CN113503368B - 一种无磨损软密封蝶阀 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种无磨损软密封蝶阀,包括阀座、阀杆和阀板,所述阀杆与所述阀板固定连接,所述阀座内侧设有位于所述阀板外侧的环形阀座密封套,所述阀杆贯穿所述阀座密封套的中心线,所述阀座密封套中部自内向外依次设有环形拉拽绳、内压背腔和外压背腔;所述内压背腔、所述外压背腔上位于所述阀座密封套上方的一侧分别设有与管路连接的开口,所述内压背腔的开口与所述外压背腔的开口位于所述阀板的两侧。本发明采用上述结构的一种无磨损软密封蝶阀,密封性能高,无磨损无泄漏,操作轻便,使用寿命长,生产成本低。
Description
技术领域
本发明涉及阀门技术领域,特别是涉及一种无磨损无泄漏软密封蝶阀。
背景技术
软密封蝶阀是一种结构简单的阀门,广泛使用在各类常温低压管道上,具有操作简便、启闭时间短、安装空间小、重量轻及良好的密封性能等优点。软密封蝶阀由较早的中线结构发展到单偏心再到双偏心结构,借助几何偏心设计与相对复杂的加工工艺,其目的均是为了进一步减小阀板密封面刮擦磨损,提升密封性能及使用寿命,中线蝶阀及单偏心蝶阀阀板密封面容易发生刮擦磨损,性能不达使用要求,已属于技术落后的淘汰产品之列,目前双偏心结构蝶阀代表主流技术,但从结构上来看,偏心设计虽能明显减小但并不能完全消除刮擦磨损,密封面的刮擦磨损是现有技术比较明显的结构性缺陷,其密封面之间的闭合过程呈现切线挤压的线状密封特点,刮擦磨损程度随使用时间越发严重直至不堪续用。
为此改善的方法有提高密封材料的耐磨性能、材料弹性及优化密封面之间的接触角度等等,虽改善了密封性能但仍属于线状密封结构,密封效果尚不能与截止阀相媲美。相比截止阀,阀板密封过程呈现密封面作法线方向闭合的带状密封特点,完全消除了刮擦可能,也就不会发生磨损越发严重的情况,可以认为法线方向闭合的密封结构能够在避免密封面刮擦同时取得带状密封效果,才是软密封蝶阀理想的密封结构,但现有技术无法实现法线方向闭合的带状密封结构。
现有技术的阀杆密封结构基本上采用填料密封,这类密封结构属于非隔断密封结构,密封面之间难免会产生泄漏,为了提高密封效果及改善操作性能需要提高阀杆表面的光洁度与加工精度,提高密封比压从数百甚至数千,但即便如此也还是难以做到完全无泄漏,可以说是现有填料密封技术难以完全克服的结构性缺陷。
软密封蝶阀的操作方式系根据启闭操作力矩的大小来区分,DN250mm以下采用人工手柄启闭操作,DN250mm以上采用手动蜗轮、气动蜗轮或电动蜗轮等装置启闭操作。从阀板密封的受力情况进行分析可以看出,启闭操作需要同时克服介质压力导致的扩张阻力及密封材料的弹性阻力,管道规格与介质压力越大,导致操作力矩就越大,仅靠人工手柄难以进行操作,加之偏心设计带来的主要负面影响是在管道双向流情况下无法使启闭操作力矩相等,存在关闭力矩与开启力矩的不相等,只能改用结构较为复杂的手动蜗轮、气动蜗轮或电动蜗轮装置才能实现操作,较高的介质压力导致的操作阻力要大大高于于密封材料的弹性阻力,这种由管道介质压力导致的负面影响也许是未被关注的问题,但合理减小甚至消除介质压力的负面影响将大大减小操作力矩,并大大拓展人工手柄适用范围。
上述表明,现有技术存在结构性缺陷,实现无磨损无泄漏依然是软密封蝶阀技术发展的主要目标之一,采用偏心设计归根到底是为了提升密封性能,但现有技术无法实现密封面法线方向闭合的理想密封结构,现有技术的阀杆填料密封也难以做到完全无泄漏,以及如何消除管道介质压力带来的负面影响,这些问题应该成为软密封蝶阀技术优化的合理关注。
发明内容
本发明的目的是提供一种无磨损软密封蝶阀,密封性能高,无磨损无泄漏,操作轻便,使用寿命长,生产成本低。
为实现上述目的,本发明提供了一种无磨损软密封蝶阀,包括阀座、阀杆和阀板,所述阀杆与所述阀板固定连接,所述阀座内侧设有位于所述阀板外侧的环形阀座密封套,所述阀杆贯穿所述阀座密封套的中心线,所述阀座密封套中部自内向外依次设有环形拉拽绳、内压背腔和外压背腔;
所述内压背腔、所述外压背腔上位于所述阀座密封套上方的一侧分别设有与管路连接的开口,所述内压背腔的开口与所述外压背腔的开口位于所述阀板的两侧。
优选的,所述阀座的顶部设有套设在所述阀杆外侧的空腔,所述空腔内设有阀杆密封隔膜套管,所述阀杆密封隔膜套管为往复折叠结构,其截面以所述阀杆为圆心呈同心圆分布。
优选的,所述阀杆密封隔膜套管的折叠层之间设有筒状隔膜分隔套管。
优选的,所述阀杆顶部的末端设有操作手柄,所述拉拽绳的一端连接在所述阀座的上部,围绕所述阀座密封套一周后另一端与所述操作手柄连接。
优选的,所述阀杆密封隔膜套管的一端与阀杆固定连接,其另一端与所述阀座固定连接。
优选的,所述拉拽绳为不少于1根,并对称分布在所述阀杆两侧。
优选的,所述阀杆的轴向中心线与所述阀杆密封隔膜套管的轴向中心线重合,所述阀杆的轴向中心线与所述阀座轴向中心线垂直。
优选的,所述阀座密封套的外侧设有与所述阀座连接的凹字形卡槽结构。
优选的,所述拉拽绳由金属丝、尼龙丝或其他高强度材料制成;所述阀杆密封隔膜套管为具有弹性及柔性的高强度材料制成,所述阀杆密封隔膜套管的外侧表面涂覆有低摩擦系数润滑剂;所述隔膜分隔套管为表面具有低摩擦系数的材料制成。
优选的,所述拉拽绳为多层低摩擦系数光滑面套管包覆成同心圆管线状,同心圆管内表面涂覆低摩擦系数的润滑剂。
因此,本发明采用上述结构的一种无磨损软密封蝶阀,具有如下技术效果:
1、提升阀板的密封性能。阀板密封结构采用法线方向闭合方式取代现有技术的切线闭合方式,由线状密封提升为带状密封,在大大扩大密封面有效接触面积同时,完全消除密封面刮擦磨损,实现理想的带状密封效果,明显延长了阀门使用寿命。
2、阀杆无磨损及无泄漏。阀杆密封采用弹性隔断密封结构,利用密封材料的弹性,如TPU塑胶的弹性、柔性及合适的隔膜套管长度,并利用筒状隔膜分隔套管的低摩擦系数,使筒状阀杆密封隔膜套管的一端对另一端具备90°的容许转角,使阀杆转动时隔膜套管不被剪切破坏,在密封比压降低到1的同时实现无磨损无泄漏。
3、采用背压平衡结构消除管道介质压力导致的扩张阻力。通过环形内背压腔及环形外背压腔平衡对消管道介质压力作用在拉拽绳上造成的张力,环形拉拽绳只需克服密封材料的弹性阻力即可进行启闭操作,大幅减小操作力矩,为拓展人工手柄适用范围提供了必要条件,同时降低了生产成本。
4、采用简便的中线蝶阀加工工艺,工序简单。
下面通过附图和实施例,对本发明的技术方案做进一步的详细描述。
附图说明
图1是本发明一种无磨损软密封蝶阀实施例的开启状态示意图;
图2是本发明一种无磨损软密封蝶阀实施例的闭合状态示意图。
附图标记
1、阀座;2、阀杆;3、阀板;4、阀座密封套;5、拉拽绳;6、阀杆密封隔膜套管;7、隔膜分隔套管;8、内背压腔;9、外背压腔;10、操作手柄。
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例,所述实施例的示例在附图中示出,其中自始至终相同或类似的标号表示相同或类似的元件或具有相同或类似功能的元件。下面通过参考附图描述的实施例是示例性的,旨在用于解释本发明,而不能理解为对本发明的限制。
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”、“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装置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。
此外,术语“第一”、“第二”仅用于描述目的,而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此,限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本发明的描述中,除非另有说明,“多个”的含义是两个或两个以上,除非另有明确的限定。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,术语“安装”、“相连”、“连接”、“固定”等术语应做广义理解,例如,可以是固定连接,也可以是可拆卸连接,或一体地连接;可以是机械连接,也可以是电连接;可以是直接相连,也可以通过中间媒介间接相连,可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言,可以根据具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。
在本发明中,除非另有明确的规定和限定,第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触,也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且,第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方,或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方,或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
下面结合附图对本发明的实施方式做进一步的说明。
图1是本发明一种无磨损软密封蝶阀实施例的开启状态示意图,图2是本发明一种无磨损软密封蝶阀实施例的闭合状态示意图,如图所示,一种无磨损软密封蝶阀,包括阀座1、阀杆2和阀板3,阀杆2的轴向中心线与阀座1轴向中心线垂直。阀杆2与阀板3固定连接,使得阀杆2与阀板3同步运动。阀座1内侧设有位于阀板3外侧的环形阀座密封套4,阀座密封套4为阀座1与阀板3之间提供密封。阀座密封套4的外侧设有与阀座1连接的凹字形卡槽结构,保证阀座密封套4的稳定固定。
阀杆2贯穿阀座密封套4的中心线,阀座密封套4中部自内向外依次设有环形拉拽绳5、内压背腔8和外压背腔9,拉拽绳5的材质由金属丝、尼龙丝或其他高强度材料制成,主要用于提供拉力。拉拽绳5的结构为多层低摩擦系数光滑面套管包覆成同心圆管线状,同心圆管内表面涂覆低摩擦系数的润滑剂,有利于减少拉拽绳的拉拽摩擦阻力。
内压背腔8、外压背腔9上位于阀座密封套4上方的一侧分别设有与管路连接的开口,开口的设置使管道介质分别与内背压腔及外背压腔连通,除起到平衡对消介质压力作用在拉拽绳上的张力外,能够适应双向流介质的情况。内压背腔8的开口与外压背腔9的开口位于阀板3的两侧,使得管路介质从两侧同时进入开口中,便于快速消除在拉拽绳5的拉力。
阀座1的顶部设有套设在阀杆2外侧的空腔,空腔内设有阀杆密封隔膜套管6,阀杆密封隔膜套管6为往复折叠结构,其截面以阀杆2为圆心呈同心圆分布,有利于减小阀杆几何长度。阀杆密封隔膜套管6的往复折叠层之间设有筒状隔膜分隔套管7,与管道介质不接触侧的外侧表面涂覆低摩擦系数润滑剂,有利于降低摩擦阻力,提升操作手柄的操作性能。
阀杆密封隔膜套管6的一端与阀杆2固定连接,其另一端与阀座1固定连接。阀杆2的轴向中心线与阀杆密封隔膜套管6的轴向中心线重合。
阀杆密封隔膜套管6为具有弹性及柔性的高强度材料制成,隔膜分隔套管7为表面具有低摩擦系数的材料制成。
阀杆2顶部的末端设有操作手柄10,拉拽绳5的一端连接在阀座1的上部,其另一端绕阀座密封套4一圆周后与操作手柄10连接,通过操作手柄10带动拉拽绳5控制阀板3的密封。拉拽绳5的两端位于阀座1的同一侧,保证拉拽绳5对阀板3的最有效控制。拉拽绳5为不少于1根,并对称分布在阀杆2两侧,保证操作手柄10的力均匀的传递到阀板3的密封面。
本发明的密封过程由现有技术的密封面切线挤压密封方式提升为密封面法线挤压密封方式,密封结构由现有技术的线状密封结构提升到带状密封结构,大大提升密封性能及使用寿命。
本发明的阀杆密封结构由现有的非隔断密封结构提升为隔断密封结构,在密封比压降低到1的同时实现无磨损无泄漏。
本发明的蝶阀完全消除管道介质压力带来的负面影响,大幅减少启闭操作力矩,有利于大口径规格采用手柄操作,适用操作范围由现有技术的DN250mm以下拓展到DN600mm以上。
本发明的蝶阀采用类似中线蝶阀加工工艺,工序简单。
本发明上述结构的工作原理如下:
流通工况时,阀板面与水流方向平行,进入正常流通状态,此时操作手柄固定在开启位置,与拉拽绳脱钩,拉拽绳、阀座密封套及阀杆密封隔膜套管均处在原始状态,拉拽绳此时不受力。
关闭工况时,操作手柄连带阀杆及阀板旋转动90°角至关闭位置,同时与拉拽绳钩连,拉拽绳在操作手柄的拉拽作用力下,阀座密封套的内侧受到捆绑挤压,促使圆形密封面沿法线方向向心收缩变形与阀板密封面闭合达成密封,同时筒状阀杆密封隔膜套管与阀杆连接的一端围绕阀杆中心线随操作手柄转动90°角。
开启工况时,操作手柄释放拉拽作用力,拉拽绳回到不受力状态,阀座密封套的密封面在弹性力作用下回弹至原始状态,转动操作手柄与拉拽绳脱钩后至开启位置固定,同时筒状阀杆密封隔膜套管绕阀杆中心线随操作手柄转动90°角回到原始状态。
调节工况时,拉拽绳及阀座密封套均处在原始状态,操作手柄转动至指定角度固定,同时阀杆密封隔膜套管绕阀杆中心线随操作手柄转动。
操作手柄除用于人工操作转动阀板关闭蝶阀外,还具备固定及拉拽功能,根据需要也可以用手动涡轮、气动涡轮或电动涡轮装置替代操作手柄。
操作手柄的转动阀板过程与拉拽密封过程不能同步操作,需要转动阀板开启时,须先释放拉拽绳上的拉拽作用力解除密封状态,阀座密封套回弹恢复原始状态并与阀板密封面分离后,才能解锁进行转动操作,反之,阀板处在关闭状态下,操作手柄被锁定,不能进行转动操作。
以下对操作手柄的转动操作力矩、拉拽绳的拉拽力及行程作进一步的计算分析。
1、操作手柄转动时,应满足以下条件
M≧K1·P1·ξ1π·d·h(1)
式中
M—操作手柄转动力矩,kg·m
P1—管道介质压力,kg/m2
d—阀杆密封隔膜套管计算直径,m
h—阀杆密封隔膜套管计算高度,m
K1—大于1的富余系数
ξ1、π—摩擦系数、圆周率。
2、操作手柄拉拽密封时,应满足以下条件
F≧K2·P2·ξ2π·D(2)
式中
F—操作手柄在拉拽绳上的拉拽力,kg
P2—阀座密封套作用在拉拽绳上的单位弹性张力,kg/m
D—阀板密封密封圈计算直径,m
K2—大于1的富余系数,其中包括拉拽绳在拉拽时与阀体接触受力产生的摩擦阻力因数。
ξ2、π—摩擦系数、圆周率。
3、拉拽绳的拉拽行程应满足以下条件
L≧K3·⊿π(3)
式中
L—拉拽绳的拉拽行程,mm
⊿—在拉拽绳拉拽作用下阀座密封套密封圈的弹性变形量,即原始状态与密封状态环状密封圈直径的差,可取1mmm
K3—大于1的富余系数
π—圆周率。
结合上述各式的计算及试验结果,再根据杠杆原理确定操作力臂长度及操作力的大小。
因此,本发明采用上述结构的一种无磨损软密封蝶阀,密封性能高,无磨损无泄漏,操作轻便,使用寿命长,生产成本低。
以上所述仅是本发明的优选实施方式,应当指出,对于本技术领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明原理的前提下,还可以做出若干改进,这些改进也应视为本发明的保护范围。
Claims (7)
1.一种无磨损软密封蝶阀,包括阀座、阀杆和阀板,所述阀杆与所述阀板固定连接,其特征在于:所述阀座内侧设有位于所述阀板外侧的环形阀座密封套,所述阀杆贯穿所述阀座密封套的中心线,所述阀座密封套中部自内向外依次设有环形拉拽绳、内压背腔和外压背腔;
所述内压背腔、所述外压背腔上位于所述阀座密封套上方的一侧分别设有与管路连接的开口,所述内压背腔的开口与所述外压背腔的开口位于所述阀板的两侧,平衡对消介质压力作用在拉拽绳上的张力;
所述阀座的顶部设有套设在所述阀杆外侧的空腔,所述空腔内设有阀杆密封隔膜套管,所述阀杆密封隔膜套管为往复折叠结构,其截面以所述阀杆为圆心呈同心圆分布;
所述阀杆密封隔膜套管的折叠层之间设有筒状隔膜分隔套管;
所述阀杆顶部的末端设有操作手柄,所述拉拽绳的一端连接在所述阀座的上部,围绕所述阀座密封套一周后另一端与所述操作手柄连接,所述拉拽绳的两端位于所述阀座的同一侧。
2.根据权利要求1所述的一种无磨损软密封蝶阀,其特征在于:所述阀杆密封隔膜套管的一端与所述阀杆固定连接,其另一端与所述阀座固定连接。
3.根据权利要求1所述的一种无磨损软密封蝶阀,其特征在于:所述拉拽绳为不少于1根,并对称分布在所述阀杆两侧。
4.根据权利要求1所述的一种无磨损软密封蝶阀,其特征在于:所述阀杆的轴向中心线与所述阀杆密封隔膜套管的轴向中心线重合,所述阀杆的轴向中心线与所述阀座轴向中心线垂直。
5.根据权利要求1所述的一种无磨损软密封蝶阀,其特征在于:所述阀座密封套的外侧设有与所述阀座连接的凹字形卡槽结构。
6.根据权利要求1所述的一种无磨损软密封蝶阀,其特征在于:所述拉拽绳由金属丝、尼龙丝或其他高强度材料制成;所述阀杆密封隔膜套管为具有弹性及柔性的高强度材料制成,所述阀杆密封隔膜套管的外侧表面涂覆有低摩擦系数润滑剂;所述隔膜分隔套管为表面具有低摩擦系数的材料制成。
7.根据权利要求1所述的一种无磨损软密封蝶阀,其特征在于:所述拉拽绳为多层低摩擦系数光滑面套管包覆成同心圆管线状,同心圆管内表面涂覆低摩擦系数的润滑剂。
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