CN107035872B - 改进的蝶阀阀板的连杆驱动机构 - Google Patents

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Abstract

本发明属于蝶阀构件，特别是指一种改进的蝶阀阀板的连杆驱动机构。包括阀体、阀板、位于阀体内且由平行推拉机构纵向驱动的推拉驱动轴，阀板位于阀体内，三角板与阀板及主轴垂直且其顶端与主轴配接，三角板的下部内端与阀板上的固定座铰接，三角板下部外端与推拉驱动轴的下端活动装配，阀板通过推拉驱动轴驱动三角板与开设于阀体内的介质输送通道实现密封锁紧或分离；所述的主轴两端与阀体的内壁转动配合，主轴由旋转驱动机构驱动且与三角板径向同步转动。本发明有效解决了现有技术中存在的因单一驱动导致反向密封效果差等技术难题，具有双重驱动能够有效增力、在保证正向密封效果的同时具备一定的反向密封性能等优点。

Description

改进的蝶阀阀板的连杆驱动机构
技术领域
本发明属于蝶阀构件，特别是指一种改进的蝶阀阀板的连杆驱动机构。
背景技术
阀门行业作为装备制造业的一个重要环节在国民经济发展中起到非常重要的作用，中国阀门产业链众多，但非阀门强国。总体上去看我国已经迈入了世界阀门大国的行列，但从产品质量来看我国离阀门强国仍存在一定差距。行业的生产集中度低、高端产品相配套的阀门研发能力低、阀门行业制造技术水平低等现象仍然存在，许多高参数、高温高压、高磅级的关键阀门原来一直依赖进口。为了力促阀门国产化，在国务院下达的《关于加快振兴装备制造业的若干意见》后，国家有关部门根据国家做出的重大装备国产化的要求，先后做出了一系列重大部署，并由国家发改委牵头，中国机械工业联合会和中国通用机械工业协会部署制订了相关领域重大装备的阀门国产化方案，并多次与有关部门协调，如今阀门国产化在国内阀门行业已形成共识。积极采用国际标准进行产品设计；吸收国外优秀的设计结构(包括专利技术)；产品试验、性能检验严格按国际标准进行；吸收国外先进生产工艺经验重视新材料的研究及推广应用；弄清进口的高参数阀门产品的技术参数和工况条件等是加快国产化进程，推进阀门产品不断更新，全面实现阀门的国产化的必然途径。
蝶阀又叫翻板阀，可用于管道介质的开关控制。蝶阀是指关闭件(阀瓣或蝶板)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和节流作用。其主要的结构形式包括中线蝶阀、偏心蝶阀、双偏心蝶阀、三偏心蝶阀等，其优点是转动力矩小、操作灵活、结构简单、使用方便。蝶阀适用于发生炉、煤气、天然气、液化石油气、城市煤气、冷热空气、化工冶炼和发电环保等工程系统中输送各种腐蚀性、非腐蚀性流体介质的管道上，用于调节和截断介质的流动。
就申请人所了解的范围而言，现有市场上应用于蝶阀的连杆传动机构均采用单一的驱动方式，即通过水平推拉动作或旋转动作驱动阀板的启闭，上述技术手段不能有效一是动力输入高且对传动构件产生的应力大，传动件容易产生结构变形；二是单一动力输入，在单向密封(正向)时密封效果容易得到保障，但在反向密封时容易因震动、气流冲击等因素产生渗漏进而失去密封。
申请人在授权公告号为CN205315732U的专利文献中公开了一种连杆式锥面双向密封蝶阀，包括阀体、阀杆和阀板，阀板位于阀体内，阀板与阀杆连接并借助阀杆与阀体密封锁紧或分离，阀板位于阀杆的一侧，在阀板和阀杆之间增设连杆机构和水平设置的传动轴，连杆机构包括第一连杆、支撑臂和连接座，传动轴的轴线与阀体的轴线垂直且传动轴与阀体固定连接，支撑臂上端靠近阀板的一侧与传动轴铰接，第一连杆的一端与阀杆的下端铰接，第一连杆的另一端与支撑臂靠近阀杆的一侧铰接，连接座的一端与阀板固定连接，连接座的另一端与支撑臂的下端铰接。
申请人通过多次的打压试验发现上述技术方案存在如下设计缺陷：
一是驱动动力受限制且配套的动力源要求高，由于其采用对阀杆的单一驱动方式，在保证密封效果的前提下，阀板上施加的应力是有限的，由于阀板的驱动力是通过阀杆输入，因此对配套动力源的动力输入要求高，且阀杆等传动构件的结构形变受到输入动力的限制。二是在实际应用中由于密封副存在反向气浪冲击、介质传输过程中的共振等原因，容易因压力减弱造成密封副的反向密封效果不易保证的问题。
综上所述，如何对阀板的连杆传动机构进行改进及优化设计，使其进一步提高对阀板的正向压力，在满足保证正向密封效果的前提下，解决反向密封过程中存在的因压力小以及外部因素等原因造成的密封效果不易保证的问题，不仅是困扰本领域技术人员的技术难题之一，同时也是应用于高温环境下介质输送管路中蝶阀结构设计的主要研究方向之一。
发明内容
本发明的目的在于提供一种改进的蝶阀阀板的连杆驱动机构，采用本发明的改进的蝶阀阀板的连杆驱动机构能有效提高阀板密封效果。
本发明的整体技术构思是：
改进的蝶阀阀板的连杆驱动机构，包括阀体、阀板、位于阀体内且由平行推拉机构纵向驱动的推拉驱动轴，阀板位于阀体内，三角板与阀板及主轴垂直且其顶端与主轴配接，三角板的下部内端与阀板上的固定座铰接，三角板下部外端与推拉驱动轴的下端活动装配，阀板通过推拉驱动轴驱动三角板与开设于阀体内的介质输送通道实现密封锁紧或分离；所述的主轴两端与阀体的内壁转动配合，主轴由旋转驱动机构驱动且与三角板径向同步转动。
本发明的具体技术构思还有：
为便于提高密封副的密封效果，密封副优选采用自紧式密封的结构形式，其中更为优选的技术方案是，所述的阀板外侧设有刚性密封圈，刚性密封圈的外边缘与阀体上开设的介质通道内壁形成相互适配的锥面密封副。刚性密封圈应采用耐高温且不易产生形变的金属材料制作，该材料应具有高强度、高弹性、抗疲劳及防腐性能。
为进一步保证三角板的垂直度，使其不易产生结构形变，进而保证传动及阀板动作的准确性，优选的技术方案是，所述的三角板下部外端通过第一链板与推拉驱动轴下端转动配合，第一链板的下端贴合设置于三角板下部外端的内、外两侧并与三角板下部外端铰接。
三角板在主轴上的径向定位可以通过多种机械、机加方式实现，均不脱离本发明的技术实质，所述的主轴与三角板的顶部采用机械方式实现径向定位。更为优选的技术方案是，所述的主轴与三角板的顶部通过键或焊接固定。
为保证主轴的平直度，进而保证三角板的垂直度，避免主轴因中部受力过大而产生挠曲或上拱，优选的技术实现方式是，所述的阀体内间隔平行设置有支撑板，支撑板与主轴垂直且与主轴套装转动配合。
为保证三角板的垂直度，优选的技术实现方式是，所述的支撑板下端与第二链板上端铰接，第二链板的下端通过传动轴与三角板下部及阀板上的固定座穿接配合。
本发明的工作原理是：
当需要关闭阀板时，正向启动平行推拉机构及旋转驱动机构，第一链板在推拉驱动轴的带动下下行；主轴正向转动并与第一链板共同带动三角板正向旋转，进而推动固定座及阀板平移至阀板关闭。第二链板进一步提高了阀板与固定座的连接可靠性。
当需要开启阀板时，反向启动平行推拉机构及旋转驱动机构，第一链板在推拉驱动轴的带动下上行；主轴反向转动并与第一链板共同带动三角板反向旋转，进而带动固定座及阀板平移至阀板开启。
申请人参照现有国标，并结合具体的应用环境及实际情况，对采用单一驱动机构的产品以及应用本发明的产品进行了如下密封效果试验。
一、采用单一驱动机构的产品
(一)产品构造：阀体基本保持原貌，密封面为锥形，宽度≈16mm；阀板采用双凸面空心阀板，密封面为锥形，宽度≈18mm；驱动采用阀轴旋转90°单缸驱动的单一驱动方式，缸径φ100mm。
(二)试验前准备
1、启动液压站，空载运行15分钟，将液压箱油质游离空气排出，压力表稳定后将压力调整为140kg恒定压力。
2、驱动液压缸将阀板全部打开至水平方向。
3、把阀体、阀板密封面擦干净，不得有附着物。
4、关闭阀门，在阀门正向进气端法兰处安装标准盲板，在盲板上安装压力表，将表针校正到0位，接通进水管路。
5、在阀门密封带附近安装百分表，并调整到0位。
(二)正向注水打压试验(用加压泵注水)：
1、注水4kg：恒压5分钟，压力表稳定后用肥皂水向密封面处喷吹，肉眼观察密封面处无气泡，阀腔洁净无积水，无滴水外排，密封面处百分表指针稳定指向0位。
2、注水8kg：恒压5分钟，压力表稳定后用肥皂水喷吹密封面，肉眼观察密封面周边无气泡，阀腔无积水，密封面处百分表指示0位。
3、注水10kg：恒压5分钟，压力表稳定后用肥皂水喷吹密封面周边，肉眼观察无气泡，阀腔无积水，密封面处百分表指针指示0位。
4、注水12kg：恒压5分钟，压力表稳定后用肥皂水喷吹密封面周边，肉眼观察密封面周边无气泡，阀腔无积水，无水滴外排，密封面处百分表指向0位。
(二)反向打压试验
1、试验前准备：在阀门出口端安装标准盲板，安装压力表，接通进水管，驱动液压缸将阀板压紧。
2、在阀轴中心部位安装百分表，在铰接三角板侧壁安装百分表，在阀门上端密封面处安装百分表，全部调整至0位。
3、注水加压2kg：恒压5分钟，用肥皂水向密封面周边喷吹，肉眼观察无气泡，用100倍放大镜观察发现有三处小米粒大小的微气泡云集，但观察30分钟未破裂，故阀腔无积水外排。
观察百分表发现密封面处百分表抖动，不稳定。阀轴中心百分表抖动，铰结三角板侧壁百分表抖动不稳定。
4、注水加压3kg，压力表指针不稳定，在3kg处抖动，用肥皂水向密封面周边喷吹，肉眼观察有气泡破裂，阀腔底部见积水，经测30分钟，向外滴水20滴。
观察百分表发现密封面处百分表抖动不停，抖动范围在+3格内，阀轴中心百分表抖动，抖动范围在±2格内，铰结三角板侧壁百分表抖动不停，范围在±3格内。
试验结论
采用单一驱动机构的产品正向承压能力12kg,符合国家标准，反向承压能力只能承载2kg，3kg时超标。
原因分析
正向承压高是由于阀体、阀板的强度决定，锥形密封面使阀板与密封面的接触不会偏移错位。当受压力后空心阀板发生弹性的微变形，直径增大，使结合处更加紧密，正向受力时阀轴、连杆轴、铰结三角板均不受力，所以承压能力很高。
反向承压主要依靠阀轴、各连杆轴及铰结三角板的合力，一旦铰结三角板位置偏移，带动全部结构失衡，造成三个百分表的抖动，此为单一驱动机构存在的缺陷。
二、采用本发明的产品
(一)产品结构：阀体基本保持原貌，密封面为锥形，宽度≈16mm；阀板双凸面空心阀板，密封面为锥形，宽度≈18mm；阀门开启及关闭为液压传动，液压缸径100mm，驱动机构采用本发明中的平行推拉机构及旋转驱动机构。
(二)试验前准备
1、启动液压站，调整压力值140kg，将阀门全部开启，将密封面擦干净。
2、关闭阀门，在阀门正向法兰处安装盲板(盲板端口处设有进水口，压力表接口)接进水管，安装压力表，在阀门反向阀板凸顶中心安装百分表，调整到0位。
(三)正向注水打压试验(因压缩空气最高值为8kg):
1、起始注压压力4kg：恒压5分钟，压力表稳定后用肥皂水喷吹反向密封面，肉眼观察密封面处无气泡，阀腔无积水外排，阀板凸顶百分表指针稳定于0位。
2、注压8kg：恒压5分钟，压力表稳定后用肥皂水喷吹反向密封面，肉眼观察密封面周边无气泡，阀腔无水珠外排，阀板凸顶百分表指针稳定于0位。
3、注压10kg：恒压5分钟，压力表稳定后用肥皂水喷吹反向密封面周边，肉眼观察无气泡，阀腔无水珠外渗，阀板凸顶百分表指针稳定于0位。
4、注压12kg：恒压5分钟，压力表稳定后用肥皂水喷吹反向密封面周边，肉眼观察密封面周边无气泡，阀腔无水珠，未见外排水滴。
结论
按低压阀门试压标准12kg已达极限压力，超过了使用压力的20％，能够达到滴水不漏非常难得。
(四)反向打压试验
1、拆掉盲板、卸去压力表、水管接头，驱动两个液压缸，将阀板全部开启，用干净棉丝擦干净密封面，驱动液压缸将阀板关闭，将盲板安装于反向阀体法兰处，安装压力表、连接注水管，在阀轴中心安装百分表，铰接三角板侧安装百分表，阀板与阀体结合处安装百分表，将表指针全部调整于0位。
2、注压2kg：恒压5分钟，用肥皂水向密封面周边喷吹，肉眼观察无气泡，阀腔无滴水，三块百分表全部稳定指示于0位。
3、注压4kg：恒压5分钟，用肥皂水向密封面周边喷吹，肉眼观察有两处约一公分面积处有小米粒状气泡，但气泡不破裂，阀腔无水珠向外滴出。阀板与阀体密封面处百分表指针稳定于0位。阀轴百分表指针+2格，铰结三角板侧壁百分表指针抖动不稳定。
4、加压5kg：恒压5分钟，用肥皂水向密封面周边喷吹，肉眼观察有5处约米粒状微小气泡，有的气泡破裂，阀腔内初见滴水，计时观测，30分钟滴水15滴。
阀体与阀板密封面处百分表指针在2个格内抖动，不稳定。阀杆中心百分表指针+5格抖动不稳，铰结三角板侧百分表+3格内抖动不稳。
结论
正向试压承压能力可达12kg，符合国家低压阀门的等级标准，使用压力在10kg范围内安全可靠，在大口径蝶阀中属佼佼者。反向试压承载压力可达5kg，安全使用压力4kg为好。
上述产品可作为双向密封蝶阀用于管网串联、间歇使用的设备中，能够达到不串气的效果。
申请人需要说明的是：
在本发明的描述中，术语“内端”、“外端”、“顶端”、“下端”、“内侧”、“外侧”、“下部”、“顶部”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。
本发明所具备的实质性特点和取得的显著技术进步在于：
1、本发明将旋转驱动及推拉驱动有效结合为一体，采用合力驱动不仅对阀板平移驱动及锁闭密封进行了有效的增力，更为重要的是，在保证正向密封效果的同时，极大增强了反向密封的可靠性，实现了双向密封，经试验证明，其耐压性及双向密封性能显著优于现有产品。
2、通过旋转驱动对阀板动作进行增力的同时，有效克服了因单一动力源输入导致的驱动动力受限、密封效果较差、结构件因承受的应力较大容易变形等技术难题。
3、采用阀体内间隔设置且与主轴垂直的支撑板的结构设计，在满足对主轴形成有效支撑，使其不易产生结构变形的前提下，有效保证了三角板的垂直度，使三角板对阀板的平移驱动及锁闭精确度更好。
4、采用以锥面密封副为自紧式密封的结构形式，在阀板所受到的正压力进一步增强的同时，密封效果进一步提高。
附图说明
图1是本发明的结构示意图。
图2是图1的右视图。
附图中的附图标记如下：
1、平行推拉机构；2、旋转驱动机构；3、支撑板；4、阀体；5、阀板；6、键；7、三角板；8、第一链板；9、第二链板；10、推拉驱动轴；11、主轴。
具体实施方式
以下结合实施例对本发明做进一步描述，但不应理解为对本发明的限定，本发明的保护范围以权利要求记载的内容为准，任何依据说明书所做出的等效技术手段替换，均不脱离本发明的保护范围。
实施例
改进的蝶阀阀板的连杆驱动机构，包括阀体4、阀板5、位于阀体4内且由平行推拉机构1纵向驱动的推拉驱动轴10，阀板5位于阀体4内，三角板7与阀板5及主轴11垂直且其顶端与主轴11配接，三角板7的下部内端与阀板5上的固定座铰接，三角板7下部外端与推拉驱动轴10的下端活动装配，阀板5通过推拉驱动轴10驱动三角板7与开设于阀体4内的介质输送通道实现密封锁紧或分离；所述的主轴11两端与阀体4的内壁转动配合，主轴11由旋转驱动机构2驱动且与三角板7径向同步转动。
所述的阀板5外侧设有刚性密封圈，刚性密封圈与外边缘与阀体4上开设的介质通道内壁形成相互适配的锥面密封副。
所述的三角板7下部外端通过第一链板8与推拉驱动轴10下端转动配合，第一链板8的下端贴合设置于三角板7下部外端的内、外两侧并与三角板7下部外端铰接。
所述的主轴11与三角板7的顶部通过键6或焊接固定。
所述的阀体内间隔平行设置有两个支撑板3，支撑板3与主轴11垂直且与主轴11套装转动配合。
所述的支撑板3下端与第二链板9上端铰接，第二链板9的下端通过传动轴与三角板7下部及阀板5上的固定座穿接配合。

Claims (3)

1.改进的蝶阀阀板的连杆驱动机构，包括阀体(4)、阀板(5)、位于阀体(4)内且由平行推拉机构(1)纵向驱动的推拉驱动轴(10)，阀板(5)位于阀体(4)内，三角板(7)与阀板(5)及主轴(11)垂直且其顶端与主轴(11)配接，三角板(7)的下部内端与阀板(5)上的固定座铰接，三角板(7)下部外端与推拉驱动轴(10)的下端活动装配，阀板(5)通过推拉驱动轴(10)驱动三角板(7)与开设于阀体(4)内的介质输送通道实现密封锁紧或分离；其特征在于所述的主轴(11)两端与阀体(4)的内壁转动配合，主轴(11)由旋转驱动机构(2)驱动且与三角板(7)径向同步转动，三角板(7)下部外端通过第一链板(8)与推拉驱动轴(10)下端转动配合，第一链板(8)的下端贴合设置于三角板(7)下部外端的内、外两侧并与三角板(7)下部外端铰接，主轴(11)与三角板(7)的顶部采用机械方式实现径向定位，阀体内间隔平行设置有支撑板(3)，支撑板(3)与主轴(11)垂直且与主轴(11)套装转动配合，支撑板(3)下端与第二链板(9)上端铰接，第二链板(9)的下端通过传动轴与三角板(7)下部及阀板(5)上的固定座穿接配合。
2.根据权利要求1所述的改进的蝶阀阀板的连杆驱动机构，其特征在于所述的阀板(5)外侧设有刚性密封圈，刚性密封圈的外边缘与阀体(4)上开设的介质通道内壁形成相互适配的锥面密封副。
3.根据权利要求1-2中任一项所述的改进的蝶阀阀板的连杆驱动机构，其特征在于所述的主轴(11)与三角板(7)的顶部通过键(6)或焊接固定。
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