CN108223830A - 一种万能调节阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种万能调节阀，包括阀座、阀体、压盘和阀芯，所述压盘和阀座为环形件，位于阀体的阀门内，所述阀座由内环部件和外环套件组成，所述内环部件的前端紧贴阀芯，所述内环部件的后端与压盘之间设有弹性自密封环，所述内环部件通过弹性自密封环与阀芯弹性连接，所述弹性自密封环上设有开口朝内的环形膨胀空间。与现有技术相比，本发明既能应用于常温常压又能应用于高温高压差和低温高压差的万能调节阀，本发明既适用于调节，又适用于开关；既适用于气体，又适用于液体和颗粒介质，能完全代替传统的单座阀、双座阀、套筒阀、蝶阀、球阀、Y型阀、全功能阀等多种阀型。

Description

一种万能调节阀
技术领域
本发明涉及调节阀和开关阀，尤其涉及一种万能调节阀。
背景技术
在调节阀技术中，分为直行程和角行程二大类。角行程阀因流通能力大、流阻小、能量损失小、故障率低更符合现代控制技术的发展方向。在角行程阀门中又以偏心半球类(包括偏心旋转阀、凸轮绕曲阀、V型球阀、全功能阀) 为其中的翘楚。
但现有的偏心半球阀产品中，一般只适用于小口径、低压差、介质温度不高的环境下，世界上最先进的企业也是以口径DN300，切断压差1MPa为极限条件。在高切断压差环境或口径过大的情况下，因不平衡力过大，阀杆将产生弯曲变形，形成阀芯退让，从而造成泄漏量过大，高速流体的切削作用将使阀芯失效。在高温环境下，传统结构缺乏退让空间，高温造成的膨胀量使阀座与阀芯的密封力大大增加，而传统密封结构又采用线密封，阀座会压伤阀芯，阀芯粗糙度的增加使阀门的开启扭矩变成了不定值，造成阀门不易打开，执行机构的匹配就成了问题。
现有旋转类调节阀阀型(如V型球阀、偏心旋转阀、全功能阀等)的硬密封调节阀阀座没有弹性，阀芯与阀座是通过线密封来保证密封的可靠性。由于阀杆受到的轴向力为阀座面积与压差的乘积，压差越高、阀座越大则阀杆的变形量也越大，阀座与阀芯的压紧力就会变小，造成泄漏增加。为了避免高压差时的泄漏量超标，传统做法是增加初始压紧力，由于阀芯阀座是线密封，过大的初始压紧力会使阀芯产生压痕，阀门的开启会变得困难。上述问题限制了半球类调节阀向高温、低温、高压、高压差、大口径方向的发展。现有的高端调节阀大部分都被国外著名品牌的单密封、双密封笼式调节阀占领。
专利号CN03252922.8角行程阀安装支架，为保证阀内件与阀体准确定位及密封性能，阀芯等内件的重力由支架支承，阀门开、闭省力，操作灵活；阀杆被支架轴向定位，阀内件无振动，不会上下串动，阀芯与阀体磨损少，密封性能好，使用寿命长。
专利号CN201110376713.4节能型全功能调节阀，该介质通道的轮廓型线是 V形曲线，节能型全功能调节阀采用低S运行理论设计，以低S设计流量特性，使阀在低S运行下具有较好的调节品质。因本节能调节阀全开时的阀上压降比传统阀可减少40％～80％，从而可降低系统压力源头泵或风机等设备的扬程。
发明内容
本发明的目的就在于提供一种解决了上述问题，用压差自密封、阀座自动对中来提高密封性能，增加切断压差，以增大变阻尼范围，以提高调节性能，增加阀门使用寿命的万能调节阀。
为了实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种万能调节阀，包括阀座、阀体、压盘和阀芯，所述压盘和阀座为环形件，位于阀体的阀门端口内，所述阀座由内环部件和外环套件组成，所述内环部件的前端紧贴阀芯，所述内环部件的后端与压盘之间设有弹性自密封环，所述内环部件通过弹性自密封环与阀芯弹性连接，所述弹性自密封环上设有开口朝内的环形膨胀空间。
作为优选，所述外环套件套装于内环部件上，外环套件与内环部件之间的连接面为直筒状的光滑面。
作为优选，所述弹性自密封环，端面呈折叠状，且转折部位为圆弧形，重叠部位结合圆弧部位形成开口向内的环形膨胀空间。
作为优选，所述弹性自密封环其纵剖面呈“m”字形或“n”字形。
作为优选，所述弹性自密封环与压盘之间设有蝶形弹簧。所述弹性密封环的环形宽度与内环部件后端宽度相同，弹性密封环的前端面紧贴内环部件后端，弹性密封环的端面紧贴蝶形弹簧。
所述自密封环为金属材料制成，在高温高压下，其横向变形量为60-70丝。
作为优选，所述阀门端口、压盘、内环部件和外环套件位于同一轴心线上。
作为优选，所述外环套件外壁上设有环形凸台，通过所述凸台与阀体限位固定连接。
作为优选，所调节阀为双球冠调节阀，所述阀座位于进口阀门端口内，还包括阀座Ⅱ，所述阀座Ⅱ位于出口阀门端口内，所述阀座Ⅱ由内环部件Ⅱ和外环套件Ⅱ组成，所述内环部件Ⅱ的前端紧贴阀芯，内环部件Ⅱ的后端设有弹性垫，所述阀座Ⅱ上设有密封环。
作为优选，所述阀芯与内环部件前端内孔的贴合处为弧形贴合面，所述弧形贴合面的弧度与阀芯表面的弧度相同。
作为优选，所述阀芯是冠状球芯，球芯球面上开有介质通道，该介质通道的轮廓型线是V形曲线，在小开度工作时该V形曲线与阀座围成的面积是通流截面，流通面积随开度的增加而增加，达到最大开度时流通面积等于阀座面积。
作为优选，所述阀芯上连接有阀杆，所述阀杆上设有安装支架，所述安装支架呈“日”字形结构，所述安装支架中部横板通过轴承与阀杆在径向转动配合，通过轴承、螺母与阀杆螺纹段在轴向定位连接构成阀杆轴向定位装置，以及阀内件重力的支承机构。
与现有技术相比，本发明的优点在于：本发明既能应用于常温常压又能应用于高温高压差和低温高压差的万能调节阀，本发明既适用于调节，又适用于开关；既适用于气体，又适用于液体和颗粒介质，能完全代替传统的单座阀、双座阀、套筒阀、蝶阀、球阀、Y型阀、全功能阀等多种阀型。
附图说明
图1为本发明结构示意图；
图2为本发明图1局部放大示意图；
图3为本发明双球冠结构示意图；
图4为本发明图3局部放大示意图；
图5为本发明理想特性曲线图。
图中：1、阀体；2、外环套件；3、内环部件；4、压盘；5、阀芯；6、弹性自密封环；7、蝶形弹簧；8、内环部件Ⅱ；9、外环套件Ⅱ；10、弹性垫；11、密封环；12、安装支架。
具体实施方式
下面将对本发明作进一步说明。
实施例1：参见图1、图2，一种万能调节阀，包括阀座、阀体1、压盘4 和阀芯5，所述压盘4和阀座为环形件，位于阀体1的阀门端口内，所述阀座由内环部件3和外环套件2组成，所述内环部件3的前端紧贴阀芯5，所述内环部件3的后端与压盘4之间设有弹性自密封环6，所述内环部件3通过弹性自密封环6与阀芯5弹性连接，所述弹性自密封环6上设有开口朝内的环形膨胀空间。外环套件2经过压盘4抵住后稳定不动，内环部件3形成一个活动的弹性封堵部件。在高压差环境下，当介质从A向流向阀门出现平衡力过大时，阀杆受到轴向压力会产生变形，自密封部件由于C型口内外压差的不平衡而产生变形，推动内环部件3向阀芯5方向位移。此时阀座经压盘4抵住后无法运动，此时内环部件3为浮动结构，内环部件3可以在一定范围内随阀芯5一起移动，此位移正好弥补阀杆变形造成的阀芯5后退量，阀座与阀芯5之间的密封力一直保持正常范围，泄漏量不因压差的增大而增大。
在高压条件下工作时：由于弹性自密封环6内侧与外侧存在高压差，弹性自密封环6的环形膨胀空间会随压力和温度的加大而膨胀变形，对压差进行修正，以此减少阀门内的压力的作用，避免阀芯5被迫冲开造成泄漏。修正时，弹性自密封环6的环形膨胀空间会产生横向推力，推动内环部件3的向阀芯5 靠拢，使阀芯5与内环部件3之间的密封力一直保持在合理的范围内，即使阀芯5偏移，内环部件3依旧能紧贴阀芯5开时，保证其密封状态。使高压差阀门不需要增加预紧力，且降低了阀门的开启扭矩，也提高了寿命。
所述外环套件2套装于内环部件3上，外环套件2与内环部件3之间的连接面为直筒状的光滑面，光滑面便于内环部件3的相对移动。所述阀门端口、压盘4、内环部件3和外环套件2位于同一轴心线上。所述阀芯5与内环部件3 前端内孔的贴合处为弧形贴合面，所述弧形贴合面的弧度与阀芯5表面的弧度相同，不同于现有的点、线贴合，环形的弧形贴合面能与阀芯5表面实现面面紧密贴合，起到很好的贴合密封效果。本发明的阀座的内环部件3具有弹性，结合内环部件3上的环形的弧形贴合面，阀座3的密封面与阀芯完全贴合的曲面，当受到外环的自密封弹力和阀芯的关断压力，能转化为弧面的切向力，推动阀座自动找中，密封性得到极大提高，使轴心线一致，与阀芯5中心一致，提高介质流动效果。
所述弹性自密封环6，端面呈折叠状，且转折部位为圆弧形，重叠部位结合圆弧部位形成开口向内的环形膨胀空间，所述弹性自密封环6其纵剖面呈“m”字形或“n”字形，圆弧形的转折部位具有很好的弹性，在压力和温度过大时使开口张大，产生横向弹性推力，圆弧形的转折部位还具有很好扩充力，在压力和温度过大时，能产生膨胀，减少阀座内部的压差。
在高温条件下工作时：可在所述弹性自密封环6与压盘4之间增设蝶形弹簧7，利用蝶形弹簧7的弹性量，弥补高温时阀芯5阀座的膨胀量，避免在转动过程中因高温出现卡死现象。同时具有弹性变形量的内环部件3，即使阀芯5采用不对中的偏心旋转阀，也能避免阀芯5在转动过程中出现卡死现象。
所述弹性密封环的环形宽度与内环部件3后端宽度相同，弹性密封环的前端面紧贴内环部件3后端，弹性密封环的端面紧贴蝶形弹簧7，使弹性密封环前后端面紧贴与内环部件3后端和蝶形弹簧7之间，不会出现脱卡或翻边，且使弹性力均匀的作用于环形部件上，不会产生作用力的偏移。
所述自密封环为金属材料制成，金属材料耐高温高压，在高温高压下，其横向变形量为60-70丝，通过无数次实验，60-70丝的变量可应对高温高压存在的阀芯5偏移，密封失效泄漏的问题。
所述外环套件2外壁上设有环形凸台，通过所述凸台与阀体1限位固定连接。凸台的设计还能使外环套件2与阀体1之间的间隙产生弯折，有效的提升其气密性，同时减小弹性自密封环6内侧与外侧的压差。
所述阀芯5是冠状球芯，球芯球面上开有介质通道，该介质通道的轮廓型线是V形曲线，在小开度工作时该V形曲线与阀座围成的面积是通流截面，流通面积随开度的增加而增加，达到最大开度时流通面积等于阀座面积。在球芯两侧的球冠表面均开设有V形曲线形成的V型口，阀芯5转动时，流量随V型口的不断变化而变化，实现高可调比调节，同时也很好的保证流量特征，阀门的阀座。
所述阀芯5上连接有阀杆，所述阀杆上设有安装支架12，所述安装支架12 呈“日”字形结构，所述安装支架12中部横板通过轴承与阀杆在径向转动配合，通过轴承、螺母与阀杆螺纹段在轴向定位连接构成阀杆轴向定位装置，以及阀内件重力的支承机构。
实施例2，一种万能调节阀，见图3、图4，对于高压差(如压差超过1MPa)，或高可调比或小流量调节或等百分比调节的工艺环境下，上述结构就要做相应的变体，所调节阀为双球冠调节阀，所述阀座位于进口阀门端口内，还包括阀座Ⅱ，所述阀座Ⅱ位于出口阀门端口内，所述阀座Ⅱ由内环部件Ⅱ8和外环套件Ⅱ9组成，所述内环部件Ⅱ8的前端紧贴阀芯5，内环部件Ⅱ8的后端设有弹性垫10，所述阀座Ⅱ上设有密封环12。其余结构与实施例1相同。
进口阀门内的阀座与阀座Ⅱ的配合，高压差的流体经过二次收缩扩张，实现了介质两级节流的目的(可调比为二级可调比之积得以大大提高)，加大介质流阻，流速降低，也就容易控制，加大介质流阻的变化率，降低了流速有助于流体的精确控制，还能防止在高流速情况下产生汽蚀和冲蚀对阀门的损坏。用这种形式的调节阀能在高压差场合完全替代套筒调节阀、等级节流调节阀、迷宫调节阀等阀型。阀座起推动调节作用，阀座Ⅱ起从动缓冲调节作用，通过密封环12实现阀体1内的密封。
其理想特性曲线参见图5，实线为可调比为1000的理想等百分比特性曲线，虚线为理想特性曲线的开平方根，虚线近似于直线，用开V型口的偏心半球很容易实现，而双冠万能阀整机的特性曲线是二个单冠特性曲线的乘积，所以双冠万能阀能做出理想的等百分比特性曲线，并且可调比可以轻松的做到1000以上，如果执行机构配用步进电机，极限情况可调比可以做到十万。
对于超高压差的调节(如调节阀前后压差超过10MPa)，建议在流道中增加可变角度的节流孔板，以增加阻尼比并降低流速。
以上对本发明所提供的一种万能调节阀进行了详尽介绍，本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想；同时，对于本领域的一般技术人员，依据本发明的思想，在具体实施方式及应用范围上均会有改变之处，对本发明的变更和改进将是可能的，而不会超出附加权利要求所规定的构思和范围，综上所述，本说明书内容不应理解为对本发明的限制。

Claims (10)

1.一种万能调节阀，包括阀座、阀体、压盘和阀芯，所述压盘和阀座为环形件，位于阀体的阀门端口内，其特征在于：所述阀座由内环部件和外环套件组成，所述内环部件的前端紧贴阀芯，所述内环部件的后端与压盘之间设有弹性自密封环，所述内环部件通过弹性自密封环与阀芯弹性连接，所述弹性自密封环上设有开口朝内的环形膨胀空间。
2.根据权利要求1所述的一种万能调节阀，其特征在于：所述弹性自密封环，端面呈折叠状，且转折部位为圆弧形，重叠部位结合圆弧部位形成开口向内的环形膨胀空间。
3.根据权利要求2所述的一种万能调节阀，其特征在于：所述弹性自密封环其纵剖面呈“m”字形或“n”字形。
4.根据权利要求1所述的一种万能调节阀，其特征在于：所述弹性自密封环与压盘之间设有蝶形弹簧。
5.根据权利要求1所述的一种万能调节阀，其特征在于：所述阀门端口、压盘、内环部件和外环套件位于同一轴心线上。
6.根据权利要求1所述的一种万能调节阀，其特征在于：所述外环套件外壁上设有环形凸台，通过所述凸台与阀体限位固定连接。
7.根据权利要求1所述的一种万能调节阀，其特征在于：所调节阀为双球冠调节阀，所述阀座位于进口阀门端口内，还包括阀座Ⅱ，所述阀座Ⅱ位于出口阀门端口内，所述阀座Ⅱ由内环部件Ⅱ和外环套件Ⅱ组成，所述内环部件Ⅱ的前端紧贴阀芯，内环部件Ⅱ的后端设有弹性垫，所述阀座Ⅱ上设有密封环。
8.根据权利要求1至7任意一项权利要求所述的一种万能调节阀，其特征在于：所述阀芯与内环部件前端内孔的贴合处为弧形贴合面，所述弧形贴合面的弧度与阀芯表面的弧度相同。
9.根据权利要求1至7任意一项权利要求所述的一种万能调节阀，其特征在于：所述阀芯是冠状球芯，球芯球面上开有介质通道，该介质通道的轮廓型线是V形曲线。
10.根据权利要求1至7任意一项权利要求所述的一种万能调节阀，其特征在于：所述阀芯上连接有阀杆，所述阀杆上设有安装支架，所述安装支架呈“日”字形结构，所述安装支架中部横板通过轴承与阀杆在径向转动配合，通过轴承、螺母与阀杆螺纹段在轴向定位连接构成阀杆轴向定位装置，以及阀内件重力的支承机构。
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