CN103591302B - 一种针形截止阀的密封结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种针形截止阀的密封结构，包括阀杆、阀芯和阀体，所述阀体内设有阀芯，所述阀杆一端连接阀芯，所述阀芯和阀体之间设有第一密封带和第二密封带，所述第一密封带上方设有第二密封带，所述第一密封带和第二密封带设置在所述阀体上，所述第一密封带和第二密封带先后实现密封功能。本发明的针形截止阀的密封结构具有双密封带，双密封带可在针形截止阀工作期间先后参与密封，减小因过度旋紧手柄造成阀芯阀座的擦伤磨损引起的密封快速失效现象，从而延长针形截止阀使用寿命。

Description

一种针形截止阀的密封结构
技术领域
本发明涉及阀门领域，特别涉及一种针形截止阀的密封结构。
背景技术
针形截止阀在仪表阀门领域是众所周知的，它是通过带锥度的阀芯头部对圆柱阀座孔口挤压变形来实现对流体介质的关断截止。在关闭过程中，通过旋转安装于阀芯另一端的手柄对阀芯与阀座接触面施加密封力，在接触面产生弹性和塑性变形而形成密封带，实现对流体介质的密封。
在针形截止阀工作于300℃以上的介质温度或环境温度场合时，要求阀芯与阀座都是耐腐蚀性的金属材料，一般选用不锈钢或镍基合金等。密封面是金属与金属之间的硬对硬接触面。在关断过程中伴随着阀芯与阀座的滑动摩擦，以及接触面接触应力的变大，密封面间会产生一定的擦伤，这反过来要求手柄提供更大的操作扭矩，以便产生更大的密封力弥补密封带擦伤产生的泄漏，而更大的密封力加剧了针形截止阀的密封面磨损，直到密封面泄漏通道太深，旋转手柄产生的密封力不足以填平该泄漏通道导致密封失效，针形截止阀的使用寿命结束。
在另一种情况下，用于流路关断功能的针形截止阀，完全依赖于操作者的习惯。关断针形截止阀时，介质工作压力不同，液体黏度差异，气体分子大小不同客观上需要不同的操作扭矩来关断针形截止阀，而操作者仅凭过往经验来施加密封扭矩达到关断目的，大多情况下都施加了过量的密封力，从而加剧密封带磨损减小了针形截止阀使用寿命。
在实现本发明的过程中，发明人发现现有技术至少存在以下问题：不论是阀芯阀座的自然操作磨损，还是人为操作不当造成的磨损，都将导致针形截止阀快速失效，因此现有针形截止阀的使用寿命偏短。
发明内容
本发明实施例的目的是针对上述现有技术的缺陷，提供一种在正常操作或不当操作情况下减小阀芯阀座的擦伤磨损现象，从而提高阀门使用寿命的针形截止阀的密封结构。
为了实现上述目的本发明采取的技术方案是：
一种针形截止阀的密封结构，包括阀杆、阀芯和阀体，所述阀体内设有阀芯，所述阀杆一端连接阀芯，所述阀芯和阀体之间设有第一密封带和第二密封带，所述第一密封带上方设有第二密封带，所述第一密封带和第二密封带设置在所述阀体上，所述第一密封带和第二密封带先后实现密封功能。
所述阀体包括阀座，所述第一密封带和第二密封带设置在所述阀座上。
所述阀杆一端和阀芯通过钢球旋压连接在一起；所述阀杆另一端连接有手柄。
所述阀杆和阀芯是一体的，所述阀杆的一端为阀芯；所述阀杆另一端连接有手柄。
所述阀芯的锥段锥角与阀座双密封带内接锥角的角度差为3°-7°；所述阀座双密封带内接锥角大于所述阀芯的锥段锥角。
所述阀芯的锥段锥角与阀座双密封带内接锥角的角度差为5°。
所述第二密封带的起始直径与第一密封带的起始直径的比值为1.1-1.3；所述第二密封带的起始直径大于第一密封带的起始直径。
所述第二密封带的起始直径与第一密封带的起始直径的比值为1.2。
进一步地，双密封带密封面的轴向尺寸为1.0到1.4毫米。
所述双密封带密封面的轴向尺寸为1.2毫米。
本发明实施例提供的技术方案带来的有益效果是：本发明的针形截止阀的密封结构具有双密封带，双密封带可在针形截止阀工作期间先后参与密封，减小因过度旋紧手柄造成阀芯阀座的擦伤磨损引起的密封快速失效现象，从而延长针形截止阀使用寿命。
附图说明
图1是本发明实施例提供的针形截止阀的整体结构示意图；
图2是本发明实施例提供的针形截止阀的密封结构的结构示意图；
图3a是本发明实施例提供的针形截止阀的密封结构阀芯与阀座第一密封带线接触而与第二密封带保持间隙的变形前结构示意图；
图3b是本发明实施例提供的针形截止阀的密封状态阀芯与阀座第一密封带密封接触而第二密封带负担多余密封力的结构示意图。
图3c是本发明实施例提供的针形截止阀的密封状态阀芯与阀座第二密封带密封接触而与第一密封带担负多余密封力的结构示意图。
图4是本发明实施例提供的针形截止阀的密封结构中双密封带相关机械结构尺寸示意图。
图5是本发明实施例提供的针形截止阀的密封结构中阀芯相关机械结构尺寸示意图。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
参见图1，一种针形截止阀的密封结构，包括阀杆3、阀芯1和阀体2，阀体2内设有阀芯3，阀杆3一端连接阀芯1，阀芯1和阀体2之间设有第一密封带21和第二密封带22，第一密封带21上方设有第二密封带22，第一密封带21和第二密封带22设置在阀体2上，第一密封带21和第二密封带22先后实现密封功能。
作为优选，参见图2，阀体2包括阀座24，阀座24是阀体2上与阀芯1密封的区域，第一密封带21和第二密封带22设置在阀座24上。第一密封带21与第二密封带22保持一定的距离。
阀杆3一端和阀芯1通过钢球4旋压连接在一起。阀杆3和阀芯1也可以是一体结构，阀芯1是阀杆3的头部；阀杆3另一端连接有手柄5。
本发明阀杆3一端和阀芯1通过钢球4旋压连接在一起。保证阀芯1的上下直线运动独立于阀杆3的旋转运动。手柄5、阀杆3、钢球4、阀芯1是联动的，使用时，顺时针旋转手柄5，带动阀杆3转动，阀杆3通过钢球推动阀芯1向下直线运动压向阀体2上的阀座24实现密封。
参见图2，一种针形截止阀的密封结构的结构示意图。阀体2的流体通过孔23上部孔口部分是参与密封的阀座24，阀座24设置两个密封带，分别为第一密封带21和第二密封带22，阀芯1与阀体2的密封是通过阀芯1与阀座24的机械变形实现的。阀芯1与阀座24的实际接触部分就是密封带，阀芯1上与第一密封带21对应的区域是第一密封区域11，阀芯1上与第二密封带22对应的区域是第二密封区域12，密封带一般是阀体上的一段弧面，在针形截止阀密封时，阀芯压向密封带，由线接触开始，首先发生弹性变形然后塑性变形，线接触逐步扩大成面接触，达到密封状态时，接触面就是密封面。阀芯离开阀座后针形截止阀开启，密封带的变形不会完全恢复到密封前的形状，表明密封带产生了塑性变形。持续的塑性变形及伴随的摩擦磨损导致针形截止阀寿命终结。
本发明在阀芯1和阀体2之间设置两个密封带，在针形截止阀寿命周期内先后参与密封功能。在密封带实现密封功能时，意味着密封带的密封面上发生塑性变形，因为密封气体介质时，气体分子直径很小，只有阀芯与密封带接触的密封面上发生塑性变形才能消除分子直径尺寸级别的泄漏通道，而弹性变形只是密封面微观突起接触的压迫变形，不足以填补机械加工等造成的表面缺陷、沟槽、划痕等泄漏通道。通常是第一密封带先参与密封，第二密封带只产生部分弹塑性变形，第二密封带主要功能是分担部分阀芯对阀座密封带施加的密封力，特别是在第一密封带已经能产生可靠的密封而阀芯施加了过量密封力的情况下，那么第一密封带密封面无疑会发生剧烈的摩擦磨损，但是因为第二密封带的存在分担了过量的密封力，缓解了第一密封带的磨损，这是本发明双密封带能延长寿命的根本所在。在这一阶段，第一密封带密封面主要发生塑性变形，第二密封带密封面以弹性变形为主，塑性变形为辅。
第一密封带密封寿命接近结束时，第二密封带逐渐参与密封，在这一阶段，第一密封带和第二密封带密封面都发生塑性变形，但第二密封带密封面的塑性变形逐渐增多直到第一密封带密封寿命结束。如果阀芯与阀座之间只有一道密封带，那么密封就已经失效，针形截止阀也就无法使用了。
第二密封带担负主要密封作用时，阀芯对阀座施加的密封力作用于两个密封带上，因为第二密封带的变形还不充分，所以第二密封带承担主要的塑性变形。在这一阶段，第一密封带和第二密封带密封面都发生塑性变形，但以第二密封带为主。由于是两个密封带起作用，客观上需要更大的阀芯对阀座作用力，也就要求更大的操作扭矩，从另一角度看单一密封带承担过量密封力的可能性降低。该阶段使用寿命与操作手柄的扭矩数值密切相关。在第二密封带密封寿命末期，第一密封带以弹性变形为主，塑性变形为辅，而第二密封带主要是塑性变形。
参见图3a，为本发明实施例提供的针形截止阀的密封结构，阀芯1与阀座24的第一密封带21线接触而与第二密封带22保持间隙的变形前结构示意图，是一种阀芯1、阀座24产生变形的开始状态，也是本发明的设计状态。
参见图3b，是本发明实施例提供的针形截止阀的密封状态，阀芯1与阀座24的第一密封带21密封接触而第二密封带22负担多余密封力的结构示意图，这是第一密封带21起密封作用的密封阶段。
参见图3c，是本发明实施例提供的针形截止阀的密封状态，阀芯1与阀座24的第二密封带22密封接触而第一密封带21担负多余密封力的结构示意图，这是第二密封带22起密封作用的密封阶段。
本发明的针形截止阀的密封结构具有双密封带，在针形截止阀工作期间先后参与密封，从而减少过度旋紧手柄造成的密封快速失效的现象，延长针形截止阀使用寿命。
为了确保两个密封带能先后参与密封，不会出现同时完成密封功能或者先后密封顺序颠倒的情况，就要对相关机械尺寸约定。
参见图4和图5，阀芯1的锥段锥角A2与阀座24双密封带内接锥角A1存在一定的角度差。该角度差过大，导致密封带径向尺寸过大，设计的截止阀轮廓尺寸过大，造价偏高，角度差过小时，双密封带延长寿命的效果降低。在本发明中，该角度差为3°到7°，最佳值为5°，并且阀芯的锥段锥角A1的角度要大于阀座双密封带内接锥角A2的角度，这样可保证第一密封带先参与密封过程，而第二密封带后参与密封过程。
参见图4，第二密封带的起始直径D2与第一密封带的起始直径D1的比值优选为约1.1到1.3。该比值过大导致密封带径向尺寸过大，设计的截止阀总体尺寸过大，造价偏高，比值过小时，双密封带尺寸相近延长寿命的效果会降低。在本发明中，该比值最佳值为1.2，并且第二密封带的起始直径D2的尺寸要大于第一密封带的起始直径D1的尺寸，这样有利于第一密封带先于第二密封带参与密封过程。
参见图4，双密封带密封面的轴向尺寸H,也要保证一定的尺寸范围。双密封带密封面的轴向尺寸H为阀芯与双密封带弹性接触部位的轴向长度，该数值过大导致密封部位尺寸过大，设计的截止阀总体尺寸过大，造价偏高，数值过小时，双密封带会靠近影响双密封带变形效果。在本发明中，该数值为约1.0到1.4毫米，最佳值为1.2毫米。
以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种针形截止阀的密封结构，包括阀杆、阀芯和阀体，所述阀体内设有所述阀芯，所述阀杆一端连接所述阀芯，其特征在于，所述阀芯和所述阀体之间设有第一密封带和第二密封带，所述第一密封带上方设有所述第二密封带，所述第一密封带和所述第二密封带设置在所述阀体上，所述第一密封带和所述第二密封带先后实现密封功能。
2.根据权利要求1所述的针形截止阀的密封结构，其特征在于，所述阀体包括阀座，所述第一密封带和第二密封带设置在所述阀座上。
3.根据权利要求1所述的针形截止阀的密封结构，其特征在于，所述阀杆一端和阀芯通过钢球旋压连接在一起；所述阀杆另一端连接有手柄。
4.根据权利要求1所述的针形截止阀的密封结构，其特征在于，所述阀杆和阀芯是一体的，所述阀杆的一端为阀芯；所述阀杆另一端连接有手柄。
5.根据权利要求1-4任一项所述的针形截止阀的密封结构，其特征在于，所述阀芯的锥段锥角与阀座双密封带内接锥角的角度差为3°-7°；所述阀座双密封带内接锥角大于所述阀芯的锥段锥角。
6.根据权利要求5所述的针形截止阀的密封结构，其特征在于，所述阀芯的锥段锥角与阀座双密封带内接锥角的角度差为5°。
7.根据权利要求1-4任一项所述的针形截止阀的密封结构，其特征在于，所述第二密封带的起始直径与第一密封带的起始直径的比值为1.1-1.3；所述第二密封带的起始直径大于第一密封带的起始直径。
8.根据权利要求7所述的针形截止阀的密封结构，其特征在于，所述第二密封带的起始直径与第一密封带的起始直径的比值为1.2。
9.根据权利要求1-4任一项所述的针形截止阀的密封结构，其特征在于，其中，双密封带密封面的轴向尺寸为1.0-1.4毫米。
10.根据权利要求9所述的针形截止阀的密封结构，其特征在于，所述双密封带密封面的轴向尺寸为1.2毫米。
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