CN1952460A - 流体控制阀用扩散器以及流体控制阀 - Google Patents

流体控制阀用扩散器以及流体控制阀 Download PDF

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Abstract

提供一种流体控制阀用扩散器以及流体控制阀,可以更切实地抑制或防止空穴现象的发生,而且可以抑制最大流量的减少。在阀主体(2)的下游侧开口部内安装扩散器(31),该扩散器(31)对流体(30)的流动进行减速,将动能转换成压力。扩散器(31)形成为底部(34)开放的中空圆锥形,顶部(33)的内角度(θ)为90°以下,在周壁上形成有多个小孔(32)。

Description

流体控制阀用扩散器以及流体控制阀
技术领域
本发明涉及减速流体的流动并将动能转换成压力的流体控制阀用扩散器以及流体控制阀。
背景技术
在对被控制流体的流量、压力进行控制的流体控制阀中,在显著减小流体压力的情况、或流速较快的情况下,由于发生于阀的节流部分的流动混乱,会产生异常的高噪音、或产生空穴现象等。这种情况下,压缩性流体中容易产生振动、噪音,非压缩性流体中容易发生空穴现象。一旦发生空穴现象,便成为流量降低、阀腐蚀(空蚀)、进而成为振动、噪音等的原因,导致阀的性能、耐久性等显著降低。
因此,作为防止上述空穴现象发生的现有技术,公知的例如有专利文献1(特开2001-59583号公报)、专利文献2(特开平8-93964号公报)、专利文献3(特开昭61-153082号公报)所公开的阀。
专利文献1公开的流体控制阀中,为抑制或防止在成为阀主体下游侧的配管连接口处发生空穴现象,而设置节流孔板。该节流孔板由平板状的多孔板构成。将由这样的多孔板构成的节流孔板配设于阀芯的下游侧时,作为阀整体将流体二级减压,即,由于通过由阀座圈和阀芯形成的节流部进行一次减压后,再通过节流孔板进一步二次减压,因而与只通过节流部单体一级减压相比,减压效果增大,能够减少或防止空穴现象的发生。
专利文献2所记载的阀装置中,设置有底圆筒形的盒体,使其贯穿在将阀主体内的流通通道间隔为上游侧和下游侧的间隔壁上所形成的开口,在该盒体的上游侧周壁上形成第1多孔,在底部中央设置向盒体内侧突出的筒状突出部,以使第2多孔在该筒状突出部的周壁上相向,且使通过该第2多孔的流体的流动与由盒体底部的凹部(包围上述筒状突出部的空间)所形成的通道正交。通过采用这种阀装置,使通过筒状突出部的小孔的射流相互冲撞由此来减小动能,因而使射流不与阀主体的内底面直接冲撞,可以有效地防止阀体的振动、噪音、下游侧配管的共振、空穴现象气泡的产生等。
专利文献3所记载的蒸汽变换阀中,在盒型阀体的下游侧配设扩散板,该扩散板促进未汽化冷却水的蒸发,并且防止产生于减压部的噪音能量传递至下游。该扩散板通过多孔板被形成为近似于平板的盖状。
但是,专利文献1所记载的流体控制阀,由于使用由平板状的多孔板构成的扩散器,而存在着对空穴现象的抑制效果较小的问题。即,在使用平板的多孔板的情况下,由于从小孔射流时的扩展角(约180°左右)较大,当流体从小孔急速射流时,从小孔喷出的射流不会相互冲撞,而是依旧向下游流动,因而成为空穴现象、噪音的原因。
专利文献2所记载的流体控制阀,由于通过将流体的流动方向变换为基本上直角的方向,使流体通过第2多孔流入盒体的筒状突出部内,因而存在着阀的最大流量减小、欲增大最大流量就必须将阀增大的问题。而且,由于筒部的各多孔的流速不均一,对空穴现象的抑制效果也较小。
专利文献3所记载的蒸汽变换阀,由于盖状的扩散器的顶部的内角度较大,因而与专利文献1所记载的由平板状的多孔板构成的扩散器同样,存在着对空穴现象发生的抑制或防止效果较小的问题。
发明内容
本发明是为解决上述现有问题而做出的,其目的在于提供一种流体控制阀用扩散器以及流体控制阀,其可以更切实地抑制或防止空穴现象的发生,而且可抑制最大流量的减小。
为实现上述目的,本发明的流量控制阀用扩散器被安装于阀主体内,对流体的流动进行减速,将动能转换成压力,其特征在于,底部形成为开放的中空圆锥形,顶部的内角度为90°以下,在周壁上形成有多个小孔。
另外,本发明的流体控制阀具有上述扩散器,该扩散器被安装为,比阀主体内的阀芯更位于下游侧,其顶部作为上述阀芯侧、其底部作为上述阀主体的流出口侧。
在本发明中,由于将扩散器形成中空的圆锥形,因而扩散器的内径如圆锥形文丘里管那样向下游侧逐渐扩大。当使扩散器的顶部的内角度(开度角)为90°以下时,可以通过从多孔喷出的射流相互冲撞来抑制空穴现象的发生,可实现液体压力恢复系数较大的阀。另外,从小孔流向扩散器内的流体由于偏向角度小,因而可以确保阀的必要最大流量,可避免阀的大型化。
扩散器的顶部的内角度为90°以下时,流体的偏向角度较小,可以抑制最大流量的减少,较少空穴现象的发生。若内角度为90°以上,则从多孔喷出的射流相互冲撞所引起的对空穴现象的抑制效果减小。
附图说明
图1是表示将本发明使用于旋转阀的一实施方式的剖视图。
图2是阀芯的立体图。
图3是扩散器的剖视图。
图4(a)是表示球阀的全开状态的图,(b)是表示中间开度状态的图,(c)是表示全闭状态的图。
图5是表示压力恢复系数与扩散器的内角度之间的关系的图。
图6是将本发明使用于单座调节阀的其他实施方式的剖视图。
图7是将本发明使用于三通球阀的其它实施方式的剖视图。
具体实施方式
以下,根据附图所示的实施方式对本发明进行详细说明。
图1是表示将本发明使用于旋转阀的一实施方式的剖视图,图2是阀芯的立体图,图3是扩散器的剖视图,图4(a)~(c)是用于说明旋转阀的动作的图,(a)是表示球阀的全开状态的图,(b)是表示中间开度状态的图,(c)是表示全闭状态的图。在这些附图中,整体由标号1表示的旋转阀包括:阀主体2,其具有由贯通孔构成的流通通道3,且被连接于配管4的中途;可自由旋转的阀塞5,其被设置于该阀主体2的内部中央,且对上述流通通道3进行开关控制;阀轴6,其从外部对该阀塞5进行旋转操作。
上述阀主体2其整体形状被形成为倒T字形的管体,向两侧和上方共三个方向开放。
上述阀塞5包括:阀芯5A,其由大致半球状、内部为被挖空的壳构造体构成;圆筒状的轴承部5B、5C,其分别被一体设置于上述阀芯5A的上、下面。在阀芯5A中,形成有流量特性部(以下,称之为开口部)7和球面支承部8。开口部7由使阀芯5A的内外连通的大致银杏叶形状的开口构成,且具有等百分率特性。球面支承部8形成为在阀芯5A的外周面侧沿阀轴6的旋转方向较长地延伸的带状。上侧的轴承部5B嵌合于上述阀轴6的内端部6A,并通过焊接等被接合成一体。另一方面,下侧的轴承部5C通过设于阀主体2的内底面中央部的导向部9被以可旋转的方式轴支承。
上述阀轴6是与阀塞5共同形成旋转阀1的驱动系统的部件,其上端部通过片状导向件、O型环、密封零件等的密封部件14以可旋转的方式贯穿设于盖部件11的阀轴用孔12,在向盖部件11的上方突出的突出端6B上,连接有省略图示的电动执行元件。盖部件11通过垫圈16被嵌合于向阀主体2的上方开口的盖安装孔15中,并通过螺栓(未图示)被固定。
在上述阀主体2的流通通道3内、在位于上述阀塞5的上游侧的流入口侧流通通道部3A中,安装有座圈20以及将该座圈20推压于上述阀塞5的球面支承部8的座挡圈21。
上述座圈20形成为筒状体,被以可自由滑动的方式嵌插于上述阀主体2的流入口流通通道3A,且在其外周面上安装有座垫弹簧22。座挡圈21同样由圆筒体构成,通过螺合与流入口侧流通通道3A组装,其内端部嵌合于座圈20的外周面,通过推压上述座垫弹簧22,以规定压力将座圈20压接于阀塞5的球面支承部8。
另一方面,在上述流通通道3的作为下游侧的流出口侧流通通道部3B中,安装有扩散器31,其对流通通道3内流动的流体30的流动进行减速,将其动能转换成压力,并抑制空穴现象的发生。该扩散器31形成为底部34开放的中空圆锥形,在其周面上形成有多个小孔32,其以顶部33指向上游侧、底部34成为下游侧的方式被组装在流出口侧流通通道部3B内。
根据扩散器31的顶部33的内角度θ的大小,流体30的流动方式发生较大变化。当内角度θ为90°以上时,因从多孔喷出的射流相互冲撞而形成的对空穴现象的抑制效果变小。因此,内角度θ优选被设定为90°以下。
接下来,根据图4对由上述构造构成的旋转阀1的动作进行说明。
图4(a)表示旋转阀1的全开状态。在该全开状态下,阀塞5通过阀轴6被向顺时针方向转动最大角度,开口部7与座圈20的内侧开口部一致。因此,流体30通过阀塞5和扩散器31被二级减压而向下游侧流动。即,阀塞5的开口部7通过缩小流体通道的截面积来对流体30减压,并抑制通过流速。而且,扩散器31的小孔32同样通过缩小流体通道截面积来对流体30减压,并抑制通过流速。
另外,在扩散器31中,通过小孔32时使流体30的流动偏向扩散器31的中心方向,通过之后,通过使其在扩散器31内相互冲撞而降低动能。另外,由于流动的偏向角度小,可以不必使阀大型化便可确保必要的最大流量。这是因将扩散器31的顶部33的内角度θ形成为90°以下而产生的效果。使扩散器31的内角度θ为90°以下的理由是为了抑制空穴现象的发生、并增大压力恢复系数FL
图5是在旋转阀1中实际测量对应于扩散器31的内角度θ的压力恢复系数FL值的图。
在现有的旋转阀中,一般FL=0.5~0.7左右。由于不易发生空蚀的球形阀一般FL=0.8~0.9以上,所以同样在本发明的旋转阀1中,优选FL=0.8~0.9以上。因此,使扩散器31的内角度θ为90°以下,便可使FL≥0.8。
当使阀塞5转动规定角度、如图4(b)所示将旋转阀1切换为中间开度时,阀塞5的开口部7被缩小、截面积减小。因此,通过开口部7的流体30的压力下降、流速急剧变快。但是,即使处于该中间开度,通过开口部7的流体30由于在被扩散器31节流、动能减小后逐渐地恢复压力,因而能够与全开状态时同样地抑制空穴现象的发生。
当将阀塞5如图4(c)所示切换成全闭状态时,阀塞5的开口部7完全退出至座圈20的外侧,球面支承部8阻塞座圈20的下游侧开口部。因此,阀塞5将流通通道3完全阻断,阻止流体30的流动。
图6是将本发明使用于单座调节阀的其它实施方式的剖视图。
整体由标号50表示的单座调节阀50包括:阀主体51,在其内部中央设有将流通通道52间隔成流入口侧通道52a和流出口侧通道52b的间隔壁53;阀塞54,其以可上下自由移动的方式配设于该阀体51内;阀轴55,其使该阀塞54上下移动;座圈57,其与上述阀塞54相对应地被嵌入上述间隔壁53的开口部56,且具有在全闭时支承上述阀塞54的支承部57a;筒状导向部58,其以可自由滑动的方式保持上述阀塞54,在上述阀体51的流出口侧通道52b内安装有上述的中空圆锥形的扩散器31。另外,由于单座调节阀50的阀塞54的流体控制动作与公知的相同,故省略其说明。
在这种单座调节阀50中,由于同样具有中空圆锥形的扩散器31,所以,其显而易见地能够与上述旋转阀1同样地防止空穴现象和噪音的产生。
图7是将本发明使用于三通球阀的其它实施方式的剖视图。
在该图中,三通球阀60包括:阀主体61,其具有第1、第2流入口通道62、63以及流出口通道64;球塞65,其被以可自由转动的方式安装于该阀体61内;阀轴66,其贯穿上述阀主体61并使上述球塞65转动。第1、第2流入口通道62、63与阀轴66的轴线正交,并隔着球塞65相对,与第1、第2配管67、68相连通。流出口通道64以与第1、第2流入口通道62、63正交的方式位于上述阀轴66的轴线上,其上安装有上述的中空圆锥形的扩散器31,该流出口通道64与第3配管69相连通。
上述球塞65具有在外周面上开口的第1、第2、第3口70、71、72以及嵌合孔73。第1、第2口70、71形成于球塞65的外周面上,在与阀轴66的轴线正交的方向上的转动方向上离开90°,可使上述第1、第2流入口通道62、63与流出口通道64相连通。第3口72形成为正交于第1、第2口70、71,通常与上述流出口通道64相连通。在嵌合孔73内嵌合有上述阀轴66的内端。并且,74为座圈,75为上盖。
作为这种三通球阀60,通过阀轴66使球塞65在90°的角度范围内向图7中的左右方向往复移动,从而可以通过球塞65形成独立的两个流通路径。即,当使球塞65转动而使第1口70对于第2流入口通道62成为全开状态、第2口71对于流入口通道63成为全闭状态时,通过第1口70和第3口72形成了连接第1流入口通道62和流出口通道64的流通路径。因此,从第1配管67被导入第1流入口通道62的流体30通过第1口70—球塞65的内部—第3口72—流出口通道64—扩散器31而流向第3配管69。由于流体30通过扩散器31的小孔32,因而其动能被削减,从而可抑制空穴现象的发生。
当从该状态开始使球塞65向右方向转动90°,而使第1口70对于流入口通道62成为全闭状态、第2口71对于第2流入口通道63成为全开状态时,通过第2口71和第3口72形成了连接第2流入口通道63和流出口通道64的流通路径。因此,被导入第2配管68的流体30’通过第2流入口通道63—第2口71—球塞65的内部—第3口72—流出口通道64—扩散器31而流向第3配管69。此时,流体30’同样通过扩散器31的小孔32,因而其动能被削减,从而可以抑制空穴现象的发生。
而且,从图7所示的状态开始使球塞65向右方向转动45°,而使第1、第2口70、71对于第1、第2流入口通道62、63成为中间开度时,通过第1、第2、第3口70、71、72形成了连接第1、第2流入口通道62、63和流出口通道64的流通路径。因此,流过第1、第2流入通道62、63的流体30、30’通过第1、第2口70、71被导入球塞65内从而被混合,通过第3口72—流出口通道64—扩散器31而流向第3配管69。此时,流体30和流体30’的混合流体同样通过扩散器31的小孔32,因而其动能被削减,从而可以抑制空穴现象的发生。
此外,在上述实施方式中,例示了适用于旋转阀1和单座调节阀50中的实施例,但本发明不仅限于此,也适用于其他形式的流体控制阀。

Claims (2)

1.一种流体控制阀用扩散器,其安装于阀主体内,对流体的流动进行减速,将动能转换成压力,其特征在于,
形成为底部开放的中空圆锥形,顶部的内角度为90°以下,在周壁上形成有多个小孔。
2.一种流体控制阀,具有如权利要求1所述的扩散器,其特征在于,
上述扩散器被安装为,比阀主体内的阀芯更位于下游侧,其顶部作为上述阀芯侧、其底部作为上述阀主体的流出口侧。
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