CN213145559U - 一种迷宫碟片减压阀 - Google Patents
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Abstract
本实用新型公开了一种迷宫碟片减压阀。阀体内部开设有上下部空腔，介质进出口与上下部空腔连通；阀座上安装有迷宫碟片套筒，阀盖和迷宫碟片套筒均开有中心通孔，阀盖和迷宫碟片套筒的中心通孔上下同轴竖直贯通；阀座由上下部圆柱同轴构成，上下部圆柱内开设有倒锥形内腔和圆柱形内腔，倒锥形内腔开设节流孔板，圆柱形开设流体导出孔，阀座上边缘有环形凹槽，套筒下有环状凸台，环状凸台嵌入环形凹槽中；节流孔板嵌入环状凹槽中；阀杆下端连接阀芯，阀杆上端与阀杆位置调控器联接。本实用新型能很好地调节迷宫减压阀迷宫流道内进而调节控制工作，用于避免空化现象，并能实时监测迷宫减压阀迷宫流道内压力、流速以及能量耗散的情况。
Description
技术领域
本实用新型涉及一种流体阀，尤其是涉及一种迷宫碟片减压阀。
背景技术
调节阀在流程工业物料输送过程中起到调节介质压力与流量的作用，是现代流程型工业确保各种反应设备、冷换设备、分馏设备正常运行的关键部件。现有的调节阀在高压差调节过程中，介质容易空化造成气蚀(空蚀)，在存在固体颗粒的工况下，还会出现冲蚀磨损失效问题，气蚀与冲蚀磨损的联合作用，对阀芯的安全稳定运行造成重大危害。相对而言，迷宫式调节阀相对于其它阀门具有高压降、高流速的特点，其内部阀芯碟片上的迷宫流道是产生流体前后压降的核心元件，广泛应用于煤化工蒸汽减压阀、电站锅炉给水泵再循环***。鉴于石油化工、煤化工、核电工程的运行工况苛刻，高温、高压、甚至临氢工况普遍存在，降压流动过程中易使阀门出现闪蒸空化气蚀现象。空化形成的空泡溃灭产生局部微高压将会使迷宫盘片上的流道遭受极其严重的损伤，导致泄漏，严重影响流量控制精度，继而威胁核心单元装置的正常安全运行。
针对迷宫碟片减压阀内部的降压流动特性，现有研究已针对迷宫阀门的降压流动特点，从流量特性和空化机理等方面进行了深入的研究，例如采用串并联的迷宫流道进行降压和调节流量。基于数值模拟得出迷宫阀级数越多，降压越平稳，且对于不同级数迷宫流道的降压流动特性，当级数达到临界级数时，再增加级数所获得的降压收益相对较小。基于不同尺寸的迷宫流道的降压流动特性，现有研究提出基于分流和对冲相结合的迷宫流道，随进出口宽度的增加，流量呈增长趋势，出口压力和速度呈现下降趋势，从而设计出新型流道结构满足流通要求。
因此，无论是从迷宫阀门的灵敏度、控制的精准度，还是从核心单元的运行可靠性、安全性而言，研究迷宫碟片减压阀内部结构和控制调节都显得极为迫切。
实用新型内容
为了克服背景技术领域中存在的问题，本实用新型的目的在于提供一种迷宫碟片减压阀，能很好地调节迷宫减压阀迷宫流道内进而调节控制工作，实现迷宫碟片调节阀的调节控制，有利于延长迷宫碟片减压阀的使用寿命和安全稳定运行周期，并能实时监测迷宫减压阀迷宫流道内压力、流速以及能量耗散的情况。
为了达到上述实用新型目的，本实用新型采取的技术方案是：
所述的迷宫碟片减压阀包括阀体、阀座、迷宫碟片套筒、阀盖、阀杆、阀芯、节流孔板和阀杆位置调控器；阀体顶部开设圆形开口，圆形开口内安装有阀盖，阀盖内部竖直方向开有中心通孔，阀体内部开设有上部空腔和下部空腔，阀体两侧端部开有水平的介质进口和介质出口，介质进口与阀体上部空腔连通，介质出口与阀体下部空腔连通；上部空腔和下部空腔之间通过通孔连接，通孔处安装有阀座，阀座上安装有迷宫碟片套筒，阀盖下部和迷宫碟片套筒上部过盈相互套接；阀盖和迷宫碟片套筒均开有中心通孔，阀盖和迷宫碟片套筒的中心通孔上下同轴竖直贯通；阀座主要由上部圆柱和下部圆柱同轴构成，上部圆柱的直径大于下部圆柱的直径，上部圆柱的中心开设有倒锥形内腔，下部圆柱内开设有圆柱形内腔，倒锥形内腔的顶部端面设有开设竖直节流孔的节流孔板，倒锥形内腔经节流孔板和迷宫碟片套筒的中心通孔底部联通，倒锥形内腔和圆柱形内腔联通，倒锥形内腔与圆柱形内腔之间设有均布开设水平隔断节流孔的孔板，圆柱形内腔的底部端面均布开设多个流体导出孔，且流体导出孔与水平隔断节流孔的位置错位布置；阀座上部圆柱的顶面边缘开设有环形凹槽，迷宫碟片套筒下端面边缘设置有环状凸台，迷宫碟片套筒的环状凸台嵌入阀座的环形凹槽中构成联接配合；迷宫碟片套筒下端面中部设置环状凹槽，节流孔板嵌入迷宫碟片套筒的环状凹槽中；阀杆穿设于阀盖的中心通孔，阀杆下端穿入阀盖中心通孔后端部铰接连接有圆筒型的阀芯，阀杆上端穿出阀盖中心通孔后与阀杆位置调控器联接。
所述的迷宫碟片套筒中部筒体自下而上布设多层迷宫碟片，迷宫碟片内部开设有多道径向贯通的S形水平迷宫流道。
所述的S形水平迷宫流道为直角弯折的流道，按照径向流通方向分为多段子流道，每段子流道的中部取截面，截面内壁沿圆周上安装有多个压力应变片和多个流量计。
所述的阀盖下端开设有环形凹孔，迷宫碟片套筒上部设有环形凸台，环形凸台套装于环形凹孔中构成过盈配合。
所述的阀芯内部中央设有一条或多条支撑辐板，阀芯中上部的外圆周围开设一周向凹槽，周向凹槽中嵌装环形石墨条。
所述的阀盖外周与阀体圆形开口之间的环形间隙内从下到上装有环形密封垫片和环形压环，环形压环上方的阀盖外套装法兰盘，法兰盘通过阀盖法兰和阀体圆形开口的外端面连接固定，将环形密封垫片和环形压环压紧在环形间隙内，构成密封。
所述的阀杆外周与阀盖中心通孔之间的环形间隙内自下而上嵌入环形填料底垫、密封填料、填料压盖和防尘圈，防尘圈上方的阀杆外套装阀杆法兰，阀杆法兰通过锁紧螺母与阀盖中心通孔的外端面联接固定。
阀杆连接的阀芯顶部周围和迷宫碟片套筒中心通孔之间的环形间隙内自上而下依次安装环形挡环、环形挡圈、平衡密封圈。
本实用新型的有益效果是：
本实用新型能实现较好的迷宫碟片调节阀内部工作调节控制，提高运行控制精度，避免空化现象，并能对迷宫碟片式减压阀内部不同区域位置的压力值、流速值进行监测，能用于实现迷宫碟片式减压阀的运行操作优化控制。
本实用新型适用于石油化工、煤化工、核电工程等高压差的迷宫式阀门工作和运行。
附图说明
图1是本实用新型实施例的结构示意图。
图2是图1中区域W的放大图。
图3是图1中单层迷宫碟片的结构示意图。
图4是图3中迷宫碟片流道A的局部放大图。
图中：阀体(1)、阀座(2)、迷宫碟片套筒(3)、密封垫片(4)、压环(5)、阀盖法兰(6)、阀盖(7)、填料压盖(8)、阀杆法兰(9)、防尘圈(10)、密封填料(11)、填料底垫(12)、阀杆(13)、法兰盘(14)、挡环(15)、挡圈(16)、平衡密封圈(17)、阀芯(18)、节流孔板(19)、支撑辐板(20)、阀杆位置调控器(21)、介质进口(22)、介质出口(23)、迷宫碟片(24)、环形石墨条(25)。
具体实施方式
下面结合附图及实施例对本实用新型作进一步说明。
如图1、图2所示，具体实施迷宫碟片减压阀包括阀体1、阀座2、迷宫碟片套筒3、阀盖7、阀杆13、阀芯18、节流孔板19和阀杆位置调控器21；阀体1顶部开设圆形开口，圆形开口内安装有阀盖7，阀盖7内部竖直方向开有中心通孔，阀体内部开设有上部空腔和下部空腔，阀体两侧端部开有水平的介质进口22和介质出口23，介质进口22与阀体1上部空腔连通，介质出口23与阀体1下部空腔连通；上部空腔和下部空腔之间通过通孔连接，通孔处安装有阀座2，上安装有迷宫碟片套筒3，阀盖7下部和迷宫碟片套筒3上部过盈相互套接。阀盖7下端开设有环形凹孔，迷宫碟片套筒3上部设有环形凸台，环形凸台套装于环形凹孔中构成过盈配合，从而使得阀盖7下部和迷宫碟片套筒3上部过盈相互套接。这样迷宫碟片套筒3上部的圆环形凸台与阀盖7下部的凹槽嵌接联接，且中心孔对中。
阀盖7和迷宫碟片套筒3均开有中心通孔，阀盖7和迷宫碟片套筒3的中心通孔上下同轴竖直贯通；阀座2主要由上部圆柱和下部圆柱同轴构成，上部圆柱的直径大于下部圆柱的直径，上部圆柱的中心开设有倒锥形内腔，下部圆柱内开设有圆柱形内腔，倒锥形内腔的顶部端面设有开设竖直节流孔的节流孔板19，倒锥形内腔经节流孔板19和迷宫碟片套筒3的中心通孔底部联通，倒锥形内腔和圆柱形内腔联通，倒锥形内腔与圆柱形内腔之间设有均布开设水平隔断节流孔的孔板，圆柱形内腔的底部端面均布开设多个流体导出孔，且流体导出孔与水平隔断节流孔的位置错位布置。
阀座2上部圆柱的顶面边缘开设有4～6mm深的环形凹槽，迷宫碟片套筒3下端面边缘设置有环状凸台，迷宫碟片套筒3的环状凸台嵌入阀座2的环形凹槽中构成联接配合；迷宫碟片套筒3下端面中部设置3～5mm深的环状凹槽，节流孔板19嵌入迷宫碟片套筒3的环状凹槽中；这样使得迷宫碟片套筒3和阀座2上端面构成联接配合。
阀杆13穿设于阀盖7的中心通孔，阀杆13下端穿入阀盖7中心通孔后端部铰接连接有圆筒型的阀芯18，阀杆13上端穿出阀盖7中心通孔后与阀杆位置调控器21联接。
如图3所示，迷宫碟片套筒3中部筒体自下而上布设多层迷宫碟片24，迷宫碟片24内部开设有多道径向贯通的S形水平迷宫流道，多道S形水平迷宫流道沿圆周间隔布置，每道S形水平迷宫流道径向贯通于迷宫碟片套筒3内外布置，从而迷宫盘片内布设迷宫流道构成迷宫结构。
如图4所示，S形水平迷宫流道为直角弯折的流道，按照径向流通方向分为多段子流道，每段均为连续的径向流通的一段，每段子流道的中部取截面，截面内壁沿圆周上安装有多个压力应变片和多个流量计，通过压力应变片可以换算得出各网格节点的压力值，通过多个安装的流量计可换算得出各网格节点的速度值，这里要注意，流量计的安装位置要略微突出于壁面。
如图3所示，为迷宫碟片套筒3的单层迷宫碟片24结构形式。其结构形式为沿中心方向镜像A、B、C、D、E、F共6个迷宫流道。以流道A为例，包含两个进口，一个出口，高压流体经两个流道进口流入，最终从迷宫碟片24的中心孔流出，在结构多重变化的流道中，高压流体经过能量耗散，最终完成降压过程。每个迷宫碟片套筒包含多个结构相同的单层迷宫碟片层叠式堆积的结构，且不同层的迷宫碟片流道的位置从俯视角度看完全重叠，但每层流道间互不连通，从而构成多层迷宫碟片并联的多流道迷宫碟片套筒。
如图4所示，为图3中迷宫碟片流道A的局部放大图。为便于后续分析，选择安装于迷宫碟片的任意一个流道进行计量测试。以图4为例，在其水平流道的正中区域作七个纵向截面，即截面①、截面②、截面③、截面④、截面⑤、截面⑥、截面⑦。亦可以根据实际需要多设置一些纵向截面，纵向截面越多，测试获得的流道内部流动特性越精确，但成本亦会增加；若想进一步了解截面中央区域的流动特性信息，可在截面内部的矩形截面上设置横纵交错的细丝线，在细丝线的横纵交叉点上设置压力应变片和流量计。
通过阀杆位置调控器21带动阀杆13上下移动，调节阀杆13的不同位置，进而带动阀芯18覆盖迷宫碟片套筒3中不同层的迷宫碟片24，阻挡S形水平迷宫流道的流通，来实现调节控制迷宫碟片减压阀的开度。
阀芯18内部中央设有一个或多个支撑辐板20，在保证强度的基础上，提升阀芯18刚度，使得阀芯18内部中空结构依然具有很好的刚度。
如图2所示，阀芯18中上部的外圆周围开设一周向凹槽，周向凹槽中嵌装环形石墨条25。其中嵌入环形石墨条25的目的一方面是保持密封，另一方面鉴于石墨条具有自润滑作用，可以确保在高压差作用下阀杆13带动阀芯18在阀杆位置调控器21的作用下可以上下自由控制移动，但石墨条25距离阀芯18底部的垂直距离要求高于迷宫碟片套筒3下部的迷宫碟片高度20～30mm；同时，阀芯下部外测区域、石墨条的下方开设一环形槽，防止受压不平衡，造成阀芯18与迷宫碟片套筒3之间卡死。
阀盖7外周与阀体1圆形开口之间的环形间隙内从下到上装有环形密封垫片4和环形压环5，环形压环5上方的阀盖7外套装法兰盘14，法兰盘14通过阀盖法兰6和阀体1圆形开口的外端面连接固定，与阀体1上部的环形端面构成联接配合，将环形密封垫片4和环形压环5压紧在环形间隙内。具体地，环形间隙的底部嵌入环形密封垫片4构成第一道密封，环形密封垫片4上方的环形间隙内嵌入环形压环5构成第二道密封。
阀杆13外周与阀盖7中心通孔之间的环形间隙内自下而上嵌入环形填料底垫12、密封填料11、填料压盖8和防尘圈10，防尘圈10上方的阀杆13外套装阀盖法兰9，阀盖法兰9通过锁紧螺母与阀盖13中心通孔的外端面联接固定。
如图2所示，阀杆13的阀芯18顶部周围和迷宫碟片套筒3中心通孔之间的环形间隙内自上而下依次安装环形挡环15、环形挡圈16、平衡密封圈17，通过环形挡环15、环形挡圈16和平衡密封圈17确定阀芯18和迷宫碟片套筒3的相对位置，且保持轴孔对中。
针对本实用新型具体实施例的迷宫碟片减压阀流动特性的测试和控制过程如下：
1)搭建循环式管道回路，循环式管道回路中间区域设置测试阀门管段，在测试阀门管段内安装迷宫碟片减压阀，迷宫碟片减压阀中具有迷宫碟片套筒3，利用循环泵和加压泵对循环式管道回路中进行冲水和加压，确保迷宫碟片减压阀进口压力处于10.7MPa～14.7MPa之间；
2)对于安装于迷宫碟片套筒3中的单层迷宫碟片而言，按照径向流通方向分为多段子流道，每段均为连续的径向流通的一段，每段子流道的中部取纵向截面，具体即为截面①、截面②、截面③、截面④、截面⑤、截面⑥、截面⑦，沿多个子流道的纵向截面所在的流道内壁设置分别安装n个压力应变片和m个流量计，流量计检测流量后换算获得流速；
3)利用循环泵对整个循环式管道回路进行冲水，并通过加压泵以及迷宫碟片减压阀下游的流量控制阀保证迷宫碟片减压阀进口压力为10.7MPa；
4)试验过程中，利用布设于流道内壁(但也不局限于内壁)的n个压力应变片和m个流量计，实时采集分析换算得到流道内壁的n个压力值和m个流速值，再计算不同纵向截面处的压力值和流速值的调和平均值。
5)重复步骤3)，多次步进提升迷宫碟片减压阀进口压力直至14.7MPa，然后再利用步骤4)再次获得n个压力值和m个流速值及其调和平均值，并分别绘制不同截面处的调和平均值随迷宫碟片减压阀进口压力变化的离散曲线。
6)对于迷宫碟片减压阀的不同截面，利用下式计算相邻截面的能量耗散值，获得能量耗散性能，并绘制不同离散迷宫碟片减压阀进口压力对应的能量耗散图谱。
具体实施能根据能量耗散图谱比对实际获得的压力值和流速值，获得当前迷宫碟片减压阀的内部降压流动状态。
Claims (8)
1.一种迷宫碟片减压阀，其特征在于：所述的迷宫碟片减压阀包括阀体(1)、阀座(2)、迷宫碟片套筒(3)、阀盖(7)、阀杆(13)、阀芯(18)、节流孔板(19)和阀杆位置调控器(21)；阀体(1)顶部开设圆形开口，圆形开口内安装有阀盖(7)，阀盖(7)内部竖直方向开有中心通孔，阀体内部开设有上部空腔和下部空腔，阀体两侧端部开有水平的介质进口(22)和介质出口(23)，介质进口(22)与阀体(1)上部空腔连通，介质出口(23)与阀体(1)下部空腔连通；上部空腔和下部空腔之间通过通孔连接，通孔处安装有阀座(2)，阀座上安装有迷宫碟片套筒(3)，阀盖(7)下部和迷宫碟片套筒(3)上部过盈相互套接；
阀盖(7)和迷宫碟片套筒(3)均开有中心通孔，阀盖(7)和迷宫碟片套筒(3)的中心通孔上下同轴竖直贯通；阀座(2)主要由上部圆柱和下部圆柱同轴构成，上部圆柱的直径大于下部圆柱的直径，上部圆柱的中心开设有倒锥形内腔，下部圆柱内开设有圆柱形内腔，倒锥形内腔的顶部端面设有开设竖直节流孔的节流孔板(19)，倒锥形内腔经节流孔板(19)和迷宫碟片套筒(3)的中心通孔底部联通，倒锥形内腔和圆柱形内腔联通，倒锥形内腔与圆柱形内腔之间设有均布开设水平隔断节流孔的孔板，圆柱形内腔的底部端面均布开设多个流体导出孔，且流体导出孔与水平隔断节流孔的位置错位布置；阀座(2)上部圆柱的顶面边缘开设有环形凹槽，迷宫碟片套筒(3)下端面边缘设置有环状凸台，迷宫碟片套筒(3)的环状凸台嵌入阀座(2)的环形凹槽中构成联接配合；迷宫碟片套筒(3)下端面中部设置环状凹槽，节流孔板(19)嵌入迷宫碟片套筒(3)的环状凹槽中；阀杆(13)穿设于阀盖(7)的中心通孔，阀杆(13)下端穿入阀盖(7)中心通孔后端部铰接连接有圆筒型的阀芯(18)，阀杆(13)上端穿出阀盖(7)中心通孔后与阀杆位置调控器(21)联接。
2.根据权利要求1所述的一种迷宫碟片减压阀，其特征在于：所述的迷宫碟片套筒(3)中部筒体自下而上布设多层迷宫碟片(24)，迷宫碟片(24)内部开设有多道径向贯通的S形水平迷宫流道。
3.根据权利要求2所述的一种迷宫碟片减压阀，其特征在于：所述的S形水平迷宫流道为直角弯折的流道，按照径向流通方向分为多段子流道，每段子流道的中部取截面，截面内壁沿圆周上安装有多个压力应变片和多个流量计。
4.根据权利要求1所述的一种迷宫碟片减压阀，其特征在于：所述的阀盖(7)下端开设有环形凹孔，迷宫碟片套筒(3)上部设有环形凸台，环形凸台套装于环形凹孔中构成过盈配合。
5.根据权利要求1所述的一种迷宫碟片减压阀，其特征在于：所述的阀芯(18)内部中央设有一条或多条支撑辐板(20)，阀芯(18)中上部的外圆周围开设一周向凹槽，周向凹槽中嵌装环形石墨条(25)。
6.根据权利要求1所述的一种迷宫碟片减压阀，其特征在于：所述的阀盖(7)外周与阀体(1)圆形开口之间的环形间隙内从下到上装有环形密封垫片(4)和环形压环(5)，环形压环(5)上方的阀盖(7)外套装法兰盘(14)，法兰盘(14)通过阀盖法兰(6)和阀体(1)圆形开口的外端面连接固定，将环形密封垫片(4)和环形压环(5)压紧在环形间隙内，构成密封。
7.根据权利要求1所述的一种迷宫碟片减压阀，其特征在于：所述的阀杆(13)外周与阀盖(7)中心通孔之间的环形间隙内自下而上嵌入环形填料底垫(12)、密封填料(11)、填料压盖(8)和防尘圈(10)，防尘圈(10)上方的阀杆(13)外套装阀杆法兰(9)，阀杆法兰(9)通过锁紧螺母与阀盖(7)中心通孔的外端面联接固定。
8.根据权利要求1所述的一种迷宫碟片减压阀，其特征在于：阀杆(13)连接的阀芯(18)顶部周围和迷宫碟片套筒(3)中心通孔之间的环形间隙内自上而下依次安装环形挡环(15)、环形挡圈(16)、平衡密封圈(17)。
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2020
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