级先导系统的一个原因在于增加施加到主控制阀103上的压力，同时最小化致动螺线管104所需的功率。例如，第一先导阀101的额定孔径可能比第二先导阀102的额定孔径小得多。结果是，可能限制通过第一先导阀101的流量，由此减少致动第一先导阀101所需的功率。这允许先导流体具有更高的压力同时最小化螺线管104的尺寸。第一和第二偏压活塞117、118的尺寸能够被简单地调节，以便允许作用在第二偏压活塞118上的压力的力克服作用在第一偏压活塞117上的压力的力。能够增加第二先导阀102的额定孔径，以便允许更大的流率通过第二先导阀102，由此允许更大的流量被施加到主控制阀103的第二偏压构件126。

虽然在一些情况下多级阀系统可能是期望的，但是现有技术多级阀系统100具有许多缺点。一个缺点在于，由于处理流体源122和先导流体源109之间的压差，与主控制阀103的第一偏压活塞125相比，第二偏压活塞126需要具有相对更大的截面面积。这是因为需要使得由作用在第二偏压活塞126上的加压先导流体提供的力大于由作用在第一偏压活塞125上的加压处理流体提供的力。用于第二偏压活塞126所需的扩大截面导致大得多的阀组，由此显著地增加了与制造阀系统100相关的成本。此外，如果存在处理流体源或先导流体源的压力变化，那么第一偏压活塞125与第二偏压活塞126的截面面积的比可能不再提供正确且有效地致动阀所需的期望力。因此，如图1所示的现有技术两级先导阀系统100由于压力变化而遭受上述问题。

本发明克服这些问题以及其他问题，并实现本领域的进步。

本发明提供多级阀系统，该多级阀系统采用处理流体而不是先导流体以将主控制阀在两个或更多个位置之间致动。结果，第一和第二偏压活塞的截面面积能够在大压力范围内保持恒定。此外，由于大致相同的压力作用在主控制阀的第一和第二偏压活塞上，因此第二偏压活塞的截面面积能够比现有技术的阀系统100显著更小。因此，能够显著地减少阀组的尺寸。此外，本发明采用处理流体以沿第一方向将第二先导阀偏压到第一位置。第二先导阀还控制至主控制阀的处理流体的流量，而不是控制如现有技术设计中的先导流体。

发明内容

根据本发明的实施方式，提供了一种包括先导流体源和处理流体源的多级阀系统。所述多级阀系统包括第一先导阀，所述第一先导阀包括与所述先导流体源流体连通的第一端口和与所述第一端口选择性地流体连通的第二端口。所述多级阀系统还包括第二先导阀。根据本发明的实施方式，所述第二先导阀包括与所述处理流体源流体连通的第一端口以及与所述第一端口选择性地流体连通的第二端口。所述第二先导阀还包括与所述处理流体源流体连通的第一压力致动偏压构件以及与所述第一先导阀的所述第二端口流体连通的第二压力致动偏压构件。根据本发明的实施方式，所述多级阀系统还包括主控制阀。所述主控制阀能够包括与所述处理流体源流体连通的第一端口以及与所述第一端口选择性地流体连通的第二端口。所述主控制阀还能够包括与所述处理流体源流体连通的第一压力致动偏压构件以及与所述第二先导阀的所述第二端口流体连通的第二压力致动偏压构件。

根据本发明的实施方式，提供一种控制多级阀系统的主控制阀的方法，所述多级阀系统包括先导流体源和处理流体源。所述方法包括以下步骤：将第一先导阀致动到第一位置；以及经由所述第一先导阀排出与第二先导阀的第二压力致动偏压构件流体连通的先导流体。所述方法还包括以下步骤：将处理流体从处理流体源供应到所述第二先导阀的第一压力致动偏压构件，以将所述第二先导阀致动到第一位置。根据本发明的实施方式，所述方法还包括以下步骤：通过所述第二先导阀排出与所述主控制阀的第二压力致动偏压构件流体连通的处理流体。根据本发明的实施方式，所述方法还包括以下步骤：将处理流体从所述处理流体源供应到所述主控制阀的第一压力致动偏压构件，以将所述主控制阀致动到第一位置。

根据本发明的一个方面，包括先导流体源和处理流体源的多级阀系统包括：

第一先导阀，所述第一先导阀包括与所述先导流体源流体连通的第一端口和与所述第一端口选择性地流体连通的第二端口；

第二先导阀，所述第二先导阀包括：

与所述处理流体源流体连通的第一端口；

与所述第一端口选择性地流体连通的第二端口；

与所述处理流体源流体连通的第一压力致动偏压构件；

与所述第一先导阀的所述第二端口流体连通的第二压力致动偏压构件；

主控制阀，所述主控制阀包括：

与所述处理流体源流体连通的第一端口；

与所述第一端口选择性地流体连通的第二端口；

与所述处理流体源流体连通的第一压力致动偏压构件；以及

与所述第二先导阀的所述第二端口流体连通的第二压力致动偏压构件。

优选地，所述第一先导阀还包括与所述第二端口选择性地流体连通的第三端口。

优选地，所述第二先导阀还包括与所述第二端口选择性地流体连通的第三端口。

优选地，所述多级阀系统还包括偏压构件和螺线管，所述偏压构件适于将所述第一先导阀朝向第一位置偏压，所述螺线管适于将所述第一先导阀朝向第二位置偏压。

优选地，所述第二先导阀的所述第一压力致动偏压构件的截面面积小于所述第二先导阀的所述第二压力致动偏压构件的截面面积。

优选地，所述主控制阀的所述第一压力致动偏压构件的截面面积小于所述主控制阀的所述第二压力致动偏压构件的截面面积。

根据本发明的另一方面，一种控制多级阀系统的主控制阀的方法，所述多级阀系统包括先导流体源和处理流体源，所述方法包括以下步骤：

将第一先导阀致动到第一位置；

通过所述第一先导阀排出与第二先导阀的第二压力致动偏压构件流体连通的先导流体；

将处理流体从处理流体源供应到所述第二先导阀的第一压力致动偏压构件，以将所述第二先导阀致动到第一位置；

通过所述第二先导阀排出与所述主控制阀的第二压力致动偏压构件流体连通的处理流体；以及

将处理流体从所述处理流体源供应到所述主控制阀的第一压力致动偏压构件，以将所述主控制阀致动到第一位置。

优选地，所述方法还包括以下步骤：当所述主控制阀处于第一位置时，将来自所述主控制阀的第一端口的处理流体源传送到所述主控制阀的第二端口。

优选地，所述方法还包括以下步骤：

将所述第一先导阀致动到第二位置，以打开从所述先导流体源到所述第二先导阀的第二压力致动偏压构件的流体连通路径。

优选地，所述方法还包括以下步骤：

将处理流体供应到所述第二先导阀的所述第二压力致动偏压构件，以将所述第二先导阀致动到第二位置，由此打开从所述处理流体源到所述主控制阀的第二压力致动偏压构件的流体连通路径。

优选地，所述方法还包括以下步骤：

将处理流体供应到所述主控制阀的第二压力致动偏压构件，以将所述主控制阀致动到第二位置。

优选地，将所述第一先导阀致动到第二位置的步骤包括：致动螺线管。

附图说明

图1示出了现有技术的多级阀系统的示意图。

图2示出了根据本发明实施方式的多级阀系统的示意图。

图3示出了包括多个多级阀系统的阀组的局部截面图。

图4示出了根据本发明实施方式的多级阀系统的局部截面图。

具体实施方式

图2-4以及下述说明描述了用于教导本领域技术人员如何实现以及利用本发明的最佳模式的具体示例。为了教导本发明原理的目的，一些常规方面被简化或省除。本领域技术人员将认识到落入本发明范围内的这些示例的变形。本领域技术人员将认识到下述特征能够以各种方式组合以形成本发明的多种变化。结果是，本发明不局限于下述的具体示例，而仅仅由权利要求书及其等同物限定。

图2示出了根据本发明实施方式的多级阀系统200。图2以示意图形式示出了多级阀系统200，且因此应当理解的是，图2提供简化附图。多级阀系统200包括两级先导系统；但是应当理解的是，能够提供多于两个先导阀。虽然多级阀系统200与多级阀系统100在一些方面类似，但是与现有技术阀系统相比，两级先导阀系统200的流路以及因此其操作是改进的。多级阀系统200采用由先导流体源209提供的加压先导流体以及由处理流体源222提供的加压处理流体。应当理解的是，先导流体和处理流体可以包括相同类型的流体（例如，空气）或者可以包括不同的流体。虽然空气是可以被使用的一类流体，但是本发明应当不局限于气动系统，而是本系统可以被用于控制气动系统、液压系统等。在许多实施方式中，先导流体将被提供成其压力大致小于处理流体的压力。例如在一个实施方式中，先导流体可以包括大约6巴（87 psi）的压力，而处理流体以大约40巴（580 psi）的压力被供应。具体压力仅仅是一个实施方式的示例，并且本发明绝不局限于上述压力。在其他实施方式中，先导流体的压力可以大于或等于处理流体的压力。

根据本发明的实施方式，多级阀系统200包括第一先导阀201、第二先导阀202和主控制阀203。根据本发明的实施方式，第一先导阀201包括第一级，而第二先导阀202包括多级阀系统的第二级。在所示的实施方式中，主控制阀203包括多级阀系统200的第三级。根据本发明的一个实施方式，多级阀系统200可以用于控制用于吹塑系统（具体地，拉伸吹塑系统）的处理流体。然而，应当理解的是，多级阀系统200不局限于SBM应用，而是本发明可以用于需要加压流体的受控传输的各种应用。

根据本发明的实施方式，第一先导阀201包括螺线管204和偏压构件205。根据本发明的实施方式，偏压构件205能够偏压第一先导阀201到第一位置，而螺线管204能够偏压第一先导阀201到第二位置。虽然偏压构件205被示出为包括偏压弹簧，但是在其他实施方式中，偏压弹簧205和/或螺线管可以被替换为其他偏压装置，例如第二螺线管、不同的先导压力、按钮和柱塞等。因此，本发明应不局限于需要使得第一先导阀201包括螺线管和偏压弹簧205。根据本发明的实施方式，第一先导阀201还包括多个流体端口206-208。在所示的实施方式中，第一先导阀201包括供应端口206、先导端口207和排出端口208。在所示的实施方式中，第一先导阀201包括3/2（三端口，二位置）阀；然而，应当理解的是，其他构造当然是可能的。因此，本发明应当不局限于3/2阀。此外，虽然第一先导阀201被示出为当螺线管被致动时，先导端口207通常供排出并且与供应端口206流体连通；但是应当理解的是，端口的取向能够颠倒，即供应端口206能够通常与先导端口207流体连通。如所示的，先导端口207可选择性地与供应端口206或排出端口208流体连通。

根据本发明的实施方式，供应端口206提供用于与先导供应流路210流体连通的接口。应当理解的是，流路210以及下述各种附加流路可以包括在阀中形成的管道或内部通道。先导流体供应流路210提供先导流体源209与第一先导阀201的供应端口206之间的流体连通路径。

根据本发明的实施方式，两级先导阀系统200还包括第二先导阀202。根据本发明的实施方式，第二先导阀202包括压力致动阀。第二先导阀202可以包括例如压力致动滑阀。根据所示的实施方式，第二先导阀202包括3/2阀；但是其他阀构造也是可能的，并且本发明应当不局限于3/2阀。根据本发明的实施方式，第二先导阀202包括供应端口213、先导端口214和排出端口215。根据本发明的实施方式，第二先导阀202还包括第一和第二压力致动偏压构件217和218。在所示的实施方式中，第一和第二压力致动偏压构件包括偏压活塞217和218；然而，可以使用其他偏压构件，例如隔膜。

利用第一和第二压力致动偏压活塞217和218，第二先导阀202能够在第一位置和至少第二位置之间被致动。根据如图2所示的实施方式，通过供应来自处理流体源222的加压处理流体，第二先导阀202能够被致动到第一位置。根据所示的实施方式，处理流体源222能够经由流路223、212、216与第一压力致动的偏压活塞217连通。如所示的，流路223提供从处理流体源222至主控制阀203的流体连通路径。流路212从流路223分支并且提供从流路223至第二先导阀202的供应端口213的流体连通路径。流路216从流路212分支并且提供从流路212至第二先导阀202的第一压力致动偏压活塞217的流体连通路径，以将第二先导阀202偏压到第一位置。根据所示的实施方式，在第一位置中，供应端口214与排出端口215流体连通。

根据本发明的实施方式，通过将加压先导流体供应到第二压力致动偏压活塞218，第二先导阀202能够被致动到第二位置。根据所示的实施方式，在第二位置中，供应端口213与先导端口214流体连通。因此，先导端口214选择性地与供应端口213或排出端口215流体连通。应当理解的是，第二先导阀202的端口构造能够颠倒，其中当第二先导阀202处于第二位置中时，该先导端口214与排出端口215流体连通。因此，在附图以及下文示出的具体构造绝不应当限制本发明的范围。

根据本发明的实施方式，多级阀系统200还包括主控制阀203。虽然主控制阀203被示出为包括2/2阀，但是应当理解的是，主控制阀203可以包括其他构造，例如3/2阀。主控制阀203包括第一端口220和第二端口221。第一端口220经由流路223与处理流体源222流体连通。第二端口221能够与处理流体接收装置（未示出）流体连通，所述处理流体接收装置例如是SBM腔。取决于主控制阀203的位置，第二端口221还选择性地与第一端口220流体连通。根据本发明的实施方式，主控制阀203还包括第一和第二压力致动偏压构件，例如偏压活塞225、226。如上所述，第一和第二压力致动偏压构件不必要包括活塞，而是可以使用其他部件，例如隔膜。根据本发明的实施方式，流路224提供处理流体源流路223与第一压力致动的偏压活塞225之间的流体连通路径。因此，第一压力致动偏压构件225与处理流体源222流体连通。

在操作中，第一和第二先导阀201、202能够被致动以控制主控制阀203的致动。当螺线管204被停用时，偏压构件205将第一先导阀201偏压到第一位置。根据所示的实施方式，在第一位置中，第一先导阀201的供应端口206和先导端口207彼此不流体连通。而是，先导端口207与排出端口208流体连通。结果，流路211中的作用在第二先导阀202的第二压力致动偏压活塞218上的流体压力被释放。虽然作用在第二压力致动偏压活塞218上的先导流体被排出，但是处理流体被供应到第一压力致动偏压活塞217。在作用在第二先导阀202的第二压力致动偏压活塞218上的压力被释放的情况下，借助作用在第一压力致动偏压活塞217上的加压处理流体，第二先导阀202能够被致动到第一位置。如能够看到的，当由处理流体源供应处理流体时，处理流体能够流经流路223、212、216，以作用在第一压力致动偏压活塞217上。

根据所示的实施方式，在第二先导阀202处于第一位置中的情况下，供应端口213与先导端口214隔离。先导端口214与排出端口215流体连通。结果，流路219中的流体能够排出。根据本发明的实施方式，在流路219中的流体被排出的情况下，由供应到主控制阀203的第一压力致动偏压活塞225上的处理流体产生的力容易地将主控制阀203偏压到第一位置。如能够在所示的实施方式中看出的，借助流路224中的加压处理流体来提供作用在第一压力致动偏压活塞225上的力，该流路224从处理流体流路223分支。因此，也由主阀203控制的处理流体作用在第一压力致动偏压活塞225上，以将主控制阀203致动到第一位置。根据本发明的一个实施方式，在第一位置中，主控制阀203提供第一和第二端口220、221之间的流体连通路径。因此，处理压力可以作用在与主控制阀203流体连通的装置上。根据其他实施方式，主控制阀203可以构造成使得在第一位置中，第一和第二端口220、221之间的流体连通被大致关闭。因此，本发明应当不局限于这样的实施方式，在该实施方式中，主控制阀203的第一位置提供在第一和第二端口220、221之间的流体连通路径，即主控制阀203不局限于常开阀。

根据本发明的实施方式，为了将主控制阀203致动到第二位置，第一先导阀201能够被致动到第二位置。根据一个实施方式，通过致动螺线管204，第一先导阀201能够被致动到第二位置；然而，如上所述，第一先导阀201可以利用其它已知的致动器来致动。在致动螺线管204之后，第一先导阀201被致动到第二位置。根据所示的实施方式，在第二位置中，供应端口206和先导端口207被使得彼此流体连通。因此，由先导流体源209提供的加压先导流体通过第一先导阀201和流路211被供应到第二先导阀202的第二压力致动偏压活塞218。根据本发明的实施方式，第二压力致动偏压活塞218能够定尺寸成使得作用在其上的先导流体产生的力比由作用在第一压力致动偏压活塞217上的处理流体产生的力更大。因此，在先导流体作用在第二压力致动偏压活塞218上的情况下，第二先导阀202能够被致动到第二位置。

根据本发明的实施方式，在第二先导阀202被致动到第二位置的情况下，处理流体从供应端口213被供应到先导端口214。处理流体流经第二先导阀202到流路219，在流路219中，处理流体被供应到主控制阀203的第二压力致动偏压活塞226。根据本发明的实施方式，主控制阀203的第一和第二压力致动偏压活塞225、226能够被选择成使得当加压处理流体作用在第一和第二压力致动偏压活塞225、226上时，主控制阀203能够被致动到第二位置。例如，第二压力致动偏压活塞226的截面面积可以比第一压力致动偏压活塞225的截面面积更大。在所示的实施方式中，当主控制阀203处于第二位置时，主控制阀203关闭第一和第二端口220、221之间的流体连通。

应当理解的是，本发明的多级阀系统200有利地使用处理流体以将第二先导阀202致动到第二位置。类似地，处理流体被用于将主控制阀203致动到第一位置和第二位置。由于处理流体被用于作用在主控制阀203的第一和第二压力致动偏压活塞225、226上，因此第一和第二活塞225、226的截面面积的比能够保持大致恒定，而与处理流体压力无关。这与现有技术的系统形成对比，现有技术的系统例如是由于偏压活塞225、226的截面面积原因而仅能够操作在有限的压力范围内的现有技术阀系统100。此外，偏压活塞225、226的截面面积能够大致减少，这是因为相同压力或大致相同的压力都作用在偏压活塞225、226二者上。因此，与主控制阀203相关的阀组的总尺寸能够显著减少。

图3和图4示出了根据本发明实施方式的多级阀系统200的局部截面图。在图3中，示出了多个阀系统，这些阀系统被连接到主阀组330。如所示的，多个第一先导阀201A-201N被联接到主阀组330。虽然示出了五个第一先导阀，但是阀组（例如，阀组330）可以包括任何数量的第一先导阀。在图3中还示出第二先导阀202A的局部截面图。应当理解的是，图3示出了多级阀系统200的简化形式，且因此并未示出全部的流体流路。此外，应当理解的是，主控制阀203在图3中未被示出；然而，主控制阀203的一部分在图4中被示出。

如上所述，每个第一先导阀201包括供应端口206、先导端口207和排出端口208。同样在图3中示出了多个电触头331。电触头331能够被联接到电源，以向例如第一先导阀201的螺线管104供应功率。基于螺线管104的致动，先导阀207能够与供应端口206或排出端口208流体连通。供应端口206还与流路210流体连通，流路210能够被联接到先导流体源209。

根据在图3和图4中示出的实施方式，当螺线管104被致动时，先导流体能够流经流路211到达第二压力致动偏压活塞218。在图3和图4中，第二压力致动偏压活塞218还包括隔膜318。在一些实施方式中，隔膜318可能是优选的，因为与滑动密封件（例如，O形圈密封件）相比，隔膜通常引发更少的摩擦。然而在其他实施方式中，可以提供O形圈密封件或一些其他类型的密封构件。在另外的实施方式中，隔膜318可以包括仅压力致动的偏压构件并且取代活塞。

与先导流体相反地起作用的是处理流体，该处理流体通过流路216进入到第二先导阀202中。处理流体作用在第一压力致动偏压活塞217上，在图3和图4中，该第一压力致动偏压活塞包括球形构件。处理流体所产生的压力迫使球217抵靠活塞座340以形成大致防流体泄漏的密封。第一压力致动偏压活塞217和活塞座340之间的防流体泄漏的密封阻断了供应端口213和先导端口214之间的流体连通。

根据本发明的实施方式，当第一先导阀201被致动到第二位置时，先导流体被供应到第二压力致动偏压活塞218。由于第一和第二压力致动偏压活塞217、218借助联接构件341联接，因此作用在第二压力致动偏压活塞218上的先导流体使得第一和第二压力致动偏压活塞217、218移动到如图3所示的右侧（图4中的左侧）。虽然先导流体的压力可能显著小于处理流体的压力，但是第二压力致动偏压活塞218的截面面积基本大于第一压力致动偏压活塞217的截面面积。因此，由作用在第二压力致动偏压活塞218上的加压先导流体产生的力基本大于由作用在第一压力致动偏压活塞217上的加压处理流体产生的力。一旦第一和第二压力致动偏压活塞217、218移动到图3中的右侧（图4中的左侧），就破坏第一压力致动偏压活塞217与活塞座340之间的密封，从而允许处理流体朝向主控制阀203的第二压力致动偏压活塞226从供应端口213流动到先导端口214。在如图3和图4所示的实施方式中，供应端口213被示出为与流路212以及216结合，而先导端口214被示出为与流路219结合。

如图4所示，第一压力致动偏压活塞225的截面面积为D1，而第二压力致动偏压活塞226的截面面积为D2，其中D2 > Dl。因此，虽然处理流体经由流路223/224（其在图4中被示出为包括单个流路）作用在第一压力致动偏压活塞225上，但是由作用在第二压力致动偏压活塞226上的处理流体产生的力大于由作用在第一压力致动偏压活塞225上的处理流体产生的力，如上所述。因此，由作用在第二压力致动偏压活塞226上的处理流体产生的力将第一和第二压力致动偏压活塞225、226向下移动（如图4所示），以将主控制阀203致动到第二致动位置。根据如图4所示的实施方式，在第二致动位置中，第一压力致动偏压活塞225在活塞座445上密封，以形成大致防流体泄漏的密封。第一压力致动偏压活塞225与活塞座445之间的大致防流体泄漏的密封阻断了主控制阀203的第一端口220和第二端口221之间的流体连通路径。

根据本发明的实施方式，为了将主控制阀203致动回到第一位置，第一先导阀201被致动回到第一位置。在一些实施方式中，通过停用螺线管104，第一先导阀201被致动回到第一位置。在停用螺线管104的情况下，作用在第二压力致动偏压活塞218上的先导流体通过排出端口208被排出。当先导流体被排出时，作用在第一压力致动偏压活塞217上的处理流体迫使第一和第二压力致动偏压活塞217、218移动到如图4所示的右侧（图3中的左侧）。当第一压力致动偏压活塞217移动到图4中的右侧时，第一压力致动偏压活塞217再次在活塞座340上密封，以形成大致防流体泄漏的密封。根据本发明的实施方式，第一压力致动偏压活塞218也移动到图4的右侧，以从排出端口215解封，从而允许流路219中的作用在第二压力致动偏压活塞226上的流体排出。在如图3和图4所示的实施方式中，排出端口208和排出端口215通过公共开口实现排出。应当理解的是，在其他实施方式中，每个排出端口可以包括分离且不同的开口。

当作用在第二压力致动偏压活塞226上的处理流体被排出时，作用在第一压力致动偏压活塞225上的处理流体能够将第一和第二压力致动偏压活塞225、226如图4所示向上移动，以将第一和第二压力致动偏压活塞225、226从活塞座445解封。当第一压力致动偏压活塞225从活塞座445解封时，处理流体能够从第一端口220流动到第二端口221，进而流动到期望装置中。

应当理解的是，虽然上述实施方式提供了常开主控制阀203，但提供常闭控制阀203当然也落入本发明的范围内。此外，在附图中描述并说明的具体取向绝不限制本发明的范围，因为取决于具体应用可以调节取向和构造。应当理解的是，本发明可以用于除了SBM应用之外的其他应用中。

如上所述的本发明提供了这样的多级阀系统200，该多级阀系统利用两个或更多个先导阀以便致动主控制阀。不是如现有技术中使用先导流体来致动第二先导阀和主控制阀，第二先导阀202使用先导流体被致动到第一位置并且使用处理流体被致动到第二位置。因此，第二先导阀202控制处理流体到主控制阀203的流量，而不是控制先导流体到主控制阀203的流量。此外，通过利用处理流体而不是借助先导流体来致动到两个或更多个位置中的一个，主控制阀203在第一和至少第二位置之间被致动。结果，主控制阀能够被制造具有第一和第二压力致动偏压活塞225、226。能够在大范围的操作处理压力内使用该主控制阀。这是因为基本上与处理压力无关，大致相同的压力作用在第一和第二压力致动偏压活塞225、226上。因此，只要偏压活塞225、226中的一个包括较大的截面面积，那么不必要针对先导流体压力和处理流体压力之间的变化来调节两个偏压活塞225、226之间的截面面积的比。

上述实施方式的详细说明并未详尽地描述由发明人构想的落入本发明范围内的全部实施方式。当然，本领域技术人员将认识到，上述实施方式的一些要素可以进行不同的组合或者被省除以形成其他实施方式，并且这些其他实施方式落入本发明的范围和教导内。对于本领域普通技术人员还将显而易见的是，上述实施方式可以整体或部分地结合，以形成落入本发明范围和教导内的附加实施方式。

因此，虽然为了描述目的描述了本发明的具体实施方式以及示例，但是相关领域技术人员能够认识到的是在本发明的范围内，各种等同修改是可能的。本文所提供的教导能够应用到其他阀系统，而不仅仅是在上文描述以及附图中示出的实施方式。因此，本发明的范围应当通过下述权利要求书来确定。

Claims (12)

1.一种多级阀系统（200），所述多级阀系统包括先导流体源（209）和处理流体源（222），所述多级阀系统（200）包括：

第一先导阀（201），所述第一先导阀包括与所述先导流体源（209）流体连通的第一端口（206）和与所述第一端口（206）选择性地流体连通的第二端口（207）；

第二先导阀（202），所述第二先导阀包括：

与所述处理流体源（222）流体连通的第一端口（213）；

与所述第一端口（213）选择性地流体连通的第二端口（214）；

与所述处理流体源（222）流体连通的第一压力致动偏压构件（217）；

与所述第一先导阀（201）的所述第二端口（207）流体连通的第二压力致动偏压构件（218）；

主控制阀（203），所述主控制阀包括：

与所述处理流体源（222）流体连通的第一端口（220）；

与所述第一端口（220）选择性地流体连通的第二端口（221）；

与所述处理流体源（222）流体连通的第一压力致动偏压构件（225）；以及

与所述第二先导阀（202）的所述第二端口（214）流体连通的第二压力致动偏压构件（226）。

2.根据权利要求1所述的多级阀系统（200），其中，所述第一先导阀（201）还包括与所述第二端口（207）选择性地流体连通的第三端口（208）。

3.根据权利要求1所述的多级阀系统（200），其中，所述第二先导阀（202）还包括与所述第二端口（214）选择性地流体连通的第三端口（215）。

4.根据权利要求1所述的多级阀系统（200），还包括偏压构件（205）和螺线管（204），所述偏压构件适于将所述第一先导阀（201）朝向第一位置偏压，所述螺线管适于将所述第一先导阀（201）朝向第二位置偏压。

5.根据权利要求1所述的多级阀系统（200），其中，所述第二先导阀（202）的所述第一压力致动偏压构件（217）的截面面积小于所述第二先导阀（202）的所述第二压力致动偏压构件（218）的截面面积。

6.根据权利要求1所述的多级阀系统（200），其中，所述主控制阀（203）的所述第一压力致动偏压构件（225）的截面面积小于所述主控制阀（203）的所述第二压力致动偏压构件（226）的截面面积。

7.一种控制多级阀系统的主控制阀的方法，所述多级阀系统包括先导流体源和处理流体源，所述方法包括以下步骤：

将第一先导阀致动到第一位置；

通过所述第一先导阀排出与第二先导阀的第二压力致动偏压构件流体连通的先导流体；

将处理流体从处理流体源供应到所述第二先导阀的第一压力致动偏压构件，以将所述第二先导阀致动到第一位置；

通过所述第二先导阀排出与所述主控制阀的第二压力致动偏压构件流体连通的处理流体；以及

将处理流体从所述处理流体源供应到所述主控制阀的第一压力致动偏压构件，以将所述主控制阀致动到第一位置。

8.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：当所述主控制阀处于所述第一位置时，使所述处理流体源从所述主控制阀的第一端口连通到所述主控制阀的第二端口。

9.根据权利要求7所述的方法，还包括以下步骤：

将所述第一先导阀致动到第二位置，以打开从所述先导流体源到所述第二先导阀的第二压力致动偏压构件的流体连通路径。

10.根据权利要求9所述的方法，还包括以下步骤：

将处理流体供应到所述第二先导阀的所述第二压力致动偏压构件，以将所述第二先导阀致动到第二位置，由此打开从所述处理流体源到所述主控制阀的第二压力致动偏压构件的流体连通路径。

11.根据权利要求10所述的方法，还包括以下步骤：

将处理流体供应到所述主控制阀的第二压力致动偏压构件，以将所述主控制阀致动到第二位置。

12.根据权利要求9所述的方法，其中，将所述第一先导阀致动到所述第二位置的步骤包括：致动螺线管。

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