CN113508255A

CN113508255A - 流量控制阀

Info

Publication number: CN113508255A
Application number: CN201980035181.2A
Authority: CN
Inventors: 近藤广茂
Original assignee: Time Technology Research Co ltd
Current assignee: Time Technology Research Co ltd
Priority date: 2019-02-19
Filing date: 2019-12-24
Publication date: 2021-10-15
Also published as: US20210164583A1; JP2020133737A; WO2020170600A1; EP3929477A1; KR20210119280A; JP7127838B2; EP3929477A4

Abstract

本发明包括：阀壳(2)，其包括主室(5)和副室(6)；阀座(14)，其设置在阀壳(2)内部；阀体(25)，其可安置在阀座(14)上；针(17)，其与阀体(25)相邻；马达机构，其用于使针(17)沿针(17)的轴向方向移动以在阀体(25)安置在阀座(14)上的关闭状态与阀体(25)从阀座(14)缩回的打开状态之间切换；压力接收室(26)，其设置在阀体(25)的上表面；以及传导路径，其设置在阀体(25)内，由第一连通槽(23)和第二连通槽(24)构成，并且使副室(6)和压力接收室(26)连通。构成压力接收室(26)的下表面的阀体(25)的上表面的直径(PB)稍小于构成副室(6)的上表面的阀体(25)的下表面的直径(PA)。

Description

流量控制阀

技术领域

本申请中公开的技术涉及一种流量控制阀，该流量控制阀使用诸如马达等的电驱动装置来调整阀开度(开口面积)以控制诸如气体和液体等各种类型的流体的流量和压力。

背景技术

例如，在专利文献1中公开了一种常规的流量控制阀，该流量控制阀使用诸如马达等驱动装置来调整阀开度(开口面积)以控制诸如气体和液体等各种类型的流体的流量和压力。

专利文献1公开了一种电动阀，该电动阀包括：阀壳体，在该阀壳体中形成有第一开口和第二开口；环形阀座部分，该环形阀座部分设置在阀壳体中与第二开口连通；圆筒部分，该圆筒部分设置在该阀壳体中使得其中心轴线布置在该阀座部分的中心轴线的轴向线上，并且使得其一端以一定的间隔与该阀座部分相对；阀构件，该阀构件容置在该圆筒部分内部以便能够以活塞状方式移动；压力平衡路径，该压力平衡路径设置在该阀壳体或该阀构件上，以便使在该圆筒部分中的另一侧上由该圆筒部分内部被该阀构件分开的空间形成的背压室与该第二开口连通；以及阀构件移动装置，该阀构件移动装置使该阀构件移动以安置在该阀座部分上或从该阀座部分脱开，其中该阀构件的环形尖端部分内部的平面图中的面积等于该圆筒部分内部的阀构件的背压室侧的平面图中的面积。

引文列表

专利文献

专利文献1：第6043152号日本专利。

发明内容

技术问题

在使用诸如马达等驱动装置的流量控制阀中存在的问题是使阀构件上下移动所需的驱动扭矩以及上下移动期间产生的反冲。专利文献1中公开的电动阀的问题在于：尽管通过使阀构件的环形尖端部分的内部的平面图中的面积等于圆筒部分内部的阀构件的背压室侧的平面图中的面积，可以减小驱动扭矩，但是不能减小反冲。

本申请中公开的技术是鉴于上述问题而提出的，并且其目的是提供一种流量控制阀，该流量控制阀能够减小作为驱动装置的马达的驱动扭矩，并且控制在阀构件的上下移动期间产生的反冲。

解决问题的手段

为了实现上述目的，根据权利要求1所述的流量控制阀是如下流量控制阀，该流量控制阀包括：阀壳，该阀壳具有作为入口部的主室和作为出口部的副室；阀座，该阀座设置在阀壳的内部；阀体，该阀体能够安置在阀座上；柱塞，该柱塞与阀体相邻；驱动单元，该驱动单元被构造成使柱塞沿着柱塞的轴向方向移动以在阀体安置在阀座上的关闭状态与阀体从阀座缩回的打开状态之间切换；压力接收室，该压力接收室设置在阀体的上表面与驱动单元之间；以及传导路径，该传导路径沿着柱塞的轴向方向设置并且使副室和压力接收室连通，

其中，阀体的上表面构成压力接收室的下表面，阀体的下表面构成副室的上表面，阀体的上表面的面积大于阀体的下表面的面积。

根据权利要求2所述的流量控制阀是根据权利要求1所述的流量控制阀，其中该阀体包括上阀体和下阀体，该上阀体的上表面构成压力接收室的下表面，该下阀体的下表面构成副室的上表面，该流量控制阀还包括位于上阀体与下阀体之间的偏压构件，该偏压构件使上阀体和下阀体彼此远离地偏压。

发明效果

在根据权利要求1所述的流量控制阀中，阀体(阀构件)的上表面侧的压力接收室以及副侧与传导路径(压力平衡路径)连接，并且阀体的上表面的面积略大于阀体的下表面的面积，由此在向上(在阀开口方向上)稍微施加力的状态下，施加在阀体的轴向方向上的力是平衡的。(这是阀体朝向上表面侧升高的状态)。这使得可以减少当阀体上下移动时产生的反冲。此外，通过将阀体的上表面与阀体的下表面之间的面积差减小到减小反冲所需的程度，可以减小施加到阀体的上表面和下表面的压力差，从而可以减小当阀体上下移动时所需的驱动扭矩。因此，阀体的向上和向下的移动变得平滑，并且可以使驱动单元中使用的马达更小。这使得可以提供一种能够以低成本进行有效的流量控制的流量控制阀。

在根据权利要求2所述的流量控制阀中，该阀体在轴向方向上分为上阀体和下阀体，并且在上阀体与下阀体之间设置有偏压构件以使该两个部件彼此远离地偏压，使得当流量控制阀关闭且下阀体安置在阀座上时，如果由于水锤等使得副室侧经历压力异常升高，则下阀体将会克服偏压构件的偏压力而升高以打开阀，由此压力可以泄漏到主侧使得可以防止损坏副侧。另外，在阀关闭的情况下，当阀体由驱动单元安置在阀座上并且在阀体上进一步(在关闭方向上)施加过大的力时，偏压构件用作缓冲件，从而可以防止当在阀体上施加过大的力时可能发生的部件损坏(例如，由于齿轮卡住等导致驱动单元内的齿轮损坏)。

附图说明

图1是根据本发明的第一实施例的当阀关闭时的流量控制阀的横截面视图；

图2是流量控制阀的仰视图；

图3是当阀打开时的流量控制阀的横截面视图；

图4是描述设置到阀体上的压力导入路径的放大横截面视图；

图5是描述副侧上的压力升高时的压力释放机构的横截面视图；

图6是示出构成阀机构的针的侧视图和仰视图；

图7是示出构成阀机构的针螺母的俯视图、侧视图(透视图)和仰视图；

图8是示出构成阀机构的圆筒导向件的俯视图、侧视图(透视图)和仰视图；

图9是示出构成阀机构的圆筒的俯视图、侧视图(透视图)和仰视图；并且

图10是示出构成阀机构的帽的俯视图、侧视图(透视图)和仰视图。

具体实施方式

首先，将参考附图描述根据本发明的实施例的流量控制阀1。

图1是关闭状态的流量控制阀1的横截面视图，而图2是从下方观察的流量控制阀1的仰视图。流量控制阀1具有阀壳2。在阀壳2的底部的一侧处，第一连接筒3在横向方向上突出。在阀壳2的底部的下侧处，第二连接筒4在垂直于第一连接筒3的中心轴线的方向上向下突出。在第一连接筒3的内部形成有主室5，该主室构成流体的入口侧。同时，在第二连接筒4的内部形成有副室6，该副室构成流体的出口侧。

主室5和副室6形成为朝向内部逐渐变窄。副室6上方的阀壳2的内部是大致圆柱状的开口并且设置有容置下文描述的阀机构7的阀室8。阀室8的上端部是敞开的，并且在其上端处，换言之，在阀壳2的上方，通过螺钉等(未示出)经由上盖9将马达机构10附接到阀壳2的上表面。马达机构10由此处未示出的马达和驱动单元构成，并且马达机构驱动下文描述的针17以使其旋转。在本实施例中，采用步进马达作为马达，但是本发明不限于此，并且也可以采用DC马达或齿轮马达等。

阀室8是由从图的上方开始依次形成的上开口11、中间开口12以及下开口13构成的开口，该上开口的直径最大，该中间开口的直径稍小于上开口11的直径，该下开口形成下端并且直径小于中间开口12的直径，每个开口形成为圆柱状。在上开口11与中间开口12之间的边界处，设置有上开口边缘11a。在中间开口12与下部开口13之间的边界处，设置有阀座14以便朝向中间开口12突出。阀座14具有圆弧形式的上表面，并且沿着下开口13的外周形成为环形。如下文所描述，当流量控制阀1关闭时，在阀座14上安置有着座填料15。

在副室6与下开口13之间形成有针支撑件16。如图2所示，从下方观察流量控制阀1，针支撑件16由中心筒16a和三个肋16c、16c和16c构成，该中心筒在其中心具有通孔16b，针17的下端穿过该通孔，该三个肋以大致相等的间隔设置，并且从中心筒16a径向地朝向副室6的上开口的内周表面延伸。肋16c、16c和16c之间的开口16d、16d和16d是提供阀室8(下开口13)与副室6之间的连通的开口。

接下来，将参考附图描述根据本发明的流量控制阀1的阀机构7。

阀机构7包括：针17，其通过马达机构10旋转；针螺母18，其设置有与针17的外螺纹接合的内螺纹；圆筒导向件19，其将针螺母18固定在阀壳2上；圆筒20，其附接在针17的下部并且由于设置在圆筒导向件19的下部的滑动部而能够上下滑动；以及帽22，其经由弹簧21附接到圆筒20。针螺母18、圆筒20和帽22安装成被针17穿过。另外，弹簧21是压缩弹簧，其相对于圆筒20向下偏压帽22。

下面将详细描述构成阀机构7的每个部件。

图6示出了针17的(A)侧视图和(B)从下方观察的仰视图。如图6所示，在针17中，在侧视图中从上方开始依次形成有齿轮部17a、外螺纹部17b、第一针凹部17c、第二针凹部17d、针主体17e、圆筒附接部17f、帽滑动部17g、第三针凹部17h和下端支撑部17i，其中的每一个为直径不同的圆柱状。齿轮部17a与马达机构10内部的齿轮(未示出)接合，由此针17被马达机构10控制以旋转。如上所述，外螺纹部17b与针螺母18的内螺纹接合，由此针17本身通过针17的旋转而上下移动。将O形环30、31装配到第一针凹部17c和第二针凹部17d中以维持针17与针螺母18之间的密封状态。圆筒附接部17f通过***圆筒20中而固定圆筒。帽滑动部17g***帽22中。止动板27安装在第三针凹部17h中以限制针17***其中的帽22的向下移动。

图7示出针螺母18(A)从上方观察的的俯视图、(B)侧视图(透视图)以及(C)从下方观察的仰视图。如图7所示，在针螺母18中，在侧视图中从上方开始依次形成有针螺母安装部18a、针螺母主体18b、针螺母凹部18c以及针螺母下筒部18d。针螺母凹部18c设置在针螺母主体18b的中心部分处。除了针螺母安装部18a，所有这些部分均形成为圆柱状。如图7(A)的俯视图所示，针螺母安装部18a具有将圆筒的部分被切平的形状，并且通过将针螺母安装部18a***形成在上盖9中的安装孔(未示出)中以装配针螺母安装部18a来将针螺母18安装到上盖9。因此，在将针螺母18安装到上盖9的状态下，针螺母18的旋转运动受到限制。此外，针螺母18设置有具有不同开口直径的圆柱状针螺母开口18e、18f，这些圆柱状针螺母开口沿着针螺母18的中心轴线在竖直方向上贯穿该针螺母。在针螺母开口18e的内周表面周围形成有内螺纹，以与针17的外螺纹部17b的外螺纹接合。针螺母开口18f的内径比针主体17e的外径稍大，使得当针17上下移动时，针主体17e在针螺母开口18f内滑动。将O形环28装配在针螺母凹部18c中以维持针螺母18与圆筒导向件19之间的密封状态。

图8示出圆筒导向件19(A)从上方观察的俯视图、(B)侧视图(透视图)以及(C)从下方观察的仰视图。如图8所示，在圆筒导向件19中，在侧视图中从上方开始依次形成有圆筒导向件安装部19a、圆筒导向件主体19b、圆筒导向件凹部19c、圆筒导向件中间筒部19d以及圆筒导向件下筒部19e，其中的每一个为直径不同的圆柱状。圆筒导向件凹部19c设置在圆筒导向件主体19b的中心部分处。此外，圆筒导向件19设置有开口直径不同的圆柱状圆筒导向件开口19f、19g、19h，这些圆筒导向件开口沿着该圆筒导向件19的中心轴线在竖直方向上贯穿该圆筒导向件。圆筒导向件开口19f形成为容置针螺母主体18b，并且如上所述，当针螺母18容置在圆筒导向件19内时，O形环28装配到针螺母凹部18c中维持针螺母18与圆筒导向件19之间的密封状态。

圆筒导向件主体19b的外径稍小于上开口11的内径，使得O形环29装配到圆筒导向件凹部19c中维持圆筒导向件19与阀壳2的内周表面之间的密封状态。此外，由于圆筒导向件主体19b的下端处的边缘抵接上开口边缘11a，因此当将圆筒导向件19安装在阀壳2中时，圆筒导向件19的向下移动受到限制。因此，在容置针螺母18的状态下，将圆筒导向件19保持在阀室8的上开口11内。圆筒导向件开口19h的开口直径设置为稍大于圆筒20的圆筒主体20a的外径，达到使下文描述的圆筒20能够在竖直方向上滑动的这种程度。

图9示出圆筒20(A)从上方观察的俯视图、(B)侧视图(透视图)以及(C)从下方观察的仰视图。如图9所示，在圆筒20中，在侧视图中从上方开始依次形成有圆筒主体20a、第一圆筒凹部20b、圆筒下部20c和第二圆筒凹部20d，其中的每一个为直径不同的圆柱状。第一圆筒凹部20b设置在圆筒主体20a的中心部分处，而第二圆筒凹部20d设置在圆筒下部20c的下部位置。此外，圆筒20设置有开口直径不同的圆柱状圆筒开口20e、20f，这些圆筒开口沿着该圆筒20的中心轴线在竖直方向上贯穿该圆筒。此外，在圆筒开口20f的内周表面中形成有：第一圆筒凹槽20g，该第一圆筒凹槽在其上端部处向外延伸到圆筒开口20e的内周表面；以及第一圆筒凹槽20h，其与第一圆筒凹槽20g连通并且沿着圆筒开口20f的内周表面向下延伸到圆筒20的下端表面。在本实施例中，如图9所示，在圆筒开口20f的内表面中以大致相等的间隔在三个位置处形成有由第一圆筒凹槽20g和第一圆筒凹槽20h组成的第一连通槽23。

圆筒开口20e、20f分别形成为使得圆筒开口20e的内径适合于针主体17e的外径，并且圆筒开口20f的内径适合于针17的圆筒附接部17f的外径，并且圆筒20以针17***其中的状态附接在针17上。另外，将O形环32、33分别装配到第一圆筒凹部20b和第二圆筒凹部20d中以分别维持圆筒20与圆筒导向件19之间以及圆筒20与帽22之间的密封状态。

图10示出帽22(A)从上方观察的俯视图、(B)侧视图(透视图)以及(C)从下方观察的仰视图。如图10所示，在帽22中，在侧视图中从上方开始依次形成有：圆柱状帽主体22a；截锥状上凸缘22b，其朝向底部向外扩大；圆柱状帽凹部22c；以及截锥状下凸缘22d，其朝向底部向内变窄。将形成为弹性构件的环状的着座填料15装配在帽凹部22c中，当关闭流量控制阀1时，该着座填料安置在阀座14上。

此外，帽22设置有开口直径不同的圆柱状帽开口22e、22f、22g、22h，这些帽开口沿着帽20的中心轴线在竖直方向上贯穿该帽。帽开口22e的内径稍大于圆筒下部20c的外径，使得圆筒下部20c能够在帽开口22e内在竖直方向上滑动。帽开口22f的内径稍小于帽开口22e的内径，并且设置有弹簧21，该弹簧相对于圆筒20偏压帽22。帽开口22g的内径稍大于针17的帽滑动部17g的外径，使得针17的帽滑动部17g能够在帽开口22g内在竖直方向上滑动。此外，在帽开口22g的内表面中形成有帽凹槽22i，该帽凹槽在竖直方向上延伸并且构成第二连通槽24。在本实施例中，与第一连通槽23一样，在帽开口22g的内表面中以大致相等的间隔在三个位置处形成第二连通槽24(帽凹槽22i)。

由于如上所述的圆筒20附接到针17并且帽22经由弹簧21附接到圆筒20，因此圆筒20和帽22作为整体与针17一起上下移动，并且由于流量控制阀1由安装在帽22上的着座填料15而打开和关闭，因此圆筒20和帽22一起用作流量控制阀1的阀体25。

接下来，将描述根据本发明的如上所述构造的流量控制阀的阀机构7的操作和效果。如上所述，图1是流量控制阀1当阀关闭时的横截面视图，而图3是流量控制阀1当阀打开时的横截面视图。

当关闭流量控制阀1时，如图1中的箭头(1)所指示，马达机构10使针17旋转。如上所述，由于将针螺母18固定在阀室8中，因此针17随着其旋转而向下移动，这还导致由圆筒20和帽22组成的阀体25随着其旋转而向下移动，如图1所示，使得阀体25的着座填料15安置在阀座14上，由此流量控制阀1关闭。当打开流量控制阀1时，如图3中的箭头(1)和(2)所示，在与阀关闭时的方向相反的方向上，针17被马达机构10旋转以向上移动，这还导致由圆筒20和帽22组成的阀体25向上移动，如图3所示，使得阀体25的着座填料15与阀座14分离，由此流量控制阀1打开。如图3中的箭头(3)所示，流体从主室5流入副室6。通过使用马达机构10将阀体25的着座填料15安置在阀座14上或者在打开阀时改变阀体25的着座填料15与阀座14之间的开度，流量控制阀1可以控制从主室5流向副室6的流体的流量。另外，由于阀体25经由弹簧21由圆筒20和帽22(包括着座填料15)构成，因此如果在关闭流量控制阀1时针17旋转得太远，则弹簧21用作缓冲件，这可以防止由于针17的过度旋转而损坏部件。

图4是流量控制阀1的阀体25(圆筒20和帽22)部分放大的横截面视图。如上所述，圆筒20设置有在圆筒20的竖直方向上延伸的第一连通槽23，帽22设置有在帽22的竖直方向上延伸的第二连通槽24。因此，由阀体25的上表面(圆筒20的上表面)和圆筒导向件19的圆筒导向件开口19h围绕的压力接收室26经由第一连通槽23和第二连通槽24与副室6连通。因此，如图4中的箭头(1)所指示，流体从副室6流入压力接收室26中，使得压力接收室26中的压力变得大约等于副室6中的压力。换句话说，压力接收室26中的压力变得大约等于副侧压力。

如图4所示，在根据本发明的流量控制阀1中，阀体25的上表面的直径PB设置为稍大于阀体25的下表面的直径PA。因此，阀体25将始终处于向上(在阀打开方向上)稍微施加力的状态。(这是阀体25朝向上表面侧升高的状态)。因此，可以减小当阀体25上下移动时在马达机构10中产生的反冲。这使得阀体25平滑地上下移动。

另外，通过借助于阀体25的上表面的面积(直径PB)与阀体25的下表面的面积(直径PA)之间的差值将马达构10中的反冲减小到所需程度，可以减小施加在阀体25的上表面和下表面上的压力差。这使得可以减小当阀体25要上下移动时启动马达机构10所需的启动扭矩。

以这种方式，根据本发明的流量控制阀1允许阀体25平滑地向上和向下移动，这有利于对流体流量的控制，并且由于减小了马达的启动转矩而允许马达机构10中的马达小型化，因此可以提供一种能够以低成本进行有效的流量控制的流量控制阀。

接下来，将参考图5描述当关闭流量控制阀1时，由于水锤等导致连接到副室6的副侧经历压力异常升高的情况。图5是描述根据本发明的流量控制阀1中的副侧上的压力升高时的压力释放机构的横截面视图。

当流量控制阀1关闭时，如图5中的箭头(1)所指示，当由于水锤等引起的压力异常升高发生在连接到副室6的副侧中时，在阀体25中，如图5中的箭头(2)所指示，帽22将会克服弹簧21的偏压力而向上移动。如图5中的箭头(3)所指示，这导致阀体25的着座填料15与阀座14分离，从而允许副侧的压力逸出到作为主侧的主室5中，因此，防止损坏副侧的部件等。换言之，通过由圆筒20和帽22构成阀体25并且通过弹簧21将帽22附接到圆筒20上，可以容易地构造用于当副侧上发生异常压力升高时的压力释放机构。另外，如上所述，根据本实施例的阀体25还成功地防止了当关闭阀时由于针17的过度旋转而导致的部件损坏。

在此，主室5是主室的一个示例，副室6是副室的一个示例，阀壳2是阀壳的一个示例，阀座14是阀座的一个示例，阀体25是阀体的一个示例，针17是柱塞的一个示例，马达机构10是驱动单元的一个示例，压力接收室26是压力接收室的一个示例，由第一连通槽23和第二连通槽24组成的传导路径是示例性传导路径，圆筒20是上阀体的一个示例，帽22是下阀体的一个示例，并且弹簧21是偏压构件的一个示例。

以上已经详细描述了本发明的实施例，但是这仅是示例，并且应当理解，本发明不应被解释为等同于上述实施例中的具体描述或者受其限制，而是可以在基于本领域技术人员的知识向其中添加各种修改、变更等的各方面中进行实践，并且只要这些方面不脱离本发明的精神和范围，都将落入本发明的范围内。

例如，在上述实施例中，阀体25由圆筒20和帽22构成，但是在对副侧设置有单独的压力释放阀等并且不需要如上所述向阀体25提供压力释放功能的情况下，阀体25可以是一件式结构。这使得部件数量减少，从而可以降低生产成本。

此外，在上述实施例中，通过马达机构10使针17旋转以使阀体25与针17一起上下移动来控制流体的流量，但是相反地，马达机构10也可以使针螺母18旋转以将针17上下移动。在这种情况下，由于针17不旋转，因此阀体25也可以在不旋转的情况下上下移动。因此，由于阀体25在流体中不旋转，因此能够使从主室5向副室6的流体的流动变得稳定。另外，由于可以减少装配在阀体25上的O形环和着座填料15的磨损，因此还提高了可维护性。

此外，在上述实施例中，由第一连通槽23和第二连通槽24构成的传导路径设置在三个位置处，但是传导路径并不限定于此，并且可以设置在一个位置或四个或四个以上的位置处，只要接收压力室26中的压力变得大约等于副侧压力。此外，如果可以在针17的内部设置传导路径，则可以在针17的内部设置传导路径。

此外，在上述实施例中，提供了针支撑件16，但是根据针17的形状，这可能不是必需的。

附图标记说明

1 流量控制阀

2 阀壳

5 主室

6 副室

7 阀机构

8 阀室

10 马达机构

14 阀座

15 着座填料

17 针

18 针螺母

19 圆筒导向件

20 圆筒

22 帽

23 第一连通槽

24 第二连通槽

25 阀体

26 压力接收室

Claims

1.一种流量控制阀，包括：

阀壳，所述阀壳具有作为入口部的主室和作为出口部的副室；

阀座，所述阀座设置在所述阀壳的内部；

阀体，所述阀体能够安置在所述阀座上；

柱塞，所述柱塞与所述阀体相邻；

驱动单元，所述驱动单元被构造成使所述柱塞沿着所述柱塞的轴向方向移动以在所述阀体安置在所述阀座上的关闭状态与所述阀体从所述阀座缩回的打开状态之间切换；

压力接收室，所述压力接收室设置在所述阀体的上表面与所述驱动单元之间；以及

传导路径，所述传导路径沿着所述柱塞的所述轴向方向设置，并且使所述副室和所述压力接收室连通，

其中，所述阀体的所述上表面构成所述压力接收室的下表面，所述阀体的下表面构成所述副室的上表面，所述阀体的所述上表面的面积大于所述阀体的所述下表面的面积。

2.根据权利要求1所述的流量控制阀，其中，所述阀体包括：

上阀体，所述上阀体的上表面构成所述压力接收室的所述下表面；以及

下阀体，所述下阀体的下表面构成所述副室的所述上表面，

所述流量控制阀还包括位于所述上阀体与所述下阀体之间的偏压构件，所述偏压构件使所述上阀体和所述下阀体彼此远离地偏压。