一种组合式液压调速阀的制作方法

本发明涉及一种调速阀，特别涉及一种组合式液压调速阀。

背景技术：

一般旋转机械中由于静止件与旋转件存在相对运动，所以需要在设备适当的位置通润滑油，润滑油主要有两个作用：1.在静止件与旋转件中形成润滑油膜，防止干摩擦；2.通过润滑油带走设备运转过程中产生的大量热量。

液压润滑方式一般有压力控制、流量控制两种方式，根据液压原理知识可知无法同时进行压力、流量控制，所以两者只能选其一。对于设备润滑系统，流量是一个最关键的参数，压力只是参考，形成润滑油膜只需要一小部分流量，但是必需通过一定量的流量才能带走设备运行时产生的热量。压力控制一般是通过自力式压力调节阀控制设备润滑系统各入口处的压力，该控制方式的好处是简单、成本低，尤其对于具有多个润滑点的设备，缺点就是通过该润滑系统的流量无法保证。流量控制一般是通过调速阀控制通过各润滑点的流量，调速阀由于具有压差补偿的功能，所以通过调速阀的流量仅与其调节手柄的位置有关，流量控制的缺点是结构相对复杂，而且为使调速阀处于工作状态，系统的压力需要设计得高一些，这样会使得电机功率要大一些。

有些旋转机械的功率较大，需要的润滑系统流量相应的也大；而且，对润滑系统的油泵电机的功率还有所限制。以汽轮机为例：汽轮机的功率很大为5mw，需要润滑油至少带走的热量为不小于400kw，根据汽轮机各设备的机械结构，可以计算出为带走相应的热量各设备需要的润滑油量。汽轮机价格昂贵，为达到理想的润滑冷却效果，防止对各设备带来损伤，需要采用流量控制的方式来进行设计。但是汽轮机润滑系统具有以下特殊性：1.需要的润滑流量很大，其中有的润滑点甚至需要250l/min的流量，系统总润滑流量可达600l/min；2.出于安全冗余考虑，采用的是直流不间断电源(即ups)转三相交流电给油泵电机供电(以防止意外断电时，润滑油无法供应，对汽轮机设备造成损坏)，为方便提供合适的ups电源，润滑油泵电机功率被限制在不超过17kw，而且越小越好；3.出于对设备密封件装置的保护，设备入口的润滑压力不能超过5bar。

常规二通调速阀是一个减压阀(压差补偿器)与节流阀的集成阀，调速阀处于工作状态下时的最大流量取决于两个因素：1.调速阀前端压力补偿器弹簧力值；2.调速阀的通径。要想使得调速阀起调速的作用，调速阀中节流阀两端的压差必需达到调速阀中压力补偿器的弹簧力值。综合上述分析我们可以知道：1.由于该润滑系统属于超大流量系统且对润滑油泵功率有所限制，为使得润滑油泵不过载，润滑液压系统的系统压力就必需设计的低；2.为使得调速阀处于工作状态，调速阀中减压阀(压力补偿器)的力值必需选的小；3.由于通过调速阀给润滑系统的流量较大，为使得电机不过载同时调速阀又处于工作状态，调速阀的通径就必需选的大。

现有技术中尚无能满足上述要求的调速阀，目前要通过250l/min的流量，油研公司的fg系列的调速阀具有较小的最小所需压差。图4示出的是油研公司fg系列不同通径的调速阀的压差特性，通过图4可知，同样的流量，通径越大，进出口压差越小。由图4可看出，通径最大的调速阀(fg-10)通过250l/min的流量对应的最小所需压差为6bar，其他品牌的调速阀，如力士乐、立新、华德等品牌，通过250l/min的流量对应的最小所需压差至少为10bar。这使得汽轮机等旋转机械所需的系统压力较大，需要的润滑油泵的电机功率较高。

技术实现要素：

本发明的目的在于针对现有技术中的上述缺陷，提供一种组合式液压调速阀，其能满足大功率旋转机械润滑系统流量大、系统压力低的要求。

为实现上述发明目的，本发明提供一种组合式液压调速阀，其特征在于：其包括阀块、嵌设在所述阀块内的二通插装减压阀插件、与所述阀块相连且与所述二通插装减压阀插件相配接的二通插装减压阀盖板、嵌设在所述阀块内的二通插装节流阀插件以及与所述阀块相连且与所述二通插装节流阀插件相配接的二通插装节流阀盖板；

所述阀块开设有与主油路相通的入口以及与润滑系统相通的出口；

所述二通插装减压阀插件的第一进油口与所述入口相连通，所述二通插装减压阀插件的第一出油口与所述二通插装节流阀插件的第二进油口相连通；

所述二通插装节流阀插件设置有与所述出口相连通的第二出油口，第二出油口还与所述二通插装减压阀插件的第一上腔以及所述二通插装节流阀插件的第二上腔相连通。

此外，本发明还提出如下附属技术方案：

所述二通插装减压阀插件包括嵌设于所述阀块内的第一阀套、滑动配接于所述第一阀套内的第一阀芯以及与所述第一阀芯相连的第一弹簧。

所述二通插装节流阀插件包括嵌设于所述阀块内的第二阀套、滑动配接于所述第二阀套内的第二阀芯以及与所述第二阀芯相连的第二弹簧。

所述第二出油口通过设置于所述阀块和所述二通插装节流阀盖板内的第一油道与所述第二上腔相连通。

所述第一油道上设置有第一阻尼孔。

所述组合式液压调速阀还包括插装溢流阀，所述插装溢流阀包括与所述第二出油口相连通的第三进油口以及与油箱相连通的第三出油口。

所述第三进油口通过设置于所述阀块和所述二通插装减压阀盖板内的第二油道与所述第二出油口连通。

所述第二油道上设置有第二阻尼孔。

所述第三进油口通过设置于所述二通插装减压阀盖板内的第三油道与所述第一上腔相连通。

所述第三油道上设置有第三阻尼孔。

相比于现有技术，本发明的有点在于：本发明的组合式液压调速阀将二通插装减压阀插件、螺纹插装溢流阀、二通插装节流阀插件等集中到阀块上，由于二通插装阀具有通流量大、压损小、弹簧可任意选定、易组合成各种系统的优点，因此，本发明的组合式液压调速阀能够满足汽轮机润滑液压系统所需要的系统压力低、流量大等需求。另外，本发明中二通插装节流阀插件包括插装溢流阀和第二弹簧，能够限制润滑系统入口压力不超过5bar，从而能够保护润滑系统入口处的密封装置，延长润滑系统的使用寿命。

附图说明

图1是本发明的组合式液压调速阀的原理图。

图2是力士乐公司二通插装减压阀插件型号表。

图3是sunhydraulics公司的螺纹插装溢流阀规格型号。

图4是油研公司调速阀的最小所需压差特性图。

具体实施方式

以下结合较佳实施例及其附图对本发明技术方案作进一步非限制性的详细说明。

如图1所示，对应于本发明一种较佳实施例的组合式液压调速阀，其包括阀块1、二通插装减压阀插件2、二通插装减压阀盖板3、插装溢流阀4、二通插装节流阀插件5以及二通插装节流阀盖板6。

阀块1是沟通主油路与控制油路的基础阀体，用于嵌入插装元件并用于安装各插装元件的盖板以及其它控制阀等。本实施例中，二通插装减压阀插件2和二通插装节流阀插件5均嵌设在阀块1内，二通插装减压阀盖板3和二通插装节流阀盖板6则通过螺栓固定在阀块1上。在阀块1上设置有与主油路相通的进口10和与汽轮机润滑系统的入口相通的出口11，二通插装减压阀插件2、插装溢流阀4和二通插装节流阀插件5设置在进口10和出口11之间，通过阀块1内设置的油道连通。主油路通过油泵供油。

二通插装减压阀插件2、插装溢流阀4以及二通插装节流阀插件5均为现有技术中常见的插装阀插件，其结构以及与盖板的连接方式均为现有技术。

二通插装减压阀插件2安装于二通插装减压阀盖板3和阀块1之间，其包括第一阀套20、滑动配接于第一阀套20内的第一阀芯21以及与第一阀芯21相连的第一弹簧22，第一弹簧22对第一阀芯21施加向下密封住第一阀套20的挤压力。第一阀套20开设有第一进油口200和第一出油口201。

二通插装节流阀插件5安装于二通插装节流阀盖板6和阀块1之间，其包括第二阀套50、滑动配接于第二阀套50内的第二阀芯51、与第二阀芯51相连的第二弹簧52以及用于控制阀芯51的行程的行程调节杆53。第二弹簧52对第二阀芯51施加向下密封住第二阀套50的挤压力。第二阀套50设置有第二进油口500和第二出油口501。

第一进油口200与进口10相连通，第一出油口201与第一进油口500相连通，第二出油口501与出口11相连通。第二出油口501通过设置在阀块1和二通插装节流阀插件5上的第一油道12连通至第二阀套50的第二上腔50a内，在第一油道12上设置有第一阻尼孔13。

插装溢流阀4安装于二通插装减压阀盖板3上，优选为螺纹式的插装溢流阀，其包括第三进油口40和第三出油口41。第三进油口40和第二出油口501之间通过设置在阀块1和二通插装减压阀盖板3上的第二油道14相连通，并且第三出油口40还与第一阀套20内的第一上腔20a通过第三油道32相连通。第一油道14和第三油道32上分别设置有第二阻尼孔31和第三阻尼孔30。第三出油口41则与回油箱7相连通。

以下以汽轮机的润滑系统为例进一步介绍本发明的组合式液压调速阀：

该汽轮机的润滑系统通过流量为250l/min，同时保证组合式液压调速阀处于工作状态时，组合式液压调速阀前后的进出口压差尽可能小：因为系统对润滑电机的功率有要求，最大值不能超过17kw，调速阀进出口压差大了，相应的系统压力就大，系统功率与系统压力和泵发出的流量成正相关，而该系统又是一个超大流量系统，所以需要最小所需压差要尽可能小，最小所需压差是由第一弹簧22的弹簧力值所确定。图2示出了力士乐公司lc.dr系列二通插装减压阀插件的型号表，通过图2可知弹簧力值(即表中的closingpressureapprox)可以选到2bar，由于插装阀的通径大，所以在压损小的情况下选适当通径的插装阀也可以匹配到相应的流量。

设备润滑系统入口处压力高时容易损坏入口处的密封件，而密封件一旦损坏更换起来非常麻烦，为了防止压力高了有可能会对密封件造成损坏，因此需要保证各润滑点入口处的压力不大于5bar，即图1中p3的压力不大于5bar。汽轮机在额定工况下，润滑系统入口理想的工作压力为1.3-2.5bar，但是本系统属于流量精确控制系统，在设备不转动且油温低的工况下通过同样的流量时润滑系统入口的压力会偏高，本组合式调速阀中的插装溢流阀4和第二弹簧52可以控制设备入口处油压不超过5bar，需注意的是，第二弹簧52的弹簧力值必须小于第一弹簧22的力值，否则组合调速阀将无法正常工作，因此，在第一弹簧22的力值为2bar的情况下，第二弹簧52可以选择力值小于2bar的弹簧，例如力值为1或1.5bar的弹簧。

组合式液压调速阀工况分析：

如图1所示，本组合式液压调速阀中阀块上的进口10处的液压力以p1表示，第一出油口201处的液压力以p2表示，阀块上的出口11处的液压力以p3表示，第三进油口处的液压力以p4表示，另外设定第一弹簧22力值为p5、第二弹簧52力值为p6，在这里弹簧力值选择为p5＝2bar，p6＝1bar。

根据液压原理，节流口的流量公式为：其中，q为经过调速的流量，k为常数，at为第二阀芯51的开口大小，δp为节流阀进出口压差，即p2-p3。

如图3所示，插装溢流阀4选择sunhydraulics公司的rdda-lsn插装溢流阀，其能调定的最小压力为3.5bar，乘以1.1的系数，可得出图1中p4点可达到的最大压力为4bar，p2的最大压力为p4+p5＝6bar。

二通插装节流阀插件5的开口大小可由其行程调节杆53设定，根据公式1可以算出节流阀开口大小调定后，组合式调速阀处于工作状态下时流过的流量为q工作，q工作应该大于等于250l/min，系统的流量(油泵所能产生的流量)应大于q工作。进口处的油压p1由自力式压力调节阀调定在10bar。

当组合式液压调速阀处于稳定工作状态时，需要满足p2-p3≥p6，即p2-p3≥1bar，否则在第二弹簧22的压力下，二通插装节流阀插件5将始终处于关闭状态；同时，由于插装溢流阀4的存在，可知，p2＝p4+p5，而p4总是小于等于p3的，容易得出：p2-p3必然小于等于p5(2bar)。也就是说当组合式液压调速阀处于工作状态时，p2-p3的范围应当满足：1bar≤p2-p3≤2bar，由此可将组合式液压调速阀的稳态工况分为三类：

稳态工况一：当p2-p3＝2bar时，对应的p3≤4bar，此时插装溢流阀4不溢流，各点的压力为：p3＝p4≤4bar，p1＝10bar，p2≤6bar。这种工况下，组合式液压调速阀处于工作状态，第二弹簧52被液压力推动上行，直至达到行程调节杆53的调定位置，即达到二通插装节流阀插件5的设定开度，给润滑系统提供的流量即为q工作，而且该流量值很稳定，汽轮机处于额定工况下正常运行。

稳态工况二：当1bar<p2-p3<2bar时，对应的p3为：4bar<p3<5bar，此时插装溢流阀4将产生溢流，维持p4＝4bar，则二通插装减压阀插件2变成一个定值减压阀，各点的压力分别为：p1＝10bar，p2＝6bar，4bar<p3<5bar，p4＝4bar，由于第二阻尼孔31的存在，因此可以假设从插装溢流阀4溢流的流量能够忽略不计。根据公式1，在δp＝p2-p3＝2bar时，流经润滑系统的流量q为本工况下，1bar<p2-p3<2bar，因此流经润滑系统的流量q为：节流阀的开度也为设定的值。

稳态工况三：当p2-p3＝1bar时，对应的p3＝5bar，插装溢流阀4将产生溢流，维持p4＝4bar，则二通插装减压阀插件变成一个定值减压阀，各点的压力分别为：p1＝10bar，p2＝6bar，p3＝5bar，p4＝4bar，此时，流经润滑系统的流量q小于

以上总结的稳态三种工况，基本包含了所有情况，汽轮机正常工作时基本会处在稳态工况一；汽轮机不工作、油粘度较高时可能会处在稳态工况三，由于螺纹插装溢流阀有最小调定压力，第二弹簧能够确保将润滑系统入口压力限制到5bar,对汽轮机密封件起保护作用。

另外，第一阻尼孔13、第二阻尼孔31和第三阻尼孔30能够起一个动态稳定的作用，阻尼孔的大小可通过实验确定，太大则系统波动大，很难到稳态平衡点，太小则系统响应慢，所以阻尼孔大小可通过实验选取一个合适的值。

本发明的组合式液压调速阀的最小所需压差为2bar，相较于现有技术中的调速阀，最小所述压差减少了至少4bar，由于汽轮机润滑系统对润滑油泵电机的功率最大值有所限制，油泵电机功率跟流量、压力都成正比，因此在该大流量润滑系统中能够节省很大的功率。

本发明的组合式液压调速阀将二通插装减压阀插件、螺纹插装溢流阀、二通插装节流阀插件等集中到阀块上，由于二通插装阀具有通流量大、压损小、弹簧可任意选定、易组合成各种系统的优点，因此，本发明的组合式液压调速阀能够满足汽轮机润滑液压系统所需要的系统压力低、流量大等需求。另外，本发明中二通插装节流阀插件包括插装溢流阀和第二弹簧，能够限制润滑系统入口压力不超过5bar，从而能够保护润滑系统入口处的密封装置，延长润滑系统的使用寿命。