CN113738924B - 一种能减少汽蚀损伤的减压装置及阀门结构和方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种能减少汽蚀损伤的减压装置及阀门结构和方法，属于工业阀门设计领域。减压装置包括外壳体、密封盖和减压轴；间隔板将内部腔室分隔为第一流道腔和第二流道腔。第一流道腔与目标阀门的阀内空化区域连通，使从第二管路出口流入目标阀门内部的流体能对所述空化区域进行冲刷；第二流道腔用于与目标阀门的进口管连通；在所述内部腔室中同轴设有能上下移动的减压轴，当减压轴处于初始状态时，第二凸起能将第二通孔封闭，第一凸起能将所述贯穿孔封闭；当减压轴向上移动时，第二通孔和贯穿孔均处于开启状态。本发明能辅助减小阀门中空化，减小关键部件的汽蚀损伤，从而减小阀门运维次数，节约运维成本。

Description

一种能减少汽蚀损伤的减压装置及阀门结构和方法

技术领域

本发明属于阀门设备技术领域，特别涉及一种能减少汽蚀损伤的减压装置及阀门结构和方法。

背景技术

空化是一种不利的水动力学现象，对阀门部件会产生极其严重的危害，对阀门结构会造成损伤，从而降低阀门的使用寿命，特别在高压差下阀门的空化及危害特别严重。对于调节阀要尽量避免空化现象的发生，否则会对阀芯造成严重的伤害。

每年由于汽蚀损伤就要频繁更换汽蚀严重区域的阀芯结构，凡是停止运行，维修费用以及停产费用高昂，因此如何降低维修次数不仅降低维修费用也降低停产造成的损失。目前，针对阀门空化的研究主要针对阀内部件的优化设计，从而减小空化对阀门结构的影响，而在优化最佳的情况下，无法进一步减小空化对阀门的影响。因此，有必要设计辅助减小空化装置，达到减小汽蚀损伤的效果。

发明内容

本发明的目的在于克服上述技术问题，并提供一种能减少汽蚀损伤的减压装置及阀门结构和方法。本发明可以减小阀门内部汽蚀损伤的作用，达到提高流动特性的功能，进而可以提高阀门在运行条件下的稳定性以及可靠性。

本发明所采用的具体技术方案如下：

第一方面，本发明提供了一种能减少阀门汽蚀损伤的减压装置，包括外壳体、密封盖和减压轴；所述外壳体的顶部可拆卸式设有密封盖，两者共同构成具有内部腔室的密封结构，内部腔室的中部设有能将所在横截面完全覆盖的间隔板；所述间隔板的板面与流体在内部腔室的流动方向垂直，且与内部腔室的连接处封闭，间隔板将内部腔室分隔为第一流道腔和第二流道腔；所述第一流道腔通过第一通孔外接设有冷却装置的第二管路，用于与目标阀门的阀内空化区域连通，使从第二管路出口流入目标阀门内部的流体能对所述空化区域进行冲刷；所述外壳体上开设与第二流道腔连通的第二通孔，第二通孔外接第一管路，用于与目标阀门的进口管连通；在所述内部腔室中同轴设有能上下移动的减压轴；所述减压轴的顶部位于外壳体外部，下部贯穿间隔板，减压轴与间隔板的贯穿孔之间具有空隙；减压轴上分别设有位于第一流道腔的第一凸起和位于第二流道腔的第二凸起；当减压轴处于初始状态时，第二凸起能将第二通孔封闭，第一凸起能将所述贯穿孔封闭；当减压轴向上移动时，第二通孔和贯穿孔均处于开启状态。

作为优选，所述外壳体的内侧壁上还可拆卸式固定有内衬，内衬能将外壳体的内侧壁完全覆盖，内衬内壁与间隔板的外周固定连接。

作为优选，所述内部腔室、第一流道腔和第二流道腔均为同轴设置的筒状空间。

作为优选，所述第一通孔开设于外壳体的侧壁上，一端与第一流道腔连通，另一端连接第二管路；所述第二通孔开设于外壳体的底部，一端与第二流道腔连通，另一端连接第一管路。

作为优选，所述减压轴的顶部贯穿外壳体的顶部，减压轴能沿外壳体顶部的开孔上下滑动，且两者的连接处封闭。

作为优选，所述第一凸起和第二凸起均为锥形结构，横截面大的一端能分别将贯穿孔和第二通孔完全封闭。

作为优选，所述冷却装置为液冷装置，用于对第二管路内的流体进行冷却。

作为优选，所述减压轴通过电动执行器进行驱动。

第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一所述减压装置的阀门结构，其中，设有第一截止阀的所述第一管路与阀门的进口管连通，设有第二截止阀的所述第二管路与阀门内部的空化区域连通。

第三方面，本发明提供了一种基于第二方面所述阀门结构的汽蚀损伤减少方法，具体如下：

开启阀门的阀杆，使阀门处于正常工作时进出口连通的状态；开启设置于第一管路上的第一截止阀和设置于第二管路上的第二截止阀，使进口管中的高压流体通过第一管路流入所述减压装置中；高压流体在减压装置内部依次经过第二流道腔和第一流道腔，并通过第二凸起和第一凸起的阻力作用实现逐步降压；通过改变减压轴的上下移动位置，调整高压流体在减压装置中所受的阻力大小，进而调整高压流体从减压装置流出后的流速和流量大小；从减压装置流出的流体在冷却装置的作用下，在第二管路中实现降温冷却；经减压降温后的流体通过第二管路引流至阀门内部空化区域，通过流体对避免的冲刷作用，能带走汽化气泡，进而减小阀门内壁面的汽蚀损伤；

在阀门处于正常工作时，定期关闭第一截止阀和第二截止阀，更换减压装置的零部件，以保证对阀门的减压降温效果。

本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

1)本发明的减压装置可用于减小阀门内汽蚀严重区域的汽蚀损伤：首先，通过将阀门入口的一部分流体进行降压冷却处理，通过减压装置导入到阀内空化的严重区域，降低这个区域的流体温度，从而减小空化；其次，减压装置引流可冲刷空化严重的区域，将空化气泡冲刷走。

2)本发明的减压装置在运行过程中会空化严重，但通过更换内衬就可以维持减压装置的正常运行，且更换减压装置的内衬时不会影响阀门正常运行，不会造成减产等风险。

3)本发明的减压装置在使用时利用的为阀门工质，不会引入其他工质，从而能够避免对系统的运行造成影响。

附图说明

图1为设有减压装置的阀门结构示意图；

图2为减压装置结构剖面图和局部放大图；

其中：1、进口管；2、第一截止阀；3、第一管路；4、减压装置；5、第二管路；6、阀盖；7、阀杆；8、第二截止阀；9、阀体；10、出口管；41、外壳体； 42、内衬；43、密封盖；44、减压轴；45、第一通孔；46、第一流道腔；47、第二流道腔；48、第二通孔；421、间隔板；441、第一凸起；442、第二凸起。

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2所示，为本发明提供的一种能减少阀门汽蚀损伤的减压装置，该减压装置主要包括外壳体41、密封盖43和减压轴44。其中，外壳体41为顶部敞开的筒状结构，在外壳体41的顶部安装有密封盖43，外壳体41与密封盖43之间可拆卸式连接，两者共同构成具有内部腔室的密封结构。在内部腔室中设有间隔板421，间隔板421将所在处内部腔室的横截面完全覆盖，且间隔板421与内部腔室内壁的连接处封闭。间隔板421的板面与流体在内部腔室的流动方向垂直，间隔板421将内部腔室分隔为沿着流体流动方向前后设置的第二流道腔47和第一流道腔46。在第一流道腔46所在处的外壳体41上开设第一通孔45，第一通孔45外接的第二管路5。第二管路5上设有用于冷却第二管路5内部流体的冷却装置，冷却装置可以为液冷装置，用于对第二管路5内的流体进行冷却。第二管路5的一端通过第一通孔45与第一流道腔46连通，另一端与目标阀门的阀内空化区域连通，在使用时能够使从第二管路5出口流入目标阀门内部的流体，能对目标阀门的阀内空化区域进行冲刷。在第二流道腔47所在处的外壳体41上开设第二通孔48，第二通孔48外接第一管路3。第一管路3的一端通过第二通孔 48与第二流道腔47连通，另一端与目标阀门的进口管1连通，在使用时，待进入目标阀门的流体能通过压力作用，通过第一管路3流入第二流道腔47。在工业应用中，可以将第一通孔45开设于外壳体41的侧壁上，一端与第一流道腔 46连通，另一端连接第二管路5。第二通孔48开设于外壳体41的底部，一端与第二流道腔47连通，另一端连接第一管路3。

在实际应用时，可以将内部腔室、第一流道腔46和第二流道腔47均设置为为同轴设置的筒状空间结构。为了便于更换部件，可以在外壳体41的内侧壁上可拆卸式固定有内衬42结构，内衬42能将外壳体41的内侧壁完全覆盖，以避免减压装置4在使用过程中流体对外壳体41的内侧壁空化汽蚀损伤，从而可以定期通过更换内衬42来保证减压装置的有效运行。同时，可以将内衬42内壁与间隔板421的外周可拆卸式固定连接，或者将两者设为一体式结构。

在内部腔室中同轴设有减压轴44，减压轴44能在内部腔室中上下移动。减压轴44的顶部穿过外壳体41的顶部并位于外壳体41外部，减压轴44与外壳体 41的连接处封闭，且能在外壳体41顶部开孔的限位作用下实现竖直方向上的移动。减压轴44的下部通过开设于间隔板上的贯穿孔贯穿间隔板，减压轴44与间隔板421的贯穿孔之间具有空隙。在减压轴44上分别设有第一凸起441和第二凸起44，第一凸起441位于第一流道腔46内，第二凸起44位于第二流道腔47 内。第一凸起441和第二凸起44可以设置为相同的锥形结构，并与减压轴44 同轴设置，第一凸起441横截面大的一端能将第二通孔48完全封闭，第二凸起 44横截面大的一端能将贯穿孔完全封闭。当减压轴44处于初始状态时，第二凸起442能将第二通孔48封闭，第一凸起441能将贯穿孔封闭。当减压轴44向上移动时，第二通孔48和贯穿孔均处于开启状态。减压轴44可以与电动执行器连接，通过电动执行器对减压轴44进行驱动。

上述减压装置在实际使用时是与阀门配合作用的，下面以图1中所示阀门结构进行具体说明。如图1所示，阀门主要包括进口管1、阀体9、出口管10、阀盖6和阀杆7。进口管1通过法兰与阀体9的一端相连，出口管10与阀体9的另一端相连。阀盖6通过螺栓连接设置在阀体9上，阀杆7设置在阀盖6中。第一管路与阀门的进口管连通，在第一管路上设有能控制管路开闭的第一截止阀。第二管路与阀门内部的空化区域连通，在第二管路上设有能控制管路开闭的第二截止阀。

利用上述阀门结构的来减少汽蚀损伤的方法具体如下：

开启阀门的阀杆7，使阀门处于正常工作时进出口连通的状态。开启设置于第一管路3上的第一截止阀2和设置于第二管路5上的第二截止阀8，使进口管 1中的高压流体通过第一管路3流入内部腔室中。高压流体在内部腔室内部依次经过第二流道腔47和第一流道腔46，并通过第二凸起442和第一凸起441的阻力作用实现逐步降压。通过改变减压轴44的上下移动位置，调整高压流体在内部腔室中所受的阻力大小，进而调整高压流体从内部腔室流出后的流速和流量大小。从内部腔室流出的流体在冷却装置的作用下，在第二管路5中实现降温冷却。经减压降温后的流体通过第二管路5引流至阀门内部空化区域，通过流体对避免的冲刷作用，能带走汽化气泡，进而减小阀门内壁面的汽蚀损伤。

本发明的减压装置能够有效减小阀门内壁面汽蚀损伤的原理如下：

第一管路3设置在阀门进口管上，第二管路5设置在阀门内空化严重区域，相对于阀门进口管的高压区域，阀门内易发生空化的流体区域属于低压区域，因此，减压装置的两侧会形成较大的压差，调整减压轴的开度便可以调整减压装置的流阻大小，进而调整流过减压装置的流速和流量大小。第二管路5受到液冷冷却，第二管路5流出的流体为恒温的低温流体，由于流体的饱和蒸气压随温度的升高而增大，更容易发生空化，因此，采用低温流体能降低易空化区域的饱和蒸气压，达到降低空化的目的，此外，可将高速的低温流体引流到汽蚀严重的壁面区域，从而降低汽蚀损伤。

虽然减压装置能够有效减小目标阀内的空化汽蚀损伤，但是，减压装置4 中内部腔室内壁的空化汽蚀损伤较为严重，因此，可以定期关闭第一截止阀2 和第二截止阀8，来对减压装置中的内衬及减压轴进行更换，以保证对阀门的减压降温效果。在此期间，目标阀门也可以进行正常的运行。

也就是说，通过改变减压轴开度来改变减压装置流阻大小，进而改变流出流体的流速大小即流量；然后，通过第二管路的液冷方式将工质降温，随后将降温降压后的工质引入阀内空化较大的区域，通过降低阀内易空化流域的温度以及对空化较大流域进行冲刷，降低阀内汽蚀损伤。本发明能辅助减小阀门中空化现象，减小阀门关键部件的汽蚀损伤，从而减小阀门运维次数，节约运维成本。

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 (10)

1.一种能减少阀门汽蚀损伤的减压装置，其特征在于，包括外壳体（41）、密封盖（43）和减压轴（44）；所述外壳体（41）的顶部可拆卸式设有密封盖（43），两者共同构成具有内部腔室的密封结构，内部腔室的中部设有能将所在横截面完全覆盖的间隔板（421）；所述间隔板（421）的板面与流体在内部腔室的流动方向垂直，且与内部腔室的连接处封闭，间隔板（421）将内部腔室分隔为第一流道腔（46）和第二流道腔（47）；所述第一流道腔（46）通过第一通孔（45）外接设有冷却装置的第二管路（5），用于与目标阀门的阀内空化区域连通，使从第二管路（5）出口流入目标阀门内部的流体能对所述空化区域进行冲刷；所述外壳体（41）上开设与第二流道腔（47）连通的第二通孔（48），第二通孔（48）外接第一管路（3），用于与目标阀门的进口管（1）连通；在所述内部腔室中同轴设有能上下移动的减压轴（44）；所述减压轴（44）的顶部位于外壳体（41）外部，下部贯穿间隔板，减压轴（44）与间隔板（421）的贯穿孔之间具有空隙；减压轴（44）上分别设有位于第一流道腔（46）的第一凸起（441）和位于第二流道腔（47）的第二凸起（442）；当减压轴（44）处于初始状态时，第二凸起（442）能将第二通孔（48）封闭，第一凸起（441）能将所述贯穿孔封闭；当减压轴（44）向上移动时，第二通孔（48）和贯穿孔均处于开启状态。

2.根据权利要求1所述的一种能减少阀门汽蚀损伤的减压装置，其特征在于，所述外壳体（41）的内侧壁上还可拆卸式固定有内衬（42），内衬（42）能将外壳体（41）的内侧壁完全覆盖，内衬（42）内壁与间隔板（421）的外周固定连接。

3.根据权利要求1所述的一种能减少阀门汽蚀损伤的减压装置，其特征在于，所述内部腔室、第一流道腔（46）和第二流道腔（47）均为同轴设置的筒状空间。

4.根据权利要求1所述的一种能减少阀门汽蚀损伤的减压装置，其特征在于，所述第一通孔（45）开设于外壳体（41）的侧壁上，一端与第一流道腔（46）连通，另一端连接第二管路（5）；所述第二通孔（48）开设于外壳体（41）的底部，一端与第二流道腔（47）连通，另一端连接第一管路（3）。

5.根据权利要求1所述的一种能减少阀门汽蚀损伤的减压装置，其特征在于，所述减压轴（44）的顶部贯穿外壳体（41）的顶部，减压轴（44）能沿外壳体（41）顶部的开孔上下滑动，且两者的连接处封闭。

6.根据权利要求1所述的一种能减少阀门汽蚀损伤的减压装置，其特征在于，所述第一凸起（441）和第二凸起（442）均为锥形结构，横截面大的一端能分别将贯穿孔和第二通孔（48）完全封闭。

7.根据权利要求1所述的一种能减少阀门汽蚀损伤的减压装置，其特征在于，所述冷却装置为液冷装置，用于对第二管路（5）内的流体进行冷却。

8.根据权利要求1所述的一种能减少阀门汽蚀损伤的减压装置，其特征在于，所述减压轴（44）通过电动执行器进行驱动。

9.一种利用权利要求1~8任一所述减压装置的阀门结构，其特征在于，设有第一截止阀（2）的所述第一管路（3）与阀门的进口管连通，设有第二截止阀（8）的所述第二管路（5）与阀门内部的空化区域连通。

10.一种基于权利要求9所述阀门结构的汽蚀损伤减少方法，其特征在于，具体如下：

开启阀门的阀杆（7），使阀门处于正常工作时进出口连通的状态；开启设置于第一管路（3）上的第一截止阀（2）和设置于第二管路（5）上的第二截止阀（8），使进口管（1）中的高压流体通过第一管路（3）流入所述内部腔室中；高压流体在内部腔室内部依次经过第二流道腔（47）和第一流道腔（46），并通过第二凸起（442）和第一凸起（441）的阻力作用实现逐步降压；通过改变减压轴（44）的上下移动位置，调整高压流体在内部腔室中所受的阻力大小，进而调整高压流体从内部腔室流出后的流速和流量大小；从内部腔室流出的流体通过冷却装置的作用，在第二管路（5）中实现降温冷却；经减压降温后的流体通过第二管路（5）引流至阀门内部空化区域，通过流体对避免的冲刷作用，能带走汽化气泡，进而减小阀门内壁面的汽蚀损伤；

在阀门处于正常工作时，定期关闭第一截止阀（2）和第二截止阀（8），更换减压装置（4）的零部件，以保证对阀门的减压降温效果。

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