CN118881781B - 一种含固多相流控制阀 - Google Patents

一种含固多相流控制阀

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Abstract

本发明属于阀门技术领域，具体涉及一种含固多相流控制阀。本发明包括阀体，阀体内布置用于容纳阀芯的阀腔，其特征在于：阀芯顶部设置直行程动力源，从而使得阀芯可在直行程动力源驱动下沿阀腔轴向作往复直线动作，阀腔底部构成介质出口；阀腔侧部贯通式的设置有进口腔道，进口腔道内布置阀座；还包括可沿阀座轴向向内施力的弹性件，阀座内端依靠弹性件抵紧于阀芯侧壁，并与阀芯侧壁间形成密封面式的滑移配合关系。本发明具备结构紧凑且不易沉积固相介质的优点，能在确保介质的输送效果的同时，有效确保阀杆填料密封的使用寿命，减缓对阀内件的冲刷磨蚀，最终有效延长阀门的服役年限。

Description

一种含固多相流控制阀
技术领域
本发明属于阀门技术领域，具体涉及一种含固多相流控制阀。
背景技术
煤化工、石油化工等诸多流程工艺中，涉及大量的含固多相流介质的流动控制，需要用到含固多相流控制阀。当前，比较典型的含固多相流控制阀包括粉煤流量控制阀和黑水角阀两种。其中，粉煤流量控制阀用于粉煤输送管线的气固多相流工况，其实际构造在中国专利公开号为“CN116642017A”的专利中有所表述，阀内件主要采用杯状阀芯侧边开口的形式，含固多相流介质流入杯状阀芯中，再从侧边开口流出至下游；该阀故障会导致装置的联锁停运，严重甚至会引起气化炉的过烧或闪爆。而黑水角阀的实际结构则在中国专利公开号为“CN211371294U”的专利中有所记载，阀内件主要采用锥头阀芯和文丘里阀座型式，通过阀芯的抛物线型/直线型形面与阀座之间形成节流面积变化，来实现对多相流介质的控制；黑水角阀主要用于液固多相流闪蒸工况，从而将来自气化炉或洗涤塔的含固黑水，减压调节后送入闪蒸罐内，以便于回收热量和灰水再循环利用。上述两类角式结构的阀体在使用时，往往存在以下问题：一方面，由于存在流道转角，再加上所输送介质又是含固介质，使用时存在含固介质易堵塞阀腔的问题。另一方面，在阀门处于关闭状态下，含固介质与阀杆填料密封均位于高压侧，阀杆填料密封时刻承受着高压，密封寿命低和频繁失效问题较为突出。最后，高压侧的含固介质，沿阀芯以及位于出口侧的阀座处高速通行，而受阀座的安装位置，使得出口侧阀座与阀芯之间又无法实现流体化设计，往往加剧了阀内件的冲刷磨蚀，降低了阀门的整体服役年限。因此，亟待解决。
发明内容
本发明的目的是克服上述现有技术的不足，提供一种含固多相流控制阀，其具备结构紧凑且不易沉积固相介质的优点，能在确保介质的输送效果的同时，有效确保阀杆填料密封的使用寿命，减缓对阀内件的冲刷磨蚀，最终有效延长阀门的服役年限。
为实现上述目的，本发明采用了以下技术方案：
一种含固多相流控制阀，包括阀体，阀体内布置用于容纳阀芯的阀腔，其特征在于：阀芯顶部设置直行程动力源，从而使得阀芯可在直行程动力源驱动下沿阀腔轴向作往复直线动作，阀腔底部构成介质出口；阀腔侧部贯通式的设置有进口腔道，进口腔道内布置阀座；还包括可沿阀座轴向向内施力的弹性件，阀座内端依靠弹性件抵紧于阀芯侧壁，并与阀芯侧壁间形成密封面式的滑移配合关系。
优选的，阀芯为套筒状，且阀芯侧壁开设流量窗口，阀座内端的筒腔外形与流量窗口外形吻合；阀芯的筒腔内布置用于圆滑过渡状的连通流量窗口与介质出口的导流块。
优选的，阀腔内同轴布置有外壁抵紧于阀腔壁上的导向套，导向套内壁径向凸设有导向筋，所述导向筋长度方向平行阀芯轴向，各导向筋环绕导向套轴线依序均布于导向套内壁；各导向筋围合形成的内环面构成可供阀座轴向滑动的滑行面，所述流量窗口开设于两相邻导向筋之间处；导向套上开设有可供阀座内端穿出的避让口。
优选的，阀腔内同轴布置有外壁抵紧于阀腔壁上的导向套，导向套内壁径向凸设有导向筋，所述导向筋长度方向相交于阀芯轴向，各导向筋环绕导向套轴线依序均布于导向套内壁并形成多螺旋结构；各导向筋围合形成的内环面构成可供阀座轴向滑动的滑行面，所述流量窗口开设于两相邻导向筋之间处；导向套上开设有可供阀座内端穿出的避让口。
优选的，阀体上贯通布置有冲洗口和/或吹扫口，冲洗口和/或吹扫口的出口通道位于导向筋上方腔道处，从而使得冲洗液和/或吹扫气体可经由相邻导向筋之间通道冲扫至介质出口处。
优选的，进口腔道内布置有沉孔，阀座外端与沉孔孔底间相抵触且两者间布置起到密封和弹性补偿效果的密封圈，密封圈构成所述弹性件。
优选的，所述阀座内腔呈由入口处圆形至出口处矩形的平滑过渡状构造。
优选的，沿介质流动方向，进口腔道内依序布置过渡衬套和阀座，且阀座与过渡衬套之间布置起到密封和弹性补偿效果的密封圈，密封圈构成所述弹性件；阀座内腔截面为矩形，过渡衬套内腔呈由入口处圆形至出口处矩形的平滑过渡状构造。
优选的，介质出口处同轴布置出口衬套以及夹设于出口衬套与阀腔壁之间的保护套；出口衬套顶部同轴凸设有限位环，保护套顶端部凹设有限位口，限位环与限位口间形成限制出口衬套轴向下行的限位结构；保护套底部通过出口法兰或出口短节限制产生轴向下行动作，出口法兰或出口短节法兰配合于阀体处。
优选的，所述直行程动力源为直行程液压执行器。
本发明的有益效果在于：
1)通过上述方案，本发明另辟蹊径的将阀座布置于介质进口侧，并沿介质流向使阀座内端与阀芯侧面形成密封配合，在弹性件+介质力的作用下，阀座与阀芯的密封配合面形成密封比压。此外，当本发明的阀门处于关闭状态时，能有效的将含固介质限定于阀门的进口侧，使得阀芯的阀杆所处的阀腔无需承受高压，阀杆填料密封也无需承受高压，有效确保了阀杆填料密封的使用寿命。而当阀门处于打开状态时，阀芯上的流量窗口逐步在阀座流道中露出，介质从阀座流道通过阀芯上的流量窗口流至下游，配合阀门的角式结构，可使得阀腔洁净无死角，不易沉积固相介质。同时，阀芯的由上而下行进配合阀体底部的介质出口，使得整个阀门形成了利于保护密封面的流闭结构，也能有效减缓阀内件的冲刷磨蚀，延长阀门的服役年限。同时，由于含固介质从阀芯流出时的流向与阀腔出口流道轴线平行，并且居于流道中央，也避免了节流后的含固介质对下游阀腔壁面的冲刷磨蚀，成效显著。
2)实际设计本发明时，优选阀芯为套筒式构造。此时，介质从阀座流经阀芯上的流量窗口至阀芯内部空腔中，而阀芯上的开设的流量窗口可设置为圆形、矩形、三角形、水滴形等不同形式，从而实现不同的流量调节特性。与现有技术中的含固多相流控制阀相比，同等节流面积条件下，本发明的控制阀开度更大，含固介质的通过性更好，更有利于避免含固介质的卡阻和堵塞。
3)阀芯内部设置的导流块，有利于引导流体流入阀芯内部空腔后，通过导流块上的导流面顺畅地流至下游，避免含固介质节流后产生紊乱流动，减缓其对阀内件乃至阀腔的冲刷磨蚀。
4)在阀芯外侧设置带有导向筋的导向套，有利于阀芯往复运动过程中的稳定导向；阀芯在阀座密封配合条件下承受一定的侧向力，而带有导向筋的导向套可以提供支撑。导向筋与阀芯接触面积小，从而使得阀芯运动过程中的摩擦阻力也较小，利于阀芯的有效运动。
5)导向筋可以为平行线状，也可以设计为沿阀芯往复运动方向呈现螺旋形分布；螺旋分布的导向筋更加有利于对阀芯在承受密封力时提供支反力，在不提高接触面积的条件下，也能使导向筋对阀芯的导向包裹性更好。
6)阀体处冲洗口和/或吹扫口的设置，可以有利于对阀腔内部进行冲洗和吹扫。由于阀芯与导向套之间通过导向筋来实现导向，冲洗及吹扫介质从阀体处通过阀芯与导向套之间的间隙，将阀腔中的含固介质冲洗和吹扫至下游。当导向筋为螺旋形分布时，可有利于冲洗及吹扫介质形成旋流，从而更好地搅动阀腔中的固相，使得含固多相流介质顺利从阀门排放至下游，最大化地避免造成淤积堵塞等问题。同时，吹扫或冲洗介质沿着阀腔贴壁流动，还可以避免或减缓固相介质对阀腔壁面的冲刷磨蚀。
7)进一步的，当阀芯上的开口也即流道窗口为矩形时，整个进口路径的截面优选从圆形放样过渡至矩形，并与阀芯上的矩形的流量窗口相适配。如此设置，含固多相流介质可以顺畅地从圆形流道过渡流动至矩形流道，并最终进入流量窗口内，整个流道平滑过渡无死角无障碍，进而使得固相介质更不易在节流面处造成的卡阻和堵塞。相应的，如单独使用阀座时，阀座内腔需设计为上述放样结构，而如搭配过渡衬套时，过渡衬套的套腔可设计为上述放样结构。流道截面形状变化设置在阀座或过渡衬套内，可以降低阀体等零部件的制造工艺难度，并且由于阀座或过渡衬套便于更换以及后期维修，更具优势。
8)本发明的介质出口处，可根据不同工艺需求，设置不同型式的出口衬套，从而适应不同的现场应用工况，此处就不再赘述。
附图说明
图1、图3和图4为本发明的三种实施例的结构剖视图；
图2为图1的I部分局部放大图。
本发明各标号与部件名称的实际对应关系如下：
10-阀体；11-冲洗口；20-阀芯；21-流量窗口；
30-直行程动力源；40-阀座；50-弹性件；60-导流块；
70-导向套；71-导向筋；72-避让口；80-过渡衬套；
91-出口衬套；91a-限位环；92-保护套；93-出口法兰；94-出口短节。
具体实施方式
为便于理解，此处结合图1-图4，对本发明的具体结构及工作方式分以下三组实施例，分别做以下进一步描述：
实施例1：
该实施例中，本发明的实际结构参照图1和图4所示，大方向上仍然是传统角式阀结构；介质流向为侧进底出式，也即阀体10内布置阀腔，阀腔底部形成底出的介质出口，阀腔侧部则通过侧进的进口腔道连通。其中：
装配时，进口腔道内沿介质流向依序布置过渡衬套80和阀座40，两者之间通过构成弹性件50的密封圈密封两者端面，并提供阀座40一个轴向向内侧的弹性力。阀座40的内壁沿轴向依靠弹性件50的弹性力抵紧在阀芯20外壁处。阀芯20依靠直行程动力源30滑动配合在导向套70的导向筋71上，而导向套70则通过胀紧等方式固定在阀腔壁处。使用时，直行程动力源30优选采用直行程执行器。
实际设计时，阀芯20为套筒式构造，与阀座40内端或者说是对应阀座40密封配合侧设置有流量窗口21，流量窗口21形状可为矩形、圆形、三角形、水滴形等各种异型开口；流量窗口21的形状变化，会直接影响阀座40的内端处的孔型变化，两者需保持一致性。进一步设计时，以图1所示结构为例，此时流量窗口21默认为矩形，过渡衬套80的内腔外形则呈现由左端圆形至右端矩形的平滑变化或者说是放样式变化，阀芯20内腔则始终呈现矩形结构，直至与矩形的流量窗口21相吻合。
此外，参照图1和图4所示的，阀芯20的筒腔内还可设置导流块60，导流块60的导流面可将阀芯20处的流道圆弧过渡。同时，阀芯20外壁处的导向套70处导向筋71的布置也有所讲究，或呈现轴向延伸的多道平行状的导向筋71，或呈现相交于阀芯20轴线的单道或多道螺旋结构。此处以呈现轴向延伸的多道平行状的导向筋71为例，优选当绕导向套70轴线均匀分布的导向筋71数量为三根时，导向套70侧边的可供阀座40内端穿过的避让口72应当分布于两根导向筋71之间；第三根导向筋71分布于阀芯20上的相对流量窗口的另一侧处，并位于阀座40密封压紧力的同方向上；当阀芯20承受来自阀座40密封力时，则主要有该第三根导向筋71提供支反力。
图4中的导向筋71的设计，一方面用于提供阀芯20动作的滑行导向，并利于降低滑动的摩擦力；另一方面，也能起到上述的支反力的效果，该支反力可以是通过一根导向筋71实现，也可以通过多根导向筋71联合实现。同时，导向筋71还可以配合阀体10上设置的冲洗口11和/或吹扫口，从而使得冲洗液和/或吹扫气体可经由相邻导向筋71之间通道冲扫至介质出口处，以达到最大化清洁阀腔内含固介质的效果。
进一步的，参照图1所示，介质出口处还设置有出口衬套91，出口衬套91可为直筒型或外扩型或收缩型等，只需能配合保护套92共同装配于阀腔下部即可，此处就不再赘述。
实施例2：
该实施例的实际构造与实施例1基本相同，需注意过渡衬套80相对于进口腔道的入口的安装位置及装配方式；实施例2的过渡衬套80由于搭配了进口短节使用，因此可以将过渡衬套80设计为依靠进口短节进行止口式抵紧的结构。
实施例3：
该实施例相较于实施例2而言，主要区别在于将出口处的出口法兰93更换为出口短节94，其余各部分结构也均能实现预期效果，就不再赘述。
当然，对于本领域技术人员而言，本发明不限于上述示范性实施例的细节，而还包括在不背离本发明的精神或基本特征的情况下，能够以其他的具体形式实现的相同或类似方式。因此，无论从哪一点来看，均应将实施例看作是示范性的，而且是非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是上述说明限定。
此外，应当理解，虽然本说明书按照实施方式加以描述，但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案，说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见，本领域技术人员应当将说明书作为一个整体，各实施例中的技术方案也可以经适当组合，形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。
本发明未详细描述的技术部分均为公知技术。

Claims (9)

1.一种含固多相流控制阀，包括阀体(10)，阀体(10)内布置用于容纳阀芯(20)的阀腔，其特征在于：阀芯(20)顶部设置直行程动力源(30)，从而使得阀芯(20)可在直行程动力源(30)驱动下沿阀腔轴向作往复直线动作，阀腔底部构成介质出口；阀腔侧部贯通式的设置有进口腔道，进口腔道内布置阀座(40)；还包括可沿阀座(40)轴向向内施力的弹性件(50)，阀座(40)内端依靠弹性件(50)抵紧于阀芯(20)侧壁，并与阀芯(20)侧壁间形成密封面式的滑移配合关系；
阀芯(20)为套筒状，且阀芯(20)侧壁开设流量窗口(21)，阀座(40)内端的筒腔外形与流量窗口(21)外形吻合；阀芯(20)的筒腔内布置用于圆滑过渡状的连通流量窗口(21)与介质出口的导流块(60)。
2.根据权利要求1所述的一种含固多相流控制阀，其特征在于：阀腔内同轴布置有外壁抵紧于阀腔壁上的导向套(70)，导向套(70)内壁径向凸设有导向筋(71)，所述导向筋(71)长度方向平行阀芯(20)轴向，各导向筋(71)环绕导向套(70)轴线依序均布于导向套(70)内壁；各导向筋(71)围合形成的内环面构成可供阀座(40)轴向滑动的滑行面，所述流量窗口(21)开设于两相邻导向筋(71)之间处；导向套(70)上开设有可供阀座(40)内端穿出的避让口(72)。
3.根据权利要求1所述的一种含固多相流控制阀，其特征在于：阀腔内同轴布置有外壁抵紧于阀腔壁上的导向套(70)，导向套(70)内壁径向凸设有导向筋(71)，所述导向筋(71)长度方向相交于阀芯(20)轴向，各导向筋(71)环绕导向套(70)轴线依序均布于导向套(70)内壁并形成多螺旋结构；各导向筋(71)围合形成的内环面构成可供阀座(40)轴向滑动的滑行面，所述流量窗口(21)开设于两相邻导向筋(71)之间处；导向套(70)上开设有可供阀座(40)内端穿出的避让口(72)。
4.根据权利要求2或3所述的一种含固多相流控制阀，其特征在于：阀体(10)上贯通布置有冲洗口(11)和/或吹扫口，冲洗口(11)和/或吹扫口的出口通道位于导向筋(71)上方腔道处，从而使得冲洗液和/或吹扫气体可经由相邻导向筋(71)之间通道冲扫至介质出口处。
5.根据权利要求1或2或3所述的一种含固多相流控制阀，其特征在于：进口腔道内布置有沉孔，阀座(40)外端与沉孔孔底间相抵触且两者间布置起到密封和弹性补偿效果的密封圈，密封圈构成所述弹性件(50)。
6.根据权利要求5所述的一种含固多相流控制阀，其特征在于：所述阀座(40)内腔呈由入口处圆形至出口处矩形的平滑过渡状构造。
7.根据权利要求1或2或3所述的一种含固多相流控制阀，其特征在于：沿介质流动方向，进口腔道内依序布置过渡衬套(80)和阀座(40)，且阀座(40)与过渡衬套(80)之间布置起到密封和弹性补偿效果的密封圈，密封圈构成所述弹性件(50)；阀座(40)内腔截面为矩形，过渡衬套(80)内腔呈由入口处圆形至出口处矩形的平滑过渡状构造。
8.根据权利要求1或2或3所述的一种含固多相流控制阀，其特征在于：介质出口处同轴布置出口衬套(91)以及夹设于出口衬套(91)与阀腔壁之间的保护套(92)；出口衬套(91)顶部同轴凸设有限位环(91a)，保护套(92)顶端部凹设有限位口，限位环(91a)与限位口间形成限制出口衬套(91)轴向下行的限位结构；保护套(92)底部通过出口法兰(93)或出口短节(94)限制产生轴向下行动作，出口法兰(93)或出口短节(94)法兰配合于阀体(10)处。
9.根据权利要求1或2或3所述的一种含固多相流控制阀，其特征在于：所述直行程动力源(30)为直行程执行器。
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