CN114484069A - 一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了涉及调节阀领域，具体为一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀，包括阀体、阀杆、调节器、阀芯，阀体包括壳体和设置在壳体内弯折的隔层，隔层将壳体分隔为进出流道，隔层中间位置设置竖直方向的主过流孔，阀杆竖直安装在阀体上部，阀杆底部连接阀芯，阀芯直对主过流孔，调节器设置在阀体上端并连接阀杆上端；阀芯中央设置圆柱形辅助过流流道，阀芯内辅助过流流道带有螺旋过流结构，阀芯内辅助过流流道晚于主过流孔关闭、阀芯内辅助过流流道早于主过流孔开启。通过在阀芯内设置额外螺旋辅助过流通道用作调节阀小流量过流的通道，让空化发生的流量范围内液体只在阀芯内过流，空化产生的气泡被排挤到弹簧孔中央空旷位置，防止气蚀损害。

Description

一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀

技术领域

本发明涉及调节阀技术领域，具体为一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀。

背景技术

工业管路上需要用到大量的阀门，对于液体输送工艺段上，气蚀和水锤是需要防范的两种情况，其中，气蚀多发生在液体增压做功泵的叶轮处，水锤一般发生在主管路的通断阀前。现有技术中，对于泵位置的防气蚀和阀位置的防水锤有较为成熟的结构设计，防止损害发生。

但是，对于蒸汽凝结水输送管道上的调节阀位置处，也是可能发生气蚀的位置，气蚀主要是液体在特定条件下发生空化形成一簇簇气泡，气泡在向后流动过程中压力升高后溃灭，在金属壁面附近的溃灭产生冲击波损伤金属表面，引起结构失效，蒸汽凝结水为高温水，约一般为70~85度，以80度凝结水为例，80度水对应饱和蒸汽压为47.4kPa，凝结水在阀门处流动的绝对压力只要降到该压力值以下，就会产生空化作用，水流动时，总压包括速度部分和绝对压力部分， 流速越大则绝对压力越小，越靠近空化发生条件，

而调节阀内的过流位置处，常通过阀芯与阀体构成的环形节流间隙来调整过流压降，调整出口压力稳定，在需要减小出口压力时，阀芯下移减小阀门开度，过流间隙较小，尽管因为节流导致流量减小，但过流面积的减小更多，在小流量工况时（阀门口径对应流量使用范围的前10%），环形间隙处的流速是较大的，随着开度进一步调小，流量降速更快，流速才随之降低，但此时已经到微流量工况（阀门口径对应流量使用范围的前0.5%），即使发生空化，气泡数量也很少，危害度不大，小流量时发生的空化是最需要防止气蚀发生的阶段，此阶段内，气泡数量足以引起较大程度的金属壁面损伤，而且，现有技术的调节阀一般都是只有一个环形间隙的过流通道，而该环形间隙也是阀门全闭时的密封面，如果小流量时气蚀发生，密封面受损，则该阀门的基本调节功能就会受到影响。

发明内容

本发明的目的在于提供一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀，包括阀体、阀杆、调节器、阀芯，阀体包括壳体和设置在壳体内弯折的隔层，隔层将壳体分隔为进流道和出流道，隔层中间位置设置竖直方向的主过流孔，阀杆竖直安装在阀体上部，阀杆底部连接阀芯，阀芯直对主过流孔，调节器设置在阀体上端并连接阀杆上端；

阀芯中央设置圆柱形辅助过流流道，阀芯内辅助过流流道带有螺旋过流结构，阀芯内辅助过流流道晚于主过流孔关闭、阀芯内辅助过流流道早于主过流孔开启；

主过流孔用作调节阀在自身流量范围内10%~100%的过流，

所述辅助过流流道在调节阀全闭时才行关闭。

进流道接入进流的蒸汽凝结水，主过流孔和阀芯之间的间隙是大流量（即与小流量相对应的流量范围，阀门口径对应流量使用范围的后10%~100%）下的主过流通道，在大流量工况下，有少部分的流量从辅助过流流道通过，随着阀杆下移，主过流孔和阀芯之间间隙先行关闭，小流量时的流量全部从阀芯中央通过，小流量从阀芯内辅助过流流道内前进，前进过程中被施加螺旋速度，旋转起来的液体，在发生空化作用时，气泡簇也是被离心旋转的水体排挤处于上升通道的中心线上，气泡密度远小于液态水，所以，离心运动的水-气泡混合物中，会堆积到离心运动范围的外侧，而气泡则被排挤聚集到螺旋上升路径的中心线上，类似水中的一个旋涡，旋涡的中心位置聚集气泡、空腔，被旋涡束缚的气泡不会离开旋涡中心线，

在本申请中，气泡的破裂不发生在金属表面附近，防止气蚀发生，主过流孔只在调节阀通过大流量时才打开，并且主过流孔和阀芯之间的间隙只有大间隙过流大流量的情况，不存在小间隙过流大流量的情况，而小间隙过流大流量是容易发生空化作用的时机，让这种过流工况全部在阀芯内进行，通过圆柱形上升通道来将空化产生的气泡约束在中央位置，远离金属壁面，减小气蚀情况。

阀芯包括芯块、弹簧，阀杆包括杆身、牵引环和压柱，

杆身竖直安装在阀体上部，杆身下端设置压柱，杆身与压柱交界位置上设置凸起的牵引环，芯块中央设置内腔，芯块上部设置连接芯块外表面和内腔的出流孔，芯块上部中央设置杆孔，内腔朝下的内壁上设置竖直的弹簧孔，弹簧孔延伸到芯块下表面，弹簧孔下端具有限位用止口，杆身与杆孔滑动安装，牵引环外径大于杆孔，弹簧放置在弹簧孔内，弹簧下端抵住止口，弹簧上端被压柱顶紧，

弹簧孔带有锥度，锥尖朝下。

弹簧孔内放置弹簧，阀杆连接到阀芯内，弹簧两端分别被止口和压柱挤压，阀杆从上往下运动时，在芯块与隔层接触前，弹簧处于最小压缩状态，阀杆继续下移调小本阀门开度时，芯块先与隔层接触关闭主过流孔，弹簧孔加内腔加出流孔作为阀芯的辅助过流通道，水流从弹簧孔进入后，被弹簧导向而带上一定的圆周速度，空化发生后的气泡簇被旋转水体挤压而聚集到弹簧孔中间位置然后向上运动，弹簧孔的锥度a°保证了只有弹簧孔进口位置发生空化作用，在弹簧孔后续的扩张中，压力略微升高而气泡不再生成甚至直接是在弹簧孔中心线的后半段上进行气泡溃灭，防止后续气泡转移到金属表面而引起气蚀，阀杆继续向下运动持续压缩弹簧，减小弹簧孔的过流面积而减小本阀门开度，在最终时刻，阀杆处于下位移极限时，

即阀杆将阀芯下推封堵主过流孔后，阀杆进一步下移让弹簧在弹簧孔内处于最大压缩状态，阀杆无法进一步下压时，

对应阀芯也被完全关闭的情况，本阀门此时开度为零，在阀门重新开启时，阀杆上移，首先释放弹簧，阀芯内的过流打开，进行过流作业，之后在阀杆上移到牵引环勾住杆孔时，阀杆的进一步上移才会带动芯块上移而打开主过流孔，此时本阀门进入大开度大流量状态，不易发生空化状况，不会损伤主过流孔处的主流道密封垫等结构。

弹簧的截面为扁平形状，弹簧外径小于弹簧孔内径。

扁形的弹簧在展开时与圆柱弹簧无异，扁平截面的弹簧压缩充分时，成为一个厚壁的圆柱筒状，所以，在弹簧压缩起始时，弹簧孔内有较大的过流空间，随着压缩的持续，弹簧孔内过流空间减少的较快，并且，过流空间的减少是展开到整个弹簧空间内的，不是某一具体过流面积的减少，弹簧孔内在小流量时发生的空化作用是最需要防止演化为气蚀的情况，而弹簧压缩程度较大，弹簧孔内过流空间减小，空化作用变强，但此时流量进一步减小带来了气泡数量的减少，整体上的气泡量是朝向减少的趋势进行的，即，弹簧压缩过程中，空化产生的气泡数量先增大后减少，直至弹簧被全部压缩，压柱封堵弹簧的上方中央位置出流，阀芯的辅助过流通道全部堵死，调节阀进入全闭状态，弹簧被压缩程度越大，其螺旋延伸部分倾斜度越小，为过流的液体带上的旋转速度越大，离心作用越显著，气泡也就越被离心运动的水体排挤到弹簧孔中央位置。弹簧孔的锥度a°不能很大，不然在弹簧伸展与压缩过程中不好与弹簧孔内表面充分贴紧，弹簧孔中除去被弹簧占据的空间外，其余的全是过流空间，与止口靠近的一端过流面积小，远离止口的一端有较大的过流面积，可以通过让弹簧内径带锥度来实现，也是带上锥尖朝下的锥度，弹簧外径和弹簧孔内表面锥度小近似为圆柱，保证弹簧只占据弹簧孔内的外圈部分。

阀芯还包括压球，压球设置在弹簧和压柱之间，压球球径大于弹簧上端的内径，压球球径小于弹簧孔内径。在弹簧尚未被全部压缩时，压球不会堵住弹簧上部的内圈孔，当阀杆持续向下将弹簧充分压缩时，此时弹簧孔内已然过流空间被压缩到较大程度，压球只在最后一刻才迅速封堵弹簧上端的内圈孔，实现阀芯辅助过流通道的全闭。

压柱下端设置球形凹槽，球形凹槽与压球外表面适配。

压柱下端使用球形凹槽适配压球，防止压球从弹簧上端跳出。

弹簧外径与内径的比值为2~3。

弹簧的外径与内径比值越大，则压缩充分后，厚壁圆筒的壁厚越大，弹簧压缩过程中，阀芯内辅助流道过流面积衰减地越快。

调节阀还包括底封板，阀体下部设置开口，阀体底部开口与底封板通过紧固件连接。

阀体底部的底封板在检修阀芯以及阀芯与隔层的密封间隙时打开，还可用作清理阀体内腔。

进流道和出流道侧壁上分别通过引流管连接至调节器。调节器根据进出流道的液体压力来调整阀杆位置，进行阀门的开度调整，维持压力平衡稳定。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过在阀芯内设置额外的辅助过流通道用作调节阀小流量过流时的通道，让空化发生的流量范围内液体只在阀芯内过流，而且最大空化作用时，弹簧孔内的流体为较大程度的螺旋运动状态，空化产生的气泡被排挤到弹簧孔中央位置，并在后续上升过程溃灭，气泡溃灭发生在与金属壁面较远的位置处，减轻气蚀作用，在弹簧进一步压缩以期减少调节阀过流流量时，气泡数量先增加后减少，气泡的产生位置向压球延伸但在到达压球前的气泡数量已经不足以引起较大的气蚀损害，在最终状况时，弹簧被全部压缩为一个圆柱厚壁筒，压球抵住全部的弹簧上端内圈孔并封堵，调节阀成为全闭状态。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是本发明阀芯位置的结构示意图；

图3是本发明弹簧孔内流动示意图；

图4是本发明弹簧和压球形状示意图；

图5是本发明处于全开状态时阀芯处的位置示意图；

图6是本发明处于小流量状态时阀芯处的位置示意图；

图7是本发明截止时阀芯处的位置示意图；

图中：1-阀体、11-隔层、111-主过流孔、12-进流道、13-出流道、2-阀杆、21-杆身、22-牵引环、23-压柱、3-调节器、4-阀芯、41-芯块、411-内腔、412-出流孔、413-杆孔、414-弹簧孔、4141-止口、42-弹簧、43-压球、5-底封板。

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。

请参阅图1-图4，本发明提供技术方案：

一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀，包括阀体1、阀杆2、调节器3、阀芯4，阀体1包括壳体和设置在壳体内弯折的隔层11，隔层11将壳体分隔为进流道12和出流道13，隔层11中间位置设置竖直方向的主过流孔111，阀杆2竖直安装在阀体1上部，阀杆2底部连接阀芯4，阀芯4直对主过流孔111，调节器3设置在阀体1上端并连接阀杆2上端；

阀芯4中央设置圆柱形辅助过流流道，阀芯4内辅助过流流道带有螺旋过流结构，阀芯4内辅助过流流道晚于主过流孔111关闭、阀芯4内辅助过流流道早于主过流孔111开启；

主过流孔111用作调节阀在自身流量范围内10%~100%的过流，

所述辅助过流流道在调节阀全闭时才行关闭。

如图1所示，进流道12接入进流的蒸汽凝结水，主过流孔111和阀芯4之间的间隙是大流量下的主过流通道，随着阀杆2下移，主过流孔111和阀芯4之间间隙先行关闭，小流量时的流量全部从阀芯4中央通过，小流量从阀芯内辅助过流流道内前进，前进过程中被施加螺旋速度，旋转起来的液体，在发生空化作用时，气泡簇也是被离心旋转的水体排挤处于上升通道的中心线上，气泡的破裂不发生在金属表面附近，防止气蚀发生，主过流孔111只在调节阀通过大流量时才打开，并且主过流孔111和阀芯4之间的间隙只有大间隙过流大流量的情况，不存在小间隙过流大流量的情况，而小间隙过流大流量是容易发生空化作用的时机，让这种过流工况全部在阀芯4内进行，通过圆柱形上升通道来将空化产生的气泡约束在中央位置，远离金属壁面，减小气蚀情况。

阀芯4包括芯块41、弹簧42，阀杆2包括杆身21、牵引环22和压柱23，

杆身21竖直安装在阀体1上部，杆身21下端设置压柱23，杆身21与压柱23交界位置上设置凸起的牵引环22，芯块41中央设置内腔411，芯块41上部设置连接芯块41外表面和内腔411的出流孔412，芯块41上部中央设置杆孔413，内腔411朝下的内壁上设置竖直的弹簧孔414，弹簧孔414延伸到芯块41下表面，弹簧孔414下端具有限位用止口4141，杆身21与杆孔413滑动安装，牵引环22外径大于杆孔413，弹簧42放置在弹簧孔414内，弹簧42下端抵住止口4141，弹簧42上端被压柱23顶紧，

弹簧孔414带有锥度，锥尖朝下。

如图2、3、5所示，弹簧孔414内放置弹簧42，阀杆2连接到阀芯4内，弹簧42两端分别被止口4141和压柱23挤压，阀杆2从上往下运动，在芯块41与隔层11接触前，弹簧42处于最小压缩状态，如图6所示，阀杆2继续下移调小本阀门开度时，芯块41先与隔层11接触关闭主过流孔111，弹簧孔414加内腔411加出流孔412作为阀芯4的辅助过流通道，水流从弹簧孔414进入后，被弹簧42导向而带上一定的圆周速度，空化发生后的气泡簇被旋转水体挤压而聚集到弹簧孔414中间位置然后向上运动，弹簧孔414的锥度a°保证了只有弹簧孔414进口位置发生空化作用，在弹簧孔414后续的扩张中，压力略微升高而气泡不再生成甚至直接是在弹簧孔414中心线的后半段上进行气泡溃灭，防止后续气泡转移到金属表面而引起气蚀，如图7所示，阀杆2继续向下运动持续压缩弹簧42，减小弹簧孔414的过流面积而减小本阀门开度，在最终时刻，阀杆2处于下位移极限时，

即阀杆2将阀芯4下推封堵主过流孔111后，阀杆2进一步下移让弹簧在弹簧孔内处于最大压缩状态，阀杆2无法进一步下压时，对应阀芯4也被完全关闭的情况，本阀门此时开度为零，在阀门重新开启时，阀杆2上移，首先释放弹簧42，阀芯4内的过流打开，进行过流作业，之后在阀杆2上移到牵引环22勾住杆孔413时，阀杆2的进一步上移才会带动芯块41上移而打开主过流孔111，此时本阀门进入大开度大流量状态，不易发生空化状况，不会损伤主过流孔111处的主流道密封垫等结构。

弹簧42的截面为扁平形状，弹簧42外径小于弹簧孔414内径。

如图3、4所示，扁形的弹簧42在展开时与圆柱弹簧无异，扁平截面的弹簧压缩充分时，成为一个厚壁的圆柱筒状，所以，在弹簧42压缩起始时，弹簧孔414内有较大的过流空间，随着压缩的持续，弹簧孔414内过流空间减少的较快，并且，过流空间的减少是展开到整个弹簧空间内的，不是某一具体过流面积的减少，弹簧孔414内在小流量时发生的空化作用是最需要防止演化为气蚀的情况，而弹簧42压缩程度较大，弹簧孔414内过流空间减小，空化作用变强，但此时流量进一步减小带来了气泡数量的减少，整体上的气泡量是朝向减少的趋势进行的，即，弹簧42压缩过程中，空化产生的气泡数量先增大后减少，直至弹簧42被全部压缩，压柱23封堵弹簧42的上方中央位置出流，阀芯4的辅助过流通道全部堵死，调节阀进入全闭状态，弹簧42被压缩程度越大，其螺旋延伸部分倾斜度越小，为过流的液体带上的旋转速度越大，离心作用越显著，气泡也就越被离心运动的水体排挤到弹簧孔414中央位置。弹簧孔414的锥度a°不能很大，不然在弹簧42伸展与压缩过程中不好与弹簧孔414内表面充分贴紧，弹簧孔414中除去被弹簧42占据的空间外，其余的全是过流空间，与止口4141靠近的一端过流面积小，远离止口的一端有较大的过流面积，可以通过让弹簧42内径带锥度来实现，也是带上锥尖朝下的锥度，如图3所示，图中弹簧42内圈为一个锥形孔，锥尖朝下，锥角为b°，弹簧42外径和弹簧孔414内表面锥度小近似为圆柱，保证弹簧42只占据弹簧孔414内的外圈部分。

阀芯4还包括压球43，压球43设置在弹簧42和压柱23之间，压球43球径大于弹簧42上端的内径，压球43球径小于弹簧孔414内径。如图4所示，在弹簧42尚未被全部压缩时，压球43不会堵住弹簧42上部的内圈孔，当阀杆2持续向下将弹簧42充分压缩时，此时弹簧孔414内已然过流空间被压缩到较大程度，压球43只在最后一刻才迅速封堵弹簧42上端的内圈孔，实现阀芯4辅助过流通道的全闭。

压柱23下端设置球形凹槽，球形凹槽与压球43外表面适配。

如图2所示，压柱23下端使用球形凹槽适配压球43，防止压球43从弹簧42上端跳出。

弹簧42外径与内径的比值为2~3。

如图3所示，弹簧42的外径与内径比值越大，则压缩充分后，厚壁圆筒的壁厚越大，弹簧42压缩过程中，阀芯4内辅助流道过流面积衰减地越快。

调节阀还包括底封板5，阀体1下部设置开口，阀体1底部开口与底封板5通过紧固件连接。

如图1所示，阀体1底部的底封板5在检修阀芯4以及阀芯与隔层11的密封间隙时打开，还可用作清理阀体1内腔。

进流道12和出流道13侧壁上分别通过引流管连接至调节器3。调节器3根据进出流道的液体压力来调整阀杆2位置，进行阀门的开度调整，维持压力平衡稳定。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀，其特征在于：所述调节阀包括阀体（1）、阀杆（2）、调节器（3）、阀芯（4），所述阀体（1）包括壳体和设置在壳体内弯折的隔层（11），所述隔层（11）将壳体分隔为进流道（12）和出流道（13），所述隔层（11）中间位置设置竖直方向的主过流孔（111），所述阀杆（2）竖直安装在阀体（1）上部，阀杆（2）底部连接阀芯（4），所述阀芯（4）直对主过流孔（111），所述调节器（3）设置在阀体（1）上端并连接阀杆（2）上端；

所述阀芯（4）中央设置圆柱形辅助过流流道，阀芯（4）内辅助过流流道带有螺旋过流结构，阀芯（4）内辅助过流流道晚于主过流孔（111）关闭、阀芯（4）内辅助过流流道早于主过流孔（111）开启；

所述主过流孔（111）用作调节阀在自身流量范围内10%~100%的过流，

所述辅助过流流道在调节阀全闭时才行关闭。

2.根据权利要求1所述的一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀，其特征在于：所述阀芯（4）包括芯块（41）、弹簧（42），所述阀杆（2）包括杆身（21）、牵引环（22）和压柱（23），

所述杆身（21）竖直安装在阀体（1）上部，杆身（21）下端设置压柱（23），杆身（21）与压柱（23）交界位置上设置凸起的牵引环（22），所述芯块（41）中央设置内腔（411），所述芯块（41）上部设置连接芯块（41）外表面和内腔（411）的出流孔（412），所述芯块（41）上部中央设置杆孔（413），所述内腔（411）朝下的内壁上设置竖直的弹簧孔（414），所述弹簧孔（414）延伸到芯块（41）下表面，弹簧孔（414）下端具有限位用止口（4141），所述杆身（21）与杆孔（413）滑动安装，所述牵引环（22）外径大于杆孔（413），所述弹簧（42）放置在弹簧孔（414）内，弹簧（42）下端抵住止口（4141），弹簧（42）上端被压柱（23）顶紧，

所述弹簧孔（414）带有锥度，锥尖朝下。

3.根据权利要求2所述的一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀，其特征在于：所述弹簧（42）的截面为扁平形状，弹簧（42）外径小于弹簧孔（414）内径。

4.根据权利要求3所述的一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀，其特征在于：所述阀芯（4）还包括压球（43），所述压球（43）设置在弹簧（42）和压柱（23）之间，压球（43）球径大于弹簧（42）上端的内径，压球（43）球径小于弹簧孔（414）内径。

5.根据权利要求4所述的一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀，其特征在于：所述压柱（23）下端设置球形凹槽，球形凹槽与压球（43）外表面适配。

6.根据权利要求3所述的一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀，其特征在于：所述弹簧（42）外径与内径的比值为2~3。

7.根据权利要求1所述的一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀，其特征在于：所述调节阀还包括底封板（5），所述阀体（1）下部设置开口，阀体（1）底部开口与底封板（5）通过紧固件连接。

8.根据权利要求1所述的一种防气蚀的具有平衡压力功能的调节阀，其特征在于：所述进流道（12）和出流道（13）侧壁上分别通过引流管连接至调节器（3）。

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