CN104896133A - 一种偏心球阀 - Google Patents

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张勤昭
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Abstract

本发明涉及阀门技术领域，特别涉及一种偏心球阀，用于高温、高压、高辐照、严密封、大口径和小流阻系数多种要求的场合，该偏心球阀包括阀体、球芯、阀轴和密封结构；该偏心球阀与常规三体式固定球阀存在两点不同：一是增加了阀轴中心线与球芯中心线之间的偏心距，提高了密封性能；二是取消了浮动阀座，结构更加简单，提高了阀门可靠性；该偏心球阀可实现主氦风机的检修。

Description

一种偏心球阀
技术领域
本发明涉及阀门技术领域，特别涉及一种用于高温、高压、高辐照、严密封、大口径和小流阻系数多种要求的场合下的偏心球阀。
背景技术
高温气冷堆是以石墨为慢化剂、氦气为冷却剂的高温反应堆，是一种固有安全性好、发电效率高、用途极为广泛的先进核反应堆。
高温气冷堆核电站的主氦风机检修应主要满足以下要求：
(1)防止一回路氦气冷却剂外泄；
(2)防止外界空气浸入一回路内部，保持一回路氦气冷却剂纯度。
而众所周知，氦气具有很强的渗透性，其在工业领域中的一个重要应用方向是进行密封检漏；另外，一回路氦气冷却剂额定压力7MPa，远远高于大气压，在这种条件下做到防止一回路氦气冷却剂外泄是非常困难的。另外，当主氦风机进行检修时，反应堆一回路需进行卸压，如何保证在反应堆一回路卸压状态下进行主氦风机检修，并确保外界空气不进入反应堆一回路也是一个难题，所以满足以上两条要求是非常困难的。为此，发明了一种针对主氦风机检修的密封结构，它包括主氦风机进气口、蜗壳和三个相同结构的三偏心蝶阀，具体结构见专利《一种用于高温气冷堆主氦风机检修的密封结构》(专利授权号：ZL201110131547.1)。
主氦风机检修时，对上述密封结构中的三偏心蝶阀提出了以下要求：耐高温(最高300℃)、高压(环境压力7MPa，密封压力1MPa)、高辐照(1×105Gy)、严密封(密封氦气，希望零泄漏)、大口径(DN620)和小流阻系数(希望尽可能小，以减小一回路压降)，并且需同时满足以上要求。而三偏心蝶阀不能满足小流阻系数的要求。常见阀门中，球阀的流阻系数最小，但是已有结构使球阀不能满足严密封要求。为此，需设计一种新结构的球阀取代三偏心蝶阀，同时满足以上六条要求，以实现主氦风机检修。
发明内容
为了克服上述现有技术存在的问题，本发明的目的在于提供一种偏心球阀，同时满足高温、高压、高辐照、严密封、大口径和小流阻系数六条要求，实现主氦风机检修。
为了解决上述问题，本发明采用如下技术方案：
一种偏心球阀，包括：阀体、球芯4、阀轴和密封结构；
所述阀体包括第一阀体1、第二阀体2和第三阀体3三部分，按左中右方式布置，通过螺栓连接，形成流体通道；
所述球芯4位于所述的流体通道内；
所述阀轴包括上阀轴5和下阀轴6两部分，分别布置在球芯4的上方和下方，用于支承和固定球芯4，以及带动球芯4旋转；
所述密封结构包括压盖9和密封圈10，通过压盖9将密封圈10固定在所述第三阀体3上；
所述压盖9和密封圈10均为圆环，其中心线与通道中心线7重合；
所述密封圈10的密封面朝向球芯4的球面；
与所述密封圈10相对的球芯4球面堆焊一圈硬质堆焊层14；
当偏心球阀处于全关状态时，球芯第一中心线8与阀轴中心线13垂直且相距偏心距a，所述球芯第一中心线(8)在偏心球阀处于全关状态时为与通道中心线7平行且相距a的球芯(4)的中心线。
进一步地，所述偏心球阀还可以增加阀轴中心线13与球芯第二中心线11之间的偏心距；
其中，当偏心球阀处于全关状态时，球芯第二中心线11与球芯第一中心线8和通道中心线7在一个平面，球芯第二中心线11为球芯第一中心线8的中垂线；
进一步地，所述密封圈10选择不锈钢缠绕的石墨垫片；
进一步地，所述球芯4是通过在球体内挖一个圆柱体形成，圆柱体贯穿球体，圆柱体中心线与球芯第二中心线11完全重合；
所述球芯4既可以是实心，也可以是空心；大口径场合下采用空心球芯；
进一步地，布置了密封结构的第三阀体3靠近来流方向。
有益效果：
本发明提供的偏心球阀结构简单、密封性能好、可靠性高，可同时满足高温、高压、高辐照、严密封、大口径和小流阻系数六种要求，实现主氦风机检修。
附图说明
图1为本发明实施例处于全关状态的结构示意图。
图2为图1Ⅰ处放大示意图。
图3为本发明实施例处于全开状态的结构示意图。
其中：1、第一阀体；2、第二阀体；3、第三阀体；4、球芯；5、上阀轴；6、下阀轴；7、通道中心线；8、球芯第一中心线；9、压盖；10、密封圈；11、球芯第二中心线；12、球芯第三中心线；13、阀轴中心线；14、硬质堆焊层。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
如图1和图3所示，其中图1是图3的球芯4绕阀轴中心线13顺时针(以图3的俯视方向作参考，下文相同。)旋转90°后的俯视剖面图，此时上阀轴5的投影为一个圆圈，而阀轴中心线13的投影为该圆圈的圆心。本发明实施例提供的偏心球阀，包括：阀体、球芯4、阀轴和密封结构。阀体包括第一阀体1、第二阀体2、第三阀体3三部分，按左中右方式水平布置，通过螺栓连接，形成流体通道。球芯4位于所形成的流体通道内。当偏心球阀处于全关状态时，球芯第一中心线8与阀轴中心线13垂直且相距a，a即为偏心距，如图1所示。阀轴包括上阀轴5和下阀轴6两部分，分别布置在球芯4的上方和下方，用于支承和固定球芯4，同时依靠上阀轴5带动球芯4旋转。密封结构布置在第三阀体3上，具体结构如图2所示。该密封结构包括压盖9和密封圈10。通过压盖9将密封圈10固定在第三阀体3上，密封圈10的密封面朝向球芯4的球面。球芯4与密封圈10相对的球面堆焊一圈硬质堆焊层14。这儿压盖9和密封圈10均为圆环，其中心线与通道中心线7重合。
本发明实施例提供的偏心球阀与常规的三体式固定球阀的区别在于：
1)阀轴中心线13与球芯第一中心线8之间存在偏心距a；
2)无浮动阀座。
由于偏心距a的存在，使得关闭球芯4的过程中，球芯4与密封圈10会越压越紧，理论上可以做到零泄漏。本发明实施例中只有一个偏心距a，实际实施时可不限于此，还可以增加阀轴中心线13与球芯第二中心线11之间的偏心距等其它偏心距。这儿，偏心球阀处于全关状态时，球芯第二中心线11与球芯第一中心线8和通道中心线7在一个平面，球芯第二中心线11为球芯第一中心线8的中垂线，如图1所示。为了便于理解，在图3中标注了球芯第三中心线12，它与球芯第一中心线8和球芯第二中心线11在空间上互相垂直，原点为图1所示的球芯第一中心线8和球芯第二中心线11的交点。
由于存在偏心距a，取消了传统的浮动阀座，直接在第三阀体3上固定密封圈10，使得球芯4关闭时，球芯4与密封圈10接触并挤压，从而保证密封，密封结构更加简单，进而提高了阀门的可靠性。
对于常规的三体式固定球阀，依靠浮动阀座与球芯接触来实现密封，但是推动浮动阀座的弹簧力有限，使得难以实现严密封。而对于本实施例提出的偏心球阀，偏心距a使得球芯4与密封圈10在球芯4关闭的过程中越压越紧，理论上可以做到零泄漏，满足严密封要求，使得对应的密封结构简化，也扩大了密封材料的选择面。这儿密封圈10可以选择不锈钢缠绕的石墨垫片。
由此，本发明实施例提出的偏心球阀可满足六大要求(小流阻系数、大口径、严密封、高温、高压、高辐照)的具体因素汇总如下：
1)小流阻系数。如图3所示，本发明实施例提供的偏心球阀在全开状态时，球芯第二中心线11与通道中心线7重合，通道畅通无阻，几乎没有局部阻力损失，只有非常小的沿程阻力系数；
2)大口径。本发明实施例提供的偏心球阀仍然为固定球阀，依靠上阀轴5和下阀轴6固定球芯4，适用于大口径场合；
3)严密封。偏心距a使得本发明实施例提出的偏心球阀理论上可以做到零泄漏；
4)高温、高压、高辐照。选择满足要求的密封材料即可。
球芯4是本发明实施例提出的偏心球阀用于实现开通和截断流道的关键部件。球芯4是通过在球体内挖一个圆柱体形成，圆柱体贯穿球体，圆柱体中心线与球芯第二中心线11完全重合。当偏心球阀处于全开状态时，如图3所示，它们与通道中心线7完全重合。球芯4既可以是实心，也可以是空心。对于大口径场合，为了减轻重量，推荐空心球芯。
对于本发明实施例提出的偏心球阀，密封结构布置在靠近来流方向的第三阀体3上，如图1和图3所示。这有助于关闭偏心球阀。
本发明的工作原理如下：上阀轴5连接电动装置。当偏心球阀处于图1所示的全关状态时，电动装置驱动上阀轴5逆时针转动90°，球芯4在上阀轴5的带动下绕阀轴中心线13逆时针旋转90°，此时球芯第二中心线11与通道中心线7重合，偏心球阀即处于图3所示的全开状态。
本发明提出的偏心球阀，结构简单、可靠性高、操作安全方便，可有效满足主氦风机检修时的六种要求，使主氦风机检修可行。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (5)

1.一种偏心球阀，包括阀体、球芯(4)、阀轴和密封结构；其特征在于：
所述阀体包括第一阀体(1)、第二阀体(2)和第三阀体(3)三部分，按左中右方式布置，通过螺栓连接，形成流体通道；
所述球芯(4)位于所述的流体通道内；
所述阀轴包括上阀轴(5)和下阀轴(6)两部分，分别布置在球芯(4)的上方和下方，用于支承和固定球芯(4)，以及带动球芯(4)旋转；
所述密封结构包括压盖(9)和密封圈(10)，通过压盖(9)将密封圈(10)固定在所述第三阀体(3)上；
所述压盖(9)和密封圈(10)均为圆环，其中心线与通道中心线(7)重合；
所述密封圈(10)的密封面朝向球芯(4)的球面；
与所述密封圈(10)相对的球芯(4)球面堆焊一圈硬质堆焊层(14)；
当偏心球阀处于全关状态时，球芯第一中心线(8)与阀轴中心线(13)垂直且相距偏心距a，所述球芯第一中心线(8)在偏心球阀处于全关状态时为与通道中心线7平行且相距a的球芯(4)的中心线。
2.根据权利要求1所述的一种偏心球阀，其特征在于，所述偏心球阀还能够增加阀轴中心线(13)与球芯第二中心线(11)之间的偏心距；
其中，当偏心球阀处于全关状态时，球芯第二中心线(11)与球芯第一中心线(8)和通道中心线(7)在一个平面，球芯第二中心线(11)为球芯第一中心线(8)的中垂线。
3.根据权利要求1所述的一种偏心球阀，其特征在于，所述密封圈(10)采用不锈钢缠绕的石墨垫片。
4.根据权利要求1所述的一种偏心球阀，其特征在于，所述球芯(4)是通过在球体内挖一个圆柱体形成，圆柱体贯穿球体，圆柱体中心线与球芯第二中心线(11)完全重合；
所述球芯(4)为实心或空心；大口径场合下采用空心球芯。
5.根据权利要求1所述的一种偏心球阀，其特征在于，布置了密封结构的第三阀体(3)靠近来流方向。
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