CN112664671B - 一种多级套筒节流型高压差调节球阀 - Google Patents

Abstract

一种多级套筒节流型高压差调节球阀，该球阀包括阀体、球体、阀杆，球体设置在阀体内，阀体左右两侧分别设置有进口阀座和出口阀座，球体一侧边上开设有腔体，腔体内设置有可替换的节流组件，腔体长度方向的内壁上设置有多组穿透球体的通孔。节流组件包括多个独立通道，每个独立通道与每组通孔形成独立的流体通道，流体通道分成若干段，沿着流体流动方向上，相邻段的流体通道中的最小截面积逐渐变大或不变。该发明通过在腔体内设置的节流组件，能够实现多级减压降噪，并且节流组件可替换，可适用于不同的工况，降低了维修难度，独立流体通道的设置，在适应高压差工况的条件下，可实现流量/压力的精准调节。

Description

一种多级套筒节流型高压差调节球阀

本申请是2019年5月10日申请的申请号为201910390378.X的“高压差多级减压调节球阀”的分案申请，原受理机构为中国。

技术领域

本发明涉及调节阀的技术领域，尤其涉及一种多级套筒节流型高压差调节球阀。

背景技术

球阀被广泛应用于长输管线、电力、水利等行业，在国民经济中占有举足轻重的地位。球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密。球阀最适宜做开关、切断阀使用，但近年来越来越多的球阀被应用于调节使用。

普通结构的球阀直接作为调节阀使用存在着诸多限制，例如：应避免在小开度条件下使用；不能应用于高压差工况等。即便对于V型调节球阀来说，其具有高可调比，可适应含纤维、微小固体颗粒、料浆等介质，但依然无法解决高压差工况的适应性问题。

为应对高压差工况条件下调节球阀的适应性问题，业内技术人员提出了多种技术方案，但现有技术中的多级降压/降噪调节球阀，还是普遍存在加工难度大、维修困难、工况适应性差等问题。

发明内容

为了克服上述现有技术存在的不足，为此，本发明提供一种多级套筒节流型高压差调节球阀。

为实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种多级套筒节流型高压差调节球阀，包括阀体、球体、阀杆，所述球体设置在阀体内，所述球体上方与阀杆连接，阀杆转动带动球体转动，所述阀体左右两侧分别设置有进口阀座和出口阀座，所述球体一侧边上开设有腔体，腔体长度方向的中轴线垂直于阀杆的中轴线，所述腔体内设置有可替换的节流组件，所述腔体长度方向的内壁上设置有多组穿透球体的通孔，在球体转动过程中，当通孔与进口阀座存在交叉面积时，节流组件与出口阀座存在交叉面积；

所述节流组件包括多个独立通道，每个独立通道与每组通孔形成独立的流体通道，流体通道分成若干段，沿着流体流动方向上，相邻段的流体通道中的最小截面积逐渐变大或不变。

优化的，所述节流组件包括沿着腔体长度方向上紧贴阵列的多块孔板，相邻孔板上设置有过流孔，过流孔分成多组，每组过流孔与左右两侧孔板上的过流孔组一一对应形成流体通道段，靠近进口阀座上的过流孔组与多组通孔一一对应，腔体最内侧的孔板上的过流孔和相对的通孔之间错开设定角度，且相邻的孔板相对的过流孔错开设定角度，沿着流体流动方向上，相邻的孔板错开的角度不变或变小，相应的使相邻孔板的交叉面积不变或者变大。

优化的，所述孔板内面向通孔的侧边开设有槽，所述槽内设置有若干个过流孔，每个槽内的孔形成一个过流孔组。

优化的，所述槽为以孔板中心为圆心从中心向外设置的多个环形槽，每个环形槽内沿着孔板中心环形阵列有多个过流孔。

优化的，所述孔板一侧边上设置有以孔板中心为中心环形阵列的腰型槽，每个腰型槽内设置有一个过流孔。

优化的，相邻两个孔板中靠近通孔侧的为第一孔板，另一块孔板为第二孔板，第一孔板上的过流孔在第二孔板上的水平投影位于第二孔板的槽内，且该槽内的过流孔与所述水平投影错开设置。

优化的，所述节流组件包括套接的多个套筒，每个相邻的靠外侧套筒和靠内侧套筒之间的空隙形成一个流体通道。

优化的，所述流体通道的截面在流向上为齿状渐扩型，套筒的两端设置有固定所有套筒的左端支撑板和右端支撑板。

优化的，靠外侧套筒和靠内侧套筒的接触面上设置有由凸块或凹槽形成的螺旋槽，所述螺旋槽为单向螺旋结构或双向对冲螺旋结构；所述螺旋槽为单股或多股。

优化的，所述进口阀座为V型结构，且其内侧壁上设置有节流唇边。

本发明的优点在于：

(1)本发明通过在球体内设置腔体，在腔体内设置的节流组件，能够实现多级减压降噪，并且节流组件可替换，降低了维修的难度，便于清理杂质。独立流体通道的设置，在适应高压差工况的条件下，可实现流量/压力的精准调节。

(2)本发明中通过多块孔板沿着腔体长度方向紧贴阵列，从而保证多条独立的流体通道。每组通孔和相应的过流孔组之间、相邻的过流孔组错开设定的角度使得流道弯曲转折，从而耗散流体能量降低流速，并且流体通道沿着流体流动方向上，相邻段的流体通道中的最小截面积逐渐变大或不变，最终实现高压差且多级减压降噪的效果。

(3)本发明通过在侧板上设置环形槽或腰型槽，然后在槽上设置过流孔，其可以形成更加曲折的流体通道结构，进一步的提升减压降噪的效果。

(4)本发明通过设置套接的多个套筒，流体通道的截面为齿状渐扩型，即从流体的流动方向上，流体通道在齿峰处的截面逐渐增大，这样方便加工，具体的，齿状渐扩型中的齿状可以是三角形、锯齿形、梯形、圆弧形，还可以加工成不同环槽。

(5)第二种套筒方案中通过靠外侧套筒和靠内侧套筒接触同轴套叠固定，在球体中与球体一侧紧密贴合，从而不需要支撑，多股左右螺旋槽实现独立的流体通道，并且使用单向螺旋结构或者双向对冲螺旋结构，流体流过时，其减压效果更佳显著。多股螺旋槽的设置还能提高流通能力。

(6)孔板型的节流组件或者套筒型的节流组件均可以实现在高压差工况条件下，多级减压和降噪。设置多层轴向套筒的节流组件，其上具有的多股正反旋向螺线，流体在螺线槽中流动时，会相互撞击消能，流程较长，可实现显著的减压降噪效果。

(7)本发明的高压差调节球阀结构紧凑，球体一侧开有腔体，另一侧保留球面，球面上开设有多组通孔，在旋转阀杆的时可以实现调节球阀的开启/关闭，在开启/关闭的过程中，流道及其减压通道是逐级变化的。

(8)阀座节流唇边使节流处发生在节流唇边，从而保护了主密封面和副密封面，延长了阀门的使用寿命。

附图说明

图1-2为多层平叠孔板的多级节流组件调节球阀的结构示意图。

图3-4为多层轴向套筒的多级节流组件调节球阀的结构示意图。

图5为球体的结构示意图。

图6为进口阀座的第一种结构示意图。

图7为进口阀座的第二种结构示意图。

图8为实施例1中孔板结构示意图。

图9为实施例2中孔板结构示意图。

图10为第三种孔板结构示意图。

图11为实施例3中套筒型节流组件(逐级膨胀)结构示意图。

图12为实施例4中套筒型节流组件(多股正反螺旋槽)结构示意图。

图13为节流组件的A组方案中的第一种方案的孔板错开不同角度形成的流道。

图14为节流组件的A组方案中的第二种方案的的流道示意图。

图15为节流组件的A组方案中的第三种方案的孔板错开不同角度形成的流道。

图中标注符号的含义如下：

1—左阀体 2—右阀体 3—球体 31-通孔 32-腔体 33-槽口

4—出口阀座 5—进口阀座 41-流道孔口 42-导入角

43-主密封面 44-副密封面 45-节流唇边

61-孔板 610-过流孔 611-环形槽 612-腰型槽

62-套筒 620-凸块 621-第一套筒 622-第二套筒 623-第三套筒

624-双向对冲螺旋结构 625-单向螺旋结构

7—弹性挡圈 81—左端支撑板 82—右端支撑板

101—阀杆 102—压盖 103—填料 104—中心螺栓螺母

具体实施方式

如图1-12所示，高压差多级减压调节球阀，，包括阀体、球体3、阀杆101，所述阀体可以是上装式或两片式或三片式，所述球体3可以是固定球也可以是浮动球。在该实施例中阀体为两片式，分别由左阀体1和右阀体2组成。所述球体3设置在阀体内。所述球体3上方与阀杆101连接，通过阀杆101转动后带动球体3转动，所述阀体左右两侧分别设置有进口阀座5和出口阀座4。所述球体3上还设置有与阀杆101相互连接的槽口33，所述槽口33可以是方形槽或扁槽或花键槽。所述阀杆101密封可以使用石墨填料103密封或PTFE填料103密封或O型圈密封，阀体密封上方设置有压盖102。驱动阀杆101转动的驱动装置可以是气动装置或电动装置或液动装置或手动装置。

该调节球阀的工作原理如下：驱动装置驱动阀杆101转动，阀杆101与球体3相连，故阀杆101带动球体3实现转动。由于球体3在阀座之间可以自由转动，所以在受阀杆101的驱动下，球体3可在阀座之间实现绕阀杆101轴线的转动。

为了实现球体3内的流体通道，所述球体3上开设有腔体32，腔体32长度方向的中轴线垂直于阀杆101的中轴线。所述腔体32内设置有可替换的节流组件，所述腔体32长度方向的内壁上设置有多组穿透球体3的通孔31，通孔31阵列设置。在球体3转动过程中，当通孔31与进口阀座5存在交叉面积时，节流组件与出口阀座4存在交叉面积。在该实施例中，当通孔31正对进口阀座5时，节流组件正对出口阀座4。所述腔体32可以是棱柱体，也可以是圆柱形。节流组件的外边缘与腔体32的内壁紧密贴合。如果是棱柱体时，对应的节流组件也是棱柱体，这样节流组件之间的相对位置就不需要另外的结构固定，如果是圆柱形时，对应的节流组件也是圆柱形，这样节流组件可以在腔体32内转动。在以下各方案中均以圆柱形为例，圆柱形的轴心线与腔体32长度方向的中心线重合。

所述节流组件包括多个独立通道，每个独立通道与每组通孔31形成独立的流体通道，出口阀座4、进口阀座5上的流道孔口与流体通道配合完成阀门的启闭调节工作。每个流体通道从腔体32长度方向的内侧到外侧的方向上，即流体流动方向，流体通道存在截面积不变段和或截面积变大段。

其中节流组件包括多种方案，以下分别对不同的节流组件方案进行描述。

节流组件的A组方案

所述节流组件包括沿着腔体32长度方向上紧贴阵列的多块孔板61，相邻孔板61上设置有过流孔610，过流孔610分成多组，每组过流孔610与相邻两侧孔板61上的过流孔组一一对应形成流体通道段，靠近进口阀座5上的过流孔组与多组通孔31一一对应，腔体32最内侧的孔板61上的过流孔和相对的通孔31之间错开设定角度，且相邻的孔板61相对的过流孔错开设定角度，沿着流体流动方向上，相邻的孔板61错开的角度不变或变小，当相邻的孔板61错开的角度变小时，每段流体通道中的最小截面积逐渐增大。

孔板61设置有多种方案，如图8所示，第一种方案是孔板61为圆型柱状板，孔板61的厚度方向上直接开设过流孔610，相邻孔板61错开设定角度，使相邻的孔板61上相对的过流孔610的交叉面积小于过流孔610的孔径，在方案中，沿流体流动方向，孔板61可以依次错开均匀角度，或者错开的角度依次递减。这样形成的流体通道均为独立流道，且流体通道节流面积可依据工况要求调节，有利于获得显著的减压降噪效果。

在该方案中，根据错开的角度可获得不同形状的流道，如图13所示。设定从靠近通孔31处沿着腔体长度方向上依次设置的孔板61分别标号为孔板A1、孔板B1、孔板A2、孔板B2、孔板A3、孔板B3，孔板A1、孔板A2、孔板A3中的过流孔610轴线重合，孔板B1、孔板B2、孔板B3中的过流孔610轴线重合。孔板A1与孔板B1沿着某一方向错开设定角度，孔板B1与孔板A2沿着另一方向错开设定角度，孔板B2、孔板A3、孔板B3重复上述设置方式，形成图13中左图的方案。

设定从靠近通孔31处沿着腔体长度方向上依次设置的孔板61分别标号为孔板A1、孔板B1、孔板A2、孔板B2、孔板A3、孔板B3，孔板A1、孔板B1、孔板A2、孔板B2、孔板A3、孔板B3沿着某一方向依次错开设定角度，形成图13中间图的方案。

设定从靠近通孔31处沿着腔体长度方向上依次设置的孔板61分别标号为孔板A1、孔板B1、孔板A2、孔板B2、孔板A3、孔板B3，孔板A1、孔板B1、孔板A2沿着某一方向依次错开设定角度，孔板B2、孔板A3、孔板B3朝着另外一个方向依次错开设定角度，从而形成图13中右图的方案。

另外的，所述孔板61内一侧边开设有槽，所述槽内设置有若干个过流孔610，每个槽内的孔形成一个过流孔组。槽可以是不规则的，也可以是规则的。为了加工方便，在此使用规则的槽。

具体的，如图1-2,5-7,9所示，孔板61的第二种方案为：所述孔板61一侧边上设置有以孔板61中心为圆心从中心向外设置的多个环形槽611，每个环形槽611内沿着孔板61中心环形阵列有多个过流孔610。

在该方案，设定从靠近通孔31处沿着腔体长度方向上依次设置孔板61分别标号为孔板A1、孔板B1、孔板A2、孔板B2、孔板A3。孔板A1上的任一过流孔，在孔板B1上的水平投影位于孔板B1相应环形槽内，且位于孔板B1上的两个过流孔之间，其他孔板均按照上述方式设置，形成图14的方案。

如图1-2,5-7,10所示，孔板61的第三种方案：所述孔板61一侧边上设置有以孔板61中心为中心环形阵列的腰型槽612，每个腰型槽612内设置有一个过流孔610。具体的，相邻两个孔板61中靠近通孔31侧的为第一孔板，另一块孔板为第二孔板，第一孔板上的过流孔610在第二孔板上的水平投影位于第二孔板的槽内，且该槽内的过流孔610与所述水平投影错开设置。沿流体流动方向，球体3与孔板61、孔板61与孔板61之间均紧密贴合，孔板61依次错开均匀角度。第二种方案和第三种方案与孔板61的第一种方案相比，其可形成更加曲折的节流流道结构，进一步提升减压降噪效果。

在该方案中，设定从靠近通孔31处沿着腔体长度方向上依次设置的孔板61分别标号为孔板A1、孔板A2、孔板A3、孔板A4、孔板A5。孔板A1的任意过流孔的投影位于孔板A2中相应的腰型槽612的一端，该腰型槽612的另一端设置过流孔。图15左边的方案中，孔板A1、孔板A3、孔板A5的腰型槽612的过流孔同轴设置，孔板A2、孔板A4的腰型槽612的过流孔同轴设置。图15中右图的子方案是，孔板A1、孔板A2、孔板A3、孔板A4、孔板A5的腰型槽均设置在腰型槽的同一侧。

以上三种孔板61结构之间可通过定位销保证相对位置，然后通过中心螺栓螺母104或弹性挡圈7固定，所述中心螺栓螺母104轴向固定依次设置的孔板61。

节流组件的B组方案

所述节流组件包括套接的多个套筒62，每个相邻的靠外侧套筒62和靠内侧套筒62之间的空隙形成一个独立的流体通道。B组方案包括多种方案，以下对各方案进行描述。

多个套筒62形成的第一种方案：如图3和图11所示，在该方案中，套筒62为3个，分别为同轴套接的第一套筒621、第二套筒622和第三套筒623，第一套筒621、第二套筒622和第三套筒623两端设置有左端支撑板81和右端支撑板82，从而保证第一套筒621、第二套筒622和第三套筒623同轴设置，具体的，左端支撑板81和右端支撑板82上均设置有固定第一套筒621、第二套筒622和第三套筒623的环槽或销孔，还设置有流体可通过的过液孔，第一套筒621和第二套筒622之间形成一个独立的流体通道，第二套筒622和第三套筒623之间形成另一个独立的流体通道，所述流体通道水平截面在流向上为齿状渐扩型，这样可以提升流体通道减压降噪效果。其中第二套筒622可以为多个，且之间为套接状态，多层第二套筒622之间相互构成节流通道，沿半径方向流道相互独立；这种结构可方便加工不同槽型结构，如三角形、锯齿形、梯形、圆弧形等，还可加工不同环槽使得其沿流向方向上节流面积逐渐增加。

多个套筒62形成的第二种方案：如图4和图12所示，在该方案中，套筒62为3个。靠外侧套筒和靠内侧套筒的接触面上设置有由凸块620或凹槽形成的螺旋槽，其中螺旋槽可以是由靠外侧套筒62或靠内侧套筒62其中一个上设置有凸起或凹槽，另一个套筒62为光滑面的设置方式，也可以两套筒相对面上均设置有凹槽或凸起，所述螺旋槽为单向螺旋结构625或双向对冲螺旋结构624，可以为单股也可以为多股，双向中的螺旋槽数量相等，均匀交叉，可以有两相邻套筒的接触面上设置不同旋向的单股螺旋槽。在该实施例中，相邻的两个套筒62的内外表面均有凸块或凹槽形成螺旋槽，或者为了方便加工，只在相邻的套筒62中在靠内侧的套筒的外表面有凸块或凹槽。多股双向对冲螺旋结构624构成的节流通道，流体在多股双向对冲螺旋结构624构成的节流通道中流过时，其减压效果更加显著，而且同时还能提高流通能力。

所述出口阀座4和进口阀座5均为圆形，有导入角42、主密封面43、副密封面44及流道孔口41，在此有两种方案，一种是如图6所示，在进口阀座5和出口阀座4的中心开设流道孔口41，流道孔口41为圆形。另一种方案如图7所示，所述流道孔口41为V形或其它异形，若为非圆形孔口，其上还设置有节流唇边45，在该实施例中进口阀座5的流道孔口41为V型结构。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (4)

1.一种多级套筒节流型高压差调节球阀，包括阀体、球体(3)、阀杆(101)，所述球体(3)设置在阀体内，所述球体(3)上方与阀杆(101)连接，阀杆(101)转动带动球体(3)转动，所述阀体左右两侧分别设置有进口阀座(5)和出口阀座(4)，其特征在于，所述球体(3)一侧边上开设有腔体(32)，腔体(32)长度方向的中轴线垂直于阀杆(101)的中轴线，所述腔体(32)内设置有可替换的节流组件，所述腔体(32)长度方向的内壁上设置有多组穿透球体(3)的通孔(31)，在球体(3)转动过程中，当通孔(31)与进口阀座(5)存在交叉面积时，节流组件与出口阀座(4)存在交叉面积；

所述节流组件包括多个独立通道，每个独立通道与每组通孔(31)形成独立的流体通道，流体通道分成若干段，沿着流体流动方向上，相邻段的流体通道中的最小截面积逐渐变大或不变；

所述节流组件包括套接的多个套筒(62)，每个相邻的靠外侧套筒(62)和靠内侧套筒(62)之间的空隙形成一个流体通道；

所述流体通道的截面在流向上为齿状渐扩型；相邻的靠外侧套筒(62)的内壁和靠内侧套筒(62)的外壁上设有沿流向分布的环槽，靠外侧套筒(62)和靠内侧套筒(62)套合后，二者的对应环槽之间所形成的齿峰间隙沿流向逐渐扩大，且随着齿峰间隙扩大，套筒(62)上的相邻环槽之间所形成齿峰间距也沿流向逐渐增大；

或者，相邻的靠外侧套筒(62)和靠内侧套筒(62)的接触面上设有螺旋槽，所述螺旋槽为单向螺旋结构(625)或双向对冲螺旋结构(624)；所述螺旋槽为单股或多股。

2.根据权利要求1所述的一种多级套筒节流型高压差调节球阀，其特征在于，套筒(62)的两端设置有固定所有套筒(62)的左端支撑板(81)和右端支撑板(82)。

3.根据权利要求1所述的一种多级套筒节流型高压差调节球阀，其特征在于，靠外侧套筒和靠内侧套筒的接触面上设置有由凸块(620)或凹槽形成的螺旋槽，所述螺旋槽为单向螺旋结构(625)或双向对冲螺旋结构(624)；所述螺旋槽为单股或多股。

4.根据权利要求1所述的一种多级套筒节流型高压差调节球阀，其特征在于，所述进口阀座(5)为V型结构，且其内侧壁上设置有节流唇边(45)。

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