一种平衡式超低温气动调节阀的制作方法

1.本发明涉及调节阀技术领域，具体地说，涉及一种平衡式超低温气动调节阀。


背景技术：

2.调节阀又名控制阀，在工业自动化过程控制领域中，通过接受调节控制单元输出的控制信号，借助动力操作去改变工质流量、压力、温度、液位等工艺参数的最终控制元件。一般由执行机构和阀门组成。调节阀按驱动方式可分为：手动调节阀、气动调节阀、电动调节阀和液动调节阀，即以压缩空气为动力源的气动调节阀，以电为动力源的电动调节阀，以液体工质(如油等)压力为动力的液动调节阀。
3.超低温气动调节阀是大型低温制冷设备中最常用的调节设备，是过程控制中实现低温工质流量、压力等热力参数调节的最重要的执行机构。超低温气动调节阀在调节高压工质时，往往会产生较大的噪音，主要是因为阀门在开闭时，工质的所有压力都放在了阀芯上，阀门在执行开关动作时，往往需要施加较大的力，才能完成开闭。
4.因此，如何在高压差情况下提高阀门的密封性，提高泄漏等级，降低执行机构的力，成为了本领域技术人员亟待解决的技术难题。
5.有鉴于此特提出本发明。


技术实现要素：

6.本发明要解决的技术问题在于克服现有技术的不足，提供一种平衡式超低温气动调节阀，通过在第二阀杆与阀盖之间设置平衡腔，并设置连通平衡腔与工质进口的内流道，能够将高压工质引导至平衡腔内，借此平衡阀芯所承受的压力，解决了现有超低温气动调节阀密封性差的问题。
7.为解决上述技术问题，本发明采用技术方案的基本构思是：
8.一种平衡式超低温气动调节阀，包括：
9.阀体，两端分别设有工质进口和阀盖；
10.阀杆，包括贯穿阀盖的第一阀杆，和连接在第一阀杆靠近工质进口的一端、与阀体内壁滑动配合的第二阀杆；
11.第二阀杆与阀盖之间设有平衡腔，第二阀杆上设有连通平衡腔与工质进口的内流道。
12.进一步，第二阀杆中部同轴设有容纳腔，容纳腔内设有第一隔热管，第一隔热管的外壁与容纳腔的内壁贴合，第一隔热管中部通路的两端分别与平衡腔和工质进口连通，构成内流道。
13.进一步，第二阀杆靠近阀盖的一端设有连通第一隔热管与平衡腔的第一通孔，第一通孔设有围绕第二阀杆轴心排列的多个；
14.第二阀杆远离阀盖的一端设有用于封堵工质进口的阀芯，阀芯上设有连通工质进口和第一隔热管的第二通孔。
15.进一步，阀芯包括：
16.封堵部，与工质进口的口径相适配；
17.安装部，设置在封堵部靠近阀盖的一侧，至少部分嵌设在第二阀杆内。
18.进一步，安装部上套设有密封圈，密封圈夹设在封堵部与第二阀杆的端部之间，密封圈的直径至少大于工质进口的口径；密封圈远离阀杆的一端设有用于与工质进口的端口抵接的斜面；
19.工质进口内阀芯的轴向受压有效面积小于平衡腔内第二阀杆的轴向受压有效面积。
20.进一步，第二阀杆的外周壁上嵌设有第二隔热管，第二隔热管与内流道相对应；
21.第二隔热管的外周壁与阀体的内壁之间设有间隙。
22.进一步，平衡腔内设有波纹管组件，波纹管组件套设在第一阀杆上，包括波纹管和连接在波纹管两端的连接件，波纹管两端的连接件分别与阀盖和第二阀体的端面密封连接。
23.进一步，阀体靠近阀盖的一端设有第三安装槽，阀盖安装在第三安装槽的槽口上、且至少部分延伸至第三安装槽内；
24.阀盖与第三安装槽的槽底之间夹设有密封件，波纹管组件靠近阀盖一端的连接件与密封件密封连接、且至少部分嵌设在密封件与第一阀杆之间。
25.在上述方案中，所述连接件远离波纹管的一侧与密封件远离阀盖的一侧贴合、并设有向第一阀杆与密封件之间的间隙内延伸的延伸部，所述延伸部与密封件之间相互粘接完成密封。
26.进一步，阀盖远离阀体一端的端面上设有围绕第一阀杆向内凹陷的填充槽，填充槽内设有填料密封件；
27.填料密封件通过依次设置在填充槽的槽口处的压环、压盖压紧在填充槽内。
28.进一步，压盖与压环之间设有弹性件；
29.弹性件设置为弹性抵接在压盖与压环远离填料密封件一侧的压簧。
30.采用上述技术方案后，本发明与现有技术相比具有以下有益效果：
31.1、本发明通过在第二阀杆与阀盖之间设置平衡腔，并在第二阀杆上设置连通平衡腔与工质进口的内流道，能够将高压工质引导至平衡腔内，借此平衡阀芯所承受的压力，提高了调节阀的密封性，降低了驱动调节阀开闭所需的驱动力，减小了调节阀调节过程中所产生的噪音。
32.2、本发明通过设置第一隔热管和第二隔热管，能够降低工质与阀零部件之间的对流换热，从而降低调节阀的漏热。
33.3、本发明通过设置工质进口内阀芯的轴向受压有效面积小于平衡腔内第二阀杆的轴向受压有效面积，能够使调节阀闭合时，利用平衡腔内工质的作用力与工质进口内工质的作用力之差，为调节阀提供压紧力，从而进一步提高密封性。
34.下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的描述。
附图说明
35.附图作为本发明的一部分，用来提供对本发明的进一步的理解，本发明的示意性
实施例及其说明用于解释本发明，但不构成对本发明的不当限定。显然，下面描述中的附图仅仅是一些实施例，对于本领域普通技术人员来说，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他附图。在附图中：
36.图1是本发明实施例中平衡式超低温气动调节阀的整体结构示意图；
37.图2是本发明实施例图1中a处的放大结构示意图；
38.图3是本发明实施例图1中b处的放大结构示意图；
39.图4是本发明实施例中阀体的第一端的内部结构示意图。
40.附图中标号说明:
41.1、阀体；101、工质进口；102、工质出口；103、环形腔；2、阀芯；201、封堵部；202、安装部；2021、第一部分；2022、第二部分；2023、第三部分；203、第二通孔；3、密封圈；4、垫片；5、阀杆；501、第一阀杆；502、第二阀杆；5021、第一通孔；6、第一隔热管；601、中部通路；7、第二隔热管；8、第一o型圈；9、波纹管组件；901、波纹管；902、连接件；10、第二o型圈；11、第三o型圈；12、气动执行机构；14、填料密封件；15、阀盖；17、平衡腔；18、内流道；19、安装板；20、紧固件；21、密封件；22、压环；23、压盖；24、压簧。
42.需要说明的是，这些附图和文字描述并不旨在以任何方式限制本发明的构思范围，而是通过参考特定实施例为本领域技术人员说明本发明的概念。
具体实施方式
43.为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例中的附图，对实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
44.在本发明的描述中，需要说明的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
45.在本发明的描述中，需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
46.实施例一
47.如图1至图4所示，本发明涉及一种平衡式超低温气动调节阀，包括筒状的阀体1，所述阀体1的两端分别设置开口。具体的，其第一端设置有工质进口101和工质出口102，所述工质进口101的轴线与阀体1的轴线共线，所述工质出口102设置在工质进口101的一侧，所述工质出口102的轴线可以与工质进口101的轴线呈任意夹角设置，优选的，所述工质出口102的轴线与工质进口101的轴线相互垂直设置。所述阀体1的第二端设有用于封闭阀体1第二端所设开口的阀盖15。
48.所述阀体1内设置有与阀体1同轴、且可相对阀体1进行轴向往复运动的阀杆5，所述阀杆5的一端设置在阀体1内，并与阀体1的内壁相滑动配合，所述阀杆5的另一端沿轴向贯穿阀盖15，并与阀盖15相滑动配合。具体的，所述阀盖15上开设有与阀盖15同轴的开孔，
所述开孔供阀杆5穿过。所述阀杆5包括相互连接的第一阀杆501和第二阀杆502，所述第一阀杆501自阀盖15外侧同轴贯穿阀盖15，且第一阀杆501的外周壁与阀盖15上的开孔的内壁滑动配合。
49.所述阀盖15置于阀体1外侧的一端与气动执行机构12相连，所述气动执行机构12可以为气缸、电机等，所述阀盖15置于阀体1内部的一端与第二阀杆502相连，所述第二阀杆502始终置于阀体1内部，且第二阀杆502的直径与阀体1内壁的直径适配，第二阀杆502的外周壁与阀体1的内壁滑动配合。
50.优选的，本实施例中，所述第一阀杆501与第二阀杆502之间螺纹连接。具体的，所述第二阀杆502靠近阀盖15一端的端面上设有向靠近阀盖15的方向凸出延伸的螺纹柱，所述第一阀杆501置于阀体1内的一端设有与该螺纹柱相适配的螺纹孔，所述螺纹柱外周壁上的外螺纹与螺纹孔内壁上的内螺纹相互配合，完成第一阀杆501和第二阀杆502之间的装配。
51.本实施例中，所述第一阀杆501在气动执行机构12的带动下可相对于阀体1进行轴向往复运动，进而带动第二阀杆502进行轴向运动以打开或封闭所述工质进口101，使工质进口101和工质出口102连通或隔断。
52.优选的，所述第二阀杆502远离阀盖15的一端还设有阀芯2，所述阀芯2用于封闭或打开所述工质进口101。所述第二阀盖15沿轴向运动能够带动阀芯2运动，从而调节工质的流量。
53.本实施例中，所述阀芯2嵌设在第二阀杆502远离阀盖15的一端。具体的，所述阀芯2包括同轴设置的封堵部201和安装部202，所述封堵部201与工质进口101的口径相适配，用于封堵或打开所述工质进口101，所述安装部202设置在封堵部201靠近阀盖15的一侧，至少部分嵌设在第二阀杆502内，优选的，所述封堵部201与安装部202一体成型设置。
54.本实施例中，所述安装部202包括自封堵部201靠近阀盖15一侧的端面向阀盖15延伸的、直径逐渐缩小的第一部分2021、第二部分2022和第三部分2023，所述第二阀杆502上设有自远离阀盖15的一端向内凹陷的第一安装槽、第二安装槽和容纳腔，所述第一部分2021至少部分嵌设在第一安装槽内，所述第二部分2022至少部分嵌设在第二安装槽内，所述第三部分2023至少部分嵌设在容纳腔内。所述第三部分2023与容纳腔的内壁之间、和/或第二部分2022与第二安装槽之间、和/或第一部分2021与第一安装槽之间设置有密封胶或粘合剂，从而将阀芯2固定安装在第二阀杆502上。
55.优选的，本实施例中，所述阀体1上、靠近工质进口101的一端设有沿径向向外扩展延伸的环形腔103，所述环形腔103为阀体1的内壁与第二阀体1的外壁围绕构成，所述环形腔103的位置与所述工质出口102的位置相对应，所述工质出口102与环形腔103连通。阀芯2打开时，所述工质进口101与环形腔103连通从而与工质出口102连通，流体工质在环形腔103内缓冲后自工质出口102流出，能够提高调节阀调节过程的稳定性。同时，所述环形腔103的设置，使工质进口101靠近阀盖15的一侧形成一与阀体1的轴线垂直的平面，即，所述环形腔103远离阀盖15一侧的内壁与工质进口101的内壁垂直，从而使工质进口101靠近阀盖15的一端形成一端口。
56.所述阀芯2的安装部202上套设有密封圈3，密封圈3夹设在封堵部201与第二阀杆502的端部之间，密封圈3的直径至少大于工质进口101的口径，密封圈3远离阀杆5的一端设
有用于与工质进口101的端口抵接的斜面。
57.具体的，所述安装部202的第一部分2021直径小于阀芯2的封堵部201的直径，所述密封圈3套设在安装部202的第一部分2021上，所述密封圈3远离阀盖15的一侧与封堵部201靠近阀盖15的一侧端面相抵接。所述斜面具体设置在密封圈3远离阀盖15的一端、凸出于封堵部201的部分上，具体为自阀盖15而工质进口101延伸、向靠近阀芯2轴线的方向倾斜设置。从而，使调节阀闭合时，阀杆5和/或阀芯2通过该密封圈3上的斜面与工质进口101靠近阀盖15端的端口向限位抵接，以进一步提高调节阀的密封性，同时，还能够提高阀体1对阀杆5和阀芯2的定位效果。
58.优选的，本实施例中，所述阀体1和阀杆5均为金属材料制成，所述阀芯2和密封圈3均为橡胶等非金属软材料制成，阀芯2的封堵部201与工质进口101相配合，提高密封效果。
59.优选的，所述第一部分2021与第一安装槽的槽底之间、和/或第二部分2022与第二安装槽的槽底之间夹设有垫片4，垫片4的设置能够进一步提高密封性，防止工质进入阀芯2与第二阀杆502之间的缝隙内。
60.本实施例中，所述阀盖15通过螺栓和/或螺钉安装在阀体1的第二端所设开口处，所述气动执行机构12设置在阀盖15远离阀体1的一侧、与第一阀杆501传动相连。具体的，所述阀盖15远离阀体1的一端同轴设置有向远离阀杆5的一侧延伸的安装柱，所述气动执行机构12的工作端设置有安装板19，所述安装板19上开设有与所述安装柱形状适配的安装孔，所述安装板19通过安装孔套设在安装柱上、并通过紧固件20与阀盖15紧固安装。优选的，所述安装柱上设置有外螺纹，所述安装板19套设在安装柱上、与阀盖15远离阀体1一侧的端面抵接，所述紧固件20为与安装柱上的外螺纹相适配的螺母，所述螺母拧紧在安装柱上，从而将安装板19夹紧安装在阀盖15上。
61.优选的，本实施例中，所述阀盖15远离阀体1一端的端面上设有围绕第一阀杆501向内凹陷的填充槽，填充槽内设有填料密封件14，所述填料密封件14通过依次设置在填充槽的槽口处的压环22、压盖23压紧在填充槽内。
62.具体的，所述填充槽开设在安装柱远离阀体1一侧的端面上。所述压环22设置为径向截面为矩形的金属圆环，所述压环22的内径与第一阀杆501的直径相同，所述压环22的外径与填充槽的口径相适配，所述压环22的一端与所述填料密封件14相抵接，所述压环22的另一端至少部分轴向延伸到填充槽的槽口外。所述压盖23与安装柱螺纹配合、并与压环22远离填料密封件14的一端相抵接，通过拧紧压盖23，能够将填料密封件14逐渐压紧在填充槽内。
63.优选的，本实施例中，所述压盖23与压环22之间设有弹性件。进一步优选的，所述弹性件具体设置为弹性抵接在压盖23与压环22远离填料密封件14一侧的压簧24。通过设置所述压簧24，使压盖23安装后，能够始终保持压环22对填料密封件14的压紧力，提高调节阀的密封性。
64.实施例二
65.如图1至图4所示，本实施例中，所述第二阀杆502与阀盖15之间设有平衡腔17，所述第二阀杆502上还设有连通平衡腔17与工质进口101的内流道18。具体的，所述第二阀杆502与阀盖15之间间隔设置，所述阀体1处于第二阀杆502与阀盖15之间的部分、第一阀杆501外周壁、第二阀杆502端面和阀盖15共同围成平衡腔17，所述内流道18沿轴向穿过阀芯2
向阀盖15延伸，并与所述平衡腔17相连通。通过设置所述平衡腔17和内流道18，能够将高压工质引导至平衡腔17内，借此平衡阀芯2所承受的压力，提高了调节阀的密封性，降低了驱动调节阀开闭所需的驱动力，减小了调节阀调节过程中所产生的噪音。
66.优选的，本实施例中，所述平衡腔17内设有波纹管组件9，所述波纹管组件9套设在第一阀杆501上，包括波纹管901和连接在波纹管901两端的连接件902，波纹管901两端的连接件902分别与阀盖15和第二阀体1的端面密封连接。具体的，所述阀体1靠近阀盖15的一端设有第三安装槽，阀盖15通过螺栓安装在第三安装槽的槽口上、且至少部分延伸至第三安装槽内。阀盖15延伸入第三安装槽的一端与第三安装槽的槽底之间夹设有密封件21，波纹管组件9靠近阀盖15一端的连接件902与密封件21相连、且该连接件902至少部分嵌设在密封件21与第一阀杆501之间。本实施例中，所述连接件902远离波纹管901的一侧与密封件21远离阀盖15的一侧贴合、并设有向第一阀杆501与密封件21之间的间隙内延伸的延伸部，所述延伸部与密封件21之间相互粘接完成密封。
67.本实施例中，所述波纹管组件9和密封件21的设置，能够将平衡腔17限定在波纹管组件9、密封件21、阀体1内壁和第二阀杆502之间，即，将第二阀杆502与阀盖15之间的动密封改变为波纹管组件9与密封件21之间的静密封，能够有效防止平衡腔17内的工质发生泄漏，提高了调节阀的密封性。
68.优选的，所述密封件21由橡胶等非金属软质材料制成。所述波纹管901的管壁可沿周向折叠或伸展。
69.优选的，所述密封件21中部设有向阀盖15所在侧凸出延伸的凸出部，所述凸出部的外周壁与阀盖15的内壁相贴合，以提高密封件21的安装稳定性和定位效果，同时，密封件21的设置，能够进一步提高阀体1的第二端的密封性。
70.优选的，本实施例中，所述阀盖15延伸入第三安装槽的部分的周壁上设置有第一o型圈8，防止工质从阀盖15与第三安装槽内壁之间泄漏。密封件21与第三安装槽的内壁之间设置有第二o型圈10，防止工质从密封件21与第三安装槽内壁之间泄漏。所述第二阀杆502靠近阀盖15的一端的周壁上设置有第三o型圈11，防止工质向第二阀杆502与阀体1内壁之间泄漏。所述第一o型圈8、第二o型圈10和第三o型圈11均为软质非金属材料制成。通过设置第一o型圈8、第二o型圈10和第三o型圈11，能够进一步提高调节阀的密封性，保证调节阀能够稳定工作。
71.本实施例中，对于超低温气动调节阀，由于阀体1的总长度较大，在对工质进行引流过程中，容易出现漏热的情况。为解决这一问题，本实施例所提供的平衡式超低温气动调节阀在其第二阀杆502上设置有隔热结构。具体的，所述隔热结构包括设置在第二阀杆502内部的第一隔热管6，和嵌设在第二阀杆502外周壁上的第二隔热管7，所述第一隔热管6和第二隔热管7均为低传热系数的非金属隔热管，且均与所述内流道18的位置相对应。
72.优选的，本实施例中，所述工质进口101内阀芯2的轴向受压有效面积小于平衡腔17内第二阀杆502的轴向受压有效面积。本实施例中，由于平衡腔17内的气压大小与工质进口101内的气压大小相同，因此，通过设置工质进口101内阀芯2的轴向受压有效面积小于平衡腔17内第二阀杆502的轴向受压有效面积，能够使调节阀闭合时，利用平衡腔17内工质的作用力与工质进口101内工质的作用力之差，为调节阀提供压紧力，从而进一步提高密封性。
73.本实施例中，所述第二阀杆502中部同轴设有容纳腔，所述容纳腔自第二安装槽的槽底向阀盖15延伸，容纳腔内设有第一隔热管6，所述第一隔热管6的外壁与容纳腔的内壁贴合，第一隔热管6中部通路601的两端分别与平衡腔17和工质进口101连通，构成内流道18。
74.优选的，所述阀芯2的安装部202靠近阀盖15的一端与第一隔热管6相抵接，所述第一通孔5021与第一隔热管6的中部通路601相对应连通。进一步优选的，所述第一隔热管6远离阀盖15的一端与阀芯2的安装部202靠近阀盖15的一端连为一体。
75.本实施例中，所述第二阀杆502靠近阀盖15的一端设有连通第一隔热管6与平衡腔17的第一通孔5021，第一通孔5021设有围绕第二阀杆502轴心排列的多个；所述阀芯2上设有沿轴向贯穿阀芯2、并连通工质进口101和第一隔热管6的第二通孔203，第二通孔203与阀芯2同轴设置。第一通孔5021、第一隔热管6的中部通路601和第二通孔203共同组成所述内流道18。通过上述设计，使内流道18内径很小，工质的冷蒸汽大部分与隔热管接触，而不是金属材料，同时冷蒸汽流速小，基本是在狭缝中流动。阀内部的整体传热以导热形式为主，而不是对流换热，可有效降低调节阀的漏热。
76.本实施例中，所述第一通孔5021靠近阀盖15的一端围绕第一阀杆501设置，所述第一通孔5021远离阀盖15的一端延伸至容纳腔靠近阀盖15的一端内壁与容纳腔的内周壁的连接处。优选的，所述第一隔热管6靠近阀盖15的一端与容纳腔靠近阀盖15一端的内壁之间留有间隙，以保证第一通孔5021能够与第一隔热管6的中部通路601顺利导通。
77.本实施例中，所述第二阀杆502的外周壁上嵌设有第二隔热管7，第二隔热管7与内流道18相对应。具体的，第二阀杆502的外周壁上设置有周向延伸的凹槽，所述第二隔热管7套设在凹槽的槽底上，即第二隔热管7的内径与凹槽处第二阀杆502的直径相同，所述第二隔热管7的长度与凹槽相对地两槽壁之间的距离相同。
78.优选的，所述第二隔热管7的外周壁与阀体1的内壁之间设有间隙。通过在第二个热管外周壁与阀体1内壁之间设置间隙，一方面，能够阻碍第二隔热管7与阀体1之间的热传导，减少漏热，另一方面，能够减小阀杆5运动过程中的摩擦力，提高阀杆5工作的顺畅性。
79.以上所述仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明，任何熟悉本专利的技术人员在不脱离本发明技术方案范围内，当可利用上述提示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例，上述实施例中的实施方案可以进一步组合或者替换，但凡是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作的任何简单修改、等同变化与修饰，均仍属于本发明方案的范围内。