CN110553056A - 球面双向高性能旋转阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种球面双向高性能旋转阀，包括阀体(11)和阀芯(21)，阀体(11)设有流道，流道内设阀芯(21)和阀座(19)，阀芯(21)密封面与阀座(19)密封面密封配合，阀座(19)外侧的阀体(11)上设置压板圈(16)，压板圈(16)通过第二螺栓(22)(7)固定在阀体(11)上，压板圈(16)部分伸入阀座(19)下面与阀座(19)密封配合，压板圈(16)与阀座(19)相对的一侧设置有预紧弹簧(18)，预紧弹簧(18)与阀座(19)抵接，初始状态下，预紧弹簧(18)处于压缩状态，该球面双向高性能旋转阀双向密封效果好、耐高温、耐高压、耐磨，阀芯密封面更换方便、开关扭矩轻、成本低、维修方便。

Description

球面双向高性能旋转阀
技术领域
本发明涉及旋球阀技术领域，具体公开了一种球面双向高性能旋转阀。
背景技术
管网系统的大部分阀门，主要用来对介质进行截断与调节，这部分阀门在整个系统中所占比重大、用量多，要求阀门经久耐用性价比高，同时应能在介质正向流时进行调节与截断，在压差变换或检修时又可以防止介质倒流，即拥有双向切断功能。日前，这部分阀在管网系统上，主要应用的有截止阀、闸阀、蝶阀以及球阀。截止阀和闸阀，拥有良好的双向切断功能，密封性能与使用寿命都不错，均为阀门始祖之一，但截止阀受截门型结构的先天限制，外形大操作力矩大，无法生产大口径，目前市场上最大也只到DN400；闸阀则无调节功能，用以调节流量存在闸板脱落的重大危险，而大口径闸阀同样以其庞大的外形和高度，在制造和运输中困难重重。蝶阀与闸阀相比有开闭时间短，操作力矩小，安装空间小和重量轻等特性，部分采用蝶阀代替闸阀。但一直来，蝶阀的密封性能并未完全达到市场要求，除中线衬胶蝶阀能在低压范围内可双向密封外，其他结构基本为单向流。
中线结构受橡胶限制不能普及。经过改进，市场上出现有双偏心不锈钢弹性片结构和三偏心金属的双向蝶阀，双偏心不锈钢弹性片结构：加工难度大，密封强度稳定性差，其价格高昂；三偏心金属结构：既能满足高温和双向密封，但由于三偏心的密封副为锥形椭圆面，密封圈与阀座装配配合时有大面、小面、长轴、短轴位置区分，维修、密封圈互换困难，反压受大、小面限制阀座浮动时会出现卡滞，不能满足1:1密封试验。目前主要应用于石油、天然气、煤气等介质的管线，在一般管网，特别是水系统应用极少。常规半球阀不具备双向压密封、耐高压和球体密封面更换(在不拆球体和阀杆情况下)的特点；常规半球阀体积大，开关扭矩重，成本高，维修不便。
球面双向高性能旋转阀同时兼具蝶阀、半球阀、闸阀和截止阀的功能和优点，又有自身完全与众不同的强大功能和优点。体积小、重量轻、运输、安装、维护检修方便、运行可靠，因而广泛使用于冶金、石化、供排水、供暖、电力、市政建设以及给排水等腐蚀性介质的管道上，作为截断或调节介质流量用。
发明内容
本发明的目的是提供一种双向密封效果，同时具备耐高温、耐高压、耐磨，阀芯和阀座密封面更换方便、开关扭矩轻、成本低、维修方便的球面双向高性能旋转阀。
本发明公开了一种球面双向高性能旋转阀，包括阀体和阀芯，阀体设有流道，流道内设阀芯和阀座，阀芯密封面与阀座密封面密封配合，阀座外侧的阀体上设置压板圈，压板圈通过第二螺栓固定在阀体上，压板圈部分伸入阀座下面与阀座密封配合，压板圈与阀座相对的一侧设置有预紧弹簧，预紧弹簧与阀座抵接，初始状态下，预紧弹簧处于压缩状态。
进一步的，压板圈上与阀座相对的一侧开设有贯穿的螺纹孔，螺纹孔内螺接调压顶丝，预紧弹簧套设在调压顶丝靠近阀座的一端。
通过上述技术方案，由于预紧弹簧的设置，实现了阀座的双向浮动式密封。具体为压板圈通过螺栓固定连接在阀体上，压板圈上又通过调压顶丝穿设预紧弹簧抵接在阀座上。初始状态下，弹簧压缩，调压顶丝、预紧弹簧使得阀座与阀芯密封面密封，但因为有弹簧的作用，阀座是可以浮动的，即阀座在启闭过程中处于浮动状态。当有介质正向压时，阀芯被顶压在阀座上，阀座向左压预紧弹簧，只会越压越紧，使其密封性能好，开关扭矩轻。当有介质反向压时，介质会推动阀芯向右，导致与阀芯相连的阀杆受力变形，阀芯向右有欲脱离浮动阀座的趋势，这是由于预紧弹簧回复，会顶着阀座也向右，阀座向右也会顶着阀体有向右的趋势，就中和了阀杆的变形力，阀座紧跟着阀芯有效位移实现了紧密封，使得阀双向密封效果好。这种浮动式密封结构还能满足高压时介质使阀芯轻微脱离密封面抬板的缺陷，同时阀芯的两端面采用三维偏心倒角优化设计使得开关扭矩轻。在需要更换阀芯与阀座的密封面时，只需要拆下阀座即可，不用拆换阀芯和阀体。
进一步的，阀体为从外到内内径逐渐减小的环形台阶结构，从外到内依次为第一环形台阶、第二环形台阶和第三环形台阶，压板圈包括安装部、延伸部和贯穿部，安装部安装在第一环形台阶上、密封部伸入第二环形台阶上，贯穿部与第三环形台阶相对设置且贯穿有螺纹孔的，预紧弹簧设置在贯穿部与阀座之间。
进一步的，在压板圈密封部与阀体不接触，密封部与阀座、阀体之间形成容置空间，容置空间内放置密封圈。
进一步的，密封圈为石墨密封圈。
通过上述技术方案，石墨密封圈可以在200～2000℃温度中在很高的滑动速度下，不用润滑油工作，所以使得本旋球阀耐高温、耐高压。
进一步的，阀芯密封面为弧形球面，阀座密封面为环形弧面。
通过上述技术方案，在密封点处，阀座面实际上是阀芯弧形面的切面，因而其结合十分完美，有适应(中心自动定位重合)和补偿磨损功能。
进一步的，还包括阀杆，阀杆通过销与阀芯上端、阀芯下端固定，阀芯与阀杆偏心连接，阀杆上端穿过阀体连接阀杆控制机构，阀杆下端穿设在阀体上。
通过上述技术方案，阀杆控制机构控制阀的动作，销固定牢固。偏心连接指阀杆的转动中心偏离阀芯几何中心，就有阀芯打开时阀芯实体不断向后退、向内缩，阀芯关闭时阀芯实体不断前进、向外胀的实际效果，其功能相当于半球阀、闸阀、截止阀、蝶阀的综合。因此本发明可以制成大口径阀门且密封性能好。
进一步的，阀体下端外侧设置端盖，端盖通过第一螺栓固定在阀体上。
通过上述技术方案，这样端盖相当于一个承接住下阀杆的部件，使得下阀杆不至于穿出阀体而裸露在外面，避免风雨等腐蚀。
进一步的，阀杆贯穿阀体的部分套设有轴套。
通过上述技术方案，轴套起到减少阀杆下端的磨损的作用。
进一步的，阀杆下端开设环形槽，环形槽上安装有对开环，端盖与阀体之间设置有密封垫片。
通过上述技术方案，对开环用来防止阀杆向上滑动，密封垫片起到密封阀盖与阀体的作用。
本发明的有益效果为：
1.轴向两偏心结构、阀座为双向浮动式金属密封结构、阀芯圆弧球面密封运行轨道为凸轮形。
2.具有双向密封的性能，特别使用于工业管线上的管网，对介质既具有正向流动要求，又具有反向流动要求的工况。
3.密封性能可靠，正向、反向可满足API 598、GB/T13927标准要求的密封性能。
4.密封阀座采用浮动式金属密封结构。
5.可保持双向零泄漏密封。
6.可在不拆阀芯、阀杆的情况下，更换阀座。
7.设计合理，结构紧凑，装拆容易，便于维修。
8.阀杆采用整轴结构，阀芯大口径采用双层桁架结构；强度高、刚性好；过流面积大，流阻小，节省能源。
9.可根据用户需要可配多种形式的驱动装置。
10.适用于高温、高压及各种酸、碱有腐蚀性和有颗粒物状介质等苛刻的工况环境，最高达+800℃的金属密封。
11.本产品采用金属阀座、金属密封圈延长了阀门的使用寿命长。
12、本产品结构经破坏性试验，能夹断焊条、切杂物功能。
附图说明
图1是本发明旋转阀的主视图；
图2是本发明旋转阀的左视剖视图；
图3是图2中虚线框选部分的放大视图。
图中：1、支架；2、螺柱；3、填料压盖；4、填料；5、填料垫；6、轴套；7、第二螺栓；8、销；9、阀杆；10、轴套；11、阀体；110、第一环形台阶；111、第二环形台阶；112、第三环形台阶；12、对开环；13、密封垫片；14、第一螺栓；15、端盖；16、压板圈；161、安装部；162、延伸部；163、贯穿部；17、调压顶丝；18、预紧弹簧；19、阀座；20、密封圈；21、阀芯；22、第二螺栓。
具体实施方式
如图1至3所示，本发明公开了一种球面双向高性能旋转阀，包括阀体11和阀芯21，阀体11设有流道，流道内设阀芯21和阀座19，阀座19外侧的阀体11上连接压板圈16，具体为通过第二螺栓227将压板圈16固定在阀体11上，压板圈16压住阀座19，阀座19压住阀芯21。压板圈16上与阀座19相对的一侧开设有贯穿的螺纹孔，螺纹孔内螺接调压顶丝17，调压顶丝17靠近阀座19的前端套有预紧弹簧18，预紧弹簧18与阀座19抵接，初始状态下，弹簧处于压缩状态，这里的初始状态是指阀关闭的状态。在压板圈16、阀座19与阀体11的三方接触处设置有特制石墨密封圈20。由于预紧弹簧18的存在，使得阀座19形成双向浮动式密封结构:(1)由第二螺栓22(7)、压板圈16紧压特制石墨密封圈20密封；(2)由调压顶丝17、预紧弹簧18使其阀座19与阀芯21密封面密封。正向压关闭时使阀芯21紧压，开启时阀座19浮动，使其密封性能可靠，开关扭矩轻。反向压时由介质推动浮动阀座19与阀芯21密封面紧密接触达到最佳密封效果，浮动式密封结构还能满足高压时介质使阀芯21轻微脱离密封面抬板的缺陷，阀芯21三维偏心倒角优化设计开关扭矩轻。
由于调压顶丝17是螺纹连接在螺纹孔上的，那么调压顶丝17是可以被旋进旋出的，在预紧弹簧18被反复使用后，难免会出现弹簧松弛回复力不够的情况，这时还可以旋进调压顶丝17，调节弹簧的伸长量，以使弹簧仍保持原有的回复力状态，保证预紧弹簧18顶着阀座19实现良好密封。
阀体11为从外到内内径逐渐减小的环形台阶结构，从外到内依次为第一环形台阶110、第二环形台阶111和第三环形台阶112，压板圈16包括安装部161、延伸部162和贯穿部163，安装部161安装在第一环形台阶110上、密封部伸入第二环形台阶111上，贯穿部163与第三环形台阶112相对设置且贯穿有螺纹孔的，预紧弹簧18设置在贯穿部163与阀座19之间。这样的环形台阶式结构设计使得压板圈16与阀座19、阀体11之间的密封更紧密。压板圈16密封部与阀体11不接触，密封部与阀座19、阀体11之间形成容置空间，容置空间内放置密封圈20。密封圈20优选为特制石墨密封圈20。特制石墨密封圈20可以在200～2000℃温度中在很高的滑动速度下，不用润滑油工作，所以使得本旋球阀耐高温、耐高压。
优选的，阀芯21密封面为弧形球面，阀座19密封面为环形弧面。在密封点处，阀座19面实际上是阀芯21弧形面的切面，因而其结合十分完美，有适应(中心自动定位重合)和补偿磨损功能。
进一步的，还包括阀杆9，阀杆9通过销8与阀芯21上端、阀芯21下端固定，阀芯21与阀杆9偏心连接，阀杆9上端穿过阀体11连接阀杆9控制机构，阀杆9下端穿设在阀体11上。阀杆9控制机构控制阀的动作，销8固定牢固。偏心连接指阀杆9的转动中心偏离阀芯21几何中心，就有阀芯21打开时阀芯21实体不断向后退、向内缩，阀芯21关闭时阀芯21实体不断前进、向外胀的实际效果，其功能相当于半球阀、闸阀、截止阀、蝶阀的综合。因此本发明可以制成大口径阀门且密封性能好。
阀体11下端外侧设置端盖15，端盖15通过第一螺栓14固定在阀体11上。阀杆9贯穿阀体11的部分套设有轴套106。轴套106起到减少阀杆9下端的磨损的作用。阀杆9下端开设环形槽，环形槽上安装有对开环12，端盖15与阀体11之间设置有密封垫片13，对开环12用来防止阀杆9向上滑动，密封垫片13起到密封阀盖与阀体11的作用。
本发明的旋球阀中，阀杆9上端穿出阀体11可以连接多种形式的阀杆9控制机构，如可以是一个转轮连接涡轮箱，涡轮箱连接阀杆9，阀杆9可以被转轮驱动。
如图2中所示，旋球阀阀体11上端通过螺柱2固定有支架1，螺柱2配合螺母、垫片固定，在阀体11上端穿设有阀杆9的部分，轴套106上部填设有填料4，填料4上端设置有填料4压盖3，整个填料4和填料4压盖3都是设置在阀杆9与阀体11的之间位置，支架1上端再固定阀杆9控制机构等。填料4和填料4压盖3也是为了起到密封作用，避免介质从阀杆9与阀体11之间的缝隙泄漏。

Claims (10)

1.一种球面双向高性能旋转阀，包括阀体(11)和阀芯(21)，阀体(11)设有流道，流道内设阀芯(21)和阀座(19)，阀芯(21)密封面与阀座(19)密封面密封配合，其特征在于，阀座(19)外侧的阀体(11)上设置压板圈(16)，压板圈(16)通过第二螺栓(22)(7)固定在阀体(11)上，压板圈(16)部分伸入阀座(19)下面与阀座(19)密封配合，压板圈(16)与阀座(19)相对的一侧设置有预紧弹簧(18)，预紧弹簧(18)与阀座(19)抵接，初始状态下，预紧弹簧(18)处于压缩状态。
2.根据权利要求1所述的球面双向高性能旋转阀，其特征在于，压板圈(16)上与阀座(19)相对的一侧开设有贯穿的螺纹孔，螺纹孔内螺接调压顶丝(17)，预紧弹簧(18)套设在调压顶丝(17)靠近阀座(19)的一端。
3.根据权利要求2所述球面双向高性能旋转阀，其特征在于，阀体(11)为从外到内内径逐渐减小的环形台阶结构，从外到内依次为第一环形台阶(110)、第二环形台阶(111)和第三环形台阶(112)，压板圈(16)包括安装部(161)、延伸部(162)和贯穿部(163)，安装部(161)安装在第一环形台阶(110)上、密封部伸入第二环形台阶(111)上，贯穿部(163)与第三环形台阶(112)相对设置且贯穿有螺纹孔的，预紧弹簧(18)设置在贯穿部(163)与阀座(19)之间。
4.根据权利要求3所述的球面双向高性能旋转阀，其特征在于，在压板圈(16)密封部与阀体(11)不接触，密封部与阀座(19)、阀体(11)之间形成容置空间，容置空间内放置密封圈(20)。
5.根据权利要求4所述的球面双向高性能旋转阀，其特征在于，密封圈(20)为特制石墨密封圈(20)。
6.根据权利要求1所述的球面双向高性能旋转阀，其特征在于，阀芯(21)密封面为弧形球面，阀座(19)密封面为环形弧面。
7.根据权利要求1所述的球面双向高性能旋转阀，其特征在于，还包括阀杆(9)，阀杆(9)通过销(8)与阀芯(21)上端、阀芯(21)下端固定，阀芯(21)与阀杆(9)偏心连接，阀杆(9)上端穿过阀体(11)连接阀杆(9)控制机构，阀杆(9)下端穿设在阀体(11)上。
8.根据权利要求1所述的球面双向高性能旋转阀，其特征在于，阀体(11)下端外侧设置端盖(15)，端盖(15)通过第一螺栓(14)固定在阀体(11)上。
9.根据权利要求7所述的球面双向高性能旋转阀，其特征在于，阀杆(9)贯穿阀体(11)的部分套设有轴套(10)(6)。
10.根据权利要求7所述的球面双向高性能旋转阀，其特征在于，阀杆(9)下端开设环形槽，环形槽上安装有对开环(12)，端盖(15)与阀体(11)之间设置有密封垫片(13)。
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