CN103486328B - 低噪声笼式调节阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低噪声笼式调节阀，包括三通阀体、阀盖、阀杆、组合阀笼、导流元件、大流量节流元件、涡流分离防护元件、压紧件和阀塞，所述阀体内设有阀腔、流入通道与流出通道，流入通道与流出通道贯通阀腔，所述导流元件与组合阀笼同轴套装并与流出通道的开口端构成密封配合，所述大流量节流元件的下端开设凹槽，使其定位在导流元件与组合阀笼的上端，所述涡流分离防护元件与压紧件通过焊接固连，压紧件上连接多个减振限位装置，所述阀杆的一端穿过阀盖与阀塞联动，所述阀塞可滑动的罩在导流元件、大流量节流元件及压紧件外缘；该调节阀能够有效降低流体噪声，缓解湍流碰撞，增加大开度条件下通流能力。

Description

低噪声笼式调节阀

技术领域

本发明涉及一种用于控制流体流动的控制阀，特别涉及一种用于降低流量损失及流体噪声的低噪声笼式调节阀。

背景技术

在核能发电、大型化工生产装置等工业领域，调节阀普遍应用于过程控制系统中，用于调节工业自动化过程中的介质流量、压力等工艺参数。根据自动化系统中的控制信号，自动调节阀门的开度，从而实现工质在阀门入口与出口之间的流动。为了满足各种工况所需的特定流体流动特性，低噪阀常采用在阀出口与进口之间的流道中设置阀笼进行节流。阀笼既可以衰减流动噪声也可减少或消除气穴现象。

调节阀的振动噪声问题属于流体动力噪声问题，由于在阀门的阀腔、流道中普遍存在湍流、分离流等复杂流动现象，所产生的噪声是在没有振动边界或其它外部能源的流体相互作用下产生的，调节阀的噪声控制技术涉及到热能工程、机械振动、声学等多个学科，可以说低噪声调节阀的工作噪声设计是一个极为复杂的问题。在复杂工况条件下，通过控制调节阀的阀塞开度来准确控制流过阀腔的工质流量，阀笼虽然可以通过降低流速来降低工质流动噪声，但在大开度条件下容易造成较大的流量损失。在阀笼的下游，由于高压工质所形成的多股射流的碰撞，又会产生新的湍流噪声源。如何平衡降噪与降低流量损失，避免新的湍流噪声源的产生，是新型低噪声笼式调节阀设计所面临的问题。

图1中示出了现有技术中的一种笼式调节阀，其包括阀体、阀芯9、阀杆1以及阀盖3，阀体内设有阀座10，阀盖3上设有一个压盖2，压盖与阀盖之间设有平衡弹簧7，压盖与平衡弹簧之间设有密封填料5，密封填料的上下两侧分别设有上衬垫4和下衬垫6。所述的阀体中腔内设有一个多孔阀笼8，该调节阀通过阀笼8的孔实现了部分的降噪功能，但其降噪功能有限，也不能有效避免湍流。

为此，本发明的设计者有鉴于上述缺陷，通过潜心研究和设计，综合长期多年从事相关产业的经验和成果，研究设计出一种低噪声笼式调节阀，以克服上述缺陷。

发明内容

本发明的目的在于提供一种能够有效降低流体噪声，缓解湍流碰撞，增加大开度条件下通流能力的低噪声笼式调节阀。

为实现上述目的，本发明公开了一种低噪声笼式调节阀，包括三通阀体、阀盖、阀杆、组合阀笼、导流元件、大流量节流元件、涡流分离防护元件、压紧件和阀塞，其特征在于：

所述阀体内设有阀腔、流入通道与流出通道，流入通道与流出通道贯通阀腔，所述导流元件与组合阀笼同轴套装并与流出通道的开口端构成密封配合，所述大流量节流元件的下端开设凹槽，使其定位在导流元件与组合阀笼的上端，所述涡流分离防护元件与压紧件通过焊接固连，压紧件上连接多个减振限位装置，所述阀杆的一端穿过阀盖与阀塞联动，所述阀塞可滑动的罩在导流元件、大流量节流元件及压紧件外缘，且当调节阀处于闭合状态时，阀塞与所述流入通道的密封端面构成密封配合，由此构成流入通道与流出通道的隔断。

其中：所述阀腔为二次曲线形，所述导流元件、组合阀笼、大流量节流阀元件、涡流分离防护元件设置于所述三通阀体内的二次曲线形阀腔中。

其中：所述减振限位装置包括导杆、减振弹簧以及限位器，导杆与压紧件通过螺纹连接，限位器与导杆间隙配合，限位器与阀盖接触构成轴向限位。

其中：导流元件具有圆柱形的外表面与内表面，所述内表面限定具有轴线的笼孔，所述外表面具有至少两个以上贯通的流动区域开口，所述开口与相邻的开口分隔开，所述阀塞在所述外表面上轴向滑动。

其中：所述导流元件外表面上的开口在所述外表面上具有倒角。

其中：所述组合阀笼采用多级节流迷宫式阀笼或笼孔式的单级节流阀笼。

其中：所述导流元件的内表面与组合阀笼外表面之间设置一定间距。

其中：所述大流量节流元件位于导流元件与组合阀笼的上端，大流量节流元件具有外表面与内表面，以及多个在所述内表面与所述外表面之间延伸的流动开口。

其中：所述流动开口在所述外表面上具有倒角。

其中：所述流动开口在所述外表面上具有扩大区域。

其中：所述各流动开口截面尺寸相同或不同。

其中：所述涡流分离防护元件与阀笼压紧件焊接固连后设置于大流量节流元件的上方；所述涡流分离防护元件呈喇叭状回转体结构，下端与流出通道的开口端处于同一水平面内，所述回转体结构具有呈一定曲率的外表面与内表面，在靠近压紧件一端的内表面限定至少两个以上的截面形状为长圆形或圆形的贯通流动区域，每个所述贯通流动区域在所述内表面与所述外表面之间延伸，延伸方向与阀门流入通道轴线平行。

其中：所述贯通流动区域在所述涡流分离元件外表面上具有倒角。

其中：所述贯通流动区域在所述涡流分离元件外表面上具有扩大区域。

通过上述结构，本发明通过轴向移动套在阀芯组件外侧的阀塞实现调节阀的连通、隔断以及流量的调整，阀芯组件由阀笼、大流量节流器、涡流分离元件、压紧件以及减振限位元件由下至上顺次设置于阀体流出通道的开口端，阀笼包括同轴套装的导流器与迷宫式阀笼两层，所述导流器上的贯通流动区域沿圆周方向均匀分布，所述贯通流动区域的开口一般设置为长圆形，数量由调节阀的具体工况范围决定，从而解决现有技术的缺陷，有效降低流体噪声，缓解湍流碰撞，增加大开度条件下通流能力。

其中，大流量节流元件包括具有外表面与内表面的壁，通过节流元件下端的凹槽与所述阀笼连接并实现定位。所述大流量节流器内表面限定至少两个以上具有轴线的贯通流动区域，每个贯通区域在所述内表面与所述外表面之间延伸，并且所述贯通流动区域的开口与相邻开口分隔开。

其中，涡流分离元件与压紧件通过焊接固连，设置于大流量节流元件的上方。涡流分离元件呈喇叭状回转体结构，元件下端与流出通道的开口端处于同一水平面内，所述回转体结构具有呈一定曲率的外表面与内表面的壁，在靠近压紧件一端的内表面限定至少两个以上的截面形状为长圆形或圆形的贯通开口流通区域，每个所述流通区域在所述内表面与所述外表面之间延伸，延伸方向与阀门流入通道轴线平行。

其中，减振限位元件包括：导杆、弹簧、限位件，其中所述导杆与压紧件通过螺纹连接，弹簧套装在导杆上，限位件设置在导杆末端，与导杆呈间隙配合，通过研究减振限位元件设置以三至六个为宜。

本发明的详细内容可通过后述的说明及所附图而得到。

附图说明

图1显示了现有技术的调节阀结构示意图。

图2显示了本发明低噪声笼式调节阀的正剖结构示意图。

图3显示了阀腔俯视剖视图。

图4显示了阀笼与导流元件的放大示意图。

图5显示了大流量节流元件主剖视与立体示意图。

图6显示了涡流分离防护元件主剖视与立体示意图。

图7显示了减振限位元件连接示意图。

具体实施方式

参见附图，显示了本发明防止涡流碰撞，增加阀中流量的低噪声笼式调节阀，可被用于各种类型的设备或控制管线中的流体调节。尽管结合用于汽轮机转速、转向调节控制来描述本文所公开的示例，本文所描述的示例也可被更加广泛的应用于不同目的的流体工质调节过程中。

图2为本发明提供的一种低噪声笼式调节阀的主剖视示意图，该低噪声笼式调节阀包括三通阀体33、组合阀笼11、导流元件14、大流量节流元件12、涡流分离防护元件13、压紧件15、减振限位组件44和阀塞22。

所述三通阀体具有流入通道331、332和流出通道333，所述导流元件14和组合阀笼11同轴设置在流出通道333的开口端，所述组合阀笼11位于所述导流元件14内，导流元件14具有圆柱形外壁面141，导流元件14与组合阀笼11限定了多个流体流动区域，流动区使得在小开度条件下的流体能够在圆柱形阀笼内流动。

所述大流量节流元件12位于所述导流元件14上端，所述涡流分离防护元件13位于所述大流量节流元件12内且下端延伸伸入所述组合阀笼11，所述压紧件15位于所述大流量节流元件12上端以降所述大流量节流元件12和所述导流元件14压紧于所述流出通道333。

所述阀塞22为圆柱形，其连接到阀杆23，可滑动的罩在导流元件14、大流量节流元件12及压紧件15外缘，由此，通过阀体33的流体流动由阀塞22的位置决定，具体而言，阀杆23的上下驱动，所述阀塞22的内圆柱面221可沿导流元件14、大流量节流元件12及压紧件15移动，从而打开或关闭所述流入通道331、332与导流元件14、大流量节流元件12之间的流体通道。

如图2所示，左半部分被描绘为阀塞22位于阀门关闭位置，右半部被描绘为阀塞22位于阀门开启位置，可选的是，所述阀塞22还可在关闭位置和开启位置之间设有半开闭位置，在所述半开闭位置时，所述阀塞22仅打开导流元件14而闭合大流量节流元件12。

图3为阀体33的俯视剖视图，两个流入通道331、332与流出通道333贯通安装的阀腔330。为了缓解两端流入的流体在阀腔内发生涡流，将阀腔设置为二次曲线型内腔结构。

参见图4，导流元件14上设有多个流动区域开口，每个流动区域开口16均在包括导流元件14的外壁面141与内壁面142之间延伸，各开口截面形状为矩形或长圆形且相互分隔，所述导流元件14的端部设置在阀体流出通道开口端的凹槽3331内，以提供定位和固定。所述组合阀笼11可由多片节流元件组成，各节流元件内沿周向开设多个流动区域开口16，所述节流元件的开口16为矩形，所述开口在组合阀笼11的圆柱内壁112与圆柱外壁111之间延伸。组合阀笼11的底面设有凹槽，所述凹槽与流出通道333开口端的凸台3332配合安装。所述导流元件14的开口数量与阀笼11的开口数量以及尺寸可根据实际需要选择。

其中，所述导流元件外表面上的开口在所述外表面上具有倒角。

其中，所述组合阀笼可采用多级节流迷宫式阀笼或笼孔式的单级节流阀笼

图5为阀塞在大开度条件（即开启装置）下用于增加通过阀门的流体流量的大流量节流元件12，所述节流元件12为套筒结构，其具有圆柱形内表面122与圆柱形外表面121，圆柱形外表面121与阀塞22接触，从而沿轴线A定位。圆柱形内表面122与圆柱形外表面121之间限定有至少两个以上的流动开口124，所述流动开口124使得在阀塞大开度条件下的流体能够在圆柱形的外表面121与内表面122之间流动。大流量节流元件12下端面设有凹槽123，以便定位在组合阀笼11与导流元件14的上端，所述阀塞22被可滑动的罩在大流量节流元件12的外表面上。

其中，所述流动开口在所述外表面上具有倒角。

其中，所述流动开口在所述外表面上具有扩大区域。

其中，所述各流动开口截面尺寸相同或不同。

优选的是，所述圆柱形内表面122与圆柱形外表面121之间的多个流动开口124沿圆周纵向间隔排列，所述多个流动开口124包含长流动开口和短流动开口，所述长流动开口和短流动开口相互间隔排列，如图5所示，这样设置的开口能有效对流量进行缓冲，并减少流体流入的涡流。

图6为防止通过阀笼的流体在阀笼下游发生涡流碰撞的涡流分离防护元件13，所述防护元件13大体上为喇叭状结构圆柱形结构，所述防护元件13的大端面134与压紧件15通过焊接固连，利用压紧件15下表面的凸台安装在节流元件12的上端面凹槽内以实现限位。所述防护元件13具有回转形壁130，回转形壁130靠近大端面134的一侧呈喇叭口状，并限定有至少两个以上的贯通流动区域133，所述贯通流动区域133在喇叭状外表面131a与132a之间延伸且相互分隔开，每个贯通流动区域13的延伸线处于同一水平面内。所述贯通流动区域133截面大体上呈长圆形，也可以具有其他形状，如：矩形、椭圆形、菱形等，开口数量与尺寸根据具体工况进行设计。回转形壁130靠近小端的外表面131b呈圆柱形，内表面132b呈圆锥面，角度可为1°至5°之间，优选为图6示例的3°。

其中，每个所述贯通流动区域在所述内表面与所述外表面之间延伸，延伸方向与阀门流入通道轴线平行。

其中，所述贯通流动区域在所述涡流分离元件外表面上具有倒角。

其中，所述贯通流动区域在所述涡流分离元件外表面上具有扩大区域

可选的是，防护元件13的下端面与阀体流出通道开口端在同一水平面内。

图7为减振限位组件44的放大示意图，所述减振限位组件44主要用来对阀内件（如压紧件15）进行轴向定位，上端通过阀盖32压紧。减振限位组件44包括导杆441、减振弹簧442、限位帽443以及防松垫片444，所述导杆441的一端设有外螺纹，以与压紧件15上的内螺纹螺合定位，所述导杆441的另一端通过限位帽443抵靠于所述阀盖32，所述导杆441中部为扩大部，所述减振弹簧442设于限位帽443和扩大部之间，所述防松垫片444位于扩大部下缘和压紧件之间，所述压紧件15上设有供防松垫片444定位的凹陷。

其中，阀塞22在限位组件44对应的位置开设相应数量的孔223，孔的形状设计以方便加工为准。

通过上述结构可知，本发明的低噪声笼式调节阀具有如下优点：

1、同轴套装的导流器与迷宫式阀笼为两层结构，所述导流器上的贯通流动区域沿圆周方向均匀分布，解决了现有技术的缺陷，有效降低流体噪声，缓解湍流碰撞，增加大开度条件下通流能力；

2、大流量节流元件可加大通流能力，在阀塞完全开度时，能有效增大流体的流道；

3、在大流道状态下，分离防护元件能对避免流体的涡流现象，减少噪声，提高使用效果和寿命；

4、减振限位组件能对阀内组件进行减振和压紧定位，避免阀内组件的松动和冲击，提高使用寿命。

显而易见的是，以上的描述和记载仅仅是举例而不是为了限制本发明的公开内容、应用或使用。虽然已经在实施例中描述过并且在附图中描述了实施例，但本发明不限制由附图示例和在实施例中描述的作为目前认为的最佳模式以实施本发明的教导的特定例子，本发明的范围将包括落入前面的说明书和所附的权利要求的任何实施例。

Claims (14)

1.一种低噪声笼式调节阀，包括三通阀体、阀盖、阀杆、组合阀笼、导流元件、大流量节流元件、涡流分离防护元件、压紧件和阀塞，其特征在于：

所述阀体内设有阀腔、流入通道与流出通道，流入通道与流出通道贯通阀腔，所述导流元件与组合阀笼同轴套装并与流出通道的开口端构成密封配合，所述大流量节流元件的下端开设凹槽，使其定位在导流元件与组合阀笼的上端，所述涡流分离防护元件与压紧件通过焊接固连，压紧件上连接多个减振限位装置，所述阀杆的一端穿过阀盖与阀塞联动，所述阀塞可滑动的罩在导流元件、大流量节流元件及压紧件外缘，且当调节阀处于闭合状态时，阀塞与所述流入通道的密封端面构成密封配合，由此构成流入通道与流出通道的隔断，减振限位装置设置为三至六个。

2.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于：所述阀腔为二次曲线形，所述导流元件、组合阀笼、大流量节流阀元件、涡流分离防护元件设置于所述三通阀体内的二次曲线形阀腔中。

3.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于：所述减振限位装置包括导杆、减振弹簧以及限位器，导杆与压紧件通过螺纹连接，限位器与导杆间隙配合，限位器与阀盖接触构成轴向限位。

4.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于：导流元件具有圆柱形的外表面与内表面，所述内表面限定具有轴线的笼孔，所述外表面具有至少两个以上贯通的流动区域开口，所述开口与相邻的开口分隔开，所述阀塞在所述外表面上轴向滑动。

5.根据权利要求4所述的调节阀，其特征在于：所述导流元件外表面上的开口在所述外表面上具有倒角。

6.根据权利要求4所述的调节阀，其特征在于：所述组合阀笼采用多级节流迷宫式阀笼或笼孔式的单级节流阀笼。

7.根据权利要求4所述的调节阀，其特征在于：所述导流元件的内表面与组合阀笼外表面之间设置一定间距。

8.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于：所述大流量节流元件位于导流元件与组合阀笼的上端，大流量节流元件具有外表面与内表面，以及多个在所述内表面与所述外表面之间延伸的流动开口。

9.根据权利要求8所述的调节阀，其特征在于：所述流动开口在所述外表面上具有倒角。

10.根据权利要求8所述的调节阀，其特征在于：所述流动开口在所述外表面上具有扩大区域。

11.根据权利要求8所述的调节阀，其特征在于：各所述流动开口截面尺寸相同或不同。

12.根据权利要求1所述的调节阀，其特征在于：所述涡流分离防护元件与压紧件焊接固连后设置于大流量节流元件的上方；所述涡流分离防护元件呈喇叭状回转体结构，下端与流出通道的开口端处于同一水平面内，所述回转体结构具有呈一定曲率的外表面与内表面，在靠近压紧件一端的内表面限定两个以上的截面形状为长圆形或圆形的贯通流动区域，每个所述贯通流动区域在所述内表面与所述外表面之间延伸，延伸方向与阀门流入通道轴线平行。

13.根据权利要求12所述的调节阀，其特征在于：所述贯通流动区域在所述涡流分离元件外表面上具有倒角。

14.根据权利要求12所述的调节阀，其特征在于：所述贯通流动区域在所述涡流分离元件外表面上具有扩大区域。