CN110748674B - 带自补偿式换向旋塞的换向阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阀门领域，尤其涉及带自补偿式换向旋塞的换向阀，包括旋塞体，所述旋塞体上开设有与其中心重合的通孔，所述通孔内设置有流道筒，所述流道筒关于通孔的中轴线对称，所述流道筒上设置有若干个平行流道，且所述流道筒沿着流体流动方向分成若干筒段，至少有两个筒段之间设置有始终为压缩状态的第一弹性部件，设置有第一弹性部件的两个筒段在向两侧运动过程中，由各个筒段组成相应的各自流道始终为连续状态，且连接处为密封状态。该发明的优点在于：本发明中流道筒通过设置的第一弹性部件实现流道筒的两端会始终抵住与其接触的面，受力状态对称均匀，当接触面上设置的密封圈磨损殆尽后还是能够继续保持密封状态。

Description

带自补偿式换向旋塞的换向阀

技术领域

本发明涉及阀门领域，尤其涉及带自补偿式换向旋塞的换向阀。

背景技术

在干煤粉气化工艺中，粉煤给料换向阀安装在气化装置的粉煤输送管线上，主要用于气载粉煤介质流在投煤管线与循环管线之间切换。其输送的是以高压气体为载体的粉煤介质。气化工艺要求粉煤给料换向阀的换向时间≤3s，换向稳定可靠。由于粉煤给料换向阀的阀后管线上分别设置有切断球阀，故对其自身的密封要求不高。但是，若能提高粉煤给料换向阀的密封性能，特别是长期运行条件下的密封性能保证，可大大地提高系统的安全完整性等级。

中国专利CN201246497Y公开了一种粉煤三通换向球阀，包括带平行双通道的球体形阀芯，阀体与阀芯之间为等圆大间隙，阀体上设置有三个进出口，进出口处设有带弹簧补偿的阀座。而工程实践表明，由于平行双通道换向阀的流道中心线与阀芯的旋转中心偏离设置，阀座与阀芯之间受力不均，在旋转过程中易发生卡住故障，进而引起安全事故。

中国专利CN105090588B公开了一种三通换向阀及其密封方法，在阀体上设置密封圈，依靠软密封圈的弹性变形使得阀芯与阀体之间保持密封状态。但随着换向阀的换向动作，密封材料会逐渐磨损，无法保证长期运行条件下的密封性能。

发明内容

为了保证换向阀在长期工作后依然能够保持密封状态，为此，本发明提供带自补偿式换向旋塞的换向阀，本发明采用以下技术方案：

带自补偿式换向旋塞的换向阀，包括旋塞体，所述旋塞体上开设有与其中心重合的通孔，所述通孔内设置有流道筒，所述流道筒关于通孔的中轴线对称，所述流道筒上设置有若干个平行流道，且所述流道筒沿着流体流动方向分成若干筒段，至少有两个筒段之间设置有始终为压缩状态的第一弹性部件，设置有第一弹性部件的两个筒段在向两侧运动过程中，由各个筒段组成相应的各自流道始终为连续状态，且连接处为密封状态。

优化的，靠近第一弹性部件的两个筒段沿着流体流动方向上分别为第一筒段和第二筒段，所述第一筒段和第二筒段中各流道均通过套接的方式连接，套接形成套接段，套接段中两相对套接面处设置有第一密封圈槽，第一密封圈槽内设置有第一密封圈。

优化的，所述第一筒段和第二筒段中的靠近第一弹性部件一侧，每个流道均开设有环形凹槽或突出部，设置突出部的平行流道的相邻流道上设置为环形凹槽，且保证第一筒段和第二筒段中的任意流道均由突出部匹配套入在环形凹槽内形成套接段。

优化的，所述第一筒段和第二筒段中的靠近第一弹性部件一侧，每个流道均开设有环形凹槽，所述第一筒段和第二筒段中的任意流道之间还设置有套接筒，所述套接筒两端分别与第一筒段和第二筒段对应流道中的环形凹槽匹配套接。

优化的，位于通孔两端的两个筒段的外端面上的每个流道口的外边缘均设置有第二密封圈槽，所述第二密封圈槽内设置有安装第二密封圈。

优化的，每个筒段的外表面上均设置有第三密封圈槽，第三密封圈槽内设置有密封相应筒段与通孔之间缝隙的第三密封圈。

优化的，包括阀体，所述旋塞体在阀体内转动，所述阀体的两端分别设置有进口端和出口端，进口端和出口端上分别开设有进口流道和多个出口流道，每个流道筒在旋塞体转动的过程中分别与进口流道、对应的出口流道完全对正形成流体通路。

优化的，所述阀体在平行于旋塞体转动平面的方向的上下端面分别设置有上阀盖和下阀盖，垂直于旋塞体转动面且位于旋塞体中心位置的上下端面分别设置第一转轴和第二转轴，所述第一转轴穿过上阀盖与驱动部连接，所述第二转轴穿过下阀盖并抵靠到第二弹性部件，所述第二弹性部件与底盖相抵，旋塞体上平面与上阀盖之间设置有止推减磨垫。

优化的，所述阀体与下阀盖一体化设计，所述旋塞体在与阀体配合面沿轴向的上沿和下沿处分别设置有防尘密封圈，所述防尘密封圈为开口唇形密封圈，开口均朝向流道孔侧。

优化的，所述旋塞体上还轴向贯穿设置有连通旋塞体的上端面与下端面的平衡孔，所述平衡孔的布置位置与通孔、旋塞体的防尘密封圈安装处及旋塞体的止推垫片安装处间彼此避让设置。

本发明的优点在于：

(1)本发明中流道筒通过第一弹性部件实现流道筒长度的改变，这样流道筒的两端会始终抵住与其接触的面，当接触面出现磨损时还是能够继续保持密封状态。并且，本发明中流道筒在第一弹性部件的弹力作用下，与接触面形成的支反力均匀对称，受力状态较好，可有效地提高密封性能的长期寿命。

(2)与单个流道密封情况相比，将多个流道集中设置于流道筒内，通过第一弹性部件实现整个流道筒的自补偿密封，这样设置使得旋塞体在阀体内转动时，流道筒两端与阀体的接触面围成的范围大，但是接触面的总面积几乎不增加，使得在摩擦力不增大的同时，保证流道筒在旋塞体转动过程中，流道筒受力状态均匀对称且流道筒与阀体接触的外圆密封面处受力均朝向旋塞体的旋转中心，这样可有效地防止旋塞体在转动过程中，流道筒的筒段发生微动，与阀体的流道孔之间发生卡壳。

(3)本发明中使用套接的方式来保证流道筒长度伸缩过程中，流道筒依然为连续状态，套接的方式也保持了流道的流畅性。本发明中套接方式提供两种方案，一种就是相邻筒段之间的套接，另外一种是通过另外的套接筒来实现两个筒段的套接。

(4)第一密封圈的设置可以保证筒段之间套接处的密封，第二密封圈保证流道筒与旋塞体通孔之间的密封。

(5)第三密封圈的设置进一步提高了流道的密封效果，在换向阀长周期运行过程中，当第三密封圈磨损殆尽时，流道筒也依然能够与阀体、相应的进口流道、出口流道之间密封。

(6)第二弹性部件和止推减磨垫的设置可以避免旋塞体上下端面直接摩擦，所述旋塞体的上下端面的外边缘均开设有唇形密封槽，所述唇形密封槽内设置有唇边密封圈，唇形密封圈的设置可以阻挡旋塞体中的灰尘进入到上阀盖和下阀盖中，影响旋塞体的转动。

(7)本发明的换向阀在工作过程中，介质中的高压气体还可进入第一筒段和第二筒段相互配合缝隙处，在介质压力的作用下，可以进一步提高密封可靠性。

(8)本发明的换向阀结构紧凑，加工装配难度小，便于现场拆装维护，与现有技术相比，可充分利用大部分零部件，加以相应的改造即可实现本发明的技术效果，降低企业的运行维护成本，并可大幅度提高系统的安全完整性等级。

附图说明

图1为本发明旋塞体的通孔内未设置流道筒的结构图。

图2为本发明旋塞设置有流道筒的主视图。

图3为图2中A-A方向的剖视图。

图4为第一壳体或第二壳体内筒段结构第一种方案图。

图5为第一壳体或第二壳体内筒段结构第二种方案图。

图6为套接筒的结构示意图。

图7为换向阀的剖视图。

图8为图7中B-B方向的剖视图，并且包括旋塞体的两个不同工位。

图9为阀体增加流体通道D的沿图7中B-B方向的剖视图

图中标注符号的含义如下：

1-阀体 2-上阀盖 3-下阀盖

41-第一转轴 42-旋塞体 421-通孔 422-平衡孔 423-唇形密封槽

424-止推减磨垫槽 43-第二转轴 44-第一弹性部件

53-第二密封圈槽 530-第二密封圈 54-第一筒段 55-第三密封圈槽

56-第一密封圈槽 560-第一密封圈 57-突出部 58-环形凹槽

59-第二筒段

6-支架 7-第二弹性部件 8-驱动部 9-止推减磨垫

10-唇形密封圈 90-套接筒

101-进口流道 102-流体通道D

201-第一出口流道 202-第二出口流道

具体实施方式

如图1-6所示，带自补偿式换向旋塞的换向阀，包括旋塞体42、阀体1，所述旋塞体42在阀体1中间隙配合转动。所述旋塞体42上开设有与其中心重合的通孔421，所述通孔421内设置有流道筒，所述流道筒关于通孔421的中轴线对称，所述流道筒上设置有若干个平行流道，且所述流道筒沿着流体流动方向分成若干筒段，至少有两个筒段之间设置有始终为压缩状态的第一弹性部件44，设置有第一弹性部件44的两个筒段在向两侧运动过程中，由各个筒段组成相应的各自流道始终为连续状态，且连接处为密封状态。所述第一弹性部件44可以是圆柱螺旋弹簧、碟簧、弹性O型圈或波纹管段。

实施例1

所述流道筒沿着流体流动方向仅分成两个筒段，即第一筒段和第二筒段。所述第一弹性部件44为金属波纹管，位于第一筒段和第二筒段之间，第一弹性部件44的数量与流道数量相等。第一弹性部件44分别与两侧的第一筒段和第二筒段焊接连接，并保证对应流道对正接通。

实施例2

所述第一筒段54和第二筒段59中各流道均通过套接的方式连接，套接形成套接段，套接段中两相对套接面处设置有第一密封圈槽56，第一密封圈槽56内设置有第一密封圈560。

套接方式包括以下几种方式：

第一种为：如图4所示，所述第一筒段54和第二筒段59中的靠近第一弹性部件44一侧，每个流道均开设有环形凹槽58或突出部57，设置突出部57的平行流道的相邻流道上设置为环形凹槽58，且保证第一筒段54和第二筒段59中的任意流道均由突出部57匹配套入在环形凹槽58内形成套接段。具体地说，在该方案中，只有两个平行流道，第一筒段54中的一个流道上设置突出部57，另一个流道上设置环形凹槽58。

第二种为：如图5-6所示，所述第一筒段54和第二筒段59中的靠近第一弹性部件44一侧，每个流道均开设有环形凹槽58，所述第一筒段54和第二筒段59中的任意流道之间还设置有套接筒90，所述套接筒90两端分别与第一筒段54和第二筒段59对应流道中的环形凹槽58匹配套接。

在该实施例中，在初始状态时，第一筒段54和第二筒段59之间的缝隙宽度值小于粉体颗粒的平均直径，随着第二密封圈530在使用过程中的磨损增大，第一筒段54和第二筒段59之间的缝隙宽度值也会增大，但是不影响流道筒的连续性。

如图7-8所示，所述阀体1的两端分别设置有进口端和出口端，进口端和出口端上分别开设有进口流道101和多个出口流道，每个流道筒在旋塞体42转动的过程中分别与进口流道101、对应的出口流道完全对正时形成流体通路。在该实施例中，出口流道包括第一出口流道201和第二出口流道202。进口阀盖和出口阀盖与阀体1为一体结构。所述阀体1内壁面硬度大于流道筒及旋塞体42的外圆面硬度，所述流道筒外圆面与阀体1内壁面配对研磨，形成密封表面，两者表面均具有较好的光洁度，相互配合确保密封性能。

另外的，还可在位于通孔421两端的两个筒段的外圆面上的每个流道口的外边缘均增加设置有第二密封圈槽53，所述第二密封圈槽53内设置有安装第二密封圈530。这样流道筒与阀体1内壁面通过第二密封圈530实现密封连接。在换向阀长期运行过程中，当第二密封圈530磨损殆尽时，流道筒的外圆面与阀体1内壁面直接接触，依然可以保证密封性能。为进一步保证整体密封性能，所述流道筒的筒段与旋塞体42上的通孔421之间通过筒段外表面的第三密封圈槽55中的第三密封圈实现密封。

优化的，所述阀体1内壁面可堆焊一层耐磨硬质合金，或注渗WC等提高耐磨性能，或设置一层耐磨衬套，如陶瓷、碳化钨等材质。

所述阀体1在平行于旋塞体42转动平面的方向的上下端面分别设置有上阀盖2和下阀盖3，垂直于旋塞体42转动面且位于旋塞体42中心位置的上下端面分别设置第一转轴41和第二转轴43，所述第一转轴41穿过上阀盖2与驱动部8连接，所述驱动部8通过设置在上阀盖2上的支架6支撑。所述第二转轴43通过第二弹性部件7固定在下阀盖3上，旋塞体42上平面与上阀盖2之间设置有止推减磨垫9。第二弹性部件7在该实施例中为弹簧。弹簧预紧力刚好可以平衡旋塞体42的自重，并恰好将旋塞体42顶至使得止推减磨垫9与上阀盖2轻触即可。

所述旋塞体42上下端面的外边缘还设置有环形的唇形密封槽423，内套有唇形密封圈10，由于旋塞体42将阀体1、上阀盖2、下阀盖3形成的腔体分成上下两个部分，为了平衡上下两部分空腔的气压，旋塞体42垂直于转动面的方向还设置有平衡孔422。平衡孔422与流道筒、唇形密封槽423、止推减磨垫槽424避开设置。

上述实施例的工作原理如图8所示，在图8中，旋塞体42包括两个工位，如图8的左图所示，第一工位是进口流道101、第一流道筒、第一出口流道201完全对正形成流体通路，此时换向阀为正常投料工况；如图8的右图所示，第二工位是进口流道101、第二流道筒、第二出口流道202完全对正形成流体通路，此时换向阀为备用循环工况。

另外的，如图9所示，所述阀体1还可以增加设置流体通道D102，这样可增加实现换向阀的第一出口流道201与流体通道D102接通状态。可满足流程工业的不同工艺需求。

另外的，所述阀体1还可以在平行于图8剖面一定距离的平面上，再增加设置一层流体通道，对应的旋塞也应增加设置相应的流道筒；或对应流道筒上再增加设置相应的流道。

以上仅为本发明创造的较佳实施例而已，并不用以限制本发明创造，凡在本发明创造的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明创造的保护范围之内。

Claims (10)

1.带自补偿式换向旋塞的换向阀，其特征在于，包括旋塞体（42），所述旋塞体（42）上开设有与其中心重合的通孔（421），所述通孔（421）内设置有流道筒，所述流道筒关于通孔（421）的中轴线对称，所述流道筒上设置有若干个平行流道，且所述流道筒沿着流体流动方向分成若干筒段，至少有两个筒段之间设置有始终为压缩状态的第一弹性部件（44），设置有第一弹性部件（44）的两个筒段在向两侧运动过程中，由各个筒段组成相应的各自流道始终为连续状态，且连接处为密封状态。

2.根据权利要求1所述的带自补偿式换向旋塞的换向阀，其特征在于，靠近第一弹性部件（44）的两个筒段沿着流体流动方向上分别为第一筒段（54）和第二筒段（59），所述第一筒段（54）和第二筒段（59）中各流道均通过套接的方式连接，套接形成套接段，套接段中两相对套接面处设置有第一密封圈槽（56），第一密封圈槽（56）内设置有第一密封圈（560）。

3.根据权利要求2所述的带自补偿式换向旋塞的换向阀，其特征在于，所述第一筒段（54）和第二筒段（59）中的靠近第一弹性部件（44）一侧，每个流道均开设有环形凹槽（58）或突出部（57），设置突出部（57）的平行流道的相邻流道上设置为环形凹槽（58），且保证第一筒段（54）和第二筒段（59）中的任意流道均由突出部（57）匹配套入在环形凹槽（58）内形成套接段。

4.根据权利要求2所述的带自补偿式换向旋塞的换向阀，其特征在于，所述第一筒段（54）和第二筒段（59）中的靠近第一弹性部件（44）一侧，每个流道均开设有环形凹槽（58），所述第一筒段（54）和第二筒段（59）中的任意流道之间还设置有套接筒（90），所述套接筒（90）两端分别与第一筒段（54）和第二筒段（59）对应流道中的环形凹槽（58）匹配套接。

5.根据权利要求2或3或4所述的带自补偿式换向旋塞的换向阀，其特征在于，位于通孔（421）两端的两个筒段的外端面上的每个流道口的外边缘均设置有第二密封圈槽（53），所述第二密封圈槽（53）内设置有安装第二密封圈（530）。

6.根据权利要求5所述的带自补偿式换向旋塞的换向阀，其特征在于，每个筒段的外表面上均设置有第三密封圈槽（55），第三密封圈槽（55）内设置有密封相应筒段与通孔（421）之间缝隙的第三密封圈。

7.根据权利要求1所述的带自补偿式换向旋塞的换向阀，其特征在于，包括阀体（1），所述旋塞体（42）在阀体（1）内转动，所述阀体（1）的两端分别设置有进口端和出口端，进口端和出口端上分别开设有进口流道（101）和多个出口流道，每个流道筒在旋塞体（42）转动的过程中分别与进口流道（101）、对应的出口流道完全对正形成流体通路。

8.根据权利要求7所述的带自补偿式换向旋塞的换向阀，其特征在于，所述阀体（1）在平行于旋塞体（42）转动平面的方向的上下端面分别设置有上阀盖（2）和下阀盖（3），垂直于旋塞体（42）转动面且位于旋塞体（42）中心位置的上下端面分别设置第一转轴（41）和第二转轴（43），所述第一转轴（41）穿过上阀盖（2）与驱动部连接，所述第二转轴（43）穿过下阀盖（3）并抵靠到第二弹性部件（7），所述第二弹性部件与下阀盖（3）相抵，旋塞体（42）上平面与上阀盖（2）之间设置有止推减磨垫（9）。

9.根据权利要求8所述的带自补偿式换向旋塞的换向阀，其特征在于，所述阀体（1）与下阀盖（3）一体化设计，所述旋塞体（42）在与阀体（1）配合面沿轴向的上沿和下沿处分别设置有防尘密封圈（10），所述防尘密封圈（10）为开口唇形密封圈，开口均朝向流道孔侧。

10.根据权利要求9所述的带自补偿式换向旋塞的换向阀，其特征在于，所述旋塞体（42）上还轴向贯穿设置有连通旋塞体（42）的上端面与下端面的平衡孔（422），所述平衡孔（422）的布置位置与通孔（421）、旋塞体（42）的防尘密封圈安装处（423）及旋塞体（42）的止推垫片安装处（424）间彼此避让设置。

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