CN106195280B - 一种带有预启结构的低噪声调节阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带有预启结构的低噪声调节阀，包括三通阀体、上盖板、阀杆、预启柱塞、预启阀座、阀头、大流量节流元件，上盖板的中心位置安装压紧件，阀杆的端部与预启柱塞的上端固连，阀头的下端卡在三通阀体的底部，阀头的中间位置固连有挡板，预启阀座固定安装在阀头的底端，且挡板与预启阀座均位于阀头内，阀头上还设置有窄缝流道，阀杆上套有压簧，且压簧的一端与压紧件固连、另一端与挡板固连，预启柱塞的下端设置有至少一级的环形凹槽，预启阀座的上端设置有至少一级的环形凸起，且环形凹槽与环形凸起配合后形成迷宫式预启结构。本发明能有效降低阀门初始提升力，降低小开度条件下流体噪声，缓解湍流碰撞，提高大开度条件下通流能力。

Description

一种带有预启结构的低噪声调节阀

技术领域

本发明涉及一种调节阀，尤其涉及一种带有预启结构的低噪声调节阀，适用于多压比工况下降低流量损失及流体噪声。

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，现有低噪声阀常采用在阀出口与进口之间的流道中设置多级节流阀笼，通过多级节流既可以衰减流动噪声也可减少或消除气穴现象。

阀门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，多极多通道阀笼虽然可以通过逐级降低流速来抑制工质流动噪声，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。在高压环境下，由于背压的存在，阀门难于打开，为了降低调节阀初始提升力，需要通过设置预启阀来实现主阀卸载的功能。当预启阀碟提升到将要开启主阀头时，流体通过预启阀的通流面积足够大就可以实现卸载的作用。但由于此时预启阀处于小开度大压比工况，开启过程中将产生较大噪声，因此设计具有节流功能预启结构势在必行。

发明内容

本发明的目的是为了能够有效降低阀门初始提升力，降低小开度条件下流体噪声，缓解湍流碰撞，提高大开度条件下通流能力而提供一种带有预启结构的低噪声调节阀。

本发明的目的是这样实现的：包括三通阀体、上盖板、阀杆、预启柱塞、预启阀座、阀头，还包括同时与三通阀体和上盖板固连的、位于三通阀体内的大流量节流元件，上盖板的中心位置安装有中空的压紧件，阀杆穿过所述压紧件伸入至三通阀体的腔内，阀杆的端部与预启柱塞的上端固连，阀头的下端卡在三通阀体的底部，阀头的中间位置固连有挡板，预启阀座固定安装在阀头的底端，且挡板与预启阀座均位于阀头内，阀头上还设置有窄缝流道，所述阀杆上套有压簧，且压簧的一端与压紧件固连、另一端与挡板固连，所述预启柱塞的下端设置有至少一级的环形凹槽，预启阀座的上端设置有至少一级的环形凸起，且环形凹槽与环形凸起配合后形成迷宫式预启结构。

本发明还包括这样一些结构特征：

1.所述三通阀体的下端设置有流出通道，两侧对称设置有流入通道，阀头的下端卡在三通阀体的底部是指阀头的下端卡在三通阀体的底部的流出通道。

2.所述预启柱塞的底部的中心位置设置有减缓预启阀座下游涡流碰撞的曲线回转体。

3.大流量节流元件的中上部分设有环形槽，环形槽上设置有多个实现贯通的开口。

与现有技术相比，本发明的有益效果是：本发明通过轴向移动阀头内的预期阀塞实现小流量预启结构的连通、隔断以及流量调整，通过挡板限位实现阀头的轴向移动，从而实现所述调节阀大流量的连通、隔断及流量调整。阀芯组件由大流量节流件、阀头、预启阀座、预启柱塞、挡板、压簧由外至内，由下至上顺次设置于阀体流出通道的开口端。所述迷宫式节流结构由预启柱塞与预启阀座扣合构成，在预启柱塞下表面和预启阀座上表面分别设置不少于一级的同心环形槽，预启柱塞轴向开启时，与预启阀座交错构成迷宫式节流流道，随着预启柱塞开启高度的增加，迷宫式节流流道尺寸增大，节流效果降低。可以实现大开度小节流的功能需要。所述预启柱塞下端中部设置的涡流分离结构可有效缓解预启柱塞下游湍流对阀杆的作用。所述迷宫式节流区域的尺寸及节流级数由具体工况需要决定，从而能够解决现有技术的缺陷，通过预启结构不仅能够有效降低阀杆初始提升力，还能够降低预启通流阶段的流体噪声，同时也可以有效提高大开度条件下阀门的通流能力。

附图说明

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是本发明的迷宫式预启结构的示意图；

图3是本发明的密封弹簧圈的结构示意图

图4是本发明的大流量节流元件和阀头部分的剖视图；

图5是本发明的预启柱塞部分的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图与具体实施方式对本发明作进一步详细描述。

实施例一：结合图1至图5，本发明包括三通阀体33、阀杆22、预启柱塞21、大流量节流元件11、挡板12、阀头13、预启阀座14、密封弹簧圈15、压簧23、压紧件31、上盖板32等，所述三通阀体的下端设置有流出通道，两侧对称设置有流入通道，也即本发明的阀体33具有流入通道331、332和流出通道333，所述阀体中间设有阀腔呈三通状，左右两侧对称设置两个流入通道，下端设置一个流出通道，流入通道与流出通道贯通阀腔，所述大流量节流元件与阀头及预启结构同轴套装并与流出通道的开口端构成密封配合。大流量节流元件11和阀头同轴设置在流出通道333的开口端，所述大流量节流元件的下端落在阀腔流出端开设的凹槽内，使其定位在阀腔中心，阀头13上开有若干窄缝流道(贯通流动开口)131，流体通过大流量节流元件11及阀头的窄缝流道(贯通开口)131实现外部阀腔与预启阀腔的贯通。

所述预启柱塞具有圆柱形外表面，预启柱塞21下端开有多级环形槽，所述环形凹槽中心设有涡流分离结构，柱塞与预启阀座扣合形成小流量迷宫节流流道，起到节流降噪效果。预启柱塞、预启阀座与阀头安装在呈轴对称结构的三通阀体的阀腔内，阀头13下端与流出通道333的开口端构成密封配合。预启柱塞21下端与预启阀座14配合起到密封作用，同时预启柱塞外侧的密封弹簧圈15与预启阀座14过盈配合共同实现预启阀腔的密封。在大流量节流元件11和阀头13上开设有若干贯穿的通孔111与窄缝流道131，实现外部阀腔与预启阀腔的贯通，用以减小阀头的初始提升力。所述调节阀能够对由双侧入口331、332进入，通过预启结构中的迷宫节流实现小开度条件下的节流降噪；在阀门大开度条件下，利用大流量节流元件在节流降噪的同时可以有效降低阀门的流量损失。

预启柱塞的环形槽和预启阀座上的环形槽交错扣合构成的迷宫式节流流道可以有一级或者多级，节流环形槽的数量根据实际节流降噪要求而定，迷宫式节流流道通流尺寸由预启柱塞的提升高度决定，环形槽深度与预启柱塞开度尺寸需根据实际工况计算。也即所述迷宫式节流预启结构套装在阀头内，通过挡板实现迷宫式节流流道尺寸调节，所述挡板与阀头内表面通过螺纹连接，挡板上方设置减振限位装置。所述减振限位装置包括挡板、压簧、压紧件，挡板与阀头内表面通过螺纹连接，压簧落在挡板上方，压紧件与压簧接触构成轴向限位，所述阀杆穿过挡板，压簧与压紧件，当柱塞被抬起后，压簧压紧，借助压簧可以实现调节阀快速关闭。所述阀杆的下端穿过挡板与预启柱塞联动，所述预启柱塞可在阀头内沿轴向滑动。所述预启阀座与预启柱塞下端扣合形成预启阀密封，且当预启柱塞向上移动至挡板处时，柱塞下端环形槽与预启阀座环形槽交错构成预启阀迷宫式节流流道。

所述预启阀座具有圆柱形内表面和外表面，预启阀座上表面设有与所述预启柱塞下表面环形槽对应数量的环形槽，预启阀座通过下端突起与所述阀头流出通道连接并实现定位。预启阀座最外层环形槽及预启柱塞最外侧具有一定的倒角，以减少流体的冲蚀。

所述阀头具有圆柱形内表面与外表面，所述内表面通过螺纹与所述挡板连接，阀头下端与所述预启阀座螺纹连接。所述内表面限定至少两个以上具有轴线的贯通流动区域，每个贯通流动区域在所述内表面与所述外表面之间延伸。阀头上的贯通窄缝可以有若干个，具体窄缝数量、大小根据具体工况计算而定。

所述大流量节流元件包括具有外表面与内表面的壁，通过所述阀体内表面流出通道处的凹槽与所述节流元件连接并实现定位。所述大流量节流元件内表面中部以下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，并且所述贯通区域的开口与相邻开口分隔开。

预启柱塞抬起时，压紧压簧，预启阀腔的流体经过迷宫式流道，来减少阀头的初始压力，抬起至预启柱塞与挡板接触后阀头开启，实现大流量通流。阀头抬起后，压簧被压紧，关闭阀门时，在压簧的辅助下，能实现阀门的快速关闭。

如图1所示，通过阀头13内预启结构的流体流量由预启柱塞21在阀头13和预启阀座14之间的位置决定。为了图示的目的，阀头13的左半部分被描绘为位于阀门开启位置，阀头的右半部被描绘位于阀门关闭位置。

图2为迷宫式预启结构放大剖视示意图，迷宫式预启结构是由预启柱塞21上的环形凹槽与预启阀座14上的环形凸起扣合形成的。预启柱塞开启后，流体由柱塞外表面进入迷宫式流道内，经过多级转向后沿预启阀座14内表面流出，从而对流体起到节流降噪效果，随着柱塞开启高度不断增加，迷宫式流道尺寸逐渐也逐渐增大，迷宫式节流效果逐渐减弱。可以通过调整阀头内挡板12的安装高度来限制迷宫式节流流道尺寸。

图3为预启结构密封示意图，迷宫式预启结构关闭时，除了柱塞端面与预启阀座接触密封外，预启结构密封主要通过预启柱塞21外表面点焊的密封弹簧圈15与预启阀座对应凹槽内表面B结合实现。

图4所示为大流量节流元件与阀头正剖视图，大流量节流元件11下端通过阀座上的凹槽轴向定位于三通阀体内。大流量节流元件中上部分设有环形槽110，环形槽上端开有若干个开口111实现贯通，阀前流体工质通过开口111流入阀腔133，开口形状、大小和数量根据工况计算而定。阀头13上也设有若干贯通阀头内外表面的流动区域131，阀前工质可通过该流动区域流入预启阀腔内，所述窄缝流道形成的流动区域131的通流面积需通过实验验证加以确定。阀头13内表面通过螺纹132与挡板12、预启阀座14连接。当阀门关闭时，由于流体由所述窄缝流道形成的流动区域131进入预启阀腔内，推动预启柱塞21向下移动至与预启阀座14接触实现预启阀密封。

图5为预启结构减振示意图，该减振结构主要包括挡板12、压簧23、压紧件31组成。挡板12与阀头13通过螺纹连接，预启柱塞21提起一段距离后，柱塞与挡板接触后连同挡板一起提升，压缩压簧同时阀头也随之被抬起，实现调节阀大流量通流。提升过程中，压簧与压紧件31接触被压紧，借助压簧弹力，当阀门需要关闭时，可以实现阀头的迅速闭合。

实施例二：基于上述实施例，本发明还可以是：所述预启柱塞的底部的中心位置设置有减缓预启阀座下游涡流碰撞的曲线回转体，构成涡流分离结构，下端与预启阀流出通道开口处于同一水平面内，如图2所示。当流体流过预启迷宫式节流流道后，预启柱塞中心位置的曲线导流结构能实现对预启阀后整流作用，避免阀后流体的湍流对冲。流体流出预启阀座后由于预启柱塞中心处曲线回转体C的存在，可起到减缓预启阀座下游涡流碰撞的组作用。

实施例三：基于上述实施例，本发明还可以是：大流量节流元件的中上部分设有环形槽，环形槽上设置有多个实现贯通的开口。大流量节流元件设置在阀头外侧，在大流量节流元件上开设有若干贯穿的开口流动区，阀头能够在所述大流量节流元件的内表面上轴向滑动。流道的形状、大小和数量可根据实际工况计算确定。流体通过大流量节流元件和阀头上的贯通窄缝实现外部阀腔与预启阀腔的贯通。

本发明的工作过程是：当阀门开启时，首先提起预启柱塞21，流体通过由预启柱塞21和预启阀座14扣合组合的迷宫式流道，实现小流量多级节流进入流出通道333。当预启柱塞提升到限位挡板位置时，继续提升就会压缩压簧同时带动阀头开启，实现大流量通流。由于迷宫式预启结构的存在，从而可以减小阀门初始提升力的作用，并有效降低预启通流的流噪声问题；当阀门关闭时，预启柱塞与预启阀座的密闭配合，此外在预启柱塞下落时密封弹簧圈变形与预启阀座的过盈配合，共同实现预启阀腔的密封。

本发明所描述的用于降低阀门初始提升力，降低小开度条件下预启结构内流体噪声，缓解涡流碰撞，同时提高大开度条件下阀门通流量的示例装置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。

Claims (5)

1.一种带有预启结构的低噪声调节阀，包括三通阀体、上盖板、阀杆、预启柱塞、预启阀座、阀头，其特征在于：还包括同时与三通阀体和上盖板固连的、位于三通阀体内的大流量节流元件，上盖板的中心位置安装有中空的压紧件，阀杆穿过所述压紧件伸入至三通阀体的腔内，阀杆的端部与预启柱塞的上端固连，阀头的下端卡在三通阀体的底部，阀头的中间位置固连有挡板，预启阀座固定安装在阀头的底端，且挡板与预启阀座均位于阀头内，阀头上还设置有窄缝流道，所述阀杆上套有压簧，且压簧的一端与压紧件固连、另一端与挡板固连，所述预启柱塞的下端设置有至少一级的环形凹槽，预启阀座的上端设置有至少一级的环形凸起，且环形凹槽与环形凸起配合后形成迷宫式预启结构。

2.根据权利要求1所述的一种带有预启结构的低噪声调节阀，其特征在于：所述三通阀体的下端设置有流出通道，两侧对称设置有流入通道，阀头的下端卡在三通阀体的底部是指阀头的下端卡在三通阀体的底部的流出通道。

3.根据权利要求1或2所述的一种带有预启结构的低噪声调节阀，其特征在于：所述预启柱塞的底部的中心位置设置有减缓预启阀座下游涡流碰撞的曲线回转体。

4.根据权利要求1或2所述的一种带有预启结构的低噪声调节阀，其特征在于：大流量节流元件的中上部分设有环形槽，环形槽上设置有多个实现贯通的开口。

5.根据权利要求1或2所述的一种带有预启结构的低噪声调节阀，其特征在于：大流量节流元件的中上部分设有环形槽，环形槽上设置有多个实现贯通的开口。