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CN101430026A - 流量控制阀 - Google Patents

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CN101430026A
CN101430026A CNA2008101764214A CN200810176421A CN101430026A CN 101430026 A CN101430026 A CN 101430026A CN A2008101764214 A CNA2008101764214 A CN A2008101764214A CN 200810176421 A CN200810176421 A CN 200810176421A CN 101430026 A CN101430026 A CN 101430026A
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Abstract

本发明提供一种结构紧凑的流量控制阀，不需在阀体外部设置多余的外部配管。在阀体的上游侧内周面上安装上游侧流体压力测量口，用于贯通上游侧定位器的上游侧端部附近的内、外周面。在阀体的上游侧设置贯通阀体内、外周面的第二通道。由阀体和上游侧定位器之间形成的第一通道将上游侧流体压力测量口和第二通道连通。同样，在阀体的内周面上安装下游侧流体压力测量口，用于贯通下游侧定位器的下游侧端部附近的内、外周面。在阀体的下游侧设置贯通阀体内、外周面的第四通道。由阀体和下游侧定位器之间形成的第三通道将下游侧流体压力测量口和第四通道连通。在阀体外周面上安装压差传感器，将第二通道和第四通道与压差传感器相连。

Description

流量控制阀
技术领域
本发明涉及对流经阀体内流体的流量进行控制的流量控制阀，尤其涉及对流体的流量系数及流量进行测量的流量控制阀。
背景技术
在流量控制阀的流路内流动的流体的流量Q可通过测量输入端(上游侧)流路和输出端(下游侧)流路中流体的压差、阀芯的开度、流量系数(Cv值)，由方程式(1)算出。
Figure A200810176421D0003170312QIETU
  (1)
这其中，A为阀芯节流部的截面积，ΔP为流体上游侧和下游侧之间的压差。
关于这种可对流路内流动的流体的流量系数与流量进行测量的流量控制阀，已知有例如下述专利文献1～3中公开的控制阀。
专利文件1中所记载的是一体型程序控制阀，在阀体入口侧的流路部分配置测量入口的流体压力P1的第一压力传感器，在出口侧的流路部分配置测量流体压力P0的第二压力传感器，由控制器求出上述流体压力P1和P0的压差ΔP，再从对照表中读取阀的流量系数(Cv值)，以算出流量Q(
Figure A200810176421D00031
其中k为常数，Gf为流体的比重)
专利文件2中所记载的是流量控制阀，具有：检测阀芯的阀开度的阀开度检测机构、检测阀芯上游管路内流体压力的第一压力检测机构、检测阀芯下游管路内流体压力的第二压力检测机构、根据第一及第二压力检测机构同阀开度检测机构输出的电信号计算出管路内流动的流体流量的电气机构。
专利文件3中所记载的是具有流量测量装置的蝶阀，在其上游侧、下游侧共四处形成有压力测量口，在分别形成于阀座上游侧及下游侧内周上的沿周向延伸的环状的空洞内，将采集到的压力平均化，来测量阀芯前后的压差。
然而，在阀芯的节流部前后会产生扰流，压力变动较大，因此要高精度地测量流体的流量Q就必须将上游侧的流体压力测量口和下游侧的流体压力测量口设置在离阀芯的节流部足够远的位置上。
此外，在谋求具有流量测量机构的流量控制阀的紧凑化的情况下，通常来讲，将流量测量机构配置于驱动阀芯的驱动器内较为有利。因此，如上述专利文件1所记载的控制阀中，具有流量测量机构的控制器同上、下游侧的流体压力测量口之间通过另设的外部配管分别连接，将流体压力向控制器引导。
然而上述专利文件1、2中记载的控制阀中具有如下问题：从上、下游侧流体压力测量口将流体压力通过配管向控制器引导，因而配管绕装于阀体周围，导致流体从配管的连接部漏出、配管的安装所引起的零件数目及组装工时增加，成本增高。
另外，上述专利文件3中所记载的蝶阀以牺牲测量精度为代价谋求紧凑化，无论在上游侧还是下游侧，压力测量口的位置均未距离阀芯足够远，因此上游侧和下游侧的压力变动较大，无法高精度地测量流量。
专利文件1：日本发明专利特许第2772159号公报
专利文件2：日本发明专利特开昭60-168974号公报
专利文件3：日本发明专利特公平7-103945号公报
发明内容
本发明即为解决上述现有技术中的问题而做出，其目的在于提供一种不必将外部配管设置于阀体外部且结构紧凑的流量控制阀。
为达到上述目的，本发明具有：阀芯，其以可转动的方式配设在阀体内，可对流经阀体的流体的流量进行调节；上游侧阀座，其被按压在上述阀芯的抵接部上；上游侧定位器，其用于保持上述上游侧阀座；阀开度检测机构，其对上述阀芯的开度进行检测；压差检测机构，其对上述阀体的上游侧管路内的流体压力和下游侧管路内的流体压力之间的压差进行检测；流量计算机构，其根据上述压差检测机构的检测值和上述阀开度检测机构的检测值求出流量系数，由该检测值和上述流量系数计算出上述流体的流量，上述压差检测机构安装在上述阀体的外周面上，本发明中还在上述上游侧定位器的上游侧端部附近设置有贯通内、外周面的上游侧流体压力测量口，在上述阀体的内周面和上述上游侧定位器的外周面之间形成第一通道，该第一通道的上游侧端与上述上游侧流体压力测量口连通，在上述阀体内形成有连接上述第一通道的下游侧端和上述压差检测机构的第二通道。
另外，本发明还具有：下游侧阀座，其被按压接在上述阀芯的抵接部上；下游侧定位器，其用于保持上述下游侧阀座，本发明还在上述下游侧定位器的下游侧端部附近设置有贯通内、外周面的下游侧流体压力测量口，在上述阀体的内周面和上述下游侧定位器的外周面之间形成第三通道，该第三通道的下游侧端与上述下游侧流体压力测量口连通，在上述阀体内形成有连接上述第三通道的上游侧端和上述压差检测机构的第四通道。
(发明的效果)
本发明中，在阀体的内周面和上游侧定位器的外周面之间设置第一通道，在阀体内设置第二通道，经由这些通道连接上游侧流体压力测量口和压差检测机构，所以不必在阀体外部设置用于将上游侧流体压力导向压差检测机构的流路配管，可使流量控制阀紧凑化。另外，第一通道形成于上游侧定位器和阀体的内周面之间，所以不必组装其他零件，易于制造。
另外，由于上游侧流体压力测量口设置于上游侧定位器的上游侧端部附近，所以能够使上游侧流体压力测量口足够远离阀芯，相隔大致为定位器轴向长度的距离，能够测量到上述流体压力的较高压力，所以能够测得上、下游侧流体压力间的较大压差，可高精度地进行流量测量。
此外，本发明在阀体的内周面和下游侧定位器的外周面之间设置第三通道，在阀体内设置第四通道，经由这些通道连接下游侧流体压力测量口和压差检测机构，所以不必在阀体外部设置用于将下游侧流体压力导向压差检测机构的流路配管，可使流量控制阀更加紧凑化。另外，第三通道形成于下游侧定位器和阀体的内周面之间，所以不必组装其他零件，易于制造。
附图说明
图1是表示本发明的流量控制阀的一种实施方式的横剖面图，图中，流量控制阀处于全开状态。
图2是沿图1中II-II线剖切的剖面图。
图3是沿图1中III-III线剖切的剖面图。
图4是沿图1中IV-IV线剖切的剖面图。
图5是沿图1中V-V线剖切的剖面图。
【符号说明】
1    流量控制阀
2    流体
3    流体流路
3A   上游侧管路
3B   下游侧管路
4    阀体
6    阀芯
15   上游侧阀座
16   上游侧定位器
26   上游侧流体压力测量口
27   第一通道
28   环状槽
29   第二通道
31    压差传感器
40    下游侧阀座
41    下游侧定位器
54    下游侧流体压力测量口
55    第三通道
56    环状槽
57    第四通道
60    阀开度检测机构
61    流量计算机构
具体实施方式
以下根据图示的实施方式对本发明进行详细说明。
图1是表示本发明的流量控制阀的一种实施方式的横剖面图，图中，流量控制阀处于全开状态。图2是沿图1中II-II线剖切的剖面图。图3是沿图1中III-III线剖切的剖面图。图4是沿图1中IV-IV线剖切的剖面图。图5是沿图1中V-V线剖切的剖面图。本实施方式中所示的是将本发明适用于由浮动式双向球阀构成的流量控制阀的一个例子。浮动式双向球阀是由配置于上游侧和下游侧的一对阀座来支承阀芯(球形塞)，该阀芯可旋转，在全闭时受上游侧流体压力的影响阀芯被推压到下游侧阀座上，以阀芯与下游侧阀座的接触为主来实现密封。
在图1中，标号1表示的是整个浮动式流量控制阀，它包括：内部形成有流体2流路3的阀体4、以可在水平面内旋转的方式设置在该阀体4内部且可开闭上述流路3的球状的阀芯6、可在阀体4外部操作使该阀芯6旋转的阀轴7等。
上述阀体4呈直管状，其两端部外周面上一体突出设置有法兰部8a、8b，该法兰部8a、8b构成与配管之间进行连接的连接部，该阀体4上表面中部形成有通孔(未图示)，上述阀轴7贯通该通孔并可相对于其转动。阀体4内的流路3由上述阀芯6分隔。
上述阀芯6由大致呈球状的中空体构成，其内部形成有贯通流路9，其周壁上设置有构成节流部分的流入侧开口部10和流出侧开口部11。贯通流路9的流入侧开口部10和流出侧开口部11形成在阀芯6的周壁上，该两开口部之间在旋转方向(箭头θ方向)上相隔180°。阀芯6的外周面上形成有球面状的与阀座接触的抵接部12。
上述阀轴7的下端部与阀芯6的上表面中部连接；上端部向上述阀体4上方突出。该阀轴7由省略图示的驱动器驱动，由此使上述阀芯6在箭头θ方向上大致90°的角度范围内旋转。
在上述阀体4内部，在上述阀芯6的上游侧配置有与阀芯6的抵接部12紧密接触的上游侧阀座15、对该上游侧阀座15进行保持且使其可在轴线方向上移动的上游侧定位器16、作为将上述上游侧阀座15向阀芯6推压的弹性部件的弹簧17、对上游侧阀座15和上游侧定位器16之间进行密封的O形圈18，由这些部件构成上游侧阀座部的密封构造。
上述上游侧阀座15被形成为两端开放的筒体，由此其具有中心孔15a，该中心孔15a和上述上游侧定位器16的上游侧开口部16a形成上述流路3的上游侧流路3A。上述中心孔15a具有比上述上游侧开口部16a开口端面的内径D小若干的孔径D1。上游侧阀座15的上游侧端部的壁厚形成得较薄，由此构成小径部。另一方面，它的下游侧端部壁厚形成得较厚，由此构成大径部。上游侧阀座15由上述弹簧17被推压到阀芯6的抵接部12上。
上述上游侧定位器16同样被形成为两端开放的筒体，在其内部安装有可沿轴线方向移动的上述上游侧阀座15。在上游侧端部16B外周面上形成有外螺纹21，该外螺纹21与上述阀体4的上游侧开口部内周面上所形成的内螺纹22互相旋合。另外，上游侧定位器16的上游侧开口部16a形成为从开口端面朝向下游侧内径由D逐渐变小的锥形孔，其最小径部的内径与上述上游侧阀座15的孔径D1相等。另外，上游侧定位器16的内周面和上游侧阀座15的外周面之间形成有安装上述弹簧17的环状的收纳部23。该收纳部23由形成于上游侧阀座15外周面上的台阶状部23A和形成于上游侧定位器16内周面上的台阶状部23B构成。此外，在上游侧定位器16的内周面上形成有装嵌上述O形圈18的环状的槽24。
上述上游侧定位器16的上游侧开口部16a的开口端面上形成有构成旋转操作部的多个凹部25。上游侧定位器16的主体部16C，即位于上述上游侧端部16B后方的部分比上述上游侧端部16B长。在该主体部16C与上游侧端部16B的接合部上，沿圆周方向等间隔形成四个上游侧流体压力测量口26，这些上游侧流体压力测量口26由贯通上游侧定位器16内外周面的通孔构成，此外，在形成有该压力测量口26那一部分的下游侧的外周面上，沿周向等间隔形成四个第一通道27(图3)。该第一通道27由沿上游侧定位器16轴线方向形成的槽构成，其上游侧端与上述各上游侧流体压力测量口26连通。此外，在上游侧定位器16的外周面的下游侧端形成有环状槽28，该环状槽28将上述四个第一通道27的下游侧端连通起来。其中，上游侧定位器16的上游侧流体压力测量口26处的外径为D2，上游侧流体压力测量口26至阀芯6的上游侧的距离为L1，该L1大于上游侧开口部的开口端面内径D的二倍(L1>2D)。
此外，在阀体4中形成有第二通道29，该第二通道29经由上述环状槽28将上述各第一通道27与作为压差检测机构的压差传感器31连接起来。第二通道29由沿阀体4径向形成的通孔构成，这样其穿过阀体4的厚壁而将内外相连。因此，上述上游侧管路3A内的流体压力P1经由上游侧流体压力测量口26—第一通道27—环状槽28—第二通道29被传导至压差传感器31处。
上述压差传感器31用于检测阀体4的上游侧管路3A内的流体压力P1和下游侧管路13B内的流体压力P2之间的压差ΔP，固定在上述阀体4外周面的侧面上大致与上述阀芯6对应的位置。
在上述阀体4内部，上述阀芯6的下游侧，配设有与阀芯6的抵接部12紧密接触的下游侧阀座40、保持该下游侧阀座40而使其可沿轴向移动的下游侧定位器41、作为弹性部件向上游侧加载上述下游侧阀座40从而将其推向抵接部12的弹簧42、对下游侧阀座40和下游侧定位器41之间进行密封的O形圈43，由此构成下游侧阀座部的密封构造。
上述下游侧阀座40隔着阀芯6与上游侧阀座15相对，与上游侧阀座15共同将阀芯6夹持为可转动的状态。下游侧阀座40的中心孔40a与上述下游侧定位器41的中心孔41a形成上述流路3的下游侧流路3B。其中，下游侧阀座40形成为与上游侧阀座15相同的形状。
上述下游侧定位器41形成得比上述上游侧定位器16更长，除了在这一点上两者不同以外，其他方面两者都是相同的。即，下游侧定位器41的长度是上游侧定位器16的三至四倍，在上游侧开口部内安装有上述下游侧阀座40，该下游侧阀座40与下游侧定位器41之间隔着上述弹簧42及O形圈43可沿轴向移动。下游侧定位器41的内周面和下游侧阀座40的外周面之间形成有安装上述弹簧42的环状的收纳部50。此外，下游侧定位器41的内周面上形成有装嵌上述O形圈43的环状的槽51。
下游侧定位器41的后端上形成有外螺纹45，由此构成外螺纹部41A，该外螺纹部41A与上述阀体4的下游侧开口部内周面上形成的内螺纹46旋合。外螺纹部41A的表面上形成有构成旋转操作部的多个凹部53。下游侧定位器41上的上述外螺纹部41A前方的部分形成有主体部41B，在该主体部41B与上述外螺纹部41A的边界处沿圆周方向等间隔形成有四个下游侧流体压力测量口54，这些下游侧流体压力测量口54由贯通下游侧定位器41内外周面之间的径向通孔构成，此外，在形成有这些压力测量口54那一部分的上游侧的外周面上沿周向等间隔地形成有四个第三通道55(图5)。该第3通道55由形成于下游侧定位器41轴向上的槽构成，其下游侧端与上述各下游侧流体压力测量口54连通。另一方面，下游侧定位器41的外周面的上游侧端形成有连通上述四个第三通道55的上游侧端的环状槽56。下游侧定位器41的下游侧开口部41b的开口端面的内径D3大于下游侧阀座40的中心孔40a的内径(D1)，下游侧定位器41在下游侧流体压力测量口54处的外径为D3，且被设置于上述阀芯6下游相隔距离L2的位置，该L2大于下游侧定位器41的下游侧开口部41b的开口端面的内径D3的六倍(L2>6D3)。下游侧管路3B的下游侧开口端面的内径D3与上游侧开口部16a的开口端面的内径D被设定为相同(D3＝D)。
此外，上述阀体4上形成有第四通道57，该第四通道57经由上述环状槽56将上述各第三通道55与上述压差传感器31相连接。该第四通道57由沿径向形成且连通阀体4壁厚内外的通孔构成。因此，阀体4的下游侧管路3B内的流体压力P2经由下游侧液体压力测量口54—第三通道55—环状槽56—第四通道57被导向压差传感器31。
上述流量控制阀1还具有由检测上述阀芯6开度的电位计等构成的阀开度检测机构60、计算阀体4内流动的流体2的流量的流量计算机构61，该流量计算机构61经由信号线62、63分别与上述压差传感器31和上述阀开度检测机构60连接。
对于这种构造的流量控制阀1，当使阀芯6转动，将其由全闭状态切换为图1所示的全开状态时，通过上游侧的配管供给到流量控制阀1的流体2经由上游侧管路3A(上游侧定位器16和阀座15的中心孔)—阀芯6中的贯通流路9—下游侧管路3B(下游侧阀座40的中心孔40a、下游侧定位器41的中心孔41a)流向下游侧的配管。此时，在阀体4内流动的流体2的上游侧压力P1经由上游侧压力测量口26—第一通道27—环状槽28—第二通道29被导向压差传感器31。另外，在阀体4内流动的流体2的下游侧压力P2也经由下游侧压力测量口54—第三通道55—环状槽56—第四通道57被导向压差传感器31。在导出上游侧压力P1和下游侧压力P2后，由压差传感器31检测两者的压差ΔP(＝P1-P2)，其测量值传送给流量计算机构61。
另外，阀开度检测机构60检测阀芯6上的阀轴7的旋转角度，其检测值输入给上述流量计算机构61。流量计算机构61根据压差传感器31的检测值和阀开度检测机构60的检测值求出流量系数(Cv值)，根据上述式(1)，利用这些检测值和流量系数计算出在阀体4内流过的流体2的流量Q。
这样，在本发明的流量控制阀1中，由于将连接上游侧压力测量口26和压差传感器31的第一通道27和第二通道29、以及连接下游侧压力测量口54和压差传感器31的第三通道55和第四通道57分别形成在上游侧定位器16、下游侧定位器41以及阀体4上，所以不必在阀体4外侧附设流路配管，能够实现流量控制阀1的紧凑化。另外，第一、第三通道27、55利用的是阀体4的内周面与上、下游侧定位器16、41外周面之间的空间，所以不需要在阀体4内组装其他部件，能够防止零件数及组装工序的增加。
此外，通过将上游侧流体压力测量口26设置在从阀芯6向上游侧相隔L1距离的位置，将下游侧流体压力测量口54设置在从阀芯6向下游侧相隔L2距离的位置，并由环状槽28将四个第一通道27的下游侧端相互连接起来，同样由环状槽56将四个第三通道55的上游侧端相互连接起来，所以受扰流的影响较小，能够高精度地检测出上、下游侧的流体压力测量口26、54附近的流体2的上、下游侧压力，可进行精度较高的流量检测，能够提高该流量控制阀1的测量精度及可靠性。
在上述实施方式中，例示了第一、第三通道27、55和环状槽28、56分别形成于上、下游侧定位器16、41的外周面上的情况，但也可以是分别形成在阀体4的上游侧和下游侧的内周面上。
另外，本发明的实施方式中，以浮动式的双向球阀为例对流量控制阀进行了说明，但本发明也可以适用于耳轴式的双向球阀。这时，原本浮动式的双向球阀中所设的下游侧阀座40和下游侧定位器41就不是必要构件，除此之外其他的构件完全可以通用。或者也可以只省去下游侧阀座40。

Claims (2)

1.一种流量控制阀，其特征在于，具有：
阀芯，其以可转动的方式配设在阀体内，可对流经阀体的流体的流量进行调节；
上游侧阀座，其被按压在上述阀芯的抵接部上；
上游侧定位器，其用于保持上述上游侧阀座；
阀开度检测机构，其对上述阀芯的开度进行检测；
压差检测机构，其对上述阀体的上游侧管路内的流体压力和下游侧管路内的流体压力之间的压差进行检测；
流量计算机构，其根据上述压差检测机构的检测值和上述阀开度检测机构的检测值求出流量系数，由该检测值和上述流量系数计算出上述流体的流量，
上述压差检测机构安装在上述阀体的外周面上，
在上述上游侧定位器的上游侧端部附近设置有贯通内、外周面的上游侧流体压力测量口，在上述阀体的内周面和上述上游侧定位器的外周面之间形成第一通道，该第一通道的上游侧端与上述上游侧流体压力测量口连通，在上述阀体内形成有连接上述第一通道的下游侧端和上述压差检测机构的第二通道。
2.如权利要求1所述的流量控制阀，其特征在于，
还具有：下游侧阀座，其被按压在上述阀体的抵接部上；
下游侧定位器，其用于保持上述下游侧阀座，
该流量控制阀中还在上述下游侧定位器的下游侧端部附近设置有贯通内、外周面的下游侧流体压力测量口，在上述阀体的内周面和上述下游侧定位器的外周面之间形成第三通道，该第三通道的下游侧端与上述下游侧流体压力测量口连通，在上述阀体内形成连接上述第三通道的上游侧端和上述压差检测机构的第四通道。
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