一种节流串型多级减压调节阀的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种节流串型多级减压调节阀。其阀杆和阀芯组件设置在阀体内部；阀座组件设置多级减压单元，阀座组件的每级减压单元由圆柱形的流体膨胀单元和圆台形的、面积渐缩的节流单元组成；对应的，阀芯组件相应处设置和阀座组件级数相等的减压单元，阀芯组件的每级减压单元由控制流量的钵形型面和圆柱形的收缩单元组成；阀芯组件的上部为阀芯，下部为导向杆；在阀座组件底部、阀座导向孔外侧开设阀门底部引流孔；在阀座组件顶部设置导流套筒，在导流套筒一侧开设导流孔。本发明在煤化工德士古工艺中压差较大、介质中含有固体颗粒的工况下能够提高阀门的使用寿命，消除阀后管道的振动、噪声，并保证阀门有较高的调节精度，运行平稳。
【专利说明】一种节流串型多级减压调节阀
【技术领域】
[0001]本发明主要应用于煤化工德士古工艺中的压力/流量调节，特别适用于高压灰水泵出口至除氧器的回流控制，该工位介质中含有一定量的固体颗粒，阀门压差较大，对压力/流量要求控制精确。
【背景技术】
[0002]德士古工艺是煤化工行业的主流工艺之一。在特定工位，阀门压差较大，且介质中有一定的的固含量。目前此工况条件下普遍使用的是单座角式节流阀，但使用寿命短，主要由于压差大使液体介质容易气蚀，气蚀释放较大的能量对阀内件造成破坏；高压差下介质流速大，高速介质携带固体颗粒对内件造成较大的冲刷；由于气蚀的存在，阀后管道内噪声极大，管线振动剧烈。针对这种工况，国内厂家主要从增强内件硬度方面入手，更换强度、硬度较高的材料，耐冲刷方面收到一定效果，但噪声、振动依然存在；也有厂家尝试使用传统套筒阀(见图1)，该阀对控制介质流速有一定作用，但由于其需要阀芯和套筒贴合，通过移动阀芯改变套筒的过流面积实现压力/流量的控制，调节精度不够精确；固体颗粒容易夹在阀芯和套筒之间，造成运动卡涩，擦伤阀内件；担心固体颗粒堵塞流道，只能使用单级套筒，减压能力有限，压差高时不能消除气蚀。上述两种方案均未能很好的解决此工位的使用问题。中国专利201320464491.6公开了一种德士古工艺用调节阀，其虽然有阀芯和套筒两级减压，但是该阀门存在两个主要问题:一是小开度时套筒做为第二级减压作用并不明显，二是在大压差工况下，两级并不能有效消除气蚀，内件依然受气蚀破坏严重。
【发明内容】
[0003]本发明的目的在于提供一种节流串型多级减压调节阀，其在煤化工德士古工艺中压差较大、介质中含有固体颗粒的工况下能够提高阀门的使用寿命，消除阀后管道的振动、噪声，并保证阀门有较高的调节精度，运行平稳，动作过程中不发生卡涩。
[0004]实现本发明目的的技术方案:一种节流串型多级减压调节阀，它包括阀体，阀体下部连接阀座组件，阀杆和阀芯组件设置在阀体内部；所述的阀杆穿过阀体内置的填料函，端部与阀芯组件的阀芯连接；在阀杆和填料函的内壁之间设置填料组件；阀体上部与中法兰通过中法兰螺栓螺母进行连接；
[0005]阀座组件设置多级减压单元，阀座组件的每级减压单元由圆柱形的流体膨胀单元和圆台形的、面积渐缩的节流单元组成；对应的，阀芯组件相应处设置和阀座组件级数相等的减压单元，阀芯组件的每级减压单元由控制流量的钵形型面和圆柱形的收缩单元组成；上述阀芯组件和阀座组件配合形成多级流道，阀座组件的流体膨胀单元和上一级阀芯组件的钵形型面形成流体扩张通道使介质减速，紧接着阀座组件的节流单元和阀芯组件的收缩单元形成换向流道并使介质逐渐加速，之后阀座组件的节流单元根部和同级阀芯组件的钵形型面配合形成的最小过流面积决定了该流道的流通能力；
[0006]阀芯组件的上部为阀芯，下部为导向杆，导向杆始终在阀座组件底部开设的阀座导向孔内部进行导向；
[0007]在阀座组件底部、阀座导向孔外侧开设阀门底部引流孔；在阀座组件顶部设置导流套筒，在导流套筒一侧开设导流孔；介质由阀门底部引流孔流入，进入阀芯组件和阀座组件形成的多级流道，由导流套筒一侧的导流孔流出。
[0008]如上所述的一种节流串型多级减压调节阀，其所述的填料组件顶端设置填料压板和填料压板螺栓螺母，通过紧定填料压板螺栓螺母下压填料压板，将力传递至填料组件上，使得阀杆与填料组件、填料组件与填料函紧密贴合。
[0009]如上所述的一种节流串型多级减压调节阀，其在阀体和阀座组件连接处设置阀座缠绕垫，通过阀座紧定螺钉压紧阀座缠绕垫，使得介质不会从阀体和阀座组件的间隙处发生泄漏。
[0010]如上所述的一种节流串型多级减压调节阀，其在填料函和阀体连接处设置填料函缠绕垫，所述的中法兰在紧固的同时通过填料函将力传递至填料函缠绕垫，使填料函缠绕垫压紧。
[0011]如上所述的一种节流串型多级减压调节阀，其所述的阀体下部和阀座组件通过阀座紧定螺钉进行连接。
[0012]如上所述的一种节流串型多级减压调节阀，其所述的阀杆和外部执行机构相连接，该执行机构提供的力带动阀芯组件上下移动，阀芯组件与阀座组件配合实现阀门的开启、关闭及调节。
[0013]如上所述的一种节流串型多级减压调节阀，其阀芯的密封面和阀座的密封面相贴合，并达到一定密封比压时，阀门关闭。
[0014]如上所述的任意一种节流串型多级减压调节阀，其所述的阀芯组件、阀座组件设置3?5级减压单元。
[0015]本发明所述的节流串型多级减压调节阀，结合了单座节流对压力/流量控制精确以及传统套筒调节阀消除气蚀的优点，同时又克服了各自的不足，具体效果如下:
[0016]本发明通过引入多级流道，将较高的压差分摊在多级上，相当于多个单座阀串联，级数越多，每一级承担的压差越小，静压向动能转化的幅度较小，可以比较稳定的维持在饱和蒸汽压以上，从而有效的防止闪蒸和气蚀的产生，消除随之而来的噪声和振动。同时，多级流道通过改变介质的流动方向、不断变化介质的过流面积、摩擦介质等方式消耗介质能量，降低介质流速，由于冲刷速度与流速的三次方成正比，得益于流速的降低，介质对阀内件的冲刷程度减轻，阀内件的使用寿命延长。
[0017]本发明通过阀芯与多级阀座配合，精确控制节流面积连续改变；通过特定的阀芯型面实现阀门可控的流量特性。
[0018]本发明可根据实际工况设定流道级数，确保介质不发生闪蒸的同时，保留了较大的过流面积，确保阀门动作不卡涩。
[0019]本发明设置导流套筒，控制介质向阀体远端和不易冲刷、不怕冲刷的方向流动，避免介质对阀体的直接冲刷，保护阀体，延长了阀门的使用寿命。
[0020]本发明阀杆在全行程调节过程中，阀杆头部导向杆均位于阀座导向孔之内进行导向，确保阀杆在经受介质冲刷的工况下不偏离预定轨道，可有效降低阀杆受介质冲刷的振幅，降低噪声，并防止阀杆柔性变形造成的卡涩。
[0021]本发明流向为底进侧出，相对侧进底出，阀杆受力更加稳定、均匀，阀门可以承受更高的压差。
【专利附图】
【附图说明】
[0022]图1为传统套筒阀结构原理图；
[0023]图2为本发明所述的一种节流串型多级减压调节阀结构及介质流动图；
[0024]图3为阀芯组件结构示意图；
[0025]图4为阀座组件结构示意图。
[0026]图中:1.阀体；2.阀座组件；4.导流套筒；5.填料函；6.中法兰；7.阀芯组件；8.阀芯；9.阀杆；10.填料组件；11.填料压板；12.中法兰螺栓螺母；13.填料压板螺栓螺母；14.阀座紧定螺钉；15.填料函缠绕垫；16.阀座缠绕垫；17.内壁；18.阀芯的密封面；19.阀座的密封面；20.钵形型面；21.节流单元；22.多级流道；23.导流孔；24.导向杆；25.阀座导向孔；26.阀门底部引流孔；27.流体膨胀单元；28.收缩单元。
【具体实施方式】
[0027]下面结合附图和具体实施例对本发明所述的一种节流串型多级减压调节阀作进一步描述。
[0028]如图2所示，本发明所述的一种节流串型多级减压调节阀，它包括阀体1、阀座组件2、填料函5、中法兰6、阀芯组件7、填料组件10、填料压板11、中法兰螺栓螺母12、填料压板螺栓螺母13、阀座紧定螺钉14、填料函缠绕垫15、阀座缠绕垫16等。
[0029]其中，阀体1下部和阀座组件2通过阀座紧定螺钉14进行连接。在阀体1和阀座组件2连接处设置阀座缠绕垫16，通过阀座紧定螺钉14压紧阀座缠绕垫16，使得介质不会从阀体1和阀座组件2的间隙处发生泄漏。
[0030]阀杆9和阀芯组件7设置在阀体1内部。阀杆9穿过阀体1内置的填料函5，端部与阀芯组件7的阀芯8连接。在阀杆9和填料函的内壁17之间设置填料组件10。阀体1上部与中法兰6通过中法兰螺栓螺母12进行连接。在填料函5和阀体1连接处设置填料函缠绕垫15，中法兰6在紧固的同时通过填料函5将力传递至填料函缠绕垫15，使填料函缠绕垫15压紧，保证介质不会从阀体1和填料函5的间隙发生泄漏。
[0031]填料组件10顶端设置填料压板11和填料压板螺栓螺母13，通过紧定填料压板螺栓螺母13下压填料压板11，将力传递至填料组件10上，使得阀杆9与填料组件10、填料组件10与填料函5紧密贴合，从而保证介质不会从从三者之间的间隙处发生泄漏。
[0032]如图3和图4所示，阀座组件2设置三级减压单元，阀座组件2的每级减压单元由圆柱形的流体膨胀单元27和圆台形的、面积渐缩的节流单元21组成；对应的，阀芯组件7相应处设置和阀座组件2级数相等(三级)的减压单元，阀芯组件7的每级减压单元由控制流量的钵形型面20和圆柱形的收缩单元28组成。上述阀芯组件7和阀座组件2配合形成多级流道22，阀座组件的流体膨胀单元27和上一级阀芯组件的钵形型面20形成流体扩张通道使介质减速，紧接着阀座组件的节流单元21和阀芯组件的收缩单元28形成换向流道并使介质逐渐加速，之后阀座组件的节流单元21根部和同级阀芯组件的钵形型面20配合形成的最小过流面积决定了该流道的流通能力。
[0033]阀芯组件7的上部为阀芯8，下部为导向杆24，导向杆24始终在阀座组件2底部开设的阀座导向孔25内部进行导向；
[0034]在阀座组件2底部、阀座导向孔25外侧开设阀门底部引流孔26 ;在阀座组件2顶部设置导流套筒4，在导流套筒4 一侧开设导流孔23 ;介质由阀门底部引流孔26流入，进入阀芯组件7和阀座组件2形成的多级流道22，由导流套筒4 一侧的导流孔23流出。
[0035]阀杆9和外部执行机构相连接，该执行机构提供的力带动阀芯组件7上下移动，阀芯组件8与阀座组件2配合实现阀门的开启、关闭及调节。
[0036]本发明所述的一种节流串型多级减压调节阀工作时:
[0037]当阀芯的密封面18和阀座的密封面19相贴合，并达到一定密封比压时，阀门关闭；阀芯组件7向下移动到某一开度，阀座组件的节流单元21根部和同级阀芯组件的钵形型面20的不同部位形成过流面积不等的节流环，决定了该开度下阀门的过流能力，通过改变开度改变阀门的流阻系数借以调节阀门的压力/流量。
[0038]如图1所示，介质从阀门底部引流孔26流入，进入阀芯组件7和阀座组件2形成的多级流道22，多级流道22的过流能力为动态变化量，阀芯向上移动，过流能力增大；阀芯向下移动，过流能力减小。阀芯在任一开度，多级流道22内的阀座组的流体膨胀单元27和阀芯组件的钵形型面20 (第一级为导向杆24)均会形成流体扩张通道使介质减速，阀座组件的节流单元21和阀芯组件的收缩单元28形成换向流道并使介质逐渐加速，压差在不断的减速、变向、加速的过程中被分摊到多级之上。
[0039]相对单座节流阀而言，每级承担压差较小，静压可以比较稳定的维持在饱和蒸汽压以上，从而有效的防止空化和气蚀的产生，借此消除阀后管道的噪声和振动；同时介质的流速较低，对阀内件的冲刷不大，阀内件的使用寿命延长。另外，多级流道22延续了单座阀较大的过流面积，保证阀芯组件7在动作的过程中，不发生卡涩，也避免了颗粒性介质擦伤内件的危险。阀门在调节的全行程中，阀芯组件头部导向杆24始终在阀座导向孔25内部进行导向，可以保证阀杆在介质冲刷工况下的稳定性。介质从阀门底部导流孔26流入，阀芯各个方向受力均匀，阀芯组件7运动更加稳定；从导流孔23流出，控制介质向阀体远端和不易冲刷、不怕冲刷的方向流动，保护阀体，延长了阀门的使用寿命。
[0040]本发明通过特定形状的阀芯组件和阀座组件配合，形成过流面积以一定规律多次缩小、增大的流道，也即多级减压流道，逐级减压，避免介质闪蒸和气蚀，消除管道噪声和振动；流道面积缩小(或增大)的次数称为该阀门的级数；阀座固定不动，阀杆带动具有一定型面的阀芯上下运动，改变阀芯型面与阀座节流面形成的过流通道面积，从而达到控制压力/流量的目的。
[0041]传统套筒调节阀阀芯和套筒为间隙配合，通过移动阀芯改变套筒上过流孔的数量实现压力/流量的控制，但随行程的改变过流面积并不能连续改变，调节过程中死区较大，在对压力/流量要求精确控制的场合不适用。本发明通过阀芯与多级阀座配合，精确控制节流面积连续改变；通过一定的阀芯型面实现阀门可控的流量特性。
[0042]传统套筒调节阀阀芯和套筒为间隙配合，固体颗粒容易夹在阀芯和套筒之间，造成运动卡涩，且颗粒性介质易擦伤内件；由于担心固体颗粒堵塞流道而只能使用单级套筒，压差大时不能完全消除闪蒸和气蚀。本发明可根据实际工况设定流道级数，确保介质不发生闪蒸的同时，保留了较大的过流面积，确保阀门动作不卡涩。
【权利要求】
1.一种节流串型多级减压调节阀，它包括阀体(1)，阀体(1)下部连接阀座组件(2)，阀杆(9)和阀芯组件(7)设置在阀体⑴内部，其特征在于:所述的阀杆(9)穿过阀体(1)内置的填料函(5)，端部与阀芯组件(7)的阀芯(8)连接；在阀杆(9)和填料函的内壁(17)之间设置填料组件(10);阀体⑴上部与中法兰(6)通过中法兰螺栓螺母(12)进行连接； 阀座组件(2)设置多级减压单元，阀座组件(2)的每级减压单元由圆柱形的流体膨胀单元(27)和圆台形的、面积渐缩的节流单元(21)组成；对应的，阀芯组件(7)相应处设置和阀座组件(2)级数相等的减压单元，阀芯组件(7)的每级减压单元由控制流量的钵形型面(20)和圆柱形的收缩单元(28)组成；上述阀芯组件(7)和阀座组件(2)配合形成多级流道(22)，阀座组件的流体膨胀单元(27)和上一级阀芯组件的钵形型面(20)形成流体扩张通道使介质减速，紧接着阀座组件的节流单元(21)和阀芯组件的收缩单元(28)形成换向流道并使介质逐渐加速，之后阀座组件的节流单元(21)根部和同级阀芯组件的钵形型面(20)配合形成的最小过流面积决定了该流道的流通能力； 阀芯组件(7)的上部为阀芯(8)，下部为导向杆(24)，导向杆(24)始终在阀座组件(2)底部开设的阀座导向孔(25)内部进行导向； 在阀座组件(2)底部、阀座导向孔(25)外侧开设阀门底部引流孔(26);在阀座组件(2)顶部设置导流套筒(4)，在导流套筒(4) 一侧开设导流孔(23);介质由阀门底部引流孔(26)流入，进入阀芯组件(7)和阀座组件(2)形成的多级流道(22)，由导流套筒(4) 一侧的导流孔(23)流出。
2.根据权利要求1所述的一种节流串型多级减压调节阀，其特征在于:所述的填料组件(10)顶端设置填料压板(11)和填料压板螺栓螺母(13)，通过紧定填料压板螺栓螺母(13)下压填料压板(11)，将力传递至填料组件(10)上，使得阀杆(9)与填料组件(10)、填料组件(10)和填料函(5)紧密贴合。
3.根据权利要求1所述的一种节流串型多级减压调节阀，其特征在于:在阀体(1)和阀座组件(2)连接处设置阀座缠绕垫(16)，通过阀座紧定螺钉(14)压紧阀座缠绕垫(16)。
4.根据权利要求1所述的一种节流串型多级减压调节阀，其特征在于:在填料函(5)和阀体(1)连接处设置填料函缠绕垫(15)，所述的中法兰(6)在紧固的同时通过填料函(5)将力传递至填料函缠绕垫(15)，使填料函缠绕垫(15)压紧。
5.根据权利要求1所述的一种节流串型多级减压调节阀，其特征在于:所述的阀体(1)下部和阀座组件(2)通过阀座紧定螺钉(14)进行连接。
6.根据权利要求1所述的一种节流串型多级减压调节阀，其特征在于:所述的阀杆(9)和外部执行机构相连接，该执行机构提供的力带动阀芯组件(7)上下移动，阀芯组件(8)与阀座组件⑵配合实现阀门的开启、关闭及调节。
7.根据权利要求6所述的一种节流串型多级减压调节阀，其特征在于:阀芯的密封面(18)和阀座的密封面(19)相贴合，并达到一定密封比压时，阀门关闭。
8.根据权利要求1至7所述的任意一种节流串型多级减压调节阀，其特征在于:所述的阀芯组件(7)、阀座组件(2)设置3?5级减压单元。
【文档编号】F16K47/02GK104455469SQ201410514049
【公开日】2015年3月25日 申请日期:2014年9月29日 优先权日:2014年9月29日
【发明者】郑晓东, 孙志强, 严春明, 周雷, 杨帆, 刘建兵, 王同尧 申请人:北京航天动力研究所, 北京航天石化技术装备工程公司, 中石化宁波工程有限公司, 中石化炼化工程（集团）股份有限公司