CN104197056A - 可调流量动态平衡阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可调流量动态平衡阀，它能实现管道系统中动态流量的平衡和实时调控，其结构主要是由阀体、阀盖、阀杆、电动执行器和阀芯等构成，并在阀芯内增设有阀瓣、导套、定位套、弹簧座和弹簧，通过阀芯内的弹簧预紧力来控制导套和弹簧套在阀芯内的轴向移动，进而起到阀门的流量平衡作用；此外，在阀芯内还设有与定位套配装的阀瓣，阀瓣上设有阀瓣缺口，定位套上设有定位套缺口，通过指示盘和电动执行器来分别带动阀杆的旋转运动和上、下升降移动，进而控制阀门的出水口面积，并有效实现阀门的流量实时调控作用，改进后的动态平衡阀达到了管道系统中动态流量的平衡和实时调节，并具有生产成本低、效果好、能有效节约能源等优点。

Description

可调流量动态平衡阀

技术领域

本发明涉及一种管道阀门中的平衡阀结构，具体是指可调流量动态平衡阀。

背景技术

动态平衡阀用于需要进行流量控制的管道系统中，尤其适用于供热、空调等非腐蚀性液体介质的流量控制，可使系统流量自动恒定在要求的设定值，从而自动消除系统中因各种因素引起的水力失调现象，保持用户所需流量，克服“冷热不均”，提高供热、及空调的室温合格率，有效地克服“大流量，小温差”的不良运行方式，提高系统能效，实现经济运行。目前，可调流量动态平衡阀常采用膜片式结构，如公开的中国专利号为200420069013.6的“动态平衡阀”，它是通过膜片来带动阀瓣的上、下运动，从而实现阀门的流量调控，这种结构的阀门在开启高度小于1/4时往往出现阀门的压差波动频繁而造成流量控制不精确、并且会发生介质通过阀门产生叫声等现象。还有公开的中国专利号为201220456630.6的“一种电动动态平衡阀”，它主要采用阀杆驱动阀芯的形式来进行的流量调节，但是结构设计过于复杂、生产成本高、流量调节较为不便。因此，针对现有可调流量动态平衡阀所存在的缺陷和不足，设计一种结构简单、操作方便、在不影响阀权开度的情况下来达到流量控制精确的可调流量动态平衡阀是十分有必要的。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于克服现有技术的缺陷而提供一种成本低、效果好、可达到管道系统中动态流量的平衡和实时调控、有效节约能源的可调流量动态平衡阀。

本发明的技术问题通过以下技术方案实现：

一种可调流量动态平衡阀，包括阀体、阀盖、阀杆、阀芯和电动执行器；所述的阀体两端分别设有互相连通的进口端和出口端；所述的阀芯设置在阀体内的进、出口端之间；所述的阀杆活动密封安装在阀盖内，该阀杆下端伸入阀体连接阀芯、上端伸出阀盖连接指示盘和电动执行器，并受指示盘驱动作旋转运动和受电动执行器驱动作上、下升降移动；所述的阀芯包括固定安装在阀体内的阀芯套，该阀芯套内设有阀芯腔，在阀芯腔的下端设有与阀体进口端相连通的进水口，在阀芯腔的腔壁上设有多个分别连通阀芯腔和阀体出口端的出水口，阀芯腔内设有安装在阀杆下端的阀瓣，所述的阀芯腔内还设有弹簧座和定位套，阀芯腔的进水口设有轴向活动密封安装的导套；所述的弹簧座是一个由圆环和连体设置在圆环上的撑架构成的框架结构，该圆环嵌装在导套的顶面上，该撑架与阀芯腔的内顶面之间设有互相顶推的弹簧；所述的定位套是一个横截面呈倒“U”型的盖状结构，该定位套安装在弹簧座内，定位套的顶面向上延伸出轴套，且轴套穿过弹簧座、阀芯套配装在阀盖内，轴套与阀芯套之间设为密封固定连接，所述定位套的倒“Ｕ”型侧壁向下延伸入导套内，该定位套的侧壁外圆周面与导套的内圆周面之间作活动接触，在定位套的侧壁上还设有定位套缺口；所述的阀瓣也是一个横截面呈倒“Ｕ”型的盖状结构，该阀瓣配装在定位套内，阀瓣的倒“Ｕ”型侧壁向下延伸入导套内，且阀瓣的侧壁外圆周面与导套的内圆周面之间作活动接触，在阀瓣的侧壁上设有阀瓣缺口；所述的阀杆下端活动穿过定位套的轴套固定连接在阀瓣上。

所述阀芯的流量调节需符合以下公式：

式中，Q为流量，Kv为流量系数，△P为阀门进出口的压差。

所述的阀芯套是由设置在底部的箱体和设置在顶部并密封扣合在箱体上的箱盖构成，所述定位套的轴套与箱盖之间设为密封固定连接，所述的进水口设置在箱体下端，多个出水口设置在箱体的箱壁上。

所述的定位套的轴套与箱盖之间的密封固定连接结构是箱盖内顶面设有向下延伸的内延伸套，所述的轴套配装在该内延伸套内，在轴套与内延伸套之间设有互相密封的“O”型圈，在内延伸套顶面设有固定轴套的对开环和锁紧螺母。

所述的导套顶面设有与所述弹簧座的圆环相配装的安装环槽。

所述弹簧座的撑架是由三角形状的顶板和顶板的三个角上分别向下延伸并连接在圆环上的立柱构成。

所述的阀瓣侧壁底部设有一圈外肩，该外肩的外圆周面与导套的内圆周面之间作活动接触；所述的定位套侧壁紧贴阀瓣侧壁向下延伸入导套内，该定位套侧壁的下端配装在阀瓣侧壁的外肩上。

所述的导套上端口部设为倒锥形口。

所述阀体的进口端和出口端均设有连接法兰，所述的进、出口端的连接法兰上分别设有测压接头。

所述的阀杆与阀盖之间设有安装套和刻度盘，该刻度盘嵌装在阀盖顶面，并与所述阀杆上的指示盘形成配套指示。

与现有技术相比，本发明主要是对阀体内的阀芯进行了改进，它是在阀芯内增设有阀瓣、导套、定位套、弹簧座和弹簧，通过阀芯内的弹簧预紧力来控制导套和弹簧套在阀芯内的轴向移动，进而起到阀门的流量平衡作用；此外，在阀芯内还设有与定位套配装的阀瓣，阀瓣上设有阀瓣缺口，定位套上设有定位套缺口，通过指示盘和电动执行器来分别带动阀杆的旋转运动和上、下升降移动，进而控制阀门的出水口面积，并有效实现阀门的流量实时调控作用，改进后的动态平衡阀达到了管道系统中动态流量的平衡和实时调节，并具有生产成本低、效果好、能有效节约能源等优点。

附图说明

图1为本发明的剖视结构示意图。

图2为阀芯的剖视结构示意图。

图3为阀芯套的剖视结构示意图。

图4为导套的剖视结构示意图。

图5为弹簧座的结构示意图。

图6为图5的俯视图。

图7为图5的立体图。

图8为定位套的剖视结构示意图。

图9为阀瓣的剖视结构示意图。

图10为图9的仰视图。

图11为图9的立体图。

具体实施方式

下面将按上述附图对本发明实施例再作详细说明。

如图1至图11所示，1.阀体、11.进口端、12.出口端、2.阀座、3.阀芯、30.导套、301.安装环槽、302.倒锥形口、31.箱体、311.进水口、312.出水口、32.阀瓣、321.安装孔、322.阀瓣缺口、323.外肩、33.定位套、331.轴套、332.定位套缺口、34.弹簧座、341.圆环、342.立柱、343.顶板、344.凸环、345.圆孔、35.弹簧、36.箱盖、361.内延伸套、37.对开环、38.锁紧螺母、39.阀芯腔、4.测压接头、5.指示盘、6.电动执行器、7.刻度盘、8.阀杆、9.安装套、10.阀盖。

可调流量动态平衡阀，如图1所示，它是一种能达到管道系统中动态流量的平衡和实时调控的平衡阀，其结构主要是由阀体1、阀盖10、阀杆8、电动执行器6和阀芯3等构成。

所述的阀体1具有一个水平贯通的阀腔，在阀腔的两端分别设有互相连通的进口端11和出口端12，进、出口端按照图1所示分别设置在左、右两侧，在进、出口端均采用法兰连接方式，在连接法兰上均设有测压接头4，通过测压接头测得的压差值可以用来判断外接水泵的功率是否过大。

所述的阀芯3设置在阀腔内的进、出口端11、12之间，该阀芯3的轴心线需与进、出口端11、12的水道连线呈一定角度倾斜安装；所述的阀芯如图2所示，其包括一个固定安装在阀腔内的阀芯套，该阀芯套如图3所示，其内设有阀芯腔39，阀芯套是由设置在底部的箱体31和设置在顶部并螺纹密封扣合在箱体上的箱盖36构成，该箱体31底面通过阀腔内的阀座2进行定位安装，箱体31与阀腔的内壁之间设有“O”型圈形成密封，该箱盖36顶面由通过六角头螺栓和弹簧垫片密封连接在阀体1顶面的中法兰面上的阀盖10进行顶紧；同时，箱盖36内顶面设有向下延伸入阀芯腔39内的内延伸套361，箱体31下端、即阀芯腔39的下端设有与阀体1的进口端11相连通的进水口311，该进水口处设有轴向活动密封安装的导套30，且导套如图4所示，其横截面设为“T”字型，故导套30轴向向下活动时就不会从箱体31上脱落，而“T”字型的导套30顶面设有一圈安装环槽301，“T”字型的导套外圆周面与箱体31之间设有“O”型圈，以作为动密封件；所述的箱体31箱壁、即阀芯腔39的腔壁上还设有多个圆周均布呈四方形的出水口312，每个出水口均用于分别连通阀芯腔39和阀体1的出口端12。

所述的阀芯腔39内还设有弹簧座34、定位套33和阀瓣32；所述的弹簧座如图5至图7所示，它是一个由圆环341和连体设置在圆环上的三角形撑架共同构成的框架结构，该圆环341嵌装在导套30顶面的安装环槽301内，该三角形撑架是由三角形状的顶板343和顶板的三个角上分别向下延伸并连体连接在圆环341上的立柱342构成，在顶板343的圆心处设有向上凸起的凸环344，凸环的圆心处设有上、下贯穿的圆孔345，在凸环344与阀芯腔39的内顶面之间设有互相顶推的弹簧35，该弹簧套装在箱盖36的内延伸套361外，且内延伸套正好活动伸入凸环344的圆孔345内，故在弹簧35的弹力作用下能始终顶推弹簧座34和导套30作同步向下移动，而内延伸套361活动配装在凸环344的圆孔345内又能起到弹簧座34的移动导向作用，并使得弹簧座34在阀芯腔39内形成定向移动。

所述的定位套33如图8所示，它是一个横截面呈倒“U”型的盖状结构，该定位套33安装在弹簧座34内，定位套33的顶面向上延伸出轴套331，且轴套穿过弹簧座34的圆孔345和箱盖36的内延伸套361而配装在阀盖10内，轴套331与内延伸套361之间设为密封固定连接，其连接结构为：在轴套331与内延伸套361之间设有密封安装的“O”型圈，在内延伸套361顶面设有安装槽，该安装槽内嵌装有卡合轴套331的对开环37和螺纹旋紧的锁紧螺母38，以便于实现轴套331与内延伸套361之间的固定关系。所述定位套33的倒“Ｕ”型侧壁则向下延伸入导套30内，该定位套33的侧壁外圆周面与导套30的内圆周面之间作活动接触，在定位套33的侧壁上还设有呈“门”字型的定位套缺口332，即定位套类似于半圆桶形。

所述的阀瓣32如图9至图11所示，它也是一个横截面呈倒“Ｕ”型的盖状结构，该阀瓣32配装在定位套33内，阀瓣32的顶面设有上、下贯穿的安装孔321，阀瓣32的倒“Ｕ”型侧壁向下延伸入导套30内，在阀瓣32侧壁底部设有一圈外肩323，该外肩的外圆周面与导套30的内圆周面之间作活动接触，而定位套33的侧壁则紧贴阀瓣32侧壁向下延伸入导套30内，且定位套33侧壁的下端正好配装在阀瓣32侧壁的外肩323上；所述定位套33的侧壁上也设有呈“门”字型的阀瓣缺口322，即阀瓣32也类似于半圆桶形。同时，为了便于阀瓣32侧壁和定位套33侧壁方便进出导套30，还可将导套的上端口部设为倒锥形口302。

所述的阀杆8活动安装在阀盖10内，该阀杆8下端穿过定位套33上的轴套331伸入阀瓣32的安装孔321内，并通过六角螺母而将阀瓣32与阀杆8下端固定成一体；所述的阀杆8上端伸出阀盖10连接有电动执行器6，该电动执行器经固定销安装在阀盖10顶面，并可驱动阀杆8作上、下升降移动；所述的阀杆8与阀盖10之间设有密封安装的安装套9，阀杆8伸出阀盖10的顶部设有配套指示的指示盘5和刻度盘7，该指示盘5通过销钉固定在阀杆8上，该刻度盘7嵌装固定在阀盖10顶面，故操作指示盘5转动即可带动阀杆8作旋转运动，进而通过指示盘2和刻度盘7的结合来进行阀门开度的精确指示。

该动态平衡阀的阀芯工作过程为：阀芯3主要通过导套30和弹簧座34的伸缩来控制阀芯3内的流量恒定，当流量过大时，就会推动导套30和弹簧座34作轴向向上移动，即向阀芯腔39内收缩，并导致弹簧35收缩后的预紧力变大，从而使进、出水口311、312的压差保持恒定值，并促使阀芯3输出的流量也等于恒定值；当流量减少时，导套30和弹簧座34在弹簧35的弹力作用下作轴向向下移动，即向阀芯腔39的进水口311伸出，从而使阀芯3的输出流量再次保持恒定。

该动态平衡阀的阀芯流量调控过程为：转动阀盖10顶部的指示盘5并带动阀杆8同步转动，阀杆就会带动阀瓣32相对定位套33作旋转运动，此时阀瓣缺口322和定位套缺口332相互配合即可进行出水口312面积大小的设定，也就是能设定阀芯3的最大输出流量值，该最大输出流量值可配合阀盖10上的刻度盘7进行精确指示。

该动态平衡阀在测试过程一旦发现输出流量过大时，可通过电动执行器6来控制阀杆8的上、下升降移动，进而带动阀瓣32也形成上、下升降移动而对阀芯3出水口312面积进行微调，从而实现输出流量微调的功能，如阀芯3出水口312的输出流量值为5m³/h，而通过电动执行器6就能调节流量值范围为0～5之间的任意流量值。

本发明的流量调节工作原理需符合以下公式：

式中，Q为阀芯流量，Kv为流量系数，△P为阀体进、出口端的压差。

动态平衡阀主要利用弹簧预紧力原理使△P数值为一个固定数，并且不会随着进水口的压力变化而产生数值变动，故△P数值的大小是由弹簧预紧力所决定的，并可通过以下推导公式加以说明：

F1 = F2+FSP 

P1*A1 = P2*A2+FSP

设计时: D1=D2  => A1=A2 = A‘

P1*A’ = P2*A’ + FSP

P1*A’ - P2*A’ = FSP

(P1 – P2)*A’ = FSP

P1 –P2 = FSP / A’  ~  恒定数值

式中，F1:压紧力 F2:支承力 FSP:弹簧力，D1：进水口直径  D2:出口水直径  P1：进水压力 P2：出水压力。

所述的Kv为流量系数，其数值的大小由出水口面积所决定的，能随着阀瓣相对定位套的运动而实现出水口面积的增大而增大，当阀瓣的开度固定后，动态平衡阀的出水口面积为一个固定数，此时Kv数值也是一个固定数；因此，根据公式，Kv和△P的数值为固定数时，Q值也将是一个恒定数，这就是阀门流量输出恒定的原理。

Claims (10)

1.一种可调流量动态平衡阀，包括阀体（1）、阀盖（10）、阀杆（8）、阀芯（3）和电动执行器（6）；所述的阀体（1）两端分别设有互相连通的进口端（11）和出口端（12）；所述的阀芯（3）设置在阀体（1）内的进、出口端（11、12）之间；所述的阀杆（8）活动密封安装在阀盖（10）内，该阀杆（8）下端伸入阀体（1）连接阀芯（3）、上端伸出阀盖（10）连接指示盘（5）和电动执行器（6），并受指示盘（5）驱动作旋转运动和受电动执行器（6）驱动作上、下升降移动；所述的阀芯（3）包括固定安装在阀体（1）内的阀芯套，该阀芯套内设有阀芯腔（39），在阀芯腔的下端设有与阀体（1）进口端（11）相连通的进水口（311），在阀芯腔（39）的腔壁上设有多个分别连通阀芯腔（39）和阀体（1）出口端（12）的出水口（312），阀芯腔（39）内设有安装在阀杆（8）下端的阀瓣（32），其特征在于：

a、所述的阀芯腔（39）内还设有弹簧座（34）和定位套（33），阀芯腔（39）的进水口（311）设有轴向活动密封安装的导套（30）；

b、所述的弹簧座（34）是一个由圆环（341）和连体设置在圆环上的撑架构成的框架结构，该圆环（341）嵌装在导套（30）的顶面上，该撑架与阀芯腔（39）的内顶面之间设有互相顶推的弹簧（35）；

c、所述的定位套（33）是一个横截面呈倒“U”型的盖状结构，该定位套（33）安装在弹簧座（34）内，定位套（33）的顶面向上延伸出轴套（331），且轴套穿过弹簧座（34）、阀芯套配装在阀盖（10）内，轴套（331）与阀芯套之间设为密封固定连接，所述定位套（33）的倒“Ｕ”型侧壁向下延伸入导套（30）内，该定位套（33）的侧壁外圆周面与导套（30）的内圆周面之间作活动接触，在定位套（33）的侧壁上还设有定位套缺口（332）；

d、所述的阀瓣（32）也是一个横截面呈倒“Ｕ”型的盖状结构，该阀瓣（32）配装在定位套（33）内，阀瓣（32）的倒“Ｕ”型侧壁向下延伸入导套（30）内，且阀瓣（32）的侧壁外圆周面与导套（30）的内圆周面之间作活动接触，在阀瓣（32）的侧壁上设有阀瓣缺口（322）；

e、所述的阀杆（8）下端活动穿过定位套（33）的轴套（331）固定连接在阀瓣（32）上。

2.根据权利要求1所述的可调流量动态平衡阀，其特征在于所述阀芯（3）的流量调节需符合以下公式：

式中，Q为流量，Kv为流量系数，△P为阀门进出口的压差。

3.根据权利要求1所述的可调流量动态平衡阀，其特征在于所述的阀芯套是由设置在底部的箱体（31）和设置在顶部并密封扣合在箱体（31）上的箱盖（36）构成，所述定位套（33）的轴套（331）与箱盖（36）之间设为密封固定连接，所述的进水口（311）设置在箱体（31）下端，多个出水口（312）设置在箱体（31）的箱壁上。

4.根据权利要求3所述的可调流量动态平衡阀，其特征在于所述的定位套（33）的轴套（331）与箱盖（36）之间的密封固定连接结构是箱盖（36）内顶面设有向下延伸的内延伸套（361），所述的轴套（331）配装在该内延伸套（361）内，在轴套（331）与内延伸套（361）之间设有互相密封的“O”型圈，在内延伸套（361）顶面设有固定轴套（331）的对开环（37）和锁紧螺母（38）。

5.根据权利要求1所述的可调流量动态平衡阀，其特征在于所述的导套（30）顶面设有与所述弹簧座（34）的圆环（341）相配装的安装环槽（301）。

6.根据权利要求1所述的可调流量动态平衡阀，其特征在于所述弹簧座（34）的撑架是由三角形状的顶板（343）和顶板的三个角上分别向下延伸并连接在圆环（341）上的立柱（342）构成。

7.根据权利要求1所述的可调流量动态平衡阀，其特征在于所述的阀瓣（32）侧壁底部设有一圈外肩（323），该外肩的外圆周面与导套（30）的内圆周面之间作活动接触；所述的定位套（33）侧壁紧贴阀瓣（32）侧壁向下延伸入导套（30）内，该定位套（33）侧壁的下端配装在阀瓣（32）侧壁的外肩（323）上。

8.根据权利要求1所述的可调流量动态平衡阀，其特征在于所述的导套（30）上端口部设为倒锥形口（302）。

9.根据权利要求1所述的可调流量动态平衡阀，其特征在于所述阀体（1）的进口端（11）和出口端（12）均设有连接法兰，所述的进、出口端的连接法兰上分别设有测压接头（4）。

10.根据权利要求1所述的可调流量动态平衡阀，其特征在于所述的阀杆（8）与阀盖（10）之间设有安装套（9）和刻度盘（7），该刻度盘嵌装在阀盖（10）顶面，并与所述阀杆（8）上的指示盘（5）形成配套指示。