CN101672378A - 一种下装式柱塞阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种下装式柱塞阀，包括阀体、柱塞密封圈、柱塞密封圈支撑环、左右接管、阀杆、阀杆帽、柱塞，所述阀体内设有柱塞室，柱塞室为纵向设置的圆柱体空腔，柱塞室内设有柱塞，柱塞在与柱塞轴线相垂直方向开有流道孔，所述阀体在柱塞室正下方开有用于将柱塞密封圈和柱塞装进柱塞室的安装孔，柱塞阀还包括阀底盖，所述阀底盖与安装孔相对应，阀底盖盖住安装孔并与阀体相互熔接。

Description

一种下装式柱塞阀

技术领域

本发明涉及管道截断阀门领域，特别涉及一种下装式柱塞阀。

背景技术

随着塑料材质的燃气管道的广泛使用，作为组成管路系统的需要，美国率先研制生产了塑料球阀并大量应用于塑料燃气管路系统。人们逐渐认识到塑料球阀在性能/价格方面的优越性，并逐渐开始使用塑料球阀代替金属球阀。

现有的塑料球阀中，小口径球阀均采用热熔焊接成整体，大口径球阀采用电熔工艺焊接。热熔焊接工艺简单，成本低，精度也相对低；电熔焊接工艺复杂，成本高。

在热熔焊接的阀门结构上，目前普遍采用整体式侧装结构，即球体、阀杆、一侧密封圈从阀体一端装入，该端的直径大于或等于阀球室的直径；另一个密封圈装在接管座上，阀体与接管座依靠阀体装入球体一侧的较大直径的内圆柱面和接管座的外圆柱面热熔或电熔焊接成整体式球阀。阀杆依靠其上的扣位与阀杆帽扣接，而阀杆帽又通过扣位与阀体扣接。两个密封圈分别固定在阀体和接管座上。装配时，先将阀杆帽通过扣位与阀体扣接，再将一只密封圈及其支撑环通过阀体直径较大一端装入密封圈及支撑环槽，然后从阀体直径较大一端装入阀杆，使阀杆上的扣位口入阀杆帽的扣位中，再然后装入阀球；将密封圈安装在阀体密封圈安装环和接管座密封环上，接下来在热熔机上加热并熔化阀体承插部位的内圆柱面和接管座的外圆柱面，当两个圆柱面熔化到一定厚度时，将接管座插入阀体承插部位到一定深度，保压并使其逐渐冷却。

这种结构的缺点如下：

一，阀体与接管的承插深度直接影响两个阀球密封面的轴向间距，影响预先压紧力。承插深度大，预紧力大，开启和关闭阀门的扭矩大，对阀球密封面的磨损大；承插深度小，阀球密封面预紧力小，存在内漏隐患。并且在承插过程中很难保证阀体与接管座的中心线重合，经常性的现象是，这两条中心线不重合，并且成一定角度，使阀球密封圈与球体的压紧力在整个密封带上不均匀。

二，从制造角度来看，由于两个阀球密封圈分别位于阀体和接管座上，加工密封圈安装环的工艺定位面分别位于这两个零件上，因此，两个密封圈安装环的装配后的轴向距离因为制造定位面，就存在一定的误差。

三，大口径球阀需要电熔焊接接管与阀体，而电熔焊接工艺复杂，成本高。

四，阀球后密封圈压紧力过大，阀球密封圈的密封面向外张开，密封圈的密封面内缘与阀球接触，而非整个密封面接触，密封效果查；压紧力过小则密封不可靠。

五，在阀杆底部有一个端面，在该端面上通过开在端面上的环形槽安装有O形密封圈，相应地在阀体上也铣出一个与阀杆垂直的平面，阀杆上的扣位与阀杆帽上的扣位需保证使阀杆保持一个适当的指向阀体外部的力，使阀杆端面O形密封圈能够以适当的压紧力形成对阀杆的端面密封。但该结构通过两个位于三个零件上的扣位，达到设计压紧力，要求制造精度高，但PE材料机加工很难保证精度，并且装配难度大。

发明内容

本发明的目的在于克服现有技术的不足，设计一种结构简单、制造简易、阀密封性好的下装式柱塞阀。

为了实现上述技术目的，本发明包括如下技术特征：一种下装式柱塞阀，包括阀体、柱塞密封圈、柱塞密封圈支撑环、左右接管、阀杆、阀杆帽、柱塞，所述阀体内设有柱塞室，柱塞室为纵向设置的圆柱体空腔，柱塞室内设有柱塞，柱塞在与柱塞轴线相垂直方向开有流道孔，所述阀体在柱塞室正下方开有用于将柱塞密封圈和柱塞装进柱塞室的安装孔，柱塞阀还包括阀底盖，所述阀底盖与安装孔相对应，阀底盖盖住安装孔并与阀体相互熔接。

本发明的一个重要特征就是在柱塞室正下方开有一个安装孔，用来安装两个柱塞密封圈和柱塞，通过阀底盖盖住阀底盖孔并采用热熔形成端面焊接，避免大口径球阀需要电熔焊接工艺。

上述方案中，安装孔垂直于柱塞室轴线，且安装孔为直径大于柱塞底面直径并与柱塞间隙配合的圆孔。所述阀底盖为扁圆柱体，所述阀底盖的周围设有一个环形平面或圆锥面作为与柱塞室焊接的焊接面。

所述阀体的左右两端各设有一个接管座，所述接管座包括用于与接管进行热熔焊接的圆锥面孔。圆锥面孔作为热熔焊接面，是因为大孔径接管在进行的热熔时，圆锥形的热熔面更利于将接管与热熔器进行分离。

所述接管座还包括接管端面定位面和内圆柱定位面；所述接管端面定位面为与阀体水平轴线垂直的环形端面；所述内圆柱定位面为与阀体水平轴线平行的内圆柱面。接管端面定位面和内圆柱定位面分别对接管进行轴向和径向定位。

所述阀体的柱塞室两侧并在柱塞室轴线相垂直方向上，各设有一个同轴的用来安装柱塞密封圈的圆柱孔，所述圆柱孔上设有用于定位柱塞密封圈的密封圈定位槽。

所述柱塞密封圈为长圆柱环，柱塞密封圈一端设有用于嵌入阀体的密封圈定位槽的短圆柱环；所述短圆柱环的外侧设有定位圆柱，与阀体上设有的圆柱孔相配合，对柱塞密封圈进行定位。

所述密封圈支撑环为圆柱环，所述密封圈支撑环一端设有向外突起的定位圆柱环，所述定位圆柱环的圆柱外侧凸出一个支撑圈周向定位块，与阀体上的密封圈支撑环的周向定位槽配合，限制密封圈支撑环的周向位置。

所述柱塞为圆柱形，其顶面与底面均为外凸曲面，所述流道孔的边缘为圆形曲面，柱塞外圆柱面与顶面间设有过渡圆角。顶面与底面均为外凸曲面，目的是当两个面一旦与阀杆底面或阀底盖上面接触时，其接触面积最小。所述流道孔的边缘为圆形曲面，该曲面既与柱塞外圆柱面相切，也与流道圆孔相切，构成一个过渡圆角，目的是当柱塞转动过程中，不至于在孔边缘处被柱塞密封圈卡死。柱塞外圆柱面与顶面为较大过渡圆角，便于将柱塞安装进柱塞室中。

所述阀体顶部与柱塞阀轴线重合方向设有轴孔圆柱，所述轴孔圆柱包括用于穿过阀杆的轴孔，所述轴孔壁上设有凹槽，其与阀杆上的阀杆环状凸起相配和，起对阀杆轴向限位的作用；所述轴孔圆柱的外壁上有轴孔柱环形凸起，其与阀杆帽上内孔的环形凹槽相配和对阀杆帽定位。通过轴孔壁上设有凹槽，其与阀杆上的阀杆环状凸起相配和，以及轴孔圆柱的外壁上有轴孔柱环形凸起，其与阀杆帽上内孔的环形凹槽相配和的结构，目的是对阀杆产生向上的压紧力，使得阀杆端面上的阀杆端面密封圈产生密封效果。

本发明与现有技术相比，通过将柱塞采用下装结构，并使两只柱塞密封圈直接安装在阀体上，能够精确控制两只密封圈的轴向距离，从而有效控制密封面的预紧力和阀杆的扭转力矩，可以大大减小目前技术中，因不能有效控制密封圈轴向距离而产生内漏和扭转力矩过大导致的产品合格率低的问题。并且由于阀底盖与阀体、接管与阀体的熔焊全部采用端面热熔焊接或圆锥面热熔焊接，避免了当阀门口径较大时只能采用电熔焊接这一较高成本和较复杂熔接工艺。

附图说明

图1是本发明的下装式柱塞阀的整体结构图；

图2是本发明的下装式柱塞阀阀体平面剖视图；

图3是本发明的下装式柱塞阀阀体立体剖视图；

图4是本发明的下装式柱塞阀底盖结构图；

图5是本发明的下装式柱塞阀柱塞密封圈结构图；

图6是本发明的下装式柱塞阀的密封圈支撑圈的结构示意图；

图7是本发明的下装式柱塞阀柱塞结构图；

图8是本发明的下装式柱塞阀阀杆结构图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的说明。

参照附图1的下装式柱塞阀整体结构。包括阀体1、阀底盖2、柱塞密封圈3、柱塞密封圈支撑环4、左右接管5、阀杆6、阀杆帽7、柱塞8、阀杆密封圈9，阀杆端面密封圈10。

参照附图2、3所示的下装式柱塞阀阀体1结构图；阀体的柱塞室11为内圆柱腔体结构，圆柱体下部为开口形式，加工有与阀底盖2热熔焊接用的端面或圆锥面161，在与柱塞室11轴线垂直方向上、并位于柱塞室11两侧，各开有一个同轴的用来安装柱塞密封圈3的圆柱孔13和用来与接管焊接用的圆锥面孔14，其中，圆柱孔13靠近柱塞室11的内圆柱面，圆锥面孔14紧接圆柱孔13。在安装柱塞密封圈3的圆柱孔13上分别加工有用来定位柱塞密封圈3的密封圈定位槽131，在安装密封圈的圆柱孔13外侧分别加工有密封圈支撑环4的轴向定位环端面134和接管5的轴向定位环端面135，即两只密封圈支撑环4均安装在阀体1上。所述阀体1在柱塞室11正下方开有一个圆形的、垂直于柱塞室11轴线的安装孔16，用来将两只柱塞密封圈3和柱塞8安装进柱塞室11中；在安装孔16上加工有一个用来与阀底盖热熔焊接的端面161和一个对阀底盖2进行轴向限位的、与柱塞室11同轴心的限位圆柱环162。所述阀体1左右两端各有一个接管座17，该接管座17由接管5端面定位面135、内圆柱定位面171、圆锥面孔14构成。端面定位面135、内圆柱定位面171用来定位接管5，圆锥面孔14用来与接管5熔焊成一体。所述阀体1上与阀底盖2相对的位置还有与阀体1同轴线的轴孔圆柱18，该轴孔圆柱18上开有轴孔181，轴孔181的轴线与阀底盖2的轴线重合，阀杆6穿过该轴孔。该轴孔181壁上有一个截面为圆形、方形、三角形或三角形的凹槽182，用来与阀杆6上的环状凸起62相配和，起对阀杆6轴向限位的作用，该环状凸起的截面可以是圆形、方形、三角形或梯形。所述轴孔圆柱18的外壁上有一个环形凸起184，该环形凸起的横截面可以是圆形、长方形、三角形或正方形，用来与阀杆帽上内孔的环形凹槽相配和，起到定位阀杆帽7的作用。所述轴孔圆柱18底部、柱塞室11顶部有一个环形平面12，其轴心与轴孔181轴心重合，在该平面上有一个环形凹槽121，用来安装阀杆6端面密封O形圈10。所述阀体1的再一个特征是在圆柱孔13的塑胶体上加工有一个小圆柱孔19，其与柱塞密封圈3上的定位圆柱311配合，用来定位柱塞密封圈3的轴向位置。所述阀体1还有一个特征是在圆柱孔13上开有一个缺口即密封圈支撑圈周向定位槽133，该缺口可以是方形/矩形或半个长圆形，与柱塞密封圈支撑环4上的定位柱41配合，用来定位支撑环4的周向位置。

如图4所示，所述阀底盖2的特征在于其主体为一个扁圆柱体，有两个相对的平行的平面，其一个平面为与柱塞室焊接端面162焊接的焊接面21，该焊接面也可以是圆锥面，相应的端面162也应该是圆锥面。所述阀底盖2的另一个特征是在焊接面上还有一个圆柱端面22，与柱塞室11的环端面161配合，用来定位阀底盖2的轴向位置。所述阀底盖2的另一个特征是与焊接面相对的为一个平面，该平面既作为阀门的一个外轮廓面，也用来作为阀门底座23，当阀门焊接在管线上时，作为阀门底座直接安放在阀门地基上。

如图5所示，所述柱塞密封圈3的主体为一个长圆柱环33，在该圆柱环的一端有一个外径大于圆柱环的一段短圆柱环31，该短圆柱环的内径与长圆柱环的相同，用来嵌入阀体中的密封圈安装槽131中。在短圆柱环31的外侧，有一个与密封圈3轴向平行的小定位圆柱311，与阀体1上的小圆柱孔19配合，用来定位密封圈3的周向。所述柱塞密封圈3的密封面32为由两个外轮廓截面为曲线的两个密封曲面321构成，构成曲面的截面曲线可以是一段圆弧、抛物线、椭圆线或其他形状的曲线。这两个密封曲面321的整体形状为与柱塞密封圈3轴线垂直的圆柱形，用来与柱塞8的柱面相配和，构成密封面。

如图6所示，所述密封圈支撑圈4的主体为一个轴线方向一定长度的长圆柱环41，其外径与柱塞密封圈3的内径呈紧配合。在支撑环4的一端有一个环绕长圆柱环的向外凸出的定位圆柱环42。所述密封圈支撑环4靠近定位圆柱环42一侧还有一个垂直于轴线的轴向定位端面43，密封圈支撑环4通过定位圆柱环43、阀体上密封圈支撑环轴向定位环端面135、接管端面定位面一起对密封圈支撑环4做轴向限位。所述密封圈支撑圈4的另一个特征是在装配后靠近柱塞8的整体形状为圆柱形(即用比柱塞4直径稍大的圆柱面垂直于支撑圈4轴向上切成)，该圆柱的直径比柱塞8的直径稍大。所述密封圈支撑圈4的再一个特征是在定位圆柱环42的圆柱外侧凸出一个支撑圈周向定位块44，其形状可以是方形、长方形、半长圆形、椭圆形，与阀体1上的支撑圈4周向定位槽133配合，限制支撑圈4的周向位置。

如图7所示，所述柱塞8的特征形状为圆柱形80，其顶面82与底面83均为外凸曲面，目的是当两个面一旦与阀杆6底面或阀底盖2上面接触时，其接触面积最小。所述柱塞8的另一个特征是在与柱塞轴线垂直方向开有一个流道圆孔81。所述流道孔81的一个特征是在孔的边缘为圆形曲面84，该曲面既与柱塞外圆柱面相切，也与流道圆孔81相切，构成一个过渡圆角84，目的是当柱塞转动过程中，不至于在孔81边缘处被柱塞密封圈3卡死。所述柱塞的另一个特征是在柱塞顶面82上沿柱塞轴线开有一个与阀杆扭力柱相配的长方形或长圆形或四方形扭力口86。所述柱塞8的再一个特征是柱塞8外圆柱面80与顶面82为较大过渡圆角85，便于将柱塞8安装进柱塞室11中。

如图8所示，所述阀杆6的一端有一个圆形平面61。所述阀杆6上还有一个环形凸起62，与阀体1上轴孔181的限位凹槽182相配合，该限位凸起62限制阀杆6的轴向运动，尤其是提供一个压紧O形密封圈10的作用力。所述阀杆靠近杆端一段距离内加工成由两段圆弧面和两段平面构成的扭力段65，在阀门装配时将其插入阀杆帽的扭力孔中。所述阀杆6的圆柱段63还开有与圆柱段同轴心的安装阀杆密封圈9的数道沟槽64。

本发明所展示的柱塞阀相对球阀，其优点较为明显。首先，结构更简单，柱塞室由横向圆柱变为纵向圆柱，使注塑模具抽芯结构简化，并且由于是纵向圆柱结构，柱塞室上方压紧阀杆端面密封圈的平面加工工艺过程得以简化；其次，柱塞密封圈密封面是沿垂直于柱塞表面方向被压紧，因此密封圈纯口不至于因压紧力而上翘；再次，由于柱塞在压入已事先安装好柱塞密封圈的柱塞室的过程中，由于经过密封圈的柱塞直径不变，因此较球阀，压入更方便；还有一点，由于阀体的主体部分为一个上下两面均可以找到平面作为工艺基准面，使阀杆定位槽的加工精度能够得到保证。

本发明的柱塞阀装配过程是这样的：首先从阀体两侧接管座安装两只柱塞密封圈和密封圈支撑圈，使密封圈的凸起圆柱插入阀体的密封圈周向定位孔中，将支撑圈的凸起嵌入阀体的支撑圈周向定位槽中，然后将两只接管熔焊在阀体的接管座上；接着将阀杆密封圈和端面密封圈安装在阀杆上，将阀杆推入阀体的阀杆轴孔中，使阀杆上的轴向定位凸起嵌入阀体轴孔的阀杆轴向定位槽中；然后将柱塞推入柱塞室中，熔焊上阀底盖。

Claims (10)

1、一种下装式柱塞阀，包括阀体(1)、柱塞密封圈(3)、柱塞密封圈支撑环(4)、左右接管(5)、阀杆(6)、阀杆帽(7)、柱塞(8)，其特征在于：所述阀体(1)内设有柱塞室(11)，柱塞室(11)为纵向设置的圆柱体空腔，柱塞室(11)内设有柱塞(8)，柱塞(8)在与柱塞轴线相垂直方向开有流道孔(81)，所述阀体(9)在柱塞室(11)正下方开有用于将柱塞密封圈(3)和柱塞(8)装进柱塞室(11)的安装孔(16)，柱塞阀还包括阀底盖(2)，所述阀底盖(2)与安装孔(16)相对应，阀底盖(2)盖住安装孔(16)并与阀体(1)相互熔接。

2、根据权利要求1所述的下装式柱塞阀，其特征在于：所述安装孔(16)垂直于柱塞室(11)轴线，且安装孔(16)为直径大于柱塞(8)底面直径并与柱塞(8)间隙配合的圆孔。

3、根据权利要求1或2任一项所述的下装式柱塞阀，其特征在于：所述阀底盖(2)为扁圆柱体，所述阀底盖(2)的周围设有一个环形平面或圆锥面作为与柱塞室焊接的焊接面(21)。

4、根据权利要求1所述的下装式柱塞阀，其特征在于：所述阀体(9)的左右两端各设有一个接管座(17)，所述接管座(17)包括用于与接管进行热熔焊接的圆锥面孔(14)。

5、根据权利要求1或4任一项所述的下装式柱塞阀，其特征在于：所述接管座(17)还包括接管端面定位面(135)和内圆柱定位面(171)；所述接管端面定位面(135)为与阀体水平轴线垂直的环形端面；所述内圆柱定位面(171)为与阀体水平轴线平行的内圆柱面。

6、根据权利要求5所述的下装式柱塞阀，其特征在于：所述阀体(9)的柱塞室(11)两侧并在柱塞室轴线相垂直方向上，各设有一个同轴的用来安装柱塞密封圈(3)的圆柱孔(13)，所述圆柱孔(13)上设有用于定位柱塞密封圈(3)的密封圈定位槽(131)。

7、根据权利要求6所述的下装式柱塞阀，其特征在于：所述柱塞密封圈(3)为长圆柱环(33)，柱塞密封圈(3)一端设有用于嵌入阀体的密封圈定位槽(131)的短圆柱环(31)；所述短圆柱环(31)的外侧设有定位圆柱(311)，与阀体(1)上设有的圆柱孔(19)相配合，对柱塞密封圈(3)进行定位。

8、根据权利要求6所述的下装式柱塞阀，其特征在于：所述密封圈支撑环(4)为圆柱环，所述密封圈支撑环(4)一端设有向外突起的定位圆柱环(42)，所述定位圆柱环(42)的圆柱外侧凸出一个支撑圈周向定位块(44)，与阀体(1)上的密封圈支撑环(4)的周向定位槽(133)配合，限制密封圈支撑环(4)的周向位置。

9、根据权利要求1所述的下装式柱塞阀，其特征在于：所述柱塞(8)为圆柱形(80)，其顶面(82)与底面(83)均为外凸曲面，所述流道孔(81)的边缘为圆形曲面(84)，柱塞(8)外圆柱面(80)与顶面(82)间设有过渡圆角(85)。

10、根据权利要求1所述的下装式柱塞阀，其特征在于：所述阀体顶部与柱塞阀轴线重合方向设有轴孔圆柱(18)，所述轴孔圆柱(18)包括用于穿过阀杆(6)的轴孔(181)，所述轴孔(181)壁上设有凹槽(182)，其与阀杆(6)上的阀杆环状凸起(62)相配和，起对阀杆(6)轴向限位的作用；所述轴孔圆柱(18)的外壁上有轴孔柱环形凸起(184)，其与阀杆帽(7)上内孔的环形凹槽相配和对阀杆帽(7)定位。

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