CN107435751B - 一种平衡式快速高压阀及设计方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节能平衡式快速高压阀，包括导流管、密封堵头、分流管、阀体、阀芯、阀杆和驱动机构，阀体为空心管状结构，其两端分别与密封堵头相互连接，阀体内部设两条与阀体同轴分布的隔板，并通过隔板将阀体分割为两个阀室和一个导流室，阀芯嵌于阀室内，阀杆末端与阀芯相互连接，阀杆前端位于阀体外，其设计方法包括确定阀门工作运行环境参数，校核阀前阀后压差，机构设计计算，参数优化，数据校核及样品实验等六个步骤。本发明设备结构简单，使用可靠性好，调节能力、抗压抗损能力好，同时还有效的简化了阀门设计工作的流程，提高了设计工作效率和精度，便于提高阀门设计生产工作的效率和提高阀门产品质量的稳定性和可靠性。

Description

一种平衡式快速高压阀及设计方法

技术领域

本发明涉及一种平衡式快速高压阀及设计方法，属控制阀技术领域。

背景技术

平衡式高压阀在当前的物料输送管路系统中有着极为广泛的应用，但在实际使用中发现，当前所使用的平衡式高压阀往往结构相对复杂，结构强度相对较弱，一方面导致当前的平衡式高压阀的使用和调节灵活性相对较差，调节控制精度相对较低，另一方面也导致了当前的平衡式高压阀在运行过程中，易因流体介质压力过大而发生结构变形损坏，严重影响了平衡式高压阀使用的可靠性和安全性，除此之外，当前在进行平衡式高压阀的设计开发工作时，往往均采用的传统设计方式，虽然可满足设计工作的需要，但采用传统的设计方法，一方面导致设计工作效率低下，数据计算量大和劳动强度大等不足，另一方面也导致了设计工作参数精度相对较差，设计工作与实际使用情况存在较大差异，从而导致后续产品生产质量稳定性不足的缺陷，因此针对这一问题，迫切需要开发一种全新的平衡式高压阀及其设计方法，以满足实际使用的需要。

发明内容

本发明目的就在于克服上述不足，提供一种平衡式快速高压阀及设计方法。

为实现上述目的，本发明是通过以下技术方案来实现：

一种平衡式快速高压阀，包括导流管、密封堵头、分流管、阀体、阀芯、阀杆和驱动机构，阀体为空心管状结构，其两端分别与密封堵头相互连接，阀体内部设两条与阀体同轴分布的隔板，并通过隔板将阀体分割为两个阀室和一个导流室，阀室以导流室轴线对称分布在导流室两侧，且隔板均为环状结构，两阀室均通过隔板与导流室相互连通，阀室和导流室所对应的阀体侧表面上均设至少一个导流孔，并通过导流孔与分流管相互连通，阀芯共两个，并分别嵌于各阀室内，阀芯所对应的阀体上表面上设控制腔，阀杆嵌于控制腔内，并与控制腔同轴分布，阀杆末端与阀芯相互连接，阀杆前端位于阀体外，并与驱动机构相互连接，驱动机构与阀体外表面相互连接，阀杆轴线与阀体轴线垂直且相交，所述的阀杆轴线与导流孔轴线相交，并呈45°—90°夹角，导流管共两个，并分别与通过密封堵头与阀室相互连通，且导流管与阀室同轴分布。

进一步的，所述阀室和导流室中，单个阀室的容积为阀体总容积的1/4—1/3，且两阀室容积相同，两阀室和导流室均与阀体同轴分布。

进一步的，所述隔板中心的透孔孔径为阀体内径的1/4—2/3。

进一步的，所述阀芯分别为球阀、蝶阀、闸阀、截止阀、旋塞阀、减压阀中的任意一种。

进一步的，所述驱动机构为电动机、电磁铁、手轮及扳手中的任意一种。

进一步的，所述阀体内表面、阀芯和隔板外表面均设硬质耐腐蚀防护层。

一种平衡式快速高压阀的设计方法，包括如下步骤：

第一步，确定阀门工作运行环境参数，根据阀门预计使用环境，设定出阀门运行过程中外部环境和输送介质极限温度、外部环境和输送介质腐蚀性、输送介质流量、输送介质压力及输送介质流动性的设计参数，然后根据设定的设计参数，确定阀门阀体、阀芯和阀杆主材质、防护材质的结构和类型；

第二步，校核阀前阀后压差，根据第一步设定的设计参数，和阀门试剂使用要求，对进入阀门前和通过阀门调解后介质的压力差、流量差、温度差进行计算，然后根据压力差得到介质在通过阀门内部时，阀门阀体、阀芯及阀杆所承受的作用力，通过流量差得到阀体的管径与外部介质输送管路管径差，并由此确定阀体两端连接法兰的结构尺寸，通过温度差获得介质在通过阀体时的阀体、阀杆及阀芯热胀冷缩形变量，并由此得到阀体与阀芯和阀杆间的装配精度；

第三步，机构设计计算，首先根据第二步得到的阀体、阀芯及阀杆所承受的作用力和第一步设计确定的阀体、阀芯和阀杆主材质、防护材质，计算得到阀体、阀芯和阀杆的结构强度和产品相应尺寸，然后以计算得到的阀体结构尺寸参数为计算基准，对第二步得到的连接法兰的结构尺寸进行优化计算，最后根据第二步得到的阀体、阀杆及阀芯运行时热胀冷缩形变量，在之前计算得到的得到阀体、阀芯和阀杆结构尺寸参数基础上，增加阀体、阀芯和阀杆间工艺装配结构参数；

第四步，参数优化，基于第三步技术分别得到的阀体、阀芯和阀杆各自的结构尺寸参数、装配工艺参数及连接法兰尺寸参数，进行数据合并计算，并根据第二步得到的阀体、阀芯及阀杆所承受的作用力、热胀冷缩形变量，对第三步获得阀体、阀芯、阀杆及连接法兰的结构和装配工艺参数进行同一调整优化，克服数据重复缺陷，并获得完整的阀门结构设计参数；

第五步，数据校核，完成第四步作业后，将第一步得到的设计参数带入到第四步得到的完整的阀门结构设计参数中进行校核运算，其中当完整的阀门结构设计参数满足第一步设计参数需要时，则完成阀门理论设计，当完整的阀门结构设计参数不能满足第一步设计参数需要时，则返回到第二步重新进行设计计算；

第六步，样品实验，完成第五步后，根据第四步得到的设计参数生产出一批5—10台样品阀门，然后将样品阀门分别接入到实验台上，并使样品阀门在步骤一的设计参数条件下进行连续运行，检验样品阀门的产品合格率，且当样品阀门合格率大于95％时，则完成阀门设计并批量生产，若样品阀门合格率低于95％，则重新生产一批样品阀门，并在生产过程中对前一批实验中引发故障的设计参数进行休整，然后将休整后的参数返回到第三步中进行重新设计计算，并直至样品阀门合格率大于95％。

本发明设备结构简单，使用可靠性好，调节能力、抗压抗损能力好，同时还有效的简化了阀门设计工作的流程，提高了设计工作效率和精度，便于提高阀门设计生产工作的效率和提高阀门产品质量的稳定性和可靠性。

附图说明

图1为本发明结构示意图；

图2为本发明方法流程图。

具体实施方式

如图1所示，一种平衡式快速高压阀，包括导流管1、密封堵头2、分流管3、阀体4、阀芯5、阀杆6和驱动机构7，阀体4为空心管状结构，其两端分别与密封堵头2相互连接，阀体4内部设两条与阀体4同轴分布的隔板8，并通过隔板8将阀体4分割为两个阀室101和一个导流室102，阀室101以导流室102 轴线对称分布在导流室102两侧，且隔板8均为环状结构，两阀室101均通过隔板8与导流室102相互连通，阀室101和导流室102所对应的阀体4侧表面上均设至少一个导流孔9，并通过导流孔9与分流管3相互连通，阀芯5共两个，并分别嵌于各阀室101内，阀芯5所对应的阀体4上表面上设控制腔10，阀杆 6嵌于控制腔10内，并与控制腔10同轴分布，阀杆6末端与阀芯5相互连接，阀杆6前端位于阀体4外，并与驱动机构7相互连接，驱动机构7与阀体4外表面相互连接，阀杆6轴线与阀体4轴线垂直且相交，阀杆6轴线与导流孔9 轴线相交，并呈45°—90°夹角，导流管1共两个，并分别与通过密封堵头2 与阀室101相互连通，且导流管1与阀室101同轴分布。

本实施例中，所述阀室101和导流室102中，单个阀室101的容积为阀体4 总容积的1/4—1/3，且两阀室101容积相同，两阀室101和导流室102均与阀体 4同轴分布。

本实施例中，所述隔板8中心的透孔孔径为阀体内径的1/4—2/3。

本实施例中，所述阀芯5分别为球阀、蝶阀、闸阀、截止阀、旋塞阀、减压阀中的任意一种。

本实施例中，所述驱动机构7为电动机、电磁铁、手轮及扳手中的任意一种。

本实施例中，所述阀体4内表面、阀芯和隔板外表面均设硬质耐腐蚀防护层11。

如图2所述，一种平衡式快速高压阀的设计方法，包括如下步骤：

第一步，确定阀门工作运行环境参数，根据阀门预计使用环境，设定出阀门运行过程中外部环境和输送介质极限温度、外部环境和输送介质腐蚀性、输送介质流量、输送介质压力及输送介质流动性的设计参数，然后根据设定的设计参数，确定阀门阀体、阀芯和阀杆主材质、防护材质的结构和类型；

第二步，校核阀前阀后压差，根据第一步设定的设计参数，和阀门试剂使用要求，对进入阀门前和通过阀门调解后介质的压力差、流量差、温度差进行计算，然后根据压力差得到介质在通过阀门内部时，阀门阀体、阀芯及阀杆所承受的作用力，通过流量差得到阀体的管径与外部介质输送管路管径差，并由此确定阀体两端连接法兰的结构尺寸，通过温度差获得介质在通过阀体时的阀体、阀杆及阀芯热胀冷缩形变量，并由此得到阀体与阀芯和阀杆间的装配精度；

第三步，机构设计计算，首先根据第二步得到的阀体、阀芯及阀杆所承受的作用力和第一步设计确定的阀体、阀芯和阀杆主材质、防护材质，计算得到阀体、阀芯和阀杆的结构强度和产品相应尺寸，然后以计算得到的阀体结构尺寸参数为计算基准，对第二步得到的连接法兰的结构尺寸进行优化计算，最后根据第二步得到的阀体、阀杆及阀芯运行时热胀冷缩形变量，在之前计算得到的得到阀体、阀芯和阀杆结构尺寸参数基础上，增加阀体、阀芯和阀杆间工艺装配结构参数；

第四步，参数优化，基于第三步技术分别得到的阀体、阀芯和阀杆各自的结构尺寸参数、装配工艺参数及连接法兰尺寸参数，进行数据合并计算，并根据第二步得到的阀体、阀芯及阀杆所承受的作用力、热胀冷缩形变量，对第三步获得阀体、阀芯、阀杆及连接法兰的结构和装配工艺参数进行同一调整优化，克服数据重复缺陷，并获得完整的阀门结构设计参数；

第五步，数据校核，完成第四步作业后，将第一步得到的设计参数带入到第四步得到的完整的阀门结构设计参数中进行校核运算，其中当完整的阀门结构设计参数满足第一步设计参数需要时，则完成阀门理论设计，当完整的阀门结构设计参数不能满足第一步设计参数需要时，则返回到第二步重新进行设计计算；

第六步，样品实验，完成第五步后，根据第四步得到的设计参数生产出一批5—10台样品阀门，然后将样品阀门分别接入到实验台上，并使样品阀门在步骤一的设计参数条件下进行连续运行，检验样品阀门的产品合格率，且当样品阀门合格率大于95％时，则完成阀门设计并批量生产，若样品阀门合格率低于95％，则重新生产一批样品阀门，并在生产过程中对前一批实验中引发故障的设计参数进行休整，然后将休整后的参数返回到第三步中进行重新设计计算，并直至样品阀门合格率大于95％。

本发明设备结构简单，使用可靠性好，调节能力、抗压抗损能力好，同时还有效的简化了阀门设计工作的流程，提高了设计工作效率和精度，便于提高阀门设计生产工作的效率和提高阀门产品质量的稳定性和可靠性。

以上显示和描述了本发明的基本原理和主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (7)

1.一种平衡式快速高压阀，其特征在于：所述平衡式快速高压阀包括导流管、密封堵头、分流管、阀体、阀芯、阀杆和驱动机构，所述的阀体为空心管状结构，其两端分别与密封堵头相互连接，所述的阀体内部设两条与阀体同轴分布的隔板，并通过隔板将阀体分割为两个阀室和一个导流室，所述的阀室以导流室轴线对称分布在导流室两侧，且所述的隔板均为环状结构，两阀室均通过隔板与导流室相互连通，所述阀室和导流室所对应的阀体侧表面上均设至少一个导流孔，并通过导流孔与分流管相互连通，所述的阀芯共两个，并分别嵌于各阀室内，阀芯所对应的阀体上表面上设控制腔，所述的阀杆嵌于控制腔内，并与控制腔同轴分布，所述的阀杆末端与阀芯相互连接，阀杆前端位于阀体外，并与驱动机构相互连接，所述的驱动机构与阀体外表面相互连接，所述的阀杆轴线与阀体轴线垂直且相交，所述的阀杆轴线与导流孔轴线相交，并呈45°—90°夹角，所述的导流管共两个，并分别与通过密封堵头与阀室相互连通，且导流管与阀室同轴分布。

2.根据权利要求1所述的一种平衡式快速高压阀，其特征在于：所述阀室和导流室中，单个阀室的容积为阀体总容积的1/4—1/3，且两阀室容积相同，两阀室和导流室均与阀体同轴分布。

3.根据权利要求1所述的一种平衡式快速高压阀，其特征在于：所述隔板中心的透孔孔径为阀体内径的1/4—2/3。

4.根据权利要求1所述的一种平衡式快速高压阀，其特征在于：所述阀芯分别为球阀、蝶阀、闸阀、截止阀、旋塞阀、减压阀中的任意一种。

5.根据权利要求1所述的一种平衡式快速高压阀，其特征在于：所述驱动机构为电动机、电磁铁、手轮及扳手中的任意一种。

6.根据权利要求1所述的一种平衡式快速高压阀，其特征在于：所述阀体内表面、阀芯和隔板外表面均设硬质耐腐蚀防护层。

7.一种利用权利要求1至6任意一项所述平衡式快速高压阀的设计方法，其特征在于：其包括如下步骤：

第一步，确定阀门工作运行环境参数，根据阀门预计使用环境，设定出阀门运行过程中外部环境和输送介质极限温度、外部环境和输送介质腐蚀性、输送介质流量、输送介质压力及输送介质流动性的设计参数，然后根据设定的设计参数，确定阀门阀体、阀芯和阀杆主材质、防护材质的结构和类型；

第二步，校核阀前阀后压差，根据第一步设定的设计参数，和阀门试剂使用要求，对进入阀门前和通过阀门调解后介质的压力差、流量差、温度差进行计算，然后根据压力差得到介质在通过阀门内部时，阀门阀体、阀芯及阀杆所承受的作用力，通过流量差得到阀体的管径与外部介质输送管路管径差，并由此确定阀体两端连接法兰的结构尺寸，通过温度差获得介质在通过阀体时的阀体、阀杆及阀芯热胀冷缩形变量，并由此得到阀体与阀芯和阀杆间的装配精度；

第三步，机构设计计算，首先根据第二步得到的阀体、阀芯及阀杆所承受的作用力和第一步设计确定的阀体、阀芯和阀杆主材质、防护材质，计算得到阀体、阀芯和阀杆的结构强度和产品相应尺寸，然后以计算得到的阀体结构尺寸参数为计算基准，对第二步得到的连接法兰的结构尺寸进行优化计算，最后根据第二步得到的阀体、阀杆及阀芯运行时热胀冷缩形变量，在之前计算得到的得到阀体、阀芯和阀杆结构尺寸参数基础上，增加阀体、阀芯和阀杆间工艺装配结构参数；

第四步，参数优化，基于第三步技术分别得到的阀体、阀芯和阀杆各自的结构尺寸参数、装配工艺参数及连接法兰尺寸参数，进行数据合并计算，并根据第二步得到的阀体、阀芯及阀杆所承受的作用力、热胀冷缩形变量，对第三步获得阀体、阀芯、阀杆及连接法兰的结构和装配工艺参数进行同一调整优化，克服数据重复缺陷，并获得完整的阀门结构设计参数；

第五步，数据校核，完成第四步作业后，将第一步得到的设计参数带入到第四步得到的完整的阀门结构设计参数中进行校核运算，其中当完整的阀门结构设计参数满足第一步设计参数需要时，则完成阀门理论设计，当完整的阀门结构设计参数不能满足第一步设计参数需要时，则返回到第二步重新进行设计计算；

第六步，样品实验，完成第五步后，根据第四步得到的设计参数生产出一批5—10台样品阀门，然后将样品阀门分别接入到实验台上，并使样品阀门在步骤一的设计参数条件下进行连续运行，检验样品阀门的产品合格率，且当样品阀门合格率大于95%时，则完成阀门设计并批量生产，若样品阀门合格率低于95%，则重新生产一批样品阀门，并在生产过程中对前一批实验中引发故障的设计参数进行休整，然后将休整后的参数返回到第三步中进行重新设计计算，并直至样品阀门合格率大于95%。