CN103410988A - 军工极高压氧气阀 - Google Patents
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Abstract
一种军工极高压氧气阀，包括阀体阀座和阀瓣之间的密封结构，所述阀体阀座和阀瓣之间的密封结构是具有2°～5°角度差的差角密封副；同时阀杆密封为复合填料密封结构。本发明采用的差角密封副，使两个配对的密封面接触时形成一个极其窄的线密封环带，作用很小的密封力就会形成很大的密封比压，密封性能优良，对驱动力的要求比较低。从而使本发明完全满足航天领域极高压力工业级纯氧气苛刻、复杂的工况，达到安全使用的目的。
Description
技术领域
本发明属于航天领域极高压力氧气阀制造技术领域，具体涉及一种能可靠使用在极高压力工业级纯氧气苛刻、复杂工况下用的氧气阀。
背景技术
在冶金系统氧气阀门使用领域，氧气阀门压力一般不高于PN40，公称通径一般不高于DN500；在煤化工系统氧气阀门使用领域，氧气阀门压力一般不高于CL1500或PN250，公称通径一般不高于DN300。而在航天领域由于用途的特殊性，对阀门的压力和口径要求都高。目前压力一般不低于CL2500或PN420，通径为DN10～DN500。由于航天领域氧气阀的气体在极高压力（“极高压力”一词是欧洲制氧行业的标准术语，常指压力超过11MPa的氧气）下呈现出不同于常温，中压的流体特性和高危险性，即具有极强的渗透性和一旦泄漏就会发生着火爆炸的危险，因此进行高效密封是这类阀关注的焦点之一。普通民用氧气阀的填料一般采用无油的柔性石墨或者PTFE。阀瓣密封面采用平面型，即密封面相互平行。这种结构对于中低压的常温氧气阀效果尚可，但对于航天领域“极高压力”氧气阀效果则完全不能满足密封的要求。这是因为航天领域“极高压力”氧气阀所要求的密封力大，气流容易产生涡流、紊流和“绝热压缩”等特殊流体现象，所以除要求材料具有极高的阻燃性外，还必须要求具有极高的密封性能。而平面型密封面由于研磨精度的限制，对易渗透的极高压力和流速的氧气密封效果差。
发明内容
本发明提供一种可靠使用在航天领域极高压力工业级纯氧气苛刻、复杂工况下用的氧气阀，密封性能可靠、安全性能好。
本发明采取的技术方案是：一种军工极高压氧气阀，包括阀体阀座和阀瓣之间的密封结构，所述阀体阀座和阀瓣之间的密封结构是具有2°~5°角度差的差角密封副；同时阀杆密封为复合填料密封结构。
所述阀体阀座密封面的锥度为42°～50°，阀瓣密封面的锥度为40°～45°。
所述阀体阀座密封面和阀瓣密封面具有硬度差。
所述复合填料密封结构为：中间为填料隔环，该填料隔环上下由软填料和金属填料顺序添加而成。
所述填料隔环中部设有导电钢球和弹簧；该导电钢球和阀杆接触。
所述填料隔环上下端设有弹簧蓄能密封圈。
本发明采用的差角密封副，使两个配对的密封面接触时形成一个极其窄的线密封环带，作用很小的密封力就会形成很大的密封比压，密封性能优良，对驱动力的要求比较低；从而使本发明完全满足航天领域极高压力工业级纯氧气苛刻、复杂的工况，达到安全使用的目的。
本发明的氧气阀可以换装不同的驱动装置：例如；电动，气动装置可实现远程智能控制。
附图说明
图1是本发明的整体结构图；
图2是图1中阀体密封座图；
图3是图1中阀瓣图；
图4是图1中复合填料图。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明进行详细说明。
参照图1和图2、3，一种军工极高压氧气阀，包括阀体阀座和阀瓣之间的密封结构，所述阀体阀座和阀瓣之间的密封结构是具有2°~5°角度差的差角密封副；差角密封副不同于普通阀门的密封副。该结构是基于密封效果和减少密封力两个方面的综合考虑设计而成的。该密封副由两个成一定角度的密封面组成，即阀体密封面1-1和阀瓣密封面2-1的角度不同，两个密封面之间总是存在2°、3°、4°或5°的角度差。密封副材料按照国际氧气阀标准选用抗阻燃极高的MONEL合金制成，两个配对的密封面接触时会形成一个极其窄的线密封环带，作用很小的密封力就会形成很大的密封比压，为避免密封失效，密封面间具有硬度差，由材料的硬度决定，硬度差控制在50~65HB,通常阀瓣的硬度比阀体密封座的硬度高。该结构使氧气阀的密封效果出色。另外从降低阀杆作用力的角度考虑，一般阀体密封面1-1的锥度为40°、41°、42°43°、44°或45°，阀瓣密封面2-1的锥度为42°、43°、44°、45°、46°、47°、48°、49°或50°，这样的配合可使差角密封副构成的受力面积变小，减小介质低进高出时所施加的密封力。
本发明经历了生产实践的检验。产品装配后按照API598检验标准的规定，依照阀体流向箭头的指示用水进行密封施压，在阀门出口端放置一个量杯进行测量，在规定的时间内，测量泄漏的介质体积并和其它的结构形成的密封效果进行对比，对比结果如下表：
| 密封结构 | 泄漏率 |
| 球面和60°锥型密封 | 60ml/min |
| 60°锥和60°锥型密封 | 45 ml/min |
| 差角密封副 | 零泄漏 |
参照图1和图4，所述的复合填料密封结构主要包括软填料8-6、金属填料8-5、弹簧蓄能密封圈8-1、填料隔环8-8、导电钢球8-2、弹簧8-3，按照填料隔环8-8居中，上下按上填料垫8-7、软填料8-6、金属填料8-5、软填料8-6、下填料垫8-4的次序组合而成。其中置于中间的软填料8-6、金属填料8-5、软填料8-6按需要设置层数。软填料由PTFE添加铜粉制成，金属填料则选用质地比较软的铜合金制成，例如，退火紫铜，硅黄铜，黄铜等。填料隔环能使整个填料函内的填料压紧，避免了一般填料结构造成的填料上下部能够压紧而中部比较松的情况，使各个填料环都能够起到密封作用。
所述填料隔环中部设有导电钢球8-2和弹簧8-1；该导电钢球8-2和阀杆3接触。导电钢球在弹簧的推动下，紧贴阀杆有效导出静电。
所述填料隔环上下端设有弹簧蓄能密封圈8-1，起到二次密封的作用，确保密封更可靠。
所述阀体的进出通道内安装自动控制旁通装置9，使进出通道两端的压力在主阀开启前保持平衡。
本发明从结构设计方面很好地保证了介质为高温高压氧气工况下阀门的使用安全性。
Claims (6)
1.一种军工极高压氧气阀，包括阀体阀座和阀瓣之间的密封结构，其特征在于：所述阀体阀座和阀瓣之间的密封结构是具有2°~5°角度差的差角密封副；同时阀杆密封为复合填料密封结构。
2. 根据权利要求1所述的一种军工极高压氧气阀，其特征在于：所述阀体阀座密封面（1-1）的锥度为42°～50°，阀瓣密封面（2-1）的锥度为40°～45°。
3. 根据权利要求1所述的一种军工极高压氧气阀，其特征在于：所述阀体阀座密封面（1-1）和阀瓣密封面（2-1） 具有硬度差。
4. 根据权利要求1所述的一种军工极高压氧气阀，其特征在于：所述复合填料密封结构为：中间为填料隔环，该填料隔环上下由软填料和金属填料顺序添加而成。
5. 根据权利要求4所述的一种军工极高压氧气阀，其特征在于：所述填料隔环中部设有导电钢球（8-2）和弹簧（8-1）；该导电钢球（8-2）和阀杆（3）接触。
6. 根据权利要求4所述的一种军工极高压氧气阀，其特征在于：所述填料隔环上下端设有弹簧蓄能密封圈（8-1）。
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