CN101430023A - 精确定位阀芯的调节阀 - Google Patents

Abstract

一种精确定位阀芯的调节阀，用于流体输送管道的流体压力或流量的调节，特别适用于电站、石油和化工部门，属于工程元件或部件领域。它包括阀体、驱动缸和伺服机构三大部分，且将具有常规截止阀结构的阀体与内装活塞的驱动缸组合成一体，并加工出引入受控流体的通道；而伺服机构则主要包括伺服管和螺纹传动副(或齿轮齿条传动副)。通过调整伺服管端面与活塞中心处的轴向泄流孔端面之间的间隙来改变活塞两侧受控流体的压差，进而使与活塞联动的阀芯移动并精确平衡在所要求的位置上。本发明的有益效果是：移动伺服管的功耗小(瓦级)、定位精度高、调节比大、灵敏度高、稳定性好、易于与智能化程度高的流体控制系统组合。

Description

精确定位阀芯的调节阀

技术领域

一种精确定位阀芯的调节阀，用于流体输送管道的流体压力或流量的调节，特别适用于电站、石油、化工等部门。属于工程元件或部件领域。

背景技术

流体输送管道上的调节阀按其动力源类型的不同分为外驱动式和自力式，前者是借助手、电或流体输送管道之外的气(汽)、液体驱动阀芯，而后者则是利用流体输送管道中的受控流体如蒸汽或液体等的自身能量驱动阀芯。伴随社会的进步、科学技术的发展、生产工艺的改进和自动化程度的提高，对调节阀也提出了更高的要求，如结构简单、能耗低、调节精度高、易于程控等。

中国四川华林自控科技有限公司申请的中国发明专利公开了一种“自力式压力调节阀”(申请号200810044396.4)的实施方式，它“包括阀体、阀芯、阀座、阀盖，所述阀芯、阀座具有相互对应的密封面，所述阀芯根部具有压缩弹簧，所述阀座具有上、下两个密封面和中心孔，该中心孔是等径直孔或圆锥孔；所述阀芯包括上阀芯和下阀芯，在阀座的上、下方对称布置，所述上阀芯或下阀芯的流量调节部分呈圆锥台状或圆柱状，位于阀座的中心孔内；上阀芯的压缩弹簧具有初始长度调节机构；阀体的进口通道设有阻尼元件。”不足之处在于：不易实现精确定位。

意大利欧美尔有限公司申请的中国发明专利“具有气动致动器的伺服操作活塞阀”(申请号200610094254.X)给出了用于启闭阀门的流体驱动器的另一种设计方案，它“包括具有通过形成阀座的中间管道彼此连通的用于待输送的流体的进口管道和出口管道的阀体，以及在所属阀座的关闭位置和打开位置之间移动的浮动的截止部件……”。其不足之处在于：结构有些复杂，除关闭和打开位置外无精确的中间位置，且需外加较大的驱动能源。

发明内容

本发明的目的是公开一种精确定位阀芯的调节阀，它是通过改变伺服管端面与活塞中心处加工出的轴向泄流孔入口端面之间的间隙来调整活塞两侧的受控流体的压差，进而使与活塞联动的阀杆(连同阀芯)移动并精确平衡在所要求的位置上；调整阀芯开度的主动力源来自受控流体，具有自力式调节阀的基本特征；而移动伺服管的简单方法是外加动力源(功率很小，仅为瓦级)，在这一点上，又具有外驱动式调节阀的特征。本发明的有益效果是：自身功耗小、定位精度高、调节比大、灵敏度高、稳定性好、易于与智能化程度高的流体控制系统组合。

精确定位阀芯的调节阀包括阀体、驱动机构和伺服机构三大部分，其中，驱动机构包括驱动缸、活塞和带阀芯的阀杆，具有螺纹传动副的伺服机构包括驱动缸盖、伺服管、调节杆、导向套、密封组件以及对接法兰盘和导向套盖；且将具有常规截止阀结构的阀体与内装活塞的驱动缸组合成一体，并加工出引导受控流体的贯通通道。

阀体上加工有四个外缘带法兰盘的开口，即同轴线的受控流体进口、出口和同轴线的驱动缸口和阀杆座安装口，且所述两轴线正交；三段弯折式隔板将阀体内腔分隔成由进口、阀杆座安装口形成的进口腔和由出口、驱动缸口组成的出口腔两部分，阀座(单座式或套筒式)固装在三段弯折式隔板中段的透孔中；中部带有阀芯的阀杆一端穿过复位弹簧并滑动地插入阀杆座安装口盖内侧的阀杆座的半孔中，另一端穿过驱动缸底部的“T”形缸底套中心处的轴向通孔与活塞端面相抵，阀芯借助锥面和带轴向豁口的柱面与所述的阀座水密配合；阀芯的直径远小于活塞的直径；插装有活塞的圆筒状驱动缸的缸口借助法兰盘与下述的驱动缸盖螺栓连接。

伺服机构中的驱动缸盖是一个带有双侧法兰盘的纵向断面呈“工”字形的构件，沿其轴线加工出一个透孔；导向套是一个一端外侧带有凸缘，内有四段不等径直孔的筒体，且在其中一段直孔的内壁上沿轴向加工出一对导向槽；伺服管一端具有精加工端面且内孔带大倒角，另一端的外缘带有双凸肩且内腔加工有细螺纹；调节杆是一根加工有部分螺纹的杆件，旋入伺服管上所述的螺纹内组成一对螺纹传动副，调节杆上还加工有外凸缘，用于限制调节杆在导向套内轴向窜动；驱动缸盖上的所述中心透孔与导向套端部、伺服管之间加装密封组件，并借助导向套外侧所述的凸缘、对接法兰盘和螺栓压紧在驱动缸盖的法兰盘上；调节杆的无螺纹段和所述凸缘与导向套之间加装密封圈，并借助导向套盖和螺栓压紧。

阀杆与伺服管分居活塞两侧；活塞中心处加工有轴向贯通的泄流孔；与活塞一侧接触的阀杆端部加工有横向贯通的“U”形槽，且与所述泄流孔对中；伺服管的大倒角端与活塞上所述泄油孔对中；在外加动力源的推动下，伺服管可以轴向移动，接近或接触活塞，但两者之间无固连关系。

为了将受控流体引入所述的驱动缸并推动活塞和阀杆运动，沿驱动缸壁的母线加工出一条起自驱动缸法兰盘端面且与所述阀体内进口腔相通的轴向流体通道；在驱动缸盖与驱动缸对装侧的法兰盘内加工出一条与驱动缸盖上所述透孔相通的径向流体通道，另一端与所述的轴向流体通道对中；在所述的驱动缸底部的“T”形缸底套的圆盘上加工出2～4个透孔。于是，所形成的用于驱动活塞和阀杆的受控流体的贯通通道是：阀体内的进口腔→驱动缸壁上的轴向流体通道→驱动缸盖上的径向流体通道→活塞端面与驱动缸、驱动缸盖、伺服管和密封组件之间的空间→活塞中心处的泄流孔→阀杆端部的“U”形槽→活塞与驱动缸、阀杆、驱动缸底部的“T”形缸底套之间的空间→“T”形缸底套上所述的透孔→阀体内的出口腔。

本发明的工作原理是：阀芯精确定位的位置是由伺服管端面与活塞端面之间的间隙决定的。下述的活塞推力是指作用在活塞正面(与受控流体进口腔相通侧，即面对伺服管侧)的流体压力；下述的活塞阻力是指作用在活塞背面(与受控流体出口腔相通侧，即面对阀杆侧)的流体压力、阀杆和复位弹簧反作用力及活塞所受摩擦力之合力。工作时，受控流体经缸体和缸盖上的流体通道进入活塞端面与缸盖、伺服管和密封组件之间所形成的空间，当所产生的活塞推力大于活塞阻力时，活塞向加大其端面与伺服管端面之间的间隙方向移动，进而加大了活塞上泄流孔的泄流量，降低了活塞两侧的压差，并使活塞连同阀杆、阀芯移动至某一受力平衡位置静止(不妨称此时伺服管端面与活塞端面之间的间隙为平衡间隙)；欲使活塞推动阀芯继续运动，则需使伺服管向活塞端面靠拢，进而加大了活塞两侧的压差，当活塞推力大于活塞阻力时，运动又开始；反之，欲使活塞(连同阀杆、阀芯)向反方向运动，则需使伺服管端面远离活塞端面，从而加大了活塞上泄流孔的泄流量，减小了活塞两侧的压差，当活塞阻力大于活塞推力时，反向运动开始。在上述过程中，如果伺服管停留在要求的位置上，只要伺服管端面与活塞端面之间的间隙等于平衡间隙，活塞连同阀杆、阀芯也会停止运动并停留在要求的位置上。

由上述伺服管和调节杆组成的螺纹传动副也可用其它直线运动机构代替，例如齿轮齿条传动副。此时，上述伺服管的一端已不必加工出双凸肩和内螺纹，而在其上沿轴向镶装一段齿条，称其为改型伺服管。出于齿轮轴安装的需要，将前述的“工”字形驱动缸盖改制成中部加工有横向齿轮轴座的圆筒状构件，称其为改型驱动缸盖；密封组件和镶装有部分齿条的改型伺服管沿轴向插装于筒内；改形驱动缸盖上内带径向流体通道的法兰盘与驱动缸法兰盘螺栓连接；改型伺服管的带大倒角端朝向驱动缸，而其另一端插入“T”形端盖上的轴向半孔中，且能沿半孔轴向滑动；“T”端盖与改形驱动缸盖螺栓连接。

需要指出的是，在采用齿轮齿条传动副的伺服机构中，流体工质还能经所述的伺服管端面和活塞端面之间的缝隙以及伺服管内腔充满“T”形端盖上的轴向半孔，于是，作用在伺服管上的流体压力处于轴向平衡状态，致使移动伺服管的功耗很小，只需瓦级。而在采用螺纹传动副的伺服机构中，由于调节杆的存在，被流体工质包绕的伺服管上作用有较小的轴向流体压力，其值与调节杆横断面面积成正比；尽管如此，移动伺服管的功耗也很小，仍为瓦级。

本发明工作原理的基本特征在于：使活塞和阀杆移动的力来自受控流体而非伺服管(伺服管端面与活塞端面之间能自动保持小于0.3毫米的固定间隙)，但调整伺服管端面与活塞端面之间的距离，却可使活塞和阀杆运动并平衡在所要求的位置上。

附图说明

图1 具有螺纹传动副的精确定位阀芯的调节阀的结构示意图

图2 具有齿轮齿条传动副的伺服机构结构示意图

具体实施方式

下面给出本发明的优选实施方式，并结合附图加以说明。

如图1所示，精确定位阀芯的调节阀包括阀体、驱动机构和伺服机构三大部分，其中，驱动机构包括驱动缸6、活塞8和带阀芯4的阀杆3；伺服机构包括驱动缸盖9、伺服管10、调节杆22、导向套23、密封组件11和导向套盖25；阀体1是将具有常规截止阀结构的阀体与驱动缸6组合成一体，并加工出引导受控流体的贯通通道。

阀体1上加工有四个外缘带法兰盘的开口，即同轴线的受控流体进口、出口和同轴线的驱动缸口和阀杆座安装口，且所述两轴线正交；三段弯折式隔板2将阀体1内腔分隔成由进口、阀杆座安装口形成的进口腔13和由出口、驱动缸口组成的出口腔12两部分，阀座固装在三段弯折式隔板2中段的透孔中；中部带有阀芯4的阀杆3一端穿过复位弹簧20滑动地插入阀杆座安装口盖内侧的阀杆座5的半孔中，另一端穿过驱动缸6底部的“T”形缸底套7中心处的轴向通孔与活塞8端面相抵，阀芯4借助锥面和带轴向豁口的柱面与所述的阀座水密配合；阀芯4的直径远小于活塞8的直径；插装有活塞8的圆筒状驱动缸6的缸口借助法兰盘与下述的驱动缸盖9螺栓连接。

伺服机构中的驱动缸盖9是一个带有双侧法兰盘的纵向断面呈“工”字形的构件，沿其轴线加工出一个透孔；导向套23是一个一端外侧带有凸缘，内有四段不等径直孔的筒体，且在其中一段直孔的内壁上沿轴向加工出一对导向槽；伺服管10一端具有精加工端面且内孔带大倒角，另一端外缘带有双凸肩且内腔加工有细螺纹；调节杆22是一根加工有部分螺纹的杆件，旋入伺服管10所述的螺纹内组成一对螺纹传动副，调节杆22上还加工有外凸缘，用于限制调节杆22在导向套23内轴向窜动；驱动缸盖9上的所述中心透孔与导向套23端部、伺服管10之间加装密封组件11，并借助导向套23外侧所述的凸缘、对接法兰盘24和螺栓压紧在驱动缸盖9的法兰盘上；调节杆22的无螺纹段和所述凸缘与导向套23之间加装密封圈，并借助导向套盖25和螺栓压紧。

阀杆3与伺服管10分居活塞8两侧；活塞8中心处加工有轴向贯通的泄流孔16；与活塞8一侧接触的阀杆3端部加工有横向贯通的“U”形槽17，且与所述泄流孔16对中；伺服管10的大倒角端与活塞8上所述泄油孔16对中；在外加动力源的推动下，伺服管10可以轴向移动，接近或接触活塞8，但两者之间无固连关系。

为了将受控流体引入所述的驱动缸6并推动活塞8和阀杆3运动，沿驱动缸6壁的母线加工出一条起自驱动缸6法兰盘端面且与所述阀体内进口腔13相通的轴向流体通道14；在驱动缸盖9与驱动缸6对装侧的法兰盘内加工出一条与驱动缸盖9上所述透孔相通的径向流体通道15，另一端与所述的轴向流体通道14对中；在所述的驱动缸6底部的“T”形缸底套7的圆盘上加工出2～4个透孔18。于是，所形成的用于驱动活塞8和阀杆3的受控流体的贯通通道是：阀体1内的进口腔13→驱动缸6壁上的轴向流体通道14→驱动缸盖9上的径向流体通道15→活塞8端面与驱动缸6、驱动缸盖9、伺服管10和密封组件11之间的空间→伺服管10端面和活塞8端面之间的间隙→活塞8中心处的泄流孔16→阀杆3端部的“U”形槽17→活塞8与驱动缸6、阀杆3、驱动缸6底部的“T”形缸底套7之间的空间→“T”形缸底套7上所述的透孔18→阀体1内的出口腔12。与此同时，进入所述伺服管10端面和活塞8端面之间的间隙的流体，还经伺服管10内腔、管壁上的透孔和相关缝隙包绕伺服管10。

图2给出了具有齿轮齿条传动副的伺服机构结构示意图，此时，上述伺服管10的一端已不必加工出双凸肩和内螺纹，而在其上沿轴向镶装一段齿条26，称其为改型伺服管10′。出于齿轮轴19安装的需要，将“工”字形驱动缸盖9改制成中部加工有横向齿轮轴座的圆筒状构件，称之为改型驱动缸盖9′；其上的内带径向流体通道15的法兰盘与驱动缸6的缸口螺栓连接；密封组件11和镶装有部分齿条26的改型伺服管10′沿轴向插装于筒内，且改型伺服管10′的带大倒角端朝向驱动缸6，而其另一端插入“T”形端盖21上的轴向半孔中，且能沿半孔轴向滑动；“T”端盖21与改形驱动缸盖9′螺栓连接；于是，镶装部分齿条26的改型伺服管10′与齿轮轴19组成一对齿轮齿条传动副。

用于驱动活塞8和阀杆3的受控流体的贯通通道与前述基本相同，只需将伺服管10替换成改型伺服管10′，驱动缸盖9替换成改型驱动缸盖9′；与此同时，进入所述改型伺服管10′端面和活塞8端面之间的间隙的流体，还经改型伺服管10′内腔充满“T”形端盖21上的轴向半孔。

本发明的有益效果是：自身功耗低(瓦级)，当用于有压流体系统时，可直接引入该流体作为工质，从而大大减低能耗，且其调节比大、灵敏度高、调节精度高、稳定性好、易于与智能化程度高的流体控制系统组合。

Claims (5)

1.一种精确定位阀芯的调节阀，它包括阀体、驱动机构和伺服机构；其中，驱动机构包括驱动缸和插装其内的活塞；阀体是将具有常规截止阀结构的阀体与驱动缸组合成一体，并加工出引导受控流体的贯通通道；其特征在于：阀体(1)上加工有四个外缘带法兰盘的开口，即同轴线的受控流体进口、出口和同轴线的驱动缸口和阀杆座安装口，且所述两轴线正交；三段弯折式隔板(2)将阀体(1)内腔分隔成由进口、阀杆座安装口形成的进口腔(13)和由出口、驱动缸口组成的出口腔(12)两部分，阀座固装在三段弯折式隔板(2)中段的透孔中；中部带有阀芯(4)的阀杆(3)一端穿过复位弹簧(20)并滑动地插入阀杆座安装口盖内侧的阀杆座(5)的半孔中，另一端穿过驱动缸(6)底部的“T”形缸底套(7)中心处的轴向通孔；阀芯(4)借助锥面和带轴向豁口的柱面与阀座水密配合；活塞(8)中心处加工有轴向贯通的泄流孔(16)；与活塞(8)一侧接触的阀杆(3)端加工有横向贯通的“U”形槽(17)，且与所述泄流孔(16)对中。

2.如权利要求1所述的精确定位阀芯的调节阀，在伺服机构中采用螺纹传动副；其特征在于：伺服机构包括驱动缸盖(9)、伺服管(10)、调节杆(22)、导向套(23)、密封组件(11)和导向套盖(25)；且一端加工有部分内螺纹的伺服管(10)与加工有部分外螺纹的调节杆(22)组成一对螺纹传动副；其中，驱动缸盖(9)是一个带有双侧法兰盘的纵向断面呈“工”字形的构件，沿其轴线加工出一个透孔，并与驱动缸(6)的缸口借助法兰盘和螺栓连接；导向套(23)是一个一端外侧带有凸缘，内有四段不等径直孔的筒体，且在其中一段直孔的内壁上沿轴向加工出一对导向槽；伺服管(10)的一端具有精加工端面且内孔带大倒角，另一端带有双凸肩且内腔加工有细螺纹；调节杆(22)是一根加工有部分螺纹的杆件，旋入伺服管(10)所述的螺纹内，调节杆(22)上还加工有外凸缘；驱动缸盖(9)上的所述中心透孔与导向套(23)端部、伺服管(10)之间加装密封组件(11)，并借助导向套(23)外侧所述的凸缘、对接法兰盘(24)和螺栓压紧在驱动缸盖(9)的法兰盘上；调节杆(22)的无螺纹段和所述凸缘与导向套(23)之间加装密封圈，并借助导向套盖(25)和螺栓压紧。

3.如权利要求1所述的精确定位阀芯的调节阀，在伺服机构中采用齿轮齿条传动副；其特征在于：伺服机构包括改形驱动缸盖(9′)、改形伺服管(10′)、齿轮轴(19)、密封组件(11)和“T”形端盖(21)；且齿轮轴(19)与镶装部分齿条(26)的改形伺服管(10′)组成一对齿轮齿条副传动机构；其中，改形驱动缸盖(9′)是一个中部加工有横向齿轮轴座的圆筒状构件，并与驱动缸(6)缸口借助法兰盘和螺栓连接；密封组件(11)和镶装部分齿条(26)的改形伺服管(10′)沿轴向插装于改形驱动缸盖(9′)内，且改形伺服管(10′)的带大倒角端朝向驱动缸(6)，而另一端滑动地插入“T”形端盖(21)上的轴向半孔中；“T”形端盖(21)与改形驱动缸盖(9′)螺栓连接。

4.如权利要求1、2、3所述的精确定位阀芯的调节阀，其特征在于：伺服管(10)或改形伺服管(10′)与阀杆(3)分居活塞(8)两侧且分别与活塞(8)上所述泄流孔(16)对中；伺服管(10)或改形伺服管(10′)与活塞(8)可以接近或接触，但之间无固连关系。

5.如权利要求1、2、3所述的精确定位阀芯的调节阀，具有引导受控流体的贯通通道；其特征在于：沿驱动缸(6)壁的母线加工出一条起自驱动缸(6)缸口法兰盘端面且与所述阀体(1)内进口腔(13)相通的轴向流体通道(14)；在驱动缸盖(9)或改形驱动缸盖(9′)与驱动缸(6)对装侧的法兰盘内加工出一条与驱动缸盖(9)上所述透孔或改形驱动缸盖(9′)内腔相通的径向流体通道(15)，另一端与所述的轴向流体通道(14)对中；在所述的驱动缸(6)底部的“T”形缸底套(7)的圆盘上加工出2～4个透孔(18)；所述的引导受控流体的贯通通道是：阀体(1)内的进口腔(13)→驱动缸(6)壁上的轴向流体通道(14)→驱动缸盖(9)或改形驱动缸盖(9′)上的径向流体通道(15)→活塞(8)端面与驱动缸(6)、驱动缸盖(9)或改形驱动缸盖(9′)、伺服管(10)或改形伺服管(10′)、密封组件(11)之间的空间→伺服管(10)或改形伺服管(10′)端面与活塞(8)端面之间的间隙→活塞(8)中心处的泄流孔(16)→阀杆(3)端部的“U”形槽(17)→活塞(8)与阀杆(3)、驱动缸(6)底部的“T”形缸底套(7)之间的空间→驱动缸(6)底部的“T”形缸底套(7)上的透孔(18)→阀体(1)内的出口腔(12)；与此同时，进入所述伺服管(10)或改形伺服管(10′)端面和活塞(8)端面之间的间隙的流体，还经伺服管(10)或改形伺服管(10′)内腔以及相关缝隙包绕伺服管(10)或改形伺服管(10′)。

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