CN115289277A - 一种高压差减压降噪迷宫盘片及减压阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种高压差减压降噪迷宫盘片及减压阀，所述迷宫盘片包括盘片基体和呈环形阵列分布于所述盘片基体上的至少两条迷宫流道，每个所述迷宫流道均包括至少两个入口流道、至少一个出口流道以及连接于入口流道和出口流道之间的迂回减压流道；所述迂回减压流道包括以两个为一组设置的多组减压流道，每个减压流道均包括并联连接的迂回直线部和迂回环形部以及与迂回直线部输出端连接的出流直线部；所述减压阀包括阀体、阀盖、阀杆、阀芯和迷宫盘片。本发明将迂回减压流道设计为多道迂回结构，在有限的空间内，大大延长了流体通过迷宫盘片上的流道距离，增加了流道的降压级数，逐级降压能够更加稳定。

Description

一种高压差减压降噪迷宫盘片及减压阀

技术领域

本发明属于阀门领域，具体涉及一种高压差减压降噪迷宫盘片及减压阀。

背景技术

减压阀是一种专门用于调节流量和压力的专门装置，在水电站供水系统、矿井、气体管路等均有广泛的应用。传统的套筒式减压阀一般采用孔式套筒或者简单的管道弯折，导致减压效果不好且空间利用率较低。

对于迷宫式减压阀，现有的盘片设计结构思路虽然不同，但是其迷宫流道多为单流 道结构，要么一定尺寸下降压级数少，降压幅度小，要么空间利用率低，适用范围小。 同样的，采用回旋迷宫式通道结构的迷宫盘片，例如专利申请CN202210038997.4所述 的迷宫盘片，其降压程度不高，流道利用率低。

总之，现有迷宫盘片节流效果有限，在高温、高压差、高流速工况下效果不够理想。因此如何能够通过改变盘片上流道的结构，有效提高减压阀的减压效果，同时尽可能减 小噪声是目前急需解决的技术问题。

发明内容

本发明的目的就在于为了解决上述问题而提供一种高压差减压降噪迷宫盘片及减 压阀。

本发明通过以下技术方案来实现上述目的：

本发明提供一种高压差减压降噪迷宫盘片，包括盘片基体和呈环形阵列分布于所述 盘片基体上的至少两条迷宫流道，每个所述迷宫流道均包括至少两个入口流道、至少一个出口流道以及连接于入口流道和出口流道之间的迂回减压流道；

所述迂回减压流道包括以两个为一组设置的多组减压流道，所述多组减压流道自入口流道至出口流道依次交错连接，每个减压流道均包括并联连接的迂回直线部和迂回环形部以及与迂回直线部输出端连接的出流直线部，相邻两个减压流道之间通过出流直线部连接。

作为本发明的进一步优化方案，所述迷宫流道由开设在所述盘片基体上的凹槽构成，或由设置在所述盘片基体上的若干个凸起之间形成的低谷构成。

作为本发明的进一步优化方案，所述入口流道和出口流道截面设置为矩形或是喇叭型，喇叭型的入口流道和出口流道输出端宽度均大于输入端宽度。

作为本发明的进一步优化方案，所述迂回直线部和迂回环形部的出入口连通，并交汇连接出流直线部，所述迂回直线部和迂回环形部流道宽度相同，且其宽度为入口流 道宽度的0.5-1.25倍。

作为本发明的进一步优化方案，所述入口流道与迂回直线部之间的夹角为a，30°≤ a≤150°。

作为本发明的进一步优化方案，所述迂回环形部流道总长度是入口流道宽度的3-9 倍，所述出流直线部流道长度是入口流道宽度的1-8倍，所述出口流道宽度是入口流道宽度的1-2.5倍。

本发明还提供一种减压阀，包括阀体、阀盖、阀杆和阀芯，所述减压阀还包括上述的高压差减压降噪迷宫盘片；

所述高压差减压降噪迷宫盘片设置为内外两组，每组设置为多层，内外两组高压差 减压降噪迷宫盘片分别形成内套筒和外套筒，内套筒和外套筒上分别形成多层减压流道， 所述内套筒和外套筒同轴设置在阀腔中且两者之间留有间隙，所述减压流道用于连通减 压阀入口和阀口；

所述间隙与阀口之间设置有射流结构，且射流结构出口与阀腔内形成流动涡旋的位 置对应；

所述阀芯包括同轴设置的内芯体和外芯体，所述外芯体与外套筒外壁配合，所述内芯体与内套筒内壁、阀口和射流结构出口配合，所述阀杆带动阀芯上下移动，以同时 启闭减压流道、阀口、射流结构。

作为本发明的进一步优化方案，所述阀盖底端面设置为环形并穿过阀腔延伸至阀口上方，所述内套筒和外套筒顶端面与阀盖底端面配合，所述内套筒和外套筒底端与阀 口外侧连接，位于阀腔内的阀盖外壁与阀体之间形成筒状腔体，所述外芯体滑动设置于 所述筒状腔体内，且所述外芯体顶端通过连杆贯穿阀盖并与阀杆固定连接，所述内芯体 顶端贯穿阀盖与阀杆固定连接。

作为本发明的进一步优化方案，所述内套筒上的减压流道与外套筒上的减压流道相 角为3.75°，自下至上分布的第1-4层减压流道的流量按第一曲线分布，第5-N层减压流道的流量按第二曲线分布；

所述第一曲线为二次曲线，y₁＝ax²+bx，其中，1≤x≤4，

所述第二曲线为一次曲线，y₂＝cx+5，其中5≤x≤N，

沿轴向方向自下至上分布的第X层减压流道的数量计算公式如下：

z_X＝Z*(y_X-y_X-1)/N

其中，z_X为第X层减压流道的数量，Z为总流道数量，y_X为第X层减压流道的 流量，1≤X≤N，N为总层数。

作为本发明的进一步优化方案，所述射流结构至少设置为三个，并均匀分布于阀腔 的入口侧，相邻两个射流结构之间的夹角为30°；

每个所述射流结构均为包括一个射流进口和两个射流出口的三通通道，其中射流进口与两个套筒之间的间隙连通，其中一个射流出口位于阀腔远离出水口的一侧，另一 个射流出口位于阀口下方。

作为本发明的进一步优化方案，记所述射流结构的两个射流出口分别为射流出口A、 射流出口B，射流出口A和射流出口B的直径分别为r₁和r₂，射流出口A和射流出口B 的轴线与阀芯轴线的夹角为α和β，其中

30°≤α≤75°，30°≤β≤60°。

本发明的有益效果在于：

1)本发明通过将迂回减压流道设计为多道迂回结构，在有限的空间内，大大延长了流体通过迷宫盘片上的流道距离，增加了流道的降压级数，逐级降压能够更加稳定；

2)本发明迷宫流道盘片，使流体介质在多个多通路部流道中不断分流及对冲，不断冲击碰撞耗散能量，与相关技术相比，本发明提供的迷宫盘片降压能力强，降压平稳 等效果，能够防止空化的产生，减小出现气蚀的概率；

3)本发明创造性的在套筒与阀体下腔之间开设一个射流结构，将经过外套筒初步减压的流体经射流结构进入阀体下腔，射向阀腔中因流体流速分布不均匀产生的涡流， 由于引出的射流只经过了外套筒的减压，所以压力略高于阀腔内的流体，对流动涡旋的 冲击效果更好，使得局部涡旋处的流体沿射流的方向流向出口，起到了减轻噪声的作用；

4)本发明的射流结构所用介质为经过初步减压的阀门介质，不会引入其他介质，且特质阀芯可同时控制阀门和射流机构的启闭，不要额外的控制装置，简化了阀门结构；

5)本发明流量特性针对与特殊应用场景的，创新性的将快开流量特性和直线流量特性相结合，将减压流道按此特殊流量特性曲线进行排列，形成先快开然后直线增长的 流量特性，使得阀门流量特性适用范围更广。

附图说明

图1为本发明的迷宫盘片的结构示意图。

图2为本发明的迷宫盘片上迷宫流道的俯视图。

图3本发明的迷宫盘片内一个迷宫流道压力分布云图。

图4是一般对比例迷宫流道的压力分布云图。

图5是本发明的减压阀的三维示意图。

图6是本发明的减压阀剖面结构示意图。

图7是本发明的图6中A部分结构示意图。

图8是本发明的除阀体外的局部三维示意图。

图中：1、盘片基体；2、中心腔；3、迷宫流道；31、入口流道；32、迂回直线部； 33、迂回环形部；34、出流直线部；35、出口流道；100、阀体；200、阀盖；300、阀 杆；4、内芯体；5、外芯体；6、内套筒；7、外套筒；8、射流结构；81、射流进口； 82、射流出口A；83、射流出口B；9、连杆。

具体实施方式

下面结合附图对本申请作进一步详细描述，有必要在此指出的是，以下具体实施方式只用于对本申请进行进一步的说明，不能理解为对本申请保护范围的限制，该领域 的技术人员可以根据上述申请内容对本申请作出一些非本质的改进和调整。

在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所 示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的 装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明 的限制；在本发明的描述中，除非另有说明，“多个”、“若干”的含义是两个或两个以上。

实施例1

如图1-4所示，一种高压差减压降噪迷宫盘片，包括盘片基体1和呈环形阵列分布于所述盘片基体1上的至少两条迷宫流道3，盘片基体1设置为环形，内部为中心腔2； 所述迷宫流道3由开设在所述盘片基体1上的凹槽构成，或由设置在所述盘片基体1上 的若干个凸起之间形成的低谷构成。

每个所述迷宫流道3均包括至少两个入口流道31、至少一个出口流道35以及连接于入口流道31和出口流道35之间的迂回减压流道；

所述迂回减压流道包括以两个为一组设置的多组减压流道，所述多组减压流道自入 口流道31至出口流道35依次交错连接，每个减压流道均包括并联连接的迂回直线部32和迂回环形部33以及与迂回直线部32输出端连接的出流直线部34，相邻两个减压流道 之间通过出流直线部34连接；其中所述迂回直线部32和迂回环形部33的出入口连通， 并交汇连接出流直线部34。

将入口流道31宽度设为b，则

其中迂回直线部32流道宽度为m，0.5≤m/b≤1.25；

其中迂回环形部33流道宽度为n，0.5≤n/b≤1.25；

其中迂回环形部33流道总长度w，3≤w/b≤9；

其中出流直线部34流道长度为p，1≤p/b≤8；

其中出口流道35宽度为d,1≤d/b≤2.5；

所述入口流道31与迂回直线部32之间的夹角为a，30°≤a≤150°。

每个所述迷宫流道3上通道出口总宽度不小于所述通道进口总宽度。

在本发明实施例中，盘片基体1上的迷宫流道3的数量可以为两条、三条甚至更多条，一般来讲，在进出口处流体压力固定的情况下，随着迷宫流道3的数量的增加，通 过该迷宫流道3的流体的流量也增加，该迷宫盘片的流通能力也逐渐增强。

迷宫流道3均匀设置在盘片基体1上，为了便于描述，下文中以图1中所示出的盘片基体1上设置有十六条迷宫流道3且迷宫流道3中包括六组迂回直线部32、迂回环形 部33、出流直线部34为例进行说明。沿流动方向，每条迷宫流道3包括顺次连接的入 口流道31、迂回直线部32、迂回环形部33、出流直线部34、出口流道35。其中，出口 流道35沿盘片基体1径向延伸。

如图2所示，一般而言，所述入口流道3131和出口流道3538截面设置为矩形，即 入口流道3131的横截面形状、尺寸在入口流道3131的延伸方向上保持不变，出口流道 3538的横截面形状、尺寸在出口流道3538的延伸方向上也保持不变。

当然，在一些实施例中，也可以将入口流道3131和出口流道3538设计成喇叭型，即入口流道3131的出口端的宽度大于入口流道3131的进口端的宽度，出口流道3538 的出口端的宽度大于出口流道3538的进口端的宽度。

如图3、图4所示，通过对比类似设计的迷宫流道3，可以发现，在相同进口压力 及流道入口尺寸相同的情况下，本发明的迷宫流道3通过多个迂回直线部32和迂回环 形部33分流及对冲降压，使流体介质在两者出口处剧烈碰撞，大大阻滞了流体介质流 动，不断耗散流体介质能量进行降压，通过迂回直线部32、迂回环形部33的合理布置， 本发明迷流道截面上流体介质分布更加均匀，局部高压区更少。

此外，图3、图4对比下可以看到，本发明使得流体介质每经过一个转折，压力都 会有一定的下降，这样逐级降压，不容易出现闪蒸和空化现象，以此实现真正意义上的 分级降压。同时，在此高压情况下，每个汇合出流处均使流体在出流直线部34中流动 一定距离，压力下降相比对比例更为均匀，有效地利用了迷宫流道3的空间平稳降压， 降压级数大大增加，且流道在盘片上排布合理，空间利用率相比更高，降压效果显著， 适合在高温、高压差、高流速工况下使用。

综上所述，流体介质在本发明迷宫流道3中流动，流经迂回减压流道内的迂回直线部32和迂回环形部33流道不断分流流体介质，在两者交汇处，流体介质因流动方向不 同而不断相互冲击耗散能量，造成介质内部阻力损失，使其能量减小压力降低。而后出 流直线部34的设置使得汇合处流出的流体得以充分发展，流动更加平稳。同时，设计 多组迂回直线部32、迂回环形部33和出流直线部34，使得在高压情况下，流体压降更 加平缓，减小了气蚀和空化现象。

如图5-8所示，本发明还提供一种减压阀，包括阀体100、阀盖200、阀杆300、高 压差减压降噪迷宫盘片、阀芯和射流结构8；

所述高压差减压降噪迷宫盘片设置为内外两组，每组设置为多层，内外两组高压差 减压降噪迷宫盘片分别形成内套筒6和外套筒7，内套筒6和外套筒7上分别形成多层 减压流道；

所述阀盖200设置于阀体100上部，阀盖200底端面设置为环形并穿过阀腔延伸至阀口上方，用于固定底部的内套筒6、外套筒7，阀盖200顶端开设通过孔，用于阀芯 轴向移动，阀盖200；

所述阀芯、内套筒6和外套筒7从内到外依次同轴设置于阀体100内部的阀腔中，所述内套筒6和外套筒7顶端面与阀盖200底端面配合，所述内套筒6和外套筒7底端 与阀口外侧连接；

两个套筒之间的间隙与阀口之间设置有射流结构8，所述射流结构8是直径不变的孔道，其入口形状优选为圆形，内套筒6和外套筒7之间的间隙底部即为射流入口，所 述射流结构8至少设置为三个，并均匀分布于阀腔的入口侧，相邻两个射流结构8之间 的夹角为30°，射流结构8出口与阀腔内形成流动涡旋的位置对应，通过射流结构8将 经过外套筒7初步降压的流体直接引至阀腔下端中涡旋所在位置，用以消除涡旋，减轻 噪声；

具体的，每个所述射流结构8均为包括一个射流进口81和两个射流出口A、B的 三通通道，其中射流进口81与两个套筒之间的间隙连通，射流出口A82位于阀腔远离 出水口的一侧，射流出口B83位于阀口下方，射流出口A82和射流出口B83的直径分 别为r₁和r₂，A和B的轴线与阀芯轴线的夹角为α和β，取

α＝60°，β＝45°；

所述阀芯包括同轴设置的内芯体4和外芯体5，所述外芯体5与外套筒7外壁配合，所述内芯体4与内套筒6内壁、阀口和射流结构8出口配合，所述阀杆300带动阀芯上 下移动，以同时启闭减压流道、阀口、射流结构8；

位于阀腔内的阀盖200外壁与阀体100之间形成筒状腔体，所述外芯体5滑动设置于所述筒状腔体内，且所述外芯体5顶端通过连杆9贯穿阀盖200并与阀杆300固定连 接，所述内芯体4顶端贯穿阀盖200与阀杆300固定连接，内芯体4和外芯体5与阀杆 300可拆卸连接，连杆9可以设置为四个，相应的阀盖200上的连杆9通过孔设置为四 个，连杆9与通过孔相配合，能够限制阀芯自身的运动范围；

两个套筒外壁上均开设有用于连通调节阀入口和阀口的减压流道，其中内套筒6上 的减压流道为内减压流道，外套筒7上的减压流道为外减压流道，内减压流道和外减压流道相同且两者之间相角为3.75°；

每组高压差减压降噪迷宫盘片设置N层，每层减压流道数量为多个并沿套筒外壁呈 环形阵列分布：

沿轴向方向自下至上分布的第1-4层减压流道的数量按第一曲线分布，第5-N层减压流道的数量按第二曲线分布；

所述第一曲线为二次曲线，取

其中1≤x≤4，y₁代表第1-4层 减压流道的流量；

所述第二曲线为一次曲线，取

其中5≤x≤N，y₂代表第5-20层减压 流道的流量；

沿轴向方向自下至上分布的第X层减压流道的数量计算公式如下：

z_X＝Z*(y_X-y_X-1)/N

其中，z_X为第X层减压流道的数量，Z为总流道数量，y_X为第X层减压流道的 流量，1≤X≤N，N为总层数。

本实施例总流道数量Z＝320，总层数N＝20，则此时本实施例1-4层流道分布数量分别为47、37、27、17，5-20层流道分布数量均为12。

流道数量这样分布是为了获得特殊的流量特性曲线，流道宽度设置是为了增大套筒的空间利用率。

本发明通过对减压流道和射流结构8进行具体化的参数设置，使参数达到最优化，更加便于加工。

具体工作原理：利用阀杆300向上移动阀芯至一定距离，阀门开启，减压流道连通，流体从流道入口进入，然后流体经迂回减压流道不断分流及对冲，不断冲击碰撞耗 散能量，从而显著提高阀门的减压效果；

同样经过内套筒6的进一步减压后进入阀腔，然后进入阀腔下端的出口腔；

由内套筒6和外套筒7之间的筒状腔体引出的流体经过外套筒7的初步减压后， 从射流结构8射向阀腔下端内的涡旋，达到消除涡旋的效果，并与经内套筒6和外套筒 7的多级减压后的流体汇合一起流出；

通过调节阀芯的上下位置，可以实现小开度情况下快开，大开度下直线流量特性。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人 员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发 明的保护范围。

Claims (10)

1.一种高压差减压降噪迷宫盘片，包括盘片基体和呈环形阵列分布于所述盘片基体上的至少两条迷宫流道，其特征在于：每个所述迷宫流道均包括至少两个入口流道、至少一个出口流道以及连接于入口流道和出口流道之间的迂回减压流道；

所述迂回减压流道包括以两个为一组设置的多组减压流道，所述多组减压流道自入口流道至出口流道依次交错连接，每个减压流道均包括并联连接的迂回直线部和迂回环形部以及与迂回直线部输出端连接的出流直线部，相邻两个减压流道之间通过出流直线部连接。

2.根据权利要求1所述的一种高压差减压降噪迷宫盘片，其特征在于：所述迷宫流道由开设在所述盘片基体上的凹槽构成，或由设置在所述盘片基体上的若干个凸起之间形成的低谷构成。

3.根据权利要求1所述的一种高压差减压降噪迷宫盘片，其特征在于：所述入口流道和出口流道截面设置为矩形或是喇叭型，喇叭型的入口流道和出口流道输出端宽度均大于输入端宽度。

4.根据权利要求1所述的一种高压差减压降噪迷宫盘片，其特征在于：所述迂回直线部和迂回环形部的出入口连通，并交汇连接出流直线部，所述迂回直线部和迂回环形部流道宽度相同，且其宽度为入口流道宽度的0.5-1.25倍。

5.根据权利要求1所述的一种高压差减压降噪迷宫盘片，其特征在于：所述入口流道与迂回直线部之间的夹角为a，30°≤a≤150°。

6.根据权利要求1所述的一种高压差减压降噪迷宫盘片，其特征在于：所述迂回环形部流道总长度是入口流道宽度的3-9倍，所述出流直线部流道长度是入口流道宽度的1-8倍，所述出口流道宽度是入口流道宽度的1-2.5倍。

7.一种减压阀，包括阀体、阀盖、阀杆和阀芯，其特征在于：所述减压阀还包括如权利要求1-6任意一项所述的高压差减压降噪迷宫盘片；

所述高压差减压降噪迷宫盘片设置为内外两组，每组设置为多层，内外两组高压差减压降噪迷宫盘片分别形成内套筒和外套筒，内套筒和外套筒上分别形成多层减压流道，所述内套筒和外套筒同轴设置在阀腔中且两者之间留有间隙，所述减压流道用于连通减压阀入口和阀口；

所述间隙与阀口之间设置有射流结构，且射流结构出口与阀腔内形成流动涡旋的位置对应；

所述阀芯包括同轴设置的内芯体和外芯体，所述外芯体与外套筒外壁配合，所述内芯体与内套筒内壁、阀口和射流结构出口配合，所述阀杆带动阀芯上下移动，以同时启闭减压流道、阀口、射流结构。

8.根据权利要求7所述的一种减压阀，其特征在于：所述阀盖底端面设置为环形并穿过阀腔延伸至阀口上方，所述内套筒和外套筒顶端面与阀盖底端面配合，所述内套筒和外套筒底端与阀口外侧连接，位于阀腔内的阀盖外壁与阀体之间形成筒状腔体，所述外芯体滑动设置于所述筒状腔体内，且所述外芯体顶端通过连杆贯穿阀盖并与阀杆固定连接，所述内芯体顶端贯穿阀盖与阀杆固定连接。

9.根据权利要求7所述的一种减压阀，其特征在于：所述内套筒上的减压流道与外套筒上的减压流道相角为3.75°，自下至上分布的第1-4层减压流道的流量按第一曲线分布，第5-N层减压流道的流量按第二曲线分布；

所述第一曲线为二次曲线，y₁＝ax²+bx，其中，1≤x≤4，

所述第二曲线为一次曲线，y₂＝cx+5，其中5≤x≤N，

沿轴向方向自下至上分布的第X层减压流道的数量计算公式如下：

z_X＝Z*(y_X-y_X-1)/N

其中，z_X为第X层减压流道的数量，Z为总流道数量，y_X为第X层减压流道的流量，1≤X≤N，N为总层数。

10.根据权利要求7所述的一种减压阀，其特征在于：所述射流结构至少设置为三个，并均匀分布于阀腔的入口侧，相邻两个射流结构之间的夹角为30°；

每个所述射流结构均为包括一个射流进口和两个射流出口的三通通道，其中射流进口与两个套筒之间的间隙连通，其中一个射流出口位于阀腔远离出水口的一侧，另一个射流出口位于阀口下方。

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