[发明专利]供耐空蚀和冲蚀磨损调节阀使用的阀芯组件

说明书

技术领域

本发明涉及一种耐空蚀和冲蚀磨损阀芯组件，具体地说是涉及一种应用于高压差、负压出口工况高速传输液-固两相或气-液-固三相介质的调节阀使用的阀芯组件。 

背景技术

调节阀又称控制阀，在过程控制系统中由动力操纵，调节流体流量的装置。它用来调节流动介质以补偿负载扰动，从而使得被控制的过程变量(压力、流量、液位等)尽可能靠近需要的设定点，是组成工业过程控制系统的重要环节，广泛应用于煤化工、石油化工、冶金、发电等领域。 

角形阀即角阀，相对其它类型调节阀具有较好的抗冲蚀磨损能力，是含固、高压差、负压出口等传输工况中首选的一种调节阀，并得到了广泛的应用。专利号为US20120161054A1的美国专利公开了一种煤液化系统中使用的角阀。该调节阀在煤液化系统的高压差或负压出口条件下传输液-固两相介质时，节流引起介质的空化使调节阀流道内形成了气-液-固三相介质的高速传输，从而对阀芯、阀座和阀后管道造成了剧烈的破坏，阀门寿命仅为数十天，已成为煤液化系统安全、长周期运行的技术瓶颈。 

通过查阅相关文献，目前应用于含固、高压差、负压出口等液-固两相或气-液-固三相传输工况用调节阀的不足主要在于： 

(1)阀芯、阀座和阀套整体采用硬质合金等耐磨材料，阀芯为实体，在高压差条件下，阀芯在流动不平衡力作用下将产生强烈振荡，由于硬质合金材料脆性大，容易造成阀芯破裂。 

(2)阀座和阀套整体采用硬质合金等耐磨材料，阀芯基体采用合金钢材料且为实体，阀芯表面采用堆焊硬质合金等方式来提高其抗冲蚀磨损和空蚀等破坏的性能。在高压差条件下，阀芯节流表面存在严重的冲蚀磨损；节流表面下游附近区域有节流加速产生的空化区，阀芯顶部附近的流道结构变化产生了逆压梯度，引起传输介质的流动分离，导致了介质高速回流，同时阀芯顶部为介质滞止压力区，该区内压力较高，从而为空蚀提供了条件，阀芯顶部表面受到回流介质的冲蚀磨损和空蚀两种破坏作用，因此，阀芯顶部是最容易失效的位置。当阀芯表面的耐磨材料被破坏后，剩下的基体材料抵抗破坏能力差，大大降低了阀芯的寿命。 

(3)采用优化阀座和实体的阀芯结构来降低冲蚀磨损的方式，在高压差、负压出口工况传输时，阀芯节流表面受到冲蚀磨损不可免，尤其当阀芯顶部存在介质高速回流冲击时，阀芯顶部同时受到空蚀和冲蚀磨损两种破坏，即使阀芯整体采用耐磨材料和合理的结构，介质的回流速度也会随着阀芯顶部的破坏而上升，便加剧了阀芯的破坏，调节阀的寿命仍非常短。 

(4)调节阀在工作过程中存在一定的偏流，阀出口为负压或接近负压场合，阀出口将发生剧烈的空化，形成主要以气-固两相(液相很少)介质的高速传输，导致阀后管道冲蚀磨损非常严重，且呈现明显的局部性。 

因此，针对含固、高压差、负压出口等传输工况用调节阀，迫切需要设计一种结构简单，阀芯耐空蚀和冲蚀磨损性能好，而且阀后介质流动对称性好的阀芯组件。 

发明内容

针对国内外常规调节阀存在的不足，本发明的目的在于提供一种应用于含固、高压差、负压出口等传输工况的阀芯组件。 

为了达到上述目的，本发明采用的技术方案是： 

所述的阀芯组件包括阀芯头部、阀芯内置节流件、阀芯尾部；其中阀芯内置节流件的水平段插入阀芯头部的中心孔内，阀芯内置节流件的竖立段嵌入阀芯头部与阀芯尾部连接所形成的孔中，从而使调节阀在工作过程中形成了分别以阀芯头部表面与阀座之间、阀芯内置节流件内的两个传输通道。 

所述的阀芯头部包括阀芯表层和阀芯头部基体，其中阀芯表层为硬质合金材料，阀芯头部基体为合金钢材料，阀芯表层由阀芯节流区表面和阀芯密封面两个外表面组成，阀芯头部基体的开设有阀芯中心孔和阀芯侧孔，位于阀芯头部基体对称中心的阀芯中心孔与阀芯侧孔与垂直相贯，相贯处为倒圆过渡，阀芯侧孔为半圆通孔。 

所述的阀芯内置节流件包括阀芯顶部表面、节流件锥面、节流件外倒圆、节流件圆柱表面、节流件中心直孔、节流件内倒圆、节流件竖孔，其中节流件锥面与节流件圆柱表面垂直相贯，并由节流件外倒圆光滑过渡，节流件中心直孔与节流件竖孔相贯于节流件内倒圆，阀芯内置节流件为硬质合金材料。 

所述的节流件顶部表面与阀芯节流区表面为光滑连续过渡。 

所述的阀芯尾部的左侧开设有一个与阀芯侧孔半径相同的阀芯尾部侧孔，阀芯尾部侧孔为半圆通孔。 

本发明的有益效果是：