CN106286968A - 超高压设备、阀门装置及阀门装置控制方法 - Google Patents

Abstract

本公开提供一种超高压设备、阀门装置及阀门装置控制方法。该阀门装置包括：一阀体，具有一流体流入通道及一流体流出通道；一阀芯，在第一状态下，所述阀芯隔断所述流体流入通道与流体流出通道；在第二状态下，所述流体流入通道与流体流出通道连通；一旁路缓冲腔体，与所述流体流入通道连通，用于在一缓冲时间内，旁路所述流体流入通道的流体。本公开可以提高阀门装置以及超高压设备的可靠性和使用寿命，降低维护成本。

Description

超高压设备、阀门装置及阀门装置控制方法

技术领域

本公开涉及流体输送在控制技术领域，具体涉及一种阀门装置、一种阀门装置控制方法及一种包括该阀门装置的超高压设备。

背景技术

在流体输送控制技术领域中，阀门装置是非常常用的一种器件，其主要用作流体输送系统中的控制部件。目前，很多的阀门装置已经可以在600Mpa以上的超高压设备中工作。对于超高压设备而言，阀门装置是其至关重要的一个部件，但同时也是故障率较高的部件之一。

如图1中所示，为一种阀门装置的结构示意图，其主要包括一阀体10以及一阀芯20。阀体10具有一流体流入通道11以及一流体流出通道12。为便于密封，阀芯20下端通常为锥形，阀芯20上端与一阀杆21连接。在关闭状态下，阀芯20隔断流体流入通道11与流体流出通道12；在导通状态下，阀杆21驱动阀芯20向上运动，使流体流入通道11与流体流出通道12连通。

在超高压设备中，流体流入通道12内的压力非常高，例如可以达到600Mpa以上。在阀门装置导通的瞬间，流体流入通道12中的流体会对阀芯10下端施加极高的冲击力，产生类似于“水刀”的效果，从而很容易导致阀芯10损毁，而阀芯10一旦损毁则相当于整个阀门装置损毁。

对此，现有技术中通常是从阀芯材质、制备工艺以及阀体结构调整等方面入手解决该问题，但目前均并未取得良好的成效。

发明内容

本公开的目的在于提供一种更加可靠，使用寿命更长的阀门装置以及一种对应该阀门装置的控制方法及一种包括该阀门装置的超高压设备，从而至少在一定程度上克服由于相关技术的限制和缺陷而导致的一个或多个问题。

本公开的其他特性和优点将通过下面的详细描述变得显然，或部分地通过本公开的实践而习得。

根据本公开的第一方面，提供一种阀门装置，包括：

一阀体，具有一流体流入通道及一流体流出通道；

一阀芯，在第一状态下，所述阀芯隔断所述流体流入通道与流体流出通道；在第二状态下，所述流体流入通道与流体流出通道连通；

一旁路缓冲腔体，与所述流体流入通道连通，用于在一缓冲时间内，旁路所述流体流入通道的流体。

在本公开的一种示例性实施例中，在所述缓冲时间内，当所述流体流入通道的压力降低至一预设值时，控制所述第一状态转变为所述第二状态。

在本公开的一种示例性实施例中，在所述缓冲时间的中段，控制所述第一状态转变为第二状态。

在本公开的一种示例性实施例中，所述阀门装置还包括：

一活塞，设置于所述旁路缓冲腔体内并且将所述旁路缓冲腔体分为第一腔室及与所述流体流入通道连通的第二腔室；在所述流体填充所述旁路缓冲腔体时，所述活塞向所述第一腔室运动。

在本公开的一种示例性实施例中，所述活塞与一液压动力机构或一弹性元件连接。

在本公开的一种示例性实施例中，所述阀门装置还包括：

一压力感测机构，用于感测所述流体流入通道的压力；

一控制机构，与所述阀芯及所述压力感测机构连接，用于在所述流体流入通道的压力降低至一预设值时，控制所述阀芯运动使所述第一状态转变为所述第二状态。

在本公开的一种示例性实施例中，所述阀门装置还包括：

一触发开关，设于所述第二腔室的一预设位置，在所述活塞运动至所述预设位置时，所述活塞触发所述触发开关；

一控制机构，与所述阀芯及所述触发开关连接，用于在所述触发开关被触发时，控制所述阀芯运动使所述第一状态转变为所述第二状态。

在本公开的一种示例性实施例中，所述阀芯轴向与所述流体流入通道垂直且与所述流体流出通道同向。

在本公开的一种示例性实施例中，所述阀芯用于隔断所述与流体流出通道的一端呈锥形。

在本公开的一种示例性实施例中，所述旁路缓冲腔体通过一导流通道与所述流体流入通道连通；所述导流通道与所述流体流入通道同向或垂直。

在本公开的一种示例性实施例中，所述活塞的活塞柱上设置有一限位部件；所述限位部件设置于隔离腔室内；所述限位部件被限制于所述隔离腔室内运动。

根据本公开的第二方面，提供一种阀门装置控制方法，应用于一阀门装置；所述阀门装置包括：

一阀体，具有一流体流入通道及一流体流出通道；

一阀芯，在第一状态下，所述阀芯隔断所述流体流入通道与流体流出通道；在第二状态下，所述流体流入通道与流体流出通道连通；

所述阀门装置控制方法包括：

所述阀门装置控制方法包括：

提供一旁路缓冲腔体，所述旁路缓冲腔体与所述流体流入通道连通；用于在一缓冲时间内，旁路所述流体流入通道的流体；

在所述缓冲时间内，当所述流体流入通道的压力降低至一预设值时，控制所述第一状态转变为所述第二状态。

在本公开的一种示例性实施例中，在所述缓冲时间的中段，控制所述第一状态转变为第二状态。

在本公开的一种示例性实施例中，还包括：

感测所述阀芯上游压力；

在所述阀芯上游压力降低至一预设值时，控制所述阀芯运动使所述第一状态转变为所述第二状态。

在本公开的一种示例性实施例中，在所述缓冲时间前及所述缓冲时间内，在所述旁路缓冲腔体与所述流体传输通道连通的位置的上游进行节流。

根据本公开的第三方面，提供一种超高压设备，包括上述任意一种阀门装置。

在本公开的一种示例性实施例中，所述超高压设备包括：

一高压流体源；

一流体传输通道，与所述高压流体源及所述旁路缓冲腔体连通；

一节流阀，设于所述流体传输通道。

本公开示例实施方式所提供的阀门装置、阀门装置控制方法以及超高压设备中，通过设置一旁路缓冲腔体，在阀门装置导通过程中，利用该旁路缓冲腔体对流体流入通道内的流体进行旁路，从而降低所述流体流入通道的压力。这样，则可以在阀门装置导通前，提供一缓冲时间，供所述第一状态转变为第二状态，进而避免或减小流体流入通道内的流体对阀芯的冲击，提高阀门装置以及超高压设备的可靠性和使用寿命，降低维护成本。

附图说明

通过参照附图详细描述其示例性实施例，本公开的上述和其它特征及优点将变得更加明显。

图1是现有技术中一种阀门装置的结构示意图。

图2是本公开示例性实施例中一种阀门装置的结构示意图。

图3A-图3B是本公开示例性实施例中一种阀门装置的流体运动方向示意图。

图4是本公开示例性实施例中一种阀门装置的流体流入通道内的压力随时间变化的曲线。

图5是本公开示例性实施例中又一种阀门装置的结构示意图。

图6是本公开示例性实施例中另一种阀门装置的结构示意图。

附图标记说明：

10 阀体

11 流体流入通道

12 流体流出通道

20 阀芯

21 阀杆

30 缓冲腔体

31 第一腔室

32 第二腔室

33 导流通道

40 活塞

50 流体传输通道

51 节流阀

61 连接螺母

62 隔离腔室

具体实施方式

现在将参考附图更全面地描述示例性实施例。然而，示例性实施例能够以多种形式实施，且不应被理解为限于在此阐述的实施方式；相反，提供这些实施方式使得本公开将全面和完整，并将示例性实施例的构思全面地传达给本领域的技术人员。在图中，为了清晰，可能会夸大部分结构的尺寸或加以变形。在图中相同的附图标记表示相同或类似的结构，因而将省略它们的详细描述。

此外，所描述的特征、结构或特性可以以任何合适的方式结合在一个或更多实施例中。在下面的描述中，提供许多具体细节从而给出对本公开的实施例的充分理解。然而，本领域技术人员将意识到，可以实践本公开的技术方案而没有所述特定细节中的一个或更多，或者可以采用其它的方法、结构等。在其它情况下，不详细示出或描述公知结构、方法或者操作以避免模糊本公开的各方面。

本示例性实施例中首先提供了一种阀门装置。如图2中所示，该阀门装置主要包括一阀体10、一阀芯20以及一旁路缓冲腔体30。

阀体10具有一流体流入通道11以及一流体流出通道12，流体流入通道11与一流体源连接。本示例性实施例中所述流体源可以为一超高压设备的超高压液体容器，在本公开的其他示例性实施例中，所述流体源也可以为普通液体容器。此外，本示例性实施例中，所述流体优选为液体，例如水或液压油；但在某些情形下，所述流体也可以为气体或气液混合体，此亦属本公开的保护范围。阀体10的材质优选为金属合金，但本领域技术人员容易理解的是，在本公开的其他示例性实施例中，所述阀体10的材质也可以为诸如聚合物等其他可用材质。此外，在本示例性实施例中，流体流入通道11与流体流出通道12是垂直设置，在本公开的其他示例性实施例中，流体流入通道11与流体流出通道12也可以是同向设置或者也可以是成其他角度设置。

阀芯20上端与一阀杆21连接，阀杆21可以与一驱动装置(未示出)连接，该驱动装置可以为电磁驱动装置也可以为机械驱动装置。在阀杆21的带动下，阀芯20具有两种工作状态；在第一状态下，例如关闭状态下，阀芯20下端隔断流体流入通道11与流体流出通道12；在第二状态下，例如导通状态下，阀杆21驱动阀芯20向上运动，使流体流入通道11与流体流出通道12连通。本示例性实施例中，阀芯20下端可以为锥形，以在所述第一状态下可以实现更好的密封效果，但在本公开的其他示例性实施例中，阀芯20的下端也可以为圆台或球形等其他形状，本示例性实施例中对此不做特殊限定。阀芯20的材质同样优选为金属合金，但本领域技术人员容易理解的是，在本公开的其他示例性实施例中，所述阀芯20的材质也可以为诸如聚合物等其他可用材质。此外，虽然图中阀芯20的运动方向与流体流入通道11垂直，但阀芯20的运动方向与流体流入通道11成其他角度的技术方案同样亦属本公开的保护范围。

旁路缓冲腔体30与所述流体流入通道11连通。在阀门装置导通过程中，旁路缓冲腔体30用于在流体流入通道11内的流体冲击所述阀芯20前，对所述流体流入通道11内的流体进行旁路分流，从而降低所述流体流入通道11内的压力。这样，则可以在阀门装置导通前，提供一缓冲时间，在该缓冲时间内，所述流体会填充所述旁路缓冲腔体30的内部腔室，进而可以在所述缓冲时间内降低所述流体流入通道11内的压力。因此，可以在所述缓冲时间内导通所述阀门装置，即在所述缓冲时间内控制所述阀芯10运动使所述第一状态转变为第二状态，进而避免或减小流体流入通道11内的流体对阀芯20的冲击。

例如，请参考图3A-图3B中所示，其为本示例性实施例中的阀门装置在开启过程中，从超高压液体容器排出的流体传输路线示意图。请参考图4中所示，其中曲线S1为本示例性实施例中的阀门装置在超高压液体容器排出流体，但阀芯20阀门装置未开启时，流体流入通道11内的压力随时间变化的示意图；曲线S2为本示例性实施例中的阀门装置在开启过程中，流体流入通道11内的压力随时间变化的示意图。可以看出，在时间T1至时间T2，从超高压液体容器排出的流体基本首先流入旁路缓冲腔体30的内部腔室，因此，在时间T1至时间T2，流体流入通道11内的压力得以减小。在时间T2至时间T3，从超高压液体容器排出的流体继续填充旁路缓冲腔体30的内部腔室，因此在时间T2至时间T3，流体流入通道11内的压力保持在低位。基于此，本示例性实施例中优选在时间T2至时间T3，即大致在所述缓冲时间的中段，控制所述第一状态转变为第二状态。当然，本领域技术人员容易理解的是，即使是在T1时间至T2时间(即大致在所述缓冲时间的前段)或者在T3时间至T4时间(即大致在所述缓冲时间的前段)控制所述第一状态转变为第二状态，本示例性实施例中的阀门装置也可以在一定程度上减小流体流入通道11内的流体对阀芯20的冲击。

进一步的，本示例性实施例中还提供了一种上述旁路缓冲腔体30的示范结构。请继续参考图3A-图3B中所示，所述旁路缓冲腔体30还包括一活塞40。活塞40用于起泄压和缓冲作用。活塞40设置于所述旁路缓冲腔体30内并且将所述旁路缓冲腔体30的内部腔室分为第一腔室31和第二腔室32，其中，第一腔室31第二腔室与所述流体流入通道11连通。在所述流体填充所述旁路缓冲腔体30时，所述活塞40从所述第一腔室31第二腔室向所述第二腔室32第一腔室运动。该运动可以通过主动控制的方式实现，也可以通过被动的方式实现，例如，在本公开的一种示例性实施例中，所述活塞40可以与一液压动力机构或一弹性元件连接。

以上仅为本示例性实施例中旁路缓冲腔体30的一种实现方式；在本公开的其他示例性实施例中，旁路缓冲腔体30也可以通过可变阻尼孔或其他方式实现，本示例性实施例中对此不做特殊限定。此外，旁路缓冲腔体30与上述阀体10可以为分离式的结构也可以是一体式的结构；旁路缓冲腔体30的材质可以与阀体10的材质相同，也可以不同；旁路缓冲腔体30的形状也可以有多种，例如柱形空腔，阶梯式空腔等等。旁路缓冲腔体30与流体流入通道11可以直接对接连通，也可以通过其他通道连通。例如，参考图2中所示，所述旁路缓冲腔体30可以通过一导流通道33与所述流体流入通道11连通，在图2中所述导流通道33与所述流体流入通道11同向设置；但如图5中所示，所述导流通道33与所述流体流入通道11也可以垂直设置，从而实现流体流入通道11内的压力更快的下降。当然，在本公开的其他示例性实施例中，所述导流通道33与所述流体流入通道11也可以设置为其他角度。

在本公开的其他示例性实施例中，所述旁路缓冲腔体30还可以有其他实现方式。例如，如图6中所示，在所述活塞40的活塞柱上可以设置有一限位部件，该限位部件例如可以是一连接螺母61；连接螺母61设置的具体位置可以依据实际需求而定，例如设于活塞柱的中部等等；连接螺母61设置于隔离腔室62内；所述隔离腔室62的两侧相对开设有开口，所述连接螺母61的外径大于开口的直径，因此被限制在所述隔离腔室62内运动。由于连接螺母61的移动范围被限制，进而使得活塞40的运动范围被限制。通过这样的设置，可以使得第一腔室31内的高压水与第二腔室32之内的液压油或其他媒质隔离，避免两者的混合。

本示例性实施例中，所述阀门装置还可以包括一压力感测机构(未示出)以及一控制机构(未示出)。压力感测机构用于感测所述流体流入通道11内的压力，例如其可以为一压力传感器或压力开关。控制机构可以为PLC控制器、单片机或工控机，其与所述阀芯20及所述压力感测机构连接，用于接收压力感测机构感测到的流体流入通道11内的压力并将其与一预设值进行比较，在所述流体流入通道11内的压力降低至该预设值时，控制所述阀芯20运动使所述第一状态转变为所述第二状态。该预设值可以设置为图4中T2时间至T3时间内流体流入通道11的最高压力值。但是，考虑到阀芯20运动所需时间以及其他延迟时间，预设值也可以根据具体需要进行调整。此外，该控制机构可以封装集成在所述阀体10之内，也可以单独设置。

在本公开的其他示例性实施例中，所述阀门装置也可以是包括一触发开关(未示出)以及一控制机构(未示出)。触发开关可以设于所述第二腔室32的一预设位置，在所述活塞40运动至所述预设位置时，所述活塞40触发所述触发开关。该预设位置可以根据活塞40的运动路线具体设置。例如，可以设于活塞40的极限运动位置，也可以设于活塞40的初始位置与极限运动位置之间。控制机构与所述阀芯20及所述触发开关连接，用于在所述触发开关被触发时，控制所述阀芯20运动使所述第一状态转变为所述第二状态。例如，控制机构可以为PLC控制器、单片机或工控机，触发开关被触发后发送一电平信号至控制机构，控制机构控制第一状态转变为第二状态。又例如，控制机构与所述触发开关联动设置，在触发开关被触发时，联动所述控制机构控制阀芯20运动，进而使所述第一状态转变为所述第二状态。此外，该控制机构同样既可以封装集成在所述阀体10之内，也可以单独设置。

进一步的，本示例性实施例中还提供了一种阀门装置控制方法，应用于上述任意一种阀门装置。所述阀门装置控制方法可以包括：提供一旁路缓冲腔体30，所述旁路缓冲腔体30与所述流体流入通道11连通；在一缓冲时间内，所述流体填充所述旁路缓冲腔体30，以在所述缓冲时间内降低所述阀芯20上游压力；以及在所述缓冲时间内控制所述第一状态转变为第二状态。

关于上述阀门装置控制方法，其中各个步骤、模块的执行操作的具体方式已经在有关该阀门装置的示例性实施例中进行了详细描述，因此此处将不做详细阐述说明。

进一步的，本示例性实施例中还提供了一种超高压设备，该超高压设备包括上述任意一种阀门装置。在超高压设备中，阀门装置虽小，却是极其关键的部件；一旦阀门装置损毁，通常就意味着整套超高压设备无法正常工作。通过本示例性实施例中的阀门装置，可以在很大程度上增加超高压设备的可靠性以及降低维护成本。

在本公开的其他示例性实施例中，上述阀门装置也可以与其他部件配合而实现更好的技术效果。例如，继续参考图5中所示，所述超高压设备的高压流体源与流体传输通道50连通，流体传输通道50同时还与所述旁路缓冲腔体30连通，所述超高压设备还可以包括一节流阀51，该节流阀51设于所述流体传输通道50；节流阀51用于起阻尼作用；如此，则可以在开启阀门装置前，首先开启该节流阀51，以进一步减小阀门装置开启瞬间，流体流入通道内的压力，进而进一步降低阀芯被损毁的几率。

综上所述，公开示例实施方式所提供的阀门装置、阀门装置控制方法以及超高压设备中，通过设置一旁路缓冲腔体，在阀门装置导通过程中，利用该旁路缓冲腔体对流体流入通道内的流体进行旁路，从而降低所述流体流入通道的压力。这样，则可以在阀门装置导通前，提供一缓冲时间，供所述第一状态转变为第二状态，进而避免或减小流体流入通道内的流体对阀芯的冲击，提高阀门装置以及超高压设备的可靠性和使用寿命，降低维护成本。

本公开已由上述相关实施例加以描述，然而上述实施例仅为实施本公开的范例。必需指出的是，已揭露的实施例并未限制本公开的范围。相反，在不脱离本公开的精神和范围内所作的变动与润饰，均属本公开的专利保护范围。

Claims (17)

1.一种阀门装置，其特征在于，包括：

一阀体，具有一流体流入通道及一流体流出通道；

一阀芯，在第一状态下，所述阀芯隔断所述流体流入通道与流体流出通道；在第二状态下，所述流体流入通道与流体流出通道连通；

一旁路缓冲腔体，与所述流体流入通道连通，用于在一缓冲时间内，旁路所述流体流入通道的流体。

2.根据权利要求1所述的阀门装置，其特征在于，在所述缓冲时间内，当所述流体流入通道的压力降低至一预设值时，控制所述第一状态转变为所述第二状态。

3.根据权利要求1所述的阀门装置，其特征在于，在所述缓冲时间的中段，控制所述第一状态转变为第二状态。

4.根据权利要求1所述的阀门装置，其特征在于，还包括：

一活塞，设置于所述旁路缓冲腔体内并且将所述旁路缓冲腔体的内部腔室分为第一腔室及与所述流体流入通道连通的第二腔室；在所述流体填充所述旁路缓冲腔体时，所述活塞向所述第一腔室运动。

5.根据权利要求4所述的阀门装置，其特征在于，所述活塞与一液压动力机构或一弹性元件连接。

6.根据权利要求1所述的阀门装置，其特征在于，还包括：

一压力感测机构，用于感测所述流体流入通道的压力；

一控制机构，与所述阀芯及所述压力感测机构连接，用于在所述流体流入通道的压力降低至一预设值时，控制所述阀芯运动使所述第一状态转变为所述第二状态。

7.根据权利要求4所述的阀门装置，其特征在于，还包括：

一触发开关，设于所述第二腔室的一预设位置，在所述活塞运动至所述预设位置时，所述活塞触发所述触发开关；

一控制机构，与所述阀芯及所述触发开关连接，用于在所述触发开关被触发时，控制所述阀芯运动使所述第一状态转变为所述第二状态。

8.根据权利要求1所述的阀门装置，其特征在于，所述阀芯轴向与所述流体流入通道垂直且与所述流体流出通道同向。

9.根据权利要求8所述的阀门装置，其特征在于，所述阀芯用于隔断所述与流体流出通道的一端呈锥形。

10.根据权利要求8所述的阀门装置，其特征在于，所述旁路缓冲腔体通过一导流通道与所述流体流入通道连通；所述导流通道与所述流体流入通道同向或垂直。

11.根据权利要求4所述的阀门装置，其特征在于，所述活塞的活塞柱上设置有一限位部件；所述限位部件设置于隔离腔室内；所述限位部件被限制于所述隔离腔室内运动。

12.一种阀门装置控制方法，应用于一阀门装置；其特征在于，所述阀门装置包括：

一阀体，具有一流体流入通道及一流体流出通道；

一阀芯，在第一状态下，所述阀芯隔断所述流体流入通道与流体流出通道；在第二状态下，所述流体流入通道与流体流出通道连通；

所述阀门装置控制方法包括：

提供一旁路缓冲腔体，所述旁路缓冲腔体与所述流体流入通道连通；用于在一缓冲时间内，旁路所述流体流入通道的流体；

在所述缓冲时间内，当所述流体流入通道的压力降低至一预设值时，控制所述第一状态转变为所述第二状态。

13.根据权利要求12所述的阀门装置控制方法，其特征在于，在所述缓冲时间的中段，控制所述第一状态转变为第二状态。

14.根据权利要求12所述的阀门装置控制方法，其特征在于，还包括：

感测所述阀芯上游压力；

在所述阀芯上游压力降低至一预设值时，控制所述阀芯运动使所述第一状态转变为所述第二状态。

15.根据权利要求12所述的阀门装置控制方法，其特征在于，在所述缓冲时间前及所述缓冲时间内，在所述旁路缓冲腔体与所述流体传输通道连通的位置的上游进行节流。

16.一种超高压设备，其特征在于，包括如权利要求1-11任意一项所述的阀门装置。

17.根据权利要求16所述的超高压设备，其特征在于，所述超高压设备包括：

一高压流体源；

一流体传输通道，与所述高压流体源及所述旁路缓冲腔体连通；

一节流阀，设于所述流体传输通道。