CN100513839C - 化简型双向强密高温球阀 - Google Patents

Abstract

本化简型双向强密高温球阀，注重化简结构和阀工作的可靠性。在球状壳体内装球体三组件，其楔式球体居中，以T形斜槽将左右球瓣连成球体；上下阀杆与楔式球体固定连接，供定位与90°旋转；上阀杆通过铜螺母、轴承组件，在阀体上侧，由手轮旋转启闭，密封面是堆焊硬密封，用于高温、高压腐蚀介质。开启过程中密封面间无摩擦，使用寿命长，所需力矩小，开闭时间短。化简结构是由于程序套筒设置在阀体的下侧，不仅简化阀上侧结构，还对阀体本身省去下侧大法兰，及相应的连接件。从楔式球体挤压球瓣，处于密封状态时，转入开启的过程中，因相互间在斜面上有很大的正压力，会造成无法脱开而卡阀，设置上定位套能挡住球瓣跟随上移，使阀工作可靠，利于在中小阀里普遍采用，以取代直行程闸阀及固定球体的球阀，具良好的市场前景。

Description

化简型双向强密高温球阀

一、技术领域

本发明涉及一种球阀，借球瓣可扩经，达强制双向硬密封，适于石化高温、高压；球瓣可缩经，开闭旋转无摩擦，延长使用寿命；扩经与缩经旋转的程序过程，以下装式程序套控制，化简阀的结构，便于制造的球阀。

二、背景技术

1、根据美国阀门制造商协会(vale ManufacturerAssociate VMA)市场份额排列“球阀所占百分比最大，占总量的54.2％，销售额为565.5(百万美元)。另外，根据“石油化工投资建设”学术交流文指出：“球阀的阀芯是带圆孔的球形体，当阀处于开位时允许流体流过，将球形转动90°切断物流。球阀可以起切断和调节作用，它的压降小，适于粘稠和腐蚀的流体、桨体、低温流体。球阀还可以用于高温、高压流体。以上用使用性能，说明球阀市场份额大的缘由。

2、球阀有“代替直行程阀门的趋势”、“传统的直行程阀或截止阀不再适应炼油厂这种应用情况，旋转阀由于其本身具有上文描述的优势，从而可以在这种应用场合下提供更高的性能价格比。给用户的长期运行带来较大的收益。这更是从技术经济角度对球阀的趋势做出评价。

3、从机械原理上分析，空间有六个自由度，即沿XYZ三直角坐标轴平移和沿XYZ三坐标轴旋转。当内外球面相互配合时，约束了三个平移，而留下三个旋转自由度。因而，它比柱塞阀更易达到紧密接触的密封。

球阀仅转90°即可开闭，没有直行程阀，当闸板上移，需要留较大储放空间，且行程大，开启时间长，开启力矩大。相比之下，球阀操作方便，结构紧凑物料节省。

4、球阀的密封面，也存在旋转中磨擦，造成磨损而泄漏的问题。这可采用柔性密封材料提高密封面间的密封性能，但是柔性材料也存在，都不能耐400～450°高温的技术难题。

例如：美国将军阀(TWIN SEAL)是通过对旋塞阀的创新，消除阀芯在旋转过程中密封面间的磨擦而设计的，“阀门从开到关的过程中，密封面之间没有任何接触，无论压差高低都可达到机械性双密封。无以伦比的使用寿命带来令人惊羡的经济效果，这是一项将使您年复一年得到收益的投资，”这是生产厂家的宣传。

但是，从相关图纸上看是结构很复杂的旋塞阀。因机械原理上分析，柱塞属园柱间配合，当柱塞直径变化，配合面就十分敏感，无法全面接触密封。为此TWIN SEAL将军阀是采用“③弹性密封圈材料标准设计为氟化橡胶)是嵌入密封滑片表面中的。”公知氟化橡胶是受不了400～450°高温，因此该阀仅提供了变径的原理，可供借鉴。而密封面耐高温问题，仍未解决。

5、撑开式金属密封球阀，是综合了闸阀和上述将军阀及综合球阀的结构特点而创新的新型球阀，即吸收将军阀的优点将固定的球体变成可撑开，中间称楔式球体，及两侧球瓣，由三者合成一个球体。三者之间呈5°左右斜面，并有T形槽(或燕尾槽)连接。楔式球体强迫左右球瓣，遇阻后撑开，达强制密封。因为，密封面都是金属，没有将军阀用氟化橡胶的缺点，可耐高温。

上述结构，当楔式球体从球瓣中脱开时，因存在很大挤压力与磨擦力导致球瓣跟随移动，现结构仅凭左右密封面(堆焊后凸出约≥2.5mm)的上侧不太大的面积阻挡，很易造成卡阀，必须增添上调整套防卡住，提高可靠性使阀获得广泛推广应用。另外，从结构布置看，控制楔式球体作上下移动，和90°旋转的程序套筒，是设在阀体上方，使上方结构变得复杂，不便再安装阀门的执行器等。这种布局尤其不便在中小型球阀上广泛采用。如果将程序套筒移至阀的下方，阀的结构变得与现有结构相同，下侧大端盖和连接件也可省去，化简结构有利于老产品更新换代。对于小口径球阀，还可省去轴承座内的轴承，更进一步化简，降低成本。中小型阀门属低值易耗品，在确保使用质量的前提下，结构宜越化简越好。

三、发明内容

本发明目的是：对本人“下装撑开强密封球阀旋塞阀”专利申请号：2006200995771渐进性创新，优化设计，以便在中小型阀门中更好发挥球阀的优越性，将固定球体分切成中间的楔式球体，通过T型斜槽(或燕尾槽)带动左右球瓣扩张，达强制双向硬密封、或收缩，在无磨擦下旋转开闭。对球瓣位移限定，防止卡阀。用于控制球瓣变径和旋转，其程序过程的程序套组件，装在阀的下侧，使结构大为化简，更适应中小型阀批量制造。

本发明目的是通过以下化简结构来实施的：在一只带左右法兰盘，内腔呈球形的阀体内，设置由楔式球体和左右球瓣三组件构成的球体(以下简称“球体三组件”)。楔式球体的上下方连有上下阀杆，供旋转定位用。上阀杆位于阀体上方的大阀盖中间。大阀盖的口径，足以使球体三组件由上而下装入。大阀盖上侧设置轴承壳，用于支承轴承、铜螺母和上阀杆与铜螺母配合，实现上阀杆轴向位移。铜螺母的旋转是由上置的手轮带动的。

下阀杆伸出阀体下侧之外，省去原结构中下侧大法兰及相应的连接件，有利成本下降。下阀杆与壳体间有密封件防漏。在下阀杆的未端，配有横销和滚轮组。滚轮在下阀杆外的程序套筒的槽里，作上下和旋转90°滚动。程序套筒是一只空间凸轮，有下直线段，属球瓣扩张压紧密封面用；有中间倾斜段，斜角约15°～20°，倾斜段转角90°，使球体三组件，刚好转过90°，完成开闭旋转；上段为直线段，供球瓣收缩和阀开启后安息。程序套筒和相应的横销滚轮组件，配置在阀下方，不仅使阀上方结构化简，也使阀体本身结构化简，省去下侧大法兰及连接零件。这是为化简结构所采取绝无仅有的结构布局。但也带来不利方面，不便在线维修。而对石化工业为了达到高的修理质量，并不采用在线修理。

在球瓣的下侧壳体内，设置下调整垫，上侧壳体内，设置上调整套，借此限定球瓣，只能经向扩经或缩经，防止随楔式球体一起上移，造成卡阀，确保正常工作。球瓣做合成运动，即有经向扩缩，又有90°旋转，约束了上下位移才能确保此合成运动，否则会卡阀。

此外，在程序套筒之外，另外增加一只罩，防污染物侵入程序槽内，此罩还有密封功用。

四、附图说明

如附图1所示，在带法兰盘的阀体9中，内置球体三组件。三组件由中间有流通孔的楔式球体10，左右球瓣11，通过其上相互滑配的T形斜槽N(或燕尾槽)连成一个整体。T形槽N与球体轴线成大约5°，图示呈上大，下小的楔角。楔式球体的上下方配有上阀杆5和下阀杆14以支承旋转和承受介质的压力。上阀杆伸出阀体，外有大阀盖7，及密封组件6。大阀盖与阀体间由螺钉连接和密封，其口径足以使球体三组件装入。上阀杆外螺纹段处配有铜螺母3，并有支承轴承组2来定位。铜螺母和轴承组件都装在位于上阀盖之上的轴承座4中。手轮1带动铜螺母3旋转，又通过其内孔的螺纹带动上阀杆位移。

在球瓣11的上侧，设有上调整套8，下侧设有下调整垫12，以限定只能径向收缩。

在下阀杆14上，有销轴16及滚轮组18，它在程序套筒15的斜槽M中滚动。程序套筒15安装在阀体的下平面，其外有护罩17保护。罩与阀体接触之间设有密封垫19，在程序套筒15与下阀杆14的密封组件13之外，再增设一道防泄漏的密封。

五、具体实施方式

以下再结具体实施例，详加说明实施方式。如附图1所示结构，阀体9的法兰孔径为φ50，适用公称压力6.3Mpa，气密封试验0.6Mpa，适用温度400°～450℃，适用输送含硫介质。

按图示结构，当转动手轮1，通过支承在轴承壳4内的铜螺母3的旋转，螺纹带动固定在球体三组件上侧的上阀杆5位移。与此同时，下阀杆14上有横销和滚轮组件16、18，在程序套筒15的槽里滚动。按程序设定可做上下直线、中间可旋转90°的三段工作程序开闭阀。

球体三组件由中间开有流通口的楔式球体10和通过T形斜槽N带动可径向扩张的球瓣11组成。球瓣只能径向扩散或收缩，是由于设置了上下调整垫套12、8，而限制会发生卡阀现象的轴向位移的偶发。上下阀杆处都会发生泄漏，均设置了轴套密封及内置填料。填料必须耐较高温度，并设置压盖。上述过程是在旋转无磨擦下进行，因而启闭力矩小，使用寿命长。

综上述，球阀市场份额大，随着石化工业迅速发展，需用量加大，如何发挥硬密封球阀的优点，克服卡阀的偶发，以提高工作可靠性；并通过优化设计，将程序套筒移至阀下，化简结构适于中小型阀大批量生产，延长使用寿命具良好的国民经济意义。

石油工业通常在高压下工作，阀体壁厚可按相关公式计算，如钢计算厚度 $S^{,}B=\frac{{\mathrm{PD}}_n}{2.3\left[{\mathrm{\σ}}_1\right]-P}+\mathrm{e\; mm}$ 阀体密封面处一般堆焊507钼，要求较高时可用硬质合金D802，以提高密封面处耐磨性能。堆焊要预热300～360℃，焊后600～720℃消除应力。密封面上应留≥2.5堆料。这一切均属加工工艺，可酌情变化。

附图1中零件名称：1手轮，2轴承组件，3铜螺母，4轴承座，5上阀杆，6密封组件，7大阀盖，8上调整套，9阀体，10楔式球体，11左右球瓣，12下调整垫，13密封组件，14下阀杆，15程序套筒，16销轴，17护罩，18滚轮组，19密封填。

Claims (3)

1、一种化简型双向强密高温球阀，其外型呈球状壳体，壳体左右有输送介质的左、右进出管接头，在壳体上侧有手轮及支承传动件的轴承座，在壳体下侧有圆柱形程序套筒及圆柱形的护罩；其特征在于，球状壳体内装有球体三组件，其中楔式球体居中，以T形斜槽将左、右球瓣连成球体；上、下阀杆与楔式球体连接，供楔式球体定位与90°旋转；上阀杆位于上大阀盖正中，并借轴承组、铜螺母定位，上阀杆在手轮的作用下旋转，带动楔式球体上、下位移和90°旋转；下阀杆穿过阀体，向下伸出阀体之外，形成下阀杆外伸段，下阀杆与阀体之间设有密封组件，下阀杆外伸段的未端有销轴及滚轮组件，滚轮在下阀杆外的程序套筒的槽里滚动，程序套筒装在阀体下端面，上有铣出两个相互对称的所述槽以作为滚轮滚动的滚道；所述槽分三段，下段直线供楔式球体带动左、右球瓣撑开，达阀体与左、右球瓣之间的密封面处强制硬密封，切断流体，中段呈15～20°倾斜，其转角为90°，供左、右球瓣的球径作收缩、并旋转90°的合成运动，上段直线，供左右球瓣在转过90°之后安息，此时楔式球体中心孔与左、右进出管接头成一直线，供介质流通；为使左、右球瓣有正确的定位，达严密的强制密封，在阀体内左、右球瓣的上、下二侧设置上调整套、下调整垫，可有效防止卡阀。

2、根据权利要求1所述化简型双向强密高温球阀，其特征在于：程序套筒和相配套设置在下阀杆外伸段未端上的销轴及滚轮组件，设置在阀体的正下方。

3、根据权利要求1所述化简型双向强密高温球阀，其特征在于：铜螺母是定位在轴承座与上阀杆之间，铜螺母与上阀杆以传动螺纹连接，铜螺母外圆与轴承座之间，通过轴承组配合，使阀开闭力矩小。

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