一种平衡式阀芯结构及调节阀的制作方法

1.本发明涉及调节阀技术领域，尤其涉及一种平衡式阀芯结构及调节阀。


背景技术：

2.在工业自动化过程的控制领域中，调节阀用于接受调节控制单元输出的控制信号，并且借助动力操作，改变介质的流量、压力、温度、液位等工艺参数，是常用的控制元件。最小流量调节阀由于其前后压差较大，高温高压差介质通过迷宫盘片或套筒等节流元件后，即使压力有所降低，仍对阀芯有一定的冲刷，造成阀芯损伤。而且需要开闭阀门时，由于前后较大压差的影响，执行机构需要输出较大的力矩以使阀芯移动，阀芯上的受力处容易发生断裂，大大降低了阀芯的使用寿命。
3.因此，亟需一种平衡式阀芯结构及调节阀，以解决上述问题。


技术实现要素：

4.本发明的目的在于提供一种平衡式阀芯结构，能够同时保证阀芯的强度和韧性，降低执行机构的输出力矩，从而避免阀芯发生断裂和损伤，延长阀芯的使用寿命。
5.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
6.一种平衡式阀芯结构，能够适用于调节阀，包括：
7.上阀芯，所述上阀芯的上端设置有第一凹槽，所述第一凹槽的侧壁环设有容置槽，沿所述上阀芯(1)的轴向于所述第一凹槽的槽底贯穿设置有第一通孔；
8.挡圈，所述挡圈的外圈卡设在所述容置槽内；
9.阀杆，所述阀杆包括第一部和第二部，所述第一部穿设于所述挡圈的内圈，所述第二部设置在所述第一凹槽与所述挡圈形成的第一腔内，所述第二部将所述第一腔分隔为第一上腔和第一下腔，所述第二部上贯穿设置有第二通孔，所述第二通孔连通所述第一上腔和所述第一下腔，所述阀杆被配置为能够相对于所述上阀芯向下移动，以封堵所述第一通孔的上端口，也能够相对于所述上阀芯向上移动，以开通所述第一通孔的上端口，使所述第一通孔与所述第一下腔连通；
10.下阀芯，所述下阀芯连接于所述上阀芯的下端，所述下阀芯轴向贯穿设置有第三通孔，所述第三通孔与所述第一通孔连通。
11.可选地，还包括弹性件，所述槽底上开设有环形的第二凹槽，所述弹性件设置在所述第二凹槽内，所述弹性件的一端连接于所述第二凹槽的底壁，另一端能够与所述阀杆抵接。
12.可选地，所述第二凹槽的侧壁上沿径向开设有第四通孔。
13.可选地，所述第二部包括球面突出，所述球面突出能够封堵所述第一通孔的上端口。
14.可选地，所述上阀芯的下端设置有装配凹槽，所述下阀芯的上端设置有装配突出，所述装配凹槽与所述装配突出过盈配合。
15.可选地，还包括定位件，所述上阀芯与所述下阀芯通过所述定位件可拆卸连接。
16.可选地，所述上阀芯的外表面采用超音速喷涂工艺处理。
17.本发明的另一个目的在于提供一种调节阀，能够同时保证阀芯的强度和韧性，降低执行机构的输出力矩，从而避免阀芯发生断裂和损伤，延长阀芯的使用寿命。
18.为达此目的，本发明采用以下技术方案：
19.一种调节阀，包括上述的平衡式阀芯结构。
20.可选地，包括基体，所述基体内设置有阀芯腔和均与所述阀芯腔连通的上游通道、下游通道，所述平衡式阀芯结构可移动设置在所述阀芯腔内，所述调节阀被配置为所述平衡式阀芯结构在所述阀芯腔内上移时，能够连通所述上游通道和所述下游通道，所述平衡式阀芯结构在所述阀芯腔内下移至最底端，能够阻断所述上游通道和所述下游通道的连通。
21.可选地，还包括执行机构，所述基体内还设置有容置腔，所述第一部的上端可移动设置在所述容置腔内，且所述第一部的上端连接于所述执行机构的输出端。
22.本发明的有益效果：
23.本发明提供了一种平衡式阀芯结构，其包括上阀芯、挡圈、阀杆和下阀芯。其中，上阀芯的上端设置有第一凹槽，第一凹槽的侧壁环设有容置槽，挡圈的外圈卡设在容置槽内，第一凹槽与挡圈形成了第一腔。第一凹槽的槽底轴向贯穿设置有第一通孔。阀杆包括第一部和第二部，第一部穿设于挡圈的内圈。第二部设置在第一腔内，第二部将第一腔分隔为第一上腔和第一下腔。阀杆的第二部上贯穿设置有第二通孔，第二通孔连通第一上腔和第一下腔。阀杆被配置为能够相对于上阀芯向下移动，以封堵第一通孔的上端口，也能够相对于上阀芯向上移动，以开通第一通孔的上端口，使第一通孔与第一下腔连通。下阀芯连接于上阀芯的下端，下阀芯轴向贯穿设置有第三通孔，第三通孔与第一通孔连通。
24.阀门关闭状态下，阀杆封堵着第一通孔的上端口，第一下腔连通于第一上腔，第一上腔通过挡圈与阀杆之间的间隙，连通于调节阀的上游通道，而第一通孔通过第三通孔连通于调节阀的下游通道，即第一上腔、第一下腔与第一通孔存在较大的压力差。阀门开启时阀芯需要上移，即执行机构带动阀杆上移，阀杆通过挡圈带动阀芯整体上移。刚开始时，执行机构带动阀杆上移一小段距离，即可使第一下腔与第一通孔连通，从而消除了此处的压力差，保证挡圈上方、第一上腔、第一下腔、第一通孔与第三通孔内的压力值均相当。执行机构继续带动阀杆上移，阀杆通过挡圈带动上阀芯和下阀芯上移，此过程中由于不存在压差，执行机构输出的力矩减小，从而避免了上阀芯的容置槽处受力过大发生断裂，保证了平衡式阀芯结构的使用寿命。
25.阀门由开启状态再次关闭时，阀芯需要下移，即执行机构带动阀杆下移，阀杆推动阀芯整体下移。刚开始时，执行机构带动阀杆下移一小段距离，即可封堵第一通孔的上端口，以使挡圈上方、第一上腔、第一下腔与上游通道内的压力相当，第一通孔与第三通孔与下游通道内的压力相当。此处的压力差即可在阀芯的上方产生向下的作用力，以使后续执行机构的输出力矩减小，从而使上阀芯的容置槽处受力减小，断裂风险进一步降低。
26.本发明还提供了包含上述平衡式阀芯结构的调节阀，该调节阀能够同时保证阀芯的强度和韧性，降低执行机构的输出力矩，从而避免阀芯发生断裂和损伤，延长阀芯的使用寿命。
附图说明
27.图1是本发明实施例所提供的平衡式阀芯结构的剖面图；
28.图2是本发明实施例所提供的调节阀的部分结构的剖面图。
29.图中：
30.1、上阀芯；11、第一上腔；12、第一下腔；13、第一通孔；14、第四通孔；15、装配凹槽；
31.2、挡圈；
32.3、阀杆；31、第一部；32、第二部；321、第二通孔；322、球面突出；
33.4、下阀芯；41、第三通孔；42、装配突出；
34.5、弹性件；
35.6、基体；61、上游通道；62、下游通道；63、容置腔；
36.7、定位件。
具体实施方式
37.下面结合附图和实施方式进一步说明本发明的技术方案。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部。
38.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；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，可以是两个元件内部的连通。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。
39.在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
40.最小流量调节阀由于其前后压差较大，高温高压差介质通过迷宫盘片或套筒等节流元件后，即使压力有所降低，仍对阀芯有一定的冲刷，造成阀芯损伤。而且需要开闭阀门时，由于前后较大压差的影响，执行机构需要输出较大的力矩以使阀芯移动，阀芯上的受力处容易发生断裂，大大降低了阀芯的使用寿命。因此，本实施例提供了一种平衡式阀芯结构，以解决上述问题。
41.如图1所示，该平衡式阀芯结构包括上阀芯1、挡圈2、阀杆3和下阀芯4。可选地，上阀芯1采用韧性较高的材料制成，下阀芯4采用硬度较高的材料制成。
42.上阀芯1的上端设置有第一凹槽，第一凹槽的侧壁环设有容置槽，挡圈2的外圈卡设在容置槽内。第一凹槽的槽底、侧壁与挡圈2共同形成了第一腔。沿上阀芯1的轴向于第一凹槽的槽底贯穿设置有第一通孔13。可选地，上阀芯1的外表面采用超音速喷涂工艺处理，能够提高上阀芯1在高温高压差介质中的耐冲刷性能。
43.阀杆3包括第一部31和第二部32，第一部31穿设于挡圈2的内圈。可选地，第一部31
为圆柱状实体结构，第一部31的上端连接于执行机构。执行机构可作用于第一部31的上端，以带动阀杆3整体上下移动。可知的是，挡圈2内圈的直径大于第一部31的直径，第一部31在一定距离范围内可相对于挡圈2沿轴向移动。第二部32设置在第一腔内，第二部32的直径大于挡圈2内圈的直径，以使第二部32能够带动挡圈2移动。第二部32将第一腔分隔为第一上腔11和第一下腔12。阀杆3的第二部32上贯穿设置有第二通孔321，第二通孔321连通第一上腔11和第一下腔12。可选地，第二通孔321设置有多个，多个第二通孔321沿第二部32的周向间隔均匀平行设置。多个第二通孔321可避免第一上腔11和第一下腔12之间存在压差。
44.阀杆3能够相对于上阀芯1向下移动，以封堵第一通孔13的上端口，也能够相对于上阀芯1向上移动，以开通第一通孔13的上端口，使第一通孔13与第一下腔12连通。可选地，第二部32包括球面突出322，球面突出322能够封堵第一通孔13的上端口。可在第一通孔13的上端口设置倾斜曲面，以配合球面突出322，不仅能够实现面密封，提高密封性，且能避免阀杆3撞击第一通孔13上端口时，二者造成损坏。
45.为了进一步避免阀杆3与第一通孔13上端口发生刚性碰撞，可选地，该平衡式阀芯结构还包括弹性件5。具体地，第一凹槽的槽底上开设有环形的第二凹槽，且第二凹槽的深度方向与上阀芯1的轴向重合。弹性件5设置在第二凹槽内，弹性件5的一端连接于第二凹槽的底壁，另一端能够与阀杆3抵接。当阀杆3朝向第一通孔13的上端口移动时，先接触到弹性件5，即可得到缓冲，阀杆3的移动速度不断降低，阀杆3与第一通孔13上端口之间的碰撞力减小。可选地，弹性件5为碟簧组或弹簧组。
46.可选地，第二凹槽的侧壁上沿径向开设有第四通孔14。第四通孔14能够使第二凹槽和第一腔内的压力更快地与调节阀的上游通道61内的压力相同，从而保证了大部分时候阀杆3上下端面所处的腔室压力相同，从而能够减小阀杆3上移时所受的阻力，降低执行机构的输出力矩。
47.平衡式阀芯结构还包括下阀芯4，下阀芯4连接于上阀芯1的下端。下阀芯4轴向贯穿设置有第三通孔41，第三通孔41与第一通孔13连通，以保证第一通孔13通过第三通孔41与调节阀的下游通道62连通。
48.可选地，上阀芯1的下端设置有装配凹槽15，下阀芯4的上端设置有装配突出42，装配凹槽15与装配突出42过盈配合。可选地，还包括定位件7，上阀芯1与下阀芯4通过定位件7可拆卸连接。可选地，定位件7为销钉，可实现上阀芯1与下阀芯4的便捷装配和拆卸维修。可选地，上阀芯1上设置有第五通孔，第五通孔连通上阀芯1外部与装配凹槽15的腔体，下阀芯4上设置有盲孔，销钉穿过第五通孔，其端部设置在盲孔内。可选地，销钉处进行超音速喷涂工艺处理，以提高此处的抗冲刷能力。
49.如图2所示，本实施例还提供了一种调节阀，包括上述的平衡式阀芯结构。
50.可选地，该调节阀还包括基体6，基体6内设置有阀芯腔和均与阀芯腔连通的上游通道61、下游通道62。平衡式阀芯结构可移动设置在阀芯腔内，平衡式阀芯结构在阀芯腔内上移时，能够连通上游通道61和下游通道62，平衡式阀芯结构在阀芯腔内下移至最底端，能够阻断上游通道61和下游通道62的连通。
51.可选地，该调节阀还包括执行机构，基体6内还设置有容置腔63，阀杆3的第一部31的上端可移动设置在容置腔63内，且阀杆3的第一部31的上端连接于执行机构的输出端。
52.阀门关闭状态下，阀杆3封堵着第一通孔13的上端口，第一下腔12连通于第一上腔
11，第一上腔11通过挡圈2与阀杆3之间的间隙，连通于调节阀的上游通道61，而第一通孔13通过第三通孔41连通于调节阀的下游通道62，即第一下腔12与第一通孔13存在较大的压力差。阀门开启时阀芯需要上移，即执行机构带动阀杆3上移，阀杆3通过挡圈2带动阀芯整体上移。刚开始时，执行机构带动阀杆3上移一小段距离，即可使第一下腔12与第一通孔13连通，从而消除了此处的压力差，保证挡圈2上方、第一上腔11、第一下腔12、第一通孔13与第三通孔41内的压力值均相当。执行机构继续带动阀杆3上移，阀杆3通过挡圈2带动上阀芯1和下阀芯4上移，此过程中由于不存在压差，执行机构输出的力矩减小，从而避免了上阀芯1的容置槽处受力过大发生断裂，保证了平衡式阀芯结构的使用寿命。
53.阀门由开启状态再次关闭时，阀芯需要下移，即执行机构带动阀杆3下移，阀杆3推动阀芯整体下移。刚开始时，执行机构带动阀杆3下移一小段距离，即可封堵第一通孔13的上端口，以使挡圈2上方、第一上腔11、第一下腔12与上游通道61内的压力相当，第一通孔13与第三通孔41与下游通道62内的压力相当。此处的压力差，即可在阀芯的上方产生向下的作用力，以使后续执行机构的输出力矩减小，从而使上阀芯1的容置槽处受力减小，断裂风险进一步降低。
54.不仅如此，该平衡式阀芯结构采用分体式设计，即分为上阀芯1和下阀芯4，且上阀芯1的材质为高韧性材质，下阀芯4的材质为高强度材质。这样的设计可有效提高阀芯的抗冲刷性能，同时提高应力集中处即容置槽处的韧性，降低断裂风险，进一步保证了平衡式阀芯结构的使用寿命。
55.包含上述平衡式阀芯结构的调节阀能够同时保证阀芯的强度和韧性，降低执行机构的输出力矩，从而避免阀芯发生断裂和损伤，延长阀芯的使用寿命。
56.显然，本发明的上述实施例仅仅是为了清楚说明本发明所作的举例，而并非是对本发明的实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明权利要求的保护范围之内。