CN111927994B - 一种用于高压系统的可调背压阀装置及使用方法 - Google Patents

Abstract

一种用于高压系统的可调背压阀装置及使用方法，包括相连的上阀体和下阀体，上阀体顶部设置有接头，上阀体内设置有阀座，阀座底部设置有蓝宝石座，下阀体内顶部设置有弹簧底座，弹簧底座顶面设置有阀芯底座，阀芯底座上设置有第一弹簧，第一弹簧顶部设置有宝石底座，宝石底座上方设置有宝石座，宝石底座为等高套筒，等高套筒上部位于宝石座空腔内，红宝石球位于等高套筒顶部。本发明采用红宝石球作为阀芯，蓝宝石座作为阀座，可以实现的高压下的背压。与通过弹簧和膜片结构实现压力控制功能相比，通过作为阀芯的红宝石球与作为阀座的蓝宝石座配合，背压性能和灵活性更好。

Description

一种用于高压系统的可调背压阀装置及使用方法

技术领域

本发明涉及管道控制阀门领域，具体涉及一种用于高压系统的可调背压阀装置及使用方法。

背景技术

背压阀是背压实验系统的主要部件之一，由于管路内的压力不断变化，采用背压阀可以很好的维持管道中的压力，使得管路中的泵能够正常输送流量。例如在计量泵前安装背压阀，可以很好的维持管内的压力，同时又可以很好的减小管路中的虹吸的趋势，能够保证计量泵正常使用。

背压阀一般通过阀门开度来调节管道中的压力，为了使管道中的压力稳定，对背压阀压力控制精度要求比较高。目前，背压阀的背压值一般不可调，通常根据计算得到管路所需背压值后，再进行选取；现有的背压阀大多是隔膜阀，通过内置弹簧和膜片实现压力控制，它依靠柔软的橡胶膜或塑料膜制作的膜片来控制流体运动。这类背压阀虽然结构简单、耐腐蚀性能较好，但由于膜片材质的原因，导致耐压效果较差，其承受最高压力为1.6MPa，这就大大限制了背压阀的使用范围。尤其是在石油化工、超临界等过程中，需要在更高的压力条件下输送管路中的介质。

发明内容

本发明的目的是提供一种应用于高压系统的可调背压阀装置及使用方法，以解决现有背压阀存在的背压范围不可调和适用压力不高的问题。

为实现上述目的，本发明的技术方案如下：

一种用于高压系统的可调背压阀装置，包括相连的上阀体和下阀体，上阀体顶部设置有接头，上阀体内设置有阀座，阀座底部设置有蓝宝石座，下阀体内顶部设置有弹簧底座，弹簧底座顶面设置有阀芯底座，阀芯底座上设置有第一弹簧，第一弹簧顶部设置有宝石底座，宝石底座上方设置有宝石座，宝石底座为等高套筒，等高套筒上部位于宝石座空腔内，红宝石球位于等高套筒顶部。

本发明进一步的改进在于，下阀体底部设置有手柄，手柄包括手柄内衬，手柄内衬上设置有阀杆，阀杆顶部设置有第二弹簧，第二弹簧顶部设置有弹簧底座，阀芯底座设置在弹簧底座上。

本发明进一步的改进在于，接头和上阀体通过螺纹连接；上阀体和下阀体通过螺纹连接；宝石底座设置在宝石球紧固件内，宝石球紧固件与阀芯底座通过螺纹连接；

本发明进一步的改进在于，宝石球紧固件侧壁上设置有压紧螺母。

本发明进一步的改进在于，阀座开设有密封槽，密封槽中设置有橡胶O型圈。

本发明进一步的改进在于，接头下端与阀座接触。

本发明进一步的改进在于，蓝宝石座与阀座采用过盈配合；

本发明进一步的改进在于，等高套筒包括圆柱底座，底座上设置有圆柱体，圆柱体直径小于宝石座下端的内径，底座直径大于宝石座下端内径；阀杆上设置有阀杆调节器，第二弹簧下端与阀杆调节器相接触。

本发明进一步的改进在于，阀杆调节器通过固定螺钉进行固定；阀杆上套设有卡簧。

一种用于高压系统的可调背压阀装置的使用方法，当背压阀手柄正向旋转时，带动阀杆转动，与阀杆相连接的阀杆调节器向上移动，压缩第二弹簧，第二弹簧推动弹簧底座向上移动，进而带动阀芯底座向上移动，第一弹簧受到阀芯底座向上的力，进而推动宝石底座向上运动，使红宝石球与蓝宝石座之间的距离减小，红宝石球与蓝宝石座之间的应力增大；红宝石球与蓝宝石座完全接触，达到线密封，液体流动通道堵住，造成阀腔内的压力不断上升；当阀腔内的压力达到一定值，使得红宝石球与蓝宝石座分离，此时流体流出通道打开，从而实现背压效果。

与现有技术相比，本发明具有的有益效果：本发明通过设置位于上等高套筒顶部的红宝石球，阀座底部设置有蓝宝石座，通过控制红宝石球与蓝宝石座相接触或分离，可以实现高压下的背压；由于红宝石在高压下的力学性能优于低压下，只有在GPa的时候力学性质才会发生改变，所以本发明采用红宝石球作为阀芯，蓝宝石座作为阀座，可以实现的高压下的背压。与通过弹簧和膜片结构实现压力控制功能相比，通过作为阀芯的红宝石球与作为阀座的蓝宝石座配合，背压性能和灵活性更好。

进一步的，通过手柄、阀杆螺杆调节器和第二弹簧施加给阀芯底座的压力来实现背压阀的使用范围。

本发明在使用时，当背压阀手柄正向旋转时，带动阀杆转动，与阀杆相连接的阀杆调节器向上移动，压缩第二弹簧，第二弹簧推动弹簧底座向上移动，进而带动阀芯底座向上移动，第一弹簧受到阀芯底座向上的力，进而推动宝石底座向上运动，使红宝石球与蓝宝石座之间的距离减小，红宝石球与蓝宝石座之间的应力增大；红宝石球与蓝宝石座完全接触，达到线密封，液体流动通道堵住，造成阀腔内的压力不断上升；当阀腔内的压力达到一定值，使得红宝石球与蓝宝石座分离，此时流体流出通道打开，当阀腔内的压力达到一定值，使得红宝石球与蓝宝石阀座分离，此时流体流出通道打开。通过改变手柄旋转的周数，可以改变整个阀门的背压范围，从而实现背压可调。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明实施例提供的背压阀结构示意图；

图2是本发明实施例提供的背压阀结构安装流程图；

图3是本发明实施例的流量压力曲线。

附图标记：

图1：1-接头，2-上阀体，3-橡胶O型圈，4-阀座，5-蓝宝石座，6-红宝石球，7-宝石座，8-宝石底座，9-宝石球紧固件，10-压紧螺母，11-第一弹簧，12-阀芯底座，13-弹簧底座，14-阀杆调节器，15-手柄，16-手柄内衬，17-卡簧，18-阀杆，19-固定螺钉，20-第二弹簧，21-下阀体。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。

需要说明的是，本发明所使用的术语“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明目的。除非另有定义，本发明所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例目的，不是旨在于限定本发明。

参见图1，本发明提供的高压系统可调背压阀装置，包括：从上到下依次布置的接头1，上阀体2，橡胶O型圈3，红宝石阀座4，蓝宝石座5，红宝石球6，宝石座7，宝石底座8，宝石球紧固件9，压紧螺母10，第一弹簧11，阀芯底座12，弹簧底座13，阀杆调节器14，手柄15，手柄内衬16，卡簧17，阀杆18，固定螺钉19，第二弹簧20以及下阀体21。其中，上阀体1和下阀体21构成阀体，上阀体1和下阀体21二者之间通过螺纹连接。阀体内部设置有：橡胶O型圈3，阀座4，蓝宝石座5，红宝石球6，宝石座7，宝石底座8，宝石球紧固件9，压紧螺母10，第一弹簧11，阀芯底座12，弹簧底座13，阀杆调节器14，手柄15，手柄内衬16，卡簧17，阀杆18，固定螺钉19以及第二弹簧20。以蓝宝石座5为阀座，红宝石球6为阀芯；接头1和上阀体2通过螺纹连接；阀座4由上阀体2上部放入上阀体2中；阀座4开设有密封槽，橡胶O型圈3嵌于阀座4的密封槽中，用于密封，接头1下端紧密接触阀座4；阀座4底部设置有蓝宝石座5，蓝宝石5座嵌于阀座4，用于充当背压阀的阀座，并且蓝宝石座5与阀座4采用过盈配合。

宝石底座8采用采用等高套筒结构，其中，等高套筒包括圆柱底座，底座上设置有圆柱体，圆柱体直径小于宝石座7的内径，底座直径大于宝石座7下端内径，红宝石球6直径小于宝石座7下端内径，红宝石球6直径小于宝石座7上端内径，红宝石球6由宝石座7底部装入，其中，等高套筒上部位于宝石座7空腔内，等高套筒上部接触红宝石球6，用于防止红宝石球6从宝石座7中脱落，等高套筒下部接触第一弹簧11；红宝石球6、宝石座7、宝石底座8组装好后由下装入宝石球紧固件9中，其中宝石球紧固件9与阀芯底座12通过螺纹连接；第一弹簧11位于阀芯底座12空腔内，第一弹簧11下部接触阀芯底座12的空腔底部，上部接触宝石底座8；宝石球紧固件9侧壁上设置有压紧螺母10，压紧螺母10与阀芯底座12过盈配合；压紧螺母10与宝石球紧固件9通过螺纹连接。

下阀体21底部设置有手柄15，手柄15包括手柄内衬16，手柄内衬16上设置有阀杆18，阀杆18顶部设置有第二弹簧20，第二弹簧20顶部设置有弹簧底座13，阀芯底座12设置在弹簧底座13上。阀杆18上设置有阀杆调节器14，第二弹簧20下端与阀杆调节器14相接触。

第一弹簧1伸缩时，能够带动宝石底座8在宝石球紧固件9内运动；第一弹簧11上端接触宝石底座8，下端接触阀芯底座12底部；弹簧底座13上端接触阀芯底座12，下端接触第一弹簧11；弹簧底座13受到第一弹簧11的压力进而挤压阀芯底座12；阀杆调节器14与阀芯底座12采用螺栓传动，当阀芯底座12转动时，阀杆调节器14由于与阀芯底座12螺纹连接继而向上转动，此时挤压第一弹簧12；手柄15转动进而带动阀芯底座12转动；手柄内衬16与阀芯底座12过盈配合。

卡簧17卡在下阀体21中，并且卡簧17套设在阀杆18上；固定螺钉19与阀杆调节器14螺纹连接，其中，下阀体21侧壁上开设有键槽，固定螺钉19在下阀体21上的键槽中有限滑动。其中接头1、上阀体21、阀座4、宝石座7、宝石底座8、宝石球紧固件9、压紧螺母10、第一弹簧1、阀芯底座12、弹簧底座13、卡簧17、阀杆18、固定螺钉19、第二弹簧20以及下阀体21的材质均为不锈钢，橡胶O型圈3的材质为橡胶；蓝宝石座8的材质为蓝宝石；红宝石球6的材质为红宝石；手柄15的材质为黑色塑料；阀杆调节器14、卡簧17的材质均为黄铜。

进一步地，宝石球紧固件9位于阀芯底座12中。

进一步地，阀杆调节器14与阀杆18螺栓传动，阀杆调节器14推动第一弹簧1，进而推动弹簧底座13，调整红宝石球6与阀座4距离。

进一步地，手柄15带动阀杆18转动，进而带动阀杆调节器14转动。

本发明提供的应用于高压系统的可调背压阀装置的装配方法，如图1所示，保持流量泵开度不变，当背压阀手柄15正向旋转时，阀杆18跟着转动，与阀杆18相连接的阀杆调节器14向上移动，压缩第二弹簧20。第二弹簧20受到来自阀杆调节器14的压力，推动弹簧底座13向上移动。阀芯底座12受到弹簧底座13的压力向上移动。宝石球紧固件9中的第一弹簧11受到阀芯底座12向上的力。宝石底座8受到第一弹簧11向上的推力，进而使红宝石球与蓝宝石座之间的距离减小，此时增加了阀门的预紧力，红宝石球6与蓝宝石阀座之间的应力增大。由于此时宝石球与蓝宝石阀座完全接触，达到很好的线密封，液体流动通道堵住，造成阀腔内的压力不断上升，从而实现背压效果。当阀腔内的压力达到一定值，使得红宝石球与蓝宝石阀座分离，此时流体流出通道打开。通过改变手柄旋转的周数，可以改变整个阀门的背压范围，从而实现背压可调。

本发明的可调背压阀背压阀工作原理：流体从背压阀入口进入阀腔之后，此时红宝石球6(即阀芯)与蓝宝石座8紧密接触，流体被阻挡，不能通过蓝宝石座8的通道流出阀腔，于是流体对阀芯产生了沿轴线的推力，当推力够大时，红宝石球6所在的宝石底座8压缩第一弹簧11，流体顶起红宝石球6行成通道，从背压阀出口流出；若流体压力不够，就会在阀腔内形成“憋压”，使出口压力上升，直到红宝石球被顶开形成通道。

参见图2，本发明的可调背压阀装置的装配方法为：

安装阀芯：红宝石球6与宝石座7采用过渡配合，宝石底座8顶部紧密接触红宝石球6，防止红宝石球6从宝石座7中滑落，宝石底座8与宝石球紧固件9间隙配合；

安装阀座：橡胶O型圈3嵌于阀座4内的密封槽，蓝宝石座8与阀座过盈配合。

安装传动装置：宝石底座8与第一弹簧11接触，阀杆调节器14与阀杆18螺栓传动，阀杆调节器14推动第二弹簧20，进而推动弹簧底座13，调整阀芯与阀座的距离，手柄15带动阀杆18转动，影响阀杆调节器14转动。

最后，组装阀芯、阀座与传动装置。

为了验证所设计阀门的性能参数，通过改变阀门开度，得到阀门的性能曲线，如图3所示。在室温下，设计计量泵的初始流量为220g/min，并保持泵的开度不变。通过手柄15顺时针旋转阀门，在电脑端采集压力和流量信号，得到如图3所示的流量压力曲线。从图3中可以看出：随着阀门旋转周数增加，所得到的流量不断减小，压力随周数呈现线性增加。流量和压力呈现出良好的线性关系，尤其对于压力而言，线性程度非常好，能够实现从0-30MPa的背压性能。

与通过弹簧和膜片结构实现压力控制功能相比，本发明通过作为阀芯的红宝石球与蓝宝石座配合，背压性能更好，增加了背压阀的灵活性；所采用红宝石球和蓝宝石座可以适用于更高的压力，扩大了背压阀的使用范围。

1.针对高压：弹簧和膜片的适用压力最大为1.6MPa，红宝石在高压下的力学性能优于低压，只有压力达到GPa的时力学性质才会发生改变。通过采用红宝石球和蓝宝石座来实现高压下的背压。

2.针对可调：通过手柄15、阀杆螺杆调节器14和第二弹簧施加给阀芯底座8的压力来实现。

以上实施例仅为说明本发明的技术思想，不能以此限定本发明的保护范围，凡是按照本发明提出的技术思想，在技术方案基础上所做的任何改动，均落入本发明保护范围之内。

Claims (8)

1.一种用于高压系统的可调背压阀装置，其特征在于，包括相连的上阀体（2）和下阀体（21），上阀体（2）顶部设置有接头（1），上阀体（2）内设置有阀座（4），阀座（4）底部设置有蓝宝石座（5），下阀体（21）内顶部设置有弹簧底座（13），弹簧底座（13）顶面设置有阀芯底座（12），阀芯底座（12）上设置有第一弹簧（11），第一弹簧（11）顶部设置有宝石底座（8），宝石底座（8）上方设置有宝石座（7），宝石底座（8）为等高套筒，等高套筒上部位于宝石座（7）空腔内，红宝石球（6）位于等高套筒顶部；

下阀体（21）底部设置有手柄（15），手柄（15）包括手柄内衬（16），手柄内衬（16）上设置有阀杆（18），阀杆（18）顶部设置有第二弹簧（20），下阀体（21）内顶部设置的弹簧底座（13）位于第二弹簧（20）顶部；

阀杆（18）上设置有阀杆调节器（14），第二弹簧（20）下端与阀杆调节器（14）相接触；

通过以下步骤进行组装：

1）红宝石球（6）与宝石座（7）采用过渡配合，宝石底座（8）顶部紧密接触红宝石球（6），宝石底座（8）与宝石球紧固件（9）间隙配合；

2）蓝宝石座（5）与阀座（4）过盈配合；

3）宝石底座（8）与第一弹簧（11）接触，阀杆调节器（14）与阀杆（18）螺栓传动，阀杆调节器（14）推动第二弹簧（20），进而推动弹簧底座（13），调整阀芯与阀座（4）的距离；

最后，组装步骤1）的红宝石球（6）、宝石座（7）、宝石底座（8）与宝石球紧固件（9），步骤2）中的蓝宝石座（5）与阀座（4）以及步骤3）中的第一弹簧（11）、阀杆调节器（14）、阀杆（18）、第二弹簧（20）和弹簧底座（13）。

2.根据权利要求1所述的一种用于高压系统的可调背压阀装置，其特征在于，接头（1）和上阀体（2）通过螺纹连接；上阀体（1）和下阀体（21）通过螺纹连接；宝石底座（8）设置在宝石球紧固件（9）内，宝石球紧固件（9）与阀芯底座（12）通过螺纹连接。

3.根据权利要求2所述的一种用于高压系统的可调背压阀装置，其特征在于，宝石球紧固件（9）侧壁上设置有压紧螺母（10）。

4.根据权利要求1所述的一种用于高压系统的可调背压阀装置，其特征在于，阀座（4）开设有密封槽，密封槽中设置有橡胶O型圈（3）。

5.根据权利要求1所述的一种用于高压系统的可调背压阀装置，其特征在于，接头（1）下端与阀座（4）接触。

6.根据权利要求1所述的一种用于高压系统的可调背压阀装置，其特征在于，等高套筒包括圆柱底座，圆柱底座上设置有圆柱体，圆柱体直径小于宝石座（7）下端的内径，圆柱底座直径大于宝石座（7）下端内径。

7.根据权利要求6所述的一种用于高压系统的可调背压阀装置，其特征在于，阀杆调节器（14）通过固定螺钉（19）进行固定；阀杆（18）上套设有卡簧（17）。

8.一种根据权利要求6所述的用于高压系统的可调背压阀装置的使用方法，其特征在于，当背压阀手柄（15）正向旋转时，带动阀杆（18）转动，与阀杆（18）相连接的阀杆调节器（14）向上移动，压缩第二弹簧（20），第二弹簧（20）推动弹簧底座（13）向上移动，进而带动阀芯底座（12）向上移动，第一弹簧（11）受到阀芯底座（12）向上的力，进而推动宝石底座（8）向上运动，使红宝石球（6）与蓝宝石座（5）之间的距离减小，红宝石球（6）与蓝宝石座（5）之间的应力增大；红宝石球（6）与蓝宝石座（5）完全接触，达到线密封，流体流出通道堵住，造成阀腔内的压力不断上升；当阀腔内的压力达到一定值，使得红宝石球（6）与蓝宝石座（5）分离，此时流体流出通道打开，从而实现背压效果。

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