CN111720568A - 分级降压的阀笼组合结构及安装阀笼组合结构的调节阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种分级降压的阀笼组合结构及安装阀笼组合结构的调节阀，其中，分级降压的阀笼组合结构包括多个阀笼，所述阀笼形成为中空的柱体，多个中空的所述阀笼由内向外逐个套设安装，每个所述阀笼的侧壁上设有多个用于流通介质的节流孔，每个阀笼的节流孔数量均相同且所述节流孔的位置分布相对应，每两个相邻的阀笼的对应的节流孔错开设置并部分重合，每两个所述节流孔的重合部分的面积为节流面积。根据本发明实施例的分级降压的阀笼组合结构，可以实现介质的分级降压，避免了在高压降的条件下不可压缩流体的闪蒸和空化现象和可压缩流体的高噪音危害，提高调节阀在高压降条件下的流通能力和调节性能。

Description

分级降压的阀笼组合结构及安装阀笼组合结构的调节阀

技术领域

本发明涉及调节阀技术领域，特别涉及一种分级降压的阀笼组合结构及安装阀笼组合结构的调节阀。

背景技术

笼式调节阀，是一种结构特殊的调节阀。其中，阀内件是一个空心圆筒形的阀笼，通过阀笼壁面上开孔的形状，数量和分布决定笼式调节阀的流通能力和调节特性。笼式调节阀被广泛地应用于电力、石油、化工行业中。

当笼式调节阀在高压降的工况下使用时，安装普通内件时不可压缩流体可能会产生闪蒸或空化现象，损伤阀门零件，同时影响调节阀流通能力和调节性能；而可压缩流体流经阀门时，会产生很高的流速造成极大的噪音，同时影响调节阀流通能力和调节性能。

发明内容

有鉴于此，本发明提供一种分级降压的阀笼组合结构，可以将较大的总压降分成若干较小的压降，达到分级降压的效果，以解决不可压缩流体的闪蒸和空化现象和可压缩流体的高噪音危害的问题，提高调节阀在高压降条件下的流通能力和调节性能。

本发明还提供一种具有上述分级降压的阀笼组合结构的调节阀。

根据本发明第一方面实施例的分级降压的阀笼组合结构，包括多个阀笼，所述阀笼为中空的柱体，多个中空的所述阀笼由内向外逐个套设安装，每个所述阀笼的侧壁上设有多个用于流通介质的节流孔，每个所述阀笼的节流孔数量相同且所述节流孔的位置分布相对应，每两个相邻的阀笼的对应的节流孔错开设置并部分重合，两个所述节流孔的重合部分的面积为节流面积，并用A表示。

优选地，当所述介质为可压缩流体时，每相邻的两级的节流面积的关系如下：

其中，A为节流面积；n为节流面积的级数；

为介质的速度损失系数；γ为绝热指数。

优选地，每两个相邻的所述阀笼之间通过定位销固定连接。

优选地，每两个相邻的所述阀笼之间通过热压配合形成为一体。

根据本发明第二方面实施例的调节阀，包括：

阀体，所述阀体内设有阀门通道；

阀座，所述阀座设置在所述阀门通道的通道口的侧壁上，且所述阀座上设有用于流通介质的通道；

阀笼组合结构，所述阀笼组合结构为权利要求1所述的分级降压的阀笼组合结构，所述阀笼组合结构设置在所述阀体内，且其一端安装在所述阀座上以使所述介质通过所述通道口流进所述阀笼组合结构的内部并通过所述节流孔流出；

阀芯，所述阀芯活动的安装在所述阀笼组合结构的内部，并在所述阀芯轴向移动时通过遮挡所述节流孔开启的数量以实现流量的调节；

阀盖，所述阀盖与所述阀体固定连接，并将所述阀笼组合结构固定在所述阀体内；

阀杆，所述阀杆的一端与所述阀芯相连，另一端穿过所述阀盖并带动所述阀芯轴向移动。

压套，所述压套设置在所述阀盖和所述阀笼组合结构之间。

优选地，所述节流面积从内向外按照一定比例分级排列，当所述介质为可压缩流体时，每相邻的两级的节流面积的关系如下：

其中，A为节流面积；n为节流面积的级数；

为介质的移动速度系数；γ为绝热指数。

本发明的上述技术方案的有益效果如下：

根据本发明实施例的分级降压的阀笼组合结构，通过设置多个阀笼以及阀笼的节流孔的孔径和分布结构等，可以使不可压缩流体介质在节流孔内的静压分布呈分级降压形式，每一级的最低压力均高于介质的当地饱和蒸汽压，避免了空化的破坏现象；可压缩流体介质在节流孔内静压分布呈分级降压形式，可以将最后一级阀笼节流孔的压力接近于阀门出口的压力，压降很小，使节流口出口的流速减小，降低了噪音，提高调节阀在高压降条件下的流通能力和调节性能。

附图说明

图1为本发明的分级降压的阀笼组合结构的剖面图；

图2为本发明的分级降压的阀笼组合结构的俯视图；

图3为本发明的分级降压的阀笼组合结构的各级节流面积的结构示意图；

图4为本发明的调节阀的剖面图。

附图标记：

分级降压的阀笼组合结构100；

阀笼110；节流孔111；节流面积112；

定位销120；

调节阀200；

阀体210；阀门通道211；

阀座220；

阀芯230；

阀盖240；

阀杆250；

压套260。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，本领域普通技术人员所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1至图3所示，下面首先结合附图具体描述根据本发明实施例的分级降压的阀笼组合结构100，包括多个阀笼110，阀笼110形成为中空的柱体，多个中空的阀笼110由内向外逐个套设安装，每个阀笼110的侧壁上设有多个用于流通介质的节流孔111，每个阀笼110的节流孔111数量相同且节流孔111的位置分布相对应，每两个相邻的阀笼110的对应的节流孔111错开设置并部分重合，两个节流孔111的重合部分的面积为节流面积112。

以阀笼组合结构从内到外的一组节流孔为例，分析可压缩流体介质流经节流孔的分级降压过程。

可压缩流体在一组节流孔中流动的过程符合流体的伯努利定律，介质在流动过程中有三个变量，即压力，速度和比容。假设阀笼组合两侧的压差足够大，介质由阀笼组合的内侧进入第一级阀笼110的节流孔111，随即进入第一个节流面积112，介质在此面积后方缩流处达到极限最大速度即当地声速；而压力则按一定的比例降到极限最小压力；比容变为极限最大比容。此过程介质流通面积是由大突然变小，类似于收缩的喷管。介质接着进入第二级阀笼110的节流孔111，此过程介质流通面积突然变大，介质的速度，压力和比容较极限状态均有所恢复。介质随即进入第二个节流面积112，由于此时介质的压力与阀笼组合结构外侧的压力差依然足够大，介质速度，压力，比容的变化将重复上一过程，直到介质到达最后一个阀笼110的节流孔111处，此时的介质压力与阀笼外侧压力之间差值已经很小，节流孔111的出口速度很低，达到了分级降压且降低出口流速的目的，降低了噪音水平，从而提高调节阀在高压降条件下的流通能力和调节性能。需要特殊指出的是节流面积112由内向外需按一定比例增加。因为介质在一组节流孔内分级降压，比容同时分级增加，所以节流面积也应该分级增加，否则将阻塞介质的流动而影响流通能力。后文将以介质为可压缩流体对节流面积112的面积比值进行推导。

对于不可压缩流体，根据伯努利定律，其流动过程中的变量是压力和速度，比容变化可以忽略。与可压缩流体相比，阀笼组合结构从内到外的各级节流面积112应该相等，，其逐级降压原理与上述可压缩流体流动过程相似，在此不再叙述。得益于分级降压的原理，不可压缩流体在节流孔111中流动时，其任意一点的压力均高于当地饱和蒸汽压，避免了闪蒸和空化的破坏现象，从而提高调节阀在高压降条件下的流通能力和调节性能。由此，根据本发明实施例的分级降压的阀笼组合结构100，可以使不可压缩流体介质在节流孔111内的静压分布呈分级降压形式，每一级的最低压力均高于其饱和蒸汽压，避免了空化的破坏现象，从而提高调节阀在高压降条件下的流通能力和调节性能；可压缩流体介质在节流孔111内静压分布呈分级降压形式，可以将最后一级阀笼110节流孔111的压力接近于阀门出口的压力，压降很小，使节流口出口的流速减小，降低了噪音，同时提高调节阀在高压降条件下的流通能力和调节性能。

根据本发明的一个实施例，节流面积112从内向外按照一定比例分级排列，当介质为可压缩流体时，每相邻的两级的节流面积112的关系如下：

其中，A为节流面积112；n为节流面积112的级数；

为介质的移动速度损失系数；γ为绝热指数。

下面具体的描述该公式的推导过程，由于可压缩流体经过节流后，压力降低，速度增加，比容增加，所以，节流面积112须逐级增加以避免流体的阻塞，取阀笼组合结构的一组节流孔111为流体的路径，即第一级阀笼110至第N级阀笼110上对应的一组节流孔111为流体的路径。前文提到由于流体经过节流面积112类似于流体经过喷管为一短暂过程，可以假设流体经过每一级节流面积112为等熵绝热过程，即系统内流体之间无摩擦损失，系统内与系统外无热交换，此系统指的是节流口内的流体。

根据质量守恒定律，经过每一级节流面积的质量流量不变，质量流量公式如式(1)：

其中，W为质量流量，c为当地声速，v为介质的比容。

理想状态下每一级降压都达到极限，所以每一级节流面积112处的速度都为当地声速，公式如式(2)：

其中，R为气体常数，T为温度。

由于此过程假设为等熵绝热过程如式(3)(4)：

pv^γ＝C (4)

其中，P为节流面积处的压力，C为常数。

由公式(1),(2),(3),(4)得到面积与压力关系如式(5)：

气体经过每级节流类似于经过一个收缩的喷管，等熵绝热状体下气体的临界压力比公式如式(6)：

其中，P₁为节流面积112处的入口压力，P₂为节流面积112处的出口压力，即下一级节流面积112的入口压力。

由公式(5)得到节流面积比与压力比的关系，由于公式(5)是建立在假设为等熵过程为前提的，实际上，流体经过每一级节流面积112过程都会产生摩擦损失，产生热量被流体吸收，从而此过程应为增熵过程。由于摩擦阻力使每级节流面积112处的速度小于当地声速，出口压力也会随之增加，因此得到每级节流面积112的实际速度如式(7)：

其中，V为节流面积112的速度。

由压力与速度的关系，推导出理论压力p₂与真实压力p₂′关系如式(8)：

其中，Ma为马赫数。

联立公式(6)(8),将公式(6)中理论压力p₂替换为真实压力p₂′得到相邻两级节流面积112比的关系如式(9)：

将公式(9)带入公式(5)得到相邻两级节流面积112比的关系如式(10)：

对于可压缩流体是空气γ＝1.4，

取0.9时，由公式(9)求得两级节流面积112压力关系如下式：

由公式(10)求得两级节流面积112比的关系如下式：

优选地，每两个相邻的阀笼110之间通过定位销120固定连接，该结构简单，且便于各阀笼110之间的稳定连接。

根据本发明的另一个实施例，每两个相邻的阀笼110之间通过热压配合形成为一体，该结构可以有效的提高各阀笼110之间连接的紧密性。

总之，根据本发明实施例的分级降压的阀笼组合结构100能够避免不可压缩流体的闪蒸和空化现象和可压缩流体的高噪音危害，进而提高调节阀在高压降条件下的流通能力和调节性能。

如图1和图4所示，根据本发明第二方面实施例的调节阀200，包括阀体210、阀座220、阀笼组合结构、阀芯230、阀盖240、阀杆250和压套260。

具体地，阀体210内设有阀门通道211，阀座220设置在阀门通道211的侧壁上，且阀座220上设有用于流通介质的进口，阀笼组合结构为上述实施的分级降压的阀笼组合结构100，其结构及作用与上述实施例相同，在此不再详细的赘述，阀笼组合结构设置在阀门通道211内，且其一端安装在阀座220上以使介质通过进口流进阀笼组合结构的内部并通过节流孔111流出，阀芯230活动的安装在阀笼组合结构的内部，阀芯轴向移动时通过遮挡所述节流孔的数量以实现流量的调节。

换句话说，在阀体210的阀门通道211内设有阀座220，将阀笼组合结构安装在阀座220上，阀芯230设置在阀笼组合结构的腔室内，如图4所示，介质至阀门通道211的下方的进口流向上方的出口时，介质从进口流进阀笼110组合结构的腔室内，当阀芯230向上移动时，可以逐渐增加打开的节流孔111的数量，以调整调节阀200的开度，当介质从节流孔111流出时，经过反复压缩和扩张的过程，实现了介质的分级降压过程，避免了不可压缩流体的闪蒸和空化现象和可压缩流体的高噪音危害，提高调节阀在高压降条件下的流通能力和调节性能。

进一步地，阀盖240与阀体210固定连接，并将阀笼组合结构固定在阀体210内，阀杆250的一端与阀芯230相连，另一端穿过阀盖240并带动阀芯230轴向移动。

也就是说，通过阀盖240将阀笼组合结构固定在阀体210内，且阀杆250可轴向移动的固定在阀盖240内，进而便于阀杆250带动阀芯230在阀笼组合结构内部上下移动，以更好的控制节流孔111的开启或关闭的数量，该结构简单，容易操作。

进一步地，压套260设置在阀盖240和阀笼组合结构之间。通过压套260可以使阀笼组合结构更稳定的固定在阀体210内部，提高阀笼110的使用性能。

优选地，节流面积112从内向外按照一定比例分级排列，当介质为可压缩流体时，每相邻的两级的节流面积112的关系如式：

其中，A为节流面积112；n为节流面积112的级数；

为介质的速度损失系数；γ为绝热指数。具体的，推到公式如上述实施例，在此不再赘述。

根据本发明实施例的调节阀200，包括根据上述实施例的分级降压的阀笼组合结构100，由于根据本发明上述实施例的分级降压的阀笼组合结构100具有上述技术效果，因此，根据本发明实施例的调节阀200也具有相应的技术效果，即结构简单，可以使介质分级降压，避免了不可压缩流体的闪蒸和空化现象和可压缩流体的高噪音危害，进而提高调节阀在高压降条件下的流通能力和调节性能。

根据本发明实施例的调节阀的其他结构和操作对于本领域技术人员而言都是可以理解并且容易实现的，因此不再详细描述。

除非另作定义，本发明中使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也相应地改变。

以上所述是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明所述原理的前提下，还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种分级降压的阀笼组合结构，其特征在于，包括多个阀笼，所述阀笼形成为中空的柱体，多个中空的所述阀笼由内向外逐个套设安装，每个所述阀笼的侧壁上设有多个用于流通介质的节流孔，每个所述阀笼的节流孔数量相同且所述节流孔的位置分布相对应，每两个相邻的阀笼的对应的节流孔错开设置并部分重合，两个所述节流孔的重合部分的面积为节流面积，并用A表示。

2.根据权利要求1所述的分级降压的阀笼组合结构，其特征在于，当所述介质为可压缩流体时，每相邻的两个节流面积A的关系如下：

其中，A为节流面积；n为节流面积的级数；

为介质的速度损失系数；γ为绝热指数。

3.根据权利要求1所述的分级降压的阀笼组合结构，其特征在于，每两个相邻的所述阀笼之间通过定位销固定连接。

4.根据权利要求1所述的分级降压的阀笼组合结构，其特征在于，每两个相邻的所述阀笼之间通过热压配合形成为一体。

5.一种调节阀，其特征在于，包括：

阀体，所述阀体内设有阀门通道；

阀座，所述阀座设置在所述阀门通道的通道口的侧壁上，且所述阀座上设有用于流通介质的通道；

阀笼组合结构，所述阀笼组合结构为权利要求1所述的分级降压的阀笼组合结构，所述阀笼组合结构设置在所述阀体内，且其一端安装在所述阀座上以使所述介质通过所述通道口流进所述阀笼组合结构的内部并通过所述节流孔流出；

阀芯，所述阀芯活动的安装在所述阀笼组合结构的内部，并在所述阀芯轴向移动时通过遮挡所述节流孔的数量以实现流量的调节；

阀盖，所述阀盖与所述阀体固定连接，并将所述阀笼组合结构压紧固定在所述阀体内；

阀杆，所述阀杆的一端与所述阀芯相连，另一端穿过所述阀盖并带动所述阀芯轴向移动；

压套，所述压套设置在所述阀盖和所述阀笼组合结构之间。

6.根据权利要求5所述的调节阀，其特征在于，当所述介质为可压缩流体时，每相邻的两个节流面积A的关系如下：

其中，A为节流面积；n为节流面积的级数；

为介质的速度损失系数；γ为绝热指数。

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