CN100561025C - 低压降高温气体换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种低压降高温气体换向阀，包括制成的带一进气口和两出气口的阀体，两出气口截面积与进气口相等；阀体内设有可转动的阀杆，阀杆的转动中心线位于两出气口中心线的对称中性面上，其一端延伸至阀体外部；阀杆上连接有两个阀盖；阀盖和出气口之间设有相互匹配且垂直于该出气口中心线的密封面；在垂直于阀杆转动中心轴的平面上，两阀盖上密封面之间的投影夹角小于或等于两出气口中心线之间投影夹角的余角。这样阀杆在外力驱动下可带动两阀盖转动，从而密封住相应的一个出气口，而另一阀盖成为气体通道侧壁的一部分，使得气体在阀体内的流程阻力减小，从而获得一种压力损失小、高温环境中密封性能高的低压降高温气体换向阀。

Description

低压降高温气体换向阀

技术领域

本发明涉及一种高温气体阀门，更具体地说，涉及一种低压降的高温气体换向阀。

背景技术

在现有技术中，传统的阀门通常包括阀体、阀盖和转动轴，阀体上包括进气口和出气口，转动轴安装在阀盖的转动孔中，转动轴转动即可实现阀体的开启和关闭。但是这种阀体对于有压降要求的高温气体而言不宜使用，其一是流动的压降大，流动时气体的能量损失较大，其二是，目前密封性能好的阀门不能用于高温环境。

对于高温气体进行换向控制时通常采用金属硬密封的高温球阀。在需要对高温气体换向时，通常采用如下的气管连接结构，即利用一个三通管将气体分为两个支路，分别在两个支路上设置耐高温的球阀，通过分别控制两个球阀的阀芯，实现对每个气管支路流量的控制。但是这种设计对于在管道中流动的气体存在较大阻力，使气体在流动时能量损失非常大，造成压降大；并且球阀的结构、加工和配合均非常复杂。

发明内容

本发明要解决的技术问题在于，针对现有技术的高温气体换向阀门存在的上述缺陷，提供一种压力损失小、高温环境中密封性能高的低压降高温气体换向阀。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：构造一种低压降高温气体换向阀，包括阀体，所述阀体一端设有一个进气口，另一端设有两个出气口，所述两出气口的截面积均设置为与进气口的截面积相等；所述阀体内设有可转动的阀杆，所述阀杆的转动中心线位于两出气口中心线的对称中性面上，其一端延伸至阀体外部；所述阀杆上连接设有两个能随阀杆在阀体内绕阀杆转动的阀盖；所述阀盖和对应的出气口之间设有相互匹配且垂直于该出气口中心线的密封面；在垂直于阀杆转动中心轴的平面上，所述两阀盖上密封面之间的投影夹角小于或等于所述两出气口中心线之间投影夹角的余角。

在本发明所述低压降高温气体换向阀中，所述进气口的中心线与两出气口中心线所在平面平行或重合。

在本发明所述低压降高温气体换向阀中，所述阀盖包括活动连接在所述阀杆上并与所述出气口相配合形成所述密封面的密封端盖，所述密封端盖的密封面设置为密封圆锥面，所述出气口的密封面设置为与所述密封圆锥面相匹配的密封球面。

在本发明所述低压降高温气体换向阀中，所述出气口处设有密封环和将密封环固定在出气口处的锁紧螺母，所述密封球面设置在密封环上朝向密封端盖的端部。

在本发明所述低压降高温气体换向阀中，所述阀盖的密封端盖与所述阀杆连接处设有通孔，所述阀盖还包括尾端穿过所述通孔固定连接在阀杆上的连接螺栓，以及固定在密封端盖上并将所述连接螺钉的头部密封在所述通孔处的封盖。

在本发明所述低压降高温气体换向阀中，所述阀杆包括固定连接在一起的转轴和连接杆，所述转轴的一端延伸至阀体外部，所述连接杆的一端固定在转轴中部，其另一端分别与所述两阀盖的连接螺栓尾部固定连接。

在本发明所述低压降高温气体换向阀中，所述封盖和密封端盖之间位于通孔处设有供所述连接螺栓的头部活动的腔室，所述连接杆上与所述连接螺栓的螺纹部连接处设置为与所述通孔相匹配的球冠。

在本发明所述低压降高温气体换向阀中，所述两出气口中心线之间的夹角设置为30～80度，所述两阀盖的密封端面之间的夹角设置为5～60度。

在本发明所述低压降高温气体换向阀中，所述进气口的中心线也设置在两出气口中心线的对称中性面上。

在本发明所述低压降高温气体换向阀中，所述阀杆的转动中心线与两出气口中心线所在平面垂直。

实施本发明所述的高温气体换向阀，具有以下有益效果：通过在金属材料制成的阀体上设置一进气口和两出气口，这样就能使得从进气口进入的气体能够分出两个支路；通过阀体内设置可转动的阀杆，阀杆上连接设有两个分别与出气口相匹配的阀盖，通过在阀体外部驱动阀杆延伸出阀体外部的延伸部分，使得阀杆带动阀盖在阀体内转动；通过在阀盖与出气口之间设置相互匹配的密封面，使得当其中一个阀盖随阀杆转动到出气口时，能够将该出气口密封住，从而使得气体只能从另一出气口流出，达到换向的目的。通过设置阀杆位于两出气口中心线的对称中性面上，使得阀杆到两出气口中心线的距离相等，由于阀盖垂直密封在出气口处，即密封面与出气口的中心线垂直，使得阀盖与阀杆连接处到阀杆转动中心线之间的距离相等，这样两个阀盖与阀杆连接处在阀体内转动时的运动轨迹重合，使得两阀盖在阀体内转动时所需的阀体内部空间较小，有利于减小阀体的体积和重量，节省制造成本。

另外，如图2所示，在垂直于阀杆转动中心轴的平面上，通过设置所述两阀盖上密封面P1、P2之间的投影夹角A等于或小于所述两出气口中心线L1、L2之间投影夹角B的余角，当其中一个阀盖30密封住与其对应的出气口12时，另一阀盖40的密封面P2与另一出气口13的内侧壁S平行，这样，从进气口流入的气体能够沿另一阀盖的密封面P2顺畅地通过另一出气口，大大减小了气体在该阀体内受到的流动阻力，气体压力不会发生改变；同时因为每个出气口的截面积均与进气口的截面积相等，使得气体在换向后从出气口流出的气体流速不变。

进一步地，通过设置所述进气口的中心线与两出气口中心线所在平面平行或重合，使得进气口进来的气体以较大半径转过较小的角度后直接流向两个出气口，从而进一步地减少了气体在阀体内受到的流程阻力。

更进一步地，通过设置阀盖包括与所述阀杆活动连接且与所述出气口相配合形成所述密封面的密封端盖，其中，设置密封端盖的密封面为密封圆锥面，设置出气口的密封面为与所述密封圆锥面相匹配的密封球面，使得密封端盖和出气口之间的密封面形成锥面和球面的线接触，当阀杆带动阀盖的密封端盖转动到出气口时，由于积累的加工误差，密封端盖上密封圆锥面的中心不一定就正对着出气口上的密封球面(实为倒圆面)的中心；此时，由于密封端盖与阀杆活动连接，密封端盖进行自适应的调整，如密封端盖相对于出气口的中心线倾斜一定角度，密封圆锥面和密封球面之间的接触线就会变成一个椭圆，同样能够达到密封可靠的目的，避免气体从密封端盖和密封环之间的密封面处泄露出去。

在本发明所述的高温气体换向阀中，由于阀体内的阀杆、阀盖结构简单，对金属材料的加工性能要求不高，使其材料选择的范围加大，进而使其适用范围更广。

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明。

附图说明

图1是本发明所述高温气体换向阀的装配图；

图2是本发明所述高温气体换向阀的结构示意简图；

图3是本发明所述高温气体换向阀中阀体的结构示意图；

图4是本发明所述高温气体换向阀中阀盖和阀杆的结构示意图；

图5是图1中的I部放大图；

图6是图4中的II部放大图。

具体实施方式

如图1、2所示，在本发明所述低压降高温气体换向阀的优选实施例中，包括阀体10、阀杆20和两个阀盖30、40。为适应高温气体的高温环境，阀体10、阀杆20和阀盖30、40均采用耐高温的金属材料制成，如不锈钢等。如图1、3所示，阀体10的一端设有一个进气口11，另一端设有两个出气口12、13，每个出气口的截面积均与进气口的截面积相等，以保证换向后，排气的出气口的排气量与进气口的进气量相同。出气口12、13和进气口11的截面形状最好设置为圆形，因为这种形状能够承受更大的气体压力。最好设置进气口的中心线L3位于两出气口中心线L1、L2所在对称中性面上，即两出气口12、13相对于进气口的中心线L3对称，使得整个阀体10为对称结构，便于生产加工。优选设置进气口的中心线L3与两出气口的中心线L1、L2所在平面平行或者重合，本优选实施例为重合，这样，气体在阀体内的流动路线在两出气口的对称中性面上的投影为直线，从而进一步地减少了气体在阀体内受到的流程阻力，减少气体在阀体内流动的能量损失，减小了气体的压降。

在本优选实施例中，阀杆20和阀盖30、40均设置在阀体10内。其中，阀杆20能相对于阀体10转动且其转动中心线L4设置在两出气口中心线L1、L2的对称中性面上。两个阀盖30、40连接设置在阀杆20上分别与两个出气口12、13对应，并能垂直密封在出气口处，与出气口内侧壁之间形成密封面P1、P2，即阀盖30、40与出气口中心线L1、L2垂直。在阀体10内设置足够的空间，以便阀盖30、40能随阀杆20在阀体10内转动。阀杆的转动中心线L4位于两出气口中心线L1、L2的对称中性面上，使得阀杆的转动中心线L4到两出气口中心线L1、L2的距离相等，由于阀盖30、40垂直密封在出气口12、13处，即密封面P1所在平面P1与出气口的中心线L1垂直，使得两阀盖30、40与阀杆20连接处到阀杆转动中心线L4之间的距离相等，这样两个阀盖与阀杆连接处在阀体内转动时的运动轨迹重合，使得两阀盖30、40在阀体10内转动时所需的阀体内部空间较小，有利于减小阀体的体积和重量，节省制造成本。最好设置阀杆的转动中心线L4与两出气口中心线L1、L2所在平面垂直，这样，两个阀盖30、40与阀杆20连接处在阀体10内转动时的运动轨迹与两出气口中心线L1、L2所在平面平行或者重合，使得两阀盖30、40在阀体10内转动时所需的阀体内部空间更小。

如图4所示，在本优选实施例中，设置阀杆20包括转轴21和连接杆22，所述转轴21的一端延伸至阀体外部并与阀体之间设置现有技术中常用的气密封结构或其密封件。转轴的外延端可设有手柄，通过转动手柄可带动转轴转动，从而使得阀杆在阀体内转动。所述连接杆最好设置为T形，使得连接杆22呈现为对称的形状，方便加工；并且在其与两阀盖装配时具有互换性，利于装配。T形连接杆的尾端23固定在转轴21中部，能随转轴21转动；T形连接杆的T形头24包括两个侧端25、26，上述两阀盖30、40分别连接在该两侧端25、26上。T形连接杆22最好设置为平行两出气口中心线L1、L2所在平面，使得T形连接杆的尾端23与转轴21垂直，而阀盖30、40与T形连接杆的T形头侧端25、26相垂直，从而保证阀盖上的密封面P1、P2所在平面与转轴的转动中心线(即阀杆的转动中心线L4)平行。

如图4、6所示，阀盖30包括密封端盖31、封盖32和连接螺栓33。其中密封端盖31的形状与出气口12形状相匹配，使得该密封端盖31在阀体10内转动后能够密封与之对应的出气口12，密封端盖31的中间设有一个通孔34。连接螺栓的螺纹部35穿过通孔34与T形连接杆的T形头侧端25固定连接在一起，连接螺栓的头部36被卡在密封端盖31上距离T形连接杆较远的一侧侧面上。这样就将密封端盖31连接在T形连接杆的T形头侧端25。封盖32通过紧固件(如螺钉等)37固定在密封端盖31上设有连接螺栓头部的一侧侧面上，并将覆盖住通孔34，封盖32和密封端盖31之间还设有一个腔室38，连接螺栓的头部36位于该腔室38内，并且该连接螺栓的头部36在该腔室38内可活动，使得密封端盖31可相对T形连接杆22形成活动连接。该腔室38可以是在封盖32上开设的凹槽，也可以是密封端盖上位于通孔34处设置的通孔沉孔。由于封盖32密封设置在通孔34处，使得气体不会从连接螺杆处的间隙泄露出来。

如图2所示，通过设置阀杆的T形连接杆22上T形头25弯曲一个合适的弧度，使得两阀盖的密封面P1、P2在垂直于阀杆转动中心线L4的平面上的投影夹角A小于或等于所述两出气口中心线L1、L2在垂直于阀杆转动中心线L4的平面上投影夹角B的余角。在本优选实施例中，由于优选阀杆转动中心线L4与两出气口的中心线L1、L2所在平面垂直，则两出气口中心线L1、L2在垂直于阀杆转动中心线L4的平面上的投影夹角B就是两出气口中心线之间的夹角；由于设置两阀盖30、40可垂直密封在与之对应的出气口12、13处，使得两阀盖的密封面P1、P2与阀杆转动中心线L4平行，则两阀盖的密封面在垂直于阀杆转动中心线L4的平面上的投影夹角B就是两阀盖密封面P1、P2之间的夹角。因此，在本优选实施例中，设置两阀盖密封面之间的夹角A小于或等于两出气口中心线之间夹角B的余角即可。如图2所示，当其中一个阀盖30密封住与其对应的出气口12时，另一阀盖40的密封面P2与另一出气口13的内侧壁S平行或者形成大于180度的角度，阀盖40相对于出气口13内侧壁朝向出气口12的方向倾斜，从而不会因斜向出气口13的中心线而在进气口处将气体分割为两股；这样，从进气口11流入的气体能够沿另一阀盖的密封面P2顺畅地通过另一出气口13，大大减小了气体在该阀体10内受到的流程阻力，减小了气体的压降；同时因为每个出气口的截面积均与进气口的截面积相等，使得气体在换向后从出气口流出的气体总量不会发生改变，进一步促进了气体压降的减小。在本优选实施例中，优选将两出气口中心线之间的夹角B设置为60度，将两阀盖密封面之间的夹角A设置为30度，使得两夹角A、B互为余角，则阀盖40与出气口内侧壁S之间的夹角为180度；从而使得气体在从进气口经过阀体从其中一个出气口流出时，只需转过30度的角度，而且阀体内部又有足够的空间供阀盖转动，此时阀盖的密封端盖与出气口内侧壁平行，气体经过阀体内部时是沿出气口内侧壁平直流动，而不会被阀盖分割为两股。

同样，还可以将两出气口中心线之间的夹角B设置为30度，将两阀盖密封面之间的夹角A设置为小于60度，如45度；或者将两出气口中心线之间的夹角B设置为80度，将两阀盖密封面之间的夹角A设置为小于10度，如5度；此时阀盖40与出气口13内侧壁之间的夹角大于180度，阀盖40相对于出气口13内侧壁朝向出气口12倾斜，同样可以使得气体顺畅地沿阀盖40的密封面和出气口13的内侧壁流出；不会因被阀盖分割为两股，使得其中一股需要流到阀盖30处折返后再从出气口13流出，进一步减少了气体流动时的能量损失，减小了气体压降。

如图1、5所示，在阀盖10和出气口12之间的垂直密封配合中，阀盖30上的密封面设置在密封端盖31上，优选密封端盖31上的密封面为密封圆锥面53；出气口12处的密封面设置在阀体内出气口内壁的台阶55上，该台阶55朝向阀盖30的一侧设有倒圆面54，该倒圆面54与密封端盖的密封圆锥面53共同形成阀盖和出气口之间的密封面P1，从而实现阀盖30和出气口12之间的密封。具体的，台阶上的倒圆面54即为密封球面，当阀盖上的密封端盖31随阀杆20转动到出气口的台阶55处时，密封端盖上的密封圆锥面53嵌入在出气口内壁的台阶55内，使得密封圆锥面53和密封球面54之间形成线接触。如果密封圆锥面53的中心与出气口的中心线重合，则密封圆锥面53和密封球面54之间的接触线为一个圆形。但是，由于积累的加工误差，密封端盖上密封圆锥面53的中心不一定就正对着出气口上的密封球面(即为倒圆面)54的中心。此时，由于密封端盖31与阀杆20通过连接螺杆33活动连接，密封端盖31在被阀杆的T形连接杆22压紧在出气口内壁的台阶55上时，可进行自适应的调整：密封端盖31相对于出气口的中心线L1倾斜一定角度，密封圆锥面53和密封球面54之间同样形成线接触，形成可靠密封。

在阀盖30上，高温气体中通常夹杂着很多细微颗粒，这些细微颗粒很容易被气体带入密封端盖和封盖之间的腔室38、连接螺栓33和通孔34之间的间隙。而当密封端盖31被T形连接杆22压紧在出气口内壁的台阶55处时，T形连接杆的T形头侧端25压紧在通孔34另一端。设置T形连接杆的T形头侧端25尺寸大于通孔34孔径，使得T形头侧端25正好能覆盖通孔34，防止细微颗粒进入通孔内。优选设置T形连接杆的T形头侧端25为球冠形，使得T形头侧端25和通孔34形成线接触。当通孔34的中心线与T形头侧端25不同心时，球冠形表面仍然能与通孔形成圆形的接触线。在T形连接杆22将力矩传递给密封端盖31时，这种圆形的接触线使得密封端盖的受力均匀，从而能更可靠的密封在出气口处。

在长期的使用过程中，如图3所示，在上述实施例中，最好在阀体10的两出气口12、13内与阀盖30、40相配合的位置设置一个密封环14，再用一个锁紧螺母15将密封环14固定在出气口12的内侧壁上。密封环14与阀体10内壁形成上述实施例中所述的出气口的内侧壁台阶55，密封环14朝向阀盖30的一端设有倒圆面54，即为密封球面。这样，在长期使用后，当密封球面54磨损失效后，可拆开锁紧螺母15将密封环14取下进行更换，从而保证阀盖30和出气口12之间的密封性能。

在上述实施例中，阀体可以设置为一个整体，也可以分为两段式。如图3所示，优选将阀体10设置为两段式，即设有进气口11的一端为一部分，设有出气口12、13的一端为另一部分，两部分通过紧固连接件固定连接在一起。这样设置，方便加工阀体内供阀盖转动的腔室，也方便将阀盖30、40和阀杆20安装在阀体10内，同时也方便设计制作阀体的铸造模具。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1、一种低压降高温气体换向阀，包括阀体，其特征在于，所述阀体一端设有一个进气口，另一端设有两个出气口，所述两出气口的截面积均设置为与进气口的截面积相等；所述阀体内设有可转动的阀杆，所述阀杆的转动中心线位于两出气口中心线的对称中性面上，其一端延伸至阀体外部；所述阀杆上连接设有两个能随阀杆在阀体内绕阀杆转动的阀盖；所述阀盖和对应的出气口之间设有相互匹配且垂直于该出气口中心线的密封面；在垂直于阀杆转动中心轴的平面上，所述两阀盖上密封面之间的投影夹角小于或等于所述两出气口中心线之间投影夹角的余角。

2、根据权利要求1所述低压降高温气体换向阀，其特征在于，所述进气口的中心线与两出气口中心线所在平面平行或重合。

3、根据权利要求2所述低压降高温气体换向阀，其特征在于，所述阀盖包括活动连接在所述阀杆上并与所述出气口相配合形成所述密封面的密封端盖，所述密封端盖的密封面设置为密封圆锥面，所述出气口的密封面设置为与所述密封圆锥面相匹配的密封球面。

4、根据权利要求3所述低压降高温气体换向阀，其特征在于，所述出气口处设有密封环和将密封环固定在出气口处的锁紧螺母，所述密封球面设置在密封环上朝向密封端盖的端部。

5、根据权利要求3所述低压降高温气体换向阀，其特征在于，所述阀盖的密封端盖与所述阀杆连接处设有通孔，所述阀盖还包括尾端穿过所述通孔固定连接在阀杆上的连接螺栓，以及固定在密封端盖上并将所述连接螺钉的头部密封在所述通孔处的封盖。

6、根据权利要求5所述低压降高温气体换向阀，其特征在于，所述阀杆包括固定连接在一起的转轴和连接杆，所述转轴的一端延伸至阀体外部，所述连接杆的一端固定在转轴中部，其另一端分别与所述两阀盖的连接螺栓尾部固定连接。

7、根据权利要求6所述低压降高温气体换向阀，其特征在于，所述封盖和密封端盖之间位于通孔处设有供所述连接螺栓的头部活动的腔室，所述连接杆上与所述连接螺栓的螺纹部连接处设置为与所述通孔相匹配的球冠。

8、根据权利要求1至7中任一项所述低压降的高温气体换向阀，其特征在于，所述两出气口中心线之间的夹角设置为30～80度，所述两阀盖的密封端面之间的夹角设置为5～60度。

9、根据权利要求2所述低压降高温气体换向阀，其特征在于，所述进气口的中心线也设置在两出气口中心线的对称中性面上。

10、根据权利要求2所述低压降高温气体换向阀，其特征在于，所述阀杆的转动中心线与两出气口中心线所在平面垂直。

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