调压阀的制作方法
【专利摘要】本发明提供一种调压阀，其具有阀体、流体流路通道和布置在流体流路通道中的筒状的导流筛套，导流筛套的通流部分设置有沿导流筛套的轴向延伸的多个贯通孔，从调压阀的入口流入的流体经由贯通孔流向下游侧，再经由调压阀的出口流出阀体，调压阀还包括活塞和用于驱动活塞沿阀体的轴向移动的活塞驱动机构，活塞能沿着导流筛套的轴向移动，以与导流筛套的内壁面接合，通过活塞驱动机构的驱动作用，以使活塞沿阀体的轴向移动，控制活塞与导流筛套的内壁面接合位置，从而控制导流筛套中的供流体流过的贯通孔的面积，由此实现调压作用。本发明的调压阀在调压范围大的前提下使调压阀尺寸小、结构简单、精度高且驱动机构对调压阀流量的影响最小化。
【专利说明】调压阀【技术领域】
[0001]本发明涉及用于燃气供给系统的调压阀，该调压阀包括用于调节流量的活塞，本发明特别地涉及一种用于该调压阀中的活塞驱动机构。
【背景技术】
[0002]在燃气供给系统中，调压阀用于将管道燃气的中高压管网调压后进入低压用户。例如，通常管道燃气官网的压力通常为中压(0.2-0.4MPa)、高压(2.5_4MPa)或次高压(0.8-1.6Mpa)。对于在管道燃气管网中采用的调压阀，期望调压阀的通流能力大、调压范围宽，进而能够使输气干路管网扩大供气范围，减少城市调压站的建设数量，提高经济效益。 [0003]目前，城市燃气管网建设所采用的调压阀大都是蝶阀，其压力反馈采用膜片结构(橡胶膜片或金属膜片)。调压阀常用的结构如图6和图7所示，图6和图7分别调压阀开启和关闭状态的图。如图6所示，燃气从入口 101流入顺着调压阀的燃气流路通过截流口104，然后从出口 105流出。在进行调压时，通过阀杆102带动阀芯103运动，进而改变截流口 104的大小；通过调节截流口 104的开度，进而实现对燃气流路压力的调节。由于入口101和出口 105沿xlO-xlO轴设置，而阀芯103和阀杆102沿ylO-ylO轴设置，进入调节阀的燃气需要首先沿xlO-xlO流动，然后转向90度沿ylO-ylO轴流动，再通过截流口 104时再转向90度，然后顺着出口流路流出。
[0004]在调节阀的燃气流路中，燃气存在两段90°转折，这样的结构本身特点使得这一类调压阀具有调压范围窄和通流能力小等缺点。此外，由于蝶阀采用的是缝隙节流调压原理，一方面，出口气体压力受入口气体压力波动影响大，调压精度差，另一方面，不可避免地带来较大噪声，一般都需配消音器。
【发明内容】
_5] 发明要解决的问题
[0006]鉴于上述问题，本发明的目的是提供一种调压阀，其在调压范围大的前提下能够确保调压阀的尺寸小、结构简单、调压精度高且使驱动机构对调压阀流量的影响最小化。_7] 用于解决问题的方案
[0008]根据本发明的一个方面，本发明提供一种调压阀，其具有阀体、实质沿阀体轴向的流体流路通道和布置在流体流路通道中的筒状的导流筛套，导流筛套的通流部分设置有沿导流筛套的轴向延伸的多个贯通孔，从调压阀的入口流入的流体经由所述贯通孔流向下游侦牝再经由调压阀的出口流出阀体；所述调压阀还包括活塞和用于驱动活塞沿阀体的轴向移动的活塞驱动机构，所述活塞能沿着导流筛套的轴向移动，以与导流筛套的内壁面接合，通过活塞驱动机构的驱动作用，以使活塞沿阀体的轴向移动，进而控制活塞与导流筛套的内壁面接合位置，从而控制导流筛套中的供流体流过的贯通孔的面积，由此实现调压作用。
[0009]根据本发明的上述构造，由于调压阀的上述构造，由于阀体、流体流路通道和布置在流体流路通道中的筒状的导流筛套，导流筛套的通流部分设置有沿导流筛套的轴向延伸的多个贯通孔，因此，能够利用活塞驱动机构容易地驱动活塞沿周向移动，能够大幅度提高调压阀流量且使得调压范围大。此外，由于设置导流筛套并且通过控制活塞与导流筛套的内壁面接合位置，进而控制导流筛套中的供流体流过的贯通孔的总面积，由此实现调压作用。因此，调压精度高，并且噪音小，不需要额外设置消音器。
[0010]根据优选的实施方式，活塞在远离调压阀进口的一侧一体地或者可拆卸地设置有活塞杆，活塞杆沿阀体的轴向延伸，活塞杆的与布置活塞的相反的一侧设置有沿轴向延伸的凹槽，凹槽内嵌装有齿条，以能够借助与齿啮合的齿轮的转动而沿轴向往复地驱动活塞杆移动。
[0011]根据优选的实施方式，活塞杆不设置凹槽，齿条与在与布置活塞的相反的一侧的活塞杆的侧面一体地设置。
[0012]根据优选的实施方式，所述活塞驱动机构包括电机和齿轮传动机构，电机的输出轴与齿轮连接，经由齿轮传动机构的减速后将动力输出至与齿条啮合的齿轮，从而能通过齿轮的转动驱动齿条沿轴向移动。
[0013]根据优选的实施方式，调压阀还包括整流罩，整流罩靠近所述阀体的入口设置且沿阀体的轴向延伸，整流罩的外周面与阀体的内壁面形成流体流路通道的一部分，在调压阀完全开启时，活塞和活塞杆收容在整流罩内，整流罩和阀体在与整流罩的布置方向垂直的方向上设置有开口，齿轮传动机构的动力输出轴分别贯通阀体和整流罩的开口插入整流罩内，齿轮传动机构的仅与齿条啮合的齿轮在整流罩内工作。
[0014]根据优选的实施方式，齿轮传动机构的动力输出轴的两端同轴地分别安装有上述与齿条啮合的齿轮和大齿轮，大齿轮通过一级或多级齿轮变速与电机的输出轴耦合。
[0015]根据优选的实施方式，齿轮传动机构的动力输出轴的外周设置有支撑套，支撑套的外周壁和阀体的开口的内侧壁和阀体的外侧壁之间以密封的方式连接，支撑套的外周壁和整流罩的开口的内侧壁之间为密封的。
[0016]根据优选的实施方式，所述调压阀还包括传感器和控制器，所述传感器包括用于检测调压阀的入口处的压力的至少一个入口传感器和用于检测调压阀的出口处的压力的至少一个出口传感器，所述控制器基于入口处的压力和出口处的压力差控制电机的动力输出，以将活塞控制在适当的位置。
[0017]本发明的调压阀在调压范围大的前提下能够确保调压阀的尺寸小、调压精度高且使驱动机构对调压阀流量的影响最小化。
【专利附图】
【附图说明】
[0018]下面结合附图对本发明进行说明。其中:
[0019]图1是根据本发明的一个实施方式的调压阀处于开启状态结构示意图；
[0020]图2是根据本发明的一个实施方式的调压阀整体结构示意图，调压阀还包括控制和反馈回路，其中调压阀处于关闭状态；
[0021]图3是根据本发明的一个实施方式的导流筛套的导流筛部的贯通孔的结构示意图；
[0022]图4是根据本发明的一个实施方式的整流罩外形示意图；
[0023]图5是根据本发明的一个实施方式的整流罩的截面示意图；[0024]图6是现有技术的调压阀结构示意图，其中调压阀处于开启状态；
[0025]图7是现有技术的调压阀结构示意图，其中调压阀处于关闭状态。
【具体实施方式】
[0026]下文将结合附图详细说明本发明的【具体实施方式】。应当理解，下面的说明的实施方式仅仅是示例性的，而非限制性。
[0027]【调压阀的构造】
[0028]图1和图2示意性示出根据本发明的实施方式的调压阀的整体结构，其中，图1示出调压阀的开启状态，在该状态下，调压阀起调压作用，用于调节流过调压阀的燃气压力，图2示出调压阀的关闭状态，在该状态下，调压阀关闭切断燃气流路。
[0029]如图1和图2所示，调压阀包括:阀体，其由沿着调压阀的轴向X-X布置的右阀体1001和左阀体1002构成；整流罩1003，其靠近右阀体1001 —侧设置并且收容在由右阀体1001和左阀体1002形成的收容空间内；活塞1004，其与活塞杆1005—体的连接；导流筛套1006，用于将从气体经由导流筛套1006流到调压阀的出口 10020 ;活塞杆驱动机构1007，其用于驱动活塞杆1004进而驱动活塞1003线性地移动；和安全保护机构108，其用于保护调压阀。
[0030]在图中所示的实施方式中，右阀体1001和左阀体1002以密封的方式连接在一起。在示出的实施方式中，两者经由螺栓且借助密封圈连接在一起(如图1和图2所示)。应当注意，在另一实施方式中，右阀体1001和左阀体1002可一体地成型(未示出)。
[0031]如图1所示，箭头标识出燃气的流动路径，燃气的上游侧示出为纸面的右侧，燃气的下游侧为纸面的左侧。右阀体1001的上游侧设置有作为调压阀的入口的燃气入口10010，右阀体1001的下游侧开口，燃气出口一侧的开口 10020的孔径比燃气入口的开口的孔径大。左阀体1002包括上游侧大径部、下游侧小径部以及位于大径部和小径部之间的中间部，中间部的开口从大径部处朝向`小径部减小从而构成大径部和小径部之间的过渡部。左阀体1002的下游侧端部(即小径部)设置有出口 10020，该出口作为调压阀的出口 ；左阀体1002的大径部与右阀体1001的下游侧开口端连接。由此，右阀体1001和左阀体1002形成收容空间。这样的结构有助于确保大流量。
[0032]如图1、图2、图4和图5所示，在该收容空间中沿着调压阀的轴向X-X设置有整流罩1003。整流罩1003靠近右阀体1001的一侧的端部的外表面的形状为适于流体流动的光滑形状，且不设置任何台阶，以尽量最大程度地不阻碍流体流动的方式来设计整流罩1003的上游端部的形状。由此，能确保调压阀的流速。
[0033]在图中所示的实施方式中，在整流罩1003的与右阀体1001的下游侧端部相邻布置的端部的外形为大体锥状，即从上游侧端部的外形沿着调压阀的轴向(即流路方向)朝向下游侧逐渐增大。由此，沿着调压阀的轴向X-X，整流罩1003的上游侧的端部的外轮廓与右阀体1001的大径部形成适合流体流动的流路。
[0034]整流罩1003的下游侧端为大致柱状，其下游侧开口且内设有收容空间。整流罩1003的下游侧开口端沿着调压阀的轴向X-X形成有柱状收容空间。整流罩1003的沿流路方向的靠上游侧位置处设置有开口 10031 (见图4和图5)，该开口用于安装用于驱动活塞杆1004的活塞杆驱动机构1007。[0035]整流罩1003的下游侧与左阀体1002的大致中间部的位置处设置有导流筛套1006。在示出的实施方式中，导流筛套1006为大致筒状结构，其包括位于两端部的安装筒部10061和10062和位于安装筒部10061和10062之间的导流筛部10063。
[0036]下游侧安装筒部10061用于与左阀体1002安装在一起，安装筒部10061和左阀体1002以密封的方式连接。关于密封的方式，在优选的实施方式中，下游侧安装筒部10061和左阀体1002之间设置有密封圈。在示出的实施方式中，见图1和图2，下游侧安装筒部10061包括凸缘部和轴向连接部，凸缘部的外周设置有环状台阶，该环状台阶与左阀体1002的台阶接合，轴向连接部在下游侧通过螺栓等紧固方式与左阀体1002的凸缘连接在一起。上游侧安装筒部10062用于与右阀体1001安装在一起。
[0037]在示出的实施方式中，上游侧安装筒部10062在下游侧与整流罩1003的下游端连接在一起，上游侧安装筒部10062在上游侧与支撑套10051连接在一起，支撑套10051用于支撑活塞杆1005，同时还可用作用于抵接弹簧1008等部件的辅助部件。通过预先设置弹簧1008的张力，可以设置阀出口的压力。在一个实施方式中，本发明可实现0-1.6MPa调压范围，在相应工作区间内，出口压力可以任意调节，最大流量大于15000Nm3/h，关闭压力小于
1.1倍出口压力。
[0038]导流筛部10063位于安装筒部10061和10062之间并且基本占据调节阀的燃气流路的流通路径的大部分区域。导流筛部10063主要用于引导燃气流，并且与活塞1004协同起到减压、减噪等作用。
[0039]下面将说明导流筛部10063的结构。导流筛部10063为大致筒状，在导流筛部10063的筒状外表面上形成有多个贯通孔10064。贯通孔10064大致沿着导流筛部10063的轴线方向延伸。
[0040]图3示出导流筛部`10063的示意性展开图，用于说明贯通孔10064的排列方式和形状。导流筛部10063的工作方式和调压原理说明如下。
[0041]当调压阀工作时，导流筛部10063位于燃气流路的通路部分，从调压阀的燃气入口 10010流入的燃气，顺着整流罩1003与阀体形成的燃气流路向下游侧流动，然后穿过导流筛部10063的贯通孔10064而流到阀体的燃气出口 10020。
[0042]调压阀为了起到调压或减压作用，通过使活塞1004沿着调节阀的轴向(即X-X方向)移动，活塞1004的外周壁与导流筛部10063的内周壁接合。当活塞1004沿着轴向(SPX-X方向)移动时，活塞1004与导流筛套1006的接合长度变化。通过控制流过活塞1004的位置，能够有效地控制供燃气流过的开口的面积，进而实现调压或减压的目的。活塞1004与导流筛套1006的接合长度与流过的燃气流量大致成反比。
[0043]导流筛套1006的导流筛部10063优选地遍及整个导流筛部10063地设置多个线性导流用贯通孔10064。当贯通孔10064遍及整个导流筛部10063设置且使得导流筛部10063中不设置通孔的面积尽可能得少时，如果调压阀的干网管路的压力出现波动，例如压力较低时，因为贯通孔10064遍及整个导流部10063设置且导流筛部10063中不设置通孔的面积尽可能得少，因此，能有效地确保流到下游用户的燃气的压力保持在一定水平?’另一方面，如果压力过大时，可通过移动活塞10004而有效地减小流过燃气的通孔的面积，能够有效地降低压力，防止下游用户的燃气的压力过高。
[0044]当活塞位于导流筛套1006的下游安装筒部10061的位置处，即设置于导流筛套1006的导流筛部10063的所有的通孔10064被关闭时，调节阀的燃气流路关闭(如图2所示)，燃气不能流过调节阀。另一方面，当活塞位于导流筛套1006的下游安装筒部10061的位置处，即设置于导流筛套1006的导流筛部10063的所有的通孔10064被打开时，调节阀的燃气流路完全打开。
[0045]高压燃气流过通孔10064时，通过控制活塞1004与导流筛套1006的接合位置，能实现调压减压的目的。通孔10064的形状和排列方式影响调压精度。与现有技术的缝隙节流调压原理相比，这种调压方式能有效地抑制噪声。
[0046]在优选的实施方式中，通孔10064为多个沿导流筛套1006的周向延伸的细长线性槽。通孔10064的形状没有特别限制。例如，在导流筛套1006上布置有若干个细长的矩形槽。
[0047]在图3所示的实施方式中，矩形状的通孔在通流部分沿导流筛套1006的周向错位等距地均匀分布。通孔的数目更多，布置的通孔的数目多具有能更好的分布燃气的流通孔径，减压、减噪效果好，且控制时的调节线性度好的优点。
[0048]设置在导流筛套1006的孔形状没有特别限制，只要能确保活塞沿着阀轴向移动时能够保证流过的燃气流量的线性度即可。孔的形状(例如宽度和长度)以及孔与孔之间的间距是根据流量、刚度及流阻优化得到。孔的形状不限于矩形，也可以是椭圆形、运动跑道
形状等等。
[0049]导流筛套还包括安装在第一安装筒部的内周面处的带三角形刃的阀口 10065，活塞还包括设置在活塞的顶端的 密封垫，阀口的刃位置与活塞上的密封垫对准地布置。由此，当活塞闭合时，实现活塞与阀口的牢固密封，防止燃气泄露。
[0050]【活塞驱动机构】
[0051]下面对活塞驱动机构1007进行说明。
[0052]活塞驱动机构用于使活塞沿阀体的轴向移动，控制活塞与导流筛套的内壁面接合位置，从而控制导流筛套中的供流体流过的贯通孔的面积，由此实现调压作用。
[0053]在图2示出的实施方式中，活塞1004在远离调压阀进口的一侧一体地设置有活塞杆1005，活塞杆1005沿阀体的轴向延伸，活塞杆1004的与布置活塞的相反的一侧(即图中的右侧)设置有沿轴向延伸的凹槽，凹槽内嵌装有齿条。嵌装在凹槽内的齿条能够借助与齿啮合的齿轮的转动而沿轴向往复地驱动活塞杆移动。
[0054]为了便于齿轮驱动齿条，活塞杆1005的右侧端部与左侧端部的尺寸不必一致，也没有特殊的限制。为了驱动的方便，可以将活塞杆1005的右侧端部的尺寸设置成适于开设凹槽，以便于与齿轮啮合。凹槽的形状无特别限制。从确保驱动效果和动力传动效率的角度出发，凹槽的深度优选地以齿条的啮合线与活塞运动轴线重合为准。
[0055]在未示出的另一实施方式中，活塞杆不设置凹槽，而是在活塞杆的侧面附接一齿条。或者，齿条与活塞杆一体地形成。这样可以减小部件的数量，也能实现驱动活塞移动的效果。
[0056]在图2所示的实施方式中，整流罩1003在与整流罩的布置方向垂直的方向上设置有开口 10031。齿轮传动机构的动力输出轴分别贯通阀体和整流罩的开口 10031插入整流罩1003内。
[0057]整流罩1003整体大体沿阀体的轴向(即燃气流动方向)上延伸，整流罩1003的轴向长度设置成:当调压阀完全打开时，适于将活塞1004和活塞杆1005整体上大体收容在整流罩1003的远离调压阀入口一侧的内部。导流筛套1006的上游侧安装筒部10062的远离调压阀出口的一侧还设置有支撑套10051，一方面用于支承活塞杆1005，另一方面可用于设置弹簧等部件。支承套10051设置有通孔，活塞杆1005贯通该通孔设置。支承套10051优选地位于靠近活塞杆的中央位置。
[0058]活塞杆1005上的齿条与齿轮传动机构连接。活塞杆的齿条与齿轮传动机构之间的齿轮为传统的齿条-齿轮传动机构。省略对其具体说明。
[0059]齿轮传动机构包括驱动器和变速齿轮。在一个实施方式中，驱动器为电机1009。例如，可以为步进电机，或也可以为其它适于执行现行动作的执行器。齿轮传动机构通过一级或多级齿轮变速与电机的输出轴耦合。
[0060]在图2中，齿轮轴10072通过轴承同轴安装在支撑套10074内，并通过定距套10073和轴承端盖定位。优选地，支承套10074与阀体1002和整流罩1003之间均为密封的。在一个实施方式中，在支撑套10074和轴承端盖内设置密封槽，密封槽内设置旋转密封圈。
[0061]为了减少由齿轮驱动机构所占据的空间，齿轮传动机构相对于整流罩和阀体的布置需要进行设置。优选地，仅小齿轮10071收容在整流罩内，这样可以使得整流罩的尺寸小，进而使得调压阀的尺寸小。
[0062]在示出的实施方式中，与小齿轮10071通过齿轮轴10072 —体连接的大齿轮10075，大齿轮10075与设置在电机动力输出轴上的小齿轮10076啮合。大齿轮10075与小齿轮10076之间也可以设置多个齿轮进行变速。
[0063]如图2所示，调压阀还设置有控制器和传感器等部件。传感器包括:至少一个入口传感器10077，其用于检测调压阀的入口处的压力；和至少一个出口传感器10078，用于检测调压阀的出口处的压力。控制器基于入口处的压力和出口处的压力差控制电机的动力输出，以将活塞控制在适当的位置。尽管示例为两个传感器，传感器的数目并没有特别限制。基于控制精度的要求，可以设置多个传感器。
[0064]优选地，调压阀还设置有流量显示部件，以方便用户获取流量信息。
[0065]基于该公开，在图示和说明的特征的配置和操作序列中的许多变形例对于本领域技术人员而言是明显的。因而，应当领略的是，在不偏离权利要求主题的精神和范畴的情况下，可以对本公开做出各种改变。例如，本申请不仅适用于燃气系统，还可以用于其它液体或气体流路系统。
【权利要求】
1.一种调压阀，其特征在于，其具有阀体、实质沿阀体轴向布置的流体流路通道和布置在流体流路通道中的筒状的导流筛套，导流筛套的通流部分设置有沿导流筛套的轴向延伸的多个贯通孔，从调压阀的入口流入的流体经由所述贯通孔流向下游侧，再经由调压阀的出口流出阀体， 所述调压阀还包括活塞和用于驱动活塞沿阀体的轴向移动的活塞驱动机构，所述活塞能沿着导流筛套的轴向移动，以与导流筛套的内壁面接合，通过活塞驱动机构的驱动作用，以使活塞沿阀体的轴向移动，进而控制活塞与导流筛套的内壁面接合位置，从而控制导流筛套中的供流体流过的贯通孔的面积，由此实现调压作用。
2.如权利要求1所述的调压阀，其特征在于，贯通孔的形状的线性度好和/或贯通孔以线性布置，以使得当活塞沿阀体的轴向在靠近或远离阀体的出口侧移动时，导流筛套中供流体流过的贯通孔的面积呈线性地变化。
3.如权利要求1所述的调压阀，其特征在于，活塞在远离调压阀进口的一侧一体地或者可拆卸地设置有活塞杆，活塞杆沿阀体的轴向延伸，活塞杆的与布置活塞的相反的一侧设置有沿轴向延伸的凹槽，凹槽内嵌装有齿条，以能够借助与齿啮合的齿轮的转动而沿轴向往复地驱动活塞杆移动。
4.如权利要求3所述的调压阀，其特征在于，活塞杆不设置凹槽，齿条与在与布置活塞的相反的一侧的活塞杆的侧面一体地设置。
5.如权利要求3或4所述的调压阀，其特征在于，所述活塞驱动机构包括电机和齿轮传动机构，电机的输出轴与齿轮连接，经由齿轮传动机构的减速后将动力输出至与齿条啮合的齿轮，从而能通过齿轮的转动驱动齿条沿轴向移动。
6.如权利要求5所述的调压阀，其特征在于，调压阀还包括整流罩，整流罩靠近所述阀体的入口设置且沿阀体的轴向延伸，整流罩的外周面与阀体的内壁面形成流体流路通道的一部分，在调压阀完全开启时，活塞和活塞杆收容在整流罩内，整流罩和阀体在与整流罩的布置方向垂直的方向上设置有开口，齿轮传动机构的动力输出轴分别贯通阀体和整流罩的开口插入整流罩内，齿轮传动机构的仅与齿条啮合的齿轮在整流罩内工作。
7.如权利要求6所述的调压阀，其特征在于，齿轮传动机构的动力输出轴的两端同轴地分别安装有上述与齿条啮合的齿轮和大齿轮，大齿轮通过一级或多级齿轮变速与电机的输出轴I禹合。
8.如权利要求7所述的调压阀，其特征在于，齿轮传动机构的动力输出轴的外周设置有支撑套，支撑套的外周壁和阀体的开口的内侧壁和阀体的外侧壁之间以密封的方式连接，支撑套的外周壁和整流罩的开口的内侧壁之间为密封的。
9.如权利要求1-4中任一项所述的调压阀，其特征在于，所述调压阀还包括传感器和控制器，所述传感器包括用于检测调压阀的入口处的压力的至少一个入口传感器和用于检测调压阀的出口处的压力的至少一个出口传感器，所述控制器基于入口处的压力和出口处的压力差控制电机的动力输出，以将活塞控制在适当的位置。
【文档编号】F16K31/04GK103775701SQ201410074489
【公开日】2014年5月7日 申请日期:2014年3月3日 优先权日:2014年3月3日
【发明者】刘永光, 杨晓伟, 王一轩, 高晓辉, 甘家建, 刘文磊, 程楠楠, 孙健 申请人:北京航空航天大学