CN100458628C - 流速控制装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种流速控制装置，用于通过利用阀塞(102)来控制流过流体通道(36)的压力流体的流速，该阀塞(102)用于打开/关闭所述流体通道(36)，所述装置包括：脉动消减机构(24)，用于减小由流过所述流体通道(36)的所述压力流体的脉动而引起的压力波动，所述脉动消减机构(24)包括多个从所述流体通道(36)的内壁上凸出的凸起(177a至177f)。

Description

流速控制装置

本申请为2002年12月4日提交的申请号为02154780.7、发明名称为“流速控制装置”的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种流速控制装置，该流速控制装置能够减弱压力流体流过流道的脉动，且该流速控制装置能够非常精确地控制压力流体的流速。

背景技术

图10所示为用于控制流体流过流道的流速的流速控制系统。

流速控制系统1包括：泵3，该泵3泵送和供给储存在罐2内的压力流体；打开/关闭阀5，该打开/关闭阀5通过管通道4与该泵3的下游侧相连，且该打开/关闭阀5打开/关闭用于使压力流体通过该泵3供给的流体通道；以及流速控制阀7，该流速控制阀7通过管通道6与该打开/关闭阀5的下游侧相连，且该流速控制阀控制压力流体流过流体通道的流速。

在流速控制阀7的下游侧提供有流速传感器8，该流速传感器8检测流过该流体通道的压力流体的流速。根据该流速传感器8提供的检测信号，在指示器9上表示出压力流体流过该流体通道的流速。

电动气动调节器11通过管通道12与流速控制阀7相连，用于调节从压缩气源10供给的空气的压力，以便使流速控制阀7的先导室有预定的先导压力。该电动气动调节器11根据控制器13发出的控制信号而将由压缩气源10供给的空气控制为具有预定压力，从而使该压力成为先导压力。

下面将示意说明上述普通流速控制系统1的工作。压力流体储存在罐2内，并通过泵3供给。当打开/关闭阀5打开时，压力流体引入流速控制阀7。先导压力通过电动气动调节器11而调节成具有预定压力，并引入流速控制阀7的控制室。在流速控制阀7中，未示出阀塞的阀打开程度通过使引入控制室的控制压力与由打开/关闭阀5供给的压力流体的压力(主压力)平衡而进行控制。

因此，在流速控制阀7中，阀塞的阀打开程度通过使根据控制器13发出的控制信号而控制的控制压力与由打开/关闭阀5供给的压力流体的主压力平衡而进行调节。在控制成具有与阀塞的阀打开程度相对应的流速后，提供该压力流体。

来自流速控制阀7的压力流体的流量由流速传感器8检测，该检测的流速表示在指示器9上。

不过，在上述普通流速控制系统1中，流速控制阀7的阀打开程度由电动气动调节器11的气动压力(先导压力)控制。因此，当控制未示出的阀塞的阀打开程度时，由于响应延迟，在流速中出现一些偏差，因此难于稳定地控制流速。

而且，在普通的流速控制系统1中，流体操作装置之间的管道通道通过管通道4、6相连，该流体操作装置例如包括打开/关闭阀5、流速控制阀7以及电动气动调节器11。因此，管道操作复杂，安装区域增加，且工作空间增大。

而且，在普通的流速控制系统1中，例如由于泵的供给操作，在由打开/关闭阀5供给的压力流体中出现一些压力波动，例如脉动，因此，很难通过流速控制阀7稳定地控制流速。

发明内容

本发明的总目的是提供一种流速控制装置，该流速控制装置能够消除在控制阀塞的阀打开程度时的任何响应延迟，减小整个装置的尺寸，并减小安装空间。

本发明的主要目的是提供一种流速控制装置，该流速控制装置能够减小压力波动例如脉动，并稳定地控制压力流体的流速。

因此，本发明提供了一种流速控制装置，用于通过利用阀塞来控制流过流体通道的压力流体的流速，该阀塞用于打开/关闭所述流体通道，所述装置包括：脉动消减机构，用于减小由流过所述流体通道的所述压力流体的脉动而引起的压力波动，所述脉动消减机构包括多个从所述流体通道的内壁上凸出的凸起。

根据本发明，所述多个凸起沿所述流体通道的轴向螺旋布置。

根据本发明，各所述凸起有基本梯形形状，所述梯形形状的宽度从所述流体通道的所述内壁朝着所述流体通道的中心逐渐变宽。

根据本发明，各所述凸起在所述宽度最宽的端头处形成有斜切弯曲部分和凹口。

通过下面的说明并结合附图，能够更了解本发明的上述和其它目的、特征和优点，附图中通过示例的实例表示了本发明的优选实施例。

附图说明

图1是表示本发明一个实施例的流速控制装置的局部省略的垂直剖视图；

图2是表示图1中所示的流速控制装置的脉动平衡部分的局部放大垂直剖视图；

图3是表示图1中所示的流速控制装置的流速控制机构的局部放大垂直剖视图；

图4是表示流速控制系统的结构的方框图，图1中所示的流速控制装置包含于该流速控制系统中；

图5是表示图4中所示的流速控制系统的一个变化实施例的结构的方框图；

图6是表示本发明另一实施例的流速控制装置的局部省略的垂直剖视图；

图7是表示图6中所示的流速控制装置的脉动平衡部分的局部放大垂直剖视图；

图8是表示在图6所示的流速控制装置的流体通道中的内壁上的多个消波凸起的透视图；

图9是沿图6中的线IX-IX的垂直剖视图；以及

图10是表示普通的流速控制系统的结构的方框图。

具体实施方式

在图1中，参考标号20表示根据本发明一个实施例的流速控制阀。

流速控制阀20包括：接头部分22，未示出的管可拆卸地与该接头部分22相连，同时彼此间开预定距离；脉动削减机构24，该脉动削减机构24在该接头部分22的轴向一侧处；以及流速控制机构26，该流速控制机构在该接头部分22的轴向另一侧处。

流速控制装置20由装配成一体的接头部分22、脉动削减机构24和流速控制机构26构成。

接头部分22有：第一接头本体30，该第一接头本体30有在一端处的第一孔28；以及第二接头本体34，该第二接头本体34有在另一端处的第二孔32。在通过密封件而基本同轴相连的第一和第二接头本体30、34中提供有流体通道36，用于与第一孔28和第二孔32连通。

而且，接头部分22包括内部件40和锁定螺母42。该内部件40分别与第一孔28以及第二孔32啮合，并插入管38的开口内。该锁定螺母42拧入在第一和第二接头本体30、34的端部刻成的螺纹槽内，从而在管38的连接部分处保持液体密封。

脉动削减机构24布置在接头部分22上，并布置成靠近第一孔28。该脉动削减机构24有壳体46，该壳体46通过连接多个块部件而构成，该块部件包括布置在上部位置的阀帽44。

空气通过与压缩气源48相连的压力流体供给孔50而供给到阀帽44内。在该阀帽44中提供有压力调节部分54，用于将由压力流体供给孔50供给的空气的压力调节成有预定压力，并使该压力调节后的空气流向通道52。

在压力调节部分54中，来自压力流体供给孔50的空气供给隔膜室(未示出)。由未示出的压力调节手柄调节的弹簧部件的弹簧力与由于引入隔膜室内的压力流体的压力而挤压隔膜(未示出)的挤压力相平衡。未示出的阀杆和阀塞在未示出的隔膜的弯曲作用下移动。因此，能够将由压力流体供给孔50供给的空气的压力调节成有合适的压力。

另一方面，在壳体46的下面提供有脉动平衡部分58，以便操作阀塞56，从而根据来自压力调节部分54的空气而打开/关闭流体通道36(ON/OFF操作)。

如图2所示，压力室60有脉动平衡部分58，来自压力调节部分54的空气(控制空气)通过通道52引入该压力室60。对着流体通道36的阀部件62通过引入该压力室60中的空气而移动。

阀部件62有：滑板68，该滑板68布置在上部第一隔膜68和底部第二隔膜66之间，并可沿垂向方向移动；阀塞56，该阀塞56通过螺纹件70与滑板68的底侧中心部分相连，且该阀塞56能够接近或远离形成于壳体46上的座部分72；密封件74，该密封件74安装在滑板68的外周表面上的环形槽中；以及中间部件78，该中间部件78插入滑板68和阀塞56之间，且该中间部件78通过与形成于壳体46上的倾斜表面76接触而起到止动器的作用。

第一隔膜64例如由橡胶材料形成，并起到保护滑板68的作用。优选是，第二隔膜66例如由树脂材料形成，例如聚四氟乙烯(PTFE)，以便保持对于压力流体的液体密封，并防止出现任何液体池(pool)。

即使流过流体通道36的压力流体受到压力波动，例如脉动，流过流体通道36的压力流体的压力波动也能够通过供给压力室60的空气的压力而减小，并可以使流过的压力流体有基本恒定的压力。

流量控制机构26有：壳体80，该壳体80与第二接头本体34相连；以及第一活塞82和第二活塞84，该第一活塞82和第二活塞84可沿箭头X1或X2所示方向沿着形成于壳体80内的腔室移动。

如图3所示，第一活塞82有较大直径的底部第一凸起86a以及较小直径的上部第二凸起86b。该底部第一凸起86a可滑动地插入壳体80中。活塞密封垫88a安装在第一活塞82的外周表面上的环形槽中。

第一活塞82的第二凸起86b与形成于第二活塞84的底部的凹口啮合。一对活塞密封垫88b、88c安装在第二活塞84的外周表面上的环形槽中。该第二活塞84可滑动地插入壳体80内。

弹簧件90插入第二活塞84内部和第二凸起86b之间。该第一活塞82和第二活塞84通过弹簧件90的弹簧力而彼此向外推压。

螺纹通孔96形成于第二活塞84的基本中心部分处，并与驱动轴92螺纹配合，如后面所述。

销钉件98安装在第二活塞84的侧表面上的槽中，这样，销钉件98凸出预定长度。该销钉件98与形成于壳体80的侧表面上的啮合槽100啮合。当第二活塞84沿轴向移动时，该销钉件98防止第二活塞84沿周向旋转。

例如由柔性材料制成的阀塞102与第一活塞82的底端相连，该柔性材料例如树脂材料或橡胶材料。阀塞102与第一活塞82一起移动。该阀塞102包括形成于基本中心部分处的厚壁部分104a以及与该厚壁部分104a形成为一体的薄壁部分104b。阀塞102形成为可柔性弯曲。

通过与形成于第二接头本体34上的座部分106分开或通过置于该座部分106上，阀塞102将打开/关闭流体通道36。而且，根据阀塞102的阀提升量(阀塞102沿轴向的移动量)，该阀塞102能非常精确地控制流过流体通道36的压力流体的流速。

环形缓冲部件108在阀塞102的上表面上，用于保护该阀塞102的薄壁部分104b。该缓冲部件108例如由弹性部件如橡胶制成，并由壳体80的底表面保持。

如图1所示，阀帽110在流速控制机构26的上侧，并装配到壳体80的上部上。在该阀帽110中提供有线性致动器112和旋转检测部分114。线性致动器112通过由未示出的电源供电而驱动阀塞102。该旋转检测部分114根据线性致动器112的移动量而检测阀塞102的移动量。

连接器120布置成靠近旋转检测部分114，并用于通过引线116将检测信号传送给控制器118。

线性致动器112包括线性步进马达，该线性步进马达根据控制器118发出的旋转驱动控制信号(脉冲信号)而通电/断电。该线性致动器112包括在机匣中的未示出的定子和未示出的转子。在由未示出的电源供给的磁激励电流的作用下，该未示出的转子沿预定方向旋转。

线性致动器112的驱动轴92可在其旋转作用下沿轴向(箭头X1或X2的方向)移动。

线性致动器112的驱动轴92有第一轴部分122和第二轴部分124，它们分别刻有具有预定节距的螺纹部分。上部的第一轴部分122的直径大于底部的第二轴部分124的直径。

未示出的发光部分和未示出的光接收部分布置在旋转检测部分114中，并在彼此相对且相互间隔预定距离的位置处。在该旋转检测部分114中有未示出的转子，该装置与线性致动器112的驱动轴92相连，以便与该驱动轴92一起旋转。在该结构中，由发光元件发出的光经过该转子内部，并由光接收元件接收。因此，例如可以检测线性致动器112的驱动轴92的旋转角和旋转圈数，并作为检测信号传送给控制器118。

控制器118根据检测信号例如线性致动器112的驱动轴92的旋转圈数和节距数据而计算驱动轴92沿轴向的移动量。并根据控制器118的计算结果来计算在阀塞102和座部分106之间的距离，即阀塞102的阀提升量。

因此，控制器118确定相对于阀塞102的预定提升量的偏差，以便调节阀塞102的提升量，从而使偏差变为零。因此，可以非常精确地控制压力流体流过该流体通道36的流速。

根据本发明实施例的流速控制装置20的结构基本如上所述。下面将介绍它的工作、功能和效果。

如图4所示，储存在罐132中的压力流体通过泵130的泵送而供给流速控制装置20的接头部分22。该压力流体通过接头部分22的第一孔28而引入脉动平衡部分58中。在该压力调节部分54中，由压力流体供给孔50供给的空气引入未示出的隔膜室。在未示出的隔膜的弯曲作用下，弹簧件的弹簧力与引入隔膜室中的空气的压力平衡。因此，该空气调节成有合适压力。

因此，通过压力调节部分54而调节成有合适压力的空气通过通道52引入脉动平衡部分58的压力室60中。流过流体通道36的压力流体的主压力与引入压力室60中的空气的压力平衡。

当流过流体通道36的压力流体受到任何压力波动例如脉动时，流过该流体通道36的压力流体的压力波动由供给压力室60的空气消减，因此，流过流体通道36的压力流体的压力能够保持基本恒定。

换句话说，当流过流体通道36的压力流体受到任何压力波动例如脉动时，压力流体的压力波动通过第二隔膜66传递给滑板68，该滑板68将稍微向上和向下运动。在该处理过程中，压力室60中的空气产生阻尼作用，该压力室60位于对着该流体通道36的一侧，滑板68插入到它们之间。因此，压力流体的压力波动减小，并将适当吸收该压力波动。

来自脉动平衡部分58的压力流体沿流体通道36流动，并引入流速控制机构26中。在该流速控制机构26中，根据控制器118发出的旋转驱动控制信号，通过线性致动器112的通电/断电而确定阀塞102的提升量，该阀塞102的提升量用于调节阀塞102和座部分106之间的距离。从而调节阀塞102的阀打开程度。流过流体通道36的压力流体控制成有与阀塞102的阀打开程度相对应的流量。

控制器118向线性致动器112发送通电信号，以便使第一和第二轴部分122、124与线性致动器112的驱动轴92一样沿箭头X1的方向移动。因此，第一活塞82和在螺纹通孔96中与第二轴部分124螺纹连接的第二活塞84都通过驱动轴92的旋转而向上移动。因此，阀塞102也向上运动，且该阀塞102与座部分106分离。

与线性致动器112的旋转量一样，阀塞102沿轴向的移动量也由旋转检测部分114检测。控制器118根据旋转检测部分114发出的检测信号(脉冲信号)来控制线性致动器112，从而使阀塞102停在预定位置。

控制器118统计旋转检测部分114发出的脉冲数，并且当计数到预定的脉冲数时向线性致动器112发送断电信号，从而停止线性致动器112的驱动。控制器118能够通过旋转量以及与第二活塞84螺纹连接的第二轴部分124的螺纹节距来计算驱动轴92的移动量，该旋转量例如驱动轴92的旋转圈数和旋转角。因此，阀塞102的提升量可以非常精确地控制，从而能够非常精确地控制与阀塞102的提升量相对应的压力流体的流速。

如上所述，在本发明的实施例中，阀塞102的提升量根据控制器118的旋转驱动控制信号来控制。因此，阀塞102的阀打开程度能够在无偏差的情况下进行调节，并能够稳定控制流过流体通道36的压力流体的流速。

在本发明的实施例中，该装置例如构成为使普通技术的打开/关闭阀5、流速控制阀7以及电动气动调节器11装配成一体。因此，不需要进行任何用于使各流体操作装置连接的管道操作。不会有由于管道材料而引起的流体泄漏等。整个装置的尺寸能够减小，并可以减小安装空间。

而且，如图5所示，流速传感器140布置在流速控制装置20下游侧的流体通道内，以便通过将该流速传感器140的传感器检测信号传送给控制器118而进行反馈控制。因此，可以实时监测流体流过流体通道的流速。

在该结构中，控制器118使预定的流速数据与由流速传感器140发出的传感器检测信号比较，以便调节阀塞102的阀提升量，从而使它们之间的差值为零。因此，可以非常精确地控制流体实际流过流体通道36的流速。

本发明另一实施例的流速控制装置150如图6至9所示。与图1中所示的上述实施例的流速控制装置20的结构部件相同的结构部件以相同的参考标号表示，并省略对它的详细说明。

根据该另一实施例的流速控制装置150包括多个消波凸起(凸起)177a至177f，这些消波凸起在流体通道36的内壁上，并靠近第一孔28布置，且这些消波凸起从内壁表面朝着流体通道36的内部中心凸出预定长度。

如图8和9所示，多个消波凸起177a至177f为基本梯形形状，且它的宽度从流体通道36的内壁朝着流体通道36的中心逐渐变宽。每个消波凸起177a至177f都有具有斜切端的弯曲部分179和稍微凹入的凹口181。多个消波凸起177a至177f沿顺时针方向螺旋布置在流体通道36的内周壁表面上，并彼此间隔预定距离。

在该结构中，如图9所示，布置成最靠近第一孔28的消波凸起177a沿箭头A的方向倾斜预定角度，第二消波凸起177b沿箭头B的方向倾斜预定角度，第三消波凸起177c沿箭头C的方向倾斜预定角度，第四消波凸起177d沿箭头D的方向倾斜预定角度，第五消波凸起177e沿箭头E的方向倾斜预定角度，第六消波凸起177f沿箭头F的方向倾斜预定角度。该多个消波凸起177a至177f的数目并不局限于六个。例如可以根据流体通道36的孔径和流体通道长度来设定消波凸起的合适数目。

当在流过流体通道36的压力流体中出现任何脉动时，该脉动压力流体与该多个消波凸起177a至177f相撞。包含在压力流体中的脉动能将通过该多个消波凸起177a至177f而分散和散开。

因此，即使流过流体通道36的压力流体受到压力波动如脉动，该压力流体与在流体通道36的内壁上凸出的多个消波凸起177a至177f相撞，并减小脉动能。而且，流过流体通道36的压力流体的脉动能将通过根据压力室60的空气的压力而消减。因此，该压力流体能够在压力保持基本恒定时流动。

在该另一实施例中，当在流过流体通道36的压力流体中出现压力波动例如脉动时，该脉动压力流体分别与多个消波凸起177a至177f的倾斜表面相撞。包含在压力流体中的脉动能通过该多个消波凸起177a至177f而散开。因此，能够平稳地消散脉动能。

如上所述，在该另一实施例中，即使流过流体通道36的压力流体受到压力波动例如脉动，该压力流体与在流体通道36的内壁上凸出的多个消波凸起177a至177f相撞，从而消减脉动能。而且，流过流体通道36的压力流体的脉动能将通过供给压力室60的空气的压力而消减。因此，该压力流体能够在压力保持基本恒定时流动。

因此，在该另一实施例中，压力流体的压力波动例如脉动能够通过简单结构而平稳消减，该简单结构例如从流体通道36的内壁上凸出的、作为脉动消减机构24的多个消波凸起177a至177f。因此，可以避免增大整个装置尺寸，从而避免增加制造成本。

Claims (3)

1.一种流速控制装置，用于通过利用阀塞(102)来控制流过流体通道(36)的压力流体的流速，该阀塞(102)用于打开/关闭所述流体通道(36)，所述装置包括：

脉动消减机构(24)，用于减小由流过所述流体通道(36)的所述压力流体的脉动而引起的压力波动，所述脉动消减机构(24)包括多个从所述流体通道(36)的内壁上凸出的凸起(177a至177f)，

其中：所述多个凸起(177a至177f)沿所述流体通道(36)的轴向螺旋布置。

2.根据权利要求1所述的流速控制装置，其中：各所述凸起(177a至177f)有基本梯形形状，所述梯形形状的宽度从所述流体通道(36)的所述内壁朝着所述流体通道(36)的中心逐渐变宽。

3.根据权利要求2所述的流速控制装置，其中：各所述凸起(177a至177f)在所述宽度最宽的端头处形成有斜切弯曲部分(179)和凹口(181)。

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