CN101111705A - 流体控制阀 - Google Patents

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Abstract

问题：提供一种具有快速响应的流体控制阀。解决问题的方法：一种流体控制阀具有：具备输出端口的压力腔；与该压力腔连通的位于同一直线上的供气嘴和排气嘴；具有面向供气嘴和排气嘴的开口端的一对开闭控制面并且能够在供气嘴和排气嘴之间运动的挡板装置；能够移动挡板装置从而使得某一开口端与该对开闭控制面的某一控制面之间的距离增大并且使得另一开口端与该对开闭控制面的另一控制面之间的距离减小的挡板装置移动机构。

Description

流体控制阀
技术领域
[0001]本发明涉及一种选择性地将供气端口的压力施加于控制端口的流体控制阀。
背景技术
[0002]尽可能稳定地使用流体供应阀来将压力施加于压力控制设备，这一点在本领域是众所周知的。
[0003]虽然对于这种传统流体供应阀来说是需要快速响应的，但流体供应阀的响应往往还不是足够的快。此外，虽然增加气流的速度来改善流体供应阀的响应是绝对必要的，但是如果气流速度增加则会出现不确定的涡流、冲击波、边界层分离点的变化、停滞等，由于这些原因产生了阀不能获得稳定性能的问题。
本发明的一个目的是获得一种快速响应的流体控制阀。本发明的另一个目的是获得一种展现稳定性能且不具有以出现冲击波为例的问题的流体控制阀。
发明内容
[0004]根据本发明的流体控制阀的特征在于具有：包括输出端口的压力腔；与该压力腔畅通连接且位于同一直线上的供气嘴和排气嘴；能够在供气嘴和排气嘴之间运动并且包括分别面向供气嘴开口端和排气嘴开口端的一对开闭控制面的挡板装置；能够移动挡板装置使得供气嘴开口端与该对开闭控制面中的一个控制面之间的距离增大而排气嘴开口端与该对开闭控制面中的另一控制面之间的距离减小的挡板装置移动机构。
[0005]挡板装置可以被弹簧装置偏压，从而朝一个方向移动以使得前述该对开闭控制面中的一个控制面与供气嘴紧密接触以关闭供气嘴。
[0006]以下情况是符合要求的，即流体控制阀在其挡板装置上进一步具备在进气嘴开口端形成的锥面，这样该锥面的直径逐渐增大，并且前述该对开闭控制面的靠近供气嘴的一个控制面具备圆锥形的开闭控制面，其形状与锥面的形状一致。
[0007]排气嘴的直径可以为常数，以下情况是符合要求的，即该对开闭控制面的靠近排气嘴的另一个控制面具备针状开闭控制面34，该控制面向着远离挡板装置的方向渐缩。
[0008]例如，以下情况是可能的，即该对开闭控制面各自与挡板一体成形，而该挡板的外边缘是固定的。
[0009]以下情况是可能的，即一对挡板被分别置于挡板装置相对的两端，该对开闭控制面与该对挡板一体成形，从而分别面对供气嘴的开口端和排气嘴的开口端。
[0010]挡板装置移动机构可能是手动类型、空气驱动类型、液压驱动类型或者压电元件驱动类型。然而，从可控性的角度考虑，挡板装置移动机构采用电磁控制的电磁驱动的类型是符合要求的。
[0011]例如，挡板装置移动机构可能由永磁铁和固定线圈部分组成，该永磁铁固定于挡板装置，该固定线圈部分在固定线圈轭部分和永磁铁之间产生电磁效应以移动挡板装置。
[0012]本发明提出一种更加符合要求的挡板装置移动机构的电磁驱动类型的实施方案。根据该挡板装置移动机构，永磁铁以圆柱形的圆柱的形状成形，其中挡板装置包括一对挡板，该对挡板分别包括该对开闭控制面。该对挡板的中央部分通过一个连接构件相互连接，该连接构件包括位于永磁铁相对的两端的两个磁轭。固定线圈部分包括：位于永磁铁和两个磁轭周围且相对于挡板装置的中央位置对称的一对固定线圈；分别位于该对固定线圈相对的两侧的一对线圈轭；以及分别位于该对固定线圈周围的一对线圈轭。位于一对挡板两侧的一对线圈轭的相对的端部的表面分别位于两个磁轭的外端表面的外侧。可控制流体控制阀使得流经该对固定线圈的电流的方向呈彼此相反。
[0013]挡板装置以直线方式沿同时垂直于供气嘴开口端所在平面和排气嘴开口端所在平面的方向移动，这种情况是符合要求的。
附图说明
[0014]图1是根据本发明的流体控制阀的实施方案的纵向剖视图，显示该流体控制阀的非通电状态；
图2是图1所示的流体控制阀的纵向剖视图，显示该流体控制阀的通电状态；
图3是根据本发明的流体控制阀的一个更具普遍意义的实施方案的纵向剖视图；
图4是根据本发明的流体控制阀与控制设备联合应用的系统的一个实例的示意性方块图；以及
图5是根据本发明的流体控制阀与控制设备联合应用的系统的另一个实例的示意性方块图。
具体实施方式
[0015]图1和图2显示根据本发明的流体控制阀CV的第一实施方案。该流体控制阀具有绕轴线O旋转对称的大致圆柱形的外形。流体控制阀CV具备左流体通道模块10L和右流体通道模块10R，并且在该流体控制阀CV的中央、在左流体通道模块10L和右流体通道模块10R之间进一步具备控制模块20。流体控制阀CV在左流体通道模块10L处具备供气端口腔室12和控制端口腔室13，这二者通过其间形成的隔板11相互隔离。在左流体通道模块10L之内轴线O处，流体控制阀CV具备供气嘴14，该供气嘴穿过隔板11，这样供气端口腔室12和控制端口腔室13通过供气嘴14相互畅通连接。在靠近供气嘴14的一端且位于控制模块20的一侧的位置，左流体通道模块10L具备锥面14a，该锥面的直径沿朝向控制模块20的方向逐渐增大。
[0016]与左流体通道模块10L类似，流体控制阀CV在右流体通道模块10R处具备控制端口腔室16和排气端口腔室17，这二者通过其间形成的隔板15相互隔离。在右流体通道模块10R之内轴线O处，流体控制阀CV具备排气嘴18，该排气嘴具有不变的直径且穿过隔板15，这样控制端口腔室16和排气端口腔室17通过排气嘴18相互畅通连接。因此，供气嘴14和排气嘴18被设置于且位于一条共同的直线(轴线O)上。
[0017]供气端口腔室12通过供气端口12a与加压空气源P畅通连接。控制端口腔室13和控制端口腔室16分别通过控制端口13a和控制端口16a与控制设备C畅通连接。排气端口腔室17通过排气端口17a与大气畅通连接。控制端口腔室13和控制端口腔室16相互畅通连接。
[0018]位于左流体通道模块10L和右流体通道模块10R之间的控制模块20具有挡板装置30和用来沿轴线O移动挡板装置30的挡板装置移动机构(电磁驱动机构)22。挡板装置30具有位于左流体通道模块10L一侧的圆形的可弹性变形的左挡板31L，以及位于右流体通道模块10R一侧的圆形的可弹性变形的右挡板31R。左右挡板31L和31R属于同种类型，其在轴线O上的中央部分通过一个中央圆柱形圆柱永磁铁25、左右磁轭26以及左右挡板连接片(横向对称连接构件)27相互连接。左挡板31L的外边缘夹在左流体通道模块10L和控制模块20之间并且固定在其间，右挡板31R的外边缘夹在右流体通道模块10R和控制模块20之间并且固定在其间。圆柱形圆柱永磁铁25位于控制模块20中央且处于浮动状态。左右挡板31L和31R中任一个挡板都可以是多孔的类型。
[0019]左右开闭控制体32L和32R分别面对供气嘴14和排气嘴18，且分别固定于左右挡板31L和31R。左开闭控制体32L具有圆锥形的开闭控制面(圆锥形突出物)33，其形状与锥面14a的形状一致。右开闭控制体32R具有针状开闭控制面(针状突出物)34，其尖端插进排气嘴18。该针状开闭控制面34向着远离控制模块20的方向渐缩，在完全插入排气嘴18的时候该控制面与开口端18a接触，而该开口端在排气嘴18的一端形成且位于控制模块20的一侧。流体控制阀CV在右开闭控制体32R和隔板15之间具有螺旋弹簧35，该螺旋弹簧使得挡板装置30向供气嘴14偏转，这样圆锥形开闭控制面33与锥面14a在正常时间紧密接触，从而阻止供气端口腔室12和控制端口腔室13畅通地相互连接。
[0020]挡板装置移动机构22由控制模块20的圆柱形圆柱永磁铁25和位于圆柱形圆柱永磁铁25周围的固定线圈轭部分(固定线圈部分)24组成。
[0021]固定线圈轭部分24大致为一个具有横向对称形状的空心圆柱，该固定线圈轭部分具备：一个中心线圈轭28a、分别位于中心线圈轭28a相对的两侧的线圈对(固定线圈)29以及分别位于该线圈对29相对的两侧的一对端部线圈轭28b。该固定线圈轭部分24分别在中心线圈轭28a、一线圈对29以及一对端部线圈轭28b的周围进一步具备一对圆周线圈轭28c。每一个线圈29都是由一系列的导线圈制成，线圈对29以相同的方向绕制并且连接至控制电路44(参见图4和图5)，这样流经线圈对29的电流的方向变得彼此相反。在挡板装置30位于其中间位置的时候，固定线圈轭部分24的一对端部线圈轭28b的横向相对的端部表面(向外的端部表面)分别位于从左右磁轭26的横向相对的端部(向外的端部表面)稍微向外移动距离d(参见图2)的位置。
[0022]以下将讨论具有上述结构的流体控制阀的第一实施方案的运行方式。在挡板装置移动机构22的线圈对29未通电的情况下，由于线圈弹簧35的弹力作用，挡板装置30向供气嘴14移动，如图1所示；这就使得圆锥形开闭控制面33与锥面14a紧密接触，从而阻止供气端口腔室12和控制端口腔室13(控制端口腔室16)畅通地相互连接。也就是说，来自加压空气源P的压力并没有被施加在控制设备C之上。
[0023]关于正在以预定方向(向前或相反方向)流过挡板装置移动机构22的线圈对29其中之一的电流，电流分别以相反的方向流经线圈对29。因此，在一对端部线圈轭28b中分别产生相同极性(北极或南极)的磁极，而在中央线圈轭28a中产生的磁极(南极或北极)与在一对端部线圈轭28b中产生的磁极不同。因此，圆柱形圆柱永磁铁25承受在磁化中央线圈轭28a和一对磁化的端部线圈轭28b之间产生的排斥力或吸引力。
[0024]在圆柱形圆柱永磁铁25处于其中间位置的情况下，由于一对端部线圈轭28b的外端面分别位于从左右磁轭26的横向相对的端部稍微向外移动距离d的位置，从而在一对端部线圈轭28b的外端面之一和圆柱形圆柱永磁铁25之间产生吸引力(或排斥力)时，在一对端部线圈轭28b的另一外端面和圆柱形圆柱永磁铁25之间产生排斥力(或吸引力)。因此，挡板装置30受强大力量的支配，以至于挡板31L和31R在挡板装置30向右移动时产生弹性变形，如图2所示。因此，在锥面14a和圆锥形开闭控制面33之间产生一个环形间隙，而同时在排气嘴18的开口端18a和针状开闭控制面34之间的距离变小。也就是说，挡板装置30的圆锥形开闭控制面33和供气嘴14的开口端(锥面14a)之间的距离增大，而针状开闭控制面34和排气嘴18的开口端18a之间的距离减小。其结果是，供气端口腔室12和控制端口腔室13(控制端口腔室16)畅通地相互连接，使得来自加压空气源P的压力被施加在控制设备C之上。在这种挡板装置30的移动(向右的移动，如图2所示)的早期阶段，控制端口腔室16和排气端口腔室17通过排气嘴1 8畅通地相互连接，使得控制端口腔室13(控制端口腔室16)内的空气通过排气端口17a排放到大气，因此，控制端口腔室13内的压力保持得比供气端口腔室12内的压力低。
[0025]挡板装置30移动而压缩线圈弹簧35的量可以通过控制流经线圈对29的电流的量来控制。如果挡板装置30完全移动到位，使得排气嘴18的开口端18a被针状开闭控制面34关闭，从而阻止控制端口腔室13(控制端口腔室16)内的空气通过排气嘴18排放到大气，进而使得控制端口腔室13(控制端口腔室16)内的压力增大并最终变得与供气端口腔室12内的压力相等。因此，控制端口腔室13(控制端口腔室16)的输出压力可以通过控制流经线圈对29的电流的量来控制。
[0026]在流体控制阀的第一实施方案中，在供气端口腔室12内的空气流入控制端口腔室13的时候，空气流过在锥面14a和圆锥形开闭控制面33之间形成的环形间隙并逐渐膨胀(在直径方面增大)。此外，在流体控制阀的第一实施方案中，在控制端口腔室16内的空气流入排气端口腔室17的时候，空气流过在针状开闭控制面34和排气嘴18的开口端18a之间形成的环形间隙并逐渐膨胀(在直径方面增大)。因此，能够产生一种没有不确定的涡流、没有冲击波、没有边界层分离点的变化、没有停滞等的稳定气流，从而使得平顺提升控制端口腔室13(控制端口腔室16)内的压力成为可能。
[0027]因为在流体控制阀的上述实施方案中使用了线圈弹簧35，所以能够使得供气端口腔室12和控制端口腔室13(控制端口腔室16)在线圈对29未通电的时候不会畅通地相互连接；虽然如此，仍然可以根据控制设备C的性能而省却线圈弹簧35，并且在线圈对29未通电的情况(以至于将挡板装置30保持在中间位置)，在供气嘴14的锥面14a和左开闭控制体32L的圆锥形开闭控制面33之间始终形成一个稳定的间隙。在这种情况下，可以通过改变流经线圈对29的电流的方向来改变锥面14a和圆锥形开闭控制面33之间的间隙的尺寸，以控制控制端口腔室13(控制端口腔室16)内的压力。
[0028]图3显示根据本发明的流体控制阀的一个更具普遍意义的实施方案(第二实施方案)。在这个实施方案中，流体控制阀CV并不具备流体控制阀第一实施方案所具备的圆锥形开闭控制面33和针状开闭控制面34，并且左右开闭控制体32L和32R分别具备平面开闭控制面34L和34R。此外，流体控制阀CV并不具备流体控制阀第一实施方案所具有的线圈弹簧35。根据流体控制阀的这个实施方案，除锥面14a和圆锥形开闭控制面33的组合效果以及开口端18a和针状开闭控制面34的组合效果以外，能够获得与在流体控制阀第一实施方案中获得的效果相似的效果。
[0029]挡板装置移动机构22的配置使其在轴线O上以直线方式移动挡板装置30是符合需要的。挡板装置移动机构可能是手动类型、空气驱动类型、液压驱动类型或者压电元件驱动类型。从可控性、降低成本和节省空间的角度考虑，以下情况是符合需要的：挡板装置移动机构22为电磁驱动的类型，永磁铁和线圈之间的相对位置使得永磁铁和线圈分别设置于挡板装置一侧和固定部分一侧，而这种设置方式与流体控制阀的上述每一个实施方案中的设置方式类似。线圈对29可以是由一系列线圈环或者两个独立线圈所组成的复合线圈，所述两个独立线圈以相反的方向绕制，其设置方式使得流经两个线圈的电流的方向彼此相反。
[0030]根据本发明的流体控制阀CV能够根据不同的目的以不同的方式使用。图4显示根据本发明的流体控制阀CV和控制设备C联合应用的一个实例。在这个实例中，在流体控制阀CV和控制设备C之间安装整流节流器40，以至于能够获得更加精确的输出压力。整流节流器40连接至控制端口13a和16a。整流节流器40用来减小输入侧压力的波动，以至于从输出侧获得具有小波动的压力。整流节流器40的配置方式可以是任何配置方式。整流节流器40具备用来检测输入侧压力和输出侧压力之间的差压的差压传感器41，以及用来检测输入侧压力和输出侧压力之间的绝对压力的绝压传感器42。考虑通过整流节流器40的流量(流速)或者该处的气流压力，绝压传感器42可以被设置在整流节流器40的输入侧或输出侧，或者设置在整流节流器40的两侧(输入侧和输出侧)。运算电路43将差压传感器41所检测的差压和绝压传感器42所检测的绝对压力结合，以计算整流节流器40输出侧流量。代表这个流量的信号被反馈到流量控制阀CV的控制电路44，使得从控制端口13a和16a获得更加精确的控制压力。可以将表压传感器(未示出)和大气压力传感器(未示出)联合应用而取代绝压传感器42。如果将这些传感器的组合连接至整流节流器40，可以获得更加精确的检测，因为流体温度可以被用来作为流体计算的一个修正因子。
[0031]恒温气缸设备可以用来作为连接至整流节流器40输出侧的控制设备C，该恒温气缸设备包括一个装填有以聚酯纤维材料为例的合成纤维材料的气缸。一种符合要求的情况是，气缸以占气缸内部容积百分之几的填充率装填有这种合成纤维材料。传统上，这种类型的恒温气缸设备因其减小温度的瞬间变化的功能而为人所知，而这种瞬间变化是由于装入气缸和从气缸排出的大量的空气所引起的，从而，使得高精度的流速控制成为可能。
[0032]图5显示根据本发明的流体控制阀CV和控制设备C联合应用的另一个实例。在这个实例中，整流节流器40的分支电路安装于流体控制阀CV和控制设备C之间，该分支电路连接至气罐45，从而可以得到更加精确的输出压力。图5中整流节流器40的周边配置如图4相同，图5与图4中类似的元件用同样的参考数字示出。在这个应用方式中，因为整流节流器40并不是插入在流体控制阀CV和恒温气缸设备(控制设备C)之间，流体通道阻力可以得到充分减小，从而使得恒温气缸设备的高速控制成为可能。
产业应用性
[0033]根据本发明，能够获得一种快速响应的流体控制阀。此外，根据本发明，能够获得一种展现稳定性能且不具有以出现冲击波为例的问题的流体控制阀，从而使得该流体控制阀可以应用于各种压力控制设备。

Claims (10)

1.一种流体控制阀，包括：
包括输出端口的压力腔；
与所述压力腔畅通连接且位于同一直线上的供气嘴和排气嘴；
能够在所述供气嘴和所述排气嘴之间运动并且包括分别面向所述供气嘴开口端和所述排气嘴开口端的一对开闭控制面的挡板装置；以及
能够移动所述挡板装置使得所述供气嘴的所述开口端与所述一对开闭控制面中的一个控制面之间的距离增大而所述排气嘴的所述开口端与所述一对开闭控制面中的另一控制面之间的距离减小的挡板装置移动机构。
2.如权利要求1所述的流体控制阀，进一步包括弹簧装置，该弹簧装置偏压所述挡板装置，将所述挡板装置朝一个方向移动，使得所述一对开闭控制面中的所述一个控制面与所述供气嘴紧密接触而关闭所述供气嘴。
3.如权利要求1或2所述的流体控制阀，在所述挡板装置的一侧进一步包括在所述进气嘴的所述开口端形成的锥面，所述锥面的直径逐渐增大，
其中，所述一对开闭控制面中的所述一个靠近所述供气嘴的控制面包括圆锥形的开闭控制面，其形状与所述锥面的形状一致。
4.如权利要求1到3其中之一所述的流体控制阀，其中所述排气嘴的直径是常数，并且
其中所述一对开闭控制面的所述另一个靠近所述排气嘴的控制面包括针状开闭控制面，该控制面向着远离所述挡板装置的方向渐缩。
5.如权利要求1到4其中之一所述的流体控制阀，其中所述挡板装置包括一对外边缘固定的挡板，所述一对开闭控制面分别与所述一对挡板的中央部分一体成型。
6.如权利要求5所述的流体控制阀，其中所述一对挡板被分别置于挡板装置相对的两端，并且
其中所述一对开闭控制面与所述一对挡板一体成型，从而分别面对所述供气嘴的所述开口端和所述排气嘴的所述开口端。
7.如权利要求1到6其中之一所述的流体控制阀，其中所述挡板装置移动机构包括电磁驱动机构。
8.如权利要求7所述的流体控制阀，其中所述挡板装置移动机构包括：
固定于所述挡板装置的永磁铁；以及
固定线圈部分，该固定线圈部分在所述固定线圈轭部分和所述永磁铁之间产生电磁效应以移动所述挡板装置。
9.如权利要求7所述的流体控制阀，其中所述永磁铁以圆柱形的圆柱的形状成形，
其中所述挡板装置包括一对挡板，该对挡板分别包括所述一对开闭控制面，
其中所述一对挡板的中间部分通过一个连接构件相互连接，该连接构件包括位于所述永磁铁相对的两端的两个磁轭，
其中所述固定线圈部分包括：位于所述永磁铁和所述两个磁轭周围且相对于所述挡板装置的中央位置对称的一对固定线圈；分别位于所述一对固定线圈相对的两侧的一对线圈轭；以及分别位于所述一对固定线圈周围的一对线圈轭，
其中位于所述一对挡板两侧的所述一对线圈轭的相对的端部的表面分别位于所述两个磁轭的外端表面的外侧，以及
其中通过控制所述流体控制阀使得流经所述一对固定线圈的电流的方向呈彼此相反。
10.如权利要求7所述的流体控制阀，其中所述挡板装置以直线方式沿同时垂直于所述供气嘴的所述开口端所在平面和所述排气嘴的所述开口端所在平面的方向移动。
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Date Code Title Description
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PB01 Publication
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SE01 Entry into force of request for substantive examination
C14 Grant of patent or utility model
GR01 Patent grant
EE01 Entry into force of recordation of patent licensing contract

Assignee: Hangzhou Fujikura Rubber Ltd.

Assignor: Fujikura Rubber Industry Co., Ltd.

Contract record no.: 2011990000530

Denomination of invention: Fluid control valve with soft startup

Granted publication date: 20091111

License type: Exclusive License

Open date: 20080123

Record date: 20110701

C56 Change in the name or address of the patentee
CP02 Change in the address of a patent holder

Address after: Japan Tokyo Dujiang Eastern Ming three chome 5 No. 7

Patentee after: Fujikura Rubber Industry Co., Ltd.

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: Fujikura Rubber Industry Co., Ltd.

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Granted publication date: 20091111

Termination date: 20170117