CN108426075A - 一种大可调比高压差套筒调节阀 - Google Patents

一种大可调比高压差套筒调节阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种大可调比高压差套筒调节阀，包括阀体，阀芯组件，阀盖，阀杆，电动执行器等。本发明可实现：增加阀门的可调比，在小流量时实现多级降压。当阀门开度在小阀芯的行程范围内时，小阀芯发挥调节作用，实现降压；当开度到达小阀芯行程终点位置后，大阀芯开启，开始主导阀门的流量调节。本先导式套筒调节阀可在保证原有流量特性的前提下，实现其在小开度时更加精确的流量调节，即实现了大可调比。同时，在小阀芯开启过程中，多级降压结构的小套筒可以使每一级压降Δp小于产生空化的临界压差，从而有效避免了汽蚀等危害的发生，能避免阀门产生振动及噪声。另外，本大可调比高压差套筒调节阀具有操作简单，安装方便，安全可靠等优点。

Description

一种大可调比高压差套筒调节阀
技术领域
本发明涉及套筒调节阀，特别涉及到一种大可调比高压差套筒调节阀。
背景技术
在现代工业生产过程中，调节阀扮演了越来越重要的角色，它是用于控制系统改变管路中流体流量的装置，在管系中起着分配流体介质、调节流体流量等重要作用。近年来，随着工业技术的不断提高，调节阀也必须达到更高的要求以应对在实际生产中出现的高温、高压等特殊工况。特别是应用于高压差场合的先导式套筒调节阀的内芯，由于流速很高，经常在内部节流件部位出现冲刷腐蚀，同时还伴有由空化现象引起的空化、噪声和振动等危害，给安全生产带来重大隐患。
在调节阀中产生的空化现象，其根本原因在于阀门前后的压差过高。当压差达到一定级别之后，调节阀内部的流体介质会在进入节流部位时压力骤降，在通流截面面积最小处压力降至最低，当该压力值低于当前温度下的流体介质的饱和蒸汽压时，就会出现部分液体汽化的现象，形成大量的微小汽泡，当流体介质流出节流部位后，压力会出现回升，此时，这些汽泡又会发生破裂并回到液态，同时对阀体和阀芯等部件产生冲击并带来噪声、振动等危害。
现有的用于实现大可调比的调节阀，鲜有考虑高压差带来的空话现象的。因此，发明一种可在实现大可调比高压差套筒调节阀是十分有必要的。
发明内容
本发明涉及一种大可调比高压差套筒调节阀，主要实现的是如下的两个功能：增加阀门的可调比，在小流量时实现多级降压。当阀门开度在小阀芯的行程范围内时，小阀芯发挥调节作用，大阀芯依然保持关闭状态，此时介质流经多级降压结构后依旧可以达到要求的压降；当开度到达小阀芯行程终点位置后，大阀芯开启，开始主导阀门的流量调节。
实现上述目的所采用的技术方案是：
一种大可调比高压差套筒调节阀，包括阀体、阀座、套筒、阀芯组件、平衡密封环、上套筒、阀盖、阀杆、密封组件、电动执行机构；
阀体上方设置有阀盖，阀盖上方设有支架，支架上方设有电动执行机构；阀体的进口腔和出口腔交汇处设有阀座，阀座上依次安装有套筒和上套筒；套筒和上套筒内设有阀芯组件，阀芯组件的下端延伸到阀体的出口腔；阀体进口和出口通过阀芯组件连通；
阀杆的一端与电动执行机构固定连接，另一端穿过支架、阀盖、上套筒和套筒并延伸至阀芯组件的下部，且该端加工为小阀芯，所述小阀芯上设有孔；
所述阀芯组件包括大阀芯、弹簧、弹簧压盖、阀芯压盖以及小阀芯；大阀芯上部设有阀芯压盖，大阀芯内由下到上依次安装有弹簧和弹簧压盖；所述大阀芯底部由内向外依次设有首级孔板和次级孔板；
所述套筒上设有窗口a，大阀芯侧壁上设有通孔b，弹簧压盖上设有通孔c，阀芯压盖上设有通孔d，通过窗口a、通孔b、通孔c、通孔d将阀体的进口流道、阀芯组件和套筒内部连通，消除阀芯组件的不平衡力。
所述首级孔板设有若干层小孔，每层的小孔出口处加工有一圈环状槽，所述槽的宽度为倍小孔孔径；所述次级孔板设有相互连通的内层孔和外层孔，内层孔径与首级孔板的孔径相等，外层孔径为内层孔径的倍。
所述首级孔板与次级孔板之间采用过盈配合。
所述大阀芯上的通孔b位于套筒窗口a的中间位置，这样可以保证套筒的窗口a对大阀芯流量特性的影响较低，且在大阀芯开始开启之后的一定行程内，阀门的整体流量依旧是其二者流量的和；当大阀芯上升至一定行程之后，其通孔b会被套筒影响直至被完全阻塞，此时需要对套筒a的窗口进行修正，以满足整体阀门的流量特性要求。
所述阀杆上设有挡肩，所述挡肩设于弹簧压盖和阀芯压盖之间；用于定位弹簧压盖。
所述阀杆和阀盖之间设有密封组件，套筒和上套筒之间设有平衡密封环。
大阀芯与阀芯压盖采用的是螺纹连接；阀杆穿过阀芯组件时，与阀芯压盖为间隙配合。
所述阀体采用了等截面S型流道，流通能力大。
所述阀体与阀座之间安装有垫片，阀体与阀盖之间安装有垫片，阀盖和上套筒之间安装有垫片。
本发明所述的大可调比高压差套筒调节阀工作原理：
所述阀芯组件及阀杆在电动执行机构的驱动下沿着阀杆中心线上下移动，且在平衡密封环的导向作用下，保持动作平稳；
在阀门开度在小阀芯的行程范围内时，小阀芯发挥调节作用，随着阀杆的上升，流量增加，同时大阀芯依然保持关闭状态，此时介质流经多级降压结构后依旧可以达到要求的压降；当开度到达小阀芯行程终点位置后，大阀芯开启，开始主导阀门的流量调节。
所述大阀芯与弹簧压盖之间安装有弹簧，当阀门处于关闭位置时，弹簧为压缩状态；在小阀芯处于全开位置之前，弹簧的作用力是不小于阀芯组件与阀座之间的必须密封力的。
本发明的有益效果为：
(1)本先导式套筒调节阀可在保证原有流量特性的前提下，实现其在小开度时更加精确的流量调节，即实现了大可调比。同时，在小阀芯开启过程中，多级降压结构的套筒可以使每一级压降Δp小于产生空化的临界压差，从而有效避免了汽蚀等危害的发生，能避免阀门产生振动及噪声。
(2)本发明大阀芯底部由内向外依次设置的首级孔板和次级孔板，为多级降压结构的设计，可以减小振动及噪声。
(3)本大可调比高压差套筒调节阀具有操作简单，安装方便，安全可靠等优点。
附图说明
图1是本发明一种大可调比高压差套筒调节阀原理图。
图2是本发明一种大可调比高压差套筒调节阀的阀芯组件结构图。
图3是本发明一种大可调比高压差套筒调节阀的阀芯组件下部多级降压结构处的A-A截面图。
图4为首级孔板的示意图。
图5为次级孔板的示意图。
图中：1.阀体，2.阀座，3.套筒，4.阀芯组件，5.平衡密封环，6.上套筒，7.阀盖，8.阀杆，9.密封组件，10.电动执行机构，41.大阀芯，42.弹簧，43.弹簧压盖，44.阀芯压盖，8a.小阀芯，8b.挡肩，41a.首级孔板，45.次级孔板。
具体实施方式
下面将结合具体实施例和说明书附图对本发明进行解释，但本发明的保护范围并不仅限于此。
图1为本发明涉及一种大可调比高压差套筒调节阀结构原理图，
一种大可调比高压差套筒调节阀，包括阀体1、阀座2、套筒3、阀芯组件4、平衡密封环5、上套筒6、阀盖7、阀杆8、密封组件9、电动执行机构10；
阀体1上方设置有阀盖7，阀盖7上方设有支架，支架上方设有电动执行机构10；阀体1的进口腔和出口腔交汇处设有阀座2，阀座2上依次安装有套筒3和上套筒6；套筒3和上套筒6内设有阀芯组件4，阀芯组件4的下端延伸到阀体1的出口腔；阀体1进口和出口通过阀芯组件4连通；
阀杆8的一端与电动执行机构10固定连接，另一端穿过支架、阀盖7、上套筒6和套筒3并延伸至阀芯组件4的下部，且该端加工为小阀芯8a，所述小阀芯8a上设有孔；
图2为本发明涉及阀芯组件的结构示意图，所述阀芯组件4包括大阀芯41、弹簧42、弹簧压盖43、阀芯压盖44以及小阀芯8a；大阀芯41上部设有阀芯压盖44，大阀芯41内由下到上依次安装有弹簧42和弹簧压盖43；所述大阀芯41底部由内向外依次设有首级孔板41a和次级孔板45；
所述套筒3上设有窗口a，大阀芯41侧壁上设有通孔b，弹簧压盖43上设有通孔c，阀芯压盖44上设有通孔d，通过窗口a、通孔b、通孔c、通孔d将阀体1的进口流道、阀芯组件4和套筒内部连通，消除阀芯组件的不平衡力。
图4和图5分别为本发明首级孔板和次级孔板的结构示意图。所述首级孔板41a设有若干层小孔，每层的小孔出口处加工有一圈环状槽，所述槽的宽度为2倍小孔孔径；所述次级孔板45设有相互连通的内层孔和外层孔，内层孔径与首级孔板41a的孔径相等，外层孔径为内层孔径的2倍。
所述首级孔板41a与次级孔板45之间采用过盈配合。
所述大阀芯41上的通孔b位于套筒3窗口a的中间位置，这样保证套筒3的窗口a对大阀芯41流量特性的影响较低，且在大阀芯41开始开启之后的一定行程内，阀门的整体流量依旧是其二者流量的和；当大阀芯41上升至一定行程之后，其通孔b会被套筒3影响直至被完全阻塞，此时需要对套筒3的窗口进行修正，以满足整体阀门的流量特性要求。
所述阀杆8上设有挡肩8b，所述挡肩8b设于弹簧压盖43和阀芯压盖44之间；用于定位弹簧压盖43。
所述阀杆8和阀盖7之间设有密封组件9，套筒3和上套筒6之间设有平衡密封环5。
大阀芯41与阀芯压盖44采用的是螺纹连接；阀杆8穿过阀芯组件4时，与阀芯压盖44为间隙配合。
阀体1采用了等截面S型流道，流通能力大。
阀体1与阀座2之间安装有垫片，阀体1与阀盖7之间安装有垫片，阀盖7和上套筒6之间安装有垫片。
本发明的组装主要分三个部分进行。分别是阀芯组件的组装、阀盖部分的组装、以及整体阀门的组装。
首先是阀芯组件4组装：
如图2所示，依次将弹簧42与弹簧压盖43放入大阀芯41的内腔，注意弹簧压盖43上有台阶的面是对着弹簧42的，起到一个定位的作用。之后，将阀杆8下端的小阀芯8a穿过弹簧压盖43中心的孔洞直至大阀芯41的下腔，挡肩8b抵在弹簧压盖43的上表面。最后，放入阀芯压盖44并通过螺纹连接拧紧，可在拧紧之后点焊固定。
第二步，是阀盖部分的组装：
先将阀杆8从阀盖7的下部孔处穿入，之后，如图3所示在阀盖7上部和阀杆8之间安装密封组件9。
第三步，是整体阀门的组装：
首先，将阀体1以中间孔朝上的样子放置并暂作固定。在阀体1中间放置阀座2的位置处先放置垫圈，之后依次放入阀座2、套筒3、平衡密封环5、上套筒6。在上套筒6及阀体1的上端面放置垫片。
接着，将之前组装好的阀盖部分放置在阀体1上，在放置过程中，要注意勿要将阀芯组件的密封面与上套筒及套筒发生碰撞，从而破坏密封面。将阀盖下法兰的各孔与阀体顶法兰的各孔对齐之后，使用全螺纹螺柱及螺母将其二者固定。
最后，将电动执行机构10与支架放入阀盖上端，使用压紧螺母将其固定。通过对夹螺母将阀杆8与电动执行机构10连接起来。到这步为止，本发明的组装完成，如图1所示。
之后是电动执行机构10的调试，需要注意的是，电动执行机构10的行程是小阀芯8a的行程与大阀芯41行程的和。
工作原理为：
在阀门工作过程中，首先是向电动执行机构10输入开启或关闭的信号，之后，电动执行机构10带动阀杆8沿着阀杆8中心线上升或者下降，也就是完成阀门的启闭，在平衡密封环(5)的导向作用下，保持动作平稳。
与常规的套筒调节阀一样，工作介质首先到达的是阀体1的上腔，当阀门开启后，介质依次通过套筒3、阀芯组件4、阀座2之后到达阀体1的下腔。与常规的套筒调节阀不同的是，在阀门处于小开度时，介质会流经阀芯组件4的内腔，通过小阀芯8a内部的流道流至大阀芯41的下端并通过多级降压结构，最后流入阀体1的下腔。
当阀门开度处于小阀芯8a的行程范围内时，小阀芯8a发挥调节作用，工作介质通过大阀芯中间的孔流入阀体1的上腔。由于套筒3的内腔与上腔、阀体1进口端是连通的，因此小阀芯8a以及大阀芯41在升降的过程中受到的不平衡力都是很小的，这保证了其启闭过程可以稳定进行。随着阀杆8的上升，流量随着开度以线性特性增加，同时大阀芯41在弹簧力的作用下，依然保持关闭状态。当开度到达小阀芯8a行程终点位置后，小阀芯8a处于全开状态，此时若阀杆8继续上升，则大阀芯41开启，并开始主导阀门的流量调节。在平衡密封环的作用下，阀芯组件4可以保持竖直上升。

Claims (9)

1.一种大可调比高压差套筒调节阀，其特征在于，包括阀体(1)、阀座(2)、套筒(3)、阀芯组件(4)、平衡密封环(5)、上套筒(6)、阀盖(7)、阀杆(8)、密封组件(9)、电动执行机构(10)；
阀体(1)上方设置有阀盖(7)，阀盖(7)上方设有支架，支架上方设有电动执行机构(10)；阀体(1)的进口腔和出口腔交汇处设有阀座(2)，阀座(2)上依次安装有套筒(3)和上套筒(6)；套筒(3)和上套筒(6)内设有阀芯组件(4)，阀芯组件(4)的下端延伸到阀体(1)的出口腔；阀体(1)进口和出口通过阀芯组件(4)连通；
阀杆(8)的一端与电动执行机构(10)固定连接，另一端穿过支架、阀盖(7)、上套筒(6)和套筒(3)并延伸至阀芯组件(4)的下部，且该端加工为小阀芯(8a)，所述小阀芯(8a)上设有孔；
所述阀芯组件(4)包括大阀芯(41)、弹簧(42)、弹簧压盖(43)、阀芯压盖(44)以及小阀芯(8a)；大阀芯(41)上部设有阀芯压盖(44)，大阀芯(41)内由下到上依次安装有弹簧(42)和弹簧压盖(43)；所述大阀芯(41)底部由内向外依次设有首级孔板(41a)和次级孔板(45)；
所述套筒(3)上设有窗口a，大阀芯(41)侧壁上设有通孔b，弹簧压盖(43)上设有通孔c，阀芯压盖(44)上设有通孔d，通过窗口a、通孔b、通孔c、通孔d将阀体(1)的进口流道、阀芯组件(4)和套筒内部连通。
2.根据权利要求1所述的大可调比高压差套筒调节阀，其特征在于，所述首级孔板(41a)设有若干层小孔，每层的小孔出口处加工有一圈环状槽，所述槽的宽度为2倍小孔孔径；所述次级孔板(45)设有相互连通的内层孔和外层孔，内层孔径与首级孔板(41a)的孔径相等，外层孔径为内层孔径的2倍。
3.根据权利要求1所述的大可调比高压差套筒调节阀，其特征在于，所述首级孔板(41a)与次级孔板(45)之间采用过盈配合。
4.根据权利要求1所述的大可调比高压差套筒调节阀，其特征在于，所述大阀芯(41)上的通孔b位于套筒(3)窗口a的中间位置。
5.根据权利要求1所述的大可调比高压差套筒调节阀，其特征在于，所述阀杆(8)上设有挡肩(8b)，所述挡肩(8b)设于弹簧压盖(43)和阀芯压盖(44)之间。
6.根据权利要求1所述的大可调比高压差套筒调节阀，其特征在于，所述阀杆(8)和阀盖(7)之间设有密封组件(9)，套筒(3)和上套筒(6)之间设有平衡密封环(5)。
7.根据权利要求1所述的大可调比高压差套筒调节阀，其特征在于，大阀芯(41)与阀芯压盖(44)采用的是螺纹连接；阀杆(8)穿过阀芯组件(4)时，与阀芯压盖(44)为间隙配合。
8.根据权利要求1所述的大可调比高压差套筒调节阀，其特征在于，所述阀体(1)采用了等截面S型流道。
9.根据权利要求1所述的大可调比高压差套筒调节阀，其特征在于，所述阀体(1)与阀座(2)之间安装有垫片，阀体(1)与阀盖(7)之间安装有垫片，阀盖(7)和上套筒(6)之间安装有垫片。
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