CN112105854B - 闸阀 - Google Patents

Abstract

提供一种闸阀(10)，具备：阀箱(14)、形成于阀箱(14)内的直线状流路(12)、能够在与流路(12)垂直的轴向上位移，并且能够通过外表面与流路(12)的内壁(12a)抵接而闭塞流路(12)的阀芯(16)、从阀芯(16)的基端部(16a)延伸出的阀杆(20)、以及收容阀芯(16)的阀室(18)，阀芯(16)的在开位置处向流路(12)突出的部分的外表面由流线型的曲面构成。

Description

闸阀

技术领域

本发明涉及一种闸阀。

背景技术

以往，提出了通过从与流路正交的方向使阀芯进行升降来进行流路的开闭的闸阀。例如，在日本特开平6-265029号公报的闸阀的阀芯中，为了确保密封性，以从主体突出的方式安装有密封部件。该密封部件沿横穿流路的方向延伸，并构成为与流路的周向抵接。

但是，在以往的闸阀中，没有考虑流经阀芯的周围的流体的流动。因此，在使阀芯停止在行程的中途的状态下，阀芯的表面的密封部件妨碍了流体的顺畅流动，从而在阀芯的周围发生紊流。其结果是，当使阀芯在行程的中途停止时，流体难以流动。因此，在以往的闸阀中，为了流动更大的流量，需要使阀芯较大地上升的动作。即，在以往的闸阀中，需要增大阀芯的行程动作的范围。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种即使在行程中途(阀芯的一部分将直线状的流路遮住的状态)停止，也能够流动较大的流量的闸阀。

本发明的一方式的闸阀具备：阀箱，该阀箱具有直线状的流路和配置于所述流路的侧部的阀室；阀芯，该阀芯收容于所述阀室，并且能够通过在与所述流路垂直的轴向上位移而将外表面与所述流路的内表面抵接，从而闭塞所述流路；以及阀杆，该阀杆从所述阀芯的基端部向所述轴向伸出，所述阀芯的在开位置处向所述流路突出的部分的外表面由流线型的曲面构成。

根据上述方式的闸阀，在阀芯的周围发生的紊流变少，阀芯的周围的流体整流地流动，因此，即使在行程的中途(阀芯的一部分将直线状的流路遮住的状态)，也能够使较大流量的流体流动。其结果是，能够以更小的行程动作流动较大的流量，与现有技术相比，还能够减小闸阀的行程动作地进行产品化。

附图说明

图1A是本发明的第一实施方式的闸阀的立体剖视图、图1B是图1A的闸阀的阀主体及阀杆的立体图、图1C是图1B的阀主体的剖视图。

图2是图1A的闸阀的流路及阀室的立体图。

图3是闭阀状态的图1A的闸阀的剖视图。

图4A是开阀状态的图1A的闸阀的剖视图、图4B是表示沿图4A的IVB-IVB线的剖面处的流体的流动的示意图。

图5A是本发明的第二实施方式的闸阀的立体剖视图、图5B是图5A的阀主体及阀杆的立体图。

图6是图5A的闸阀的流路及阀室的立体剖视图。

图7是本发明的第三实施方式的闸阀的剖视图。

图8A是本发明的第四实施方式的闸阀的立体剖视图、图8B是图8A的阀主体的立体图。

具体实施方式

以下，参照附图，例举本发明的优选实施方式进行详细说明。此外，为了进行说明，存在将附图的尺寸比率夸张化而与实际的比率不同的情况。另外，在以下的说明中，将使阀芯压入流路的方向称作“下方”或“下侧”，将使阀芯缩回到阀箱侧的方向称作“上方”或“上侧”，但这并不限定闸阀的设置方向。

(第一实施方式)

如图1A所示，本实施方式的闸阀10具备：形成有直线状的流路12的阀箱14、通过在与流路12正交的轴向上升降而对流路12进行开闭的阀芯16、收容阀芯16的阀室18、以及从阀芯16的基端部16a向轴向伸出的阀杆20。在流路12中流动的流体是空气、蒸气(包含水蒸气)等气体、真空压等减压气体、水、油等液体，或凝胶、固体粒子与液体的混合物等流动体，闸阀10能够对这些流体的流动进行开闭。

阀芯16能够在与流路12垂直的轴A的方向上升降，当使阀芯16下降到下端时，阀芯16的外表面与流路12的内壁(内表面)12a抵接而将流路12闭塞。阀芯16具备由金属或树脂等形成的阀主体22和覆盖阀主体22的外表面的密封部件24。此外，阀芯16也可以仅由未被覆盖的金属或树脂构成阀主体22。在该情况下，阀芯16的阀主体22能够与阀箱14的流路12直接抵接而将流路12闭塞。

如图1B所示，阀主体22在轴A的周围形成为圆对称。在阀主体22的基端部22a侧形成有锥部22c，该锥部22c的直径朝向顶端22b而呈锥状地逐渐变小。另外，在阀主体22的顶端22b侧形成有顶端部22d，该顶端部22d具有球状的外表面。当使顶端部22d的球面的曲率半径与流路12的内壁12a的曲率半径相等或比流路12的内壁12a的曲率半径大时，容易确保阀主体22的顶端22b与内壁12a的密封性，因此是优选的。此外，阀主体22不限于在轴A的周围圆对称，也可以是相对于流路12的流动方向流线型的形状。在该情况下，作为阀主体22的形状，也可以是例如在流路方向上较长地延伸的椭圆形的结构体等。

锥部22c与顶端部22d的边界部分通过光滑的连续的曲面连接。另外，当由流线形的曲面构成锥部22c与顶端部22d的外表面时，难以扰乱在阀芯16的附近流动的流体的流动，因此是优选的。如图1C所示，阀主体22在从顶端22b侧观察时具有圆形的外形，将阀芯16沿与轴A垂直的方向切断的剖面是圆形。

密封部件24覆盖阀主体22的外周部，从而构成阀芯16的外表面。密封部件24由例如橡胶、各种弹性体、尼龙、聚乙烯、或以聚四氟乙烯为代表的氟系树脂等能够弹性变形的材料形成。密封部件24通过将上述材料在阀主体22的表面实施涂层而形成。此外，密封部件24也可以以将由上述材料制作的帽状的部件安装于阀主体22的表面的方法来安装。

此外，阀芯16不限于在阀主体22的表面设置密封部件24的结构，也可以在表面另外形成密封部件24。即，也可以由上述能够弹性变形的材料来构成阀主体22。另外，也可以仅由金属或树脂来构成阀主体22。

阀杆20从阀主体22的基端部22a伸出。阀杆20形成为圆筒状，并沿阀芯16的轴A方向直线状地向上方延伸。阀杆20也可以与阀主体22形成为一体。阀杆20延伸到阀箱14的外部，在其端部20a安装有未图示的驱动机构。通过该驱动机构，阀杆20及阀芯16在轴A方向上被驱动。另外，在阀杆20的外周部安装有衬垫26。如图1A所示，衬垫26通过与贯通孔28抵接而将阀室18密封，该贯通孔28用于使阀杆20通过阀箱14内。

如图2所示，在阀箱14形成有流路12、阀室18、以及贯通孔28。流路12形成为直线状，并从阀箱14的一方的侧部14c贯通延伸到另一方的侧部14d。流路12的剖面形状形成为圆形。此外，流路12的剖面形状不限于圆形，也可以形成为矩形、或多边形状。在流路12的中央附近设置有密封槽30。密封槽30设置于与阀芯16抵接的部分。密封槽30在流路12的周向上延伸，并且上端侧与阀室18的开口部18c连接。密封槽30的表面可以形成为带有曲率。在该情况下，当通过与阀芯16的外表面的曲率相同的曲率的曲面构成密封槽30的曲率时，阀芯16的外表面能够与密封槽30的表面进行面接触而紧贴，从而提高密封性，因此是优选的。

密封槽30的表面也可以不是曲面，而由倾斜面等平面构成。阀芯16的外表面只要是能够与密封槽30抵接的形状即可，不限于曲面。此外，在流路12的流体的压力低，而不向阀芯16施加高压的情况下，也可以不设置密封槽30。

阀室18设置于流路12的上部。阀室18具有：与流路12连接的倾斜部18b和由圆筒状的空洞形成的圆筒部18a，该空洞形成为与倾斜部18b的上方连接。圆筒部18a形成为内径比阀芯16的基端部16a的直径稍大，并且形成为沿轴A方向延伸的圆筒状的空洞。倾斜部18b形成为越朝向轴A方向的下方则内径越小的漏斗状。

倾斜部18b的下端部作为开口部18c向流路12开口。阀室18经由开口部18c与流路12连通。优选将倾斜部18b的内表面(锥面)的倾斜角度(相对于轴A的角度)设为与阀主体22的锥部22c的倾斜角度(相对于轴A的角度)大致相同的角度。倾斜部18b构成为，在使阀芯16压下到下端时，与阀主体22的锥部22c面接触，从而将阀室18的开口部18c闭塞。阀室18的容积与阀芯16的体积大致相同。

在阀室18的上端中央部的上方形成有贯通孔28。贯通孔28形成为与阀杆20大致相同的内径，并形成为朝向阀箱14的上部贯通。在贯通孔28安装有阀杆20。

上述的阀箱14例如能够构成为到阀室18的上端为止的第一部分14a和覆盖阀室18的上端的第二部分14b这两个部件。在将阀芯16安装于闸阀10时，使第一部分14a与第二部分14b分离而使阀室18的上端开口即可。在将阀芯16插入到阀室18之后，通过将第二部分14b安装并固定于第一部分14a的上方，从而能够将阀芯16插入到阀室18。

接着，对上述那样构成的闸阀10的作用进行说明。

如图3所示，在使阀芯16完全下降的状态下，阀芯16的密封部件24与流路12的内壁12a及倾斜部18b抵接从而阀芯16堵塞流路12。此时，阀芯16的密封部件24的表面进入密封槽30而与其面接触。即使在通过流路12的上游侧的流体的压力作用使密封部件24变形的力的情况下，由于密封部件24被密封槽30保持，因此维持了密封性。此时，由于在阀室18残余有上游侧的压力，因此作用有将阀芯16向下压下的作用力，在流经流路12的流体是高压的情况下，进一步提高了密封性。

此外，能够通过阀芯16的基端部16a的面积适当调节因残余在阀室18的压力而对阀芯16作用的向下方的作用力。即，当增大阀杆20的直径时，阀芯16的基端部16a的面积减小，与之对应地，向阀芯16作用的向下方的作用力减小。在闭阀状态下，因来自流路12的上游侧的流体的压力而对阀芯16作用有将阀芯16向上方抬起的力。因此，也可以通过适当调节阀芯16的基端部16a的面积，使由来自上游侧的流体的压力引起的向上方的力与由阀室18的压力引起的向下方的作用力取得平衡(使成为大致相同的大小)。在该情况下，能够用轻的操作力将阀芯16从闭阀状态向上方拉起。

如图4A所示，当使阀芯16上升并在行程中途的位置停止时，阀芯16从流路12的内壁12a离开，从而流体能够在流路12内通过。此时，在倾斜部18b与阀芯16之间空出间隙，阀室18与流路12连通，阀室18的内压与流路12的内压成为相同。

如图4B所示，由于阀芯16形成为旋转对称(圆对称)，因此剖面成为圆形。因此，在阀芯16的周围，流体的流动不会紊乱而保持为整流。因此，流体顺畅地流过阀芯16的周围，只要使阀芯16稍微上升，就能够使更大流量的流体在流路12流动。

该闸阀10发挥了以下的效果。

在闸阀10中，阀芯16的外表面在流路12中由流线型的曲面构成。由此，在阀芯16的周围流体的流动难以紊乱，即使在行程的中途使阀芯16停止的情况下，也能够使更大的流量的流体在流路12流动。因此，能够以小的行程进行流路12的开闭。另外，通过减少行程范围，阀芯16的驱动机构的小型化成为可能。

另外，阀芯16的形状相对于流路12的流动方向对称，因此，相对于阀箱14的阀芯16的朝向可以是任意的方向，由此，容易将阀芯16安装于阀箱14。另外，在流路12的流动方向是任意朝向的情况下，阀芯16都同样地发挥作用。

在闸阀10中，可以由球面构成阀芯16的顶端22b。由此，在阀芯16的周围的流体的流动更难以紊乱。另外，与流路12的抵接部分限定在沿流路12的周向延伸的线状的区域(密封槽30的部分)，因此，容易增大抵接部分的面压。因此，即使在流体的压力增大的情况下，也能够得到高密封性能。

在闸阀10中，在流路12的内表面也可以形成密封槽(凹部)30，该密封槽(凹部)30在流路12与阀芯16的外表面抵接的部分向流路12的径向外方凹陷。也可以使该密封槽(凹部)30在所述流路12的周向上形成为槽状。通过这样的结构，阀芯16的密封部件24的表面被密封槽30保持，因此，密封部件24难以因流体的压力而变形，从而提高了密封性能。

也可以使流路12的密封槽(凹部)30的曲率和与所述密封槽(凹部)30抵接的部分的阀芯16的外表面的曲率大致相同。由此，阀芯16的外表面与密封槽30紧贴，从而提高了密封性能。

也可以在阀室18设置倾斜部18b，并且在使阀芯16下降到流路12时，使阀芯16的锥部22c的外表面与阀室18的倾斜部18b抵接而闭塞阀室18。由此，能够阻止流体经由阀室18流动。另外，当使阀芯16上升时，阀室18与流路12连通，阀室18与流路12的内压成为相同。由此，即使流体的压力变高，也能够抑制阀芯16的升降动作的增加，从而以较少的操作力使阀芯16动作。

随着行程的减少，能够缩小阀室18的圆筒部18a的高度。由此，阀箱14内的无效空间变小，积液部变小。其结果是，闸阀10的置换特性优异，能够以在阀箱14内不残留多余的流体的方式使流体流动。

(第二实施方式)

如图5A所示，在本实施方式的闸阀40中，形成于阀芯16A及流路12的凹部50的形状与图1A的闸阀10不同。此外，在闸阀40中，对与图1A的闸阀10相同的结构标注相同的符号并省略其详细的说明。

如图5B所示，阀芯16A具备阀主体44，该阀主体44在顶端形成有平坦面44a。阀主体44形成为从基端部44b朝向顶端的平坦面44a而直径逐渐变小的锥状。如图5A所示，阀主体44的表面被密封部件46覆盖。

如图6所示，阀箱14A具备第二部分42，该第二部分42具有流路12。第二部分42在流路12的内壁12a的中央下端部形成有凹部50，该凹部50收容阀主体44的顶端的平坦面44a。凹部50具有与阀主体44的平坦面44a的直径大致相同的内径。在流路12的中央上部形成有阀室48。阀室48具备：经由开口部48c与流路12连通的倾斜部48b和形成于倾斜部48b的上方的圆筒部48a。倾斜部48b沿流路12的内壁12a在流路12的周向上延伸，并与凹部50连通。

圆筒部48a的内径形成为比阀芯16A的基端部44b的直径稍大。倾斜部48b的锥面的角度(相对于轴A的角度)与阀芯16A的阀主体44的侧壁的倾斜角度(相对于轴A的角度)相同，并构成为，在将阀芯16A压下时，阀芯16A与倾斜部48b面接触，从而由阀芯16A闭塞阀室48。此时，阀芯16A与在流路12的周向上延伸的倾斜部48b和凹部50面接触而将流路12完全闭塞。即，凹部50形成为与阀主体44的平坦面44a的直径相同，并构成为通过该平坦面44a与凹部50抵接而将流路12气密及液密地闭塞。

此外，本实施方式的阀主体44及凹部50不限于上述的结构，也可以是，凹部50的侧面以从流路12侧向最深处的方向逐渐缩径的方式形成为锥状，且凹部50的深部的底面形成为比平坦面44a的直径小。在该情况下，能够使阀主体44的平坦面44a与凹部50的锥状的侧面抵接而将流路12气密及液密地闭塞。此时，凹部50的底面也可以不与阀主体44抵接。在这样的结构的情况下，即使在凹部50及阀主体44的加工精度较低的情况下，也能够获得充分的气密性及液密性，因此是优选的。

上述那样构成的闸阀40发挥了以下的效果。

闸阀40的阀芯16A形成为随着朝向顶端侧而直径变小的锥状，并且顶端部由与流路12平行的平坦面44a构成。由此，在阀芯16A的周围的流体的流动难以紊乱，即使在行程的中途使阀芯16A停止的情况下，也能够使更大的流量的流体在流路12流动。因此，能够以较小的行程进行流路12的开闭。

在闸阀40中，在流路12的内表面也形成有凹部50，该凹部50在流路12与阀芯16A的外表面抵接的部分向流路12的径向外方凹陷。由此，即使在流体的压力变大的情况下，也能够得到高密封性能。

(第三实施方式)

如图7所示，在本实施方式的闸阀60中，在流路12侧设置有密封部61这点与图1A的闸阀10不同。此外，在闸阀60中，对与图1A的闸阀10相同的结构标注相同的符号并省略其详细的说明。

在闸阀60形成有安装部12b，该安装部12b在阀箱14B的第二部分42B的流路12切掉内周部的一部分而成。在该安装部12b安装有密封部61。密封部61是形成为大致圆筒状的部件，由例如橡胶、各种弹性体、尼龙、聚乙烯、或以聚四氟乙烯为代表的氟系树脂等能够弹性变形的材料形成。

密封部61具有：圆筒状的主体部62、形成于主体部62的内侧的流路64、与阀芯16的顶端相接的凹部66、以及与阀室18连通的开口部68。主体部62的径向的厚度及轴向的长度形成为与构成安装部12b的切口部分的径向的深度及轴向的长度相同。在主体部62的内部形成有流路64，该流路64形成为在与流路12的轴相同的方向上贯通。流路64的内周面与形成为与流路12的内周面齐平。凹部66形成于与阀芯16抵接的部分的流路64的内周面。凹部66是与图2的密封槽30相同的形状，并在流路64的周向上延伸。另外，凹部66的内表面构成为与阀芯16的顶端部的曲率大致相同。此外，阀芯16也可以不具备密封部件24而仅由阀主体22构成。

开口部68形成于主体部62的上部，并形成为在阀芯16的轴向上贯通主体部62。开口部68的内周面以与阀室18的倾斜部18b的表面相同的角度倾斜，并构成为同一曲面。开口部68的内周面构成为，在将阀芯16压下到闭阀位置时，阀芯16与阀芯16的基端部16a附近的锥部22c气密或液密地面接触而能够密闭阀室18。

根据上述那样构成的闸阀60，密封部61能够与阀芯16气密或液密地紧贴，因此，即使不在阀芯16的表面形成密封部件24，也能够确保密封性。

(第四实施方式)

如图8A所示，本实施方式的闸阀70在阀芯16B的结构及具有连通路72的方面与图5A及图5B的闸阀40不同。此外，在闸阀70中，对与图5A及图5B的闸阀40相同的结构标注相同的符号并省略其详细的说明。

如图8B所示，阀芯16B具备阀主体44，该阀主体44在顶端形成有平坦面44a。阀主体44形成为从基端部44b朝向顶端的平坦面44a，其直径逐渐变小的锥状。在本实施方式中，仅阀主体44的侧面44c被密封部件46覆盖。阀主体44的基端部44b及平坦面44a构成为不被密封部件46覆盖，从而平坦面44a直接与凹部50抵接。

如图8A所示，阀箱14B具备将流路12与阀室48连通的连通路72。连通路72的一端与流路12的上游侧连通，并且其另一端与阀室48连通。阀箱14B的第二部分42的其他结构与图6所示的第二部分42相同。

上述那样构成的闸阀70发挥了以下的效果。

在本实施方式的闸阀70中，阀箱14B具备将流路12与阀室48连通的连通路72。在将阀芯16B完全地按压而由阀芯16B闭塞流路12时，连通路72向阀室48传递流路12的上游侧的压力。其结果是，因阀室48与流路12的下游侧的压力差而对阀芯16B向闭塞流路12的方向施力，从而提高了阀芯16B的密封性，能够更可靠地闭塞流路12。

另外，在本实施方式的阀芯16B中，为了闭塞流路12，与阀室48的倾斜部48b面接触的侧面44c被密封部件46覆盖，因此，能够确保充分的密封性。

此外，连通路72不限于本实施方式，也可以设置于参照图1A～图7说明的闸阀10、40、60，在该情况下，能够得到与闸阀70相同的效果。

本发明的实施方式不限于上述的各方式，而能够进行各种变形。例如，如图5B所示，也可以将不被具有弹力性的密封部件46覆盖的阀主体44用作阀芯16B。在该情况下，阀主体44的金属面直接与阀室48的倾斜部48b及凹部50(参照图6)抵接，从而将流路12气密及液密地闭塞。

另外，例如，也可以将图1B所示的阀主体22用作阀芯16。在该情况下，阀主体22的金属面直接与流路12的密封槽30抵接，从而将流路12气密及液密地闭塞。由此，与用由橡胶材料、树脂材料等构成的密封部件46将阀主体44覆盖的情况相比，阀主体44的表面难以因摩擦及压力而变形。因此，在使用不被密封部件46覆盖的阀主体44的情况下，能够得到耐磨耗性及耐压性优异的闸阀。

Claims (4)

1.一种闸阀，具备：

阀箱(14)，该阀箱具有直线状的第一流路(12)和配置于所述第一流路(12)的侧部的阀室(48)；

阀芯(16B)，该阀芯收容于所述阀室(48)，并且能够通过在与所述第一流路(12)垂直的轴向上位移而将外表面与所述第一流路(12)的内表面抵接，从而闭塞所述第一流路(12)；以及

阀杆(20)，该阀杆从所述阀芯(16B)的基端部(44 b)向所述轴向伸出，

所述阀芯(16B)的在开位置处向所述第一流路(12)突出的部分的外表面由流线型的曲面构成，其特征在于，

在所述第一流路(12)的内表面的随着所述阀芯(16B)的移动而与所述阀芯(16B)的外表面抵接的部分，具有倾斜部(48b)和凹部(50)，该倾斜部向所述第一流路(12)的径向外方凹陷并从所述阀室(48)沿所述第一流路(12)的内壁(12a)在所述第一流路(12)的周向上延伸，该凹部形成于所述第一流路(12)的中央下端部并与所述倾斜部(48b)连通，

所述阀芯(16B)的顶端部由与所述第一流路(12)平行的平坦面(44a)构成，

所述阀芯(16B)具有阀主体(44)和密封部件(46)，该阀主体(44)形成为随着从基端部(44b)朝向顶端的平坦面(44a)而直径逐渐变小的锥状，该密封部件(46)仅覆盖所述阀主体(44)的侧面(44c)，

所述凹部(50)具有在所述阀芯(16B)的闭塞位置与所述平坦面(44a)面接触的底部，

所述阀主体(44)的顶端的平坦面(44a)未被所述密封部件(46)覆盖，所述平坦面(44a)直接与所述凹部(50)抵接。

2.根据权利要求1所述的闸阀，其特征在于，

所述倾斜部(48b)在所述第一流路(12)的周向上呈槽状地延伸。

3.根据权利要求2所述的闸阀，其特征在于，

所述倾斜部(48b)的曲率和所述阀芯(16B)的侧面(44c)的曲率大致相同。

4.根据权利要求1所述的闸阀，其特征在于，

所述阀室(48)具有朝向所述第一流路(12)缩径的锥面，在使所述阀芯(16B)下降到所述第一流路(12)时，所述阀芯(16B)的锥部与所述阀室(48)的锥面抵接而闭塞所述阀室(48)。

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