CN113404869B - 一种套筒式调节阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种套筒式调节阀，属于调节阀的技术领域，其技术方案要点是包括阀体、阀芯、阀杆、和执行机构，所述阀体内设置有阀座，所述阀座上安装有套筒，所述阀芯位于套筒内部，所述阀体内穿设有阀杆，所述阀杆贯穿阀芯，所述套筒上安装有压圈，所述阀芯和压圈之间设置有平衡密封环，所述压圈和套筒之间安装有弹性密封环，所述弹性密封环的上下两侧分别安装有第一密封垫片和第二密封垫片。本发明采用金属材质和弹性材料同时进行密封，使得高温低温状态时，在弹性材料的弹性补偿下均可以实现完整配合，有效减少死区，提高调节精度，且有效减少了泄漏量，提高了泄漏等级。

Description

一种套筒式调节阀

技术领域

本发明涉及调节阀的技术领域，特别涉及一种双密封型套筒式调节阀。

背景技术

套筒式调节阀在工业生产过程中应用广泛，比如火力发电厂、煤化工、LNG液化天燃气等行业，在管道系统起着至关重要的作用，阀芯为其启闭件，套筒可以设计成各种类型，例如普通窗口型，多孔型，迷宫型等，以满足各种工况的要求；在阀芯移动过程中可改变流道截面积，形成对介质的精确调节，它是一种直行程调节阀，其密封性能良好，但又同时具备调节和开关两种功能，可以与气动或电动执行器配套，适用于要求大可调比的控制系统。现有的调节阀存在的问题：

（1）如图1所示，为先导式内件结构，可以满足高温、低温、高压工况，但结构复杂，加工成本高，不适合低压工况，不平衡力计算过程复杂，阀芯与阀杆非刚性连接，易喘振是先导式结构的最大缺点；

（2）如图2所示，为泛塞平衡式内件结构，泛塞圈平衡式结构因平衡圈材质问题导致该结构无法应用于高温工况，同样低温时，泛塞圈因材料问题，其收缩系数远大于金属，尺寸变形严重，即使市场上专用的低温密封圈也无法解决该问题，而且低温下变得异常坚硬，不仅无法满足泄漏要求，甚至还容易造成阀门卡顿，泛塞圈平衡式结构仅适用于-29-200℃左右的工况，即使是在这样的工况下，其不断与金属摩擦较多，存在摩擦力，寿命也不长，泛塞圈结构内件也无法消除不平衡面存在，故阀门无法消除不平衡力；

（3）如图3所示，为柔性石墨平衡式内部结构，柔性石墨平衡式结构与泛塞圈结构相似，密封材料不同，但柔性石墨适合高温低压差工况，因柔性石墨本身结构问题，适合静态密封，但动密封高压差情况容易被压力吹散，泄漏等级差，摩擦力大，柔性石墨平衡式结构内件也无法消除不平衡面存在，故阀门无法消除不平衡力；

（4）如图4所示，为C型圈内件结构，适合高低温、高低压工况，因C型圈成型工艺复杂，还存在焊接问题，焊接接头处理技术难以克服，在泄漏等级不大于Ⅳ级的情况下可以使用，在关闭瞬间还存在短时间滑动摩擦，容易出现拉伤问题，对泄漏有严格要求的情况下无法满足，且不平衡面积大，故不平衡力比较大，不利于稳定调节；

（5）如图5所示，为传统双座式内件结构，该双座式结构因安装问题，上下阀座外径尺寸必须不同，这就导致具有较大的不平衡力产生；如图6所示，为双座式内件结构，该结构不平衡面积比传统双座式内件结构稍小，但仍然存在，无法消除，以上两种双座式结构，都因为两个密封面没有任何补偿，且原理上都是刚性接触，实际无法实现同时密封，致使泄漏量比单座阀大数十倍甚至上百倍，如果需要减小泄漏，在必须反复测试配作，工期长，成本高；即便是常温工况下满足泄漏要求，但实际使用时高温或低温在零件膨胀或收缩而无法达到密封要求，同时，阀体流道结构复杂使得加工难度提高，加工成本过大，太笨重，因此，它仅适用于泄漏要求不严工况。

发明内容

本发明的目的是提供一种套筒式调节阀，采用金属材质和弹性材料同时进行密封，使得高温低温状态时，在弹性材料的弹性补偿下均可以实现完整配合，阀门调节过程中，没有介质不平衡力，也没有平衡环摩擦力，执行器仅需克服填料摩擦力，消除了微调爬行问题，有效减少死区，提高调节精度。

本发明的上述技术目的是通过以下技术方案得以实现的：

一种套筒式调节阀，包括阀体、阀芯、阀杆、和执行机构，所述阀体内设置有阀座，所述阀座上安装有套筒，所述阀芯位于套筒内部，所述阀体内穿设有阀杆，所述阀杆贯穿阀芯，所述套筒上安装有压圈，所述阀芯和压圈之间设置有平衡密封环，所述压圈和套筒之间安装有弹性密封环，所述弹性密封环的上下两侧分别安装有第一密封垫片和第二密封垫片。

进一步的，所述阀芯上设置有第一平衡孔、导向面和第一均压环槽，至少两个所述平衡孔关于阀芯的轴线方向对称设置，所述阀芯下端设置导向面，所述导向面外部设置第一均压环槽。

进一步的，所述阀芯下端设置成锥形密封面。

进一步的，所述压圈沿轴向均匀设置第二平衡孔。

进一步的，所述平衡密封环上设置有第三平衡孔、第二均压环槽和垫片槽，所述第三平衡孔沿平衡密封环轴向设置，所述平衡密封环的外周上设置第二均压环槽，所述平衡密封环上内部设置垫片槽，所述垫片槽内嵌设有第五密封垫片。

进一步的，所述平衡密封环下端设置成锥形密封面。

进一步的，所述弹性密封环内周设置成圆锥形密封面，所述弹性密封环上开设有弹性槽，所述弹性槽在弹性密封环的上下两侧分别设置有至少一个。

进一步的，所述阀芯上还套设有锁紧件，所述锁紧件锁紧在平衡密封环上部，所述锁紧件上设置有环槽和通孔，使得锁紧时阀体内压力平衡。

进一步的，所述阀芯和阀杆通过螺纹连接，且增加点焊锁紧。

进一步的，所述阀座下部安装有第三密封垫片，所述压圈上下两侧分别安装有第四密封垫片和第五密封垫片。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

1.通过阀芯下端锥形密封面与阀座配合安装，形成一道主密封，同时，金属材质的平衡密封环与弹性密封环配合安装，形成第二道副密封，使得不论是在高温状态下，还是低温状态下，弹性密封环的补偿作用均可以实现二者的紧密配合，而且弹性密封环在介质作用力下，向上变形，与平衡密封环形成自密封效果，从而实现了高温和低温状态下的全覆盖；

2.进一步的，阀杆和阀芯通过螺纹连接，并且增加薄螺母锁紧，再加点焊进行锁紧防止松动，确保阀杆、阀芯稳定连接；

3.进一步的，阀芯上套设有锁紧件，锁紧件设置内螺纹，与阀芯上部的外螺纹配合拧紧，用于锁紧平衡密封环、阀芯以及垫片槽内的第五密封垫片；而且，锁紧件的轴向均匀设置有环槽和贯通的通孔，确保锁紧件在任意位置锁紧时，通孔均可以通过环槽与平衡密封环、阀芯畅通，实现阀芯上腔与阀后压力平衡；

4.进一步的，由于弹性密封环与阀芯之间地间隙小，在阀门调节过程中，使得处于弹性密封环上部的阀芯，仅受阀后压力，且保持平衡，没有不平衡力，阀芯上下两端与弹性密封环、平衡密封环、阀座等也是受力平衡，所以调节过程中没有介质不平衡力，其次没有平衡密封环摩擦力，执行器仅需克服填料摩擦力，消除了微调爬行问题，有效减小死区，提高调节精度；

5.进一步的，金属材质的平衡密封环与弹性密封环同时作用，在阀门关闭时，副密封具有弹性补偿功能，能够使得二者更好的紧密配合。

附图说明

图1是背景技术中的先导式内件结构图；

图2是背景技术中的泛塞圈平衡式内件结构图；

图3是背景技术中的柔性石墨平衡式件部结构图；

图4是背景技术中的C型圈内件结构图；

图5是背景技术中的传统双座式内件结构图；

图6是背景技术中的双座式内件结构图；

图7是实施例中用于体现调节阀的整体结构示意图；

图8是实施例中用于体现图7中A部分的放大结构示意图；

图9是实施例中用于体现弹性槽的结构示意图；

图10是实施例中用于体现图2中调节阀调节状态的示意图；

图11是实施例中用于体现锁紧件的结构示意图；

图中，1、阀体；2、阀芯；3、阀杆；4、执行机构；5、阀座；6、套筒；7、压圈；8、第三密封垫片；9、第四密封垫片；11、平衡密封环；12、弹性密封环；13、第一密封垫片；14、第二密封垫片；15、弹性槽；16、第一平衡孔；17、导向面；18、第一均压环槽；19、第二平衡孔；20、第三平衡孔；21、第二均压环槽；22、垫片槽；23、第五密封垫片；25、环槽；26、通孔；27、锁紧件。

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，以下结合附图和具体实施方式对本发明提出的装置作进一步详细说明。根据下面说明，本发明的优点和特征将更清楚。需要说明的是，附图采用非常简化的形式且均使用非精准的比例，仅用以方便、明晰地辅助说明本发明实施方式的目的。为了使本发明的目的、特征和优点能够更加明显易懂，请参阅附图。须知，本说明书所附图式所绘示的结构、比例、大小等，均仅用以配合说明书所揭示的内容，以供熟悉此技术的人士了解与阅读，并非用以限定本发明实施的限定条件，故不具技术上的实质意义，任何结构的修饰、比例关系的改变或大小的调整，在不影响本发明所能产生的功效及所能达成的目的下，均应仍落在本发明所揭示的技术内容能涵盖的范围内。

实施例：

一种套筒式调节阀，如图7和8所示，包括阀体1、阀芯2、阀杆3、和执行机构4。阀体1内设置有阀座5，阀座5上安装有套筒6，阀芯2位于套筒6内部，阀芯2下端设置成锥形密封面，使得阀芯2和阀座5更好的配合。阀体1内穿设有阀杆3，阀杆3贯穿阀芯2，阀芯2和阀杆3通过螺纹连接，且增加薄螺母锁紧，并增加点焊锁紧，确保阀杆3和阀芯2可靠连接。套筒6上安装有压圈7，在阀座5下部安装有第三密封垫片8，压圈7上侧安装有第四密封垫片9，加强阀芯2和压圈7之间的密封性。阀芯2和压圈7之间设置有平衡密封环11，平衡密封环11为金属材质。压圈7和套筒6之间还安装有弹性密封环12，弹性密封环12具有弹性补偿作用，能够使得平衡密封环11和弹性密封环12在阀门调节过程中更加紧密的配合。而且，在弹性密封环12的上下两侧分别安装有第一密封垫片13和第二密封垫片14，进一步加强了弹性密封环12的密封效果。

如图8和9所示，为了提高平衡密封环11的密封效果，平衡密封环11下端设置成锥形密封面，弹性密封环12内周设置成圆锥形密封面，使得二者更加紧密的贴合，而且在弹性密封上开设有弹性槽15，弹性槽15在弹性密封环12的上下两侧分别设置有一个。通过弹性槽15的设置，为弹性密封环12的形变提供补偿空间。

如图8和10所示，为了实现阀芯2在阀体1内的稳定调节，阀芯2上设置有第一平衡孔16、导向面17和第一均压环槽18，两个第一平衡孔16关于阀芯2的轴线方向对称设置，阀芯2下端设置导向面17，导向面17外部设置第一均压环槽18，通过导向面17的设置，使得阀芯2下部与平衡密封环11形成固定的导向结构，且这个导向结构正好在阀芯2的两端，不论在哪个阀位，导向结构始终不变，有效增强了调节阀的使用稳定性。压圈7沿轴向均匀设置第二平衡孔19。平衡密封环11上设置有第三平衡孔20、第二均压环槽21和垫片槽22，第三平衡孔20沿平衡密封环11轴向设置，平衡密封环11的外周上设置第二均压环槽21，平衡密封环11上内部设置垫片槽22，而且在垫片槽22内嵌设有第五密封垫片23。通过第一平衡孔16、第二平衡孔19、第二平衡孔19的设置，使得阀体1内畅通，实现阀芯2上腔与阀后压力平衡。同时，第一均压环槽18、第二均压环槽21的设置，使得介质通过第一均压环槽18、第二均压环槽21实现压力的均衡调节，降低阀芯2径向运动的摩擦力，防止阀芯2卡死在阀体1内。

如图8和11所示，为了提高阀芯2与套设在阀芯2上的平衡密封环11的连接稳定性，在阀芯2上还套设有锁紧件27，锁紧件27锁紧在平衡密封环11上部，锁紧件27上设置有环槽25和通孔26，使得锁紧时阀体1内压力平衡，其中锁紧件27为锁紧螺母。

具体实施过程：本发明通过阀芯2下端的锥形密封面与阀座5形成第一道密封，然后金属材质的平衡密封环11与弹性密封环12形成第二道密封，使得不论是在高温状态下，还是低温状态下，弹性密封环12的补偿作用均可以实现二者的紧密配合；以及，弹性密封环12的上下两侧的第一密封垫片13和第二密封垫片14，阀座5下部安装有第三密封垫片8，压圈7上侧的第四密封垫片9，垫片槽22内嵌设有第五密封垫片23，多个密封垫片的共同作用，使得本调节阀在高温和低温环境中均能够进行稳定调节。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (8)

1.一种套筒式调节阀，其特征在于，包括阀体(1)、阀芯(2)、阀杆(3)、和执行机构(4)，所述阀体(1)内设置有阀座(5)，所述阀座(5)上安装有套筒(6)，所述阀芯(2)位于套筒(6)内部，所述阀体(1)内穿设有阀杆(3)，所述阀杆(3)贯穿阀芯(2)，所述套筒(6)上安装有压圈(7)，所述阀芯(2)和压圈(7)之间设置有平衡密封环(11)，所述压圈(7)和套筒(6)之间安装有弹性密封环(12)，所述弹性密封环(12)的上下两侧分别安装有第一密封垫片(13)和第二密封垫片(14)；

所述弹性密封环(12)内周设置成圆锥形密封面，所述弹性密封环(12)上开设有弹性槽(15)，所述弹性槽(15)在弹性密封环(12)的上下两侧分别设置有至少一个；

所述阀芯(2)上还套设有锁紧件(27)，所述锁紧件(27)锁紧在平衡密封环(11)上部，所述锁紧件(27)上设置有环槽(25)和通孔(26)，使得阀芯(2)上腔与阀后压力平衡。

2.根据权利要求1所述的套筒式调节阀，其特征在于：所述阀芯(2)上设置有第一平衡孔(16)、导向面(17)和第一均压环槽(18)，至少两个所述第一平衡孔(16)关于阀芯(2)的轴线方向对称设置，所述阀芯(2)下端设置导向面(17)，所述导向面(17)外部设置第一均压环槽(18)。

3.根据权利要求2所述的套筒式调节阀，其特征在于：所述阀芯(2)下端设置成锥形密封面。

4.根据权利要求1所述的套筒式调节阀，其特征在于：所述压圈(7)沿轴向均匀设置第二平衡孔(19)。

5.根据权利要求1所述的套筒式调节阀，其特征在于：所述平衡密封环(11)上设置有第三平衡孔(20)、第二均压环槽(21)和垫片槽(22)，所述第三平衡孔(20)沿平衡密封环(11)轴向设置，所述平衡密封环(11)的外周上设置第二均压环槽 (21)，所述垫片槽(22)内嵌设有第五密封垫片(23)。

6.根据权利要求1所述的套筒式调节阀，其特征在于：所述平衡密封环(11)下端设置成锥形密封面。

7.根据权利要求1所述的套筒式调节阀，其特征在于：所述阀芯(2)和阀杆(3)通过螺纹连接，且增加点焊锁紧。

8.根据权利要求1所述的套筒式调节阀，其特征在于：所述阀座(5)下部安装有第三密封垫片(8)，所述压圈(7)上侧安装有第四密封垫片(9)。