CN101566855A - 用在流体压力装置中的节流结构 - Google Patents

用在流体压力装置中的节流结构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种用在流体压力装置中的节流结构。喷嘴通道(98)形成在主要侧端口(38)和喷嘴反压室(78)之间。由多个孔板(104a至104d)构成的节流机构(106)被设置在喷嘴通道(98)中。直径小于喷嘴通道(98)的小直径开孔(102)被设置在孔板(104a至104d)中。孔板(104a至104d)的外边缘部分通过密封构件(108)被保持在第二本体部(34)中。而且，孔板(104a至104d)沿喷嘴通道(98)的延伸方向以预定的距离彼此互相分开。

Description

用在流体压力装置中的节流结构
技术领域
本发明涉及一种用在流体压力装置中的节流结构，该节流结构能够调节流体压力装置中的压力流体的压力，压力流体被供给到该流体压力装置和从该流体压力装置排出。
背景技术
如日本专利公开公报第10-198433所揭示的那样，本发明人提出了一种减压阀，该减压阀应用于这样的情况：空气被从流体供应源以期望的预定压力供应到流体压力装置中。这种减压阀将主要侧(primary side)的流体压力减小到与连接到次要侧的流体压力装置相对应的期望值，并将压力流体供应到次要侧(secondary side)，从压力流体供应源将压力流体供给到主要侧。
近年，在诸如减压阀之类的流体压力装置中，从降低能耗和减少成本的观点出发，一直存在减少压力流体消耗量的需求。
发明内容
本发明的总体目的在于提供一种用在流体压力装置中的节流结构，该节流结构能够减少压力流体的消耗量，同时也能够防止压力流体从中流过时引起的阻塞。
本发明以一种用于流体压力装置中的节流结构为特征，所述的流体压力装置具有本体，本体中形成有端口，压力流体被供给至所述端口，节流机构配备有：导入室，压力流体被导入该导入室中；连通通道，该连通通道连通导入室和所述的端口；和节流机构，该节流机构设置在连通通道中，并具有可流过压力流体的多个流道，所述流道的直径小于连通通道的直径，用以减少压力流体的流量，其中，所述多个流道沿压力流体的流向彼此互相邻近。
通过以下说明并结合附图——优选实施例以示例的方式展现于附图中，本发明的上述和其他的目的、特点和优点将更加明显。
附图说明
图1是减压阀的整体结构图，根据本发明的用于流体压力装置的节流结构即被应用于该减压阀；
图2是显示图1减压阀中挡板机构附近的放大横截面图；
图3是显示设置在图1减压阀中的喷嘴通道附近的放大横截面图；
图4是显示在图2减压阀中球体落座于喷嘴上的状态的放大横截面图；
图5展示的是构成节流机构的孔板的间距与流经孔板开孔的压力流体流量之间关系的特征曲线；
图6展示的是由开孔直径和孔板间距形成的距离-直径比与压力流体相对于未设节流机构的情况下流量的减少之间关系的特征曲线；
图7A所示变化例显示的是在喷嘴通道中同轴形成多个节流孔的情形；
图7B所示的进一步变化例显示的是多个节流孔垂直偏离喷嘴通道轴线的情形；
图8是显示根据第一变化例的节流机构的放大横截面图；
图9是显示根据第二变化例的节流机构的放大横截面图；
图10A显示的是节流机构的概念图，节流机构中具有直径基本固定的节流通道；
图10B显示的是节流机构的概念图，节流机构中具有直径朝连通孔侧逐渐扩大的节流通道。
具体实施方式
在图1中，参考数字10表示减压阀，根据本发明的用于流体压力装置中的节流结构即被应用于其中。
如图1到4所示，减压阀10包括本体12、连接到本体12下部的盖构件14、连接到本体12上部的阀帽16和可旋转地设置在阀帽16的上部上的操作构件18。
盖构件14包括阀导承(valve guide)22、阀体24、减震器26、垫圈28和弹性密封垫30：阀导承24通过O型密封圈密封地闭合和堵住形成在本体12下部中的孔；阀体24配合并支承在形成在阀导承22的上部的孔中；减震器26配合并支撑在形成于阀导承22上部的槽内并配合在阀体24的外部；垫圈28配合在阀体24的外部，位于减震器26的上部之上；弹性密封垫30配合在阀体24的外部，位于垫圈28的上方。阀体24被设置为能够在减震器26的弹性作用下沿轴线方向(箭头A1和A2的方向)移位，减震器26是由诸如橡胶之类的弹性材料形成的。
本体12由与盖构件14接合的第一本体部32、位于第一本体部32的上部之上的第二本体部34、以及位于第二本体部34的上部更上面的第三本体部36组成。第一本体部32、第二本体部34和第三本体部36通过图中未示出的螺丝以整体方式装配在一起。
与图中未示出的压力流体供应源相连的主要侧端口(端口)38和与图中未示出的流体压力装置相连的次要侧端口40分别形成在第一本体部32的两侧表面内。连通通道42形成在主要侧端口38和次要侧端口40之间，能使二者之间连通。
此外，在第一本体部32的内部，阀座(seat)44被形成为面朝连通通道42。阀体24借助密封垫30而落座于阀座44内，即阻断了主要侧端口38和次要侧端口40之间的连通状态。
另一方面，通过阀体24在远离阀座44的方向上移位(箭头A2的方向)，主要侧端口38和次要侧端口40之间的连通状态得以被建立。
一侧开口的排放端口(discharge port)46形成在第二本体部34中，一侧开口且能够连通第三隔膜室80和外部的排出端口(bleed port)50形成在第三本体部36中。
第一隔膜54通过第一保持构件52被夹持在第二本体部34和第三本体部36之间。此外，第二隔膜58通过第二保持构件56被夹持在第二本体部34和第三本体部36之间。
另外，与次要侧端口40连通的第一隔膜室48设置在第一隔膜54的下方，与排放端口46连通的第二隔膜室60设置在第一隔膜54和第二隔膜58之间。
此外，与阀体24的边缘接合的第一保持构件52设置在第一隔膜54的中心部。能够使第一隔膜室48和第二隔膜室60之间连通的通孔62形成在第一保持构件52中。
而且，在第一本体部32的中心面朝第一隔膜室48突出的止动构件64用于调节与阀座44同轴的第一保持构件52的位移。
隔膜按压构件66与分开预定距离并且被圆盘构件68和按压构件70夹持的第三隔膜72和第四隔膜74一起，设置在第三本体部36和阀帽16之间。在这种情况下，第一弹簧76设置在圆盘构件68的一端表面上，第三隔膜72和第四隔膜74被第一弹簧76的弹力向下(在箭头A2的方向上)按压。
喷嘴反压室(导入室)78被设置在第二本体部34和第三本体部36之间，如第二隔膜58和第三本体部36所限定的那样。第三隔膜室80被设置在第三本体部36的中心部。
此外，在第三隔膜室80的下方，具有喷孔84的喷嘴86被设置在呈圆柱形突起的凸起部82中。通过喷孔84和穿透第三本体部36下部的孔，喷嘴反压室78与第三隔膜室80连通。
另外，挡板机构88被设置在第三隔膜室80内喷嘴86的上方。挡板机构88包括球体90、将球体90保持在凸起部82内的锁环92和介于球体90和喷嘴86之间的第二弹簧94。第二弹簧94在自身弹力作用下将球体90推向锁环92所在一侧。结果，球体90保持抵靠锁环92的状态。
挡板机构88包括按压构件70和受压部96。按压构件70在其下端包含大的凹部，受压部96即被嵌入该凹部内。受压部96与球体90点接触，由硬度与钢球构成的球体90相同或硬度更大的材料(例如，钢)形成。
而且，在球体90被保持在凸起部82内的状态下，当按压构件70被第一弹簧76的弹力向下(沿箭头A2方向)按压和移动时，球体90朝喷嘴86侧移位，同时压缩第二弹簧94，因此喷嘴86的喷孔84被封闭。另一方面，当按压构件70被第一弹簧76按压的状态被解除时，按压构件70在第二弹簧94的弹性作用下向上移动，于是球体90与喷嘴86分开。
如图3所示，喷嘴反压室78通过喷嘴通道(连通通道)98与主要侧端口38连通。喷嘴通道98与主要侧端口38的外圆周侧相连，沿第二和第三本体部34、36的轴线方向(箭头A1和A2的方向)延伸，在第三本体部36沿径向弯折，并且最终与连通喷嘴反压室78的连通孔(开口)100相连。另外，节流机构106被设置在喷嘴通道98内，该节流机构106包含多个(例如，四个)孔板104a至104d，所述孔板104a至104d能够将循环通过喷嘴通道98的压力流体的流量调整到预定的流量值。
组成节流机构的孔板104a至104d在其中心区域包括直径小于连通通道直径的开孔(流道)102，并且这些孔板104a至104d形成为盘状薄板，其外缘通过环状密封构件108附接在第二本体部34中。此外，孔板104a至104d被同轴地设置在喷嘴通道98中，彼此互相间隔预定的距离。即，孔板104a至104d沿喷嘴通道98延伸的方向以多级方式排列。
另外，从主要侧端口38供应到喷嘴通道98的压力流体流经设置在多个孔板104a至104d中的开孔102，被导入喷嘴反压室78内。
另一方面，反馈通道112被设置在次要侧端口40与形成在第三隔膜72和第四隔膜74之间的第四隔膜室110之间，用于建立第四隔膜室110和次要侧端口40之间的连通。反馈通道112以阀体24中心为中心被设置喷嘴通道98的相对侧上。
操作构件18包括可旋转地设置在阀帽16上部的柄114、可旋转地支撑柄114的轴116、用于固定柄114和轴116的位置的锁紧螺母118、以及夹持图中未示出的支架的螺母120和垫圈122。与第一弹簧76接合并且在箭头A2的方向上按压第一弹簧76的接受构件124被设置在柄114的一端上。在柄114的旋转作用下，通过轴116在轴线方向上移位，按压接受构件124被压向本体12侧。
减压阀10的结构基本上如上所述，根据本发明的用于流体压力装置的节流结构即应用于其中。接下来，将说明本发明的操作和有益效果。
首先，压力流体供应源(图中未示出)通过未示出的管或者类似器件被连接到主要侧端口38，而被供应的压力流体所驱动的、诸如缸或者类似设备的流体压力装置被连接到次要侧端口40。
在完成了这些准备性操作之后，不需要旋转喷嘴86，即设定构成挡板机构88的球体90和喷嘴86之间存有间隙的状态。具体而言，第一弹簧76的弹力未起作用，而另一方面，第二弹簧94的弹力被施加到球体90上，致使喷嘴86和球体90之间维持预定的间隔(见图2)。
在这种情况下，在供应到主要侧端口38的压力流体从喷嘴通道98经过多个孔板104a至104d的开孔102流到连通孔100之后，压力流体被导入喷嘴反压室78内，流经喷嘴86和球体90之间的间隙，被导入第三隔膜室80内。另外，导入第三隔膜室80中的压力流体被从排出端口50排到外部。
更详细地说，流经喷嘴通道98的压力流体经过设置在最上游侧的孔板104a的开孔102，然后流向邻近的孔板104b侧。此时，因为开孔102的直径D被形成为小于喷嘴通道98的通道直径，所以当压力流体流经开孔102时会产生压力损失，因而压力流体的流量会减小。另外，流量减小了的压力流体向下游方向陆续流经孔板104b、孔板104c和孔板104d，从而使孔板的有效横截面积进一步减小，并且使压力流体被供应到喷嘴反压室78内。
结果，由多个孔板104a至104d构成的节流机构106就这样被设置而成，通过将流经孔板104a至104d的压力流体供应到喷嘴反压室78中，与没有配备节流机构106的传统流体压力装置相比，该节流机构106能够减少压力流体的流量。
在上述排放状态下，柄114被沿预定的方向旋转，从而使按压构件70被圆盘构件68借助第一弹簧76的弹力下压(在箭头A2的方向上)。结果，球体90克服第二弹簧94的弹力、在离开锁环92的方向(箭头A2方向)上移位，球体90因而抵住喷嘴86的喷孔84，从而封闭喷孔84(见图4)。
结果，喷嘴反压室78内的压力(喷嘴反压)上升，第二隔膜58在喷嘴86的反压作用下在箭头A2的方向上被按压。第二隔膜58、第一隔膜54和阀体24整体沿箭头A2方向移位，阀体24与阀座44分离。
因此，连通通道42被打开，从而建立了主要侧端口38和次要侧端口40之间的连通，次要侧端口40中的压力流体的压力因而上升。
另一方面，当次要侧端口40中的压力流体的压力增大到预定压力值的水平或者超过预定压力值的水平时，上升到这样压力的压力流体向上按压第一隔膜54，并且通过反馈通道被导入第四隔膜室110。正由于此，第四隔膜74被压力流体的压力在与弹簧76的弹力反向的箭头A1方向上按压，同时伴以圆盘构件68和按压构件70在箭头A1方向上的移位。
此时，由于球体90在第二弹簧94的弹力作用下沿箭头A1方向移位，构成挡板机构88的球体90离开喷嘴86(见图2)。正由于此，喷嘴反压室78内的压力流体流出喷嘴86和球体90之间的间隙，然后，经排出端口50被排放到大气中。结果，喷嘴反压室78的喷嘴反压迅速降低。
以这种方式，通过快速降低喷嘴86的反压，第一隔膜54和第二隔膜58在箭头A1的方向上被向上提升，阀体24的端部则与第一保持构件52分开。另外，阀体24在减震器26的弹力作用下沿箭头A1方向移位，并且落座在阀座44上。因此，之前被阀体24封闭的第一保持构件52的通孔62处于开启状态，于是次要侧端口40处的压力已升高的压力流体经通孔62被导入第二隔膜室60内。之后，压力流体从排放端口46被排放到外部。
接下来，将参照图5简要说明构成节流机构106的孔板104a至104d的相互间距L与流经孔板104a至104d开孔102的压力流体的流量之间的关系。
从图5中可知，当相邻孔板之间的相对距离L设定的较大时，其有效横截面的面积可逐渐减小。在距离L达到某一预定范围之后，流量停止减少并且维持基本恒定。更具体地，例如，在孔板104a和相邻的孔板104b之间的距离L尚小的情况下，经上游侧孔板104a开孔102节流的压力流体被持续导入孔板104b的开孔102，尚不足以充分扩展到喷嘴通道98的通道直径。正由于此，通过孔板104b不能获得足够的节流效果。
相反，在确保相邻的孔板104a和104b之间的距离L为大的情况下，由孔板104a的开孔102节流的压力流体立刻扩展到喷嘴通道98的通道直径，之后，因为流体再一次流过孔板104b的开孔102，所以复合的有效横截面的面积适当减小。
接下来，将参照图6简要说明由开孔102的直径D和构成节流机构106的孔板104a至104b的间距L所形成的距离-直径比L/D与相比于未设节流机构的情况下的压力流体的流量减少ΔQ之间的关系。
从图6可知，随着将上述距离-直径比L/D设大，压力流体的流量逐渐减少，因而可使减少的流量ΔQ增大。更具体地说，通过设定距离L和开孔直径D之间的关系，使得L/D大于或等于约20，可使压力流体的减少流量ΔQ达到最大。
以上述方式，根据本实施例，由多个孔板104a至104d构成的节流机构106设置在连通主要侧端口38和喷嘴反压室78所的喷嘴通道98中。孔板104a至104d沿喷嘴通道98呈直线排列，使压力流体流经形成在孔板104a至104d中心的开孔102。正由于此，流过喷嘴通道98的压力流体接连流经以预定间隔排列的孔板104a至104b的开孔102，从而能够减小喷嘴通道98内的有效横截面的面积。结果，有利于减少压力流体的消耗量，从而促进节能，并且能够降低流体压力装置的运行成本。
此外，在通常情况下，包含具有单一节流阀的减压阀的传统流体压力装置，如果想减少其中所使用的压力流体的消耗量，人们可能会考虑进一步将节流阀的直径最小化，从而以减少压力流体的流量。但是，在减小节流阀直径的情况下，人们又担心压力流体内所含的灰尘和类似物质有可能会造成阻塞。
相比而言，根据本实施例，构成节流机构106的多个孔板104a至104d同轴设置在喷嘴98内，通过使压力流体顺次流经多个开孔102，能够逐步减少压力流体的流量。因此，与在上述单一节流阀中形成的小直径相比，开孔102的直径D可被设定得较大。结果，由压力流体所含的灰尘和类似物质所造成的开孔102的阻塞得到抑制，具有节流机构106的减压阀10(流体压力装置)的维护周期得以被延长，同时还减少了流体压力装置所需的维持操作。换句话说，减压阀10的可维护性得到加强。
关于上述减压阀10，所描述的情形是，在喷嘴通道98中多个孔板104a至104d同轴排列且分开预定的距离。但是，本发明不必局限于这些特征。
例如，如图7A所示，多个节流孔130a到130d可以直接设置在喷嘴通道98内。在这种情况下，节流孔130a到130d分别沿喷嘴通道98的轴线设置，且形成在壁部132的中心，所述壁部132沿轴线方向相互分开预定距离。以这种方式，通过在喷嘴通道98直接设置多个节流孔130a到130d，与之前讨论的设置孔板104a至104b的情况相比，能够减少构成节流机构的构件数目，同时能够减少装配步骤的数目。此外，如图7B所示，设置在喷嘴通道98中的多个孔(orifice holes)140a至140b也可以在垂直于喷嘴通道98的轴线方向上彼此相互偏置。顺便提及，在孔140a至140b以这种方式相互偏移(中心错位)的情况下，没有必要将孔140a至140b本身沿相同的轴线方向彼此相互分开。
例如，如图8所示，为替代上述实施例所述的节流机构106，还可以应用第一变化例的节流机构156。在第一变化例中，单个孔板104a被设置在第二本体部34中的喷嘴通道98中，此外，中心具有节流孔150的多个孔块152a至152c被设置在喷嘴通道98的、在第三本体部36中沿径向向内方向延伸的部分中，并且具有朝着连通孔100侧推动孔块152a至152c的第三弹簧154。
节流机构156包括多个(例如，三个)孔块152a至152c。孔块152a至152c形成为圆柱形，具有与喷嘴通道98的内径相对应的外圆周直径。在其一端侧形成有小直径的节流孔150分别通往孔块152a至152c的内部。在孔块152a至152c中，节流孔150的小直径区域同轴设置在连通孔100侧上，更具体地说，设置在流经喷嘴通道98的压力流体的下游侧，第三弹簧154介于距离连通孔100最远位置处的上游侧孔块152a与安装在喷嘴通道98开口端的塞子158之间。因此，多个孔块152a至152c通常处于在第三弹簧154的弹性作用下被朝着连通孔100侧按压的状态。
另外，在供应到喷嘴通道98的压力流体流过孔板104a的开孔102之后，压力流体被从连通孔100供应到喷嘴反压室78，该压力流体经过位于最上游侧的孔块152a的节流孔150，再通过各孔块152b和152c的节流孔150。
此外，如图9所示，为替代根据上述实施例的节流机构106，可以应用根据第二变化例的节流机构200。节流机构200的不同之处在于：设置了塞子202，用以取代构成第一变化例的所述节流机构156的一部分的第三弹簧154，其中，塞子158和孔块152a集合成为一个单一单元。
另一方面，本发明不只局限于上述节流机构106、156由多级排列的多个孔板104a至104d或者孔块152a至152c构成的情况。如图10A所示，相对于喷嘴通道98直径减小至固定值的节流通道210可被设置在喷嘴通道98的中间位置处，使得有效横截面的面积在喷嘴通道98和连通孔100之间受到扼制。此外，如图10B所示，节流通道212的直径可以朝着喷嘴通道98的下游侧逐渐扩大。
根据本发明的用于流体压力装置中的节流结构并不局限于上述实施例。只要不背离如随附权利要求所述的本发明的实质，各种其他的结构或者变更理所当然地也可以被采用。

Claims (7)

1.一种用于流体压力装置中的节流结构，所述流体压力装置具有本体，该本体中形成有端口，压力流体被供应至该端口，所述节流结构用于对压力流体实施压力控制，其特征在于，所述节流结构包含：
导入室(78)，压力流体被导入所述导入室(78)；
连通通道(98)，该连通通道(98)连通所述导入室(78)和所述端口；和
节流机构，该节流机构设置在所述连通通道(98)中并具有多个流道(102)，压力流体流过所述多个流道(102)，所述流道(102)的直径小于所述连通通道(98)的直径，用以减少压力流体的流量，
其中所述多个流道(102)沿压力流体的流向以预定间隔彼此互相邻近。
2.如权利要求1所述的节流结构，其特征在于，所述多个流道(102)平行于所述压力流体的流向排列，并沿所述连通通道(98)的延伸方向彼此互相分开。
3.如权利要求2所述的节流结构，其特征在于，所述多个流道(102)在所述连通通道(98)中沿直线同轴设置。
4.如权利要求2所述的节流结构，其特征在于，所述多个流道(102)在与所述连通通道(98)的延伸方向相垂直的方向上相互偏心。
5.如权利要求3所述的节流结构，其特征在于，在所述多个流道(102)之间，通过改变两个相邻的所述流道之间的距离(L)而改变压力流体的流量。
6.如权利要求5所述的节流结构，其特征在于，在所述多个流道(102)之间，两个相邻的所述流道之间的距离(L)被设定至少为所述流道的直径(D)的二十倍。
7.如权利要求1所述的节流结构，其特征在于，所述流体压力装置进一步包含：
隔膜室(80)，该隔膜室(80)通过喷嘴(86)与所述导入室(78)连通；和
挡板(88)，该挡板(88)设置在所述隔膜室(80)中，依靠所述挡板(88)离开和阻塞所述喷嘴(86)的动作，所述挡板(88)控制压力流体从所述导入室(78)经所述喷嘴(86)向所述隔膜室(80)内的流动，
其中，所述流体压力装置包含减压阀(10)，在该减压阀中，从一个端口供入的压力流体被减至期望的压力，然后被导向另一个端口。
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