CN111795159B - 一种具有双级流量调节功能的蝶阀及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种具有双级流量调节功能的蝶阀及其方法，蝶阀包括阀体、阀芯组件和驱动组件，阀芯组件位于阀体的中空流道内部，包括同轴套设的圆形内圈阀板和环形外圈阀板；驱动组件包括固定套设有主动齿轮的主动转轴、固定套设有外圈齿轮的外圈转轴和固定套设有内圈齿轮的内圈转轴；外圈阀板以外圈转轴为中心旋转，内圈阀板以内圈转轴为中心旋转；主动齿轮转动时，主动齿轮上的轮齿先与内圈齿轮的轮齿啮合传动，脱离内圈齿轮的轮齿后再与外圈齿轮的轮齿啮合传动，使内圈阀板和外圈阀板顺次打开。在小流量情况下，仅内圈阀板开启进行流量调节；在大流量下，外圈阀板和内圈阀板均开启进行流量调节。

Description

一种具有双级流量调节功能的蝶阀及其方法

技术领域

本发明属于阀门技术领域，具体涉及一种具有双级流量调节功能的蝶阀及其方法。

背景技术

蝶阀的结构长度和总体高度较小，开启和关闭速度较快，且具有良好的流体控制特性。蝶阀在完全开启时，具有较小的流阻。当开启在大约30°～70°之间时，又能进行灵敏的流量控制，因而在大口径的调节领域，蝶阀的应用非常普遍。因为蝶阀的“开度-流量”曲线在流量为30％～75％区间上基本呈线性，因此在中高开度下，蝶阀适用于流量调节。而当要求蝶阀作控制流量使用时，小流量的工况则会产生不良工况。

因此，蝶阀调节阀不能在小开度下工作，这是由于在小开度工作时存在着急剧的流阻、流速、压力等变化，若采用蝶阀调节阀在该种工况下进行工作，会带来如下问题：1)开度小，阀芯密封面离节流口近，有损于阀芯密封面；2)此时的蝶阀调节阀节流间隙最小、流速最大，因此被水流的冲刷最厉害，严重影响阀的使用寿命；3)急剧的流速、压力变化时很容易超过阀的刚度，导致阀稳定性差，甚至产生严重振荡；4)对于流闭状态下工作的阀，会产生跳跃关闭或跳跃启动现象。所以，亟需提供一种使用寿命长、稳定性高、能在小流量工况下正常调节水流流量的蝶阀。

发明内容

本发明的目的是为了解决现有技术中的不足，并提供一种具有双级流量调节功能的蝶阀及其方法，不仅可以使蝶阀满足大流量下的流通能力需求，还能进行小流量下的流量调节。

本发明所采用的具体技术方案如下：

一种具有双级流量调节功能的蝶阀，其包括阀体、阀芯组件和驱动组件，阀体为中空筒状结构；

所述阀芯组件位于阀体的中空流道内部，能将阀体流道的径向横截面封闭；阀芯组件包括同轴套设的圆形内圈阀板和环形外圈阀板，内圈阀板和外圈阀板能分别在阀体内转动，内圈阀板和外圈阀板的连接处能够密闭，外圈阀板和阀体的连接处能够密闭；

所述驱动组件包括固定套设有主动齿轮的主动转轴、固定套设有外圈齿轮的外圈转轴和固定套设有内圈齿轮的内圈转轴；所述主动转轴竖直布设且一段位于所述阀体的外部作为控制段，所述控制段上套设主动齿轮；所述外圈转轴与所述外圈阀板固定，能使外圈阀板以外圈转轴为中心旋转；所述内圈转轴与所述内圈阀板固定，能使内圈阀板以内圈转轴为中心旋转；外圈齿轮、内圈齿轮和主动齿轮均为部分带齿，外圈齿轮和内圈齿轮分别能与所述主动齿轮啮合连接；初始状态下，内圈阀板和外圈阀板封闭阀体的流道；主动齿轮转动时，主动齿轮上的轮齿先与内圈齿轮的轮齿啮合传动，脱离内圈齿轮的轮齿后再与外圈齿轮的轮齿啮合传动，使内圈阀板和外圈阀板顺次打开。

作为优选，所述控制段的顶部还设有转轮，通过转轮带动所述主动转轴同步转动。

作为优选，所述内圈阀板通过螺钉安装固定于所述内圈转轴上，所述外圈阀板通过螺钉安装固定于所述外圈转轴上。

作为优选，所述内圈阀板能以内圈转轴为中心转动90°，所述外圈阀板能以外圈转轴为中心转动90°。

作为优选，所述内圈阀板和外圈阀板的厚度相同。

作为优选，所述主动转轴的中轴线经过所述阀芯组件的中心。

作为优选，所述内圈转轴和外圈转轴均以阀芯组件的中心线为中心偏心设置，内圈转轴和外圈转轴的偏心方向相反且位于所述阀芯组件的两侧。

进一步的，所述内圈转轴与阀芯组件中心线的偏心距大于所述内圈阀板的厚度。

进一步的，所述外圈转轴与阀芯组件中心线的偏心距大于所述外圈阀板的厚度。

本发明的另一目的在于提供一种基于上述任一所述蝶阀调节流量的方法，其具体操作方法如下：

将所述蝶阀安装于目标管体上，蝶阀的内圈阀板和外圈阀板在初始状态下将阀体的流道封闭；

通过转动主动转轴开启蝶阀，使主动齿轮首先与内圈齿轮啮合传动，同时内圈阀板以内圈转轴为中心转动，逐渐开启内圈阀板；当内圈阀板转动了90°时，内圈阀板的板面与水流方向相同，此时阀芯组件的内圈阀板呈完全开启状态、外圈阀板呈闭合状态；通过转动主动转轴来控制内圈阀板的开合大小，从而对水流流量进行调节，实现一级流量调节功能；

继续同方向转动主动转轴，使主动齿轮上的轮齿脱离内圈齿轮的轮齿并与外圈齿轮的轮齿啮合传动，此时内圈阀板的板面与水流方向相同保持不变，外圈转轴带动外圈阀板转动，逐渐开启外圈阀板；当外圈阀板转动了90°时，外圈阀板的板面与水流方向相同，此时阀芯组件的内圈阀板和外圈阀板均呈完全开启状态；通过转动主动转轴来控制外圈阀板的开合大小，从而对更大流量下的水流流量进行调节，实现二级流量调节功能；

通过反方向转动主动转轴关闭蝶阀，使主动齿轮依次与外圈齿轮和内圈齿轮啮合传动，实现外圈阀板和内圈阀板依次关闭，阻止水流通过。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

1)本发明装置的结构简单，仅需通过阀芯组件和驱动组件的相互配合作用，便可使本发明的蝶阀不仅能在大流量下保持流通能力，还能实现小流量情况下的水流调节；

2)本发明的装置通过设计阀芯组件和驱动组件之间的配合关系，不仅能够实现本发明所述的二级流量调节，还能够根据需要实现多级流量调节；

3)本发明装置的圆形内圈阀板和环形外圈阀板能够根据需要设置不同的面积配比，从而应用于不同水流情况下的流量调节。

附图说明

图1为本发明装置的纵向剖面图；

图2为本发明装置中阀芯组件、外圈转轴和内圈转轴的俯视剖面图；

图3为本发明装置中外圈齿轮、内圈齿轮和主动齿轮的装配关系示意图；

图中：1-阀体；2-外圈转轴；3-外圈阀板；4-内圈转轴；5-螺钉；6-内圈阀板；7-主动转轴；8-转轮；9-外圈齿轮；10-内圈齿轮；11-主动齿轮。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，为本发明的一种具有双级流量调节功能的蝶阀，需要说明的是，由于蝶阀中外圈转轴2和内圈转轴4相对于蝶阀的中心均为偏心设置，实际蝶阀中同一方向下的纵剖图无法同时显示外圈转轴2和内圈转轴4。因此，图1的蝶阀纵剖图中以中轴线为界进行纵剖，左边为视角朝向图2中A处的半剖视图，右边为视角朝向图2中B处的半剖视图。下面进行具体说明：

本发明的一种具有双级流量调节功能的蝶阀包括阀体1、阀芯组件和驱动组件，阀体1为中空筒状结构。阀芯组件位于阀体1的中空流道内部，阀芯组件能将阀体1流道的径向横截面完全封闭，当阀芯组件将阀体1流道的径向横截面完全封闭时，水流在阀芯组件的阻挡下无法流通。阀芯组件包括同轴套设的圆形内圈阀板6和环形外圈阀板3，内圈阀板6和外圈阀板3的厚度相同，内圈阀板6能在阀体1内单独转动，外圈阀板3也能在阀体1内单独转动。内圈阀板6和外圈阀板3之间的连接处能够密闭，外圈阀板3和阀体1之间的连接处能够密闭。内圈阀板6和外圈阀板3可设计为单向密封的结构，即只能向一个方向开启，来强化密封效果。例如图2所示，内圈阀板6和外圈阀板3均为仅能逆时针方向旋转开启、顺时针方向旋转闭合。

驱动组件包括主动转轴7、外圈转轴2和内圈转轴4，其中，主动转轴7的外侧套设有主动齿轮11，主动转轴7与主动齿轮11之间固定连接，主动转轴7能在主动齿轮11的带动下同步转动。外圈转轴2的外侧套设有外圈齿轮9，外圈转轴2与外圈齿轮9之间固定连接，外圈转轴2能在外圈齿轮9的带动下同步转动。内圈转轴4的外侧套设有内圈齿轮10，内圈转轴4与内圈齿轮10之间固定连接，内圈转轴4能在内圈齿轮10的带动下同步转动。

主动转轴7竖直布设且主动转轴7的中轴线经过阀芯组件的中心，主动转轴7上部的一段位于阀体1外部作为控制段，该控制段上套设有主动齿轮11。为了便于操作，控制段的顶部还设有转轮8，转轮8固定于控制段的顶部，能够通过转轮8的作用带动主动转轴7同步转动。

外圈阀板3可以通过螺钉5安装固定于外圈转轴2上，能使外圈阀板3以外圈转轴2为中心旋转。内圈阀板6可以通过螺钉5安装固定于内圈转轴4上，能使内圈阀板6以内圈转轴4为中心旋转。如图2所示，内圈转轴4和外圈转轴2均以阀芯组件的中心线为中心偏心设置，内圈转轴4和外圈转轴2的偏心方向相反且位于阀芯组件的两侧。内圈转轴4与阀芯组件中心线的偏心距大于内圈阀板6的厚度。外圈转轴2与阀芯组件中心线的偏心距大于外圈阀板3的厚度。本发明的内圈转轴4和外圈转轴2都采用偏心结构，这是为了保证内圈阀板6与外圈阀板3均可开启到90°范围，保证内圈阀板6与外圈阀板3在全开状态下的水流流通能力。

如图3所示，外圈齿轮9、内圈齿轮10和主动齿轮11均为部分带齿，外圈齿轮9和内圈齿轮10分别能与主动齿轮11啮合连接。初始状态下，内圈阀板6和外圈阀板3封闭阀体1的流道。主动齿轮11转动时，主动齿轮11上的轮齿先与内圈齿轮10的轮齿啮合传动，随后主动齿轮11上的轮齿脱离内圈齿轮10的轮齿后再与外圈齿轮9的轮齿啮合传动，使内圈阀板6和外圈阀板3顺次打开。内圈阀板6能以内圈转轴4为中心转动90°，外圈阀板3能以外圈转轴2为中心转动90°。

使用蝶阀调节流量的方法，具体操作如下：

在使用前，先将蝶阀安装于目标管体上，该连接方式可以采用法兰连接。连接后的蝶阀应确保其内圈阀板6和外圈阀板3的初始状态为能将阀体1的流道封闭。

当需要开启蝶阀来进行水流流量调节时，具体步骤如下：

通过转动主动转轴7来逐渐开启蝶阀，使主动齿轮11首先与内圈齿轮10啮合传动，同时内圈阀板6以内圈转轴4为中心转动，逐渐开启内圈阀板6。当内圈阀板6转动了90°时，内圈阀板6的板面与水流方向相同，此时阀芯组件的内圈阀板6呈完全开启状态、外圈阀板3呈闭合状态。通过在此转动区间内转动主动转轴7来控制内圈阀板6的开合大小，从而在较小的水流流量工况下进行水流流量的调节，以此实现蝶阀的一级流量调节功能。

继续同方向转动主动转轴7，使主动齿轮11上的轮齿脱离内圈齿轮10的轮齿并与外圈齿轮9的轮齿啮合传动，此时内圈阀板6的板面与水流方向相同保持不变，外圈转轴2带动外圈阀板3转动，逐渐开启外圈阀板3。当外圈阀板3转动了90°时，外圈阀板3的板面与水流方向相同，此时阀芯组件的内圈阀板6和外圈阀板3均呈完全开启状态。通过在此转动区间内转动主动转轴7来控制外圈阀板3的开合大小，从而在较大的水流流量工况下进行水流流量的调节，以此实现蝶阀的二级流量调节功能。

当需要关闭蝶阀时，具体步骤如下：

通过反方向转动主动转轴7来关闭蝶阀，使主动齿轮11先与外圈齿轮9啮合传动，同时外圈转轴2带动外圈阀板3反方向转动，逐渐关闭外圈阀板3。当外圈阀板3反方向转动了90°时，外圈阀板3的板面与水流方向垂直，此时阀芯组件的外圈阀板3呈完全闭合状态、内圈阀板6仍呈完全开启状态。继续反方向转动主动转轴7，使主动齿轮11上的轮齿脱离外圈齿轮9的轮齿并与内圈齿轮10的轮齿啮合传动，此时外圈阀板3的板面与水流方向垂直保持不变，内圈转轴4带动内圈阀板6反方向转动，逐渐关闭外圈阀板3。当内圈阀板6反方向转动了90°时，内圈阀板6的板面与水流方向垂直，此时阀芯组件的内圈阀板6和外圈阀板3均呈完全闭合状态，阻止水流通过，从而实现了蝶阀的完全关闭。

在实际应用时，还可以根据需要将阀芯组件设置多个同轴套设的阀板，每块阀板均与不同的转轴配合连接实现单独旋转，从而能够更加细致的控制不同水流流量。不仅如此，根据需要设计阀芯组件中各阀板的面积大小，能够实现分级调控下不同水流流量的控制。

本发明装置的结构简单，仅需通过阀芯组件和驱动组件的相互配合作用，便可使本发明的蝶阀不仅能在大流量下保持流通能力，还能实现小流量情况下的水流调节。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (7)

1.一种具有双级流量调节功能的蝶阀，其特征在于，包括阀体（1）、阀芯组件和驱动组件，阀体（1）为中空筒状结构；

所述阀芯组件位于阀体（1）的中空流道内部，能将阀体（1）流道的径向横截面封闭；阀芯组件包括同轴套设的圆形内圈阀板（6）和环形外圈阀板（3），内圈阀板（6）和外圈阀板（3）能分别在阀体（1）内转动，内圈阀板（6）和外圈阀板（3）的连接处能够密闭，外圈阀板（3）和阀体（1）的连接处能够密闭；

所述驱动组件包括固定套设有主动齿轮（11）的主动转轴（7）、固定套设有外圈齿轮（9）的外圈转轴（2）和固定套设有内圈齿轮（10）的内圈转轴（4）；所述主动转轴（7）竖直布设且一段位于所述阀体（1）的外部作为控制段，所述控制段上套设主动齿轮（11）；所述外圈转轴（2）与所述外圈阀板（3）固定，能使外圈阀板（3）以外圈转轴（2）为中心旋转；所述内圈转轴（4）与所述内圈阀板（6）固定，能使内圈阀板（6）以内圈转轴（4）为中心旋转；外圈齿轮（9）、内圈齿轮（10）和主动齿轮（11）均为部分带齿，外圈齿轮（9）和内圈齿轮（10）分别能与所述主动齿轮（11）啮合连接；初始状态下，内圈阀板（6）和外圈阀板（3）封闭阀体（1）的流道；主动齿轮（11）转动时，主动齿轮（11）上的轮齿先与内圈齿轮（10）的轮齿啮合传动，脱离内圈齿轮（10）的轮齿后再与外圈齿轮（9）的轮齿啮合传动，使内圈阀板（6）和外圈阀板（3）顺次打开；

所述内圈转轴（4）和外圈转轴（2）均以阀芯组件的中心线为中心偏心设置，内圈转轴（4）和外圈转轴（2）的偏心方向相反且位于所述阀芯组件的两侧；所述内圈转轴（4）与阀芯组件中心线的偏心距大于所述内圈阀板（6）的厚度；所述外圈转轴（2）与阀芯组件中心线的偏心距大于所述外圈阀板（3）的厚度。

2.根据权利要求1所述具有双级流量调节功能的蝶阀，其特征在于，所述控制段的顶部还设有转轮（8），通过转轮（8）带动所述主动转轴（7）同步转动。

3.根据权利要求1所述具有双级流量调节功能的蝶阀，其特征在于，所述内圈阀板（6）通过螺钉（5）安装固定于所述内圈转轴（4）上，所述外圈阀板（3）通过螺钉（5）安装固定于所述外圈转轴（2）上。

4.根据权利要求1所述具有双级流量调节功能的蝶阀，其特征在于，所述内圈阀板（6）能以内圈转轴（4）为中心转动90°，所述外圈阀板（3）能以外圈转轴（2）为中心转动90°。

5.根据权利要求1所述具有双级流量调节功能的蝶阀，其特征在于，所述内圈阀板（6）和外圈阀板（3）的厚度相同。

6.根据权利要求1所述具有双级流量调节功能的蝶阀，其特征在于，所述主动转轴（7）的中轴线经过所述阀芯组件的中心。

7.一种基于权利要求1~6任一所述蝶阀调节流量的方法，其特征在于，具体如下：

将所述蝶阀安装于目标管体上，蝶阀的内圈阀板（6）和外圈阀板（3）在初始状态下将阀体（1）的流道封闭；

通过转动主动转轴（7）开启蝶阀，使主动齿轮（11）首先与内圈齿轮（10）啮合传动，同时内圈阀板（6）以内圈转轴（4）为中心转动，逐渐开启内圈阀板（6）；当内圈阀板（6）转动了90°时，内圈阀板（6）的板面与水流方向相同，此时阀芯组件的内圈阀板（6）呈完全开启状态、外圈阀板（3）呈闭合状态；通过转动主动转轴（7）来控制内圈阀板（6）的开合大小，从而对水流的流量进行调节，实现一级流量调节功能；

继续同方向转动主动转轴（7），使主动齿轮（11）上的轮齿脱离内圈齿轮（10）的轮齿并与外圈齿轮（9）的轮齿啮合传动，此时内圈阀板（6）的板面与水流方向相同保持不变，外圈转轴（2）带动外圈阀板（3）转动，逐渐开启外圈阀板（3）；当外圈阀板（3）转动了90°时，外圈阀板（3）的板面与水流方向相同，此时阀芯组件的内圈阀板（6）和外圈阀板（3）均呈完全开启状态；通过转动主动转轴（7）来控制外圈阀板（3）的开合大小，从而对更大流量下的水流的流量进行调节，实现二级流量调节功能；

通过反方向转动主动转轴（7）关闭蝶阀，使主动齿轮（11）依次与外圈齿轮（9）和内圈齿轮（10）啮合传动，实现外圈阀板（3）和内圈阀板（6）依次关闭，阻止水流通过。

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