CN110594426B - 刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构及其方法。该阀芯结构包括从上到下依次叠加装配的活塞式阀芯、柔性基面、刚性环面和连接件;活塞式阀芯底面为平面;柔性基面边缘薄中间厚,其顶面贴合活塞式阀芯底面,底面为椭球形凸面;柔性基面采用柔性材料制成,在底面受到外力作用时能够发生形变;刚性环面为一个横断面呈台阶状的环体,其底面作为阀芯结构与阀座的接触面;刚性环面同轴布置于柔性基面的底面边缘,且以活塞式阀芯底面为基准,柔性基面的椭球形凸面的中心凸出高度大于刚性环面的凸出高度;连接件用于连接各结构使其装配成整体。本发明能够用于克服阀芯底面的不平衡力矩,且结构简单,可进行广泛推广应用。

Description

刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构及其方法
技术领域
本发明涉及一种活塞式阀芯结构,尤其涉及一种刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构及其克服不平衡力矩方法。
背景技术
在水平布置的采用活塞式阀芯结构的阀门中,其阀芯底面受力表现出明显的不均衡现象,阀芯底面下表面靠近流体出口侧方向受到的压力大于靠近流体入口侧方向受到的压力,压力分布不均衡使得阀芯底面处产生一个不平衡力矩,并导致阀芯壁面对密封处产生挤压,不仅增加驱动能耗、影响密封性能,在大流量工况下甚至会导致阀门的泄漏失效。
目前市面上的活塞式阀门结构中,缺乏针对阀芯受到的不平衡力矩的改进设计。中国发明专利CN108317298A公开了一种低泄漏先导式单座调节阀阀芯结构,该结构在阀杆下端充当小阀芯的部分以及阀杆肩部均加工有流道,用于沟通阀芯内腔与阀门进口流道,以减小小阀芯开启时所受的不平衡力。但该阀芯结构较为复杂,且不具有普适性。
发明内容
本发明的目的在于解决现有活塞式阀芯受力不平衡的现象,提供了一种刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构。
为实现上述目的,本发明采用的技术方案如下:
一种刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构,其包括连接件和从上到下依次叠加装配的活塞式阀芯、柔性基面、刚性环面和连接件;所述活塞式阀芯底面为平面;所述柔性基面边缘薄中间厚,其顶面贴合活塞式阀芯底面,底面为椭球形凸面;柔性基面采用柔性材料制成,在底面受到外力作用时能够发生形变;所述刚性环面为一个横断面呈台阶状的环体,其底面作为阀芯结构与阀座的接触面;刚性环面同轴布置于柔性基面的底面边缘,且以活塞式阀芯底面为基准,柔性基面的椭球形凸面的中心凸出高度大于刚性环面的凸出高度;所述连接件用于连接活塞式阀芯、柔性基面和刚性环面,使其装配成整体。
作为优选,所述的连接件为连接螺钉,所述活塞式阀芯底面周向均布有若干螺纹孔;所述柔性基面底部与所述螺纹孔对应开设有若干第一通孔;所述刚性环面底部与所述螺纹孔对应开设有若干第二通孔;每组同轴的螺纹孔、第一通孔和第二通孔中拧入连接螺钉实现固定。
作为优选,所述柔性基面的材料为聚氨酯材料。
作为优选,所述刚性环面的底面为与下方阀座的顶面匹配的台阶面,刚性环面的底面与阀座的顶面能够密封卡合。
作为优选,所述活塞式阀芯、柔性基面和刚性环面的外径相等。
进一步的,所述刚性环面的第二通孔为沉头孔,沉头孔直径大于连接螺钉的螺丝头直径,沉头孔深度大于连接螺钉的螺丝头厚度。
更进一步的,所述螺纹孔、第一通孔、第二通孔的数量均为8个;所述连接件为沉头螺钉,数量为8个。
进一步的,所述的螺纹孔、第一通孔、第二通孔的孔径相等。
本发明的另一目的在于提供一种利用上述任一方案所述活塞式阀芯结构的克服不平衡力矩方法,其具体过程为:将所述的活塞式阀芯结构安装于阀座上,其中刚性环面的底面作为阀芯结构与阀座的密封接触面;阀门开启后,在流体经由刚性环面与阀座之间的空隙流出过程中,流体直接作用于柔性基面的底面,柔性基面在不同部位受到不同大小的流体力,进而产生不同程度的形变,从而吸收原本作用于阀芯底面的不平衡力矩,实现活塞式阀芯底面受压分布的均衡。
作为优选,每使用一定时间后将柔性基面旋转90°。
本发明的上述技术方案相比现有技术具有以下优点:
(1)本发明的一种刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构,通过柔性基面良好的弹性性能,在受到不同压力的部位发生不同程度的形变,来克服活塞式阀芯底面的不平衡力矩。
(2)本发明的一种刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构,在阀芯结构与阀座的接触面处采用阶梯面,防止阀芯结构的改变引起泄漏,保证了阀门的密封性能。
(3)本发明结构简单,制造方便,适用于大多数具有圆形阀芯结构的阀门。
附图说明
图1为本使用新型所涉及的一种刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构关闭时的剖视图;
图2为本发明所涉及的一种刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构的仰视图;
图3为两种阀芯所受的不平衡力矩的示意图;其中(a)为一般活塞式阀芯开启时流体分布与阀芯所受不平衡力矩的示意图;(b)为本发明所涉及的一种刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构开启时流体分布与柔性基面发生形变克服不平衡力矩的示意图;
图中附图标记为:1、活塞式阀芯;2、连接件;3、刚性环面;4、柔性基面;5、阀座。
具体实施方式
以下结合附图对本发明进行进一步说明。
如图1、图2所示,为本发明的一个较佳实施例中的一种刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构,该活塞式阀芯结构用于安装在阀座5的上方使用。其主体结构包括连接件2和从上到下依次叠加装配的活塞式阀芯1、柔性基面4、刚性环面3。
其中,活塞式阀芯1呈圆柱体,底面为平面。柔性基面4是一个边缘薄中间厚的不规则凸面体,其顶面为平面,与活塞式阀芯1的底面相贴合,而底面的中间部分为半椭球形凸面,底面的一圈环形边缘用于作为固定部分。柔性基面4采用柔性材料制成,在底面受到外力作用时能够发生形变。本实施例中,柔性基面4的材料为聚氨酯材料。
另外,刚性环面3为一个横断面呈台阶状的环体,其底面作为阀芯结构与阀座5的接触面。刚性环面3同轴贴合布置于柔性基面4的底面边缘。活塞式阀芯1、柔性基面4和刚性环面3的外径相等。连接件2用于连接活塞式阀芯1、柔性基面4和刚性环面3,使其装配成整体。
上述活塞式阀芯结构中,刚性环面3的底面为与下方阀座5的顶面匹配的台阶面,刚性环面3的底面作为与阀座5的顶面的接触面,两个面应当能够密封卡合。当然,这种卡合并非固定的,其根据阀门的开闭可以在密封或者不密封状态间调整。当阀门开启时,刚性环面3的底面作为与阀座5的顶面之间保持一定距离,形成供流体流出的通道。
如图3a所示,在一般活塞式阀芯结构中,当活塞式阀芯1开启时,流体经由活塞式阀芯1与阀座5之间的空隙流出,流体分布不均匀导致流体对活塞式阀芯1底面不同部位产生的压力大小不同,最终使得活塞式阀芯1受到一个不平衡力矩,产生如图3a所示的翻转趋势。
而在本发明的阀芯结构中,增设了一个柔性基面4对不平衡力矩进行消纳,其原理是通过柔性基面良好的弹性性能,在受到不同压力的部位发生不同程度的形变,进而吸收原本作用于阀芯底面的不平衡力矩。如图3b所示,在本发明刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构中,当阀芯结构开启时,流体经由刚性环面3与阀座5之间的空隙流出,流体分布不均匀导致流体对柔性基面4底面不同部位产生的压力大小不同,从而造成柔性基面4不同部位产生不同程度的形变。原本作用于活塞式阀芯1底面的不平衡力矩被柔性基面4的弹性形变吸收,活塞式阀芯1底面受到的压力分布变得均衡,不平衡力矩得以克服。
基于上述原理,为了使柔性基面4能够利用其自身弹性实现不平衡力矩的吸收,柔性基面4应当尽量比刚性环面3更加突出。具体可以参见图1,以活塞式阀芯1底面为基准,柔性基面4的椭球形凸面的中心凸出高度应当大于刚性环面3的凸出高度,即柔性基面4的底面中心比刚性环面3的底面高度更低,防止刚性环面3对流体造成扰动进而引入新的不平衡力矩。柔性基面4的具体突出高度可以根据需要进行试验调整。
另外,在本实施例中,为了装配方便,连接件2采用连接螺钉。因此,活塞式阀芯1底面周向均布有8个螺纹孔;柔性基面4底部与螺纹孔对应开设有8第一通孔;刚性环面3底部与螺纹孔对应开设有8第二通孔。连接螺钉采用沉头螺钉,数量也为8个。刚性环面3的第二通孔为沉头孔,沉头孔直径大于连接螺钉的螺丝头直径,沉头孔深度大于连接螺钉的螺丝头厚度,使得螺钉被内置于孔内。螺纹孔、第一通孔、第二通孔的孔径最好保持相等。每组同轴的螺纹孔、第一通孔和第二通孔中拧入连接螺钉实现固定。当然,具体的螺钉数、孔数也可以根据需要进行调整。同样的,除了螺钉连接之外,也可以采用其他的连接件进行连接。
基于上述活塞式阀芯结构,提供了一种在阀门中克服不平衡力矩方法,其做法为:将该活塞式阀芯结构安装于阀座5上进行使用,其中刚性环面3的底面作为阀芯结构与阀座5的密封接触面;阀门开启后,在流体经由刚性环面3与阀座5之间的空隙流出过程中,流体直接作用于柔性基面4的底面,柔性基面4在不同部位受到不同大小的流体力,进而产生不同程度的形变,从而吸收原本作用于阀芯底面的不平衡力矩,实现活塞式阀芯1底面受压分布的均衡。
为防止柔性基面4某一特定部位反复受到较大的压力作用,使用一定时间后,可将柔性基面4沿固定方向旋转90°,以保证克服不平衡力矩的效果。旋转三次后,更换新的柔性基面4。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案,然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员,在不脱离本发明的精神和范围的情况下,还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案,均落在本发明的保护范围内。

Claims (9)

1.一种刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构,其特征在于,包括连接件(2)和从上到下依次叠加装配的活塞式阀芯(1)、柔性基面(4)、刚性环面(3);所述活塞式阀芯(1)底面为平面;所述柔性基面(4)边缘薄中间厚,其顶面贴合活塞式阀芯(1)底面,底面为椭球形凸面;柔性基面(4)采用柔性材料制成,在底面受到外力作用时能够发生形变;所述刚性环面(3)为一个横断面呈台阶状的环体,其底面作为阀芯结构与阀座(5)的接触面;刚性环面(3)同轴布置于柔性基面(4)的底面边缘,且以活塞式阀芯(1)底面为基准,柔性基面(4)的椭球形凸面的中心凸出高度大于刚性环面(3)的凸出高度;所述连接件(2)用于连接活塞式阀芯(1)、柔性基面(4)和刚性环面(3),使其装配成整体。
2.如权利要求1所述的刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构,其特征在于,所述的连接件(2)为连接螺钉,所述活塞式阀芯(1)底面周向均布有若干螺纹孔;所述柔性基面(4)底部与所述螺纹孔对应开设有若干第一通孔;所述刚性环面(3)底部与所述螺纹孔对应开设有若干第二通孔;每组同轴的螺纹孔、第一通孔和第二通孔中拧入连接螺钉实现固定。
3.如权利要求1所述的刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构,其特征在于,所述柔性基面(4)的材料为聚氨酯材料。
4.如权利要求1所述的刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构,其特征在于,所述刚性环面(3)的底面为与下方阀座(5)的顶面匹配的台阶面,刚性环面(3)的底面与阀座(5)的顶面能够密封卡合。
5.如权利要求1所述的刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构,其特征在于,所述活塞式阀芯(1)、柔性基面(4)和刚性环面(3)的外径相等。
6.如权利要求2所述的刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构,其特征在于,所述刚性环面(3)的第二通孔为沉头孔,沉头孔直径大于连接螺钉的螺丝头直径,沉头孔深度大于连接螺钉的螺丝头厚度。
7.如权利要求6所述的刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构,其特征在于,所述螺纹孔、第一通孔、第二通孔的数量均为8个;所述连接件(2)为沉头螺钉,数量为8个。
8.如权利要求2所述的刚性环面组合柔性基面的活塞式阀芯结构,其特征在于,所述的螺纹孔、第一通孔、第二通孔的孔径相等。
9.一种利用如权利要求1~8任一所述活塞式阀芯结构的克服不平衡力矩方法,其特征在于,将所述的活塞式阀芯结构安装于阀座(5)上,其中刚性环面(3)的底面作为阀芯结构与阀座(5)的密封接触面;阀门开启后,在流体经由刚性环面(3)与阀座(5)之间的空隙流出过程中,流体直接作用于柔性基面(4)的底面,柔性基面(4)在不同部位受到不同大小的流体力,进而产生不同程度的形变,从而吸收原本作用于阀芯底面的不平衡力矩,实现活塞式阀芯(1)底面受压分布的均衡。
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