CN102959485B

CN102959485B - 减压阀

Info

Publication number: CN102959485B
Application number: CN201180031274.1A
Authority: CN
Inventors: 二宫诚; 野道薰; 铃木丰
Original assignee: Kawasaki Jukogyo KK
Current assignee: Kawasaki Motors Ltd
Priority date: 2010-10-25
Filing date: 2011-10-18
Publication date: 2015-06-10
Anticipated expiration: 2031-10-18
Also published as: US20130263942A1; CN102959485A; EP2634662B1; WO2012056647A1; KR101378225B1; EP2634662A1; JP5462764B2; KR20120082929A; JP2012093809A; CA2815674A1; EP2634662A4; US9141115B2; CA2815674C

Abstract

本发明提供响应性、耐用性及可靠性优异，能够得到稳定的输出特性的减压阀。减压阀（1）具备外壳（2），该外壳（2）具有连结一次侧端口（17）和二次侧端口（18）的阀通路（19）。又，在外壳（2）内设置有阀体（3），该阀体（3）可在关闭阀通路（19）的关闭位置与打开阀通路（19）的打开位置之间移动，对阀通路（19）的开度进行调整。又，阀体（3）在二次压p₂作用下被推向关闭位置，设置有弹簧构件（5），以抵抗该二次压p₂将阀体（3）向打开位置施力。另外，在阀体（3）上设置有滚动轴承（4），利用该滚动轴承（4）可移动地支持阀体（3）。

Description

减压阀

技术领域

本发明涉及将一次侧端口侧的工作流体减压提供给二次侧端口侧的减压阀。

背景技术

使用压缩天然气和氢气等气体的机器，从输送效率和贮存量考虑，接收高压气体供给源提供的燃料气体，将其减压到使用压力或耐压以下的压力使用。因此，在气体供给源与机器之间设置将气体减压到使用压力等的减压阀。作为这种减压阀的一个例子，有例如专利文献1上记载的减压阀。

专利文献1记载的减压阀具备主体。主体内形成开口，设置阀体。阀体可滑动地支持于主体，能够在关闭开口的关闭位置与打开开口的打开位置之间往复运动。阀体向关闭位置受到二次压，由弹簧向打开位置施力，处于二次压的作用力与弹簧的弹力平衡的位置。因此，减压后的二次压保持与弹簧的弹力相应的大致一定的设定压力。

现有技术文献：

专利文献1 ：日本特开2005－4553号公报。

发明内容

发明要解决的问题：

专利文献1记载的减压阀中，阀体的前端部及后端部分别支持于第一、第二缸，阀体与缸可能发生接触。因此，为了调整二次压，阀体反复进行往复运动，因此阀体与缸的接触面有发生磨耗或卡住的可能。因此，不能够充分确保阀体的耐用性。而且，在阀体与缸接触等情况下，滑动时的摩擦阻力（即滑动阻力）变大，与阀体的运动方向相对的力变大，阀体的响应性下降，二次压的稳定性及调压精度变差。

因此，作为避免使阀体与缸接触的方案，有加大阀体与缸之间的间隙的方案，但是这样一来，阀体发生倾斜或偏离中心，容易发生O形环不均匀磨耗或阀体与缸咬合的情况，降低减压阀的耐用性。

因此，本发明的目的在于，提供响应性、耐用性及可靠性优异的，能够得到稳定的输出特性的减压阀。

解决问题的手段：

本发明的减压阀，具备具有连结一次侧端口与二次侧端口的阀通路的外壳、设置于所述外壳内，在关闭所述阀通路的关闭位置与打开所述阀通路的打开位置之间移动，对阀通路的开度进行调整，而且由二次压推向所述关闭位置的阀体、抵抗所述二次压将所述阀体向所述打开位置施力的施力构件、以及外嵌于所述阀体，可移动地支持所述阀体的滚动轴承。

根据本发明，阀体由滚动轴承点状支持，因此与已有技术的减压阀相比，作用于阀体的滑动阻力小。而且通过将滚动轴承外嵌于阀体，滚动轴承与阀体之间的间隙小，可以减小阀体的倾斜和偏离中心。这样可以抑制由于阀体与外壳接触造成滑动阻力部分增大的情况，能够提高减压阀的可靠性。由于能够这样减小对阀体的滑动阻力，阀体对二次压的变化能够很快作出反应，能够提高对二次压的变化的响应性。又，由于能够抑制阀体的倾斜、偏离中心，因此能够抑制阀体与外壳咬合，提高减压阀的耐用性。这样能够提供响应性、耐用性及可靠性优异的，能够得到稳定的输出特性的减压阀。

在上述发明中，优选地，所述阀体与所述外壳之间的间隙比所述阀体与所述滚动轴承之间的间隙大。

根据上述结构，能够抑制外壳与阀体的接触。这样能够防止阀体与外壳接触造成磨耗，能够进一步提高减压阀的耐用性。

在上述发明中，优选地，所述滚动轴承外嵌于所述阀体以覆盖所述阀体的重心。

根据上述结构，滚动轴承配置于阀体的重心附近，这样能够减小施加于阀体的惯性力，能够实现不容易受外部干扰影响的支持机构。

在上述发明中，优选地，在所述外壳内形成有将所述二次压从所述阀通路引入的二次侧压力室、以及容纳所述滚动轴承的轴承收容空间，所述轴承收容空间利用密封构件与所述二次侧压力室及所述阀通路隔离。

根据上述结构，滚动轴承不浸渍于阀通路和二次侧压力室的工作流体中。这样能够使用会腐蚀滚动轴承的腐蚀性流体作为工作流体，增加减压阀的使用用途。又，能够防止轴承收容空间内存在的物质混入工作流体中流向减压阀的下游侧，因此，例如在下游对工作流体的清洁度有要求的装置中也可以对滚动轴承使用油脂等润滑剂。

在上述发明中，优选地，所述滚动轴承具有固定于所述外壳，外装于所述阀体的筒状的衬套、以及容纳于所述衬套内的多个滚珠，所述多个滚珠配置为能与所述阀体抵接滚动，在所述衬套的两端部，形成有向内的法兰，以防止所述滚珠飞出所述衬套，所述衬套中形成有能够从其外侧向其内部供给润滑剂的供给孔。

根据上述结构，能够从衬套外侧向衬套内供给润滑剂，因此能够防止衬套内缺少润滑剂，进一步提高减压阀的耐用性。

发明的效果：

根据本发明，能够提供响应性、耐用性及可靠性优异的，能够得到稳定的输出特性的减压阀。

本发明的上述目的、其他目的、特征以及优点，可以从参照附图、下述的优选的实施形态的详细说明中了解到。

附图说明

图1是本发明第1实施形态的减压阀的剖面图；

图2是图1所示的区域X的放大剖面图；

图3是图1所示的区域Y的放大剖面图；

图4是图1所示的区域Z的放大剖面图；

图5是本发明第2实施形态的减压阀的剖面图；

图6是本发明第3实施形态的减压阀的剖面图。

具体实施方式

下面参照上述附图对根据本发明的实施形态的减压阀1、1A、1B进行说明。另外，实施形态中的上下方向的概念是为了说明方便而使用的，对于减压阀1、1A、1B，不表示将它们的结构的配置及方向等限定于该方向。又，下面说明的减压阀1、1A、1B只是本发明一实施形态，本发明不限定于实施形态，在不脱离发明的主旨的范围内，可以追加、删除、变更。

＜第1实施形态＞

[减压阀的结构]

减压阀1是在将工作流体、主要是高压气体减压到使用压力或大气压的情况下使用的阀门，在与高压容器等气体供给源连接的供给流路或与大气连通的排出流路等当中使用。减压阀1，如图1所示，具备外壳2、阀体3、滚动轴承4以及弹簧构件5。

外壳2由外壳板块11、支持部12及盖13三个构件构成。外壳板块11上形成作为有底孔的插入孔14。在规定插入孔14的底部，形成一次侧通路15，在规定插入孔14的侧面部，形成二次侧通路16。一次侧通路15与一次侧端口17连接，二次侧通路16与二次侧端口18连接。一次侧通路15及二次侧通路16与下述一次侧区域23和二次侧区域24（一起包含于插入孔14的区域）一起构成阀通路19。又，在插入孔14中螺纹结合外壳2的支持部12。

支持部12大致形成为圆筒状，其前端部分12a插入插入孔14，拧紧以达到密封状态。又，支持部12在其中间部分具有向半径方向外侧延伸的法兰12b，该法兰12b的下表面与外壳板块11的上表面抵接。法兰12b设置为，与外周边部分12c相比，其以外的部分的弹簧座部12d较厚，在该弹簧座部12d的外周部与盖13螺纹结合。

盖13大致形成为有底圆筒状，处于能够在其中容纳支持部12中从外壳板块11突出的部分的位置，盖13的开口端与法兰12b的外周边部分12c的上表面抵接。在这样由3个构件构成的外壳2内，设置能够沿着支持部12的轴线L1在上下方向上往复运动的阀体3。

阀体3大致形成为圆柱状，其基部3a比其他部分更向半径方向外侧突出。阀体3的其他部分插通支持部12，其前端部3b从支持部12的前端部分12a向下侧突出。前端部3b与一次侧通路15的开口相对，在该一次侧通路15的开口周围，包围着开口形成圆环状突起片20。又，阀体3在与前端部3b的突起片20相对的位置上具有座部21，阀体3位于该座部21与突起片20互相间隔的打开位置（参照图1）上，因此阀通路19打开，在座部21与突起片20之间形成孔口（Orifice）22。插入孔14由该孔口22分为其内侧的一次侧区域23和处于外侧的二次侧区域24，座部21就座于突起片20上（即阀体3位于关闭位置），使得该孔口22关闭，阀体3将一次侧区域23与二次侧区域24之间堵住，阀通路19被关闭。在这样开闭阀通路19的阀体3上外嵌滚动轴承4。

滚动轴承4是所谓直动型的滚珠导轨，其详细结构将在后面叙述，大致构成为圆筒状。滚动轴承4被收容于轴承收容空间25内。轴承收容空间25是形成于支持部12与阀体3之间的圆筒状空间，支持部12的基端部12e侧的内周部以比其他部分直径大的形状在此形成。收容于轴承收容空间25的滚动轴承4嵌插于支持部12的内周部，介于支持部12与阀体3之间，支持阀体3而且使其能够沿着轴线L1在上下方向上往复运动。这样支持阀体3的滚动轴承4，配置为从半径方向外侧覆盖着阀体3的中央部分、具体是阀体3的重心点G，抑制阀体3向左右前后（即半径方向外侧）倾斜运动。下面参照图2对滚动轴承4的具体结构进行说明。

如图2所示，滚动轴承4具备衬套26、护圈（retainer）27以及多个滚珠28。衬套26大致形成为圆筒状，在其两侧的开口端部具有向内法兰26a、26b。向内法兰26a、26b在各开口端部的周向的整个圆周上形成，向半径方向内侧延伸。介于这两个向内法兰26a、26b之间具有圆筒状的护圈27。护圈27上形成多个孔，各孔中可转动地嵌入滚珠28。多个滚珠28与轴线L1平行排列为一列，滚珠28的列在护圈27上在周向的整个圆周上等间隔配置。

这样构成的滚动轴承4中，衬套26嵌插固定于支持部12。多个滚珠28配置为与衬套26的内周面和阀体3的外周面抵接，在阀体3向上下方向移动时转动，使阀体3能够在上下方向上圆滑地移动。另外，滚动轴承4不限定于如上所述构成，例如也可以是在护圈27的内周面上形成多条环状槽，在各环状槽中可转动地设置多个滚珠28，滚珠28沿着该环状槽转动的线性导轨。

另一方面，如图3及图4所示，阀体3的前端部3b侧及基部3a侧与外壳2各自的间隙t2、t3比滚动轴承4与阀体3之间的间隙t1大。具体地说，阀体3 的中央部分靠前端部3b侧的部分（以下也简称“密封部分”）3c的外径，比外嵌滚动轴承4的中央部分直径小（参照图1），而且比支持部12的小直径部分12f的内径小。在该密封部分3c的外周部与小直径部分12f之间，如图3所示，有比间隙t1大的间隙t2，利用该间隙t2可防止密封部分3c与支持部12的小直径部分12f接触。又，在密封部分3c的外周部，在该周向的整个圆周上形成第一密封槽29。该第一密封槽29中嵌入第一密封构件30，利用第一密封构件30将密封部分3c与支持部12之间密封。

又，阀体3的基部3a的外径，如图4所示，比盖13的内径小，基部3a的外周部与盖13的内周部之间，存在比间隙t1大的间隙t3。借助于此，能够防止阀体3的基部3a接触到盖13。又，在基部3a的外周部，在其周向的整个圆周上形成第二密封槽31。在该第二密封槽31中嵌入第二密封构件32，利用第二密封构件32将基部3a与盖13之间密封。

此外，在阀体3的基部3a，形成沿着阀体3的轴线延伸的凹处33，在阀体3的基部3a与盖13（具体地，盖13的天花板）之间，形成包含该凹处33的二次侧压力室34。该二次侧压力室34利用第二密封构件32与下述弹簧收容室37隔离。又，二次侧压力室34借助于在阀体3上形成的连通孔35及圆环通路36与二次侧区域24连接。

连通孔35，如图1所示具有连通部35a和连接部35b，连通部35a从凹处33的底侧沿着阀体3的轴线延伸。连通孔35的前端侧延伸到阀体3的前端部3b的跟前，在其前端侧的部分连接着连接部35b。连接部35b在半径方向上贯通阀体3延伸，其两端在阀体3的外周部，比密封部分3c更靠前端部3b侧开口。阀体3的比密封部分3c更靠前端部3b的一侧形成为小直径，与支持部12的内周面之间，形成圆环状的圆环通路36。连通孔35通过圆环通路36连接于二次侧区域24，借助于圆环通路36及连通孔35将二次侧区域24与二次侧压力室34连通。而且阀体3的基端面对该二次侧压力室34。

阀体3的基端形成接受被导入二次侧压力室34的工作流体的压力的受压面3d，利用受压面3d承受的压力（即按压力）将阀体3推向关闭位置。另一方面，弹簧构件5抵抗二次压的按压力将阀体3向打开位置施力。

弹簧构件5是所谓压缩卷簧，配置于外壳2内。在外壳2内，支持部12的外周面与盖13的内周面之间形成圆环状的弹簧收容室37，弹簧构件5在压缩的状态下被收容于该弹簧收容室37。弹簧构件5，其下端部及上端部分别与支持部12的弹簧座12d的上表面及基部3a的下表面抵接，将阀体3向打开位置施力。

又，弹簧收容室37，借助于盖13上形成的大气连通孔38向大气开放，介于支持部12的基端部12e与基部3a之间，与轴承收容空间25连接。这样连接着的弹簧收容室37及轴承收容空间25，借助于第一密封构件30与二次侧区域24（即阀通路19）隔离，借助于第二密封构件32与二次侧压力室34隔离。即、弹簧收容室37及轴承收容空间25与导入工作流体的区域隔离，向大气开放。借助于此，使滚动轴承4不浸渍于工作流体中，会腐蚀滚动轴承4的腐蚀性流体（例如氢气和含硫气体等）可以作为工作流体使用，增加了减压阀1的用途。又，轴承收容空间25内存在的物质不向二次侧压力室34和二次侧区域24流出，能够防止该物质混入工作流体，流往减压阀1的下游侧。这样，即使是例如在下游对工作流体的清洁度要求高的装置，也可以对滚动轴承4使用油脂等润滑剂。

另外，滚动轴承4虽然是滚珠28只在相同的地方（即护圈27的孔内）自转，因此在滚珠28上涂布的润滑剂不容易干枯的结构，但是由于长期连续使用，润滑剂越来越少。由于衬套26的两端部的开口被向内法兰26a、26b堵塞，因此不容易从这些开口供给润滑剂，但是在支持部12及衬套26上形成将弹簧收容室37与衬套26内相连结的供给孔39、40，能够从该处向衬套26内供给润滑材料。借助于此，即使是组装后也容易从衬套26的外侧向其内部供给润滑剂，能够使滚珠28经常得到润滑。

[减压阀的动作]

以下参照图1说明使导入一次侧端口17的工作流体、例如高压气体减压时减压阀1的动作。另外，工作流体也可以使用含硫气体等腐蚀性流体或高压空气等非腐蚀性流体。

减压阀1利用弹簧构件5将阀体3向打开方向施力，因此减压阀1为常开，导入一次侧端口17的高压气体通过孔口22被导入二次侧区域24。高压气体通过孔口22时从一次压p₁减压到低压的二次压p₂，被导入二次侧区域24，再通过二次侧通路16及二次侧端口18向下游侧的机器供给。

减压后的低压气体不仅通过二次侧通路16，还通过圆环通路36及连通孔35被导入二次侧压力室34。借助于此，将二次压p₂作用于阀体3的受压面3d，利用二次压p₂将阀体3推向关闭位置。这样一来，阀体3向关闭孔口22的方向移动，阀体移动到受压面3d受压的二次压p₂的作用力、由弹簧构件5施加的力以及作用于其他阀体3的力相互平衡的位置。

例如，在二次压p₂减小的情况下，作用于受压面3d的作用力降低，由弹簧构件5施加的力超过作用于受压面3d的作用力。于是，阀体3为了保持作用于受压面3d的作用力与由弹簧构件5施加的力的力平衡，向打开位置移动，打开孔口22。借助于此，二次压p₂增加，维持于设定压力。

另外，在减压阀1中，采用滚动轴承4，又在阀体3与外壳2之间形成间隙t2、t3。另一方面，在滚动轴承4中，滚珠28与阀体3抵接，在周向的整个圆周上，滚珠28与阀体3之间的间隙t1大约为0。因此，可以使阀体3的偏离中心及倾斜比已有技术的减压阀小，而且能够防止阀体3与外壳2接触。借助于此，能够抑制滑动阻力的增大，能够提高减压阀1的可靠性。又，通过减小相对于阀体3的滑动阻力，能够对二次压p₂的变化迅速作出反应并运动，提高对二次压p₂的变化的响应性。

特别是，滚动轴承4具有启动摩擦系数小，与动摩擦系数之差小的特性，因此减压阀1能够将起动时（启动时）的启动摩擦阻力减小到比已有技术的减压阀小得多。因此，减压阀1通过使用滚动轴承4，能够提高起动时（阀体3的开始动作）的响应性。

而且，本实施形态的减压阀1能够使阀体3移动，调整孔口22的开度（即阀通路19的开度），由于相对于阀体3的滑动阻力小，能够高精度地将二次压p₂调整为设定压力。因此，二次压p₂稳定，能够得到稳定的输出特性。

又，本实施形态的减压阀1，由于阀体3的倾斜和偏离中心小，能够抑制每个产品的阀体3的倾斜和偏离中心的差异，又能够抑制第一及第二密封构件30、32不均匀磨耗产生破损，或工作流体漏出到轴承收容空间25的情况的发生。借助于此，能够实现可靠性高，耐用性优异的减压阀1。

又，在减压阀1上设有滚动轴承4，使其覆盖阀体3的重心G，因此能够抑制阀体3的倾斜和偏离中心，而且能够抑制阀体3的基部3a及前端部3b相对于轴线L1的偏离。又，通过将滚动轴承4配置于阀体3的重心G附近，能够减小施加于阀体3的惯性力，能够实现不易受外部干扰的影响的支持机构。而且，通过使阀体3的基部3a及前端部3b与外壳2之间的间隙t3、t2比阀体3与滚动轴承4之间的间隙t1大，能够防止在工作中阀体3接触到外壳2发生磨耗。借助于此，能够进一步提高减压阀1的耐用性。

＜第2实施形态＞

根据本发明的第2实施形态的减压阀1A与根据第1实施形态的减压阀1结构类似。因此对根据第2实施形态的减压阀1A的结构，只说明与根据第1实施形态的减压阀1结构不同的地方，对相同的结构则省略其说明。对下述根据第3实施形态的减压阀1B也一样。

减压阀1A，如图5所示，在这里具备的滚动轴承4A比第1实施形态的滚动轴承4短，除滚动轴承4A之外，还具备另一滚动轴承41A。作为另一滚动轴承的基部侧轴承41A，是所谓直动型滚珠导轨，具有与滚动轴承4大致相同的结构。基部侧轴承41A被容纳于轴承收容空间51，外嵌于阀体3的基部3a，而且嵌插于盖13的内周部。这样配置的基部侧轴承41A，介于盖13与阀体3之间，支持阀体3而且使其能够沿着轴线L1在上下方向上往复运动。

通过这样利用两个滚动轴承4A、41A支持阀体，能够缩短滚动轴承4A、41A的长度，并且能够确保阀体3的直线运动。因此，能够缩短减压阀1A的轴线方向的长度。

此外，减压阀1A还发挥与第1实施形态的减压阀1相同的作用效果。

＜第3实施形态＞

根据本发明的第3实施形态的减压阀1B，如图6所示，类似根据第2实施形态的减压阀1A。盖13B在其天花板部（即圆筒的底部）具有沿着轴线L1向下方延伸的支持部13a。该支持部13a向阀体3的凹处33延伸，在其外周部外嵌着基部侧轴承41B。基部侧轴承41B，嵌插于规定阀体3的凹处33的内周部，介于盖13B与阀体3之间，支持阀体3而且使其能够沿着轴线L1在上下方向上往复运动。

又，支持部13a上形成旁通通路42。旁通通路42具有连通部42a与贯通部42b。连通部42a在支持部13a的下表面开口，沿轴线L1向上方延伸。连通部42a的上端连接贯通部42b。贯通部42b在半径方向上贯通支持部13a，在支持部13a的外周面的基部侧轴承41B上侧开口。这样形成的旁通通路42连结由基部侧轴承41B上下分断的二次侧压力室34，可以将利用连通孔35导入的二次压引导到基部侧轴承41上侧的基部3a的受压面3d上。

减压阀1B发挥与第2实施形态的减压阀1A相同的作用效果。

＜其他实施形态＞

第1～第3实施形态的减压阀1中，二次侧通路16与一次侧通路15正交，但是也可以将二次侧通路16形成于盖13的天花板部，一次侧通路15与二次侧通路16排列在一条直线上。又，为了抵消从一次侧区域23的工作流体受到的一次压p₁，也可以在阀体3上形成与上述一次侧区域23连接的背压力室。以此抑制一次压p₁的影响，能够以更高的精度对二次压p₂实施减压。

根据上述说明，对于本领域技术人员来说，本发明的许多改良和其他实施形态是显而易见的。因此，上述说明仅仅作为示例解释，并以向本领域技术人员教导实施本发明的最优选的形态为目的而提供。在不脱离本发明的精神的条件下，其结构和/或功能的细节可以有实质性变更。

符号说明

1　减压阀；

2　外壳；

3　阀体；

4　滚动轴承；

5　弹簧构件；

17　一次侧端口；

18　二次侧端口；

19　阀通路；

25　轴承收容空间；

26　衬套；

26a　向内法兰；

26b　向内法兰；

28　滚珠；

30　第一密封构件；

32　第二密封构件；

34　二次侧压力室；

37　弹簧收容室；

38　大气连通孔；

39　供给孔；

40　供给孔。

Claims

1.一种减压阀，其特征在于，具备：

具有连结一次侧端口和二次侧端口的阀通路的外壳；

设置于所述外壳内，在关闭所述阀通路的关闭位置与打开所述阀通路的打开位置之间移动，对所述阀通路的开度进行调整，而且由二次压推向所述关闭位置的阀体；

抵抗所述二次压将所述阀体向所述打开位置施力的施力构件；以及

外嵌于所述阀体，可移动地支持所述阀体的滚动轴承；

所述外壳内形成有将所述二次压从所述阀通路引入的二次侧压力室、以及容纳所述滚动轴承的轴承收容空间；

所述轴承收容空间借助于密封构件与所述二次侧压力室及所述阀通路隔离，以使所述滚动轴承不浸渍于二次侧压力室及阀通路的流体中。

2.根据权利要求1所述的减压阀，其特征在于，所述阀体与所述外壳之间的间隙比所述阀体与所述滚动轴承之间的间隙大。

3.根据权利要求1所述的减压阀，其特征在于，所述滚动轴承外嵌于所述阀体以覆盖所述阀体的重心。

4.根据权利要求1所述的减压阀，其特征在于，

所述滚动轴承具有外装于所述阀体的筒状的衬套、以及容纳于所述衬套内的多个滚珠，

所述多个滚珠配置为与所述阀体抵接滚动；

在所述衬套的两端部，形成有向内的法兰，以防止所述滚珠飞出所述衬套；

所述衬套中形成有能够从所述衬套外侧向所述衬套内部提供润滑剂的供给孔。