自力式压力区间流通阀及其控制方法与流程

本发明涉及阀门技术领域，具体涉及一种自力式压力区间流通阀及其控制方法。

背景技术：

目前，在一些场所需要使用能够在一定压力区间工作的流通阀，现有的压力区间流通阀需要外接电源和二次仪表，不仅存在能源损耗大、安装麻烦、成本高等缺点，而且不能在无电无气的场所工作，否则很危险。

技术实现要素：

针对上述现有技术存在的缺陷，本发明所要解决的技术问题是提供一种自力式压力区间流通阀及其控制方法，该流通阀无需外加能源和二次仪表，依靠自身介质实现管道压力区间变化时阀门的开启和关闭，继而实现系统管道流通和隔断。

为了解决上述技术问题，本发明的一技术方案是：一种自力式压力区间流通阀，包括阀体、阀座、阀芯、阀杆和阀盖，所述阀座固定设置于阀体内，所述阀芯与阀座相配合，所述阀盖固定连接在阀体的控制端上，所述阀杆的上端依次穿过阀体的控制端和阀盖，所述阀杆的下端带动阀芯上下移动进而打开或关闭阀门，所述阀盖的上端连接有用于驱动阀杆的压差阀，所述阀体的入口端设置有阀前小孔，所述阀体的出口端设置有阀后小孔，所述阀前小孔经第一单向阀控制压差阀驱动阀杆上移以打开阀门，所述第一单向阀的开启压力大于零，所述压差阀经第二单向阀控制阀杆下移以关闭阀门，所述第二单向阀的开启压力大于第一单向阀的开启压力且小于阀门连接管道的最大压力，所述压差阀经阀后小孔排出介质，所述压差阀连接有防止介质从阀后小孔回流的第三单向阀。

在进一步的优选方案中，该自力式压力区间流通阀还包括外筒、活塞中筒和活塞外筒，所述压差阀包括主阀体和压盖，所述压盖安装在主阀体的下端外侧以封住主阀体内的流道，所述阀盖的上端经主阀体与外筒的下端固定连接，所述活塞外筒的外缘与外筒的上端固定连接，所述阀杆的上端穿过主阀体后伸入活塞外筒内腔，所述活塞中筒通过阀杆锁紧螺母固定在阀杆的上端，所述活塞中筒的外壁与活塞外筒的内壁滑动配合，所述活塞中筒的内壁与主阀体向上凸起的中心管外壁滑动配合。

在进一步的优选方案中，所述压差阀还包括连接成一体的主活塞和副活塞，所述主活塞放置于主阀体的左气室内，所述左气室内设置有对主活塞施加向左预紧力的弹簧，所述主活塞将左气室从左往右依次分隔成第一气室、第二气室和第三气室，所述第一气室与第一单向阀的出口端相连通，所述第一单向阀的入口端与阀前小孔相连通，所述第二气室分别与第一单向阀的出口端和第二单向阀的入口端相连通；所述副活塞放置于主阀体的右气室内，所述副活塞将右气室从左往右依次分隔成第四气室、第五气室和第六气室，所述第五气室在副活塞位于右端时与阀后小孔相连通，所述第六气室与第三单向阀的出口端相连通，所述第六气室在副活塞位于左端时与阀后小孔相连通。

在进一步的优选方案中，所述外筒的内腔形成第七气室，所述第七气室分别与第二单向阀的出口端和第三单向阀的入口端相连通，所述活塞外筒的内腔形成第八气室，所述第八气室经活塞外筒上的通孔与第七气室相连通，所述活塞中筒的内腔形成第九气室，所述第三气室和第五气室分别经主阀体内的通道与第九气室相连通。

在进一步的优选方案中，所述阀盖的中心设置有供阀杆穿过的阶梯孔，所述阶梯孔的上部从下往上依次设置有环绕于阀杆外周的唇形密封圈、填料隔环和填料，所述填料由填料锁紧螺母固定于阀盖的阶梯孔内，所述填料锁紧螺母的下部内侧设置有与阀杆外壁滑动配合的滑动轴承；所述填料隔环的内壁设置有与阀杆外壁密封配合的O形圈，所述填料隔环的外壁设置有与阶梯孔内壁密封配合的O形圈。

在进一步的优选方案中，所述阀芯为闸板，所述阀杆的下端经连接套与闸板顶部固定连接。

在进一步的优选方案中，所述阀座设置有与阀体密封配合的O形圈，所述阀座还设置有与阀芯密封配合的密封圈。

在进一步的优选方案中，所述阀盖具有向下凸起的中心管，所述阀盖向下凸起的中心管外周套设有与阀体控制端开口相配合的唇形密封圈，所述阀盖与阀体之间的各个接触面均设置有密封用的O形圈。

在进一步的优选方案中，所述阀盖的下端外缘通过紧固件固定在阀体的控制端，所述阀盖的上端外缘通过紧固件依次固定在主阀体和外筒的下端外缘，所述活塞外筒的外缘通过紧固件固定在外筒的上端外缘。

为了解决上述技术问题，本发明的另一技术方案是：一种自力式压力区间流通阀的控制方法，包括以下步骤：

（1）当阀门所在管道压力达到第一单向阀的开启压力时，第一单向阀的活塞推力达到调压弹簧预紧压力，使第一单向阀的通道流通，介质从阀前小孔进入压差阀并通过压差阀进入阀杆的下方，依靠介质向上的推力将阀杆提起打开阀门；

（2）当阀门所在管道压力升高至第二单向阀的开启压力时，第二单向阀的活塞推力达到调压弹簧预紧压力，使第二单向阀的通道流通，介质通过压差阀进入阀杆的上方，依靠介质向下的推力推动阀杆下移至阀门关闭；

（3）当阀门所在管道压力又下降到低于第二单向阀的开启压力时，第二单向阀的通道截止，介质通过压差阀重新进入阀杆的下方，阀杆又上升打开阀门，同时使阀杆上方的介质通过第三单向阀排泄到阀后小孔；

（4）当阀门所在管道压力进一步下降到低于第一单向阀的开启压力时，第一单向阀的通道也截止，介质不再从阀前小孔进入压差阀，阀杆下方的介质通过压差阀排泄到阀后小孔，阀杆再次下降关闭阀门。

与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：该自力式压力区间流通阀不需要外接电源和二次仪表，依靠自身介质实现管道压力区间变化时阀门的开启和关闭，继而实现系统管道的流通和隔断，能在无电无气的场所工作，既方便又安全可靠。例如阀门连接管道压力为0-C（MPa），而当管道压力在A（MPa）-B（MPa）时实现阀门开启使管道流通，不在此压力区间时阀门关闭使管道隔断，其中0＜A＜B＜C（MPa）；具体压力区间范围可根据第一单向阀和第二单向阀的调节弹簧设置，动作性能和开启关闭不受背压的影响。

附图说明

图1是本发明实施例的自力式压力区间流通阀轴侧图。

图2是本发明实施例的自力式压力区间流通阀主剖视图。

图3是图2中M处的放大图。

图4是图2中A-A处的剖视图。

图5是图4中B-B处的剖视图。

图6是图4中C-C处的剖视图。

图7是本发明实施例的工作原理图。

图8是介质依次进入阀前小孔x和阀盖小孔X1的示意图。

图9是图8中D-D处的剖视图。

图10是图8中A-A处在压力未达到A兆帕时的剖视图。

图11是图8中A-A处在介质进入第一气室和第二气室时的剖视图。

图12是图8中A-A处在压力达到A兆帕时的剖视图。

图13是图12中B-B处的剖视图。

图14是图8中A-A处在压力未达到B兆帕时的剖视图。

图15是图14中E-E处的剖视图。

图16是图8中A-A处在压力达到B兆帕时的剖视图。

图17是图8中A-A处在介质进入第一流道和第二流通时的示意图。

图18是图17中B-B处的剖视图。

图19是介质使阀杆下移的示意图。

图20是图8中A-A处在压力又低于B兆帕时的剖视图。

图21是图20中C-C处的剖视图。

具体实施方式

为了让本发明的上述特征和优点更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图，作详细说明如下。

请参考图1至图7，一种自力式压力区间流通阀，包括阀体1、阀座3、阀芯4、阀杆7和阀盖12，所述阀座3固定设置于阀体1内，所述阀芯4与阀座3相配合，所述阀盖12固定连接在阀体1的控制端上，所述阀杆7的上端依次穿过阀体1的控制端和阀盖12，所述阀杆7的下端带动阀芯4上下移动进而打开或关闭阀门，所述阀盖12的上端连接有用于驱动阀杆7的压差阀21，所述阀体1的入口端设置有阀前小孔x，所述阀体1的出口端设置有阀后小孔y，所述阀前小孔x经第一单向阀36控制压差阀21驱动阀杆7上移以打开阀门，所述第一单向阀36的开启压力大于零，所述压差阀21经第二单向阀37控制阀杆7下移以关闭阀门，所述第二单向阀37的开启压力大于第一单向阀36的开启压力且小于阀门连接管道的最大压力，所述压差阀21经阀后小孔y排出介质，所述压差阀21连接有防止介质从阀后小孔y回流的第三单向阀38。

在本发明实施例中，该自力式压力区间流通阀还包括外筒16、活塞中筒17和活塞外筒19，所述压差阀21包括主阀体15和压盖14，所述压盖14安装在主阀体15的下端外侧以封住主阀体15内的流道，所述阀盖12的上端经主阀体15与外筒16的下端固定连接，所述活塞外筒19的外缘与外筒16的上端固定连接，所述阀杆7的上端穿过主阀体15后伸入活塞外筒19内腔，所述活塞中筒17通过阀杆锁紧螺母18固定在阀杆7的上端，所述活塞中筒17的外壁与活塞外筒19的内壁滑动配合，所述活塞中筒17的内壁与主阀体15向上凸起的中心管外壁滑动配合。

在本发明实施例中，所述压差阀21还包括连接成一体的主活塞29和副活塞32，所述主活塞29放置于主阀体15的左气室内，所述左气室内设置有对主活塞29施加向左预紧力的弹簧，所述主活塞29将左气室从左往右依次分隔成第一气室a、第二气室b和第三气室c，所述第一气室a与第一单向阀36的出口端相连通，所述第一单向阀36的入口端与阀前小孔x相连通，所述第二气室b分别与第一单向阀36的出口端和第二单向阀37的入口端相连通；所述副活塞32放置于主阀体15的右气室内，所述副活塞32将右气室从左往右依次分隔成第四气室d、第五气室e和第六气室f，所述第五气室e在副活塞32位于右端时与阀后小孔y相连通，所述第六气室f与第三单向阀38的出口端相连通，所述第六气室f在副活塞32位于左端时与阀后小孔y相连通。

在本发明实施例中，所述外筒16的内腔形成第七气室g，所述第七气室g分别与第二单向阀37的出口端和第三单向阀38的入口端相连通，所述活塞外筒19的内腔形成第八气室h，所述第八气室h经活塞外筒19上的通孔与第七气室g相连通，所述活塞中筒17的内腔形成第九气室q，所述第三气室c和第五气室e分别经主阀体15内的通道与第九气室q相连通。

在本发明实施例中，所述阀盖12的中心设置有供阀杆7穿过的阶梯孔，所述阶梯孔的上部从下往上依次设置有环绕于阀杆7外周的唇形密封圈28、填料隔环25和填料24，所述填料24优选但并不局限于柔性石墨，所述填料24由填料锁紧螺母22固定于阀盖12的阶梯孔内，所述填料锁紧螺母22的下部内侧设置有与阀杆7外壁滑动配合的滑动轴承23；所述填料隔环25的内壁设置有与阀杆7外壁密封配合的O形圈26，所述填料隔环25的外壁设置有与阶梯孔内壁密封配合的O形圈27。

在本发明实施例中，所述阀座3设置有与阀体1密封配合的O形圈2、6，所述阀座3还设置有与阀芯4密封配合的密封圈5。所述阀芯4优选但不局限于闸板4，所述阀杆7的下端经连接套8与闸板4顶部固定连接。

在本发明实施例中，所述阀盖12具有向下凸起的中心管，所述阀盖12向下凸起的中心管外周套设有与阀体1控制端开口相配合的唇形密封圈9，所述阀盖12与阀体1之间的各个接触面均设置有密封用的O形圈10、11。

在本发明实施例中，所述阀盖12的下端外缘通过紧固件13固定在阀体1的控制端，所述阀盖12的上端外缘通过紧固件35依次固定在主阀体15和外筒16的下端外缘，所述活塞外筒19的外缘通过紧固件20固定在外筒16的上端外缘。上述的紧固件13、20、35优选但不局限于等长双头螺柱和六角螺母的组合件。

该自力式压力区间流通阀的主要性能及指标：1）整定压力偏差：±2%整定压力；2）超过压力：≤8%整定压力；3）启闭压差：≤8%整定压力。该自力式压力区间流通阀的特点：1）动作性能和开启高度不受背压的影响；2）采用硬密封材料，保证了阀门在动作前后的良好密封性；3）能在较小的超过压力下使阀门达到全开和全闭；4）可方便地对整定压力及启闭压差进行调整。

例如，当阀门所在管道压力在0-C（MPa）变化，即阀门连接管道的最大压力设为C（MPa），第一单向阀36的开启压力设为A（MPa），第二单向阀37的开启压力设为B（MPa），其中0＜A＜B＜C（MPa），达到特定压力区间A-B（MPa）时阀门开启使管道流通，不在此压力区间时阀门关闭使管道隔断。请参考图1至图7，该自力式压力区间流通阀的控制方法，包括以下步骤：

（1）当阀门所在管道压力达到A（MPa）时，第一单向阀36的活塞30推力达到调压弹簧31预紧压力，使第一单向阀36的通道流通，介质从阀前小孔x进入压差阀21并通过压差阀21进入阀杆7的下方，依靠介质向上的推力将阀杆7提起打开阀门；

（2）当阀门所在管道压力升高至B（MPa）时，第二单向阀37的活塞33推力达到调压弹簧34预紧压力，使第二单向阀37的通道流通，介质通过压差阀21进入阀杆7的上方，依靠介质向下的推力推动阀杆7下移至阀门关闭；

（3）当阀门所在管道压力又下降到低于B（MPa）时，第二单向阀37的通道截止，介质通过压差阀21重新进入阀杆7的下方，阀杆7又上升打开阀门，同时使阀杆7上方的介质通过第三单向阀38排泄到阀后小孔y；

（4）当阀门所在管道压力进一步下降到低于A（MPa）时，第一单向阀36的通道也截止，介质不再从阀前小孔x进入压差阀21，阀杆7下方的介质通过压差阀21排泄到阀后小孔y，阀杆7再次下降关闭阀门。

在本发明实施例中，步骤（1）在第一单向阀36的通道流通时，介质通过阀门左侧的阀前小孔x进入活塞中筒17内腔（即第九气室q），靠介质推力将阀杆7顶起打开阀门。

具体如下：阀门所在管道通入介质后当压力逐渐升高，此时阀门还处于关闭状态，介质通过阀门入口进入阀前小孔x，见图8；沿着阀体1的阀前小孔x流向阀盖12的第一小孔X1，见图8和图9；从阀盖12的第一小孔X1出来后进入阀盖12的第二小孔X2，见图9，通过阀盖12的第二小孔X2流入压差阀21的主阀体15，到达第一单向阀36的活塞30处，因此时压力还未达到第一单向阀36的调压弹簧31预紧力，所以第一单向阀36的活塞30处于关闭状态，见图10，介质也未能进入压差阀21的第一气室a。随着压力升高到A兆帕，此时介质压力对第一单向阀36的活塞30产生的推力达到调压弹簧31所设的预紧力，第一单向阀36的活塞30打开，见图11，此时介质进入到第一气室a和第二气室b，由于第二气室b中的弹簧预紧力的作用，此时压差阀21的主活塞29、副活塞32处于左侧位置，第二气室b和第三气室c相通，见图11。由于系统压力未达到B兆帕，第二单向阀37的活塞33处于关闭状态，该路不通，见图12；介质经过第三气室c通过主阀体15的第三小孔X3进入到活塞中筒17内腔（即第九气室q），此时第五气室e由于系统压力未达到B兆帕，第二单向阀37的活塞33处于关闭状态，该路不通，见图13，所以没有介质流入外筒16内腔（即第七气室g），此时由于阀门处于关闭状态，也没有介质从阀后小孔y进入，由于第六气室f与阀后小孔y相通，故第六气室f也没有介质存在。因此，第九气室q形成压力腔推动活塞中筒17上移，阀门打开使管道流通，见图14和图15。

在本发明实施例中，步骤（2）在管道压力升高至B（MPa）时，压差阀21的主、副活塞32右移至活塞密封面，阻断介质到达活塞中筒17内腔（即第九气室q），同时由于第二单向阀37的通道流通，介质到达活塞外筒19内腔（即第八气室h）并依靠介质推力推动阀杆7下移至阀门关闭，由于活塞外筒19内腔面积大于活塞中筒17内腔面积，所以有效解决了阀门介质通过阀门右侧的阀后小孔y倒流的问题。

具体如下：当系统管道压力继续升高至B兆帕，此时介质对第一气室a的活塞面产生的推力与介质对第二气室b的活塞面产生的推力之差达到第二气室b的弹簧所设的预紧力，压差阀21的主活塞29、副活塞32右移并逐步使第二气室b和第三气室c之间的密封面贴合形成密封副，见图16；由于系统管道压力继续升高至B兆帕，压力对第二单向阀37的活塞33产生的推力达到调压弹簧34所设的预紧力，第二单向阀37的活塞33打开，见图17和图18，介质经由第七气室g与第八气室h相通的小孔进入到第八气室h，压差阀21的主活塞29、副活塞32右移使第五气室e的第一流道Y1和第二流道Y2两路流道相通，第一流道Y1经压差阀21进入第九气室q，见图19，第二流道Y2经压差阀21流入阀盖12后从阀后小孔y流入阀后管道。由于第八气室h中的介质对活塞中筒17的接触面积大于第九气室q中的介质对活塞中筒17的接触面积，介质产生的压力差促使阀杆7下移，见图19，由于第五气室e的第一流道Y1和第二流道Y2两路流道相通，阀杆7下移使得第九气室q中的介质依次流经第五气室e、第二流道Y2后从阀后小孔y流入阀后管道，最终阀门关闭使管道隔断。

在本发明实施例中，步骤（3）在管道压力降低于B（MPa）时，压差阀21的主、副活塞32依靠弹簧推力左移，介质重新进入活塞中筒17内腔，阀杆7上升打开阀门使管道流通，同时阀门外筒16内腔压力通过第三单向阀38泄压到阀后小孔y（即阀后管道），保证阀门开启关闭的灵活性。

具体如下：当系统压力又降低至B兆帕以下，此时压差阀21的主、副活塞32再次回到左侧位置，同时第二单向阀37的活塞33关闭，介质再次进入到第九气室q而无法进入第八气室h，此时第九气室q中的介质对活塞中筒17产生推力使其拉动阀杆7上移而再次打开阀门，由于压差阀21的主活塞29、副活塞32左移，第六气室f的两流道小孔相通，见图11，第八气室h中的介质经由第七气室g后通过第三单向阀38到达第六气室f，见图20和图21，并最终经由阀后小孔y流入到阀后管道，由于第三单向阀38的作用，阀后介质不会经由阀后小孔y回流到第七气室g，保证压差阀21能正常工作。

在本发明实施例中，步骤（4）在系统压力继续降低至A兆帕以下时，此时第一单向阀36的活塞30关闭，阀门再次关闭，隔断管道，不流通。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，任何熟悉本领域的技术人员但凡未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做任何简单的修改、均等变化与修饰，皆应属本发明的涵盖范围。