CN104653821A - 燃气用高防腐钢塑球阀及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种燃气用高防腐钢塑球阀及其制造方法，为了解决现有的阀门或全PE阀门或全金属阀门存在的缺陷，包括金属阀壳体，位于金属阀壳体中的金属阀球心，其特征是在金属阀壳体的进出口两端分别设置具有金属阀发散支管的金属阀袖管，金属阀发散支管上端分别装有PE发散球阀；金属阀袖管主管的一端设置具有套装其管体外表段的PE管段，且设有与金属阀袖管主管内径相等的PE管段外接段，并在PE管段与金属阀袖管配合段设有锁紧钢套；在金属阀壳体、金属阀袖管、锁紧钢套表面覆盖PE注塑防腐层。密封性能稳定、尺寸稳定性好、整体结构强度高，施工简便可靠。

Description

燃气用高防腐钢塑球阀及其制造方法
技术领域
本发明涉及阀门技术，尤其是一种燃气用高防腐钢塑球阀及其制造方法。
背景技术
球阀是PE燃气管道中非常重要的组成部分，也是燃气管道中技术含量较高的产品之一。目前国内外燃气管道中的阀门从材质上一般分两大类，一类是PE球阀，一类是金属球阀，两者各有显著的优缺点，其中PE球阀虽然具有不少优点，但由于其材料性质的局限，存在不少缺点，如产品刚性不足，在地质沉降，或热胀冷缩过程中，容易导致启闭扭矩和密封性能不太稳定；塑料材质的球芯在管路吹扫不彻底，有沙土等杂物残留堆积的情况下，球芯易受损，导致密封性能下降；在长时间静置或较长时间关闭受压的状态下，操作扭矩容易明显上升，易造成操作帽等配件的损伤，影响长期使用性能。金属球阀同样具有独特的优点，但在PE燃气管道中应用却不尽人意，如防腐性能不理想，若不进行合理处理，使用寿命较短，不能与PE管道50年的使用寿命相匹配；只适用于金属管路的焊接连接，与PE燃气管道连接很困难；产品笨重，施工不便。
本申请人对钢塑结合做出过尝试，并在2012年初申请了专利，即CN102635757B，公开了一种加强防腐聚乙烯钢塑转换接头及加工工艺，具有聚乙烯塑料管件和金属管件，聚乙烯塑料管件和金属管件部分套接，聚乙烯塑料管件和金属管件套接部分的金属管件外面加工有5-8道倒扣结构，两侧加工有2至3圈密封圈环形槽；聚乙烯塑料管件外面有楔形金属套筒；金属管件外面包覆DH无溶剂环氧涂料层，在转换接头外面包覆有热熔胶缠绕层和PEX热收缩套管；金属管件与聚乙烯塑料管件和楔形金属套筒与聚乙烯塑料管件之间形成过盈配合。但对专门的燃气用球阀尚未进行有效攻关。
发明内容
本发明的目的是为了解决现有的阀门或全PE阀门或全金属阀门存在的缺陷，提供一种结构设计合理、工艺科学的燃气用高防腐钢塑球阀及其制造方法，进行PE金属的有效结合，扬长补短，在产品的操作和密封等核心部位以及袖管、放散管、中部护套管等部位均进行优化，并适应相互进行接头转化。
本发明的上述技术问题主要是通过下述技术方案得以解决的：一种燃气用高防腐钢塑球阀，包括金属阀壳体，位于金属阀壳体中的金属阀球心，其特征是在所述的金属阀壳体的进出口两端分别设置具有金属阀发散支管的金属阀袖管，金属阀发散支管上端分别装有PE发散球阀；金属阀袖管主管的一端设置具有套装其管体外表段的PE管段，且设有与金属阀袖管主管内径相等的PE管段外接段，并在PE管段与金属阀袖管配合段设有锁紧钢套；在金属阀壳体、金属阀袖管、锁紧钢套表面覆盖PE注塑防腐层。
本技术方案根据PE和钢两种材料和特性以及阀门产品的原理，对金属球阀两端袖管结构进行优化，使接口部分通过精加工成为与钢塑转换产品中的钢管端相同的尺寸和结构，并设计了双道O型圈密封、楔形金属套筒锁固、多重倒扣钢管结构，然后通过与经过精制PE管段装配后，兼具抗拉强度和密封性能。
PE管段采用先注塑件毛坯，并经过充分的自然状态调节，待其内部分子结晶充分完成、内应力逐步释放后，再进行精加工，使产品尺寸稳定、精度高、不圆度小，确保与金属阀门袖管的配套精确、连接可靠，从而将金属袖管过渡为PE管段。实现了金属阀门和PE燃气管道之间可以直接采用热熔对接或电熔承插连接的目的，确保接口质量的可靠性和焊接操作的简便性。
本方案同时对金属球阀两侧的放散管、放散阀，以及阀门中部的护套管、操作帽等进行了优化设计，以PE等塑料材料为主，以减轻产品重量，同时，彻底解决金属阀门许多关键部位的防腐问题，将裸露于空气中的金属部件的面积减小到最少的范围。
作为优选，所述的两支金属阀发散支管分布在金属阀球心两端，两支金属阀发散支管之间设有阀杆管体，阀杆管体内设有与金属阀球心配合的金属阀阀杆。
作为优选，所述的阀杆管体表面设有PE防套管，阀杆管体顶端设有与金属阀阀杆配合的塑料操作帽。
作为优选，所述的金属阀袖管外表面设有多重倒扣齿圈。在PE钢塑完成融合之后完全为一体。
作为优选，所述的金属阀发散支管管体外表面设有多重倒扣齿圈，并设有PE过渡管与多重倒扣齿圈配合，PE过渡管和金属阀发散支管配合的外表面设有锁紧钢圈。
作为优选，所述的金属阀袖管表面的多重倒扣齿圈为排列在管体表面的圆锥体，圆锥体大直径端朝金属阀袖管与PE管段配合段的前端。
作为优选，所述的金属阀袖管与金属阀球心配合的端部设有金属阀密封组件。
作为优选，所述的金属阀发散支管通过PE发散管与PE发散球阀连接，两支金属阀发散支管和阀杆管体外部通过塑料夹板连接成整体。
作为优选，一种燃气用高防腐钢塑球阀的制造方法，其特征是包括以下内容：
一、对金属阀袖管和PE管段配合处设置的锁紧钢套内孔进行锥孔加工，使其具有楔形套筒锁固功能。
二、在金属阀袖管、PE管段、锁紧钢套配合处，使锁紧钢套的厚度完全位于金属阀袖管管体表面以外，以形成PE注塑防腐层（2）的缩径体。
三、采用的PE塑件首先把原材料经过90℃温度下、≥8小时集中除湿烘干，充分干燥处理，然后成型塑件毛坯，冷却后，再对塑件进行高、低温状态调节，最后进行精加工。
四、位于PE护套管顶部的塑料操作帽采用PP聚丙烯材料制作，形成全封闭的塑料上开启结构。
五、金属阀发散支管和金属阀袖管为一体式铸造结构。
六、金属球阀外表面局部加工成凹槽结构。
七、采用全包覆注塑模式，将所有外露的金属部件全部包覆在PE层之中。本方案对后期采用钢塑转换模式连接的外露钢套，采用新型3PE防腐的模式进行有效防腐处理，3PE防腐即3层结构聚烯烃涂层（MAPEC）和挤压聚烯烃涂层。彻底杜绝了金属部位和外部空气、水分相接触而发生腐蚀。
作为优选，所述的全包覆注塑模式：注塑之前，对金属球阀外层进行喷砂除锈及脱脂处理；其模具设计为均匀薄壁结构；采用多点热流道进料；金属球阀在放入模具之前，先在烘箱中进行80～90℃预热；采用熔指为4g/10min的高压低密度聚乙烯材料包覆，同时采用低压中速的注塑工艺；注塑过程先采用中低温工艺，而在其后的整个注塑过程中，在球阀内径持续吹拂冷却压缩空气。
本发明的有效效果是：获得优异的产品刚性，其密封部件不受外界因素的影响，密封性能比较稳定；热胀冷缩率小，尺寸稳定性好，球阀密封件之间的配合精度高；球芯为金属材料，受管路中的泥沙等杂质的影响较小；整体结构强度高，可承受较高的压力；可以直接与PE燃气管道进行热熔对接或电熔连接，施工简便可靠；最大限度地采用塑料材料制作的配件，裸露的金属部分采用注塑包覆PE防腐层的模式，有效解决了金属阀门的腐蚀问题。
附图说明
图1是本发明的一种结构示意图。
图2是本发明图1的局部放大剖视结构示意图。
图3是本发明的金属阀袖管和金属阀发散支管部位局部放大结构示意图。
图4是本发明图3的M处局部放大结构示意图。
图5是本发明的金属阀袖管和锁紧钢套配合处和PE注塑防腐层结合部局部放大结构示意图。
图中：1. PE管段，2. PE注塑防腐层，3. 金属阀球心，4. 塑料夹板，5. PE发散管，6. PE防套管，7. PE发散球阀，8. 塑料操作帽，9. 锁紧钢套，10. 金属阀袖管，11. 金属阀发散支管，12. 金属阀密封组件，13. 金属阀壳体，14. 金属阀阀杆，15. PE过渡管，16. 双重密封圈，17. 多重倒扣齿圈。
具体实施方式
下面通过实施例，并结合附图，对本发明的技术方案作进一步具体的说明。
本实施例一种燃气用高防腐钢塑球阀，参考图1～图5，设一金属阀壳体13，金属阀壳体13中设有金属阀球心3，以金属阀壳体13为中心，在其进出口两端分别装配金属阀袖管10，金属阀袖管10的中间部位设有朝上的金属阀发散支管11，金属阀袖管10主管朝金属阀球心3的一端设有金属阀密封组件12，另一端进行PE管段1套接。
金属阀袖管10主管上的PE管段1套接：在金属阀袖管10管体外表面设置多重倒扣齿圈17，多重倒扣齿圈17是在管体表面加工出一排圆锥体，圆锥体大直径端朝金属阀袖管10与PE管段1配合段的前端，即装配后PE管段1无法后退，PE管段1在与金属阀袖管10套接后剩余的外接段内径与金属阀袖管主管内径相等。
在PE管段1与金属阀袖管10配合段部位套装锁紧钢套9，锁紧钢套9内孔为锥孔，锥孔大直径朝前，小直径在后，以达到越压越紧的效果。
金属阀发散支管11管体外表面同样设有多重倒扣齿圈，并通过PE过渡管15、PE发散管连接到PE发散球阀7，PE过渡管15和金属阀发散支管11配合的外表面采用锁紧钢圈锁定。
从整体结构来看，两支金属阀发散支管11以金属阀球心3为中心分布在其两端，两支金属阀发散支管11之间设有阀杆管体，该阀杆管体内设有与金属阀球心3配合的金属阀阀杆14，即控制主管道阀门开闭机构，阀杆管体表面设有PE防套管6，阀杆管体顶端设有与金属阀阀杆配合的塑料操作帽8。两支金属阀发散支管11所在的PE发散球阀7控制部和阀杆管体外部通过塑料夹板4连接成一整体。
在金属阀壳体13、金属阀袖管11、锁紧钢套9等金属表面进行一次性覆盖PE注塑防腐层2。
本案一种燃气用高防腐钢塑球阀的制造方法，除常规PE、钢体加工手段之外，还具有以下特征内容：
对金属阀袖管10和PE管段1配合处设置的锁紧钢套9内孔进行锥孔加工，锥度≤1:50，使其具有楔形套筒锁固功能，并容易进行过盈配合。
在金属阀袖管10、PE管段1、锁紧钢套9配合处，使锁紧钢套的厚度完全位于金属阀袖管管体表面以外，以形成PE注塑防腐层2的缩径体。金属阀发散支管11和金属阀袖管10为一体式铸造结构，且金属球阀外表面局部加工成凹槽结构。保证PE注塑防腐层2完全融合在金属表面。
本实施例两端采用的PE管段，首先选用优质原料，在90℃温度下，≥8小时集中强力除湿烘干做充分干燥处理，然后采用模具在注塑机上生产塑件毛坯，冷却后，再放入大型高低温温度循环装置中对塑件进行高、低温状态调节，充分释放塑件毛坯由于注塑工艺残留的内应力，使尺寸和性能稳定性达到最佳状态，随后再进行高精度尺寸加工。确保塑件的尺寸稳定、精度高、不圆度小，使其与金属阀门袖管的配套精确、连接可靠。通过楔形金属套筒紧密装配后，将金属球阀的袖管过渡为PE管段，实现金属阀门和PE燃气管道之间可以直接采用热熔对接或电熔承插连接。
位于PE护套管6顶部的塑料操作帽8采用PP聚丙烯材料制作，形成全封闭的塑料上开启结构。
采用全包覆注塑模式，将所有外露的金属部件全部包覆在PE层之中。
所述的全包覆注塑模式，其模具设计成均匀薄壁结构，并采用多点热流道进料，确保PE包覆层较薄的情况下，熔料能顺利、均匀的包覆住整个金属球阀的外层。注塑之前，先对金属球阀外层进行喷砂除锈及脱脂处理，并将金属球阀外表面局部加工成凹槽结构，增加与外层PE的接触面积，提高两者的附着力。金属球阀在放入专用模具之前，先在烘箱中进行85℃预热，以提高PE材料在其表面的流动性和粘合力。采用熔指高达4g/10min的高压低密度聚乙烯材料包覆，以确保对金属阀门的包覆充分和完整。为防止金属阀门壳体受注塑压力产生形变，采用低压中速的注塑工艺。为避免注塑过程中的高温PE熔料对金属阀门内部的密封配件产生影响，首先采用中低温的工艺，同时在注塑整个过程中，在球阀内径持续吹拂冷却压缩空气，确保密封圈温度始终低于其最高使用温度。
对于大规格阀门除了采取上述措施之外，可采用齿轮传动结构对钢塑转换球阀进行有效改进，这种齿轮结构采用三组齿轮减速装置，将操作扭矩降低约10倍，同时其中一组齿轮设计成独特的缺牙结构，从而实现金属阀球芯开启或关闭到位后，主动齿轮与带缺牙结构的传动齿轮之间自动打滑，防止金属阀球芯启闭到位后，继续盲目操作时导致球阀传动机构的损坏，使球阀的启闭操作更加简便、轻松，杜绝人为误操作导致的产品损伤。
上述实施例是对本发明的说明，不是对本发明的限定，任何对本发明的简单变换后的结构、工艺均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种燃气用高防腐钢塑球阀，包括金属阀壳体（13），位于金属阀壳体中的金属阀球心（3），其特征是在所述的金属阀壳体的进出口两端分别设置具有金属阀发散支管（11）的金属阀袖管（10），金属阀发散支管上端分别装有PE发散球阀（7）；金属阀袖管主管的一端设置具有套装其管体外表段的PE管段（1），且设有与金属阀袖管主管内径相等的PE管段外接段，并在PE管段与金属阀袖管配合段设有锁紧钢套（9）；在金属阀壳体、金属阀袖管、锁紧钢套表面覆盖PE注塑防腐层（2）。
2.根据权利要求1所述的一种燃气用高防腐钢塑球阀，其特征在于所述的两支金属阀发散支管（11）分布在金属阀球心（3）两端，两支金属阀发散支管之间设有阀杆管体，阀杆管体内设有与金属阀球心配合的金属阀阀杆（14）。
3.根据权利要求2所述的一种燃气用高防腐钢塑球阀，其特征在于所述的阀杆管体表面设有PE防套管（6），阀杆管体顶端设有与金属阀阀杆配合的塑料操作帽（8）。
4.根据权利要求1或2所述的一种燃气用高防腐钢塑球阀，其特征在于所述的金属阀袖管（10）外表面设有多重倒扣齿圈（17）。
5.根据权利要求1或2所述的一种燃气用高防腐钢塑球阀，其特征在于所述的金属阀发散支管（11）管体外表面设有多重倒扣齿圈，并设有PE过渡管（15）与多重倒扣齿圈配合，PE过渡管和金属阀发散支管配合的外表面设有锁紧钢圈。
6.根据权利要求4所述的一种燃气用高防腐钢塑球阀，其特征在于所述的金属阀袖管（10）表面的多重倒扣齿圈（17）为排列在管体表面的圆锥体，圆锥体大直径端朝金属阀袖管与PE管段（1）配合段的前端。
7.根据权利要求1或2所述的一种燃气用高防腐钢塑球阀，其特征在于所述的金属阀袖管（10）与金属阀球心（3）配合的端部设有金属阀密封组件（12）。
8.根据权利要求2或3所述的一种燃气用高防腐钢塑球阀，其特征在于所述的金属阀发散支管（11）通过PE发散管（5）与PE发散球阀（7）连接，两支金属阀发散支管和阀杆管体外部通过塑料夹板（4）连接成整体。
9.一种如专利要求1～8所述的燃气用高防腐钢塑球阀的制造方法，其特征是包括以下内容：
（一）、对金属阀袖管（10）和PE管段（1）配合处设置的锁紧钢套（9）内孔进行锥孔加工，使其具有楔形套筒锁固功能；
（二）、在金属阀袖管（10）、PE管段（1）、锁紧钢套（9）配合处，使锁紧钢套的厚度完全位于金属阀袖管管体表面以外，以形成PE注塑防腐层（2）的缩径体；
（三）、采用的PE塑件首先把原材料经过90℃温度下、≥8小时集中除湿烘干，充分干燥处理，然后成型塑件毛坯，冷却后，再对塑件进行高、低温状态调节，最后进行精加工；
（四）、位于PE护套管（6）顶部的塑料操作帽（8）采用PP聚丙烯材料制作，形成全封闭的塑料上开启结构；
（五）、金属阀发散支管（11）和金属阀袖管（10）为一体式铸造结构；
（六）、金属球阀外表面局部加工成凹槽结构；
（七）、采用全包覆注塑模式，将所有外露的金属部件全部包覆在PE层之中。
10.根据权利要求9所述的一种燃气用高防腐钢塑球阀的制造方法，其特征在于所述的全包覆注塑模式：注塑之前，对金属球阀外层进行喷砂除锈及脱脂处理；其模具设计为均匀薄壁结构；采用多点热流道进料；金属球阀在放入模具之前，先在烘箱中进行80～90℃预热；采用熔指为4g/10min的高压低密度聚乙烯材料包覆，同时采用低压中速的注塑工艺；注塑过程先采用中低温工艺，而在其后的整个注塑过程中，在球阀内径持续吹拂冷却压缩空气。
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