CN112178209B - 一种波纹管式超低温气动截止阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波纹管式超低温气动截止阀，包括阀体、阀盖、阀座、阀芯、阀杆、波纹管和导向筒，阀体具有上下贯通的阀腔，阀腔的下端作为进气通道，阀体的侧壁设置有出气通道；阀杆的下部与所述阀芯连接，阀杆的上部伸入导向筒的内腔；导向筒具有轴肩A，阀座的内臂具有限位台；波纹管的上端和下端分别与阀座与阀杆密封连接；阀盖上设置有控制气出入口并且控制气出入口与导向筒的内腔连通。本发明的控制气出入口可以通过换向阀来连接气源，通过向截止阀内通入控制气，可让控制气进入导向筒的内腔内来施加作用力在阀杆上，从而让阀芯上的密封圈实现与阀体的密封带的可靠接触，来达到对进气通道的可靠密封，从而可以有效防止深冷介质的泄漏。

Description

一种波纹管式超低温气动截止阀

技术领域

本发明属于阀门领域，更具体地，涉及一种超低温气动截止阀。

背景技术

随着技术的发展，液氧、液氮、液化天然气(LNG)等深冷介质的运输、贮存、使用管路系统逐渐智能化，控制开关所需要的阀门由低温手动阀逐渐被低温截止阀替代，低温截止阀通常应用在温度低于-40℃的工作环境下，例如：石油化工、空气分离、天然气等行业。因此，低温截止阀需要实现在适应周围环境的温度下具有工作时间长、密封性能好的效果。

在低温截止阀承受压力和自身通径较大时，现有的低温截止阀可靠性不高，会发生泄漏现象。泄漏是由于深冷介质的低温影响下，低温截止阀的密封圈(塑料)与阀座(金属材料)的材料的热膨胀系数不同引起的密封圈收缩，变硬，压缩弹簧弹力不足以克服密封圈的变形来保持与密封圈与阀体相接触所必须的接触力，是产生泄漏的根本原因。因此，现在深冷介质储运罐车行驶过程中泄漏事件时有发生，特别是操作箱内排列的阀门等是深冷介质储运罐车发生泄漏的高风险部位，如果其密封性能不好，则会使深冷介质的储运存在很大风险。

发明内容

针对现有技术的以上缺陷或改进需求，本发明提供了一种超低温气动截止阀，其通过对其关键组成部件的构造及其设置和密封方式等多个方面进行改进(通过波纹管组件应用，解决超低温介质阀杆运动动密封可靠性，通过整体结构优化实现结构紧凑、减轻重量，测试表明能够适用于压力为(3～15)MPa、通径(15～50)mm的工作条件，且比同类产品体积小、重量轻，具有结构紧凑、密封可靠、轻量化、便于装配和维护等优点。

为实现上述目的，按照本发明的一个方面，提供了一种波纹管式超低温气动截止阀，其特征在于，包括阀体、阀盖、阀座、阀芯、阀杆、波纹管和导向筒，其中：

所述阀体具有上下贯通的阀腔，所述阀盖安装在所述阀体的上端并且盖住所述阀腔的上端，所述阀腔的下端作为进气通道，所述阀体的侧壁设置有与所述阀腔连通的出气通道，所述阀盖和所述阀体分别与所述阀座密封连接；

所述阀芯、阀杆和波纹管均位于所述阀腔内且均竖直设置；

所述阀体内部在对应于所述进气通道的出口端的位置设置有密封带，所述阀芯的下端在对应于所述密封带的位置设置有密封圈，所述密封圈位于所述密封带的上方；

所述阀杆的下部与所述阀芯连接，该阀杆的上部伸入所述导向筒的内腔并可沿所述导向筒的内壁上下滑动；

所述导向筒具有轴肩A，所述阀座的内臂具有限位台，所述轴肩A活动套装在所述阀座的内壁上并且位于所述限位台的上方；

所述波纹管的上端和下端分别与所述阀座与所述阀杆密封连接；

所述阀盖上设置有控制气出入口并且该控制气出入口与所述导向筒的内腔连通，以用于通过充、放气来控制所述阀杆沿所述导向筒的内壁的上下滑动，从而使所述密封圈与所述密封带配合打开或关闭所述进气通道的出口端。

优选地，还包括压缩弹簧，所述压缩弹簧套接在所述阀杆上，并且所述阀杆具有轴肩B，所述波纹管的下端与所述阀杆的轴肩B密封连接，所述压缩弹簧的上端抵接在所述导向筒的轴肩A上而下端抵靠在所述阀杆的轴肩B上。

优选地，所述导向筒的轴肩A活动套装在所述阀座的内壁上，该导向筒与所述阀盖之间存在中间通道，以让导向筒的轴肩A在阀盖与所述限位台之间移动调整位置，所述中间通道与所述控制气出入口连通，所述轴肩A上设置有用于连通该中间通道和所述波纹管内腔的多个通孔，所述轴肩A上还设置有用于连通该导向筒内腔与所述通孔的导气孔，以用于让控制气从这些通孔进入波纹管内并施加作用力在所述阀杆的轴肩B上。

优选地，所述阀盖的下端设置有环形缺口Ⅰ，所述阀体的上端在对应于所述环形缺口Ⅰ的位置设置有环形缺口Ⅱ，所述环形缺口Ⅰ和所述环形缺口Ⅱ共同形成环形密封槽，所述阀座具有轴肩C，并且所述轴肩C位于所述环形密封槽内，所述阀座上套接有泛塞封Ⅰ和泛塞封Ⅱ，所述泛塞封Ⅰ位于所述环形缺口Ⅰ内，以实现所述阀座与所述阀盖的密封连接，所述泛塞封Ⅱ位于所述环形缺口Ⅱ内，以实现所述阀座与所述阀盖的密封连接，所述泛塞封Ⅰ和泛塞封Ⅱ上的开口均朝向所述阀座的外壁。

优选地，所述波纹管的上端与所述阀座通过焊接的方式实现密封连接，所述波纹管的下端与所述阀杆通过焊接的方式实现密封连接。

优选地，所述阀杆的下端插入所述阀芯的插孔内，并且所述阀杆的下端设置有半圆环槽A，所述阀芯的内壁在对应于所述半圆环槽A的位置设置有半圆环槽B，所述半圆环槽A和半圆环槽B共同形成球槽，所述球槽内填充有钢球，所述阀芯的侧壁设置有钢球通道，并且所述钢球通道上安装有用于防止钢球掉出的封堵件。

优选地，所述阀杆、波纹管和阀座的材料为低温不锈钢，导向筒的材料为铅黄铜。

优选地，所述阀座与导向筒的轴肩A的配合间隙为0.018mm～0.026mm，所述阀座与阀体的配合间隙为0.018mm～0.026mm。

优选地，所述导向筒和阀杆的配合间隙为0.022mm～0.042mm。

总体而言，通过本发明所构思的以上技术方案与现有技术相比，能够取得下列有益效果：

1)本发明的控制气出入口可以通过换向阀来连接气源，通过向截止阀内通入控制气，可以让控制气进入导向筒的内腔内来施加作用力在阀杆上，从而可以让阀芯上的密封圈实现与阀体的密封带的可靠接触，来达到对进气通道的可靠密封，从而可以有效防止深冷介质的泄漏。

2)本发明的阀座和阀盖、阀体之间分别安装泛塞封，泛塞封为自增压密封圈，内置有补偿用弹簧，可压住被密封部位从而形成非常优异的密封效果，能进一步防止深冷介质泄漏。

3)本发明的导向筒可在阀盖与所述限位台之间移动调整位置，从而可以让控制气通过中间通道、轴肩A上的通孔进入到波纹管内来施加作用力在所述阀杆的轴肩B上，从而可以与进入导向筒内腔的控制气一起施加作用力在阀杆上，也即本发明的阀杆上施加了两条通路上的控制气来让阀芯实现可靠密封，从而有效防止深冷介质的泄漏。

4)本发明较结构紧凑、体积小，可靠性高等优点，适合液氧、液氮、液化天然气(LNG)等深冷介质的运输、贮存及管路使用。

附图说明

图1是本发明的结构示意图。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。此外，下面所描述的本发明各个实施方式中所涉及到的技术特征只要彼此之间未构成冲突就可以相互组合。

如图1所示，一种波纹管式超低温气动截止阀，包括阀体12、阀盖1、阀座4、阀芯11、阀杆7、波纹管5和导向筒6，所述阀杆7、波纹管5和阀座4的材料优选为低温不锈钢，所述导向筒6的材料优选为铅黄铜。其中：

所述阀体12具有上下贯通的阀腔，所述阀盖1安装在所述阀体12的上端并且盖住所述阀腔的上端，所述阀盖1和阀体12优选通过螺栓进行连接，所述阀腔的下端作为进气通道13，液氧、液氮、液化天然气(LNG)等深冷介质可以从该进气通道13进入该低温气动截止阀，所述阀体12的侧壁设置有与所述阀腔连通的出气通道15，出气通道15优选水平设置，深冷介质可以从该进气通道13流出该低温气动截止阀，所述阀盖1和所述阀体12分别与所述阀座4密封连接；

作为一种优选的密封方式，所述阀盖1的下端设置有环形缺口Ⅰ，所述阀体12的上端在对应于所述环形缺口Ⅰ的位置设置有环形缺口Ⅱ，所述环形缺口Ⅰ和所述环形缺口Ⅱ共同形成环形密封槽，所述阀座4具有轴肩C23，并且所述轴肩C23位于所述环形密封槽内，所述阀座4上套接有泛塞封Ⅰ2和泛塞封Ⅱ3，所述泛塞封Ⅰ2位于所述环形缺口Ⅰ内，以实现所述阀座4与所述阀盖1的密封连接，所述泛塞封Ⅱ3位于所述环形缺口Ⅱ内，以实现所述阀座4与所述阀盖1的密封连接，所述泛塞封Ⅰ2和泛塞封Ⅱ3上的开口均朝向所述阀座4的外壁。本发明的阀体12优选为一回转体壳体零件，出气通道15垂直于阀体12轴线方向。环形缺口Ⅰ和环形缺口Ⅱ分别在阀盖1和阀体12上形成径向定位定位面，实现阀座4的李敏镐肩C的径向定位。

所述阀芯11、阀杆7和波纹管5均位于所述阀腔内且均竖直设置。

所述阀体12内部在对应于所述进气通道13的出口端的位置设置有密封带16，所述阀芯11的下端在对应于所述密封带16的位置设置有密封圈17，所述密封圈17位于所述密封带16的上方。密封圈17的中心线也竖直设置，阀芯11带动密封圈17向下运动可以与阀体12上的密封带接触从而关闭所述进气通道13的出口端，则关闭后，深冷介质无法从进气通道13流向出气通道15；反之，阀芯11带动密封圈17向上运动则可以打开进气通道13，深冷介质可以从从进气通道13流向出气通道15。

所述阀杆7的下部与所述阀芯11连接，该阀杆7的上部伸入所述导向筒6的内腔并可沿所述导向筒6的内壁上下滑动。

所述导向筒6具有轴肩A18，所述阀座4的内臂具有限位台19，所述轴肩A18活动套装在所述阀座4的内壁上并且位于所述限位台19的上方，限位台19可以限制轴肩A18向下移动的行程，阀盖1可以限制轴肩A18向上移动的行程；

所述波纹管5的上端和下端分别与所述阀座4与所述阀杆7密封连接；优选地，所述波纹管5的上端与所述阀座4通过焊接的方式实现密封连接，所述波纹管5的下端与所述阀杆7通过焊接的方式实现密封连接。所述波纹管5及焊接方式连接，既满足阀杆7既能轴向运动，又能在运动时密封可靠，防止进入波纹管5的控制气从波纹管5中漏出。

所述阀盖1上设置有控制气出入口14并且该控制气出入口14与所述导向筒6的内腔连通，以用于通过充、放气来控制所述阀杆7沿所述导向筒6的内壁的上下滑动，从而使所述密封圈17与所述密封带16配合打开或关闭所述进气通道13的出口端。控制气出入口14可以通过换向阀连接气源实现进、出气。

进一步，本发明还包括压缩弹簧8，所述压缩弹簧8套接在所述阀杆7上，并且所述阀杆7具有轴肩B20，所述波纹管5的下端与所述阀杆7的轴肩B20密封连接，所述压缩弹簧8的上端抵接在所述导向筒6的轴肩A18上而下端抵靠在所述阀杆7的轴肩B20上，压缩弹簧8可以让阀杆7快速回位，而且可以让阀杆7平稳移动。

进一步，所述导向筒6的轴肩A18活动套装在所述阀座4的内壁上，该导向筒6与所述阀盖1之间存在中间通道21，以让导向筒6的轴肩A18在阀盖1与所述限位台19之间移动调整位置，所述中间通道21与所述控制气出入口14连通，所述轴肩A18上设置有用于连通该中间通道21和所述波纹管5内腔的多个通孔22，所述轴肩A18上还设置有用于连通该导向筒6内腔和所述通孔22的导气孔，以用于让控制气从这些通孔22进入波纹管5内并施加作用力在所述阀杆7的轴肩B20上。

进一步，所述阀杆7的下端插入所述阀芯11的插孔内，并且所述阀杆7的下端设置有半圆环槽A，所述阀芯11的内壁在对应于所述半圆环槽A的位置设置有半圆环槽B，所述半圆环槽A和半圆环槽B共同形成球槽，所述球槽内填充有钢球10，所述阀芯11的侧壁设置有钢球10通道，并且所述钢球10通道上安装有用于防止钢球10掉出的封堵件9，封堵件9优选为紧定螺钉。采用钢球10连接阀杆7和阀芯11，则它们在上下方向上一起移动并允许它们可相对转动，可有效防止它们脱落，而且可改善受力。

进一步，所述阀座4与导向筒6的轴肩A18的配合间隙为0.018mm～0.026mm，则轴肩A18可沿阀座4的内壁上下移动，其上下移动的行程较小，并且移动范围限定在所述中间通道21内，所述阀座4与阀体12的配合间隙为0.018mm～0.026mm，则如果有深冷介质从阀座4与阀体12的配合间隙处流到泛塞封Ⅱ3处，深冷介质进入泛塞封Ⅱ3的开口后，在深冷介质的压力作用下，可以让泛塞封Ⅱ3进一步涨紧；所述导向筒6和阀杆7的配合间隙为0.022mm～0.042mm，阀杆7可沿导向筒6的纵向自由地上下滑动。

本发明的低温截止阀为底进侧出式，在控制气出入口14处无控制气通入以及进气通道13处无深冷介质时，压缩弹簧8通过预紧力，让导向筒6的上端抵住阀盖1并让阀芯11的密封圈17抵住阀体12上的密封带16，通过弹力作用力实现进气通道13的出口端处于关闭状态。

当从阀盖1的控制气出入口14充入控制气后，控制气可以进入导向筒6的内腔并施加作用力在阀杆7伸入导向筒6的部分，与此同时，虽然导向筒6的轴肩A18的上端抵住阀盖1，但是轴肩A18上的导气孔依然可以让控制气从导向筒6的进入通孔22，并从通孔22内进入波纹管5内来施加作用力在阀杆7的轴肩B20上，因此控制气可以从两路(一路是从导向筒6内腔，一路是从波纹管5内)施加作用力在阀杆7上，并在进气通道13的出口端关闭后从这两路一直施加作用力在阀杆7上，可以关闭进气通道13的出口端，实现可靠密封；

当需要打开进气通道13来让深冷介质流通时，从控制气出入口14处泄出控制气，阀芯11在进气通道13内的深冷介质的压力作用下向上运动，从而打开进气通道13，深冷介质可以流向出气通道15并流出；当需要关闭进气通道13的出口端时，可再充入控制气，在控制气压力作用下，阀杆7克服压缩弹簧8的弹力，带动阀芯11向下移动封堵住进气通道13，实现进气通道13的出口端关闭。

本发明的超低温气动截止阀使用气源流出的高压控制气作用在活塞上使截止阀关闭，因此截止阀的出气通道13能够承受较高反向冲击压力。

本发明的导向筒6的轴肩A18的外圆面与其另一端的内孔的同轴度不大于φ0.02mm，阀座4和导向筒6的定位接触面与阀座4和阀体12定位接触面的同轴度不大于φ0.02mm，导向筒6和阀杆7的定位面的粗糙度优选为Ra(0.2～0.4)，用于和泛塞封密封圈17密封的安装接触面粗糙度优选为Ra(0.1～0.2)。

本发明的安装过程如下：

1)清点、清洗所有零件；其中由阀体12、封堵件9、钢球10、阀芯11、阀座4、波纹管5、导向筒6、阀杆7、压缩弹簧8、泛塞封Ⅰ2、泛塞封Ⅱ3进行脱脂处理；

2)阀座4和阀杆7分别焊接在波纹管5的上、下两端，然后做气密检测，合格后脱脂处理备用。

3)阀杆7插装阀芯11的内孔，至二者的半圆环槽重合，从钢球10通道装入钢球10，然后将封堵件9装入钢球10通道。

4)将泛塞封Ⅱ3套在阀座4靠近阀芯11的一端，带有泛塞封Ⅱ3、波纹管5、阀杆7和阀芯11的阀座4整体装入阀体12中；

5)将压缩弹簧8套装在阀杆7外，接着将导向筒6套装在阀杆7上；

6)将泛塞封Ⅰ2安装在阀座4另一端，阀盖1压导向筒6逐渐向下，使导向筒6嵌入阀座4的径向配合定位孔中，导向筒6与阀座4贴合到位不再运动，对称安装螺钉及平垫、弹垫使阀盖1与阀体12连接锁紧。

应理解，以上为本实施例的不同特征的许多不同的实施例或例子。以下描述的构件与安排的特定例子，以简化说明实施例。当然，这些仅仅是例子而不是用以限制具体的实施方式，举例来说，元件尺寸并不限于所揭露的范围或数值，而可依制程条件和/或装置所需的性质而定。再者，在说明中，第一特征形成在第二特征的上方或之上，这可能包含第一特征与第二特征以直接接触的方式形成的实施例，这也可能包含额外特征可能形成在插入第一特征与第二特征的实施例，这使得第一特征与第二特征可能没有直接接触，为了简单与清楚说明，可依不同比例任意绘制各种特征。

再者，在此可能会使用空间相对用语，例如“底下”、“下方”、“较低”、“上方”、“较高”等等，以方便说明如附图所绘示的一元件或一特征与另一(另一些)元件或特征的关系。这些空间上相对的用语除了涵盖在附图中所绘示的方向，也欲涵盖装置在使用或操作中不同的方向。设备可能以不同方式定位(例如旋转90度或在其他方位上)，而在此所使用的空间上相对的描述同样也可以有相对应的解释。

本领域的技术人员容易理解，以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种波纹管式超低温气动截止阀，其特征在于，包括阀体、阀盖、阀座、阀芯、阀杆、波纹管和导向筒，其中：

所述阀体具有上下贯通的阀腔，所述阀盖安装在所述阀体的上端并且盖住所述阀腔的上端，所述阀腔的下端作为进气通道，所述阀体的侧壁设置有与所述阀腔连通的出气通道，所述阀盖和所述阀体分别与所述阀座密封连接；

所述阀芯、阀杆和波纹管均位于所述阀腔内且均竖直设置；

所述阀体内部在对应于所述进气通道的出口端的位置设置有密封带，所述阀芯的下端在对应于所述密封带的位置设置有密封圈，所述密封圈位于所述密封带的上方；

所述阀杆的下部与所述阀芯连接，该阀杆的上部伸入所述导向筒的内腔并可沿所述导向筒的内壁上下滑动；

所述导向筒具有轴肩A，所述阀座的内壁 具有限位台，所述轴肩A活动套装在所述阀座的内壁上并且位于所述限位台的上方；

所述波纹管的上端和下端分别与所述阀座与所述阀杆密封连接；

所述阀盖上设置有控制气出入口并且该控制气出入口与所述导向筒的内腔连通，以用于通过充、放气来控制所述阀杆沿所述导向筒的内壁的上下滑动，从而使所述密封圈与所述密封带配合打开或关闭所述进气通道的出口端。

2.根据权利要求1所述的一种波纹管式超低温气动截止阀，其特征在于，还包括压缩弹簧，所述压缩弹簧套接在所述阀杆上，并且所述阀杆具有轴肩B，所述波纹管的下端与所述阀杆的轴肩B密封连接，所述压缩弹簧的上端抵接在所述导向筒的轴肩A上而下端抵靠在所述阀杆的轴肩B上。

3.根据权利要求2所述的一种波纹管式超低温气动截止阀，其特征在于，所述导向筒的轴肩A活动套装在所述阀座的内壁上，该导向筒与所述阀盖之间存在中间通道，以让导向筒的轴肩A在阀盖与所述限位台之间移动调整位置，所述中间通道与所述控制气出入口连通，所述轴肩A上设置有用于连通该中间通道和所述波纹管内腔的多个通孔，所述轴肩A上还设置有用于连通该导向筒内腔与所述通孔的导气孔，以用于让控制气从这些通孔进入波纹管内并施加作用力在所述阀杆的轴肩B上。

4.根据权利要求1所述的一种波纹管式超低温气动截止阀，其特征在于，所述阀盖的下端设置有环形缺口Ⅰ，所述阀体的上端在对应于所述环形缺口Ⅰ的位置设置有环形缺口Ⅱ，所述环形缺口Ⅰ和所述环形缺口Ⅱ共同形成环形密封槽，所述阀座具有轴肩C，并且所述轴肩C位于所述环形密封槽内，所述阀座上套接有泛塞封Ⅰ和泛塞封Ⅱ，所述泛塞封Ⅰ位于所述环形缺口Ⅰ内，以实现所述阀座与所述阀盖的密封连接，所述泛塞封Ⅱ位于所述环形缺口Ⅱ内，以实现所述阀座与所述阀体的密封连接，所述泛塞封Ⅰ和泛塞封Ⅱ上的开口均朝向所述阀座的外壁。

5.根据权利要求1所述的一种波纹管式超低温气动截止阀，其特征在于，所述波纹管的上端与所述阀座通过焊接的方式实现密封连接，所述波纹管的下端与所述阀杆通过焊接的方式实现密封连接。

6.根据权利要求1所述的一种波纹管式超低温气动截止阀，其特征在于，所述阀杆的下端插入所述阀芯的插孔内，并且所述阀杆的下端设置有半圆环槽A，所述阀芯的内壁在对应于所述半圆环槽A的位置设置有半圆环槽B，所述半圆环槽A和半圆环槽B共同形成球槽，所述球槽内填充有钢球，所述阀芯的侧壁设置有钢球通道，并且所述钢球通道上安装有用于防止钢球掉出的封堵件。

7.根据权利要求1所述的一种波纹管式超低温气动截止阀，其特征在于，所述阀杆、波纹管和阀座的材料为低温不锈钢，导向筒的材料为铅黄铜。

8.根据权利要求1所述的一种波纹管式超低温气动截止阀，其特征在于，所述阀座与导向筒的轴肩A的配合间隙为0.018mm～0.026mm，所述阀座与阀体的配合间隙为0.018mm～0.026mm。

9.根据权利要求1所述的一种波纹管式超低温气动截止阀，其特征在于，所述导向筒和阀杆的配合间隙为0.022mm～0.042mm。

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