节流活塞和调节阀的制作方法

本技术涉及用于减小用于工艺技术设备如化工设备例如石化设备、发电厂例如核发电厂、食品加设备如啤酒厂等的调节阀中的流体压力的节流活塞。节流活塞设立用于流体压力从高压区减小到低压区，其中该节流活塞可在轴向上平移运动并且限定横向于轴向的径向和与轴向相关的周向。

背景技术：

1、一般可以利用节流活塞将流体势能(压力)转换为动能(高速)并且借助随后的快速减速(湍流)通过摩擦转换为热，因而被消散。但并未将所有动能转化为热。其一定部分产生噪音排放、即节流噪音，但随之而来是加剧磨损。

2、节流体通常被用于保护调节阀壳体和阀座免于强烈磨损。例如，当在阀处出现很高的局部压差时就会出现促成磨损的工艺条件。在同时有大质量流时，很高的局部压差尤其成问题，以及根据经验从约20bar压力梯度起，很高的局部压差与质量流无关。若在工艺流体中除液相外还存在固相和/或气相，则在多相流中也存在促成磨损的工艺条件。根据工艺流体的性能、特别是其蒸汽压，在工艺流体管线中可能出现空化，由此显著增大磨损和发出噪音。然而，当多相流例如以蒸汽状工艺流体形式存在时也可能出现空化。如果由工艺决定地需要流体压力降至低于蒸汽压力，则这将导致所谓的“闪蒸运行”，在此，工艺流体从单相液态转变为具有液相和气相的双相态，其中除了空化外还可能出现冲击波。

3、de1650196a1描述一种用于高能损失的液体流控制元件。长圆柱形塞子作为控制元件在壳体部中可轴向前后滑动地被引导。为了关闭，控制元件塞子头部可与座上的环形控制凸肩接合。为了在流动介质中获得能量损失，在控制元件塞子中设有多个长的、具有小的横截面流动区的摩擦抽吸能量损失通道，以将流过通道的流体分成多个单独流。平行通道可以由单独的孔或成束的管形成。这些能量损失通道在塞子的外围区域至其根端区域之间延伸。无法用控制元件影响高的速度变化或压力变化。

4、de2431322a1公开一种具有呈穿孔衬套形式的节流体的控制阀。节流体由横截面为h形的穿孔衬套构成。孔盘安置在穿孔衬套中。孔盘通过间隔套彼此隔开。最底下的间隔套比其上方的间隔套稍长，由此确保在介质流动方向上的孔盘之间的体积增大。在穿孔衬套中布置于节流体上的阀座边缘下方的孔的直径随着距阀座边缘越远而增加。同样，布置在孔盘中的孔的自由横截面在介质流动方向上从一个孔盘到另一孔盘中地增大。视行程位置的不同，不同数量的孔盘参与介质压力的节流。

5、利用传统的例如根据de1650196a1或de2431322a1的截止阀和节流阀，仅在使用较低压力降时才可实现速度降低。例如当其遇到高的压力降时，传统的截止阀和节流阀例如在节流元件和阀座孔处或其附近表现出强烈侵蚀现象。在此，空化流体引起的侵蚀会造成严重损伤。

6、为了实现尽可能低噪声和低磨损的减压，多级调节阀通常被用在从一定压差起的液体应用中，就像在wo2019/152263a1中公开的那样。在此情况下，压差分布于多级地降低，使得各级的压降保持低于临界值，超过该临界值会出现明显磨损或超过允许噪声水平。故随着级数增大，可通过阀门降低很高的压差而几乎没有磨损和噪音。泄压在锥体和阀座环之间的开口处进行。然后在这些部位出现很高的温度并且流速非常高。在锥体和阀座环处出现磨损。在维护工作中须更换锥体和阀座圈。在具有大量锥体和带阀座环的阀座孔的阀的情况下，维护工作通常是必要的、复杂的且昂贵的。此外，具有多个串联的节流件的节流系统需要大的总长度，并且流动横截面经由这些阶段被明显减小，结果是质量流量显著受损。

技术实现思路

1、本实用新型的任务是克服现有技术的缺点，尤其如此改进一种用于减小工艺工程设备的工艺流体管线内流体压力的节流体，即，在紧凑的结构下即使在大流通量的情况下也能造成流体压力的显著降低，其中显著避免调节阀的尤其由空化造成的磨损。

2、因此，规定一种用于将调节阀中流体压力从高压区降低到低压区的节流活塞。节流活塞可在轴向上平移运动并限定横向于轴向的径向和与轴向相关的周向。节流活塞可以优选具有圆柱形主体，其中圆柱轴线对应于平移运动轴线。节流活塞包括多个分配腔，它们布置在节流活塞内部并通过至少一个过渡通道相连。优选地，在节流活塞外侧上、尤其在节流活塞的第一外侧和/或第二外侧上不设置混合腔。特别是，节流活塞的外周圆套筒形状可以没有混合腔地形成。在节流活塞内的多个分配腔包括至少一个高压分配腔和至少一个低压分配腔。节流活塞具有至少一个过渡通道，其将至少正好两个混合腔或至少两个混合腔彼此流体连通。过渡通道优选将多个混合腔流通相连。特别是，混合通道可以流通连接2至20个、优选3至10个、特别优选5至7个混合腔。

3、节流活塞包括至少一个入口通道，其从高压分配腔通向第一高压区侧的节流活塞外侧。设于节流活塞的内部的多个分配腔可以包括多个高压分配腔。节流活塞可以具有两个、三个以上的入口通道。特别是，节流活塞具有至少一个高压分配腔，其配备有多个入口通道。可能优选的是节流活塞配备有多个入口通道和多个高压分配腔，其中每个高压分配腔具有一个或多个单独配属的入口通道。可能优选的是第一节流活塞外侧是径向外侧的节流活塞周侧。沿节流活塞外侧，多个高压分配腔可以平行于第一外侧彼此许多错开地布置，特别是在轴向上。入口通道可以限定径向流通方向。在第一节流活塞外侧，可以设置几百或几千个、特别是10至10000个、优选20至5000个入口通道。

4、节流活塞包括至少一个出口通道，其从至少一个低压分配腔通向低压区侧的第二节流活塞外侧。设置在节流活塞内部的多个分配腔可以包括多个低压分配腔。节流活塞可以有两个、三个以上的出口通道。特别是，节流活塞具有至少一个低压分配腔，其配备有多个出口通道。可能优选的是节流活塞配备有多个出口通道和多个低压分配腔，其中每个低压分配腔具有一个或多个其单独配属的出口通道。可能优选的是第二节流活塞外侧是轴向节流活塞端侧。沿第二节流活塞外侧，多个低压通道平行于第二外侧彼此相对错开布置，特别是在径向和/或周向上。出口通道可以限定轴向流通方向。在第二节流活塞外侧可以设置数十个、特别是10至10000个、优选20至2000个出口通道。

5、本实用新型规定，分配腔在周向和/或径向上彼此相对错开布置。节流体在不同的分配腔之间具有不透流体的壁，壁可以通过一个或多个过渡通道被中断。至少一个过渡通道设置成在径向和/或周向上在一个分配腔和另一分配腔之间形成桥。特别是，在两个以上的相邻分配腔之间设置相应数量的、特别是至少同样多的过渡通道，所述过渡通道将两个以上的相邻分配腔彼此连通。设置至少一个过渡通道，它从高压分配腔通向低压分配腔或通向低压分配腔的方向。

6、根据本实用新型的节流活塞优选实现通过入口通道、出口通道、过渡通道和分配腔形成的迷宫。工艺流体的泄压几乎只在节流活塞内的迷宫中发生。因此确保均匀泄压。此外，与在锥体和阀座之间的传统节流阀的开口间隙处的区域相比，内部流通横截面明显不易受到磨损。在节流活塞内的分配腔/通道迷宫中的泄压避免磨损迹象，尤其在节流活塞周围的阀座和阀壳体处。同时，多个通道和分配腔的迷宫式连接允许利用节流活塞体体积的大部分，因而允许充分使用特别节省空间的调节阀用于显著降低压力。

7、根据一个实施例，节流活塞还包括至少一个中压分配腔，其通过第一过渡通道与高压分配腔相连和/或通过第二过渡通道与低压分配腔相连。尤其是，没有入口通道或出口通道直接从中压分配腔通向第一或第二节流活塞外侧。布置在节流活塞内的分配腔可以包括一个或多个中压分配腔。显然，中压分配腔配设有至少两个过渡通道，其中中压分配腔的其中一个过渡通道通向或指向高压分配腔，中压分配腔的其中另一个过渡通道通向或指向低压分配腔。设有至少一个过渡通道，其从高压分配腔通向中压分配腔和/或从中压分配腔通向低压分配腔。在具有多个中压分配腔的节流活塞中，过渡通道从高压分配腔通向第一中压分配腔，第二过渡通道从低压分配腔通向第二中压分配腔并且其它过渡通道连接节流活塞内的至少两个以上的中压分配腔。多个过渡通道可以由节流活塞的唯一孔或类似的管状空腔形成，其横向延伸穿过节流活塞并将多个分配腔相交。节流活塞可以具有至少一个中压分配腔，其在径向和/或周向上相对于至少一个高压分配腔和/或至少一个低压分配腔错开。

8、根据一个优选实施方式，所述至少一个高压分配腔、特别是多个高压分配腔和所述至少一个、特别是多个低压分配腔通过过渡通道的三维交织体彼此流通连接。在节流活塞内形成由通道和或许中压分配腔构成的迷宫式三维交织体，工艺流体可经此从至少一个入口通道到至少一个出口通道地铺设一段。三维交织体由过渡通道和分配腔、特别是中压分配腔的大量相交点形成。形象地说，节流活塞可以像瑞士奶酪一样被通道和分配腔穿透，其中由入口通道和出口通道形成的部分连通到节流活塞外侧。节流活塞连同形成在其中的分配腔特别是中压分配腔和过渡通道的三维交织体显示出优异的声音阻尼和低振动特性，尤其在第一节流活塞外侧上的高压区和在第二节流活塞外侧上的低压区之间有非常高的压力差情况下。此外，在节流活塞内使用通道交织体允许永久的少维护工作，因为由节流活塞内的局部空化现象导致的交织体内单独缺陷不会导致整个节流阀的任何明显损坏。尤其令人惊讶地发现，与在传统节流阀的阀活塞和阀座之间开口间隙处的空化现象不同，节流活塞内的局部空化现象的出现不会导致连带快速阀失效的指数级损伤发展。

9、根据包括多个中压分配腔的本实用新型节流活塞的一个改进方案，中压分配腔位于至少一个高压分配腔、特别是多个高压分配腔和至少一个低压分配腔、尤其是多个低压分配腔之间，尤其并入过渡通道的交织体中，其中尤其是第三过渡通道将相互错开的中压分配腔彼此流体连通。节流活塞可以具有至少两个以上的中压分配腔，它们彼此相对在径向和/或周向上错开。节流活塞优选可以具有至少两个中压分配腔，这两个中压分配腔在径向和/或周向上彼此相对和相对于至少一个高压分配腔和/或相对于至少一个低压分配腔错开。

10、根据一个改进方案，交织体由相对于轴向成锐角的过渡通道和相对于轴向成钝角的过渡通道形成。锐角通常在0°到小于90°之间。钝角通常在大于90°到180°之间。过渡通道可分为在轴向上呈扇形倾斜延伸的第一组通道和与轴向相反呈扇形倾斜延伸的第二组通道。在交织体中设置彼此交叉倾斜的过渡通道或过渡通道组，其中相交点尤其在中压分配腔中实现。这两组过渡通道可如此样布置，它们在节流体的对角线横截面中与分配腔一起形成网状交织体。

11、根据一个改进方案，分配腔具有与过渡通道逐步偏差的流通横截面。入口通道的流通横截面优选小于高压分配腔的流通横截面。出口通道的流通横截面优选小于低压分配腔的流通横截面。过渡通道的流通横截面优选小于高压分配腔、低压分配腔和/或中压分配腔的流通横截面积。由于通道和分配腔具有尤其呈阶梯状不同的横截面形状，故在通道与分配腔之间有许多过渡部的情况下能量借助工艺流体湍流被耗散。

12、根据一个实施方式，分配腔在轴向上彼此相对至少部分错开。例如多个高压分配腔可以沿第一外表面轴向错开布置。或者多个低压分配腔可以沿第二外表面轴向错开布置。至少一个中压分配腔可以在轴向上相对于至少一个低压分配腔和/或至少一个高压分配腔错开布置。所述至少两个中压分配腔可以轴向相互错开。优选地，所述至少两个中压分配腔相对于至少一个低压分配腔、特别是相对于所有低压分配腔轴向错开布置。所述至少两个中压分配腔优选相对于至少一个高压分配腔轴向错开布置。

13、根据一个实施例，至少一个分配腔、即至少一个高压分配腔、至少一个中压分配腔和/或至少一个低压分配腔呈环形或螺旋形延伸。替代地或附加地，至少一个分配腔可以在节流活塞内沿周向部分延伸或完全延伸。多个分配腔优选可以呈环形或螺旋形和/或在部分周长或整个周长范围在节流活塞内延伸。周向延伸部或环形形状优选关于节流活塞轴线是回转的、特别是旋转对称的。例如至少一个分配腔可以是环形的。多个分配腔优选在其整个周长范围是环形的。特别是，所有中压分配腔、所有高压分配腔和/或所有低压分配腔在整个周长范围呈环形。在仅具有在整个周长范围呈环形的分配腔的实施例中，分配腔在径向上彼此相对至少部分错开以及或许在节流活塞内在轴向上彼此相对至少部分错开布置。

14、根据一个改进方案，高压分配腔和低压分配腔尤其在整个周长范围呈环形。此外，中压分配腔尤其可在整个周长范围呈环形。分配腔尤其彼此同轴布置以及或许与节流活塞轴线同轴布置。从在节流活塞的第一外侧上的径向或轴向的、类似于出铁口的入口通道起，使用至少一个尤其在整个周长呈环形的分配腔可以造成工艺流体自一个入口通道分布到阀活塞的较大体积区域，以产生大的流动面积用于大量工艺流体并且与每个单独入口通道相关地最大化可供耗散的节流体积

15、根据节流活塞的一个实施方式，多个入口通道从同一高压分配腔通向第一节流活塞外侧。由于两个以上的入口通道通入同一高压分配腔，流入的工艺流体在此被偏转，高压分配腔内的一些入口通道的工艺流体部分流被相向引导以耗散工艺流体动能。

16、在可与前述实施方式组合的优选实施方式中，在轴向上错开的两个入口区布置在第一节流活塞外侧，其中第一入口区内的入口通道的数量和/或累计入口横截面比第二入口区中的入口通道小。特别是，第一入口区和第二入口区在轴向和周向上可以一样大小。在往复活塞轴向平移运动情况下，尤其可以先开放第一入口区，以便在初始开口区域中提供小的流通横截面，从而可以精细计量流通量。然后可以开放第二入口区以允许大的流通量。

17、根据一个改进方案，第一节流活塞在轴向上在第一入口区之前和在第二入口区之后分别形成一个闭合面。在第一入口区之前的闭合面可以包括用于优选密封夹持该调节阀的阀座的部分。特别是，该部分可以具有渐缩形状、特别是倒圆的或倾斜的形状如截头锥体形状。在第二入口区之后的闭合面可以包围节流活塞的混合区，在该混合区中布置有至少一个低压分配腔、优选多个低压分配腔和或许至少一个中压分配腔、最好是多个中压分配腔。通过使用轴向延伸的、没有入口通道和出口通道的混合区(在混合区内在轴向和径向和/或周向上彼此相对至少成对错开的多个分配腔)，可以在小的节流活塞体积内提供大的压力降低。

18、根据一个实施方式，多个出口通道从同一低压分配腔通向第二节流活塞外侧。出口通道所穿过的外壁布置在低压分配腔与节流活塞外侧之间。低压分配腔提供容纳空间，在其中来自先前的中压分配腔和/或至少一个高压分配腔的转移流体流可彼此相向。

19、在节流活塞的一个可与前面的实施方式组合的实施方式中，至少一个出口通道、尤其多个出口通道通向在第二节流活塞外侧的至少一个出口扩流器。出口扩流器可以是圆形、环形和/或花形的。在第二节流活塞外侧可以布置多个尤其彼此同心布置的出口扩流器。扩流器可以限定锥形加宽的出口横截面以便将流出的流体流均匀引入到调节阀低压区。

20、尤其在节流活塞的一个实施方式中，入口通道在径向上延伸到在节流活塞径向外周的第一节流活塞外侧。入口通道优选横向于节流活塞轴线和/或横向于其尤其呈环形的高压分配腔对准。替代地或附加地，出口通道在轴向上从在节流活塞的轴向端面处的第二节流活塞外侧延伸。出口通道优选平行于节流活塞的线和/或横向于其尤其为环形的低压分配腔对准。

21、根据本实用新型，提供一种用于工艺过程设备如化工厂如石化设备、发电厂例如核电厂、水热发电厂等或食品加工厂如啤酒厂的调节阀。该调节阀包括用于接收第一压力水平的工艺流体的高压区和用于排出具有低于第一压力水平的第二压力水平的工艺流体的低压区。第一压力水平和第二压力水平之间的压力差适合工作地为至少10bar、优选至少20bar、特别是大于30bar。调节阀还包括阀壳体和阀座，阀壳体限定从入口到出口可流过的横截面，阀座形成在阀壳体上且布置在高压区和低压区之间。此外，调节阀包括在阀座中被引导的本实用新型节流活塞。根据本实用新型的节流活塞优选与阀座配合。节流活塞可相对于阀壳体、特别是阀座在轴向移动地布置。特别是，节流活塞能在第一关闭位置和第二流通位置之间移动，在第一闭合位置中该节流活塞的关闭区域且尤其是锥形部与阀座密封配合，在第二流通状态中该节流活塞的所有入口通道和出口通道自阀壳体、特别是阀座和/或阀笼被开放。节流活塞可设立用于占据在关闭位置和流筒位置之间的一个或多个中间位置，其中依据在相应中间位置处的节流活塞相对于阀壳体的姿态，不同数量的入口通道和/或出口通道被开放。工艺流体流过带有节流活塞的调节阀的流通量可以根据开放的入口通道和/或出口通道的数量被调节。

22、节流活塞优选根据所谓的“流动关闭”(ftc)流动方向安装在工艺过程设备中，其中入口通道尤其布置在节流活塞的径向外周面上，出口通道布置在节流活塞的轴向端面上。对于流动关闭ftc阀，所放开的入口通道的数量或累计入流面积对流通量起决定性作用。或者，调节阀可以根据所谓的“流动打开”(fto)流动方向安装在工艺过程设备中，其中入口通道尤其布置在节流活塞的轴向端面上，出口通道布置在节流活塞的径向周面。对于fto阀中，所开放的出口通道的数量或累计的出口面积对流通量起决定性作用。