CN101769392A - 大型双偏心球塞阀门 - Google Patents

Abstract

一种用作控制水轮发电机保持用水的阀门大型双偏心球塞阀门，其包括：包括主体(100)和确定了轴线(X1X1)的圆管通道(210)的球形塞(200)；球形塞(200)的回转轴(CR)对应于球冠(220)子午面(MM)形成间距a和对应于通道(210)上的轴线(X1X1)形成间距b，以便在关闭方向中和对应于主体(100)底座(150)，球形塞(200)的回转运动(+A)接近球形外壳和顶盖(221)。开放行程中止限位块(116)位于边缘(223A)的轨道上，在关闭位置中，边缘(223A)移动并紧贴该限位块(116)。

Description

大型双偏心球塞阀门

技术领域

本发明涉及大型双偏心球塞阀门，特别是用于控制水轮发电机用水的阀门，包括：由套管组成的主体，其两端与两个罩盖和几个管接头成为一体，安装在管道中心线上；以及轴心可回转，并组成有一球冠的球形塞，前者是指在回转平面上，形成轴心可移动的圆管通道，即球形塞在其开放位置时进行轴心回转；在开放位置，通道和管道轴线重合，在其关闭位置，球冠向其底座靠近，并关闭阀门主体的底座。

背景技术

众所周知，上述的球塞阀门必须配备复杂的装置系统，以便在其关闭时，能实现良好的防水密封性。更详细的说明是，已知的球形回转体阀门有一个位于中心的球形塞，在高压下关闭时必须有操作力矩，此时球形件受到压力差影响，无法关闭。必须克服球形件轴颈在轴承支座上的摩擦现象。为此，装配这类阀门的执行机构均为大型部件。

要安全地从外部锁闭球形件的回转，需要人工来完成，但存在着风险。此外，由于阀门受压，不能从执行机构上拆卸下来，无法进行维护保养。

这类球形回转体阀门的底座有下列两种类型。第一种类型，底座始终与球形件紧密相贴。必须使球形件的整个外表面具有良好的几何形状和优质的表面状态。其状态应为非氧化状态，实际上，长期保持这种表面状态非常难，尤其是，该装置应用于大坝或河流时，或多或少都承受着一定水的负荷。此外，该类底座长期紧贴球形件，必然会产生额外力矩。第二种类型，底座仅在关闭位置时紧贴在球形件上，但必须配备底座导向系统。总之，现已掌握的球形回转体阀门或大型球塞阀门，均不能满足其运行方面、以及安全和维护方面的要求。

发明内容

本发明的目的是提供一种大型双偏心球塞阀门，可更好地保护水力发电厂的水轮发电机组，能承受变化多端的水流，更坚固，更可靠；即使在缺乏能源的情况下，也能自然关闭球形塞，同时确保装置良好的密封性，以及尽可能合理地减小装置的体积。

本发明涉及一种大型双偏心球塞阀门，其特征是：球形塞回转轴一方面与球形塞球冠子午面保持间距，另一方面又与通道轴线保持间距，以便在开放位置中，球形塞通道能与主体轴线重合，以及球形塞在关闭方向中，原地回转运动，靠近对应于主体底座的球形外壳和顶盖，球形塞在开放方向中原地回转反向运动，则离开对应于主体底座的球形外壳和顶盖，底座是活动底座，形成一个既能中心固定在主体轴线上，又能沿对应于主体轴线滑动的活动环形圈，以便紧贴球形塞的球形顶盖上的固定密封圈；球形塞开放行程中，止限位块位于通道端部轨道上，通道位于与活动底座相配合的顶盖一端，边缘出自并紧贴位于关闭位置的限位块。

本发明的球形塞阀门，由于球形塞可双偏心(或双偏移)运动，会产生可补偿轴承座摩擦阻力的关闭力矩。因此，阀门需要一个配重块，该配重块仅用于引发关闭动作，随后，阀门在没有动力的情况下自然进入关闭位置，以便操控球形塞驱动缸，这些动作可在球形件通道中任何水流速度下进行；由于阀门可双偏心运动，阀门还能提供良好的密封性能；不锈钢球冠所组成的球形塞固定密封圈首先在关闭末端处，触及聚氨酯密封圈，然后触及活动底座。该活动底座可自动控制，并通过与其配套的弹簧向球形件的固定密封圈方向推进。这样可避免因轴承底座在球形回转体上持续施加摩擦力而形成的额外力矩。制作回转体或球形塞同样非常简单，其理由是该装置不需要优质的表面状态。这一特性对于在大坝或河流带负荷水流中工作的大型阀门至关重要。

当关闭回转结束时，球冠触及到限位块，同时活动底座固定在最终对中位置上。该限位块同样具有操作的安全性。如果阀门中的外限位块失效，则需要通过紧贴限位块的球冠，使球形塞维持原位。

此外，即使在底座没有持续贴近球形塞的情况下，仍不需要配备导向装置。

该装置的另一优点是，活动底座为阀门的下底座，在压缩弹簧作用下，出自关闭位置的球形塞固定密封圈可推动该活动底座。

由于该装置具有可直线完成，和在活动底座处实现的双密封功能，在上方压力的作用下，底座贴近球形件的固定密封圈，运动力与阀门一边和另一边的压力差成正比。这种阀门特别适用于作为水力发电站水轮机的保持阀。

其另一特性是，罩盖装配了活动底座，其组件有外环和内环，形成导向面，中间导向面实际上是外环限位块表面和另外一个内环导向面之间的外环槽，以及

底座，可对应于罩盖滑动，该罩盖位于两个确定其运行高度的限位块之间，此外底座紧靠在压缩弹簧上，这样可在出自关闭位置的球形罩盖底座的作用下被往返推动。

活动底座最好由两个同心部分组成，同时确定球形塞的支撑面。在这两个部件之间，最好应考虑安装聚氨酯制成的密封圈，这样，当球形塞固定密封圈首先接触的是活动底座的密封圈，然后再接触活动底座的第二部分，即铜铝镍合金制件。

本发明的阀门最好采用法兰垫板将其嵌入管道中，以方便拆出阀门，不需动管道，或方便维修阀门密封装置，不需拆卸阀门。

附图说明

图1是本发明的大型双偏心球塞阀门的轴向剖视图，表示球型塞在开放位置；

图2是本发明的大型双偏心球塞阀门的轴向剖视图，表示球型塞在关闭位置；

图3A为图1中部分I的局部放大图，表示罩盖与底座部件分开时的状态；

图3B为图1中部分I的局部的下底座放大示意图；

图4为图1中部分I的下底座受压缩位置时的放大示意图；

图5为图1中部分I的下底座在松开位置时的放大示意图；

图6为部分I与球形塞的部分的放大示意图，图中球形塞在打开位置时；

图7为部分I与球形塞的部分的放大图，图中球形塞在关闭位置时；

图8A为双偏心球形塞的运行原理图之一；

图8B为双偏心球形塞的运行原理图之二。

其中，附图标记说明如下：

100  主体

111  外环

113，117，118  导向面

114，119  限位块

116  压缩弹簧

130  套管

150  底座

152  磨损环

153  限位块脱钩

200  球形塞

210  圆管通道

220  球冠

221  顶盖

223A 边缘

230  固定密封圈

240  管接头

SA   支撑面

CR   回转轴

具体实施方式

如图1所示，本发明所涉及的部件有球塞阀门1，是回转件，双偏心，安装在位于管道的上游部分AM和下游部分AV之间(本案未介绍)。采用一对管接头将轴线X₀X₀的阀门1安装在管道中，其中只有左接头2配备有法兰垫圈3，便于与其长度匹配的零部件的安装/拆卸。下法兰垫圈(如图所示)以及上方法兰垫圈有助于方便地拆卸阀门。此外，下法兰垫圈更便于对阀门的密封装置进行维修保养，而不需拆卸管道的阀门。

阀门1包括主体100和球形塞200以及驱动机构(本案未介绍)，球形塞垂直于图面，围绕轴线CR回转，回转限制在其全开位置(图1)和其全关位置(图2)之间，这两个位置相当于90°角度。

阀门主体100是由两个罩盖110，120，并这两个罩盖110，120分别位于套管130两端，并采取一定方式(本案未详细介绍)装配在一起。这两个罩盖分别固定在管接头140的上游和下游。套管130包括排气孔131，该装置有助于排放阀门内部的空气、和套管底部的排放孔132。下罩盖110配备活动的下底座150，后者将在以后详细介绍，而上方罩盖120则不设底座。

套管和两个罩盖均为锻钢件，并采用定位螺栓111和螺母112组装。主体还包含其他装备，如起吊环(本案未介绍)。

本案所介绍的开放位置的球形塞200包括主体，环冠220呈环形状，后者嵌入球形外壳中；在开放位置，阀门轴线线X₀X₀对中的圆管通道210穿过球形塞。通道210直径等于设施连接通道的直径。

球形塞200的组件实际上有位于上位的环形顶盖221和220的环形冠222，，如图1所示，有固定并嵌入顶盖221中的环形密封圈230(本文未详细介绍固定密封圈230嵌入球形塞顶盖中所需的装配设备)。

有水流负荷的情况下，固定密封圈最好采用马氏体不锈钢制件，并通过钨铬合金处理或表面喷涂碳化钨处理。

通道210的边缘223是一个外环单边缘，因此必须区分两个部位，因为顶盖221的边缘223部位223A与同一边缘223的部位223B的作用不同，后者位于顶盖222一边，具有双偏心作用力。

固定密封圈230的三角形截面用于当球形塞200(图2所示)处在关闭位置，即回转90°时，与罩盖110的活动底座150相配合。

球形塞200有2个回转轴颈240，位于对应于图1平面的对称位置中，一个在前，另一个在后，以便球形塞200能从其开放位置回转到其关闭位置，或反方向回转，按箭头方向(±A)围绕CR的轴线转动。球形塞200是铸铁件，与轴颈形成一个整体部件，其固定密封圈230为马氏体不锈钢制件。采用螺栓固定成球形件。

阀门回转轴CR的位置，对应于主体100和对应于球形塞200，图8A显示的是其全开位置，图8B显示的是全关位置。根据图面定义，球形塞200的回转平面是各图的平面，就是说，球形塞200通道的轴线X₁-X₁在这个平面中绕回转轴CR(垂直于该平面)转动，在完成图中表示的作业时，其角度最好保持在90°，即从其全开位置过渡到其全关位置(按箭头+A所指方向)，或以相反的运动方向(按箭头-A所指方向)，反过来变换位置。

球形塞200回转轴CR对应于球形件的中心C双离心或双偏心运动，在回转平面中被球形塞包覆。

回转中心CR对应于轴线X₁X₁形成间距b和对应于球形件子午平面MM的方向形成间距a，中心C穿过轴线X₁X₁和子午面路径MM。球形塞200球形表面确定间距a、b，如图1或图8A所示，图中球形塞位于开放位置。

回转轴CR为阀门主体100中轴颈240的轴线，也就是固定在套管130处的轴颈轴承座。轴承座的尺寸比较宽松，可自润滑，为青铜制件，内插石墨嵌件，整体安装在套管处的固定支撑板上，由套管直接对其产生推力。

由于有双偏心a、b，从对应于球形件中心点C的回转中心CR起，到开始关闭时，可获得箭头逆时回转方向(+A)前进的运动，或反向回转方向(-A)后退的运动。关闭运动具体体现在顶盖221贴近活动下底座150，直到通道210的前边缘223A到达并紧靠固定的限位块116。在开始接触活动底座150时，顶盖220推动活动底座，直至在双偏心作用力下球形塞回转结束；在回转结束时，固定密封圈230的边缘223的部位223A贴近活动底座150；随后将详细介绍该边缘件。

在关闭位置中，如图2所示，所采用的是双密封系统。实现其双密封特性，一方面是通过马氏体不锈钢球形件的固定密封圈230与弹性体密封圈的接触，另一方面是通过活动底座与其铜铝镍合金部分的金属对金属的接触，是合金件紧贴球形件马氏体钢制固定密封圈。

活动下底座150的结构参见图3-7，这几个原理图均相当于图1中部分I的截面放大图。

如图3所示，下罩盖110由外环111和内环112组成，与轴线X₀X₀同心，并在其间互接活动下底座150。外环111与相当于限位块的轴肩114构成圆柱形导向面113，并装配了呈均布的柱形盲孔115，分别接纳与轴线X₀X₀平行的压缩弹簧116。内环112包括两个导向面117和118，轴肩119将其一分为二，同时形成下底座150前进运动的止动件。内环112就形成了底座150两个导向圆柱面117和118。圆柱面117的直径大于圆柱面118的直径，而圆柱面118的直径又大于圆柱面113(对应于轴线X₀X₀)的直径，因而，在外环111和内环112组装后，导向面117是限制在轴肩114和119内的环状凹槽，并成为活动底座150行程终端的限位块。

下底座150由两个套环组成，即T形截面主套环151套装上另一种材质的磨损环152，实现限位块153完成止推动作的两个套环；组装时应插装聚氨酯密封圈154，155。这两个套环151，152限定了用于接收球形塞200的固定密封圈230的支撑面SA，密封圈155在球形塞接近其全关位置时，超过支撑面SA，以便顶盖221首先完成与支撑面SA接触，再继续与磨损环152处的支撑面相接触，磨损环可用如CuA110Fe5Ni3型高强度铜铝镍合金制成。聚氨酯密封圈155具有良好的耐水性能和极高的强度。

装配时，先将下底座150安装在下罩盖110的内环112上，随后，内环111和112合装而成。

活动底座150有三个滑动面156，157，158(与表面一道滑行)和罩盖110的三个导向面113，117，118。形成滑动面157的主套环151底部位于由滑动面117和两个轴肩114和119组成的凹槽中，主套环限制了活动底座的运动范围，同时，分散在外环周围的弹簧116推动着主套环。

活动下底座150可占有两个终端位置，如图4和5所示。重复推动的一个终端位置如图4所示。该终端位置相当于主套环151所组成止推件153与内环112的限位块之间的后退距离e。

另一个终端位置则是：当主套环151的止推件153贴近内环111的轴肩119时前进位置。

压缩弹簧116在图5所示位置中推动活动底座150，来自关闭位置的球形塞200施加的推力重新将活动底座150推入图4所示的位置中，或推入中间位置中。

内环112同样有行程终端限位块160，后者在关闭位置中限制球形塞200的运动范围。

图6表示活动下底座150各相关零件的结构，该活动下底座安装在下罩盖110的内环111和外环112之间，以及开放位置中球形塞200通道210边缘223部位的223B的位置，球形塞200轴线X₁X₁与主体100轴线X₀X₀重合，如图1所示。

图7表示是关闭位置。在关闭位置，回转球形塞200固定密封圈230紧贴活动下底座150的支撑面SA，同时推动活动下底座，在压缩弹簧116的作用下产生反作用力。在此位置中，边缘223A紧靠限位块160。在球形塞200双偏心作用下，球形塞边缘223部位223B可在行程终端限位块160之上通过，当球形塞在箭头(-A)所指方向中进行返回旋转运动时，离心力驱使上游端球形塞限定通道210范围的部位223A移离限位块160行程终端。

Claims (5)

1.大型双偏心球塞阀门，其组成零部件包括

主体(100)由两个罩盖(110，120)、管接头(240)沿边缘固定的套管(130)组装而成，以便能安装在管道的轴线(X0X0)中，以及

球形塞(200)，可回转，由球冠(220)组成，后者确定了轴线(X1X1)的圆管通道(210)，当球形塞(200)在其开放位置之间回转时，该轴线也在回转面之中移动，此间，通道在管道(210)与管道的轴线(X0-X0)对中，而在其闭合位置中，球冠(220)的顶盖(221)与其底座(230)同时移动，并关闭阀门主体(100)的底座，其特征在于，球形塞(200)回转轴(CR)对应于球冠(220)子午面(MM)形成间距a和对应于通道(210)上的轴线(X1X1)形成间距b；以便在开放位置中，球形塞通道(210)与主体(100)轴线(X0X0)对中，并在关闭方向中，对应于主体(100)和底座(150)；球形塞(200)的回转运动(+A)接近球形外壳顶盖(221)，而反方向(-A)回转运动自球形塞(200)开放起，和对应于主体(100)底座(150)，离开球形外壳和顶盖(221)，底座(150)是活动底座，由环形套环组成，该套环中心定位在主体(100)的轴线(X0X0)上，对应于主体(100)和沿着该轴线滑行移动，以便紧贴球形塞(200)球形顶盖(221)的固定密封圈(230)，球形塞(200)开放行程中止限位块(116)位于环冠(220)一边通道(210)边缘(223A)的轨道上，同时与活动底座(150)相配合，在关闭位置中，边缘(223A)移动和紧贴该限位块(116)。

2.如权利要求1所述的大型双偏心球塞阀门，其特征在于，所述的活动底座(150)为阀门的下底座，安装在压缩弹簧(116)上，以便球形塞(200)的固定密封圈(230)对其进行推动，球形塞出自关闭位置。

3.如权利要求1所述的大型双偏心球塞阀门，其特征在于，所述的罩盖(110)装配了活动底座(150)，其组成零部件有外环(111)和内环(112)，形成导向面(113，117，118)的轴线X0X0，中间导向面(117)，即在外环(110)的限位块(114)表面和内环(112)的另一个导向面(118)之间的外环槽，以及活动底座(150)对应于罩盖(110)在确定其运动高度的两个限位块(114，119)之间运动，同时紧靠压缩弹簧(116)，以被出自关闭位置的球形塞底座(230)推动。

4.如权利要求1所述的大型双偏心球塞阀门，其特征在于，所述的活动底座(150)由T形截面主套环(151)组成，其中套入磨损环(152)，组装两个套环使其形成限位块脱钩(153)，两个套环形成支撑面(SA)外加超过支撑面(SA)的密封圈(155)。

5.如权利要求1所述的大型双偏心球塞阀门，其特征在于，所述的磨损环(152)为铜铝镍制件，密封圈(155)为聚氨酯制件。

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