專利名稱：高壓差閥門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型屬于一種閥門，尤其是指一種能消除高壓差的閥門。
背景技術(shù)：
在控制閥內(nèi)，通常依靠閥芯在套筒中的滑動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)流量，當(dāng)流體流過(guò)設(shè)置于套筒上的很多小孔后，流體壓力降低了。
當(dāng)高壓差流體通過(guò)閥門時(shí)，由于在節(jié)流部位產(chǎn)生高壓差，導(dǎo)致流體出現(xiàn)空化現(xiàn)象，空化現(xiàn)象的產(chǎn)生會(huì)損傷節(jié)流部件，導(dǎo)致閥門使用壽命縮短，同時(shí)伴隨著噪音和振動(dòng)。
已有一種高壓差閥門可以解決上述問(wèn)題，這種閥門的套筒是由多層開了許多小孔的環(huán)形圓筒組合而成，利用層與層之間的空腔來(lái)恢復(fù)流體壓力。當(dāng)流體通過(guò)閥門時(shí)，交替膨脹和壓縮幾次，流經(jīng)多級(jí)式套筒后逐步降壓，以便在快速降壓的同時(shí)，降低噪音。
但在流體壓差特別高的場(chǎng)合，該閥很難在流體通道中制造成足夠的拐角數(shù)，從而難以通過(guò)完全控制流速來(lái)有效吸收流體能量，也無(wú)法保證充分有效的降低噪音和防止空化。
因?yàn)榱黧w不止經(jīng)過(guò)一個(gè)流體通道進(jìn)入壓力恢復(fù)型腔，所以流體通過(guò)小孔時(shí)的膨脹率不可能被精確的估計(jì)和控制。
在高壓閥門的套筒中，流體通道應(yīng)有足夠多的變向數(shù)。但是這種結(jié)構(gòu)的套筒因?yàn)橹圃焐系睦щy而不被采用。特別是流體為氣體與蒸汽的場(chǎng)合，在多級(jí)降壓和減噪的過(guò)程中需要一個(gè)適當(dāng)?shù)臍怏w膨脹率。
技術(shù)內(nèi)容本實(shí)用新型的目標(biāo)是設(shè)計(jì)一種高壓差閥門，以便尋求一種能在流體通道上方便地制造出更多變向的結(jié)構(gòu)，通過(guò)閥芯在套筒內(nèi)的運(yùn)動(dòng)來(lái)改變流通面積，從而調(diào)節(jié)流量，這樣可以有效地吸收高壓流體的能量，控制流速，達(dá)到降低噪音和防止高壓差閥門的空化的目的。
其主要技術(shù)方案包括流體入口和出口；閥芯及套筒，在套筒上開有許多通孔，每一個(gè)通孔都形成一個(gè)貫穿套筒的獨(dú)立通道；其特征是每一個(gè)獨(dú)立的通道套筒的內(nèi)外表面形成一個(gè)或多個(gè)彎曲的流道部分，每一個(gè)彎曲的流道都與套筒表面平行，并且在相關(guān)平行平面的入口和出口間最少形成一次彎曲。
所述套筒至少由兩個(gè)徑向粘接的同心環(huán)狀柱面所組成，在環(huán)狀柱面上開有許多直孔，與其相鄰的表面上挖有彎溝，這些彎溝連接不同柱面上的兩個(gè)直孔，在兩個(gè)直孔間最少形成一次彎曲，不同的柱面間均采用直孔與彎溝相連，每個(gè)獨(dú)立的流體通道分別單獨(dú)的貫穿套筒的內(nèi)外表面。
所述彎溝開在環(huán)狀柱面的外表面上；獨(dú)立的流道沿流向擴(kuò)大截面積，并保證在每處拐角都有一個(gè)固定的比率。
這種高壓差閥門就是要在流體的入口和出口之間尋找一種適合的閥芯容器，閥芯沿容器壁上下滑動(dòng)，這種閥芯容器的特點(diǎn)是套筒由許多彼此獨(dú)立的通道組成，而每條通道都制作在與套筒同心的多個(gè)環(huán)狀圓筒的表面上。
根據(jù)這項(xiàng)發(fā)明，一種適用于保持流體恰當(dāng)壓力降的閥門就很空易被設(shè)計(jì)制造出來(lái)了。因?yàn)榱黧w通道彼此獨(dú)立，相互間沒有任何交錯(cuò)，因此在組成套筒的同心環(huán)狀圓筒表面上的流體通道允許含有任意數(shù)目的變向。
套筒至少由兩個(gè)環(huán)狀圓筒組成，在徑向上這些柱面彼此粘接，而它以與其它環(huán)狀圓筒相連接的一側(cè)表面上面布滿溝槽。從溝槽的一端起在圓筒上開一個(gè)通道，從溝槽的另一端在相鄰圓筒上也開一個(gè)通孔，這樣流體通道就貫穿了套筒的內(nèi)外表面。
根據(jù)上述結(jié)構(gòu)，環(huán)狀圓筒表側(cè)的溝槽可以很容易的制成任意形狀。當(dāng)套筒是由許多環(huán)狀圓柱組成時(shí)，這些環(huán)狀圓筒先按一定的相對(duì)位置進(jìn)行排列，焊接并加工成后，多級(jí)降壓式套筒就制成了。從而保證了高壓差閥門的質(zhì)量。
此外，這些溝槽都制作在環(huán)狀圓筒的表側(cè)，并采用了更適當(dāng)?shù)木匦谓孛娴慕Y(jié)構(gòu)，也就很容易加工。如使用壓模機(jī)，也可以鑄造。
每一個(gè)獨(dú)立的流體通道在每個(gè)變向處，按固定的比率以流體流向一致的方向上逐漸擴(kuò)大它的流道面積。設(shè)計(jì)成上述流道結(jié)構(gòu)的高壓差閥門更適用于氣體和蒸汽的控制。當(dāng)壓力降低時(shí)氣體體積隨之膨脹，假設(shè)閥內(nèi)流道截面積與氣體膨脹率成比例增加，那么即使在局部地方很少會(huì)產(chǎn)生極強(qiáng)的高壓差。就可以控制閥內(nèi)的噪音和空化了。
閥芯行程和閥芯運(yùn)動(dòng)時(shí)流體通道打開面積與閥的流量特性成函數(shù)關(guān)系。特別是流體通道打開的面積與閥芯行程成比例。
總的流通面積決定了閥門的流通能力。在高壓差閥中，隨閥芯運(yùn)動(dòng)而變化的流體通道面積，可以很容易的設(shè)計(jì)成與打開流道的數(shù)目和位置相關(guān)的任意函數(shù)。那么在為了達(dá)到特定控制目的的情況下，可以方便的獲得控制閥特定的流量特性。例如控制閥中常用的等百分比或線性特性。


圖1是根據(jù)本發(fā)明所制造的高壓差閥門的安裝截面圖。
圖2為閥內(nèi)套筒的立體圖。
圖3為閥內(nèi)同心圓筒的立體圖。
圖4是同心圓筒表側(cè)所挖溝槽部分的立體圖。
圖5是一例流體通道的立體圖。
圖6是另一例流體通道的立體圖。
圖7是體現(xiàn)了發(fā)明思想的套筒外表面部分的展開圖。
圖8是圖7中所示A-A截面的截面圖。
圖9是圖7中所示B-B截面的截面圖。
圖10是關(guān)于同心圓筒表側(cè)所挖溝槽的幾個(gè)具體實(shí)例的示意圖。
具體實(shí)施方式
如圖1所示新型的高壓差閥門是由閥體1、上閥蓋2、閥座3、閥芯4、套筒5和平衡缸6幾個(gè)部分組成。裝配時(shí)，先將閥座3放入閥體1，再裝入套筒5和平衡缸6的組合內(nèi)，然后將閥芯4插入套筒并蓋上上閥蓋2，在閥桿部分裝入彈簧、填料和壓蓋，那么當(dāng)閥芯4運(yùn)動(dòng)時(shí)，閥內(nèi)的高壓流體就不會(huì)泄漏了。
套筒5上有許多通孔10，那么無(wú)論流向是低進(jìn)高出，還是高進(jìn)低出，高壓流體都必須經(jīng)過(guò)閥芯4所打開的套筒部分上的通孔。閥芯4在套筒5內(nèi)上下運(yùn)動(dòng)，可以改變套筒上通孔10的總流通面積，從而調(diào)節(jié)高壓流體的流量。
圖2是套筒5的透視圖，通孔10位于套筒5的外圍，通孔間垂直方向與水平方向的間距相等。通孔的另一個(gè)出口在套筒5內(nèi)壁上，與入口幾乎等高分布。具有這種結(jié)構(gòu)的套筒5由一組三個(gè)環(huán)狀圓筒11、12、13彼此焊接組成。最內(nèi)層的環(huán)狀圓筒13的一側(cè)加工成凸臺(tái)與平衡缸6一側(cè)凹臺(tái)緊密配合，那么流體就不可能沿閥芯4的外圈泄漏了。
圖3是位于套筒5中間一層的環(huán)狀圓筒12的透視圖，環(huán)狀圓筒12的表側(cè)開有彎溝14，它的位置應(yīng)與開在套筒的最外層環(huán)狀圓筒11中的直孔位置相對(duì)應(yīng)，保證彎溝14與孔10相接通。
圖4是上述彎溝部分的放大示意圖。開在環(huán)狀圓筒12表側(cè)的彎溝14呈C字形。與內(nèi)側(cè)相比，在環(huán)狀圓筒11的外側(cè)可以更容易挖出彎溝14。
圖中所示溝槽截面都是矩形，盡管它們可以被設(shè)計(jì)圓形截面或其他任意形狀，但矩形結(jié)構(gòu)更容易制成變溝流道。
圓筒12上的一段通孔15就是彎溝14的起始一端，彎溝14另一末端應(yīng)與外層環(huán)狀圓筒11上的通孔10的位置相對(duì)應(yīng)。
最內(nèi)層的環(huán)狀圓筒13的外表面上也有如圖4所示的溝槽和直孔。在環(huán)狀圓筒12上的流道穿過(guò)直孔15，通過(guò)最內(nèi)層圓筒的溝槽和直孔進(jìn)入套筒5的內(nèi)表面。最內(nèi)層環(huán)狀圓筒13上所開的直孔與最外層圓筒11上所開的直孔位于同一水平線上。這種對(duì)稱的結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)和制造的過(guò)程中可以消除極端的情況。
圖5是流體通道從通孔16開始穿過(guò)最內(nèi)層圓筒13到最外層圓筒11的三維透視圖。
如圖中箭頭所示流體從套筒最內(nèi)層流向最外層，流體從最內(nèi)層的環(huán)狀圓筒13上的直孔16流入，沿中間一層環(huán)狀圓筒12的內(nèi)壁而換向，沿最內(nèi)層圓筒13表面的溝槽17而流動(dòng)，在彎溝內(nèi)換向兩次，接著流經(jīng)中間圓筒12上的直孔15，轉(zhuǎn)向外層圓筒11，沿環(huán)狀圓筒12表面上的溝槽14而流動(dòng)，最終通過(guò)開在外層套筒11上的直孔18流出套筒。
直孔和溝槽在直角處彼此相連，而且每一次都是向右彎轉(zhuǎn)成直角，那么套筒4內(nèi)的流體通道換向時(shí)都轉(zhuǎn)過(guò)90度。
而且，當(dāng)高壓流體流過(guò)通孔10后，在每個(gè)轉(zhuǎn)角處都能減少能量，降低壓力，就可以減震、減噪，防止空化、氣蝕等。
流道可以做成沿流向一致的方向上逐漸擴(kuò)大截面積的形狀。
特別是用于氣體或蒸汽的閥，可以在每一個(gè)拐角轉(zhuǎn)向時(shí)，按與氣膨脹系數(shù)成比例增加截面積的方法，來(lái)平緩地降低壓力。這樣可以有效的降噪和防空化。
流道的橫截面由直孔的半徑、彎溝的寬度和深度所決定。通道截面面積的固定擴(kuò)大率就較易設(shè)計(jì)和制造了。
溝槽最適當(dāng)?shù)男问胶妥詈线m的橫截面擴(kuò)大率都是可選擇的。
圖6是另一種類型的流體通道的透視圖。
這種類型的通道中包含有中間圓筒12上的溝槽14’和最內(nèi)層圓筒13上的溝槽17’。這種類型的流道只有6次變向，而圖中的類型有8次變向。這種類型的流道可能在較小的壓差下已足夠。
圖7是套筒4外表面上所開通孔的排列的正視圖。在所舉的例子中流道從入口到出口按固定比例擴(kuò)大橫截面積。它是通過(guò)將圖5中所示的C形溝槽直線對(duì)準(zhǔn)制得，參考數(shù)目與圖5中所用的相同，并簡(jiǎn)化。
流體從直孔16流入，在溝槽17中變向兩次，再穿過(guò)直孔15和溝槽14，最終從直孔18中流出。
在每處拐角，流體通道橫截面積按一個(gè)固定比率增大。
分布在套筒外的直孔彼此間徑向角度均為α，那樣在閥內(nèi)就不會(huì)輕易發(fā)生流量不均的現(xiàn)象了。
相鄰直孔的中心間的軸向高度差為其直徑的一半D/2，這里的D指直孔的直徑。因?yàn)楦叨炔煌?，?dāng)閥芯在套筒中上下運(yùn)動(dòng)時(shí)，就會(huì)改變打開直孔的總流通面積，從而連續(xù)的改變流量。
在上面的例子中，是通過(guò)相鄰?fù)组g在垂直方向上相差一個(gè)半徑的位置的排列方式來(lái)獲得連續(xù)的流量特性的，顯然我們也可以通過(guò)改變相鄰?fù)组g相差的距離來(lái)獲得連續(xù)的流量特性。
圖8是圖7的A-A截面的截面圖，圖9是圖7中B-B截面的截面圖。
在最外層的環(huán)狀圓筒11上開有直孔18，在中間的環(huán)狀圓筒上有溝槽14和直孔15，在最內(nèi)層的環(huán)狀圓筒上也有溝槽17和直孔16。套筒5就是由配有直孔和彎溝的圓筒11、12、13緊密套接而成，形成了完全獨(dú)立的無(wú)泄漏的通孔。
圖10中的(a)、(b)、(c)、(d)分別是幾個(gè)彎溝實(shí)例示意圖。從一條直溝槽連接兩個(gè)通孔的最簡(jiǎn)單的形式，到那種出入口之間有幾次折彎的較復(fù)雜的形式中，可以根據(jù)高壓差閥門的要求來(lái)選擇適當(dāng)?shù)臏喜坌问健?br> 拐角處可以是鈍角、銳角或者任意角度，例如直角?？偠灾?，拐角越尖，拐角的數(shù)目就越少。溝槽和直孔的橫截面不一定必須是方形或圓形的?？筛鶕?jù)加工工具或者工況選擇適當(dāng)?shù)慕孛嫘问健?br> 當(dāng)高壓差閥門用于控制系統(tǒng)時(shí)，閥門先要根據(jù)工況從許多可選的流量特性中選出一種最合適的。這種高壓差閥的直孔和內(nèi)部的環(huán)形腔直接相接連。直孔間間隙的高度決定于環(huán)形腔的高度，因此，流量特性為一個(gè)不連續(xù)的函數(shù)，所以高壓差閥不能夠提供高精度的控制。
利用這一發(fā)明制成的高壓差閥門隨閥芯的運(yùn)動(dòng)可以形成任意的流量特性，因?yàn)橥资潜舜霜?dú)立的，而且它們的位置可以排列在面向閥芯的表面上的任意位置。
在上面例子中提到的套筒都是由3層環(huán)狀圓筒組成的，但根據(jù)工況的不同它可以由2層、4層或更多層的環(huán)狀圓筒組成。
根據(jù)發(fā)明可知，流體通道中的轉(zhuǎn)向次數(shù)可以通過(guò)調(diào)節(jié)溝槽的折彎次數(shù)或者環(huán)狀圓筒層數(shù)的方法來(lái)獲得。
幾個(gè)環(huán)狀圓筒間可以用一些常用的方法，例如用冷縮配合的方法來(lái)彼此粘結(jié)。
如上所述，應(yīng)用了本裝置后，可以延長(zhǎng)高壓流體設(shè)備的壽命，它可以有效的吸收高壓流體中的能量，降低噪音，防止空化。因?yàn)樗奶淄彩怯啥鄠€(gè)環(huán)狀圓筒粘結(jié)而成的，套筒壁中環(huán)狀圓筒的內(nèi)表面又挖有許多溝槽，它們與套筒上的許多通孔組合成許多彼此獨(dú)立的帶拐角的流體通道。
權(quán)利要求1.一種高壓差閥門，包括流體入口和出口；閥芯及套筒，在套筒上開有許多通孔，每一個(gè)通孔都形成一個(gè)貫穿套筒的獨(dú)立通道；其特征是每一個(gè)獨(dú)立的通道套筒的內(nèi)外表面形成一個(gè)或多個(gè)彎曲的流道部分，每一個(gè)彎曲的流道都與套筒表面平行，并且在相關(guān)平行平面的入口和出口間最少形成一次彎曲。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的高壓差閥門，其特征是套筒至少由兩個(gè)徑向粘接的同心環(huán)狀柱面所組成，在環(huán)狀柱面上開有許多直孔，與其相鄰的表面上挖有彎溝，這些彎溝連接不同柱面上的兩個(gè)直孔，在兩個(gè)直孔間最少形成一次彎曲，不同的柱面間均采用直孔與彎溝相連，每個(gè)獨(dú)立的流體通道分別單獨(dú)的貫穿套筒的內(nèi)外表面。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的高壓差閥門，其特征是彎溝開在環(huán)狀柱面的外表面上。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3所述的高壓差閥門，其特征是獨(dú)立的流道沿流向擴(kuò)大截面積，并保證在每處拐角都有一個(gè)固定的比率。
專利摘要本實(shí)用新型屬于一種閥門，尤其是指一種能消除高壓差的閥門。這種閥包括一個(gè)流體入口和出口；閥芯及套筒，在套筒上開有許多通孔，每一個(gè)通孔都形成一個(gè)貫穿套筒的獨(dú)立通道；其特征是每一個(gè)獨(dú)立的通道套筒的內(nèi)外表面形成一個(gè)或多個(gè)彎曲的流道部分，每一個(gè)彎曲的流道都與套筒表面平行，并且在相關(guān)平行平面的入口和出口間最少形成一次彎曲。本實(shí)用新型依靠閥芯在套筒中的運(yùn)動(dòng)來(lái)調(diào)節(jié)通孔的流通面積，從而達(dá)到調(diào)整流量的目的。每一個(gè)通孔在與套筒同軸的圓筒表面上都有彎曲的流道，或者套筒是由大量表面挖有溝槽的圓筒彼此疊加形成的，在流體通道中存在大量的拐角，以便吸收高壓流體的能量，有效的降低器音，防止空化。
文檔編號(hào)F16K3/24GK2530109SQ01273110
公開日2003年1月8日 申請(qǐng)日期2001年12月27日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月27日
發(fā)明者片山正昭, 郁學(xué)軍 申請(qǐng)人:工裝自控工程(無(wú)錫)有限公司