CN114623272A - 三段式大可调比控制调节阀 - Google Patents

三段式大可调比控制调节阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种三段式大可调比控制调节阀，具有阀体、阀盖以及阀座，阀体一侧具有进液腔、另一侧具有出液腔，所述的阀座周壁开设有与进液腔连通的调节窗口，阀座内设有阀芯，阀芯包括大阀芯和连接在大阀芯底部的小阀芯；所述大阀芯周壁上间隔开设有流量窗口，大阀芯上端具有伸出阀盖外的阀杆；小阀芯包括连接盘和芯柱，连接盘与大阀芯底部连接，连接盘上开设有扇形窗口，芯柱与阀座底部的进液孔滑动配合。本发明在小流量工况条件下，通过大阀芯带动小阀芯来实现小流量的精确调节，在大流量工况条件下，通过大阀芯移动调节阀座上调节窗口的面积大小，实现大流量的精确控制，从而满足了不同工况下实现对流量的高精度控制。

Description

三段式大可调比控制调节阀
技术领域
本发明涉及控制阀技术领域，尤其是一种三段式大可调比控制调节阀。
背景技术
在石油化工控制领域，一些机组在启停、正常运行发生事故等不同的运行工况条件下，要求其流量控制阀，能够满足不同压力条件下，不同流量的精确控制要求。例如在正常运行工况下，要求此控制阀有较大的流通能力，在起动工况下又要求此控制阀，能够满足小流量的精确控制，这些机组在使用过程中所要求的最大流量和最小流量的比值达到了200以上，现有的控制阀其最大可控流量和最小可控流量的比值最高只能达到100，所以现有的控制阀无法满足这些设备在不同工况下精确控制的要求，传统的做法是采用两台或者三台以上控制阀并联安装分程控制，一台为大口径调节阀，满足大流量工况下的控制要求，另一台为小口径控制阀，满足小流量工况下的控制要求，这种采用分程控制导致设备的成本高，流量控制的连续性较差等缺点。
发明内容
本发明要解决的技术问题是：为了克服现有技术中之不足，本发明提供一种三段式大可调比控制调节阀，以满足不同工况下实现对流量的高精度控制。
本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：一种三段式大可调比控制调节阀，具有阀体、固定在阀体端面的阀盖以及固定在阀体内的阀座，阀体一侧具有进液腔、另一侧具有出液腔，所述的阀座周壁开设有与进液腔连通的调节窗口，阀座内设有阀芯，所述阀芯包括大阀芯和连接在大阀芯底部的小阀芯。
所述大阀芯周壁上间隔开设有可流出压力介质至出液腔的流量窗口，大阀芯外周与阀座内壁滑动配合，大阀芯上端具有伸出阀盖外的阀杆。
所述小阀芯包括连接盘和芯柱，连接盘与大阀芯底部连接，连接盘上开设有扇形窗口，芯柱与阀座底部的进液孔滑动配合。
所述阀杆0～30％的行程区间内，通过改变所述进液孔与芯柱之间的间隙大小而实现此区间内对进液腔进入的压力介质流量的调节；
所述阀杆30％～50％行程区间内，通过大阀芯在运动过程中遮挡并改变调节窗口下端部分面积的大小而实现此区间内对进液腔进入的压力介质流量的调节；
所述阀杆50％～100％行程区间内，通过大阀芯在运动过程中遮挡并改变调节窗口整体面积的大小而实现此区间内对进液腔进入的压力介质流量的调节。
具体说，所述的大阀芯为笼式结构，所述的流量窗口包括间隔分布在大阀芯周壁上的梯形窗口、箭状窗口，所述的梯形窗口位于大阀芯内腔侧壁中部，箭状窗口从大阀芯内腔侧壁中部延伸至大阀芯内腔侧壁顶部。
优选地，为方便大阀芯、小阀芯之间的连接，所述的大阀芯底部具有内螺纹，小阀芯的连接盘外周具有与所述内螺纹配合连接的外螺纹。
所述的大阀芯外圆下端面开有两个上下间隔的矩形环槽，所述矩形环槽内安装有金属活塞环，由于大阀芯外周与阀座内壁之间存在间隙，在调节过程中一部分流体会通过这个间隙而影响阀门的调节精度，可通过金属活塞环的自膨胀力消除这个间隙，从而提高阀门的控制精度。
所述的芯柱包括一体结构的圆柱段与锥体段，圆柱段上端与连接盘相接，圆柱段下端与锥体段相连，阀门全关状态时所述圆柱段下端与进液孔之间具有0.5～1.5mm的配合段，由于小阀芯刚刚打开过程中流通面积小，流速快，设置该配合段能够有效保护小阀芯的调节型面，保证调节精度。
为提高大阀芯的运动平稳性，所述的阀盖与阀座上端面之间安装有套筒，所述大阀芯位于套筒内运动。
为提高阀杆运动稳定性和阀门密封性，所述的阀盖下端与阀杆之间设有导向套，阀盖上端与阀杆之间设有填料组件，阀盖上端面设有压紧填料组件的压盖。
本发明的有益效果是：本发明在小流量工况条件下，通过大阀芯带动小阀芯来实现小流量的精确调节，在大流量工况条件下，通过大阀芯移动调节阀座上调节窗口的面积大小，实现大流量的精确控制，从而在全行程范围内，实现了小开度状态小流量的精确调节和控制、大开度状态下阀门大流量的精确控制，满足了不同工况下实现对流量的高精度控制。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的结构示意图。
图2是本发明所述阀座的结构示意图。
图3是本发明所述大阀芯的结构示意图。
图4是本发明所述大阀芯流量窗口部分的展开结构示意图。
图5是本发明所述小阀芯的结构示意图。
图6是图5的俯视结构示意图。
图7是调节阀阀门全关状态下阀芯与阀座之间的位置示意图。
图8是0～30％的阀杆行程区间内阀芯与阀座之间的位置示意图。
图9是30％～50％的阀杆行程区间内阀芯与阀座之间的位置示意图。
图10是50％～100％的阀杆行程区间内阀芯与阀座之间的位置示意图。
图中：1.阀体，2.阀盖，3.阀座，4.大阀芯，5.小阀芯，5-1.连接盘5-2.芯柱，5-3.扇形窗口，6.阀杆，7.套筒，8.导向套，9.填料组件，10.压盖，11.进液腔，12.出液腔，13.调节窗口，13-1.第一调节型面，13-2.第二调节型面，14.进液孔，15-1.梯形窗口，15-2.箭状窗口，16.金属活塞环。
具体实施方式
现在结合附图对本发明作进一步详细的说明。这些附图均为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。
如图1～图6所示的一种三段式大可调比控制调节阀，具有阀体1、固定在阀体1端面的阀盖2以及固定在阀体1内的阀座3，所述的阀座3内设有阀芯，所述阀芯包括大阀芯4和连接在大阀芯4底部的小阀芯5，大阀芯4外周与阀座3内壁滑动配合，大阀芯4上端具有伸出阀盖2外的阀杆6。
所述的阀盖2与阀座3上端面之间安装有套筒7，所述大阀芯4位于套筒7内运动。所述的阀盖2下端与阀杆6之间设有导向套8，阀盖2上端与阀杆6之间设有填料组件9，阀盖2上端面设有压紧填料组件9的压盖10，以提高阀杆6运动稳定性和阀门密封性。
所述阀体1具有进液腔11、出液腔12，进液腔11位于阀体1下半部分且具有朝向阀体1左侧的开口，出液腔12位于阀体1上半部分且具有朝向阀体1右侧的开口，进液腔11与出液腔12之间具有隔板，所述的阀座3通过上端的安装法兰密封固定在所述隔板上，阀座3周壁开设有与进液腔11连通的调节窗口13，所述调节窗口13包括第一调节型面13-1和第二调节型面13-2，第一调节型面13-1位于下方自下向上呈扩散状，第二调节型面13-2位于上方呈矩形状并与第一调节型面13-1最大扩口端相接。
所述的阀座3设计为内部具有台阶孔的结构，直径较大的阀座孔与大阀芯4外圆面滑动配合，直径较小的阀座孔为与进液腔11相通的进液孔14。
所述的大阀芯4为笼式结构，大阀芯4周壁上间隔开设有可流出压力介质至出液腔12的流量窗口，该流量窗口不参与流量调节；所述的流量窗口包括间隔分布在大阀芯4周壁上的梯形窗口15-1、箭状窗口15-2，梯形窗口15-1和箭状窗口15-2底部齐平，其中梯形窗口15-1位于大阀芯4内腔侧壁中部，箭状窗口15-2从大阀芯4内腔侧壁中部延伸至大阀芯4内腔侧壁顶部。
所述的大阀芯4底部具有内螺纹，大阀芯4外圆下端面开有两个上下间隔的矩形环槽，所述矩形环槽内安装有金属活塞环16，由于大阀芯4外周与阀座3内壁之间存在间隙，在调节过程中一部分流体会通过这个间隙而影响阀门的调节精度，可通过金属活塞环16的自膨胀力消除这个间隙，从而提高阀门的控制精度。
所述小阀芯5为丁字型结构，包括连接盘5-1和芯柱5-2，连接盘5-1外周具有与所述内螺纹配合连接的外螺纹，实现小阀芯5与大阀芯4底部的连接；连接盘5-1上开设有四个周向均布的扇形窗口5-3，芯柱5-2与所述的进液孔14滑动配合。
具体说，所述的芯柱5-2包括一体结构的圆柱段与锥体段，圆柱段上端与连接盘5-2相接，圆柱段下端与锥体段相连，在阀门全关状态时，所述圆柱段下端与进液孔14之间具有长度为L＝1.5mm的配合段，由于小阀芯5刚刚打开过程中流通面积小，流速快，设置该配合段能够有效保护小阀芯5的调节型面，保证调节精度。
如图7所示，在调节阀阀门全关状态下，大阀芯4上端的密封面和阀座3上端的密封面相互贴合实现密封，保证在阀门全关状态下的密封性能。
调节过程中，在0～30％的阀杆6行程区间内，如图8所示，进液腔11进入的压力介质通过小阀芯5的锥体段与进液孔14之间的间隙流入到阀座3内腔内，再经过扇形窗口5-3进入大阀芯4内腔后从大阀芯4侧壁上的箭状窗口15-2的上端流出至出液腔12，在此行程范围内，通过改变所述进液孔14与芯柱5-2锥体段之间的间隙大小而实现此区间内小流量的调节，实现精确控制流体的流量。在这个区间范围内，阀座3周壁的调节窗口13始终被大阀芯5的外圆面遮挡住，流体无法通过阀座3上的调节窗口13进入到大阀芯5内腔内，同时通过金属活塞环16作用，阻止流体通过阀座3与大阀芯5之间的间隙进入阀座3内腔，确保了在此行程区间内调节阀的控制精度。
在30％～50％的阀杆6行程区间内，如图9所示，随着阀芯上移运动，小阀芯5处于完全打开状态，从进液孔14进入的流量大小已经定量，此时起流量调节作用的是阀座3上的调节窗口13，通过大阀芯4在运动过程中遮挡并改变调节窗口13的第一调节型面13-1面积的大小，调节从进液腔11进入的压力介质的流量大小，从而实现此区间内流量的调节控制精度要求。
在50％～100％的阀杆6行程区间内，如图10所示，此时调节窗口13的第一调节型面13-1已完全打开，通过大阀芯4在继续上移运动过程中遮挡并改变调节窗口13的第二调节型面13-2面积的大小，调节进液腔11进入的压力介质的流量大小，从而实现此区间内大流量的精确调节。
传统的套筒式调节阀具有大的流通能力，但是在小流量工况条件下，控制精度无法满足要求；而柱塞式调节阀在小流量工况条件下控制精度高，但是无法做到在全开状态下满足大流量工况的要求。本发明结合了两种不同结构阀门各自的优点并集成于一体，在小流量工况条件下，通过大阀芯4带动小阀芯5来实现小流量的精确调节，在大流量工况条件下，通过大阀芯4移动调节阀座3上调节窗口13面积大小，实现大流量的精确控制，从而在全行程范围内，实现了小开度状态小流量的精确调节和控制、大开度状态下阀门大流量的精确控制，满足了不同工况下实现对流量的高精度控制。
以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关工作人员完全可以在不偏离本项发明技术思想的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术性范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。

Claims (7)

1.一种三段式大可调比控制调节阀，具有阀体、固定在阀体端面的阀盖以及固定在阀体内的阀座，阀体一侧具有进液腔、另一侧具有出液腔，其特征是：所述的阀座周壁开设有与进液腔连通的调节窗口，阀座内设有阀芯，所述阀芯包括大阀芯和连接在大阀芯底部的小阀芯；
所述大阀芯周壁上间隔开设有可流出压力介质至出液腔的流量窗口，大阀芯外周与阀座内壁滑动配合，大阀芯上端具有伸出阀盖外的阀杆；
所述小阀芯包括连接盘和芯柱，连接盘与大阀芯底部连接，连接盘上开设有扇形窗口，芯柱与阀座底部的进液孔滑动配合；
所述阀杆0～30％的行程区间内，通过改变所述进液孔与芯柱之间的间隙大小而实现此区间内对进液腔进入的压力介质流量的调节；
所述阀杆30％～50％行程区间内，通过大阀芯在运动过程中遮挡并改变调节窗口下半部分面积的大小而实现此区间内对进液腔进入的压力介质流量的调节；
所述阀杆50％～100％行程区间内，通过大阀芯在运动过程中遮挡并改变调节窗口整体面积的大小而实现此区间内对进液腔进入的压力介质流量的调节。
2.如权利要求1所述的三段式大可调比控制调节阀，其特征是：所述的大阀芯为笼式结构，所述的流量窗口包括间隔分布在大阀芯周壁上的梯形窗口、箭状窗口，所述的梯形窗口位于大阀芯内腔侧壁中部，箭状窗口从大阀芯内腔侧壁中部延伸至大阀芯内腔侧壁顶部。
3.如权利要求2所述的三段式大可调比控制调节阀，其特征是：所述的大阀芯底部具有内螺纹，小阀芯的连接盘外周具有与所述内螺纹配合连接的外螺纹。
4.如权利要求2所述的三段式大可调比控制调节阀，其特征是：所述的大阀芯外圆下端面开有两个上下间隔的矩形环槽，所述矩形环槽内安装有金属活塞环。
5.如权利要求1所述的三段式大可调比控制调节阀，其特征是：所述的芯柱包括一体结构的圆柱段与锥体段，圆柱段上端与连接盘相接，圆柱段下端与锥体段相连，阀门全关状态时所述圆柱段下端与进液孔之间具有0.5～1.5mm的配合段。
6.如权利要求1所述的三段式大可调比控制调节阀，其特征是：所述的阀盖与阀座上端面之间安装有套筒，所述大阀芯位于套筒内运动。
7.如权利要求1所述的三段式大可调比控制调节阀，其特征是：所述的阀盖下端与阀杆之间设有导向套，阀盖上端与阀杆之间设有填料组件，阀盖上端面设有压紧填料组件的压盖。
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