CN1704634A - 三重偏心蝶形阀 - Google Patents

Abstract

适于高温高压流体控制的三重偏心蝶形阀，可改善微小开度时流量特性，缓和来自微小开度间隙部的喷射喷流，消除节流孔侧的阀体背面的真空区域。其包括通过阀轴可自由转动地被轴支承于阀主体内、刚性材料构成的圆盘状阀体，先使阀轴中心从形成在阀体外周面的阀座面与阀主体阀座面的中心偏离而成一次偏心，再使阀轴中心从阀主体中心偏离而成二次偏心，并使构成阀座面的圆锥形状的顶点位于阀轴相反侧，且相对阀主体中心线倾斜而成三次偏心，阀体表面和背面相互平行，并使该表背两面相对于阀主体和阀体间的相接面的中心平面倾斜而形成工作角，阀全闭时使中心平面垂直流体通路的中心轴，开阀时从阀体喷嘴侧起开放阀间隙，随着转动在节流孔侧间隙持续扩大。

Description

三重偏心蝶形阀

技术领域

本发明涉及一种安装在处理各种流体、特别是高温、高压流体的管路上，用于进行流路的启闭或控制的三重偏心蝶形阀。

背景技术

以往，启闭或者控制高温、高压流体流过的流路的三重偏心阀是公知的。蝶形阀是在贯穿设置有大致圆筒状的流体通路的阀主体内，可自由旋转地轴支承圆盘状的阀体，使阀体的转动轴(阀杆)延伸至阀主体外并与传动装置连结而驱动旋转。在所述蝶形阀中，特别是在处理高温、高压流体时，具有特殊结构的三重偏心蝶形阀被重用。三重偏心蝶形阀是具有阀杆和阀体的相互位置关系呈一次、二次以及三次的三重偏心的特殊构造的蝶形阀。

请参考图9，三重偏心蝶形阀首先在以阀体3的外圆周面与阀座环的前端密接而形成的蝶形阀的阀座面为基准的情况下，阀杆4并没有位于连接阀座面的平面上，而是成为位于离开该平面距离P的位置的一次偏心。接着，阀杆4并没有通过阀主体的中心轴X-X，而是成为位于离开距离Q的位置的二次偏心。最后，表示在图9的截断面上的阀座面，在图的上部，沿着与阀主体的中心轴X-X相平行的线b延伸，但是在图的下部，沿着相对于中心轴X-X倾斜的左向上的线d延伸，阀座面在以线b和d的交点为顶点a的斜圆锥的面上，成为相对于顶点位于中心轴X-X上的圆锥面偏心的三次偏心。另外，圆锥面的顶角j通常为20度左右。

通常，蝶形阀改善刚刚开启阀后，或者刚要关闭阀前，即微小阀开度时的流量特性，同时力求防止由高温、高压流体引起的阀体、阀座环的摩擦、损伤。在公开了三重偏心阀的日本专利特公平6-86912号公报中，公开了阀座或者密封部件的密封材料可根据使用条件进行选择，尤其是可以由满足柔软性和弹性的要求的塑料材料或者金属制造，但是，所述构造的蝶形阀的密封材料是作为与阀主体不同的零件而构成，并需要安装在阀主体上，所以，会发生由微小开度时的流速引起的震动、摩擦、损伤等的不良情况，同时，具有用于安装密封材料的结构部件增多的问题。

另外，在日本专利特公昭47-16895号公报中，公开了将固定在壳壁部分的金属制的密封用环设置在相对于壳轴倾斜的位置上的三重偏心蝶形阀，但是，贯通该密封用环的相接面的中心平面不与壳轴方向垂直而倾斜，因此，安装或对位困难。

在日本专利特公平1-47671号公报中，公开了一种偏心蝶形阀，其将阀主体和阀体的相接面的中心平面作为流体通路中心轴方向的垂直位置，来试图克服上述特公昭47-16895号公报中公开的偏心蝶形阀的缺点。但是，在该公报中公开的蝶形阀是二重偏心阀，具有没有考虑在微小开度时的流量的扩大的问题。在日本专利特许第3108353号公报中，公开了一种通过使阀体的厚度向着下游侧增厚，来试图扩大微小开度时的流量的三重偏心蝶形阀。但是，该蝶形阀也没有顾及微小开度时来自间隙部的喷射喷流的缓和或者节流孔侧的阀体背面的真空区域的消除等。

专利文献1为特公平6-86912号公报。

专利文献2为特公昭47-16895号公报。

专利文献3为特公平1-47671号公报。

专利文献4为特许第3108353号公报。

发明内容

本发明的目的在于提供一种适用于高温、高压流体的控制的三重偏心蝶形阀，可改善微小开度时的流量特性，缓和来自微小开度的间隙部的喷射喷流，以及消除节流孔侧的阀体背面的真空区域。相对于阀开度90度，在开40度(约开45％)时，流量系数低至约20％，特别是在不足30度时，流量显著减小，很难调整流量。通常，与全开时的流速也有关，但是在阀开度不足30度时，流速成为喷射喷流而从微小的开度间隙部非常快速地流出。从而，形成该间隙部的材料、材质、形状、大小等需要能够足够抵抗所述喷射喷流。

本发明所述的三重偏心蝶形阀，包括：贯穿设置了大致圆筒状的流体通路的阀主体；通过阀轴可自由转动地被轴支于该阀主体内的、由刚性材料构成的圆盘状的阀体，先使阀轴的中心从形成在阀体外圆周面的阀座面与阀主体的阀座面的中心偏离而成一次偏心，其次，使阀轴的中心从阀主体的中心偏离而成二次偏心，进一步，使构成阀座面的圆锥形状的顶点位于阀轴的相反侧，并且相对于阀主体的中心线倾斜而成三次偏心，其中，使阀体的表面和背面相互平行地形成，并使该表背两面相对于阀主体和阀体之间的相接面的中心平面倾斜而形成工作角，在阀全关闭时使前述中心平面位于相对于流体通路的中心轴垂直的位置，打开阀时从阀体的喷嘴侧开始开放阀的间隙，伴随着转动，在节流孔侧间隙持续扩大。

在面对于阀体的初级侧的喷嘴侧的一半部分，向着喷嘴侧侧缘形成多个凸肋，同时在面对于次级侧的节流孔侧的一半部分，向着节流孔侧侧缘形成多个凸肋，在该凸肋之间形成流路实现流量的增大。

使阀体的表背面相对于阀体的中心平面倾斜的工作角为2～5度的范围。

在多个凸肋中，将位于中央的凸肋相对于阀轴垂直设置，使位于该中央凸肋的左右位置的凸肋以角度θ倾斜。

凸肋之间形成的流路的底面向着阀体周缘形成有坡度。

阀主体以及阀体的阀座面通过融接其他材料进行一体化而形成，两阀座面为相互不同的材料，使阀体阀座面的材料比阀主体阀座面的材料的表面硬度高。

根据本发明的三重偏心蝶形阀，在阀开启时，阀体的开放相对于流体的流向从正压(来自不与流体流向相反的方向的流体压力)侧开始(从喷嘴侧开始开启阀的意思)，由于在阀主体阀座面以及阀体阀座面上一体熔接有表面硬度高的金属，所以能够防止由来自刚刚开启阀后的微小阀开度的间隙部的喷射喷流引起的与两阀座面的主要部分相接触的部分的摩擦、损伤、脱落。

另外，由于使流体流向位于阀轴的一侧，所以闭阀而相接时，在阀体的圆锥状阀座面上，流体压力向着关闭的方向作用，故可加大密封效果。

另外，由于在阀体的正压侧形成有多个凸肋，所以能够扩大微小开阀时的流量。

另外，在阀体的逆压侧(节流孔侧)也形成有多个凸肋，所以能够破坏阀体背面的真空区域。

进一步，将阀开度从微小开度进一步开放时，通过形成在阀体表、背面的凸肋，将管壁部分的低速流体吸引到管中央部的高速流体中，而使其加速，能够减少与管壁间的摩擦引起的流体阻力，能够增加流量的同时，能够抑制不平衡转矩的发生。

附图说明

图1是表示本发明的蝶形阀的阀关闭时状态的剖视图。

图2是表示所述蝶形阀的阀开度为10度的状态的剖视图。

图3是表示阀体的表面的主视图。

图4是图3的仰视图。

图5是表示阀体的背面的主视图。

图6是图5的仰视图。

图7是图3的Z-Z剖视图。

图8是详细表示主体阀座和阀体阀座的剖视图。

图9是三重偏心蝶形阀的构成说明图。

图10是本发明所述阀的流量特性曲线图。

具体实施方式

以下详细说明本发明的最佳实施方式。本发明是以三重偏心蝶形阀为对象。三重偏心蝶形阀包括：贯穿设置了大致圆筒状的流体通路的阀主体；在该阀主体内，通过阀轴可自由旋转地被轴支承的、由刚性材料构成的圆盘状的阀体，并具有如下的三重偏心构造：将形成在阀体的外圆周面上的阀座面和阀主体的阀座面，从阀体的中心和阀轴的中心偏离的一次偏心；从阀主体的中心线偏离的二次偏心；使构成阀主体和阀体的阀座面的圆锥形状的顶点位于阀轴的相反侧，并相对于阀主体的中心倾斜的三次偏心，相互压接的阀主体内周的阀座面和阀体外周的阀座面，形成为以阀轴方向为短径，以阀轴垂直方向为长径的椭圆锥形状，特别适用于高温、高压流体的启闭、控制，在阀全闭时，使阀主体和阀体的相接面的中心平面为流体通路中心轴方向的垂直位置，使阀体的表面和背面平行，使该两面相对于所述中心平面而成倾斜的工作角(余力角)，与阀轴一起转动阀体而打开阀时，首先，从在阀体的下游侧转动的喷嘴侧转动而产生间隙，从而使流体流出，通过进一步的转动，向着阀体的节流孔侧间隙扩大。

另外，在阀关闭时向着阀体的下游侧转动的侧端侧附近的上流侧(喷嘴侧)和向着上流侧转动的侧端侧附近的下游侧(节流孔侧)，设置多个凸肋，打开阀时，首先从阀体的喷嘴侧产生间隙，允许流体的流出，通过阀体的进一步转动，向着节流孔侧间隙扩大，通过多个凸肋增大流量。

在阀全闭时，使阀主体和阀体的相接面的中心平面为流体通路中心轴方向的垂直位置，使阀体的表面和背面平行，使该两面相对于上述中心平面而成倾斜的工作角，该工作角最好是在2～5度的范围内。

在多个凸肋中，将位于中央的凸肋设置成与阀轴垂直，使位于该位于中央位置的凸肋左右的凸肋相对于中央的凸肋倾斜角度θ，使凸肋间的间隙向着阀体周缘扩大，能够加大流量，另外，使多个凸肋的底面向着阀体周缘形成坡度。

在阀主体阀座面和阀体阀座面上，一体熔融如耐腐蚀性、耐磨损性优良的材料而形成两阀座面，且主体阀座面的表面硬度形成的比阀体阀座面的表面硬度高。

请参考图1和图9，详细说明适用了本发明的三重偏心蝶形阀。在贯穿设置了圆筒状的流体通路2的阀主体1内，在阀杆4上可自由转动地轴支承由销6固定的阀体3。阀杆4的两端贯通了圆管状的阀主体1。在阀主体1中，设置有阀杆4贯通的筒状的阀轴筒，密封保持阀杆。通过连接在一个阀杆的外端的传动装置(图中未示)，阀体3被驱动旋转，启闭阀主体1内的流体通路2。

阀体3的外圆周面与阀主体1的内圆周面密接形成的环状的密接面为蝶形阀的阀座面，是在全关闭时达到与阀体3密接的面。请参考图1、9，在以阀座面为基准时，阀杆4并不存在于连接阀座面的平面上，而是位于离开该平面仅仅距离P的位置，成为一次偏心。接着，阀杆4并没有穿过阀体3的中心，也就是没有穿过阀主体1的中心轴X-X，而是被固定在偏离阀体3的中心的位置。即，阀杆4位于从阀主体1的中心轴X-X仅仅偏离距离Q的位置，成为二次偏心。另外，表示在切断面上的阀座面，在图9的上部沿着与阀主体1的中心轴X-X平行的线b延伸，相对与此，在图9的下部沿着相对于中心轴X-X倾斜的左向上的线d延伸。即，阀座面在以线b和d的交点为顶点的斜圆锥的面上。该圆锥形的顶点a没有在阀主体的中心轴X-X上，偏心位于与中心轴平行的线b上，而构成三次偏心。另外，圆锥面的顶角j最好为20度左右。

本发明是在所述三重偏心蝶形阀中，实现扩大微小开度时的流量，能够容易进行流量控制。通常在微小阀开度下长时间使用时，由于流体的高速喷流，存在于阀主体和阀体的间隙部的阀主体阀座和阀体外圆周部及其附近有可能被摩擦、损伤或者破坏。防止发生此类事件很重要。为了防止由流过所述间隙部的高速喷流引起的破坏，主要部分的材质、构造、形状等成为重要因素。本发明的特征之一为使主要部分成为金属和金属的组合物，即，在要部将硬质的合金等材料熔融于母材上成为一体。由此，与以往在单独的构件上嵌入阀座环进行安装的结构相比较，可以消除破坏、脱落的危险性，同时也无需用于固定阀座环的阀座压板或者阀座压板固定用螺栓等的构件，构件数目减少，进而，由微小开度时的流速引起的振动、吸引造成的固定部的松弛、脱落等故障也没有了。

由使主要部分成为金属和金属的组合物带来的密封性，由于以流体的流向为阀轴侧，通过就位时的阀座结构为上述三重偏心阀而呈圆锥状，从而容易关闭，可确保充分的密封性。

请参考图1，相对于流体通路2的中心轴X-X，相接面的中心平面M为垂直的，阀体3的表面3a和背面3b平行，能够保持相对于相接面的中心平面M倾斜的工作角α而进行安装。其结果，开阀时，可以使节流孔侧阀体侧端部的开阀比喷嘴侧的开阀晚一些开始，与设置在阀体表背面的后述凸肋一起，实现扩大微小开度时的流量，可保护阀座面。

请参考表示阀开度10度左右的状态的图2，流体的流动通过阀体的倾斜方向和凸肋，图2的上方(喷嘴侧)的一侧比下方(节流孔侧)流出更多。就这样由喷嘴侧流出尽可能最大的流量而提高次级侧的压力，由此能够消除产生在阀体背面的真空区域，因此可以消除由于阀开时向阀体关闭的方向作用的真空区域的存在而产生的不平衡转矩，可回避阀轴转矩的增大。另外，将本发明适用于以往的嵌入有阀座环的结构的蝶形阀的情况下，产生能够防止由真空区域的吸引引起的阀座环的脱落的优点。

请参考图3、4、7，在阀体3的表面，即阀轴侧的面上，形成有从通过阀轴的中心线S-S向喷嘴侧侧缘延伸的三根凸肋7。该凸肋的表面71形成在与阀体3的中心线S-S的下部表面相同的面上，凸肋之间形成为由比外表面凹下的槽构成的流路72。流路72的底面附有从中心线S-S的位置向着外周圆倾斜的坡度。另外，位于中央的凸肋沿着中央线Y-Y呈直线状延伸，位于该中央凸肋的左右的凸肋具有角度θ，以扩大流路72宽度的方式向外倾斜，从而增加流量。

请参考图5、6、7，在阀体3的背面，即在与阀轴相反侧的面上，形成有从通过阀轴的中心线S-S向节流孔侧侧缘延伸的三根凸肋8。该凸肋的表面81形成在与阀体3的中心线S-S的上部表面相同的面上，凸肋之间形成为由比外表面凹下的槽构成的流路82。流路82的底面附有从中心线S-S的位置向着外周圆倾斜的坡度。在图示的实施例中，三根凸肋8相互平行地形成，但是左右凸肋也可以以扩大流路82的宽度的方式向外倾斜。阀体背面的凸肋，相对于所述阀体表面的凸肋，具有以S-S线为中心的对称关系，但由于是三重偏心阀，所以凸肋的构成、形状以及作用不同。

另外，在本说明书中，阀体的表面是指在关闭阀时对向于初级侧的面，背面是指对向于次级侧的面。喷嘴侧是指阀体打开时向着次级侧转动的阀体的上半部分(图1中的上侧半部分)，节流孔侧是指向初级侧转动的阀体的下半部分(图1中的下侧半部分)。

喷嘴侧表面的三根凸肋71具有一定的高度，由此流过阀体表面附近的流体通过这些凸肋控制方向。中央的凸肋位于管内的最大流速部分，将最大流速分为两部分的同时加速其流速。配置在左右的凸肋向着阀体外周缘扩开的同时，流路的底面向着阀体外周缘附有坡度，起到增加在从开阀到阀开40度左右的微小开度中的流量的效果。

相对于流体，阀杆轴支承部成为流路阻力，与阀杆轴支承部冲突的流体在轴支承部的次级侧产生漩涡，进一步加大流体阻力。相对于此，三根凸肋对在轴支承部的次级侧产生的漩涡发挥整流效果，减少漩涡的产生。其结果，本发明的凸肋在阀体附近对管内的流速进行分断和整流，并通过肋部所具有的对流向的控制来补充阀体表面的流体阻力，具有减小阀整体的流体阻力的效果。

蝶形阀的阀体一般逆时针旋转为开，设置在配管，当有流体流过时，在图1中，阀体的下部位于初级侧，上部位于次级侧，随着阀开度加大，流速增加，阀体的下部向着初级侧向上推移，因此流路的阻力加大，该部分的流速下降(节流孔效果)。相反，阀体上部位于次级侧，所以初级侧上没有阻力，由于阀体自身的倾斜(开度)而流速加速(喷嘴效果)。其结果，在节流孔侧和喷嘴侧流速不同，在阀体节流孔侧的次级侧产生真空区域，成为不平衡转矩的原因。在本发明中，凸肋在节流孔侧位于次级侧，在喷嘴侧位于初级侧，所以节流孔侧的后流通过凸肋向着管中央被整流，在喷嘴侧增加流入速度。其结果，与没有凸肋的阀体相比，在本发明的阀体中，发挥减少节流孔侧和喷嘴侧的压力差的作用，可减少不平衡转矩。

另外，如图10的流量特性曲线所示，本发明阀体的流量、压力差与以往的阀相比，得到了改善。在图10中，横轴为阀开度(角度)，纵轴为流量系数(％)，以往的阀的流量特性用虚线表示，本发明的流量特性用实线表示，特别是在不足40度的阀开度中，本发明的阀与以往的阀相比，流量系数被扩大。

如图8所示，阀体3的椭圆形的外圆周面，即与阀体阀座32压接的主体阀座5在阀主体1的内圆周面一体成型。主体阀座5的压接面的宽度比阀体阀座32的阀座面的宽度形成的窄，同时，由耐腐蚀性、耐磨损性优良的金属、如不锈钢、镍合金等构成，在阀主体1的内圆周面，通过堆焊焊接等方法一体成型。主体阀座5的内周面形成为与阀体阀座32的外圆周面相同的椭圆形是不言而喻的。

作为形成主体阀座的不锈钢有奥氏体类、铁素体类等，最好为SUSY316L、SUSY430。另外，作为镍合金有镍·钼类、镍·钼·铬类等，最好为DNiMo-1、DNiCrMo-3等。

阀体阀座32可以与阀体3一体铸造成型，特别是在大口径阀等中，如图8所示，最好将单体的阀体阀座32熔融形成于阀体3上。此时，最好主体阀座5和阀体阀座32的材质以及表面硬度不一样，特别是阀体阀座32的表面硬度例如为HB217左右，比主体阀座5高。

Claims (6)

1.一种三重偏心蝶形阀，包括：贯穿设置了大致圆筒状的流体通路的阀主体；通过阀轴可自由转动地被轴支于该阀主体内的、由刚性材料构成的圆盘状的阀体，先使阀轴的中心从形成在阀体外圆周面的阀座面与阀主体的阀座面的中心偏离而成一次偏心，其次，使阀轴的中心从阀主体的中心偏离而成二次偏心，进一步，使构成阀座面的圆锥形状的顶点位于阀轴的相反侧，并且相对于阀主体的中心线倾斜而成三次偏心，其特征在于，

使阀体的表面和背面相互平行地形成，并使该表背两面相对于阀主体和阀体之间的相接面的中心平面倾斜而形成工作角，在阀全关闭时使前述中心平面位于相对于流体通路的中心轴垂直的位置，打开阀时从阀体的喷嘴侧开始开放阀的间隙，伴随着转动，在节流孔侧间隙持续扩大。

2.如权利要求1所述的三重偏心蝶形阀，其特征在于，在面对于阀体的初级侧的喷嘴侧的一半部分，向着喷嘴侧侧缘形成多个凸肋，同时在面对于次级侧的节流孔侧的一半部分，向着节流孔侧侧缘形成多个凸肋，在该凸肋之间形成流路实现流量的增大。

3.如权利要求1或2所述的三重偏心蝶形阀，其特征在于，使阀体的表背面相对于阀体的中心平面倾斜的工作角为2～5度的范围。

4.如权利要求1至3中任意一项所述的三重偏心蝶形阀，其特征在于，在多个凸肋中，将位于中央的凸肋相对于阀轴垂直设置，使位于该中央凸肋的左右位置的凸肋以角度θ倾斜。

5.如权利要求4所述的三重偏心蝶形阀，其特征在于，凸肋之间形成的流路的底面向着阀体周缘形成有坡度。

6.如权利要求1至5中任意一项所述的三重偏心蝶形阀，其特征在于，阀主体以及阀体的阀座面通过融接其他材料进行一体化而形成，两阀座面为相互不同的材料，使阀体阀座面的材料比阀主体阀座面的材料的表面硬度高。

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