CN1004279B - 一种用于高压带尘气体的调节阀门 - Google Patents

Abstract

本发明为一个用于高压带尘气体的调节阀门。为了从根本上避免调节元件受到磨损和灰尘颗粒进入调节元件中，通过阀门的通道至少分为两段圆锥孔。它们的锥度不同。这样便改善了气流状态，并在避免产生涡流和分离区的前提下，在气流的横截面上达到了均匀的速度分布，从而避免了磨损以及调节另件旁边或上面的灰尘沉积现象。

Description

一种用于高压带尘气体的调节阀门

本发明为一个调节阀门。该阀门特别适用于高压带尘气体。用该阀门来调节通过阀门的气体通过能力。这种调节阀门，比如说，带有一个筒状壳体，壳体上带有阀座和一个沿气体流动方向作闭合运动的阀针。

在工艺流程设备中，例如在煤的气化装置中，会产生带有大量灰尘的气体。这种气体的压力能够达到100-350微巴。在一定范围内其温度可达750℃。

这种气体通过阀门进行减压，然后被排放到收集容器中以便继续使用，例如用于锅炉点火的作业气体或用化学过程的合成气体。

在上述使用情况中，已建议使用一种阀门。这种阀门有一个抛物线形的阀体。该阀体与呈隔板形状的阀座配合工作。为了调节气体通过阀门的通过能力，阀体行程是可调的。

在减压时，气体中的灰尘颗粒会产生很高的速度，这就使得上述阀门的密封及调节元件，以及部分管壁由于灰尘颗粒的侵蚀而出现相当严重的损坏;另一方面还必须注意灰尘颗粒堆积在阀体上和进入阀体。

本发明基于上述问题，进一步设计了一个在本文开始时提到的那种调节阀门。这种阀门不仅可以防止密封和调节元件受到侵蚀，而且在实际上可以防止灰尘颗粒进入密封和调节元件中。

该阀门的上述优点，可以通过下述结构得到保证：筒形阀门壳体内腔有一个第一圆锥部分，该部分从阀门壳体的圆柱形内腔横截面处开始沿气流方向逐渐缩小一直延伸到阀座上。从阀座开始的第二圆锥部分沿气流方向与第一部分连接在一起。第二圆锥部分的锥度小于第一部分的锥度。

第一部分与第二部分之间的过渡部分，也就是阀座，为一个环形棱边。

从壳体内腔最小的截面开始沿气流方向呈圆锥形扩大的部分与第二部分连接在一起。气流在这个沿气流方向呈圆锥形扩张的部分中加速到超音速。

因为希望尽量减低调节阀门的噪声，所以在圆锥形部分后面设置了一个圆柱形的所谓消能管。该消能管与圆筒壳体壁之间有一段径向间隙，特别是在消能管上有径向孔。

气体和蒸气流以接近音速和超音速的速度在管中形成冲击和波。这两种现象导致了气体振动和压力呈周期性变化的后果，使得气流方向发生变化，气流方向的变化产生了强烈的噪音。由于冲击感应的变化，而给管壁造成了损害。

这种冲击波实际上是通过上面提到的消能管被消除的，至少是大地减弱了这种冲击波，通过消能管可以明显地降低噪音。

一个圆锥形部分同另一个锥度较小的圆锥部分连接在一起，通过这样一种阀门壳体孔结构，改善了气流的运动状况。由此完全避免了涡流和间断现象以及死区的出现。

调节机构，特别是圆锥形阀针，阀座以及阀门孔壁的侵蚀现象也由此被排除了。此外，有把握地避免了灰尘颗粒在调节机构外面的堆积和向其内部的渗入现象。

下列图纸解释了本发明的示例结构：

图1.本发明的调节阀门剖面图。

图2、图1的调节阀门局部放大图。

图3.本发明的调节阀门的另一种结构的剖面图。

根据图1，调节阀门有一个筒状阀门壳体12。该壳体的输入端与一个输送管40连接在一起。它的输出端形成了一个输送管42。在壳体12中形成了一个阀座14。一个圆锥形阀针16与阀体14一起产生作用。阀杆18位于导套20中的部分19作轴向运动。如图所示，导套20是安装并固定在输送管40中的。

在阀杆18上，或者是在一个未经画出的外套和/或者阀门壳体12的内壁上，如图1所示，装有沿轴向方向伸展的导向板22。由该导向板来引导和校正从输送管40进来的气流（或蒸汽流）。例如可以在阀杆18的外圆周面上设置一些导向板22。比如可以在圆周上相隔120°安装3个导向板，又比如可以在圆周上相隔90°安装4个导向板。此外，在轴向一定间隔上也可以设置一些这样的导向板结构。

图2表示的是图1中阀门的自身调节范围。圆管形壳体12内腔有一个截面为圆柱形的部分，这就是圆柱孔32。一个沿气流方向逐渐缩小的孔或称第一锥形段24与孔32连接在一起。圆锥孔24从圆柱孔32一直延伸到控制横截面14处。横截面14形成了阀座。这就是说，当阀针16坐于阀座14上时，该调节阀门便被封闭。

从阀座14处开始，沿气流方向有另一个圆锥形孔，或者说第二锥形段26。它的锥度小于第一孔24的锥度。该孔26的端部形成了阀门壳体12内腔中最小的横截面30。

在最小的横截面30的后面是第三孔28。该孔沿气流方向也为一个圆锥形孔，但它是一个呈喇叭形扩大的孔。

圆柱形管，即所谓的消能管34与孔28连接在一起。特别是消能管上有一些径向孔38。孔38通过管壁延伸到围绕着消能管34的环形空间36中。该环形空间将消能管34与输送管42的承受压力的管壁分隔开来。如图所示，消能管34的管壁上的孔38在轴向和圆周方向上彼此都是交错着的。全部孔38的总面积，大约占消能管34的内壁表面积10%。

按图1和图2，本发明的调节阀门按下列方式工作：

阀针16的闭合运动是沿通过阀门流入的带尘气体的流动方向进行的。

在圆锥孔24中，气流在由孔自身形成的阀座前面被加速，然后进入其锥度小于孔24的锥度的圆锥孔26中继续加速，在给定临界压力比时，即按照阀针16的位置，在孔26中达到音速。在与最小的横截面30连接的锥孔28中，即在扩张形喷嘴中，气流被加速至超音速。孔28就是根据此目的设置的。该孔也可做成碗的形状。

现在清楚了，主要是通过孔26稳定了气流，就是说，在该部分内形成了均匀的气流速度分布，并避免了涡流和分离现象，而涡流和分离现象将导致调节机构的损坏，或者使灰尘颗粒进入调节机构内部。

由于控制横截面14，也就是阀座，即孔24到孔26的过渡部分为一个环状棱边，所以完成了气流输送方面的另一项改进（并以此进一步减少了灰尘颗粒的侵蚀或渗入）。

若用DN表示阀门壳体12中的圆柱孔32的直径，则阀座14的直径D应优先定为0.25-0.35DN，最好是0.3DN。最小横截面30的直径优先定为约0.7-0.9D。

孔26的轴向长度，即从阀座14至最小横截面30这一段，优先定为0.75-1.5D。阀针16的锥度可以定为大约5°-12°，孔24的锥度可定为大约15°-30°，孔26的锥度大约可以定为5°-12°，孔28的锥度大约可以定为10°-24°。

阀针16的行程约等于阀座14的直径D。

前面已经提到，在气流和蒸汽流中形成了接近音速和超音速的冲击和波。它们引起了气体的振动和压力的周期性变化，而气体的振动和压力的周期性变化又能导致强烈的噪音，以及管壁的损坏。

通过与孔28连接在一起的消能管34，基本上可以避免气流的冲击波，而且通过消能管还可以大大降低噪音。

实际上，在所有目前已知的调整阀和膨胀阀的膨胀过程中都可安装这种消能管34，并可将这种消能管应用于气体振动的减震和降低噪音方面。

本阀门的值得注意之处在于，实际上可在相反的方向上使用图2中的调节阀门而取得同样效果。这就是说，在同样带有尘土的气流的同一方向上，阀针可以作相反方向的闭锁运动。

图3表示的就是本发明的调节阀门的一个这样的结构。在这种阀门上，阀针16迎着气体流设置，并沿气流的逆方向完成闭锁运动。

在图3的结构中，阀门壳体12内腔上有一个第一部分44。该部分是一个沿气流方向逐渐缩小的圆锥孔。这个圆锥孔从圆柱孔32处一直延伸到阀门壳体12内腔中的一个最小的横截面30处。第二部分46沿气流方向接在最小横截面30的下游。孔46和图2结构中的孔26是相应的，该孔从最小横截面30处一直延伸到阀座14上。在孔46后面沿气流方向是孔48。它是一个呈圆锥形的逐渐扩大的孔，其锥度大于孔46的锥度。孔46后面的是已在图2中说明的消能管34。孔44与48分别和孔24与28的锥度相当。

在图3的结构中同样有阀座14，也就是说，在这里孔46到孔48的过渡部分同样也形成了一个环形棱边。

在图3中的调节阀门内，气流在圆锥孔44中被加速，在此，相应于阀针16在孔46中的既定位置，就是说，在最小横截面30和阀座14之间的范围内，气流达到音速。气流在呈扩张形喷嘴状的孔48中继续加速到超音速。

前面已经提到，在这种结构的调节阀门中具有有利的气流状态，即在调节元件范围内的气流横截面上达到了均匀的速度分布，并阻止了涡流、分离区和死区的形成。从而基本避免了涡流，分离区和死区磨损调节元件，并避免了灰尘颗粒进入调节元件中。

由于本发明的调节阀门的阻力非常小，所以它可允许很高的质量流量。因此，可以将这种阀门安装到比较窄小的管道中去。

Claims (8)

1、一种用于高压带尘气体的调节阀门，它有一个壳体，此壳体限定一个沿纵轴线延伸的内腔中设置一个阀座，和一个在内腔中延伸并可与阀座闭合的阀针;该调节阀门具有下列特征：其壳体（12）的内腔沿着轴线方向分段，包括向上述阀座（14）渐缩的第一锥孔段（24），和从该阀座（14）向下游最小截面（30）处渐缩的第二锥孔段（26），第一和第二锥孔段（24、26）各自被一锥角限定，其中第二锥孔段（26）的锥角小于第一锥孔段（24）的锥角。

2、按照权利要求1或2的调节阀门，其特征是：以壳体内腔最小的横截面（30）为开端向外扩大的第三孔（28）沿气流方向与第二孔段（26）连接在一起。

3、按照权利要求3的调节阀门，具有以下特征：孔（28）穿入消能管（34），围绕着该消能管的环形槽（36）将消能管与管道（42）分隔开来，该管道与阀门壳体（12）连接在一起。

4、按照权利要求4的调节阀门，有下述特征：消能管（34）上带有径向通孔（38），这些通孔的总面积约占消能管（34）的内壁表面积的10%。

5、按照权利要求1所述的调节阀门，其特征是：孔（24）的锥度约为15°-30°;孔（26）的锥度约为4°-12°;孔（28）的锥度约为10°-24°;阀针（16）的锥度约为5°-12°。

6、按照权利要求1所述的调节阀门，其特征是：孔（26）的轴向长度约为阀座（14）直径的0.75-1.5倍。

7、按照权利要求1所述的调节阀门，其特征是：最小的内腔横截面（30）的直径约等于阀座（14）直径的0.7-0.9倍。

8、按照权利要求1所述的调节阀门，其特征是：在阀针（16）的阀杆（18）的外圆周壁面上，和/或者在阀门壳体（12）的内壁上，沿圆周排列一些沿轴线方向设置的导向板（22），用它们来引导和校正气流方向。

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