CN103672157B - 多层螺旋式多孔降压调节阀 - Google Patents

Abstract

一种多层螺旋式多孔降压调节阀，包括：阀盖、阀体、阀杆、阀内件；阀内件包括：阀座机构、套筒组、上导套、小阀芯、大阀芯、导杆弹簧机构和密封圈；大阀芯可上下滑动的固定在套筒组和上导套的内腔中，小阀芯固定在大阀芯的内腔中且可与大阀芯相对移动，大阀芯与小阀芯之间通过导杆弹簧机构连接并且在其作用下使大阀芯与小阀芯有互相排斥的趋势。软硬密封的设计使一个阀门在大压差下同时能完成关断和零泄露，而长期稳定实现这种功能的前提是对软硬密封面的合理保护，本发明大、小阀芯和导杆弹簧机构的设计正是为了给软密封面提供强有力的保护，在开启和关闭阀门的短时间内有效阻止液体冲刷软密封面。

Description

多层螺旋式多孔降压调节阀

技术领域：

本发明涉及压力调节阀技术领域，特别涉及一种多层螺旋式多孔降压调节阀。

背景技术：

给水泵再循环阀是运行工况最为恶劣的几种调节阀之一，因其安装位置处于给水泵出口与冷凝器之间，两者间巨大的压差由该阀门承受，无论在开启或关闭状态下，再循环系统最小流量始终是在高压差下工作，在最小流量处于开启状态时，将高压水通过逐级减压后排至冷凝器；当机组启动流量上升到一定范围以后，该调节阀需要进行全关闭，以确保主给水管道中的流量、压力，来供给高压加热器等设备；故该阀既是调节阀又是关断阀。高压差下的调节阀经常容易发生闪蒸、冲蚀、气蚀等，对阀芯、阀瓣等造成严重损坏，使阀门检修频繁。气蚀与压差直接相关，因此，如果将高压液体经过节流元件的压力始终控制在高于该流体在入口温度下的饱和蒸气压时，就不产生“空化”，当然也就不产生气蚀。这是现今各种多级降压防气蚀的高压差调节阀的理论基础。

由于工作环境苛刻，需要在大压差下长期保持零泄露，故对阀门的结构、性能要求极为严格。现有的给水泵再循环阀一类是采用单阀座、单密封面、硬密封的非平衡式设计，这种阀门对执行机构推力要求大，且无法做到大压差下持久零泄露，属于将被淘汰的产品；一类是采用双阀串联解决方案，一个阀负责关断、另一个阀负责零泄露，这种方案阀门占地大，成本高且操作繁琐；还有一类较为先进的阀门采用了多级节流和软硬密封。

如专利号为201220604004.7的专利，其阀门采用高进低出的方式，多级节流的套筒之间留有间隙，在间隙处“一部分流体一分为二，背向流去，另一部分流体合二为一，相向汇合”，但在实际使用中，这种套筒之间留有间隙，仅靠液体流入间隙后产生方向相反的支流来节流的设计其节流的效果并不好，达不到多级节流要求，并且其结构也决定了套筒层数做不了太多，多为2～4层。另外，其虽然采用软硬密封相结合的方式，但在结构上未对软密封采取任何保护，其后果是：由于调节阀在开启和关闭的瞬间压力非常大，冲蚀现象最为显著，故软密封面会在非常短的时间内被损坏，从而使其不具备软密封效果。

发明内容：

鉴于此，有必要设计一种的多层螺旋式多孔降压调节阀。

一种多层螺旋式多孔降压调节阀，包括：阀盖、阀体、阀杆、阀内件；阀内件固定在由阀盖和阀体形成内腔中，阀杆与阀内件顶端连接并伸出阀盖；阀内件包括：阀座机构、套筒组、上导套、小阀芯、大阀芯、导杆弹簧机构和密封圈；其中，导杆弹簧机构包括阶梯圆杆和压缩弹簧，阶梯圆杆下端直径最大的部分为限位部，压缩弹簧套在阶梯圆杆中部；密封圈包括阀座密封圈和阀芯密封圈；阀座机构固定在阀体的内腔中，且其下端伸向进液腔，套筒组位于阀体出液腔且套筒组固定安装在阀座机构上，套筒组上端面与上导套对接、密封，上导套的上部固定在阀盖和阀体的内腔中，大阀芯可上下滑动的固定在套筒组和上导套的内腔中，大阀芯顶部与阀杆连接，小阀芯固定在大阀芯的内腔中且可与大阀芯相对移动，大阀芯与小阀芯之间通过导杆弹簧机构连接并且在其作用下使大阀芯与小阀芯有互相排斥的趋势。

阀座机构包括阀座和至少一层阀座套，阀座上方敞口，阀座套上下方向均敞口，阀座与阀座套之间紧配合固定；在阀座敞口端的侧壁上设有向外的凸缘，在凸缘的上方设有两周凸起且外侧凸起不高于内侧凸起，两周凸起之间的凹槽为阀座密封圈安装座，内侧凸起的向内的棱上倒有斜角，该斜角作为与小阀芯接触的硬密封面；在阀座和阀座套侧壁上开有节流孔，节流孔呈螺旋状分布，且从外层到内层节流孔孔径依次缩小，每个节流孔都被与其相邻的阀座或阀座套部分遮挡，从外层到内层对应位置的节流孔形成阀座流道。

套筒组包括4层以上的套筒，相邻套筒之间紧配合固定，套筒上下方向敞口，在套筒侧壁上开有节流孔，节流孔呈螺旋状分布，从最内层套筒到最外层套筒节流孔孔径依次放大，每个节流孔都被与其相邻套筒部分遮挡，从最内层套筒到最外层套筒对应位置的节流孔形成套筒流道；对应位置的节流孔位于其所在套筒的同一位置，各层套筒之间同向错开一角度使流道整体呈圆弧状。

大阀芯为两级的台体，大阀芯上台体的横向尺寸小于大阀芯下台体，大阀芯下台体位于套筒组的腔体内，大阀芯下台体其内部是下端面敞口的腔体；在大阀芯上台体上开有一周垂直于大阀芯上台体上表面且与大阀芯下台体腔体贯通的同轴大阀芯阶梯孔，该大阀芯阶梯孔孔径较大的部分与大阀芯下台体腔体相通，所述大阀芯阶梯孔用于安装导杆弹簧机构，阶梯圆杆的上半部固定在该大阀芯阶梯孔内且压缩弹簧顶端抵在大阀芯阶梯孔的端壁上；大阀芯下台体底端为两级阶梯结构，内侧阶梯端面与阀座机构的内侧凸起相匹配使得阀门闭合时内侧阶梯端面与阀座机构的内侧凸起相抵，且此时外侧阶梯端面伸入阀座密封圈安装座的凹槽内挤压阀座密封圈形成软密封，外侧阶梯端面即为软密封面。

小阀芯为两级的台体，小阀芯上台体的横向尺寸小于小阀芯下台体，在小阀芯上台体外侧套有阀芯密封圈用于同大阀芯之间密封，在小阀芯上台体上开有一周垂直于小阀芯上台体上表面的同轴小阀芯阶梯孔，该小阀芯阶梯孔孔径较大的部分为限位孔且位于下方，所述小阀芯阶梯孔用于安装导杆弹簧机构下部，导杆弹簧机构的限位部位于限位孔内；小阀芯下台体下端面的棱上倒有与阀座机构内侧凸起相匹配的斜角。

上导套的内腔与大阀芯的两级台体相匹配，且上导套内腔端面到阀座机构内侧凸起的垂直高度应等于小阀芯高度的1/3～2/3加上大阀芯下台体高度。

优选的，阀座、阀座套、套筒均为圆筒状且共轴线；大阀芯、小阀芯均为两级圆台且它们与阀座共轴线。

优选的，套筒层数为7或8层。

优选的，阀座套层数为1或2层。

优选的，最内层套筒的节流孔孔径为最外层套筒节流孔孔径的2/5～3/5，内层套筒节流孔被相邻外层套筒遮挡掉的面积为其原面积的2/5～3/5。

优选的，阀座套与阀座外壁贴合。

优选的，大阀芯、小阀芯上阶梯孔均为3个。

优选的，在大阀芯和小阀芯上还各开有一周配重孔，配重孔与阶梯孔交错排列，且每周配重孔的数量为3个。

优选的，压缩弹簧下端抵在小阀芯的顶端上。

阀门开启时，大阀芯在阀杆的带动下首先向上移动，此时由于压缩弹簧的压力，小阀芯任然保持不动与阀座硬密封；当软密封面上升到安全高度时，阶梯圆杆的限位部抵住小阀芯阶梯孔的端面带动小阀芯上升，液体经阀座机构-套筒组流出。阀门关闭时的过程与上述过程相逆。在阀门保持关闭状态时，硬密封用于关断液流，软密封保持零泄露。

本发明采用“双套筒”，即：进液处的阀座机构和出液处的套筒组，“双套筒”又各自采用了多级节流结构。阀座机构的多级节流结构有效降低了进液流速和压力，减小了液体对硬密封面的冲刷和磨损，并且还可起到过滤杂质的作用。套筒组的设计，当液体由最内层套筒的节流孔向外流时，经历：扩张-压缩-扩张-压缩......扩张的过程，由于节流孔依次增大，故每一次扩张都比上一次扩张的更充分，每一次压缩程度都比上一次低，从而实现真正意义上的多级节流，从而在大压差下最大限度降低部件的气蚀、闪蒸；并且，各套筒之间紧配合从而在有限的空间内可以实现尽可能多的层数，从而实现大的节流比。软硬密封的设计使一个阀门在大压差下同时能完成关断和零泄露，而长期稳定实现这种功能的前提是对软硬密封面的合理保护，本发明大、小阀芯和导杆弹簧机构的设计正是为了给软密封面提供强有力的保护，在开启和关闭阀门的短时间内有效阻止液体冲刷软密封面。

附图说明：

附图1是一幅较佳实施方式的多层螺旋式多孔降压调节阀的剖视示意图。

附图2是一幅较佳实施方式的阀内件的立体示意图。

附图3是一幅较佳实施方式的阀内件的剖视示意图。

附图4是去掉上导套、大阀芯后的阀内件的立体示意图。

附图5是去掉上导套、大阀芯后的阀内件的剖视示意图。

附图6是一幅较佳实施方式的阀座机构的爆炸示意图。

附图7是一幅较佳实施方式的阀座机构的立体示意图。

附图8是一幅较佳实施方式的套筒组的立体示意图。

附图9是一幅较佳实施方式的套筒组的主视方向的半剖示意图。

附图10是一幅较佳实施方式的套筒组的俯视方向的局部放大剖视图。

附图11是一幅较佳实施方式的大阀芯的立体示意图。

附图12是一幅较佳实施方式的大阀芯的立体示意图。

附图13是一幅较佳实施方式的小阀芯的立体示意图。

图中：阀盖1、阀体2、阀杆3、阀内件4、阀座机构50、套筒组40、上导套60、小阀芯70、大阀芯80、导杆弹簧机构90和密封圈30、阶梯圆杆91、压缩弹簧92、限位部911、阀芯密封圈31、进液腔21、出液腔22、阀座51、阀座套52、凸缘511、外侧凸起512、内侧凸起513、阀座密封圈安装座514、硬密封面515、节流孔53、套筒41、节流孔42、上台体81、下台体82、阶梯孔83、端壁831、内侧阶梯端面821、外侧阶梯端面822、上台体71、下台体72、阶梯孔73、限位孔731、斜角75、内腔端面61、配重孔84、配重孔74、端面7311。

具体实施方式：

如图1所示，一种多层螺旋式多孔降压调节阀，包括：阀盖1、阀体2、阀杆3、阀内件4；阀内件4固定在由阀盖1和阀体2形成内腔中，阀杆3与阀内件4顶端连接并伸出阀盖1；如图2～5所示，阀内件4包括：阀座机构50、套筒组40、上导套60、小阀芯70、大阀芯80、导杆弹簧机构90和密封圈30；其中，导杆弹簧机构90包括阶梯圆杆91和压缩弹簧92，阶梯圆杆91下端直径最大的部分为限位部911，压缩弹簧92套在阶梯圆杆91中部；密封圈30包括阀座密封圈和阀芯密封圈31；阀座机构50固定在阀体2的内腔中，且其下端伸向进液腔21，套筒组40位于阀体2出液腔22且套筒组40固定安装在阀座机构50上，套筒组40上端面与上导套60对接、密封，上导套60的上部固定在阀盖1和阀体2的内腔中，大阀芯80可上下滑动的固定在套筒组40和上导套60的内腔中，大阀芯80顶部与阀杆3连接，小阀芯70固定在大阀芯80的内腔中且可与大阀芯80相对移动，大阀芯80与小阀芯70之间通过导杆弹簧机构90连接并且在其作用下使大阀芯80与小阀芯70有互相排斥的趋势。

结合图6、图7所示，阀座机构50包括阀座51和至少一层阀座套52，阀座51上方敞口，阀座套52上下方向均敞口，阀座51与阀座套52之间紧配合固定；在阀座51敞口端的侧壁上设有向外的凸缘511，在凸缘511的上方设有两周凸起且外侧凸起512不高于内侧凸起513，两周凸起之间的凹槽为阀座密封圈安装座514，内侧凸起513的向内的棱上倒有斜角，该斜角作为与小阀芯接触的硬密封面515；在阀座51和阀座套52侧壁上开有节流孔53，节流孔53呈螺旋状分布，且从外层到内层节流孔53孔径依次缩小，每个节流孔53都被与其相邻的阀座51或阀座套52部分遮挡，从外层到内层对应位置的节流孔53形成阀座流道。

结合图8～图10所示，套筒组40包括4层以上的套筒41，相邻套筒41之间紧配合固定，套筒41上下方向敞口，在套筒41侧壁上开有节流孔42，节流孔42呈螺旋状分布，从最内层套筒41到最外层套筒41节流孔42孔径依次放大，每个节流孔42都被与其相邻套筒41部分遮挡，从最内层套筒41到最外层套筒41对应位置的节流孔42形成套筒流道；对应位置的节流孔42位于其所在套筒41的同一位置，各层套筒41之间同向错开一角度使流道整体呈圆弧状，如图10中箭头所示。

结合图11、图12所示，大阀芯80为两级的台体，上台体81的横向尺寸小于下台体82，下台体82位于套筒组40的腔体内，下台体82其内部是下端面敞口的腔体；在上台体81上开有一周垂直于上台体81上表面且与下台体82腔体贯通的同轴阶梯孔83，该阶梯孔83孔径较大的部分与下台体82腔体相通，所述阶梯孔83用于安装导杆弹簧机构90，阶梯圆杆91的上半部固定在该阶梯孔83内且压缩弹簧92顶端抵在阶梯孔83的端壁831上；下台体82底端为两级阶梯结构，内侧阶梯端面821与阀座机构50的内侧凸起513相匹配使得阀门闭合时内侧阶梯端面821与阀座机构50的内侧凸起513相抵，且此时外侧阶梯端面822伸入阀座密封圈安装座514的凹槽内挤压阀座密封圈形成软密封，外侧阶梯端面822即为软密封面。

结合图13所示，小阀芯70为两级的台体，上台体71的横向尺寸小于下台体72，在上台体71外侧套有阀芯密封圈31用于同大阀芯80之间密封，在上台体71上开有一周垂直于上台体71上表面的同轴阶梯孔73，该阶梯孔73孔径较大的部分为限位孔731且位于下方，所述阶梯孔73用于安装导杆弹簧机构90下部，导杆弹簧机构90的限位部911位于限位孔731内；下台体72下端面的棱上倒有与阀座机构内侧凸起相匹配的斜角75。

上导套60的内腔与大阀芯80的两级台体相匹配，且上导套60内腔端面61到阀座机构50内侧凸起513的垂直高度应等于小阀芯70高度的1/3～2/3加上大阀芯80下台体82高度。

在本实施方式中，阀座51、阀座套52、套筒41均为圆筒状且共轴线；大阀芯80、小阀芯70均为两级圆台且它们与阀座51共轴线。套筒41层数为7层。阀座套52层数为1层。最内层套筒41的节流孔42孔径为最外层套筒41节流孔42孔径的2/5～3/5，内层套筒41节流孔42被相邻外层套筒41遮挡掉的面积为其原面积的2/5～3/5。阀座套52与阀座51外壁贴合。大阀芯80、小阀芯70上阶梯孔83、73均为3个。在大阀芯80和小阀芯70上还各开有一周配重孔84、74，配重孔84、74与阶梯孔83、73交错排列，且每周配重孔83、73的数量为3个。压缩弹簧92下端抵在小阀芯70的顶端上。

阀门开启时，大阀芯80在阀杆3的带动下首先向上移动，此时由于压缩弹簧92的压力，小阀芯70任然保持不动与阀座51硬密封；当软密封面上升到安全高度时，阶梯圆杆91的限位部911抵住小阀芯70阶梯孔731的端面7311带动小阀芯70上升，液体经阀座机构50----套筒组40流出。阀门关闭时的过程与上述过程相逆。在阀门保持关闭状态时，硬密封用于关断液流，软密封保持零泄露。

Claims (9)

1.一种多层螺旋式多孔降压调节阀，包括：阀盖、阀体、阀杆、阀内件；阀内件固定在由阀盖和阀体形成内腔中，阀杆与阀内件顶端连接并伸出阀盖；其特征在于：阀内件包括：阀座机构、套筒组、上导套、小阀芯、大阀芯、导杆弹簧机构和密封圈；其中，导杆弹簧机构包括阶梯圆杆和压缩弹簧，阶梯圆杆下端直径最大的部分为限位部，压缩弹簧套在阶梯圆杆中部；密封圈包括阀座密封圈和阀芯密封圈；阀座机构固定在阀体的内腔中，且其下端伸向进液腔，套筒组位于阀体出液腔且套筒组固定安装在阀座机构上，套筒组上端面与上导套对接、密封，上导套的上部固定在阀盖和阀体的内腔中，大阀芯可上下滑动的固定在套筒组和上导套的内腔中，大阀芯顶部与阀杆连接，小阀芯固定在大阀芯的内腔中且可与大阀芯相对移动，大阀芯与小阀芯之间通过导杆弹簧机构连接并且在其作用下使大阀芯与小阀芯有互相排斥的趋势；

阀座机构包括阀座和至少一层阀座套，阀座上方敞口，阀座套上下方向均敞口，阀座与阀座套之间紧配合固定；在阀座敞口端的侧壁上设有向外的凸缘，在凸缘的上方设有两周凸起且外侧凸起不高于内侧凸起，两周凸起之间的凹槽为阀座密封圈安装座，内侧凸起的向内的棱上倒有斜角，该斜角作为与小阀芯接触的硬密封面；在阀座和阀座套侧壁上开有节流孔，节流孔呈螺旋状分布，且从外层到内层节流孔孔径依次缩小，每个节流孔都被与其相邻的阀座或阀座套部分遮挡，从外层到内层对应位置的节流孔形成阀座流道；

套筒组包括4层以上的套筒，相邻套筒之间紧配合固定，套筒上下方向敞口，在套筒侧壁上开有节流孔，节流孔呈螺旋状分布，从最内层套筒到最外层套筒节流孔孔径依次放大，每个节流孔都被与其相邻套筒部分遮挡，从最内层套筒到最外层套筒对应位置的节流孔形成套筒流道；对应位置的节流孔位于其所在套筒的同一位置，各层套筒之间同向错开一角度使流道整体呈圆弧状；

大阀芯为两级的台体，大阀芯上台体的横向尺寸小于大阀芯下台体，大阀芯下台体位于套筒组的腔体内，大阀芯下台体其内部是下端面敞口的腔体；在大阀芯上台体上开有一周垂直于大阀芯上台体上表面且与大阀芯下台体腔体贯通的同轴大阀芯阶梯孔，该大阀芯阶梯孔孔径较大的部分与大阀芯下台体腔体相通，所述大阀芯阶梯孔用于安装导杆弹簧机构，阶梯圆杆的上半部固定在该大阀芯阶梯孔内且压缩弹簧顶端抵在大阀芯阶梯孔的端壁上；大阀芯下台体底端为两级阶梯结构，内侧阶梯端面与阀座机构的内侧凸起相匹配使得阀门闭合时内侧阶梯端面与阀座机构的内侧凸起相抵，且此时外侧阶梯端面伸入阀座密封圈安装座的凹槽内挤压阀座密封圈形成软密封，外侧阶梯端面即为软密封面；

小阀芯为两级的台体，小阀芯上台体的横向尺寸小于小阀芯下台体，在小阀芯上台体外侧套有阀芯密封圈用于同大阀芯之间密封，在小阀芯上台体上开有一周垂直于小阀芯上台体上表面的同轴小阀芯阶梯孔，该小阀芯阶梯孔孔径较大的部分为限位孔且位于下方，所述小阀芯阶梯孔用于安装导杆弹簧机构下部，导杆弹簧机构的限位部位于限位孔内；小阀芯下台体下端面的棱上倒有与阀座机构内侧凸起相匹配的斜角；

上导套的内腔与大阀芯的两级台体相匹配，且上导套内腔端面到阀座机构内侧凸起的垂直高度应等于小阀芯高度的1/3～2/3加上大阀芯下台体高度。

2.如权利要求1所述的多层螺旋式多孔降压调节阀，其特征在于：阀座、阀座套、套筒均为圆筒状且共轴线；大阀芯、小阀芯均为两级圆台且它们与阀座共轴线。

3.如权利要求1所述的多层螺旋式多孔降压调节阀，其特征在于：套筒层数为7或8层。

4.如权利要求1所述的多层螺旋式多孔降压调节阀，其特征在于：阀座套层数为1或2层。

5.如权利要求1所述的多层螺旋式多孔降压调节阀，其特征在于：最内层套筒的节流孔孔径为最外层套筒节流孔孔径的2/5～3/5，内层套筒节流孔被相邻外层套筒遮挡掉的面积为其原面积的2/5～3/5。

6.如权利要求1所述的多层螺旋式多孔降压调节阀，其特征在于：阀座套与阀座外壁贴合。

7.如权利要求1所述的多层螺旋式多孔降压调节阀，其特征在于：大阀芯、小阀芯上阶梯孔均为3个。

8.如权利要求1所述的多层螺旋式多孔降压调节阀，其特征在于：在大阀芯和小阀芯上还各开有一周配重孔，配重孔与阶梯孔交错排列，且每周配重孔的数量为3个。

9.如权利要求1所述的多层螺旋式多孔降压调节阀，其特征在于：压缩弹簧下端抵在小阀芯的顶端上。