CN110939744A - 一种适用于高压差的笼式导向程控阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于高压差的笼式导向程控阀，包括阀体、阀座、阀笼、阀芯、阀杆和阀盖；阀芯包括上部、中部和下部，下部外径大于上部外径，上部外径大于中部外径；在阀芯的上部的外圈上下各设有一个密封环；在下部的端面上设有一个中心孔和多个平衡孔；所述的中心孔供阀杆穿过；阀杆位于阀门中部，其一端依次穿过阀盖、阀笼和阀芯，并在阀芯底部用螺母固定，阀杆的另一端连接执行机构；阀杆和阀盖配合的位置有用于密封的填料组件；阀笼内圈和阀芯上部的外侧面配合，两者均位于阀体内；阀笼通过阀盖压在阀体上，阀笼起导向作用，固定不动；阀芯在阀杆的驱动下，可沿着阀笼上下移动，实现阀门的开启或者关闭。

Description

一种适用于高压差的笼式导向程控阀

技术领域

本发明公开了一种适用于高压差的笼式导向程控阀。

背景技术

程控阀在石化工业中应用广泛，主要应用于甲醇裂解制氢、酒精干燥、氯乙烯浓缩回收、多晶硅尾气回收、制氮、制氧、回收二氧化碳等变压吸附气体分离行业。程控阀是一种通过气动、液动等方式驱动的切断阀。因为应用场合工艺的要求，需要具备密封性好、能频繁动作、阀门开关速度快、具备双向耐压性和抗高速气流冲刷等性能。

目前，笼式导向程控阀常见的故障有阀门内漏或外漏、关闭不到位、压力大的时候打不开等问题。

发明内容

本发明针对现有技术中存在的技术问题，进行了结构改进，相比现有顶部导向型程控阀，具有导向性好、能满足高压差的特点，具有结构更优化、便于维护、启闭速度快和密封性好的特点。

本发明采用的技术方案如下：

本发明提出的一种适用于高压差的笼式导向程控阀，包括阀体、阀座、阀笼、阀芯、阀杆和阀盖；

所述的阀芯包括上部、中部和下部，下部外径大于上部外径，上部外径大于中部外径；在阀芯的上部的外圈上下各设有一个密封环；在下部的端面上设有一个中心孔和多个平衡孔；所述的中心孔供阀杆穿过；

所述的阀杆位于阀门中部，其一端依次穿过阀盖、阀笼和阀芯，并在阀芯底部用螺母固定，阀杆的另一端连接执行机构；阀杆和阀盖配合的位置有用于密封的填料组件；

所述的阀笼内圈和阀芯的上部的外侧面配合，两者均位于阀体内；阀笼通过阀盖压在阀体上，阀笼起导向作用，固定不动；阀芯在阀杆的驱动下，可沿着阀笼上下移动，实现阀门的开启或者关闭。

作为进一步的技术方案，所述的阀笼的顶部外径大于中部、底部外径；在顶部的顶面和背面各设有一个环状的密封槽，在每个密封槽内安装一个密封圈。

作为进一步的技术方案，在阀芯上的密封环为内V型平衡密封环，上下两个密封环对称设置，上方的密封环开口向上，下方的密封环开口向下。

作为进一步的技术方案，在阀芯底面设有一个环状密封槽，在该密封槽内安装PEEK密封片。

作为进一步的技术方案，阀盖通过螺栓和螺母固定在阀体上；

作为进一步的技术方案，还包括扰流板，所述的扰流板位于阀体内腔上，起到避免阀腔内流体形成漩涡流的作用。

作为进一步的技术方案，在阀芯上部的顶面均布多个凹槽，在阀芯与阀盖接触的时候保存部分空气，有助于阀门关闭。

本发明的有益效果如下：

1.本发明中的程控阀的阀体和阀盖的结构和常规程控阀一样。现有程控阀的阀内结构一般包括阀芯，阀芯大都是采用实心平板结构形式，且缺少导向机构，很难适用于高压差的场合且导向性差。本发明主要对阀内结构进行了改进设计：在现有基础上添加了阀笼，同时改进了阀芯结构，将阀芯设置成下部外径大于上部外径，上部外径大于中部外径的结构，有助于实现高压差、快速启闭和有效密封。

2.本发明在阀芯底部有平衡孔，用于平衡阀内上下腔的压力，减小高压差下阀门启闭产生的振动、确保阀门启闭的平稳性，同时起到保护阀内件和阀杆的作用。

3.本发明在阀门启闭的过程中，阀笼固定不动、起着导向的作用。阀芯由阀杆通过执行机构带动，在阀笼中上下运动。阀芯和阀笼，二者相互配合，实现高压差情况下阀门的开闭。阀笼和阀芯闭合的时候，对应程控阀的开状态；阀笼和阀芯相对打开的时候，对应程控阀的关状态。

4.在本发明在阀门关闭的时候，阀芯底部的PEEK密封片与阀座接触密封。PEEK片起到缓冲、防护和密封的作用。

5.本发明在阀笼顶部的顶面和阀盖接触，通过密封圈密封；阀笼顶部的背面也有密封圈，和阀体的上端面接触密封；阀笼起导向作用，且位置固定。

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不当限定。

图1是阀门打开、阀芯和阀笼相对关闭时剖图；

图2是阀门关闭、阀芯和阀笼相对打开时剖图；

图3是阀芯的仰视图；

图4是阀笼和阀芯上、下放置的空间示意图；

图5是阀笼和阀芯实际配合好之后，阀笼和阀芯相对打开、对应阀门关闭时的二者的位置关系示意图；

图中：1阀体、2扰流板、3阀笼、4-1密封槽、4-2密封槽、5阀盖、6阀杆、7填料组件、8凹槽、9-1上平衡密封环、9-2上平衡密封环，10阀芯、10-1上部、10-2中部，10-3下部；11PEEK密封片、12端盖、13阀座、14平衡孔。

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，本发明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，除非本发明另外明确指出，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，现有技术中笼式导向程控阀常见的故障有阀门内漏或外漏、关闭不到位、压力大的时候打不开等问题，为了解决如上的技术问题，本申请提出了一种适用于高压差的笼式导向程控阀。

本申请的一种典型的实施方式中，如图1、图2、图3所示，本实施例提出的一种适用于高压差的笼式导向程控阀，主要包括阀体1、扰流板2、阀笼3、阀盖5、阀杆6、填料组件7、凹槽8、平衡密封环9、阀芯10、PEEK密封片11、端盖12、阀座13、平衡孔14。

其中阀笼3和阀芯10配合，位于阀体1内；阀杆6位于阀门中部，穿过阀盖5、阀笼3和阀芯10，并在阀笼3底部用螺母固定，阀杆6的另一端连接执行机构，阀杆6和阀盖5配合的地方有用于密封的填料组件；两个内V型平衡密封环位于阀芯上部的凹槽中；PEEK密封片由阀笼底部的端盖12通过螺栓固定在阀笼下端面的背面；阀盖5通过螺栓和螺母固定在阀体上；扰流板位于阀体内腔上，起到避免阀腔内流体形成漩涡流的作用。

进一步的，阀芯部分的具体结构参加图1、图5；阀芯10整体是外侧阶梯状结构，其上、下部分的外径大于中间部分的、下端面的外径最大；且在阀芯10的底部加平衡孔；具体的参加图5，包括上部10-1、中部10-2，下部10-3，其中上部10-1的外圈与阀笼配合。

阀芯上部的外圈设有两个平衡密封环结构，两个平衡密封环的作用等同于泛塞封，分别对应图5中的上平衡密封环9-1、下平衡密封环9-2，上平衡密封环9-1、下平衡密封环9-2上下对称，上平衡密封环9-1开口朝上、下平衡密封环9-2开口朝下，有效的实现双向密封、减少内漏。平衡密封环一般采用丁腈橡胶材质。

阀芯上端面均布几个凹槽8，在阀芯与阀盖接触的时候保存部分空气，有助于阀门关闭。

阀芯底部有6个均布的平衡孔14，用于平衡阀内上下腔的压力，减小高压差下阀门启闭产生的振动、确保阀门启闭的平稳性，同时起到保护阀内件和阀杆的作用。具体的6个平衡孔14围绕阀杆穿过孔布置一圈，阀杆穿过孔位于底座的中心位置。

在阀芯10下部的顶面设置一个环状凹槽，在所述的环状凹槽内放置PEEK密封片11；在阀门关闭的时候，阀芯底部的PEEK密封片11与阀座接触密封。PEEK片起到缓冲、防护和密封的作用。(注：采用PEEK密封片，是程控阀的通用结构。)端盖12，用来压紧PEEK密封片11。

进一步的，本申请中的阀笼部分结构参加图1、图5；阀笼3整体为圆柱形结构，其顶部和底部外径大于中部外径，阀笼3的顶面和阀盖接触，但是不相连，阀盖将阀笼顶在阀体1上；在阀笼顶部的顶面设置上密封槽4-1，上密封槽4-1内放置密封圈；实现其与阀盖之间的密封；阀笼顶部的背面也有密封槽4-2，在密封槽4-2内安装密封圈，阀笼顶部的背面和阀体1的上端面接触且通过背面的密封圈进行密封。阀笼起导向作用，且位置固定。

阀芯与阀笼配合过程如下：

在阀门启闭的过程中，阀笼3固定不动、起着导向的作用。阀芯10由阀杆6通过执行机构带动，在阀笼3中上下运动。阀芯10和阀笼3，二者相互配合，实现高压差情况下阀门的开闭。阀笼3和阀芯10闭合的时候，对应程控阀的开状态；阀笼和阀芯相对打开的时候，对应程控阀的关状态。

上述的阀门启闭工作原理如下：

其中流体低进高出时：

阀门打开：低进流体首先通过阀芯底部的平衡孔进入到阀笼和阀芯之间的空腔，上、下腔压力快速达到平衡，(这里所述的上、下腔是以平衡孔所在面为分界面，在该分界面上方的腔为上腔，在该分界面下方的腔为下腔)流体自下而上流动，对阀芯产生一个向上的推力，同时执行机构通过阀杆带动阀芯向上运动，实现高压差情况下阀门的轻松、快速打开。这个过程中，流体自下而上流动，阀芯上的下平衡密封环起到有效密封、避免内漏的作用。

阀门关闭：关闭的时候，执行机构通过阀杆推动阀芯向下运动，直至抵达阀座、PEEK密封片与阀座接触密封。同样因为阀芯上平衡孔的存在，阀腔内压力和低进端管道内压力保持平衡，易于实现高压差下阀门快速、平稳关闭。这个过程中，上阀腔内的流体自上而下流动、且反作用于阀芯，阀芯上的上平衡密封环可以实现有效密封、避免内漏。

当流体高进低出时：

阀门打开：高进流体作用于阀笼和阀芯，执行机构通过阀杆带动阀芯向上运动。阀芯外直径是阶梯结构，上端面截面积小于下端面的面积、中间部分截面积最小。

高进端的流体对阀芯上端面的背面产生向上的推力，对阀芯下端面的顶面产生向下的推力，二者相减产生有一个向下的压力差；执行机构向上的拉力足以克服这个压力差，并带动阀芯离开阀座。因为阀芯上平衡孔的存在，流体在阀笼底盘离开阀座之后就进入阀腔和低通道端，阀腔内外压力迅速达到平衡，加快阀门平稳打开的速度。这个过程中，阀腔内的流体会自下而上流动，本发明通过在阀芯设置下平衡密封环起到有效密封、避免内漏的作用。

阀门关闭：与流体低进高出的阀门关闭过程类似。执行机构通过阀杆推动阀芯向下运动，直至抵达阀座、PEEK密封片与阀座接触密封。阀芯的阶梯结构有助于实现和提升关闭的可实现性和密闭性。在这个过程中，根据流体的自身特性，因为阀芯上端面面积小于下端面面积，所以阀腔内流体作用于阀芯下端面顶面的压力大于上端面的背面的，二者相减产生一个向下的压力差，加上执行机构向下的推力，阀门可以实现高压差下的快速关闭。因为阀芯上平衡孔的存在，在关闭过程中，上、下腔(这里所述的上、下腔是以平衡孔所在面为分界面，在该分界面上方的腔为上腔，在该分界面下方的腔为下腔)压力保持平衡，大大减少关闭过程中的振动，保证阀门平稳关闭。这个过程中，上阀腔内的流体自上而下流动且作用于阀芯，阀芯上的上平衡密封环可以实现有效密封、避免内漏。

以上所述仅为本申请的优选实施例而已，并不用于限制本申请，对于本领域的技术人员来说，本申请可以有各种更改和变化。凡在本申请的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本申请的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种适用于高压差的笼式导向程控阀，其特征在于，包括阀体、阀座、阀笼、阀芯、阀杆和阀盖；

所述的阀芯包括上部、中部和下部，下部外径大于上部外径，上部外径大于中部外径；在阀芯的上部的外圈上下各设有一个密封环；在下部的端面上设有一个中心孔和多个平衡孔；所述的中心孔供阀杆穿过；

所述的阀杆位于阀门中部，其一端依次穿过阀盖、阀笼和阀芯，并在阀芯底部用螺母固定，阀杆的另一端连接执行机构；阀杆和阀盖配合的位置有用于密封的填料组件；

所述的阀笼内圈和阀芯上部的外侧面配合，两者均位于阀体内；阀笼通过阀盖压在阀体上，阀笼起导向作用，固定不动；阀芯在阀杆的驱动下，可沿着阀笼上下移动，实现阀门的开启或者关闭。

2.如权利要求1所述的一种适用于高压差的笼式导向程控阀，其特征在于，所述的阀笼的顶部外径大于中部、底部外径；在顶部的顶面和背面各设有一个环状的密封槽，在每个密封槽内安装一个密封圈。

3.如权利要求1所述的一种适用于高压差的笼式导向程控阀，其特征在于，在阀芯上的密封环为内V型平衡密封环，上下两个密封环对称设置，上方的密封环开口向上，下方的密封环开口向下。

4.如权利要求1所述的一种适用于高压差的笼式导向程控阀，其特征在于，在阀芯底面设有一个环状密封槽，在该密封槽内安装PEEK密封片。

5.如权利要求1所述的一种适用于高压差的笼式导向程控阀，其特征在于，阀盖通过螺栓和螺母固定在阀体上。

6.如权利要求1所述的一种适用于高压差的笼式导向程控阀，其特征在于，还包括扰流板，所述的扰流板位于阀体内腔上。

7.如权利要求1所述的一种适用于高压差的笼式导向程控阀，其特征在于，在阀芯上部的顶面均布多个凹槽。

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