CN103003601B

CN103003601B - 阶梯式阀门

Info

Publication number: CN103003601B
Application number: CN201080067748.3A
Authority: CN
Inventors: 高井克典; 横山雅之; 长谷川晓
Original assignee: Mitsubishi Electric Corp
Current assignee: Mitsubishi Electric Corp
Priority date: 2010-06-29
Filing date: 2010-06-29
Publication date: 2015-04-01
Anticipated expiration: 2030-06-29
Also published as: WO2012001736A1; JP5355792B2; JPWO2012001736A1; CN103003601A; DE112010005713B4; DE112010005713T5; US20120326069A1

Abstract

阀门（33）形成为与旋转中心轴（X）正交的轴正交方向上的直径比与旋转中心轴（X）平行的轴向上的直径长的变形圆，且以旋转中心轴（X）为分界使一方侧半圆的表面和另一方侧半圆的背面与阀座（34a）抵接。

Description

阶梯式阀门

技术领域

本发明涉及一种使阀门与设于流体通路的台阶（阶梯）抵接的阶梯式阀门。

背景技术

以往的蝶阀具有使椭圆形的阀门与流体通路倾斜地直接抵接的结构（例如参照专利文献1～4）、使圆形的阀门与设于流体通路的台阶（阶梯）部分抵接的阶梯式阀门结构等。

在使椭圆形的阀门与流体通路倾斜地直接抵接的结构的情况下，与使圆形的阀门和设于流体通路的台阶部分抵接的阶梯式阀门结构相比，即便在开始开阀时是相同的阀门开度，也能减小阀门与通路间的开口宽度，从而能抑制升起流量。但是，需要对阀门的外周曲面进行倾斜加工等，以在闭阀位置使椭圆形的阀门外周曲面与流体通路倾斜地抵接，且尽可能减小阀门的外周曲面与流体通路间的间隙。此外，对于流体通路与阀门抵接的部分（阀座），为了尽可能减小流体通路与阀门间的间隙，需要一定程度的平面度及表面粗糙度，因此，存在阀门及阀座的加工变得复杂这样的问题。另外，在高温时担心存在因热膨胀而相对变大的阀门与流体通路咬合的可能性，因而需要预先在阀门与流体通路之间确保一定程度的间隙。但是，若预先确保间隙，则由于在气体温度处于最高温度时，阀门伸得最长，因此，不仅在常温时，在比最高温度低的温度区域内也存在间隙，此时便会产生阀座泄漏。这样，抑制阀座泄漏与避免阀门咬合间存在折衷（tradeoff）的关系，因而很难应用在高温流体中。

与此相对的是，在使圆形的阀门与设于流体通路的台阶部分抵接的阶梯式阀门的结构的情况下，台阶部分（阀座）以旋转中心轴为分界与阀门的一侧的表面和另一侧的背面抵接。因此，阀门的外周曲面不与流体通路抵接，因而能在阀门外周曲面与流体通路之间设置间隙。此外，由于具有上述间隙，因此，即便阀门在高温时发生热膨胀，也能防止与流体通路咬合。此外，由于阀门的表面背面与阀座之间存在重叠量，因此，能抑制在闭阀时阀座泄漏。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本专利特开2005－299457号公报

专利文献2：日本专利特开平6－248984号公报

专利文献3：日本专利特开平6－280627号公报

专利文献4：日本专利特开平8－303260号公报

发明内容

但是，在现有的阶梯式阀门结构的情况下，由于阀门为圆形，因此，存在开始开阀时阀门与阀座间的开口宽度增大，升起流量较大这样的技术问题。

本发明为解决上述技术问题而作，其目的在于提供一种能抑制开始开阀时的升起流量的阶梯式阀门。

本发明的阶梯式阀门包括：阀轴，该阀轴以旋转中心轴为中心进行旋转；阀门，该阀门呈与轴向正交的轴正交方向上的直径比轴向上的直径长的变形圆状，且与阀轴一体旋转，其中，上述轴向与旋转中心轴平行；以及阀座，该阀座是设于流体通路的内表面的环状台阶，并与以旋转中心轴为分界的阀门的一方侧的表面和另一方侧的背面抵接，比起轴向上的两端部处，轴正交方向上的两端部处的阀门与阀座所抵接的重叠量较大，比起轴正交方向上的两端部处，轴向上的两端部处的阀门与流体通路间的间隙较大。

根据本发明，能提供一种阶梯式阀门，通过将阀门形成为与轴向正交的轴正交方向上的直径比和旋转中心轴平行的轴向上的直径长的变形圆状，从而能减小开始开阀时的阀门与阀座的开口宽度并增大开口部分的阀门与阀座的重叠量，且减小阀门与流体通路间的间隙，使流体不易流动，来抑制升起流量。

附图说明

图1是表示本发明实施方式1的阶梯式阀门的结构的剖视图。

图2表示实施方式1的阀部的结构，图2（a）是沿着图1所示的AA线对阀部进行剖切的剖视图，图2（b）是阀门的放大图。

图3是表示实施方式1的椭圆形的阀门和现有的圆形的阀门的、阀门开度与流量之间的关系的图表。

图4是表示实施方式1的阀门的变形例的图。

具体实施方式

以下，为了更详细地说明本发明，参照附图对用于实施本发明的实施方式进行说明。

实施方式1

图1所示的阶梯式的蝶阀由致动器部10、齿轮部20及阀部30构成，其中，上述致动器部10产生使阀开闭的旋转驱动力，上述齿轮部20将致动器部10的驱动力传递至阀轴32，上述阀部30设于供高温气体等流体流通的管（未图示），并打开、关闭阀门33以对流体的流量进行控制。

致动器部10将DC电动机等用于电动机11，并用热防护层（heatshield）12覆盖上述电动机11。电动机11的输出轴的一端侧为伸入齿轮箱21内部的小齿轮22。在电动机11正转驱动或反转驱动时，小齿轮22与齿轮23啮合并旋转，从而将电动机11的驱动力传递至阀轴32。阀轴32固接在轴承24的内圈而被轴支承成能自由旋转，在电动机11的驱动力的作用下，以旋转中心轴X为中心旋转，并使固定于阀轴32的阀门33开闭。虽然在图示例中，在阀门33与阀轴32间压入固定有销，但也可以通过铆接固接，或是若气体温度较低，则也可使用螺钉紧固。

齿轮部20的外壳是将齿轮箱21与齿轮盖25接合而构成的，并将热防护层12与上述齿轮盖25一体形成。此外，轴承24的外圈是通过将底面与齿轮盖25内周面的台阶部分嵌合，并将板26从上表面压入固定，从而固定在齿轮盖25内部的。轴承24的内圈如上所述固接在阀轴32上。

此外，作为自动防故障装置，在阀轴32的上端侧配置有由弹簧座27保持的复位弹簧28，上述复位弹簧28对阀轴32施力，以使阀门33回到与阀座34a抵接的关闭位置。

阀部外壳31由铸铁、不锈钢等耐热钢构成。在上述阀部外壳31上设置有将外部与流体通路34连通的通孔35。在上述通孔35中插入阀轴32。此外，在上述通孔35的上端侧周向设置有金属制的过滤部36，在下端侧周向设置有衬套（轴承部）37。另外，在气体温度较低时，可在过滤部36上并设轴密封。阀轴32的一端侧由轴承24轴支承，另一端侧由衬套37轴支承。

在圆筒形状的流体通路34的内表面设置有环状的台阶（阶梯），以形成阀座34a。在阀轴32上固定有椭圆形状的阀门33，上述阀门33与阀轴32一体地以旋转中心轴X为中心旋转，以使其与阀座34a间的间隙量变化，从而对流体的流量进行控制。

图2（a）是沿着图1的AA线对阀部30进行剖切的剖视图，图2（b）是将阀门33拔出后的放大图。阀门33是缩短与旋转中心轴X平行的轴向上的直径，并加长与该轴向正交的方向（以下称为轴正交方向）上的直径的椭圆形状的变形圆。此外，阀座34a与以旋转中心轴X为分界的阀门33的一方侧半圆的表面和另一方侧半圆的背面抵接来进行密封。

另外，阀门33的外周曲面相对于表面背面垂直，其不需要倾斜加工等加工成特别的形状。因此，与先前说明的专利文献1～4那样的蝶阀相比，能廉价地进行制造。

图3是表示本实施方式1的椭圆形的阀门33和现有的阶梯式阀门的圆形的阀门的、阀门开度与流量之间的关系的图表。对于圆形的阀门，由于在开始开阀时轴正交方向上的左右两端部C开设得大，因此，比起轴向上的上下两端部B（图2（b）所示），具有更容易从轴正交方向上的左右两端部C流动的倾向。这样，由于开始开阀时的升起流量（日文：立ち上がり流量）变大，因此，流量控制变难。

另一方面，对于本实施方式1的椭圆形状的阀门33，由于与圆形的阀门相比，相同阀门开度时轴正交方向上的左右两端部C的开口宽度变窄，因此，能抑制开始开阀时的升起流量。此外，轴正交方向上的左右两端部C处的阀门33与阀座34a抵接的重叠量变大，且阀门33的外周曲面与流体通路34间的间隙变小，因此，开始开阀时流体流动的路径为由阀门33、流体通路34及阀座34a形成的迷宫结构，而不易流动。因此，能进一步抑制升起流量。因此，开始开阀时的流量控制容易。

此外，由于在轴正交方向上的左右两端部C处，阀门33与阀座34a抵接的重叠量很大，因此，在关闭阀门时，流体不易从阀门33和阀座34a间的间隙泄漏。另一方面，在轴向上的上下两端部B处，存在稍许阀门33与阀轴32间的间隙，但上述间隙之外是重叠量，因此，闭阀时阀座几乎没有泄漏。另外，通过对阀门33和阀轴32的材料、尺寸进行选择，就可减小或消除轴向上的上下两端部B处的间隙。

另外，也可不仅是加长阀门33的轴正交方向上的直径，还增大阀座34a的轴正交方向上的两端部分C位置的台阶，来进一步增大阀门33与阀座34a的重叠量。通过这种结构，不仅能抑制阀座泄漏，此外，由于也进一步加长了开始开阀时的迷宫结构，因此，能将升起流量抑制得更小。

接着，对在高温下使用本实施方式1的流体控制阀的情况、例如用作设置在供高温的废气（～800℃）流动的管路的EGRV（废气再循环阀）的情况进行说明。

当高温的流体在流体通路34中流动时，阀部外壳31、阀轴32、阀门33分别发生热膨胀。因各部分的构成材料及实际使用时的温度差，阀门33相对于流体通路34有时会相对变大或是变小。此外，若阀轴32以轴承24的下端部为基点而朝衬套37一侧伸长，则有时阀门33的位置会发生偏移。

在高温流体流动时，关于轴正交方向，虽然阀门33和阀部外壳31朝径向伸长，但不需要过分考虑因阀轴32以轴承24的下端侧为基点朝衬套37方向的热膨胀而引起的朝轴向的偏移。因此，只需减小轴正交方向上的左右两端部C处的、用于防止阀门33与流体通路34间的咬合所需的间隙即可。因此，即便加长阀门33在轴正交方向上的直径，也能避免在高温时因与流体通路34间的间隙变小而出现的咬合。此外，也能增大轴正交方向上的左右两端部C处的、阀门33与阀座34a的重叠量，还能抑制闭阀时的阀座泄漏。

关于轴向，存在阀门33与阀部外壳31的朝径向的伸长以及因阀轴32以轴承24的下端侧为基点朝衬套37的方向热膨胀而引起的朝轴向的伸长。轴向比轴正交方向更容易因高温而影响到伸缩，阀门33朝衬套37一侧的偏移也增大。因此，需要将轴向上的上下两端部B处的、用于防止阀门33与流体通路34间的咬合所需的间隙设定得比上述左右两端部C处的所需间隙大。因此，缩短阀门33在轴向上的直径，就能避免在高温时因与流体通路34间的间隙变小而出现的咬合。此外，也能确保轴方向上的上下两端部B处的、阀门33与阀座34a的重叠量，还能抑制闭阀时的阀座泄漏。

这样，考虑避免高温下的阀门咬合及抑制阀座泄漏这两方面来设定各部分的尺寸，从而不仅能在常温下使用，而且能在高温下使用。

另外，若将阀门33和流体通路34的构成材料设为例如线膨胀系数相近的材料，则能减小高温流体流动时对各部分伸缩的影响。在这种情况下，不仅能将阀门33与流体通路34间的所需间隙抑制得更小，而且由于能增大阀门33与阀座34a的重叠量，因此，能进一步抑制升起流量。作为线膨胀系数相近的材料的例子，阀门33由不锈钢构成，流体通路34由铸铁或不锈钢构成。

综上所述，根据实施方式1，阶梯式阀门构成为包括：阀轴32，该阀轴32以旋转中心轴X为中心进行旋转；阀门33，该阀门33呈相较于与旋转中心轴X平行的轴向上的直径，与该轴向正交的轴正交方向上的直径较长的变形圆状，并与阀轴32一体旋转；以及阀座34a，该阀座34a是设于流体通路34内表面的环状台阶，其与以旋转中心轴X为分界的阀门33的一方侧的表面和另一方侧的背面抵接。因此，不仅能减小开始开阀时阀门33与阀座34a间的开口宽度，而且特别是在容易对升起流量带来影响的轴正交方向上的左右两端部C处，能增大阀门33与阀座34a的重叠量且减小阀门33与流体通路34间的间隙来形成迷宫结构，从而不易使流体流动，藉此能抑制升起流量。此外，由于在阀门33和阀座34a的大致整周上存在重叠量，因此，能抑制闭阀时的阀座泄漏。此外，由于在阀门33的外周曲面与流体通路34之间存在间隙，因此，能避免咬合。

此外，即便在高温下阀轴32发生热膨胀而使阀门33的位置发生偏移，也与常温下同样地能抑制升起流量。此外，由于能将阀门33与流体通路34间的间隙设定为在阀轴32发生热膨胀而伸长的轴向上较大，因此，即便是在高温下，也能避免阀门33与流体通路34的咬合。而且，即便各部分发生热膨胀，也能确保阀门33与阀座34a的重叠量，因此，能与常温时同样地抑制阀座泄漏。

此外，根据实施方式1，不仅使阀门33形成为变形圆，而且也使阀座34a的台阶发生变形，藉此，比起轴向上的上下两端部B处，轴正交方向上的左右两端部C处的阀门33和阀座34a所抵接的重叠量较大，因此，在容易对升起流量带来影响的轴正交方向上的左右两端部C处，能增大开始开阀时的迷宫结构，并能进一步抑制升起流量。此外，也能抑制闭阀时的阀座泄漏。

此外，根据实施方式1，比起轴正交方向上的左右两端部C处，轴向上的上下两端部B处的阀门33与流体通路34间的间隙较大，因此，即便在高温时阀轴32发生热膨胀而使阀门33沿轴向偏移，也能避免咬合。

另外，在上述实施方式1的图示例中，将流体控制阀的阀门33形成为椭圆形状，但也可以为椭圆形状之外的变形圆。例如，在因热的影响而使阀轴32的伸长较大的情况下，如图4所示，形成为分别对椭圆形状（或圆形状）的阀门33的轴向上的上下两端部进行剖切来形成缺口部33a的变形圆，来进一步增大阀门33与流体通路34间的间隙来避免咬合。

此外，将流体通路34形成为圆筒形状并将阀座34a形成为环状，但也可以将它们均变形为椭圆形状。

工业上的可利用性

如上所述，本发明的阶梯式阀门不仅能抑制升起流量，还能避免高温时的阀门咬合及抑制阀座泄漏，因此，适用于废气再循环阀门等中。

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Claims

1.一种阶梯式阀门，其特征在于，包括：

阀轴，该阀轴以旋转中心轴为中心进行旋转；

阀门，该阀门呈与轴向正交的轴正交方向上的直径比轴向上的直径长的变形圆状，且与所述阀轴一体旋转，其中，所述轴向与所述旋转中心轴平行；以及

阀座，该阀座是设于流体通路的内表面的环状台阶，并与以所述旋转中心轴为分界的所述阀门的一方侧的表面和另一方侧的背面抵接，

比起轴向上的两端部处，轴正交方向上的两端部处的阀门与阀座所抵接的重叠量较大，

所述阀门的外周面相对于所述阀门的所述表面及所述阀门的所述背面垂直。

2.一种阶梯式阀门，其特征在于，包括：

阀轴，该阀轴以旋转中心轴为中心进行旋转；

比起轴正交方向上的两端部处，轴向上的两端部处的阀门与流体通路间的间隙较大。

3.如权利要求1或2所述的阶梯式阀门，其特征在于，阀门是对圆或椭圆的轴向的两端部进行剖切后得到的变形圆状。