CN107606211B - 具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀 - Google Patents

Abstract

提供一种具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀，包括动力驱动装置、磁传动装置、阀体、阀芯及带颈法兰，动力驱动装置输出端与磁传动装置输入端连接，磁传动装置下端与阀体上端密封固定连接，阀体下部一侧密封连接有带颈法兰，阀体内部轴向设有阀芯通道，阀体和带颈法兰内部设有轴线与阀芯通道轴线相交垂直的介质通道，阀芯置于阀芯通道内，磁传动装置输出端通过丝杠与阀芯上端连接并驱动其沿着阀芯通道上下移动，所述阀芯一侧与带颈法兰相对面之间设有动静密封结构，阀芯另一侧设有多组弹性组件。本发明通过三个静密封结构以及结合刚性密封副，形成可靠的内外密封结构，有效防止阀门外漏，解决现有阀门内外泄漏率高以及使用寿命短、成本高的问题。

Description

具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀

技术领域

本发明属阀门技术领域，具体涉及一种具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀。

背景技术

核电、石化行业，国家标准对于强腐蚀性、强放射性及剧毒性介质在存储及管道输送过程中的内、外泄漏率水平要求非常严格。但在现实工作中，由于阀门密封问题，特别是在高温高压条件下，受密封材料、密封结构、放射性、密封作用力以及制造工艺等条件限制，对于阀门的密封要求高，因此有必要提出改进。

发明内容

本发明解决的技术问题：提供一种具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀，本发明通过三个静密封结构以及结合带颈法兰与阀芯之间的静密封体和动密封体形成的刚性密封副，从而形成可靠的内外密封结构，有效防止阀门外漏。本发明采用的技术方案：具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀，包括动力驱动装置、磁传动装置、阀体、阀芯及带颈法兰，所述动力驱动装置输出端与磁传动装置上端输入端连接，所述磁传动装置下端与阀体上端密封固定连接，所述阀体下部一侧密封连接有带颈法兰，所述阀体内部轴向设有阀芯通道，所述阀体和带颈法兰内部设有其轴线与阀芯通道轴线相交垂直的介质通道，所述阀芯适配置于阀体的阀芯通道内部，所述磁传动装置输出端通过丝杠与阀芯上端连接并驱动其沿着阀芯通道上下移动实现对介质通道中介质的切断与导通，所述阀芯一侧与带颈法兰相对面之间设有当阀芯下移到阀芯通道下限时形成刚性密封副的动静密封结构，所述阀芯另一侧设有多组与阀芯通道内表面滚动触接并对动静密封结构提供密封力的弹性组件。

其中，所述阀芯为圆柱状结构，所述阀体中的阀芯通道与阀芯对应也为圆柱状结构，所述阀芯通道上部固定有限位块。

进一步地，所述动静密封结构包括静密封体和动密封体，所述阀芯上与带颈法兰对应一侧制有一切削平面，所述动密封体镶嵌于切削平面上，所述带颈法兰通过螺栓与阀体固定连接，所述带颈法兰与阀体的相贴面之间通过密封圈Ⅰ密封连接，所述静密封体固定于带颈法兰伸进阀体内且与切削平面相对的一端面上，所述带颈法兰伸进阀体内的一端上螺纹旋合有将静密封体压紧的压紧螺母，所述静密封体与带颈法兰相贴合面之间通过密封圈Ⅱ密封。

进一步地，所述静密封体和动密封体均采用高硬度钨镍钛合金制成。

进一步地，所述介质通道包括设于阀体内且其轴线与阀芯通道轴线平行的介质入口段通道和设于阀体内且其轴线与阀芯通道轴线垂直相交的介质出口段通道，以及包括设于带颈法兰内部且其轴线与介质出口段通道同轴的介质通道孔，所述介质入口段通道和介质出口段通道首尾接通，所述阀体内部还设有清渣通道，所述清渣通道一端与介质入口段通道垂直连通，所述清渣通道另一端与阀芯通道底部连通。

其中，所述弹性组件采用磁弹簧结构，所述每组弹性组件包括磁弹簧和滚珠，所述阀芯上与带颈法兰相反的一侧设有安装盲孔，所述磁弹簧设于安装盲孔内，所述磁弹簧外端连接有与阀体内的阀芯通道内圆柱表面滚动触接的滚珠。

进一步地，所述磁弹簧是由相邻面极性相同的两块永磁体构成，所述两块永磁体采用钐钴永磁材料制成。

进一步地，所述弹性组件安装组数根据闸阀内介质性质和工作压力确定且不少于4组。

其中，所述磁传动装置包括支架、隔套、外转子和内转子，所述外转子和内转子为磁性器件，所述外转子套于支架内部，所述内转子套于外转子内部且外转子和内转子之间设有隔套，所述支架下端与阀体上端固定连接，所述支架下端内部的止口将隔套下端压紧在阀体上，所述隔套与阀体相贴面之间通过密封圈Ⅲ密封，所述内转子通过内螺纹与丝杠上端的外螺纹连接驱动丝杠转动并上下移动，所述丝杠下端与制于阀芯上端的T型槽活动连接并带动阀芯沿着阀芯通道上下移动。

进一步地，所述动力驱动装置包括电机、联轴器和电机支座,所述电机支座上端与电机壳体固定连接，所述电机支座下端与磁传动装置中的支架上端固定连接，所述联轴器一端与电机输出轴固定连接，所述联轴器另一端与磁传动装置中外转子上端的动力输入轴固定连接。

本发明与现有技术相比的优点：

1、本方案中电机的动力是通过外转子和内转子之间的旋转磁场无接触传递的，外转子和内转子之间隔着隔套，从而实现了用隔套与阀体之间通过密封圈Ⅲ的静密封取代了传统的传动轴与阀体之间的动密封；带颈法兰与阀体固定连接且两者的相贴面之间通过密封圈Ⅰ形成静密封连接；静密封体与带颈法兰相贴合面之间通过密封圈Ⅱ形成的静密封结构；上述三个密封圈形成的静密封结构以及结合带颈法兰与阀芯之间的静密封体和动密封体形成的刚性密封副，从而形成可靠的内外密封结构，有效防止阀门外漏。

2、本方案中动静密封结构中的静密封体和动密封体均采用高硬度钨镍钛合金，在静密封体和动密封体相对运动过程中，密封面不易出现划伤，极大地延长了闸阀使用寿命；

3、本方案中阀芯和阀芯通道均为圆柱状，不但降低了加工难度，而且此结构易于形成良好的配合，提高密封效果；

4、本方案在阀芯与带颈法兰相反的一侧设有多组弹性组件，并且弹性组件采用是由磁弹簧和滚珠构成的磁弹簧结构，滚珠在磁弹簧相斥力的作用下，与阀芯通道内圆柱面滚动接触，降低了阀芯在阀芯通道内运动的摩擦力；同时，当阀芯下移使静密封体和动密封体相对贴合密封时，采用耐高温永磁材料制造的磁弹簧相斥力为静密封体和动密封体提供了低压时密封所需的足够的密封力，并结合静密封体和动密封体材料的高硬度、耐磨、耐高温、高压、腐蚀和抗辐照的性能，实现阀门平面接触很好的刚性内密封；

5、本方案在阀体内部设有清渣通道，清渣通道一端与介质入口段通道垂直连通，清渣通道另一端与阀芯通道底部连通，阀门打开，在介质流动状态下，一部分介质沿着介质通道流动，而另一部分介质沿清渣通道流入阀芯通道底部，将阀芯通道底部沉淀的渣滓吹起后沿阀芯通道向上流动，最终汇入到介质通道并从出口将沉淀的渣滓吹出，通过这种清渣方式，避免了介质中的渣滓在阀体中沉淀，防止渣滓堆积影响阀芯向下运动，进而影响阀门闭合，还可以防止渣滓中的硬质颗粒损伤合金密封面。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为图1的A-A向局部结构剖视图。

具体实施方式

下面结合附图1-2描述本发明的实施例。

具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀，如图1所示，包括动力驱动装置21、磁传动装置22、阀体16、阀芯17及带颈法兰1。

所述动力驱动装置21输出端与磁传动装置22上端输入端连接。具体的，如图1所示，所述动力驱动装置21包括电机10、联轴器11和电机支座12,所述电机支座12起支撑电机的作用，所述电机支座12上端通过紧固件与电机10的壳体固定连接，所述电机支座12下端通过紧固件与磁传动装置22上端固定连接，所述联轴器11一端通过普通平键与电机10动力输出轴固定连接，所述联轴器11另一端通过紧固件与磁传动装置22中动力输入端固定连接。

所述磁传动装置22下端与阀体16上端密封固定连接。具体的，如图1所示，所述磁传动装置22包括支架6、隔套7、外转子8和内转子9，其中，支架6起压紧隔套7和支撑电机10的作用，所述外转子8和内转子9为磁性器件。所述支架6上端通过紧固件与动力驱动装置21中的电机支座12固定连接，从而对电机10起到支撑的作用，所述支架6下端通过紧固件与阀体16上端固定连接。所述外转子8套于支架6内部，所述外转子8上部的动力输入轴与联轴器11下端固定连接，从而使电机10驱动外转子8转动；所述内转子9套于外转子8内部，而且在外转子8和内转子9之间设有隔套7，所述支架6下端通过其内部的止口601将隔套7下端压紧在阀体16上，所述隔套7与阀体16相贴面之间通过密封圈Ⅲ15密封，隔套7和密封圈Ⅲ15一起，将闸阀内腔与外部空间隔开，用这种静密封结构取代了传统的传动轴与阀体之间的动密封，提高密封性能。

所述阀体16内部轴向设有阀芯通道1601，所述阀芯17适配置于阀体16的阀芯通道1601内部。其中，所述阀芯17为圆柱状结构，所述阀体16中的阀芯通道1601与阀芯17对应也为圆柱状结构，这种结构不但降低了加工难度，而且此结构易于形成良好的配合，提高密封效果。所述阀芯通道1601上部通过紧固件固定有限位块14，所述磁传动装置22中的内转子9通过丝杠13驱动阀芯17沿着阀芯通道1601上下移动，其中，所述内转子9通过内螺纹与丝杠13上端的外螺纹连接，所述丝杠13下端穿过限位块14与制于阀芯17上端的T型槽活动连接。

所述阀体16下部一侧密封连接有带颈法兰1，所述带颈法兰1通过紧固件与阀体16固定连接，所述带颈法兰1与阀体16的相贴面之间通过密封圈Ⅰ2密封连接，所述带颈法兰1与阀体16连接的一端面穿进阀体16中对应的孔内且置于阀芯通道1601对应边缘。

所述阀体16和带颈法兰1内部设有其轴线与阀芯通道1601轴线相交垂直的介质通道23，所述介质通道23为圆柱状结构。具体的，如图1所示，所述介质通道23包括设于阀体16内下部且其轴线与阀芯通道1601轴线平行的介质入口段通道1602和设于阀体16内且其轴线与阀芯通道1601轴线垂直相交的介质出口段通道1603，以及包括设于带颈法兰1内部且其轴线与介质出口段通道1603同轴的介质通道孔101，所述介质入口段通道1602和介质出口段通道1603接通，所述介质出口段通道1603与介质通道孔101通过阀芯通道1601接通。

所述阀体16内部还设有清渣通道1604，如图1所示，所述清渣通道1604轴线与介质入口段通道1602轴线垂直且与介质出口段通道1603轴线平行，所述清渣通道1604一端与介质入口段通道1602垂直连通，所述清渣通道1604另一端与阀芯通道1601底部连通。阀门打开，在介质流动状态下，一部分介质自阀门入口a流入阀体16后沿着介质通道23流动，而另一部分介质沿清渣通道1604流入阀芯通道1601底部，将阀芯通道1601底部沉淀的渣滓吹起后沿阀芯通道1601向上流动，最终汇入到介质通道23并从出口b将沉淀的渣滓吹出，通过这种清渣方式，避免了介质中的渣滓在阀体16中沉淀，防止渣滓堆积影响阀芯17向下运动，进而影响阀门闭合，还可以防止渣滓中的硬质颗粒损伤合金密封面。

所述阀芯17一侧与带颈法兰1相对面之间设有当阀芯17下移到阀芯通道1601下限时形成刚性密封副的动静密封结构24。具体的，所述动静密封结构24包括静密封体4和动密封体18，所述阀芯17上与带颈法兰1对应一侧制有一切削平面1701，所述动密封体18镶嵌于切削平面1701上，所述静密封体4固定于带颈法兰1伸进阀体16内且与切削平面1701相对的一端面上，所述带颈法兰1伸进阀体16内的一端上制有螺纹且螺纹旋合有将静密封体4压紧的压紧螺母5，所述静密封体4与带颈法兰1相贴合面之间通过密封圈Ⅱ3密封。优选的，所述静密封体4和动密封体18均采用高硬度钨镍钛合金制成，使静密封体4和动密封体18相对运动过程中，保证密封面不易出现划伤，极大地延长了闸阀使用寿命。

所述阀芯17另一侧设有多组与阀芯通道1601内表面滚动触接并对动静密封结构24提供密封力的弹性组件25。其中，所述弹性组件25安装组数根据闸阀内介质性质和工作压力确定且不少于4组。具体的，如图2所示，所述弹性组件25采用磁弹簧结构，所述每组弹性组件25包括磁弹簧20和滚珠19，所述阀芯17上与带颈法兰1相反的一侧设有安装盲孔1702，所述磁弹簧20设于安装盲孔1702内，所述磁弹簧20外端连接有与阀体16内的阀芯通道1601内圆柱表面滚动触接的滚珠19。优选的，所述磁弹簧20是由相邻面极性相同的两块永磁体构成，所述两块永磁体采用钐钴永磁材料制成。滚珠19在磁弹簧20相斥力的作用下，与阀芯通道1601内圆柱面滚动接触，降低了阀芯17在阀芯通道1601内运动的摩擦力；同时，当阀芯17下移使动密封体18与静密封体4相贴合形成刚性密封副时，采用耐高温永磁材料制造的磁弹簧20产生的相斥力为静密封体4和动密封体18提供了低压时密封所需的足够的密封力，结合静密封体4和动密封体18材料自身的高硬度、耐磨、耐高温、高压、腐蚀和抗辐照的性能，实现阀门平面接触很好的刚性内密封。

本发明的动力传递路线为：电机10通过联轴器11驱动磁传动装置22中外转子8旋转，外转子8通过其旋转磁场透过隔套7驱动内转子9旋转，内转子9的旋转通过它与丝杠13间的螺纹配合驱动丝杠13沿阀芯通道1601轴向运动，进而带动阀芯17沿阀体16的阀芯通道1601轴向运动。通过这种方式，实现电机10旋转时，阀芯17沿阀芯通道1601轴向运动。电机10顺时针旋转时，阀芯17向下或向上运动；电机逆时针旋转时，阀芯17向上或向下运动。

本发明的介质切断与导通功能和密封功能的实现方式为：当阀芯17在电机10的驱动下向下运动时，阀芯17的下沿接触到阀芯通道1601的下平面时，阀芯17到达下限位位置，并停止运动，此时动密封体18与带颈法兰1中的静密封体4完全重合，并在磁弹簧20的弹簧力作用下形成刚性密封副，完全切断了介质流动，闸阀关闭，实现了闸阀的介质切断功能。此时，阀体16、静密封体4、动密封体18、隔套7、密封圈15形成了阀门关闭状态下的压力边界，隔套7、阀体16和密封圈Ⅲ15形成防外漏密封副，静密封体4和动密封体18形成了防内漏密封副。其中，静密封体4和动密封体18形成刚性密封副时的密封力为磁弹簧20的磁弹簧力和介质压力。高压介质时，密封力以介质压力为主；低压介质时，以磁弹簧力为主。

当阀芯17在电机10的驱动下向上运动时，阀芯17的上沿接触到限位块14的下端面时，阀芯17到达上限位位置，并停止运动，此时动密封体18与带颈法兰1中的静密封体4错开，介质通道23完全打开，介质流动导通，闸阀打开，实现了闸阀的介质导通功能。此时，阀体16、密封圈Ⅰ2、静密封体4、带颈法兰1、隔套7、密封圈Ⅲ15形成阀门打开状态下的压力边界，隔套7、阀体、密封圈Ⅲ15和静密封体4、密封圈Ⅰ2、带颈法兰1分别形成防外漏密封副。

本发明工作过程为：启动电机10，电机10带动外转子8旋转，使得内转子9同步旋转，丝杠13带动阀芯17上升，静密封体4和动密封体18所构成的密封副脱离，阀芯17到达上限位行程时断电，阀体16上的介质通道与带颈法兰1上的介质通道孔101接通，实现阀门开启；当需要关闭阀门时，反转电机10，丝杠13带动阀芯17下降，阀芯17到达下限位行程时，静密封体4和动密封体18完全接触，并在介质压力和磁弹簧力的作用下，形成刚性密封副，切断介质流通，实现阀门关闭。

本发明中的密封结构如下：电机10的动力是通过外转子8和内转子9之间的旋转磁场无接触传递的，外转子8和内转子9之间隔着隔套7，从而实现了用隔套7与阀体16之间通过密封圈Ⅲ15的静密封取代了传统的传动轴与阀体之间的动密封；带颈法兰1与阀体16固定连接且两者的相贴面之间通过密封圈Ⅰ2形成静密封连接；静密封体4与带颈法兰1相贴合面之间通过密封圈Ⅱ3形成的静密封结构。上述三个密封圈形成的静密封结构以及结合带颈法兰1与阀芯17之间的静密封体4和动密封体18形成的刚性密封副，从而形成可靠的内外密封结构，有效防止阀门外漏。

上述实施例，只是本发明的较佳实施例，并非用来限制本发明实施范围，故凡以本发明权利要求所述内容所做的等效变化，均应包括在本发明权利要求范围之内。

Claims (7)

1.具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀，包括动力驱动装置（21）、磁传动装置（22）、阀体（16）、阀芯（17）及带颈法兰（1），所述动力驱动装置（21）输出端与磁传动装置（22）上端输入端连接，所述磁传动装置（22）下端与阀体（16）上端静密封固定连接，所述阀体（16）下部一侧密封连接有带颈法兰（1），其特征在于：所述阀体（16）内部轴向设有阀芯通道（1601），所述阀体（16）和带颈法兰（1）内部设有其轴线与阀芯通道（1601）轴线相交垂直的介质通道（23），所述阀芯（17）适配置于阀体（16）的阀芯通道（1601）内部，所述磁传动装置（22）输出端通过丝杠（13）与阀芯（17）上端连接并驱动其沿着阀芯通道（1601）上下移动实现对介质通道（23）中介质的切断与导通，所述阀芯（17）一侧与带颈法兰（1）相对面之间设有当阀芯（17）下移到阀芯通道（1601）下限时形成刚性密封副的动静密封结构（24），所述阀芯（17）另一侧设有多组与阀芯通道（1601）内表面滚动触接并对动静密封结构（24）提供密封力的弹性组件（25）；

所述动静密封结构（24）包括静密封体（4）和动密封体（18），所述阀芯（17）上与带颈法兰（1）对应一侧制有一切削平面（1701），所述动密封体（18）镶嵌于切削平面（1701）上，所述带颈法兰（1）与阀体（16）固定连接，所述带颈法兰（1）与阀体（16）的相贴面之间通过密封圈Ⅰ（2）密封连接，所述静密封体（4）固定于带颈法兰（1）伸进阀体（16）内且与切削平面（1701）相对的一端面上，所述带颈法兰（1）伸进阀体（16）内的一端上螺纹旋合有将静密封体（4）压紧的压紧螺母（5），所述静密封体（4）与带颈法兰（1）相贴合面之间通过密封圈Ⅱ（3）密封；

所述介质通道（23）包括设于阀体（16）内且其轴线与阀芯通道（1601）轴线平行的介质入口段通道（1602）和设于阀体（16）内且其轴线与阀芯通道（1601）轴线垂直相交的介质出口段通道（1603），以及包括设于带颈法兰（1）内部且其轴线与介质出口段通道（1603）同轴的介质通道孔（101），所述介质入口段通道（1602）和介质出口段通道（1603）接通，所述阀体（16）内部还设有清渣通道（1604），所述清渣通道（1604）一端与介质入口段通道（1602）垂直连通，所述清渣通道（1604）另一端与阀芯通道（1601）底部连通；

所述弹性组件（25）采用磁弹簧结构，每组所述弹性组件（25）包括磁弹簧（20）和滚珠（19），所述阀芯（17）上与带颈法兰（1）相反的一侧设有安装盲孔（1702），所述磁弹簧（20）设于安装盲孔（1702）内，所述磁弹簧（20）外端连接有与阀体（16）中的阀芯通道（1601）内圆柱表面滚动触接的滚珠（19）。

2.根据权利要求1所述的具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀，其特征在于：所述阀芯（17）为圆柱状结构，所述阀体（16）中的阀芯通道（1601）与阀芯（17）对应也为圆柱状结构，所述阀芯通道（1601）上部固定有限位块（14）。

3.根据权利要求2所述的具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀，其特征在于：所述静密封体（4）和动密封体（18）均采用高硬度钨镍钛合金制成。

4.根据权利要求1所述的具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀，其特征在于：所述磁弹簧（20）是由相邻面极性相同的两块永磁体构成，所述两块永磁体采用钐钴永磁材料制成。

5.根据权利要求4所述的具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀，其特征在于：所述弹性组件（25）安装组数根据闸阀内介质性质和工作压力确定且不少于4组。

6.根据权利要求1所述的具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀，其特征在于：所述磁传动装置（22）包括支架（6）、隔套（7）、外转子（8）和内转子（9），所述外转子（8）和内转子（9）为磁性器件，所述外转子（8）套于支架（6）内部，所述内转子（9）套于外转子（8）内部且外转子（8）和内转子（9）之间设有隔套（7），所述支架（6）下端与阀体（16）上端固定连接，所述支架（6）下端内部的止口（601）将隔套（7）下端压紧在阀体（16）上，所述隔套（7）与阀体（16）相贴面之间通过密封圈Ⅲ（15）密封，所述内转子（9）通过内螺纹与丝杠（13）上端的外螺纹连接驱动丝杠（13）轴向移动，所述丝杠（13）下端与制于阀芯（17）上端的T型槽活动连接并带动阀芯（17）沿着阀芯通道（1601）上下移动。

7.根据权利要求6所述的具有合金密封结构的柱状阀芯式闸阀，其特征在于：所述动力驱动装置（21）包括电机（10）、联轴器（11）和电机支座（12）,所述电机支座（12）上端与电机（10）的壳体固定连接，所述电机支座（12）下端与磁传动装置（22）中的支架（6）上端固定连接，所述联轴器（11）一端与电机（10）输出轴固定连接，所述联轴器（11）另一端与磁传动装置（22）中外转子（8）上端的动力输入轴固定连接。