CN109854760B - 引导平衡式蝶阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种引导平衡式蝶阀，包括阀体、蝶套轴、阀板轴、蝶套、阀板、从动杆、凸轮和驱动机构，蝶套轴设置在阀体内，蝶套轴的上部与阀体的上部转动连接，蝶套轴的上端伸出阀体，蝶套轴为中空套管结构，阀板轴转动连接在蝶套轴内，阀板轴的上端由蝶套轴的上端伸出，阀板轴的下端与阀体的下端转动连接。蝶套设置在阀体内，蝶套的上端与蝶套轴的下端固定连接，蝶套的下端与阀板轴转动连接；阀板设置在蝶套的内孔处，阀板靠近阀板轴的一面设置有装配孔，从动杆一端为球头结构。驱动机构分别与蝶套轴和阀板轴相连。本发明的蝶阀在开启和关闭过程均无摩擦，且极大地减小了启闭蝶阀所需要的力矩，适用于高压大通径长期频繁启闭的工况。

Description

引导平衡式蝶阀

技术领域

本发明涉及蝶阀技术领域，具体来说，涉及一种引导平衡式蝶阀。

背景技术

蝶阀是指用圆盘蝶板作为关闭件围绕着主动轴阀杆往复旋转来开启与关闭的阀门。蝶阀自发明迄今已九十年。美国在上个世纪三十年代发明了蝶阀，中国则是在上个世纪七十年代推广，目前蝶阀已在石油、化工、冶金、能源发电等各大工业领域中得到极为广泛地应用。

近五十年来，蝶阀不断地提高技术水平，经历了从同心蝶阀向单偏心双偏心和三偏心蝶阀的演变，或者从各种连杆机构原理的方向进行启闭改造，这些技术创新都使蝶阀得到很大发展。即便如此，蝶阀性能仍有待提高。以多年来还是最新科技结晶的三偏心蝶阀为例，例如对其最基本的零泄漏要求，尽管在理论上可以做到，而实际效果还得有赖于是否周密设计和精心制造。由于蝶阀自问世以来的各种偏心演变以及各种机构改造，都恪守着一件关闭件蝶板一件主动轴阀杆的的传统内件结构的基本原理，难以充分满足双向超高压超大通径及长期频繁启闭的使用工况需求。

发明内容

为解决现有技术中存在的问题，本发明的目的是提供一种引导平衡式蝶阀，适用于双向高压大通径及长期频繁启闭的工况。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：一种引导平衡式蝶阀，包括阀体、蝶套轴、阀板轴、蝶套、阀板、从动杆、凸轮和驱动机构，所述蝶套轴设置在所述阀体内，所述蝶套轴的上部与所述阀体的上部转动连接，所述蝶套轴的上端伸出所述阀体，所述蝶套轴为中空套管结构，所述阀板轴转动连接在所述蝶套轴内，所述阀板轴的上端由所述蝶套轴的上端伸出，所述阀板轴的下端与所述阀体的下端转动连接。所述阀板轴和蝶套轴同轴设置。

所述蝶套设置在所述阀体内，所述蝶套的上端与所述蝶套轴的下端固定连接，所述蝶套的下端与所述阀板轴转动连接；所述阀板设置在所述蝶套的内孔处，所述阀板靠近阀板轴的一面设置有装配孔，所述从动杆一端为球头结构，且该端通过装配孔与所述阀板相连，所述凸轮固定设置在所述阀板轴上且与所述装配孔对应，所述从动杆的另一端由所述蝶套穿出，且与所述凸轮传动连接。

所述驱动机构分别与所述蝶套轴和阀板轴相连，所述驱动机构用于驱动蝶套轴和阀板轴转动。

工作原理：在需要关闭蝶阀时，驱动机构驱动蝶套轴和阀板轴同步转动。当蝶套轴和阀板轴同步转动90°时，蝶套的轴线与阀体的阀口的轴线同轴，此时驱动机构不再驱动蝶套轴转动，而继续驱动阀板轴转动。因此蝶套保持其轴线与阀体的阀口的轴线同轴时的位置不动。阀板轴继续转动过程中，从动杆在凸轮的作用下推动阀板，将阀板推出蝶套的内孔。使阀板在蝶套内孔的支撑和从动杆的引导下向阀体的阀口平移，进而在从动杆的球头自找正作用下，从动杆的作用力推动阀板将密封环压紧在阀口上，完成对蝶阀的关闭密封。该关闭过程中无摩擦，提高了密封的可靠性，适用于长期频繁关闭的工况。

在需要开启蝶阀时，驱动机构首先驱动阀板轴反向转动，此时，从动杆在凸轮的作用下拉动阀板，使阀板在蝶套的内孔的支撑和从动杆的引导下平移离开阀口。之后驱动机构同时驱动阀板轴与蝶套轴反向转动。当蝶套轴和阀板轴反向转动90°时，阀板被退回至蝶套的内孔的底部，且蝶套的轴线与阀体的阀口的轴线垂直，此时蝶阀被完全开启。蝶阀在开启过程中无摩擦，也同样适用于长期频繁开启的工况。

本发明的蝶阀在开启和关闭过程均无摩擦，适用于长期频繁启闭的工况。

优选的，所述凸轮沿其周向开设有滑槽，所述滑槽内滑动连接有滑动柱，所述从动杆穿出蝶套的一端通过销钉与所述滑动柱固定连接。阀板轴、凸轮、滑槽、滑动柱、销钉和从动杆组合构成锁合的槽凸轮机构，使从动杆在槽凸轮机构的牵引、导向下，实现从动杆的往复直线运动。进而使阀板在从动杆的牵引、导向下，以及蝶套内孔的支撑下，也有确定的往复直线运动，从而实现了蝶阀无摩擦的开启与关闭。

优选的，所述驱动机构包括驱动齿条、同轴设置在所述蝶套轴上端的不完全齿轮和同轴设置在所述阀板轴上端的完全齿轮，所述驱动齿条分别与所述不完全齿轮和完全齿轮相啮合。通过驱动齿条和不完全齿轮、完全齿轮的组合保证了关闭时蝶套轴和阀板轴先同步转动90°，之后阀板轴再单独继续转动至蝶阀关闭；开启时阀板轴先单独反向转动使阀板向蝶套退回，之后蝶套轴和阀板轴再继续反向同步转动90°至蝶阀开启。驱动齿条和不完全齿轮、完全齿轮的组合结构简单，方便实用。

优选的，所述阀板上设置有多个贯穿阀板的平衡孔。平衡孔连通阀内左腔和平衡腔。利用流体传动的特点，使蝶套和阀板上所承受的流体介质作用力分别得到对应的平衡。这就极大地减小了本蝶阀所需要的启闭力矩。因此本蝶阀可以适用于双向中高超高压力及中大超大通径的工况并能轻松进行手自动操纵。

优选的，所述蝶套和阀板之间设置有平衡密封组件。设置的平衡密封组件保证了蝶套和阀板之间的密封性。

优选的，所述阀板远离阀板轴的一面设置有密封环。设置的密封环保证了阀板与阀口之间的密封性。

优选的，所述从动杆与所述蝶套之间设置有从动密封组件。设置的从动密封组件保证了从动杆与所述蝶套之间的密封性。

优选的，所述驱动齿条驱动方式为手动、电动、气动或液动。所述电动为通过电动推杆实现，即电动推杆的输出轴与驱动齿条同轴固连；所述气动通过气缸实现，即气缸的活塞端与所述驱动齿条同轴固连；所述液动通过液压缸实现，即液压缸的活塞端与所述驱动齿条同轴固连。

本发明的有益效果是：

(1)本发明的蝶阀在开启和关闭过程均无摩擦，提高了密封的可靠性，适用于长期频繁启闭的工况。

(2)阀板上设置有多个贯穿阀板的平衡孔，平衡孔连通阀内左腔和平衡腔无论在蝶阀关闭后还是开启时，有平衡孔的连通，阀板的两底面都置于等压力的流体介质当中，其所承受的流体介质压力差等于零。同时，平衡孔的连通让流体介质作用力通过蝶套经蝶套轴和阀板轴传递给阀体，由阀体承担。因此，利用流体传动的特点，蝶套和阀板上所承受的流体介质作用力分别得到对应的平衡。由此可知，要使蝶阀关闭后能够密封，仅仅需要满足阀口密封面必需的密封比压所需的作用力这个条件。那么，从动杆作用力的大小，只需要保证将阀板上密封环压紧阀口时必需密封比压的所需作用力。因此即使在双向高压大通径的严酷场合，启闭本蝶阀的驱动力矩，只需要满足从动杆推动阀板的作用力，等于或大于所需密封比压的作用力。因此就极大地减小了本蝶阀所需要的启闭力矩。因此本蝶阀可以适用于双向中高超高压力及中大超大通径的工况并能轻松进行手自动操纵。

附图说明

图1是本发明实施例1中引导平衡式蝶阀的整体结构示意图；

图2是本发明实施例2中凸轮和从动杆的示意图；

图3是本发明实施例2中凸轮的结构示意图；

图4是图1的A-A向视图。

附图标记说明：

1、阀体；2、蝶套轴；3、阀板轴；4、蝶套；5、阀板；6、从动杆；7、凸轮；8、驱动机构；9、滑槽；10、滑动柱；11、不完全齿轮；12、完全齿轮；13、驱动齿条；14、平衡孔；15、平衡密封组件；16、密封环；17、从动密封组件；18、阀内左腔；19、阀内右腔；20、平衡腔。

具体实施方式

下面结合附图对本发明的实施例进行详细说明。

实施例1：

如图1-4所示，一种引导平衡式蝶阀，包括阀体1、蝶套轴2、阀板轴3、蝶套4、阀板5、从动杆6、凸轮7和驱动机构8，所述蝶套轴2设置在所述阀体1内，所述蝶套轴2的上部与所述阀体1的上部转动连接，所述蝶套轴2的上端伸出所述阀体1，所述蝶套轴2为中空套管结构，所述阀板轴3转动连接在所述蝶套轴2内，所述阀板轴3的上端由所述蝶套轴2的上端伸出，所述阀板轴3的下端与所述阀体1的下端转动连接。

所述蝶套4设置在所述阀体1内，所述蝶套4的上端与所述蝶套轴2的下端固定连接，所述蝶套4的下端与所述阀板轴3转动连接；所述阀板5设置在所述蝶套4的内孔处，所述阀板5靠近阀板轴3的一面设置有装配孔，所述从动杆6一端为球头结构，且该端通过装配孔与所述阀板5相连，所述凸轮7固定设置在所述阀板轴3上且与所述装配孔对应，所述从动杆6的另一端由所述蝶套4穿出，且与所述凸轮7传动连接。

所述驱动机构8分别与所述蝶套轴2和阀板轴3相连，所述驱动机构8用于驱动蝶套轴2和阀板轴3转动。

所述驱动机构8包括驱动齿条、同轴设置在所述蝶套轴2上端的不完全齿轮11和同轴设置在所述阀板轴3上端的完全齿轮12，所述驱动齿条13分别与所述不完全齿轮11和完全齿轮12相啮合。通过驱动齿条13和不完全齿轮11、完全齿轮12的组合保证了关闭时蝶套轴2和阀板轴3先同步转动90°，之后阀板轴3再单独转动至蝶阀关闭；开启时阀板轴3先单独反向转动使阀板5向蝶套4退回，之后蝶套轴2和阀板轴3再反向同步转动90°至蝶阀开启。驱动齿条13和不完全齿轮11、完全齿轮12的组合结构简单，方便实用。

所述驱动齿条13驱动方式为手动、电动、气动或液动。所述电动为通过电动推杆实现，即电动推杆的输出轴与驱动齿条13同轴固连；所述气动通过气缸实现，即气缸的活塞端与所述驱动齿条13同轴固连；所述液动通过液压缸实现，即液压缸的活塞端与所述驱动齿条13同轴固连。

所述阀板5上设置有多个贯穿阀板5的平衡孔14。平衡孔14连通阀内左腔18和平衡腔20。无论在蝶阀关闭后还是开启时，阀板5的两底面都置于等压力的流体介质当中，其所承受的流体介质压力差等于零；同时，平衡孔14的连通让流体介质作用力，通过蝶套4经蝶套轴2和阀板轴3传递给阀体1，由阀体1承担。因此，利用流体传动的特点，蝶套4和阀板5上所承受的流体介质作用力分别得到对应的平衡。由此可知，要使蝶阀关闭后能够密封，仅仅需要满足阀口密封面必需的密封比压所需的作用力这个条件。那么，从动杆6作用力的大小，只需要保证将阀板5上密封环16压紧阀口时必需密封比压的所需作用力。因此即使在双向高压大通径的严酷场合，启闭本蝶阀的驱动力矩，只需要满足从动杆6推动阀板5的作用力，等于或大于所需密封比压的作用力。因此就极大地减小了本蝶阀所需要的启闭力矩。因此本蝶阀可以适用于双向中高超高压力及中大超大通径的工况并能轻松进行手自动操纵。

所述蝶套4和阀板5之间设置有平衡密封组件15。设置的平衡密封组件15保证了蝶套4和阀板5之间的密封性。

所述阀板5远离阀板轴3的一面设置有密封环16。设置的密封环16保证了阀板5与阀口之间的密封性。

所述从动杆6与所述蝶套4之间设置有从动密封组件17。设置的从动密封组件17保证了从动杆6与所述蝶套4之间的密封性。

工作原理：在需要关闭蝶阀时，驱动机构8驱动蝶套轴2和阀板轴3同步转动。当蝶套轴2和阀板轴3同步转动90°时，蝶套4的轴线与阀体1的阀口的轴线同轴，此时驱动机构8不再驱动蝶套轴2转动，而继续驱动阀板轴3转动。因此蝶套4保持其轴线与阀体1的阀口的轴线同轴时的位置不动。阀板轴3继续转动过程中，从动杆6在凸轮7的作用下推动阀板5，将阀板5推出蝶套4的内孔。阀板5在蝶套4内孔的支撑和从动杆6外圆的牵引和引导下，向阀体1的阀口平移，进而在从动杆6的球头自找正作用下，从动杆6的作用力推动阀板5将密封环16压紧在阀口上，完成对蝶阀的关闭密封。该关闭过程中无摩擦，提高了密封的可靠性，适用于长期频繁起闭的工况。

在需要开启蝶阀时，驱动机构8首先驱动阀板轴3反向转动，此时，从动杆6在凸轮7的作用下拉动阀板5，使阀板5在蝶套4的内孔的支撑和从动杆6外圆的牵引和引导下平移离开阀口。之后驱动机构8同时驱动阀板轴3与蝶套轴2反向转动。当蝶套轴2和阀板轴3反向转动90°时，阀板5被退回至蝶套4的内孔的底部，且蝶套4的轴线与阀体1的阀口的轴线垂直，此时蝶阀被完全开启。蝶阀在开启过程中无摩擦，也同样适用于长期频繁启闭的工况。

阀板5封闭在阀口上时，在密封环16与平衡密封组件15和从动密封组件17的共同密封下，阀板5底部与蝶套4之间形成平衡腔20。

工况1，设工艺流体介质从阀体1的阀内左腔18进入从阀内右腔19流出：其一，从动杆6的作用力推动阀板5将密封环16压紧在阀口上，关闭本蝶阀。在密封环16与平衡密封组件15和从动密封组件17的共同密封下，阀内左腔18的流体介质经平衡孔14与平衡腔20互相连通，该流体介质的压力便作用在蝶套4的底面上。由于蝶套4通过蝶套轴2和阀板轴3倚靠在阀体1上，因此作用在蝶套4底面的流体介质的作用力，经蝶套轴2和阀板轴3传递给阀体1，由阀体1承担。其二，为简化描述，假设了例如密封环16的中径等于平衡密封组件15的中径等简化条件。无论在蝶阀关闭后还是开启时，有平衡孔14的连通，阀板5的两底面都置于等压力的流体介质当中，其所承受的流体介质压力差等于零。因此，利用流体传动的特点，蝶套4和阀板5上所承受的流体介质作用力分别得到对应的平衡。由此可知，要使本蝶阀关闭后能够密封，仅仅需要满足阀口密封面必需的密封比压所需的作用力这个条件即可。那么，从动杆6作用力的大小，只需要保证将阀板5上密封环16压紧阀口时必需密封比压的所需作用力。从这点来说，即使在双向高压大通径的严酷场合，启闭本蝶阀的驱动力矩，只需要满足从动杆6推动阀板5的作用力，等于或大于所需密封比压的作用力。这就极大地减小了本蝶阀所需要的启闭力矩。因此本蝶阀可以适用于双向中高超高压力及中大超大通径的工况并能轻松进行手自动操纵。

工况2，设工艺流体介质从阀内右腔19进入从阀内左腔18流出：其一，从动杆6的作用力推动阀板5将密封环16压紧在阀口上，关闭本蝶阀。在密封环16与平衡密封组件15和从动密封组件17的共同密封下，阀内右腔19的流体介质压力作用在平衡密封组件15的中径面积对蝶套4背面的投影面积上。由于蝶套4通过蝶套轴2和阀板轴3倚靠在阀体1上，因此作用在蝶套4背面投影面积上的流体介质的作用力，则经蝶套轴2和阀板轴3传递给阀体1，由阀体1承担。其二，为简化描述，假设了例如密封环16的中径等于平衡密封组件15的中径等简化条件。无论在蝶阀关闭后还是开启时，有平衡孔14的连通，阀板5的两底面都置于等压力的流体介质当中，其所承受的流体介质压力差等于零。因此，利用流体传动的特点，蝶套4和阀板5上所承受的流体介质作用力分别得到对应的平衡。由此可知，要使本蝶阀关闭后能够密封，仅仅需要满足阀口密封面必需的密封比压所需的作用力这个条件。那么，从动杆6作用力的大小，只需要保证将阀板5上密封环16压紧阀口时必需密封比压的所需作用力。从这点来说，即使在双向高压大通径的严酷场合，启闭本蝶阀的驱动力矩，只需要满足从动杆6推动阀板5的作用力，等于或大于所需密封比压的作用力。这就极大地减小了本蝶阀所需要的启闭力矩。因此本蝶阀可以适用于双向中高超高压力及中大超大通径的工况并能轻松进行手自动操纵。

实施例2：

如图2-图4所示，本实施例在实施例1的基础上，所述凸轮7沿其周向开设有滑槽9，所述滑槽9内滑动连接有滑动柱10，所述滑动柱10与从动杆6穿出蝶套4的端部横向通孔通过销钉相连接。从动杆6在蝶套4上的该穿出圆柱孔与从动杆6，组成闭式圆柱套筒移动副。由阀板轴3、凸轮7、滑槽9、滑动柱10、从动杆6及穿出蝶套4的圆柱孔，构成了形锁合的槽凸轮机构。在蝶套4和阀板5的转动或停止的过程中，有蝶套轴2和阀板轴3的配合操纵，使从动杆6在槽凸轮机构的牵引下，在闭式圆柱套筒移动副的导向下，实现确定的往复直线运动。从而使阀板5在从动杆6的牵引和导向下、以及蝶套4内孔的支撑下，也有确定的往复直线运动，因此实现了蝶阀无摩擦的开启与关闭。

以上所述实施例仅表达了本发明的具体实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对本发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。

Claims (6)

1.一种引导平衡式蝶阀，其特征在于，包括阀体、蝶套轴、阀板轴、蝶套、阀板、从动杆、凸轮和驱动机构，所述蝶套轴设置在所述阀体内，所述蝶套轴的上部与所述阀体的上部转动连接，所述蝶套轴的上端伸出所述阀体，所述蝶套轴为中空套管结构，所述阀板轴转动连接在所述蝶套轴内，所述阀板轴的上端由所述蝶套轴的上端伸出，所述阀板轴的下端与所述阀体的下端转动连接；

所述蝶套设置在所述阀体内，所述蝶套的上端与所述蝶套轴的下端固定连接，所述蝶套的下端与所述阀板轴转动连接；所述阀板设置在所述蝶套的内孔处，所述阀板靠近阀板轴的一面设置有装配孔，所述从动杆一端为球头结构，且该球头结构通过装配孔与所述阀板相连，所述凸轮固定设置在所述阀板轴上且与所述装配孔对应，所述从动杆的另一端由所述蝶套穿出，且与所述凸轮传动连接；

所述驱动机构分别与所述蝶套轴和阀板轴相连，所述驱动机构用于驱动蝶套轴和阀板轴转动；

所述凸轮沿其周向开设有滑槽，所述滑槽内滑动连接有滑动柱，所述从动杆穿出蝶套的一端通过销钉与所述滑动柱固定连接；

所述阀板上设置有多个贯穿阀板的平衡孔。

2.根据权利要求1所述的引导平衡式蝶阀，其特征在于，所述驱动机构包括驱动齿条、同轴设置在所述蝶套轴上端的不完全齿轮和同轴设置在所述阀板轴上端的完全齿轮，所述驱动齿条分别与所述不完全齿轮和完全齿轮相啮合。

3.根据权利要求1所述的引导平衡式蝶阀，其特征在于，所述蝶套和阀板之间设置有平衡密封组件。

4.根据权利要求1所述的引导平衡式蝶阀，其特征在于，所述阀板远离阀板轴的一面设置有密封环。

5.根据权利要求1所述的引导平衡式蝶阀，其特征在于，所述从动杆与所述蝶套之间设置有从动密封组件。

6.根据权利要求2所述的引导平衡式蝶阀，其特征在于，所述驱动齿条驱动方式为手动、电动、气动或液动。