專利名稱：一種供耐空蝕和沖蝕磨損調(diào)節(jié)閥使用的閥芯組件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種耐空蝕和沖蝕磨損閥芯組件，具體地說是涉及一種應(yīng)用于高壓差、負(fù)壓出口工況高速傳輸液-固兩相或氣-液-固三相介質(zhì)的調(diào)節(jié)閥使用的閥芯組件。
背景技術(shù)：
調(diào)節(jié)閥又稱控制閥，在過程控制系統(tǒng)中由動(dòng)力操縱，調(diào)節(jié)流體流量的裝置。它用來調(diào)節(jié)流動(dòng)介質(zhì)以補(bǔ)償負(fù)載擾動(dòng)，從而使得被控制的過程變量(壓力、流量、液位等)盡可能靠近需要的設(shè)定點(diǎn)，是組成工業(yè)過程控制系統(tǒng)的重要環(huán)節(jié)，廣泛應(yīng)用于煤化工、石油化工、冶金、發(fā)電等領(lǐng)域。角形閥即角閥，相對(duì)其它類型調(diào)節(jié)閥具有較好的抗沖蝕磨損能力，是含固、高壓差、負(fù)壓出口等傳輸工況中首選的一種調(diào)節(jié)閥，并得到了廣泛的應(yīng)用。專利號(hào)為US20120161054AI的美國(guó)專利公開了一種煤液化系統(tǒng)中使用的角閥。該調(diào)節(jié)閥在煤液化系統(tǒng)的高壓差或負(fù)壓出口條件下傳輸液-固兩相介質(zhì)時(shí)，節(jié)流引起介質(zhì)的空化使調(diào)節(jié)閥流道內(nèi)形成了氣-液-固三相介質(zhì)的高速傳輸，從而對(duì)閥芯、閥座和閥后管道造成了劇烈的破壞，閥門壽命僅為數(shù)十天，已成為煤液化系統(tǒng)安全、長(zhǎng)周期運(yùn)行的技術(shù)瓶頸。通過查閱相關(guān)文獻(xiàn)，目前應(yīng)用于含固、高壓差、負(fù)壓出口等液-固兩相或氣-液-固三相傳輸工況用調(diào)節(jié)閥的不足主要在于:(I)閥芯、閥座和閥套整體采用硬質(zhì)合金等耐磨材料，閥芯為實(shí)體，在高壓差條件下，閥芯在流動(dòng)不平衡力作用下將產(chǎn)生強(qiáng)烈振蕩，由于硬質(zhì)合金材料脆性大，容易造成閥芯破裂。(2)閥座和閥套整體采用硬質(zhì)合金等耐磨材料，閥芯基體采用合金鋼材料且為實(shí)體，閥芯表面采用堆焊硬質(zhì)合金等方式來提高其抗沖蝕磨損和空蝕等破壞的性能。在高壓差條件下，閥芯節(jié)流表面存在嚴(yán)重的沖蝕磨損；節(jié)流表面下游附近區(qū)域有節(jié)流加速產(chǎn)生的空化區(qū)，閥芯頂部附近的流道結(jié)構(gòu)變化產(chǎn)生了逆壓梯度，引起傳輸介質(zhì)的流動(dòng)分離，導(dǎo)致了介質(zhì)高速回流，同時(shí)閥芯頂部為介質(zhì)滯止壓力區(qū)，該區(qū)內(nèi)壓力較高，從而為空蝕提供了條件，閥芯頂部表面受到回流介質(zhì)的沖蝕磨損和空蝕兩種破壞作用，因此，閥芯頂部是最容易失效的位置。當(dāng)閥芯表面的耐磨材料被破壞后，剩下的基體材料抵抗破壞能力差，大大降低了閥芯的壽命。(3)采用優(yōu)化閥座和實(shí)體的閥芯結(jié)構(gòu)來降低沖蝕磨損的方式，在高壓差、負(fù)壓出口工況傳輸時(shí)，閥芯節(jié)流表面受到?jīng)_蝕磨損不可免，尤其當(dāng)閥芯頂部存在介質(zhì)高速回流沖擊時(shí)，閥芯頂部同時(shí)受到空蝕和沖蝕磨損兩種破壞，即使閥芯整體采用耐磨材料和合理的結(jié)構(gòu)，介質(zhì)的回流速度也會(huì)隨著閥芯頂部的破壞而上升，便加劇了閥芯的破壞，調(diào)節(jié)閥的壽命仍非常短。(4)調(diào)節(jié)閥在工作過程中存在一定的偏流，閥出口為負(fù)壓或接近負(fù)壓場(chǎng)合，閥出口將發(fā)生劇烈的空化，形成主要以氣-固兩相(液相很少)介質(zhì)的高速傳輸，導(dǎo)致閥后管道沖蝕磨損非常嚴(yán)重，且呈現(xiàn)明顯的局部性。[0009]因此，針對(duì)含固、高壓差、負(fù)壓出口等傳輸工況用調(diào)節(jié)閥，迫切需要設(shè)計(jì)一種結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，閥芯耐空蝕和沖蝕磨損性能好，而且閥后介質(zhì)流動(dòng)對(duì)稱性好的閥芯組件。
發(fā)明內(nèi)容針對(duì)國(guó)內(nèi)外常規(guī)調(diào)節(jié)閥存在的不足，本實(shí)用新型的目的在于提供一種應(yīng)用于含固、高壓差、負(fù)壓出口等傳輸工況的閥芯組件。為了達(dá)到上述目的，本實(shí)用新型采用的技術(shù)方案是:所述的閥芯組件包括閥芯頭部、閥芯內(nèi)置節(jié)流件、閥芯尾部；其中閥芯內(nèi)置節(jié)流件的水平段插入閥芯頭部的中心孔內(nèi)，閥芯內(nèi)置節(jié)流件的豎立段嵌入閥芯頭部與閥芯尾部連接所形成的孔中，從而使調(diào)節(jié)閥在工作過程中形成了分別以閥芯頭部表面與閥座之間、閥芯內(nèi)置節(jié)流件內(nèi)的兩個(gè)傳輸通道。所述的閥芯頭部包括閥芯表層和閥芯頭部基體，其中閥芯表層為硬質(zhì)合金材料，閥芯頭部基體為合金鋼材料，閥芯表層由閥芯節(jié)流區(qū)表面和閥芯密封面兩個(gè)外表面組成，閥芯頭部基體的開設(shè)有閥芯中心孔和閥芯側(cè)孔，位于閥芯頭部基體對(duì)稱中心的閥芯中心孔與閥芯側(cè)孔與垂直相貫，相貫處為倒圓過渡，閥芯側(cè)孔為半圓通孔。所述的閥芯內(nèi)置節(jié)流件包括閥芯頂部表面、節(jié)流件錐面、節(jié)流件外倒圓、節(jié)流件圓柱表面、節(jié)流件中心直孔、節(jié)流件內(nèi)倒圓、節(jié)流件豎孔，其中節(jié)流件錐面與節(jié)流件圓柱表面垂直相貫，并由節(jié)流件外倒圓光滑過渡，節(jié)流件中心直孔與節(jié)流件豎孔相貫于節(jié)流件內(nèi)倒圓，閥芯內(nèi)置節(jié)流件為硬質(zhì)合金材料。所述的節(jié)流件頂部表面與閥芯節(jié)流區(qū)表面為光滑連續(xù)過渡。所述的閥芯尾部的左側(cè)開設(shè)有一個(gè)與閥芯側(cè)孔半徑相同的閥芯尾部側(cè)孔，閥芯尾部側(cè)孔為半圓通孔。本實(shí)用新型的有益效果是:本實(shí)用新型提出的閥芯組件，通閥芯內(nèi)置節(jié)流件實(shí)現(xiàn)了介質(zhì)的分流傳輸，同等流量傳輸條件下，減少了沖擊閥芯和閥座表面的固體顆粒流量，從而降低了節(jié)流加速引起的閥芯和閥座的沖蝕磨損；由于閥芯內(nèi)置節(jié)流件傳輸介質(zhì)的射流作用，可顯著減小閥芯頂部附近介質(zhì)回流區(qū)的面積和回流速度，故可有效降低介質(zhì)回流所引起的沖蝕磨損和空蝕破壞；另外，閥芯內(nèi)置節(jié)流件傳輸產(chǎn)生的分流和射流作用，使閥后流動(dòng)對(duì)稱性更好，閥后管道的沖蝕磨損更均勻，并降低了磨損率，而且在同等傳輸條件下，減小了調(diào)節(jié)閥尺寸，從而可降低制造、運(yùn)輸、維修等成本。本實(shí)用新型適用于高溫、高壓差、高含固量、負(fù)壓出口等非常規(guī)條件下的多相介質(zhì)傳輸用調(diào)節(jié)閥，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于推廣。

圖1是本實(shí)用新型的閥芯組件的結(jié)構(gòu)示意圖。圖2是圖1所示閥芯組件的俯視圖。圖3是圖1中閥芯頭部的剖視圖。圖4是圖1中閥芯內(nèi)置節(jié)流件的剖視圖。圖中:1、閥芯頭部；2、閥芯內(nèi)置節(jié)流件；3、閥芯尾部；4、閥芯表層；5、閥芯頭部基體；6、閥芯節(jié)流區(qū)表面；7、閥密封面；8閥芯中心孔；9a、閥芯側(cè)孔；％、閥芯尾部側(cè)孔；10、倒圓；11、節(jié)流件頂部表面；12、節(jié)流件錐面；13、節(jié)流件外倒圓；14、節(jié)流件圓柱表面；15、節(jié)流件中心直孔；16、節(jié)流件內(nèi)倒圓；17、節(jié)流件豎孔。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型的實(shí)施例作進(jìn)一步說明。如圖1所示，本實(shí)用新型的閥芯組件包括閥芯頭部1、閥芯內(nèi)置節(jié)流件2和閥芯尾部3 ;其閥芯內(nèi)置節(jié)流件2的水平段插入閥芯頭部I的中心孔內(nèi)，閥芯內(nèi)置節(jié)流件的豎立段嵌入閥芯頭部I與閥芯尾部3連接所形成的孔中，本實(shí)施例所述的連接為焊接，從而使調(diào)節(jié)閥在工作過程中形成了分別以閥芯頭部表面與閥座之間、閥芯內(nèi)置節(jié)流件2內(nèi)的兩個(gè)傳輸通道。如圖2和圖3所示，閥芯頭部I包括閥芯表層4和閥芯頭部基體5，閥芯表層4采用硬質(zhì)合金材料，閥芯頭部基體5采用合金鋼材料，以確保閥芯表層具有良好的耐沖蝕磨損能力，同時(shí)閥芯基體具有較好的塑性以確保閥芯組件在流動(dòng)不平衡力作用下能正常工作。閥芯表層4分為閥芯節(jié)流區(qū)表面6和閥芯密封面7兩個(gè)表面，此兩表面和閥座之間形成了閥芯的外部流道。閥芯頭部基體5上開設(shè)有閥芯中心孔8和閥芯側(cè)孔9a，位于閥芯頭部基體5對(duì)稱中心的閥芯中心孔8與閥芯側(cè)孔9a與垂直相貫于倒圓10，閥芯側(cè)孔9a為半圓通孔。如圖4所示，閥芯內(nèi)置節(jié)流件包括節(jié)流件頂部表面11、節(jié)流件錐面12、節(jié)流件外倒圓13、節(jié)流件圓柱表面14、節(jié)流件中心直孔15、節(jié)流件內(nèi)倒圓16、節(jié)流件豎孔17 ;節(jié)流件內(nèi)倒圓16位于節(jié)流件中心直孔15和節(jié)流件豎孔17相貫處；閥芯內(nèi)置節(jié)流件2為硬質(zhì)合金材料，以提高閥芯對(duì)稱中心部分耐空蝕和沖蝕磨損的性能。如圖2和圖3所示，閥芯中心孔8與閥芯側(cè)孔9a與垂直相貫于倒圓10，閥芯中心孔8與節(jié)流件錐面12具有相同的錐度，該錐度為2 5° ;閥芯頭部I和閥芯尾部3連接后，節(jié)流件頂部表面11與閥芯節(jié)流區(qū)表面6之間為光滑連續(xù)過渡，以減弱因流道結(jié)構(gòu)突化引起的流動(dòng)分離渦，閥芯中心孔8與節(jié)流件錐面12配合，并結(jié)合閥芯尾部側(cè)孔9b與閥芯側(cè)孔9a形成的圓孔以固定閥芯內(nèi)置節(jié)流件2。如圖1 圖4所示，閥芯節(jié)流區(qū)表面6、節(jié)流件頂部表面11與閥座之形成外流道W，在調(diào)節(jié)閥工作壓差Λ P作用下產(chǎn)生流量Qw，閥芯內(nèi)置節(jié)流件2的節(jié)流件豎孔17進(jìn)口有兩個(gè)流道分別為N1和N1，流道N1和N2與節(jié)流件中心直孔15匯合形成內(nèi)流道N，內(nèi)流道N在調(diào)節(jié)閥工作壓差ΛΡ作用下，產(chǎn)生內(nèi)射流，流量為Qn，故調(diào)節(jié)閥的總傳輸流量為Q = QW+QN，實(shí)現(xiàn)了閥節(jié)閥內(nèi)介質(zhì)的分流傳輸。內(nèi)流道N的分流傳輸主要有三個(gè)方面的作用，第一，因節(jié)流件中心直孔15中介質(zhì)的內(nèi)射流作用，降低了在相同的實(shí)體閥芯頂部附近介質(zhì)回流區(qū)的面積和速度，從而可減弱介質(zhì)回流所引起的空蝕和沖蝕磨損兩種破壞；第二，同等傳輸流量條件下，由實(shí)體閥芯流道傳輸流量Q減為本發(fā)明閥芯組件外流道的流量Qw，從而降低了沖擊閥芯和閥座表面的固體顆粒流量，降低了閥芯節(jié)流表面和閥座的沖蝕磨損率；第三，內(nèi)射流離開閥芯組件的節(jié)流件中心直孔15壁面后呈錐形在閥后流道高速傳輸，阻礙了外流道W中介質(zhì)在調(diào)節(jié)閥節(jié)流區(qū)下游部分傳輸?shù)姆菍?duì)稱性發(fā)展，從而使閥后流動(dòng)分布對(duì)稱性更好，降低了閥后管道局部受沖蝕磨損。[0031]內(nèi)流道N可分為節(jié)流件豎孔17和節(jié)流件中心直孔15兩段，節(jié)流件豎孔17的直徑為節(jié)流件中心直孔15的1.25 2倍，節(jié)流件豎孔17的兩個(gè)流道N1和N1形成的水力直徑之和是節(jié)流件中心直孔15的2.5倍及以上，內(nèi)流道N中流量的估算式中，忽略流道N1和N1產(chǎn)生的壓差，節(jié)流件中心直孔15設(shè)為阻尼長(zhǎng)孔。調(diào)節(jié)閥工作壓差ΛΡ作用下，內(nèi)流道N產(chǎn)生的流量Qn與節(jié)流件中心直孔15的直徑d間關(guān)系為:[0032]
權(quán)利要求1.一種供耐空蝕和沖蝕磨損調(diào)節(jié)閥使用的閥芯組件，其特征在于:包括閥芯頭部(I)、閥芯內(nèi)置節(jié)流件(2)、閥芯尾部(3);其中閥芯內(nèi)置節(jié)流件的水平段插入閥芯頭部(I)的中心孔內(nèi)，閥芯內(nèi)置節(jié)流件的豎立段嵌入閥芯頭部(I)與閥芯尾部(3)連接所形成的孔中。
2.如權(quán)利要求1所述的一種供耐空蝕和沖蝕磨損調(diào)節(jié)閥使用的閥芯組件，其特征在于:所述的閥芯頭部(I)包括閥芯表層(4)和閥芯頭部基體(5)，其中閥芯表層(4)為硬質(zhì)合金材料，閥芯頭部基體(5)為合金鋼材料，閥芯表層(4)有閥芯節(jié)流區(qū)表面(6)和閥芯密封面(7)兩個(gè)外表面，閥芯頭部基體(5)上開設(shè)有閥芯中心孔(8)和閥芯側(cè)孔(9a)，位于閥芯頭部基體(5)對(duì)稱中心的閥芯中心孔(8)與閥芯側(cè)孔(9a)與垂直相貫于倒圓(10)，閥芯側(cè)孔(9a)為半圓通孔。
3.如權(quán)利要求1所述的一種供耐空蝕和沖蝕磨損調(diào)節(jié)閥使用的閥芯組件，其特征在于:所述的閥芯內(nèi)置節(jié)流件(2)包括節(jié)流件頂部表面(11)、節(jié)流件錐面(12)、節(jié)流件外倒圓(13)、節(jié)流件圓柱表面(14)、節(jié)流件中心直孔(15)、節(jié)流件內(nèi)倒圓(16)和節(jié)流件豎孔(17),其中節(jié)流件錐面(12)與節(jié)流件圓柱表面(14)垂直相貫于節(jié)流件外倒圓(13),節(jié)流件中心直孔(15)與節(jié)流件豎孔(17)相貫于節(jié)流件內(nèi)倒圓(16)，閥芯內(nèi)置節(jié)流件⑵為硬質(zhì)合金材料。
4.如權(quán)利要求2或3所述的一種供耐空蝕和沖蝕磨損調(diào)節(jié)閥使用的閥芯組件，其特征在于:所述的節(jié)流件頂部表面(11)與閥芯節(jié)流區(qū)表面(6)為連續(xù)光滑過渡。
5.如權(quán)利要求1所述的一種供耐空蝕和沖蝕磨損調(diào)節(jié)閥使用的閥芯組件，其特征在于:所述的閥芯尾部(3)的左側(cè)開設(shè)有一個(gè)與閥芯側(cè)孔(9a)半徑相同的閥芯尾部側(cè)孔(9b),閥芯尾部側(cè)孔(9b)為半圓通孔。
專利摘要本實(shí)用新型公開的是一種供耐空蝕和沖蝕磨損調(diào)節(jié)閥使用的閥芯組件，其中閥芯組件包括閥芯頭部、閥芯內(nèi)置節(jié)流件、閥芯尾部。所述的閥芯內(nèi)置節(jié)流件的水平段插入閥芯頭部的中心孔內(nèi)，閥芯內(nèi)置節(jié)流件的豎立段嵌入閥芯頭部與閥芯尾部連接所形成的孔中。所述的閥芯組件，通過閥芯內(nèi)置節(jié)流件形成了介質(zhì)從閥芯外和閥芯內(nèi)兩個(gè)流道的分流傳輸，可有效降低閥芯受到的空蝕和沖蝕磨損破壞；采用所述閥芯組件的調(diào)節(jié)閥，其閥后流動(dòng)分布的對(duì)稱性更好，可降低閥后管道沖蝕磨損率，在同等傳輸條件下減小了調(diào)節(jié)閥尺寸，適用于含固、高壓差、負(fù)壓出口等傳輸工況，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單、易于推廣。
文檔編號(hào)F16K17/20GK203067879SQ20132004355
公開日2013年7月17日 申請(qǐng)日期2013年1月28日 優(yōu)先權(quán)日2013年1月28日
發(fā)明者饒杰 申請(qǐng)人:饒杰