球閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明的球閥的目的在于，即使處于非湍流狀態(tài)下，也確保與湍流狀態(tài)大致相同的容量系數(shù)。將流量特性窗(71)的壁面(71a’)的最下游端設(shè)置成閥主體(4)內(nèi)的流路(3)以及球形閥芯(5)的貫通流路(7)的最窄徑部，將從該最窄徑部至流量特性窗(71)的壁面(71a’)的最上游端為止的流路的壁面(71a’)設(shè)置成向最窄徑部傾斜的錐面，使流路從該流量特性窗(71)的最窄徑部向貫通流路(7)內(nèi)急劇擴大。
【專利說明】
球閥
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及一種包括具有貫通流路的球形閥芯的球閥?！颈尘凹夹g(shù)】
[0002]以往，作為用于各種流體的流量控制、例如對空調(diào)用的冷熱水的流量進(jìn)行控制的流量控制閥，已知有將具有貫通流路的球形閥芯作為插件(plug)而具備的球閥。
[0003]圖13示出專利文獻(xiàn)1所公開的球閥的主要部分。該球閥1(1E)由形成流體2的流路3 的閥主體4、配設(shè)于該閥主體4的內(nèi)部的球形閥芯5、以及使該球形閥芯5自閥主體4的外部旋轉(zhuǎn)的閥軸6等構(gòu)成。
[0004]球形閥芯5在與閥軸6的軸線正交的方向上具有貫通流路7,并介由前后兩個座環(huán)8 而能夠以閥軸6為中心進(jìn)行旋轉(zhuǎn)地被配設(shè)在閥主體4的內(nèi)部中央，球形閥芯5的外周面形成與座環(huán)8接觸的球面支承部。流體2從圖示左側(cè)(上游側(cè))流向右側(cè)(下游側(cè))。
[0005]球形閥芯5的貫通流路7由與閥軸6的軸線正交的貫通孔構(gòu)成，將該貫通孔(貫通流路)7的上游側(cè)的開口部71設(shè)置為流量特性窗，將下游側(cè)的開口部72設(shè)置成直徑D的圓形。
[0006]圖14的(a)示出了從貫通流路7的上游側(cè)觀察球形閥芯5的圖，圖14的(b)示出了從貫通流路7的下游側(cè)觀察球形閥芯5的圖。
[0007]上游側(cè)的開口部(流量特性窗)71設(shè)置成表示規(guī)定的流量特性的形狀，在本實例中設(shè)置成截面形狀在球形閥芯5的旋轉(zhuǎn)方向(箭頭R方向)上大致呈扇形的形狀。又，流量特性窗71的下游側(cè)設(shè)置成與圓形的開口部72以相同直徑連接的空腔(圓柱狀的空腔)。
[0008]在球形閥芯5的上表面中央處形成凹部9,在該凹部9嵌合固定有閥軸6的下端6a。 閥軸6介由0型環(huán)11可旋轉(zhuǎn)地插入閥主體4的中央的筒部10,閥軸6的上端6b突出于筒部10的上方。該閥軸6通過手動或者驅(qū)動電機等驅(qū)動裝置進(jìn)行驅(qū)動，由此球形閥芯5以閥軸6為中心沿箭頭R方向或其相反方向在大致90的角度范圍內(nèi)轉(zhuǎn)動。
[0009]圖13示出將球閥1E設(shè)為全開的狀態(tài)。將球形閥芯5從該狀態(tài)轉(zhuǎn)動90時，上游側(cè)的開口部71和下游側(cè)的開口部72變?yōu)槿]狀態(tài)。處于全閉和全開的中間開度，則與對于在閥主體4內(nèi)流動的流體的上游側(cè)的開口部(流量特性窗)71的打開量相對應(yīng)的量的流體流動。
[0010]該球閥1E被設(shè)置于例如供空調(diào)用的冷熱水流動的配管的中途，在將該球閥1E設(shè)置于該配管時，要選擇與必要流量相符的閥門口徑(容量系數(shù))。該與必要流量相符的閥門的容量系數(shù)的選擇被稱為定徑(s i z i n g)(例如，參照非專利文獻(xiàn)1)。[〇〇11]現(xiàn)有技術(shù)文獻(xiàn) [〇〇12]專利文獻(xiàn)
[0013]專利文獻(xiàn)1日本專利特開2003 —113948號公報
[0014]專利文獻(xiàn)2日本專利第5113722號公報 [〇〇15]非專利文獻(xiàn)[〇〇16] 非專利文獻(xiàn)1JIS B2005-2-l(第2部:流機的容量一第1節(jié):取付療狀態(tài)匕掃療6流機的''式)(第2部:流體的容量-第1節(jié):安裝狀態(tài)的流體的定徑方式)
【發(fā)明內(nèi)容】

[0017]發(fā)明要解決的課題
[0018]采用該球閥1E的話，在流體通過流量特性窗71時，沿該流量特性窗71的壁面7 la的流動從其壁面71a的最下游端脫離，在緊挨著流量特性窗71的下游處形成最縮流部(圖15所示的A部)。根據(jù)該最縮流部的流動的形態(tài)來決定閥門的容量系數(shù)。
[0019]采用現(xiàn)有的球閥1E的話，流量特性窗71的壁面(流路的壁面)71a為沿著流體的流動方向的平行的平面，最縮流部的流動受到流量特性窗71的壁面71a的摩擦的極大影響。該情況下，流量特性窗71的壁面71a的摩擦(圖15所示的B部的摩擦)在流動為非湍流狀態(tài)(低壓差、低溫等的低雷諾數(shù)流動)的情況下與湍流狀態(tài)的情況下不同。
[0020]因此，非湍流狀態(tài)時的閥門的容量系數(shù)的值與湍流狀態(tài)時的閥門的容量系數(shù)有很大不同，需要使用被稱為雷諾數(shù)系數(shù)的固有的系數(shù)(Fr值)來進(jìn)行補正。一般，越是非湍流狀態(tài)，F(xiàn)r值越小。即，非湍流狀態(tài)下，閥門的容量系數(shù)變小了乘以Fr值后的部分。
[0021]另外，專利文獻(xiàn)2中，使用表示預(yù)先規(guī)定的基準(zhǔn)壓差下的閥開度和流量系數(shù)(容量系數(shù))的關(guān)系的基準(zhǔn)表、以及表示比基準(zhǔn)壓差低的壓差或比基準(zhǔn)壓差高的壓差下的閥開度和流量系數(shù)(容量系數(shù))的關(guān)系的特性表，計算出流經(jīng)流量控制閥的管路內(nèi)的流體的流量。
[0022]該專利文獻(xiàn)2所示的方法中，通過基于特性表來求出閥開度和壓差改變時的流量系數(shù)(容量系數(shù))，可以算出流量，但將該方法適用于現(xiàn)有的球閥1E中的情況下，流體溫度變化較大時，流體的運動粘度改變，在緊挨著流量特性窗71的下游處所形成的最縮流部的流動的形態(tài)改變，因此算出的流量和實際的流量的差異變大，難以高精度地計測流量。
[0023]本發(fā)明是為了解決這樣的問題而做出的，其目的在于，提供一種即使處于非湍流狀態(tài)，也能夠確保與端流狀態(tài)大致相同的容量系數(shù)的球閥。[〇〇24]解決課題用的手段
[0025]為了達(dá)成這樣的目的，本發(fā)明的球閥包括具有貫通流路的球形閥芯，所述球閥通過使該球形閥芯以閥軸為中心轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)流量特性窗對于在閥主體內(nèi)的流路中流動的流體的打開量，所述球閥的特征在于，將從閥主體內(nèi)的流路以及球形閥芯的貫通流路之中的最窄徑部至規(guī)定尺寸上游為止的流路的壁面設(shè)為向最窄徑部傾斜的錐面。
[0026]本發(fā)明中，將從閥主體內(nèi)的流路以及球形閥芯的貫通流路中的最窄徑部至規(guī)定尺寸上游為止的流路的壁面設(shè)置為向著最窄徑部傾斜的錐面。由此，流路的壁面從規(guī)定尺寸上游向著最窄徑部慢慢變窄，在緊挨著最窄徑部的下游處所形成的最縮流部的流動難以受到流路壁面摩擦的影響。該情況下，最縮流部的流動由自最窄徑部的流體的剝離方法決定。 因此，非湍流狀態(tài)和湍流狀態(tài)下最縮流部的流動的形態(tài)不變，即使在非湍流狀態(tài)下，閥門的容量系數(shù)也與湍流狀態(tài)為同樣的值。
[0027]本發(fā)明中，將從閥主體內(nèi)的流路以及球形閥芯的貫通流路中的最窄徑部至規(guī)定尺寸上游為止的流路的壁面設(shè)置為向著最窄徑部傾斜的錐面，但該錐面也可以形成于球形閥芯的貫通流路的壁面，也可以形成于閥主體內(nèi)的流路的壁面。例如，可以將球形閥芯的流量特性窗的壁面設(shè)置為錐面，也可將設(shè)置于閥主體內(nèi)的保持件的內(nèi)壁面設(shè)置為錐面。[〇〇28]發(fā)明效果
[0029]根據(jù)本發(fā)明，由于將從閥主體內(nèi)的流路以及球形閥芯的貫通流路中的最窄徑部至規(guī)定尺寸上游為止的流路的壁面設(shè)置為向著最窄徑部傾斜的錐面，因此在緊挨著最窄徑部的下游處所形成的最縮流部的流動難以受到流路壁面摩擦的影響，非湍流狀態(tài)和湍流狀態(tài)下最縮流部的流動的形態(tài)不變，即使在非湍流狀態(tài)下，也能夠確保與湍流狀態(tài)同樣的容量系數(shù)?！靖綀D說明】
[0030]圖1是示出本發(fā)明所涉及的球閥的一實施方式(實施方式1)的主要部分的圖。
[0031]圖2是從上游側(cè)以及下游側(cè)觀察該球閥的閥主體的圖。[〇〇32]圖3是示出該球閥的形成于流量特性窗的下游的最縮流部的圖。
[0033]圖4是示出該球閥的流量特性窗的壁面的錐角和FR值的關(guān)系的圖。
[0034]圖5是示出實施方式2的球閥的主要部分的圖。
[0035]圖6是放大示出實施方式2的球閥的主要部分的圖。
[0036]圖7是示出實施方式3的球閥的主要部分的圖。
[0037]圖8是放大示出實施方式3的球閥的主要部分的圖。
[0038]圖9是示出實施方式4的球閥的主要部分的圖。
[0039]圖10是從上游側(cè)以及下游側(cè)觀察實施方式4的球閥的閥主體的圖。
[0040]圖11是示出實施方式2的球閥的試驗結(jié)果的圖。[0041 ]圖12是示出與實施方式2的球閥對應(yīng)的現(xiàn)有型的球閥的試驗結(jié)果的圖。
[0042]圖13是示出專利文獻(xiàn)1所公開的球閥的主要部分的圖。
[0043]圖14是從上游側(cè)以及下游側(cè)觀察專利文獻(xiàn)1所公開的球閥的球形閥芯的圖。
[0044]圖15是示出專利文獻(xiàn)1所公開的形成于球閥的流量特性窗的下游的最縮流部的圖。
[0045]圖16是示出與實施方式2的球閥對應(yīng)的現(xiàn)有型的球閥的主要部分的圖?！揪唧w實施方式】
[0046]以下，基于附圖對本發(fā)明的實施方式進(jìn)行詳細(xì)說明。[〇〇47][實施方式1]
[0048]圖1是示出本發(fā)明所涉及的球閥的一實施方式(實施方式1)的主要部分的圖。在該圖中，與圖13相同的符號表示與參照圖13說明了的構(gòu)成要素相同或同等的構(gòu)成要素，省略其說明。
[0049]在本實施方式1的球閥1 (1A)中，將流量特性窗71的壁面(流路的壁面)7 la ’設(shè)置成從上游向下游變窄的錐面。即，將流量特性窗71的壁面71a’的最下游端設(shè)置成閥主體4內(nèi)的流路3以及球形閥芯5的貫通流路7的最窄徑部，將從該最窄徑部至流量特性窗71的壁面 71a’的最上游端為止的流路的壁面71a’設(shè)置成向最窄徑部傾斜的錐面，使流路從該流量特性窗71的最窄徑部向貫通流路7內(nèi)急劇擴大。
[0050]圖2的(a)示出從貫通流路7的上游側(cè)觀察球形閥芯5的圖，圖2的(b)示出從貫通流路7的下游側(cè)觀察球形閥芯5的圖。[0051 ]在本實施方式1的球閥1A中，由于流量特性窗71的壁面71 a ’被設(shè)置成向最窄徑部傾斜的錐面，因此壁面71a’向著最窄徑部慢慢變窄，形成于緊挨著最窄徑部的下游處的最縮流部(圖3所示的A部)的流動難以受到壁面71a’的摩擦(圖3所示的B部的摩擦)的影響。在該情況下，最縮流部的流動根據(jù)流體從最窄徑部剝離的方法來決定。因此，非湍流狀態(tài)和湍流狀態(tài)下的最縮流部的流動的形態(tài)不變，閥門的容量系數(shù)即使在非湍流狀態(tài)下也與湍流狀態(tài)時的值大致相同。[〇〇52]由此，本實施方式中，非湍流狀態(tài)時的Fr值與湍流狀態(tài)時的Fr值大致相同，無需對非端流狀態(tài)時的閥門的容量系數(shù)進(jìn)行補正。圖4示出流量特性窗71的壁面7la ’的錐角和Fr 值的關(guān)系。根據(jù)該關(guān)系可知，通過將錐角設(shè)為5?10左右，可以確保Fr值接近1。
[0053]又，在本實施方式中，在使用專利文獻(xiàn)2所示的方法來進(jìn)行流量的計測的情況，SP 對閥開度、閥前后壓差進(jìn)行計測，并根據(jù)閥內(nèi)部所保有的流量系數(shù)(容量系數(shù))表進(jìn)行流量的計算的情況下，即使流體的運動粘度根據(jù)流體溫度的變化而變化，由于最縮流部的流動的形態(tài)不變，也可以高精度地進(jìn)行流量的計測。[〇〇54][實施方式2]
[0055]圖5示出實施方式2的球閥。實施方式1的球閥1A(圖1)中，將球形閥芯5設(shè)置成球狀，而在實施方式2的球閥1(1B)中，將球形閥芯5設(shè)置成半球狀。以下，為了與實施方式1的球形閥芯進(jìn)行區(qū)分，將實施方式1的球形閥芯設(shè)為球形閥芯5A，將實施方式2的球形閥芯設(shè)為球形閥芯5B。[〇〇56]球形閥芯5B設(shè)置成如蛋殼那樣的形狀，在與閥軸6的軸線正交的方向上具有貫通流路7。貫通流路7的上游側(cè)的開口部71與球形閥芯5A同樣，設(shè)置有流量特性窗。又，球形閥芯5B的外周面形成有與座環(huán)8接觸的球面支承部。流體2從圖示左側(cè)(上游側(cè))流向右側(cè)(下游側(cè))。[〇〇57]在閥主體4中，在球形閥芯5B的上游側(cè)的管路上嵌入有保持件12、彈簧13和管路構(gòu)件14,通過將管路構(gòu)件14擰入閥主體4的管路，保持件(retainer)12隔著彈簧13將座環(huán)8按壓于球形閥芯5B的外周面。
[0058]本實施方式2的球閥1B也與實施方式1的球閥1A同樣，將流量特性窗71的壁面(流路的壁面)71a’設(shè)置成從上游向下游變窄的錐面。
[0059] S卩，如圖6中示出的主要部分的放大圖那樣，將流量特性窗71的壁面71a’的最下游端作為閥主體4內(nèi)的流路3以及球形閥芯5B的貫通流路7的最窄徑部，將從該最窄徑部至流量特性窗71的壁面71a’的最上游端為止的流路的壁面71a’作為向最窄徑部傾斜的錐面，使流路從該流量特性窗71的最窄徑部向貫通流路7內(nèi)急劇擴大。
[0060][實施方式3][0061 ]圖7示出實施方式3的球閥。在實施方式2的球閥1C(圖5)中，將流量特性窗71的壁面(流路的壁面)71a’設(shè)置成從上游向下游變窄的錐面，但在實施方式3的球閥1(1C)中，不將流量特性窗71的壁面(71a)設(shè)置成錐面，而是將保持件12的內(nèi)壁面(流路的壁面)12a’設(shè)置成錐面。[〇〇62]以下，為了與實施方式2的保持件12進(jìn)行區(qū)分，將實施方式2的保持件設(shè)為保持件 12A，將實施方式3的保持件設(shè)為保持件12B。又，將實施方式3的球形閥芯設(shè)為球形閥芯5C。
[0063] S卩，在實施方式3的球閥1C中，如圖8所示的主要部分的放大圖那樣，將保持件12B 的內(nèi)壁面12a’的最下游端設(shè)置成閥主體4內(nèi)的流路3以及球形閥芯5C的貫通流路7的最窄徑部，將從該最窄徑部至保持件12B的內(nèi)壁面12a’的上游側(cè)的規(guī)定位置為止的內(nèi)壁面12a’設(shè)置成向最窄徑部傾斜的錐面。
[0064]在該球閥1C中，流路從保持件12B的最窄徑部，通過球形閥芯5C的流量特性窗71， 向貫通流路7內(nèi)急劇擴大。球形閥芯5C的流量特性窗71被設(shè)置成比保持件12B的最窄徑部更寬的窗。[〇〇65][實施方式4]
[0066]圖9示出實施方式4的球閥。在實施方式1的球閥1A(圖1)中，將球形閥芯5A的流量特性窗71設(shè)置在上游側(cè)，但在實施方式4的球閥1 (1D)中，將球形閥芯5B的流量特性窗71設(shè)置在下游側(cè)。該球閥1D中，也將流量特性窗71的壁面(流路的壁面)71a’設(shè)置成從上游向下游變窄的錐面。
[0067]然而，在該球閥1D中，由于流量特性窗71位于下游側(cè)，流量特性窗71的壁面71a’被設(shè)置成從球形閥芯5的外周面?zhèn)认蜇炌髀?側(cè)直徑變大的錐面。圖10的(a)示出從貫通流路7的上游側(cè)觀察球形閥芯5(f5D)的圖，圖10的(b)示出從貫通流路7的下游側(cè)觀察球形閥芯 5(5D)的圖。
[0068][試驗結(jié)果]
[0069]圖11以及圖12示出將相當(dāng)于雷諾數(shù)的系數(shù)設(shè)為(Ap/h/po))1/2"，并求出該(A pAPi/po))1/2^與Fr值(雷諾數(shù)系數(shù))的關(guān)系的試驗結(jié)果。
[0070]圖11是圖5所示的實施方式2的球閥1B(將流量特性窗的壁面設(shè)置為錐面的類型) 的試驗結(jié)果，圖12是與圖16所示的與實施方式2的球閥1B相對應(yīng)的現(xiàn)有型的球閥1F(不將流量特性窗的壁面設(shè)置成錐面的類型)的試驗結(jié)果。[〇〇71]在圖11以及圖12所示的試驗結(jié)果中，也表示相對容量系數(shù)(任意的閥開度的流量相對于閥全開時的流量的比)，A p表示上下游之間的壓差，Pl表示流體溫度下的流體的密度， P〇表示基準(zhǔn)溫度下的流體的密度，v表示運動粘度。(A pApVpo))1/2^的值較小的話，則流動為非湍流狀態(tài)(低速，高運動粘度(=低溫))。比較圖11和圖12可知，試制模型相對于現(xiàn)有型模型，非湍流狀態(tài)下的Fr值得到極大的改善。
[0072]另外，在圖9所示的球閥1D中，也可以不將球形閥芯5D的流量特性窗的71的壁面 71a’設(shè)置成錐面，而在球形閥芯5D的下游側(cè)設(shè)置保持件，將設(shè)置于該球形閥芯的下游側(cè)的保持件的內(nèi)壁面設(shè)置成錐面。在該情況下，在保持件設(shè)置最窄徑部，將從該最窄徑部至保持件的內(nèi)壁面的上游側(cè)的規(guī)定位置為止的內(nèi)壁面設(shè)置成向最窄徑部傾斜的錐面。[〇〇73][實施方式的擴展][〇〇74]以上，參照實施方式對本發(fā)明進(jìn)行了說明，但本發(fā)明并不限于上述實施方式。本發(fā)明的結(jié)構(gòu)和詳細(xì)情況可以在本發(fā)明的技術(shù)思想范圍內(nèi)進(jìn)行本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠理解的種種變更。[〇〇75]符號的說明[〇〇76]1 (1A?1D):球閥，2:流體，3:流路，4:閥主體，5(5A?5D):球形閥芯，6:閥軸，7:貫通流路，12 (12A、12B):保持件，12a、12a ’:內(nèi)壁面(流路的壁面)，71:開口部(流量特性窗)， 71&、71&’:壁面(流路的壁面)。
【主權(quán)項】
1.一種球閥，其包括具有貫通流路的球形閥芯，所述球閥通過使該球形閥芯以閥軸為 中心轉(zhuǎn)動，調(diào)節(jié)流量特性窗對于在閥主體內(nèi)的流路中流動的流體的打開量，所述球閥的特 征在于，將從所述閥主體內(nèi)的流路以及所述球形閥芯的貫通流路之中的最窄徑部至規(guī)定尺寸 上游為止的流路的壁面設(shè)為向所述最窄徑部傾斜的錐面。2.如權(quán)利要求1所述球閥，其特征在于，所述錐面形成于所述球形閥芯的貫通流路的壁面。3.如權(quán)利要求1所述球閥，其特征在于，所述錐面形成于所述閥主體內(nèi)的流路的壁面。
【文檔編號】F16K5/06GK105952923SQ201610130738
【公開日】2016年9月21日
【申請日】2016年3月8日
【發(fā)明人】野間口謙雄, 古谷元洋, 新谷知紀(jì)
【申請人】阿自倍爾株式會社