CN101311585A - 全金属角阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种适用于真空系统的全金属角阀，其包括阀体、阀盖和密封组件，阀体包括第一密封座结构，密封组件包括第二密封座结构和导向机构，阀盖和阀体密封配合，密封组件的导向机构与阀盖密封配合并可带动第二密封座结构沿一中心轴线移动，从而使全金属角阀关闭；还包括：一碟形密封环，设置在第一密封座结构和第二密封座结构之间；第一密封座结构具有第一密封面，第二密封座结构具有第二密封面，碟形密封环的两端部分别具有第三密封面和第四密封面，在全金属角阀关闭时，从而第一密封面和第二密封面分别与第三密封面和第四密封面密封贴合；由于密封组件结构的改进，提高了全金属角阀的使用寿命。

Description

全金属角阀

技术领域

本发明涉及一种真空系统用阀门，特别地，涉及一种极高真空系统用的全金属角阀。

背景技术

全金属角阀是真空系统中必不可少的一种阀门，在航天、加速器、电子、半导体、真空系统、能源、机械等工业领域或科研领域中广泛应用。通常，漏率小于10^-2Pa.M³/S的真空系统称为低真空系统，漏率小于10^-9Pa.M³/S的真空系统称为高真空系统，漏率小于10^-10Pa.M³/S的真空系统称为超高真空系统。

常见的全金属角阀包括阀体、阀盖以及密封组件，阀体具有第一密封座结构，密封组件包括第二密封座结构和导向机构，阀盖和阀体密封配合，密封组件的导向机构与阀盖密封配合并可带动第二密封座结构沿一中心轴线移动，从而使第一密封座结构和第二密封座结构配合使所述全金属角阀关闭。

图3显示了这种用于高真空系统或超高真空系统的全金属角阀，在阀门关闭时，需要实现阀体50的空间500和空间600的交界处的密封，第二密封座结构60的阀板550的底部设置有无氧铜密封座结构551，在空间500和空间600的交界的阀体上设置有第一密封座结构561，通常该第一密封座结构561为不锈钢刀口，导向机构70的阀杆552带动阀板550可沿轴线X上下移动，由于不锈钢的硬度大于无氧铜的硬度，在阀杆552推动作用下，不锈钢刀口561和无氧铜密封座结构551可咬合，从而实现所述密封。然而，这种密封方式要求对不锈钢刀口561和无氧铜密封座结构551来回复位重复性要求特别高，也就是说，对于任何一次阀门的关闭，不锈钢刀口561和无氧铜密封座结构551的咬合方式不能有变化，丝毫之差就影响整个阀门的密封，使得整个真空系统无法运作；同时这种密封方式对阀门中诸如阀板550、阀杆552和带动阀杆552运动的零件的同轴度、垂直度以及导向性要求也高，对不锈钢刀口561的材料的致密性强度要求更高。还由于此类阀门在使用过程中经常要被烘烤，由于不锈钢与无氧铜的热膨胀系数不一致，加热后无氧铜材质发生变化等，导致阀门关闭不严，使用者为了提高阀门密封性，不得不加大关闭力矩，使不锈钢刀口561和无氧铜密封座结构551的咬合更紧，这往往会导致不锈钢刀口561易疲劳、受损，从而使阀门使用寿命大大下降；比如说，市场上较多的此类全金属角阀在数百次甚至几十次之后，阀门刀口与无氧铜密封座就被损坏。

在过去的几十年里，人们一直使用此类全金属角阀，尚未能提出一种改进的密封结构，以提高全金属角阀的使用寿命。

发明内容

本发明的目的是提供一种具有改进的密封结构的全金属角阀，以克服所述传统的全金属角阀的密封结构存在的问题，从而使全金属角阀的使用寿命延长。

为了实现上述目的，本发明提供一种全金属角阀，其包括阀体、阀盖和密封组件，所述阀体包括第一密封座结构，所述密封组件包括第二密封座结构和导向机构，所述阀盖和所述阀体密封配合，所述密封组件的所述导向机构与所述阀盖密封配合并可带动所述第二密封座结构沿一中心轴线移动，从而使所述全金属角阀关闭；其特点是，还包括：一碟形密封环，设置在所述第一密封座结构和所述第二密封座结构之间；所述第一密封座结构具有第一密封面，所述第二密封座结构具有第二密封面，所述碟形密封环的两端部分别具有第三密封面和第四密封面，从而在所述全金属角阀关闭时，所述第一密封面和所述第二密封面分别与所述第三密封面和所述第四密封面密封贴合。

当关闭角阀时，随着第二密封座结构移动直到碟形密封环的第三密封面与第一密封座的第一密封面、第四密封面与第二密封座结构的第二密封面接触，然后继续推进第二密封座结构，使碟形密封环产生弹性变形，从而第一密封面与第三密封面之间、第二密封面与第四密封面之间将实现密封配合，实验证明，用本发明的碟形密封环作密封件，其漏率＜1×10^-10Pa.M³/S，由于本发明的密封是依靠碟形密封环的弹性变形使得面与面之间紧密接触来实现，而不是像现有技术那样通过刀口配合而导致密封元件易受损，因此寿命大大提高，实验证明，本发明的全金属角阀在上万次的使用后仍然能保持漏率＜1×10^-10Pa.M³/S；由于本发明的角阀的密封结构不受温度变化的影响，因而可以在350℃到400℃的范围内烘烤，能适应在较高温度环境下工作的真空系统；由于第三密封面与第一密封面之间、第四密封面与第二密封面之间主要依靠密封环的弹性变形实现，对密封环相对于第一密封面和第二密封面的复位性要求不高，因此降低了整个角阀中特别是导向机构的元件的同轴度、垂直度以及导向性的要求。

所述的全金属角阀，较佳的是，所述第一密封面和所述第三密封面在所述全金属角阀关闭时是线接触或面接触，所述第二密封面和所述第四密封面在所述全金属角阀关闭时是线接触或面接触。

所述的全金属角阀，较佳的是，所述第一密封面和所述第二密封面是圆锥面或圆弧面，所述第三密封面和所述第四密封面是圆弧面或圆锥面。

所述的全金属角阀，较佳的是，所述导向机构包括一阀杆，所述阀杆的一端连接所述第二密封座结构，所述阀杆具有从垂直于所述中心轴线的方向的通孔，所述阀盖具有朝所述阀体内延伸而部分地伸入所述阀体内的下接管，在所述下接管的内壁开有相对于所述中心轴线对称的槽，一导向键穿过所述孔，并且所述导向键的两端可移动地容纳在所述槽内。

所述的全金属角阀，较佳的是，所述阀盖还具有朝所述阀体外延伸的上接管，所述导向机构还包括传动螺母，所述阀杆具有螺纹部，所述传动螺母和所述螺纹部啮合，在所述传动螺母和所述阀体的所述上接管之间设置有平面轴承，在所述阀体的上接管的内壁设置有孔用挡圈槽，一弹簧挡圈设置在所述孔用挡圈槽内并用于限制所述平面轴承沿所述中心轴线移动。

所述的全金属角阀，较佳的是，所述碟形密封环是由弹簧钢制成。由于所述碟形密封环是由弹簧钢制成，该碟形密封环可以由现有技术中的碟形弹簧直接加工而成，比如说，可以由采用符合GB/T1972-92要求的碟形弹簧，仅需要该碟形弹簧的两端在车床上车出所述第三和第四密封面，从而形成本发明的碟形密封环，这样的碟形弹簧已被广泛地应用于工业中，其成本低且可以轻易获得，因此，本发明的碟形密封环的形成过程非常简单，也就是说，本发明的碟形密封环的原料成本以及制造成本非常低。

所述的全金属角阀，较佳的是，所述碟形密封环的内侧面与所述中心轴线垂直的平面之间的角度在5度以上且30度以下。

所述的全金属角阀，较佳的是，所述碟形密封环的内侧面与所述中心轴线垂直的平面之间的角度在7度以上且9度以下。

所述的全金属角阀，较佳的是，所述传动螺母的外侧具有第一台肩和第二台肩，所述平面轴承分别设置在所述第一台肩和所述阀体的上接管的底部之间和在所述第二台肩和所述弹簧挡圈之间。

所述的全金属角阀，较佳的是，所述碟形密封环是以所述第四密封面环绕所述第二密封面而与所述第二密封座结构连接。

本发明的导向键的两端均与阀盖的下接管的槽配合而使得阀杆只能沿一轴线上下移动，而不是像现有技术那样导向键仅一端与槽配合，从而改善了导向键和导向槽的受力情况，从另一方面也提高了全金属角阀的使用寿命。此外，由于在阀盖和传动螺母之间放置了平面轴承，当关闭金属角阀时，改善了传动螺母与阀盖的上接管之间的摩擦，相对于现有技术而言，施加在手轮上的旋转力矩将减小。

下面结合附图对本发明的具体实施方式进行详细说明，以便更清楚地理解对本发明的目的、特点和优点。

附图说明

图1是本发明的实施例的全金属角阀的示意性装配图；

图2是本发明的全金属角阀中的碟形密封环的沿对称面的示意性剖视图；

图3是公知技术领域中的全金属角阀的示意图。

具体实施方式

现在将详细描述本发明的优选实施例，其示例在附图中示出。在任何可能的情况下，在所有附图中将使用相同的标记来表示相同或相似的部分。此外，尽管本发明中所使用的术语是从公知公用的术语中选择的，但是本发明说明书中所提及的有些术语则是申请人按其判断来选择的，其详细含义应根据本申请说明书欲揭示的精神来理解。

如图1所示，本发明的全金属角阀包括阀体10、阀盖20、密封组件30；在下文中首先将分别详细说明阀体10、阀盖20以及密封组件30的特点，然后再说明其中的各个元件之间是如何配合而构成整个全金属角阀。

阀体10上设置有用于连接阀盖20的阀体上法兰101、体管件102以及用于连接真空系统中的管道的中口法兰103和下口法兰104。中口法兰103的孔口处设有密封刀口(未显示)，用于与真空系统的一管道的管口连接时起密封作用，密封刀口属于现有技术，在此不赘述；下口法兰104用于与真空系统的另一管道连接，在下口法兰104端部的孔口处也设有与中口法兰103处相近的密封刀口(未显示)；在本实施例中，中口法兰103和下口法兰104处的密封刀口可采用有关标准来设计，以便与通用的管道配合。在阀体10中，阀体上法兰101的端部开有凹肩槽110，凹肩槽110用于放置阀盖20和阀体10之间的银丝圈密封件121，在阀体上法兰101上还设有螺孔111。

阀盖20包括上接管201、法兰片202以及下接管203，上接管201、法兰片202以及下接管203共中心轴线X。其中，在上接管201的上端部内壁开有孔用挡圈槽221；在法兰片202上开设有内六角沉孔223，与阀体上法兰101上的螺孔111对齐，通过螺钉122连接阀盖20和阀体10；在下接管203中开设有上下贯通的导向槽224。

密封组件30包括导向机构、密封座结构以及碟形密封环307，密封组件30的导向机构又包括传动螺母301、手轮302、阀杆303、波纹管304以及上法兰306，阀板305的底部形成密封组件30的密封座结构。其中，传动螺母301的内壁下半部设置有螺纹，与阀杆303的上端部的螺纹啮合，在外侧还设置有凸出台肩331和331’，用于支撑平面轴承321，上端部设有方孔330，用于手轮302关紧密封环307；阀杆303的上端部设置螺纹，与传动螺母301的内螺纹啮合，中部设置有导向孔332，阀杆303的下端与阀板305焊接；上法兰306与阀板305、波纹管304焊接，用于沿轴线X方向的轴封；银丝密封圈121密封在阀体上法兰101和阀盖20的法兰片202之间，通过上法兰306的下部压紧；导向键322放置在导向孔332中并且导向键322的两端可移动地容纳在导向槽224中。

平面轴承321分别设置在轴肩331’和法兰片202之间、轴肩331和调节板323之间，用于减小调节板323、传动螺母301、阀盖20之间在关阀时产生的摩擦力，从而减小施加在手轮302上的关闭力矩。孔用挡圈324放置在阀盖20的孔用挡圈槽221中，从而限制调节板323和传动螺母301向上的移动，调节板323用于克服密封组件30的制造累计误差。

同时参照图1和图2，阀体10的封座结构106具有第一密封面136，阀板305的底端形成有第二密封面137；密封环307呈碟形，在两端部分别具有第三密封面311、第四密封面312；在本实施例中，第一密封面136和第二密封面137均较佳地但不限于是圆锥面，第三密封面311和第四密封面312均较佳地但不限于是圆弧面；在后面的叙述中，将明白第一密封面136和第三密封面311、第二密封面137和第四密封面312如何接触从而实现本发明的全金属角阀的密封。压板308放置在密封环307内，并通过外六角螺钉309固定在阀板305的底部，如图1所示，压板308可以将密封环307和阀板305连接在一起。较佳地，密封环307由弹簧钢构成。

在装配本发明的全金属角阀时，首先将上法兰306压下，导向键322插入阀杆303中部的导向孔332，再将密封环307套入阀板305上并用压板308通过外六角螺钉309将密封环307与阀板305压紧，将阀盖20套入阀杆303，将导向键322镶入阀盖20的下接管203的导向槽224内，并用内六角螺钉122穿过法兰片202上的沉孔螺孔并旋入阀体上法兰111的螺孔，压紧。再在阀盖20的上接管201的底部放入平面轴承321后，将传动螺母301旋入并使之与在阀盖20的上接管201中的阀杆303头部啮合，直到旋到与阀盖20的法兰片202接触，再将平面轴承321套入传动螺母301的上台肩331上，并在平面轴承321上放入调节板323，然后再将孔用挡圈324装入阀盖20的上接管201上部内侧开的孔用挡圈槽221内，再在上接管201上部外侧台肩上套入刻度盘401，在刻度盘401外侧套入指示器402，并用半沉头螺钉441将它固定在传动螺母301上部；最后将手轮302下方的方伸插入传动螺母301上部方孔330，完成全金属角阀的装配。

由以上描述可知，当旋转手轮302时，传动螺母301将同时旋转并带动阀杆303在轴线X方向上下移动，由此与阀板305连接在一起的密封环307也将在轴线X方向上下移动，当密封环307往上移动时，打开角阀，当密封环307往下移动时，关闭角阀；在旋转手轮302的同时，可以通过观察刻度盘和指示器得知角阀的关闭状态。应当注意到，当关闭角阀时，随着手轮302的旋转，阀杆303将向下移动直到密封环307的第三密封面311与密封座106的第一密封面136、第四密封面312与阀板305的第二密封面137接触，然后继续于手轮302上施加旋转力矩时，使密封环307产生弹性变形，从而第一密封面136与第三密封面311之间、第二密封面137与第四密封面312之间将实现密封配合，实验证明，用本发明的密封环307作密封件，其漏率＜1×10^-10Pa.M³/S，由于本发明的密封是通过圆锥面与圆弧面的线接触的配合来实现，而不是像现有技术那样通过刀口与无氧铜密封座配合而导致密封元件易受损，因此寿命大大提高，实验证明，本发明的全金属角阀在上万次的使用后仍然能保持漏率＜1×10^-10Pa.M³/S；由于本发明的角阀的密封结构不受温度变化的影响，因而可以在350-400℃的范围内烘烤，能适应在较高温度环境下工作的真空系统；由于第三密封面311与第一密封面136之间、第四密封面311与第二密封面137之间主要依靠密封环307的弹性变形实现，对密封环307相对于第一密封面136和第二密封面137的复位性要求不高，因此降低了整个角阀中特别是导向机构的元件的同轴度、垂直度以及导向性的要求；然而，虽然在此处的实施例中密封元件307和第一密封座106和第二密封座之间采用线接触，本领域的一般技术人员根据此实施例所给出的技术启示，还应知道，第一密封面136和第三密封面311或者第二密封面137和第四密封面312之间还可以采用面接触，比如说，第一密封面136或第二密封面137还可以是圆弧面，而第三密封面311或第四密封面312还可以是圆锥面。还应注意到，本发明的导向键322的两端均与阀盖20的下接管203的槽224配合而使得阀杆303只能沿轴线X上下移动，而不是像现有技术那样导向键仅一端与槽配合，从而改善了导向键322和导向槽224的受力情况，从另一方面也提高了全金属角阀的使用寿命。也应当注意到，由于在阀盖20和传动螺母301之间放置了平面轴承321，当关闭金属角阀时，改善了传动螺母301与阀盖20的上接管201之间的摩擦，相对于现有技术而言，施加在手轮302上的旋转力矩将减小，如图2所示，密封环307的内侧与垂直于其中心轴线Y的平面具有一角度a，一般地，该角度a在5度以上且30度以下；较佳地，a在7度以上且9度以下，此时，在保证密封环307能与密封座和阀板上的锥面紧密配合的基础上能使施加在旋转手轮上的旋转力矩最小。

虽然本发明已参照如上所述的具体实施例来描述，但是本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，在没有脱离本发明精神的情况下还可作出各种等效的变化或替换，因此，只要在本发明的实质精神范围内对上述实施例的变化、变型都应落在本申请的权利要求书请求保护的范围内。

Claims (10)

1.一种全金属角阀，包括阀体、阀盖和密封组件，所述阀体包括第一密封座结构，所述密封组件包括第二密封座结构和导向机构，所述阀盖和所述阀体密封配合，所述密封组件的所述导向机构与所述阀盖密封配合并可带动所述第二密封座结构沿一中心轴线移动，从而使所述全金属角阀关闭；其特征在于，还包括：

一碟形密封环，设置在所述第一密封座结构和所述第二密封座结构之间；

所述第一密封座结构具有第一密封面，所述第二密封座结构具有第二密封面，所述碟形密封环的两端部分别具有第三密封面和第四密封面，在所述全金属角阀关闭时，所述第一密封面和所述第二密封面分别与所述第三密封面和所述第四密封面密封贴合。

2.如权利要求1所述的全金属角阀，其特征在于，所述第一密封面和所述第三密封面在所述全金属角阀关闭时是线接触或面接触，所述第二密封面和所述第四密封面在所述全金属角阀关闭时是线接触或面接触。

3.如权利要求1所述的全金属角阀，其特征在于，所述第一密封面和所述第二密封面是圆锥面或圆弧面，所述第三密封面和所述第四密封面是圆弧面或圆锥面。

4.如权利要求1所述的全金属角阀，其特征在于，所述导向机构包括一阀杆，所述阀杆的一端连接所述第二密封座结构，所述阀杆具有从垂直于所述中心轴线的方向的通孔，所述阀盖具有朝所述阀体内延伸而部分地伸入所述阀体内的下接管，在所述下接管的内壁开有相对于所述中心轴线对称的槽，一导向键穿过所述孔，并且所述导向键的两端可移动地容纳在所述槽内。

5.如权利要求4所述的全金属角阀，其特征在于，所述阀盖还具有朝所述阀体外延伸的上接管，所述导向机构还包括传动螺母，所述阀杆具有螺纹部，所述传动螺母和所述螺纹部啮合，在所述传动螺母和所述阀体的所述上接管之间设置有平面轴承，在所述阀体的上接管的内壁设置有孔用挡圈槽，一弹簧挡圈设置在所述孔用挡圈槽内并用于限制所述平面轴承沿所述中心轴线移动。

6.如权利要求1所述的全金属角阀，其特征在于，所述碟形密封环是碟形弹簧。

7.如权利要求1所述的全金属角阀，其特征在于，所述碟形密封环的内侧面与所述中心轴线垂直的平面之间的角度在5度以上且30度以下。

8.如权利要求1所述的全金属角阀，其特征在于，所述碟形密封环的内侧面与所述中心轴线垂直的平面之间的角度在7度以上且9度以下。

9.如权利要求5所述的全金属角阀，其特征在于，所述传动螺母的外侧具有第一台肩和第二台肩，所述平面轴承分别设置在所述第一台肩和所述阀体的上接管的底部之间和在所述第二台肩和所述弹簧挡圈之间。

10.如权利要求1至9中任一项权利要求所述的全金属角阀，其特征在于，所述碟形密封环是以所述第四密封面环绕所述第二密封面而与所述第二密封座结构连接。

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