CN110573735A - 环状阀以及环状阀用阀芯 - Google Patents

环状阀以及环状阀用阀芯 Download PDF

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Abstract

一种环状阀，通过优化阀芯的密封面形状，抑制密封面周围的气体的压力损失的发生的同时，使其长寿命化，该环状阀，具备：平板状的阀座(10)，其开口截面具有圆弧形状的通过流路(11)；平板状的支撑板(20)，其具有排出流路(21)，并经由中间室与阀座(10)对置设置；阀芯(30)，形成为与通过流路(11)的开口截面的圆弧形状对应的圆环形状，并配置在中间室(50)内，通过与阀座(10)接触和分离而开闭通过流路(11)；弹簧部件(40)，其被支撑板(20)支撑，朝向阀座(10)对阀芯(30)进行弹性施力，阀芯(30)的与通过流路(11)对置的密封面(31)，是排除了针对从通过流路(11)向阀芯(30)流入的气体的至少一个压力损失要素的形状。

Description

环状阀以及环状阀用阀芯
技术领域
本发明涉及利用于压缩机等的环状阀以及环状阀用阀芯，详细地说，涉及通过优化阀芯的密封面，抑制密封面的周围的气体的压力损失的发生的同时，长寿命化的环状阀以及环状阀用阀芯。
背景技术
以往，在压缩机等中使用环状阀利。如图7所示，该环状阀有以下几个部件构成：平板状的阀座110，其开口截面具有圆弧形状的多个通过流路111；平板状的支撑板120，其具有排出流路121，并经由中间室150与阀座110对置设置；阀芯130，其配置在中间室150内(专利文献1)。阀芯130，其相对于支撑板120的一侧由阀支架132(支撑板)支撑。阀芯由该阀芯130以及阀支架(支撑板)132构成。在该阀芯中，剩下阀支架(支撑板)，仅有阀芯130是可交换的。
阀芯130具有多个密封面131，其与作为通过流路111的开口截面的圆弧形状对应形成为圆弧形状。该密封面131是作为多个圆弧形状的凸条而形成的。阀芯130通过与阀座110接触和脱离，将各密封面131接触和脱离于各通过流路111的开口端面，并开闭通过流路111。
阀芯130，由弹簧部件140，经由阀支架(支撑板)132向阀座110进行弹性施力。弹簧部件140是一种压缩螺旋弹簧，并配置在支撑板120与阀支架(支撑板)132之间。在该环状阀的自然状态中，阀芯130通过来自弹簧部件140的作用力将各密封面131与各通过流路111的开口端面压接，闭塞通过流路111。
现有技术文献
专利文献
专利文献1：专利第2591824号公报
发明内容
发明要解决的问题
在前述的环状阀中，当流路111内的气体的压力升高，超过了各弹簧部件140的作用力时，各密封面131被气体的压力按压，阀芯130，抵抗来自弹簧部件140的作用力，远离阀座110。此时，通过流路111内的气体，从通过流路111的开口端面流入至各密封面131的周围，向支撑板120的排出流路121流动。朝向排出流路121流动的气体经过排出流路121向环状阀的外侧排出。
对于这样的从通过流路111向排出流路121流动的气体，会产生由环状阀内的流路阻力引起的压力损失。而且，由于密封面131作为多个圆弧形状的凸条形成，在密封面131之间紧密连接的部分(密封面131之间的部分)中，会产生压力损失。而且，由于密封面131其本身具有相对于气体的压力损失要素(角状的棱线部等)，在该密封面131的周围会对气体产生压力损失。密封面131具有角状的棱线部是为了使密封面131与阀座110面接触。进一步的，阀芯130与阀支架(支撑板)132之间的边界线存在高差，在该高差产生压力损失的同时，阀芯130的背后产生气流的分离并产生压力损失。
这样的压力损失为环状阀的能量损失，是显著增大提升气体压力的动力源(泵等)的负担的主要原因。从近年的节能观点来看，强烈要求减少在环状阀的这样的能量损失。而且，这种压力损失会使阀芯动作不稳定，并促进阀芯130、弹簧部件140以及支撑板120的摩擦，导致环状阀的短寿命化。
但是，以往的环状阀中，无法充分抑制在阀芯的密封面周围的气体的压力损失的发生，无法减少能量损失。
因此，本发明是鉴于上述情况而做出的，其目的在于通过优化阀芯的密封面形状，抑制密封面周围的气体的压力损失的发生的同时，提供一种寿命长的环状阀以及环状阀用阀芯。
本发明的其他问题，将由以下记载来明确。
用于解决问题的方案
所述问题，由以下的各发明解决。
1.
一种环状阀，其特征在于，具备：
平板状的阀座，其具有开口截面为圆弧形状的通过流路；
平板状的支撑板，其具有排出流路，并经由中间室而与所述阀座对置设置；
阀芯，其形成为与所述通过流路的开口截面的圆弧形状对应的圆环形状，并配置在所述中间室内，通过与所述阀座接触和分离而开闭所述通过流路；以及
弹簧部件，其被所述支撑板支撑，朝向所述阀座对所述阀芯进行弹性施力，
所述阀芯的与所述通过流路对置的密封面，是排除了针对从所述通过流路向所述阀芯流入的气体的至少一个压力损失要素的形状。
2.
一种环状阀，具备：
平板状的阀座；
通过流路，其开口截面为圆弧形状，排列在以所述阀座的中心轴为中心的同心圆上；
环状槽，其对同一圆上的所述通过流路之间进行连接；
平板状的支撑板，其具有排出流路，并经由中间室与所述阀座对置设置；
阀芯，其形成为与所述通过流路的开口截面的圆弧形状对应的圆环形状，并配置在所述中间室内，通过与所述阀座接触和脱离而开闭所述通过流路；以及
弹簧部件，其被所述支撑板支撑，并朝向所述阀座对所述阀芯进行弹性施力，
所述阀芯的与所述通过流路对置的密封面呈圆环形状，并与所述环状槽的两边缘部线接触，
所述支撑板与所述阀芯之间无高差。
3.
一种环状阀，具备：
平板状的阀座；
通过流路，其开口截面为圆弧形状，并排列在以所述阀座的中心轴为中心的同心圆上；
环状槽，其对同一圆上的所述通过流路之间进行连接；
平板状的支撑板，其具有排出流路，并经由中间室与所述阀座对置设置；
阀芯，其形成为与所述通过流路的开口截面的圆弧形状对应的圆环形状，并配置在所述中间室内，通过与所述阀座接触和分离而开闭所述通过流路；以及
弹簧部件，其被所述支撑板支撑，并朝向所述阀座对所述阀芯进行弹性施力，
所述阀座的与所述密封面对置的面，是排除了针对从所述通过流路向所述阀芯流入的气体的压力损失要素的圆环形状，
所述阀座的与所述密封面对置的面，是排除了针对从所述通过流路向所述阀芯流入的气体的压力损失要素的圆环形状。
4.
根据所述1、2或3所述的环状阀，其特征在于，所述阀芯的与所述通过流路对置的密封面，该阀芯的外周侧与内周侧具有相同的纵截面形状。
5.
根据所述1～4中任一个所述的环状阀，其特征在于，所述阀座的与所述密封面对置的面，是排除了针对从所述通过流路向所述阀芯流入的气体的至少一个压力损失要素的形状。
6.
根据所述1～5中任一个所述的环状阀，其特征在于，所述阀座的与所述密封面对置的面，相对于周围呈光滑的凸圆环形状，
所述环状槽的两边缘部，与所述密封面线接触。
7.
一种环状阀用阀芯，其特征在于，
所述环状阀用阀芯形成为与圆弧形状对应的圆环形状，所述圆弧形状为在阀座形成的通过流路的开口截面，所述环状阀用阀通过与所述阀座接触和分离而开闭所述通过流路。
开闭所述通过流路的面，在开放该通过流路并从该通过流路流入气体时，使该气体不产生流动的分离。
发明效果
根据本发明，提供一种环状阀以及环状阀用阀芯，通过优化阀芯的密封面形状，抑制在密封面的周围发生的气体的压力损失的同时，使其长寿命化。
附图说明
图1是示出本发明的环状阀的构成的分解立体图。
图2是示出阀座的流出侧的立体图。
图3是示出图1的环状阀的使用状态的截面图。
图4是示出图1的环状阀的主要部分的放大截面图。
图5(a)是示出在图1的环状阀的密封面的周围气体的流动的截面图、(b)是示出在图7的环状阀的密封面的周围气体的流动的截面图。
图6是示出图1的环状阀以及现有的环状阀中的密封面的周围的阻力系数的图表。
图7是示出现有的环状阀的结构的截面图。
具体实施方式
以下，参照附图对本发明的实施方式进行详细说明。
图1是示出本发明的环状阀的构成的分解立体图。
如图1所示，该环状阀1通过具备阀座10；支撑板20；以及在这些阀座10以及支撑板20之间配置的环状阀用阀芯30支撑板而构成。
阀座10，由金属材料等其外边缘形成为圆形的平板状(圆盘状)，具有多个通过流路11。各通过流路11为从阀座10的表面侧(图1中的上方)(以下，称为“流入侧”)，向背面侧(图1中的下方)(以下，称为“流出侧”)贯穿的通孔。各通过流路11，其开口截面形成为圆弧形状，排列在以阀座10的中心轴为中心的同心圆上。
图2是示出阀座的流出侧的立体图。
如图2所示，在阀座10的流出侧，形成有连接同一圆上的通过流路11之间的环状槽13，作为整体，成为形成以阀座10的中心轴为中心的同心圆上的不同直径的环状槽13的状态。从流出侧观察，在这些环状槽13的底部上各通过流路11为开口状态。因此，临近环状槽13的流出侧的边缘部将成为各通过流路11的开口端。
如图1所示，该环状阀1，具有由金属材料等的外缘形成为圆形的平板状(圆盘状)的支撑板20。支撑板20的外径与阀座10的外径几乎相等。支撑板20形成有多个排出流路21。各排出流路21为从支撑板20的表面侧(图1中的上方)(以下，称为“流入侧”)，向背面侧(图1中的下方)(以下，称为“流出侧”)贯通的通孔。各排出流路21，其开口截面形成为圆弧形状，排列在以支撑板20的中心轴为中心的同心圆上。
另外，排出流路21，虽然在该实施方式中其开口截面为圆弧形状，但并不局限于此，只要能够安装及支撑后述的弹簧部件40，排出流路21也可以是任意形状。
图3是示出图1的环状阀的使用状态的截面图。
如图3所示，该环状阀1，以嵌装至作为气体(还可以包含液体蒸汽)的流路的圆筒部件100的内部的状态使用，阀座10的外周面呈与圆筒部件100的内周面紧密连接的状态，设置在圆筒部件100的内部。支撑板20与阀座10相隔规定距离对向配置。夹在这些阀座10以及支撑板20之间且被圆筒部件100的内周面包围的空间成为中间室50。从而，阀座10以及支撑板20，经由中间室50互相对置设置。
在该实施方式中，支撑板20，通过支撑杆22a由阀座10对中心部分进行支撑。支撑杆22a在基端侧植入(用螺纹固定)至支撑板20的中心部，并向流入侧延伸。支撑杆22a的周围部是规定的高度(中间室50的高度)的突起部24。支撑杆22a，将前端侧插入至阀座10的中心孔12。此时，突起部24与阀座10的流出侧的中央部分抵接。通过突起部24与阀座10抵接，在支撑板20的流入侧(突起部24的周围部)与阀座10的流出侧之间，形成规定高度(中间室50的高度)的空隙。在阀座10的中心孔12插入前端侧的支撑杆22a，通过在前端侧形成的螺纹槽螺合螺母22b，使前端侧与阀座10的中心部紧固。
另外，支撑杆22a，也可以植入设置至阀座10的中心孔12，朝向流出侧延伸。在该情况下，支撑杆22a，将前端侧插入至支撑板20的中心部分并与支撑板20固定。在该情况下支撑板20通过支撑杆22a由阀座10支撑中心部分。
而且，支撑板20也可以通过圆筒部件100的内周面对外周面进行定位并支撑。在该情况下，无需利用支撑杆22a以及螺母22b，无需在阀座10设置中心孔12。
如图1以及图3所示，在中间室50内配置有多个阀芯30。阀芯30，形成为与通过流路11的开口截面的圆弧形状对应的圆环形状，即，形成为与在阀座10的流出侧形成的多个环状槽13对应的圆环形状。阀芯30的纵截面形状为略半圆形状，将该半圆形状的圆弧部朝向流入侧，半圆形状的平面部朝向流出侧。阀芯30由金属或者合成树脂材料或者这些复合材料形成。
图4是示出图1的环状阀的主要部分的放大截面图。
如图4所示，阀芯30，通过与阀座10接触和分离，与环状槽13的两边缘部接触和分离而开关通过流路11。在阀芯30，与环状槽13的两边缘部接触和分离而开关通过流路11的部分(图4中的上面部)(流入侧)是密封面31。阀芯30的密封面31是圆环形状(圆环面形状)。密封面31与环状槽13的两边缘部并非是面接触而是线接触。密封面31，优选阀芯30的外周侧与内周侧具有相同的纵截面形状。
而且，阀座10的环状槽13的两边缘部，即，阀座10的密封面31的抵接面13a，也可以是相对于周围呈光滑的凸圆环形状。在该情况下，密封面31与环状槽13的两边缘部为线接触。
如图1、图3以及图4所示，支撑板20，在该支撑板20的流入侧设置的支撑孔23，支撑着多个弹簧部件40。各弹簧部件40，通过插入配置于支撑孔23内被支撑。各弹簧部件40，配置在与各阀芯30对应的位置。各弹簧部件40为压缩螺旋弹簧，并配置在作为阀芯30的流出侧(图1、图3以及图4中的下面部)的平面部与支撑板20之间。各弹簧部件40，朝向阀座10对阀芯30进行弹性施力。
在该环状阀1的自然状态下，各阀芯30，如图4(a)所示，通过由各弹簧部件40的作用力，将各密封面31向各环状槽13的两边缘部压接，闭塞各通过流路11。并且，若通过流路11内的高压气体等的压力提高，超过了各弹簧部件40的作用力，则如图4(b)所示，各密封面31被气体的压力按压，各阀芯30，抵抗来自弹簧部件40的作用力远离阀座10。此时，通过流路11内的气体，从通过流路11的开口端面(环状槽13的两边缘部)流入至各密封面31的周围，向支撑板20的排出流路21流动。朝向排出流路21流动的气体经过排出流路21向环状阀1的外部排出。
在图5中，(a)是示出在图1的环状阀的密封面的周围气体的流动的截面图，(b)是示出在图7的环状阀的密封面的周围气体的流动的截面图。
如图5(a)所示，阀芯30从通过流路11向阀芯30流入的气体的压力损失要素(产生来自气体的流动的密封面31的分离的形状要素)，例如，排除角状的棱线部等的至少一个，通过不具有这样的压力损失要素，抑制了在密封面31的周围发生的气体的压力损失。因此，能够降低传送气体的动力成本。在图5中，通过在密封面31的周围的气体的局部的速度变化所导致的速度比的大小，来表示压力损失的大小。在该实施方式中，速度比为4以下左右。
而且，在阀芯30的外周侧与内周侧，若对密封面31的纵截面形状进行统一，由于从通过流路11向阀芯30流入的气体的流动的密封面不会发生分离，所以能够抑制压力损失的发生。
尤其，将阀座10的环状槽13的两边缘部，即，阀座10的密封面31的抵接面13a，相对于周围呈光滑的凸圆环形状的情况下，密封面31的周围的气体的流动将变得更加顺滑，能够将气体的压力损失抑制至更小。
而且，该环状阀1中，通过排除至少一个对气体的压力损失要素，能够稳定阀芯30的动作，延长阀芯30、弹簧部件40以及支撑板20的寿命。
如图5(b)所示，图7所示的环状阀中，具有从通过流路111向阀芯130流入的气体的压力损失要素，例如，角状的棱线部，在密封面131的周围产生气体的流动的分离，气体的压力损失将变大。
在本发明的环状阀1中，密封面31的形状，根据CFD(计算流体力学：ComputationalFluidDynamics)解析以及风洞试验，排除气体的压力损失要素，以使气体的流动的有效面积最大。通过使有效面积最大化，抑制密封面31的周围的气体的压力损失的发生。另外，气体的流动的有效面积，与流路阻力相关，在将有效面积最大化的情况下，为了获得相同有效面积所需的几何学性的流路面积将变小。
图6是示出图1的环状阀以及现有的环状阀的密封面的周围的阻力系数的图表。
如图6所示，对于本发明的环状阀1以及以往的环状阀，求出了阀升程(阀芯30的移动量)，即阀芯30的密封面31与环状槽13的两边缘部之间的距离与阻力系数比(与Cd值相当的值的比较值)之间的关系。若将现有的环状阀的阀升程为2.0mm时的阻力系数定为1.0，则现有的环状阀中，阀升程为1.0mm时阻力系数比约为0.65。与此相对，本发明的环状阀1中，阀升程为1.0mm时阻力系数比约为0.54，即使阀升程为2.0mm时阻力系数比也只升高至约0.74左右。即，在本发明的环状阀1中，即使提高阀升程将气体从通过流路11向排出流路21大量流动，与现有的环状阀相比阻力系数并不会增大，并抑制密封面31的周围的气体的压力损失的发生。
如图6所示，本发明的环状阀1中，由于阻力系数小，能够抑制密封面31周围的气体的压力损失的发生，而且，能够稳定阀芯30的动作，延长阀芯30、弹簧部件40以及支撑板20的寿命。
附图标记说明：
10：阀座
11：通过流路
12：中心孔
13：环状槽
13a：抵接面
14：壁部
20：支撑板
21：排出流路
22a：支撑杆
22b：螺母
23：支撑孔
24：突起部
30：阀芯
31：密封面
40：弹簧部件
50：中间室
100：圆筒部件

Claims (7)

1.一种环状阀，其特征在于，具备：
平板状的阀座，其具有开口截面为圆弧形状的通过流路；
平板状的支撑板，其具备排出流路，并经由中间室而与所述阀座对置设置；
阀芯，其形成为与所述通过流路的开口截面的圆弧形状对应的圆环形状，并配置在所述中间室内，通过与所述阀座接触和分离而开闭所述通过流路；以及
弹簧部件，其被所述支撑板支撑，并朝向所述阀座对所述阀芯进行弹性施力，
所述阀芯的与所述通过流路对置的密封面，是排除了针对从所述通过流路向所述阀芯流入的气体的至少一个压力损失要素的形状。
2.一种环状阀，其特征在于，具备：
平板状的阀座；
通过流路，其开口截面为圆弧形状，并排列在以所述阀座的中心轴为中心的同心圆上；
环状槽，其对同一圆上的所述通过流路之间进行连接；
平板状的支撑板，其具有排出流路，并经由中间室而与所述阀座对置设置；
阀芯，其形成为与所述通过流路的开口截面的圆弧形状对应的圆环形状，并配置在所述中间室内，通过与所述阀座接触和分离而开闭所述通过流路；以及
弹簧部件，其被所述支撑板支撑，并朝向所述阀座对所述阀芯进行弹性施力，
所述阀芯的与所述通过流路对置的密封面呈圆环形状，并与所述环状槽的两边缘部线接触，
所述支撑板与所述阀芯之间无高差。
3.一种环状阀，其特征在于，具备：
平板状的阀座；
通过流路，其开口截面为圆弧形状，并排列在以所述阀座的中心轴为中心的同心圆上；
环状槽，其对同一圆上的所述通过流路之间进行连接；
平板状的支撑板，其具有排出流路，并经由中间室而与所述阀座对置设置；
阀芯，其形成为与所述通过流路的开口截面的圆弧形状对应的圆环形状，并配置在所述中间室内，通过与所述阀座接触和分离而开闭所述通过流路；以及
弹簧部件，其被所述支撑板支撑，并朝向所述阀座对所述阀芯进行弹性施力，
所述阀芯的与所述通过流路对置的密封面，是排除了针对从所述通过流路向所述阀芯流入的气体的压力损失要素的圆环形状，
所述阀座的与所述密封面对置的面，是排除了针对从所述通过流路向所述阀芯流入的气体的压力损失要素的圆环形状。
4.根据权利要求1、2或3所述的环状阀，其特征在于，
所述阀芯的与所述通过流路对置的密封面，在该阀芯的外周侧与内周侧具有相同的纵截面形状。
5.根据权利要求1～4中任一项所述的环状阀，其特征在于，
所述阀座的与所述密封面对置的面，是排除了针对从所述通过流路向所述阀芯流入的气体的至少一个压力损失要素的形状。
6.根据权利要求1～5中任一项所述的环状阀，其特征在于，
所述阀座的与所述密封面对置的面，相对于周围呈光滑的凸圆环形状，
所述环状槽的两边缘部与所述密封面线接触。
7.一种环状阀用阀芯，其特征在于，
所述环状阀用阀芯形成为与圆弧形状对应的圆环形状，所述圆弧形状为在阀座形成的通过流路的开口截面，所述环状阀用阀芯通过与所述阀座接触和分离而开闭所述通过流路，
开闭所述通过流路的面，在开放该通过流路并从该通过流路流入气体时，使该气体不产生流动的分离。
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