CN105452740A - 控制阀 - Google Patents

Abstract

一种控制阀（30）具有封闭元件（33），封闭元件（33）安装在外壳（31）中在入口侧（39）和出口侧（40）之间以使得它能够在第一端部位置和第二端部位置之间来回旋转，以及相对于旋转轴线（41）垂直地穿过封闭元件（33）延伸的通道（44）具有入口开口（42）和出口开口（43），在第一端部位置中在流方面连接入口侧（39）至出口侧（40），在第二端部位置中在流方面从出口侧（40）断开入口侧（39），并且在从第二端部位置进入第一端部位置的转换期间允许采用特性曲线增加介质的通过流。借由下面事实实现了在阀中噪声的低发展，即特性曲线由通道（44）的出口开口（43）的形状和尺寸所限定，以如此方式配置入口开口（42）以使得在入口侧（39）上用于介质流入通道（44）中的自由截面独立于封闭元件（33）在两个端部位置之间的位置，以及通道（44）的壁配置成在通道（44）的入口开口（42）和出口开口（43）之间没有台阶和边缘。

Description

控制阀

技术领域

当前发明涉及流体力学领域。它涉及根据权利要求1的前序部分的用于液压和/或气动应用的控制阀。

背景技术

从印刷公开文献US6,039,304A已知，为了在球阀中产生预定的阀特性，插入具有特别形状的开口的附加盘，该开口的侧面适合于球形阀体。

然而，也已经提议使用球形阀体自身来建立预定的阀特性。

例如，从印刷公开文献DE2732672B1已知，为了控制和/或调节球阀中的压力，将控制元件插入旋塞的通孔中，该旋塞具有圆柱形套管的形状，其端部之一开放而在另一端部中形成节流开口，其截面形状和尺寸取决于想要的节流特性，并且因此能够以很多种方式实施。印刷公开文献DE19940471A1公开了一种用于安装在管线中的球阀，其包括整体式外壳，该外壳具有腔室和设置在腔室的两侧上的用于连接至装配管线区段的两个连接区域，球设置在腔室中用于关断和打开管线。该球具有从入口开口至出口开口的通道，入口开口和出口开口被实施具有不同设计的凹陷。这导致球阀尽可能小地减少流量并且对于在尽可能大的设定角度范围中的通过量具有线性特性曲线。

印刷公开文献EP0309678A1描述了一种具有旋塞的球阀，该旋塞具有通孔以及设置在通孔的端部处的节流开口。底部形成为抵靠旋塞，其容纳节流开口。

阀球从印刷公开文献EP1439339A1已知，其球具有用于流体的通道，实施在通道的一个端部处的节流开口，其通过高压喷射切割被切入球中。

印刷公开文献US3,403,887A公开了一种具有球形旋塞的完全可旋转球阀，该球形旋塞带有流动通道，该流动通道具有V形端部零件，以便能够实现特别是对打开阀的更精确控制。类似的阀也由印刷公开文献US5,551,467A已知。

在印刷公开文献US6,021,812A中，球阀描述为在旋塞中在入口侧上具有主开口和辅助开口，以及在出口侧上具有扇形开口。最重要地，这个是意图一旦阀打开就加速流动的开始。

这个类型的附加球阀也从印刷公开文献US6,109,591A和WO0133120A1已知。

仅具有球部分作为封闭元件的球阀也是已知的（WO2005/040655A1）。在这种情形中，完全省略了通道，但是在不受欢迎的噪声产生方面并未实现改进。

这些球阀具有的缺点在于，当流通过旋塞时，产生了在某些应用中不受欢迎的气穴现象和噪声。因此已经关于在球阀中如何能够减少或者完全抑制噪声产生而做出了各种提议。

印刷公开文献US4,774,984A提出了一种低噪声阀，其中，旋塞的一个侧面实施为具有多个小开口的屏壁，这多个小开口接通穿过旋塞的通道至位于旋塞外部的区域，当阀打开时，该屏壁相对于出口被带到部分堵塞的位置。屏壁产生了抑制空化气泡的爆裂和形成的反压力。

印刷公开文献WO9407063A1示出了一种低噪声阀，其中，第一偏导器设置在穿过旋塞的通道的入口侧上。第二偏导器设置在阀的上半部的前边缘上。当阀完全打开时两个偏导器构成了小的流动阻力，但是当阀部分关闭时没有迫使流体进入绕道中。这些绕道防止形成漩涡，因此减小了噪声和振动。

印刷公开文献JP2010014280A公开了一种低噪声阀，其中，在所有开口中减少了噪声和气穴现象。通孔和连接通道在旋塞中相互垂直地设置并相互连接。此外，提供了狭槽状的开口，其设置在通孔的端部处并且用于减少噪声。

最后，球阀插件从印刷公开文献WO2012/1188452A1已知，其特征在于液体介质的入口孔的特别形状。插件的通道孔的整个几何形状由确定的和特别建立的几何参数限定。通过插件的液体介质的对数及线性通过量使用在插件的列出的几何参数的数值之间的特定相互关系获得，这些几何参数具有插件的旋转方向，并且具有通过液体介质的特别成形的入口孔的宽的或较窄部分的液体介质通过量的打开的初始位置。球阀插件意图以非常简单的方式解决通过球阀的线性及对数通过量的问题。球阀插件也意图解决湍流和与其相关联的振动的问题，并且因此也解决液体介质通过球阀的吞吐量的噪声的问题。然而，事实上存在球和因此球阀插件的角度设置和角度设置范围（例如参见印刷公开文献的图12和图19），其中，流动介质（在出口处）沿着边缘流动，由此再次产生了实际上想要防止的显著湍流。

发明内容

因此本发明的目标是提供一种普通类型的控制阀，其特征在于以简单方式显著减少噪声产生。由权利要求1的特征实现这个和其他目标。

本发明起始于具有封闭元件的控制阀，封闭元件支撑在外壳中在入口侧和出口侧之间以便围绕在第一端部位置和第二端部位置之间的旋转轴线可来回旋转，并且具有通道，该通道具有垂直于穿过封闭元件的旋转轴线延伸的入口开口和出口开口，以及封闭元件在第一端部位置中流体地连接入口侧至出口侧并且在第二端部位置中流体地分隔入口侧和出口侧，以及在从第二端部位置至第一端部位置的转换期间能够利用特性曲线实现介质的通过量的增加。

其特征在于，特性曲线由通道的出口开口的形状和尺寸确定，入口开口实施成使得在入口侧上用于介质流入通道中的自由截面取决于封闭元件在两个端部位置之间的位置，以及通道的壁实施成以便在通道的入口开口和出口开口之间没有台阶和边缘。根据本发明的控制阀的一个实施例的特征在于，借由封闭元件以90o围绕控制阀的旋转轴线的旋转而发生在第一端部位置和第二端部之间的转换。

优选地，入口侧是通孔的部分，具有横向于穿过外壳的控制阀的旋转轴线延伸的内直径，通道的入口开口类似于具有半圆端部的狭槽孔，其被弯曲具有围绕旋转轴线的恒定的曲率半径，并且被定向在径向方向，其高度对应于通孔的内直径并且扫过至少90o的曲率角度。

特别地，出口侧是穿过外壳分布的通孔的部分，通道的出口开口具有与通孔的截面表面相比减小的开口表面区域。

具体地，出口开口的开口表面区域包括间隙形第一子区域和月牙形第二子区域，间隙形第一子区域具有沿旋转方向延伸的小表面区域，月牙形第二子区域具有沿轴向方向对称延伸的大表面区域，间隙形第一子区域和月牙形第二子区域沿旋转方向设置成一个在另一个之后并且连续地合并到彼此中。

根据本发明的控制阀的另一实施例的特征在于封闭元件是球形的。

特别地，封闭元件实施作为单个零件。

优选地，封闭元件由抵靠控制阀的外壳的密封件而被分别朝向入口侧和朝向出口侧密封。

附图说明

以下将结合附图参照示例性实施例进一步详细地解释本发明。

图1示出了根据如从印刷公开文献WO01/33120A1已知的现有技术的控制阀的结构的局部剖视图；

图2示出了具有特别实施的入口开口的图1的控制阀的球形封闭元件的透视侧视图；

图3示出了具有圆形出口开口和圆柱形通道的图1的控制阀的球形封闭元件的透视侧视图；

图4示出了根据当前发明的示例性实施例的穿过控制阀的纵向剖面；

图5示出了图4的控制阀的侧视图；

图6示出了阀关闭的在截面平面A-A上穿过图5的控制阀的剖视图；

图7示出了阀半打开（45o旋转）的可与图6的相比的剖视图；

图8示出了阀全打开（90o旋转）的可与图6的相比的剖视图；

图9示出了阀关闭的定向在流动方向的图4的封闭元件的侧视图；

图9a、图9b示出了在截面平面A-A和B-B上图9的封闭元件的不同剖面；

图10示出了阀完全打开的定向在流动方向朝向的图4的封闭元件的侧视图；

图10a示出了在截面平面C-C上图10的封闭元件的剖面；

图11示出了根据图9的封闭元件的侧视图，外壳中的通孔附加地由虚线标注；

图11a－图11d示出了在阀通过封闭元件的旋转而打开期间的不同中间状态；以及

图12示出了封闭元件的近似对应于图11c中所描绘位置的三维图。

具体实施方式

图1－图3示出了诸如从现有技术（印刷公开文献WO01/33120A1）已知的控制阀10。已知的控制阀10包括外壳11，在该外壳上实施两个彼此相对并齐平的连接配件12和13。配有内螺纹的两个连接配件12和13限定了穿过外壳11的通孔，该通孔穿过设置在中心的较大的切掉空间14。球形封闭元件15枢转安装在切掉空间14中以便围绕旋转轴线24旋转，该旋转轴线定向垂直于通孔。

封闭元件15具有通道22（图3），在入口侧（连接配件13）上具有特别成形的入口开口16以及在出口侧（连接配件12）上具有圆形出口开口26。沟槽21形成在封闭元件15的上侧中，致动机构20在其中与匹配成形的销钉19接合，并且分别采用密封件17和18抵靠连接配件12和13而密封封闭元件15。

由相对于中心平面对称分布的两个突起部23确定入口开口16的特别形状。入口开口16因此具有间隙形起始区域，其在控制阀的打开期间（图2中右侧）是起作用的，在开口的中心扩展成倒悬在两侧上的月牙形端部区域（图2中左侧）。该入口开口的这个形状导致阀的特定（相等－百分比）开口特性。

在图1－图3中能够看到，在入口开口16后面的封闭元件15中的开口截面突然扩展为通道22的圆形截面，这不可避免地导致在穿过入口开口16流入通道22的介质的边缘后面的极端湍流，并且作为结果，导致显著噪声。另一个噪声产生源产生是因为除了阀的完全打开端部位置之外，出口开口26不与通道的开口截面齐平，使得出口开口26的边缘的区段突出至通孔的流中并且引起湍流。

当前发明在这方面通过不同的措施提供了补救，诸如在图4中的纵向截面中所示的示例性实施例中能够看到的那些。图4－图8的示例性控制阀30包括外壳31，具有设置在侧面上的入口端口39，与入口端口齐平的相对的出口端口40，以及设置在两者之间容纳封闭元件33（在这个实例中为球形）的切掉空间32。封闭元件33借由合适的环形密封件37和38分别抵靠入口和出口端口39和40而密封。它能够围绕旋转轴线41旋转，旋转轴线41定向垂直于由端口39、40限定的通孔45（图11）。借由可旋转的致动元件35而致动（旋转）封闭元件33，该致动元件在封闭元件33的上侧上与沟槽34中的销钉36接合。

如从图12能够看到的，球形封闭元件33具有通道44，其穿过球并且在其具有入口开口42和出口开口43的端部处通向环境。不同于图1的阀，球阀的通过量特性基本上由出口开口43的尺寸和边缘轮廓确定，其显著小于入口开口42。为了也在起始区域中获得相等百分比特性（图11a－图11c），入口开口43也具有在开口中心合并到彼此中的间隙区域43b和月牙区域43a。入口开口42在其尺寸方面适于由端口39和40限定的通孔45。为此目的，入口开口42具有狭槽孔的形状，其围绕旋转轴线41弯曲并且具有恒定高度h1（图12）以及在端部处由具有半径r1的相应半圆（图9）界定。如在图4中能够看到的，高度h1等于通孔的内直径d1（图6）。在所描绘的示例性实施例中，控制阀30具有两个端部位置，其能够在图4和图8以及图6中看到。在图6中所示的端部位置中，控制阀30关断；没有通过量有可能通过通孔45。在图4和图8所示的另一端部位置中，控制阀30完全打开；通过量处于最大并且由出口开口43确定。

借由封闭元件33围绕旋转轴线41旋转90o而发生在两个端部位置之间的转换。中间位置（旋转45o）示出在图7中。现在如此精确地实施入口开口42以及如此选择狭槽孔的长度以使得界定了端部侧的狭槽孔的半圆与在两个端部位置（参见图11和图11d）中入口端口39中的通孔的边缘重合。以这样的方式，确保的是在整个90o枢旋范围之上，封闭元件33的边缘没有以破坏方式突出到通孔中并引起湍流。相反，在入口端口39和封闭元件33之间获得了仅轻微影响流动介质的很大程度上连续的转换。

除了形成出口开口43作为确定控制阀30的通过量特性的开口以及形成入口开口42作为没有在阀的枢转范围中接合到流中的弯曲狭槽孔之外，另一特征有助于最小化噪声产生：在通道44的入口开口42和出口开口43之间的通道44的壁没有台阶和边缘。入口开口42朝向出口开口43连续地变细，由此避免了有助于形成湍流的直径的突然改变、增量和弯曲或边缘。在通道的路线上这个均匀的截面变化在图12中能够特别清晰地看到。

球形封闭元件33在该实例中实施作为单个零件。取决于流过阀的介质，它能够由金属、陶瓷或甚至塑料制成。然而，取代球形封闭元件，也能够提供圆柱形封闭元件，其围绕圆柱体轴线旋转。类似的，能够设想到为了产生不同的通过量特性，不同地设计确定阀的特性的开口。

附图标记列表

10控制阀

11外壳

12，13连接配件

14切掉空间

15封闭元件（球）

16入口开口

17，18密封件

19销钉

20致动机构

21沟槽

22通道

23突出部

24旋转轴线

25介质

26出口开口

30控制阀（球阀）

31外壳

32切掉空间

33封闭元件（球）

34沟槽

35致动元件

36销钉

37，38密封件

39入口端口

40出口端口

41旋转轴线

42入口开口（通道）

43出口开口（通道）

43a月牙区域

43b间隙区域

44通道

45通孔。

Claims (8)

1.一种控制阀（30），具有封闭元件（33），所述封闭元件（33）枢转安装在外壳（31）中在入口侧（39）和出口侧（40）之间以便在第一端部位置和第二端部位置之间围绕旋转轴线（41）来回旋转，并且所述封闭元件（33）具有通道（44），所述通道（44）具有垂直于穿过所述封闭元件（33）的旋转轴线（41）延伸的入口开口（42）和出口开口（43），所述通道（44）在第一端部位置中流体地连接入口侧（39）至出口侧（40）并且在第二端部位置中流体地分隔入口侧（39）和出口侧（40），在从第二端部位置至第一端部位置的转换期间允许采用特性曲线增加介质的通过量，其特征在于，所述特性曲线由所述通道（44）的出口开口（43）的形状和尺寸确定，所述入口开口（42）实施为使得在入口侧（39）上用于介质流入所述通道（44）中的自由截面取决于所述封闭元件（33）在两个端部位置之间的位置，以及在所述通道（44）的入口开口（42）和出口开口（43）之间所述通道（44）的壁实施成以便不具有台阶和边缘。

2.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，借由所述封闭元件（33）围绕所述控制阀（30）的旋转轴线（41）旋转90o而发生在第一端部位置和第二端部位置之间的转换。

3.根据权利要求2所述的控制阀，其特征在于，入口侧（39）是通孔（45）的部分，具有横向于穿过外壳（31）的控制阀（30）的旋转轴线（41）延伸的内直径（d1），以及通道（44）的入口开口（42）类似于具有半圆端部的狭槽孔，所述狭槽孔以恒定曲率半径围绕旋转轴线（41）弯曲并定向在径向方向，所述狭槽孔的高度（d1）对应于通孔（45）的内直径（d1），并且扫过至少90o的曲率角度。

4.根据权利要求3所述的控制阀，其特征在于，出口侧（40）是穿过外壳（31）延伸的通孔（45）的部分，并且所述通道（44）的出口开口（43）具有与所述通孔（45）的截面表面相比减小的开口表面区域。

5.根据权利要求4所述的控制阀，其特征在于，所述出口开口（43）的开口表面区域包括间隙形第一子区域（43b）和月牙形第二子区域（43a），所述间隙形第一子区域（43b）具有在旋转方向延伸的小表面区域，所述月牙形第二子区域（43a）具有在轴向方向对称地延伸的大表面区域，所述间隙形第一子区域（43b）和月牙形第二子区域（43a）设置成在旋转方向上一个在另一个后面并且连续地合并到彼此中。

6.根据权利要求1至5任一项所述的控制阀，其特征在于，所述封闭元件（33）是球形的。

7.根据权利要求6所述的控制阀，其特征在于，所述封闭元件（33）实施为单个零件。

8.根据权利要求6所述的控制阀，其特征在于，所述封闭元件（33）由抵靠所述控制阀（30）的外壳（31）的密封件（37，38）而分别朝向入口侧（39）和朝向出口侧（40）而被密封。