CN100351563C - 角行程阀门的阀座、阀芯密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种角行程阀门的阀座、阀芯密封结构，所述阀座对应阀芯的部位延伸出一弹性元件，所述弹性元件与阀座是整体，该弹性元件是波纹管结构，具有至少两个弹性变形段；所述波纹管呈塔形结构；所述波纹管的管壁纵截面也呈塔形结构。优点是密封效果达到Ⅵ级泄漏等级，阀座的强度高，弹性元件耐疲劳，使用寿命长。

Description

角行程阀门的阀座、阀芯密封结构

技术领域

本发明涉及阀门，尤其是它的阀座与阀芯间的密封结构，该结构适用于角行程阀门例如偏心球阀、蝶阀。

背景技术

传统角行程阀门的阀座、阀芯间的密封结构是钢性面接触或线接触硬密封，由于阀座、阀芯不可能完全同心，阀门关闭时，阀座、阀芯不能很好吻合，不可避免地存在间隙，其泄漏等级只能达到III-IV级，密封效果不是很好，不能用于对密封性能要求很高的场合。目前，国内、外一些阀门生产厂家开发出一种弹性硬密封阀门，参见图1，其阀座1被设计成端口外卷的异径管结构，其纵截面是“J”形，成为一个管弹簧，阀门关闭时，该管弹簧与阀芯线接触并被压缩，利用弹性元件万向退让特性，使阀座1与阀芯2吻合，形成完整的环形密封线，并利用其弹性产生一定的密封压力，因而没有间隙，显著地改善了密封效果，在普通工况下能达到VI级泄漏等级(最高泄漏等级，习惯称“零”泄漏)。但美中不足的是：

1.由于该阀座1是只有一个弹性变形段的管弹簧，为了使阀座1具有足够地弹性，管壁被设计得很薄；且由于阀座1是用钢板冲压成型，管壁各处的厚度是一样的，因此，阀座1的整体强度较差，在复杂、恶劣工况(高温、高压、大压差、大温差、腐蚀性介质、不干净介质等)下，阀座1容易损坏；同时，由于弹性变形的位移量集中在一个弹性变形段，该管弹簧容易疲劳，失去弹性，两个因素都影响阀座的使用寿命。而且，众所周知，阀座1与阀体装配时通常是永久性固定连接，不可拆卸，阀座1损坏或弹性失效，就意味着阀门报废，必须更换整只阀门，导致用户的使用成本很高。

2.为了保证阀座1的强度和弹性，不得不选用力学性能极好的特殊材料，并采用与材料相应的复杂、困难的热处理工艺，导致阀门的生产成本高。

发明内容

本发明的目的意在提供一种没有上述缺点的角行程阀门的阀座、阀芯密封结构。

实现本发明目的的技术解决方案是：

一种角行程阀门的阀座、阀芯密封结构，所述阀座对应阀芯的部位延伸出一弹性元件，所述弹性元件与阀座是整体，该弹性元件是波纹管结构，具有至少两个弹性变形段；其特征在于，所述波纹管呈塔形结构，即波纹管是锥管，其大头段位于阀座端，各波纹段的直径由大头段向小头段顺序递减，其锥度与阀芯受力点的法线方向相适配。

所述波纹管的管壁纵截面呈塔形结构，即其大头位于阀座端，各波纹段管壁纵截面的幅值由大头段向小头段顺序递减。

另外，所述阀座是将钢坯用机床切削而成，其本体部分的厚度不受波纹管管壁厚度的限制，根据强度设计的需要确定。

本发明的有益效果：

由于阀座的波纹管弹簧具有至少两个变形段，在获得同等弹性的前提下，即可增大波纹管的壁厚；且阀座是将钢坯用机床切削而成，其本体部分的厚度不受波纹管管壁厚度的限制，是根据强度设计的需要确定的，故阀座的整体强度大幅度提高，能满足在各种复杂、恶劣工况下的使用要求：同样由于阀座的弹性元件具有至少两个变形段，变形位移总量被分解到各变形段，每一变形段的变形位移量相对变小，波纹管弹簧不易疲劳，阀座的使用寿命大幅度延长。波纹管的壁厚增大以后，就可降低对材质的要求，简化热处理工艺，在获得同等使用性能的前提下，大幅度降低产品成本。

另外，由于波纹管弹簧是锥形管弹簧，当阀门关闭时，弹簧变形位移的方向基本与阀芯受力点的法线方向一致，环形密封线上各点受力均匀，密封效果好。

再有，由于波纹管的管壁纵截面呈塔形结构，弹簧被压缩时，动态稳定性好，变形位移的方向稳定，摆动幅度小，不仅有利改善密封效果，也可延缓弹簧疲劳，延长使用寿命。

经实验测试表明，本结构的阀门达到VI级泄漏等级，下面是一只DN 150阀门的实验结果：

                    阀门设计参数         实验测试参数

介质                任意                 天然气

公称压力            10MP                 13MPa

压差                ≤6MPa               8MPa

介质温度            ≤350℃              350℃

启闭次数            5万次无泄漏          ＞5万次无泄漏

附图说明

下面结合附图和具体实施方式详细说明本发明。

图1是现有弹性硬密封阀座的结构示意图。

图2是本发明的一种结构示意图(三个变形段的波纹管弹簧)。

图3是本发明的另一种结构图(两个变形段的波纹管弹簧)。

具体实施方式

参见图2：阀座1对应阀芯3的一侧延伸出一波纹管弹簧2，该波纹管弹簧2具有三个波纹段，每个波纹段构成一个弹性变形段。此外还有两个特点：

一.波纹管呈塔形，即它是一个锥形波纹管，其大头段位于阀座端，各波纹段的公称直径φ不同，由大头段向小头段顺序递减(φ₁＞φ₂＞φ₃)，具有锥度α，锥度α根据阀芯3的球面半径计算得出，当阀门关闭时，阀芯3上的密封受力点A的法线L基本与α角的边重合，这样，环形密封线上各点受力均匀，密封效果好。

二.锥形波纹管的截面形状也呈塔形，各波纹段的幅值h不同，由大头段向小头段顺序递减(h₁＞h₂＞h₃)，这样，波纹管弹簧被压缩时，动态稳定性好，变形位移的方向稳定，摆动幅度小，不仅有利改善密封效果，也可延缓弹簧疲劳，延长使用寿命。

本阀座1加工工艺与现有的端口外卷的异径管阀座截然不同，不是采用冲压工艺(其结构复杂，也无法冲压)，而是采用切削工艺，将钢坯在机床上切削而成，波纹管2的壁厚δ与阀座1本体的厚度Δ互不干扰，阀座1本体的厚度Δ是根据阀座强度设计的需要确定。加工成型后，将波纹管弹簧2热处理，需要特别指出，波纹管弹簧2的表面硬度应大于阀芯3的表面硬度，以减轻其磨损，因其是与阀体永久性固定连接，不可拆卸，而阀芯3磨损后更换方便。

参见图3：通常，波纹管弹簧2具有两个变形段就可满足VI级泄漏要求，只有在使用环境特别恶劣，或阀门通径特别大，两个变形段无法达到VI级泄漏标准时，才应考虑采用三个或三个以上变形段。变形段越多，对材质要求越高，加工工艺越复杂，成本越高。

需要说明，上述阀芯3是一种泛称，对于球阀而言，是指偏心球；对于蝶阀而言，是指阀板。

Claims (2)

1.一种角行程阀门的阀座、阀芯密封结构，所述阀座对应阀芯的部位延伸出一弹性元件，所述弹性元件与阀座是整体，该弹性元件是波纹管结构，具有至少两个弹性变形段；其特征在于：所述波纹管呈塔形结构，即波纹管是锥管，其大头段位于阀座端，各波纹段的直径由大头段向小头段顺序递减，其锥度与阀芯受力点的法线方向相适配。

2.根据权利要求1所述的阀座、阀芯密封结构，其特征在于：所述波纹管的管壁纵截面呈塔形结构，即其大头位于阀座端，各波纹段管壁纵截面的幅值由大头段向小头段顺序递减。

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