CN106555895A - 控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种控制阀，包括阀芯和套设于所述阀芯内部的阀瓣，所述阀芯包括多个依次环套的套筒，各个所述套筒的高度沿所述阀芯的径向方向自内向外依次下降，所述套筒上设有沿径向贯通侧壁的节流孔，相邻所述套筒上的所述节流孔连通，且至少两个所述套筒上的所述节流孔交错连通。应用本发明公开的控制阀，当处于高压差小开度控制小流量时，液体在多级阀芯中通过多级曲折减压减速流道，随着开度的增大在大流量低压差时，阀芯的级数减少，整个流通过程中的流道折转减少，流动阻力减小，流量系数提高。该装置采用了多级减压曲折流道阀芯，通过在压差和开度上设置成比例的曲折层，以适应不同的高压差，降低液体流速，提高控制阀的可靠性和实用性。

Description

控制阀

技术领域

本发明涉及阀门技术领域，更具体地说，涉及一种控制阀。

背景技术

控制阀是一个具有局部阻力可改变的节流元件，当流体流过控制阀时，由于阀瓣、阀座所造成的流通面积的局部缩小，形成局部阻力，它使流体的压力和速度产生变化。流体流过控制阀时产生能量损失，通常用阀前后的压差来表示阻力损失的大小。控制阀的工作原理就是按照信号的大小，通过改变阀芯行程来改变节流面积，从而改变阻力系数而达到调节控制流量的目的。

管系流量控制广泛应用于电站、冶金、石化等工业领域，而管系流量控制都是采用控制阀来实现的。在高压差、小流量的工况中，传统控制阀存在泄漏量大，可调性差，甚至无法调节控制，振动和噪音大等问题。

综上所述，如何有效地解决在高压差、小流量工况时控制阀泄漏量大、可调性差等问题，是目前本领域技术人员急需解决的问题。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种控制阀，以解决在高压差、小流量工况时控制阀泄漏量大、可调性差等问题。

为了达到上述目的，本发明提供如下技术方案：

一种控制阀，包括阀芯和套设于所述阀芯内部的阀瓣，所述阀芯包括多个依次环套的套筒，各个所述套筒的高度沿所述阀芯的径向方向自内向外依次下降，所述套筒上设有沿径向贯通侧壁的节流孔，相邻所述套筒上的所述节流孔连通，且至少两个所述套筒上的所述节流孔交错连通。

优选地，在上述控制阀中，相邻所述套筒上的所述节流孔交错连通。

优选地，在上述控制阀中，所述套筒沿轴向设有多行所述节流孔，各行所述节流孔平行设置，且各个所述套筒上的各行所述节流孔的行间距相同。

优选地，在上述控制阀中，相邻所述套筒上位于同行的所述节流孔间设有绕所述套筒周向布置的凹槽。

优选地，在上述控制阀中，所述套筒上每行所述节流孔沿所述套筒的周向均匀分布。

优选地，在上述控制阀中，各个所述套筒沿所述阀芯的径向自内向外依次递减相同行数的所述节流孔。

优选地，在上述控制阀中，所述阀瓣可滑动的设于所述套筒内，所述阀瓣连接有用于带动所述阀瓣在所述套筒内上下滑动的动力部件。

优选地，在上述控制阀中，所述阀瓣的顶部设有便于液体流通的倒直角。

本发明提供的控制阀包括阀芯和套设于阀芯内部的阀瓣。其中，阀芯包括多个依次环套的套筒，各个套筒的高度沿阀芯的径向自内向外依次下降，套筒上设有沿径向贯通侧壁的节流孔，相邻套筒上的节流孔连通，且至少两个套筒上的节流孔交错连通。应用本发明提供的控制阀，当处于高压差小开度控制小流量时，液体在多级阀芯中通过多级曲折减压减速流道，随着开度的增大在大流量低压差时，阀芯的级数减少，整个流通过程中的流道折转减少，流动阻力减小，流量系数提高。该装置采用了多级减压曲折流道阀芯，通过在压差和开度上设置成比例的曲折层，以适应不同的高压差，降低液体流速，提高控制阀的可靠性和实用性。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明实施例提供的控制阀的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的阀芯的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的第一套筒的节流孔的排布结构示意图；

图4为本发明实施例提供的第二套筒的节流孔的排布结构示意图；

图5为图4中A处局部放大示意图；

图6为本发明实施例提供的第三套筒的节流孔的排布结构示意图；

图7为图6中B处局部放大示意图；

图8为本发明实施例提供的第四套筒的节流孔的排布结构示意图；

图9为本发明实施例提供的第五套筒的节流孔的排布结构示意图；

图10为图9中C处局部放大示意图；

图11为本发明实施例提供的第六套筒的节流孔的排布结构示意图；

图12为图11中D处局部放大示意图；

图13为本发明实施例提供的第七套筒的节流孔的排布结构示意图。

附图中标记如下：

阀杆1、承压阀盖2、阀芯3、阀瓣4、固定阀座5、承压阀体6、节流孔7。

具体实施方式

本发明实施例公开了一种控制阀，以解决在高压差、小流量工况时控制阀泄漏量大、可调性差等问题。

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

请参阅图1-图13，图1为本发明实施例提供的控制阀的结构示意图；图2为本发明实施例提供的阀芯的结构示意图；图3为本发明实施例提供的第一套筒的节流孔的排布结构示意图；图4为本发明实施例提供的第二套筒的节流孔的排布结构示意图；图5为图4中A处局部放大示意图；图6为本发明实施例提供的第三套筒的节流孔的排布结构示意图；图7为图6中B处局部放大示意图；图8为本发明实施例提供的第四套筒的节流孔的排布结构示意图；图9为本发明实施例提供的第五套筒的节流孔的排布结构示意图；图10为图9中C处局部放大示意图；图11为本发明实施例提供的第六套筒的节流孔的排布结构示意图；图12为图11中D处局部放大示意图；图13为本发明实施例提供的第七套筒的节流孔的排布结构示意图。

在一种具体的实施方式中，本发明提供的控制阀包括阀芯3和阀瓣4。其中，阀瓣4套设于阀芯3的内部，阀芯3包括多个依次环套的套筒，此处及下文的多个包括两个及两个以上，可以理解的是，为了流体从特定的通道进行流走以达到节流的目的，套筒间固定连接且紧密配合，套筒间一般可通过可拆卸的固定连接进行固定，以保证各套筒的高度沿阀芯3的径向方向自内向外依次下降，呈阶梯状布置，根据流体的能量守恒原理，不可压缩流体流经控制阀的能量损失为：如果控制阀的开度不变，流经控制阀的流体不可压缩，则流体的密度不变，则单位重量的流体能量损失与流体的动量成正比，即：而流体在控制阀中的平均流速v为：其中，w为控制阀能量损失；p₁为控制阀前压力；p₂为控制阀后压力；γ为不可压缩流体介质密度；ξ为控制阀的阻力系数，取决于阀芯3的结构形式；Q为流体的体积流量；A为控制阀连接管中的横截面积。

可见，压差作用下，流量方程式为：即当控制阀管径一定，控制阀连接管横截面积A一定，控制阀前后压差Δp不变，阻力系数ξ减小，流量Q增大；反之，ξ增大则Q减小。通过改变阀芯3行程来改变节流面积，从而改变阻力系数而达到调节控制流量的目的。套筒上设有沿径向贯通侧壁的节流孔7，节流孔7连通套筒的内外两侧，节流孔7的孔径可通过预先计算得到，相邻套筒上的节流孔7连通，以使得流体可通过流道进行流动，当套筒的个数为两个时，两个套筒上的节流孔7不同轴，以使得流体需经过曲折流道达到第二个套筒，以达到通过曲折流道进行流体降压的目的。当套筒的个数为多个时，至少一对套筒上的节流孔7不同轴，具体的，可根据实际的计算对其进行设定，如管径、流道和级数等参数，均在本发明的保护范围内。

阀瓣4在阀芯3内部可上下移动，在升降过程中实现独立连续控制阀芯3的套筒的可流通面积和流量，多个套筒可根据可调比的比例以及流速的控制进而设置级数的多少，套筒间可采用过渡配合压入，具有较好的加工组装工艺性。其通过设置多级降压曲折流道实现在高压差控制小流量时的降压减速，避免了振动和临界压降。随着开度的增大在大流量低压差时，阀芯3的级数逐渐减少，此时的整个流通过程剖面的流道折转减少，流动阻力在逐渐减小，流量系数逐渐提高，且该装置采用小孔消音多级降压级数，最大限度减弱压力回复能力和闪蒸、气蚀和空化现象，防止气蚀状态下的噪音问题。

具体的，相邻套筒上的节流孔7交错连通。交错连通指相邻套筒上的节流孔7的轴线不共线，每相邻套筒上均存在曲折流道以供流体通过，使流束被迫连续地进行分流、拆装、撞击和合流，使得通过径向的多级套筒分解成若干级逐渐降压，且通过节流孔7小孔消音多级降压，最大限度减弱压力恢复能力、使得压力恢复系数和临界气蚀系数几乎接近1，各级的降压值均高于末级压力，防止了气蚀状态下的噪音问题。

进一步地，套筒沿轴向设有多行节流孔7，各行节流孔7平行设置，且各个套筒上的各行节流孔7的行间距相同。

节流孔7在套筒上可以有多种设置方式，在一种具体的实施方式中，可沿套筒的轴向设置多行节流孔7，每行节流孔7的个数可不少于两个，每行节流孔7的轴线位于同一平面内，且各行节流孔7可连接为闭合曲线，具体的可自行进行设置。为了便于加工制造及形状规则，可将各行节流孔7平行设置，且套筒上的各行节流孔7的行间距相同，行间距指在套筒的轴向方向上，各行沿垂直于轴线方向设置，各行节流孔7间的垂直距离。

为了相邻套筒上的位于同行的节流孔7间便于连通，可在内层套筒上设置凹槽以进行连通，凹槽绕内层套筒的周向呈环状布置，以使得流体通过外层的一个节流孔7、经内层的凹槽进而进入至内层的套筒中，使得流体可通过凹槽形成的曲折流道进而进入至相邻套筒，达到多级曲折流道降压的目的。此处仅为相邻套筒间同行节流孔7连通的一种优选实施方式，在其他实施例中，可根据实际的需要自行设置连通方式，均在本发明的保护范围内。

在一种具体的实施方式中，套筒上每行节流孔7沿套筒的周向均匀分布。为了使形状较为规则及便于加工，每行节流孔7可沿套筒的周向均匀布置，如最外层套筒每行可设置六个节流孔7，在套筒的周向呈均匀布置，最内层的套筒每行可设置15个节流孔7，进行均匀布置，以使得流体在通过阀芯3时，可均匀通过节流孔7进行降压。

在上述各实施例的基础上，各个套筒沿阀芯3的径向自内向外依次递减相同行数的节流孔7。在一种实施例中，最外层套筒可设置一行节流孔7，最内层套筒与相邻的套筒间可递减三行节流孔7，除最外层套筒和最内层套筒外的其他层套筒可依次递减相同行数的节流孔7，其形状规则便于实现，且对高压差小开度时径向的多级组合分解成若干级逐渐降压，既降能耗又降流速。且依次递减相同的行数的节流孔7便于各级的降压压差均衡，在实际应用时，可根据每级套筒的位置控制阀瓣4下降适当的距离以达到不同流体的降压需求。

具体的，阀瓣4可滑动的设于套筒内，阀瓣4连接有用于带动阀瓣4在套筒内上下滑动的动力部件。

动力部件一般可以为阀杆1，在一种具体的实施方式中，控制阀包括承压阀体6、阀芯3、设于阀芯3内部的阀瓣4，带动阀瓣4在套筒内上下滑动的阀杆1、承压阀盖2、其中阀芯3的底部设有用于固定的固定阀座5，流体通过承压阀体6的侧壁的进水口进入至与阀芯3的多级套筒的节流孔7的腔体所对应处，根据阀瓣4的上下移动的距离，阀芯3的最内层的套筒的开度变化，流体通过最内层的套筒节流孔7从承压阀体6的出水口排出，完成降压。

进一步地，阀瓣4的顶部设有便于液体流通的倒直角。阀瓣4的顶部与流体接触，虽然流体通过阀芯3降压，但根据不同的降压需求，从最内层套筒流出的流体还可能存在较大压力，为了避免阀瓣4的顶部受流体的洗刷压力，造成较大的磨损，将阀瓣4的顶部设置倒直角，以减少流体与阀瓣4的接触，减少磨损，提高阀瓣4的使用寿命。

在不同的实施例中，如图3-13所示，为节流孔的排布结构示意图，可根据实际需要设置节流孔7的孔径，在一种实施例中，如设置7层套筒，最外侧第一套筒上的节流孔7的个数为四个，孔径为φ1.5mm，压差为7MPa，第二套筒上的节流孔7的个数为六个，孔径为φ1.5mm，压差为6MPa，第三套筒上的节流孔7的个数为八个，孔径为φ2mm，压差为5MPa，第四套筒的节流孔7的个数为十个，孔径为φ2mm，压差为4MPa，第五套筒的节流孔7的个数为十二个，孔径为φ2.5mm，压差为3MPa，第六套筒的节流孔7的个数为十五个，孔径为φ3mm，压差为2MPa，第七套筒的节流孔7的个数为二十四个，孔径为φ4mm，压差为1MPa。

该装置通过采用多层隔离组合式流通截面，实现了在压差△P(6～1)MPa、流量Q(5～100)％复杂工况下的可调性和可控性，通过多级流通截面的设计，可适用于线性、等百分比、双曲线型等多种固有流量特性，提高了控制阀的可靠性和实用性。

本说明书中各个实施例采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似部分互相参见即可。

对所公开的实施例的上述说明，使本领域专业技术人员能够实现或使用本发明。对这些实施例的多种修改对本领域的专业技术人员来说将是显而易见的，本文中所定义的一般原理可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，在其它实施例中实现。因此，本发明将不会被限制于本文所示的这些实施例，而是要符合与本文所公开的原理和新颖特点相一致的最宽的范围。

Claims (8)

1.一种控制阀，其特征在于，包括阀芯和套设于所述阀芯内部的阀瓣，所述阀芯包括多个依次环套的套筒，各个所述套筒的高度沿所述阀芯的径向方向自内向外依次下降，所述套筒上设有沿径向贯通侧壁的节流孔，相邻所述套筒上的所述节流孔连通，且至少两个所述套筒上的所述节流孔交错连通。

2.根据权利要求1所述的控制阀，其特征在于，相邻所述套筒上的所述节流孔交错连通。

3.根据权利要求2所述的控制阀，其特征在于，所述套筒沿轴向设有多行所述节流孔，各行所述节流孔平行设置，且各个所述套筒上的各行所述节流孔的行间距相同。

4.根据权利要求3所述的控制阀，其特征在于，相邻所述套筒上位于同行的所述节流孔间设有绕所述套筒周向布置的凹槽。

5.根据权利要求4所述的控制阀，其特征在于，所述套筒上每行所述节流孔沿所述套筒的周向均匀分布。

6.根据权利要求3-5任一项所述的控制阀，其特征在于，各个所述套筒沿所述阀芯的径向自内向外依次递减相同行数的所述节流孔。

7.根据权利要求6所述的控制阀，其特征在于，所述阀瓣可滑动的设于所述套筒内，所述阀瓣连接有用于带动所述阀瓣在所述套筒内上下滑动的动力部件。

8.根据权利要求7所述的控制阀，其特征在于，所述阀瓣的顶部设有便于液体流通的倒直角。