CN113154076A - 高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀，包括阀体，阀体的腔体内设有阀芯，阀芯的左、右两侧均设有插接在阀体处的阀座，两阀座的端部均固定有密封圈，两阀座处都安装有带动两密封圈分别朝阀芯球面方向压动的第一压缩弹簧，阀芯处设置有第一渐开线花键，阀芯的顶端固定有外轮廓为不规则形状的阀座推板，阀体的顶端固定有阀杆安装座，阀杆安装座处安装有阀杆，阀杆的底面开有与第一渐开线花键配合的渐开槽，阀体的顶端固定有框体，框体内固定有压在阀杆安装座顶面的压板，框体的顶端固定有用于带动阀杆转动的气动执行机构，本发明提供一种高安全、高频率启闭密封可靠球阀，值得推广应用。

Description

高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀
技术领域
本发明涉及一种球阀，尤其是一种高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀。
背景技术
球阀具有相同的旋转90度的动作，不同的是旋塞体是球体，有圆形通孔或通道通过其轴线，球阀在管路中主要用来做切断、分配和改变介质的流动方向，它只需要用旋转90度的操作和很小的转动力矩就能关闭严密，球阀最适宜做开关、切断阀使用，球阀的主要特点是本身结构紧凑，密封可靠，结构简单，维修方便，密封面与球面常在闭合状态，不易被介质冲蚀，易于操作和维修，适用于水、溶剂、酸和天然气等一般工作介质，而且还适用于工作条件恶劣的介质，如氧气、过氧化氢、甲烷和乙烯等，在各行业得到广泛的应用，固定球阀阀体可以是整体的，也可以是组合式的。
随着我国石油化工、煤化工的高速发展，管线输送系统中的重要组成部分，固定球阀日益高压化、大口径化，高性能化，随着固定球阀工作压力的上升，口径的不断加大，固定球阀的操作力矩越来越大，现有的固定球阀，难以承受高温蒸汽，不耐磨，不耐油和腐蚀，并且阀门运行中一旦配合出现些许问题，极其容易伤及密封面，进而严重威胁固定球阀的使用寿命及易造成泄露的情况发生。
发明内容
本发明要解决上述现有技术的缺点，提供一种高安全、高频率启闭密封可靠的高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀，满足了高压工况环境下安全、密封性好的需求。
本发明解决其技术问题采用的技术方案：这种高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀，包括阀体，阀体的腔体内设有阀芯，阀芯的左、右两侧均设有插接在阀体处的阀座，两阀座的端部均固定有第一密封圈，两阀座处均安装有带动两第一密封圈分别朝阀芯球面方向压动的第一压缩弹簧，阀芯处设置有表面喷涂硬质合金层的第一渐开线花键，阀芯的顶端固定有外轮廓为圆形的阀座推板，阀座推板的外轮廓处设置有一对对称设置的第一平面及一对对称设置的第二平面，两第一平面及两第二平面之间呈垂直设置，两第一平面之间的宽度与两第二平面之间的宽度相同，两第一平面之间的宽度小于阀座推板的直径大小，阀体的顶端固定有阀杆安装座，阀杆安装座处安装有阀杆，阀杆的底面开有与第一渐开线花键配合并表面喷涂硬质合金的渐开槽，阀体的顶端固定有框体，框体内固定有压在阀杆安装座顶面的压板，框体的顶端固定有用于带动阀杆转动的气动执行机构，阀芯的上、下两侧分别插接有圆环，阀芯的底端搁放在下方侧的圆环顶面处，两圆环的内轮廓面与阀芯之间均安装有第二密封圈。这里第一渐开线花键的作用是，在渐开线花键表面喷涂有硬质合金，承载能力强，易自动定心，安装精度高，相同外形尺寸下花键小径大，有利于增加轴的刚度，确保阀门安全稳定运行，大大提高阀门使用寿命；这里阀座推板、平面的作用是，在阀芯转动开启或者关闭过程中阀座推板也同时动作先将阀座推开，阀座上的第一密封圈与阀芯表面先脱离以达到减小扭矩和增加阀座处第一密封圈的使用寿命，特别在高压高频率工况下启闭效果尤为明显；这里压板的作用是，即可以增加摩擦力抵消一部分扭矩力又可以让阀杆安装座进一步得到安全保证；这里气动执行机构的作用是，用于给阀杆提供转动动力，这里气动执行机构为拨叉式气动执行器为市面上的现有产品，可选用江苏汇朗机械科技有限公司、罗兰自控阀业(上海)有限公司；这里阀座推板的外轮廓处设置有一对对称设置的第一平面及一对对称设置的第二平面，两第一平面及两第二平面之间呈垂直设置，两第一平面之间的宽度与两第二平面之间的宽度相同，两第一平面之间的宽度小于阀座推板的直径大小的作用是，能够在带动阀芯转动启闭之间的过程中，能够使得第一密封圈能够先暂时的脱离阀芯球面，不仅阀芯转动时扭矩会减小，而且由于在高压介质环境下，没有了第一密封圈与阀芯球面的高摩擦，所以大大增加了阀座处第一密封圈的使用寿命，特别在高压高频率工况下启闭球阀效果尤为明显；这里上、下设置圆环、第二密封圈的作用是，能够对阀芯外的阀体腔体处进行密封，从而降低泄露风险，下方侧的圆环也起到支撑阀芯纵向重力的作用，避免阀芯过重的重量造成阀座处第一密封圈的下方侧与阀芯接触的区域，由于重量大，启闭阀芯时、会造成第一密封圈下方侧与阀芯接触区域过快的磨损，从而造成第一密封圈的过快报废，这种通过圆环顶面支撑阀芯的方式，可以大大降低阀芯对第一密封圈的启闭时的磨损，由于下方侧圆环有支撑阀芯作用，从而阀芯对第一密封圈没有重压力，只有第一密封圈通过第一压缩弹簧弹力使两第一密封圈压紧在阀芯的球面处，从而能够极大增加第一密封圈的使用寿命，降低球阀更换第一密封圈的频率，尤其是在高压、球阀高频启闭环境下，极大的降低了第一密封圈的磨损更换周期，极大的降低了成本，同时也会极大的降低了阀芯旋转时的扭矩力(摩擦力小了)。
进一步完善，两阀座处均设有压紧住第一密封圈的阀座压板，阀座压板与阀座之间通过紧固件固定并且紧固件头部位于阀体侧方向。这里阀座压板的作用是，紧紧压住阀座处的第一密封圈，将固定阀座压板的螺钉(紧固件)设置于阀座体侧方向，螺钉永远掉落不到阀门腔内，安全可靠。
进一步完善，阀座处安装有双层Y型圈。这里双层Y型圈的作用是，双层Y型圈依靠张开的唇边贴于密封副偶合面，无内压时，仅仅因唇边尖的变形而产生很小的接触压力,在高压密封的情况下，与密封介质接触的每一点上均有与介质压力相等的反向压力,所以唇形圈底部受到轴向压缩，与密封面接触变宽同时接触应力增加,所以压力越高时，接触压力的分布形式和大小进一步改变，唇部与密封面配合更紧密，密封性能越好，真正实现自密封作用；这里双层Y型圈为市面上现有的产品，可选用巨鹿县卓阳密封件有限公司、浙江华策橡塑科技有限公司等公司的产品。
进一步完善，密封圈的侧部设有安装在阀座处的O形圈。这里O形圈的作用是，用于彻底杜绝了低压泄漏的可能。
进一步完善，阀体的底部固定有排污阀，排污阀的侧部设有固定在阀体底部并包裹住排污阀的圈筒，圈筒处通过紧固件固定有盖板，圈筒处固定有支撑托架。这里排污阀的作用是，用于排除介质中的污物；这里圈筒、盖板、支撑托架的作用是，在底部设置了圈筒及盖板，可以防止他人随便操作底部的排污阀而造成重大伤亡事故，当排污阀泄漏后还可以起到密封作用，安全可靠，支撑托架能够起到稳固阀体的作用。
进一步完善，阀体处固定有注脂阀。这里注脂阀的作用是，当阀座由于极端情况下出现泄漏后可以通过注脂阀注入密封胶起到暂时密封作用，避免大面积泄漏造成严重损失；平时还可以注入润滑油减小密封面摩擦增加使用寿命。
进一步完善，阀座与第一密封圈的接触为第一接触面积a，阀座与阀体的接触为第二接触面积b，第一接触面积a小于第二接触面积b。这里第一接触面积a大于第二接触面积b的作用是，由于第一接触面积a处面积小于第二接触面积b(如图2所示),泄漏后介质的压力倒推阀座加上第一压缩弹簧作用力下使其阀座的第一密封圈紧密贴合阀芯球面达到密封作用真正实现双层密封效果，大大提高密封性能和使用寿命。
进一步完善，阀体顶端固定有一组沿阀杆安装座中心均布设置的第一螺栓，各第一螺栓的侧部设有固定在阀体处并沿阀杆安装座中心均布设置的第二螺栓，阀杆安装座安装在第一螺栓及第二螺栓处并通过螺母把阀杆安装座紧固在阀体处。这里第一螺栓、第二螺栓、螺母的作用是，为了使气缸能够持续稳定提供扭矩给球阀，传统支架一般设置于保险盖平台上这样保险盖中的螺钉会承受扭力而且存在容易移动错位的间隙，特别在高压高频率启闭场合严重时会将螺钉扭断整个配件飞出有很大安全隐患特设置一种特殊机构，将阀杆安装座用第一螺栓及第二螺栓牢牢固定于阀体处，这会将扭力全部传递给阀体，提供更高的安全保证。
本发明有益的效果是：
(1).阀门由于高频率快速启闭驱动部位长时间挤压会造成严重磨损造成阀门开关不到位，普通结构链接无法满足使用要求，本发明采用渐开线花键链接，在渐开线花键表面喷涂硬质合金，承载能力强，易自动定心，安装精度高，相同外形尺寸下花键小径大，有利于增加轴的刚度，确保阀门安全稳定运行，大大提高阀门使用寿命；
(2).在阀门底部设置一种结构简单造型新颖的支撑托架，可以安全稳定的固定住阀门，同时在底部设置了一道密封机构(圈筒及盖板)，此机构可以防止他人随便操作底部的排污阀而造成重大伤亡事故，当排污阀泄漏后还可以起到密封作用，安全可靠；
(3).在注脂阀底部设置了一种特殊结构应用高压系统中的单向止回阀系统，压力越高密封越可靠，在注脂系统完全脱离阀门情况下也能保证绝对安全,当阀座由于极端情况下出现泄漏后可以通过注脂系统注入密封胶起到暂时密封作用，避免大面积泄漏造成严重损失。平时还可以注入润滑油减小密封面摩擦增加使用寿命；
(4).双层Y型圈依靠张开的唇边贴于密封副偶合面，无内压时，仅仅因唇边尖的变形而产生很小的接触压力,在高压密封的情况下，与密封介质接触的每一点上均有与介质压力相等的反向压力,所以唇形圈底部受到轴向压缩，与密封面接触变宽同时接触应力增加,所以压力越高时，接触压力的分布形式和大小进一步改变，唇部与密封面配合更紧密，密封性能越好，真正实现自密封作用,当进口端阀座密封面磨损后，导致介质流向中腔，由于a处面积小于b处面积(如图2所示),泄漏后介质的压力倒推阀座加上预紧弹簧(第一压缩弹簧)作用力下使其阀座上的第一密封圈紧密贴合阀芯球面达到密封作用真正实现双层密封效果，大大提高密封性能和使用寿命；
(5).本发明阀门主要应用在高压或超高压环境下，阀座密封圈在高压介质作用下很容易被吹出，特在阀座的第一密封圈上部设置阀座压板紧紧压住阀座上的第一密封圈将固定阀座压板的螺钉(紧固件)设置于阀座体内，螺钉永远掉落不到阀门腔内，安全可靠，同时在阀座的第一密封圈侧部设置了一条0形圈的密封圈能彻底杜绝了低压泄漏的可能。
(6).由于要满足高频率快速启闭要求特配置一种单作用拨叉式气动执行器(气动执行机构)为了使气缸能够持续稳定提供扭矩给阀门，传统支架一般设置于保险盖平台上这样保险盖中的螺钉会承受扭力而且存在容易移动错位的间隙，特别在高压高频率启闭场合严重时会将螺钉扭断整个配件飞出有很大安全隐患特设置一种特殊机构，将阀杆安装座用螺栓牢牢固定于阀体处，这会将扭力全部传递给阀体，并在框体中部固定设置一道压板即可以增加摩擦力抵消一部分扭矩力又可以让阀杆安装座进一步得到安全保证。
(7).本发明阀门应用于高压或超高压工况中，阀座受到的介质推力大，阀座处的第一密封圈与阀芯球面摩擦力大，导致阀门扭矩很大,而且阀座处的第一密封圈容易磨损导致泄漏，特在阀芯上设置阀座推板机构，用内六角螺钉将阀座推板固定在阀芯上，在阀芯转动开启或者关闭过程中阀座推板也同时动作先将阀座推开，阀座上的第一密封圈与阀芯球面先脱离以达到减小扭矩和增加阀座处第一密封圈的使用寿命，特别在高压、高频率启闭球阀的工况下启闭效果尤为明显。
附图说明
图1为本发明的结构示意图；
图2为图1的A区域局部放大图；
图3为图1的B区域局部放大图；
图4为图1的C区域局部放大图；
图5为图1的D区域局部放大图；
图6为本发明中注脂阀的剖面图；
图7为本发明中阀芯旋转阀座上第一密封圈脱开阀芯球面的工作原理流程图。
附图标记说明：阀体1，阀芯2，第一渐开线花键2-1，阀座3，第一密封圈4，第一压缩弹簧5，阀座推板6，第一平面6-1，第二平面6-2，阀杆安装座7，阀杆8，渐开槽8-1，框体9，压板9-1，气动执行机构10，圆环11，阀座压板12，双层Y型圈13，O形圈14，排污阀15，圈筒16，盖板17，支撑托架18，注脂阀19，第一接触面积a20，第二接触面积b21，第一螺栓22，第二螺栓23，螺母24，第二密封圈25。
具体实施方式
下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。
在本发明的描述中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“厚度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的设备或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。
参照附图：这种高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀，包括阀体1，阀体1的腔体内设有阀芯2，阀芯2的左、右两侧均设有插接在阀体1处的阀座3，两阀座3的端部均固定有第一密封圈4，两阀座3处均安装有带动两第一密封圈4分别朝阀芯2球面方向压动的第一压缩弹簧5，阀芯2处设置有表面喷涂硬质合金层的第一渐开线花键2-1，阀芯2的顶端固定有外轮廓为圆形的阀座推板6，阀座推板6的外轮廓处设置有一对对称设置的第一平面6-1及一对对称设置的第二平面6-2，两第一平面6-1及两第二平面6-2之间呈垂直设置，两第一平面6-1之间的宽度与两第二平面6-1之间的宽度相同，两第一平面6-1之间的宽度小于阀座推板6的直径，阀体1的顶端固定有阀杆安装座7，阀杆安装座7处安装有阀杆8，阀杆8的底面开有与第一渐开线花键2-1配合并表面喷涂硬质合金的渐开槽8-1，阀体1的顶端固定有框体9，框体9内固定有压在阀杆安装座7顶面的压板9-1，框体9的顶端固定有用于带动阀杆8转动的气动执行机构10，阀芯2的上、下两侧分别插接有圆环11，阀芯2的底端搁放在下方侧的圆环11顶面处，两圆环11的内轮廓面与阀芯2之间均安装有第二密封圈25。
两阀座3处均设有压紧住第一密封圈4的阀座压板12，阀座压板12与阀座3之间通过紧固件固定并且紧固件头部位于阀体1侧方向。
阀座3处安装有双层Y型圈13。
密封圈4的侧部设有安装在阀座3处的O形圈14。
阀体1的底部固定有排污阀15，排污阀15的侧部设有固定在阀体1底部并包裹住排污阀15的圈筒16，圈筒16处通过紧固件固定有盖板17，圈筒16处固定有支撑托架18。
阀体1处固定有注脂阀19。
阀座3与第一密封圈4的接触为第一接触面积a20，阀座3与阀体1的接触为第二接触面积b21，第一接触面积a20小于第二接触面积b21。
阀体1顶端固定有一组沿阀杆安装座7中心均布设置的第一螺栓22，各第一螺栓22的侧部设有固定在阀体1处并沿阀杆安装座7中心均布设置的第二螺栓23，阀杆安装座7安装在第一螺栓22及第二螺栓23处并通过螺母24把阀杆安装座7紧固在阀体1处。
本发明的工作原理：当需要对球阀进行开启操作时、只需要启动气动执行机构10，气动执行机构10会带动带动阀杆8转动，由于阀杆8底部的渐开槽8-1配合在第一渐开线花键2-1处，所以能够稳定、易自动定心、精度高的带动阀芯2转动，在阀芯2转动的同时，阀座推板6也会跟着旋转，由于阀座推板6的外轮廓设置有两对称的第一平面6-1，而两第一平面6-1之间的间距是小于阀座推板6的直径的，所以阀杆8转动并通过渐开槽8-1来带动第一渐开线花键2-1，从而带动阀芯2转动，阀芯2转动会带动阀座推板6一同跟着旋转，阀座推板6旋转会同步推动两侧的阀座3外移(如图7所示)，这时各第一压缩弹簧5会被压缩储能，进而使得第一密封圈4与阀芯2球面脱离，从而达到减小扭矩和增加阀座3处第一密封圈4的使用寿命.特别在高压高频率下启闭效果尤为明显，当阀芯2继续旋转到90°的位置，从而使得阀芯2上的两第二平面6-2与两阀座压板12位置相对应时，这时，通过各第一压缩弹簧5的复位弹力作用，使得两阀座3重新带动两第一密封圈4均相互朝阀芯2的球面方向压动并使两第一密封圈4压紧密封在阀芯2的球面上，这时，球阀处于开启状态，同理，反向带动阀芯2关闭球阀时、也是使得阀座3上的第一密封圈4与阀芯2球面先脱离以达到减小扭矩和增加阀座3处第一密封圈4的磨损，增加使用寿命，特别在高压高频率工况下启闭效果尤为明显，值得推广应用。
虽然本发明已通过参考优选的实施例进行了图示和描述，但是，本专业普通技术人员应当了解，在权利要求书的范围内，可作形式和细节上的各种各样变化。

Claims (8)

1.一种高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀，包括阀体(1)，其特征是：所述阀体(1)的腔体内设有阀芯(2)，所述阀芯(2)的左、右两侧均设有插接在阀体(1)处的阀座(3)，两所述阀座(3)的端部均固定有第一密封圈(4)，两所述阀座(3)处均安装有带动两所述第一密封圈(4)分别朝阀芯(2)球面方向压动的第一压缩弹簧(5)，所述阀芯(2)处设置有表面喷涂硬质合金层的第一渐开线花键(2-1)，所述阀芯(2)的顶端固定有外轮廓为圆形的阀座推板(6)，所述阀座推板(6)的外轮廓处设置有一对对称设置的第一平面(6-1)及一对对称设置的第二平面(6-2)，两所述第一平面(6-1)及两所述第二平面(6-2)之间呈垂直设置，两所述第一平面(6-1)之间的宽度与两所述第二平面(6-1)之间的宽度相同，两所述第一平面(6-1)之间的宽度小于阀座推板(6)的直径，所述阀体(1)的顶端固定有阀杆安装座(7)，所述阀杆安装座(7)处安装有阀杆(8)，所述阀杆(8)的底面开有与第一渐开线花键(2-1)配合并表面喷涂硬质合金的渐开槽(8-1)，所述阀体(1)的顶端固定有框体(9)，所述框体(9)内固定有压在阀杆安装座(7)顶面的压板(9-1)，所述框体(9)的顶端固定有用于带动阀杆(8)转动的气动执行机构(10)，所述阀芯(2)的上、下两侧分别插接有圆环(11)，所述阀芯(2)的底端搁放在下方侧的圆环(11)顶面处，两所述圆环(11)的内轮廓面与阀芯(2)之间均安装有第二密封圈(25)。
2.根据权利要求1所述的高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀，其特征是：两所述阀座(3)处均设有压紧住第一密封圈(4)的阀座压板(12)，所述阀座压板(12)与阀座(3)之间通过紧固件固定并且紧固件头部位于阀体(1)侧方向。
3.根据权利要求2所述的高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀，其特征是：所述阀座(3)处安装有双层Y型圈(13)。
4.根据权利要求3所述的高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀，其特征是：所述密封圈(4)的侧部设有安装在阀座(3)处的O形圈(14)。
5.根据权利要求1所述的高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀，其特征是：所述阀体(1)的底部固定有排污阀(15)，所述排污阀(15)的侧部设有固定在阀体(1)底部并包裹住排污阀(15)的圈筒(16)，所述圈筒(16)处通过紧固件固定有盖板(17)，所述圈筒(16)处固定有支撑托架(18)。
6.根据权利要求1所述的高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀，其特征是：所述阀体(1)处固定有注脂阀(19)。
7.根据权利要求1所述的高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀，其特征是：所述阀座(3)与第一密封圈(4)的接触为第一接触面积a(20)，所述阀座(3)与阀体(1)的接触为第二接触面积b(21)，所述第一接触面积a(20)小于第二接触面积b(21)。
8.根据权利要求1所述的高安全性高频率快速启闭密封可靠的新型高压固定球阀，其特征是：所述阀体(1)顶端固定有一组沿阀杆安装座(7)中心均布设置的第一螺栓(22)，各所述第一螺栓(22)的侧部设有固定在阀体(1)处并沿阀杆安装座(7)中心均布设置的第二螺栓(23)，所述阀杆安装座(7)安装在第一螺栓(22)及第二螺栓(23)处并通过螺母(24)把阀杆安装座(7)紧固在阀体(1)处。
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Denomination of invention: A new type of high-pressure fixed ball valve with high safety, high frequency, fast opening and closing, and reliable sealing

Granted publication date: 20220826

Pledgee: Industrial Commercial Bank of China Ltd. Lishui Liandu branch

Pledgor: ZHEJIANG SHANGGONG VALVE Co.,Ltd.

Registration number: Y2024980009233