CN108843854A - 一种耐磨组合阀头 - Google Patents

Abstract

本发明属于阀门技术领域，具体涉及一种耐磨组合阀头。本发明一种耐磨组合阀头，作为调节阀的主要部件，与阀杆和阀座相互配合使用；包括阀头组件、包覆套组件和阀头座。通过阀头组件中阀头座、补偿衬套和硬化套三者合理选材与优化配合，保证其在室温到操作温度范围内可靠工作，克服了现有组合结构为保证操作温度下过盈连接，而在室温下势必要加大过盈量，导致零件超出屈服极限造成损坏的现象。同理克服了现有组合结构为保证零件在室温下不发生屈服，而在高温时减小过盈量，造成零件间握紧力不足，甚至出现间隙，导致阀头震动脱落的现象。

Description

一种耐磨组合阀头

技术领域

本发明属于阀门技术领域，具体涉及一种耐磨组合阀头。

背景技术

调节阀常常被用在一些极端的操作工况，如高温、高压差以及工作介质含硬质颗粒物的条件下，会造成阀头的磨损、腐蚀或冲蚀，导致阀头崩裂、折断，进而使阀门的调节能力减弱甚至丧失。早期采用硬质合金材料做成的整体阀头，如碳化硅(SiC)、碳化钨(WC)、氮化硅(Si3N4)、氧化铝(刚玉Al2O3)及氮化钛(TiN)等，具有很高的硬度，经常被用在高温、高压、强腐蚀、强冲蚀、强闪蒸或泥浆中，其具有常用的表面硬化类阀头所不可比拟的耐磨性。

然而，阀杆整体使用硬质合金等耐磨材料有很多弊端。首先，硬质合金材料制作和加工将花费很高的费用。其次，大尺寸零件在成型工艺上受设备大小和零件长径比的限制很难实现。最后，硬质合金材料体积增大，内部缺陷的概率相应增加，材料更易断裂。为避免上述弊端，目前多使用阀头组件的结构，阀头组件主要由硬质合金的阀头和钢制阀杆以及连接零件组合而成，大大削减了硬质合金的用量。连接硬质合金阀头和钢制阀杆通常有以下几种方式，机械连接，焊接，粘接和过盈配合连接。

但是，现有的阀头组件存在着以下不足和缺陷：

1.机械连接和焊接对操作温度敏感，由于阀头和阀杆使用的两种材料的线膨胀系数不同，操作温度过高会在材料连接处产生很大的应力，甚至导致材料屈服。采用粘接方式的连接有很多限制条件，除了要考虑温度变形对粘结剂的撕裂问题，还要考虑高温使粘结剂本身熔化或失去粘性的问题，最后还要考虑腐蚀性介质和粘结剂的相容性。线膨胀系数差异很大的硬质合金阀头与钢质阀杆过盈量选择较难，若选择不合理，则会产生以下问题：要保证阀头和阀杆在操作温度保持过盈量可靠工作，在室温时材料过盈量会加大使钢制阀杆发生屈服现象，而要保持室温时钢制阀杆过盈合理不发生屈服现象，则在操作温度时阀头与阀杆就会过盈不足或形成间隙，长期使用下会受到振动的影响而使连接失效。

2.由于硬质合金材料自身的成型密度大，导致硬质合金阀头和阀杆连接后重心向阀头偏移，使阀杆变形过大，密封面位置改变，密封难以实现。

3.为了可靠地连接阀头和阀杆，使用卡环或夹持套等零件，这些零件包裹在阀头外部，增大了阀头组件的径向尺寸，若其他结构制约阀体径向尺寸不能相应增大，则阀体内流体的流通面积会随之降低，造成流阻增大和流通能力减弱。除此之外，增大了径向尺寸的阀头会使项内的重心进一步向阀头偏移，继而进一步增大密封难度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种耐磨组合阀头，以材料屈服极限为约束目标，在室温到操作温度范围内，均不出现过盈消失和材料屈服现象，同时辅以紧固销和焊接进一步加固。同时保证与阀杆组合后重心位置合理利于保持密封，阀体外形保持不变。

为了实现这一目的，本发明采取的技术方案是：

一种耐磨组合阀头，作为调节阀的主要部件，与阀杆和阀座相互配合使用；包括阀头组件、包覆套组件和阀头座；

一、阀头组件

阀头组件包括阀头和硬化套；

阀头尾部为缩径结构，头部为阀头组件的工作段；

硬化套的两个端面分别与阀头和阀头座的端面贴紧；硬化套与包覆套组件中包覆套的连接面为锥形面；

二、包覆套组件

包覆套组件包括包覆套和螺钉；

包覆套与阀头座的螺纹连接段相互连接；

包覆套与硬化套的连接面呈与硬化套相配合的锥形结构，与硬化套的锥形表面相互贴紧；

三、阀头座

阀头座与阀头组件之间过盈连接，组成的整体与包覆套组件螺纹连接；

进一步的,如上所述的一种耐磨组合阀头，硬化套与阀头过盈连接，外部为锥形，在操作温度时其外形尺寸与阀头的外形尺寸平滑过渡。

进一步的,如上所述的一种耐磨组合阀头，阀头组件包括阀头，补偿衬套和硬化套；

阀头尾部为缩径结构，中部是与补偿衬套配合的凹槽，头部为阀头组件的工作段；

在阀头与硬化套之间设置补偿衬套；

补偿衬套纵向沿轴线周向均匀刨分为N件，N≥1；在补偿衬套中部设置与阀头中部凹槽相配合定位的凸起部分，上述凸起部分接近阀头的一端沿径向留有变形膨胀间隙。

进一步的,如上所述的一种耐磨组合阀头，阀头选用硬质合金制备，具体选用以下材料中的一种：碳化硅、碳化钨、氮化硅、氧化铝、氮化钛。

进一步的,如上所述的一种耐磨组合阀头，补偿衬套的线膨胀系数大于阀头的线膨胀系数，硬化套的线膨胀系数大于阀头的线膨胀系数，且阀头座的线膨胀系数大于阀头的线膨胀系数。

进一步的,如上所述的一种耐磨组合阀头，阀头和阀杆座、补偿衬套和阀杆座之间留有一定间隙，使得在操作温度时，阀头和阀杆座、补偿衬套和阀杆座膨胀后不会接触。

进一步的,如上所述的一种耐磨组合阀头，阀头座与阀头组件通过螺栓辅助连接，螺栓按照周向均布的方式放置。

进一步的,如上所述的一种耐磨组合阀头，补偿衬套和硬化套平齐的端部使用周向焊接辅助连接，阀头座和硬化套接触位置的外部使用周向焊接辅助连接，包覆套与阀头座之间使用周向焊接辅助连接。

进一步的,如上所述的一种耐磨组合阀头，硬化套采用钢材制成，外表面喷焊硬质合金；包覆套采用钢质材料制成，外表面喷焊硬质合金；阀头座采用钢质材料制成。

本发明的有益效果在于：

1.通过阀头组件中阀头座、补偿衬套和硬化套三者合理选材与优化配合，保证其在室温到操作温度范围内可靠工作，克服了现有组合结构为保证操作温度下过盈连接，而在室温下势必要加大过盈量，导致零件超出屈服极限造成损坏的现象。同理克服了现有组合结构为保证零件在室温下不发生屈服，而在高温时减小过盈量，造成零件间握紧力不足，甚至出现间隙，导致阀头震动脱落的现象。

2.阀头采用细长轻量化结构，使组合阀头重心不会偏向阀头方向，阀头弯曲变形、应力减小，便于密封。

3.阀头细长轻量化结构便于硬化套和补偿衬套设计布置，细的阀头外径让出空间使硬化套能与阀头外径平滑连接，避免流体在此处形成漩涡，同时使阀头径向尺寸保持不变，从而不会增加阀体外形尺寸，长的阀头增大与补偿衬套接合面积，利于可靠连接。

附图说明

图1为本发明耐磨组合阀头的立体示意图；

图2为图1中A-A向显示组合阀头的剖视图；

图3为图2中B-B向显示组合阀头的剖视图；

图4为图2中C-C向显示组合阀头的剖视图；

图5为本发明耐磨组合阀头中补偿衬套的其中一种结构示意图；

图6为本发明耐磨组合阀头中补偿衬套的另一种结构示意图；

图7为本发明耐磨组合阀头中阀头组件的装配示意图；

图8为本发明耐磨组合阀头中图7装配形成的阀头组件与阀头座的装配示意图。

图中，阀头组件100、包覆套组件200、阀头座300、阀头110、补偿衬套120、硬化套130、包覆套210、螺钉220。

具体实施方式

下面结合附图和具体实施例对本发明技术方案进行详细说明。

如图1～8所示，本发明一种耐磨组合阀头，作为调节阀的主要部件，与阀杆和阀座相互配合使用；包括阀头组件100、包覆套组件200和阀头座300；

一、阀头组件100

阀头组件100包括阀头110和硬化套130；

阀头110尾部为缩径结构，头部为阀头组件100的工作段；

硬化套130的两个端面分别与阀头110和阀头座300的端面贴紧，这样设置的好处是保证在操作温度下材料膨胀后，阀头110、硬化套130、阀头座300三件零件在轴向上无间隙，在轴向上杜绝震动的发生。

硬化套130与包覆套组件200中包覆套210的连接面为锥形面；

二、包覆套组件200

包覆套组件200包括包覆套210和螺钉220；

包覆套210与阀头座300的螺纹连接段相互连接；

包覆套210与硬化套130的连接面呈与硬化套130相配合的锥形结构，与硬化套130的锥形表面相互贴紧；

三、阀头座300

阀头座300与阀头组件100之间过盈连接，组成的整体与包覆套组件200螺纹连接；

硬化套130与阀头110过盈连接，外部为锥形，在操作温度时其外形尺寸与阀头110的外形尺寸平滑过渡，这样做的好处是保证流体在此处平顺流向下游，避免回流、扰流等能量损耗，避免旋涡对材料的二次冲蚀。

阀头组件100包括阀头110，补偿衬套120和硬化套130；

阀头110尾部为缩径结构；中部是与补偿衬套120配合的凹槽，如图2所示；头部为阀头组件100的工作段；

在阀头110与硬化套130之间设置补偿衬套120；

补偿衬套120纵向沿轴线周向均匀刨分为N件，N≥1，如图3、图4、图5所示。在补偿衬套120中部设置与阀头110中部凹槽相配合定位的凸起部分，如图6所示，凸起的设置起帮助补偿衬套120与阀头110定位的作用。上述凸起部分接近阀头110的一端沿径向留有变形膨胀间隙，使得在操作温度时，补偿衬套120与阀头110膨胀后仍不会接触，如图7所示。由于剪切应力和弯曲应力对于硬质合金的阀头110是致命的，如果不留此间隙，则高温材料膨胀后在阀头110上与补偿衬套120接触的位置附近会产生弯曲和剪切应力，降低阀头110使用寿命。

组合阀头中各零件材料的选择和配合尺寸的确定与实际使用工况密切相关。当调节阀现场工况出现高压差、强腐蚀、强冲蚀、强闪蒸或泥浆时，所用阀头110必须选用硬质合金等耐磨材料，在本实施例中，阀头110选用硬质合金制备，具体选用以下材料中的一种：碳化硅、碳化钨、氮化硅、氧化铝、氮化钛。如图2所示，相较于阀芯整体都采用硬质合金的结构，只在阀头110部分使用硬质合金可以节省硬质合金材料用量，降低成本。只在阀头110使用少量硬质合金的另一个好处是减小材料断裂的概率。由于硬质合金材料的断裂过程都是以材料内部或表面存在的缺陷为起点发生的，材料使用的体积越大，材料内出现气孔和缺陷的概率越大，断裂的概率也随之增大。

补偿衬套120的线膨胀系数大于阀头110的线膨胀系数，这样设置的好处是：在操作温度下材料经过膨胀后，硬化套130、补偿衬套120和阀头110间能够产生足够的握紧力。硬化套130的线膨胀系数大于阀头110的线膨胀系数，且阀头座300的线膨胀系数大于阀头110的线膨胀系数。

阀头110和阀杆座300、补偿衬套120和阀杆座300之间留有一定间隙，使得在操作温度时，阀头110和阀杆座300、补偿衬套120和阀杆座300膨胀后不会接触，如图2所示。如果不留此间隙，则高温材料膨胀后，阀头110和阀杆座300、补偿衬套120和阀杆座300顶死，给周圈的销钉220施加很大的剪力，降低硬化套130对阀头110的握紧力。

阀头座300与阀头组件100通过螺栓辅助连接，螺栓按照周向均布的方式放置。

补偿衬套120和硬化套130平齐的端部使用周向焊接辅助连接，该焊接作为辅助连接保证在操作温度下材料膨胀后，补偿衬套120和硬化套130在与阀头座300的接触面处不会分层，也是为了确保高温时轴向无间隙。

阀头座300和硬化套130接触位置的外部使用周向焊接辅助连接，包覆套210与阀头座300之间使用周向焊接辅助连接。

硬化套130采用钢材制成，外表面喷焊硬质合金；包覆套210采用钢质材料制成，外表面喷焊硬质合金；阀头座300采用钢质材料制成。

上述实施例和附图并非限定本发明的产品形态和式样，任何所属技术领域的普通技术人员对其所做的适当变化或修饰，皆应视为不脱离本发明的专利范畴。

Claims (10)

1.一种耐磨组合阀头，作为调节阀的主要部件，与阀杆和阀座相互配合使用；其特征在于：包括阀头组件(100)、包覆套组件(200)和阀头座(300)；

一、阀头组件(100)

阀头组件(100)包括阀头(110)和硬化套(130)；

阀头(110)尾部为缩径结构，头部为阀头组件(100)的工作段；

硬化套(130)的两个端面分别与阀头(110)和阀头座(300)的端面贴紧；硬化套(130)与包覆套组件(200)中包覆套(210)的连接面为锥形面；

二、包覆套组件(200)

包覆套组件(200)包括包覆套(210)和螺钉(220)；

包覆套(210)与阀头座(300)的螺纹连接段相互连接；

包覆套(210)与硬化套(130)的连接面呈与硬化套(130)相配合的锥形结构，与硬化套(130)的锥形表面相互贴紧；

三、阀头座(300)

阀头座(300)与阀头组件(100)之间过盈连接，组成的整体与包覆套组件(200)螺纹连接。

2.如权利要求1所述的一种耐磨组合阀头，其特征在于：硬化套(130)与阀头(110)过盈连接，外部为锥形，在操作温度时其外形尺寸与阀头(110)的外形尺寸平滑过渡。

3.如权利要求1所述的一种耐磨组合阀头，其特征在于：

阀头组件(100)包括阀头(110)，补偿衬套(120)和硬化套(130)；

阀头(110)尾部为缩径结构，中部是与补偿衬套(120)配合的凹槽，头部为阀头组件(100)的工作段；

在阀头(110)与硬化套(130)之间设置补偿衬套(120)；

补偿衬套(120)纵向沿轴线周向均匀刨分为N件，N≥1；在补偿衬套(120)中部设置与阀头(110)中部凹槽相配合定位的凸起部分，上述凸起部分接近阀头(110)的一端沿径向留有变形膨胀间隙。

4.如权利要求3所述的一种耐磨组合阀头，其特征在于：阀头(110)选用硬质合金制备，具体选用以下材料中的一种：碳化硅、碳化钨、氮化硅、氧化铝、氮化钛。

5.如权利要求3所述的一种耐磨组合阀头，其特征在于：补偿衬套(120)的线膨胀系数大于阀头(110)的线膨胀系数，硬化套(130)的线膨胀系数大于阀头(110)的线膨胀系数，且阀头座(300)的线膨胀系数大于阀头(110)的线膨胀系数。

6.如权利要求3所述的一种耐磨组合阀头，其特征在于：阀头(110)和阀杆座(300)、补偿衬套(120)和阀杆座(300)之间留有一定间隙，使得在操作温度时，阀头(110)和阀杆座(300)、补偿衬套(120)和阀杆座(300)膨胀后不会接触。

7.如权利要求3所述的一种耐磨组合阀头，其特征在于：阀头座(300)与阀头组件(100)通过螺栓辅助连接，螺栓按照周向均布的方式放置。

8.如权利要求3所述的一种耐磨组合阀头，其特征在于：补偿衬套(120)和硬化套(130)平齐的端部使用周向焊接辅助连接，阀头座(300)和硬化套(130)接触位置的外部使用周向焊接辅助连接，包覆套(210)与阀头座(300)之间使用周向焊接辅助连接。

9.如权利要求3所述的一种耐磨组合阀头，其特征在于：硬化套(130)采用钢材制成，外表面喷焊硬质合金；包覆套(210)采用钢质材料制成，外表面喷焊硬质合金；阀头座(300)采用钢质材料制成。

10.如权利要求3所述的一种耐磨组合阀头，其特征在于：阀头(110)选用硬质合金制备，具体选用以下材料中的一种：碳化硅、碳化钨、氮化硅、氧化铝、氮化钛；

补偿衬套(120)的线膨胀系数大于阀头(110)的线膨胀系数，硬化套(130)的线膨胀系数大于阀头(110)的线膨胀系数，且阀头座(300)的线膨胀系数大于阀头(110)的线膨胀系数；

阀头(110)和阀杆座(300)、补偿衬套(120)和阀杆座(300)之间留有一定间隙，使得在操作温度时，阀头(110)和阀杆座(300)、补偿衬套(120)和阀杆座(300)膨胀后不会接触；

阀头座(300)与阀头组件(100)之间通过螺栓辅助连接，螺栓按照周向均布的方式放置；

补偿衬套(120)和硬化套(130)平齐的端部使用周向焊接辅助连接，阀头座(300)和硬化套(130)接触位置的外部使用周向焊接辅助连接，包覆套(210)与阀头座(300)之间使用周向焊接辅助连接；

硬化套(130)采用钢材制成，外表面喷焊硬质合金；包覆套(210)采用钢质材料制成，外表面喷焊硬质合金；阀头座(300)采用钢质材料制成。