CN106763861B - 气动波纹管膜盒式液压密封球阀 - Google Patents

气动波纹管膜盒式液压密封球阀 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种“气动波纹管膜盒式液压密封球阀”，它属于煤化工领域特种阀门方面的发明创造。其任务是针对现有的在线装置上，使用的锁斗阀、锁渣阀，还有硅粉阀，其运行不稳定，阀门使用寿命短等问题，研制的新型阀门。本发明提供的新型阀门，在中间阀体两侧各设有波纹管膜盒左右阀体，它里面各设置一套波纹管膜盒式液压密封阀座，该阀座设计成可以活动的接触球面，它由液压控制密封。在球芯回转时，阀座与球面不产生摩擦，只有在阀门关闭时，阀座与球面才抱合，形成可靠密封。因此阀门寿命有保证，阀门开启、关闭力矩很小，操作省时、省力。

Description

气动波纹管膜盒式液压密封球阀
技术领域
本发明“气动波纹管膜盒式液压密封球阀”，它是属于特种球阀方面的发明创造。该发明涉及石化、电厂、冶金、煤化等部门的工艺管道特殊用阀。
背景技术
本发明的主要任务是针对现有的煤化工装置和硅粉装置，引进的国外特种阀门以及正在国产化的特种阀门，在使用中已满足不了上述工况要求，该装置工艺条件复杂，工况非常恶劣，对设备的技术要求苛刻，因此装置中的关键设备均采用进口产品。在近10年的使用中进口阀门寿命，已达不到实际在线动作20000次寿命，尤其是锁斗阀、锁渣阀，还有硅粉阀，其运行故障频发，严重影响到整个装置的正常生产。当这些阀门使用到1年时，有的甚至几个月，就会出现问题：一是阀门开启、关闭转动力矩过大，球芯开关不到位，阀座削球现象严重，易造成球芯卡死。二是即使不卡死，阀座与球面出现严重磨损，密封也失效，泄漏量严重超标。因此一旦出现这些问题，就要引发装置停车，才可以更换阀门。此类停车固然可知，将给企业造成很大经济损失，为了避免意外停车，先后有几家国内阀门厂，对进口阀门进行国产化创新，它应用喷涂技术，将球面和阀座喷硬质合金，以强化磨损件寿命，目前已收到一定效果，但还是不理想，仍没有根除阀门寿命隐患，所以说要想彻底解决存在的问题，则必须在阀门设计结构上有新的突破。
综上所述，通过对特种阀门工艺装置的实地调研，将阀门剖析找出存在的问题，是介质含有大大小小的硬质颗粒掺杂在高速流体中流动，对阀内件产生撞击并冲刷，使阀座与球芯接触表面产生严重磨损，此外阀座削球现象严重也是损害阀门寿命的主要原因。为此，本发明首先研制一种既能满足特殊工况要求，又能使阀门使用寿命有保证。
发明内容
本发明应用液压传递原理，提供两套各自组合“波纹管膜盒式液压密封阀座”，这两套“波纹管膜盒式液压密封阀座”在结构、性能上均相同，并且两个阀座设计成可以活动的接触球面，它由液压控制密封。此外球体设计成带上下轴孔固定式球芯，阀座密封面为球面。由此还提供一种配套“气动齿轮齿条活塞缸装置”，该执行机构分别与两套“波纹管膜盒式液压密封阀座”组成液压控制密封系统。于是由上述发明构成的新型液压密封球阀，其应用在特殊工况上，均能满足装置工艺要求，它能耐温320℃，而且不受压力和口径限制，特别适合苛刻介质工况，本发明固定式球芯在开、关90度转换过程中，阀座与球面始终带有间隙，不产生摩檫，只有球芯转到关闭位置时，阀座才抱合球面，形成有效密封。因此新型液压密封球阀开启、关闭力矩很小，操作省时、省力。它彻底改变了现有球阀的结构性能，从根本上解决了特种球阀存在的弊端，同时也确保了使用寿命，因而可大大提高生产效益。
本发明将上阀杆紧配合插入球芯上端六角阀杆孔，使之牢固成一体。其球芯上端还设有沉台轴孔，由上阀盖轴套插入轴孔中，将球芯转动定位。下阀轴以转动配合插入球芯下轴孔，其下阀轴再以紧配合固定在中间阀体和下阀盖上，由此下阀轴可视为球芯转动轴，因此通过对以上2个轴的定位，必将使球芯牢牢的控制住，并由上阀杆带动球芯回转。如附图1所示。
本发明在左右阀体进出口里面，分别设有通径大沉孔，其里面放波纹管，它一端焊接在阀体上，另一端焊在阀座上，与此同时，左右阀体大法兰端部各设有圆筒，筒内分别设置一套波纹管和阀座，该波纹管焊接在挡圈与阀座之间，且挡圈与阀体最后焊接成一体，则形成密封膜盒式组件，受压时阀座就胀开，为密封圈提供密封比压。本发明在中间阀体两侧设有可活动的左右阀座，它靠阀座环板液压推动，该阀座环板由波纹管配合活动，当阀门关闭时，“气动齿轮齿条活塞缸装置”开始有液压油输出，经油管进入波纹管膜盒室，此时阀座环板被液压油胀开，大波纹管收缩，小波纹管伸开，于是推动阀座密封圈与球面紧密接合，形成有效密封。另外波纹管膜盒动作是通过液压耐温油控制，使阀座密封圈与球面形成离合式动作，即球芯在开关过程中，密封圈与球面是分开的，只有阀门关闭时，密封圈与球面才紧密接合，形成可靠的密封。
本发明在中间阀体上面设有上阀盖，其上阀盖里设有填料函，上阀盖通过螺柱、螺母与中间阀体固定成一体。在上阀盖上面设有支架，其支架上面设置了配套“气动齿轮齿条活塞缸装置”，该执行机构通过支架、螺栓和上阀盖固定成一体，同时连接套把上阀杆与输出轴接合成一体，使之同步回转。“气动齿轮齿条活塞缸装置”采用齿轮、齿条与双活塞气缸组成驱动执行机构，此外油缸升压机构，采用气缸活塞推杆背压，实现液压油增压，为阀门提供密封比压。由此可知，在壳体背面设有一大一小油气单缸，它是液压油的输出源，该结构通过螺杆固定在壳体法兰上，其油缸提升油压，靠气缸活塞推杆助推小活塞来实现增压。在壳体正面设有串接的双活塞气缸，它们用螺杆固定在壳体法兰上，其中双活塞杆与齿条和活塞由螺纹连接成一体，工作时齿条驱动齿轮，将阀杆转动。
本发明双气缸作用是把阀门从开位转到关位(或关到开)。单气缸作用是助推小活塞让油缸升压，在此过程中单双活塞是按气路控制，分步工作的，因此它实现了阀门无摩擦转动效能。使用时，气源的压缩空气(气压)，通过电磁阀F1带电，给双气缸室提供气压，使双活塞背压推动双活塞杆和齿条，将齿轮驱动，致阀门关闭位置。至此轴控阀F2打开，气压供入上气缸下室，推动活塞和推杆向上移动，于是推杆开始助推小活塞，使油缸室的液压油升压，以满足阀门关闭密封要求。当阀门开启时，电磁阀失电，则双气缸和单气缸下室开始排气，同时气压通过电磁阀F1另一气路进入双气缸和单气缸上室(双气缸上室没标文字)，将双活塞和单活塞向下移动，此时油缸室卸压，随之齿条驱动齿轮逆时针转动，致阀门开启。
本发明结构紧凑、新颖，密封性能好，使用可靠，操作轻便，控制灵活，它实现了阀座与球面密封无摩擦配合，因而阀门转动力矩小，使用寿命长，是目前理想的跨时代的典型好产品。
附图说明
图1是本发明的结构主剖视图。图中：1.中间阀体；2.挡圈；3.大波纹管；4.阀座；5.小波纹管；6.左阀体；7.球芯；8.硬密封圈；9.油管接口；10.上阀盖；11.填料；12、29、36、38.螺母；13、30、37、39.螺柱；14.填料压套；15.填料压板；16.壳体；17.锁定螺母；18.调整螺钉；19.定位凹轮；20.齿条；21.盖板；22.输出轴；23.双轴承；24.齿轮；25.关位锁定螺母；26.关位限位螺钉；27.油管；28.连接套；31.支架；32.上阀杆；33.缠绕垫；34.右阀体；35.丝堵；40.下阀轴；41.调整螺柱；42.下阀盖。
图2是图1中A-A的剖视图。图中：43.气缸端盖；44、59、63.螺母；45、60、64.螺杆；46.下缸筒；47.下活塞；48.气路隔板；49.上缸筒；50.上活塞；51.下转接板；16.壳体；17.锁定螺母；18.调整螺钉；19.定位凹轮；20.齿条；52.上转接板；53.缸筒；54活塞；55.油气缸盖；56.油缸；57.小活塞；58.油缸盖；61.油缸输出接口；62.推杆；65、68.内六角螺钉；24.齿轮；25.关位锁定螺母；26.关位限位螺钉；22.输出轴；66.开位锁定螺母；67.开位限位螺钉；69.双活塞杆。此外气路控制图中：F1为二位五通电磁阀；F2为二位五通轴控阀(机械式)，它安装在“气动齿轮齿条活塞缸装置”盖板21上面，由输出轴22带动凸轮控制开关。
图3是图1中I的局部放大图。图中：5.小波纹管；4.阀座；8.硬密封圈；7.球芯；2.挡圈；3.大波纹管；1.中间阀体；33.缠绕垫；6.左阀体；9.油管接口。
注：1.波纹管膜盒式液压密封阀座：由左阀体6；小波纹管5；阀座4；大波纹管3；挡圈2和油管接口9等组成。其中小波纹管5一端焊在左阀体6上，另一端焊接在阀座4内圆上，同理，大波纹管3一端焊接在挡圈2和左阀体6端部，另一端焊接在阀座4外圆上。通过对大小波纹管3、5与左阀体6和阀座4还有挡圈2进行组焊后，则形成密封波纹管膜盒，并在左阀体6上设有油路通孔，该通孔与油管接口9相通，可进行油压传递。如附图1和附图3所示。上述每个部件在阀体两侧都是对称设计，故形成一侧一套，其结构、性能均相同，这里仅以左侧阀体6上的“波纹管膜盒式液压密封阀座”为例，说明其组成的主要部件。
2.气动齿轮齿条活塞缸装置：主视图由壳体16；锁定螺母17；调整螺钉18；定位凹轮19；齿条20；盖板21；输出轴22；双轴承23；齿轮24；关位锁定螺母25；关位限位螺钉26等组成。如附图1所示。主视图背面俯视图由上转接板52；缸筒53；活塞54；油气缸盖55；油缸56；小活塞57；油缸盖58；螺母59、63；螺杆60、64；油缸输出接口61；推杆62；内六角螺钉65等组成。如附图2所示。主视图正面俯视图由气缸端盖43；螺母44；螺杆45；下缸筒46；下活塞47；气路隔板48；上缸筒49；上活塞50；下转接板51；内六角螺钉68；双活塞杆69等组成。此外还有气路控制图等组成。如附图2所示。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的实施例加以说明其工作原理。
1.阀门关闭时：
由控制室发来的通电信号，给电磁阀F1带电后，电磁阀F1切换到流向双气缸下室气路位置，此时气压通过电磁阀F1(接口4)分2路进入气缸下室1、2，则上下活塞50、47受压被推向上移动，随之双活塞杆69和齿条20也一起向上移动，驱动齿轮24顺时针转动，当转到阀门关闭位置时，由关位限位螺钉26卡住齿轮24，使之停止转动。与此同时，轴控阀F2被输出轴22上的凸轮压进而打开，气压经轴控阀F2(接口1)、管路通入气缸下室3，于是活塞54受压，推动活塞推杆62向上移动，则推杆62开始助推小活塞57，使油缸室的液压油升压，经油管27传递到波纹管膜盒室，由于液压的作用，大波纹管3被压缩，小波纹管5和阀座4环板被胀开，推动密封圈8与球面紧密抱合，形成有效密封，至此阀门达到关闭要求。在上述动作过程中，3个气缸上室的气压经管路回到电磁阀F1(接口2)带电位置排出。
2.阀门开启时：
由控制室发来的断电信号，给电磁阀F1失电，电磁阀F1切换到流向3个气缸上室气路位置，此时气压通过电磁阀F1(接口2)分3路进入气缸上室，则上下活塞50、47和活塞54同时受压被推向下移动，这时小活塞57跟随推杆62下移，释放压力，将油缸卸压。与此同时，波纹管膜盒室的液压油迅速返回到油缸室，小波纹管5进行收缩，大波纹管3伸开，阀座4被卸压收回，然后密封圈8与球面脱开，随之双活塞杆69拉动齿条20，将齿轮24驱动逆时针转动，致阀门开启。在上述动作过程中，当阀门开启时，轴控阀F2被输出轴22上的凸轮分离而关闭，气缸下室3的气压管路则切换到轴控阀F2排气位置，气压由轴控阀F2(接口2)直接排出，之前该管路是通过轴控阀F2、电磁阀F1瞬间将气压排出小部分，然后大部分气压靠轴控阀F2直接排出，因此，它大大加快了阀门的开启速度。当齿轮24转到阀门开启位置时，同样也有开位限位螺钉67卡住齿轮24，让齿轮24停止转动。
本发明“气动波纹管膜盒式液压密封球阀”，是对现有的国内外特种球阀质的改变和飞跃性的提升，这种新型液压密封球阀，彻底解决了球阀不耐磨，扭矩过大，密封性能差，使用寿命短等突出问题。它必将成为今后阀门行业的主导产品，特别是对煤化工和硅粉装置用阀，其意义非常重大，它市场前景好，实用性强，是跨时代的具有前瞻性的新型高科技产品。

Claims (1)

1.气动波纹管膜盒式液压密封球阀，主要包括：中间阀体(1)；挡圈(2)；大波纹管(3)；阀座(4)；小波纹管(5)；左阀体(6)；球芯(7)；硬密封圈(8)；油管接口(9)；上阀盖(10)；填料(11)；螺母(12)；螺柱(13)；壳体(16)；锁定螺母(17)；调整螺钉(18)；定位凹轮(19)；齿条(20)；盖板(21)；输出轴(22)；双轴承(23)；齿轮(24)；关位锁定螺母(25)；关位限位螺钉(26)；油管(27)；连接套(28)；支架(31)；上阀杆(32)；右阀体(34)；下阀轴(40)；调整螺柱(41)；下阀盖(42)；气缸端盖(43)；螺母(44、59、63)；螺杆(45、60、64)；下缸筒(46)；下活塞(47)；气路隔板(48)；上缸筒(49)；上活塞(50)；下转接板(51)；上转接板(52)；缸筒(53)；活塞(54)；油气缸盖(55)；油缸(56)；小活塞(57)；油缸盖(58)；油缸输出接口(61)；推杆(62)；内六角螺钉(65、68)；开位锁定螺母(66)；开位限位螺钉(67)；双活塞杆(69)组成，其特征在于：
中间阀体(1)两侧各设有波纹管膜盒左右阀体(6、34)，在左右阀体(6、34)进出口里面，分别设有通径大沉孔，在沉孔大法兰上还设有圆筒，此外大法兰侧面设有2个通孔，上面的通孔用于膜盒组件充油，下面的通孔用于将膜盒组件空气排除，被所述左右阀体(6、34)内各设置一套一大一小波纹管，他们与阀座(4)、挡圈(2)、左右阀体(6、34)焊接组成的膜盒组件，其中小波纹管(5)与沉孔对接焊死，大波纹管(3)上的挡圈(2)与圆筒边缘焊死，使之成一体密封，且耐压，所述膜盒组件，由阀座(4)先把大小波纹管焊接成一体，即：小波纹管(5)一端焊接在阀座(4)内圆上，大波纹管(3)一端焊接在阀座(4)外圆上，另一端焊接在挡圈(2)上，将4个部件组焊后，再进行阀体对接组焊，至此左右阀体(6、34)装配完毕；
所述阀座(4)设计为环形钢板形状，其内圆凸起，镶有金属硬密封圈(8)，该密封圈随阀座(4)可活动进行离合式切换，使硬密封圈(8)与球面无摩擦配合密封；
中间阀体(1)内设有固定式球芯(7)，球芯(7)上面设有凸台，凸台里面设有沉台轴孔，下面还设有六角阀杆孔，在球芯(7)下面设有轴孔，里面镶有轴套，下阀轴(40)以转动配合插入孔中，其下阀轴(40)再以紧配合固定在中间阀体(1)和下阀盖(42)上，所述下阀盖(42)设有调整螺柱(41)，它用来调节球芯(7)上下间距；
上阀盖(10)上部设有填料函，下部设有定位轴套，它以转动配合插入沉台轴孔中，此外上阀盖(10)上面设有方形法兰，该法兰下面为圆柱形状，密封面设有凸凹接合面，上阀盖(10)为凸面，中间阀体(1)上面为凹面，在所述上阀盖(10)中还设有8个螺柱孔，它与中间阀体(1)丝孔对接，用螺柱(13)、螺母(12)紧定上阀盖(10)，与此同时，上阀杆(32)穿过上阀盖(10)，上阀杆(32)上下连接处设有六角头与球芯(7)六角阀杆孔接合成一体，并带动球芯(7)回转；
支架(31)上面设有气动齿轮齿条活塞缸装置，它由驱动执行机构和油缸升压机构组成，驱动机构壳体(16)内设有调整螺钉(18)、定位凹轮(19)、齿条(20)、输出轴(22)、双轴承(23)、齿轮(24)和关位限位螺钉(26)，其中齿条(20)由双活塞杆(69)推拉驱动齿轮(24)回转，驱动机构壳体(16)正面设有下转接板(51)、上活塞(50)、上缸筒(49)、气路隔板(48)、下活塞(47)、下缸筒(46)、螺杆(45)、螺母(44)、气缸端盖(43)，其中双活塞杆(69)通过螺纹将上下活塞(50、47)组成一体，并且与上下缸筒(49、46)配合输出动力；
壳体(16)背面是油缸升压机构，该机构设有上转接板(52)、缸筒(53)、活塞(54)、油气缸盖(55)、油缸(56)、小活塞(57)、油缸盖(58)、油缸输出接口(61)、推杆(62)、螺母(59、63)、螺杆(60、64)，其中小活塞(57)将油缸室升压，是通过气缸活塞(54)和推杆(62)助推小活塞(57)，来实现液压油增压，为阀门提供密封比压。
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