CN103697195A - 一种新型高温高压冷热流体瞬态切换四通阀 - Google Patents

一种新型高温高压冷热流体瞬态切换四通阀 Download PDF

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Abstract

一种新型高温高压冷热流体瞬态切换四通阀，包括阀芯、壳体、下法兰、上法兰、填料函压盖、阀杆、石墨垫片、石墨填料；所述阀芯布置在上法兰、壳体、下法兰组成的密封腔体内，石墨垫片放在壳体与上法兰和下法兰间，上法兰和下法兰使用螺栓连接紧固，阀盖与上法兰间的密封使用填料函压盖压紧上法兰通孔台阶上的石墨填料实现阀杆密封，通过阀芯在不同角度位置间的转动，实现了高压下高温流体与常温流体的流动方向同步瞬时切换功能；由于采用黄铜阀芯、不锈钢法兰和外壳、石墨垫片以及石墨填料，使得阀门结构简单，易加工制造，能够耐受较高的温度、压力以及热冲击，转动灵活迅速，拆装维护方便，可以长期安全可靠的运行使用。

Description

一种新型高温高压冷热流体瞬态切换四通阀
技术领域
本发明涉及阀门技术领域，具体涉及一种新型高温高压冷热流体瞬态切换四通阀。
背景技术
四通阀是具有四个流通管口（两进两出）的方向控制阀门，在液压系统、制冷系统及其他工业流体管路中有着广泛的应用。通过阀芯在不同位置间的移动和切换，四通阀能够在较小的空间内方便的实现两路流动方向不同的流体流动方向间的互相切换。但是由于传统四通阀设计、结构或材料等方面的原因，其使用范围受到一定的制约。通常能够实现快速切换的四通阀是采用电磁驱动方式，具有动作迅速，稳定的特点，但同时难以承受较高的温度和压力；能够承受高压的四通阀由于密封、制造精度等原因，造成阀芯运动时的阻力较大，不耐磨损，动作缓慢，难以频繁、快速的切换，并且传统阀门密封材料高温下会发生变形、失效等问题。综上所述，现有四通阀难以同时满足高温、高压、频繁、快速切换等性能要求。
发明内容
为了解决上述现有技术中存在的问题，本发明的目的在于提供一种新型高温高压冷热流体瞬态切换四通阀，具有结构简单、耐高温高压、耐热冲击、切换操作方便、维护简单、安全性好的特点。
为达到上述目的，本发明采用如下技术方案：
一种新型高温高压冷热流体瞬态切换四通阀，包括阀芯1、外壳2、下法兰3、上法兰4、阀杆5、填料函压盖6、石墨垫片7和石墨填料8；
所述阀芯1套入外壳2内，所述阀芯1为阶梯轴结构，包括分流挡板1-4、分布在分流挡板1-4两端的第一密封台阶1-3和第二密封台阶1-5、分布在第一密封台阶1-3另一端的柱状块1-2、分布在柱状块1-2另一端的与阀杆5卡接的矩形块1-1以及分布在第二密封台阶1-5另一端的阀芯支座1-6；所述第一密封台阶1-3和第二密封台阶1-5的侧面分别开有凹槽1-7，两个凹槽1-7分别位于分流挡板1-4的两侧；
所述外壳2为空心柱状，在外壳2相对于所述阀芯1的第一密封台阶1-3和第二密封台阶1-5间的位置处开有两个相对的出水口2-1，在外壳2相对于所述柱状块1-2的位置处开有上进水口2-2，在外壳2相对于所述阀芯支座1-6的位置处开有下进水口2-3；
在所述外壳2的下端设置有下法兰3，所述下法兰3内侧开有外壳2插入的环形凹槽，凹槽内放置有石墨垫片7；
在所述外壳2的上端设置有上法兰4，所述上法兰4中间开有供阀杆5穿出的台阶通孔，所述台阶通孔的上端开有内螺纹，台阶通孔的台阶上放置有石墨填料8，在所述上法兰4的内侧也开有外壳2插入的环形凹槽，凹槽内也放置有石墨垫片7；
所述下法兰3和上法兰4均开有供螺栓穿过的通孔；
所述阀杆5的下端带有和阀芯1的方形块1-1卡接的矩形槽；所述填料函压盖6带有和上法兰4的台阶通孔内螺纹相适配的外螺纹。
所述分流挡板1-4的截面形状为菱形。
所述两个相对的出水口2-1间的角度为180°。
所述阀芯1和填料函压盖6的材料采用黄铜，外壳2、下法兰3、上法兰4和阀杆5的材料采用不锈钢。
本发明和现有技术相比，具有如下优点：
1、本发明结构简单，操作方便，只需通过转动阀杆5带动阀芯1的分流挡板1-4在外壳2的出水口2-1左右转动，就可实现流动方向的切换。
2、本发明能够承受较高的温度和压力：主体部件均采用金属材质，密封垫片使用石墨材料，能够承受高达600℃的温度，下法兰3和上法兰4之间使用螺栓连接，外壳2的壁厚较大，能够承受较大的工作压力。
3、阀芯1为圆柱体黄铜棒料经机械加工而成，与外壳2壁面接触摩擦少，转动灵活，阻力小，适合经常、频繁性的切换操作。
附图说明
图1为本发明总装配剖视图。
图2为本发明除阀芯1外的爆炸图。
图3为本发明阀芯1主视图。
图4为图3沿A-A向的剖视图。
图5为图3沿B-B向的剖视图。
图6为图3沿C-C向的剖视图。
具体实施方式
以下结合附图及具体实施例，对本发明作进一步的详细描述。
如图1和图2所示，本发明一种新型高温高压冷热流体瞬态切换四通阀，包括阀芯1、外壳2、下法兰3、上法兰4、阀杆5、填料函压盖6、石墨垫片7和石墨填料8；所述阀芯1布置在上法兰4、外壳2、下法兰3组成的密封腔体内，石墨垫片7放在外壳2与上法兰4和下法兰3间，上法兰4和下法兰3使用螺栓连接紧固，阀杆5与上法兰4间的密封使用填料函压盖6压紧上法兰4通孔台阶上的石墨填料8实现阀杆5的密封。
如图3、图4和图5所示，所述阀芯1为阶梯轴结构，包括分流挡板1-4、分布在分流挡板1-4两端的第一密封台阶1-3和第二密封台阶1-5、分布在第一密封台阶1-3另一端的柱状块1-2、分布在柱状块1-2另一端的与阀杆5卡接的矩形块1-1以及分布在第二密封台阶1-5另一端的阀芯支座1-6；所述第一密封台阶1-3和第二密封台阶1-5的侧面分别开有凹槽1-7，两个凹槽1-7分别位于分流挡板1-4的两侧。本实施例凹槽1-7的形状为V型。
如图2所示，所述外壳2为空心柱状，在外壳2相对于所述阀芯1的第一密封台阶1-3和第二密封台阶1-5间的位置开有两个相对的出水口2-1，在外壳2相对于所述柱状块1-2的位置处开有上进水口2-2，在外壳2相对于所述阀芯支座1-6的位置处开有下进水口2-3。所述阀杆5的下端带有和阀芯1的矩形块1-1卡接的矩形槽；在所述外壳2的下端设置有下法兰3，所述下法兰3的内侧开有外壳2插入的环形凹槽，凹槽内放置有石墨垫片7；在所述外壳2的上端设置有上法兰4，所述上法兰4中间开有供阀杆5穿出的台阶通孔，所述台阶通孔的上端开有内螺纹，台阶通孔的台阶上放置有石墨填料8，在所述上法兰4的内侧也开有外壳2插入的环形凹槽，凹槽内也放置有石墨垫片7；所述下法兰3和上法兰4均开有供螺栓穿过的通孔；所述填料函压盖6带有和上法兰4的台阶通孔内螺纹相适配的外螺纹。通过填料函压盖6将填入上法兰4台阶通孔上的石墨填料8压紧，达到阀杆密封的目的。阀杆5穿出填料函压盖6。本发明采用石墨垫片7和石墨填料8，由于石墨具有良好的耐高温和润滑性能，起密封作用的同时，也能够提供一定的润滑作用，减小运动部件阀杆5的转动阻力。
如图6所示，所述分流挡板1-4的截面形状为菱形。起到分割两路流体和保持阀芯刚度的作用。
作为本发明的优选实施方式，所述两个相对的出水孔2-1间的角度为180°，方便切换时阀芯位置定位。
本发明的工作原理为：水分别从外壳2的上进水口2-2和下进水口2-3进入外壳2与阀芯1间，通过第一密封台阶1-3和第二密封台阶1-5上的V型槽1-7进入分流挡板1-4和外壳2间的空腔中，然后通过外壳2上两个相对的出水孔2-1分别流出。通过旋转阀杆5改变分流挡板1-4的角度位置，使两个出水孔2-1调换位置到分流挡板1-4对侧，实现流动方向的切换。
本发明通过在西安交通大学动力工程多相流国家重点实验室的高温高压气液两相流试验台上的1200次冷热流体切换实验验证。实验验证的工作参数为：系统压力16Mpa，冷流体温度30℃，热流体温度320℃，冷热流体流量均为2t/h。实验过程中，阀门转动灵活，工作可靠，维护方便，满足了高温、高压、频繁、快速切换的性能要求。

Claims (4)

1.一种新型高温高压冷热流体瞬态切换四通阀，其特征在于：包括阀芯（1）、外壳（2）、下法兰（3）、上法兰（4）、阀杆（5）、填料函压盖（6）、石墨垫片（7）和石墨填料（8）；
所述阀芯（1）套入外壳（2）内，所述阀芯（1）为阶梯轴结构，包括分流挡板（1-4）、分布在分流挡板（1-4）两端的第一密封台阶（1-3）和第二密封台阶（1-5）、分布在第一密封台阶（1-3）另一端的柱状块（1-2）、分布在柱状块（1-2）另一端的与阀杆（5）卡接的矩形块（1-1）以及分布在第二密封台阶（1-5）另一端的阀芯支座（1-6）；所述第一密封台阶（1-3）和第二密封台阶（1-5）的侧面分别开有凹槽（1-7），两个凹槽（1-7）分别位于分流挡板（1-4）的两侧；
所述外壳（2）为空心柱状，在外壳（2）相对于所述阀芯（1）的第一密封台阶（1-3）和第二密封台阶（1-5）间的位置处开有两个相对的出水口（2-1），在外壳（2）相对于所述柱状块（1-2）的位置处开有上进水口（2-2），在外壳（2）相对于所述阀芯支座（1-6）的位置处开有下进水口（2-3）；
在所述外壳（2）的下端设置有下法兰（3），所述下法兰（3）内侧开有外壳（2）插入的环形凹槽，凹槽内放置有石墨垫片（7）；
在所述外壳（2）的上端设置有上法兰（4），所述上法兰（4）中间开有供阀杆（5）穿出的台阶通孔，所述台阶通孔的上端开有内螺纹，台阶通孔的台阶上放置有石墨填料（8），在所述上法兰（4）的内侧也开有外壳（2）插入的环形凹槽，凹槽内也放置有石墨垫片（7）；
所述下法兰（3）和上法兰（4）均开有供螺栓穿过的通孔；
所述阀杆（5）的下端带有和阀芯（1）的方形块（1-1）卡接的矩形槽；
所述填料函压盖（6）带有和上法兰（4）的台阶通孔内螺纹相适配的外螺纹。
2.根据权利要求1所述的一种新型高温高压冷热流体瞬态切换四通阀，其特征在于：所述分流挡板（1-4）的截面形状为菱形。
3.根据权利要求1所述的一种新型高温高压冷热流体瞬态切换四通阀，其特征在于：所述两个相对的出水口（2-1）间的角度为180°。
4.根据权利要求1所述的一种新型高温高压冷热流体瞬态切换四通阀，其特征在于：所述阀芯（1）和填料函压盖（6）的材料采用黄铜，外壳（2）、下法兰（3）、上法兰（4）和阀杆（5）的材料采用不锈钢。
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