CN109812615A - 一种具有能量再生功能的调节阀系统及方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种具有能量再生功能的调节阀系统及方法，包括：调节阀：包括阀壳，所述阀壳内设有流道，流道内设有可移动的阀芯；能量再生机构：包括与阀壳连接的能量再生腔体结构：包括第一腔体结构及第二腔体结构，所述第一腔体结构内部空间与流道连通，且设有第一活塞，所述第一活塞与第一腔体结构的腔体壁弹性连接，所述第二腔体结构内设有与第一活塞能够做同步运动的第二活塞，所述第二活塞将第二腔体结构分隔成的两个腔体均与蓄能机构及油箱连接，执行机构：包括液压缸，液压缸与阀芯连接，液压缸还与蓄能机构连接，本发明的调节阀系统能够有效吸收利用流体振荡产生的能量，提高调节阀的运行稳定性。

Description

一种具有能量再生功能的调节阀系统及方法

技术领域

本发明涉及调节阀技术领域，具体涉及一种具有能力再生功能的调节阀系统及方法。

背景技术

调节阀广泛应用于各种流体控制场合。发明人发现，在极端工况下，当调节阀所控流体出现剧烈的振荡现象时，容易导致调节阀的阀芯承受突变的附加载荷。舰船上的流体控制也离不开调节阀。舰船调节阀在保证舰船动力系统正常的流体输送中起着关键作用。实践证明，舰船环境复杂多变，伴随各种工况变化，调节阀所承受的突变附加载荷可能大大超过额定载荷，导致阀门的执行机构不能动作，降低了控制精度，危及舰船安全。

发明内容

本发明的目的是为克服上述现有技术的不足，提供一种具有能量再生功能的调节阀系统，能够有效减小调节阀所控制流体的振荡，并且具有能量再生功能，解决了调节阀所控流体出现不稳定的剧烈振荡时容易出现的执行机构不动作的问题。

为实现上述目的，本发明采用下述技术方案：

一种具有能量再生功能的调节阀系统，包括：

调节阀：包括阀壳，所述阀壳内设有流道，流道内设有可移动的阀芯。

能量再生机构：包括与阀壳连接的能量再生腔体结构，能量再生腔体结构包括第一腔体结构及第二腔体结构，所述第一腔体结构内部空间与流道连通，且设有第一活塞，所述第一活塞与第一腔体结构的腔体壁弹性连接，所述第二腔体结构内设有与第一活塞能够做同步运动的第二活塞，所述第二活塞将第二腔体结构分隔成的两个腔体均与蓄能机构及油箱连接，油箱内的油能够进入第二腔体结构内部，第二腔体结构内部的油能够进入蓄能机构。

执行机构：包括液压缸，液压缸与阀芯连接，可带动阀芯的在阀壳内移动，改变阀内流道面积大小，液压缸还与蓄能机构连接，蓄能机构能够向液压缸进行供油。

本发明的工作原理为：当流经调节阀的流体产生振荡时，可带动第一活塞及第二活塞做同步的运动，第二活塞的运动，第二腔体结构被第二活塞分隔成的两个腔体的体积变化，其中体积变大的腔体内形成局部真空，油箱内的液压油进入所述的腔体，体积变小的腔体中在第二活塞的压缩作用下，高压液压油进入蓄能机构并存储在蓄能机构中或进入液压缸，为液压缸供油，蓄能机构存储的液压油可为液压缸进行供油，流经调节阀的流体不断发生不稳定的振荡，能量再生机构可不断的为液压缸提供高压液压油，液压缸可带动阀芯在阀壳内移动，从而改变流体通过的流道面积大小，进而进行流体流量的调节。

本发明的有益效果：

本发明的调节阀系统，通过第二活塞在第二腔体结构内的运动，可从流经调节阀流体的振荡过程中吸取能量而产生高压液压油，并存储在蓄能机构中，将振荡能量转化为液压能，为液压缸的工作提供能量，实现了流体振荡产生的能量的再生和利用，还可以有效抑制调节阀所控流体的激振，能够有效避免流体出现不稳定的剧烈振荡时容易出现的执行机构不动作问题。

附图说明

构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。

图1为本发明实施例整体结构示意图；

图2为本发明实施例下阀盖机构主视示意图；

图3为本发明实施例下阀盖机构仰视示意图；

图4为本发明实施例阀芯主视示意图；

图5为本发明实施例阀芯右视示意图；

其中，1.阀壳，2.阀套，2-1.开口，3.阀芯，4.第一腔体机构，5.第二腔体机构，5-1.腔体一，5-2.腔体二，6.下阀盖，7.套筒，8.上阀盖，9.密封件，10.通道，11.第一活塞，12.弹簧，13.第二活塞，14.导套，15.第一单向阀，16.第二单向阀，17.油箱，18.第三单向阀，19.第四单向阀，20.蓄能器，21.可变节流阀，22.安全球阀，23.液压缸，24.联轴器，25.阀杆，26.三位四通电磁阀，27.液压泵，28.电机，29.精密过滤器，30.节流阀，31.压力表，32.第五单向阀，33.过滤器，34.冷却器，35.电磁溢流阀，36.位移传感器，37.控制器。

具体实施方式

应该指出，以下详细说明都是例示性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属技术领域的普通技术人员通常理解的相同含义。

需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合。

为了方便叙述，本发明中如果出现“上”、“下”、“左”“右”字样，仅表示与附图本身的上、下、左、右方向一致，并不对结构起限定作用,仅仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位，以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

正如背景技术所介绍的，现有的当调节阀所控流体出现剧烈的振荡现象时，容易导致调节阀的阀芯承受突变的附加载荷，导致执行机构不能正常工作，针对上述问题，本申请提出了一种具有能量再生功能的调节阀系统。

本发明中所述的“能量再生”是指：系统可将流体振荡产生的能量转化为液压能，并在蓄能机构中进行存储，并可以由蓄能机构为执行机构提供高压液压油，从而实现了将流体振荡产生的能量进行吸收并再利用。

一种具有能量再生功能的调节阀系统，包括：

调节阀：包括阀壳，所述阀壳内设有流道，流道内设有可移动的阀芯。

能量再生机构：包括与阀壳连接的能量再生腔体结构，能量再生腔体结构包括第一腔体结构及第二腔体结构，所述第一腔体结构内部空间与流道连通，且设有第一活塞，所述第一活塞与第一腔体结构的腔体壁弹性连接，所述第二腔体结构内设有与第一活塞能够做同步运动的第二活塞，所述第二活塞将第二腔体结构分隔成的两个腔体均与蓄能机构及油箱连接，油箱内的油能够进入第二腔体结构内部，第二腔体结构内部的油能够进入蓄能机构。

执行机构：包括液压缸，液压缸与阀芯连接，可带动阀芯的在阀壳内移动，改变阀可内流道面积大小，液压缸还与蓄能机构连接，蓄能机构能够向液压缸进行供油。

进一步的，所述阀壳设有流体入口和流体出口，阀壳的流道内固定有阀套，阀套设有用于流体流通的开口，所述阀芯位于阀套内部，可沿阀套移动，用于控制阀套内流体可通过的开口的面积大小，所述阀芯内设有与第一腔体结构连通的通道。

进一步的，所述第一活塞与弹簧的一端固定连接，弹簧的另一端与第一腔体结构的腔壁固定连接，所述第一活塞通过弹簧实现与第一腔体结构的弹性连接。

进一步的，所述第一活塞及第二活塞固定于导套的两端，通过导套实现第一活塞及第二活塞的刚性连接，第一活塞和第二活塞可做同步运动。

进一步的，第二腔体结构被第二活塞分隔成的两个腔体与油箱及蓄能机构连接的管路上设有单向阀，单向阀能够使液压油只能够从第二腔体结构流向蓄能机构或液压缸，还能够使液压油只能从油箱流向第二腔体结构。

进一步的，所述液压缸的活塞杆与阀杆固定连接，所述阀杆穿过第一腔体结构及第二腔体结构与阀芯固定连接，液压缸的活塞杆可通过阀杆带动阀芯在阀壳内的运动。

进一步的，所述蓄能机构为蓄能器，第二腔体结构被第一活塞分隔成的两个腔体均与蓄能器连接，所述蓄能器通过控制阀与液压缸连接，蓄能器可向液压缸供油，所述蓄能器还与油箱连接，油箱能够向蓄能器进行供油。

进一步的，所述液压缸通过控制阀及液压驱动机构与油箱连接，液压缸与液压驱动机构、油箱形成闭环油路，液压驱动机构能够驱动油箱内的液压油进入蓄能机构及液压缸。

本发明还公开了一种具有能量再生功能的调节阀系统的能量再生方法：流体流经调节阀，流体发生振荡时，由于第一活塞与第一腔体结构为弹性连接，在弹性力和流体载荷的作用下，第一活塞与第二活塞做同步运动，第二活塞在第二腔体结构内的运动，使第二腔体结构被第二活塞分隔成的两个腔体体积发生变化，体积变大的腔体形成局部真空，油箱内的液压油流入体积变大的腔体，体积变小的腔体内的液压油在第二活塞的作用下，流出至蓄能机构进行蓄能。

本发明还公开了一种具有能量再生功能的调节阀系统的开度调节方法：正常情况下，蓄能机构向液压缸进行供油，液压缸通过阀杆带动阀芯在阀壳内运动，调节阀壳内流道面积大小，进而控制流体流量的大小。

当蓄能机构产生的高压液压油不足时，油箱及蓄能机构同时向液压缸进行供油，液压缸通过阀杆带动阀芯在阀壳内运动，调节阀壳内流道面积大小，进而控制流体流量的大小。

下面结合附图，对本发明进行详细说明，如图1-5所示：一种具有能量再生功能的调节阀系统，包括：

调节阀：包括阀壳1，所述阀壳内具有流道，所述流道的两端分别为流体入口和流体出口，所述阀壳内固定有阀套2，所述阀套上设置有多个开口2-1，流体可通过流体入口流入调节阀，流经阀套，通过阀套上的开口和流体出口流出，所述阀套内部设有阀芯3，所述阀芯可在阀套内部运动，阀芯的运动可实现能够用于流体流过的开口面积大小的调节，进而实现流体流量的调节。

能量再生机构：包括与阀壳连接的能量再生腔体机构，所述能量再生腔体机构包括一体式连接的第一腔体机构4及第二腔体机构5，所述第一腔体机构底部通过螺栓连接有下阀盖机构，螺栓将下阀盖机构、第一腔体机构及阀壳固定连接，所述下阀盖机构包括下阀盖6及固定在下阀盖机构中部的套筒7，所述下阀盖通过螺栓与第一腔体机构及阀壳连接，所述套筒穿过第一腔体机构及第二腔体机构，所述第二腔体机构的顶端通过螺栓连接有上阀盖8，套筒穿过上阀盖且与上阀盖之间设置有密封件9，防止第二腔体机构内的液压油泄漏。

所述阀芯及下阀盖内设有多个通道10，通过所述通道将阀壳内流道与第一腔体机构内部空间相连通，所述流道为沿圆周分布的圆形、正方形、三角形等多种形状的流道，不同形状和位置的流道可以形成不同的阻尼，从而可使能量再生机构可最大限度从振荡流体中提取能量,可以使能量再生机构的能量提取效率达到一个很高的水平，同时最大程度减小流体振荡对调节阀的影响。

所述第一腔体机构内设置有第一活塞11，所述第一活塞在第一腔体机构内沿第一腔体机构的腔壁运动，所述第一活塞与弹簧12的一端连接，弹簧的另一端与第一腔体机构的顶部腔壁连接，所述第二腔体机构内设置有第二活塞13，所述第二活塞可沿第二腔体机构的腔壁运动，所述第二活塞与导套14的一端通过螺钉固定连接，导套的另一端与第一活塞通过螺钉固定连接，所述导套套设在套筒外部，通过导套实现了第一活塞与第二活塞的刚性连接，第一活塞及第二活塞可做同步运动。

所述第二活塞将第二腔体结构内部空间分为两个腔体，第二活塞上部的为腔体一5-1，下部的为腔体二5-2，所述腔体一设有油口，并通过第一单向阀15与蓄能机构连接，腔体一的油口还通过第二单向阀16与油箱17连接，所述腔体二设有油口，腔体二的油口通过第三单向阀18与油箱连接，通过第四单向阀19与蓄能机构连接。

第一单向阀可控制液压油只能由腔体一流向蓄能机构，第二单向阀可控制液压油只能由油箱流向腔体一，第三单向阀可控制液压油只能由油箱流向腔体二，第四单向阀控制液压油只能由腔体二流向蓄能机构。

所述蓄能机构采用蓄能器20，所述蓄能器的油口通过可变节流阀21、安全球阀22及油管与腔体一及腔体二连接。

所述执行机构包括液压缸23，所述液压缸内具有活塞杆，所述活塞杆通过联轴器24与阀杆25一端连接，所述阀杆另一端穿过套筒并与阀芯连接，所述阀杆上部与套筒之间填料环，所述填料环利用填料压盖进行压紧，填料环主要起密封作用，防止调节阀阀腔内的流体跟随阀杆运动而泄漏到阀外，液压缸的活塞杆可通过阀杆带动阀芯的运动。

所述液压缸通过控制阀与油箱组成闭环油路，所述控制阀采用三位四通电磁阀26，包括左位、中位和右位，所述油箱与液压驱动机构连接，液压驱动机构采用液压泵27，液压泵通过油管与三位四通电磁阀的进油口连通，形成进油管路，液压泵与电机28连接，由电机驱动其工作，所述进油管路上设置有精密过滤器29，所述精密过滤器用于对液压油进行过滤，进油管路通过节流阀30与压力表31连接，压力表用于检测进油管路的油压，压力表与三位四通电磁阀进油口之间的进油管路上安装有第五单向阀32，防止液压油的反向流动。

所述三位四通电磁出油口通过过滤器33、冷却器34及油管与油箱连接，形成回油管路。

进油管路及回油管路之间连接有电磁溢流阀35，电磁溢流阀35起过载保护作用，使液压泵打出的油不超过系统允许的压力。

所述蓄能器与第五单向阀与三位四通电磁阀进油口之间的进油管路连接，油箱可向蓄能器进行供油，蓄能器也可通过三位四通电磁阀向液压缸进行供油。

所述液压缸的活塞杆可利用位移传感器36测量其位移，位移传感器的安装位置可根据实际情况进行设置，在此不进行详细叙述，所述位移传感器与控制器37连接，可将采集的位移信号传输给控制器，所述控制器与三位四通电磁阀连接，可根据活塞杆位移偏离设定值的情况选择三位四通电磁阀的工作位。

本实施例的调节阀系统能量再生的工作原理为：流体通过调节阀的流体入口流入，并通过流体出口流出，流体可通过阀芯及下阀盖的通道流入第二腔体机构，当流体出现振荡时，对第一活塞产生的载荷发生变化，当流体对第二活塞的载荷大于弹簧的弹性力时，第二活塞上升压缩弹簧，第一活塞做同部上升，腔体二体积扩大，形成局部真空，油箱内的液压油在大气压力作用下顶开第三单向阀进入腔体二，腔体一体积缩小，第二活塞压缩腔体一内液压油流出，通过第一单向阀流向蓄能器，进行蓄能，也可流向液压缸，为液压缸提供高压油，当流体对第一活塞的载荷小于弹簧的弹性力，第一活塞向下运动，第二活塞做同步向下运动，腔体一体积扩大，形成局部真空，油箱内的液压油在大气压力作用下顶开第二单向阀进入腔体一，腔体二体积缩小，第二活塞挤压腔体二内液压油通过第四单向阀流入蓄能机构进行蓄能，也可为液压缸提供高压油。

流体的不断发生不稳定的振荡，通过第一活塞及第二活塞的运动，蓄能器可吸收振荡产生的能量并进行蓄能，为液压缸不断的提供高压液压油，将流体振荡产生的能量转换为驱动液压缸工作的能量。

本实施例的调节阀开度调节原理为：控制器根据位移传感器采集的位移情况确定三位四通电磁阀的工作位，当三位四通电磁阀左位工作时，蓄能器或液压泵可向液压缸的上腔提供高压液压油，液压缸的活塞杆通过阀杆带动阀芯向下运动，阀芯使阀套上用于流体流通的开口面积减小，调节阀开度减小，流量减小，当三位四通电磁阀的右位工作时，蓄能器或液压泵可向液压缸的下腔提供高压液压油，液压缸的活塞杆通过阀杆带动阀芯向上运动，阀芯使阀套上用于流体流通的开口面积变大，调节阀开度增大，流量增加，当三位四通电磁阀中位工作时，蓄能器及液压泵无法驱动液压油进入液压缸，调节阀的开度不变。

液压缸正常工作时，可以只由蓄能器提供高压液压油，只有当蓄能器提供的高压液压油不足时，才启动液压泵向蓄能器及液压缸进行供油，液压泵可间隙工作，从而减小了能量损失，延长了液压泵和调节阀的使用寿命。

上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种具有能量再生功能的调节阀系统，其特征在于，包括：

调节阀：包括阀壳，所述阀壳内设有流道，流道内设有可移动的阀芯；

能量再生机构：包括与阀壳连接的能量再生腔体结构，能量再生腔体结构包括第一腔体结构及第二腔体结构，所述第一腔体结构内部空间与流道连通，且设有第一活塞，所述第一活塞与第一腔体结构的腔体壁弹性连接，所述第二腔体结构内设有与第一活塞能够做同步运动的第二活塞，所述第二活塞将第二腔体结构分隔成的两个腔体均与蓄能机构及油箱连接，油箱内的油能够进入第二腔体结构内部，第二腔体结构内部的油能够进入蓄能机构；

执行机构：包括液压缸，液压缸与阀芯连接，可带动阀芯的在阀壳内移动，改变阀可内流道面积大小，液压缸还与蓄能机构连接，蓄能机构能够向液压缸进行供油。

2.如权利要求1所述的一种具有能量再生功能的调节阀系统，其特征在于，所述阀壳设有流体入口和流体出口，阀壳的流道内固定有阀套，阀套设有用于流体流通的开口，所述阀芯位于阀套内部，可沿阀套移动，用于控制阀套内流体可通过的开口的面积大小，所述阀芯内设有与第一腔体结构连通的通道。

3.如权利要求1所述的一种具有能量再生功能的调节阀系统，其特征在于，所述第一活塞与弹簧的一端固定连接，弹簧的另一端与第一腔体结构的腔壁固定连接。

4.如权利要求1所述的一种具有能量再生功能的调节阀系统，其特征在于，所述第一活塞及第二活塞固定于导套的两端，通过导套实现第一活塞及第二活塞的刚性连接。

5.如权利要求1所述的一种具有能量再生功能的调节阀系统，其特征在于，第二腔体结构被第二活塞分隔成的两个腔体与油箱及蓄能机构连接的管路上设有单向阀，单向阀能够使液压油只能够从第二腔体结构流向蓄能机构或液压缸，还能够使液压油只能从油箱流向第二腔体结构。

6.如权利要求1所述的一种具有能量再生功能的调节阀系统，其特征在于，所述液压缸的活塞杆与阀杆固定连接，所述阀杆穿过第一腔体结构及第二腔体结构与阀芯固定连接，液压缸的活塞杆可通过阀杆带动阀芯在阀壳内的运动。

7.如权利要求1所述的一种具有能量再生功能的调节阀系统，其特征在于，所述蓄能机构为蓄能器，第二腔体结构被第一活塞分隔成的两个腔体均与蓄能器连接，所述蓄能器通过控制阀与液压缸连接，蓄能器可向液压缸供油，所述蓄能器还与油箱连接，油箱能够向蓄能器进行供油。

8.如权利要求1所述的一种具有能量再生功能的调节阀系统，其特征在于，所述液压缸通过控制阀及液压驱动机构与油箱连接，液压缸与液压驱动机构、油箱形成闭环油路，液压驱动机构能够驱动油箱内的液压油进入蓄能机构及液压缸。

9.一种权利要求1-8任一项所述的具有能量再生功能的调节阀系统的能量再生方法，其特征在于：流体流经调节阀，流体发生振荡时，由于第一活塞与第一腔体结构为弹性连接，在弹性力和流体载荷的作用下，第一活塞与第二活塞做同步运动，第二活塞在第二腔体结构内的运动，使第二腔体结构被第二活塞分隔成的两个腔体体积发生变化，体积变大的腔体形成局部真空，油箱内的液压油流入体积变大的腔体，体积变小的腔体内的液压油在第二活塞的作用下，流出至蓄能机构进行蓄能或流入液压缸为液压缸进行供油。

10.一种权利要求1-8任一项所述的具有能量再生功能的调节阀系统的开度调节方法，其特征在于：正常情况下，蓄能机构向液压缸进行供油，液压缸通过阀杆带动阀芯在阀壳内运动，调节阀壳内流道面积大小，进而控制流体流量的大小；

当蓄能机构产生的高压液压油不足时，油箱及蓄能机构同时向液压缸进行供油，液压缸通过阀杆带动阀芯在阀壳内运动，调节阀壳内流道面积大小，进而控制流体流量的大小。