CN102037265A - 助力开关阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种助力开关阀，其具有用于打开/关闭通道的阀杆、位于阀杆的轴上可相对于阀杆移动的工作构件和助力机构，该助力机构插置于阀杆和工作构件之间，以通过降低工作构件的移动速度而将辅助动力传递至阀杆，其中助力机构能够以简单的结构执行稳定的助力操作。助力开关阀的助力机构包括传动杆、挤压构件、一对用于传递运动的表面以及多个本体，传动杆位于工作构件的轴部分上并且具有朝着阀杆侧直径减小的部分，挤压构件连接至阀杆，用于传递运动的表面形成为与挤压构件以及用于支撑挤压构件的壳体相对，并且减小朝着外周的间隔，本体在径向方向上移动，并且插置于一对用于传递运动的表面和传动杆的直径减小的部分之间并与其接触。

Description

助力开关阀

技术领域

本发明涉及一种助力开关阀(高压阀)，其对操作力进行助力并将操作力传输至对阀体进行操作的阀杆。

背景技术

在本领域中，各种各样的这类助力开关阀都是已知的，并且在实践中已经可行。然而，这类助力开关阀体积庞大，其部件需要非常高精度的加工，并且难以获得长期使用中稳定的性能。

专利文件1

Japanese Patent No.3,392,301(日本专利No.3,392,301)

发明内容

所要解决的技术问题

本发明的发明人已经提出了专利文件1并且获得了授权，该专利文件1公开了一种助力开关阀，其具有简单的结构并且能够执行助力操作。

本发明的目的是实现一种助力开关阀，与专利文件1的助力开关阀比较，本发明的助力开关阀具有更加简单的结构并且能够执行更大的助力操作。

解决技术问题的技术方案

本发明的特征在于一种助力开关阀，包括：阀杆，所述阀杆打开和关闭流动通道；操作构件，所述操作构件定位于所述阀杆的轴线上，并且相对于所述阀杆是可相对移动的；以及助力机构，所述助力机构插置于所述阀杆和所述操作构件之间，降低所述操作构件的速度并且对所述操作构件的移动进行助力，并且将所述操作构件的移动传递至所述阀杆。所述助力机构具有传动杆，所述传动杆位于所述操作构件的轴线上，所述传动杆具有直径减小的部分，所述直径减小的部分的直径在朝着所述阀杆的方向上减小；挤压构件，所述挤压构件与所述阀杆相互连接；一对运动传动表面，所述运动传动表面形成为面对所述挤压构件和壳体，所述壳体可移动地支撑所述挤压构件，其中所述一对运动传动表面之间的空间朝着其外边界逐渐变窄；以及多个可径向移动的本体，所述多个可径向移动的本体插置在所述一对运动传动表面和所述传动杆的直径减小的部分之间并且与其接触。

可以对所述一对运动传动表面、所述传动杆的直径减小的部分以及所述多个可径向移动的本体进行配置，从而满足2＜D/d＜50，其中D表示所述操作构件在其轴向方向上的移动的量，d表示所述阀杆在其轴向方向上的移动的量。

在合意的实施方案中，所述操作构件包括活塞体，所述活塞体可滑动地安装在所述壳体中，其中所述活塞体能够通过弹簧压力在阀关闭的方向上移动以接近所述阀杆，并且所述活塞体能够通过空气压力在阀打开的方向上移动以从所述阀杆离开。

所述壳体上的运动传动表面能够包括例如与所述挤压构件的轴线垂直的表面，其中所述挤压构件上的运动传动表面是圆锥表面。

此外，通过将所述运动传动表面配置在所述壳体上从而包括在所述壳体中在径向方向上形成的三个径向凹槽的基础表面，其中所述可径向移动的本体安装在所述径向凹槽中，可以对使用可移动的本体的助力机构进行配置，所述可移动的本体在径向方向上移动较小的距离。

通过将所述运动传动表面配置在所述挤压构件上以包括坚硬环状本体，所述坚硬环状本体是与所述挤压构件分离的分离的构件，可以改进耐久性，并且可以对坚硬本体进行更换。

在实践中，使用钢球作为所述可径向移动的本体。

作为圆锥表面的选择性形式，所述传动杆的直径减小的部分可以包括球面的一部分或者非球面。

本发明的有益效果

根据本发明的助力开关阀，所述助力机构由以下部分配置而成：形成在与操作构件一体化的传动杆上的直径减小的部分，面对挤压构件和壳体的运动传动表面，以及可移动的本体，所述可移动的本体通过所述直径减小的部分和所述运动传动表面之间的接触而可在径向方向上移动。因此，能够实现一种助力机构，其具有成本总体上降低的简单结构，具有高可靠性以及高耐久性。

附图说明

图1是显示了本发明的助力开关阀的实施方案处于阀关闭状态的纵向剖面图。

图2仅仅显示了图1的上部的横截面图，显示了助力开关阀的不同的阀打开(阀关闭)状态。

图3是沿着图1中所示的线III-III所取得的横截面图。

图4是沿着图1中所示的线IV-IV所取得的横截面图。

图5显示了放大的横截面图，显示了包括图1和图2的助力开关阀的以下部分的剖面的细节：壳体的运动传动表面、挤压构件的运动传动表面、传动杆的直径减小的部分以及可径向移动的本体(钢球)。

图6是显示了根据本发明的助力开关阀的操作构件(活塞体)的行程和其输出之间的关系的合意的例子的曲线图。

附图标记列表

10    开关阀

20    气体气缸盖(gas cylinder head)

21    旋入式突出部

22    螺纹支管突出部

21a、22a  流动通道

23    环状阀座

24    开关阀体

24A   外力输入端

25    阀座

27    保持器

28    金属隔膜

30    壳体

32    上壳体

33    下壳体

33A   运动传动表面

33B 坚硬环状本体

34  活塞体(操作构件)

34A O形圈

35  压缩弹簧

36  传动杆

36A 直径减小的部分

37  滑动轴承

38  O形圈

39  压缩腔室

40A 压缩空气源

40B 调节器

40C 切换阀

41  保持器圈

42  挤压构件

42A 输出端

42B 运动传动表面

42C 径向凹槽

43  钢球(可径向移动的本体)

具体实施方式

所描述出的实施方案应用于常闭型的开关阀。如图1中所示，开关阀10具有气体气缸盖20，该气体气缸盖20可拆卸地装设于高压罐(气体气缸)和壳体(气缸)30。

旋入高压罐的旋入式连接突出部21以及螺纹支管突出部22设置在气体气缸盖20中。环状阀座23形成在气体气缸盖20中，从而使得环状阀座23位于旋入式连接突出部21的流动通道21a和螺纹支管突出部22的流动通道22a之间的通路部分上；环状阀座23以流动通道21a的中心轴线为中心。环状阀座25由比环状阀座23更软的材料制成，并且具有高密封性能，该环状阀座25固定地嵌入环状阀座23。阀座25能够由例如PCTFE形成。

保持器27沿着与流动通道21a的公共轴线固定地螺旋接合进入气体气缸盖20，以插置金属隔膜28。开关阀体24以保持状态安装进入保持器27，以可滑动地在其中移动；所述开关阀体24接近/撤离环状阀座23(阀座25)，金属隔膜28插置在它们之间。金属隔膜28使得开关阀体24能够移动，同时在开关阀体24挤压环状阀座23(阀座25)的时候切断(关闭阀)流动通道21a和流动通道22a的通路。图1的开关阀体24的上端(与环状阀座23的端部相对的端部)构成外力输入端24A。

壳体30包括上壳体(上气缸)32和下壳体(下气缸)33，它们通过锁定环31彼此连接。下壳体33与保持器27固定地螺旋接合。下壳体33(壳体30)可拆卸地安装在保持器27(气体气缸盖20)上。

活塞体(操作构件)34通过O形圈34A以气密方式可滑动地安装进入壳体30(下壳体33)。活塞体34被压缩弹簧35偏压为朝着开关阀体24移动，该压缩弹簧35插在活塞体34和上壳体32之间。传动杆36固定至在其轴线上的活塞体34，传动杆36通过滑动轴承37和O形圈38以气密方式被壳体30(下壳体33)可滑动地支撑。压缩腔室39限定在活塞体34和下壳体33之间。具有所需压力的压缩空气通过压缩空气源40A、调节器40B和切换阀40C供给至压缩腔室39。

在图1中所示的下端，由保持器圈41保持的挤压构件42可滑动地安装进入壳体30(下壳体33)。挤压构件42的下端构成与开关阀体24的外力输入端24A邻接的输出端42A。

直径减小的部分36A(其在朝着开关阀体24的方向上具有减小的直径)形成在传动杆36的下端(朝着挤压构件42的一端)上。彼此隔开的运动传动表面42B和运动传动表面33A分别形成在挤压构件42和下壳体33上，从而围绕直径减小的部分36A。设置在下壳体33中的运动传动表面33A是固定的，设置在挤压构件42上的运动传动表面42B是可移动的。

在所描述的实施方案中，传动杆36的直径减小的部分36A形成为球面的一部分(或者非球面)。可移动的运动传动表面42B是与挤压构件42(传动杆36)的轴线垂直的表面。固定的运动传动表面33A形成为圆锥表面的一部分，该圆锥表面具有与挤压构件42相同的中心轴线，其在朝着其外边界的方向上使得其本身和运动传动表面42B之间的空间逐渐变窄。如图3和图4中所示，运动传动表面42B形成为三个径向凹槽42C的基础表面，所示三个径向凹槽42C以等角度间隔形成在挤压构件42中。每个径向凹槽42C具有可旋转地安装在其中的钢球(可径向移动的本体)43。径向凹槽42C能够使用任意形状，例如V形截面凹槽42C(V)(图4(A))或圆形截面凹槽42C(R)(图4(B))等等。钢球43同时与传动杆36的直径减小的部分36A以及一对运动传动表面33A和42B的每一个接触。此外，运动传动表面33A形成在高耐磨的坚硬环状本体33B上，所述坚硬环状本体33B形成为与下壳体33分离的构件；该坚硬环状本体33B固定至下壳体33。传动杆36、挤压构件42和坚硬环状本体33B由例如可淬火的SUJ2和SUS440C等等形成。退切凹进42D形成在挤压构件42的轴部分中，传动杆36的直径减小的部分36A进入该退切凹进42D并撤离。

具有上述结构的开关阀通过如下方式进行操作。在图2的右端的图形显示了壳体30从气体气缸盖20移除的状态，活塞体34由于压缩弹簧35的力而位于向下的极限。在活塞体34处于向下的极限的时候，传动杆36的直径减小的部分36A在径向向外的方向上推动钢球43，由于运动传动表面33A和运动传动表面42B之间的空间朝着外边界方向逐渐变窄，挤压构件42被钢球43向下推动，并且同样地位于其向下的极限。

在将壳体30(下壳体33)螺旋安装在气体气缸盖20的保持器27上的情况下，挤压构件42的输出端42A由于压缩弹簧35的力通过外力输入端24A向下推动开关阀体24。然后，金属隔膜28安置在环状阀座23(阀座25)上，并且关闭流动通道21a和流动通道22a之间的通路(关闭气体气缸)。图1显示了这种阀关闭状态。请注意，在图2的中部的两幅图中，左边的图形显示了具有新阀座25的关闭状态，右边的图显示了具有已经到达其磨损极限的阀座25的关闭状态。磨损极限(在磨损的阀座25上能够维持关闭状态的极限量)设置为合适的量。

在本实施方案中，经由压缩弹簧35的阀关闭力能够获得助力并且传递至挤压构件42(开关阀体24)。换言之，如图5中所示，由于直径减小的部分36A、运动传动表面33A以及运动传动表面42B的操作，因为挤压构件42能够移动一定的移动量d，而该移动量d小于传动杆36的移动量D(D＞d)，所以开关阀体24的阀座25能够以较强的力挤压并关闭环状阀座23。助力率D/d能够根据运动传动表面33A和运动传动表面42B之间的角度以及直径减小的部分36A的角度而自由设置。特别地，该助力率D/d值能够设置为大约2至50。在图中所示的例子中，D/d值在每个行程位置发生变化，该D/d值设置为6至11。足够使得运动传动表面33A和运动传动表面42B之间的空间朝着外边界平稳地减小，从而(例如，和图中所示的例子不同)运动传动表面33A可以是垂直于轴线的表面，运动传动表面42B可以是圆锥表面，或者运动传动表面33A和运动传动表面42B两者都可以设置为圆锥表面。

在图2中，‘A’表示活塞体36从阀完全关闭状态(图2中最左边的图形)到阀关闭位置(图2中从左边数的第二幅图形)的移动的量，‘B’表示其从阀完全关闭状态到阀座磨损极限(图2中从右边数的第二幅图形)的移动的量，‘C’表示从阀座磨损极限到自由状态(图2中最右边的图)的移动的量；其中在这些截面的每一个中，挤压构件42的移动量由‘a’、‘b’和‘c’表示；并且A＞a，B＞b，C＞c。

图6是显示了挤压构件42(开关阀体24)的行程(mm)和输出(kN)的例子的曲线图。在该例子中，通过将传动杆36的直径减小的部分36A形成为球面的一部分(或者非球面)，能够实现从阀完全关闭状态到阀座磨损极限的基本上恒定的阀关闭力。

更具体而言，传动杆36的直径减小的部分36A的形状Fs、在该位置的弹簧反作用力Sp、传动杆36的移动量Fo以及挤压构件42的输出So基于以下的表达式而确定了挤压构件42的移动量：

Fs×Sp＝Fo×So

也就是说，当活塞体34(传动杆36)从最上位置向下一次移动单位量的时候，在其每个位置获得弹簧反作用力。此外，如果确定了所需输出，因为能够从上述表达式中获得挤压构件42的移动的量，钢球43在其径向方向上的移动的量通过运动传动表面33A和运动传动表面42B之间的角度而获得，直径减小的部分36A的形状由每个钢球43的连接切线而获得。请注意，即使利用简单的圆锥表面，传动杆36的直径减小的部分36A也能够获得足够的助力操作。

为了将阀打开，经调节的压缩空气仅仅需要通过压缩空气源40A、调节器40B以及切换阀40C而供给至压缩腔室39。当由压缩空气压力引起的力超过压缩弹簧35的力时，因为活塞体34和传动杆36向上移动，并且阀关闭力消失，开关阀体24通过气体气缸中高压气体的压力而在阀打开的方向上移动，开关阀体24(金属隔膜28)移动远离环状阀座23(阀座25)。因此，阀被打开，气体气缸内的压缩气体能够从流动通道21a引至流动通道22a(一种使用高压气体的装置，其螺旋接合在螺纹支管突出部22上)。

工业适用性

本发明的助力开关阀能够广泛地应用为(例如)高压罐(气体气缸)的开关阀。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种助力开关阀，包括：

阀杆，所述阀杆打开和关闭流动通道；

操作构件，所述操作构件位于所述阀杆的轴线上，并且相对于所述阀杆是可相对移动的；以及

助力机构，所述助力机构插置于所述阀杆和所述操作构件之间，降低所述操作构件的速度并且对所述操作构件的移动进行助力，并且将所述操作构件的所述移动传递至所述阀杆，

其中所述助力机构包括：

传动杆，所述传动杆位于所述操作构件的轴线上，所述传动杆具有直径减小的部分，所述直径减小的部分的直径在朝着所述阀杆的方向上减小；

挤压构件，所述挤压构件与所述阀杆相互连接；一对运动传动表面，所述运动传动表面形成为面对所述挤压构件和壳体，所述壳体可移动地支撑所述挤压构件，其中所述一对运动传动表面之间的空间朝着其外边界逐渐变窄；以及

多个可径向移动的本体，所述可径向移动的本体插置在所述一对运动传动表面和所述传动杆的直径减小的部分之间并且与其接触；

其中所述阀杆包括开关阀体，所述开关阀体接触所述环状阀座和远离所述环状阀座，以关闭和打开所述流动通道；以及

其中所述传动杆的所述直径减小的部分形成为球面的一部分或者非球面，从而能够实现从阀完全关闭状态到阀座磨损极限的基本上恒定的阀关闭力，在所述阀完全关闭状态所述流动通道被安置在所述阀座上的所述开关阀体所关闭，在所述阀座磨损极限处即使在所述阀座已经磨损的情况下也能够维持阀关闭状态。

2.根据权利要求1所述的助力开关阀，其中所述一对运动传动表面、所述传动杆的直径减小的部分以及所述多个可径向移动的本体被确定为满足：2＜D/d＜50，其中

D表示所述操作构件在其轴向方向上的移动的量；并且

d表示所述阀杆在其轴向方向上的移动的量。

3.根据权利要求1或2所述的助力开关阀，其中所述操作构件包括活塞体，所述活塞体可滑动地安装在所述壳体中，其中所述活塞体通过弹簧压力在阀关闭的方向上移动以紧密接近所述阀杆，并且所述活塞体通过空气压力在阀打开的方向上移动以从所述阀杆离开。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的助力开关阀，其中所述壳体上的运动传动表面包括与所述挤压构件的轴线垂直的表面，其中所述挤压构件上的运动传动表面是圆锥表面。

5.根据权利要求4所述的助力开关阀，其中在所述壳体上的所述运动传动表面包括在所述壳体中在径向方向形成的三个径向凹槽的基础表面，其中所述可径向移动的本体安装在所述径向凹槽中。

6.根据权利要求4或5所述的助力开关阀，其中在所述挤压构件上的所述运动传动表面包括坚硬环状本体，所述坚硬环状本体是与所述挤压构件分离的分离构件。

7.根据权利要求1至6的任一项所述的助力开关阀，其中所述可径向移动的本体是钢球。

说明或声明(按照条约第19条的修改)

根据PCT条约第19条修改的声明的译文

权利要求1在将申请时的权利要求1和8结合的同时，为了明确权利要求8中“球面的一部分或者非球面”的作用，明确记载了“所述阀杆包括开关阀体，所述开关阀体接触所述环状阀座和远离所述环状阀座，以关闭和打开所述流动通道；以及

其中所述传动杆的所述直径减小的部分形成为球面或者非球面的一部分，从而能够实现从阀完全关闭状态到阀座磨损极限的基本上恒定的阀关闭力，在所述阀完全关闭状态所述流动通道被安置在所述阀座上的所述开关阀体所关闭，在所述阀座磨损极限处即使在所述阀座已经磨损的情况下也能够维持阀关闭状态”。

此结构的作用效果在图6及第27至29段中有详细说明。国际检索报告的文献1虽然被作为X文献引用，但是没有言及阀座、阀座的磨损极限以及传动杆的直径减小的部分的“球面的一部分或者非球面”，仅在第6页第11至12行记载了“为了形成倾斜面18，阀棒4的下方形成为圆锥状。”

Claims (8)

1.一种助力开关阀，包括：

阀杆，所述阀杆打开和关闭流动通道；

操作构件，所述操作构件位于所述阀杆的轴线上，并且相对于所述阀杆是可相对移动的；以及

助力机构，所述助力机构插置于所述阀杆和所述操作构件之间，降低所述操作构件的速度并且对所述操作构件的移动进行助力，并且将所述操作构件的所述移动传递至所述阀杆，

其中所述助力机构包括：

传动杆，所述传动杆位于所述操作构件的轴线上，所述传动杆具有直径减小的部分，所述直径减小的部分的直径在朝着所述阀杆的方向上减小；

挤压构件，所述挤压构件与所述阀杆相互连接；

一对运动传动表面，所述运动传动表面形成为面对所述挤压构件和壳体，所述壳体可移动地支撑所述挤压构件，其中所述一对运动传动表面之间的空间朝着其外边界逐渐变窄；以及

多个可径向移动的本体，所述可径向移动的本体插置在所述一对运动传动表面和所述传动杆的直径减小的部分之间并且与其接触。

2.根据权利要求1所述的助力开关阀，其中所述一对运动传动表面、所述传动杆的直径减小的部分以及所述多个可径向移动的本体被确定为满足：2＜D/d＜50，其中

D表示所述操作构件在其轴向方向上的移动的量；并且

d表示所述阀杆在其轴向方向上的移动的量。

3.根据权利要求1或2所述的助力开关阀，其中所述操作构件包括活塞体，所述活塞体可滑动地安装在所述壳体中，其中所述活塞体通过弹簧压力在阀关闭的方向上移动以紧密接近所述阀杆，并且所述活塞体通过空气压力在阀打开的方向上移动以从所述阀杆离开。

4.根据权利要求1至3的任一项所述的助力开关阀，其中所述壳体上的运动传动表面包括与所述挤压构件的轴线垂直的表面，其中所述挤压构件上的运动传动表面是圆锥表面。

5.根据权利要求4所述的助力开关阀，其中在所述壳体上的所述运动传动表面包括在所述壳体中在径向方向形成的三个径向凹槽的基础表面，其中所述可径向移动的本体安装在所述径向凹槽中。

6.根据权利要求4或5所述的助力开关阀，其中在所述挤压构件上的所述运动传动表面包括坚硬环状本体，所述环状本体是与所述挤压构件分离的分离构件。

7.根据权利要求1至6的任一项所述的助力开关阀，其中所述可径向移动的本体是钢球。

8.根据权利要求1至7的任一项所述的助力开关阀，其中所述传动杆的直径减小的部分包括球面的一部分或者非球面。

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