專利名稱：三重偏心蝶形閥的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種安裝在處理各種流體、特別是高溫、高壓流體的管路上，用于進行流路的啟閉或控制的三重偏心蝶形閥。
背景技術：
以往，啟閉或者控制高溫、高壓流體流過的流路的三重偏心閥是公知的。蝶形閥是在貫穿設置有大致圓筒狀的流體通路的閥主體內，可自由旋轉地軸支承圓盤狀的閥體，使閥體的轉動軸(閥桿)延伸至閥主體外并與傳動裝置連結而驅動旋轉。在所述蝶形閥中，特別是在處理高溫、高壓流體時，具有特殊結構的三重偏心蝶形閥被重用。三重偏心蝶形閥是具有閥桿和閥體的相互位置關系呈一次、二次以及三次的三重偏心的特殊構造的蝶形閥。
請參考圖9，三重偏心蝶形閥首先在以閥體3的外圓周面與閥座環(huán)的前端密接而形成的蝶形閥的閥座面為基準的情況下，閥桿4并沒有位于連接閥座面的平面上，而是成為位于離開該平面距離P的位置的一次偏心。接著，閥桿4并沒有通過閥主體的中心軸X-X，而是成為位于離開距離Q的位置的二次偏心。最后，表示在圖9的截斷面上的閥座面，在圖的上部，沿著與閥主體的中心軸X-X相平行的線b延伸，但是在圖的下部，沿著相對于中心軸X-X傾斜的左向上的線d延伸，閥座面在以線b和d的交點為頂點a的斜圓錐的面上，成為相對于頂點位于中心軸X-X上的圓錐面偏心的三次偏心。另外，圓錐面的頂角j通常為20度左右。
通常，蝶形閥改善剛剛開啟閥后，或者剛要關閉閥前，即微小閥開度時的流量特性，同時力求防止由高溫、高壓流體引起的閥體、閥座環(huán)的摩擦、損傷。在公開了三重偏心閥的日本專利特公平6-86912號公報中，公開了閥座或者密封部件的密封材料可根據(jù)使用條件進行選擇，尤其是可以由滿足柔軟性和彈性的要求的塑料材料或者金屬制造，但是，所述構造的蝶形閥的密封材料是作為與閥主體不同的零件而構成，并需要安裝在閥主體上，所以，會發(fā)生由微小開度時的流速引起的震動、摩擦、損傷等的不良情況，同時，具有用于安裝密封材料的結構部件增多的問題。
另外，在日本專利特公昭47-16895號公報中，公開了將固定在殼壁部分的金屬制的密封用環(huán)設置在相對于殼軸傾斜的位置上的三重偏心蝶形閥，但是，貫通該密封用環(huán)的相接面的中心平面不與殼軸方向垂直而傾斜，因此，安裝或對位困難。
在日本專利特公平1-47671號公報中，公開了一種偏心蝶形閥，其將閥主體和閥體的相接面的中心平面作為流體通路中心軸方向的垂直位置，來試圖克服上述特公昭47-16895號公報中公開的偏心蝶形閥的缺點。但是，在該公報中公開的蝶形閥是二重偏心閥，具有沒有考慮在微小開度時的流量的擴大的問題。在日本專利特許第3108353號公報中，公開了一種通過使閥體的厚度向著下游側增厚，來試圖擴大微小開度時的流量的三重偏心蝶形閥。但是，該蝶形閥也沒有顧及微小開度時來自間隙部的噴射噴流的緩和或者節(jié)流孔側的閥體背面的真空區(qū)域的消除等。
專利文獻1為特公平6-86912號公報。
專利文獻2為特公昭47-16895號公報。
專利文獻3為特公平1-47671號公報。
專利文獻4為特許第3108353號公報。

發(fā)明內容
本發(fā)明的目的在于提供一種適用于高溫、高壓流體的控制的三重偏心蝶形閥，可改善微小開度時的流量特性，緩和來自微小開度的間隙部的噴射噴流，以及消除節(jié)流孔側的閥體背面的真空區(qū)域。相對于閥開度90度，在開40度(約開45％)時，流量系數(shù)低至約20％，特別是在不足30度時，流量顯著減小，很難調整流量。通常，與全開時的流速也有關，但是在閥開度不足30度時，流速成為噴射噴流而從微小的開度間隙部非?？焖俚亓鞒觥亩?，形成該間隙部的材料、材質、形狀、大小等需要能夠足夠抵抗所述噴射噴流。
本發(fā)明所述的三重偏心蝶形閥，包括貫穿設置了大致圓筒狀的流體通路的閥主體；通過閥軸可自由轉動地被軸支于該閥主體內的、由剛性材料構成的圓盤狀的閥體，先使閥軸的中心從形成在閥體外圓周面的閥座面與閥主體的閥座面的中心偏離而成一次偏心，其次，使閥軸的中心從閥主體的中心偏離而成二次偏心，進一步，使構成閥座面的圓錐形狀的頂點位于閥軸的相反側，并且相對于閥主體的中心線傾斜而成三次偏心，其中，使閥體的表面和背面相互平行地形成，并使該表背兩面相對于閥主體和閥體之間的相接面的中心平面傾斜而形成工作角，在閥全關閉時使前述中心平面位于相對于流體通路的中心軸垂直的位置，打開閥時從閥體的噴嘴側開始開放閥的間隙，伴隨著轉動，在節(jié)流孔側間隙持續(xù)擴大。
在面對于閥體的初級側的噴嘴側的一半部分，向著噴嘴側側緣形成多個凸肋，同時在面對于次級側的節(jié)流孔側的一半部分，向著節(jié)流孔側側緣形成多個凸肋，在該凸肋之間形成流路實現(xiàn)流量的增大。
使閥體的表背面相對于閥體的中心平面傾斜的工作角為2～5度的范圍。
在多個凸肋中，將位于中央的凸肋相對于閥軸垂直設置，使位于該中央凸肋的左右位置的凸肋以角度θ傾斜。
凸肋之間形成的流路的底面向著閥體周緣形成有坡度。
閥主體以及閥體的閥座面通過融接其他材料進行一體化而形成，兩閥座面為相互不同的材料，使閥體閥座面的材料比閥主體閥座面的材料的表面硬度高。
根據(jù)本發(fā)明的三重偏心蝶形閥，在閥開啟時，閥體的開放相對于流體的流向從正壓(來自不與流體流向相反的方向的流體壓力)側開始(從噴嘴側開始開啟閥的意思)，由于在閥主體閥座面以及閥體閥座面上一體熔接有表面硬度高的金屬，所以能夠防止由來自剛剛開啟閥后的微小閥開度的間隙部的噴射噴流引起的與兩閥座面的主要部分相接觸的部分的摩擦、損傷、脫落。
另外，由于使流體流向位于閥軸的一側，所以閉閥而相接時，在閥體的圓錐狀閥座面上，流體壓力向著關閉的方向作用，故可加大密封效果。
另外，由于在閥體的正壓側形成有多個凸肋，所以能夠擴大微小開閥時的流量。
另外，在閥體的逆壓側(節(jié)流孔側)也形成有多個凸肋，所以能夠破壞閥體背面的真空區(qū)域。
進一步，將閥開度從微小開度進一步開放時，通過形成在閥體表、背面的凸肋，將管壁部分的低速流體吸引到管中央部的高速流體中，而使其加速，能夠減少與管壁間的摩擦引起的流體阻力，能夠增加流量的同時，能夠抑制不平衡轉矩的發(fā)生。


圖1是表示本發(fā)明的蝶形閥的閥關閉時狀態(tài)的剖視圖。
圖2是表示所述蝶形閥的閥開度為10度的狀態(tài)的剖視圖。
圖3是表示閥體的表面的主視圖。
圖4是圖3的仰視圖。
圖5是表示閥體的背面的主視圖。
圖6是圖5的仰視圖。
圖7是圖3的Z-Z剖視圖。
圖8是詳細表示主體閥座和閥體閥座的剖視圖。
圖9是三重偏心蝶形閥的構成說明圖。
圖10是本發(fā)明所述閥的流量特性曲線圖。
具體實施例方式
以下詳細說明本發(fā)明的最佳實施方式。本發(fā)明是以三重偏心蝶形閥為對象。三重偏心蝶形閥包括貫穿設置了大致圓筒狀的流體通路的閥主體；在該閥主體內，通過閥軸可自由旋轉地被軸支承的、由剛性材料構成的圓盤狀的閥體，并具有如下的三重偏心構造將形成在閥體的外圓周面上的閥座面和閥主體的閥座面，從閥體的中心和閥軸的中心偏離的一次偏心；從閥主體的中心線偏離的二次偏心；使構成閥主體和閥體的閥座面的圓錐形狀的頂點位于閥軸的相反側，并相對于閥主體的中心傾斜的三次偏心，相互壓接的閥主體內周的閥座面和閥體外周的閥座面，形成為以閥軸方向為短徑，以閥軸垂直方向為長徑的橢圓錐形狀，特別適用于高溫、高壓流體的啟閉、控制，在閥全閉時，使閥主體和閥體的相接面的中心平面為流體通路中心軸方向的垂直位置，使閥體的表面和背面平行，使該兩面相對于所述中心平面而成傾斜的工作角(余力角)，與閥軸一起轉動閥體而打開閥時，首先，從在閥體的下游側轉動的噴嘴側轉動而產(chǎn)生間隙，從而使流體流出，通過進一步的轉動，向著閥體的節(jié)流孔側間隙擴大。
另外，在閥關閉時向著閥體的下游側轉動的側端側附近的上流側(噴嘴側)和向著上流側轉動的側端側附近的下游側(節(jié)流孔側)，設置多個凸肋，打開閥時，首先從閥體的噴嘴側產(chǎn)生間隙，允許流體的流出，通過閥體的進一步轉動，向著節(jié)流孔側間隙擴大，通過多個凸肋增大流量。
在閥全閉時，使閥主體和閥體的相接面的中心平面為流體通路中心軸方向的垂直位置，使閥體的表面和背面平行，使該兩面相對于上述中心平面而成傾斜的工作角，該工作角最好是在2～5度的范圍內。
在多個凸肋中，將位于中央的凸肋設置成與閥軸垂直，使位于該位于中央位置的凸肋左右的凸肋相對于中央的凸肋傾斜角度θ，使凸肋間的間隙向著閥體周緣擴大，能夠加大流量，另外，使多個凸肋的底面向著閥體周緣形成坡度。
在閥主體閥座面和閥體閥座面上，一體熔融如耐腐蝕性、耐磨損性優(yōu)良的材料而形成兩閥座面，且主體閥座面的表面硬度形成的比閥體閥座面的表面硬度高。
請參考圖1和圖9，詳細說明適用了本發(fā)明的三重偏心蝶形閥。在貫穿設置了圓筒狀的流體通路2的閥主體1內，在閥桿4上可自由轉動地軸支承由銷6固定的閥體3。閥桿4的兩端貫通了圓管狀的閥主體1。在閥主體1中，設置有閥桿4貫通的筒狀的閥軸筒，密封保持閥桿。通過連接在一個閥桿的外端的傳動裝置(圖中未示)，閥體3被驅動旋轉，啟閉閥主體1內的流體通路2。
閥體3的外圓周面與閥主體1的內圓周面密接形成的環(huán)狀的密接面為蝶形閥的閥座面，是在全關閉時達到與閥體3密接的面。請參考圖1、9，在以閥座面為基準時，閥桿4并不存在于連接閥座面的平面上，而是位于離開該平面僅僅距離P的位置，成為一次偏心。接著，閥桿4并沒有穿過閥體3的中心，也就是沒有穿過閥主體1的中心軸X-X，而是被固定在偏離閥體3的中心的位置。即，閥桿4位于從閥主體1的中心軸X-X僅僅偏離距離Q的位置，成為二次偏心。另外，表示在切斷面上的閥座面，在圖9的上部沿著與閥主體1的中心軸X-X平行的線b延伸，相對與此，在圖9的下部沿著相對于中心軸X-X傾斜的左向上的線d延伸。即，閥座面在以線b和d的交點為頂點的斜圓錐的面上。該圓錐形的頂點a沒有在閥主體的中心軸X-X上，偏心位于與中心軸平行的線b上，而構成三次偏心。另外，圓錐面的頂角j最好為20度左右。
本發(fā)明是在所述三重偏心蝶形閥中，實現(xiàn)擴大微小開度時的流量，能夠容易進行流量控制。通常在微小閥開度下長時間使用時，由于流體的高速噴流，存在于閥主體和閥體的間隙部的閥主體閥座和閥體外圓周部及其附近有可能被摩擦、損傷或者破壞。防止發(fā)生此類事件很重要。為了防止由流過所述間隙部的高速噴流引起的破壞，主要部分的材質、構造、形狀等成為重要因素。本發(fā)明的特征之一為使主要部分成為金屬和金屬的組合物，即，在要部將硬質的合金等材料熔融于母材上成為一體。由此，與以往在單獨的構件上嵌入閥座環(huán)進行安裝的結構相比較，可以消除破壞、脫落的危險性，同時也無需用于固定閥座環(huán)的閥座壓板或者閥座壓板固定用螺栓等的構件，構件數(shù)目減少，進而，由微小開度時的流速引起的振動、吸引造成的固定部的松弛、脫落等故障也沒有了。
由使主要部分成為金屬和金屬的組合物帶來的密封性，由于以流體的流向為閥軸側，通過就位時的閥座結構為上述三重偏心閥而呈圓錐狀，從而容易關閉，可確保充分的密封性。
請參考圖1，相對于流體通路2的中心軸X-X，相接面的中心平面M為垂直的，閥體3的表面3a和背面3b平行，能夠保持相對于相接面的中心平面M傾斜的工作角α而進行安裝。其結果，開閥時，可以使節(jié)流孔側閥體側端部的開閥比噴嘴側的開閥晚一些開始，與設置在閥體表背面的后述凸肋一起，實現(xiàn)擴大微小開度時的流量，可保護閥座面。
請參考表示閥開度10度左右的狀態(tài)的圖2，流體的流動通過閥體的傾斜方向和凸肋，圖2的上方(噴嘴側)的一側比下方(節(jié)流孔側)流出更多。就這樣由噴嘴側流出盡可能最大的流量而提高次級側的壓力，由此能夠消除產(chǎn)生在閥體背面的真空區(qū)域，因此可以消除由于閥開時向閥體關閉的方向作用的真空區(qū)域的存在而產(chǎn)生的不平衡轉矩，可回避閥軸轉矩的增大。另外，將本發(fā)明適用于以往的嵌入有閥座環(huán)的結構的蝶形閥的情況下，產(chǎn)生能夠防止由真空區(qū)域的吸引引起的閥座環(huán)的脫落的優(yōu)點。
請參考圖3、4、7，在閥體3的表面，即閥軸側的面上，形成有從通過閥軸的中心線S-S向噴嘴側側緣延伸的三根凸肋7。該凸肋的表面71形成在與閥體3的中心線S-S的下部表面相同的面上，凸肋之間形成為由比外表面凹下的槽構成的流路72。流路72的底面附有從中心線S-S的位置向著外周圓傾斜的坡度。另外，位于中央的凸肋沿著中央線Y-Y呈直線狀延伸，位于該中央凸肋的左右的凸肋具有角度θ，以擴大流路72寬度的方式向外傾斜，從而增加流量。
請參考圖5、6、7，在閥體3的背面，即在與閥軸相反側的面上，形成有從通過閥軸的中心線S-S向節(jié)流孔側側緣延伸的三根凸肋8。該凸肋的表面81形成在與閥體3的中心線S-S的上部表面相同的面上，凸肋之間形成為由比外表面凹下的槽構成的流路82。流路82的底面附有從中心線S-S的位置向著外周圓傾斜的坡度。在圖示的實施例中，三根凸肋8相互平行地形成，但是左右凸肋也可以以擴大流路82的寬度的方式向外傾斜。閥體背面的凸肋，相對于所述閥體表面的凸肋，具有以S-S線為中心的對稱關系，但由于是三重偏心閥，所以凸肋的構成、形狀以及作用不同。
另外，在本說明書中，閥體的表面是指在關閉閥時對向于初級側的面，背面是指對向于次級側的面。噴嘴側是指閥體打開時向著次級側轉動的閥體的上半部分(圖1中的上側半部分)，節(jié)流孔側是指向初級側轉動的閥體的下半部分(圖1中的下側半部分)。
噴嘴側表面的三根凸肋71具有一定的高度，由此流過閥體表面附近的流體通過這些凸肋控制方向。中央的凸肋位于管內的最大流速部分，將最大流速分為兩部分的同時加速其流速。配置在左右的凸肋向著閥體外周緣擴開的同時，流路的底面向著閥體外周緣附有坡度，起到增加在從開閥到閥開40度左右的微小開度中的流量的效果。
相對于流體，閥桿軸支承部成為流路阻力，與閥桿軸支承部沖突的流體在軸支承部的次級側產(chǎn)生漩渦，進一步加大流體阻力。相對于此，三根凸肋對在軸支承部的次級側產(chǎn)生的漩渦發(fā)揮整流效果，減少漩渦的產(chǎn)生。其結果，本發(fā)明的凸肋在閥體附近對管內的流速進行分斷和整流，并通過肋部所具有的對流向的控制來補充閥體表面的流體阻力，具有減小閥整體的流體阻力的效果。
蝶形閥的閥體一般逆時針旋轉為開，設置在配管，當有流體流過時，在圖1中，閥體的下部位于初級側，上部位于次級側，隨著閥開度加大，流速增加，閥體的下部向著初級側向上推移，因此流路的阻力加大，該部分的流速下降(節(jié)流孔效果)。相反，閥體上部位于次級側，所以初級側上沒有阻力，由于閥體自身的傾斜(開度)而流速加速(噴嘴效果)。其結果，在節(jié)流孔側和噴嘴側流速不同，在閥體節(jié)流孔側的次級側產(chǎn)生真空區(qū)域，成為不平衡轉矩的原因。在本發(fā)明中，凸肋在節(jié)流孔側位于次級側，在噴嘴側位于初級側，所以節(jié)流孔側的后流通過凸肋向著管中央被整流，在噴嘴側增加流入速度。其結果，與沒有凸肋的閥體相比，在本發(fā)明的閥體中，發(fā)揮減少節(jié)流孔側和噴嘴側的壓力差的作用，可減少不平衡轉矩。
另外，如圖10的流量特性曲線所示，本發(fā)明閥體的流量、壓力差與以往的閥相比，得到了改善。在圖10中，橫軸為閥開度(角度)，縱軸為流量系數(shù)(％)，以往的閥的流量特性用虛線表示，本發(fā)明的流量特性用實線表示，特別是在不足40度的閥開度中，本發(fā)明的閥與以往的閥相比，流量系數(shù)被擴大。
如圖8所示，閥體3的橢圓形的外圓周面，即與閥體閥座32壓接的主體閥座5在閥主體1的內圓周面一體成型。主體閥座5的壓接面的寬度比閥體閥座32的閥座面的寬度形成的窄，同時，由耐腐蝕性、耐磨損性優(yōu)良的金屬、如不銹鋼、鎳合金等構成，在閥主體1的內圓周面，通過堆焊焊接等方法一體成型。主體閥座5的內周面形成為與閥體閥座32的外圓周面相同的橢圓形是不言而喻的。
作為形成主體閥座的不銹鋼有奧氏體類、鐵素體類等，最好為SUSY316L、SUSY430。另外，作為鎳合金有鎳·鉬類、鎳·鉬·鉻類等，最好為DNiMo-1、DNiCrMo-3等。
閥體閥座32可以與閥體3一體鑄造成型，特別是在大口徑閥等中，如圖8所示，最好將單體的閥體閥座32熔融形成于閥體3上。此時，最好主體閥座5和閥體閥座32的材質以及表面硬度不一樣，特別是閥體閥座32的表面硬度例如為HB217左右，比主體閥座5高。
權利要求
1.一種三重偏心蝶形閥，包括貫穿設置了大致圓筒狀的流體通路的閥主體；通過閥軸可自由轉動地被軸支于該閥主體內的、由剛性材料構成的圓盤狀的閥體，先使閥軸的中心從形成在閥體外圓周面的閥座面與閥主體的閥座面的中心偏離而成一次偏心，其次，使閥軸的中心從閥主體的中心偏離而成二次偏心，進一步，使構成閥座面的圓錐形狀的頂點位于閥軸的相反側，并且相對于閥主體的中心線傾斜而成三次偏心，其特征在于，使閥體的表面和背面相互平行地形成，并使該表背兩面相對于閥主體和閥體之間的相接面的中心平面傾斜而形成工作角，在閥全關閉時使前述中心平面位于相對于流體通路的中心軸垂直的位置，打開閥時從閥體的噴嘴側開始開放閥的間隙，伴隨著轉動，在節(jié)流孔側間隙持續(xù)擴大。
2.如權利要求1所述的三重偏心蝶形閥，其特征在于，在面對于閥體的初級側的噴嘴側的一半部分，向著噴嘴側側緣形成多個凸肋，同時在面對于次級側的節(jié)流孔側的一半部分，向著節(jié)流孔側側緣形成多個凸肋，在該凸肋之間形成流路實現(xiàn)流量的增大。
3.如權利要求1或2所述的三重偏心蝶形閥，其特征在于，使閥體的表背面相對于閥體的中心平面傾斜的工作角為2～5度的范圍。
4.如權利要求1至3中任意一項所述的三重偏心蝶形閥，其特征在于，在多個凸肋中，將位于中央的凸肋相對于閥軸垂直設置，使位于該中央凸肋的左右位置的凸肋以角度θ傾斜。
5.如權利要求4所述的三重偏心蝶形閥，其特征在于，凸肋之間形成的流路的底面向著閥體周緣形成有坡度。
6.如權利要求1至5中任意一項所述的三重偏心蝶形閥，其特征在于，閥主體以及閥體的閥座面通過融接其他材料進行一體化而形成，兩閥座面為相互不同的材料，使閥體閥座面的材料比閥主體閥座面的材料的表面硬度高。
全文摘要
適于高溫高壓流體控制的三重偏心蝶形閥，可改善微小開度時流量特性，緩和來自微小開度間隙部的噴射噴流，消除節(jié)流孔側的閥體背面的真空區(qū)域。其包括通過閥軸可自由轉動地被軸支承于閥主體內、剛性材料構成的圓盤狀閥體，先使閥軸中心從形成在閥體外周面的閥座面與閥主體閥座面的中心偏離而成一次偏心，再使閥軸中心從閥主體中心偏離而成二次偏心，并使構成閥座面的圓錐形狀的頂點位于閥軸相反側，且相對閥主體中心線傾斜而成三次偏心，閥體表面和背面相互平行，并使該表背兩面相對于閥主體和閥體間的相接面的中心平面傾斜而形成工作角，閥全閉時使中心平面垂直流體通路的中心軸，開閥時從閥體噴嘴側起開放閥間隙，隨著轉動在節(jié)流孔側間隙持續(xù)擴大。
文檔編號F16K47/02GK1704634SQ200510004308
公開日2005年12月7日 申請日期2005年1月14日 優(yōu)先權日2004年5月31日
發(fā)明者萬木義則 申請人:株式會社巴技術研究所