CN105156710B - 具有预紧滑动阀座结构的低温球阀 - Google Patents

Abstract

具有预紧滑动阀座结构的低温球阀，包括阀体、长颈阀盖、滑动阀座、手柄、球体和阀杆，阀体上设有位于滑动阀座上方用于压紧两个滑动阀座的浮动压紧机构，浮动压紧机构包括水平设置的支撑板和位于支撑板下方的导向板，支撑板和导向板的中心均设有用于阀杆通过的穿孔，导向板左侧和右侧分别设有导向孔，同侧导向孔的数目至少设置两个，每个导向孔内滑动设有套管，套管内螺纹连接有调节螺钉，支撑板下表面与套管上端之间设有压缩弹簧，调节螺钉下端伸出套管并与滑动阀座顶部压接配合。本发明结构简单、工作可靠、操作简易、密封性好、开启力小、实现了低温工况下的完全密封、维修方便、使用寿命长。

Description

具有预紧滑动阀座结构的低温球阀

技术领域

本发明涉及一种用于液氮、液化天然气等管道上的阀门，尤其涉及具有预紧滑动阀座结构的低温球阀。

背景技术

球阀是一种结构简单的用于低压管道介质的开关控制。球阀是指启闭件（球体或阀瓣）为球形，围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的一种阀，在管道上主要起切断作用。

球阀的密封结构一般由阀体、球体、阀座等组成，按球分类可分为浮动球或固定球二种结构形式，按阀体密封面（也称为阀座）可分为固定式、直线移动式和斜面滑动式。密封圈采用聚四氟乙稀系列材料，或者是整体不锈钢制成，通常将密封圈镶嵌在阀体槽中或移动支承架上。 组成密封结构的各零部件（阀体、球体、密封阀座）之间用外力将三者接触面相互压紧，它们之间的密封效果靠的是压紧、密切的接合及表面精度，工作状态时随着温度的变化（由常温20℃变到低温-196℃）各零部件尺寸形状发生改变。现有技术中，若采用固定式阀座，因其相互之间不能移动而且没有补偿功能，所以在低温状态下密封性能难以保证；若采用移动式阀座或者斜面滑动式阀座，虽然具有移动补偿作用，但所采用的密封圈不是耐低温材料，所以在低温工况下，密封圈会发生收缩，各零部件尺寸也会发生变化，密封效果就会降低甚至发生泄漏；浮动球阀的球体是浮动的，在介质的压力下，球体能产生一定的位移并压紧在出口端的密封面上，保证出口端密封，但是传统的浮动球阀在低温状态下工作时，内部流动的介质易被冻结，使得球体难以转动甚至是无法实现转动，从而使得整个浮动球阀的工作受到影响，使用寿命降低。

另外，专利号为 CN201420558288.X的中国发明专利公开了一种上装式斜面超低温浮动式球阀。该上装式斜面超低温浮动式球阀，包括阀体、阀盖、球体和阀杆，阀体和阀盖连接，阀杆底部与球体连接，阀杆外侧套设有弹簧，阀体上两侧均倾斜设有与球体对应的阀座组件，阀杆外侧还套设有弹簧压板，弹簧压板一端与弹簧抵压配合，另一端两侧分别与所述阀座组件抵压配合。以上结构存在以下缺陷：1、由于只在阀体两侧设有阀座组件，阀座组件上设有一体结构的密封圈分别与球体和阀体之间进行密封，比较频繁地操作阀杆带动球体转动，会使密封圈与球体之间摩擦受损，而密封圈与阀体内壁之间的摩擦力较小，本来不用更换与阀体内壁接触的密封圈部分，实际却把整个密封圈换掉，增加了维修成本；2、球体内部设置的通孔为直孔，当球阀在工作的状态下，介质在球体的通孔内流速很快，当转动阀杆关闭球阀过程中，快速流动的介质产生较大的阻碍球体转动的阻力，这就需要很大的开启力，尤其是在低温的状态下，球阀的工作状态会受到影响，易损坏；3、阀杆在转动过程中会与弹簧压板产生摩擦使弹簧压板中心孔变大，当弹簧压板与阀杆之间具有较大间隙时，穿套在阀杆上的弹簧对弹簧压板的压力并不是沿周向均匀分布的，这样就会使弹簧压板两侧对阀座组件产生不对称的压力，这就使两侧的阀座组件与球体之间的压力不平衡，久而久之，球体会产生偏移，影响到密封效果，导致介质泄漏。

发明内容

本发明为解决现有技术的不足之处，提供一种结构简单、工作可靠、操作简易、密封性好、确保在低温工况下密封可靠、开启力小的具有预紧滑动阀座结构的低温球阀。

为解决上述技术问题，本发明所采用的技术方案如下：具有预紧滑动阀座结构的低温球阀，包括阀体、长颈阀盖、手柄、球体和阀杆，阀体顶部敞口并与长颈阀盖下端法兰连接，阀体与长颈阀盖之间的连接面的内侧设有内密封环，阀体内部中空且阀体左侧和右侧分别设有管道连接口，阀杆和长颈阀盖同轴线设置，阀杆同轴向插设在长颈阀盖内并伸入阀体内部，阀杆与长颈阀盖之间转动且密封连接，阀杆上端与手柄固定连接，球体位于阀体内，球体侧部设有与管道连接口对应连通的通孔，球体顶端设有凹槽，阀杆下端插设在凹槽中与球体卡接配合，阀杆的轴线穿过球体中心，阀体关于阀杆的轴线左右对称，阀体在左侧和右侧的管道连接口的内端口处的内壁上均设置为斜面结构，两个斜面结构下侧均向球体中心方向倾斜并且关于阀杆轴线左右对称，阀体内设有两个滑动阀座，每个滑动阀座分别位于球体与一个斜面结构之间，阀体上设有位于滑动阀座上方用于压紧两个滑动阀座的浮动压紧机构，浮动压紧机构包括水平设置的支撑板和位于支撑板下方的导向板，支撑板和导向板的中心均设有用于阀杆通过的穿孔，阀体内壁与支撑板上表面的连接处设有上限位卡环，阀体内壁与导向板上表面的连接处设有下限位卡环，导向板左侧和右侧分别设有导向孔，同侧导向孔的数目至少设置两个，每个导向孔内滑动设有套管，套管内孔螺纹连接有调节螺钉，支撑板下表面与套管上端之间设有压缩弹簧，调节螺钉下端伸出套管并与滑动阀座顶部压接配合。

滑动阀座包括滑动板、主密封圈和副密封圈，滑动板与斜面结构平行，滑动板中部设有两侧分别与通孔和管道连接口对应连通的圆孔，滑动板顶部为平面结构，滑动板顶部与调节螺钉下端顶压配合，滑动板内径、管道连接口的内径、通孔的内径均相等，滑动板内侧表面设有呈圆环形的开放式凹槽，开放式凹槽内设有主密封圈，滑动板外侧表面设有呈圆环形的封闭式凹槽，封闭式凹槽内设有副密封圈，主密封圈与球体球面压接配合形成主密封副，副密封圈与斜面结构压接配合形成副密封副；

当球阀处于开启的状态时，球体内的通孔、滑动板上的圆孔、阀体两侧的管道连接口贯通，通孔由关于阀杆轴线左右对称的左孔段和右孔段构成，通孔的左孔段和右孔段的中心线之间的夹角为钝角，通孔的左孔段的中心线与左侧的斜面结构垂直，通孔的右孔段的中心线与右侧的斜面结构垂直。

长颈阀盖上部与阀杆之间填充有填料，长颈阀盖上端法兰连接有压紧填料的压盖，长颈阀盖与阀杆下部的连接处设有密封垫圈。

阀体与长颈阀盖之间的连接面的外侧设有外密封环。

采用上述技术方案，本发明的工作原理为：当本发明在常温下进行工作时，通过浮动压紧机构可以进行调紧各零部件之间相互吻合的松紧程度，让非金属密封材料（包括主密封圈和副密封圈）有一定的压塑，使密封效果达到最佳状态；当本发明在低温条件下工作时，各零部件由于内部组织发生收缩会发生尺寸的变化，尤其是位于滑动阀座上的主密封圈、副密封圈都有不同程度的尺寸变化，密封效果就会降低甚至发生泄漏，此时位于导向板与支撑板之间的压缩弹簧会顶压套管，套管内螺纹连接的调节螺钉向下顶压滑动阀座，滑动阀座沿斜面结构向下移动进行补偿，从而使密封重新吻合，最终达到主密封副和副密封副完全密封的效果。

本发明采用压缩弹簧推动滑动阀座进行移动补偿，有效的实现了在低温条件下的密封，在滑动阀座上设置主密封副和副密封副双重密封，使得本发明在低温条件下工作时实现完全密封，而且当主密封圈或副密封圈磨损时，只需更换主密封圈或副密封圈，不必全部更换，便于维修且节约成本。导向板和支撑板上端边缘均设有限位卡环，限定导向板和支撑板在阀体内壁处的位置，使得位于支撑板和导向板之间的压缩弹簧始终处于压紧状态，压缩弹簧向下对滑动阀座施加压紧力，使得滑动阀座上的主密封圈与球体表面紧密接触，从而密封可靠。当主密封圈和球体之间由于长时间摩擦而出现间隙时，可以使用扳手拧动调节螺钉，使调节螺钉下端进一步压紧滑动阀座。球体内部通孔的左孔段和右孔段的中心线之间的夹角为钝角，当介质流入通孔时可以产生朝向主密封圈和副密封圈的压力，该压力挤压球体使得球体与主密封圈之间紧密接触，实现紧密密封，而且介质在流经通孔的左孔段和右孔段时拐弯，降低介质的输送速度，使得通过手柄转动阀杆时所需的开启力减小。本发明在长颈阀盖上部与阀杆之间填充有填料，填料起密封作用，使得阀杆与长颈阀盖之间形成密封，而且在长颈阀盖与阀杆下部的连接处设有密封垫圈，阀杆与长颈阀盖之间的双重密封结构，即使主密封副和/或副密封副出现问题时，完全避免介质通过阀杆与长颈阀盖之间的间隙泄漏。另外，阀体与长颈阀盖之间的连接面的上的内密封环和外密封环，也是一种双重密封结构，即使主密封副和/或副密封副出现问题时，也可以完全避免介质通过阀体与长颈阀盖之间的间隙泄漏。

本发明的浮动压紧机构对两个滑动阀座可分别进行压紧和微调，确保球体两侧的滑动阀座对球体的压力相等，从而保持球体的平衡稳定性，达到良好的密封效果。

综上所述，本发明结构简单、工作可靠、操作简易、密封性好、开启力小、实现了低温工况下的完全密封、维修方便、使用寿命长。

附图说明

图1是本发明的总装结构剖视图；

图2是图1中A处的放大图；

图3是本发明滑动阀座的受力及位移分析图。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步详细的说明：

如图1和图2所示，具有预紧滑动阀座结构的低温球阀，包括阀体1、长颈阀盖2、手柄3、球体4和阀杆5，阀体1顶部敞口并与长颈阀盖2下端法兰连接，阀体1与长颈阀盖2之间的连接面上设有密封环6，阀体1内部中空且阀体1左侧和右侧分别设有管道连接口8，阀杆5和长颈阀盖2同轴线设置，阀杆5同轴向插设在长颈阀盖2内并伸入阀体1内部，阀杆5与长颈阀盖2之间转动且密封连接，阀杆5上端与手柄3固定连接，球体4位于阀体1内，球体4侧部设有与管道连接口8对应连通的通孔22，球体4顶端设有凹槽，阀杆5下端插设在凹槽中与球体4卡接配合，阀杆5的轴线穿过球体4中心，阀体1关于阀杆5的轴线左右对称，阀体1在左侧和右侧的管道连接口8的内端口处的内壁上均设置为斜面结构，两个斜面结构下侧均向球体4中心方向倾斜并且关于阀杆5轴线左右对称，阀体1内设有两个滑动阀座9，每个滑动阀座9分别位于球体4与一个斜面结构之间，阀体1上设有位于滑动阀座9上方用于压紧两个滑动阀座9的浮动压紧机构，浮动压紧机构包括水平设置的支撑板14和位于支撑板14下方的导向板10，支撑板14和导向板10的中心均设有用于阀杆5通过的穿孔，阀体1内壁与支撑板14上表面的连接处设有上限位卡环15，阀体1内壁与导向板10上表面的连接处设有下限位卡环11，导向板10左侧和右侧分别设有导向孔，同侧导向孔的数目至少设置两个，每个导向孔内穿设有套管21，套管21内孔螺纹连接有调节螺钉12，支撑板14下表面与套管21上端之间设有压缩弹簧13，调节螺钉12下端伸出套管21并与滑动阀座9顶部压接配合。

滑动阀座9包括滑动板16、主密封圈17和副密封圈18，滑动板16与斜面结构平行，滑动板16中部设有两侧分别与通孔22和管道连接口8对应连通的圆孔24，滑动板16顶部为平面结构，滑动板16顶部与调节螺钉12下端顶压配合，滑动板16内径、管道连接口8的内径、通孔22的内径均相等，滑动板16内侧表面设有呈圆环形的开放式凹槽，开放式凹槽内设有主密封圈17，滑动板16外侧表面设有呈圆环形的封闭式凹槽，封闭式凹槽内设有副密封圈18，主密封圈17与球体4球面压接配合形成主密封副，副密封圈18与斜面结构压接配合形成副密封副；当球阀处于开启的状态时，球体4内的通孔22、滑动板16上的圆孔24、阀体1两侧的管道连接口8贯通，通孔22由关于阀杆5轴线左右对称的左孔段和右孔段构成，通孔22的左孔段和右孔段的中心线之间的夹角为钝角，通孔22的左孔段的中心线与左侧的斜面结构垂直，通孔22的右孔段的中心线与右侧的斜面结构垂直。

长颈阀盖2上部与阀杆5之间填充有填料19，长颈阀盖2上端法兰连接有压紧填料19的压盖20，长颈阀盖2与阀杆5下部的连接处设有密封垫圈7。

阀体1与长颈阀盖2之间的外侧连接面上设有外密封环23。

本发明的阀体1、球体4、长颈阀盖2、滑动板16、阀杆5、导向板10、支撑板14为CF8和304不锈钢材料，主密封圈17为增强四氟（RPTFE）材料，副密封圈18为（RPTFE或PTFE）材料。

如图3所示，滑动阀座9受力及位移分析，F为弹簧预紧力（N），Ff为斜面摩擦力（N），Fn为垂直斜面作用力（N），有效作用力：Fn=F×Sina ，Fn与F成正比，F力越大Fn也越大。S为坚直向下的位移（mm），Sf为沿着斜面的位移(mm)，Sn为垂直斜面的位移（mm），有效位移：Sn=S×Sina 。因此，当压缩弹簧13向滑动阀座9施加的弹簧预紧力越大时，滑动阀座9所受的垂直斜面作用力也越大，使得滑动阀座9在沿斜面向下移动的同时，会推动滑动阀座9向球体4中心移动，从而在低温变形后进行位移补偿时，不会使主密封副脱离球体而造成密封泄漏，始终保持良好的密封效果。

本发明的工作原理为：当本发明在常温下进行工作时，可以进行调紧各零部件之间相互吻合的松紧程度，让非金属密封材料有个压塑，使密封效果达到最佳状态；当本发明在低温条件下工作时，各零部件由于内部组织发生收缩会发生尺寸的变化，尤其是位于滑动阀座上的主密封圈17、副密封圈18都有不同程度的尺寸变化，密封效果就会降低甚至发生泄漏，此时位于导向板10与支撑板14之间的压缩弹簧13会推动调节螺钉12，调节螺钉12向下推动滑动阀座9，滑动阀座9沿斜面向下移动进行补偿，从而使密封重新吻合，最终达到主密封副和副密封副完全密封的效果。

本实施例并非对本发明的形状、材料、结构等作任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (1)

1.具有预紧滑动阀座结构的低温球阀，包括阀体、长颈阀盖、手柄、球体和阀杆，阀体顶部敞口并与长颈阀盖下端法兰连接，阀体与长颈阀盖之间的连接面的内侧设有内密封环，阀体内部中空且阀体左侧和右侧分别设有管道连接口，阀杆和长颈阀盖同轴线设置，阀杆同轴向插设在长颈阀盖内并伸入阀体内部，阀杆与长颈阀盖之间转动且密封连接，阀杆上端与手柄固定连接，球体位于阀体内，球体侧部设有与管道连接口对应连通的通孔，球体顶端设有凹槽，阀杆下端插设在凹槽中与球体卡接配合，阀杆的轴线穿过球体中心，阀体关于阀杆的轴线左右对称，阀体在左侧和右侧的管道连接口的内端口处的内壁上均设置为斜面结构，两个斜面结构下侧均向球体中心方向倾斜并且关于阀杆轴线左右对称，阀体内设有两个滑动阀座，每个滑动阀座分别位于球体与一个斜面结构之间，阀体上设有位于滑动阀座上方用于压紧两个滑动阀座的浮动压紧机构，其特征在于：浮动压紧机构包括水平设置的支撑板和位于支撑板下方的导向板，支撑板和导向板的中心均设有用于阀杆通过的穿孔，阀体内壁与支撑板上表面的连接处设有上限位卡环，阀体内壁与导向板上表面的连接处设有下限位卡环，导向板左侧和右侧分别设有导向孔，同侧导向孔的数目至少设置两个，每个导向孔内滑动设有套管，套管内孔螺纹连接有调节螺钉，支撑板下表面与套管上端之间设有压缩弹簧，调节螺钉下端伸出套管并与滑动阀座顶部压接配合；

滑动阀座包括滑动板、主密封圈和副密封圈，滑动板与斜面结构平行，滑动板中部设有两侧分别与通孔和管道连接口对应连通的圆孔，滑动板顶部为平面结构，滑动板顶部与调节螺钉下端顶压配合，滑动板内径、管道连接口的内径、通孔的内径均相等，滑动板内侧表面设有呈圆环形的开放式凹槽，开放式凹槽内设有主密封圈，滑动板外侧表面设有呈圆环形的封闭式凹槽，封闭式凹槽内设有副密封圈，主密封圈与球体球面压接配合形成主密封副，副密封圈与斜面结构压接配合形成副密封副；

当球阀处于开启的状态时，球体内的通孔、滑动板上的圆孔、阀体两侧的管道连接口贯通，通孔由关于阀杆轴线左右对称的左孔段和右孔段构成，通孔的左孔段和右孔段的中心线之间的夹角为钝角，通孔的左孔段的中心线与左侧的斜面结构垂直，通孔的右孔段的中心线与右侧的斜面结构垂直；

长颈阀盖上部与阀杆之间填充有填料，长颈阀盖上端法兰连接有压紧填料的压盖，长颈阀盖与阀杆下部的连接处设有密封垫圈；

阀体与长颈阀盖之间的连接面的外侧设有外密封环。