CN117289729A

CN117289729A - 流量控制装置

Info

Publication number: CN117289729A
Application number: CN202311302354.7A
Authority: CN
Inventors: 川本贵弘; 天野洋义; 马场太一; 知野来美
Original assignee: Toflo Corp
Current assignee: Toflo Corp
Priority date: 2023-06-08
Filing date: 2023-10-09
Publication date: 2023-12-26
Also published as: JP7336173B1; KR102647310B1

Abstract

本发明提供能够抑制因设定流量的改变而引起的供给压的变动，并能够抑制二次侧的压力损失的影响和气蚀的流量控制装置。本发明的流量控制装置(18)具备：流量调节阀(19)，其调节在流路中流动的流体的流量；流量计(20)，其测定在流路中流动的流体的流量；以及控制部(21)，其基于流量计(20)的测定结果来控制流量调节阀(19)的开度，流量调节阀(19)是将从流入端口(24)流入的流体分流调整到第一流出端口(25)和第二流出端口(26)的三通阀，在第二流出端口(26)侧连接有流量计(20)，并且在第一流出端口(25)侧设置有对流体的压力阶段性地进行减压的多级节流孔(22)。

Description

流量控制装置

技术领域

本发明涉及一种能够抑制因设定流量的改变而引起的供给压的变动，并能够抑制二次侧的压力损失的影响和气蚀的流量控制装置。

背景技术

例如，在专利文献1中公开了在控制模具温度时利用了控制冷却水的瞬时流量的流量控制装置的系统。该流量控制装置具备流量调节阀、流量计以及控制器，并且构成为，流量调节阀使用二通阀，利用流量计来测定向一个方向流动的冷却水的瞬时流量，且控制器基于该测定结果对流量调节阀的开度进行反馈控制。

然而，如专利文献1的模具温度控制系统那样，在用于压铸模具等配管系统数量多的情况下，若对每个配管系统设置泵，则成本和/或设置空间的问题等缺点较多，因此大多以一台泵向多个配管系统分支来使用。在该情况下，若使设定流量变动，则有供给压沿着泵的Q-H曲线而变动的问题。另外，若对每个配管系统进行设定流量的改变，则会导致初始压力根据设定流量而变动，存在每个配管系统的相互干扰、不能够以期待的响应速度来控制瞬时流量这样的问题。

作为解决该问题的方法，已知通常在泵上设置逆变器和压力传感器，并以使压力成为恒定的方式控制泵的转速的方法(例如，参照专利文献2)。然而，由于泵能够调整的频率范围在某种程度上受到限制，所以在将流量控制装置的设定流量设为完全关闭(设定流量0L)的情况下、使设定流量变得极小的情况下，存在不能完全应对压力调整的问题。例如，在从模具的温度调节开始起、从待机状态起进行加温时，为了提高加温速度、发挥节能效果，在加温过程中大多将冷却水的流量设定得尽可能少而进行运用，上述方法难以应对这样的用途。

另外，关于响应，泵的急剧的转速变化也成为故障的原因，因此需要使转速缓慢地变化，还存在无法应对流量的急剧变化的问题。这是因为，若设定流量成为宽范围，则泵的旋转频率也变宽，结果响应延迟。应予说明，由于产生泵的压力控制与流量控制装置之间的相互干扰，所以为了防止该干扰，需要使流量控制装置的响应速度比泵的响应速度慢，存在无法发挥原本的响应性能的问题。

现有技术文献

专利文献

专利文献1：日本特许第6844938号公报

专利文献2：日本特开2005-194970号公报

发明内容

技术问题

因此，作为防止上述那样的压力变动的干扰的方法，考虑有例如在专利文献1的模具温度控制系统中，使用三通阀代替二通阀作为流量调节阀来进行流量控制的方法。二通阀的通常的流量特性如图7所示，流量根据开度而变化，因此伴随于此，泵的供给压会沿着Q-H曲线变动。与此相对，三通阀的通常的流量特性如图8所示，虽然流向A端口和B端口的流量根据开度而变化，但是流向C端口的总计的流量成为大致恒定，因此即使改变开度，泵的供给压也成为大致恒定。利用该特性，通过设为使用了三通阀的流量控制装置，从而即使使设定流量变动，也能够抑制初始压力变动和/或每个配管系统之间的相互干扰的产生。但是，在该结构中也有如下课题。

第一课题是压力损失的影响。例如，在作为靶材的模具的冷却流路窄且压力损失高的情况下，流量特性产生较大的变化，导致流量特性平衡变差。在该情况下，如图9所示，流量特性在A端口侧和B端口侧不为左右对称，不仅不能够进行期待的流量控制，而且伴随着不为左右对称，流向C端口的总计流量具有根据开度而大幅度变化的倾向。为了解决该问题，如图10所示，在A端口侧设置节流孔(节流件)，以使得成为与B端口侧相同的损失。由此，流量特性成为左右对称，即使改变开度，流向C端口的总计流量也成为大致恒定，能够抑制压力变动的产生。但是，由于C端口的总计流量降低，所以在流量不足的情况下需要提高泵压来增加供给量。

第二课题是气蚀的产生。如上所述，若在泵的供给压高的状态下增大A端口侧的阀的开度，则设置于A端口的二次侧的节流孔的前后的差压变高。另外，被节流孔急剧地节流的流体的流速变得极快，由于在其二次侧几乎没有背压，所以容易因急剧的压力下降而产生气蚀。气蚀不仅产生振动，还因产生局部性的气泡而成为气液混合，因此背压变动，由于压差伴随于此而变动，所以结果存在流量控制变得不稳定、导致配管内部的损伤等不良影响。为了抑制该气蚀，需要抑制流速，以使压力不成为饱和水蒸气压以下。然而，节流孔的二次侧是前往箱的回流配管，由于几乎没有背压，容易成为饱和水蒸气压以下，所以可以说是极容易产生气蚀的环境。

本发明是为了解决以上那样的课题而完成的，其目的在于提供一种流量控制装置，所述流量控制装置能够抑制因设定流量的改变而引起的供给压的变动，并能够抑制二次侧的压力损失的影响和气蚀。

技术方案

为了抑制因设定流量的改变而引起的供给压的变动，在本发明中采用了使用三通阀代替二通阀作为流量调节阀来进行流量控制的结构。另外，为了抑制二次侧的压力损失的影响，在本发明中采用了在三通阀的A端口(第一流出端口)侧设置节流孔的结构，以使A端口(第一流出端口)侧的流量特性成为与B端口(第二流出端口)侧相同的压力损失。进而，为了抑制在节流孔的二次侧产生的气蚀，在本发明中采用了使节流孔不是一级而是阶段性地进行减压的多级的结构。

如图11所示，通过在A端口(第一流出端口)侧设置多级节流孔，从而流体的压力被阶段性地减压，因此能够增大节流孔径，结果能够降低流速。另外，由于对各级的二次侧施加背压，所以难以成为饱和水蒸气压以下，能够抑制气蚀的产生。应予说明，在想要减少多级节流孔的级数的情况下，考虑难以成为饱和水蒸气压以下的减小上游侧的节流孔的方法。

在此，关于多级节流孔，如果兼具作为调整压力平衡的节流孔的功能，则能够以低成本进行制造，但是如果将节流孔逐个地以配管的方式连接为多级，则密封部位也会增加，需要较多的空间。因此，在本发明中，如图12所示，通过将具有节流孔的环板排列配置为多级，从而能够紧凑且大幅度地削减密封部位。另外，如图13所示，通过将该多级节流孔内置于三通阀的阀适配器，从而能够实现进一步的紧凑化、以及密封部位和制造成本的削减。实际上，如图14所示，具备由包括多级节流孔的三通阀构成的流量调节阀、流量计、以及控制器(控制部)的流量控制装置为本发明。

即，本发明的流量控制装置的特征在于，具备：流量调节阀，其调节在流路中流动的流体的流量；流量计，其测定在所述流路中流动的流体的流量；以及控制部，其基于所述流量计的测定结果来控制所述流量调节阀的开度，所述流量调节阀是将从流入端口流入的流体分流调整到第一流出端口和第二流出端口的三通阀，在所述第二流出端口侧连接有所述流量计，并且在所述第一流出端口侧设置有对流体的压力阶段性地进行减压的多级节流孔。

另外，在本发明的流量控制装置中能够采用如下结构：所述多级节流孔内置于所述三通阀的阀适配器。

此外，在本发明的流量控制装置中能够采用如下结构：所述多级节流孔排列配置有多块环板，所述环板具有口径从入口朝向出口变窄的锥状节流孔。

技术效果

根据本发明的流量控制装置，通过针对流量调节阀采用将从流入端口流入的流体分流调整到第一流出端口和第二流出端口的三通阀的结构，从而能够抑制因设定流量的改变而引起的泵供给压的变动。另外，通过采用以使三通阀的第一流出端口侧的流量特性成为与作为流量控制对象的第二流出端口侧相同的压力损失的方式在第一流出端口侧设置节流孔的结构，从而能够抑制二次侧的压力损失的影响。此外，通过采用在第一流出端口侧设置对流体的压力阶段性地进行减压的多级节流孔的结构，从而能够抑制因二次侧的背压变低而产生的气蚀。

附图说明

图1是示出将本发明的流量控制装置应用于模具温度控制系统的例子的整体图。

图2是示出本发明的流量控制装置的结构的局部截面图。

图3是示出本发明的流量控制装置中的流量调节阀的切换方式的示意图。

图4是示出本发明的流量控制装置中的多级节流孔的结构的放大分解图。

图5是示出本发明的流量控制装置的变形例的局部截面图。

图6是示出本发明的流量控制装置的变形例的局部截面图。

图7是示出二通阀的通常的流量特性的说明图。

图8是示出三通阀的通常的流量特性的说明图。

图9是示出在三通阀的B端口侧存在压力损失的情况下的流量特性的说明图。

图10是示出在三通阀的A端口侧设置有节流孔的情况下的流量特性的说明图。

图11是示出在三通阀的A端口侧设置有多级节流孔的结构的说明图。

图12是示出在三通阀的A端口侧排列环板而设置有多级节流孔的结构的说明图。

图13是示出在三通阀的A端口侧的阀适配器内置有多级节流孔的结构的说明图。

图14是示出具备由包括多级节流孔的三通阀构成的流量调节阀、流量计、控制器(控制部)的流量控制装置的说明图。

符号说明

1：模具温度控制系统

2：压铸机

3：模具

4：固定模具

5：可动模具

6：温度传感器

7：控制装置

8：冷却水循环装置

9：冷却塔

10：热交换器

11：箱

12：泵

13：供水配管

14：模具配管

15：回流配管

16：流量控制单元

17：歧管

18：流量控制器

19：流量调节阀

20：流量计

21：控制器

22：多级节流孔

23：适配器

24：流入端口

25：第一流出端口

26：第二流出端口

27：阀体

28：阀芯

29：致动器

30：步进马达

31：马达托架

32：阀轴

33：阀

34：滑动O型环

35：轴衬垫

36：保持器锁

37：螺杆

38：磁体

39：磁传感器

40：霍尔IC

41：整流板

42：防松垫圈

43：阀适配器

44：环板

45：锥状节流孔

46：L字型弯管

具体实施方式

以下，参照附图，对用于实施本发明的方式进行说明。

图1示出利用本发明的流量控制装置构建模具温度控制系统的实施方式。本实施方式的模具温度控制系统1是在生产(铸造)铝压铸制品的压铸机2中，通过改变在生产时以恒定流量控制的冷却水的流量来控制模具3的温度的系统。模具3构成压铸机2的一部分，包括设置于注射装置的固定模具4、以及设置于合模装置的可动模具5。

在模具3(固定模具4和可动模具5)的各部位安装有由热电偶或测温电阻体构成的温度传感器6(…6n)。温度传感器6实时地检测生产周期内的模具3的最高温度、最低温度、平均温度、以及当前温度。被检测出的模具3的温度信息被转换为电信号，输出到进行后述的运算处理的控制装置7。

作为调节模具3的温度的机构，在压铸机2的外部设置有使冷却水循环的冷却水循环装置8。冷却水循环装置8构成为具备冷却塔9、热交换器10、箱11、以及泵12。箱11内的水经由热交换器10被冷却塔9冷却。该冷却水由泵12通过供水配管13和模具配管14而被供给到设置于模具3的各部位的冷却水孔，通过回流配管15而向箱11循环。

在模具3(固定模具4和可动模具5)分别安装有流量控制单元16。流量控制单元16包括与供水配管13连接的歧管17、以及与歧管17连装的多个流量控制器18(…18n)的集合体。在歧管17中，来自供水配管13的冷却水经由过滤器(省略图示)而被导入到型腔内，并在多个端口分支而被供给到各个流量控制器18(…18n)。

流量控制器18是控制冷却水的瞬时流量的流量控制装置，该冷却水对模具3(固定模具4和可动模具5)的各部位进行冷却。如图2所示，流量控制器18构成为具备流量调节阀19、流量计20、控制器(控制部)21、以及多级节流孔22，并经由适配器23与歧管17的端口连接。

流量调节阀19是将从流入端口24流入的流体向第一流出端口25和第二流出端口26分流，并调整从两流出端口流出的流量比率的分流型的三通阀。流入端口24与供给来自泵12的冷却水的供水配管13连接，第一流出端口25与使冷却水向箱11返回的回流配管15连接。另外，第二流出端口26与向模具3的冷却水孔供给冷却水的模具配管14连接，该第二流出端口26侧(单侧)的配管系统为流量控制对象。

本实施方式的流量调节阀19采用电动旋转式阀机构，通过致动器29的电动力来驱动内置于阀体27的阀芯28，并利用该电动力来调节阀开度。致动器29内置有步进马达30，并经由马达托架31安装于阀体27。阀芯28包括阀轴32和设置于其前端的阀33，并且与步进马达30的旋转轴连结。应予说明，34是滑动O型环，35是按压阀轴32而承担节流孔的作用的轴衬垫，36是按压轴衬垫35而进行固定的保持器锁。

如图3所示，由三通阀构成的流量调节阀19构成为，若将第二流出端口(B端口)26的开口部从全闭状态(开度0％)切换为全开状态(开度100％)，则伴随于此，第一流出端口(A端口)25的开口部从全开状态切换为全闭状态，能够调整从两流出端口(A、B端口)流出的冷却水的流量比率。应予说明，即使阀芯28的阀33旋转而使从第一流出端口(A端口)25和第二流出端口(B端口)26流出的冷却水的流量比率变化，从流入端口(C端口)24流入的冷却水的流量(总计流量)也大致恒定。

流量计20测定从第二流出端口26流出的流体的流量，在本实施方式中采用叶轮式流量计。该叶轮式流量计构成为具备在流路内以能够旋转的方式被支承的螺杆37、以及对被螺杆37的叶片部密封的磁体38进行检测的磁传感器39。磁传感器39是内置有包括霍尔元件、电源电路、放大器等的霍尔IC40的非接触式传感器，利用霍尔IC40检测磁体38的磁场而向控制器21输出电信号。应予说明，41是防止在分流后流入到流路内的流体的紊流而进行整流的整流板，该整流板41也兼作螺杆37的轴承。另外，42是为了防止松动而按压整流板41的防松垫圈。

控制器(控制部)21是具备流量测定、马达控制、PID流量控制等功能的微型计算机。控制器21根据从磁传感器39输出的电信号来测定基于螺杆37的转速而计算出的流量值。另外，控制器21基于测定出的流量值和从控制装置7输入的设定流量值来控制致动器29的步进马达30，对流量调节阀19的开度进行反馈控制(PID控制)。

多级节流孔22对从第一流出端口25流出的流体的压力阶段性地进行减压，所述多级节流孔22具备调整压力平衡的功能、以及抑制气蚀的功能。本实施方式的多级节流孔22内置于与阀体27连接的阀适配器43，实现了紧凑化和密封部位的削减。另外，如图4中放大所示，该多级节流孔22在厚度方向上排列配置有多块(在本实施方式中为五块)环板44、…，成为紧凑且不易堵塞污垢的结构。在各个环板44，在单侧(入口侧)设置有口径从入口朝向出口逐渐变窄的锥状节流孔45。

如上所述，根据本实施方式的流量控制器18，通过在流量调节阀19使用三通阀来控制第一流出端口25和第二流出端口26的分配量，从而能够根据流动的冷却水的流量来抑制泵12的供给压的变动，并能够抑制每个配管系统之间的相互干扰。另外，在阀适配器43内设置有锥状节流孔45，通过防止因第一流出端口25侧与第二流出端口26侧的背压之差而产生的流量特性平衡的变差，从而能够进行精密的流量控制。此外，通过采用排列配置有多块具有锥状节流孔45的环板44的多级节流孔22，从而能够对从第一流出端口25流出的流体的压力阶段性地进行减压，并能够抑制因背压变低而产生的气蚀。

应予说明，在上述的实施方式中，虽然作为构成流量控制器18的流量调节阀19而采用了T字型的三通阀，但是也可以采用图5和图6所示那样的变形例。由于在流量计20的入口具有流量调节阀19的阀的节流件，所以考虑因来自阀的紊流而产生的对流量特性的不良影响。因此，出于防止这样的不良影响的目的，图5所示的流量控制器18A经由L字型弯管46而将流量计20与阀体27连结，图6所示的流量控制器18B进一步经由L字型弯管46而将多级节流孔22与阀体27连结。如此，通过利用L字型弯管46而使配管曲折，从而使流路中流动的流体与内壁碰撞，因此能够在短距离内抑制极端的紊流。另外，通过使流量计20的安装姿态成为垂直，从而在本实施方式那样的叶轮式流量计的情况下，螺杆37的轴的滑动阻力减少，因此还具有提高低流量特性，并能够在宽范围内进行流量测定这样的效果。

在以上说明的实施方式中，利用本发明的流量控制装置来构建压铸机的模具温度控制系统，但本发明的应用例不限于此。例如，在设置有多台使用冷却水的注射成型机和/或使用切削油的机床等的配管系统中，能够将本发明应用于根据机械的运转台数的变化而使冷却水、制冷剂液、切削油等流体的供给量变化的用途。应予说明，在上述的模具温度控制系统中，利用流量控制器来控制冷却水的瞬时流量，但也可以利用瞬时流量进行控制并对累计值进行计数来控制累计流量。

Claims

1.一种流量控制装置，其特征在于，具备：

流量调节阀，其调节在流路中流动的流体的流量；

流量计，其测定在所述流路中流动的流体的流量；以及

控制部，其基于所述流量计的测定结果来控制所述流量调节阀的开度，

所述流量调节阀是将从流入端口流入的流体分流调整到第一流出端口和第二流出端口的三通阀，在所述第二流出端口侧连接有所述流量计，并且在所述第一流出端口侧设置有对流体的压力阶段性地进行减压的多级节流孔。

2.根据权利要求1所述的流量控制装置，其特征在于，

所述多级节流孔内置于所述三通阀的阀适配器。

3.根据权利要求1或2所述的流量控制装置，其特征在于，

所述多级节流孔排列配置有多块环板，所述环板具有口径从入口朝向出口变窄的锥状节流孔。