CN107489775A - 正置锥形阀座密封系统 - Google Patents

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Abstract

本发明公布了一种阀门行业应用的正置锥形阀座密封系统的空间架构方法，可以替代传统斜置锥形阀座密封系统，指导开发出新一代正锥三偏心蝶阀。正锥三偏心蝶阀在工艺性、规模生产适应性及经济性上全面超越基于斜置锥形阀座密封系统的传统三偏心蝶阀。正置锥形阀座密封系统基础特征为阀座锥正置，即正置阀座锥中心（4）与管道中心线（3）重合，见摘要附图。正置锥形阀座密封系统的构成除了阀座锥正置外，还要包括三个偏心条件:a)第1偏心（E1）：蝶板组件转轴旋转中心（1）相对密封面的距离偏心b)第2偏心（E2）：蝶板组件转轴旋转中心（1）相对管道中心线（3）的距离偏心c)正锥第3偏心（E3）：密封面相对管道垂直方向横截面的角度偏心。

Description

正置锥形阀座密封系统
技术领域
本发明涉及在阀门行业应用的一种正置锥形阀座密封系统的空间架构方法，及其有益的工艺性、经济性进步。
背景技术
1960年德国卡尔.亚当斯（KarlAdams）提出，蝶阀同时具有切断(Isolation)、调节(Throttling)和止回(Check)3种功能，并于1966年以“斜置锥形阀座密封系统”(Theinclinedconicalseatsealingsystem)（图1）为名注册了专利，这是蝶阀技术的一次重大的进展。1967年在法兰克福举办的“国际化工展览”(CHEMA)上，展出了依据“斜置锥形阀座密封系统”的三偏心设计(Tripleeccentricde2sign)蝶阀，这种新型蝶阀的密封性能大为提高，很快用于中、高压管道系统。
斜置锥形阀座密封系统的出现使蝶阀从“结构密封”获得向“扭矩密封”的转变。在此之前结构密封的蝶阀只能适用于低压、密封要求不严的工艺工况，而提升为扭矩密封的三偏心蝶阀可以让蝶阀使用于高温（高达700℃）、高压（目前CLASS2500、PN42MPa）、高压差、严密封（可以达到金属硬密封零泄漏）的严酷工况。与其他种类的阀门相比，相同口径的蝶阀其重量只是其他种类阀门重量的30%～50%，仅就低材料消耗率而言，蝶阀就具有非常巨大的成本优势。
斜置锥形阀座密封系统基础的特征是阀座锥斜置，即斜置阀座锥中心(B4)与管道中心线(3)之间存在一个斜锥第三偏心（BE3）的夹角，见图1。
斜置锥形阀座密封系统的工艺性，总结起来可以归纳为：“斜锥斜加工”。
斜锥阀座加工时，要求斜置阀座锥中心(B4)必须与机台旋转中心(B8)同心，机台(B10)与斜锥阀座(B6)之间就需要一个叫斜度板 (B7)的安装夹具来矫正斜置阀座锥（B5），见图3。由于这个斜度板的干扰，斜置阀座锥中心与机台旋转中心的同心就尤为困难，再加上夹具本身的加工误差和安装误差的累积，就让斜锥阀座加工的尺寸精度及位置精度变得难以保证。
斜锥阀座加工为断续切削，加工过程中不管是磨削还是车削，工件对刀具产生不可避免的间歇冲击，对斜锥阀座的密封锥面最后获得高精度的表面质量带来困扰。
目前，工业应用的三偏心蝶阀，都是基于斜置锥形阀座密封系统方法的斜锥结构。
斜置锥形阀座密封系统诞生的那一天起就把人们带上了一条“斜”路，斜置锥形阀座密封系统这个方法因其超高的制造工艺难度及工艺成本，使得从发明到规模应用花了将近五十年时间，随着高精度设备及工艺发展，到现在三偏心蝶阀才达到相对工艺成熟的规模推广应用，而且还无法降低高昂的加工成本。
发明内容
其实并非一定要斜置锥形阀座才能让密封系统的密封副固定构件与运动构件之间的相对空间运动轨迹不出现干涉；能够达到扭矩密封的并非只有“斜置锥形阀座密封系统”。针对斜置锥形阀座密封系统制造工艺难度高及工艺成本高的问题，经过本人研究，发明了“正置锥形阀座密封系统”。
正置锥形阀座密封系统基础特征为阀座锥正置，即正置阀座锥中心（4）与管道中心线（3）重合，见图2。
正置锥形阀座密封系统的密封副构件在0º～90º转角行程区间，相对空间运动完全可以做到轨迹全程无干涉，本人应用Solidworks软件系统得到了验证。
正置锥形阀座密封系统的构成除了阀座锥正置这个基础特征外，还要包括三个偏心条件:
a)第1偏心（E1）：蝶板组件转轴旋转中心（1）相对密封面偏心
b)第2偏心（E2）：蝶板组件转轴旋转中心（1）相对管道中心线（3）偏心
c)正锥第3偏心（E3）：密封面相对管道垂直方向横截面偏心
其中E1、E2为距离偏心，E3为角度偏心，见图2。
正置锥形阀座密封系统在确定保持“扭矩密封”特点并且不增加材料消耗的前提下，从原理上极大地降低了制造工艺难度，提高生产效率，有效降低生产工艺成本，有效提高不同批次零件的互换性，可完全替代斜置锥形阀座密封系统。
正置锥形阀座密封系统的工艺性，总结起来可以归纳为：“正锥正加工”。
本发明的正置锥形阀座密封系统加工时，正锥阀座直接安装于机台，正置阀座锥中心（4）与机台旋转中心（B8）可以很方便达到同心，确保阀座的加工精度，同时节省大量工件装夹、校准时间，见图4。
相同规格的阀座，正锥阀座（6）加工与斜锥阀座（B6）加工比较，正锥阀座加工的刀具行程下降50%以上，这意味着加工效率的提高。
正锥阀座加工，由机台、定心件及正锥阀座构成的旋转系统，无需配平即可达成重心对正，避免了重心偏离旋转中心产生的震动，正锥阀座的密封锥面可以获得更好的表面质量，同时可以拥有更高的机台转速，这也意味着加工效率及质量的提高。
综上所述，不管是工艺性、规模生产适应性还是经济性，正置锥形阀座密封系统全面超越斜置锥形阀座密封系统。
附图说明
图1：背景技术中的斜置锥形阀座密封系统原理图
其中E1—第1偏心；E2—第2偏心；BE3—斜锥第3偏心；1—蝶板组件转轴旋转中心；2—转轴旋转方向；3—管道中心线；B4—斜置阀座锥中心；B5—斜置阀座锥；
图2：本发明正置锥形阀座密封系统原理图
其中E1—第1偏心；E2—第2偏心；E3—正锥第3偏心；1—蝶板组件转轴旋转中心；2—转轴旋转方向；3—管道中心线；4—正置阀座锥中心；5—正置阀座锥；6—正锥阀座；8—蝶板组件；9—转轴
图3：背景技术中的斜置锥形阀座加工示意图
其中BL—斜锥阀座加工刀具行程；B11—机台旋转方向；B10—机台；B9—机台旋转中心定位件；B8—机台旋转中心；B7—斜度板；B6—斜锥阀座；B5—斜置阀座锥；B4—斜置阀座锥中心
图4：本发明正置锥形阀座加工示意图
其中L—正锥阀座加工刀具行程；B11—机台旋转方向；B10—机台；B9—机台旋转中心定位件；B8—机台旋转中心；7—阀座定心止口盘；6—正锥阀座；5—正置阀座锥；4—正置阀座锥中心。
具体实施方式
参照图2对本发明方法和原理的实现作进一步详细描述。
本发明的基础特征是阀座锥正置，即正置阀座锥中心（4）与管道中心线（3）重合。
阀座锥正置这个特征代表着本发明在工艺性、规模生产适应性及经济性上具有里程碑式进步的本质意义。
正置锥形阀座密封系统的构成除了阀座锥正置外，还要包括三个偏心条件:
a)第1偏心（E1）：蝶板组件转轴旋转中心（1）相对密封面的距离偏心
b)第2偏心（E2）：蝶板组件转轴旋转中心（1）相对管道中心线（3）的距离偏心
c)正锥第3偏心（E3）：密封面相对管道垂直方向横截面的角度偏心
只有同时具备了阀座锥正置及上述三个偏心条件才能构成完整的正置锥形阀座密封系统。
蝶板组件（8）与转轴（9）之间通过键或销连接，转轴按转轴旋转方向（2）旋转时，蝶板组件就会绕着蝶板组件转轴旋转中心（1）跟随转动，以图2位置为起点，顺着转轴旋转方向旋转90º转角区间，就可以达成阀门由关到开的过程。
在角行程阀门驱动机构（手动、气动、电动、液动）的作用下，蝶板组件外缘锥面与正锥阀座（6）相同角度正置锥面重合，阀门处于关闭位置，达成阻断管道内流体的功能。
阀门到达关闭位置后，角行程阀门驱动机构输出阀门关闭方向一定的扭矩，使蝶板组件外缘锥面挤压正锥阀座相同角度的正置锥面，获得足够的密封强度，构成“扭矩密封”。
转轴向阀门开启的方向旋转时，蝶板组件外缘锥面与正锥阀座相同角度正置锥面从起点脱离接触到顺着旋转方向的0º ～90º区间，蝶板组件与正锥阀座之间就不再有接触，蝶板组件和正锥阀座之间不会产生额外的摩擦扭矩。

Claims (5)

1.涉及一种正置锥形阀座密封系统的空间架构，其特征是：
阀座锥正置，即正置阀座锥中心（4）与管道中心线（3）重合，正置锥形阀座密封系统的正锥阀座（6）与蝶板组件（8）在0º～90º转角区间的相对空间运动完全做到轨迹全程无干涉；
正置锥形阀座密封系统的构成除了阀座锥正置这个基础特征外，还要包括三个偏心条件:
a) 第1偏心（E1）：蝶板组件转轴旋转中心（1）相对密封面的距离偏心；
b) 第2偏心（E2）：蝶板组件转轴旋转中心（1）相对管道中心线（3）的距离偏心；
c) 正锥第3偏心（E3）：密封面相对管道垂直方向横截面的角度偏心。
2.根据权利要求1所述的正置锥形阀座密封系统，其特征是，蝶板组件（8）外缘锥面与正锥阀座（6）相同角度正置锥面之间为面与面密封。
3.根据权利要求1和权利要求2所述的正置锥形阀座密封系统，其特征是，蝶板组件（8）外缘锥面与正锥阀座（6）相同角度正置锥面重合时，达成阻断管道内流体的功能。
4.根据权利要求1至3所述的正置锥形阀座密封系统，其特征是，角行程阀门驱动机构输出阀门关闭方向一定的扭矩，使蝶板组件（8）外缘锥面挤压正锥阀座（6）相同角度正置锥面获得足够的密封强度，构成扭矩密封。
5.根据权利要求1至4所述的正置锥形阀座密封系统，其特征是，“正锥正加工”，即正锥阀座（6）加工时正锥阀座直接安装于机台(B10)，仅靠阀座定心止口盘（7）即可保证正置阀座锥中心（4）与机台旋转中心（B8）达到同心。
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