CN103807460A - 胀开式自密封球阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及球阀。一种胀开式自密封球阀，包括阀体、阀芯和两个位于阀体内的环形阀座，阀体内设有容置腔，阀芯容置在容置腔内，容置腔设有流体入口和流体出口，阀座的内周面上设有若干沿阀座周向延伸的环形膨胀槽，两个阀座中的一个阀座设置在流体进口和阀芯之间、另一个阀座设置在流体出口同阀芯之间，阀座一端同阀体密封抵接在一起、另一端同阀芯密封抵接在一起。本发明旨在提供一种通过流经阀的流体的压力进行补偿的且流体压力越高则密封性能越好的胀开式自密封球阀，解决了流经阀的流体压力会破坏球阀的密封性能而导致高压下阀的密封性难以保证的问题和补偿功能的增加会导致阀的结构变复杂的问题。

Description

胀开式自密封球阀

技术领域

    本发明涉及球阀，尤其涉及一种胀开式自密封球阀。

背景技术

球阀是球型阀芯通过阀杆带动，并绕阀杆的轴线作旋转运动的阀门。在中国专利号为911071873、公开日为1992年11月11日、名称为“球阀”的专利文件中公开了一种球阀。在中国专利申请号为2006100495211、公开日为2006年8月2日、名称为“球阀”的专利文件中也公开了一种球阀。球阀都由阀体、阀芯、阀座和使阀芯转动的阀杆构成，阀座起到支撑和将阀芯同阀体密封连接在一起的作用，现有的阀在多次开启而导致阀芯和阀座之间产生磨损后会产生泄漏现象。为了解决阀座和阀芯产生磨损后会泄露的问题，设计出了具有补偿功能的球阀。在中国专利号为2011201747201、授权公告日为2011年12月28号、名称为“一种自补偿式超硬耐磨耐高温高压金属硬密封球阀”的专利文件中公开了一种能在阀芯和阀座之间产生磨损后能使阀芯和阀座之间仍然处于密封状态的球阀。现有的球阀补偿的方法为：将阀座通过弹簧压紧在阀芯上，在阀体和阀座之间再设置密封件，当阀座同阀芯之间产生磨损时、在弹簧的作用下阀座自动向阀芯靠拢而补偿磨损量，使得阀芯同阀座之间能够长期保持密封连接。现有的补偿阀芯和阀座之间的磨损的方法存在以下不足：弹簧容易在高温下发生弹性失效、阀座采用增强聚四氟乙烯镶入不锈钢圈内的结构实现时高温时阀座会膨胀而产生卡死的现象、增加补偿功能时使得阀的结构变得更为复杂。现有的球阀无论是具有补偿功能还是不具有补偿功能的都具有以下不足：流经球阀的流体的压力会破坏阀座同阀芯之间以及阀体同阀座之间的密封、压力越高则阀的密封性能越容易被破坏、难以满足高压环境下的运行需要。

发明内容

本发明的第一目的旨在提供一种通过流经阀的流体的压力进行补偿的且流体压力越高则密封性能越好的胀开式自密封球阀，解决了流经阀的流体压力会破坏球阀的密封性能而导致高压下阀的密封性难以保证的问题和补偿功能的增加会导致阀的结构变复杂的问题。

本发明的第二目的旨在提高一种能适应高温工作环境下的补偿的胀开式自密封球阀，解决了现有的球阀的补偿结构在高温环境下会产生失效和卡死的问题。

本发明的地三个目的旨在提供一种阀轴不容易产生扭曲变形且便于加工的胀开式自密封球阀，解决了现有的球阀在封闭状态下受到流体的压力挤压和转动过程中阀轴容易产生弯曲变形的问题。

以上技术问题是通过下列技术方案解决的：一种胀开式自密封球阀，包括阀体和阀芯，阀体内设有容置腔，阀芯容置在容置腔内，容置腔设有流体入口和流体出口，其特征在于，还包括两个位于阀体内的环形阀座，所述阀座的内周面上设有若干沿阀座周向延伸的环形膨胀槽，两个阀座中的一个阀座设置在流体进口和阀芯之间、另一个阀座设置在流体出口同阀芯之间，阀座一端同所述阀体密封抵接在一起、另一端同所述阀芯密封抵接在一起。在工作过程中，因膨胀槽是位于阀的流体通道的内表面上的，流体会进入膨胀槽中，流体的压力使得阀座沿阀内的流通通道的轴向胀开、当阀座同阀芯增加产生磨损时能够产生补偿作用，且流体的压力越大则阀座同阀芯之间以及阀座同阀体之间会抵接得越紧即密封性会越好，从而巧妙地实现了球阀在高压环境下的密封问题。且补偿功能的实现不会增加部件（现有的需要外加弹簧和将阀座同阀体密封在一起的密封件）。本发明的补偿方式能够同时对阀座同阀体之间和阀座同阀芯之间进行补偿，使得阀座同阀体之间的密封的实现变得简单易行，仅以抵接的方式进行即可，从而使得将球阀的各个部件组装在一起时变得方便。

作为优选，所述阀体内设有连接凸环，所述阀座套设在所述连接凸环上。连接凸环的设计，便于固定和定位阀座，提高了组装时的方便性。

作为优选，所述连接凸环的外周面为锥面，所述阀体通过所述连接凸环的外周面同所述阀座密封抵接在一起。通过将连接凸环的外周面设置为锥面且通过该面同阀座进行密封，补偿效果好，密封时的可靠性好，便于实现密封。在流体压力较大而导致阀座张开量大时，密封面的面积会降低且可达到线接触密封，开启阀时省力且灵敏度好，流体的压力升高不会产生开启力大幅上升而致使开启费力（现有的球阀即存在流体压力增加时阀难以开启的现象）的现象。

作为优选，所述阀座远离阀芯的一端设有密封面，所述密封面为锥面，所述阀座通过所述密封面配合所述连接凸环的外周面密封连接在一起，所述密封面的锥度和所述连接凸环外周面的锥度相等。便于实现初始状态（没有受到流体压力时的状态）时的阀座同阀芯之间的密封。

作为优选，所述阀座的径向外侧同所述阀体抵接在一起。能防止阀座产生径向移动，既能使得阀座膨胀开时只沿阀座的轴向进行、在同样流体压力下所能到达的补偿效果好，又能使阀座同相邻部件之间以较小的密封面进行密封变得易于实现、密封面小能降低转动阀轴时的力、转动阀时轻松省力且灵敏度好，同时该设计使得以锥面或柱面进行密封时各处密封效果的一致性好。

作为优选，所述膨胀槽至少有两道。能够在压力一定的情况下增加阀座的轴向最大张开距离，补偿时的可靠性好，尤其是流体压力较低时。

作为优选，所述阀座的外周面上设有沿阀座周向延伸的环形助力槽，所述助力槽同膨胀槽错开。助力槽为开启阀的瞬间提供变形空间，从而使得开启阀时轻松省力。

本发明还包括同轴设置的阀杆和定位轴，所述阀芯的一侧通过所述阀杆转动连接在所述阀体上、另一侧通过所述定位轴转动连接在所述阀体上，所述阀杆和定位轴都贯通至阀芯内的液流通道且同阀芯直接连接在一起。阀前流体压力在阀芯上产生的作用力全部传递给阀轴和定位轴同阀体的连接处，不会使阀芯向阀座移动，因而阀座不会承受过大的压力，所以固定阀芯转矩小、阀座变形小，密封性能稳定、使用寿命长，使得本发明更加适用于高压、大口径场合；消除了由于进口压力推动阀芯与阀座而形成的巨大密封负荷而造成的过大的扭矩。阀芯两端支撑在阀体上、阀杆不容易弯曲变形。“所述阀杆和定位轴都贯通至阀芯内的液流通孔且同阀芯直接连接在一起”的结构装配关系能够将阀芯上装配阀杆和定位轴用的孔一次性加工出（如果不是该设计则需要在加工好一个孔后翻转阀芯再加工另一个孔）且能提高阀杆和定位杆之间的同轴度。

作为优选，所述阀座为金属材料制作而成。阀座通过金属材料制作，使得本发明能适应高温的工作环境。

作为优选，所述阀芯上的流体通道的中心线同阀座的轴线平行时，阀座套设在阀芯上。使得本发明无论处于开启状态还是关闭状态，阀座都是套装在阀芯上的，密封固定效果好。

本发明具有下述优点，通过将阀座设计为胀开式而利用流经阀的流体的压力来实现阀座的膨胀开进行补偿和增加密封效果，使得补偿效果和密封效果能够自动适应流体压力的变化，且流体的压力对阀座的密封性能起到促进的作用而非现有的破坏作用；能方便地实现阀在高温环境下的密封和补偿；结构简单、装配方便，增加了补偿功能但没有增加阀的部件。

附图说明

图1为本发明实施例一处于完全开启状态时的结构示意图。

图2为本发明实施例一处于闭合状态时的结构示意图。

图3为本发明实施例二的结构示意图。

图4为本发明实施例三的结构示意图。

图中：阀体1，阀体主体11，阀体盖12，容置腔13，流体出口14，流体入口15，第一连接凸环16，第二连接凸环17，阀芯2，流体通道21，第一阀座31，第二阀座32，膨胀槽33，第一密封面34，第二密封面35，第三密封面36，第四密封面37，助力槽38，阀杆4，定位轴5。

具体实施方式

下面结合附图与实施例对本发明作进一步的说明。

实施例一，参见图1，一种胀开式自密封球阀，包括阀体1、阀芯2、第一阀座31和第二阀座32。

阀体1所用的材料为WCB（WCB是铸的碳钢的意思）。阀体1由阀体主体11和阀体盖12对接而成。阀体主体11和阀体盖12围出容置腔13。容置腔13设有位于阀体主体11上的流体出口14和位于阀盖12上的流体入口15。流体出口14的内端上设有第一连接凸环16。流体入口15的内端上设有第二连接凸环17。第一连接凸环16的外周面和第二连接凸环17的外周面都为锥面。

阀芯2所用的材料为SUS304。阀芯2容置在容置腔13内。阀芯2设有流体通道21。阀芯2的上侧通过阀杆4转动连接在阀体1上。阀杆4同阀体1之间密封连接在一起且设有轴承。阀杆4贯通至液流通道21且直接插于阀芯2，即阀杆4不通过其它部件以隔离的方式连接在阀芯上。阀杆4和阀芯2之间通过键连接在一起。阀杆4所用的材料为2Cr13。阀芯2的下侧通过定位轴5转动连接在阀体1上。定位轴5同阀体之间密封连接在一起且设有轴承。定位轴5贯通至液流通道21且直接插于阀芯2，即定位轴5不通过其它部件以隔离的方式连接在阀芯上。定位轴5和阀芯2之间通过键连接在一起。阀杆4和定位轴5同轴。定位轴5所用的材料为2Cr13。

第一阀座31由SUS304材料制作而成。第一阀座31为环形。第一阀座31的内周面上设有一条沿第一阀座31周向延伸的环形膨胀槽33。第一阀座31的右端面和内周面之间设有第一密封面34。第一阀座31的左端面和内周面之间设有第二密封面35。第一密封面34和第二密封面35都为锥面。第一密封面34的锥度同第一连接凸环16外表面的锥度相等。第一阀座31套设在第一连接凸环16上。第一密封面34密封抵接在第一连接凸环16的外表面上。第一阀座31的左端套设在阀芯2的右端上。第二密封面35同阀芯2密封抵接在一起。

第二阀座32由SUS304材料制作而成。第二阀座32为环形。第二阀座32的内周面上设有一条沿第二阀座32周向延伸的环形膨胀槽33。第二阀座32的左端面和内周面之间设有第三密封面36。第二阀座32的右端面和内周面之间设有第四密封面37。第三密封面36和第四密封面37都为锥面。第三密封面36的锥度同第二连接凸环17外表面的锥度相等。第二阀座32套设在第二连接凸环17上。第三密封面36密封抵接在第二连接凸环17的外表面上。第二阀座32的右端套设在阀芯2的左端上。第四密封面37同阀芯2密封抵接在一起。

当第一阀座31和/或第二阀座32磨损时，流经阀的流体的压力能够使阀座膨胀开而起到补偿作用，流经阀的流体的压力越高时密封效果越好。

参见图2，关闭本发明时通过转动阀杆4。使阀芯2以阀杆4的轴线为轴转动到液流通道21同流体进口14和流体出口15完全错开即可。

实施例二，参见图3，同实施例一的不同之处为：第一阀座31的内周面上设有两条膨胀槽33。第一阀座31的外周面上设有一条助力槽38。助力槽38同膨胀槽33错开。第一阀座31的径向外侧同阀体1抵接在一起。同样，第二阀座32的内周面上设有两条膨胀槽33。第一阀座31的外周面上设有一条助力槽38。助力槽38同膨胀槽33错开。第二阀座32的径向外侧同阀体1抵接在一起。

实施例三，参见图4，同实施例一的不同之处为：第一阀座31和第二阀座32都通过端面同阀体1的端面抵接在一起进行密封。处于完全开启状态时，第一阀座31和第二阀座32都通过端面同阀芯2的端面抵接在一起进行密封。第一阀座31的径向外侧同阀体1抵接在一起。第二阀座32的径向外侧同阀体1抵接在一起。

Claims (10)

1.一种胀开式自密封球阀，包括阀体和阀芯，阀体内设有容置腔，阀芯容置在容置腔内，容置腔设有流体入口和流体出口，其特征在于，还包括两个位于阀体内的环形阀座，所述阀座的内周面上设有若干沿阀座周向延伸的环形膨胀槽，两个阀座中的一个阀座设置在流体进口和阀芯之间、另一个阀座设置在流体出口同阀芯之间，阀座一端同所述阀体密封抵接在一起、另一端同所述阀芯密封抵接在一起。

2.根据权利要求1所述的胀开式自密封球阀，其特征在于，所述阀体内设有连接凸环，所述阀座套设在所述连接凸环上。

3.根据权利要求2所述的胀开式自密封球阀，其特征在于，所述连接凸环的外周面为锥面，所述阀体通过所述连接凸环的外周面同所述阀座密封抵接在一起。

4.根据权利要求3所述的胀开式自密封球阀，其特征在于，所述阀座远离阀芯的一端设有密封面，所述密封面为锥面，所述阀座通过所述密封面配合所述连接凸环的外周面密封连接在一起，所述密封面的锥度和所述连接凸环外周面的锥度相等。

5.根据权利要求1或2或3或4所述的胀开式自密封球阀，其特征在于，所述阀座的径向外侧同所述阀体抵接在一起。

6.根据权利要求1或2或3或4所述的胀开式自密封球阀，其特征在于，所述膨胀槽至少有两道。

7.根据权利要求6所述的胀开式自密封球阀，其特征在于，所述阀座的外周面上设有沿阀座周向延伸的环形助力槽，所述助力槽同膨胀槽错开。

8.根据权利要求1或2或3或4所述的胀开式自密封球阀，其特征在于，还包括同轴设置的阀杆和定位轴，所述阀芯的一侧通过所述阀杆转动连接在所述阀体上、另一侧通过所述定位轴转动连接在所述阀体上，所述阀杆和定位轴都贯通至阀芯内的液流通道且同阀芯直接连接在一起。

9.根据权利要求1或2或3或4所述的胀开式自密封球阀，其特征在于，所述阀座为金属材料制作而成。

10.根据权利要求1或2或3或4所述的胀开式自密封球阀，其特征在于，所述阀芯上的流体通道的中心线同阀座的轴线平行时，阀座套设在阀芯上。

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