CN102032376B - 动态平衡调节阀 - Google Patents

Abstract

动态平衡调节阀，包括位于阀上方的阀上盖、阀下方的下阀体、位于阀上盖和下阀体之间且与阀上盖和下阀体紧固在一起的上阀体、阀门驱动器以及位于阀体内部且与上下盖垂直同心的流量调节单元和流量平衡单元，流量平衡单元位于流量调节单元的下部，其特征在于：所述流量调节单元接近所述阀体的流体入口处，采用直行程调节型结构与上阀体组成一个整体。本发明采用独特的一体化设计，使阀门动态流量平衡与流量调节融为一体，具有结构紧凑、流通能力大、控制精度高、工作压差范围广、组装维护方便、寿命长、制造成本低的特点。可应用于中央空调水系统、城市管网水系统、石油、化工等行业。

Description

动态平衡调节阀

技术领域

本发明涉及一种控制流量的阀门，更具体地说，是涉及一种动态平衡调节阀。 

背景技术

在流体输配异程管网变流量水系统中，实际设计时往往只考虑最不利环路的阻力计算，当系统最不利结点的资用压头得以保证的同时，其它结点的作用压头可能远大于设计值，导致系统的水力失调。而水泵的选型过大或不当也会导致运行流量偏离设计值，管网水力不平衡的结果是造成能源的大量浪费、运行噪声的增加和设备使用寿命的缩短。现有的流体输配管网末端应用的调节阀门一般不具有对流过阀门的流体流量进行动态平衡调节的功能，一旦系统的压力发生波动，流过阀门的水流量就会随之变化，导致采暖/制冷空间的温度过高或过低，造成能源的浪费，这种变化还会造成各区域水系统的不平衡。为了减轻或消除这种管网不平衡现象，需要对系统不断进行调试，不仅麻烦，耗费大量时间，更重要的是这种调节是滞后的，其结果是实际使用系统时刻存在不平衡现象。有的工程应用使用定流量平衡阀解决了水力失调的问题，但是在系统流量需要调节的时候就受到很大限制，只有更换阀门才能解决问题，所以开发可调型平衡阀是势在必行。 

目前国内动态平衡调节阀存在价格高，产品工作压差范围小，流量控制精度低的缺点，并且存在严重的振动噪音，无法满足实际工程的需要。从产品结构上来看，这些产品都只是简单地把流量平衡阀与调节阀组合在一起，阀门的阻力系数很大，结构也很大，关断所需的力值和执行器电功率都很大，不利于 工程实际应用。 

发明内容

本发明要解决的技术问题旨在克服上述已有技术的不足，提供一种阻力系数小、设计合理、结构紧凑、功能完善，使通过阀门的流量实时控制在平衡状态，且工作压差范围宽，控制精度高的动态平衡调节阀，主要应用于建筑暖通空调系统及工业或民用流体管网输配末端系统上，以控制流经设备及用户的流体流量，实时调节，达到管网动态流量平衡、节约能源的目的。 

本发明的技术方案是： 

动态平衡调节阀，自上而下包括密封连接为一体的阀上盖、上阀体和下阀体，其特征在于：所述调节阀还包括分别位于上阀体的内腔和下阀体的内腔中、垂直同心的流量调节单元和流量平衡单元，所述流量调节单元位于所述阀体的流体入口处，采用直行程调节型结构与上阀体组成一个整体。 

进一步地，本发明的技术方案是： 

所述流量调节单元接近所述阀体的流体出口处，自上而下包括垂直向下穿过阀上盖、进入上阀体内腔的阀芯轴、弹簧、挡片和阻断片；通过上盖丝堵将阀芯轴与阀上盖的上部固定连接；所述阀芯轴的上端露在丝堵外，与阀门驱动器连接，第一O型圈内嵌在阀上盖的下部的内壁上的向内凹进的凹槽内，确保阀芯轴的中部与阀上盖之间的密封；在阀芯轴的中部位于阀上盖的上、下部之间形成的空腔内，在阀芯轴的中部的外壁上套设环状弹簧； 

阀芯轴的下部自所述上盖穿过、垂直向下伸出，其外壁向内凹进收缩形成阀芯轴台阶后再向下延伸，穿过挡片中心插入阻断片的开口内；挡片被压紧在所述阻断片上端面与阀芯轴台阶之间； 

所述阻断片的上部呈圆柱体形，其下部呈横截面积逐渐减小的盆状体，盆状体的最大直径小于圆柱体的直径，在盆状体与圆柱体的交接处之间形成有向内的台阶；所述阻断片的中心垂直向下开口，开口贯穿圆柱体并延伸至盆状体 中；所述阻断片中心开口的垂直内壁上有螺纹； 

所述阀芯轴的下端部向下穿过所述挡片的中心并进一步插入所述阻断片的中心的开口，阀芯轴的下部的轴外壁的螺纹与所述阻断片的中心开口处的垂直内壁上的螺纹相配合，使阀芯轴与阻断片连为一体，阀芯轴的转动带动流量调节单元运动。 

再进一步地，所述流量平衡单元自上而下包括中心同心的膜片盖、膜组件和下阻断片；膜组件包括膜片、中心筒和膜弹簧；第二O型圈内嵌在下阀体的内壁上的向内凹进的凹槽内，确保中心筒与下阀体之间的密封；膜弹簧位于由膜片盖、中心筒与下阀体围成的空腔中，套设在中心筒外壁上；所述膜片盖和膜片中心开口，膜片盖的外周缘与下阀体固定连接，并将压紧膜片的外周缘压紧在膜片盖的外周缘与下阀体之间，所述中心筒的上部的筒壁向外延伸形成台状，支撑膜片盖，并在膜片盖和所述台状体之间压紧膜片的中心端，从而将膜片压紧在由膜片盖、中心筒与下阀体围成的密封的空腔中；所述下阻断片与阀下盖固定连接。 

所述流量调节单元的阻断片与其下方的流量平衡单元的膜片盖之间形成可调节过流面积的出流通道D；膜片组件与下阻断片之间形成可调节过流面积的入流通道B； 

所述上阀体上设有流量平衡单元和阀体出口连通的导压孔。 

所述膜片为橡胶膜片；所述中心筒为铜制。 

所述阻断片在阀门驱动器推动向下作直线运动实现阀门关，并依靠弹簧的恢复作用实现阀门开。 

所述下阀体相对于上阀体水平地旋转一定角度后与上阀体固定连接。 

所述上阀体上相对于流体出口的另一侧阀体的壁上设有测压嘴安装位，以使所述上阀体与测压嘴连接；所述下阀体上相对于流体入口的另一测阀体的壁上设有测压堵头安装位，以使所述下阀体与测压堵头连接。 

本发明采用独特的一体化设计，巧妙地将流量调节功能与动态流量平衡功 能设计成一体结构，结构紧凑，成本低，使阀门开度一定时不因系统压力的变化而改变通过阀门的流量，通过优化设计和实验分析进一步优化平衡功能和工作性能，阻力系数很小，具有更宽的工作压差范围和更精确的控制精度，流量精度在标称值的±5％以内，调节功能多方式化，可以更改不同形式的阻断片，实现等百分比调节和线性调节等多种形式，下阀体可以根据实际需求，旋转一定的角度(非90度)，加工相应螺纹孔安装，此阀可变身成为角阀型的动态平衡调节阀，而不影响其动态平衡和调节两功能，阀芯轴也不局限于连接电动执行器，还可与电热执行器、手轮等多种驱动机构相连，因此适应性更强，主要应用于建筑暖通空调系统及工业或民用流体管网变流量系统上，以控制流经设备及用户的水流量，达到管网流量平衡、实时调节、节约能源的目的。 

附图说明

图1是本发明的动态平衡调节阀的外观结构示意图。 

图2是本发明的动态平衡调节阀的剖视图。 

图3是本发明的阻断片的剖视放大图。 

图4是本发明的膜组件的局部剖视放大图。 

图5是本发明的阀芯轴的结构示意图。 

附图标记说明 

1.下阀体2.内六角螺钉3.弹簧垫圈4.上阀体 

5.测压堵头/测压嘴6.阀上盖7.上盖丝堵8.阀芯轴 

9.垫片10.开口挡圈11.密封挡圈12.O型圈 

13.O型圈14.弹簧15.O型圈16.挡片17.O型圈 

18.阻断片19.O型圈20.膜片盖21.膜弹簧22.O型圈 

23.O型圈24.中心筒25.下阻断片26.十字槽沉头螺钉 

27.阀芯轴台阶28.膜片29.台状体30.导压孔31.外螺纹螺杆头 

32.阀下盖 

A.流体入口B.入流通道C.内腔D.出流通道 

E.流体出口G.膜片下腔体 

具体实施方式

下面结合附图对本发明作进一步详细说明。 

如图1-5所示，本发明的动态平衡调节阀，自上而下包括密封连接为一体的阀上盖6、上阀体4和下阀体1，调节阀还包括分别位于上阀体4的内腔和下阀体1的内腔中的流量调节单元和流量平衡单元，流量调节单元位于流量平衡单元的上方，且两者的中心同心，流量调节单元接近调节阀的流体出口处，采用直行程调节型结构与上阀体组成一个整体。 

本发明的流体的流动顺序是A-B-C-D-E。 

本发明的流量调节单元接近阀体的流体出口E，位于图示D处，自上而下包括：垂直向下穿过阀上盖6、进入上阀体4内腔的阀芯轴8、弹簧14、挡片16和阻断片18。 

流量调节单元通过上盖丝堵7与阀上盖6固定连接，即通过上盖丝堵将阀芯轴与阀上盖的上部固定连接后，第一O型圈17内嵌在阀上盖的下部的内壁上的向内凹进的凹槽内，确保阀芯轴的中部与阀上盖之间的密封；阀芯轴8的上端露在丝堵7外，与阀门驱动器连接(图中未表示)，阀芯轴的中部和环状弹簧14位于阀上盖的上、下部之间形成的空腔内，弹簧14套设在阀芯轴的中部的外壁上。 

阀芯轴的下部自上盖穿过、垂直向下伸出，其外壁向内凹进收缩形成阀芯轴台阶27后再向下延伸，穿过挡片16的中心继而插入阻断片18的垂直向中心开口内；挡片16被压紧在阻断片18的上端面与阀芯轴台阶27之间； 

阻断片的上部呈圆柱体形，其下部呈横截面积逐渐减小的盆状体，盆状体的最大直径小于圆柱体的直径，在盆状体与圆柱体的交接处之间形成有向内的台阶；阻断片的中心垂直向下开口，开口贯穿圆柱体并延伸至盆状体中；阻断 片中心开口的垂直内壁上有螺纹。 

阀芯轴的下部外壁有用以连接阻断片18的外螺纹，形成外螺纹螺杆头31，外螺纹螺杆头31向下穿过挡片的中心并进一步插入阻断片的中心的开口，阀芯轴的外螺纹螺杆头31的外螺纹与阻断片的中心开口处的垂直内壁上的螺纹相配合，使阀芯轴与阻断片连为一体，阀芯轴的转动带动流量调节单元运动。 

本例中，阀上盖6外壁和上阀体4通过内嵌在阀上盖6外壁的凹槽内的O型圈17保持密封。 

本例中，上阀体4和下阀体1通过内嵌在上阀体4外壁的凹槽内的O型圈22保持密封。 

本例中，阀门驱动器可以是阀门电动执行器、电热执行器或手动驱动器。 

流量平衡单元位于流量调节单元的下方，自上而下包括中心同心的膜片盖20、膜组件和下阻断片25；膜组件包括膜片28、中心筒24和膜弹簧21；第二O型圈23内嵌在下阀体的内壁上的向内凹进的凹槽内，确保中心筒24与下阀体1之间的密封无泄漏，避免流体进入由膜片盖、中心筒与下阀体的内壁围成的空腔中。膜弹簧位于由膜片盖、中心筒24与下阀体1围成的空腔中，套设在中心筒24外壁上；膜片盖20和膜片28中心开口，膜片盖的外周缘与下阀体固定连接，并将膜片的外周缘压紧在膜片盖的外周缘与下阀体之间，中心筒的上部的筒壁向外延伸凸出形成台状体29，支撑膜片盖，并在膜片盖和台状体之间压紧膜片的中心端，从而将膜片28压紧在由膜片盖20、中心筒24与下阀体1围成的密封的空腔中；膜组件与下阀体1之间设有下阻断片25，下阻断片25与下阀体固定连接。本例中，下阻断片25与下阀体1之间用十字槽沉头螺钉26固定连接，从而使流量平衡单元固定在阀体内部。 

流量调节单元的阻断片18与其下方的流量平衡单元的膜片盖20之间形成可调节过流面积的出流通道D。膜组件与下阻断片25之间形成可调节过流面积的入流通道B。本发明的过流面积在环境水压差变化下，能自行调整。本发明的流量调节单元按照等百分比设计，即阀门的开度(入流通道的截面积)与流 量成等百分比(对数曲线)关系，这种特性是由经过计算和设计的阻断片曲面实现的。 

本例中，上阀体上设有使流量平衡单元和阀体出口连通的导压孔30。由于膜组件下方的空间即膜片下腔体G为只有导压孔F这一唯一出口的封闭空间，这样就将流体出口E处的压力传递至膜片下腔体G处。 

本例中，膜片为橡胶膜片，中心筒为铜制。阻断片18在阀门驱动器推动向下作直线运动实现阀门关，并依靠弹簧14的恢复作用实现阀门开。 

本例中，下阀体相对于上阀体还可以水平旋转一定的角度后再与上阀体连接。在实际应用中，下阀体旋转一个角度后与上阀体螺纹连接固定成为一体，此角度根据不同口径阀体略有不同，相应地，上、下阀体螺纹位置需要调整加工，于是原来的阀门由直行程阀转换角行程阀，从而变身成为角阀型的动态平衡调节阀，而不影响其动态平衡和调节两功能，适应性更强。在对旋转角度要求不严格的实际工况下，即非90度的情况下，可直接旋转下阀进行连接。这样，在实际使用中，可以根据阀门所处位置的可利用空间程度，特别是在空间狭小的地点安装变换为角行程的动态平衡调节阀，同样实现动态平衡和调节功能，具有良好的实用意义。 

本发明可根据需求选择是否安装测压嘴，或者测压堵头。本例中，上阀体上相对于流体出口的另一侧阀体的壁上设有测压嘴安装位，以使上阀体与测压嘴连接；下阀体上相对于流体入口的另一侧阀体的壁上设有测压堵头安装位，以使下阀体与测压堵头连接。 

本发明采用独特的一体化设计，巧妙地将流量调节功能与动态流量平衡功能设计成一体结构，结构紧凑，成本低，使阀门开度一定时不因系统压力的变化而改变通过阀门的流量，通过优化设计和实验分析进一步优化平衡功能和工作性能，阻力系数很小，具有更宽的工作压差范围和更精确的控制精度，流量精度在标称值的±5％以内，调节功能多方式化，可以更改不同形式的阻断片，实现等百分比调节和线性调节等多种形式，下阀体可以根据实际需求，旋转一 定的角度，使阀门变身成为角阀型的动态平衡调节阀，而不影响其动态平衡和调节两功能。阀芯轴也不局限于连接电动执行器，还可与电热执行器、手轮等多种驱动机构相连，因此适应性更强，主要应用于建筑暖通空调系统及工业或民用流体管网变流量系统上，以控制流经设备及用户的水流量，达到管网流量平衡、实时调节、节约能源的目的。 

本发明的动态平衡调节阀的工作原理如下： 

阀门不工作时，阀门驱动器无驱动信号或0，阀门驱动器通过阀芯轴8推动阻断片18向下直线运动，完全闭合阻断片18与膜片盖20之间的流道，阀门处于常闭状态。 

阀门工作时，由流体管网控制系统或控制器输出控制信号给阀门驱动器，阀门驱动器根据控制信号的大小而开启一定的高度流体通道，流体通过阀体，管网系统得到所需的水流量。 

当系统流量需要调节时，控制系统输出信号使阀门驱动器开大、开小或关闭，实现流量调节功能。 

工作过程中，异程管网变流量系统压力的变化是时刻存在的，本发明通过流量调节单元的作用，在系统压力升高时，通过上阀体4上取压孔30与流体出口E相连，将流体出口E处的压力传递至膜片下腔体G，膜片的上部压力升高，与膜片下腔体G的压力差ΔP增大，因此打破原来的平衡状态，膜片带动中心筒向下运动，中心筒与下阻断片之间的距离减小，因此出水的面积减小，即阀门的流通能力-流量系数kv值减小，根据流量公式 

流量可维持不变，实现新的平衡状态。反之亦然，从而达到了流量自动平衡的目的，使流量恒定在标定的范围内，消除了系统压力波动对流量的影响。 

关闭阀门时，阀芯轴在阀门驱动器推动下，流量调节单元向下移动，阻断片18向下作直线运动，容纳阻断片的盆状体随着向下移动，减小阻断片18和膜片盖20之间的开度，盆状体与膜片盖之间的出流通道D的面积逐渐减小，盆状体的底部进入膜片盖的中心开口，直至膜片盖上的开口周缘与阻断片的圆 柱体的下端面相接，实现阀门关。 

依靠弹簧14的恢复作用可增加阻断片和膜片盖之间的开度以实现阀门开。 

上述仅对本发明中的具体实施例加以说明，但并不是对本发明的保护范围作任何形式上的限定，凡是依据本发明中的设计精神所作出的等效变化或修饰，均应认为落入本发明的保护范围。 

Claims (7)

1.动态平衡调节阀，自上而下包括密封连接为一体的阀上盖、上阀体和下阀体，其特征在于：所述调节阀还包括分别位于上阀体的内腔和下阀体的内腔中、垂直同心的流量调节单元和流量平衡单元，所述流量调节单元接近所述阀体的流体出口处，采用直行程调节型结构与上阀体组成一个整体；

所述流量调节单元自上而下包括垂直向下穿过阀上盖、进入上阀体内腔的阀芯轴、环状弹簧、挡片和阻断片；通过上盖丝堵将阀芯轴与阀上盖的上部固定连接；所述阀芯轴的上端露在丝堵外，与阀门驱动器连接，第一O型圈内嵌在阀上盖的下部的内壁上的向内凹进的凹槽内，确保阀芯轴的中部与阀上盖之间的密封；在阀芯轴的中部位于阀上盖的上、下部之间形成的空腔内，在阀芯轴的中部的外壁上套设环状弹簧；

阀芯轴的下部自所述阀上盖穿过、垂直向下伸出，其外壁向内凹进收缩形成阀芯轴台阶后再向下延伸，穿过挡片中心插入阻断片的开口内；挡片被压紧在所述阻断片上端面与阀芯轴台阶之间；

所述阻断片的上部呈圆柱体形，其下部呈横截面积逐渐减小的盆状体，盆状体的最大直径小于圆柱体的直径，在盆状体与圆柱体的交接处之间形成有向内的台阶；所述阻断片的中心垂直向下开口，开口贯穿圆柱体并延伸至盆状体中；所述阻断片中心开口的垂直内壁上有螺纹；

所述阀芯轴的下端部向下穿过所述挡片的中心并进一步插入所述阻断片的中心的开口，阀芯轴的下部的轴外壁的螺纹与所述阻断片的中心开口处的垂直内壁上的螺纹相配合，使阀芯轴与阻断片连为一体，阀芯轴的转动带动流量调节单元运动；

所述流量平衡单元自上而下包括中心同心的膜片盖、膜组件和下阻断片；膜组件包括膜片、中心筒和膜弹簧；第二O型圈内嵌在下阀体的内壁上的向内凹进的凹槽内，确保中心筒与下阀体之间的密封；膜弹簧位于由膜片盖、中心筒与下阀体围成的空腔中，套设在中心筒外壁上；所述膜片盖和膜片中心开口，膜片盖的外周缘与下阀体固定连接，并将压紧膜片的外周缘压紧在膜片盖的外周缘与下阀体之间，所述中心筒的上部的筒壁向外延伸形成台状，支撑膜片盖，并在膜片盖和所述台状体之间压紧膜片的中心端，从而将膜片压紧在由膜片盖、中心筒与下阀体围成的密封的空腔中；所述下阻断片与阀下盖固定连接。

2.根据权利要求1所述的动态平衡调节阀，其特征在于：

所述流量调节单元的阻断片与其下方的流量平衡单元的膜片盖之间形成可调节过流面积的出流通道；膜组件与下阻断片之间形成可调节过流面积的入流通道。

3.根据权利要求2所述的动态平衡调节阀，其特征在于：所述上阀体上设有流量平衡单元和阀体出口连通的导压孔。

4.根据权利要求3所述的动态平衡调节阀，其特征在于：所述膜片为橡胶膜片；所述中心筒为铜制。

5.根据权利要求4所述的动态平衡调节阀，其特征在于：阻断片在阀门驱动器推动向下作直线运动实现阀门关，并依靠环状弹簧的恢复作用实现阀门开。

6.根据权利要求5所述的动态平衡调节阀，其特征在于：所述的下阀体相对于所述下阀体水平旋转一定角度后螺纹连接成一体。

7.根据权利要求6所述的动态平衡调节阀，其特征在于：所述上阀体上相对于流体出口的另一侧阀体的壁上设有测压嘴安装位，以使所述上阀体与测压嘴连接；所述下阀体上相对于流体入口的另一侧阀体的壁上设有测压堵头安装位，以使所述下阀体与测压堵头连接。

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