CN113924435A - 隔膜阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供不受高压用、高温用等用途制约而具有优异的耐久性能且能够抑制颗粒产生的控制阀。隔膜阀包括：阀体(2)，其形成有流体的流入通路(22)及流出通路(23)；阀座(25)，其形成于该阀体内的流入通路的周缘；隔膜(30)，其通过与该阀座抵接/分离来进行流入通路与流出通路的连通/截断；隔膜按压部(31)，其按压该隔膜的中央部；以及致动器(4)，其使该隔膜按压部移动，所述隔膜阀具有调节机构，该调节机构将所述阀座与所述隔膜之间的封闭压力调节为规定的压力。

Description

隔膜阀

技术领域

本发明涉及流体的控制阀，涉及适合用作进行高压或高温流体开闭的截止阀的隔膜阀。

背景技术

作为能够对流体的流量进行调节并进行开闭的控制阀，已知包括具有流体的流路的阀体、与阀座抵接/分离以使流路开闭的隔膜及使按压隔膜的隔膜按压部上下移动的致动器的构造(专利文献1)。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本再表2015/020209号公报

发明内容

发明要解决的课题

在上述的控制阀中，操作压力通过向内置的致动器供给操作空气来赋予。由于与流路的开闭相伴而在阀座与隔膜之间(密封部)重复作用推力(按压力)，因此其耐久性变得重要。

例如，进行高压流体开闭的控制阀通常使得阀体中形成的阀座及与阀座抵接的隔膜均为金属制的金属密封构造，但若阀座或阀体损伤，则不仅阀的寿命缩短，还会从阀座与隔膜的抵接面产生以上部件的微细的颗粒，这些颗粒混入从阀中通过的被处理流体内，也会导致被处理流体污染。

本发明的目的在于提供不受高压用、高温用等用途制约而具有优异的耐久性能且能够抑制颗粒产生的控制阀。

用于解决课题的手段

本发明(1)为一种隔膜阀，其包括：阀体，其形成有流体的流入通路及流出通路；阀座，其形成于该阀体内的流入通路的周缘；隔膜，其通过与该阀座抵接/分离来进行流入通路与流出通路的连通/截断；隔膜按压部，其按压该隔膜的中央部；以及致动器，其使该隔膜按压部移动，所述隔膜阀具有调节机构，该调节机构将所述阀座与所述隔膜之间的封闭压力调节为规定的压力。

在现有的控制阀中，即使流入通路侧的压力及流出通路侧的压力变化，在流路闭合时作用于隔膜与阀座之间的推力也被设定为能够使流路完全闭合的值(最大推力)，即使流入通路侧的压力及流出通路侧的压力变化，也始终作用最大推力。

与此相对，在本发明的隔膜阀中，在流入通路侧的压力变化的情况下，在流路闭合时作用在隔膜与阀座之间(使阀闭合)的推力对应于变化而被调节为能够使流路完全闭合的适当值。封闭压力是指为了使流体的流动停止而由隔膜承受的压力。若在隔膜与阀座的抵接面作用过大的封闭压力，则其抵接面产生微细的损伤，会导致阀的寿命缩短。由于存在从抵接面产生微细的颗粒的可能性，因此若该微细的颗粒混入从阀中通过的被处理流体，则还会导致被处理流体污染。

在将推力调节为适当值时，在考虑流路形状(流入通路侧的压力向哪个方向作用)的同时考虑是常开型还是常闭型，将阀座与隔膜之间的封闭压力控制为适当压力。

本发明(2)在本发明(1)的隔膜阀的基础上，特征在于，所述规定的压力为所述隔膜与所述阀座抵接时的、所述隔膜的上游侧的压力的105～140％的范围。

本申请的发明人反复进行大量实验，发现在具有金属制隔膜和金属制阀座的阀中，在隔膜与阀座的抵接面产生的损伤及通过阀的重复开闭而产生的颗粒的量与阀的封闭压力有关。并基于该发现得到了本发明。

可知若施加隔膜与阀座抵接时的、隔膜的上游侧的流体的压力的105～140％的范围的施加(闭合)压力，则在隔膜与阀座的抵接面产生的损伤及由于阀的重复开闭而产生的颗粒被抑制得非常少。更加优选105～135％，进一步优选105～125％。

当下限值的105％减去来自与隔膜的凹面接触的被处理流体的压力时，隔膜与阀座的抵接面被施加被处理流体的压力的5％的压力，能够利用该压力将阀维持为闭状态。当上限值的140％减去来自与隔膜的凹面接触的被处理流体的压力时，隔膜与阀座的抵接面被施加被处理流体的压力的40％的压力，若为该范围，则损伤的产生及颗粒的产生均能够被抑制得非常少。在该范围内，上限值越小越好。

本发明(3)在本发明(1)或(2)的隔膜阀的基础上，特征在于，所述隔膜阀为通常闭合的常闭型，所述致动器包括：活塞，其与所述隔膜按压部连结；弹簧，其将该活塞向闭阀的方向施力；以及流体加压机构，其将所述活塞向开阀的方向施力，所述调节机构为对所述弹簧的挠曲量进行调节的可动部件。

对于常闭型的隔膜阀而言，由弹簧等施力部件施力的状态为全闭状态，在隔膜与阀座之间作用最大压力。在现有的隔膜阀中，隔膜与阀座之间作用的封闭压力无法调节。在本发明的控制阀中，能够利用调节机构对隔膜与阀座之间作用的封闭压力进行调节。

在常闭型的隔膜阀中，由于隔膜按压部在弹簧的作用下移动，因此能够设置对该弹簧的挠曲量进行调节的可动部件。阀中流动的流体的压力根据阀的使用目的而不同，且即使是所设置的同一阀，也存在日渐不同的情况。此时，能够在阀中流动的流体的压力低的情况下减小弹簧的挠曲量，在阀中流动的流体的压力高的情况下增大弹簧的挠曲量，以对隔膜阀的封闭压力进行调节。

本发明(4)在本发明(1)或(2)的隔膜阀的基础上，特征在于，所述隔膜阀为通常打开的常开型，所述致动器包括：活塞，其与所述隔膜按压部连结；流体加压机构，其将该活塞向闭阀的方向施力；以及弹簧，其将所述活塞向开阀的方向施力，所述调节机构是设置于所述流体加压机构的流体的通路的中途、对流体的压力进行调节的压力控制阀。

对于常开型的隔膜阀而言，由流体加压机构施加的操作压力最大的状态为全闭状态，在隔膜与阀座之间作用最大压力。在现有的隔膜阀中，隔膜与阀座之间作用的封闭压力无法调节。在本发明的控制阀中，能够利用调节机构对隔膜与阀座之间作用的封闭压力进行调节。

在常开型的隔膜阀中，隔膜按压部通过致动器内的活塞而移动，该活塞通过向闭阀的方向施力的流体加压机构而移动。流体加压机构使操作空气等流动，对活塞施加压力以驱动活塞。能够通过对流向该流体加压机构的流体的压力进行调节来调节封闭压力。

阀中流动的流体的压力根据阀的使用目的而不同，且即使是所设置的同一阀，也存在日渐不同的情况。此时，在阀中流动的被处理流体的压力低的情况下减小流向流体加压机构的压力，在阀中流动的被处理流体的压力高的情况下增大流向流体加压机构的流体的压力，以能够对隔膜阀的封闭压力进行调节。

发明的效果

根据本发明的隔膜阀，由于在流路闭合时作用于阀体与阀座之间的封闭压力被调节为适当值，因此隔膜及阀座的耐久性提高。另外，由于能够抑制从隔膜与阀座的抵接面产生微细的颗粒，因此能够减轻阀中流动的被处理流体的污染。

附图说明

图1示出常闭型的隔膜阀的全闭状态。

图2示出常闭型的隔膜阀的全开状态。

图3示出常开型的隔膜阀的全开状态。

图4示出常开型的隔膜阀的全闭状态。

图5示出常闭型的隔膜阀1次开闭时的颗粒产生个数与封固压力/封入压力(％)的关系。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施方式。在以下的说明中，上下是指图的上下。该“上下”仅是为便于说明，在设置时，还存在上下相反或水平的情况。

如图1至图4所示，隔膜阀1包括：阀体2，其形成有流体通路；隔膜30，其使阀体2的流路开闭；以及致动器4，其将按压隔膜30的隔膜按压部31沿上下方向驱动。

在阀体1的内部形成有供流体进入的流入口21、作为流体的通路的流入通路22、流出通路23及供流体流出的流出口24。在阀体2的上部设有向上方突出并在内部形成有凹部的阀盖26，在流入通路22的上方开口周缘形成有与隔膜30抵接/分离的阀座25。

隔膜30由按压适配件32从上方按压而固定于阀盖26内部的凹部的底部，在按压适配件32的中央***有隔膜按压部31的上部轴部，并沿水平方向开设有用于空气排放的空气排放孔33。

致动器4具有上侧外壳44和下侧外壳43这2个外壳，下侧外壳43具有向下方突出的突出部，在该突出部设有在下方开口的凹部。按压适配件32被收纳于该凹部，在阀盖26的外周形成的外螺纹与在下侧外壳43的凹部内壁形成的内螺纹螺合。在下侧外壳43下部也开设有用于空气排放的空气排放孔33。

上侧外壳44呈大致圆筒形状，下侧外壳43在上部形成有凹部，在下侧外壳43的上部凹部外壁形成的外螺纹与在上侧外壳44的下部内壁形成的内螺纹螺合。在致动器4的内部具备活塞41，在活塞41的下表面形成有用于按压隔膜按压部31的头顶部的活塞下表面突出部41a，该活塞下表面突出部41a贯入于在下侧外壳43的中央开设的贯通孔。

图1示出常闭型的隔膜阀1的全闭状态，图2示出该常闭型的隔膜阀1的全开状态。在上侧外壳44的上部内表面形成有内螺纹，供外周形成有与该内螺纹螺合的外螺纹的作为调节机构的可动部件5螺合。在该可动部件5的下部形成有从下表面向下侧突出的可动部件下侧突出部53，并形成有供从活塞41的上表面突出的活塞上侧突出部41b嵌入的作为凹部的可动部件凹部51。活塞41配置有用于保持气密性的O型圈46。

从可动部件5的上部形成导入用于驱动活塞41的操作用流体、例如空气(空气)的操作空气入口52，操作空气通过在活塞41的内部开设的操作空气通路45而被向活塞41的下表面侧导入，将活塞41从下向上推。

在活塞41的上表面形成有用于收纳弹簧42下侧端部的环状槽。弹簧42的上侧以收容可动部件下侧突出部53的方式与可动部件5的下表面抵接。弹簧42配置在活塞41与可动部件5之间，以将活塞41从上向下压的方式动作。

高压的流体在流入通路22及流出通路23中流动。由于在流入通路22的隔膜30侧的开口部存在该高压流体，因此隔膜30的下表面被施加由该高压流体产生的向上推的压力。根据该高压流体的压力的程度，对可动部件5的位置进行调节，对弹簧42的挠曲量进行调节。调节的方法为，由弹簧42产生的朝向下方的按压力使得隔膜30的上表面被施加高压流体的压力的105～140％的封闭压力。具体来说，以产生由阀座25支承的范围内的圆的面积与高压流体的压力的105～140％的压力相乘的按压力的方式，对弹簧42的挠曲量进行调节。

像这样，根据隔膜阀1中流动的高压流体的压力的程度来减小阀座21与隔膜30的抵接面的封闭压力，以抑制抵接面的损伤产生和颗粒产生。

图3及图4示出常开型的隔膜阀1，图3示出全开状态，图4示出全闭状态。调节机构与图1及图2不同，由流量调节阀6构成。配置在下侧外壳43的上表面侧和活塞41的下表面侧的弹簧42以将活塞41向上侧推的方式作用。为了保持致动器4内部的气密性，活塞41具备O型圈46。

从操作空气入口52导入的操作空气经由操作空气通路52a进入以虚线包围的调节机构(压力控制阀)6。压力控制阀6为所谓的空气调节器，只要是空气调节器的构成则没有特别限定，本实施方式的构成从右侧起具有在外周形成有外螺纹并设有空气排出孔61a的调节螺丝61、压力控制阀第1弹簧63、调节活塞62、压力控制阀阀座69、具有压力控制阀阀体抵接部68的压力控制阀阀体67、压力控制阀第2弹簧66、固定部件65及封固栓64，还具备用于保持内部的气密性的O型圈70。

在旋转调节螺丝61向调节活塞62侧移动时，通过压力控制阀第1弹簧63的施力，调节活塞62被按压而向左移动。在调节活塞62向左移动时，压力控制阀阀体67向左方向移动，压力控制阀阀体抵接部68与压力控制阀6的阀座69之间的间隙71增大。若间隙71增大，则操作空气容易通过，流体的压力上升，作用于活塞41的压力变高。反之，若将调节螺丝61以远离调节活塞62的方式旋转，则压力控制阀第1弹簧63的挠曲量减小，由于压力控制阀第1弹簧66的向右方向的施力而压力控制阀阀体67向右方向移动，间隙71变窄。若间隙71变窄，则操作空气难以通过，流体的压力降低，作用于活塞41的压力下降。操作空气从压力控制阀6通过操作空气通路45而按压活塞45的上表面。

与常闭型的隔膜阀(图1及图2)同样地，高压的流体在流入通路22及流出通路23中流动。由于在流入通路22的隔膜30侧的开口部存在该高压流体，因此隔膜30的下表面被施加由该高压流体产生的向上推的压力。为了根据该高压流体的压力的程度对间隙71的大小进行调节而对调节螺丝61的位置进行调节。调节的方法为，由操作空气产生的向下方的按压力使得高压流体的压力的105～140％的封闭压力作用于隔膜30的上表面。具体来说，以由阀座25支承的范围内的圆的面积与高压流体的压力的105～140％的压力相乘的按压力作用于隔膜30的方式，对间隙71的量进行调节。

实际制作常闭型的隔膜阀进行阀的开闭，并改变高压流体的压力和作用于隔膜的封闭压力，进行测定微细的颗粒的产生个数的试验。

微细的颗粒产生个数以CPC法进行测定。CPC法是使用核固缩技术测定颗粒数量的方法，即使是通常基于激光法的颗粒计数器无法计测的纳米区域的微小颗粒，也能够通过使粒径生长得大来进行检测。对象粒径为0.004μm～3.0μm的颗粒全部都是对象。

测定仪使用株式会社TSI控股公司制的MODEL3775进行。该测定仪为乙醇浓缩液型的颗粒计数器。将双层配管内管部吸引量设为0.3L/min，将颗粒计数吸引量设为0.01cf/min(0.3L/min)，将数据采样时间设为2秒，将试验品开闭设为1秒开1秒闭，将试验时间设为10分钟(300次开闭)，将流动的流体设为氮气，将流量设为0.1L/min，将试验品温度设为室温25℃来实施。

将测定结果示于下述的表1。其中，封入压力为流入隔膜阀1的流入通路22的流体的压力，封固压力为按压隔膜30的压力。

[表1]

图5将表1曲线化。从图5可知，封固压力/封入压力(％)以140％为界，超过140％时产生的颗粒数量显著增加，若为140％以下，则所产生的颗粒数量被显著抑制。

产业上的可利用性

本发明的隔膜阀适合用作进行高压或高温流体开闭的截止阀且能够实现长寿命，能够减少由阀的开闭引起的颗粒产生。

附图标记说明

1：隔膜阀

2：阀体

4：致动器

5：可动部件(调节机构)

6：压力控制阀(调节机构)

21：流入口

22：流入通路

23：流出通路

24：流出口

25：阀座

26：阀盖

30：隔膜

31：隔膜按压部

32：按压适配件

41：活塞

41a：活塞下侧突出部

41b：活塞上侧突出部

42：弹簧

43：下侧外壳

44：上侧外壳

45：操作空气通路

46：O型圈

51：可动部件凹部

52：操作空气入口

52a：操作空气通路

53：可动部件下侧突出部

61：调节螺丝

61a：空气排出孔

62：调节活塞

63：压力控制阀第1弹簧

64：封固栓

65：固定部件

66：压力控制阀第2弹簧

67：压力控制阀阀体

68：压力控制阀阀体抵接部

69：压力控制阀阀座

70：O型圈

71：间隙

Claims (4)

1.一种隔膜阀，其特征在于，包括：

阀体，其形成有流体的流入通路及流出通路；

阀座，其形成于该阀体内的流入通路的周缘；

隔膜，其通过与该阀座抵接/分离来进行流入通路与流出通路的连通/截断；

隔膜按压部，其按压该隔膜的中央部；以及

致动器，其使该隔膜按压部移动，

所述隔膜阀具有调节机构，该调节机构将所述阀座与所述隔膜之间的封闭压力调节为规定的压力。

2.根据权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，

所述规定的压力为所述隔膜与所述阀座抵接时的、所述隔膜的上游侧的压力的105～140％的范围。

3.根据权利要求1或2所述的隔膜阀，其特征在于，

所述隔膜阀为通常闭合的常闭型，

所述致动器包括：活塞，其与所述隔膜按压部连结；弹簧，其将该活塞向闭阀的方向施力；以及流体加压机构，其将所述活塞向开阀的方向施力，

所述调节机构为对所述弹簧的挠曲量进行调节的可动部件。

4.根据权利要求1或2所述的隔膜阀，其特征在于，

所述隔膜阀为通常打开的常开型，

所述致动器包括：活塞，其与所述隔膜按压部连结；流体加压机构，其将该活塞向闭阀的方向施力；以及弹簧，其将所述活塞向开阀的方向施力，

所述调节机构是设置于所述流体加压机构的流体的通路的中途、对流体的压力进行调节的压力控制阀。

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