CN117267398A - 节流阀及节流控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种节流阀及节流控制方法，该节流阀包括：阀门管件，其安装在介质管道上且所述阀门管件的内径大于介质管道的内径，该阀门管件底部设有对称分布的第一扇形通孔；阀片，其与阀门管件底部的形状、尺寸相适配，该阀片设有对称分布的第二扇形通孔；该阀片在圆周一定范围内相对于阀门管件旋转，并在旋转过程中获得需要的第一扇形通孔和第二扇形通孔的导通面积；气囊组件，其用于选择性地驱动阀片进行顺时针和逆时针旋转。本发明通过阀门管件和阀片的结构以及气囊的作用，可实现节流阀的介质直通，依靠节流阀内介质压力维持节流和闭合状态，不会因为气动装置的故障而影响其当下工作状态。

Description

节流阀及节流控制方法

技术领域

本发明涉及管道运输控制领域，特别涉及一种节流阀及节流控制方法。

背景技术

随着现代工业的不断发展，节流阀应用于石油化工、电力工程、冶金工业、城市建设、化工厂等行业，因管道控制的多样性和工艺条件的复杂性，对于控制阀的需求量不断提高。在流体管道中，节流阀是节流调速、负载阻力、压力缓冲和切断管道介质的重要开关。传统的节流阀通过手动或电动操控阀件(旋转手轮)控制阀杆阀芯组合成节流阀的启闭件，通过它改变管道截面积的大小，从而达到调节管道流量和压力的作用，但也会导致出现下列问题：1、电动控制的节流阀，往往需要一台电动装置控制一个节流阀，所占空间大且造价昂贵；2、电动装置通常竖直摆放，导致电动机的主轴承受压力过大，工作时若出现机械不平衡易造成损坏情况；3、若某电动机发生故障，其控制的节流阀也不会工作，导致系统整体可靠性不高；4、传统节流阀密封面长期与管道内流动介质接触，易腐蚀磨损，密封性变差，易导致关闭后介质泄漏情况。

现有技术中除了手动和电控的节流阀，还有通过气动控制的节流阀，例如，中国专利申请CN108692039A公开了一种气动节流阀，包括阀体、阀套、调节杆和阀芯，阀套套设于阀体的外壁，阀体上设有进气口，阀套上设有排气口，阀套内设有连通进气口和排气口的连接通道，阀体内设有位于进气口处的阀芯，阀芯的中心开设有进气孔，调节杆底部呈锥形，且调节杆底部穿过阀套伸入进气孔内，阀套外套设有调节帽，调节帽伸入阀套内与调节杆顶部连接，调节帽内壁设有限位齿，阀套外周设有与限位齿配合的限位槽。该类方案仍然沿用了调节杆和阀芯的结构设计，结构较为复杂，故障和隐患仍然存在。

因此，亟需一种节流阀及节流控制方法，避免电控节流阀的高昂造价，又可实现直通式、依靠节流阀内介质压力维持节流、闭合状态，不会因为气动装置的故障而影响其当下工作状态。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的在于提供一种节流阀及节流控制方法，通过阀门管件和阀片的结构以及气囊的作用，可实现节流阀的介质直通，依靠节流阀内介质压力维持节流和闭合状态，不会因为气动装置的故障而影响其当下工作状态。

为实现上述目的，根据本发明的第一方面，本发明提供了一种节流阀，包括：阀门管件，其安装在介质管道上且所述阀门管件的内径大于介质管道的内径，该阀门管件底部设有对称分布的第一扇形通孔；阀片，其与阀门管件底部的形状、尺寸相适配，该阀片设有对称分布的第二扇形通孔；该阀片在圆周一定范围内相对于阀门管件旋转，并在旋转过程中获得需要的第一扇形通孔和第二扇形通孔的导通面积；气囊组件，其用于选择性地驱动阀片进行顺时针和逆时针旋转。

进一步，上述技术方案中，对称分布的两个第一扇形通孔的面积之和等于介质管道的横截面积；对称分布的两个第二扇形通孔的面积之和也等于介质管道的横截面积。

进一步，上述技术方案中，阀门管件底部可对称设有第一扇形凹槽和第二扇形凹槽，阀门管件底部中心可设有圆柱形凹陷，该第一扇形凹槽、第二扇形凹槽以及圆柱形凹陷的底面为同一平面。

进一步，上述技术方案中，阀片的中心可设有圆柱体，该圆柱体与圆柱形凹陷间隙配合；该圆柱体沿壁面向外延伸形成第一条形挡板和第二条形挡板。

进一步，上述技术方案中，圆柱体安装在圆柱形凹陷处后，第一条形挡板插设在第一扇形凹槽中并可在第一扇形凹槽的两个侧壁之间绕圆柱体中心转动；同时，第二条形挡板插设在第二扇形凹槽中并可在第二扇形凹槽的两个侧壁之间绕圆柱体中心转动。

进一步，上述技术方案中，第一条形挡板可将第一扇形凹槽分隔为第一空间和第二空间；第二条形挡板可将第二扇形凹槽分隔为第三空间和第四空间。

进一步，上述技术方案中，气囊组件可包括第一气囊、第二气囊、第三气囊以及第四气囊；其中，第一气囊设置在第一空间中，第二气囊设置在第二空间中，第三气囊设置在第三空间中，第四气囊设置在第四空间中；斜向对侧设置的第一气囊和第三气囊同时充气时，阀片可沿顺时针方向旋转，斜向对侧设置的第二气囊和第四气囊同时充气时，阀片可沿逆时针方向旋转。

进一步，上述技术方案中，第一气囊、第二气囊、第三气囊以及第四气囊可分别与外部充气装置连接，用于对每个气囊进行选择性充气和泄气；该外部充气装置可通过控制单元进行控制。

进一步，上述技术方案中，阀片外侧、阀门管件的内壁上可设有环形格挡，用于对阀片进行限位。

进一步，上述技术方案中，阀门管件底部外沿可设有第一锯齿部，相应地，阀片的内沿设有第二锯齿部；阀片相对于阀门管件底部旋转时，第一锯齿部与第二锯齿部的咬合位置可转换至下一咬合位置。

根据本发明的第二方面，本发明提供了一种节流控制方法，包括如下步骤：A、将阀片中心的圆柱体插设在阀门管件底部的圆柱形凹陷内，且将第一条形挡板和第二条形挡板分别置于第一扇形凹槽和第二扇形凹槽内；B、将组装后的阀片和阀门管件底部作为一个整体设置在环形格挡的内侧；C、对位于第一扇形凹槽第一空间内的第一气囊和位于第二扇形凹槽第三空间内的第三气囊进行充气，驱动第一条形挡板和第二条形挡板沿顺时针方向旋转；或，对位于第一扇形凹槽第二空间内的第二气囊和位于所述第二扇形凹槽第四空间内的第四气囊进行充气，驱动第一条形挡板和第二条形挡板沿逆时针方向旋转；D、通过阀片的旋转获得需要的第一扇形通孔和第二扇形通孔的导通面积。

进一步，上述技术方案中，导通面积可以为0至介质管道的横截面积值。

与现有技术相比，本发明具有如下有益效果：

1)本发明通过阀门管件底部和阀片的结构设计，最大限度内地节省了节流阀的占用空间；节流阀设计为直通式，能耗消耗较小；通过气囊组件和条形挡板的配合，可有效驱动阀片的旋转，既可实现顺时针旋转，又可实现逆时针旋转；

2)本发明的阀门管件底部和阀片上的锯齿部设计，可以使阀门开度几乎实现了“无极”调节，调节精度较高；

3)本发明可利用节流阀内介质压力维持节流、闭合状态，不会因为气动装置的故障而影响其当下工作状态；

4)本发明的节流阀无密封面，其可靠性不会因密封面老化而降低；

5)本发明采用气动驱动节流阀进行开、关以及开度调节，无机械、方向及位置等要求，气动装置可同时控制多个节流阀，减少所占空间增加、降低控制成本；应用本发明的气动节流阀，可通过两台及以上气动装置并联控制节流阀，提高管路系统的可靠性。

上述说明仅为本发明技术方案的概述，为了能够更清楚地了解本发明的技术手段并可依据说明书的内容予以实施，同时为了使本发明的上述和其他目的、技术特征以及优点更加易懂，以下列举一个或多个优选实施例，并配合附图详细说明如下。

附图说明

图1是本发明实施例1节流阀阀门管件底部的结构示意图。

图2是本发明实施例1节流阀阀片的结构示意图。

图3是本发明实施例1节流阀阀门管件底部的俯视示意图(同时虚线示出阀片、气囊组件安装后的相对位置关系)。

图4是本发明实施例1节流阀安装在介质管道上的剖视示意图(示出阀片与阀门管件的相对位置关系)。

图5是本发明实施例1节流阀的充气流程示意图。

主要附图标记说明：

1-阀门管件底部，10-圆柱形凹陷，11-第一扇形通孔，12-第一扇形凹槽，100-阀门管件内壁，101-环形格挡，121-第一空间，122-第二空间，13-第二扇形凹槽，131-第三空间，132-第四空间，14-第一锯齿部，2-阀片，20-圆柱体，21-第二扇形通孔，22-第一条形挡板，23-第二条形挡板，24-第二锯齿部，3-气囊组件，31-第一气囊，32-第二气囊，33-第三气囊，34-第四气囊，4-介质管道，5-外部充气装置，6-控制单元。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明的具体实施方式进行详细描述，但应当理解本发明的保护范围并不受具体实施方式的限制。

除非另有其他明确表示，否则在整个说明书和权利要求书中，术语“包括”或其变换如“包含”或“包括有”等等将被理解为包括所陈述的元件或组成部分，而并未排除其他元件或其他组成部分。

在本文中，为了描述的方便，可以使用空间相对术语，诸如“下面”、“下方”、“下”、“上面”、“上方”、“上”等，来描述一个元件或特征与另一元件或特征在附图中的关系。应理解的是，空间相对术语旨在包含除了在图中所绘的方向之外物件在使用或操作中的不同方向。例如，如果在图中的物件被翻转，则被描述为在其他元件或特征“下方”或“下”的元件将取向在所述元件或特征的“上方”。因此，示范性术语“下方”可以包含下方和上方两个方向。物件也可以有其他取向(旋转90度或其他取向)且应对本文使用的空间相对术语作出相应的解释。

在本文中，术语“第一”、“第二”等是用以区别两个不同的元件或部位，并不是用以限定特定的位置或相对关系。换言之，在一些实施例中，术语“第一”、“第二”等也可以彼此互换。

实施例1

如图1至4所示，本实施例提供了一种节流阀，该节流阀包括阀门管件、阀片2以及气囊组件3。其中，阀门管件安装在介质管道4上(参考图4)且阀门管件的内径大于介质管道4的内径。进一步参考图1，阀门管件底部1被平均分隔成四部分，即设有两个对称分布的第一扇形通孔11，另外设有两个对称分布的扇形凹槽(即第一扇形凹槽12和第二扇形凹槽13)，通孔和凹槽间隔分布。四部分的中心位置(也即阀门管件底部1的轴心位置)具有一个圆柱形凹陷10。进一步如图2所示，阀片2与阀门管件底部1的形状、尺寸相适配，阀片2设有对称分布的第二扇形通孔21，阀片2在圆周一定范围内可相对于阀门管件底部1旋转，并在旋转过程中可以获得需要的第一扇形通孔11和第二扇形通孔21的导通面积，即通过阀片2的旋转可以实现节流阀的完全导通、可选择地部分导通以及完全关闭。气囊组件3可用于选择性地驱动阀片2进行顺时针和逆时针旋转。

进一步地，阀门管件底部1上对称分布的两个第一扇形通孔11的面积之和等于介质管道4的横截面积；阀片2上对称分布的两个第二扇形通孔21的面积之和也等于介质管道4的横截面积。这样阀片2在旋转到某一位置，使得第一扇形通孔11和第二扇形通孔21完全重合时，导通的面积和介质管道4的横截面积相等，此时可保证在本发明的节流阀处的最大流通量与介质管道中的流通量相同。

进一步如图1至3，所示，阀门管件底部1的第一扇形凹槽12、第二扇形凹槽13以及圆柱形凹陷10的底面为同一平面。阀片2的中心设有圆柱体20，阀片2上的圆柱体20与阀门管件底部1的圆柱形凹陷10间隙配合；圆柱体20沿壁面向外延伸形成第一条形挡板22和第二条形挡板23。圆柱体20安装在圆柱形凹陷10处后，第一条形挡板22插设在第一扇形凹槽12中并可在第一扇形凹槽12的两个侧壁之间绕圆柱体20中心转动；同时，第二条形挡板23插设在第二扇形凹槽13中并可在第二扇形凹槽13的两个侧壁之间绕圆柱体20中心转动。进一步如图1、2所示，阀门管件底部1外沿(即图1中的上沿或图4中左边沿)设有第一锯齿部14，相应地，阀片2的内沿(即图2中的上沿或图4中的右侧边沿)设有第二锯齿部24，阀片2相对于阀门管件底部1旋转时，第一锯齿部14与第二锯齿部24的咬合位置转换至下一咬合位置。阀片2沿圆柱体中心转动从某一位置到下一位置，第一锯齿部14与第二锯齿部24仍处于咬合状态，阀片2上的条形挡板靠近阀门管件底部1扇形凹槽一侧扇边时两通路闭合(即第一扇形通孔11和第二扇形通孔21完全错开)，靠近另一侧扇边时两通路全通(即第一扇形通孔11和第二扇形通孔21完全重合、导通)，从而起到介质管道4中流动介质的输送、节流和截止作用。

进一步如图3所示，第一条形挡板22将第一扇形凹槽12分隔为第一空间121和第二空间122；第二条形挡板23将第二扇形凹槽13分隔为第三空间131和第四空间132。气囊组件3包括第一气囊31、第二气囊32、第三气囊33以及第四气囊34。其中，第一气囊31设置在第一空间121中，第二气囊32设置在第二空间122中，第三气囊33设置在第三空间131中，第四气囊34设置在第四空间132中。斜向对侧设置的第一气囊31和第三气囊33同时充气时(此时第二气囊32和第四气囊34处于泄气状态)，阀片2可沿顺时针方向旋转。斜向对侧设置的第二气囊32和第四气囊34同时充气时(此时第一气囊31和第三气囊33处于泄气状态)，阀片2可沿逆时针方向旋转。根据充气量和泄气量的调整，可以根据需要控制阀片2的旋转角度，进而控制第一扇形通孔11和第二扇形通孔21的导通面积，自由调节本发明节流阀的开度。进一步如图5所示，第一气囊31、第二气囊32、第三气囊33以及第四气囊34分别与外部充气装置5连接，用于对每个气囊进行选择性充气和泄气；外部充气装置5进一步通过控制单元6进行控制。优选而非限制性地，第一气囊31和第三气囊33可以共同充气和泄气，与此同时，第二气囊32和第四气囊34可以共同泄气或充气。当需要阀片2转动从而调节节流阀开度时，控制单元6控制外部充气装置5给阀片2的条形挡板斜向对侧设置的两个内部气囊充气，当阀片2旋转到需要的位置时外部充气装置5停止充气。

进一步如图4所示，阀片2的外侧(即图4中的阀片左侧)、阀门管件的内壁100上设有环形格挡101，用于对所阀片2进行限位。当本发明的节流阀由一开度转变为另一开度时，通过控制单元6控制外部充气装置5通过外部输气铁管给相对应的两个内部气囊充气，内部气囊膨胀将阀片2顶起一小段距离(即阀片2与环形格挡101的距离)同时阀片2沿其轴线旋转，当阀片2旋转到所需开度时外部充气装置5停止给两个内部气囊充气并泄气，阀片2受阀门管件内液体压强作用与阀门管件底部1贴合，即保持阀门管件底部1上的第一锯齿部14和阀片2上的第二锯齿部24相重合。

本实施例通过阀门管件底部和阀片的结构设计，最大限度内地节省了节流阀的占用空间；节流阀设计为直通式，能耗消耗较小；通过气囊组件和条形挡板的配合，可有效驱动阀片的旋转，既可实现顺时针旋转，又可实现逆时针旋转；阀门管件底部和阀片上的锯齿部设计，可以使阀门开度几乎实现了“无极”调节，调节精度较高；本实施例可利用节流阀内介质压力维持节流、闭合状态，不会因为气动装置的故障而影响其当下工作状态；本实施例的节流阀无密封面，其可靠性不会因密封面老化而降低；采用气动驱动节流阀进行开、关以及开度调节，无机械、方向及位置等要求，气动装置可同时控制多个节流阀，减少所占空间增加、降低控制成本；应用本实施例的气动节流阀，可通过两台及以上气动装置并联控制节流阀，提高管路系统的可靠性。

实施例2

本实施例提供了一种节流控制方法，采用实施例1的节流阀，包括如下步骤：

步骤S101，将阀片2中心的圆柱体20插设在阀门管件底部1的圆柱形凹陷10内，且将第一条形挡板22和第二条形挡板23分别置于第一扇形凹槽12和第二扇形凹槽13内。

步骤S102，将组装后的阀片2和阀门管件底部1作为一个整体安装在环形格挡101的内侧。

步骤S103，对位于第一扇形凹槽12第一空间121内的第一气囊31和位于第二扇形凹槽13第三空间131内的第三气囊33进行充气，驱动第一条形挡板22和第二条形挡板23沿顺时针方向旋转；或，对位于第一扇形凹槽12第二空间122内的第二气囊32和位于第二扇形凹槽13第四空间132内的第四气囊34进行充气，驱动第一条形挡板22和第二条形挡板23沿逆时针方向旋转。

步骤S104，通过步骤S103中阀片2的旋转可以获得需要的第一扇形通孔11和第二扇形通孔21的导通面积。使得本发明的节流阀起到介质管道4中流动介质的正常输送、节流和截止作用。优选而非限制性地，导通面积可以为0至介质管道的横截面积值，从而按需进行阀门开度的调节。

本实施例通过使用实施例1的装置且采用上述步骤，可以达到与实施例1相同的技术效果。

前述对本发明的具体示例性实施方案的描述是为了说明和例证的目的。这些描述并非想将本发明限定为所公开的精确形式，并且很显然，根据上述教导，可以进行很多改变和变化。对示例性实施例进行选择和描述的目的在于解释本发明的特定原理及其实际应用，从而使得本领域的技术人员能够实现并利用本发明的各种不同的示例性实施方案以及各种不同的选择和改变。针对上述示例性实施方案所做的任何简单修改、等同变化与修饰，都应落入本发明的保护范围。

Claims (12)

1.一种节流阀，其特征在于，包括：

阀门管件，其安装在介质管道上且所述阀门管件的内径大于介质管道的内径，该阀门管件底部设有对称分布的第一扇形通孔；

阀片，其与所述阀门管件底部的形状、尺寸相适配，该阀片设有对称分布的第二扇形通孔；该阀片在圆周一定范围内相对于所述阀门管件旋转，并在旋转过程中获得需要的所述第一扇形通孔和第二扇形通孔的导通面积；

气囊组件，其用于选择性地驱动所述阀片进行顺时针和逆时针旋转。

2.根据权利要求1所述的节流阀，其特征在于，对称分布的两个所述第一扇形通孔的面积之和等于所述介质管道的横截面积；对称分布的两个所述第二扇形通孔的面积之和也等于所述介质管道的横截面积。

3.根据权利要求1所述的节流阀，其特征在于，所述阀门管件底部对称设有第一扇形凹槽和第二扇形凹槽，阀门管件底部中心设有圆柱形凹陷，该第一扇形凹槽、第二扇形凹槽以及圆柱形凹陷的底面为同一平面。

4.根据权利要求3所述的节流阀，其特征在于，所述阀片的中心设有圆柱体，该圆柱体与所述圆柱形凹陷间隙配合；该圆柱体沿壁面向外延伸形成第一条形挡板和第二条形挡板。

5.根据权利要求4所述的节流阀，其特征在于，所述圆柱体安装在所述圆柱形凹陷处后，所述第一条形挡板插设在所述第一扇形凹槽中并可在第一扇形凹槽的两个侧壁之间绕圆柱体中心转动；同时，所述第二条形挡板插设在所述第二扇形凹槽中并可在第二扇形凹槽的两个侧壁之间绕圆柱体中心转动。

6.根据权利要求5所述的节流阀，其特征在于，所述第一条形挡板将第一扇形凹槽分隔为第一空间和第二空间；所述第二条形挡板将第二扇形凹槽分隔为第三空间和第四空间。

7.根据权利要求6所述的节流阀，其特征在于，所述气囊组件包括第一气囊、第二气囊、第三气囊以及第四气囊；其中，所述第一气囊设置在所述第一空间中，第二气囊设置在所述第二空间中，第三气囊设置在所述第三空间中，第四气囊设置在所述第四空间中；斜向对侧设置的第一气囊和第三气囊同时充气时，所述阀片沿顺时针方向旋转，斜向对侧设置的第二气囊和第四气囊同时充气时，所述阀片沿逆时针方向旋转。

8.根据权利要求7所述的节流阀，其特征在于，所述第一气囊、第二气囊、第三气囊以及第四气囊分别与外部充气装置连接，用于对每个气囊进行选择性充气和泄气；该外部充气装置通过控制单元进行控制。

9.根据权利要求1所述的节流阀，其特征在于，所述阀片外侧、阀门管件的内壁上设有环形格挡，用于对所述阀片进行限位。

10.根据权利要求9所述的节流阀，其特征在于，所述阀门管件底部外沿设有第一锯齿部，相应地，所述阀片的内沿设有第二锯齿部；所述阀片相对于阀门管件底部旋转时，所述第一锯齿部与第二锯齿部的咬合位置转换至下一咬合位置。

11.一种节流控制方法，其特征在于，包括如下步骤：

A、将阀片中心的圆柱体插设在阀门管件底部的圆柱形凹陷内，且将第一条形挡板和第二条形挡板分别置于第一扇形凹槽和第二扇形凹槽内；

B、将组装后的所述阀片和阀门管件底部作为一个整体设置在环形格挡的内侧；

C、对位于所述第一扇形凹槽第一空间内的第一气囊和位于所述第二扇形凹槽第三空间内的第三气囊进行充气，驱动所述第一条形挡板和第二条形挡板沿顺时针方向旋转；或，对位于所述第一扇形凹槽第二空间内的第二气囊和位于所述第二扇形凹槽第四空间内的第四气囊进行充气，驱动所述第一条形挡板和第二条形挡板沿逆时针方向旋转；

D、通过所述阀片的旋转获得需要的第一扇形通孔和第二扇形通孔的导通面积。

12.根据权利要求11所述的节流控制方法，其特征在于，所述导通面积为0至介质管道的横截面积值。