CN112178210A - 一种超低温气动截止阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种超低温气动截止阀，包括阀体、阀座、阀盖、活塞、阀芯和压缩弹簧，阀体具有上下贯通的阀腔；压缩弹簧的下端抵靠在阀盖上而上端抵靠在阀芯的下端；活塞的下部和上部分别套接有泛塞封Ⅰ和泛塞封Ⅱ，泛塞封Ⅰ和泛塞封Ⅱ分别与阀体的内壁接触；阀座上设置有与阀腔连通的控制气出入口，以用于通入控制气来推动所述活塞向下移动，从而让阀芯向下移动来让密封圈与密封带分离，进而打开所述进气通道。本发明的控制气出入口可通过充、放控制气来达到打开和关闭截止阀的目的，并且结构紧凑、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。

Description

一种超低温气动截止阀

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，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，通过泛塞封密封件应用，形成自增压密封结构解决超深冷介质阀杆运动动密封可靠性和控制气低温动密封，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，提供了一种超低温气动截止阀，其特征在于，包括阀体、阀座、阀盖、活塞、阀芯和压缩弹簧，其中：

所述阀体具有上下贯通的阀腔，所述阀座和所述阀盖分别安装在所述阀体的上端和下端，并且分别盖住所述阀腔的上端和下端，所述阀体的侧壁设置有进气通道和出气通道并且它们分别与所述阀腔连通；

所述活塞、阀芯和所述压缩弹簧均位于所述阀腔内并且它们均竖直设置；

所述阀体在对应于所述进气通道的出气端设置有密封带，所述阀芯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下方，用于与所述密封带配合打开或关闭所述进气通道的出口端；

所述压缩弹簧的下端抵靠在所述阀盖上而上端抵靠在所述阀芯的下端，以用于推动所述阀芯向上移动复位，从而让所述密封圈抵在所述密封带上；

所述活塞的下端与所述阀芯的上端连接，所述活塞的下部和上部分别套接有泛塞封Ⅰ和泛塞封Ⅱ，并且所述泛塞封Ⅰ和泛塞封Ⅱ分别与所述阀体的内壁接触，所述泛塞封Ⅱ位于所述出气通道的上方；

所述阀座上设置有与所述阀腔连通的控制气出入口，以用于通入控制气来推动所述活塞向下移动，从而让阀芯向下移动来让密封圈与密封带分离，进而打开所述进气通道。

优选地，所述阀盖与所述阀体之间设置有密封垫Ⅰ，所述阀座与所述阀体之间设置有密封垫Ⅱ。

优选地，所述活塞的纵截面呈T型，其具有大端和小端，所述泛塞封Ⅰ和泛塞封Ⅱ分别套接在所述活塞的小端和大端，所述活塞的大端的底部设置有减震垫Ⅰ，以用于在活塞的底部与所述阀体内部的台阶接触时进行减震。

优选地，所述阀体上设置有第一台阶和第二台阶，所述泛塞封Ⅰ放置在所述第一台阶上，所述活塞上还套接有挡环Ⅰ，所述挡环Ⅰ放置在所述第二台阶上，以用于与所述第一台阶配合限制泛塞封Ⅰ的移动，所述阀体的内壁上套接有弹性挡圈Ⅰ，所述弹性挡圈Ⅰ将所述挡环Ⅰ压在所述第二台阶上。

优选地，所述泛塞封Ⅰ设置有多个并且它们的开口均朝下设置，相邻两个所述泛塞封Ⅰ之间设置有支撑块，所述第一台阶用于承接最下方的泛塞封Ⅰ，并且所述第一台阶上设置有导气孔，以让出气通道中的深冷介质进入从导气孔进入泛塞封Ⅰ的开口。

优选地，所述活塞的侧面在所述泛塞封Ⅱ的上方和下方分别套接有泛塞封固定组件，以用于将所述泛塞封Ⅱ固定在所述活塞上，其中，

每组所述泛塞封固定组件均包括挡环Ⅱ和弹性挡圈Ⅱ，并且所述挡环Ⅱ位于所述弹性挡圈Ⅱ和所述泛塞封Ⅱ接触之间。

优选地，所述泛塞封Ⅱ设置有多个，每个所述泛塞封Ⅱ上的开口均朝上，相邻两泛塞封Ⅱ之间为活塞的轴肩，并且轴肩上设置有导气孔，以用于让控制气进入各泛塞封Ⅱ的开口内。

优选地，所述活塞的顶部设置有凹槽，所述凹槽内安装有减震垫Ⅱ，以用于在活塞的顶部与所述阀座接触时进行减震。

优选地，所述阀芯与阀体定位面的配合间隙为0.018mm～0.026mm。

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，可以让控制气进入阀腔内来施加作用力在活塞上，从而可以让阀芯上的密封圈实现与阀体的密封带分离，来达到打开进气通道的目的，而需要关闭截止阀时，压缩弹簧的弹力又可以带动阀芯和密封圈上升的可靠密封，从而可以有效防止深冷介质的泄漏。

2)本发明活塞与阀体之间安装有泛塞封，通过泛塞封密封件的应用，形成自增压密封结构解决超深冷介质阀杆运动动密封可靠性和控制气低温动密封，通过整体结构优化实现结构紧凑、减轻重量，测试表明本截止阀能够适用于压力为(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。

3)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，一种超低温气动截止阀，包括阀体6、阀座18、阀盖1、活塞11、阀芯4和压缩弹簧3，其中：

所述阀体6优选为一回转体壳体零件，所述阀体6具有上下贯通的阀腔，所述阀座18和所述阀盖1分别安装在所述阀体6的上端和下端，并且分别盖住所述阀腔的上端和下端，阀盖1封闭所述阀腔的下端，所述阀体6的侧壁设置有进气通道19和出气通道20并且它们分别与所述阀腔连通；进气通道19和出气通道20的轴线优选水平设置。

所述活塞11、阀芯4和所述压缩弹簧3均位于所述阀腔内并且它们均竖直设置；

所述阀体6在对应于所述进气通道19的出气端设置有密封带22，所述阀芯4在对应于所述密封带22的位置设置有密封圈5，所述密封圈5位于所述密封带22的下方，用于与所述密封带22配合打开或关闭所述进气通道19的出口端；所述阀芯4带动密封圈5上升至密封圈5与密封带22接触时可以关闭进气通道19的出口端，让深冷介质无法从进气通道19流向出气通道20；所述阀芯4带动密封圈5下降至密封圈5与密封带22分离时可以打开进气通道19，让进气通道19内的深冷介质流入到出气通道20内并流出截止阀。

所述压缩弹簧3的下端抵靠在所述阀盖1上而上端抵靠在所述阀芯4的下端，以用于推动所述阀芯4向上移动复位，从而让所述密封圈5抵在所述密封带22上，这样密封圈5就可以关闭进气通道19的出口端。

所述活塞11的下端与所述阀芯4的上端连接，所述活塞11的下部和上部分别套接有泛塞封Ⅰ7和泛塞封Ⅱ15，并且所述泛塞封Ⅰ7和泛塞封Ⅱ15分别与所述阀体6的内壁接触，所述泛塞封Ⅱ15位于所述出气通道20的上方；活塞11的升降可以带动阀芯4的升降，从而让阀芯4上的密封圈5与阀体6上的密封带22接触或分离。本发明活塞11与阀体6之间安装有泛塞封Ⅰ7和泛塞封Ⅱ15，通过泛塞封密封件的应用，形成自增压密封结构解决超深冷介质阀杆运动动密封可靠性和控制气低温动密封，通过整体结构优化实现结构紧凑、减轻重量，测试表明本截止阀能够适用于压力为(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。

所述阀体6和活塞11在径向方向用于和泛塞封密封的安装接触面粗糙度优选为Ra(0.1～0.2)，其它轴向方向密封面粗糙度优选为Ra(0.2～0.4)。

进一步，所述阀体6上设置有第一台阶和第二台阶，所述泛塞封Ⅰ7放置在所述第一台阶上，所述活塞11上还套接有挡环Ⅰ9，所述挡环Ⅰ9放置在所述第二台阶上，以用于与所述第一台阶配合限制泛塞封Ⅰ7的移动，所述阀体6的内壁上套接有弹性挡圈Ⅰ，所述弹性挡圈Ⅰ将所述挡环Ⅰ9压在所述第二台阶上。

进一步，所述泛塞封Ⅰ7设置有多个并且它们的开口均朝下设置，相邻两个所述泛塞封Ⅰ7之间设置有支撑块8，所述第一台阶用于承接最下方的泛塞封Ⅰ7，并且所述第一台阶上设置有导气孔23，以让出气通道20中的深冷介质从第一台阶上的导气孔23进入泛塞封Ⅰ7的开口。有气体时，气体能迅速进入泛塞封，实现自增压。

进一步，所述活塞11的侧面在所述泛塞封Ⅱ15的上方和下方分别套接有泛塞封固定组件，以用于将所述泛塞封Ⅱ15固定在所述活塞11上，其中，

每组所述泛塞封固定组件均包括挡环Ⅱ14和弹性挡圈Ⅱ，并且所述挡环Ⅱ14位于所述弹性挡圈Ⅱ和所述泛塞封Ⅱ15接触之间。

进一步，所述泛塞封Ⅱ15设置有多个，每个所述泛塞封Ⅱ15上的开口均朝上，相邻两泛塞封Ⅱ15之间为活塞11的轴肩，并且轴肩上设置有导气孔23，以用于让控制气从活塞11的轴肩上的导气孔23进入各泛塞封Ⅱ15的开口内。

所述阀座18上设置有与所述阀腔连通的控制气出入口21，以用于通入控制气来推动所述活塞11向下移动，从而让阀芯4向下移动来让密封圈5与密封带22分离，进而打开所述进气通道19。

通过设置多个泛塞封Ⅰ7和多个泛塞封Ⅱ15，可以实现活塞11与阀体6的良好密封，防止控制气泄漏进深冷介质出或深冷介质从阀座18的控制气出入口21泄漏出去。挡环、弹性挡圈等可以保证泛塞封的良好固定。

进一步，所述阀盖1与所述阀体6之间设置有密封垫Ⅰ2，所述阀盖1通过螺纹和阀体6连接，阀盖1的凹槽中安装密封垫Ⅰ2，实现阀盖1与阀体6的静密封。所述阀座18与所述阀体6优选通过螺纹连接，两者之间设置有密封垫Ⅱ17，实现阀座18与阀体6的静密封。

进一步，所述活塞11的纵截面呈T型，其具有大端和小端，所述泛塞封Ⅰ7和泛塞封Ⅱ15分别套接在所述活塞11的小端和大端，所述活塞11的大端的底部设置有减震垫Ⅰ12，以用于在活塞11的底部与所述阀体6内部的台阶接触时进行减震。活塞11的大端的顶部可以有大面积的控制气作用在其上，从而驱动活塞11平稳地向下移动。

进一步，所述活塞11的顶部设置有凹槽，所述凹槽内安装有减震垫Ⅱ16，以用于在活塞11的顶部与所述阀座18接触时进行减震，减小冲击破坏。

进一步，所述阀芯4与阀体6定位面的配合间隙为0.018mm～0.026mm，两个定位面的粗糙度优选为Ra(0.2～0.4)，便于阀芯4的定位和移动。

本发明的阀芯4从下至上由圆环段、粗圆柱段、细圆柱段和连接段组成。圆环段外径与阀体6内壁的安装内径配合，形成轴向定位及导向；圆环内部安装压缩弹簧3，压缩弹簧3弹力给阀芯4提供向上的运动动力；粗圆柱段和圆环外径等大，在与圆环段相对的一面有环形凹槽，用于安装密封圈5；细圆柱段在粗圆柱段之上，最后是带有环形槽的半球形连接段，连接段用于和活塞11的下端连接。

本发明的活塞11为阶梯轴，两套泛塞封固定组件安装在活塞11的大端，活塞11的下端有环状沟槽，用于和阀芯4的连接段连接。

所述活塞11、减震垫Ⅰ12、弹簧挡圈Ⅱ13、挡圈Ⅱ、泛塞封Ⅱ15、减震垫Ⅱ16共同组成活塞11组件，所述活塞11组件装入阀腔后，向下压入，通过泛塞封和阀体6的配合实现密封。

本发明的低温气动截止阀为常闭阀，在无控制气和深冷介质时，压缩弹簧3的预紧力让密封圈5与密封带22接触，进气通道19的出口端关闭，从而实现截止阀处于关闭状态。

本发明使用在深冷介质储运车上时，控制气出入口21通过换向阀连接气源，从进气通道19进入深冷介质时，在深冷介质的压力作用下，阀芯4上的密封圈5被进一步压紧在密封带22上，确保可靠密封；需要打开截止阀时，向控制气出入口21充气时，在控制气作用下推动活塞11运动，进而是阀芯4和密封圈5向下运动，密封圈5与密封带22分离，打开进气通道19，深冷介质可以从进气通道19流入出气通道20；

控制气从控制气出入口21泄出后，在压缩弹簧3的作用力和深冷介质压力的共同推动作用下，阀芯4及活塞11向上运动，进气通道19的出口端被关闭。

本发明的安装过程如下：

1)清点、清洗所有零件；其中阀盖1、密封垫Ⅰ2、弹簧、阀芯4、阀芯4密封圈5、阀体6、泛塞封Ⅰ7、支撑块8、挡圈Ⅰ、弹簧挡圈Ⅰ10进行脱脂处理；

2)密封圈5镶嵌旋压入阀芯4的环槽中，合格后脱脂处理备用；

3)减震垫Ⅰ12和减震垫Ⅱ16镶嵌到阀盖1和阀座18上，活塞11，两套泛塞封Ⅱ15、挡圈Ⅱ、弹簧挡圈Ⅱ13与活塞11安装好备用；

4)将泛塞封Ⅰ7、支撑块8、泛塞封Ⅰ7、挡圈Ⅰ、弹簧挡圈Ⅰ10装入阀体6中；

5)将装好的活塞11组件压入阀体6的阀腔中，直至活塞11用于与阀芯4连接的部位全部出现在阀体6的出气流道中；

6)将阀芯4组件装入阀体6和活塞11连接；

7)将压缩弹簧3装入阀芯4中，将阀盖1及密封垫Ⅰ2与阀体6安装设计力矩安装调紧；将阀座18及密封垫Ⅱ17与阀体6安装设计力矩安装调紧。

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)

1.一种超低温气动截止阀，其特征在于，包括阀体、阀座、阀盖、活塞、阀芯和压缩弹簧，其中：

所述阀体具有上下贯通的阀腔，所述阀座和所述阀盖分别安装在所述阀体的上端和下端，并且分别盖住所述阀腔的上端和下端，所述阀体的侧壁设置有进气通道和出气通道并且它们分别与所述阀腔连通；

所述活塞、阀芯和所述压缩弹簧均位于所述阀腔内并且它们均竖直设置；

所述阀体在对应于所述进气通道的出气端设置有密封带，所述阀芯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下方，用于与所述密封带配合打开或关闭所述进气通道的出口端；

所述压缩弹簧的下端抵靠在所述阀盖上而上端抵靠在所述阀芯的下端，以用于推动所述阀芯向上移动复位，从而让所述密封圈抵在所述密封带上；

所述活塞的下端与所述阀芯的上端连接，所述活塞的下部和上部分别套接有泛塞封Ⅰ和泛塞封Ⅱ，并且所述泛塞封Ⅰ和泛塞封Ⅱ分别与所述阀体的内壁接触，所述泛塞封Ⅱ位于所述出气通道的上方；

所述阀座上设置有与所述阀腔连通的控制气出入口，以用于通入控制气来推动所述活塞向下移动，从而让阀芯向下移动来让密封圈与密封带分离，进而打开所述进气通道。

2.根据权利要求1所述的一种超低温气动截止阀，其特征在于，所述阀盖与所述阀体之间设置有密封垫Ⅰ，所述阀座与所述阀体之间设置有密封垫Ⅱ。

3.根据权利要求1所述的一种超低温气动截止阀，其特征在于，所述活塞的纵截面呈T型，其具有大端和小端，所述泛塞封Ⅰ和泛塞封Ⅱ分别套接在所述活塞的小端和大端，所述活塞的大端的底部设置有减震垫Ⅰ，以用于在活塞的底部与所述阀体内部的台阶接触时进行减震。

4.根据权利要求1所述的一种超低温气动截止阀，其特征在于，所述阀体上设置有第一台阶和第二台阶，所述泛塞封Ⅰ放置在所述第一台阶上，所述活塞上还套接有挡环Ⅰ，所述挡环Ⅰ放置在所述第二台阶上，以用于与所述第一台阶配合限制泛塞封Ⅰ的移动，所述阀体的内壁上套接有弹性挡圈Ⅰ，所述弹性挡圈Ⅰ将所述挡环Ⅰ压在所述第二台阶上。

5.根据权利要求4所述的一种超低温气动截止阀，其特征在于，所述泛塞封Ⅰ设置有多个并且它们的开口均朝下设置，相邻两个所述泛塞封Ⅰ之间设置有支撑块，所述第一台阶用于承接最下方的泛塞封Ⅰ，并且所述第一台阶上设置有导气孔，以让出气通道中的深冷介质进入从导气孔进入泛塞封Ⅰ的开口。

6.根据权利要求1所述的一种超低温气动截止阀，其特征在于，所述活塞的侧面在所述泛塞封Ⅱ的上方和下方分别套接有泛塞封固定组件，以用于将所述泛塞封Ⅱ固定在所述活塞上，其中，

每组所述泛塞封固定组件均包括挡环Ⅱ和弹性挡圈Ⅱ，并且所述挡环Ⅱ位于所述弹性挡圈Ⅱ和所述泛塞封Ⅱ接触之间。

7.根据权利要求6所述的一种超低温气动截止阀，其特征在于，所述泛塞封Ⅱ设置有多个，每个所述泛塞封Ⅱ上的开口均朝上，相邻两泛塞封Ⅱ之间为活塞的轴肩，并且轴肩上设置有导气孔，以用于让控制气进入各泛塞封Ⅱ的开口内。

8.根据权利要求1所述的一种超低温气动截止阀，其特征在于，所述活塞的顶部设置有凹槽，所述凹槽内安装有减震垫Ⅱ，以用于在活塞的顶部与所述阀座接触时进行减震。

9.根据权利要求1所述的一种超低温气动截止阀，其特征在于，所述阀芯与阀体定位面的配合间隙为0.018mm～0.026mm。

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