专利名称：能够防止气蚀的高压差控制阀的制作方法
技术领域：
本发明涉及在流体流通的配管的路径上配设的用于防止气蚀(cavitation) 的气蚀遮断器(cavitation breaker)，特别涉及气蚀遮断器由具有气蚀抑制性 且具有在高压差及高流速下的流量控制性以及压力控制性的偏心蝶阀，和配 置在该偏心蝶阀的下游紧接着的位置上的具有气蚀防止性的气蚀防止体构成 的能够防止气蚀的高压差控制阀。
背景技术：
对于配设在用于使流体流动的配管的路径上通常的阀，在用于液相流体 的情况下，当该阀的上游侧与下游侧的压差变大时，阀的下游侧紧接着的位 置的压力降低，易于低至饱和蒸气压以下，由此易于发生气蚀。在变为饱和 蒸气压以下的被称为縮流面(vena contracta)的压力降低点的下游区域中发 生气蚀，产生气蚀气泡，并且在阀的下游区域该气蚀气泡破裂而产生冲击压， 从而产生噪音和振动，而且也往往对阀主体内表面或者配管造成损伤。特别 是配设在配管的路径上的阀是蝶阀或者球阀的情况下，由于使用这些阀时的 压力恢复大等，从而上述那样的气蚀现象更加明显。
配设在配管的路径上的阀具有各种类型，作为一般对流量和压力进行控 制的控制阀，通过阀对流下的流体的流动施加阻力，能够控制其流量和下游 侧的压力。在流体通过阀时，在阀部产生縮流部，在紧接着阀的位置成为收 缩最大的縮流，从而在该区域中的流速变快，且该区域中的压力降低。而且， 例如在使用蝶阀的情况下，在阀体下游侧的面附近产生涡流，在涡流的漩涡 内部还产生低压部，'从而形成易于发生气蚀的状况。另外，阀的上游侧和下 游侧的压差越大，即阀的上游侧和下游侧越是高压差，压力降低点的压力降 低量越大，从而更加难以抑制气蚀的发生和控制流量特性。
关于气蚀公知有，即使压差相同，由于阀种类或者阔结构的不同，縮流 面处的压力降低量也不同，压力恢复难的阀不易发生气蚀。压力恢复是由被 称为压力恢复系数的阀固有的值规定的，该值越大越不易发生气蚀。例如，对于该值，截止阀(globevaWe)的压力恢复系数约为0.8，蝶阀的压力恢复 系数约为0.65，球阀的压力恢复系数约为0.55，与蝶阔和球阀相比，截止阀 不易发生气蚀。
因此，以往为了抑制气蚀经常采用的手段是选择压力恢复系数值大的阀 类，进而在该阀类中也选择为了获得更好的控制性而设计的压力恢复系数值 大的阀。另外，在用于抑制气蚀的手段中能够列举例如本申请人公开的专利 文献1的技术。专利文献1的技术通过在中心型蝶阀的阀体表面的规定位置 设置多个梳齿，使流体变为细的喷射流，从而使发生在阀体的下游侧的气蚀 分散，并且抑制气蚀的生长。
另外，作为抑制气蚀发生的手段，如专利文献2公开的那样，同时设置 球阀和多孔板，在通过球阀产生的压力损失的基础上，再加上通过多孔板产 生的压力损失，从而使压力损失分散，由此抑制气蚀。对于专利文献2的阀， 在球阀的内部，在阀体的上游侧和下游侧这两侧或者其中任一侧设置贯穿设 置有多个能够使流体流过的孔的流体缓冲部，由此具有耐气蚀特性。
另一方面，控制阀的作用是控制流量，其流量控制性取决于阀固有的流 量特性。作为体现流量特性的手段具有固有流量特性，该固有流量特性以％ 表示阀前后的压差恒定时的相对阀开度的流量，作为控制特性具有代表性的 是在小的阀开度范围体现出大的流量变化的快开(quick open)特性、Cv值 和阀开度成正比例变化的Cv线性特性或者流量％与阀开度％成对数关系变化 的等百分比(equal percentage)特性等，因阀的结构的不同而差异大。例如， 通常的中心型蝶阀的固有特性是在阀开度60。以下显示等百分比特性、偏心 蝶阀的固有特性是体现在阀开启时流量暂时变多的快开特性且能够控制的范 围变窄，因此需要按照使用用途选择具有适合的特性的阀。固有流量特性是 阀前后的压差恒定情况下的特性，但在实际的配管线上，根据离心泵的喷出 压与流量的关系和二次配管状况，阀前后的压力和流量发生变化。将这种表 示相对实际阀开度的流量的特性称为实际流量特性。其中，在考虑阀的代表 特性的情况下，经常使用离心泵的特性表示具有代表性的实际流量特性(下 面仅称为实际流量特性)。
Cv线性特性是在使阀的阀压差恒定的条件下，流过该阀的流体的流量％ 与阀开度％成正比的性质，在固有流量特性的情况下呈直线性，在实际流量
6特性的情况下变为上凸型的曲线性。在考虑相对阀开度％的流量％时，在阀 开度小的范围内流量变化大，而在阀开度大的范围内流量变化稳定而控制性 提高。由此，Cv线性特性好的阀在需要真正的线性的情况下，适于作为例如 像水库和蓄水池那样的水位恒定的大容器的主阀。另外，适于配管阻力小于 阀的阻力的情况。
与之相对，等百分比特性这一固有流量特性是相对阀开度的单位变化量 的流量变化与流量成对数关系的特性，呈下凸型的曲线性，但在实际流量特 性的情况下成近似正比例。在广泛使用的情况下，阀的控制性比较好，现有 的蝶阀大，多显示出接近等百分比特性的流量特性。等百分比特性好的阀通常 被广泛地'使用，适用于配管系统中压力变动大的情况下，适用于最大、最小
的流量间的压差变化在3:1以上的情况。
专利文献1: JP特开昭57-157866号公报； 专利文献2: JP特许昭61-256082号公报。
发明内容
发明要解决的问题
专利文献1的具有气蚀抑制功能的蝶阀存在如下的问题，即，在阀开度 小的范围内，流体被形成在阀体表面上的多个梳齿分散为细的喷射流，从而 能够抑制气蚀，但在阀开度大的范围内，由于梳齿的效果减小，在形成高压 差和高流速的条件下气蚀抑制功能不足。
另外，在专利文献2的具有流体缓冲部的阀中，其气蚀抑制能力取决于 流体缓冲部的能力。但是，存在即使将多孔板或者节流孔等的流体缓冲部设 置为多层，在高压差下也不能获得足够的气蚀抑制效果的问题，假如在将流 体缓冲部设置为非常多的多层的情况下也会产生设置部的大小变得非常大的 附加问题。而且，还存在获得作为阀的良好的控制特性的流量范围变窄的问 题。也就是说，按照上述说明，以往不存在在高压差下能够高精度地控制流 量和压力，并且能够防止发生气蚀的控制阀。
另外，现有的中心型蝶阀存在在阀开度60。以下的范围内等百分比特性 比较好，而在高开度的情况下控制性差的问题，偏心蝶阀存在在低开度的阀 开度范围控制性差的问题，从而不存在显示出Cv线性特性好的流量特性的
7蝶阀，和获得宽范围的控制性的蝶阀。
本发明是鉴于上述问题而作出的，其目的在于提供一种小型(compact) 的气蚀抑制体，无论在什么样的阀体中，通过将所述小型的气蚀抑制体配设 在阀体的下游紧接着的位置就能够抑制气蚀。
进而，本发明提供一种能够防止气蚀的高压差控制阀，关于配设在气蚀 防止体的上游紧接着的位置上的阀体，利用流体分析，在适宜结构的阀体处 于适当阀开度的状态下，分析在该阀体的下游区域产生的负压区域，由负压 区域的大小判断引起气蚀的趋势，导出具有高度控制性的阀体结构，由此， 制成即使阀体单体也具有气蚀抑制能力，且在从低开度至高开度的宽范围的 阀开度下能够高精度地控制流量和压力，能够根据使用用途选择阀在中间开 度下的流量特性的阀体形状，并且通过将所述气蚀防止体和具有该阀体形状 的阀体进行组合，在结构简单且小型的情况下能够更高度地防止气蚀，即使 在高压差以及高流速的条件下也能够发挥高度的控制性。
用于解决问题的手段
为了解决上述问题，作为本发明的能够防止气蚀的高压差控制阀中所采 用的手段，该阀具有配设在使流体流通的配管的路径上并在上游侧和下游侧 都呈近似筒状的阀主体和在该阀主体的内部以能够对该内部进行开闭的方式 配置的阀体，其特征在于，在该阀体的全开状态下的下游紧接着的位置配设 有用于防止气蚀的气蚀防止体，该气蚀防止体配设在所述阀体的下游紧接着 的位置上，并且，在该气蚀防止体的多个多孔板上等间距地形成有多个规定 深度的孔，所述多个多孔板互相存在适当的间隔，且大致平行于在该阀主体 内流下的流体的流动方向，当所述流体在所述多孔板间通过时，形成在各多 孔板上的与所述流体流下方向垂直的方向上的各孔成为该流体所产生的涡流 的阻力，将该涡流的动能转换为热能，使该流体平稳且均匀地减压，从而能 够防止在低压差至高压差下气蚀发生。
能够防止气蚀的高压差控制阀的特征在于，当将配管的标称直径设为D 时，气蚀防止体配设为，从阀体全开状态下的该阀体的位于最下游的部位至 该气蚀防止体的上游侧端部的间隔在1D以内。
能够防止气蚀的高压差控制阀的特征在于，当将设置在多孔板上的各孔 的孔径设为d时，设置在一个多孔板上的孔彼此间的间距在1.5d以上4d以
8下。
能够防止气蚀的高压差控制阀的特征在于，当将设置在多孔板上的各孔 的孔径设为d时，多孔板在流体的流下方向上的长度在20d以上lOOd以下。 能够防止气蚀的高压差控制阀的特征在于，当将设置在多孔板上的各孔
的孔径设为d时，多孔板彼此间的各间隔在W以上3d以下。
能够防止气蚀的高压差控制阀的特征在于，形成在多个多孔板中的一个 以上的多孔板上的多个孔中的一个以上的孔，形成为各自以规定深度从该多 孔板的表面和背面两面的板面凹下的适当形状的凹状。
能够防止气蚀的高压差控制阀的特征在于，形成在多个多孔板中的一个 以上的多孔板上的多个孔中的一个以上的孔，形成为贯通该多孔板的表面和 背面。
能够防止气蚀的高压差控制阀的特征在于，多个多孔板中的一个以上的 多孔板具有向大致垂直的方向弯曲的一处以上的弯曲部。
能够防止气蚀的高压差控制阀的特征在于，具有阀主体和阀体的阀构成 为，能够在该阀体的下游紧接着的位置可装卸地配设气蚀防止体。
能够防止气蚀的高压差控制阀的特征在于，阀具有近似筒状的阀主体、 阀体和阀轴，所述阀主体在其内部具有阀座，所述阀体能够旋转地被轴支撑
在该阀主体的内部，通过与该内部的阀座抵接或者分离而能够对该阀主体的 内部进行开闭，所述阀轴为该阀体的旋转轴，能够旋转地被轴支撑在该阀主 体上，所述阀体是偏心蝶阀，具有形成在该阀体的下游侧的用于插入所述阀 轴的阀体轴套部，所述阀座位于相对于阀轴中心向流体的流动方向偏心的位 置上，与之相同，阀体阀座也位于相对于阀轴中心偏心的位置上，并在全闭 时落位于所述阀座中，阀轴的中心位于向与流体流下方向垂直的方向和流体 流下方向上的下游侧偏心的双重偏心位置上。
能够防止气蚀的高压差控制阀的特征在于，阀体在该阀体上游侧的面上 的喷嘴侧的边缘部周边和节流孔侧的边缘部周边分别形成有向上游侧凸起成 丘状的上游喷嘴侧凸起部和上游节流孔侧凸起部，并且，该阀体下游侧的面
以阀轴为中心具有相对于阀座与阀体阀座抵接的密封面向顺时针方向5° 20。的倾斜度，并且在下游侧的面的节流孔侧的边缘部周边具有以向下游侧凸 起成丘状的方式形成的下游节流孔侧凸起部，Cv线性特性好。能够防止气蚀的高压差控制阀的特征在于，阀体在该阀体上游侧的面上 的喷嘴侧的边缘部周边形成有向上游侧比较大地凸起成丘状的上游喷嘴侧凸 起部，并且，该阀体下游侧的面以阀轴为中心具有相对于阀座与阀体阀座抵 接的密封面向顺时针方向5。 20。的倾斜度，并且该阀体的节流孔侧的边缘部 比喷嘴侧的边缘部在径向上向外凸出，等百分比特性好。
发明的效果
本发明具有如下的效果，即，将气蚀防止体配设在流路上，在该气蚀防 止体的多个多孔板上等间距地形成有多个规定深度的孔，所述多个多孔板互 相相隔适宜的间隔，且大致平行于流下的流体的流动方向，通过这样的结构， 从而当该流体在该多孔板间通过时，形成在各多孔板上的与流下方向垂直的 方向上的各孔成为该流体的涡流阻力，使该涡流的动能转换为热能，能够使 该流体平稳且均匀地减压，不仅小型化、成本低，而且能够设置在既有的阀 上，仅配设在阀体的下游紧接着的位置上，就能够在低压差至高压差下防止 气蚀的发生。
另外，本发明的能够防止气蚀的高压差控制阀在上游侧配设本发明的阀 体，在该阀体的下游紧接着的位置配设本发明的气蚀防止体，其效果是，对 于配设在该气蚀防止体的上游紧接着的位置的阀体，利用流体分析，在适宜 结构的阀体在适当阀开度的状态下，分析该阀体的下游区域产生的负压区域， 由负压区域的大小判断引起气蚀的趋势，而导出具有高度控制性的阀体结构， 由此，制成即使阀体单体也具有气蚀抑制能力，且在从低开度至高开度的宽 范围的阀开度下能够高精度地控制流量和压力，能够根据使用用途选择阀在 中间开度下的流量特性的阀体形状，并且通过将所述气蚀防止体和具有该阀 体形状的阀体进行组合，在结构简单且小型的情况下能够更高度地防止气蚀， 即使在高压差以及高流速的条件下也能够发挥高度的控制性。
具体实施例方式
下面，详细说明本发明的实施方式。本发明的能够防止气蚀的高压差阀 是蝶阀，其配设在用于使流体流通的配管的路径上，并具有在高压差以及高 流速下也能够防止气蚀且能够发挥流量控制性和压力控制性的防止气蚀结 构，其特征在于，在阀主体的内部一起设置有阀体和用于防止气蚀的气蚀防
10止体。此外，这里的蝶阀的结构没有特别地限定，优选控制性良好的阔体或 者具有抑制气蚀能力的阀体。
阀主体呈圆筒状，在内部形成有能够使流体流过的流路。在该阀主体内 部的上游侧位置具有阀体，该阀体被阀杆轴支撑并能够旋转，并能够对该阀 主体的内部进行开闭。在阀体的全开状态下的下游紧接着的位置配设有用于 防止气蚀的气蚀防止体。
气蚀防止体配设在阀体的下游紧接着的位置上，气蚀防止体的多个多孔 板互相具有适宜的间隔，且大致平行于在该阀主体内流下的流体的流动方向， 在所述多孔板上以等间距形成多个规定深度的孔，优选当将设置在多孔板上 的各孔的孔径设为d时，间距在1.5d以上4d以下。优选当将0设置在多孔 板上的各孔的孔径设为d时，多孔板彼此间的各间隔在ld以上3d以下。另
外，此时，优选将多孔板在流体流下方向上的长度设定为20d以上100d以下。
另外，形成在多个多孔板上的孔可以贯通该多孔板的表面和背面，或者 可以以适当的深度从该多孔板的板面凹下来形成。而且，多孔板不必一定是 平板状，例如，多孔板的适当部位可以向大致垂直的方向弯曲。
优选以上那样构成的具有多孔板的气蚀防止体配设为，当将配管的标称 直径设为D时，从在阀体全开状态下的该阀体的位于最下游的部位至该气蚀 防止体的上游侧端部的间隔在1D以内，若超过该范围则防止气蚀的效果和 降低噪音的效果降低。另外，具有阀主体和阀体的阀构成为能够在该阀体的 下游紧接着的位置可装卸地配设气蚀防止体，这种情况下，不仅易于维护， 而且也能仅更换气蚀防止体。
如以上的说明，在具有气蚀防止体的气蚀防止高差正控制阀中，当该流 体在多孔板间通过时，形成在各多孔板上的与流下方向垂直的方向上的各孔 成为该流体的涡流阻力，使该涡流的动能转换为热能，能够使该流体平稳且 均匀地减压，在低压差至高压差下能够防止气蚀的发生。
第一实施例
下面，参照附图对本发明的实施例进行详细地说明。本实施例的能够防 止气蚀的高压差控制阔(1)是偏心蝶阔，其配设在用于使流体(F)流通的 配管的路径上，并具有在高压差以及高流速下也能够防止气蚀并能够发挥高 的流量控制性和压力控制性的防止气蚀结构，其特征在于，在阀主体(2)的内部一起设置有具有抑制气蚀能力的阀体(3)和用于防止气蚀的气蚀防止体
(4) 。
如图1所示，能够防止气蚀的高压差控制阀(1)具有阀主体(2)， 呈近似圆筒状；阀体(3)，配置在该阀主体(2)的内部上游侧位置，并被 插入阀体轴套部(301)中的阀杆(5)轴支撑而能够旋转，以对该阀主体(2) 的内部进行开闭；气蚀防止体(4)，配设在与该阀体(3)的开闭轨迹不干 涉的下游紧接着的位置上，用于防止气蚀。
参照图1和图3，阀主体(2)贯通设置有圆筒形状的流路，在阀主体(2) 的上游侧开口部上可拆卸地安装有由橡胶等弹性密封材料形成的密封圈 (203)，并且形成有阀座(205)，其规定流路(204)的实际直径，在阀体 (3)周边的阀体阀座(302)抵接在所述阀座(205)上的情况下能够封闭流 路(204)。密封圈(203)通过呈环状的密封圈固定体(206)可装卸地固定 在阀主体(2)的流路上游侧的开口部上。此外，因为本实施例的能够防止气 蚀的高压差控制阀(1)以控制流量和压力为目的，所以优选阀座(205)直 径设定得小于配管标称直径，阀座(205)直径的大小为配管标称直径的80% 左右最佳。
阀主体(2)从上游侧外周面在直径方向上向外方延伸出有阀杆轴支撑部 (213) 、 (215)。在一个阀杆轴支撑部(213)的半径方外侧的上端形成有
安装板部(208)，该安装板部(208)具有垂直于阀杆(5)的轴向的平面，
用于安装驱动阀杆(5)的致动器等。
对于阀主体(2)内部，内径从处于全闭位置的阀体(3)的喷嘴侧的背
面位置至阀杆(5)的大致中心位置朝向下游侧扩大，从而流路(204)扩开，
且从该阀杆(5)的大致中心位置至距该阀杆(5)的大致中心位置大约阀体 (3)半径左右长度的下游位置，内径大致恒定。而且，阀主体(2)内部的
流路(204)，从距该阀杆(5)的大致中心位置大约阀体(3)半径左右长度
的下游位置，至距该阀杆(5)中心位置的距离与从阀杆(5)的中心至阀体 (3)的外周边的距离相当的下游位置，内径平缓地縮小而使流路(204)变
窄。并且，在阀主体(2)内部，从距该阀杆(5)中心位置的距离与从阀杆
(5) 的中心至阀体(3)的外周边的距离相当的下游位置至阀主体(2)的下 游侧端部，内径恒定，形成用于可装卸地安装气蚀防止体(4)的气蚀防止体
12安装空间(210)。此外，在阀主体(2)内部的在阀体(3)处于全闭位置下 的节流孔侧的阀体(3)的下游紧接着的部位，形成有向半径方向内侧凸出设 置的反转防止部(211)，以防止阀体(3)反转。
在形成在阀主体(2)内部的下游侧区域中的气蚀防止体安装空间(210) 中，从阀主体(2)的下游侧插入有外形呈近似圆筒状且外径与该气蚀防止体 安装空间(210)的内径大致相等的气蚀防止体(4)，利用固定用螺钉(212) 从阀主体(2)的下游侧端面将该气蚀防止体(4)固定在阀主体(2)上。
参照图1、 4 6，气蚀防止体(4)包括圆筒形框体(401)，具有与 气蚀防止体安装空间(210)的内径大致相等的外径且呈规定长度的圆筒状； 多个多孔板(402)，互相平行地配设在该圆筒形框体(401)的内部。多孔 板(402)是将在板面方向上贯穿有多个孔(403 )的金属制的穿孔板(punching plate)适当地弯折为向高度方向升降的阶梯状而构成的。
构成各多孔板(402)的穿孔板是在具有适当的尺寸例如厚度为1.5mm、 宽度为84mm且长度适当的金属板上，在纵向上以5mm间距、在横向上互相 错开60。且以5mm间距穿孔形成多个直径为3mm的贯通孔(403)而成的。 各多孔板(402)的适当弯折而成的阶梯状部分是将穿孔板进行弯折使高度方 向部分的间距为30mm，水平方向部分的间距为5mm来形成的。此外，优选 在将贯穿设置在穿孔板上的孔(403)的孔径设为d时，多孔板(402)在流 体(F)的流下方向上的长度设定为20d以上100d以下。另外，此时，优选 孔(403)彼此间的间距为1.5d 4d左右，能够根据控制的目标值将多孔板 (402)彼此间的间隔设定为恰当的值，但优选设定为d 3d，若超出这个范 围则控制特性降低。
这样形成为阶梯状的各多孔板(402)在圆筒形框体(401)的水平的直 径方向上相互平行地重叠时，这些多孔板(402)在上下方向上的形状形成为 与该圆筒形框体(401)的内径一致。气蚀防止体(4)构成为，将如上述说 明的那样互相平行重叠而构成的多个多孔板(402)容纳在圆筒形框体(401) 内，各多孔板(402)与在阀主体(2)内流过的流体(F)的流动方向大致平 行。
对于气蚀防止体(4)，以气蚀防止体(4)上游侧的端部位于在气蚀防 止体(4)不与全开时的阀体(3)干涉的位置中的阀体(3)的下游紧接着的位置上，优选当将配管的标称直径的大小设为D时位于从全开时的阀体(3)
的下游侧端部紧接着的位置至距离ID的范围内的方式，对形成在阀主体(2) 内的气蚀防止体安装空间(210)进行设定，并且将气蚀防止体(4)安装在 该气蚀防止体安装空间(210)的内部。
根据如上述说明那样构成的气蚀防止体(4)，当在阀主体(2)内流过 的流体(F)通过配设在圆筒形框体(401)内的多孔板(402)之间时，形成 在各多孔板(402)上的垂直于流下方向的各贯通孔(403)成为该流体(F) 涡流的阻力，使该涡流的动能转换为热能，通过对流体(F)进行平稳且均匀 地减压，从而在低压差至高压差下能够防止气蚀的发生。
参照图7 11，使用流体分析模型的模拟结果表示由如上面说明那样构 成的气蚀防止体(4)产生的防止气蚀的效果。作为在这里使用的流体分析模 型的气蚀防止体(40)在图7和图8中示出，其中，图7表示具有贯穿设置 多个孔径为d的孔(43)而成的多孔板(42)的气蚀防止体(40)的中央部 的纵剖面的立体状态，图8表示图7中的气蚀防止体(40)的适当部位的横 剖面。即，对于该模型的气蚀防止体(40)，在长度30d的圆筒形框体(41) 内具有将圆筒形框体(41)的内径在高度方向上四等分，相互相隔适宜的间 隔而形成的3张水平板(44a) 、 (44b) 、 (44c)，在圆筒形框体(41)内 部由这些水平板(44a) 、 (44b) 、 (44c)划分的各层空间内，以相互平行 且间隔1.2d的方式配设有多个多孔板(42)，该多个多孔板(42)向里方向 上为30d，分别设定为适宜的高度，并以1.2d间距贯穿设置有多个孔径为d 的贯通孔(43)。
图9示出了对在以适当的流速和压力使适当量的流体(F)通过这样设定 的气蚀防止体(40)的内部时的压力分布进行分析而得出的分析结果。如图 9所示，在各多孔板(42)间流过的流体(F)中能够观察到减压区域，但形 成在各多孔板(42)上的多个孔(43)的各孔(43)内的区域成为等压区域。
如图IO所示，这能够确认出流过多孔板(42)的表面和背面的流体(F) 的涡流在孔(43)内区域因干涉而抵消，或者孔成为阻力而使动能消耗。
另外，为了确认形成在多孔板(42)上的多个孔(43)起到平稳地减小 流体(F)压力的效果，将气蚀防止体(40)与气蚀抑制体(46)进行模拟比 较，该气蚀抑制体(46)完全没有上述模型的气蚀防止体(40)的孔(43)，
14使多孔板(42)仅为板(45)。将其结果示出在图11中。图11中的(A) 示出了采用了无孔板(45)的气蚀抑制体(46)的模拟结果，图11中的(B) 示出了采用了形成有多个孔(43)的多孔板(42)的气蚀防止体(40)的模 拟结果。
从图11中的(A)和(B)的比较得知，在(A)的气蚀抑制体(46)中， 气蚀抑制体(46)的在流体(F)流动方向上的中央部附近在大范围内大幅度 减压，从此处至下游侧端部的大范围内形成减压区域，在紧接着下游侧端部 的位置又产生强减压的区域。与(A)的气蚀抑制体(46)相比，在(B)的 气蚀防止体(40)中，在下游侧端部附近的窄区域产生比较弱的减压区域， 但减压的程度显著地变小。此外，在图9和11中，流体的颜色越深，表示减 压幅度越大。
从以上的结果得知，流体(F)在气蚀防止体(4)内流过时，在互相相 隔适当间隔并平行配设的多个多孔板(402)上所形成的多个孔(403)的各 孔(403)中，互相相向的涡流因干涉而抵消，或者是通过孔的阻力使漩涡的 动能转换为热，从而将在气蚀防止体(4)内流过的流体(F)向下游渐渐地 减压，来抑制和防止气蚀。
此外，多孔板(402)的形状能够构成为图12中的(A) (F)所示那 样的各种形态。例如，如图12中的(A)或者(B)所示，可以在规定厚度 的板(402a) 、 (402b)上等间距形成多个贯通板(402a) 、 (402b)的表 面和背面的圆孔(403a) 、 (403b)。或者，如图12中的(C)所示，可以 分别从板(402c)的表面、背面侧设置凹陷的孔(403c)，在这种情况下， 孔(403c)的设置位置在表面和背面上可以不一致，例如，如(D)或者(F) 所示那样，可以使形成在表面和背面上的孔(403d) 、 (403f)的位置互相 错开。另夕卜，孑L (403c)的形状不限于圆孔，例如，如(D)或者(E) 、 (F) 所示那样，可以是锥形或者半圆形状。另外，如(B)所示，可以形成将板 (402b)的适当部位向大致垂直于流体(F)的流下方向的方向弯曲而成的阶 梯部，或者如(E)所示，使板(403e)向大致垂直于流体(F)的流下方向 的方向呈波形弯曲。
接下来，参照图1、 2、 13 15，对本实施例的阀体(3)的结构进行详 细地说明。本实施例的阀体(3)是整体呈近似圆板状的偏心蝶阀，在阀体(3)
15上游侧的表面的外周边部具有落位于形成在阀主体(2)内部的阔座(205)
中的阀体阀座(302)，在阀体(3)的下游侧的表面即背面形成有阀体轴套 部(301)，该阀体轴套部(301)中能够插入阀杆(5)，使阔杆(5)成为 该阀体(3)的旋转轴，且用于将阀体(3)轴支撑在阀主体(2)上来使阔体 (3)能够旋转。
阀座(205)位于相对于阀杆(5)的阀轴中心向流体(F)的流动方向偏 心的位置上，与此相同，阀体阀座(302)也位于相对于阀轴中心偏心的位置 上，在全闭时落位于阀座(205)中。阀轴中心形成为向垂直于流体(F)流 下方向的方向和流体(F)流下方向中的下游侧偏心的双重偏心型。
阀体(3)在阀主体(2)的内部被插入在阀体轴套部(301)中的阀杆(5) 轴支撑，并能够相对于阀主体(2)旋转，通过与该阀主体(2)内部的阀座 (205)抵接或者分离而能够开闭。形成在阀体(3)背面的阀体轴套部(301) 具有上部阀体轴套部(301a)和下部阀体轴套部(301b)，所述上部阀体轴 套部(301a)和下部阀体轴套部(301b)分别上、下形成在阀体(3)背面， 在阀轴向延伸，并呈近似圆筒形状。
阀杆(5)具有由长杆状的圆杆削成的比较长的上部阀杆(501)和比较 短的下部阀杆(502)。上部阀杆(501)的下端部插入形成在阔体(3)背面 上的上部阀体轴套部(301a)中，并利用固定用销(305)将上部阀杆(501) 固定在阀体(3)上，使上部阀杆(501)与阀体(3)成为一体。上部阔杆(501) 从其下部至中央部插入形成在阀主体(2)上的上部阀杆轴支撑部(213)中， 并在上部阀杆轴支撑部(213)的上端附近利用密封件(214)密封。下部阀 杆(502)的上端部插入形成在阀体(3)背面上的下部阀体轴套部(301b) 中，并利用固定用销(306)将下部阀杆(502)固定在阀体(3)上，从而使 下部阀杆(502)与阀体(3)成为一体。下部阀杆(502)从其上部至下端部 插入形成在阀主体(2)上的下部阀杆轴支撑部(215)中，利用下部盖体(217) 通过轴承隔离圈(216)从下部阀杆轴支撑部(215)的下端进行封闭，并且 密封下部阀杆轴支撑部(215)。
如图27所示，现有一般的双重偏心蝶阀(2001)中的阀体阀座(2302) 配置为垂直于配管方向即流体(F)的流动方向，在从全闭状态将阀体(2003) 稍微打开的时刻，'流体(F) —下子流出。因而，存在在低开度情况下，难以进行精细的控制的问题。
对此，在本实施例的阀体(3)中，如图13所示，阀体(3)的背面以阀 轴为中心具有相对于阀座(205)和阀体阀座(302)相抵接的密封面向顺时 针方向5。 20。的倾斜度，这样，在低开度的情况下，全闭时的不平衡转矩变 低，并且实现了降低阀关闭转矩。而且，在阀体(3)上游侧的表面中的喷嘴 侧的边缘部(309)周边形成有向上游侧比较大地凸起成丘状的上游喷嘴侧凸 起部(310)，而且使阀体(3)的节流孔侧的壁厚增加，并且节流孔侧的边 缘部(311)比喷嘴侧的边缘部(309)在径向上向外凸出。由此，即使在阀 体(3)以小开度打开的情况下，也能够使阀体(3)与阔主体(2)内部的间 隙保持得小，对流出的流体(F)流量进行限制，从而实现阀体(3)从小开 度也能够进行精细控制的等百分比特性。
通常在控制阀中，因为在阀的中间开度进行控制，所以中间开度的阀转 矩越小，控制性越好。在本实施例的阀体(3)中，因从低开度到高开度区域 大致均匀地作用于阀体上的动态流体力而使轴承转矩(bearing torque)大致 消失，并且将流体(F)所产生的转矩抑制为低水平，由此最大能够将阀转矩 抑制为五分之一左右，从而显著地提高了中间开度区域中的控制性。
将上面那样构成的本实施例的体现等百分比特性的双重偏心型的阀体 (3)和现有的中心型蝶阀(3001)的阀体(3003)分别制成模型配设在阀主 体(2)的内部，并且，将这些阀打开相同的开度，使适当量的流体(F)以 适当的流速和压力从纸面左侧向右侧通过各自的阀主体(2)内部，分析此时 的压力分布。将这些结果表示在图16和17中。
图16示出了分析本实施例的阀体G)的压力分布的结果，图17示出了 分析现有的中心型蝶阀(3001)中的阀体(3003)的压力分布的结果。从这 些的比较中得知，在现有的中心型蝶阀(3001)的阀体(3003)的背面存在 非常强的负压区域，而在本实施例的阀体(3)中，在阀体(3)的背面几乎 没有负压区域，仅在阀体(3)上游侧表面的喷嘴侧的一部分和阀体(3)节 流孔侧的边缘部(311)周边分别产生弱的负压区域，因为气蚀在流体(F) 中的负压区域生产生、生长，所以在本实施例的阀体(3)中能够抑制气蚀的 发生。此外，在图17和18中流体颜色越浓的部分被减压的程度越大。
将上述那样构成的体现等百分比特性的双重偏心型的阀体(3)与上述说明的气蚀防止体(4)组合而成的、如图1、 4 6所示的本实施例的能够防止气蚀的高压差控制阀(1)制成模型，使用流体分析进行模拟。将其结果表示
在图18中。从图18中明确的信息得知，本实施方式的能够防止气蚀的高压
差控制阀(1)的流体分析的结果，负压区域最小，显现出由体现等百分比特
性的双重偏心型的阀体(3)产生的气蚀抑制效果与由配设在双重偏心型的阀体(3)的下游紧接着的位置的气蚀防止体(4)产生的防止气蚀效果的协同效应(synergistic effect)。
于是，在单独使用现有类型的蝶阀、现有类型的蝶型控制阀、本实施例的体现等百分比特性的双重偏心型的阀体(3)的情况，和将本实施例的体现等百分比特性的双重偏心型的阀体(3)与气蚀防止体(4)组合的情况下，在阀开度固定为70°时，分别测定相对于从低压差到高压差的压差的噪音特性，来确认本发明的防止气蚀效果和降低噪音效果，将其结果汇总为图19所示的曲线图中。
从图19中明确的信息得知，即使在单独使用本实施例的体现等百分比特性的双重偏心型的阀体(3)的情况，也比现有类型的阀降低噪音效果显著。也就是说，该体现等百分比特性的双重偏心型的阀体(3)能够在从低开度到高开度的大范围的阀开度下高精度地进行流量控制，还能够在从低压差到高压差的大范围的压差下防止气蚀。而且，通过一并使用本实施例的阀体(3)和本实施例的气蚀防止体(4)，还体现出更好的防止气蚀效果和降低噪音效果。
此外，在图23中示出实施例1的阀体(3)的相对于阀开度％的Cv值。/。的测量值。从其结果得知，本实施例的阀体(3)近似地体现等百分比特性，由此能够说本实施例的阀体(3)是体现等百分比特性的双重偏心型。以上，作为本实施例的阀体(3)以体现等百分比特性的双重偏心型的阀体(3)为例进行了说明，但本发明的阀体不限于此。下面示出关于阀体的其它实施例。
第二实施例
下面参照附图，对本发明的能够防止气蚀的高压差控制阀的配设在阀主体内部的阀体(1003)的实施例进行详细地说明。此外，对与实施例l相同的结构概括说明。
参照图20 22，本实施例中的其它方式的阀体(1003)在上游侧表面的
18外周边部具有用于落位于形成在阀主体内部的阀座中的阀体阀座(1302)。
在阀体(1003)下游侧的表面即背面形成有阀体轴套部(1301)，在该阀体轴套部(1301)中能够插入阀杆(1005)，该阀杆(1005)成为该阔体(1003)的旋转轴，并使该阀体(1003)轴支撑在阀主体上并能够旋转，阀体(1003)整体呈近似圆板状。该阀体(1003)是双重偏心蝶阀，阀轴中心位于向垂直于流体(F)流下方向的方向和流体(F)流下方向的下游侧偏心的双重偏心位置，阀座位于相对于阀杆(1005)的阀轴中心向流体的流动方向偏心的位置，与此相同，阀体阀座(1302)也位于相对于阀轴中心偏心的位置，并在全闭时落位于阀座中。
阀体(1003)在阀主体的内部被插入阀体轴套部(1301 )中的阀杆(1005 )轴支撑，并且能够相对于阀主体旋转，通过与阀主体内部的阀座抵接或者分离能够对阀主体的内部进行开闭。形成在阀体(1003)背面上的阀体轴套部(1301)具有上部阀体轴套部(1301a)和下部阀体轴套部(1301b)，所述上部阀体轴套部(1301a)和下部阀体轴套部(1301b)分别上、下形成在阀体(1003)背面，在阀轴向延伸，并呈近似圆筒形状。
阀体(1003)的背面以阀轴为中心具有相对于阀座和阀体阀座(1302)抵接的密封面向顺时针方向5。 20。的倾斜度，这样，在低开度的情况下，全闭时的不平衡转矩变低，并且实现了降低阀关闭转矩。而且，在阀体(1003)上游侧的表面中的喷嘴侧的边缘部(1309)周边和节流孔侧的边缘部(1311)周边形成有向上游侧凸起成丘状的上游喷嘴侧凸起部(1310)和上游节流孔侧凸起部(1312)。上游喷嘴侧凸起部(1310)的凸起的大小设定得比较小，而上游节流孔侧凸起部(1312)的凸起设定得高。另外，在阀体(1003)下游侧的面的节流孔侧的边缘部(1313)周边具有形成为向下游侧凸起成丘状的下游节流孔侧凸起部(1314)，与喷嘴侧的边缘部(1315)相比节流孔侧的边缘部(1313)厚壁状地凸出。由此，能够变化控制低、中开度下的流量特性，即使阀体(1003)在以小开度打开的情况下，阀体(1003)与阀主体内部间的间隙能够保持得小，对流出的流体(F)的流量进行限制，能够实现从小开度也能够进行精细控制的Cv线性百分比特性。
在图24中示出了上面那样构成的第二实施例的体现Cv线性百分比特性的双重偏心型的阀体(1003)的相对于阀开度％的0值％的测量值。从其结
19果能够得出本实施例的阀体近似地体现具有Cv线性百分比特性。
此外，不与气蚀防止体一起设置而单独使用体现Cv线性百分比特性的
双重偏心型的阀体(1003)，在阀开度为20°至90。的范围内测量压差和转矩，将相对于压差的转矩即转矩/压差系数化作为相对于阀开度的值，表示在图25所示的曲线图中，并且将转矩系数的大小与图26所示的现有阀的转矩系数的大小进行比较。从图25可以得知，因为开启过程与关闭过程几乎是同一曲线，所以在体现Cv线性百分比特性的双重偏心型的阀体(1003)中，轴承转矩几乎消除，并且由流体(F)引起的转矩小。与之相对，图26中的现有阀的开启过程与关闭过程的曲线互相不同。从这些结果能够确认体现Cv线性百分比特性的双重偏心型的阀体(1003)转矩系数小而控制性好。
图1是表示本实施例的一起设置有体现等百分比特性双重偏心型的阀体和气蚀防止体而成的能够防止气蚀的高压差控制阀的结构的剖视图。图2是同一能够防止气蚀的高压差控制阀的纵剖视图。图3是同一能够防止气蚀的高压差控制阀的后视图。图4是本实施例的气蚀防止体的主视图。
图5的(A)是从板面方向观察构成该气蚀防止体的多孔板的图，图5的(B)是从端面方向观察该多孔板的图。图6是表示该多孔板的层叠结构的图。
图7是表示作为流体分析模型的气蚀防止体的结构的立体纵剖视图。图8是表示作为流体分析模型的气蚀防止体的结构的横剖视图。图9表示作为流体分析模型的气蚀防止体的流体分析结果的流体的压力分布图。
图10是示意性地表示在多孔板的表面、背面上发生的涡流的情况的图。图11的(A)是表示由无孔板构成的气蚀抑制体的模拟结果的图，图11
的(B)表示由形成有多个孔的多孔板构成的气蚀防止体的模拟结果的图。图12的(A) (F)是表示多孔板的变形例的主要结构的剖视图。图13是表示本实施例的体现等百分比特性的双重偏心型的阀体的结构
的俯视图。图14是同一体现等百分比特性的双重偏心型的阀体的结构的后视图。
图15是同一体现等百分比特性的双重偏心型的阀体的结构的纵剖视图。图16是表示对同一体现等百分比特性的双重偏心型的阀体的压力分布进行分析的结果的图。
图17是表示对现有的中心型蝶阀的阀体的压力分布进行分析的结果的图。
图18是表示对将本实施例的体现等百分比特性的双重偏心型的阀体与
气蚀防止体组合而成的本实施例的能够防止气蚀的高压差控制阀的压力分布进行分析的结果的图。
图19是表示测定各阀的噪音特性而得出的结果的曲线图。图20是表示本实施例的体现Cv线性百分比特性的双重偏心型的阀体的结构的俯视图。
图21是表示同一体现Cv线性百分比特性的双重偏心型的阀体的结构的后视图。
图22是表示同一体现Cv线性百分比特性的双重偏心型的阀体的结构的纵剖视图。
图23是表示本实施例的体现等百分比特性的双重偏心型的阀体的相对于阀开度％的CvQ/。值的曲线图。
图24是表示本实施例的体现Cv线性百分比特性的双重偏心型的阀体的相对于阀开度％的0%值的曲线图。
图25是表示本实施例的体现Cv线性百分比特性的双重偏心型的阀体的相对于阀开度°/。的转矩/压差的系数值的曲线图。
图26是表示现有阀的相对于阀开度％的转矩/压差的系数值的曲线图。
图27是表示现有的一般的双重偏心蝶阀的结构的图。
附图标记的说明
1 能够防止气蚀的高压差控制阀
2 阀主体
201 配管用凸缘
202 配管用凸缘
21203密封圈
204流路
205阀座
206密封圈固定体
207阀杆轴支撑部
208安装板部
209螺钉孔
210气蚀防止体安装空间
211反转防止部
212固定用螺钉
213上部阀杆轴支撑部
214密封件
215下部阀杆轴支撑部
216轴承隔离圈
217下部盖体
3阀体
301阀体轴套部
301a上部阀体轴套部
301b下部阀体轴套部
302阀体阀座
303圆筒形状部
304圆筒形状部
305固定用销
306固定用销
309喷嘴侧的边缘部
310上游喷嘴侧凸起部
311节流孔侧的边缘部
4气蚀防止体
40气蚀防止体
41圆筒形框体
2242多孔板
43孔
44a水平板
44b水平板
44c水平板
45板
46气蚀抑制体
401圆筒形框体
402多孔板
402a板
402b板
402c板
403孔
柳a圆孔
403b圆孔
403c孔
403d孔
403e孔
403f孔
5阀杆
501上部阀杆
502下部阀杆
1003阀体
1301阀体轴套部
1301a上部阀体轴套部
1301b下部阀体轴套部1302阀体阀座
1303圆筒形状部
1304圆筒形状部
1309喷嘴侧的边缘部1310上游喷嘴侧凸起部 1311节流孔侧的边缘部
1312上游节流孔侧凸起部 1313节流孔侧的边缘部 1314下游节流孔侧凸起部 1315喷嘴侧的边缘部
1005 阀杆
2001 现有双重偏心蝶阀
2302 阀体阀座
3001 现有中心型蝶阀
3003 阀体
F 流体
权利要求
1.一种能够防止气蚀的高压差控制阀，具有配设在使流体流通的配管的路径上的呈近似筒状的阀主体和在该阀主体的内部以能够对该内部进行开闭的方式配置的阀体，其特征在于，在该阀体的全开状态下的下游紧接着的位置配设有用于防止气蚀的气蚀防止体，该气蚀防止体配设在所述阀体的下游紧接着的位置，并且，在该气蚀防止体的多个多孔板上等间距地形成有多个规定深度的孔，所述多个多孔板互相存在适当的间隔，且大致平行于在该阀主体内流下的流体的流动方向，当所述流体在所述多孔板间通过时，形成在各多孔板上的与所述流体流下方向垂直的方向上的各孔成为该流体的涡流阻力，将该涡流的动能转换为热能，使该流体平稳且均匀地减压，从而能够防止在低压差至高压差下气蚀发生。
2. 如权利要求l所述的能够防止气蚀的高压差控制阀，其特征在于， 当将配管的标称直径设为D时，气蚀防止体配设为，从阀体全开状态下的该阀体的位于最下游的部位至该气蚀防止体的上游侧端部的间隔在1D以 内。
3. 如权利要求1或2所述的能够防止气蚀的高压差控制阀，其特征在于，当将设置在多孔板上的各孔的孔径设为d时，设置在一个多孔板上的孔 彼此间的间距在1.5d以上4d以下。
4. 如权利要求1 3中任一项所述的能够防止气蚀的高压差控制阀，其 特征在于，当将设置在多孔板上的各孔的孔径设为d时，多孔板在流体的流下方向 上的长度在20d以上100d以下。
5. 如权利要求1 4中任一项所述的能够防止气蚀的高压差控制阀，其 特征在于，当将设置在多孔板上的各孔的孔径设为d时，多孔板彼此间的各间隔在 ld以上3d以下。
6. 如权利要求1 5中任一项所述的能够防止气蚀的高压差控制阀，其 特征在于，使形成在多个多孔板中的一个以上的多孔板上的多个孔中的一个以上 的孔，形成为各自以规定深度从该多孔板的表面和背面两面的板面凹下的适 当形状的凹状。
7. 如权利要求1 6中任一项所述的能够防止气蚀的高压差控制阀，其 特征在于，形成在多个多孔板中的一个以上的多孔板上的多个孔中的一个以上的 孔，形成为贯通该多孔板的表面和背面。
8. 如权利要求1 7中任一项所述的能够防止气蚀的高压差控制阀，其特征在于，使多个多孔板中的一个以上的多孔板具有向大致垂直的方向弯曲的一 处以上的弯曲部。
9. 如权利要求1 8中任一项所述的能够防止气蚀的高压差控制阀，其 特征在于，具有阀主体和阀体的阀构成为，能够在该阀体的下游紧接着的位置可装 卸地配设气蚀防止体。
10. 如权利要求1 9中任一项所述的能够防止气蚀的高压差控制阀， 其特征在于，阀具有近似筒状的阀主体、阀体和阀轴，所述阀主体在其内部具有阔座， 所述阀体能够旋转地被轴支撑在该阀主体的内部，通过与该内部的阀座抵接 或者分离而能够对该阀主体的内部进行开闭，所述阀轴为该阀体的旋转轴， 能够旋转地被轴支撑在该阀主体上，所述阀体是偏心蝶阀，具有形成在该阀 体的下游侧的用于插入所述阀轴的阀体轴套部，所述阀座位于相对于阔轴中 心向流体的流动方向偏心的位置上，与之相同，阀体阀座也位于相对于阀轴 中心偏心的位置上，并在全闭时落位于所述阀座中，阀轴的中心位于向与流 体流下方向垂直的方向和流体流下方向上的下游侧偏心的双重偏心位置上。
11. 如权利要求10所述的能够防止气蚀的高压差控制阀，其特征在于， 阀体在该阀体上游侧的面上的喷嘴侧的边缘部周边和节流孔侧的边缘部周边分别形成有向上游侧凸起成丘状的上游喷嘴侧凸起部和上游节流孔 侧凸起部，并且，该阀体下游侧的面以阀轴为中心具有相对于阀座与阀体阀 座抵接的密封面向顺时针方向5。 20。的倾斜度，并且在下游侧的面的节流孔侧的边缘部周边具有以向下游侧凸起成丘状的方式形成的下游节流孔侧 凸起部。
12.如权利要求10所述的能够防止气蚀的高压差控制阀，其特征在于， 阀体在该阀体上游侧的面上的喷嘴侧的边缘部周边形成有向上游侧比 较大地凸起成丘状的上游喷嘴侧凸起部，并且，该阀体下游侧的面以阀轴为 中心具有相对于阀座与阀体阀座抵接的密封面向顺时针方向5° 20°的倾斜 度，并且该阀体的节流孔侧的边缘部比喷嘴侧的边缘部在径向上向外凸出。
全文摘要
一种能够防止气蚀的高压差控制阀，制成即使阀体单体也具有气蚀抑制能力，且在从低开度至高开度的宽范围的阀开度下能够高精度地控制流量和压力，能够根据使用用途选择阀在中间开度下的流量特性的阀体形状，并且，通过将所述气蚀防止体和具有该阀体形状的阀体进行组合，在结构简单且小型的情况下能够更高度地防止气蚀，即使在高压差以及高流速的条件下也能够发挥高度的控制性。本发明的阀具有呈近似筒状的阀主体和配设在该阀主体的内部能够使该内部开闭的阀体，特征在于，在该阀体的全开状态下的下游紧接着的位置配设有用于防止气蚀的气蚀防止体，该气蚀防止体配设为，在该气蚀防止体的多个多孔板上等间距地形成有多个规定深度的孔，所述多个多孔板互相相隔适当的间隔，且大致平行于在该阀主体内流下的流体的流动方向，能够防止气蚀的发生。
文档编号F16K47/00GK101663526SQ20078005248
公开日2010年3月3日 申请日期2007年8月1日 优先权日2007年8月1日
发明者河合龙弥, 翁剑刚 申请人:株式会社巴技术研究所