CN101133271B - 具有微流量调节装置的常闭阀 - Google Patents

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Abstract

【目标】获得带有微流量调节装置的常闭阀。【解决问题的方式】包括用于打开和关闭液体通道的阀杆；用来沿着关闭液体通道的方向偏压阀杆的偏压装置；以气密方式安装在气缸中以形成压力腔的活塞体，用来使得阀杆沿阀门打开方向克服偏压装置移动；以及置于气缸上的制动器机构，用来控制活塞体沿阀门打开方向的移动的界限。制动器机构包括：与气缸螺纹啮合且与阀杆共轴的行程调节部件，从而可以调节行程调节部件相对于气缸的位置，在行程调节部件的面对活塞体的端部包括环状锥形表面；置于活塞体上的可移动阀门开度控制表面，位于环状锥形表面的径向外侧；与气缸整体成形以面对可移动阀门开度控制表面的固定阀门开度控制表面，可移动阀门开度控制表面和固定阀门开度控制表面中至少一个包括锥形表面，它沿朝着锥形表面的外边缘的方向渐缩以减小可移动阀门开度控制表面和固定阀门开度控制表面之间的距离；以及多个滚珠，它们能够同时与环状锥形表面、可移动阀门开度控制表面和固定阀门开度控制表面中的每一个接触。

Description

具有微流量调节装置的常闭阀
技术领域
本发明涉及一种能调节微流量的常闭阀。
背景技术
概括地，常闭阀带有用于打开和关闭液体通道的阀杆、用来沿着关闭液体通道的方向偏压阀杆的压缩弹簧和以气密方式安装在气缸中的活塞体，活塞体能在气缸中移动以形成压力腔，以使得阀杆能沿阀门打开的方向克服压缩弹簧移动。这种类型的常闭阀的最大阀门开度可以通过控制活塞体沿阀门打开方向的移动的界限进行调节。然而，在这种传统类型的常闭阀中，由于流量只能通过调节与气缸螺纹啮合的制动器的轴向位置来作简单调节，所以阀门的开度由螺纹的螺距和制动器的旋转角度所决定，因此很难对流量进行细微的调节。
发明内容
本发明的一个目的是获得一种具有微流量调节装置的常闭阀，与之前的技术比较该阀能够对流量进行更加细微的调节。
本发明的特征在于一种具有微流量调节装置的常闭阀，其包括用于打开和关闭液体通道的阀杆；用来沿着关闭液体通道的方向偏压阀杆的偏压装置；以气密方式安装在气缸中以形成压力腔的活塞体，用来使得阀杆沿阀门打开方向克服偏压装置移动；以及置于气缸上的制动器机构，用来控制活塞体沿阀门打开方向的移动的界限。制动器机构包括：与气缸螺纹啮合且与阀杆共轴的行程调节部件，从而可以调节行程调节部件相对于气缸的位置，在行程调节部件的面对活塞体的端部包括环状锥形表面；置于活塞体上的可移动阀门开度控制表面，位于环状锥形表面的径向外侧；与气缸整体成形以面对可移动阀门开度控制表面的固定阀门开度控制表面，可移动阀门开度控制表面和固定阀门开度控制表面中至少一个包括锥形表面，它沿朝着锥形表面的外边缘的方向渐缩以减小可移动阀门开度控制表面和固定阀门开度控制表面之间的距离；以及多个滚珠，它们能够同时与环状锥形表面、可移动阀门开度控制表面和固定阀门开度控制表面中的每一个接触。
可以将端盖固定到气缸的端部以关闭该端部。在这个实施例中，可能的情况是，行程调节部件与端盖螺纹啮合，固定阀门开度控制表面形成于该端盖上。
或者，行程调节部件可以包括与气缸的端部螺纹啮合以关闭该端部的端盖。在这个实施例中，可能的情况是，包括固定阀门开度控制表面的固定部件被固定在气缸上，位于行程调节部件的内侧以及环状锥形表面的径向外侧。
虽然可移动阀门开度控制表面和固定阀门开度控制表面都可以以锥形表面的方式成形，实际的情况是，可移动阀门开度控制表面和固定阀门开度控制表面的一个和另一个分别以圆锥形表面的一部分和与阀杆的轴线垂直的平面的形式成形。
常闭阀可以置于气缸的内侧，其带有引导槽来将多个滚珠的移动方向限制在气缸的径向。最好，引导槽(滚珠)的数量为三个，这三个引导槽(滚珠)在圆周上以等角度间隔的方式布置。
根据应用本发明的常闭阀，行程调节部件的轴向移动量和活塞体的轴向移动量的比值可以通过改变环状锥形表面、可移动阀门开度控制表面和固定阀门开度控制表面的角度自由地设定。例如，通过将这个比值设定为1比1/2到1比1/50之间的比值可以得到微小的阀门开度。
附图说明
图1是沿着图3中I-I线的剖视图，显示两级致动(two-stage-actuation)常闭阀的实施例；
图2是在图1中所示的常闭阀的一部分的部分剖开的立体图，显示一对阀门开度控制表面和滚珠之间的关系；
图3是沿着图1中的III-III线的剖视图；
图4是沿着图3中的II-II线的剖视图，显示两级致动常闭阀的第二实施例。
具体实施方式
图1到3显示两级致动常闭阀的一个实施例，该可以在小流量(例如，每分钟几毫升)和大流量(例如，每分钟几升)之间转换液体的流量。如图1所示，位于常闭阀底部的流体通道块11带有一个流体通道12；如图1所示，具有竖直延伸的轴线的阀座13在流体通道12的一部分处形成于流体通道块11上。用来引导阀杆20与阀座13共轴排列杆夹持器14通过一个连接器套15固定在流体通道块11上，打开和关闭阀座13的金属隔膜16的外边缘连接在杆夹持器14的下端和流体通道块11之间。压缩弹簧17插入到杆夹持器14和阀杆20的法兰20a之间，如图1所示该压缩弹簧向下偏压阀杆20，以通过阀杆20挤压金属隔膜16，使其靠在阀座13上。因此，阀杆20沿通过金属隔膜16关闭阀座13的方向被持续偏压。
如图1所示，气缸22通过一个卡环21固定到杆夹持器14的上端。气缸22的下端被杆夹持器14关闭，阀杆20从杆夹持器14伸入气缸22中。
大流量活塞体23L和小流量活塞体23S安装在阀杆20上，它们从阀杆20底部的安装顺序使得它们可以相对彼此自由滑动。如图1所示，一个浮动的活塞体23S′安装在小流量活塞体23S的上端，可以与小流量活塞体23S一起滑动。浮动活塞体23S′可以与小流量活塞体23S整体成形。在下面的描述中，除非另有说明，作为整体在阀杆20上滑动的浮动活塞体23S′和小流量活塞体23S可以整体被看作小流量活塞体23S。
如图1所示，两个制动环24和25连接到阀杆20上，它们分别确定大流量活塞体23L和小流量活塞体23S在阀杆20上向上滑动的界限。当大流量活塞体23L和小流量活塞体23S都沿着阀门打开方向(在图1中是向上的方向)移动的时候，其中阀门打开方向与压缩弹簧17引起的阀杆20的运动方向相反，制动环24和25分别与大流量活塞体23L和小流量活塞体23S一起运行，从而沿着阀门打开方向移动阀杆20。另一方面，如图1所示，制动环24和25分别不会阻止大流量活塞体23L和小流量活塞体23S相对于阀杆20向下移动。
一个用于关闭气缸22上端(如图1所示)的端盖40旋入气缸22的上端，并通过一个紧定螺栓(set screw)41固定到气缸22上。内螺纹40a(也可以参见图2)形成于端盖40的轴部内侧，与阀杆20共轴形成的行程调节螺栓(行程调节部件)42与内螺纹40a螺纹啮合。一个环状锥形表面42a形成于行程调节螺栓42的端部(下端)的外表面上，该行程调节螺栓正对着小流量活塞体23S的上表面。环状锥形表面42a的轴向位置通过调节行程调节螺栓42相对内螺纹40a的螺纹啮合位置来改变。锥形外螺纹形成于端盖40上，与内螺纹40a共轴，裂缝40c形成于该锥形外螺纹上，以从该处切开。具有相应内螺纹的锁紧螺母45与端盖40的锥形外螺纹螺纹啮合。如果锁紧螺母45拧松，则行程调节螺栓42可以旋转；如果锁紧螺母45拧紧，则行程调节螺栓锁紧。
端盖40和小流量活塞体23S彼此相对的表面分别构成阀门开度控制表面40b和23A，它们位于在环状锥形表面42a的周围。在这个实施例中，阀门开度控制表面23A位于小流量活塞体23S的上端(浮动活塞体23S′)，并且位于与小流量活塞体23S(气缸22)的轴线垂直的平面内。阀门开度控制表面40b形成为圆锥面的一部分，该圆锥面沿着径向向外的方向减小离阀门开度控制表面23A的距离。
多个滚珠(坚硬滚珠)43被嵌入到由环状锥形表面42a、端盖40的阀门开度控制表面40b和小流量活塞体23S的阀门开度控制表面23A包围形成的空间中。随着行程调节螺栓42拧入更深，多个滚珠43朝向阀门开度控制表面40b和阀门开度控制表面23A的外边缘被推出。另一方面，由于阀门开度控制表面40b和阀门开度控制表面23A在径向向外的方向上减小它们之间的空间，阀门开度控制表面40b和阀门开度控制表面23A之间的相对可移动距离随着滚珠43朝着阀门开度控制表面40b和阀门开度控制表面23A的外边缘移动而减小。即，小流量活塞体23S相对端盖40的可移动距离随着滚珠43朝向阀门开度控制表面40b和阀门开度控制表面23A的外边缘被推出而减小；如果滚珠43可向内移动，小流量活塞体23S的可移动距离就会变大。在附图中，该可移动距离被放大显示成滚珠43和阀门开度控制表面40b之间的距离d。简言之，这个距离d随着滚珠43被环状锥形表面42a朝着阀门开度控制表面40b和阀门开度控制表面23A的外边推出而减小。
以120度间隔被布置为径向向外延伸的三个滚珠引导槽44形成于小流量活塞体23S上，具体地形成于浮动活塞体23S′上，三个滚珠引导槽44的底部形成阀门开度控制表面23A。虽然多个滚珠43可以无间隔地布置在圆周上，但实际上滚珠43的数量最好是三个。需要注意的是，虽然为了便于描述在图1的相同截面图中显示了三个滚珠42中的两个，三个滚珠43事实上间隔120度布置。
在本实施例中，阀门开度控制表面40b、环状锥形表面42a(行程调节螺栓42)、多个滚珠43和阀门开度控制表面23A构成一个制动器机构，用来控制小流量活塞体23S的移动界限。
另一方面，大流量活塞体23L的向上移动的界限是在大流量活塞体23L(更具体地，制动环24)与小流量活塞体23S接触的点处确定的。大流量活塞体23L与小流量活塞体23S之间的距离D要远大于距离d(D＞＞d)。
小流量先导压力(pilot pressure)腔28形成于气缸22、大流量活塞体23L、小流量活塞体23S和阀杆20之中，大流量先导压力腔29形成于大流量活塞体23L和阀杆20之间。该小流量先导压力腔28与小流量先导压力通道30和形成于气缸22中的连接端口31(参见附图3和4)畅通连接，小流量先导压力连接端口31通过控制阀32与一个先导压力源33连接。类似地，该大流量先导压力腔29与大流量先导压力通道34和连接端口35联通，大流量先导压力连接端口35通过控制阀32(参见图1和3)与先导压力源33连接。需要注意的是，在图1和2中的字母“O”表示气密的O形环。
具有上述结构的本装置以如下方式的运行。在小流量先导压力连接端口31或大流量先导压力连接端口35均没有引入先导压力的状态下，被压缩弹簧17的作用力沿着阀门关闭的方向偏压的阀杆20挤压金属隔膜16使其靠在阀座13上以关闭液体通道12。在这个阀门闭合的状态下，如果需要使得液体以小流量流动，就通过控制阀32给小流量先导压力连接端口31施加先导压力。因此，先导压力通过小流量先导压力通道30引入小流量先导压力腔28，图1所示向上的力施加到小流量活塞体23S上，图1所示向下的力施加到大流量活塞体23L上。因此，小流量活塞体23S通过制动环25随着阀杆20向上移动，这种向上移动的界限在小流量活塞体23S和多个滚珠43的接触点处决定。
小流量活塞体23S在阀门打开方向上的移动界限可以通过操作行程调节螺栓42来调节。如果拧松锁紧螺母45以使得锁紧螺母45与行程调节螺栓42的端盖40的螺纹啮合的位置变浅，则多个滚珠43通过阀门开度控制表面40B进入气缸22的中心，这样由于与多个滚珠43接触的环状锥形表面42a的直径减小，小流量活塞体23S的可移动距离d增大。相反地，如果拧入锁紧螺母45以使得锁紧螺母45与行程调节螺栓42的端盖40的螺纹啮合的位置变深，则多个滚珠43被朝着气缸22的边缘推出，这样小流量活塞体23S的可移动距离d减小。虽然在附图中为了便于描述而放大显示，活动距离d(可以被设置为)非常小，因此，可以将金属隔膜16和阀座13之间形成的间隙调节至获得大约每分钟几毫升或者更小的流量所需要的程度；而且，可以对这个间隙进行细微的调节。虽然大流量活塞体23L相对于阀杆20向下移动以与杆夹持器14接触，这种相对移动不会给上述小流量阀的打开带来任何影响。在行程调节螺栓42的端面或圆周面上可以带有标记来作为螺纹啮合位置的引导。
如果需要使得液体以大流量流动，就要释放小流量先导压力连接端口31上的先导压力，同时要给大流量先导压力连接端口35施加先导压力。因此，先导压力就通过大流量先导压力通道34引入大流量先导压力腔29中，图1所示向上的力施加到大流量活塞体23L上。因此，大流量活塞体23L就通过制动环24随着阀杆20向上移动，这种向上移动的界限在大流量活塞体23L和小流量活塞体23S接触的点处或者在阀杆20的法兰20a和杆夹持器14的阶梯部分相互接触的点处决定。即使小流量活塞体23S移动到其移动的界限，大流量活塞体23L和阀杆20也可以向上移动。由于大流量活塞体23L和小流量活塞体23S之间的距离D(可以被设置成)远大于距离d，因此，在金属隔膜16和阀座13之间形成的间隙成为获得大约每分钟几升的流量所需要的间隙(或者说该间隙可以被调节至所需要的程度)。
当产生大流量流动的时候，大于施加到小流量先导压力连接端口31上的先导压力的先导压力当然可以被引入大流量先导压力连接端口35中，而不会停止对小流量先导压力连接端口31的先导压力供应。
在上述实施例中，行程调节螺栓42的轴向移动量和小流量活塞体23S的轴向移动量的比值可以通过改变行程调节螺栓42的环状锥形表面42a、端盖40的阀门开度控制表面40b和小流量活塞体23S的阀门开度控制表面23A的角度来自由地设定。更加具体地，例如对于行程调节螺栓42的环状锥形表面42a的角度θ1(如图1所示)设定为15度、端盖40的阀门开度控制表面40b角度θ2(如图1所示)设定为69度并且小流量活塞体23S的阀门开度控制表面23A设定为与小流量活塞体23S的轴线垂直的平面(0度)的情况，阀杆20的移动量成为行程调节螺栓42单位移动量(1)的十分之一(1/10)。如果阀杆20的移动量相对于行程调节螺栓42的移动量来说是如此的小，那么当阀门打开的时候，可以很容易地对流量进行精确的调节。
图4显示具有微流量调节装置的常闭阀的另一个实施例。在图4中，与图1到3中显示的实施例的元件实质上相同的元件标有相同的参考数字。在这个实施例中，如图4所示，用于关闭气缸22上端的端盖由行程调节盖47制成，该盖与气缸22螺纹啮合。环状锥形表面47a形成于行程调节盖47的端部。行程调节盖47带有径向延伸的薄壁部分47b，锁紧螺栓47c沿着与行程调节盖47的轴线平行的方向拧入薄壁部分47b中。将锁紧螺栓47c拧入薄壁部分47b中就会使得薄壁部分47b发生弹性变形从而阻止行程调节盖47旋转，如果拧松锁紧螺栓47c则行程调节盖47就可以旋转。
固定环48被拧入气缸22中以定位在行程调节盖47的内侧和环状锥形表面47a的径向外侧，固定环并且通过一个紧定螺栓49固定到气缸22上。固定环48在小流量活塞体23S侧的端面形成截头圆锥形凹面(阀门开度控制表面)48A，小流量活塞体23S在其面对截头圆锥形凹面48A的表面上具有阀门开度控制表面23B，该表面处于与气缸22的轴线垂直的平面内。截头圆锥形凹面48A和阀门开度控制表面23B构成了一对阀门开度控制表面，它们位于环状锥形表面47a的周围并且减小在径向向外的方向上该对阀门开度控制表面之间的距离。多个滚珠(间隔120度沿圆周布置的三个滚珠)43嵌入到由截头圆锥形凹面48A、阀门开度控制表面23B和环状锥形表面47a包围形成的空间中。用来引导滚珠43的引导槽44′形成于小流量活塞体23S上并径向延伸，引导槽44′的底部形成上述阀门开度控制表面23B。
还是在这个所示的实施例中，小流量活塞体23S(阀杆20)沿阀门开口方向移动的界限可以按照与第一实施例中类似的方式来进行细微的调节。小流量活塞体23S(阀杆20)相对于行程调节盖47在其轴向的单位移动量的可达到的移动量可以通过改变行程调节盖47的环状锥形表面47a和截头圆锥形凹面48A的角度来设定。与上述实施例类似，为了将小流量活塞体23S的可达到的移动量设定为行程调节盖47单位移动量的十分之一(1/10)，环状锥形表面47a的角度θ3和截头圆锥形凹面48A的角度θ4可以分别设定为15度和69度。
虽然阀门开度控制表面40b和48A都以截头圆锥形凹面的形式成形，并且分别面对阀门开度控制表面40b和48A的阀门开度控制表面23A和23B都形成于上述实施例中垂直于轴向的平面上，阀门开度控制表面40b和48A、23A和23B都可以以锥形表面的形式成形。此外，阀门开度控制表面40b和48A、23A和23B都可以仅有一部分以锥形表面的形式成形；然而，如果以旋转对称表面的形式成形，阀门开度控制表面40b和48A中的每一个都被方便地制造出来并与滚珠43均匀接触。
虽然在上述实施例中本发明应用于包括大流量活塞体23L和小流量活塞体23S的两级致动常闭阀，但如果常闭阀仅仅处理具有小流量的液体流动，那么该常闭阀可以被制成省略大流量活塞体23L的常闭阀。如果针对小流量对常闭阀进行特别设计，小流量活塞体23S可以固定到阀杆20上。
虽然每个上述实施例都是一种阀杆20挤压金属隔膜16以打开和关闭阀座13的常闭阀，但本发明也可以应用于具有直接安装于金属波纹管(metal bellows)阀或阀杆20的下端的阀体的阀结构，或者应用于将阀杆20的移动传递给独立于阀杆的阀体的阀结构。
虽然每个上述实施例都是一种所有的活塞体23L、23S和23S′都安装在气缸22中并可以在其上自由滑动的常闭阀，但也可以使用另一种使用滚动隔膜(rolling diaphragm)的活塞体，其边缘固定到气缸上，其中心部分固定到活塞体上。
根据本发明，可以获得具有能够对流量进行细微调节的微流量调节装置的常闭阀，由于可以对阀杆沿阀门打开方向移动的位置进行细微的调节，该常闭阀可以应用于各种流量调节装置。

Claims (6)

1.一种具有微流量调节装置的常闭阀，包括
用于打开和关闭液体通道的阀杆；
用于沿关闭所述液体通道的方向偏压所述阀杆的偏压装置；
以气密方式安装在气缸中以形成压力腔的活塞体，用于使得所述阀杆沿阀门打开的方向克服所述偏压装置移动；以及
置于所述气缸上的制动器机构，用于控制所述活塞体沿所述阀门打开的方向移动的界限，
其中，所述制动器机构包括：
与所述气缸螺纹啮合且与所述阀杆共轴的行程调节部件，从而可以调节所述行程调节部件相对于所述气缸的位置，在所述行程调节部件的面对所述活塞体的端部包括环状锥形表面；
置于所述活塞体上的可移动阀门开度控制表面，位于所述环状锥形表面的径向外侧；
与所述气缸整体成形以面对所述可移动阀门开度控制表面的固定阀门开度控制表面，所述可移动阀门开度控制表面和所述固定阀门开度控制表面中至少一个包括锥形表面，它沿朝着所述锥形表面的外边缘的方向渐缩以减小所述可移动阀门开度控制表面和所述固定阀门开度控制表面之间的距离；以及
多个滚珠，它们能够同时与所述环状锥形表面、所述可移动阀门开度控制表面和所述固定阀门开度控制表面中的每一个接触。
2.如权利要求1所述的具有微流量调节装置的常闭阀，进一步包括端盖，该端盖固定到所述气缸的端部以关闭所述气缸的所述端部，
其中所述行程调节部件与所述端盖螺纹啮合，以及
其中所述固定阀门开度控制表面形成于所述端盖上。
3.如权利要求1所述的具有微流量调节装置的常闭阀，其中，所述行程调节部件包括一个端盖，该端盖与所述气缸的端部螺纹啮合以关闭所述气缸的所述端部，以及
其中，包括所述固定阀门开度控制表面的固定部件被固定在所述气缸上，位于所述行程调节部件的内侧以及所述环状锥形表面的径向外侧。
4.如权利要求1到3其中之一所述的具有微流量调节装置的常闭阀，其中，所述可移动阀门开度控制表面和所述固定阀门开度控制表面的一个和另一个分别以圆锥形表面的一部分和与所述阀杆的轴线垂直的平面的形式成形。
5.如权利要求1到3其中之一所述的具有微流量调节装置的常闭阀，进一步包括引导槽，该引导槽置于所述气缸的内侧，用于将所述多个滚珠的移动方向限制在所述气缸的径向。
6.如权利要求1到3其中之一所述的具有微流量调节装置的常闭阀，其中，确定所述环状锥形表面以及所述可移动阀门开度控制表面和所述固定阀门开度控制表面中的所述至少一个的所述锥形表面的角度，从而使得所述行程调节部件的轴向移动量与所述活塞体的轴向移动量的比值成为1比1/2到1比1/50的比值。
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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.: 2011990000531

Denomination of invention: Normally closed valve having minute flow amount regulating mechanism

Granted publication date: 20100526

License type: Exclusive License

Open date: 20080227

Record date: 20110701

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

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Patentee after: Fujikura Rubber Industry Co., Ltd.

Address before: Tokyo, Japan

Patentee before: Fujikura Rubber Industry Co., Ltd.