高压差高精度笼式调压器

摘要

本发明是一种用于燃气输配系统调节燃气压力的高压差高精度笼式调压器，由主阀、稳压阀、指挥阀组成，其中主阀以橡胶膜片为传动机构，阀杆、阀芯、阀座为执行机构，稳压阀主要由设在上、下盖之间的阀盒，以及阀盒内装置的阀杆、弹簧、橡胶膜片组成，主阀的阀套内腔与阀芯配套为圆柱台阶形，膜垫设计为蝶形，内腔开有环形贮气槽，橡胶膜片不作截止密封要求，避免了关闭时在密封通道孔所受到的密封剪切力，橡胶膜片传动工作时压差小，主阀膜垫下气室与进口压力相通平衡，气室介质不流动，避免了介质流动造成的紊流现象，使主阀膜垫上、下气室调节平衡时，稳定性好，波动小，调节精度高。

说明书

技术领域

本发明涉及阀，特别是一种用于燃气输配系统调节燃气压力的高压差高精度笼式调压器。

背景技术

目前，在燃气输配系统中，大都采用自力式调压器、轴流式调压器和曲流式调压器作燃气压力调节。这些调压器都是以橡胶薄膜作为传动装置，在调压器工作时，自力式、轴流式调压器是利用上、下膜室压差克服弹簧密封比压力实现压力平衡调节；曲流式调压器是利用上、下膜室压差克服弹簧复位作用实现压力平衡调节，同时，橡胶薄膜还要满足膜垫通道口的截止密封作用和介质通道孔的剪切力作用。这样，调压器的压力调节范围和调节精度就受到较大局限，使用寿命也受到很大影响，特别是在调节工作压力范围在6.3Mpa压力级时，橡胶薄膜强度很难满足使用要求。

发明内容

本发明的目的是在以橡胶薄膜为传动装置的现有调压器基础上，为进一步满足高压力、大通径调压器的调节精度和调节范围，延长调压器的使用寿命，改善橡胶薄膜的工作受力条件和上、下膜室压差平衡关系，通过对传统调压器原理设计和结构设计上的改进，提出一种具备调节和安全截断双重功能的高压差高精度笼式调压器。采用的技术方案是：

高压差高精度笼式调压器，由主阀、稳压阀、指挥阀组成，其中主阀的阀套上方设有膜垫，以橡胶膜片为传动机构，阀杆、阀芯、阀座为执行机构，主阀阀芯为圆柱台阶柱塞形阀芯，其上、下端面由平衡孔连通，底端面嵌有非金属环形密封垫，与阀座锥面凸台端面组成密封付；其中的稳压阀主要由设在上、下盖之间的阀盒，以及阀盒内装置的阀杆、弹簧、橡胶膜片组成，稳压阀利用介质压力和弹簧力的作用，让主阀进出口压力的变化总是使主阀膜室的控制压力向趋于设定的压力稳定方向变化，增大调节范围，降低调节压力余差值，提高调节精度；其中的指挥阀是根据主阀进出口压力的变化，由信号管反馈到指挥阀膜室，改变阀门开启度变化，实现阀前阀后压力调节指挥控制，其特征是：

a.所述主阀的阀套内腔与阀芯配套为圆柱台阶形，阀套上端面及上端内腔与阀杆外径配合处分别设有O形圈，阀座内腔通道尺寸与阀套圆柱台阶小头尺寸一致，主阀调节压力工作时的面积压差处于平衡状态；

b.所述主阀的膜垫设计为蝶形圆盘，中部开孔，蝶形膜垫内腔开有环形贮气槽，膜垫上不设介质通道孔，高压调节时，通过阀芯平衡孔使橡胶膜片下端与介质出口压力构成密封气室，膜垫外侧部开设通孔，介质压力通过通孔，在阀套上端面O形圈作用下与进气压力构成密封气室；

c.所述的稳压阀由上阀盒的上部内腔、上盖、橡胶膜片、弹簧构成两个气室，由下盖、下阀盒、橡胶膜片、弹簧、上阀盒的下部内腔在阀杆盲孔和侧孔的连通作用下组成两个平衡气室，阀杆和上、下阀盒的橡胶膜片和弹簧相互作用连成一体。

本发明还可以具有的技术特征是：主阀的膜垫外侧部不开孔，在阀套上端中孔侧旁开通孔，通过阀芯平衡孔使橡胶膜片下端与介质进气压力构成密封气室。

本发明与现有技术相比具有以下突出的优点和技术效果：

一、膜垫上没有介质通道孔，橡胶膜片不作截止密封要求，避免了关闭时在密封通道孔所受到的密封剪切力，蝶形膜垫内腔开有环形贮气槽，利于实现主阀开启，为橡胶膜片在不受介质冲刷的平衡气室中，实现传动功能，提供了基本工作条件，延长了橡胶膜片的使用寿命。

二、橡胶膜片传动工作时压差小，其值为复位弹簧力除以膜片有效面积，工作压差不受进出口压力变化影响，可满足高压力进出口压力调节功能，调节工作压力范围可达到6.3Mpa压力级以上。

三、主阀膜垫下气室与进口压力相通平衡，气室介质不流动，避免了介质流动造成的紊流现象，使主阀膜垫上、下气室调节平衡时，稳定性好，波动小，调节精度高。

四、主阀阀芯、阀座采用配对密封付，在阀芯平衡孔作用下，阀芯上下端受力平衡，很小密封比压力即可实现密封零泄漏。

五、主阀根据介质压力高低和使用要求，利用不同介质流向和结构特点分别满足不同压力级别的压力调节，并实现在高、低介质压力工作时，如出现橡胶膜片损坏情况，主阀仍能自动安全截断保护。

六、稳压阀能根据阀前压力变化和阀后流量变化，使主阀上膜室控制压力总是趋于阀后压力稳定方向变化。压力特性和流量特性优点突出，调节压力范围宽。稳压精度高，关闭压力远小于传统调节器。

以上所述，本发明调压器通过主阀传动结构和执行结构的科学合理设计，调节原理的创新，调节压力的稳定补偿，使本发明调压器在调节通径、调节压力、调节范围、调节精度和使用寿命等方面与传统调压器相比都有较大突破。

附图说明

图1是本发明实施例之一的结构示意图；

图2是本发明实施例之二的结构示意图；

图3是图1、图2中的稳压阀结构示意图。

图1、图2所示标号(主阀部份)：1-上阀盖，2-弹簧，3-橡胶膜片，4-O形圈，5-管接头，6-管接头，7-信号管，8-阀套，9-阀芯，10-阀座，11-阀体，12-下盖，13-螺栓，14-套垫，15-环形密封垫，16-平衡孔，17-O形圈，18-阀杆，19-O形圈，20-O形圈，21-膜垫，22-下压板，23-上压板，24-信号杆，40-环形贮气槽，φ1、φ2、φ3通孔。

图3所示标号(稳压阀部份)：25-上盖，26-弹簧座，27-橡胶膜片，28-上阀盒，29-O形圈，30-弹簧，31-下阀盒，32-下盖，33-过滤网，34-橡胶膜片，35-盲孔，36-阀杆，37-O形圈，38-弹簧，39-调节螺杆，φ4、φ5通孔。

具体实施方式

下面依照附图实施例对本发明作进一步的描述：

图1所示为本发明的实施例之一，本发明调压器由主阀、稳压阀、指挥阀三部份组成，其中主阀以橡胶膜片为传动机构，阀杆、阀芯、阀座为执行机构；稳压阀的作用是利用介质压力和弹簧力的作用，让主阀进出口压力的变化总是使主阀膜室的控制压力向趋于设定的压力稳定方向变化，增大调节范围，降低调节压力余差值，提高调节精度；指挥阀的作用是根据主阀进出口压力的变化，由信号管反馈到指挥阀膜室，改变阀门开启度变化，实现阀前阀后压力调节指挥控制，鉴于本发明所采用的指挥阀与现有同类产品的工作原理和结构特征基本相同，本发明的实施例中省略对其结构特征的描述。

主阀由阀体11、阀座10、阀芯9、阀杆18、阀套8、膜垫21、橡胶膜片3等主要构件组成，阀体11的下端由下盖12封闭，阀体11的上端连接上阀盖1，并和橡胶膜片3组成控制气室，膜垫21环形贮气槽40和橡胶膜片3组成平衡气室，主阀进口连接稳压阀，出口连接指挥阀。

阀芯9为圆柱台阶柱塞结构，阀芯上开有平衡孔16，使阀芯底端和上端相通，阀芯9底端内腔嵌有环形密封垫15，与阀座10凸台端面组成密封付，环形密封垫15选用橡胶或者氟塑料等非金属材料。

阀套8内腔与阀芯9配套为圆柱台阶形，阀套8上端面及上端内腔与阀杆18外径配合处分别设有O形圈20、19，以满足介质压力从膜垫21侧旁通孔φ1进入橡胶膜片3下腔时，在阀套8上端面的O形圈20作用下形成密封气室且介质不流动，气室压力等于进口介质压力。阀座10内腔通道尺寸与阀套8圆柱台阶小头尺寸一致，主阀调节压力工作时的面积压差处于平衡状态。

主阀的膜垫21设计为蝶形圆盘，中部开孔，蝶形膜垫内腔开有环形贮气槽40，膜垫21上不设介质通道孔，高压调节时，通过阀芯平衡孔16使橡胶膜片3下端与介质出口压力构成密封气室，膜垫21外侧部开设通孔φ1，介质压力通过通孔φ1，在阀套8上端面O形圈20作用下与进气压力构成密封气室。

高压力调节时，为避开介质对阀芯9软密封面的冲刷和保护主阀在安全截断保护作用时的密封可靠性，介质从主阀高进低出，阀套8上端的O形圈19、20可满足介质压力从膜垫通孔φ1进入橡胶膜片3下腔时在阀套8结构上端形成密封气室且介质不流动，气室压力等于进口介质压力。橡胶膜片3上端与上阀盖1组成的控制气室的向下作用力F_下与控制气室压力P₃、橡胶膜片3有效面积S、复位弹簧力F_弹、阀芯9小头端面积S₁、阀杆面积S_杆、主阀出口压力P₂有关，即F_下＝P₃S+F_弹+P₂(S₁-S_杆)。橡胶膜片3与阀套8上端组成的密封气室向上作用力F_上与进口介质压力P₁、橡胶膜片有效面积S、阀杆面积S_杆有关，即F_上＝P₁(S-S_杆)+P₂S₁。调节指挥阀使出口压力达到设定值，再调节稳压阀使其满足进口压力变化和出口流量变化P₂稳定不变，这时橡胶膜片3上、下气室平衡，即P₁(S-S_杆)+P₂S₁＝P₃S+F_弹+P₂(S₁-S_杆)。由于S_杆远小于S，S_杆面积忽略不计时，其平衡条件P₁S+P₂S₁＝P₃S+F_弹+P₂S₁。橡胶膜片上下气室压差ΔP＝P₁-P₃＝F_弹/S。橡胶膜片上下气室压差主要与复位弹簧力和橡胶膜片有效面积有关，设计计算时完全可满足高压力调节情况下橡胶膜片的长寿命使用条件，使ΔP值远小于传统调压器规定值。

当下游端用户停止工作时，调压器出口介质压力P₂升高，P₂值的变化由信号管7反馈给指挥阀，当P₂值升高到关闭压力值时指挥阀关闭，主阀橡胶膜片上下气室介质都不流动，其压力等于进口介质压力。在复位弹簧作用下，主阀阀芯9下端内腔嵌入的非金属环垫15端面紧贴在阀座10的凸台端面。主阀进口介质压力作用于圆柱台阶柱塞阀芯9向下的受力面积大于向上的受力面积，且介质高进低出，利于主阀在高压条件下实现自紧式密封，主阀自动关闭。若高压调节工作中橡胶膜片损坏，上、下气室相通，上、下气室压力等于进口介质压力，与指挥阀关闭上、下气室压力相等的原理相同，主阀在复位弹簧作用下自动截断关闭，从而满足了高压调压和安全截断保护双重功能的实现。

调压器主阀关闭重新开启时，由于膜垫21的蝶形端面开有环形贮气槽40，使开启或者关闭时的受力平衡条件不变，可保证在高压差调节范围内启闭轻便灵活。

图2所示为本发明的实施例之二，当介质压力较低时，介质对阀芯非金属环形密封垫15的冲刷作用不是特别明显，调节精度在燃气输配时更显得重要，介质低进高出。此时，主阀阀芯9的小头端直径与阀座10内腔通道尺寸一致，膜垫21除中孔外不开设旁通孔，阀套8与阀杆18配合处没有O形槽，阀套8上端与阀杆18中孔侧旁开设通孔φ3，介质通过阀芯平衡孔16、通孔φ2、通孔φ3进入橡胶膜片3下端，与阀套上端面O形圈20组成密封气室，且介质压力等于进口介质压力。阀芯8上下端所受压力完全平衡，橡胶膜片3上下气室受力有效面积完全相等。调节指挥阀和稳压阀，主阀出口压力P₂稳定，橡胶膜片3上气室作用力为控制压力P₃乘以橡胶膜片3有效面积S加弹簧力，橡胶膜片3下气室为进口介质压力P₁乘以橡胶膜片3有效面积S，上、下气室平衡时，P₃S+F_弹＝P₁S，上、下气室压差ΔP＝P₁-P₃＝F_弹/S。由此可见，介质压力低进高出时，橡胶膜片3上下气室压差只与弹簧力和橡胶膜片3有效面积有关，与进出口介质压力无关，其橡胶膜片压差值ΔP的设计值远小于传统调压器标准规定值，橡胶膜片的工作条件完全得到改善，设计制造更容易满足长寿命使用要求，也更能保证高压差、高精度调节使用要求。

如果出现橡胶膜片3损坏情况，由于介质压力较低，密封比压力较小，在复位弹簧力作用下，主阀自动安全截断。

图3为稳压阀的结构图示，稳压阀主要由下盖32、下阀盒31、上阀盒28、阀杆36、上盖25、橡胶膜片27和34、调节螺杆39组成，阀杆底端为锥面，中间开有盲孔35，盲孔端两侧开有通孔φ4和φ5。上阀盒28的下部内腔在阀杆盲孔35和通孔φ4和φ5的连通作用下组成两个平衡气室，由上阀盒28的上部内腔、上盖25、橡胶膜片27、弹簧38构成两个气室。阀杆36通过橡胶膜片27和34，在弹簧30和弹簧38作用下，可随进气压力P₁和主阀出口压力P₂的变化产生上下位移，调节阀杆36底端锥面和下盖上端面开度变化，使进入主阀上端气室的控制压力总是向趋于使主阀出口压力P₂稳定方向变化。

进口压力P₁变化时，打破弹簧30和38与橡胶膜片27和34的平衡作用力，阀杆36上移或下移，通过阀杆36底端锥面开度变化，进入主阀橡胶膜片3上端的进气压力P₃产生变化，主阀橡胶膜片3上、下端气室压力重新平衡，主阀阀芯底端于阀座10凸台端面的开度上移或下移，主阀出口压力P₂向趋于原设定出口压力值方向变化，在指挥阀共同作用下，主阀出口压力P₂余差值极小，基本不随P₁变化而变化，仍维持原设定压力值。

主阀出口流量变化时，引起主阀出口压力P₂变化，通过出口压力P₂连接稳压阀气室，在稳压阀橡胶膜片27与弹簧38作用下，阀杆36底端面开度产生变化，进入主阀橡胶膜片3上端的进气压力P₃产生变化，同理，主阀出口压力P₂不随出口流量变化而变化，仍维持原设定压力值。

由此可见，稳压阀的作用是进一步辅助指挥阀，实现了主阀出口压力P₂不受进口压力P₁和出口流量变化的影响，能在主阀进、出口的较大调压范围内实现高精度调节。稳压阀把主阀的阀前阀后压力变化都反馈给主阀控制压力，主阀控制压力又在指挥阀根据出口压力P₂反馈作用下，使控制压力的变化总是趋于原设定的P₂值稳定方向变化，调压器的压力特性和流量特性更趋于理想化，使调节范围更宽，调节精度更高。