CN110671505A - 紧凑型管制闸阀 - Google Patents

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Abstract

一种紧凑型管制闸阀，包括由钢管制成的阀体以及与阀体与阀盖、导向筋、上密封座通过焊接的方法相连接构成为一体的承压壳体，在阀体沿规定方向导入流体通道的两侧设有阀座，一阀芯由圆柱肖连接阀杆配合阀座形成闸阀的开与关，在阀芯与阀杆下部连接处还包含具有与上密封座在闸阀开启时能够形成上密封的密封环，阀盖小径区域设有用于连接活节螺栓、填料压盖的管夹，该管夹由螺钉连接并予以固定。阀体的三个端口和阀盖的大头与小头与中间的框架是由钢管压制成型的阀件。

Description

紧凑型管制闸阀
技术领域
本发明属于阀门，涉及到一种紧凑型管制闸阀的轻量化设计。
背景技术
紧凑型钢制阀门，中国机械行业标准，JB/T7746-2006，其中，如该闸阀的结构型式是采用了美国石油协会API602-1998标准的设计图样。
中国国家标准GB/T12236规定的闸阀标准通径是从DN50以上开始的，为什么DN50以下的通径空缺？主要是为节约设备投资成本，另外，它的PN系列产品适用压力范围较大，易于选择与利用。这些小口径的闸阀适合直接焊接在管道上。
所谓紧凑型阀门，就是指该类阀门以能够满足一般使用工况需求的实际阀座的最小流通直径为管道直径的70％左右。
上述的闸阀均是以模锻的方法制造阀件，通常模锻加工在机械制造业中虽然普遍的存在，但众所周知，这样的加工方式仅是在无法使用其它替代办法的选择，因为它耗材多且加工余量大，产成品成本高。
发明内容
为了克服现有技术存在的不足，特提出本发明。
因此，本发明的目的是提供一种易于加工同时可节约材料成本的轻量化的紧凑型管制闸阀
紧凑型管制闸阀，其特征包括由钢管制成的阀体(1)以及与所述阀体(1)与阀盖(7)、导向筋(4)、上密封座(8)通过焊接的方法相连接构成为一体的承压壳体，在所述阀体(1)沿规定方向导入流体通道的两侧设有阀座(2)，一阀芯(3)由圆柱肖(5)连接驱动阀杆(14)配合所述阀座(2)楔式密封关系形成闸阀的开启与关闭动作，在所述阀芯(3)与所述驱动阀杆(14)下部连接处的上方还包含具有与上密封座(8)在闸阀开启时能够形成上密封的密封环(6)，所述阀盖(7)小径(7b)区域的外圆上设有用于连接活节螺栓(12)、填料压盖(13)压紧填料(11)的管夹(9)，该管夹(9)镜向特征的两边由螺钉(10)连接并予以固定。
所述阀体(1)的三个端口(1a)、端口(1b)、端口(1c)是由钢管压制成型。
所述阀盖(7)的一端口(7a)与另一端口(7d)与中部的框架(7c)是由钢管压制成型。
所述在阀芯(3)的中心具有与所述阀杆(14)一端以活动配合的方式并以所述阀体(1)水平轴线向下延伸的终止孔(3b)。
所述阀杆(14))下部上的半圆槽(14a)与阀芯(3)中部的半圆槽(3a)和圆柱销(5)形成同心圆且在装配状态下为活动配合。
所述阀座(2)的大径(2a)与向一边伸出的缩径(2b)由钢管压制成型。
所述导向筋(4)外径(4b)是与所述阀体(1)的内径(1d)相一致并向上延伸至所述阀体(1)端面(1c)位置的U型环、其中端面(4a)与阀盖(7)的端面(7e)接触。
有益效果
如市售通径为PN63/DN50的紧凑型钢制闸阀为例，其成品质量为19.25kg，本发明的紧凑型管制闸阀仅为5.55kg，为前者重量的28.83％，相互的比较可以看出轻量化减少材料消耗以降低产品成本是显而易见的。
阀芯与驱动阀杆的端面连接的导向孔的低中心设置无论闸阀的开启与关闭都围绕在一个轴线的中心位置上进行，而关闭阀的轴向力始终作用在阀芯的作用点上，在有利于关闭阀的同时避免阀芯向前后方向偏移，防止阀杆头部弯曲变形。
经过热处理过的密封环替代传统的驱动阀杆头部自带的一体式圆锥形凸肩上密封，这些措施使得闸阀的上密封的性能的可靠性与耐久性得到进一步的提高。
附图说明
图1是本发明紧凑型管制闸阀的主剖视图。
图2是本发明图1的侧面剖视图。
图3是本发明在阀盖上装配管夹的截面剖视图。
图4JB/T7746紧凑型闸阀剖视图。
图5JB/T7746紧凑型闸阀闸板的剖视图。
以下是附图码号
1-阀体 2-阀座
3-阀芯 4-导向筋
5-圆柱销 6-密封环
7-阀盖 8-上密封座，
9-管夹 10-螺钉
11-填料 12-活节螺栓
13-填料压盖 14-阀杆
具体实施方式
下面对本发明的实施例进行详细说明。
本发明的紧凑型管制闸阀包括阀体1和与其相连的是被插入阀体1端口1c台阶孔1e的阀盖7，通过在两对接的外周的表面以焊接的方式组成一个可以承受高压液流的闸阀壳体。这样连接的结构符合JB/T7746的技术条件，以进一步降低设备的投资成本为目的，同时杜绝介质泄漏到壳体外的风险。
对于上述所提出的阀体1和阀盖2焊接为一体的方式是在阀门装配后进行，这些工作必要的前提是要保证阀座2的楔面与阀芯3的楔面必须完全重合以及表面精度达到密封的条件，这些尺寸的控制由专用的母板或者是其它的测量工具作为检验依据，所有阀件应保证都是合格的，因为这样的工艺在焊接后是没有再次给予返修的可能。
阀体1上的横向端口1a与横向端口1b纵向向上伸出的1c是由中空的钢管压制成型，其三头为一个直径相同内径相等的阀件。
为方便阀体1的方便成型，其中，纵向向上伸出的1c端口尽可能的减小伸出到外部的长度，以满足阀体1与阀盖2的内部能够容纳阀芯3向上提高到闸阀开启要求略高出到阀体1外圆的最高处为宜。
阀体1上的横向端口1a、1b的内腔中安装有与阀芯3相配合一起关闭闸阀的一个具有大径2a和向一侧过渡成小径2b的阀座2，该阀座2的固定可以用过盈的配合压入或者采取和阀体1焊接在一起。
阀座2的大径2a和向一侧过渡到符合液流标准规定的小径2b也是由中空的钢管压制而成，这个安装在阀体1中的具有镜向特征两个相同构件与阀芯3的密封件可以在一个模型中成形，亦可分两部分来完成。它们的材质可根据不同的要求来选择，通常在一般轻腐蚀的情况下，可以用常用的13Cr型马氏体不锈钢，腐蚀形介质则选择奥氏体不锈钢，或者在这些材料与阀芯3相接触的密封面上堆焊更耐磨损的硬质材料钴基合金。
阀芯3是闸阀的关键的密封件，关闭时与传统闸阀闸板(相当于本发明所述的阀芯)一样两侧都为5°的斜面与阀座2的两5°斜面相吻合，再通过操作手轮带动阀杆14对此施加适当的力矩使相互间紧贴让介质不能流到阀体1流道的另一侧。
本发明的阀芯3的设计为改变传统如JG-B/T7746所采取阀板(本发明所指的阀芯)也是市场普遍采用的具有和阀杆连接T形槽(如附图5的上部份)结构，如在阀芯3的中部钻一个能与阀杆14端部插入的孔3b，该孔3b的底部设置于阀体1的水平轴线以下，在这样的工况情况下，阀杆14的关闭阀的力矩作用也就不会象如附图5传统闸阀那种高于密封中心，若与阀体配合的槽口间隙太大的情况下施力会使阀杆失稳和偏移现象产生。这样的阀杆失稳和偏移会使阀杆弯曲变形，关闭扭矩增大导致密封失效与损坏。
为连接阀芯3，在阀杆14的一头中心的两侧设有半圆孔14a，同样在阀芯3偏离中心的部位也设置了半圆孔3a，这两个零件的孔各自都是贯穿的，在装配状态下相互之间形成一个同心圆，在插入圆柱销5后，此时所谓闸阀的关键件就完成了连接的任务。
另外，圆柱销5与阀芯3是固定的连接、而与阀杆14则是有间隙的活动连接，也就是阀杆14上的半圆孔14a略大于阀芯3上的半圆孔3a。同样阀杆14的外圆也小于阀芯3的内孔3b，这样的活动连接对消除各部件累积的公差有益，有利于闸阀的开关。
阀芯3还有与启闭运动相关的的导向问题，必须的导向作为限制阀芯3应该在阀体1的中心始终沿着如阀座2的密封方向相同的模式下进行。在JB/T7746(如附图显示的那样)锻件阀体在其中部插有与闸板(请参考附图4，此闸板如同本发明的阀芯3一样的功能)相配合的矩形槽，由此导向槽引导闸板上下活动。
本发明的阀体1是中空结构，为了解决导向问题，因此，除了在环绕如与阀体1的内径一致以外还包含从内径向上延伸至阀盖7端口处设置了U形导向筋4，这种设计如附图2显示的那样，该导向筋4的固定位置上部由阀盖7的端面7e限定，下部采用点焊的方式和阀体1固定。
实现本发明所预见的轻量化紧凑型管制闸阀也包括阀芯3的本体，该阀芯3的本体是如通常的机械加工工件一样在一个圆柱体上切割下来的待加工工件，而不别象传统矩形闸板那样通过锻、铣、等加工工艺方法。确切的说，它可以缩短阀芯3在阀门开启时与阀盖7之间运动时所需的距离，这样可以减小阀体1的纵向端口1c伸出的长度。这不仅仅就是为了节省原料，同时也是对压制阀体1的成形难度提供一种比较合理的解决方案。
在以上说明中提到的阀芯3与启闭运动相关的的导向问题，在阀芯3的中心侧面有与U形导向筋4相配合一致的导向槽，该导向槽的中心向下部位4b为半圆环的设置，中心向上4c部分为直槽口。
JB/T7746的传统阀杆下部圆柱体上规定应该具有凸出的制出一个圆锥形面来在阀杆开阀时与上密封面的锥面重合来防止介质向外部泄漏，这种强制性的密封的重要性是在阀门填料失效时或者是密封不好的情况下更换填料时必须具备的。可碰到的问题是，传统阀杆的锥面密封效果不佳，其原因在于，此密封锥面的硬度不足。如碳钢的闸阀所用材质规定为13Cr马氏体不锈钢，热处理的最佳方案普遍采用调质处理工艺，布氏硬度HB220～260左右，换算成洛氏硬度约等于22～26HRC(要提高硬度是图劳的，太高的硬度不适合这样的细长杆件，有断裂的风险)，而闸阀的上密封座通常采用的是阀门专用堆焊焊条D507Mo，硬度HRC≥37，这不符合经试验研究并认定的动件的(阀杆)与静止件(上密封座)的硬度差最好在3度之间的范围内。
因此，传统的上密封副可靠性差寿命短。另外阀杆需要选择更大的直径作来加工成凸肩或者经模锻热加工成相应的外圆，增加成本是另一回事，可是它并不能达到使用者所期望的目的，这样的结构是与闸阀的闸板与阀座同比阀杆上的密封面和上密封座的使用周期不能同步。也说是说阀门的其它密封件性能还是处于良好阶段，而阀杆上的密封已经失效，这时除非制造商能及时提供帮助，客户更换阀杆的的可能性等于零。更换与修复这个密封面都是一件很麻烦的工作，要停工停产带来的损失也是用户难以接受的。
对于以上所存在的问题，本发明提供一个经硬化处理的马氏体13Cr或者符合要求更好材料的上密封环6，它紧密的套装在阀杆14上，该密封环6上下端的光滑的表面分另与阀芯3上端面和上密封座8的密封平面接触形成与阀芯3与阀座2使用周期能够基本保持一致的要求。
阀盖7的成型是在装入填料11并保持标准壁厚内径的基础上形成，例如，合适上述条件的钢管在加热后成形模具中可以一次压制成阀盖7那样的大头7a与小头7d。
在阀盖7的中间部分，是与传统一样的设置填料压盖13，由于在上节提到的阀盖7是钢管制成的，因而需要一个从中心向两侧扩展的开口，此开口以容纳填料压盖13自由活动最大处的内径与同时能够承受阀杆14启闭扭矩具有一定厚度的框架。这样的开口在压制好阀盖7大头7a和小头7d后再通过压扁、冲裁或者以撑开的工艺方式进行。
与传统的闸阀一样，无论阀门在开启或者关闭状态，阀体1内部的介质都不充许向外部泄出，因此，需要填料11来完成阀杆11和阀盖7内孔之间的密封，这种密封的过程由填料压盖13对填料11施加压力与阀杆11的紧抱形成。
在以上的叙述中已经提到过阀盖7是由一个中空的钢管压制而成的结构，连接填料压盖11的活节螺栓12是在阀盖7的中部外径7b上设置一个管夹9，该管夹9为两片拼装成一体的长头对半型，在伸出的两边中间夹持活节螺栓12的大端、再用螺钉10相互连接在一起，其位置限定在阀盖7框架7c凸肩的底部。

Claims (7)

1.一种紧凑型管制闸阀，其特征包括由钢管制成的阀体(1)以及与所述阀体(1)与阀盖(7)、导向筋(4)、上密封座(8)通过焊接的方法相连接构成为一体的承压壳体，在所述阀体(1)沿规定方向导入流体通道的两侧设有阀座(2)，一阀芯(3)由圆柱肖(5)连接驱动阀杆(14)配合所述阀座(2)楔式密封关系形成闸阀的开启与关闭动作，在所述阀芯(3)与所述驱动阀杆(14)下部连接处的上方还包含具有与上密封座(8)在闸阀开启时能够形成上密封的密封环(6)，所述阀盖(7)小径(7b)区域的外圆上设有用于连接活节螺栓(12)、填料压盖(13)压紧填料(11)的管夹(9)，该管夹(9)镜向特征的两边由螺钉(10)连接并予以固定。
2.根据权利要求1所述的紧凑型管制闸阀，其特征在于，所述阀体(1)的三个端口(1a)、端口(1b)、端口(1c)是由钢管压制成型。
3.根据权利要求1所述的全焊接紧凑型管制闸阀，其特征在于，所述阀盖(7)的一端口(7a)与另一端口(7d)与中部的框架(7c)是由钢管压制成型。
4.根据权利要求1所述的紧凑型管制闸阀，其特征在于，所述在阀芯(3)的中心具有与所述阀杆(14)一端以活动配合的方式并以所述阀体(1)水平轴线(1d)为基准的终止孔(3b)。
5.根据权利要求1所述的紧凑型管制闸阀，其特征在于，所述阀杆(14))下部上的半圆槽(14a)与阀芯(3)中部的半圆槽(3a)和圆柱肖(5)形成同心圆在装配状态下为活动配合。
6.根据权利要求1所述的紧凑型管制闸阀，其特征在于，所述阀座(2)的大径(2a)与向一边伸出的缩径(2b)由钢管压制成型。
7.根据权利要求1所述的紧凑型管制闸阀，其特征在于，所述导向筋(4)外径(4b)是与所述阀体(1)的内径(1d)相一致并向上延伸至所述阀体(1)的端面(1c)位置的U型环、其中端面(4a)与阀盖(7)的端面(7e)接触。
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