三级减压笼套式节流阀

1.本发明涉及节流阀的技术领域，尤其涉及一种三级减压笼套式节流阀。


背景技术：

2.节流阀是广泛应用于国内外的各行各业中，特别是在水利工程、运输工程、石油工程、化工行业等有着举足轻重的作用。在油田的一些采油井、天然气的运输管道、污水处理排水工程等等都需要节流阀来完成相应的节流。因为这样，节流阀性能的好坏对石油、天然气的开采效率和安全有着重大的影响。主流的节流阀按结构可以区分为针型阀、楔形阀、笼套式阀、平板阀等，按节流元件的设置数量则可区分为单级节流阀和双级节流阀。
3.以市面上最常见的双级笼套式节流阀为例，传统双级笼套式节流阀是由两个开有小孔的笼套同轴嵌套在一起，以两个笼套作为两个节流元件的节流阀。双层笼套式节流阀主要由阀盖、盘根盒、套筒、笼套总成(包含第一层笼套和第二层笼套)、阀体和阀套总成组成。套筒用来固定第一层笼套。阀套位于第一层笼套和第二层笼套之间，二层笼套共用一个阀套。阀套可以在二层笼套之间移动，改变节流阀开度的大小，实现对工艺参数的调节功能，然而，上述结构至少存在以下二点问题：
4.①
当介质压力非常大时，介质回流对于双级节流阀内部结构冲击力非常大，导致出口流量过小，容易发生堵塞的现象，影响介质传输效率；
5.②
由于双级节流阀压降比较大，这就意味着阀芯要承受较大程度的介质冲击，导致一层笼套和二层笼套受磨损冲蚀严重，减少了节流阀的使用寿命。


技术实现要素：

6.本发明的目的在于提供一种通过提高压降范围，降低作业成本的三级减压笼套式节流阀，旨在解决背景技术中所阐述的技术问题。
7.为实现上述目的，本发明首先提供了一种三级减压笼套式节流阀，包括阀体以及设置在所述阀体上的阀盖，所述阀盖上通过开设的第一安装口安装有阀杆，所述阀杆的上端设置有手轮，其关键在于，在所述阀体上开设有入口流道和出口流道，所述入口流道和所述出口流道之间设置有节流阀芯，所述节流阀芯包括由外向内同轴嵌套的一级笼套、二级笼套和三级笼套，在所述一级笼套、所述二级笼套与所述三级笼套的侧壁上分别开设有一级节流孔、二级节流孔和三级节流孔，所述三级节流孔围绕所述三级笼套的轴心线呈等差数列排布，且所述阀杆的下端通过所述阀体上开设的第二安装口延伸至所述三级笼套内，并配合所述三级节流孔实现节流阀芯的开度调节。
8.更进一步地，在所述第一安装口中设置有与所述阀杆套接的阀杆螺母，在所述阀杆螺母上端的阀杆上还套接有锁紧螺母。
9.更进一步地，在所述第二安装口中设置有填料座，所述填料座通过填料压盖与所述阀杆套接，在所述第二安装口的内壁与所述填料座之间还密封连接有若干个o型密封圈。
10.更进一步地，所述一级节流孔和二级节流孔分别围绕所述三级笼套的轴心线均匀
排布多列。
11.更进一步地，同一高度相邻两个一级节流孔的轴心线夹角为60
°
12.更进一步地，同一高度相邻两个二级节流孔的轴心线夹角为60
°
。
13.更进一步地，每一列一级节流孔和每一列二级节流孔的数量均为6个。
14.更进一步地，同一高度的所述一级节流孔和所述二级节流孔错位分布。
15.更进一步地，所述三级节流孔设置成六列，六列三级节流孔中的三级节流孔个数分别为6、5、4、3、2、1。
16.更进一步地，所述一级节流孔与所述入口流道相通，所述三级笼套的下端还还设置有节流座，所述节流座上开设有若干与所述出口流道相通的四级节流孔。
17.与现有技术相比，本发明的显著效果为：
18.(1)利用三级笼套式的节流阀芯，相比于传统的单级或双级节流阀，提高了压降的范围，能够减少作业过程中节流阀的使用个数，大大降低了作业成本；
19.(2)利用等差数列排布的三级节流孔，进一步提高了压降范围，降低了作业成本，尤其适用于超高压的作业场景；同时在三级节流孔的作用下，使得介质速度变化非常的均匀，从而确保介质速度与三级笼套的开度基本呈正比的关系；
20.(3)通过错位分布的一级节流孔和二级节流孔可以多次改变介质流动的方向，在相邻两层笼套之间形成的腔体中，前后节流压差提高了一定量，最后总的压降比提高了一个等级；
21.(4)通过在出口流道上增加节流座，使得节流阀作业过程中应力集中的位置改变，由笼套的位置转移至节流座上，从而降低阀芯中节流元件的磨损，延长节流阀的使用寿命；
22.(5)节流座设置在三级笼套的下端，不仅便于更换，有利于缩短维修周期，而且显著降低了维修成本。
附图说明
23.为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，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的附图。
24.图1是实施例一的整体结构示意图；
25.图2是实施例一中节流阀芯的立体图；
26.图3是实施例一中节流阀芯的半剖图；
27.图4是实施例一节流阀芯的轴向剖视图；
28.图5是实施例一中三级笼套圆柱面展开后三级节流孔的分布图；
29.图6是实施例一中阀芯开度与介质压力的变化示意图；
30.图7是实施例一中阀芯开度与流体速度的变化示意图；
31.图中标号：1
‑
阀体、2
‑
阀盖、3
‑
阀杆、4
‑
手轮、5
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入口流道、6
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出口流道、7
‑
节流阀芯、8
‑
一级笼套、9
‑
二级笼套、10
‑
三级笼套、11
‑
一级节流孔、12
‑
二级节流孔、13
‑
三级节流孔、14
‑
阀杆螺母、15
‑
锁紧螺母、16
‑
填料座、17
‑
填料压盖、18
‑
o型密封圈、19
‑
节流座、20
‑
四级节流孔。
具体实施方式
32.下面详细描述本发明的实施例，所述实施例的示例在附图中示出，其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的，旨在用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。
33.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”“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。此外，在本发明的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
34.图1至图3示出了本发明的第一种实施例：一种三级减压笼套式节流阀，包括阀体1以及设置在所述阀体1上的阀盖2，所述阀盖2上通过开设的第一安装口安装有阀杆3，所述阀杆3的上端设置有手轮4，其关键在于，在所述阀体1上开设有入口流道5和出口流道6，所述入口流道5和所述出口流道6之间设置有节流阀芯7，所述节流阀芯7包括由外向内同轴嵌套的一级笼套8、二级笼套9和三级笼套10，在所述一级笼套8、所述二级笼套9与所述三级笼套10的侧壁上分别开设有一级节流孔11、二级节流孔12和三级节流孔13，所述三级节流孔13围绕所述三级笼套10的轴心线呈等差数列排布，且所述阀杆3的下端通过所述阀体1上开设的第二安装口延伸至所述三级笼套10内，并配合所述三级节流孔13实现节流阀芯7的开度调节。
35.从图1可以看出，具体实施时，在所述第一安装口中设置有与所述阀杆3套接的阀杆螺母14，在所述阀杆螺母14上端的阀杆3上还套接有锁紧螺母15。在所述第二安装口中设置有填料座16，所述填料座16通过填料压盖17与所述阀杆3套接，在所述第二安装口的内壁与所述填料座16之间还密封连接有若干个o型密封圈18。
36.如图3所示，为了优化介质在节流阀芯7的流通路径，围所述一级节流孔11和二级节流孔12分别围绕所述三级笼套10的轴心线均匀排布多列。同一高度相邻两个一级节流孔11的轴心线夹角为60
°
。同一高度相邻两个二级节流孔12的轴心线夹角为60
°
。同一高度的所述一级节流孔11和所述二级节流孔12错位分布。
37.请参阅图5，作为优选，所述三级节流孔13设置成六列，六列三级节流孔13中的三级节流孔13个数分别为6、5、4、3、2、1。
38.在本实施方式中，对于在不同开度下正常工作的节流阀芯7，指定节流阀芯7内部同一点(离底座小孔0.005m平面中心点)，其内部静压力与开度变化情况如图6所示。随着开度的增加，节流面积也在增加，出口的压力慢慢减小，在开度42mm以后压力压降得比较平缓。对于不同流量的介质，流量越大对应的压力也就越大。
39.图7体现了开度与速度之间的关系，从图中可以看出开度越大，流量也就越大，单位时间内通过的气体流量也就越大，速度也就越大。但由于三级笼套105上三级节流孔13呈6，5，4，3，2，1分布，就使得速度变化非常的均匀，从图7中可以看出，速度与开度基本呈正比的关系，由此也验证了三级节流孔13布局的合理性。
40.如图3和图4所示，为了改变应力集中范围，减少节流阀芯7受到的磨损，所述一级节流孔11与所述入口流道5相通，所述三级笼套10的下端还还设置有节流座19，所述节流座19上开设有若干与所述出口流道6相通的四级节流孔20。
41.综上所述，利用三级笼套10式的节流阀芯7，相比于传统的单级或双级节流阀，提高了压降的范围，能够减少作业过程中节流阀的使用个数，大大降低了作业成本；利用等差数列排布的三级节流孔13，进一步提高了压降范围，降低了作业成本，尤其适用于超高压的作业场景；同时在三级节流孔13的作用下，使得介质速度变化非常的均匀，从而确保介质速度与三级笼套10的开度基本呈正比的关系；通过错位分布的一级节流孔11和二级节流孔12可以多次改变介质流动的方向，在相邻两层笼套之间形成的腔体中，前后节流压差提高了一定量，最后总的压降比提高了一个等级；通过在出口流道6上增加节流座19，使得节流阀作业过程中应力集中的位置改变，由笼套的位置转移至节流座19上，从而降低阀芯中节流元件的磨损，延长节流阀的使用寿命；节流座19设置在三级笼套10的下端，不仅便于更换，有利于缩短维修周期，而且显著降低了维修成本。
42.以上所揭露的仅为本发明一种较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，本领域普通技术人员可以理解实现上述实施例的全部或部分流程，并依本发明权利要求所作的等同变化，仍属于发明所涵盖的范围。