具体实施方式

下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。

如图1所示，为本发明提供的一种能实现大可调比和高调节精度的阀芯结构，该阀芯结构主要包括阀杆1、外套筒2、阀塞3、内套筒4和套筒调整杆5。阀塞3、内套筒4和外套筒2三者从内到外依次同轴套设，相邻的两者之间连接处紧密贴合实现封闭，且相邻部件之间能够实现自由移动。其中，外套筒2为空心的圆筒状结构，其侧壁上开设多个贯通的第一节流窗口，所有第一节流窗口沿着外套筒2的侧壁均匀分布。在实际应用时，第一节流窗口可以设置为矩形开口结构，且所有的第一节流窗口均位于外套筒2的侧壁下部。

内套筒4同轴套设于外套筒2内部，同样为空心的圆筒状结构。内套筒4的下部连接有套筒调整杆5，通过套筒调整杆5能控制内套筒4以轴心为旋转轴自由转动。外套筒固定不动，内套筒可绕轴心作旋转运动，内套筒4和外套筒2共同构成转动副。在实际应用时，可以在内套筒4的底部设置一个径向连接件，随后通过该径向连接件连接套筒调整杆5，从而使套筒调整杆5与内套筒4同轴设置。在内套筒4的侧壁上开设多个贯通的第二节流窗口，所有第二节流窗口沿着外套筒2的侧壁均匀分布。第二节流窗口的形状、数量、分布角度和分布高度应当设置的均与第一节流窗口相同，以便于通过旋转内套筒4实现第一节流窗口和第二节流窗口的重合度θ从0到1的变化。也就是说，当内套筒作旋转运动时，第一节流窗口和第二节流窗口会交错分布，形成重合区域，该重合区域可让进入调节阀的目标介质通过，该重合区域的面积与最大重合区域面积(即为第一节流窗口或第二节流窗口的面积)的比值记为窗口重合度θ。因此，在实际应用时，第二节流窗口也可以设置为矩形开口结构，且所有的第二节流窗口均位于内套筒4的侧壁下部。

内套筒的旋转运动由套筒调整杆控制，如图2所示，套筒调整杆底部装有角度刻度盘和指针，角度刻度盘5-1的盘面与套筒调整杆5的轴线垂直，用于通过指针5-2来指示内套筒4的旋转角度，通过该旋转角度即可计算出窗口重合度θ。

阀塞3同轴套设于内套筒4的内部，其外壁与内套筒4的内壁封闭，阀塞3能将第二节流窗口完全封闭，从而实现整个阀门的关闭状态。阀塞3的上部外接阀杆1，通过阀杆1能控制阀塞3沿内套筒4实现上下移动。

在实际应用时，可以将阀杆1外接能控制其上下移动的执行机构，阀杆1沿轴向标有能读取其运动行程的刻度。套筒调整杆5外接能控制其转动的执行机构。阀塞3的运动行程应当略大于第一节流窗口和第二节流窗口的高度，从而能够实现开度的最大调节。第一节流窗口(第二节流窗口)的宽度应当小于相邻两个第一节流窗口(第二节流窗口)之间的距离，从而使得窗口重合度能够覆盖0～1内的任一数值。

也就是说，阀塞与内套筒的内壁接触，由阀杆带动作竖直方向的运动。内套筒的旋转控制节流窗口重合区域周向的宽度，而阀塞的竖直运动控制节流窗口重合区域的高度。阀塞运动高度与阀塞运动最大高度(即矩形节流窗口的高度)之比记为阀塞开度η，阀杆上标有刻度，可读取阀塞的运动高度，通过该高度值可计算出阀塞开度η。因此该组合式阀芯的流通区域由阀塞运动高度以及内套筒旋转角度共同决定，而阀塞运动高度和内套筒旋转角度可利用阀塞开度η以及窗口重合度θ表示。

如图3所示，为具有上述阀芯结构的调节阀。其中，阀杆1的上部伸出阀体，以便于在阀体外部通过阀杆1来控制阀塞的上下移动；套筒调整杆5的下部伸出阀体，以便于在阀体外部通过套筒调整杆5来控制内套筒的旋转移动。阀杆1和套筒调整杆5与阀体的连接处均应当处于封闭状态，防止调节阀在使用时，通入阀内的目标介质从连接处流出，造成阀门泄露。

利用上述调节阀实现大可调比和高调节精度的方法，具体如下：

S1：首先，通过实验方法或计算流体力学方法，得到不同θ值和η值对应下的阀门流量系数。其中，θ值为第一节流窗口和第二节流窗口的重合度，1≥θ≥0。η值为阀塞3与第一节流窗口和第二节流窗口形成的开度，1≥η≥0。

其中，实验方法具体如下：

调节阀杆1和套筒调整杆5，使第一节流窗口和第二节流窗口完全互相交错而实现封闭，令阀塞3处于第二节流窗口的底部，此时阀门处于关闭状态。接着向调节阀内通入目标介质，同时调节阀杆1和套筒调整杆5，使阀塞3向上运动，内套筒4做旋转运动。在阀塞3和内套筒4的运动过程中，记录阀塞3的运动行程及内套筒4的旋转角度，测量计算得到不同θ值和η值对应的阀门流量系数。

计算流体力学方法具体如下：

建立调节阀的三维模型。在三维模型的初始状态下，保证第一节流窗口和第二节流窗口之间存在一定微小的重合度，阀塞3略高于第二节流窗口的底部。随后抽取三维模型的内部流道，并对三维模型进行网格划分。采用动网格技术，使阀塞3和内套筒4按照设定的运动函数分别独立运动，得到不同θ值和η值对应的阀门流量系数。

S2：以步骤S1得到的数据为基础，将上述数据后进行数据处理，即令η值为x，θ值为y，阀门流量系数值为z，绘制空间流量特性曲面xyz，如图4所示。

S3：利用所得的空间流量特性曲面，获取每个阀门流量系数值对应曲线中斜率最小的点，将所有斜率最小点提取拟合后，得到斜率普遍较低的最优空间流量特性曲线，如图5所示。

S4：通过得到的最优空间流量特性曲线，获得每个阀门流量系数值对应的最优θ值和η值，得到阀芯矩形节流窗口型线协调变化方式。由于可调比指的是可以调节的最大流量和最小流量的比值，本发明可以让调节阀可调节的最小流量进一步减小从而增大可调比。让最小流量进一步减小的原理就是，在小开度工况下让流量系数变化更平稳(对应描述就是选择曲线上曲率最小的点)，也就是小流量工况下流量变化也小，从而让调节阀在小开度工况下提高调节精度，降低了可调最小流量值。在小开度时，曲率最小点对应流量系数变化最小，流量系数变化小就能让调节阀的可调最小流量值降低，可调最小流量值降低后整个可调比就增大了。因此，通过上述方法能够实现调节阀的大可调比和高调节精度。

以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。