CN101270822A - 阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种阀。该阀可减少由流体压力差的变动而增加的阀座环作用向阀芯的压力，降低操作转矩，减少阀座环的磨损，优化持久性能。令从阀体(33)流路中心轴线(34)到阀芯(35)和阀座环(50)接触的接触部(A)距离为a，使从流路中心轴线到第1保持部件(51)的薄壁部(51A)的外周面的距离b1大致相等。以(b1 2－a2)×π表示通过流体压力差P将阀座环按压在阀芯上时的受压面积差S1，由于b1和a大致相等，所以S1大致为0。因此，相比现有阀中的从流路中心轴线到第1保持部件和O形圈接触的接触部B的距离b1大于距离a而言，本发明的阀可使流体压力差的变动产生的阀座环对阀芯的压力F减小，使操作转矩减小。

Description

阀
技术领域
本发明涉及对流经阀体内的流体流量进行控制的阀，尤其涉及具有球形阀芯(plug)的固定式(trunnion)球阀。
背景技术
作为各种流体控制用阀，例如对空调用冷媒进行控制时使用的阀，现公知的是使用二通球阀。这种二通球阀若根据球形阀芯的支承方式不同来进行区分，可分为如下两种，即，浮动式球阀，通过配置于上游侧和下游侧的一对阀座环(seat ring)支承球形阀芯为可转动的状态；固定式球阀，通过阀杆支承球形阀芯为可转动的状态。浮动式球阀在全闭时，其球形阀芯被一次侧流体的压力按压在二次侧阀座环上，主要通过球形阀芯和下游阀座环的接触来谋求密封(例如，参照日本发明专利公开公报特开平11-148565)。另一方面，固定式球阀采用以设于阀体上的轴承孔来支承阀杆两端并使阀杆可相对轴承孔转动的结构，这样，在全闭时，球形阀芯不会被一次侧流体的压力强力地按压在二次侧阀座环上，因此，通常仅利用球形阀芯和一次侧阀座环的接触来进行密封，从而可采用省略下游阀座环的构造(例如，参照日本发明专利公开公报特开2004-204946)。
图5中表示有现有技术中的固定式球阀的密封构造。
该图中，固定式球阀1(以下，简称为阀1)中，通过弹簧等弹性部件4产生的加载力，从一次侧向第1保持部件3进行加载，这样，阀座环5被按压在阀芯2外周面的着座部上，以此，可防止流体8从阀芯2和阀座环5之间的间隙7泄漏。
阀芯2和阀座环5间接触的部分A(以下，简称为接触部A)的位置以及第1保持部件3外周面上与O形圈(密封部件)12接触的部分B(以下，简称为接触部B)的位置，在阀体6内流路9的径向方向上不一致，接触部B的位置比接触部A远离流路中心轴线10。换言之，令从流路9的中心轴线10到接触部A的距离为a，令从流路中心轴线10到接触部B的距离为b，则a＜b，当一次侧和二次侧出现流体压力差P(＝P1-P2)时，将阀座环5按压在阀芯2上的力为由上述弹性部件4产生的加载力再加上由受压面积差S(＝(b2-a2)×π)乘以P得到的作用力F(＝(b2-a2)×πP)。符号11表示的是将第1保持部件3保持为可沿轴向移动的状态的第2保持部件，通过形成于其外周面上的外螺纹14与形成于阀体6内壁面上的内螺纹15的旋合，将该第2保持部件11固定于阀体6的内壁上。另外，第2保持部件11也可以是与阀体6一体形成的构造。符号13表示的是使阀芯2转动的阀杆。
但是，图5所示的现有技术中的阀1的构造存在的问题在于，将阀座环5按压在阀芯2上的压力不仅有上述弹性部件产生的加载力，还有受压面积差S和流体压力差P的乘积(S×P)算得的压力F，因此，受到流体压力差P的影响，在压力F变大时，阀的操作转矩也将增大。此外，问题还在于，在阀芯和阀座环间的表面压力增加时，阀座环的磨损量也容易增加，阀座环性能会降低。
因此，现有阀的问题在于，在阀打开的状态下，流体压力差P变小，以较小的操作转矩就足以进行操作，但在阀处于全闭时的最大压力差的状态下时，就需要较大的操作转矩。
发明内容
本发明是为了解决上述现有问题而作出的，目的在于提供一种阀，该阀通过防止因流体压力差的变动导致作用到阀芯的压力增大，来减小所需的最大操作转矩，降低阀座环的磨损量，使阀座环的性能提升。
为了实现上述目的，本发明提供一种阀，该阀具有：阀芯，其可转动地配置在阀体的流路内，对流经阀体的流路的流体进行流量调节；与上述阀芯的着座部接触的阀座环；保持上述阀座环的第1保持部件；第2保持部件，其配置于上述阀体的内壁上，将上述第1保持部件保持为可沿轴向移动的状态；弹性部件，其以被沿轴向压缩了的状态安装于上述第1保持部件和上述第2保持部件之间，经由上述第1保持部件将上述阀座环按压到上述阀芯上；密封部件，其以被沿径向压缩了的状态安装于上述第1保持部件和上述第2保持部件之间，对上述第1保持部件和上述第2保持部件间的间隙加以密封，上述阀体中，从上述阀芯和上述阀座环接触的接触部到流路中心轴线的距离与从上述第1保持部件和上述密封部件接触的接触部到上述流路中心轴线的距离相等或近似相等。
此外，本发明还提供一种阀，该阀具有：阀芯，其可转动地配置在阀体的流路内，对流经阀体的流路的流体进行流量调节；与上述阀芯的阀座部接触的阀座环；保持上述阀座环的第1保持部件；第2保持部件，其配置于上述阀体的内壁上，将上述第1保持部件保持为可沿轴向移动的状态；弹性部件，其以被沿轴向压缩了的状态安装于上述第1保持部件和上述第2保持部件之间，经由上述第1保持部件将上述阀座环按压到上述阀芯上；密封部件，其以被沿径向压缩了的状态安装于上述第1保持部件和上述第2保持部件之间，对上述第1保持部件和上述第2保持部件间的间隙加以密封，上述阀体中，从上述阀芯和上述阀座环接触的接触部到流路中心轴线的距离与从上述第2保持部件和上述密封部件接触的接触部到上述流路中心轴线的距离相等或近似相等。
[发明的效果]
本发明中，从阀芯和阀座环接触的接触部到流路中心轴线的距离与第1保持部件和密封部件接触的接触部到从流路中心轴线的距离相等或近似相等，因此，可使第1保持部件上受到一次侧流体作用的受压面积差减小。因此，即便流体压力差变大，将阀座环按压在阀芯上的压力也不会增大。这样，操作转矩也不会增大，阀座环的磨损也较少，可使阀的阀座环性能提高。
此外，本发明中，从阀芯和阀座环接触的接触部到流路中心轴线的距离与第2保持部件和密封部件接触的接触部到从流路中心轴线的距离相等或近似相等，同样可使第1保持部件上的受到一次侧流体作用的受压面积差减小。因此，即便流体压力差变大，将阀座环按压在阀芯上的压力也不会增大。这样，操作转矩也不会增大，阀座环的磨损也较少，可使阀的阀座环性能提高。
附图说明
图1是表示本发明的一实施方式的阀在全闭时的剖视图。
图2是图1中的局部放大剖视图。
图3是表示操作转矩的图。
图4是表示本发明的另一实施方式的阀的局部剖视图。
图5是现有技术中的阀的局部剖视图。
具体实施方式
下面，基于附图所示的实施方式详细地说明本发明。
图1是表示本发明的一实施方式的阀在全闭时的剖视图，图2是图1中局部的放大剖视图。附图中，以符号30表示的整个固定式阀中，具有：阀体33，在其内部形成有流体31的流路32；球形的阀芯35，其被配置在该阀体33内部中央，可在与阀体33的轴线(流路中心轴线)34平行的平面内转动，打开或关闭上述流路32；阀杆36，供从阀体33的外部来转动操作该阀芯35；等等。
在上述阀体33的两端部突出设置有凸缘部37a、37b，凸缘部37a、37b构成与管路相连的连接部，在阀体33的上表面中央形成供上述阀杆36贯穿的通孔38。阀体33内的流路32被上述阀芯35分隔为一次侧流路32A和二次侧流路32B。
上述阀芯35由大致呈球形的中空体构成，其内部形成有贯穿流路40，阀芯35具有进液孔侧开口部41和出液口侧开口部(未图示)。贯穿流路40的进液孔侧开口部41和出液口侧开口部被设置在阀芯35的周壁上，在阀芯35的转动方向上互相间隔180°。阀芯35的外周面上形成有球面形的着座部44，在阀芯35的上表面中央部形成有凹陷部45，供上述阀杆36的下端部插入。另一方面，阀芯35的下表面中央形成有凹陷部45，该凹陷部45供轴部件46以其轴线与阀杆36的轴线重合的方式插入。该轴部件46被压入到设于阀体33的下表面中央的轴承部件47上。
上述阀体33的通孔38上嵌合有筒形的盖部件48。上述阀杆36通过密封部件49贯穿上述盖部件48，且可相对上述盖部件48转动，该阀杆36的突出于阀体33上方的外端部由图示省略的执行机构驱动，这样，可使上述阀芯35在箭头θ所指的方向上在大致90°的角度范围内往返转动。
在上述阀体33的内部，在一次侧流路32A一侧配置有：与上述阀芯35的着座部44紧密接触的阀座环50；对该阀座环50进行保持的第1保持部件51；第2保持部件52，其将该第1保持部件51保持为可在轴向上移动的状态；作为弹性部件的弹簧53，其向下游侧对第1保持部件51进行加载，将阀座环50按压在阀芯35上；O形圈(密封部件)54，其对第1保持部件51、第2保持部件52间加以密封，通过上述这些部件构成阀座环部的密封构造。
上述阀座环50所具有的内径大于上述阀芯35的进液孔侧开口部41的高度尺寸(或大致相等)，该阀座环50与第1保持部件51的下游侧端面间紧密接触。
上述第1保持部件51被形成为两端开放的筒形，在整个长度上孔径大致相等，该第1保持部件51的前半部形成为薄壁部51A，后半部形成为厚壁部51B。薄壁部51A的外径被设定为大致等于上述阀座环50的与上述阀芯35接触的部分的直径。厚壁部51B的上游侧端面上形成有由环形的槽构成的第1收纳部55，供收纳上述弹簧53。此外，厚壁部51B的外周面上安装有薄壁的圆筒形体56，该圆筒形体56向下游侧延伸，覆盖上述阀座环50的外周。该圆筒形体56的下游侧端部上一体地设有向径向内侧弯曲的弯曲部56A。因此，在圆筒形体56与厚壁部51B的下游侧端面之间形成环形槽，供收纳阀座环50，以此来限制阀座环50的沿径向、轴向的移动。
上述第2保持部件52被形成为筒形，其中央部形成为厚壁部52A，在厚壁部52A的外周面形成有外螺纹61，供与形成在阀体33内壁上的内螺纹60旋合。在第2保持部件52的厚壁部52A的前半部内周面上与之一体地突出设置有突起部52B，该突起部52B的侧面与第1保持部件51的薄壁部51A的上游侧端面51a相对。另外，厚壁部52A的内径大致等于上述第1保持部件51的薄壁部51A的外径，在该厚壁部52A的内周面上形成有由环形的槽构成的第2收纳部63，供收纳被沿径向压缩了的上述O形圈54。此外，在上述厚壁部52A的外周面上与之一体地突出设置有向下游侧延伸的薄壁的环形体52C，其中嵌插有上述第1保持部件51的厚壁部51B，该厚壁部51B可相对该环形体52C滑动。厚壁部52A的下游侧端面形成有推压面64，用于沿轴线方向按压上述弹簧53。另外，保持部件52也可以与阀体33一体构成。
上述O形圈54以被第1保持部件51、第2保持部件52沿径向压缩了的状态收纳在上述第2收纳部63内，从而被按压在上述第1保持部件51的薄壁部51A的外周面上，这样，第1保持部件51的薄壁部51A的外周面和第2保持部件52的厚壁部52A内周面之间的间隙得以密封。薄壁部51A限制O形圈54沿与流路中心轴线34成直角的方向向内侧的移动。第2收纳部63不仅限制O形圈54沿与流路中心轴线34成直角的方向向外侧的移动，还限制O形圈54的沿与流路中心轴线34平行的方向的移动。
就这样的构造的阀30而言，图1表示了阀30的全闭状态。从该状态起，通过阀杆36，使阀芯35在图1中沿逆时针方向缓缓转动，让进液孔侧开口部41与一次侧流路32A渐渐连通，出液口侧开口部与二次侧流路32B渐渐连通，这样，流体31开始通过阀芯35的连通流路40从一次侧流路32A流到二次侧流路32B。然后，在使阀芯35转动到最大角度(大致为90°)时，阀30成为全开状态。
在本实施方式中，通过弹簧53将阀座环50按压在阀芯35上，O形圈54被以压缩状态收纳在第2收纳部63内，因此，阀全闭时，流体31的向二次侧流路32B侧的泄漏可被切实地防止。
此外，在本实施方式中，阀体33中，从阀芯35和阀座环50接触的接触部A到流路中心轴线34的距离a，与从第1保持部件51和O形圈54接触的接触部B到上述流路中心轴线34的距离，也就是从流路中心轴线34到第1保持部件51的薄壁部51A的外周面的距离b1大致相等(a＝b1)，这样，可使由流体压力差P(＝P2-P1)产生、将阀座环50按压向阀芯35的压力F减小。
由本发明的上述实施方式中的阀30，一方面可使阀体33中从阀芯35和阀座环50接触的接触部A到流路中心轴线34的距离a，与现有的阀在数值上相同、不作改变，另一方面，可使阀体33中从流路中心轴线34到第1保持部件51的薄壁部51A的外周面的距离b1与上述距离a相等或近似相等，因此，通过筒形部56实现一体化的第1保持部件51、阀座环50上受一次侧流体压力P1作用的受压面积差S1为(b1 2-a2)×π。而且，如上所述，b1和a相等或近似相等，由此，该受压面积差S1大致为0，可防止因流体31的一次侧、二次侧间流体压力差P(＝P1-P2)的变动导致的操作转矩增大。因此，可使用操作转矩较小的执行机构，特别是，越是口径大的阀或是压力差较大规格的阀，这样的效果就越显著。
此外，将阀座环50按压向阀芯35的压力F并不因流体31的一次侧、二次侧间流体压力差P(＝P1-P2)的变动而增大，因此，可使阀芯35的着座部44或阀座环50的磨损较小，阀30的持久性得以提高。
图3是表示对本实施方式中的阀30和图5所示的现有技术的阀1进行操作转矩实验得到的实验数据的图。横轴表示流体的一次侧、二次侧间的压力差(MPa)，纵轴表示操作转矩(Nm)。图中，实线I表示本实施方式的阀30的操作转矩，虚线II表示现有技术的阀1的操作转矩。从该图可以得知，采用本实施方式的阀30，相比现有技术中的阀1而言，最多可削减5成的操作转矩。这也就说明，通过使阀体33上，从阀芯35和阀座环50接触的接触部A到流路中心轴线34的距离a与从第1保持部件51和O形圈54接触的接触部B到上述流路中心轴线34的距离b1相等或近似相等，使受流体压力差P的作用将阀座环50按压在阀芯35上时的受压面积差S1减小，即可产生上述效果。
图4是表示本发明的另一实施方式的阀的局部剖视图。
对于与图1和图2结构相同的部件标注相同符号来加以表示，适当地省略其说明。该实施方式是用于说明技术方案2所记载的阀，其中，如下几点与图1、图2所示的阀30不同，即，第1保持部件51的薄壁部51A的外周面和第2保持部件52的厚壁部52A的内周面上，分别形成凹部71、凹部72，通过该凹部71、凹部72来形成环形的第2收纳部70，用于收纳O形圈54；使从阀芯35和阀座环50接触的接触部A到阀体33流路中心轴线34的距离a与从第2保持部件52和O形圈54接触的接触部B到流体中心轴线34的距离b2相等(a＝b2)。
上述凹部71以如下结构的环形凹部构成，即，该环形凹部被形成在第1保持部件51的薄壁部51A的外周面上，向上游侧和阀体33的径向外侧这两个方向开放。上述凹部72以如下结构的环形凹部构成，即，该环形凹部被形成在第2保持部件52的厚壁部52A的内周面上，向下游侧和阀体33的径向内侧这两个方向开放。以这样的凹部71、凹部72构成的第2收纳部70，通过沿流路中心轴线34方向上相对的前壁70a和后壁70b，限制O形圈54的沿流路中心轴线34方向的移动，通过第2收纳部70上与流路中心轴线34方向正交的方向上相对的上壁70c和下壁70d，限制O形圈54的沿与流路中心轴线34方向正交的方向上的移动。
在上述这种构造中，从阀芯35和阀座环50接触的接触部A到阀体33流路中心轴线34的距离a与从第2保持部件52和O形圈接触的接触部B到流路中心轴线34的距离b2被设定为相等或近似相等，使第1保持部件51上受到一次侧流体压力P1作用的受压面积差减小，因此，可得到与上述实施方式相同的效果。

Claims (2)

1.一种阀，其特征在于，具有：阀芯，其可转动地配置在阀体的流路内，对流经阀体的流路的流体进行流量调节；与上述阀芯的阀座部接触的阀座环；保持上述阀座环的第1保持部件；第2保持部件，其配置于上述阀体的内壁上，将上述第1保持部件保持为可沿轴向移动的状态；弹性部件，其以被沿轴向压缩了的状态安装于上述第1保持部件和上述第2保持部件之间，经由上述第1保持部件将上述阀座环按压到上述阀芯上；密封部件，其以被沿径向压缩了的状态安装于上述第1保持部件和上述第2保持部件之间，对上述第1保持部件和上述第2保持部件间的间隙加以密封，
上述阀体中，从上述阀芯和上述阀座环接触的接触部到流路中心轴线的距离与从上述第1保持部件和上述密封部件接触的接触部到上述流路中心轴线的距离相等或近似相等。
2.一种阀，其特征在于，具有：阀芯，其可转动地配置在阀体的流路内，对流经阀体的流路的流体进行流量调节；与上述阀芯的阀座部接触的阀座环；保持上述阀座环的第1保持部件；第2保持部件，其配置于上述阀体的内壁上，将上述第1保持部件保持为可沿轴向移动的状态；弹性部件，其以被沿轴向压缩了的状态安装于上述第1保持部件和上述第2保持部件之间，经由上述第1保持部件将上述阀座环按压到上述阀芯上；密封部件，其以被沿径向压缩了的状态安装于上述第1保持部件和上述第2保持部件之间，对上述第1保持部件和上述第2保持部件间的间隙加以密封，
上述阀体中，从上述阀芯和上述阀座环接触的接触部到流路中心轴线的距离与从上述第2保持部件和上述密封部件接触的接触部到上述流路中心轴线的距离相等或近似相等。
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