CN106763803B - 一种小流量控制阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种可用于苛刻条件下的小流量控制阀。该小流量控制阀包括液压机构、复位装置、阀门连接装置、阀门和执行器五个部分。液压机构由整体机架、主动活塞、从动活塞、执行器连接装置构成；阀门采用配置调节型阀杆的常规高压阀门结构，阀芯采用长锥形阀针和阀座；执行器采用行程较长的通用活塞式执行器。本发明的流量阀，可以通过极其微小的开度变化实现对微小流量的平稳控制，解决了高压差下微小流量的精确控制问题。同时，本发明的控制阀还具有结构开放、配置灵活、转换方便和便于维护调整的特点。

Description

一种小流量控制阀

技术领域

本发明涉及一种小流量控制阀门，尤其是一种适用于高压差工况下微小流量控制的控制阀。

背景技术

目前，有很多在高压条件下操作的小型、微型实验装置，如加氢、费托合成、煤液化、高压聚合等，其操作压力通常在10-20MPa，有些甚在超过100 MPa的超高压条件下运行。这些高压实验装置的处理量非常小，例如催化剂装填量为200ml的加氢实验装置，其处理量通常在100mL/hr左右。在这种高压差小流量的苛刻工况下将过程产物连续平稳的排放出来一直是一个难于解决的问题。

当前用于这种工况条件下的小流量控制阀基本上都是进口产品；例如早期从美国联合油公司引进的全循环中型加氢实验装置和近期从美国Xytel公司引进中型、小型加氢实验装置，均采用BadgerMeter的研究控制阀以及Masoneilan的ANNIN阀和VariPak阀。由于国内没有可供选择的相应产品，因此自主建造的中小型加氢实验装置仍然采用这些价格昂贵的进口控制阀。

BadgerMeter的研究控制阀的阀芯采用极其细小的微锥形阀针和圆柱孔阀座，有些阀座圆柱孔的直径还不到0.5mm，对于这种精密的阀芯来说，极其细微的磨蚀就会影响其严密性和控制性能，因此在实际应用出现了耐用性较差，阀芯更换频繁等问题；另外加工这样精细的阀芯非常困难，只能购买价格不菲的原厂配件，其维护费用较高。

Masoneilan的ANNIN阀和VariPak阀采用了相对较大的阀芯尺寸，并通过一个杠杆机构将执行器的长行程转化成阀芯的小行程。提高了阀芯的耐用性，但杠杆机构的运动部件较多，结构复杂，装配误差和磨损造成的传动死区将影响阀门的控制精度和稳定性。由于结构特殊，这两种阀门需要采用特制的执行器和阀门定位器，配置的灵活性受到限制；结构紧密，维修、调整不便；另外其价格过于昂贵，不是一般的研究机构所能承受。

采用微小行程和大尺寸阀芯对高压差条件下的微小流量进行控制是一个比较好的解决方案。由于行程微小，使得阀针与阀座之间的流通间隙非常微小，流体在这种极其狭窄的环形通道内流动时，形成了一个完全由边界层主导的流动区域；其流动阻力完全由流体与壁面之间的剪切力控制，对于相同的流通面积，通道的当量直径越大，流体中心离壁面的距离越大，剪切力消弱得越多；当量直径越小，流体中心离壁面的距离越小，剪切力消弱得越少，剪切力对流体的控制能力越强，流动越平稳，因此扩大阀芯尺寸减小流通间隙有助于提高控制的稳定性。

由边界层主导的流动区域更加符合Hagen-Poisseuille方程的假设。对于上下游压差固定，行程微小的阀门来说，其流通通道的长度基本不变，其流速取决于流通通道当量直径的平方；对于尺寸较大，锥度明显的阀芯来说，即使极其微小的行程变化也会产生较大的流量变化；因此如何将行程的所需细微变化或作用力的细微变化准确地转化为执行器可以识别的明显位移是解决问题的关键。

另外搭建一个开放、灵活的控制阀整体结构，使控制阀具有灵活配置的通用性以及易于维护调整的实用性也是需要解决的重要问题。

发明内容

为了解决高压差工况下微小流量的稳定控制问题，本发明提供了一种控制灵敏准确、结构开放、配置灵活且维护调整方便的微小流量控制阀门。

本发明的技术方案为：

一种小流量控制阀，其包括液压机构、复位装置、阀门连接装置、阀门、执行器五个部分；其中，

所述的液压机构包括整体机架，在整体机架内设置两个相互垂直的液压缸，分别为主动液压缸和从动液压缸，主动液压缸与从动液压缸之间通过机架内的通道连接，在主动液压缸内设置主动活塞，在从动液压缸内设置从动活塞；所述的主动液压缸的截面积小于从动液压缸的截面积；

所述的复位装置包括复位机架，复位装置通过复位机架固定在整体机架上；复位机架内设置复位连杆，复位连杆的一端与从动活塞一端的细圆柱杆固定连接，复位连杆外部套装弹力调整手轮、手动操作手轮和复位弹簧；

所述的阀门包括阀体和阀芯，阀体上设置进液口和出液口，阀芯位于阀体的内腔，包含阀座和阀针，阀针一端插入阀座中心，阀针位于阀座内，阀针与阀体之间设置填料进行密封；阀座紧固在阀体内腔的底部，分隔进液口和出液口；

所述的阀门连接装置包括阀门转接架，所述阀门通过阀门转接架固定在液压结构上；阀门转接架内设置活塞连接器，其一端与从动活塞一侧的细圆柱杆通过螺纹紧固连接，另一端通过螺纹和紧固螺母与阀杆连接器紧固连接；阀杆连接器通过紧固螺母与阀针连接；所述的阀体通过阀门紧固螺母固定在阀门转接架上；

所述的执行器包括执行器缸体，在执行器缸体内设置活塞和弹簧，活塞的一端连接活塞杆，活塞杆与所述液压机构的主动活塞之间通过执行器机械零点调节螺杆连接，弹簧套装在活塞杆外，执行器缸体的外端（即远离液压装置的一端）设置控制信号管口。

根据本发明的小流量控制阀，在所述的液压机构中，主动活塞插入水平设置的主动液压缸；从动活塞插入竖直设置的从动液压缸。活塞与液压缸之间通过双O型环密封构成液压传动机构。根据液压传动原理，两个活塞的位移比例取决于两个活塞受压面积之比，该比值越大，相同的执行器位移将转化为更加微小的阀杆行程，即转化为更加微小的阀门开度变化；从而使得用常规尺寸阀芯控制微小流量成为可能。对于圆形受压面来说，面积之比等于直径比的平方，因此采用液压传动具有放大倍数高，外观尺寸增加小的特点；另外液压传动没有方向性和位置要求，因此可以将整个传动机构设计得更加紧密，并最大限度的缩小传动机构的外观尺寸，同时更加便于控制阀整体结构灵活布置。

本发明的小流量控制阀中，所述主动液压缸的截面积小于从动液压缸的截面积。从动液压缸的截面积一般为主动液压缸截面积的5～50倍，优选为10～30倍。

所述的液压机构中，主动活塞一端插入液压缸，另一端通过左旋内螺纹连接孔与执行器机械零点调节螺杆相连接。从动活塞的两端有直径相同并且与从动活塞同轴配置的细圆柱杆，细圆柱杆端部有相同的外螺纹连接和圆柱孔，用于连接复位装置的连杆或阀门机械零点调节装置。从动活塞一端的细圆柱杆由液压缸顶部的圆柱孔穿出，并通过双O型环密封将液压缸封闭；另一端的细圆柱杆由整体机架封盖上的圆柱孔穿出。从动活塞两端的细圆柱杆与从动活塞同轴布置，端部具有相同的外螺纹连接和安装内孔。当小流量控制阀为气关阀配置时，整体机架正向安装，随着主动活塞的压入，从动活塞向下运动。当小流量控制阀为气开阀配置时，整体机架反向安装，随着主动活塞的压入，从动活塞向上运动。

所述的复位装置包括复位机架，复位装置通过复位机架固定在整体机架上；复位机架内设置复位连杆，复位连杆的一端与从动活塞一端的细圆柱杆固定连接，复位连杆外部套装弹力调整手轮、手动操作手轮和复位弹簧。

复位机架和阀门转接架可以采用形式相同的机架，它们分别通过螺栓连接、螺纹连接、卡扣连接或焊接方式固定在液压机构的整体机架上，优选通过可拆卸连接，如通过若干（如四个）紧固螺栓与整体机架相连接，从而构成与从动活塞的同轴布置。复位装置位于整体机架的上部，阀门连接装置位于整体机架的下部。

本发明的小流量控制阀中，所述的复位装置包括复位机架，复位装置通过复位机架固定在整体机架上；复位机架内设置复位连杆，复位连杆的一端与从动活塞一端的细圆柱杆固定连接，复位连杆外部套装弹力调整手轮、手动操作手轮和复位弹簧；复位装置由复位机架、连杆、复位弹簧、弹力调整手轮、手动操作手轮构成。复位连杆是一个带有内螺纹连接端的长螺杆，内螺纹连接端与从动活塞上的细圆柱杆相连构成螺纹紧固连接。

复位连杆上在弹力调整手轮的外侧（即远离复位弹簧一侧）还设置有手动操作手轮。

所述的小流量控制阀为气关阀配置时，整体机架正向安装，即复位弹簧顶在复位机架的底部，弹力调整手轮位于复位弹簧的外侧（上方），旋转弹力调整手轮压紧复位弹簧对连杆施加向上的拉力，带动从动活塞上移开启阀门；手动操作手轮位于复位机架内而位于弹力调整手轮的外侧（上方），旋转手动操作手轮顶住机架，继续旋转下压连杆带动从动活塞下移关闭阀门。

所述的小流量控制阀为气开阀时，整体机架反向安装，即复位弹簧顶在复位机架的顶部，弹力调整手轮位于复位弹簧的内侧（下方），旋转弹力调整手轮压紧复位弹簧对连杆施加向下的推力，带动从动活塞下移关闭阀门；手动操作手轮位于复位机架上方（外侧），旋转手动操作手轮到顶住机架，继续旋转提升连杆带动从动活塞上移开启阀门。

所述的阀门连接装置由阀门转接架、活塞连接器、阀杆连接器构成。阀门转接架通过螺栓（一般为四个）固定在整体机架的下面，由于采用分体式结构，因此可以自由配置能够适用于各种特殊结构阀门的专用转接架；只要保证转接架与整体机架连接端的结构形式不变即可。这里给出的是用于固定小型阀门的常规阀门转接架形式。

所述的阀门通过阀门转接架固定在液压结构上（整体机架或整体机架封盖）；阀门转接架内设置活塞连接器，活塞连接器是一两端具有不同内螺纹连接尺寸、中心有轴向通孔的转接器，其一端与从动活塞上细圆柱杆端部外螺纹旋合，构成同轴固定连接；另一端与阀杆连接器的螺杆旋合，并通过紧固螺母紧固构成同轴固定连接。阀杆连接器是一个带有内螺纹连接端的长螺杆；内螺纹连接端与阀针上端的外螺纹旋合，并通过紧固螺母紧固构成同轴固定连接。阀杆连接器上固定设置一个便于手动旋转的小圆盘。

所述的阀门包括阀体、阀芯和密封填料，阀体上设置进液口和出液口，阀芯位于阀体的内腔，包含阀座和阀针两个部件，阀针下端插入阀座中心，在进液口和出液口之间构成节流装置，阀针与阀体之间通过填料进行密封，阀座紧固在阀体内腔的底部，分隔进液口和出液口。

本发明的小流量控制阀，所述的活塞连接器和阀杆连接器构成了阀门机械零点调节装置。阀门关闭时，放松长螺杆上的紧固螺母，通过阀杆连接器上的小圆盘旋转阀杆连接器，在长螺杆和活塞连接器所构成的螺旋副作用下，使阀杆上下移动调整阀门的机械零点，使阀门正好处于完全关闭状态。

阀杆连接器与阀针连接端的形式可以自由配置，因此可以适用于各种连接形式的阀针端部结构；这里给出的只是用于连接小型阀门的常见形式。

本发明的小流量控制阀，通常还可以包括执行器安装支架。执行器安装支架环绕主动活塞设置，属于整体机架的附加组成部分，其对主动活塞具有。该支架采用了通用的结构形式，可以安装多种通用执行器和阀门定位器。由于采用了T字形的整体结构，使得执行器和阀门定位器的安装位置处于一个较为开放的空间，因此对执行器和阀门定位器外观结构尺寸没有过多要求；即使是特殊类型的执行器和定位器也可以通过设计专门的转接结构实现定位安装，因此可以根据具体的工况条和经费条件灵活的选配执行器和阀门定位器。

所述的执行器包括执行器缸体，在执行器缸体内设置活塞和弹簧，活塞的一端连接活塞杆，活塞杆与所述液压机构的主动活塞之间通过执行器机械零点调节螺杆连接，弹簧套装在活塞杆外，执行器缸体的外端（即远离液压装置的一端）设置控制信号管口。

执行器机械零点调节螺杆是一个带有小圆盘的长螺杆，小圆盘两侧螺杆上的螺纹旋向相反，分别与执行器的活塞杆和主动活塞构成螺纹连接，并通过紧固螺母紧固，将执行器的驱动杆同主动活塞同轴固定连接。旋转弹力调整手轮压缩复位弹簧；放松两个紧固螺母，利用小圆盘使长螺杆顺时针或逆时针旋转，在旋向相反的两个螺旋副的共同作用下，增大或缩短主动活塞与执行器活塞杆间的距离，使主动活塞正好处于行程为零的位置，实现调整执行器的机械零点的目的。

本发明的小流量控制阀的阀门采用常规的高压阀门结构，阀芯采用常规的用于小流量控制的长锥形阀针和阀座。另外还可以选用适合的现有阀门。例如一个安装了常规调节阀杆的高压阀门，其流量特性曲线呈线性，阀杆从完全关闭到上移5mm所对应的流通能力为0到1.75。现在将其作为本发明小流量控制阀的阀门，安装在阀门转接架上，并连接阀杆。如果从动活塞的最大行程为0.5mm，那么这个阀门的流通能力将变为0到0.175。如果将从动活塞的最大行程进一步降低到0.1mm，那么这个阀门的流通能力将变为0到0.035的微小流量控制阀。因此，本发明的小流量控制阀在液压机构和执行器定型后，可以通过选用流通能力适合的现有阀门构造所需流通能力的小流量控制阀。

本发明的小流量控制阀采用行程较长的带弹簧或不带弹簧的活塞式执行器，将控制器输出的小幅变化转化为尽可能大的执行器行程改变，从而更加有效的驱动液压机构，实现对微小流量的精确控制。另外还可以安装其它形式和行程长度的执行器；但执行器行程范围的改变将改变阀针的最大行程并最终改变阀门的流通能力。以线性阀门为例，假定液压机构的行程放大倍数为50，配置行程为45mm的活塞式执行器，阀杆最大行程为0.9mm，流通能力为0.015，如果将执行器更换为行程为15mm的隔膜式执行器，则阀杆的行程将变成0.3mm，流通能力将变为0.005。可见，本发明的小流量控制阀在液压机构和阀门定型后，可以通过选择不同行程的执行器构造所需流通能力的控制阀。

与现有技术相比较，本发明的小流量控制阀的有益效果是：

本发明采用液压传动机构缩小执行器的控制行程，缩放倍数更大，可以将执行器的长行程转换成阀杆上的极其微小的行程或作用力的改变。

采用长行程活塞式执行器，从而更加有效的对液压机构进行驱动，提高控制精确度和灵敏度。实现对小幅控制信号变化的快速响应。

通过简单的反转液压机构的安装方向和复位装置的安装顺序即可实现气开阀到气关阀的转换。

采用常规的用于小流量控制的长锥形阀针和阀座，由于具有较大的结构尺寸，因此更加坚固耐用，更易于加工制造。

采用T字形分体式结构，可以适配多种类型的执行器、阀门定位器和阀门；便于维护和调整。

通过液压直接传递位移和作用力，所有连接都经过螺纹紧固，没有旋转、接触部件，消除了装配误差对微小位移传递的影响。

本发明能够更好的解决高压差下微小流量的精确控制。具有结构开放、配置灵活、转换方便、便于维护调整的特点。

附图说明

图1为本发明小流量控制阀的一种实施方式的结构示意图，其动作方式为气关阀，采用有弹簧的长行程活塞式执行器。

其中，1-液压机构；11-主动液压缸；12-主动活塞；13-从动液压缸；14-从动活塞；15-整体机架封盖；16-密封圈；17-机械零点调节螺杆；171-圆盘；18-紧固螺母；19-整体机架；2-阀门；21-阀座；22-阀针；23-阀门固定螺母；24-填料压帽；25-填料；26-进液口；27-出液口；28-阀体；3-阀门连接装置，31-阀门转接架；32-活塞连接器；33-阀杆连接器；34-紧固螺母；4-复位装置；41-复位机架；42-连杆；43-弹力调整手轮；44-复位弹簧；45-手动操作手轮；46-保护螺帽；5-执行器；51-执行器缸体；52-弹簧；53-活塞；54-活塞杆；55-控制信号（风压）管口。

图2为本发明小流量控制阀另一种实施方式的结构示意图，其动作方式为气开阀，采用有弹簧的长行程活塞式执行器。

其中，1-液压机构；11-主动液压缸；12-主动活塞；13-从动液压缸；14-从动活塞；15-整体机架封盖；16-密封圈；17-机械零点调节螺杆；171-圆盘；18-紧固螺母；19-整体机架；2-阀门；21-阀座；22-阀针；23-阀门固定螺母；24-填料压帽；25-填料；26-进液口；27-出液口；28-阀体；3-阀门转接架；31-活塞连接器；32-阀杆连接器；33-紧固螺母；4-复位装置；41-复位机架；42-连杆；43-弹力调整手轮；44-复位弹簧；45-手动操作手轮；46-保护螺帽；5-执行器；51-执行器缸体；52-弹簧；53-活塞；54-活塞杆；55-控制信号（风压）管口。

具体实施方式

下面结合附图和实施实例对本发明做进一步说明。

如图1所示，本发明的小流量控制阀，其包括液压机构1、复位装置4、阀门连接装置3、阀门2和执行器5五个部分。所述的液压机构1包括整体机架19，在整体机架19内设置两个相互垂直的液压缸，分别为主动液压缸11和从动液压缸13，主动液压缸11与从动液压缸13之间通过整体机架内部的通道连接，在主动液压缸11内设置主动活塞12，在从动液压缸13内设置从动活塞14；在从动液压缸的敞口端设置整体机架封盖15；所述的主动液压缸的截面积小于从动液压缸的截面积。小直径主动活塞12插入水平设置的小直径液压缸11；大直径从动活塞14插入竖直设置的大直径液压缸13。活塞与液压缸之间通过双O型环16密封构成液压传动机构。

图1中为气关阀配置时，整体机架19正向安装，随着主动活塞12的压入，从动活塞14向下运动。

主动活塞12一端插入液压缸11，另一端通过左旋内螺纹连接孔与机械零点调节螺杆17相连接，并通过紧固螺母18紧固。从动活塞14一端的细圆柱杆由从动液压缸13顶部的圆柱孔穿出，并通过双O型环16密封将液压缸封闭；另一端的细圆柱杆由整体机架封盖15上的圆柱孔穿出。从动活塞14两端的细圆柱杆与从动活塞14同轴布置，端部具有相同的外螺纹连接和安装内孔。

复位装置4包括复位机架41，复位装置通过复位机架41固定在整体机架上19。复位机架内设置复位连杆42，复位连杆42的一端与从动活塞14的顶端固定连接，复位连杆42外部套装弹力调整手轮43、手动操作手轮45和复位弹簧44。复位连杆42是一个带有内螺纹连接端的长螺杆，内螺纹连接端与从动活塞14上的细圆柱杆相连构成螺纹紧固连接。

气关阀配置时，复位弹簧44顶在复位机架41的底部，弹力调整手轮43在复位弹簧44上方，旋转弹力调整手轮43压紧复位弹簧44，对复位连杆42施加向上的拉力，使从动活塞14上移开启阀门2。手动操作手轮45位于弹力调整手轮43之上，旋转手动操作手轮45顶住复位机架41，继续旋转下压复位连杆42带动从动活塞14下移关闭阀门2。

阀门连接装置3包括阀门转接架31，所述阀门通过阀门转接架31固定在液压结构上的整体机架封盖15下方。阀门转接架31内设置活塞连接器32，其一端固定在从动活塞下部的圆柱杆上，另一端通过紧固螺母34与阀杆连接器33连接。阀杆连接器33通过紧固螺母34与阀针22连接。阀体28通过阀门紧固螺母23固定在阀门转接架上。活塞连接器32是一个两端具有不同内螺纹连接尺寸、中心有轴向通孔的转接器；内螺纹连接端与从动活塞14下部的细圆柱杆相连构成螺纹紧固连接，活塞连接器32的另一端与阀杆连接器33的长螺杆旋合，并通过紧固螺母34紧固构成同轴固定连接。阀杆连接器33是一端带有内螺纹连接端的长螺杆；内螺纹连接端与阀杆上端的外螺纹旋合，并通过紧固螺母紧固构成同轴固定连接。

阀门2包括阀体28、阀座21和阀针22，阀座上设置进液口26和出液口27，阀针位于阀座内，阀针与阀体之间设置填料25进行密封，并通过填料压帽24进行压紧。阀门2采用常规的高压阀结构；装配适用于小流量控制的长锥形阀针22和阀座21；填料压帽24压紧填料涵中的填料25在发针22和阀体28之间形成密封。阀体28通过阀门固定螺母23固定在阀门转接架31的下部。

阀门2关闭时，放松阀杆连接器33长螺杆端的紧固螺母34，通过阀杆连接器33上的小圆盘331旋转阀杆连接器，在阀杆连接器33和活塞连接器32所构成的螺旋副作用下，竖直移动阀杆，使阀门2正好处于关闭状态，可以对阀门2的机械零点进行调整。

所述的执行器5包括执行器缸体51，在执行器缸体51内设置活塞53和弹簧52。活塞53的一端连接活塞杆54，活塞杆54与所述液压机构1的主动活塞12之间通过机械零点调节螺杆17连接。弹簧53套装在活塞杆54外部，执行器缸体51的外端（即远离液压装置的一端）设置控制信号管口55。

机械零点调节螺杆17是一个带有小圆盘171的长螺杆，小圆盘171两侧螺杆上的螺纹旋向相反，分别与执行器的活塞杆54和主动活塞12构成螺纹连接，并通过紧固螺母18紧固，将执行器的活塞杆54同主动活塞14同轴连接固定。

这种实施方式采用了带弹簧的长行程活塞式执行器，有利于将控制器输出的小幅变化转化为尽可能大的执行器行程改变，从而更加有效的驱动液压机构，并将其更加有效地转化为阀针的行程或作用力的微弱变化，从而实现对微小流量的精确控制。

图2所示为一种气开阀配置的小流量控制阀，基本结构同图1的控制阀。其中，整体机架19反向安装，随着主动活塞12的压入，从动活塞14向上方运动。

复位弹簧44顶在复位机架41的顶部，弹力调整手轮43位于复位弹簧44的下方。旋转弹力调整手轮43压紧复位弹簧44对复位连杆42施加向下的推力，使从动活塞14下移关闭阀门2。手动操作手轮45位于复位机架41的上方，旋转手动操作手轮45压住复位机架41，继续旋转提升连杆42带动从动活塞14上移以开启阀门2。

结合附图1，本发明的小流量控制阀的工作原理如下：

如图1所示，整体机架19正向安装，随着主动活塞12的压入，从动活塞14将向下运动。复位弹簧44顶在复位机架41的底部，弹力调整手轮43在复位弹簧44之上，旋转弹力调整手43轮压紧复位弹簧44对连杆42始终施加向上的拉力。

驱动信号丢失时，活塞杆54没有位移输出和作用力输出，整个机构在复位弹簧44的主导下运动，连杆42在复位弹簧44向上拉力的作用下带动从动活塞14向上运动，从动活塞通过活塞连接器32、阀杆连接器33带动阀针22向上运动打开阀门。与此同时，在液压传动的驱动下，主动活塞12向右运动，使与之相连的活塞杆54回缩，直到活塞53顶住执行器缸体51的顶部，建立力平衡后整个机构停止运动；实现控制信号丢失后阀门复位到全开位置的气关阀特征。

如图2所示，整体机架19反向安装，随着主动活塞12的压入，从动活塞14向上运动。复位弹簧44顶在复位机架41的顶部，弹力调整手轮43在复位弹簧44之下，旋转弹力调整手轮43压紧复位弹簧44对连杆42始终施加向下的推力。

驱动信号丢失时，活塞杆54没有位移输出和作用力输出，整个机构在复位弹簧44的主导下运动，连杆42在复位弹簧44向下推力的作用下带动从动活塞14向下运动，从动活塞14通过活塞连接器32、阀杆连接器33带动阀针22向下运动关闭阀门。与此同时，在液压传动的驱动下，主动活塞12向右运动，使与之相连的活塞杆54回缩，直到活塞53顶住执行器缸体51的顶部建立力平衡，整个机构停止运动；实现控制信号丢失后阀门复位到全关位置的气开阀特征。

为了更加有效的对液压机构进行驱动，提高对小幅控制信号变化响应的灵敏性，这里采用了行程通常在50～100mm的长行程活塞式执行器；将小幅度的控制信号变化转换成较为明显的行程改变。在控制信号的作用下，长行程活塞式执行器的活塞53和活塞杆54驱动主动活塞12运动在一个比较大的水平行程范围内往复运动。通过液压传动，主动活塞12的水平行程被转换成从动活塞14的竖直行程，由于从动活塞14的受压面积是主动活塞12受压面积的几十倍甚至几百倍，因此从动活塞14的将在一个极其微小的竖直行程范围内往复运动。从动活塞14通过活塞连接器32、阀杆连接器33带动阀针22在极其微小的开度范围内对流体进行节流控制。

旋转弹力调整手轮43压缩复位弹簧44；放松两个紧固螺母18，通过小圆盘旋转机械零点调节螺杆17，在旋向相反的两个螺旋副的共同作用下，增大或缩短主动活塞12与执行器活塞杆54间的距离，使主动活塞12正好处于行程为零的位置，调整执行器5的机械零点。

对于气关阀配置，投入使用前，给执行器输入一个全关信号，松开阀杆连接器33与活塞连接器之间的紧固螺母34，转转阀杆连接器33上的小圆盘，将阀门2设置到完全关闭状态，并锁紧紧固螺母34；再给执行器输入一个比全关信号高15～30％的标准信号，调整弹力调整手轮43使阀门处于正好刚刚开启的状态。

对于气开阀配置，投入使用前，调整弹力调整手轮43将阀门2设置到完全关闭状态；给执行器输入一个略高于零开度信号使阀门2开启，调整弹力调整手轮43将阀门2设置到正好刚刚关闭的状态。

这样调整后，控制阀的整个传动机构始终处于紧密压缩的平衡状态，任何破坏平衡的位移和受力均被快速反应，从而提高控制的精确性和灵敏度。另外所有部件采用紧固连接，因此消除了装配间隙对控制精度和灵敏度的影响。

本发明的小流量控制阀实现了采用较大尺寸阀芯和微小行程稳定控制小流量目的。提高了阀芯的使用寿命；提高了控制精确度和灵敏度；能够对小幅度控制信号变化进行快速响应。具有结构开放、配置灵活、转换方便、维护调整便捷、低成本的特点。

Claims (18)

1.一种小流量控制阀，其特征在于，所述的小流量控制阀包括液压机构、复位装置、阀门连接装置、阀门、执行器五个部分；其中，

所述的液压机构包括整体机架，在整体机架内设置两个相互垂直的液压缸，分别为主动液压缸和从动液压缸，主动液压缸与从动液压缸之间通过通道连接，在主动液压缸内设置主动活塞，在从动液压缸内设置从动活塞；在从动液压缸的开口端设置整体机架封盖，所述的主动液压缸的截面积小于从动液压缸的截面积；

所述的复位装置包括复位机架，复位装置通过复位机架固定在整体机架上；复位机架内设置复位连杆，复位连杆的一端与从动活塞的顶端固定连接，复位连杆外部套装弹力调整手轮、手动操作手轮和复位弹簧；

所述的阀门包括阀体、阀芯和密封填料，阀体上设置进液口和出液口，阀芯位于阀体的内腔，包含阀座和阀针，阀针插入阀座中心，阀针与阀体之间通过填料进行密封，阀座紧固在阀体内腔的底部，分隔进液口和出液口；

所述的阀门连接装置包括阀门转接架，所述阀门通过阀门转接架固定在液压结构上；阀门转接架内设置活塞连接器，其一端固定在从动活塞一端的细圆柱杆末端，另一端通过紧固螺母与阀杆连接器连接；阀杆连接器通过紧固螺母与阀针连接；所述的阀体通过阀门紧固螺母固定在阀门转接架上；

所述的执行器包括执行器缸体，在执行器缸体内设置活塞和弹簧，活塞的一端连接活塞杆，活塞杆与所述液压机构的主动活塞之间通过执行器机械零点调节螺杆连接，弹簧套装在活塞杆外，执行器缸体的外端设置控制信号管口。

2.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的主动活塞通过密封圈与主动液压缸之间形成密封，所述的从动活塞通过密封圈与从动液压缸之间形成密封。

3.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的从动液压缸的截面积为主动液压缸截面积的5～50倍。

4.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的从动液压缸的敞口端设置有整体机架封盖。

5.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的主动活塞通过左旋内螺纹连接孔与执行器机械零点调节螺杆相连接。

6.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的复位连杆的另一端设置保护螺母。

7.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的复位机架通过螺栓连接、螺纹连接、卡扣连接或焊接方式固定在液压机构的整体机架上。

8.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述填料的外部设置填料压帽。

9.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的执行器机械零点调节螺杆的两端分别通过螺纹连接方式与执行器的活塞杆以及液压机构的主动活塞之间连接。

10.按照权利要求1或9所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的执行器零点调节螺杆上的中间位置设置调节手轮，在其靠近两端的位置通过螺纹连接设有紧固螺母。

11.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的阀门转接架通过螺栓连接、螺纹连接、卡扣连接或焊接固定在液压机构上。

12.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的复位装置、液压机构和阀门同轴布置。

13.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述从动活塞的两端配置直径相同并且与从动活塞同轴的细圆柱杆，细圆柱杆端部有相同的外螺纹连接，以及相同深度和内径中心孔。

14.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的从动活塞通过连杆与复位连杆连接，所述的连杆与从动活塞同轴，连杆的端部有与细圆柱杆端部外螺纹连接配合的内螺纹连接。

15.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的复位连杆上，在弹力调整手轮的外侧且远离复位弹簧一侧还设置有手动操作手轮。

16.按照权利要求10所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的小流量控制阀为气关阀，整体机架正向安装，即复位弹簧顶在复位机架的底部，弹力调整手轮位于复位弹簧的外侧，手动操作手轮位于复位机架内，而位于弹力调整手轮的外侧。

17.按照权利要求10所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的小流量控制阀为气开阀，整体机架反向安装，即复位弹簧顶在复位机架的外侧，弹力调整手轮位于复位弹簧的内侧，手动操作手轮位于复位机架外。

18.按照权利要求1所述的小流量控制阀，其特征在于，所述的执行器机械零点调节螺杆是一个带有小圆盘的长螺杆，小圆盘两侧螺杆上的螺纹旋向相反，分别与执行器的活塞杆和主动活塞构成螺纹连接，并通过紧固螺母紧固，将执行器的驱动杆同主动活塞同轴固定连接。