CN106151576B - 一种自适应双向浮动阀座结构 - Google Patents

一种自适应双向浮动阀座结构 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种自适应双向浮动阀座结构，包括阀体，阀体内设有相互配合的阀座和球冠，其特征在于：还包括连接在阀体靠近球冠侧的环形压板，所述阀座位于压板和阀体间且两侧与压板和阀体间均存在轴向间隙，所述阀座与阀体间设有轴向被压缩的第一弹簧、阀座与压板间设有轴向被压缩的第二弹簧，所述阀座在阀体和压板间轴向浮动且第一弹簧、第二弹簧合力将阀座与球冠在密封面处密封配合。本发明通过两个弹簧组的合力作用为密封副施加密封压力，在不同的工作压力下，阀座及弹簧组能够自适应地调整，施加合理的密封力在密封面上，达到自适应双向浮动的效果。

Description

一种自适应双向浮动阀座结构
技术领域
本发明涉及阀门技术领域，具体地指一种自适应双向浮动阀座结构。
背景技术
现有技术中，偏心半球阀阀座分为固定式阀座和浮动式阀座。固定式阀座结构简单，但在低压时密封面难以建立可靠密封比压，高压时密封面接触应力又过大，大幅增加阀门开启力矩；常规的浮动阀座一般为单向浮动，虽然可以保证在低压时建立有效的密封比压，但难以做到可靠的双向密封。
发明内容
本发明的目的就是要解决上述背景技术的不足，提供一种高低压下均能有效双向密封的自适应双向浮动阀座结构。
本发明的技术方案为：一种自适应双向浮动阀座结构，包括阀体，阀体内设有相互配合的阀座和球冠，其特征在于：还包括连接在阀体靠近球冠侧的环形压板，所述阀座位于压板和阀体间且两侧与压板和阀体间均存在轴向间隙，所述阀座与阀体间设有轴向被压缩的第一弹簧、阀座与压板间设有轴向被压缩的第二弹簧，所述阀座在阀体和压板间轴向浮动且第一弹簧、第二弹簧合力将阀座与球冠在密封面处密封配合。
优选的，多个所述第一弹簧、第二弹簧在阀座两侧沿周向间隔均布。
优选的，所述阀体内表面形成阶梯状环形安装槽，所述安装槽至压板间形成阀座的安装空腔，所述安装槽包括相连接的第一轴向安装面、第二径向安装面、第三轴向安装面。
进一步的，所述阀座包括径向设置的环形凸起，所述凸起在阀座临近阀体侧形成相连接的第四径向台阶面和第五轴向台阶面，所述凸起在阀座临近压板侧形成相连接的第六径向台阶面和第七轴向台阶面；所述阀座位于安装空腔内，所述凸起顶端与第一轴向安装面配合，第五轴向台阶面与第三轴向安装面配合，所述压板底部与第七轴向台阶面配合；第四径向台阶面与第二径向安装面间形成轴向间隙，所述第六径向台阶面与压板间形成轴向间隙。
更进一步的，所述阀座凸起两侧的第四径向台阶面、第六径向台阶面上分别设有轴向内凹的第一安装腔和第二安装腔，第一弹簧设置于第一安装腔内，第二弹簧设置于第二安装腔内。
优选的，所述第四径向台阶面与第二径向安装面间形成轴向的第一间隙，第六径向台阶面与压板内侧间形成轴向的第二间隙，无水压状态下所述第一间隙小于第二间隙。
优选的，所述阀座第五轴向台阶面上开有周向的环形凹槽且凹槽内设有与阀体的第三轴向安装面配合的密封圈，所述阀座密封圈处直径大于密封面处直径。
优选的，所述第一弹簧的弹性系数K1大于第二弹簧的弹性系数K2。
进一步的，所述第一弹簧为波形弹簧或多个蝶形弹簧连接形成，第二弹簧为螺旋弹簧。
优选的，所述密封面为阀座上设置聚四氟乙烯塑料块与球冠形成软密封处。
本发明的有益效果为：
1.通过两个弹簧组的合力作用为密封副施加密封压力，在不同的工作压力下，阀座及弹簧组能够自适应地调整，施加合理的密封力在密封面上，达到自适应双向浮动的效果。
2.对阀门承受的水压方向不敏感，双向密封性能优良，无论正向压力还是反向压力，均能有很好的密封效果。
3.在低压时能建立可靠的密封比压，保证低压可靠密封；在高压时能控制密封面接触应力在合理范围，降低阀门开启力矩并减少密封面磨损。
附图说明
图1为本发明结构示意图
图2为压板与阀体连接示意图
图3为阀座结构示意图
图4为正向水压时本发明密封原理示意图
图5为反向水压时本发明密封原理示意图
其中：1-阀体，2-阀座，3-球冠，4-压板，5-第一弹簧，6-第二弹簧，7-密封面，8-第一安装腔，9-第二安装腔，10-凹槽，11-密封圈，12-安装槽，13-安装空腔，14-聚四氟乙烯塑料块，15-球体，12.1-第一轴向安装面，12.2-第二径向安装面，12.3-第三轴向安装面，2.1-凸起，2.2-第四径向台阶面，2.3-第五轴向台阶面，2.4-第六径向台阶面，2.5-第七轴向台阶面。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明作进一步的详细说明。
如图1-3所示，本发明提供的自适应双向浮动阀座结构，包括阀体1，阀体1内设有相互配合的阀座2和球冠3，球冠3连接在球体15上，还包括连接在阀体1靠近球冠侧的压板4，阀座2位于压板4和阀体1间且两侧与压板4和阀体1间均存在轴向间隙，阀座上两侧分别设有轴向被压缩的第一弹簧5、第二弹簧6，多个第一弹簧5、第二弹簧6在阀座两侧沿周向间隔均布，第一弹簧5的端部抵在阀体1上，第二弹簧6的端部抵在压板4上，密封面7位于阀座2上，密封面7为阀座2上设置聚四氟乙烯塑料块14与金属材质的球冠3形成软密封处。阀座2在阀体1和压板4间轴向浮动且第一弹簧5、第二弹簧6合力将阀座2与球冠3在密封面7处密封配合。由于阀座结构整体为回转体结构，图1为阀座结构的轴向截面，第一弹簧5、第二弹簧6正好位于截面上。
如图2所示，阀体1内表面形成阶梯状环形安装槽12，安装槽12至压板4内侧间形成阀座2的安装空腔13，安装槽12包括相连接的第一轴向安装面12.1、第二径向安装面12.2、第三轴向安装面12.3。
如图3所示，阀座2包括径向设置的环形凸起2.1，凸起2.1在阀座临近阀体侧形成相连接的第四径向台阶面2.2和第五轴向台阶面2.3，凸起2.1在阀座临近压板侧形成相连接的第六径向台阶面2.4和第七轴向台阶面2.5；凸起2.1两侧的第四径向台阶面2.2、第六径向台阶面2.4上分别设有轴向内凹的第一安装腔8和第二安装腔9，第一安装腔8数量与第一弹簧5对应，各第一弹簧5设置于第一安装腔8内并固连于第一安装腔8底部，第二安装腔9数量与第二弹簧6对应，各第二弹簧6设置于第二安装腔9内并固连于第二安装腔9底部。
阀座2位于安装空腔13内，凸起2.1顶端与第一轴向安装面12.1配合，第五轴向台阶面2.3与第三轴向安装面12.3配合，压板4底部与第七轴向台阶面2.5配合。由于第一弹簧5端部抵在第二径向安装面12.2上，第四径向台阶面2.2与第二径向安装面12.2间形成轴向的第一间隙S1；由于第二弹簧6端部抵在压板4内侧(图2中左侧)，第六径向台阶面2.4与压板4内侧间形成轴向的第二间隙S2。阀门关闭无水压状态下第一间隙S1＜第二间隙S2。第五轴向台阶面2.3上开有环形凹槽10且凹槽内设有与阀体的第三轴向安装面12.3配合的密封圈11，阀座密封圈11处直径ΦD2大于密封面7处直径ΦD1。
第一弹簧5的弹性系数K1大于第二弹簧6的弹性系数K2。第一弹簧5为多个蝶形弹簧连接而成或波形弹簧，第二弹簧6为螺旋弹簧。本实施例中第一弹簧5为多个蝶形弹簧连接而成，弹性系数K1远大于弹性系数K2。当阀门处于开启状态，即球冠3松开与阀座2未接触时，球冠3给阀座2的压力消失，阀座2会向左移动，第二间隙S2给弹性系数K2较小的第二弹簧6提供较大向左伸展空间，当阀门处于关闭状态，即阀座2和球冠3配合，阀门承受反向高压时，阀座2会向右移动，第一间隙S1给弹性系数K1较大的第一弹簧5提供较小向右伸展空间。
本发明的工作原理为：
阀门正常关闭不受水压时，第一弹簧5、第二弹簧6合力在密封面7处为密封副提供初始密封比压，本实施例中第一弹簧5达到最大压缩量的80％左右，第二弹簧6达到最大压缩量的60％左右。
阀门受低水压时，ΦD2比ΦD1略大，但差值非常小，在阀门受无论正向(从左至右)或反向(从右至左)的低水压(一般不到0.1MPa)作用时，阀座2所受水压力基本平衡，故低压时阀门密封副的密封比压基本接近于密封副的初始密封比压，因此有良好的密封效果。
如图4所示，在阀门承受正向高压时(从左至右，接近于阀门公称压力)，球体由于装配中存在的一些间隙(阀轴与球体连接间隙、阀轴与轴承的间隙等)和弹性变形，球体15会向阀座2偏移；而阀座在球体推力作用下也会自适应地向右侧偏离，偏移量与球体偏移量相等；若球体15向阀座2的偏移量为第一弹簧5压缩量的10％，此时第一弹簧5的压缩量增加了10％，第二弹簧6的压缩量略微减小(第二弹簧6为低K值，高变形量弹簧)，故第一弹簧5、第二弹簧6合力对阀座2施加的向左的推力F弹簧组较不受水压时增加；同时，由于ΦD2与ΦD1存在的差值，水压力对阀座会产生一个向右的水压力F水压，F水压的大小正好约等于F弹簧组的增加值，故密封面在高压时的密封力F密封应等于F弹簧组减去F水压，约等于密封副的初始密封比压。
如图5所示，在阀门承受反向高压时(从右至左，接近于阀门公称压力)，球体由于装配中存在的一些间隙(阀轴与球体连接间隙、阀轴与轴承的间隙等)和弹性变形，球体15会向阀座2反方向偏移；而阀座在弹簧组作用下也会自适应地向左侧偏离，偏移量与球体偏移量相等；若阀座偏移量约为弹簧组1压缩量的10％，此时第一弹簧5的压缩量减小了10％，第二弹簧6压缩量略微增加，故第一弹簧5、第二弹簧6合力对阀座2施加的向左推力F弹簧组较不受水压时减小；同时，由于ΦD2与ΦD1存在的差值，水压力对阀座会产生一个向左的水压力F水压，F水压的大小正好约等于F弹簧组的减小值，故密封面在高压时的密封力F密封应等于F弹簧组加上F水压，约等于密封副的初始密封比压。
当阀门开关时，阀座会始终在第一弹簧5、第二弹簧6的共同作用下保持平衡，因此能够防止阀门启闭过程中对密封面的冲击力，防止对密封面的冲击破坏；由于第一弹簧5的K值远比第二弹簧6的K值大，第一弹簧5的可变形量比第二弹簧6小，因此在阀门开启和关闭过程中，阀座的在第一弹簧5、第二弹簧6作用下的运动行程非常小(小于第一弹簧5的可变形量)，配合阀门适当的偏心距，可以保证阀座密封面在开启5°左右即脱离，可减少启闭过程对密封面的磨损。

Claims (6)

1.一种自适应双向浮动阀座结构，包括阀体(1)，阀体(1)内设有相互配合的阀座(2)和球冠(3)，其特征在于：还包括连接在阀体靠近球冠侧的环形压板(4)，所述阀座(2)位于压板(4)和阀体(1)间且两侧与压板(4)和阀体(1)间均存在轴向间隙，所述阀座(2)与阀体(1)间设有轴向被压缩的第一弹簧(5)、阀座(2)与压板(4)间设有轴向被压缩的第二弹簧(6)，所述阀座(2)在阀体(1)和压板(4)间轴向浮动且第一弹簧(5)、第二弹簧(6)合力将阀座(2)与球冠(3)在密封面(7)处密封配合；
所述阀体(1)内表面形成阶梯状环形的安装槽(12)，所述安装槽(12)至压板(4)间形成阀座(2)的安装空腔(13)，所述安装槽(12)包括相连接的第一轴向安装面(12.1)、第二径向安装面(12.2)、第三轴向安装面(12.3)；
所述阀座(2)包括径向设置的环形的凸起(2.1)，所述凸起(2.1)在阀座临近阀体侧形成相连接的第四径向台阶面(2.2)和第五轴向台阶面(2.3)，所述凸起(2.1)在阀座临近压板侧形成相连接的第六径向台阶面(2.4)和第七轴向台阶面(2.5)；所述阀座(2)位于安装空腔(13)内，所述凸起(2.1)顶端与第一轴向安装面(12.1)配合，第五轴向台阶面(2.3)与第三轴向安装面(12.3)配合，所述压板(4)底部与第七轴向台阶面(2.5)配合；所述第四径向台阶面(2.2)与第二径向安装面(12.2)间形成轴向间隙，所述第六径向台阶面(2.4)与压板(4)间形成轴向间隙；
所述阀座(2)第五轴向台阶面(2.3)上开有周向的环形的凹槽(10)且凹槽(10)内设有与阀体的第三轴向安装面(12.3)配合的密封圈(11)，所述阀座的密封圈(11)处直径大于密封面(7)处直径；
所述第一弹簧(5)的弹性系数K1大于第二弹簧(6)的弹性系数K2。
2.如权利要求1所述的结构，其特征在于：多个所述第一弹簧(5)、第二弹簧(6)在阀座两侧沿周向间隔均布。
3.如权利要求1所述的结构，其特征在于：所述阀座的凸起(2.1)两侧的第四径向台阶面(2.2)、第六径向台阶面(2.4)上分别设有轴向内凹的第一安装腔(8)和第二安装腔(9)，第一弹簧(5)设置于第一安装腔(8)内，第二弹簧(6)设置于第二安装腔(9)内。
4.如权利要求1所述的结构，其特征在于：所述第四径向台阶面(2.2)与第二径向安装面(12.2)间形成轴向的第一间隙，第六径向台阶面(2.4)与压板(4)内侧间形成轴向的第二间隙，无水压状态下所述第一间隙小于第二间隙。
5.如权利要求1所述的结构，其特征在于：所述第一弹簧(5)为波形弹簧或多个蝶形弹簧连接形成，第二弹簧(6)为螺旋弹簧。
6.如权利要求1所述的结构，其特征在于：所述密封面(7)为阀座(2)上设置聚四氟乙烯塑料块(14)与球冠(3)形成软密封处。
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Denomination of invention: An adaptive bidirectional floating valve seat structure

Effective date of registration: 20230420

Granted publication date: 20190219

Pledgee: Bank of China Limited Wuhan Economic and Technological Development Zone sub branch

Pledgor: WUHAN DAYU VALVE Co.,Ltd.

Registration number: Y2023420000169