CN110043683A - 阀门 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种阀门，该阀门通过在阀座上设置用于润滑作用的石墨块，从而确保阀门密封面的摩擦副得到润滑，从而提高使用寿命。这种阀门适用于特别适用于温度高于300℃的流体控制。

Description

阀门

技术领域

本发明创造涉及阀门，具体涉及高温高压阀门。

背景技术

高温高压球阀作为一种用来实现管路系统通断及流量控制的部件，已在石油、化工、冶金等许多领域中得到极为广泛地应用。高温球阀工作温度通常远高于300℃，绝大部分有机材质已不能耐受。中国专利CN1103889C公开了一种适用于高温球阀的阀座，这种阀座是由薄钢板和薄石墨板软绕制成的，使用这种阀座的阀门润滑性能得到了提高，阀门在关闭或打开时扭矩能大大减小；石墨除润滑作用外还兼有密封作用，因此作用在阀座上挤压力比较大，由于石墨质脆且强度小，多次重复开关阀门后，与阀球接触的石墨板会逐渐剥离；另外，高温高压流体同样能冲刷剥离石墨，尤其是阀门处于的半开状态的时刻；基于上述两个原因，这种阀座虽然在使用前期有润滑优势、扭矩较小，但阀门使用循环寿命不高。

发明内容

本发明的目的在于克服上述现有技术的不足，提供一种耐高温高压的阀门。一种双阀座阀门，包括：具有阀腔、流体通道的阀体；第一阀座组件，第一阀座组件包括金属材质的第一阀座和石墨块，第一阀座具有流体通道、凹密封面，在环绕流体通道周围的凹密封上设置有凹槽，石墨块位于凹槽内，且石墨块具有与凹密封面平齐一致的表面；第二阀座组件，第二阀座组件包括金属材质的第二阀座、石墨块和弹性元件，第二阀座具有流体通道、凹面，在环绕流体通道周围的凹密封上设置有凹槽，石墨块位于凹槽内，且石墨块具有与凹密封面平齐一致的表面；用于切换流体通道通断的转动组件，转动组件包括阀杆和密封部，阀杆贯穿阀体与阀腔内的密封部连接，转动阀杆能使得密封部在阀腔内转动，密封部是残缺的金属材质回转体，回转体具有残缺的回转面；第二阀座组件中的弹性元件位于阀腔内壁与第二阀座之间，并将第二阀座的凹面与回转面、回转面与第一阀座的凹密封面紧压在一起，使第一阀座的凹密封面与回转面构成摩擦副；第一阀座的凹密封面与回转面是经过研磨的吻合结构，第一阀座组件和第二阀座组件中的石墨块抵顶在回转面上，起润滑作用；通过阀杆转动回转体，实现阀门的关闭或贯通。

本发明还提供一种单阀座阀门，该阀门包括：具有阀腔、流体通道的阀体；阀座组件，阀座组件包括金属材质的阀座和石墨块，阀座具有流体通道、凹密封面，在环绕流体通道周围的凹密封上设置有凹槽，石墨块位于凹槽内，且石墨块具有与凹密封面平齐一致的表面；用于切换流体通道通断的转动组件，转动组件包括阀杆和密封部，阀杆贯穿阀体与阀腔内的密封部刚性连接，转动阀杆能使得密封部在阀腔内转动，密封部是残缺的金属材质回转体，回转体具有残缺的回转面；刚性连接阀杆使得回转面与阀座的凹密封面紧压在一起，使阀座的凹密封面与回转面构成摩擦副；阀座的凹密封面与回转面是经过研磨的吻合结构，阀座组件中的石墨块抵顶在回转面上，起润滑作用；通过阀杆转动回转体，实现阀门的关闭或贯通。

本发明通过在阀座上设置用于润滑作用的石墨块，从而确保阀门的密封面的摩擦副得到润滑，从而提高使用寿命。由于用于润滑作用的石墨块不具有密封作用，因此石墨块作用在密封部表面上的力度很小，石墨块在阀门使用过程中不会不会剥落。

附图说明

图1是实施例1剖视图；

图2是实施例1阀座剖视图；

图3是实施例1石墨环剖视图；

图4是图2中B处局部放大图；

图5是图1中A处局部放大图；

图6是实施例1剖视图；

图7是实施例2剖视图；

图8是实施例3剖视图；

图9是实施例3第二阀座剖视图；

图10是图8的C处放大图；

图11是实施例3接头剖视图；

图12是实施例3安装图1；

图13是实施例3安装图2；

图14是实施例3安装图3；

图15是实施例4主体结构剖视图；

图16是实施例5剖视图；

图17是实施例6剖视图；

图18是实施例7剖视图；

图19是图18中D处放大图；

图20是T型流道阀球剖视图；

图21是具有L型流道阀球剖视图。

具体实施方式

为了便于理解本发明，下面结合附图对本发明的具体实施例及装配过程作详细说明。

实施例1

一种高温高压球阀，如图1、图6所示(高温高压球阀的零件及局部放大图参见图2、3、4、5)，包括金属阀体、金属转动组件、第一阀座组件和第二阀座组件；其中，阀体由密封连接在一起的第一接头112、第二接头113、主阀体111构成，三者通过多个螺栓116紧固成一体，通过耐高温的石墨环1121、1131实现连接处的密封，阀体内部具有阀腔117，第一接头112具有流体通道114、第二接头113具有流体通道115；转动组件包括阀球161、阀杆162和固定在阀杆162上的手柄组件1621，阀球161与阀杆162连接，阀球161是具有中心孔164的球形；第一阀座组件包括弹性元件——第一碟簧130、金属第一阀座121、第一石墨环122，第一阀座121如图2所示，具有流体通道123、凹球面124、环形凹槽125，第一石墨环122位于环形凹槽125内，第一石墨环122具有与凹球面124一致的表面；第二阀座组件与第一阀座组件具有相同的结构，即第二阀座组件包括弹性元件——第二碟簧150、金属第二阀座141、第二石墨环142，第二石墨环142位于第二阀座的环形凹槽内。第一阀座组件、第二阀座组件、阀球161位于阀腔117内，其中阀球161的球面163与第一阀座121的凹球面124、第二阀座141的凹球面构成两组摩擦副，第一石墨环122和第二石墨环142与球面163接触润滑，阀门通断是通过变换金属阀球球面163与金属阀座凹球面的相对位置实现的，金属阀球球面163与金属阀座凹球面是通过研磨而达到密封接触的，石墨环起润滑作用。第一碟簧130位于第一阀座121与阀腔117内壁之间，第二碟簧150位于第二阀座141与阀腔117内壁之间，使得第一阀座121与第二阀座141的凹球面紧密紧压在球面163上，从而实现两组摩擦副的密封。应当理解的是，即使第二阀座141与阀球161构成分摩擦副不具有密封功能，只要第一阀座121与阀球161构成的摩擦副实现密封就能确保阀门功能。阀杆162与阀球161连接，并且穿过主阀体111延伸到阀体外部，当然阀杆162与主阀体111需要适当密封。第一石墨密封环1121密封第一接头112与主阀体111的连接缝，同时也将挤压在第一阀座121的外周缘，实现第一阀座121外周缘与阀腔内壁的密封；类似的，第二石墨密封环1131将第一阀座121外周缘与阀腔内壁的间隙密封。

虽然本实施例的阀门中包含了手柄结构，但是本领域技术人员应当知道，本阀门不使用手柄也是能通过其他方式来实现开启或关闭的。

实施例2

一种高温高压球阀，如图7所示，结构与实施例1的结构基本相同，差异在于：实施例1的阀体由密封连接在一起的第一接头112、第二接头113、主阀体111构成，实施例2的阀体由密封连接在一起的接头212、主阀体211构成，即阀体的阀腔213是由两个构件封闭形成。本实施例只有一个连接缝需要密封，这种结构的阀体，与实施例1相比，密封容易，装配方便。

实施例3

一种高温高压球阀，如图8所示，包括金属阀体、金属转动组件、第一阀座组件和第二阀座组件；其中，阀体由密封连接在一起的接头312、主阀体311构成，二者通过多个螺栓316紧固成一体，通过耐高温的石墨环3121实现连接处的密封，阀体内部具有阀腔313，接头312具有流体通道314，主阀体311具有流体通道315；转动组件包括阀球361、阀杆362和固定在阀杆362上的手柄组件3621，阀球361与阀杆362连接，阀球361是具有中心孔364的球形；第一阀座组件包括金属第一阀座321、第一石墨环322，第一阀座321具有流体通道323、凹球面324、环形凹槽325，第一石墨环322位于环形凹槽325内，第一石墨环322具有与凹球面324一致的表面。第一阀座321是阀腔313的内壁延伸出来的、一体式结构，即第一阀座321与接头312是一体式结构，流体通道314与流体通道323是无连接缝的贯通通道，这种结构能降低装配时的密封要求，无需像实施例1、2中那样，确保阀座外周缘与阀腔壁的密封。凹球面324是通过在第一阀座上堆焊司太立合金365，然后成型加工得到的。司太立合金硬度高，从而提高凹球面324的耐磨性。阀球361的球面363上涂覆有0.001mm-2mm厚的碳化钨涂层或镍铬-碳化铬涂层；试验表明当涂层厚度为0.05mm-0.5mm时，涂层附着最牢固，涂层不容易剥落。堆焊硬质合金的阀座与具有上述硬质涂层的阀球匹配时，能大幅提高阀球与阀座的耐磨性能，提高阀门使用寿命。球阀上设置上述硬质涂层，是实施例的优选；作为次选方案，球面363还可以经渗碳或者渗氮或者碳氮共渗硬化处理。

第二阀座组件与第一阀座组件具有相似的结构。第二阀座组件包括弹性元件——碟簧350、第二阀座341、第二石墨环342，第二石墨环342与第一石墨环322结构相同，第二阀座341也具有与第一阀座相同的环形凹槽和司太立合金堆焊层345，第二石墨环342位于第二阀座341的环形凹槽内。第一阀座组件、第二阀座组件、阀球361位于阀腔313内，其中阀球361的球面363与第一阀座321的凹球面324、第二阀座341的凹球面构成两组摩擦副，第一石墨环322和第二石墨环342与球面363接触润滑，阀门通断是通过变换金属阀球的球面363与金属阀座凹球面的相对位置实现的，金属阀球的球面363与金属阀座凹球面是通过研磨而达到密封接触的，石墨环起润滑作用。碟簧350位于第二阀座341与阀腔313内壁之间，使得第一阀座321与第二阀座341的凹球面紧密紧压在球面363上，从而实现两组摩擦副的密封。阀杆362与阀球361连接，并且穿过主阀体311延伸到阀体外部，当然阀杆362与主阀体311需要适当密封。石墨密封环3121密封第一接头312与主阀体311的连接缝。阀门使用过程中阀球与阀座表面会受到磨损，摩擦副间隙有变大的趋势，从而降低密封性能。本实施例中的碟簧350能补偿阀门使用过程中摩擦副间隙有变大的倾向，始终将阀座紧密抵顶在阀球表面上，确保密封。图12、13、14、是阀座装配的主体步骤，最后图8所示的阀门。

实施例4

一种高温高压球阀，主体结构如图15所示，其结构与图8相比，只有一个阀座，省略了图8中的第二阀座组件。这种阀门的阀杆与阀球461刚性连接，并且保持阀球461始终抵顶在接头412延伸出的阀座421上。

实施例5

高温高压球阀，如图16所示，结构与图8相比，区别在于：主阀体511与接头512连接方式有差异，实施例3(图8)是使用多个螺栓316连接的，而本实施例是螺纹连接的——阀体511设置阴螺纹、接头512上设置阳螺纹。本实施例中阀体的连接缝通过石墨环5121密封。

实施例6

高温高压球阀，如图17所示，结构与实施例5(图16)相比，区别在于：主阀体611与接头612通过焊接连接，连接缝无需石墨环密封。

实施例7

高温高压球阀，如图18、19所示，本实施是在实施例3优化而来的，实施例3中的阀门经过长期循环使用后，由于磨损，石墨环与阀球之间的挤压力不复存在，导致阀门润滑性能变差，鉴于此，本实施例在实施例3的基础上，在接头712的环形凹槽内部设置了弹性元件——碟簧790，以确保石墨环722始终抵顶在阀球761的球面762上；类似的，该球阀内部的另外一个阀座也具有相同的结构。

阀球上的流体通道除实施例1-7中的直线型外，还可以是图20中的T型，图21中的L型等结构。

实施例1-7中的阀球是密封部一个具体的结构形式。实质上，密封部是残缺的金属材质回转体，回转体的回转面与第一阀座的凹密封面构成滑动密封副，即可实现阀门功能。密封部主体形状可以是球形、圆柱形等回转体结构。

Claims (36)

1.阀门，其特征是，包括：

具有阀腔、流体通道的阀体；

第一阀座组件，第一阀座组件包括金属材质的第一阀座和石墨块，第一阀座具有流体通道、凹密封面，在环绕流体通道周围的凹密封上设置有凹槽，石墨块位于凹槽内，且石墨块具有与凹密封面平齐一致的表面；

第二阀座组件，第二阀座组件包括金属材质的第二阀座、石墨块和弹性元件，第二阀座具有流体通道、凹面，在环绕流体通道周围的凹密封上设置有凹槽，石墨块位于凹槽内，且石墨块具有与凹密封面平齐一致的表面；

用于切换流体通道通断的转动组件，转动组件包括阀杆和密封部，阀杆贯穿阀体与阀腔内的密封部连接，转动阀杆能使得密封部在阀腔内转动，密封部是残缺的金属材质回转体，回转体具有残缺的回转面；第二阀座组件中的弹性元件位于阀腔内壁与第二阀座之间，并将第二阀座的凹面与回转面、回转面与第一阀座的凹密封面紧压在一起，使第一阀座的凹密封面与回转面构成摩擦副、第二阀座的凹面与回转面构成摩擦副；第一阀座的凹密封面与回转面是经过研磨的吻合结构，第一阀座组件和第二阀座组件中的石墨块抵顶在回转面上，起润滑作用；通过阀杆转动回转体，实现阀门的关闭或贯通。

2.根据权利要求1所述的阀门，其特征是：第一阀座上的凹槽是环形凹槽，石墨块是环状石墨环，石墨环位于环形凹槽内；第二阀座上的凹槽是环形凹槽，石墨块是环状石墨环，石墨环位于环形凹槽内。

3.根据权利要求2所述的阀门，其特征是：在第一阀座、第二阀座的环形凹槽内部设置了弹性元件，以确保石墨环始终抵顶在回转面上。

4.根据权利要求1所述的阀门，其特征是：构成第一阀座组件凹密封面的材料是硬质合金。

5.根据权利要求4所述的阀门，其特征是：构成第一阀座组件凹密封面的材料是司太立合金。

6.根据权利要求4所述的阀门，其特征是：第一阀座组件的凹密封面是在第一阀座上堆焊硬质合金后成型加工而成的。

7.根据权利要求1所述的阀门，其特征是：构成第一阀座组件凹密封面的材料是硬质合金。

8.根据权利要求7所述的阀门，其特征是：构成第一阀座组件凹密封面的材料是司太立合金。

9.根据权利要求7所述的阀门，其特征是：第二阀座组件的凹密封面是在第二阀座上堆焊硬质合金后成型加工而成的。

10.根据权利要求1所述的阀门，其特征是：密封部的回转面上设置有0.001mm-2mm厚的硬质涂层。

11.根据权利要求10所述的阀门，其特征是：硬质涂层选自的碳化钨涂层或镍铬-碳化铬涂层。

12.根据权利要求10所述的阀门，其特征是：涂层厚度为0.05mm-0.5mm。

13.根据权利要求1所述的阀门，其特征是：密封部的回转面经渗碳或者渗氮或者碳氮共渗硬化处理。

14.根据权利要求1所述的阀门，其特征是：密封部是残缺的球体，第一阀座的凹密封面是凹球面，第二阀座的凹面也是凹球面。

15.根据权利要求14所述的阀门，其特征是：球体残缺部分构成一个贯穿球体的通孔。

16.根据权利要求15所述的阀门，其特征是：通孔呈直线型或L型或T型。

17.根据权利要求1所述的阀门，其特征是：阀体是组合式的，由两个或多个构件密封连接成一体构成，阀腔是各个构件组合成一体后形成的中空结构的空间。

18.根据权利要求1所述的阀门，其特征是：第一阀座是阀腔的内壁延伸出来的、一体式结构。

19.根据权利要求1所述的阀门，其特征是：第一阀座是独立于阀体的单独构件，抵顶在阀腔的内壁上，且周缘与阀腔内壁接触密封。

20.根据权利要求19所述的阀门，其特征是：第一阀座与阀腔内壁之间设置有弹性元件。

21.阀门，其特征是，包括：

具有阀腔、流体通道的阀体；

阀座组件，阀座组件包括金属材质的阀座和石墨块，阀座具有流体通道、凹密封面，在环绕流体通道周围的凹密封上设置有凹槽，石墨块位于凹槽内，且石墨块具有与凹密封面平齐一致的表面；

用于切换流体通道通断的转动组件，转动组件包括阀杆和密封部，阀杆贯穿阀体与阀腔内的密封部刚性连接，转动阀杆能使得密封部在阀腔内转动，密封部是残缺的金属材质回转体，回转体具有残缺的回转面；刚性连接阀杆使得回转面与阀座的凹密封面紧压在一起，使阀座的凹密封面与回转面构成摩擦副；阀座的凹密封面与回转面是经过研磨的吻合结构，阀座组件中的石墨块抵顶在回转面上，起润滑作用；通过阀杆转动回转体，实现阀门的关闭或贯通。

22.根据权利要求21所述的阀门，其特征是：阀座上的凹槽是环形凹槽，石墨块是环状石墨环，石墨环位于环形凹槽内。

23.根据权利要求21所述的阀门，其特征是：构成阀座组件凹密封面的材料是硬质合金。

24.根据权利要求23所述的阀门，其特征是：构成阀座组件凹密封面的材料是司太立合金。

25.根据权利要23所述的阀门，其特征是：阀座组件的凹密封面是在第一阀座上堆焊硬质合金后成型加工而成的。

26.根据权利要求21所述的阀门，其特征是：密封部的回转面上设置有0.001mm-2mm厚的硬质涂层。

27.根据权利要求26所述的阀门，其特征是：硬质涂层选自的碳化钨涂层或镍铬-碳化铬涂层。

28.根据权利要求27所述的阀门，其特征是：涂层厚度为0.05mm-0.5mm。

29.根据权利要求21所述的阀门，其特征是：密封部的回转面经渗碳或者渗氮或者碳氮共渗硬化处理。

30.根据权利要求21所述的阀门，其特征是：密封部是残缺的球体，阀座的凹密封面是凹球面。

31.根据权利要求30所述的阀门，其特征是：球体残缺部分构成一个贯穿球体的通孔。

32.根据权利要求31所述的阀门，其特征是：通孔呈直线型或L型或T型。

33.根据权利要求21所述的阀门，其特征是：阀体是组合式的，由两个或多个构件密封连接成一体构成，阀腔是各个构件组合成一体后形成的中空结构的空间。

34.根据权利要求21所述的阀门，其特征是：阀座是阀腔的内壁延伸出来的、一体式结构体。

35.根据权利要求21所述的阀门，其特征是：阀座是独立于阀体的单独构件，抵顶在阀腔的内壁上，且周缘与阀腔内壁接触密封。

36.根据权利要求35所述的阀门，其特征是：阀座与阀腔内壁之间设置有弹性元件。