CN1010119B - 多级分流叠板式防空化高压差调节阀 - Google Patents

Abstract

一种具有多级分流叠板节流组件结构组成的液体防空化高压差调节阀，其节流组件各开度的流道、节流孔、膨胀腔采用了分隔密封技术，即是将调节阀全开度分为若干组相互独立的空间，该空间在叠板上呈放射形排列的直槽和圆弧形槽组成。这些圆弧形槽按开度分为一至五圈，以同心圆方式呈扇形排列在叠板上。本发明适用于火力发电站锅炉的主给水和主给水再循环系统，以及石油化工工程的高压合成氨、合成尿素等高压工程。

Description

本发明是一种调节阀，具体说来是一种阀内吸收流体能量的装置。阀的节流组件采用多级分流叠板和分隔密封技术构成的防空化高压差调节阀。各种高压工程如电站、石油化工工程等都需要液体高压差调节阀来控制工作介质的入口或出口，但是液体在高压差下，往往产生空化作用而导致调节阀的阀座、阀芯等节流元件出现严重的空化腐蚀，甚至几个小时之内的空蚀使阀件遭到蜂窝状损坏，从而使调节阀产生严重泄漏，因此，液体在高压差下的空化与空蚀是高压差调节阀最难对付的问题。

美国的梅森尼兰公司（Masoneilan International Inc.Norwooa Mass）1979年产品变流阻型防空化高压差调节阀得到专利保护（专利号US3971411 US4125129 Int cl⁴F16K 47/04），该技术是采用多层叠板式节流组件结构，将高压液体分多级降压来达到防空化目的，并且有结构紧凑和变流阻特性。但该技术也有缺点：（1）该技术由于阀门开度在10%、30%、50%、70%、90%和20%、40%、60%、80%、100%的流道分别串通，因此，阀门开启时，当阀芯升到某一开度下，则该开度以前各开度的横流道流体压力基本相等，这样只有该开度及其前面一个开度的流道的流体能通过节流组件叠板进行节流降压而流向阀门出口，这势必造成阀门在经常使用的开度产生集中冲刷损坏节流面的恶果。（2）对于液体高压差调节阀，为防止产生空化与空蚀，关键在于流体在多级式节流组件中的压差按一定规律分布，如果其中某一级节流集中降压，会因过高流速而将节流面冲蚀损坏，同时可能使节流后的缩脉压力低于该液体的汽化压力而产生空化。若将该阀的流量特性设计成直线特性，则因50%开度的节流面积是10%开度的三倍，30%是10%的二倍，同样40%开度也是20%的二倍，该技术是将10%、30%、50%、70%、90%开度的节流孔板流道串通。因此，当阀芯开到10%开度时，流体经第一级节流面产生集中降压，其压差可能占总压差的80%～90%以上，实际上等于几乎没有达到多级降压，这就可能产生空化与空蚀。此外，当压差很高时，其节流孔的流速可能高达200m/se，这样高的流速，即使不产生空蚀，也必然会因过高流速而冲蚀损坏节流面，因此，一般不能作成直线特性的调节阀。（3）即使是采用修正等百分比流量特性，也只能免除40%开度以前集中在第一级降压的缺点，但当开度大于40%以后，也仍然会存在第一级集中降压而产生空化的可能性。

本发明为克服上述缺点，采用多级分流叠板式节流组件，在节流组件的叠板中，对每一个开度的流道、节流孔与膨胀腔之间都采用分隔密封技术，从而使各开度下的流体，在10组各自独立的空间分别进行节流、膨胀和转弯折流，高压流体进入节流组件后，在流出节流组件之前是互不串通各行其道，这样各开度的节流面积就可根据压差分布要求进行设计，而与流量特性无关。

本发明具有以下优点：（1）流量特性为直线特性，也可以设计成等百分比和修正等百分比流量特性。（2）不管采用那种流量特性，阀在各开度下流体在节流组件中的压力及压差均可按一定规律分布，从而有效防止空化与空蚀。（3）由于各开度下的流体各行其道，因此阀的总负荷由各开度所对应的流道分担，不会产生集中在一、二个流道冲蚀而损坏，从而可以大大延长其调节阀的使用寿 命。

结合附图对本发明作详细说明：

实施例一：如图1所示，节流组件（2）装于阀体（1）中，套筒（3）和阀盖（4）依次装在节流组件（2）的上面，并通过法兰（5）用螺栓（6）和螺母（7）将套筒（3）、阀盖（4）和节流组件（2）压紧在密封垫（8）和阀体（1）上，装于节流组件（2）中的阀芯2a用螺纹和销（10）与阀杆（9）相连，并穿过套筒（3）、阀盖（4）露于阀门之外，其端部与阀的执行机构相连（图中未画出），连成一体的阀杆（9）和阀芯2a可在阀盖（4）、套筒（3）和节流组件的中心上下移动，填料（11）通过填料压盖（12）、螺栓（13）和螺母（14）压紧，使阀杆（9）与阀盖（4）保持密封，密封圈（16）是使阀体（1）与阀盖（4）保持密封，以免工作介质漏出阀外，密封垫（15）和密封圈（17）是分别使阀盖（4）与套筒（3）和阀芯2a与套筒（3）之间保持密封，以免平衡腔4a中的高压介质流向低压部位，阀芯2a上的平衡孔2a₁和2a₂沟通入口通道A与平衡腔4a，使平衡腔4a的介质压力与入口通道A相等，以抵消高压介质对阀芯的部分不平衡力。

如图1和图2所示的通道A为阀门的介质入口，B为出口。当阀芯2a压紧阀座2b时，介质通路被切断。A通道的介质不能流向B通道。当阀芯2a向上移动而离开阀座2b后，被阀芯2a所挡住的横节流孔2d₁、2d₂、2e₁、2e₂……相继打开（见图3、4），入口通道A中的介质便可流进节流组件（2）中，经各横节流孔，膨胀腔及叠板上的小圆孔流向阀门出口。

图2是本发明的节流组件图，它由阀芯2a、阀座2b、底板2c以及对流体起节流作用的叠板（图3～4所示）2d、2e……等零件组成，这些叠板分别表示从阀座2b开始向上数的第1、第2……第N块叠板，叠板的内圆柱面2d′、2e′、……与阀芯2a滑动配合，因此，阀芯2a可在其中作上下往复运动，将叠板分为偶数等分的扇形面，使其上下两面各占一半，并相互交错排列，在上下面每个扇形面的中心设有一条横节流孔道2d₂和2d₂、2e₁和2e₂、……共10组，每组对应于10%的开度，该横节流孔道入口设在叠板与阀芯2a相配合的内圆柱面上，横节流孔道的截面形状取决于阀的流量特性，可以是正方形、长方形或其它形状。横节流孔道的另一端与对应的圆弧槽相通，每一个横节流孔道对应一个圆弧槽，在圆弧槽中或与下一块叠板圆弧槽对应的位置上有若干个小圆孔，横节流孔道和圆弧槽上的小圆孔即构成对流体起节流降压作用的节流孔，而圆弧槽则为该开度流体节流后的膨胀腔，因此，每10%开度即有若干节流孔和数个圆弧槽膨胀腔，排列在叠板上同一圆周上，所有开度的圆弧槽膨胀腔2d1-1、2d2-1、2e1-1、2e1-3、2e2-1、2e2-2、……从小开度到大开度其排列位置是从外圈到内圈按同心圆排列。由于从阀座2b开始向上，开度逐渐增加，因此愈向上叠板的圆弧槽愈多，例如第一块板只有最外层一圈（图3），第二块板则排列2圈（图4）……全部排满最多五圈，每个膨胀腔之间均用分隔密封筋2e1-5、2e2-4（图4）……等分隔开，并使保持密封，从而使每10%开度的每个横节流孔道所对应的膨胀腔和节流孔与另一个10%开度所对应的节流孔和膨胀腔互不相通，膨胀腔是沟通相邻两级节流孔道，同时是经上一级节流后的流体在膨胀腔中得以膨胀、缓冲和混合，而且各级节流孔的位置彼此交错，如图5中a、b、c使节流后的流体不是直接进入下一级节流孔，而是冲在下一级板上，起到消能作用，并使流体产生转弯折流，当严格控制相邻两级节流孔面积之比例关系，可使每级节流后的流体压力恢复系数K₁很大，即压力恢复很小，大大提高了防空化效果，而且流体在节流组件叠板中的流向与阀芯平行，对阀芯无横向力，不会引起振动和噪声。

本发明的节流组件也具有变流阻特性，即从阀座2b开始，当开度小时，流体从入口A到出口B，所经过的叠板数多，参与节流与膨胀的次数多，对流体的阻力大，反之亦然。

由于每10%开度膨胀腔及其对应的节流孔采用了分隔密封技术，使每10%开度的流体都在自己的范围内进行节流与膨胀以及转弯析流，它们之间互不干扰，因此，不管调节阀采用那种流量特性，所控制的流体都在本开度内的有限空间流动，当各层叠板上的节流孔面积按一定比例逐级增大时，其压力和压差均能按一定规律逐级减小。

实施例二：实施例二和实施例一的作用原理相同，所不同仅涉及本发明的叠板结构，如图6、 7、8、9所示，实际上实施例二是将实施例一的每块叠板厚度的中央分成两块，即图6、7两块叠板组合后与实施例一中的图3对应，其余依此类推。装配时图6所示的叠板放在最下层，上面分别依次放上图7、8、9……的叠板，并使图6的2da1和2da1-与图7的2da1-2、图8的2ea1-2、图9的2ea1-4、……相对应，这样当阀芯开到10%开度时，流体从图6的2da1进入节流组件产生第一级节流后到膨胀腔2da1-1膨胀，完成第一级节流降压，然后经2da1-2（图7）节流后到膨胀腔2ea1-2（图8）完成第二级节流降压，再经节经孔2ea1-4（图9）后到下一级膨胀腔膨胀，即达到第三级节流降压……。

实施例二的特点是对于单块叠板而言，结构比实施例一简单，加工方便，当采用除直线特性以外的其他流量特性时，叠板与阀芯相配的内圆柱面上的第一级横节流孔道更是如此，但在达到相同降压效果的情况下，比实施例一叠板数量多一倍。

本节流组件可根据所控制的流体压差高或低，其叠板数量可多可少，也可在节流组件上面安装窗孔形套筒或其他节流元件，使其达到小开度多级节流降压，而大开度单级节流控制。

本发明由于节流组件高压流体在各开度下的压力及压差均按一定规律分布，在每一级节流孔压降，流速都控制在不损坏节流组件的范围以内，因此，能有效防止空化腐蚀，提高使用寿命。

Claims (4)

1、一种具有径向流道(直槽)、环形流道(圆弧形槽)和轴向节流孔的叠板式节流组件结构的液体防空化高压差调节阀，其特征在于叠板式节流组件中有各开度的径向流道、环形流道和轴向节流孔交错间隔布置的多级分流叠板。

2、根据权利要求1所述的液体高压差调节阀，其特征是在多级分流叠板上有呈放射形排列的直槽和按同心圆成扇形排列的圆弧形槽，在这些槽之间形成了各开度相互独立的流道、节流孔和膨胀腔，这些圆弧形槽按开度分为一至五圈，以同心圆成扇形分布于叠板上。

3、根据权利要求1或2所述的液体高压差调节阀，其特征在于分布于多级分流叠板的内圆柱面上的第一级节流孔是呈放射形排列的直槽，槽的横断面呈正方形或长方形，也可以是其他形状的孔道。

4、根据权利要求1或2所述的液体高压差调节阀，其特征在于遇到介质压差大小不同时，节流组件的叠板数可多可少，也可在节流组件上面安装窗孔形套筒或其他节流元件。

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