CN114110251B - 一种流量调节无死区控制阀 - Google Patents

一种流量调节无死区控制阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种流量调节无死区控制阀，包括具有内腔的阀体，所述内腔设有入口和出口，所述阀体设置阀盖，所述阀盖外侧设置执行机构，所述执行机构连接阀杆，所述阀杆穿过所述阀盖进入所述内腔且连接阀瓣，所述阀瓣的底侧通向所述入口，所述阀瓣与所述出口之间设有节流组件，所述节流组件由多个节流单元组成，多个所述节流单元于径向逐级包围设置，每个所述节流单元于轴向分级排列设置，所述节流单元的每级设有若干节流槽以及位于所述节流槽中的若干节流孔，所述节流单元的相邻级的所述节流槽于轴向重叠。上述流量调节无死区控制阀，通过在节流组件设置节流槽，使控制阀达到轴向无死区流量调节的目的。

Description

一种流量调节无死区控制阀
技术领域
本发明涉及控制阀技术领域，特别涉及一种流量调节无死区控制阀。
背景技术
控制阀依据控制单元反馈的信号，通过电动、液动、气动等执行机构调节阀门的开度，改变其节流面积，从而实现对压力、温度、流量等工艺参数的控制。
尤其是高参数控制阀在使用过程中，一是存在大开度时压差小，随着开度的减小，压差愈来愈大；二是存在流量控制出现间断死区。套筒式（笼罩式）和迷宫式是常见类型的控制阀，由于迷宫片的工艺结构因素和多级套筒式（笼罩式）开孔布局等情况，均存在流量控制调节死区问题。
因此，如何能够提供一种解决上述技术问题的流量调节无死区控制阀是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种流量调节无死区控制阀，通过在节流组件设置节流槽，使控制阀达到轴向无死区流量调节的目的。
为实现上述目的，本发明提供一种流量调节无死区控制阀，包括具有内腔的阀体，所述内腔设有入口和出口，所述阀体设置阀盖，所述阀盖外侧设置执行机构，所述执行机构连接阀杆，所述阀杆穿过所述阀盖进入所述内腔且连接阀瓣，所述阀瓣的底侧通向所述入口，所述阀瓣与所述出口之间设有节流组件，所述节流组件由多个节流单元组成，多个所述节流单元于径向逐级包围设置，每个所述节流单元于轴向分级排列设置，所述节流单元的每级设有若干节流槽以及位于所述节流槽中的若干节流孔，所述节流单元的相邻级的所述节流槽于轴向重叠。
优选地，所述节流槽包括第一凹槽和第二凹槽，所述第一凹槽的轴向尺寸大于所述第二凹槽的轴向尺寸，所述节流单元的每级均设有所述第一凹槽和所述第二凹槽，所述节流单元的相邻级的所述第一凹槽于轴向重叠。
优选地，所述节流单元的每级中的所述第一凹槽和所述第二凹槽交替设置。
优选地，所述节流单元的每级于轴向交错设置。
优选地，所述节流单元具有圆筒状的筒体，所述节流孔和所述节流槽开设于所述筒体。
优选地，包括设于所述阀瓣底侧的导流件，所述导流件的内部中空且与所述入口连通，所述导流件的圆周设有连通其内部与外部的所述节流组件的导流孔。
本发明所提供的流量调节无死区控制阀包括阀体，阀体具有内腔，内腔设有入口和出口，阀体设置阀盖，阀盖外侧设置执行机构，执行机构连接阀杆，阀杆穿过阀盖进入内腔且连接阀瓣，阀瓣的底侧通向入口，阀瓣与出口之间设有节流组件。在节流组件的设置中，节流组件由多个节流单元组成，多个节流单元于径向逐级包围设置，每个节流单元于轴向分级排列设置，节流单元的每级设有若干节流槽以及位于节流槽中的若干节流孔，节流单元的相邻级的节流槽于轴向重叠。
相对于上述背景技术，该流量调节无死区控制阀对节流组件进行改进，节流组件由多个节流单元，每个节流单元上有节流槽和位于节流槽中的节流孔，节流槽于轴向重叠；从而在节流组件实现流量调节的过程中，介质由靠内的节流单元流向靠外的节流单元，于轴向重叠的节流槽使节流组件满足轴向全尺寸的流量调节，此时于轴向无流量调节死区，使控制阀满足连续流量特性曲线。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术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，还可以根据提供的附图获得其他的附图。
图1为本发明实施例提供的流量调节无死区控制阀的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的流量调节无死区控制阀的效果示意图；
图3为本发明实施例提供的节流组件的第一放大示意图；
图4为本发明实施例提供的节流组件的第二放大示意图；
图5为本发明实施例提供的节流组件的无死区第一示意图；
图6为本发明实施例提供的节流组件的无死区第二示意图；
图7为现有的迷宫式控制阀的示意图；
图8为现有的套筒式控制阀的示意图；
图9为现有的控制阀的有死区第一示意图；
图10为现有的控制阀的有死区第二示意图；
图11为本发明实施例提供的流量特性曲线图。
其中：
1-阀体、2-阀座、3-主阀瓣、4-副阀瓣、5-阀杆、6-阀盖、7-执行机构、8-节流组件、9-导流组件、81-节流单元、801-筒体、802-节流孔、803-节流槽、901-导流孔、8031-第一凹槽、8032-第二凹槽。
具体实施方式
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，都属于本发明保护的范围。
为了使本技术领域的技术人员更好地理解本发明方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步的详细说明。
请参考图1至图11，其中，图1为本发明实施例提供的流量调节无死区控制阀的结构示意图，图2为本发明实施例提供的流量调节无死区控制阀的效果示意图，图3为本发明实施例提供的节流组件的第一放大示意图，图4为本发明实施例提供的节流组件的第二放大示意图，图5为本发明实施例提供的节流组件的无死区第一示意图，图6为本发明实施例提供的节流组件的无死区第二示意图，图7为现有的迷宫式控制阀的示意图，图8为现有的套筒式控制阀的示意图，图9为现有的控制阀的有死区第一示意图，图10为现有的控制阀的有死区第二示意图，图11为本发明实施例提供的流量特性曲线图。
在第一种具体的实施方式中，本发明所提供的流量调节无死区控制阀包括阀体1，阀体1具有内腔，内腔设有入口和出口，利用控制阀实现，于入口端通入流量和压强为Q1和P1的介质，从而于出口端输出流量和压强为Q2和P2的介质。
需要注意的是，本发明主要是对节流组件8进行了改进，至于控制阀的基本原理和结构，可参照现有技术，例如除阀体1以外的阀座2、阀杆5、阀盖6和执行机构7等结构。
具体而言，阀体1设置阀盖6，阀盖6外侧设置执行机构7，执行机构7连接阀杆5，阀杆5穿过阀盖6进入内腔且连接阀瓣，阀瓣阀瓣有主阀瓣3和副阀瓣4，主阀瓣3的底侧通向入口，节流组件8设置在主阀瓣3与出口之间。
在节流组件8的改进中，节流组件8由多个节流单元81组成，多个节流单元81于径向逐级包围设置，每个节流单元81于轴向分级排列设置，节流单元81的每级设有若干节流槽803以及位于节流槽803中的若干节流孔802，节流单元81的相邻级的节流槽803于轴向重叠。
需要注意的是，本实施例中控制阀的节流组件8属于套筒式（笼罩式）类型的节流元件，如图3所示，节流单元81的数量就是整个节流组件8的级数，最内为1级，最外为N级；节流组件8的多级节流单元81的节流槽803和节流孔802组合构成如图4所示的流道；在节流组件8的作用下，使输入介质经N级径向节流，在大可调比工况下通过迂回折转流道达到流量、压力可调、可控以及低噪音、低振动等性能指标。
需要强调的是，不同于现有的控制阀，可参照图7的迷宫式和图8的套筒式，其原理是利用可动件轴向的上下（阀瓣的启闭）行程控制流量的输出变化，但是在上下调节行程中由于间隔H，致使流量不连续，存在节流阶递层次和流量调节间断与死区的偏差问题。
如图9和图10，现有技术中节流用的孔开设在圆环槽中，于轴向上一级的圆环槽有多个孔，轴向上这一级的流量只能在这一轴向输送，也就是说，每一轴向位置的流量都由该位置所对应的圆环槽及其孔进行输送，而相邻级之间即上述间隔H位置的流量无法实时传输，存在流量调节死区，流量间断不连续，如图11所示的间断死区流量特性曲线。
不同于上述现有技术的是，本实施例中的流量调节无死区控制阀 对节流组件8进行改进，节流组件8由多个节流单元81，每个节流单 元81上有节流槽803和位于节流槽803中的节流孔802，从而在节流 组件8实现流量调节的过程中，介质由靠内的节流单元81如N-1级 流向靠外的节流单元81如N级，对于节流组件8而言，其轴向上不 存在间隔H位置的流量调节死区，如图5，相邻级之间的节流槽803 是轴向重叠的，使节流组件8满足轴向全尺寸的流量调节，此时于轴 向无流量调节死区，使控制阀满足连续流量特性曲线，如图11所示的 无死区流量特性曲线。
在本实施例中，将相邻级的间隔H进行了重叠并加以消除，实现相对行程-相对流量系数的连续性，降低了大小流量偏差小于4%的指标，避免了控制阀产生的不光滑有间断死区的不连续流量特性。
为了更好的技术效果，节流槽803的规格有多种，包括但不限于下述情况。
示例性的，节流槽803的规格有两种，包括第一凹槽8031和第二凹槽8032，第一凹槽8031的轴向尺寸大于第二凹槽8032的轴向尺寸，节流单元81的每级均设有第一凹槽8031和第二凹槽8032，节流单元81的相邻级的第一凹槽8031于轴向重叠。
在本实施例中，第一凹槽8031于轴向上的尺寸比第二凹槽8032大，第一凹槽8031是实现节流组件8轴向全尺寸流量调节的关键，第二凹槽8032的主要作用是连通内外不同级如N-1级和N级之间的节流孔802。
进一步的，节流单元81的每级中的第一凹槽8031和第二凹槽8032交替设置。
在本实施例中，对于节流单元81的每一级而言，设置形式是相同的，都是一个第一凹槽8031、一个第二凹槽8032、再一个第一凹槽8031以此类推的设置方式，此时对于节流组件8的单独轴向位置而言，该轴向位置上是周向各向同性的。
进一步的，节流单元81的每级于轴向交错设置。
在本实施例中，节流单元81的每级中第一凹槽8031和第二凹槽8032交替设置，节流单元81的每级于轴向交错设置，也就是说，如图5所示，第一凹槽8031的轴向（图示上下方向）和周向（图示左右方向）相邻的都是第二凹槽8032，第二凹槽8032相邻的是第一凹槽8031，节流单元81上的第一凹槽8031和第二凹槽8032是按照一定规律设置。
在此基础上，每个节流槽803中节流孔802的数量也可按需设置，包括但不限于图5所示的第一凹槽8031和第二凹槽8032中均设置两个节流孔802的设置方式。
在一种具体的实施方式中，节流单元81具有圆筒状的筒体801，节流孔802和节流槽803开设于筒体801。
除此以外，包括设于阀瓣底侧的导流件，导流件的内部中空且与入口连通，导流件的圆周设有连通其内部与外部的节流组件8的导流孔901。
在本实施例中，如图2所示，导流孔901沿轴向排布设置，主阀瓣3和导流件相当于可动件，在向上运动时，阀体1以外的介质由入口端流入，进入导流件的下部开口和内部，通过可动件向上运动后进入阀体1的内腔的导流孔901进入节流组件8。
在本实施例中，多个节流单元81的径向多级节流方式解决了控制阀高压差引起的闪蒸、空化和可调性，多孔N级套筒与流开型的节流减压扩容技术相结合，实现了独立的径向迂回折转节流通路满足了高压差大可调比极端复杂工况，在其调节原理中：将巨大压差进行分级分段，设计N级节流的降压方案，并对每级节流的压力降加以限制，通过节流面积限定减压比，具体采用节流孔802的小孔节流，工艺性良好效果明显；使得P1-P2=△P条件下较好地控制增大流阻，充分采用了N级折转流道。
除此以外，还提供了一种不考虑轴向长度影响的套筒热膨胀量计算方法。
控制阀（套筒式和迷宫式）的套筒即上述筒体801是决定阀门动作的核心零件，若间隙过大，阀门会产生较大的振动和噪声，间隙过小，随着温度升高，在受热膨胀后会出现卡组现象，甚至卡死，严重影响阀门正常工作。所以，选择合适的材料和设计合理间隙就显得尤为重要。在保证其耐腐蚀、耐磨损的前提下，确保最小的热变形量，以满足阀门的使用要求。
根据工作温度570℃，套筒选择耐高温，膨胀量小的F91材料（F91属于美标马氏体型耐热钢锻件），F91不仅具有高的抗氧化性能和抗高温蒸汽腐蚀性能，而且还具有良好的冲击韧性和高而稳定的持久塑性及热强性能。
在使用温度低于620℃时，其使用应力高于奥氏体不锈钢。在550℃以上，推荐的设计使用应力约为F92（F92钢是在F91钢的基础上适当降低钼元素的含量（0.5%Mo），同时加入一定量的钨（1.8%W）,以材料的钼当量（Mo+0.5W）从F91钢的1%提到约 1.5%，该钢还加入了微量的硼）和2.25Cr-1Mo钢的两倍。F91应用：可作为亚临界、超临界锅炉壁温≤625℃的高温过热器、再热器用钢管，以及壁温≤600℃高温集箱和蒸汽管道，也可作为核电热交换器以及石油裂化装置炉管。
不考虑轴向长度影响的热膨胀量如式（1）。
(1)
式中：
d1—套筒膨胀后的直径，mm；
d0—套筒膨胀前的直径，mm；
—材料膨胀系数；
△t—温度变化，℃。
利用式（1）套筒导向部分膨胀量计算结果见表1。
表1 套筒膨胀量
需要说明的是，在本说明书中，诸如第一和第二之类的关系术语仅仅用来将一个实体与另外几个实体区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体之间存在任何这种实际的关系或者顺序。
以上对本发明所提供的流量调节无死区控制阀进行了详细介绍。本文中应用了具体个例对本发明的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本发明的方法及其核心思想。应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以对本发明进行若干改进和修饰，这些改进和修饰也落入本发明权利要求的保护范围内。

Claims (5)

1.一种流量调节无死区控制阀，包括具有内腔的阀体(1)，所述内腔设有入口和出口，所述阀体(1)设置阀盖(6)，所述阀盖(6)外侧设置执行机构(7)，所述执行机构(7)连接阀杆(5)，所述阀杆(5)穿过所述阀盖(6)进入所述内腔且连接阀瓣，所述阀瓣的底侧通向所述入口，所述阀瓣与所述出口之间设有节流组件(8)，其特征在于，所述节流组件(8)由多个节流单元(81)组成，多个所述节流单元(81)于径向逐级包围设置，每个所述节流单元(81)于轴向分级排列设置，所述节流单元(81)的每级设有若干节流槽(803)以及位于所述节流槽(803)中的若干节流孔(802)，所述节流单元(81)的相邻级的所述节流槽(803)于轴向重叠；所述节流槽(803)包括第一凹槽(8031)和第二凹槽(8032)，所述第一凹槽(8031)的轴向尺寸大于所述第二凹槽(8032)的轴向尺寸，所述节流单元(81)的每级均设有所述第一凹槽(8031)和所述第二凹槽(8032)，所述节流单元(81)的相邻级的所述第一凹槽(8031)于轴向重叠。
2.根据权利要求1所述的流量调节无死区控制阀，其特征在于，所述节流单元(81)的每级中的所述第一凹槽(8031)和所述第二凹槽(8032)交替设置。
3.根据权利要求2所述的流量调节无死区控制阀，其特征在于，所述节流单元(81)的每级于轴向交错设置。
4.根据权利要求1至3任一项所述的流量调节无死区控制阀，其特征在于，所述节流单元(81)具有圆筒状的筒体(801)，所述节流孔(802)和所述节流槽(803)开设于所述筒体(801)。
5.根据权利要求1至3任一项所述的流量调节无死区控制阀，其特征在于，包括设于所述阀瓣底侧的导流件，所述导流件的内部中空且与所述入口连通，所述导流件的圆周设有连通其内部与外部的所述节流组件(8)的导流孔(901)。
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