[发明专利]控制阀及其流通能力调整机构

说明书

本发明公开了一种流通能力调整机构，其包括：L型连接块，其弯折处设有偏心轮，偏心轮设有条形通孔；矩形轴，其穿设在条形通孔中，矩形轴两端向外延伸有转轴部，矩形轴与偏心轮能够沿条形通孔的长边方向相对移动，从而改变偏心轮的偏心距e；滑杆，其与L型连接块的第一臂的端部相连接；以及从动顶杆，其下端面与偏心轮相切并相抵接，其中，滑杆沿横向平移驱动L型连接块围绕转轴部转动，偏心轮带动从动顶杆沿纵向上下移动。本发明还公开了一种控制阀。本发明可以通过调整偏心轮的偏心距的方式更改阀门的流通能力，以适应不同的工艺条件；滑杆的长行程和低作用力被转化为阀芯在微小行程下的高作用力，从而实现对微小流量的平稳控制。

技术领域

本发明涉及流量控制器件技术领域，特别涉及一种控制阀及其流通能力调整机构。

背景技术

很多小型、微型实验装置需要在高压条件下操作，如加氢、费托合成、煤液化、高压聚合等装置，其操作压力通常在10～20MPa，有些装置甚至在超过100MPa的超高压条件下运行。这些高压实验装置的处理量非常小，例如催化剂装填量为100ml的加氢实验装置，其液相处理量通常在100mL/h左右。在高压差小流量的苛刻工况下将过程产物连续平稳地排放出来一直是一个难于解决的问题。

目前，市场上有一些能够应用于高压差小流量的控制阀，但是，这些控制阀大都价格昂贵。例如，美国联合油公司的全循环中型加氢实验装置、美国优尼科（Unocal）公司中型、小型加氢实验装置，均采用Badger Meter的研究控制阀以及Masoneilan的ANNIN阀和VariPak阀。

Badger Meter的研究控制阀的阀芯采用极其细小的微锥形阀针和圆柱孔阀座，有些阀座圆柱孔的直径小于0.5mm，对于如此精密的阀芯，极细微的磨蚀就会影响其严密性和控制性能，因此，耐用性较差、阀芯更换频繁；调整阀门流通能力需要更换不同的阀芯，属于流通能力固定的调节阀；另外，精细的阀芯加工非常困难，配件成本、维护费用较高。

Masoneilan的ANNIN阀和VariPak阀采用了相对较大的阀芯尺寸，并通过一个杠杆机构将执行器的长行程转化成阀芯的小行程，通过调整杠杆机构阻力臂长度的方式改变流通性能。这种形式提高了阀芯的耐用性，但流通能力在线调整不便，需要拆解紧固相应部件、重新设置阀芯关闭位置、隔离阀门暂停过程控制等过程；使用过程中经常出现阀座卡住阀芯造成的阀芯拉断或机构锁定的情况。由于结构特殊，这两种阀门需要采用特制的执行器和阀门定位器，配置的灵活性受到限制；另外其价格更加昂贵。

采用微小行程和大尺寸阀芯对高压差苛刻条件下的微小流量进行控制是较好的解决方案。由于行程微小，使得阀针与阀座之间的流通间隙非常微小，流体在狭窄的环形通道内流动时，形成了由边界层主导的流动区域；其流动阻力由流体与壁面之间的剪切力控制，对于相同的流通面积，通道的当量直径越大，流体中心离壁面的距离越大，剪切力消弱得越多；当量直径越小，流体中心离壁面的距离越小，剪切力消弱得越少，剪切力对流体的控制能力越强，流动越平稳，因此，扩大阀芯尺寸减小流通间隙有助于提高控制的稳定性。

由边界层主导的流动区域更加符合Hagen-Poisseuille方程的假设。对于上下游压差固定、行程微小的阀门，其流通通道的长度基本不变，其流速取决于流通通道当量直径的平方；对于尺寸较大、锥度明显的阀芯，即使极其微小的行程变化也会产生较大的流量变化。因此，如何将行程的所需细微变化或作用力的细微变化准确地转化为执行器可以识别的明显位移是解决问题的关键。

另外搭建一个开放、灵活的控制阀整体结构，使控制阀具有灵活配置的通用性以及易于维护调整的实用性也是需要解决的重要问题。

公开于该背景技术部分的信息仅仅旨在增加对本发明的总体背景的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成已为本领域一般技术人员所公知的现有技术。

发明内容

本发明的目的之一在于，提供一种控制阀及其流通能力调整机构，从而改善现有技术中高压条件下微小流量阀门的调节控制。