CN114135683A - 一种液体流量控制阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种液体流量控制阀，包括阀体，阀体内设有流道，流道内设有阀座，阀体固定连接有阀杆，阀杆底端位于阀座内部，阀杆底端设有多个沿圆周分布的叶片，叶片通过转轴与阀杆和阀座转动连接，叶片一端与阀杆贴合，另一端与阀座贴合，转轴伸出至阀座外部并与驱动机构连接，叶片沿所在圆周轴线方向的两侧表面为波浪形面，叶片沿所在圆周环向方向的两侧表面设有多个凸起和凹槽，相邻叶片的凸起和凹槽能够相互配合，采用本发明的控制阀控制灵敏度高，调节范围大，且使用寿命长。

Description

一种液体流量控制阀
技术领域
本发明涉及流体流动控制设备技术领域，具体涉及一种液体流量控制阀。
背景技术
这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。
液体流量控制阀，以前也被称作调节阀，是用来调节流量的一种机构。从控制系统整体而言，一个控制系统的好坏都要通过控制阀来实现，因此控制阀品质的优良变得至关重要。现如今存在的阀，首先，因为控制阀采用节流原理，所以控制阀都会在调节流量的过程中伴随着一定程度的压降，在能源越来越短缺的当今，这些没有被利用起来的压降就造成了大量的资源浪费；其次，高压控制阀通常应用于远离电网的远程流体输送系统中，并需要安装较多的传感器来保证传输系统的安全性，而控制系统的供电方式就是采用传统的电池供电，电池供电的缺点是需要定时更换充电，而对于某些场合，例如地下配水网络，更换电池很不方便而且浪费人力并且电池一旦损坏，内部化学成分泄露，会造成严重的污染；再次，在控制阀的实际应用过程中，流体流过控制阀的相对流量和相对行程之间存在着一定的函数关系，也就是控制阀的流量特性，但是大多数阀的流量特性在小开度或者大开度的情况下，存在着灵敏度低，行程要有较大变化时才能够使得流量有所变化，这就会导致控制呆滞，调节不及时，容易超调；然后高压控制阀通常需要在阀门内部固定位置安装传感器，来检测阀内固定位置的液体参数，而在一般的控制阀中通常没有足够的空余体积来进行传感器的安装；最后高压控制阀阀口流体流速较高，这会导致严重的空化作用，空化作用造成的气蚀对阀芯和阀座的破坏极其严重，在垂直和水平方向产生剧烈的振动，产生的噪声，影响操作环境。
发明内容
本发明的目的是为克服现有技术的不足，提供了一种液体流量控制阀，改善了控制阀在小开度或大开度情况下灵敏度低的问题，提高了控制精度，节约能源，为远离电网的液体传输系统提供能源，方便安装传感器来实现对阀门实时监测，减轻阀门内部的空化现象。
为实现上述目的，本发明采用如下技术方案
本发明的实施例提供了一种液体流量控制阀，包括阀体，阀体内设有流道，流道内设有阀座，阀体固定连接有阀杆，阀杆底端位于阀座内部，阀杆底端设有多个沿圆周分布的叶片，叶片通过转轴与阀杆和阀座转动连接，叶片一端与阀杆贴合，另一端与阀座贴合，转轴伸出至阀座外部并与驱动机构连接，叶片沿所在圆周轴线方向的两侧表面为波浪形面，叶片沿所在圆周环向方向的两侧表面设有多个凸起和凹槽，相邻叶片的凸起和凹槽能够相互配合。
可选的，阀座内部具有空腔，空腔内设有永磁体，叶片能够转动以切割永磁体产生的磁感线，转轴套有滑环，滑环通过电刷与供电线连接，供电线与电源连接。
可选的，所述驱动机构包括传动部件，相邻转轴伸出至阀座外部的端部之间设置有传动部件，至少一个传动部件连接有驱动元件。
可选的，所述传动部件采用齿轮，齿轮与转轴伸出至阀座外部的端部固定，相邻转轴所连接的齿轮之间设有惰轮，惰轮通过惰轮轴与阀座转动连接。
可选的，所述驱动元件采用伺服电机，伺服电机的输出轴与转轴伸出至阀座外部的端部连接。
可选的，所述阀杆截面为多边形，阀杆底端开有安装槽，安装槽内部安装有液体流动检测元件，相应的，叶片与阀杆贴合端面为平面，叶片与阀座贴合的端面为与阀座内侧面相匹配的弧形面。
可选的，所述流道包括依次设置的第一流道部、第二流道部及第三流道部，第二流道部与第一流道部和第三流道部垂直，所述阀座固定在第二流道部内部。
可选的，所述阀体内开设有空腔，空腔位于阀座外周，传动部件位于所述空腔内。
可选的，所述叶片外表面设置有绝缘层，转轴外表面设置有绝缘层，转轴外表面的绝缘层开设有缺口，滑环通过缺口与转轴外表面接触。
可选的，所述阀体上开设有用于将供电线引出的预留孔。
本发明的有益效果：
1.本发明的控制阀，叶片能够转动，液体流动的过程中经过旋转的叶片加强了对液体扰动，并且经过叶片沿所在圆周轴线方向的两侧表面为波浪面，沿圆周环向的两侧表面设有凸起和凹槽，进一步降低了流体流经叶片时的流速，有效减少流体的空化以及汽蚀现象，降低了流体对叶片的破坏，减少阀门产生的振动以及噪音。
2.本发明的控制阀，通过叶片的转动来控制流量大小，控制旋转角度的方式相较于直行程的控制阀，叶片旋转一定角度比直行程阀芯移动一定距离的时间短，控制速度更高，同时不同转角下转速不同的控制方式，一方面使得控制阀的流量变化范围更大，可以选择的最终输出流量更多，另一方面可以选择多种转速和转角的组合，控制灵活的同时能够达到更大的控制精度。
3.本发明的控制阀，采用伺服电机带动叶片转动，具有很多种调节方式方便选择，采用伺服电机更容易实现不同调节方式，而且调节的幅度大、精度高，调节灵活。
4.本发明的控制阀，阀座内设有永磁体，叶片的转动能够切割永磁体产生的磁场的磁感线，进而实现了发电，使得流体节流产生的压降转化为电能，减少了节流损失，同时产生的电能能够对控制阀内部的检测元件及驱动机构进行供电，有效的解决了远离电网的远程流体输送系统中电能的来源问题。
5.本发明的控制阀，阀杆底部的安装槽为液体流动检测元件的安装提供了预留空间，并且可以使用自身提供的电能来进行控制，同时由于阀杆的相对位置不会发生变化，因此能够实现对固定位置流体参数的检测，又不会对流体的运动过程产生影响。
附图说明
构成本申请的一部分的说明书附图用来提供对本申请的进一步理解，本申请的示意性实施例及其说明用于解释本申请，并不构成对本申请的限定。
图1为本发明实施例1控制阀剖视图；
图2为本发明图1中的A处局部放大示意图；
图3为本发明实施例1叶片关闭状态下与阀座配合主视图；
图4为本发明实施例1叶片关闭状态下与阀座配合俯视图；
图5为本发明实施例1叶片打开状态下与阀座配合主视图；
图6为本发明实施例1叶片打开状态下与阀座配合俯视图；
图7为本发明实施例1阀杆主视图；
图8为本发明实施例1阀杆俯视图；
图9为本发明实施例1叶片与转轴装配主视图；
图10为本发明实施例1叶片与转轴装配侧视图；
图11为本发明实施例1叶片与转轴装配俯视图；
图12为本发明实施例1阀座与定子装配俯视图；
图13为本发明实施例1永磁铁产生的磁场示意图；
图14为本发明实施例1转轴与驱动机构装配示意图；
图15为本发明实施例1与现有控制阀流量特性曲线图；
其中，1.阀体，2.阀盖，3.第一流道部，4.第二流道部，5.第三流道部，6.阀座，7.阀杆，8.叶片，9.转轴，10.定子，11.永磁体，12.齿轮，13.惰轮，14.伺服电机，15.联轴器，16.滑环，17.供电线，18.预留孔，19.蓄电池。
具体实施方式
实施例1
本实施例提供了一种液体流量控制阀，如图1-图2所示，包括阀体1，阀体1采用壳体结构，其顶部通过螺栓固定有阀盖2，阀体1的两端设置有法兰结构，用于与管道连接，所述阀体1内设置有流道，作为液体流通的通道，本实施例中，所述流道由依次设置的第一流道部3、第二流道部4和第三流道部5组成，所述第一流道部3和第三流道部5水平设置，所述第二流道部4与第一流道部3和第三流道部5垂直设置。液体能够从第一流道部3进入流道，经过第二流道部4后由第三流道部5流出。
所述第二流道部4内设置有阀座6，所述阀座6采用圆柱体结构，与第二流道部5同轴设置，所述第二流道部5内设置有支撑台，阀座6的底端与支撑台固定连接，利用支撑台将其固定在第二流道部5内部。
所述阀盖2固定有阀杆7，使得阀杆的位置不会改变，所述阀杆7与第二流道部4同轴设置，阀杆7底端伸入阀座6内部,阀杆7伸入阀座6内部的底端连接有多个叶片8，多个叶片8沿与阀座6同轴的圆周等间隔分布，所述叶片8沿所在圆周轴线方向的两个表面为波浪形面，波浪形面的波峰所在的线沿叶片所在圆周的径向分布，波谷所在的线沿叶片所在圆周的径向分布，以增大液体流过叶片的路径，在其他一种实施方式中，也可以在叶片沿圆周轴线方向的两个表面上设置多个凸起形成凹凸不平的面，所述叶片8沿所在圆周环向的两个侧面具有多个凸起和凹槽，相邻叶片8中，其中一个叶片8的凸起能够插入另一个叶片的凹槽中，降低流体流经阀门的流速，减少了流体的空化作用，叶片8固定在转轴9上，转轴两端分别与阀杆7和阀座6转动连接。
本实施例中，如图7-图8所示，所述阀杆7的截面为多变形，优选的，所述阀杆7的截面为正八边形，相应的，所述叶片8一端与阀杆7接触的端面为平面，叶片8另一端与阀座6接触的端面为与阀座6内表面相匹配的弧形面，阀杆8位置固定，底端有安装槽，优选的，所述安装槽为圆柱形槽，安装槽内部设有液体流动检测元件，所述流动检测元件包括流量传感器、水压传感器等，用来测量固定位置的流体参数，解决了传统的高压控制阀无法设置液体流动检测元件的问题。
如图9-图11所示，进一步的，为了防止叶片8转动时相互干涉，叶片8沿阀座6环向的两端边缘均具有倒角结构。
如图3-图6所示，叶片8能够转动，以实现流道内流体流量的调节。
如图12-图14所示，为了对流体流过时的压降进行利用，所述叶片8和转轴9均采用导电材料制成，所述阀座6内部具有空腔10，空腔10内安装有有永磁体11，永磁体11能够产生磁场，叶片8的转动能够切割磁场产生出磁感线，进而在叶片8和转轴9中产生电流。
进一步的，为了防止流动的液体导电，所述叶片和转轴外周包裹有绝缘层，所述绝缘层采用绝缘材料制成。
所述转轴9的一端端部穿过阀座6伸出至阀座6外部，转轴9伸出至阀座外部的端部与驱动机构连接，驱动机构能够通过转轴带动叶片的转动。
本实施例中，所述驱动机构包括传动部件，相邻转轴伸出至定子外部的端部之间设置有传动部件，相邻转轴9能够与通过传动部件实现同步的同向转动。
如图15所示，本实施例中，所述传动部件包括固定在转轴端部的齿轮12，相邻转轴9端部的齿轮12之间设置有惰轮13，惰轮13与相邻的两个齿轮12啮合，惰轮13通过惰轮轴与阀座或定子转动连接。
至少一个转轴9的端部延伸至阀体外部并与驱动元件连接，本实施例中，只有一个转轴与驱动元件连接，为了方便对转轴的转速进行调节，所述驱动元件采用伺服电机14，所述伺服电机14的输出轴通过联轴器15与转轴9连接，能够带动该转轴9转动，进而通过齿轮12和惰轮13带动所有转轴9转动，进而带动所有叶片8的转动。
所述阀体1上开设有设置在阀座6外周的空腔，用于安装齿轮12和惰轮13。
所述转轴9位于阀座空腔内的部分安装有滑环16，滑环16与固定在空腔内部的电刷接触，电刷与供电线17连接，所有电刷所连接的供电线17汇集后，通过阀体上开设的预留孔18引出，引出后的供电线与电源连接，本实施例中，所述电源采用蓄电池19，蓄电池19与伺服电机14及相应的液体流动检测元件连接，能够对伺服电机14及液体流动检测元件进行供电。
本实施例中，所述供电线还与系统中的其他设备元件例如监控器、传感器等连接，用于对相关设备进行供电。
叶片8转动时，能够切割磁铁产生的磁场的磁感线，进而产生电流，电流通过叶片、转轴、滑环、电刷和供电线对蓄电池19进行充电，蓄电池19能够对伺服电机14进行供电，带动伺服电机工作。
本实施例的控制阀的工作原理为：
当控制阀想要关闭时或者要控制小开度以及大开度下的流体相对流量，可以通过改变伺服电机的输入信号，控制伺服电机来调整不同转角下的转速来控制控制阀的最终输出流量，叶片旋转时上表面所在平面与阀门关闭时叶片上表面所在平面之间的夹角即为叶片角度，当需要小流量时，增大叶片角度大(叶片角度在45°与135°之间)时的转速，降低角度小(叶片角度在-45°与45°之间)时的转速；当需要大流量时，增大叶片角度小(叶片角度在-45°与45°之间)时的转速，降低角度大(叶片角度在45°与135°之间)时的转速。控制旋转角度的方式相较于直行程的控制阀，叶片旋转一定角度比直行程阀芯移动一定距离的时间短，控制速度更高，同时不同转角下转速不同的控制方式，一方面使得控制阀的流量变化范围更大，可以选择的最终输出流量更多，另一方面可以选择多种转速和转角的组合，控制灵活的同时能够达到更大的控制精度，最后由于叶片8表面为波浪形面流体经过的路径变长，降低流体流过阀门的流速，叶片8的凸起和凹槽加强了对液体扰动，减少流体的空化以及汽蚀现象，降低了流体对叶片的破坏，减少阀门产生的振动和噪音，提高了发电效率，提高了控制阀的使用寿命。伺服电机使用蓄电池供给的能量，以此来实现控制阀提高控制精度和减少节能损耗的结合效果。
叶片旋转单位角度对于流体流通面积的影响，相较于其他阀门单位行程下对于流体流通面积的影响更为显著，因此对流量的控制能力也更强，从而可以通过对叶片不同转角下的转速的变化来改变流体等效流通面积，进而实现对大开度以及小开度时阀门流量特性的改善，使得控制阀更加灵敏。
如图15所示，曲线1为一般控制阀在在流量特性方面的表现，可以看到在小开度以及大开度时，需要一个较大的行程才会产生流量的变化；曲线2位本实施例控制阀的流量特性，在小开度以及大开度时，改变流量所需要的行程没有发生变化。
上述虽然结合附图对本发明的具体实施方式进行了描述，但并非对本发明保护范围的限制，所属领域技术人员应该明白，在本发明的技术方案的基础上，本领域技术人员不需要付出创造性劳动即可做出的各种修改或变形仍在本发明的保护范围以内。

Claims (10)

1.一种液体流量控制阀，其特征在于，包括阀体，阀体内设有流道，流道内设有阀座，阀体固定连接有阀杆，阀杆底端位于阀座内部，阀杆底端设有多个沿圆周分布的叶片，叶片通过转轴与阀杆和阀座转动连接，叶片一端与阀杆贴合，另一端与阀座贴合，转轴伸出至阀座外部并与驱动机构连接，叶片沿所在圆周轴线方向的两侧表面为波浪形面，叶片沿所在圆周环向方向的两侧表面设有多个凸起和凹槽，相邻叶片的凸起和凹槽能够相互配合。
2.如权利要求1所述的一种液体流量控制阀，其特征在于，阀座内部具有空腔，空腔内设有永磁体，叶片能够转动以切割永磁体产生的磁感线，转轴套有滑环，滑环通过电刷与供电线连接，供电线与电源连接。
3.如权利要求1所述的一种液体流量控制阀，其特征在于，所述驱动机构包括传动部件，相邻转轴伸出至阀座外部的端部之间设置有传动部件，至少一个传动部件连接有驱动元件。
4.如权利要求3所述的一种液体流量控制阀，其特征在于，所述传动部件采用齿轮，齿轮与转轴伸出至阀座外部的端部固定，相邻转轴所连接的齿轮之间设有惰轮，惰轮通过惰轮轴与阀座转动连接。
5.如权利要求4所述的一种液体流量控制阀，其特征在于，所述驱动元件采用伺服电机，伺服电机的输出轴与转轴伸出至阀座外部的端部连接。
6.如权利要求1所述的一种液体流量控制阀，其特征在于，所述阀杆截面为多边形，阀杆底端开有安装槽，安装槽内部安装有液体流动检测元件，相应的，叶片与阀杆贴合端面为平面，叶片与阀座贴合的端面为与阀座内侧面相匹配的弧形面。
7.如权利要求1所述的一种液体流量控制阀，其特征在于，所述流道包括依次设置的第一流道部、第二流道部及第三流道部，第二流道部与第一流道部和第三流道部垂直，所述阀座固定在第二流道部内部。
8.如权利要求1所述的一种液体流量控制阀，其特征在于，所述阀体内开设有空腔，空腔位于阀座外周，传动部件位于所述空腔内。
9.如权利要求1所述的一种液体流量控制阀，其特征在于，所述叶片外表面设置有绝缘层，转轴外表面设置有绝缘层，转轴外表面的绝缘层开设有缺口，滑环通过缺口与转轴外表面接触。
10.如权利要求1所述的一种液体流量控制阀，其特征在于，所述阀体上开设有用于将供电线引出的预留孔。
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