CN105402428A - 一种自密封精确可调式高压开关阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种自密封精确可调式高压开关阀，包括主阀体；所述主阀体上设计有入口管接头；所述主阀体的两侧分别安装有上阀盖和下阀盖；所述上阀盖与驱动装置连接；所述驱动装置的输出轴与传动轴连接；所述传动轴上设计有传动轴流通孔；所述传动轴与上阀片浮动连接；所述上阀片与下阀片贴合；所述下阀片与出口管接头连接；所述上阀片和下阀片上分别设计有上阀片过流孔和下阀片过流孔。通过将上阀片与传动轴设计成浮动连接，使上阀片与下阀片贴合更加紧密牢靠；通过控制传动轴的旋转角度来调节过流面积的大小，不仅降低驱动力矩，还提高阀的动态性能；通过将上阀片过流孔和下阀片过流孔设计成平面孔型，有助于实现流体流量的精确调节。

Description

一种自密封精确可调式高压开关阀

技术领域

本发明涉及阀门技术领域，尤其涉及一种自密封精确可调式高压开关阀。

背景技术

阀门是石油、化工、发电厂、管道输运、造船业、核工业、各种低温工程、宇航以及海洋采油等行业中不可缺少的流体控制设备，在管道流体系统中发挥控制流体的方向、压力和流量的作用。从阀门的原理、作用及结构类型上，阀门可以分为闸阀、截止阀、节流阀、仪表阀、柱塞阀、隔膜阀、旋塞阀、球阀、蝶阀、止回阀、安全阀等。

具有流量调节及开关作用的截止阀的应用非常广泛，其主要釆用塞形的阀瓣作为启闭件，通过外力驱动启闭件沿阀座中心线移动，实现流量调节及开关作用。根据流体流道形状设计的截止阀又可以分为直通式截止阀、直流式截止阀、角式截止阀以及柱塞式截止阀。截止阀属于强制密封式阀门，所以在阀门关闭时，必须向阀瓣施加压力，以保证密封面不泄漏；当介质由阀瓣下方进入阀门时，操作力需要克服来自阀杆与填料的摩擦力以及由介质产生的推力。

自从密封截止阀出现以后，该类截止阀的介质流向改由阀瓣上方进入阀腔；虽然在介质压力作用下，关阀门的力变小，但开阀门的力同样很大；由于流体压力及系统摩擦的影响及驱动机构的功率受限，导致该类截止阀驱动负载变大、开关动作的响应速度变慢、驱动机构庞大冗肿及驱动能耗增大。此外，由于阀口开启时节流口是空间三维形状，导致节流面积难以控制，很难达到精细节流的效果。因此有必要设计一种自密封精确可调式高压开关阀，用于流体流量的精确调节及流体的快速切断与导通。

发明内容

本发明的目的就是为了解决上述问题，提出了一种高压节流开关阀，针对现有截止阀在实际使用中存在诸多不足，运用现代机械设计理论和理念，意在设计一种自密封精确可调式高压开关阀，从而精确调节流体流量和快速控制阀门的开闭。

为了实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

一种自密封精确可调式高压开关阀，包括主阀体；所述主阀体上设计有入口管接头；所述主阀体的两侧分别安装有上阀盖和下阀盖；所述上阀盖上设计有转角检测装置，用以检测传动轴转过的角度；所述上阀盖与驱动装置连接；所述驱动装置的输出轴与传动轴连接；所述传动轴上设计有传动轴流通孔；所述传动轴安装在上阀盖内；所述传动轴的末端与上阀片浮动连接；所述上阀片与下阀片贴合；所述下阀片安装在下阀盖上；所述下阀片与下阀盖内的出口管接头连接；所述上阀片和下阀片上设计有过流孔；调节流体流通。

所述上阀片的端面为平面；所述上阀片包括上阀片密封面；所述上阀片密封面上设计有上阀片过流孔；所述上阀片边缘设计有上阀片槽孔。

所述下阀片的端面为平面；所述下阀片包括下阀片密封面；所述下阀片密封面上设计有下阀片过流孔。

所述上阀片过流孔和下阀片过流孔结构相同且为平面孔型；在阀门关闭时，上阀片过流孔和下阀片过流孔均能同时被堵住，以实现高压密封；在阀门打开时，传动轴转过一定角度后，上阀片过流孔和下阀片过流孔部分重合或重合产生一定过流面积，以实现高压节流。

所述传动轴末端设计有至少两个传动销孔和至少三个弹簧安装孔；所述传动销孔安装传动销；所述弹簧安装孔安装弹簧；所述传动销和弹簧与上阀片连接；从而实现传动轴与上阀片的浮动连接。

所述上阀片与传动轴之间留有轴向间隙；上阀片与下阀片贴合时弹簧处于压缩状态，从而使上阀片在高压环境下与下阀片贴合更加紧密。

所述转角检测装置的旋转轴与传动轴连接；用于检测传动轴的转动角度；根据转动角度与过流面积之间的函数关系，可以通过转动角度直接计算过流面积的大小，从而实现高压精确节流。

所述上阀盖内设计有转动支撑；所述转动支撑与传动轴连接。

所述下阀片通过导流套与出口管接头连接；所述导流套安装在下阀盖内。

所述上阀盖与主阀体之间和下阀盖与主阀体之间都采用密封圈Ⅱ密封。

所述传动轴与上阀盖之间采用密封圈Ⅰ密封。

所述传动轴上设计有轴肩；所述轴肩限制传动轴的轴向移动。

所述传动轴流通孔一端与入口管接头连通，另一端与上阀片连通。

所述上阀片与下阀片材料采用硬质合金，或者上阀片与下阀片贴合面处采用金刚石涂层或镶有金刚石薄片。

所述驱动装置为气动或液动或电动驱动装置，该装置用于手动或自动调节阀口过流面积，且能够实现阀的打开与关闭。

所述高压节流开关阀的使用方法，具体步骤如下：

(1)当开关阀初始状态关闭时，传动轴不旋转，上阀片流体孔与下阀片流体孔不重合；高压流体充满主阀体；高压流体和弹簧使上阀片与下阀片紧密贴合，防止高压流体流出；

(2)当调节高压流体流量时，根据所要的高压流体的流量，计算出过流面积，然后得出传动轴的旋转角度；

驱动装置驱动传动轴旋转，传动轴带动上阀片转动，上阀片的转动使上阀片过流孔与下阀片过流孔重合，形成过流面积；高压流体从而入口管接头流入，依次流经传动轴流通孔、上阀片过流孔、下阀片过流孔和导流套，最后通过出口管接头流出；高压流体和弹簧使上阀片与下阀片始终贴合；

通过控制传动轴的旋转角度和检验转角检测装置实时反馈的传动轴旋转角度，实现精确调节高压流体的流量。

本发明的有益效果是：

本发明是一种自密封精确可调式高压开关阀，通过将上阀片与传动轴设计成浮动连接，充分利用开关阀内的高压流体，使上阀片与下阀片贴合更加紧密牢靠；在开闭阀时，通过控制传动轴的旋转角度调节过流面积的大小来实现，不仅降低驱动力矩，减小驱动装置的尺寸，还提高阀的动态性能；通过将上阀片过流孔和下阀片过流孔设计成平面孔型，方便过流面积与传动轴旋转角度建立函数关系，进而实现流体流量的精确调节；本申请设计的开关阀具有结构简单、调节精确及性能可靠的优点。

附图说明

图1为本发明开关阀的主剖视图；

图2为本发明上阀片的结构图；

图3为本发明下阀片的结构图；

图4为本发明关阀时上下阀片相对位置图；

图5为本发明开阀时上下阀片相对位置图；

图6为本发明上阀片和下阀片安装示意图；

图7为本发明上阀片与下阀片构成的过流面积与传动轴旋转角度关系图。

其中：1.上阀盖，2.密封圈Ⅰ，3.传动轴，4.主阀体，5.上阀片，6.下阀片，7.导流套，8.出口管接头，9.下阀盖，10.传动销，11.弹簧，12.密封圈Ⅱ，13.螺栓，14.入口管接头，15.轴肩，16.转动支撑，17.转角检测装置，18.驱动装置，19.高压流体，20.上阀片密封面，21.下阀片密封面，22.上阀片过流孔，23.上阀片槽孔，24.下阀片过流孔，25.传动轴流通孔，26.弹簧安装孔，27.传动销孔，28.轴向间隙，29.过流面积。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明做进一步说明：

如图1所示，一种自密封精确可调式高压开关阀，包括主阀体4；主阀体4上设计有入口管接头14；主阀体4的两侧分别安装有上阀盖1和下阀盖9；上阀盖1上设计有转角检测装置17，用以检测传动轴3转过的角度；上阀盖1与驱动装置18连接；驱动装置18的输出轴与传动轴3连接；传动轴3上设计有传动轴流通孔25；传动轴3安装在上阀盖1内；传动轴3的末端与上阀片5浮动连接；上阀片5与下阀片6贴合；下阀片6安装在下阀盖9上；下阀片6与下阀盖9内的出口管接头8连接；上阀片5和下阀片6上设计有过流孔；调节流体流通。

如图2和图3所示，上阀片5和下阀片6的端面为平面；上阀片5包括上阀片密封面20；上阀片密封面20上设计有上阀片过流孔22；上阀片密封面20的边缘设计有上阀片槽孔23。

下阀6片包括下阀片密封面21；下阀片密封面21上设计有下阀片过流孔24；下阀片过流孔22和下阀片过流孔24结构相同且为平面孔型。

如图4所示，在阀门关闭时，上阀片过流孔22和下阀片过流孔24均能同时被堵住，以实现高压密封。

如图5所示，在阀门打开时，传动轴3转过一定角度后，上阀片过流孔22和下阀片过流孔24部分重合或重合产生一定过流面积29，以实现高压节流。

如图7所示，过流面积29与传动轴3旋转角度θ之间通过数学运算可以建立函数关系，该函数关系为：

θ＝f(A)(1)

A＝10Q[5ρ/(C_dΔP)]^0.5(2)

A为过流面积，单位为：mm²；Q为流量，单位为：L/s；ρ为流体密度，单位：g/cm³；C_d为流量系数，无因次；ΔP为阀内与阀出口的压力差，单位：MPa。

依据式(2)，可以根据给定的压力与流量计算出所需的过流面积A，在依据过流面积A与传动轴旋转角度θ关系式(1)，选择合适的转角大小，达到流量的精细调节。

如图6所示，传动轴3末端设计有至少两个传动销孔27和至少三个弹簧安装孔26；传动销孔27安装传动销10；弹簧安装孔26安装弹簧11；传动销10和弹簧11与上阀片5连接；从而实现传动轴3与上阀片5的浮动连接。

上阀片5与传动轴3之间留有轴向间隙28；上阀片5与下阀6片贴合时弹簧11处于压缩状态，从而使上阀片5在高压环境下与下阀片6贴合更加紧密。

转角检测装置17的旋转轴与传动轴3连接；用于检测传动轴3的转动角度；根据转动角度与过流面积之间的函数关系，可以通过转动角度直接计算过流面积的大小，从而实现高压精确节流。

上阀盖1内设计有转动支撑16；所述转动支撑16与传动轴3连接。

下阀片6通过导流套7与出口管接头8连接；所述导流套7安装在下阀盖9内。

上阀盖1和下阀盖9通过螺栓13安装在主阀体4上。

上阀盖1与主阀体4之间和下阀盖9与主阀体4之间都采用密封圈Ⅱ12密封。

传动轴3与上阀盖1之间采用密封圈Ⅰ2密封。

传动轴3上设计有轴肩15；轴肩15限制传动轴3的轴向移动。

传动轴流通孔25一端与入口管接头14连通，另一端与上阀片5连通。

上阀片5与下阀片6材料采用硬质合金，或者上阀片5与下阀片6贴合面处采用金刚石涂层或镶有金刚石薄片。

驱动装置18为气动或液动或电动驱动装置，该装置用于手动或自动调节阀口的过流面积29，且能够实现阀的打开与关闭。

本发明一种高压节流开关阀的工作过程如下：

本发明的开关阀初始状态为关闭状态，此时传动轴3旋转角度θ＝0，上阀片5在高压流体19的作用下紧紧压在下阀片6上，实现高压密封；根据所需达到的压力ΔP、流经阀的流量Q与流体密度ρ，采用式(2)计算出所计算出的过流面积29，然后根据式(1)计算传动轴3所需旋转角度θ，采用驱动装置18驱动传动轴3旋转，并采用转角检测装置18检测反馈，使传动轴3旋转到θ角，传动轴3在旋转过程中，通过传动销10带动上阀片5旋转，在一定的旋转角度之后，上阀片过流孔22与下阀片过流孔24形成了流通面积29，上阀片5在高压流体19的作用下一直会紧紧压在下阀片6上，此时，高压流体19从入口管接头14流入主阀体4，然后经过传动轴3上的流通孔25及其与上阀片5之间的间隙25流入通流面积29中，流经导流套7并经出口管接头8流出，进而实现高压流体的精细节流。

本发明开关阀关闭阀口时，将驱动装置18反向运动带动传动轴3旋转，经转角检测装置18检测反馈至θ＝0处停止，即可实现阀口的关闭。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种自密封精确可调式高压开关阀，其特征是，包括主阀体；所述主阀体上设计有入口管接头；所述主阀体的两侧分别安装有上阀盖和下阀盖；所述上阀盖与驱动装置连接；所述驱动装置的输出轴与传动轴连接；所述传动轴上设计有传动轴流通孔；所述传动轴与上阀片浮动连接；所述上阀片与下阀片贴合；所述下阀片与出口管接头连接；所述上阀片和下阀片上分别设计有上阀片过流孔和下阀片过流孔；所述主阀体通过入口管接头流入高压流体，所述高压流体依次流经传动轴流通孔、上阀片过流孔和下阀片过流孔，最后通过出口管接头流出。

2.如权利要求1所述的一种自密封精确可调式高压开关阀，其特征是，所述上阀片包括上阀片密封面；所述上阀片密封面上设计有上阀片过流孔；所述上阀片边缘设计有上阀片槽孔；所述上阀片密封面为平面。

3.如权利要求1所述的一种自密封精确可调式高压开关阀，其特征是，所述下阀片包括下阀片密封面；所述下阀片密封面上设计有下阀片过流孔；所述下阀片密封面为平面；所述上阀片过流孔和下阀片过流孔结构相同。

4.如权利要求1所述的一种自密封精确可调式高压开关阀，其特征是，所述传动轴通过转动支撑安装在上阀盖内；所述传动轴上还安装有用于检测传动轴旋转角度的转角检测装置。

5.如权利要求1所述的一种自密封精确可调式高压开关阀，其特征是，所述传动轴末端设计有至少两个传动销孔和至少三个弹簧安装孔；所述传动销孔安装传动销；所述弹簧安装孔安装弹簧；所述传动销和弹簧分别与上阀片连接；所述上阀片与传动轴之间留有轴向间隙。

6.如权利要求1所述的一种自密封精确可调式高压开关阀，其特征是，所述上阀片过流孔在传动轴的旋转下与下阀片过流孔配合形成过流面积；所述过流面积的大小取决于传动轴的旋转角度。

7.如权利要求1所述的一种自密封精确可调式高压开关阀，其特征是，所述上阀盖与主阀体之间和下阀盖与主阀体之间都采用密封圈Ⅱ密封；所述传动轴与上阀盖之间采用密封圈Ⅰ密封。

8.如权利要求1所述的一种自密封精确可调式高压开关阀，其特征是，所述上阀片与下阀片材料采用硬质合金或上阀片与下阀片贴合面处采用金刚石涂层或镶有金刚石薄片。

9.如权利要求1所述的一种自密封精确可调式高压开关阀，其特征是，所述上阀片通过导流套与出口管接头连接；所述下阀片和导流套依次安装在下阀盖内。

10.一种自密封精确可调式高压开关阀的使用方法，其特征是，包括以下步骤：

(1)当开关阀初始状态关闭时，传动轴不旋转，上阀片流体孔与下阀片流体孔不重合；高压流体充满主阀体；高压流体和弹簧使上阀片与下阀片紧密贴合，防止高压流体流出；

(2)当调节高压流体流量时，根据所要的高压流体的流量，计算出过流面积，然后得出传动轴的旋转角度；

驱动装置驱动传动轴旋转，传动轴带动上阀片转动，上阀片的转动使上阀片过流孔与下阀片过流孔重合，形成过流面积；高压流体从而入口管接头流入，依次流经传动轴流通孔、上阀片过流孔、下阀片过流孔和导流套，最后通过出口管接头流出；高压流体和弹簧使上阀片与下阀片始终贴合；

通过控制传动轴的旋转角度和检验转角检测装置实时反馈的传动轴旋转角度，实现精确调节高压流体的流量。