CN112377624A - 适用于高压工况下的针式节流阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针式节流阀，包括阀体、阀座、阀盖、阀杆，所述阀体内开设有阀腔以及与所述阀腔连通的侧部开口、底部开口和顶部开口，所述底部开口靠近所述阀腔的一端设置有所述阀座，所述阀杆由所述顶部开口贯穿阀腔至所述底部开口，所述阀杆用于在阀体的阀腔内沿顶部开口的轴心线作轴向位移，所述阀盖上设置有套设在所述阀杆上的阀杆螺母以及用于对所述阀杆的运动进行限位的导向键，所述阀杆螺母与手轮固定连接，所述阀杆螺母与阀杆螺纹连接；所述阀杆的底部具有与所述阀座配合的阀芯头，所述阀杆与阀芯头一体成型设置。本发明的针式节流阀，在满足针式节流阀节流调压的功能情况下，尽可能地降低操作扭矩；一体成型的阀杆和阀芯头，耐冲击能力提高。

Description

适用于高压工况下的针式节流阀
技术领域
本发明涉及阀门技术领域，具体涉及一种高压力(大于或等于69MPa)、法兰端出口连接的针式节流阀，主要应用于井口、生产管汇、节流和压井管汇和试井。
背景技术
国内现有的针式节流阀为手轮驱动，阀杆与阀盖通过螺纹连接，手轮与阀杆通过斜面加螺母连接。通过手轮直接驱动阀杆旋转并上下运动，实现阀杆头部的阀瓣与阀杆节流面积的变化从而实现节流调压功能。
扭矩是由阀杆螺纹处和阀杆填料处阀杆旋转形成的。当阀的工作压力大于69MPa时，阀门扭矩极大，依靠人力很难打开，此种结构限制了节流阀在高压工况下的应用。
另一方面，目前国内现有的阀瓣为独立零件，通过机械方式如螺纹连接和阀杆连接一起。阀瓣的材料为硬质合金，硬度高耐冲蚀性能好但不耐冲击，当打开的阀门突然关闭或给水泵停止，水流对阀门及管壁会产生一个压力。由于管壁光滑，后续水流在惯性的作用下，水力迅速达到最大，并产生破坏作用，阀瓣易断裂致使阀门无法调节进而失效。
所以，现有技术中阀杆的运动方式均为旋转升降杆，当压力高时，操作扭矩大，增加操作者的负担，效率低，且独立的阀瓣易损坏，无法适用于高压工况下。
发明内容
有鉴于此，为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的是提供一种针式节流阀，降低了操作扭矩，且延长了节流阀的使用寿命，能够适用于高压工况。
为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：
一种针式节流阀，包括阀体、阀座、阀盖、阀杆，所述阀体内开设有阀腔以及与所述阀腔连通的侧部开口、底部开口和顶部开口，所述底部开口靠近所述阀腔的一端设置有所述阀座，所述阀杆由所述顶部开口贯穿阀腔至所述底部开口，所述阀杆用于在阀体的阀腔内沿顶部开口的轴心线作轴向位移，所述阀盖上设置有套设在所述阀杆上的阀杆螺母以及用于对所述阀杆的运动进行限位的导向键，所述阀杆螺母与手轮固定连接，所述阀杆螺母与阀杆螺纹连接，所述导向键用于限制所述阀杆沿其自身的长度方向运动；所述阀杆的底部具有与所述阀座配合的阀芯头，所述阀杆与阀芯头一体成型设置。
通过设置与阀杆螺纹配合的阀杆螺母，使得转动阀杆螺母即能够带动阀杆进行移动，并设置导向键使得阀杆沿竖直方向移动。且采用一体成型设置的阀杆和阀芯头，使得阀杆和阀芯头的耐冲击能力提高，以延长使用寿命。
根据本发明的一些优选实施方面，所述导向键套设在所述阀杆的外周，所述阀杆上开设有沿其自身长度方向延伸的导向槽，所述导向键上设置有用于插入所述导向槽内的导向块。导向键为环形设置，其内表面设置有导向块，导向块插入在导向槽内，以对阀杆的上下移动进行限位，保证移动方向和移动过程的平稳。
根据本发明的一些优选实施方面，所述阀杆上对称设置有偶数个所述导向槽，所述导向键上对应设置有偶数个导向块。偶数数量的导向槽和导向块，且对称的设置，能够更好地对阀杆的上下移动进行限位，保证移动方向和移动过程的平稳
根据本发明的一些优选实施方面，所述阀盖的顶部向上延伸形成凸台，所述凸台之间形成用于容纳所述导向键的容纳槽，所述导向键固定在所述容纳槽内。导向键上开设有贯穿其厚度方向的固定孔，通过在固定孔内设置固定销将导向键固定在容纳槽的底部。凸台为环形设置。
根据本发明的一些优选实施方面，所述阀杆螺母的底端插入所述容纳槽内并抵住所述导向键的顶面，以进一步固定导向键，并将部分阀杆充分的设置在阀杆螺母和导向键内。
根据本发明的一些优选实施方面，所述阀盖上还设置有轴承座，所述轴承座与凸台之间形成腔体，所述腔体内设置有轴承，所述轴承套设在所述阀杆螺母的外周，所述轴承的下表面抵住所述凸台的上表面。
根据本发明的一些优选实施方面，所述阀杆螺母具有凸部，所述凸部用于将所述腔体分为上腔体和下腔体，所述上腔体和下腔体内分别设置有轴承。通过设置轴承，使得阀杆螺母转动更加顺利，减小了扭矩。且设置凸部以及两个轴承，使得转动过程中的阀杆螺母以及阀杆的运行更加平稳。
在本发明的一些实施例中，凸部为环形设置，且凸部上开设有一个贯穿孔，贯穿孔的一侧设置有油杯，另一侧设置有类似于紧固螺钉的紧固组件，油杯和紧固组件设置在轴承座上，作用在阀杆螺母的凸部上。现有技术中的节流阀已经设置有紧固螺钉，其直接作用在阀杆上，避免节流阀使用时的阀杆晃动和转动。本发明的一些实施例中，紧固组件包括弹簧垫圈、螺母、锁紧环以及防转塞，通过旋转锁紧环从而将防转塞抵在阀杆螺母的凸部上，一方面能够防止阀杆螺母的转动，另一方面增大阀杆螺母与阀杆之间的摩擦力，且由于阀杆螺母与阀杆之间的接触面积更大，所以能够更好地减少使用过程中阀杆的晃动和转动。
根据本发明的一些优选实施方面，所述阀芯头为圆锥形设置，所述阀芯头的直径由靠近阀杆的一端向远离阀杆的一端逐渐减小，所述阀芯头直径最大处的直径大于所述阀杆的直径。
根据本发明的一些优选实施方面，所述阀芯头外表面堆焊有不锈钢层。
根据本发明的一些优选实施方面，所述阀芯头在所述不锈钢层外堆焊有镍基碳化钨层。阀杆和阀芯头采用一体式堆焊结构，相比现有的通过机械方式连接一起的阀瓣和阀杆，本发明中的方式更耐冲击，使用寿命更长。
由于采用了以上的技术方案，相较于现有技术，本发明的针式节流阀结构设计合理，通过设置与阀杆螺纹配合的阀杆螺母，使得转动阀杆螺母即能够带动阀杆进行移动，并设置导向键使得阀杆沿竖直方向移动，在满足针式节流阀节流调压的功能情况下，尽可能地降低操作扭矩；且采用一体成型设置的阀杆和阀芯头，使得阀杆和阀芯头的耐冲击能力提高，以延长使用寿命；通过上述的结构方式使得本发明的针式节流阀能够适用于高压工况下。
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为本发明优选实施例中针式节流阀的截面图；
图2为图1中I部的放大图；
图3为本发明优选实施例的阀杆的示意图；
图4为图3中D-D的剖面图；
图5为本发明优选实施例中导向键的主视图；
图6为本发明优选实施例中阀杆和阀芯头的截面示意图；
附图中：1-阀体，2-阀座密封环，3-阀座，4-阀盖密封环，5-挡圈，6-垫片，7-阀杆填料，8-第一螺母，9-螺柱，10-油杯，11-轴承，12-第一O形圈，13-键，14-螺钉，15-指示盘，16-阀杆，17-阀杆螺母，18-手轮，19-第二O形圈，20-轴承座，21-弹簧垫圈，22-锁紧环，23-第二螺母，24-防转塞，25-固定销，26-导向键，261-导向块，262-固定孔，27-阀盖，28-丝堵，30-不锈钢层，31-镍基碳化钨层，32-阀芯头，33-导向槽，34-凸台，35-凸部。
具体实施方式
为了使本技术领域的人员更好地理解本发明方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。
请参阅图1-6，本实施例的针式节流阀，能够适用于高压工况下，包括阀体1、阀座3、阀盖27、阀杆16，阀体1内开设有阀腔以及与阀腔连通的侧部开口、底部开口和顶部开口，底部开口靠近阀腔的一端设置有阀座3，阀杆16由顶部开口贯穿阀腔至底部开口，阀杆16用于在阀体1的阀腔内沿顶部开口的轴心线作轴向位移，阀盖27上设置有套设在阀杆16上的阀杆螺母17以及用于对阀杆16的运动进行限位的导向键26，阀杆螺母17与手轮18通过键13固定连接，阀杆螺母17与阀杆16螺纹连接，导向键26用于限制阀杆16沿其自身的长度方向运动。
如图1所示，本实施例中阀座3与阀体1之间设置有阀座密封环2，阀盖27与阀体1之间设置有阀盖密封环4。阀杆16与阀盖27之间设置有挡圈5、垫片6和阀杆填料7。阀盖27通过第一螺母8和螺柱9固定在阀体1上。阀杆16的顶部通过螺钉14固定有指示盘15，指示盘15与阀杆螺母17之间设置有第二O形圈19。阀体1上对应侧部开口还设置有丝堵28。
导向键26套设在阀杆16的外周，阀杆16上开设有沿其自身长度方向延伸的导向槽33，导向键26上设置有用于插入导向槽33内的导向块261。阀杆16上对称设置有两个导向槽33，导向键26上对应设置有两个导向块261。导向键26为环形设置，其内表面设置有导向块261，导向块261插入在导向槽33内，偶数数量的导向槽33和导向块261，且对称的设置，能够更好地对阀杆16的上下移动进行限位，保证移动方向和移动过程的平稳，以及阀门旋转到位后，阀杆位置的固定。
阀盖27的顶部向上延伸形成环形设置的凸台34，凸台34之间形成用于容纳导向键26的容纳槽，导向键26固定在容纳槽内。导向键26上开设有贯穿其厚度方向的固定孔262，通过在固定孔262内设置固定销25将导向键26固定在容纳槽的底部。阀杆螺母17的底端插入容纳槽内并抵住导向键26的顶面，以进一步固定导向键26，并将部分阀杆16充分的设置在阀杆螺母17和导向键26内。
阀盖27上还设置有轴承座20，轴承座20与凸台34之间形成腔体，腔体内设置有轴承11，轴承11套设在阀杆螺母17的外周，轴承11的下表面抵住凸台34的上表面。本实施例中阀杆螺母17具有凸部35，凸部35用于将腔体分为上腔体和下腔体，上腔体和下腔体内分别设置有轴承11。通过设置轴承11，使得阀杆螺母17转动更加顺利，减小了扭矩。且设置凸部35以及两个轴承11，使得转动过程中的阀杆螺母17以及阀杆16的运行更加平稳。轴承座20与阀杆螺母17之间设置有第一O形圈12。
凸部35为环形设置，且凸部35上开设有一个贯穿孔，贯穿孔的一侧设置有油杯10，另一侧设置有类似于紧固螺钉的紧固组件，油杯10和紧固组件设置在轴承座20上，作用在阀杆螺母17的凸部35上。现有技术中的节流阀已经设置有紧固螺钉，其直接作用在阀杆16上，用于阀门旋转到位时固定阀杆的位置，避免节流阀使用时的阀杆16晃动和转动。本实施例中，紧固组件包括弹簧垫圈21、第二螺母23、锁紧环22以及防转塞24，通过旋转锁紧环22从而将防转塞24抵在阀杆螺母17的凸部35上，一方面能够防止阀杆螺母17的转动，另一方面增大阀杆螺母17与阀杆16之间的摩擦力，且由于阀杆螺母17与阀杆16之间的接触面积更大，所以能够更好地减少使用过程中阀杆16的晃动和转动。
阀杆16的底部具有与阀座3配合的阀芯头32，阀杆16与阀芯头32一体成型设置。阀芯头32为圆锥形设置，阀芯头32的直径由靠近阀杆16的一端向远离阀杆16的一端逐渐减小，阀芯头32直径最大处的直径大于阀杆16的直径。阀芯头32外表面堆焊有不锈钢层30，不锈钢层30外堆焊有镍基碳化钨层31。阀杆16和阀芯头32采用一体式堆焊结构，相比现有的通过机械方式连接一起的阀瓣和阀杆16，本实施例中的方式更耐冲击，使用寿命更长。
以下简述本实施例中的低扭矩针式节流阀工作原理和工作过程：
如附图1所示，本节流阀由手轮18驱动。阀杆16与阀杆螺母17通过螺纹连接，手轮18与阀杆螺母17通过键13连接。通过手轮18带动阀杆螺母17驱动阀杆16上下运动，实现阀杆16头部的阀芯头32与阀杆16节流面积的变化从而实现节流调压功能。
本实施例中采用旋转阀杆螺母17，而阀杆16由于导向键26限制了圆周方向的旋转而只能上下移动，这样的设置方式形成的扭矩是阀杆16螺纹处和轴承11处阀杆螺母17旋转形成的扭矩，相较于现有技术中的扭矩能够大大减小，能够适用于高压工况下。导向键26的结构见附图5，阀杆16的结构见附图3和4。
导向键26被固定销25固定在阀盖27上的容纳槽内，阀杆16上的导向槽33插入导向键26，当阀杆螺母17转动时阀杆16因被导向键26限制转动，阀杆16只能上下移动，所以阀杆16填料处无扭矩。阀杆螺母17处采用轴承11承载，而轴承11的摩擦系数极低，大大降低了阀杆螺母17旋转形成的扭矩。同规格的节流阀，阀杆16直径、阀杆16螺纹的参数一样时，本实施例中的节流阀的扭矩要降低约40％(计算时阀杆16填料处的摩擦系数取0.05，轴承11的摩擦系数取0.005)。
节流阀在工作时受到流体的强烈冲击和外部环境的影响，阀杆16会发生转动，因指示盘15锁紧在阀杆16上，当阀杆16转动时带动指示盘15上旋转并上下移动，影响调节精度。现有结构阀杆16受流体冲击而发生转动，结构本身易产生此弊端，改进后本发明的结构避免了此问题的产生，即使受到流体的冲击，阀杆16因为导向键26的限制也无法转动。阀杆螺母17的防转动采用弹簧垫圈21、锁紧环22、第二螺母23、防转塞24组合的方式实现，弹簧垫圈21和第二螺母23大大增加了锁紧环22的摩擦力，从而实现可靠防松。
本申请的一体式耐冲击阀杆16，是在基体材料上堆焊不锈钢316形成不锈钢层30，再堆焊镍基碳化钨形成镍基碳化钨31，如附图6所示。此设计结构的表面硬度高，结合强度好，即使在阀门突然启闭情况下也不会脱落断裂。相比现有的通过机械方式阀瓣和阀杆16连接一起，更耐冲击，使用寿命更长。
本发明的针式节流阀结构设计合理，通过设置与阀杆螺纹配合的阀杆螺母，使得转动阀杆螺母即能够带动阀杆进行移动，并设置导向键使得阀杆沿竖直方向移动以达到开关阀门的作用，在满足针式节流阀节流调压的功能情况下，尽可能地降低操作扭矩；且采用一体成型设置的阀杆和阀芯头，使得阀杆和阀芯头的耐冲击能力提高，以延长使用寿命；通过上述的结构方式使得本发明的针式节流阀能够适用于高压工况下。
上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种针式节流阀，包括阀体、阀座、阀盖、阀杆，所述阀体内开设有阀腔以及与所述阀腔连通的侧部开口、底部开口和顶部开口，所述底部开口靠近所述阀腔的一端设置有所述阀座，所述阀杆由所述顶部开口贯穿阀腔至所述底部开口，所述阀杆用于在阀体的阀腔内沿顶部开口的轴心线作轴向位移，其特征在于：所述阀盖上设置有套设在所述阀杆上的阀杆螺母以及用于对所述阀杆的运动进行限位的导向键，所述阀杆螺母与手轮固定连接，所述阀杆螺母与阀杆螺纹连接，所述导向键用于限制所述阀杆沿其自身的长度方向运动；所述阀杆的底部具有与所述阀座配合的阀芯头，所述阀杆与阀芯头一体成型设置。
2.根据权利要求1所述的一种针式节流阀，其特征在于：所述导向键套设在所述阀杆的外周，所述阀杆上开设有沿其自身长度方向延伸的导向槽，所述导向键上设置有用于插入所述导向槽内的导向块。
3.根据权利要求2所述的一种针式节流阀，其特征在于：所述阀杆上对称设置有偶数个所述导向槽，所述导向键上对应设置有偶数个导向块。
4.根据权利要求2所述的一种针式节流阀，其特征在于：所述阀盖的顶部向上延伸形成凸台，所述凸台之间形成用于容纳所述导向键的容纳槽，所述导向键固定在所述容纳槽内。
5.根据权利要求4所述的一种针式节流阀，其特征在于：所述阀杆螺母的底端插入所述容纳槽内并抵住所述导向键的顶面。
6.根据权利要求4所述的一种针式节流阀，其特征在于：所述阀盖上还设置有轴承座，所述轴承座与凸台之间形成腔体，所述腔体内设置有轴承，所述轴承套设在所述阀杆螺母的外周，所述轴承的下表面抵住所述凸台的上表面。
7.根据权利要求6所述的一种针式节流阀，其特征在于：所述阀杆螺母具有凸部，所述凸部用于将所述腔体分为上腔体和下腔体，所述上腔体和下腔体内分别设置有轴承。
8.根据权利要求1-7任意一项所述的一种针式节流阀，其特征在于：所述阀芯头为圆锥形设置，所述阀芯头的直径由靠近阀杆的一端向远离阀杆的一端逐渐减小，所述阀芯头直径最大处的直径大于所述阀杆的直径。
9.根据权利要求8所述的一种针式节流阀，其特征在于：所述阀芯头外表面堆焊有不锈钢层。
10.根据权利要求9任意一项所述的一种针式节流阀，其特征在于：所述阀芯头在所述不锈钢层外堆焊有镍基碳化钨层。
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