一种阀芯、轴流式调节阀及轴流式调节阀系统
阅读说明：本技术 一种阀芯、轴流式调节阀及轴流式调节阀系统 (Valve core, axial flow type regulating valve and axial flow type regulating valve system ) 是由 蔡婧 王波 王丽然 牟晓勇 王虎斌 于 2020-12-22 设计创作，主要内容包括：本发明公开了一种阀芯、轴流式调节阀及轴流式调节阀系统。所公开的阀芯包括导向套、异形活塞杆、活塞和壳体；所述壳体沿所述轴向装配在所述导向套的腔体中,所述异形活塞杆沿所述轴向活动式装配在所述导向套的敞口端,且活塞杆活动式装配在所述壳体的开口中并延伸向壳体内的工作腔中,所述活塞将工作腔分割为两个腔体。所述轴流式调节阀包括阀体和上述阀体及阀笼。所述轴流式调节阀系统包括控制器和本发明的轴流式调节阀。本发明的集成化程度高,且方便维修。(The invention discloses a valve core, an axial flow type regulating valve and an axial flow type regulating valve system. The disclosed valve core comprises a guide sleeve, a special-shaped piston rod, a piston and a shell; the shell is axially assembled in the cavity of the guide sleeve, the special-shaped piston rod is axially movably assembled at the open end of the guide sleeve, the piston rod is movably assembled in the opening of the shell and extends into the working cavity in the shell, and the working cavity is divided into two cavities by the piston. The axial flow type regulating valve comprises a valve body, the valve body and a valve cage. The axial flow regulating valve system includes a controller and an axial flow regulating valve of the present invention. The invention has high integration degree and convenient maintenance.)
技术领域
本发明属于阀门技术领域，具体涉及一种阀芯、轴流式调节阀和包括控制器的轴流式调节阀系统，可应用于石油化工、电力、冶金、航空航天等所有涉及工业过程控制的领域中。
背景技术
工业生产现场中，大量应用了按照预定工艺要求实现管路流量调节、导通和切断功能的阀门。阀门控制装置有手动、电动、气动和电液几种形式执行机构，电液执行机构因为体积小、推力大、寿命长、性能好等优势得到广泛应用，并在众多领域逐步替代其他形式的执行机构。
常规阀门采用电液执行器与阀门通过联轴器连接构成，由电液执行器的执行机构驱动阀门阀芯运动，传统电液执行器多采用阀控式，由比例阀控制流量和流速，需要外接复杂的管路和外置油源，结构复杂、体积庞大，且容易造成油源的污染。
例如，CN106641377“智能型电液动调节蝶阀”阐述了一种电液执行器与蝶阀共同组成的调节蝶阀系统；发明专利CN106641378“智能型电液控截止阀”阐述了一种电液执行器与截止阀共同组成的截止阀系统；发明专利CN106641313“耐高压电液控球阀”阐述了一种电液执行器与球阀共同组成的球阀系统。CN201621368593.8“智能电液执行器的液压集成阀”阐述了一种电液执行器本体的液压集成装置，将液压控制阀和油口集成在同一阀块上，由阀块流道替代管路连接，但是该发明仍未解决执行器与阀门的集成设计。
CN211288943U“一种一体化智能电液执行机构”阐述了一种有电液执行机构的伸缩油缸作为执行模块直接驱动阀板的一体化装置，通过2个伸缩油缸动作带动顶杆、传动杆和阀板运动，起到调节流量的作用，需要两个伸缩油缸使结构复杂，且伸缩油缸的运动通过多个零件传动带动阀板运动，阀板与传动杆采用焊接连接，尺寸精度和位置精度差，无法实现高精度的调节。
上述现有技术均是常规阀门与电液执行器通过联轴结构联接，由电液执行器的执行机构带动阀杆做直线或往复运动，集成度低。
发明内容
针对现有技术的缺陷或不足，本发明首先提供一种阀芯。
为此，本发明提供阀芯包括导向套、异形活塞杆、活塞和壳体；
所述导向套包括导向套壁和沿轴向设置在导向套壁内的至少一端敞口的腔体结构，所述导向套壁内设有至少一条第一流道，该至少一条第一流道均设对外接口；
所述异形活塞杆包括沿所述轴向至少一端敞口、一端封闭的腔体结构和设置在该腔体结构中并朝向所述敞口延伸的活塞杆，且所述腔体结构的外径与所述导向套的腔体内径匹配；所述活塞设置在所述活塞杆延伸端的端部；
所述壳体包括侧壁和沿所述轴向设置在侧壁内的至少一端开口的第一工作腔，所述侧壁外径与异形活塞杆的腔体内径匹配，所述开口口径与所述活塞杆外径匹配，所述第一工作腔的内径与所述活塞外径匹配；所述侧壁内设有至少两条第二流道，该至少两条第二流道分别与所述第一工作腔相通；
所述壳体沿所述轴向装配在所述导向套的腔体中，且所述至少两条第二流道与所述第一流道相通，所述异形活塞杆沿所述轴向活动式装配在所述导向套的敞口端，且活塞杆活动式装配在所述壳体的开口中并延伸向壳体内的工作腔中，所述活塞将工作腔分割为两个腔体，所述至少两条第二流道与工作腔相通的位置分别位于所述两个腔体。
可选的，所述导向套壁内设有至少两条第一油道，该至少两条第一流道均设对外接口；所述至少两条第二流道与所述至少两条第一流道一一对应连通。
可选的，所述导向套壁局部位置向外延伸形成凸出结构，该凸出结构内设有第一流道。
可选的，所述活塞杆内沿所述轴向开设有安装孔，用于安装位移传感器。
可选的，所述导向套包括导向套壁和沿轴向设置在导向套壁内的一端敞口、另一端开孔的腔体结构，所述开孔用于安装定位传感器。
进一步，还包括定位磁环和定位传感器，所述定位磁环安装在所述活塞上，所述定位传感器安装在所述活塞杆中。
进一步，所述壳体的工作腔沿所述轴向的另一端为敞口结构，该敞口端与导向套固定连接。
进一步，所述导向套敞口端部设有阀笼安装结构。
本发明进一步提供了一种轴流式调节阀。
为此，本发明提供的轴流式调节阀包括阀体，所述阀体内开设有介质通道，所述介质通道两端开设有介质进口和介质出口，其特征在于，所述阀体上开设有与介质通道相通的控制器安装孔；所述介质通道内安装有权利要求1所述阀芯和阀笼，且阀芯导向套的外径与阀笼的外径均小于介质通道的外径，所述阀笼安装于介质出口处，且所述介质出口通过阀笼与所述介质通道连通，所述阀芯的导向套敞口端与所述阀笼组装成第二工作腔，所述异形活塞杆活动式的安装于该第二工作腔中。
进一步，所述控制器安装孔的孔径大小便于对阀体内部结构维修，且控制器安装孔位于所述阀芯上方。
进一步，所述介质通道内设有阀芯安装支座，用于安装所述阀芯，所述阀芯安装支座靠近所述介质进口。
进一步，所述阀笼通过阀座安装在所述介质出口处。
更进一步，本发明提供了一种轴流式调节阀系统。
为此，本发明提供的轴流式调节阀系统包括上述的轴流式调节阀和控制器，所述控制器选用液压控制器或电液控制器，所述控制器上设有流道进出口，该流道进口通过所述控制器安装孔与所述第一流道连通。
本发明的有益效果是：
(1)本发明阀芯可采用液压驱动，无需机械传动，免去控制器的执行装置，缩小了整体体积。
(2)本发明的轴流式调节阀阀体设计上端盖作为安装和检修窗口，故障检修时无需拆除连接管道、破坏工艺现场，提高了产品的维修性，降低维修成本。
(3)本发明的轴流式调节阀系统采用集成化设计，将执行器与轴流式调节阀实现一体化设计，省去常规电液执行器的执行机构和联轴机构，没有外置管路和油箱，缩小了产品体积，简化了产品结构，降低了产品成本，在工艺管线安装时不受位置方向限制，可任意方向安装；尤其适用于船舶、军舰等安装空间、安装角度严重受限的场所。
(4)进一步，本发明的轴流式调节阀系统采用泵控式封闭液压系统，通过电机的转向和转速控制阀门运动的方向和速度，电机只有在运动过程中转动，使系统功耗低；此外，传统的阀控式电液执行器需要一个体积较大的开放油箱，而泵控式的油路为封闭液压系统，液压油抗污染能力强，可做到终身免维护。
附图说明
图1为本发明阀芯结构示意图；(a)为阀芯侧视图，(b)、(c)分别为图(a)的A-A、B-B向剖视图；
图2为本发明导向套结构示意图；(a)为导向套主视图和侧视图，(b)、(c)分别为侧视图的A-A、B-B向剖视图；
图3为本发明阀体的结构示意图，(a)为阀体的主视图；(b)为(a)图的A-A剖视图；
图4为本发明轴流式调节阀及系统的结构示意图，(a)为本发明轴流式调节阀及系统主视图，(b)为(a)图侧视图；
图5为本发明轴流式调节阀内的介质流向图；
图中各代号含义：
1.1.1：加油阀、1.1.2：液位活塞，1.1.3：溢流阀，1.1.4：安全阀，1.1.5：油路盖板，1.1.6：液控配流阀，1.1.7：油泵，1.1.8：阀体基体，1.1.9：联轴器，1.1.10：电机；
1.2.1：上端盖，1.2.2：阀体，1.2.3：阀座，1.2.4：阀芯，1.2.5：阀笼，1.2.6：顶紧螺钉，1.2.7：油管；
1.2.4.1：异形活塞杆，1.2.4.2：导向套，1.2.4.3：壳体，1.2.4.4：活塞，1.2.4.5：锁紧螺母，1.2.4.6：垫片,1.2.4.7：位移传感器，1.2.4.8：定位磁环，1.2.4.9：第二流道，1.2.4.10：第二流道，1.2.4.11：第一流道，1.2.4.12：第一流道，1.2.4.13：开口；
1.2.2.1：介质进口，1.2.2.2：介质出口，1.2.2.3阀芯安装支座，1.2.2.4：控制器安装孔。
具体实施方式
除非另有说明，本文中的术语根据本发明所属领域普通技术人员的常规认识理解。
本文所述“轴向”、“径向”、“内”、“外”等方向或方位性术语与附图中的相应方向或方位一致。
本发明所述设置含义包括开设、固定安装、一体结构、活动式安装等，所述“连接”包括固定连接、活动式连接、密封连接等，在本文中可根据具体部件与部件之间的工作关系及装置的整体功能进行相应理解。
本发明所述电液控制器为可实现活塞运动控制的电液控制器。例如但不限于CN201810587443.3中公开的电动模块。
下面结合附图和具体实施方式对本专利进行详细说明。
实施例1：
该实施例的阀芯及其相关部件结构如图1和2所示，其结构由壳体1.2.4.3、异形活塞杆1.2.4.1、活塞1.2.4.4和导向套1.2.4.2组装而成；
具体如图2所示，导向套1.2.4.2为有导向套壁和设在其内的一端敞口的腔体或缸体结构构成，同时该导向套壁内开始有第一流道，根据阀门的工作要求可开始相应数量的第一流道，并且第一流道的开始部位也根据实际工作需求进行选择，该实施例的导向套内开设两条延导向套轴向和径向延伸的第一流道1.2.4.11(1.2.4.12)；第一流道均设对外接口；
异形活塞杆1.2.4.1整体外形如“E”型，即包括延轴向一端敞口的腔体或缸体结构和设置在该腔体结构内的活塞杆，且活塞杆沿轴向朝敞口端延伸，该实施例中异形活塞杆的腔体结构与活塞杆加工为一体，其中异形活塞杆腔体结构的外径尺寸与导向套的腔体结构的内径匹配，以满足两者相互之间的装配及阀芯的工作要求；
壳体1.2.4.3由侧壁和沿轴向开设在侧壁内的工作腔组成，且该工作腔的一端开口，所述侧壁的外径与异型性活塞杆1.2.4.1的腔体内径匹配，所述开口的口径与活塞杆的外径匹配，所述工作腔内径与活塞的外径匹配，同样为满足相互之间的装配及阀芯的工作要求，所述侧壁内开设有至少两条第二流道，具体可根据工作需要选择合适数量和合适开设位置的流道，该实施例的壳体侧壁内沿轴向开设两条长短不一的第二流道1.2.4.9(1.2.4.10)，分别与壳体内的工作腔相通；
阀芯上述部件的组装方式为：导向套1.2.4.2位于外侧，沿轴向，壳体1.2.4.3装配在导向套腔体中，异形活塞杆1.2.4.1组装在导向套的敞口端，同时活塞杆穿过壳体上的开口并延伸至工作腔中，这样活塞杆端部的活塞将工作腔分隔为两个腔体，两个第二流道1.2.4.9(1.2.4.10)与壳体内的工作腔相通的部位分别位于两个腔体中，同时两个第二流道分别于第一流道1.2.4.11(1.2.4.12)连通；根据该装配方式，各部件的尺寸大小关系可以概括的理解为：导向套腔体内径约等于或略大于异形活塞杆腔体外径、异形活塞杆腔体内径约等于或略大于壳体侧壁外径、壳体端部开口口径约等于或略大于活塞杆外径，壳体工作腔内径约等于或略大于活塞外径，以满足部件不部件之间的装配及阀芯整体的工作要求。
实际方案中，活塞杆与活塞加工成一体后无法安装，可通过先将活塞杆装入壳体内再与活塞连接的方式。具体实例中，可选用锁紧螺母1.2.4.5和垫片1.2.4.6实现活塞1.2.4.4与活塞杆1.2.4.1连接。为实现该安装方式，壳体1.2.4.3的另一端为敞口结构。
有些实施例中，为方便与其他部件的组装及协作，导向套壁的局部可沿一定方向如径向延伸成凸出结构，所述的第一流道开设在该凸出结构中。具体可根据第一流道的开始位置及数量，导向套壁的多处部位向外凸出。一种实施例如图2所示，导向套壁的端部在同一周向上的两处局部位置向外延伸形成两处独立的凸出结构，这两处凸出结构中开设第一流道，两条第一流道均设对外接口。
在有些方案中，为实现自动化控制，阀芯内安装有定位传感器1.2.4.7，具体在上述方案的活塞杆中开设有安装定位传感器的的轴向孔，同时在活塞上安装有定位磁环1.2.4.8。进一步的方案中，定位传感器1.2.4.7延伸出导向套的另一端，相应的导向套的端部开设有用于安装定位传感器1.2.4.7的开口1.2.4.13，即定位传感器穿过该开口安装。
实施例2：
参考图3和图4所示，该实施例的轴流式调节阀包括阀体1.2.2，该阀体内设有介质通道，该介质通道的一端为介质进口1.2.2.1，另一端为介质出口1.2.2.2，同时阀体1.2.2上还开设有与介质通道相通的控制器安装孔1.2.2.4；
上述实施例中的阀芯1.2.4和阀笼1.2.5沿轴向(或介质的流向)安装于介质通道内，且导向套外径与阀笼外径均小于介质通道内径，其中阀笼安装于介质出口处，使得介质出口通过阀笼与介质通道相通，阀笼另一端与导向套连接组装成工作腔，所述异形活塞杆可在壳体内活塞两侧工作腔压差的驱动下在该工作腔中沿轴向往复运动，从而实现阀笼的打开与关闭，进而控制介质出口的开关，所述活塞两侧工作腔的压差变化来源于通过第一流道和第二流道输入的液压油。过程中通过无线定位传感器和定位磁环采集阀芯的运动信息。
进一步的方案中，介质通道内设有用于安装阀芯的支座1.2.2.3。具体方案中，如图3(b)所示，阀芯安装支座为三个独立支杆和中心部位阀芯卡座组成。阀芯一端通过顶紧螺钉1.2.6安装于阀芯支座1.2.2.3上。
还有些方案中，介质出口安装有阀座1.2.3，阀笼1.2.5一端与阀座1.2.3连接，另一端与阀芯连接。阀笼1.2.5圆周壁上均布若干小孔/窗口，通过阀座1.2.3将阀笼端面压紧固定。当阀芯左右往复运动时，阀芯与阀笼1.2.5间的相对流通面积改变，进而达到调节输送介质流量/压力；
在上述方案基础上，控制器安装孔开设方向与介质通道内的介质流向或所述轴向垂直，并且控制安装孔的孔径大下满足维修操作的需要，更进一步，可在该控制器安装孔处安装上阀盖1.2.1，具体可采用螺栓连接。
实施例3：
参考图4和5所示，该实施例的轴流式调节阀系统由上述轴流式调节阀1.2和控制器1.1组成；控制器上的液压油出口与上述轴流式调节阀的第一流道连通，为阀芯内两个腔体提供液压油，控制阀门工作。
该实施例的控制器采用CN 201810587443.3中公开的电动模块，所公开的电动模块由电机1.1.10、油泵1.1.7、液控配流阀1.1.6、液位指示器、溢流阀1.1.3、加油阀1.1.1和安全阀1.1.4构成；其中：油泵1.1.7、液控配流阀1.1.6依次与油路盖板连接，油路法兰采用螺钉连接在阀体基体1.1.8上，阀体基体1.18上设流道，电机1.1.10安装在阀体基体上，且电机与油泵通过联轴器1.1.9连接；液位指示器用卡簧固定于阀体基体1.1.8上；液位指示器安装在电动模块的阀体上，用于给电动模块的低压腔施加压力，使油泵具备一定的泵前压力，防止油泵产生气蚀现象；溢流阀1.1.3、加油阀1.1.1是、安全阀1.1.4均为插装式插装在阀体基体上。
电动模块的油路法兰与轴流式调节阀的控制器安装孔处固定连接或与上述阀盖1.2.1采用螺栓连接；阀体基体1.18上的流道与轴流式调节阀的第一流道连通，为阀芯提供相应的液压油。
实际使用时，轴流式调节阀系统安装在工艺管道所需位置，根据需要接受远程或就地控制装置的控制，阀体本体和控制装置之间可采用电缆连接。
上述系统工作时，电机1.1.10带动油泵1.1.7转动，给液压油增压，液控配流阀1.1.6根据泵转向自动分配流向，液压油通过阀体基体1.1.8流道输出；电动模块输出的高压油经油路法兰中的流道流入上阀盖，油口连接处采用o型圈密封，上阀盖流道经流道流入阀芯腔体；
阀芯1.2.4既是轴流式调节阀的调节机构，又是电动模块的执行机构，沿活塞运动方向，所述导向套1.2.4.2与阀笼1.2.5对接组成工作腔，所述壳体1.2.4.3固定在导向套内，所述活塞杆活动式密封状套在壳体中且位于工作腔中，所述活塞杆的自由端安装有活塞，且活塞将壳体和活塞杆组成的密封腔内分割为两个腔式；活塞1.2.4.4将壳体分成两个腔室，分别与电动模块的两个油口联通，电动模块输出的高压油沿流道进入阀芯一个腔室，以容积的方式驱动活塞杆运动，活塞杆位移决定阀笼1.2.5的开度，即阀笼的通过量，从而实现轴流式调节阀的开度调节功能；
位移传感器采用螺纹连接安装在1.2.4.2导向套端部，测杆深入阀芯的腔体内部，磁环安装在1.2.4.1活塞杆端部，活塞发生位移则磁环运动与测杆发生相对位移从而反馈位移信息；
当阀芯位移达到控制装置给定的信号位移时，电机停止转动，阀芯腔室停止高压油输入，则阀芯锁定在相应位置；
当阀门需要调节开度是，通过远程或就地方式给控制装置输入模拟量信号指令，位置传感器反馈当前阀门开度，当前阀门开度与预设阀门开度存在偏差时，根据偏差方向电机启动正(或反)转，高压油进入阀芯其中一个腔室驱动阀芯向预设阀门位置运动，直至位置传感器反馈阀门当前开度与预设阀门开度偏差在设定范围内，电机停止转动，阀门锁定在预设位置；
进一步的方案中，液控配流阀1.1.6、溢流阀1.1.3、加油阀1.1.1、安全阀1.1.4配合油泵1.1.7控制阀芯工作，具体过程是：
阀芯内活塞所分割的两个腔体分别通过溢流阀1.1.3、液控配流阀1.1.6与油泵的油口连接，根据油泵的转向，一个油口为进油口，即低压端，一个油口为出油口，即高压端，阀芯两腔由于高低压力差使活塞运动，从而带动阀芯运动；
当驱动负载过大时，引起系统压力超过安全值，溢流阀1.1.3自动开启泄压，保护液压系统安全运行，介质经由负载溢流阀进入供油路(即阀体内低压腔体)，当阀芯腔体压力小于负载溢流阀关闭压力时，溢流阀关闭；
当油泵入口油压过大时，引起的电动模块的供油路低压腔液压油压力超过设定的安全压力值，安全溢流阀自动开启泄压，将液压油泄出排放到外面，保护液压系统低压腔安全运行，当低压腔液压油压力小于安全阀1.1.4关闭压力时，安全阀1.1.4关闭；
加油阀1.1.1安装于阀体上，功能是当电动模块液供油路压油不足时，为系统补充液压油；
液控配流阀1.1.6是电动模块的核心部件，其作用是根据泵和负载的实际工作情况，调节液体介质流量，实现对液压缸的控制，控制包括双向载荷输出及任意位置的自锁功能。
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