CN113775785B - 一种针对粉末和颗粒介质的金属球阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种针对粉末和颗粒介质的金属球阀，包括阀体，安装在所述阀体内的阀球以及经由所述阀体上的轴孔穿入所述阀体与所述阀球连接的阀杆，所述阀体的进出口通道内分别设有阀座，所述阀座与所述阀球形成接触密封，所述阀座与所述阀体之间通过以下结构密封：所述阀座的外壁和所述阀体的内壁之间从内向外依次套设有阀座密封环、密封环座、蝶形弹簧、阀座调整垫和第一石墨密封环。本发明采取阀座密封环+第一石墨密封环两重密封的方式，分别针对粉尘与传输介质进行密封，密封更加可靠，效果也更好，蝶形弹簧同时对两重密封压缩，结构更加简洁合理。

Description

一种针对粉末和颗粒介质的金属球阀

技术领域

本发明涉及阀门领域，具体地说涉及一种针对粉末和颗粒介质的金属球阀。

背景技术

阀门是石油、化工、电站、长输管线、造船、核工业、各种低温工程、宇航以及海洋采油等国民经济各部门不可缺少的流体控制没备。上述工业的发展和需要，推动了阀门工业的发展。近年来，在满足各方面高参数新要求的同时，对阀门的结构、材料和生产工艺等方面，如何做到更好地提高性能、及降低成本等也予以密切关注。

其中，球阀，启闭件(阀球)由阀杆带动，绕球阀轴线作旋转运动。可用于流体的调节与控制，特别适用于含纤维、微小固体颗料等的介质。同时也可关闭任一通道而使另外两个通道相连。在我国，球阀被广泛的应用在石油炼制、长输管线、化工、造纸、制药、水利、电力、市政、钢铁等行业，在国民经济中占有举足轻重的地位。对比其他种类阀门，球阀具有耐磨、密封性能好、开关轻、使用寿命长、体积小、重量轻等优点，但球阀的加工精度要求高，造价昂贵。

阀体在输送粉末颗粒等介质时，容易出现粉尘颗粒进入阀座与阀芯之间的间隙对其密封面造成颗粒磨损，粉尘颗粒还容易沉积于阀杆与阀芯外表面的安装槽中使得阀杆与阀芯之间出现磨损造成阀芯与阀杆运动不同步的问题。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是提供一种用于苛刻的粉末介质工况和颗粒介质工况的金属球阀。

为了解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种针对粉末和颗粒介质的金属球阀，包括阀体，安装在所述阀体内的阀球以及经由所述阀体上的轴孔穿入所述阀体与所述阀球连接的阀杆，所述阀体的进出口通道内分别设有阀座，所述阀座与所述阀球形成接触密封，所述阀座与所述阀体之间通过以下结构密封：所述阀座的外壁和所述阀体的内壁之间从内向外依次套设有阀座密封环、密封环座、蝶形弹簧、阀座调整垫和第一石墨密封环。

进一步地，所述阀座的外壁上设置有第一台阶和第二台阶，所述阀座密封环和所述密封环座设置在所述第一台阶内，所述蝶形弹簧、所述阀座调整垫和所述第一石墨密封环设置在所述第二台阶内，所述蝶形弹簧的内环边和外环边分别抵接所述密封环座和所述阀座调整垫。

进一步地，所述阀座调整垫的横截面呈L形，所述阀座调整垫与所述阀体呈阶梯配合，所述第一石墨密封环与所述阀体呈限位配合而被夹持在所述阀体和所述阀座调整垫之间。

进一步地，还包括安装在所述阀体顶部的阀盖，所述阀杆穿过所述阀盖，所述阀球的顶部设有套设在所述阀杆外的凸缘，所述阀盖的下端伸入所述阀体内而套设在所述凸缘外，所述凸缘和所述阀盖之间安装有第一轴承和第二石墨密封环。

进一步地，所述第一轴承位于所述第二石墨密封环的上方，所述第一轴承嵌设在所述凸缘上，所述第二石墨密封环嵌设在所述阀盖上。

进一步地，还包括穿设在所述阀体底部的底轴，所述底轴的上端插入在开设于所述阀球的盲孔内，所述底轴和所述阀球之间安装有第二轴承和第三石墨密封环。

进一步地，所述阀座与所述阀球之间的接触面为锥形面。

进一步地，所述阀座与所述阀球之间的接触面上喷涂有碳化钨。

进一步地，所述球阀的流道内腔表面全部喷涂有硬质合金涂层。

进一步地，所述阀体包括阀壳、安装在所述阀壳前端的端盖和安装在所述阀壳后端的阀体帽，所述阀体以所述端盖和所述阀体帽与相应所述阀座密封。

本发明的有益效果体现在：

本发明采取阀座密封环+第一石墨密封环两重密封的方式，分别针对粉尘与传输介质进行密封，密封更加可靠，效果也更好，蝶形弹簧同时对两重密封压缩，结构更加简洁合理。

附图说明

图1是本发明一实施例新型高温高压硬密封金属球阀的立体图。

图2是本发明一实施例新型高温高压硬密封金属球阀的剖视图。

图3是本发明一实施例中阀座与阀体的配合结构局部剖视图。

图4是本发明一实施例中阀杆、阀盖与凸缘的配合结构局部剖视图。

图5是本发明一实施例中底轴与阀球的配合结构局部剖视图。

附图中各部件的标记为：1阀壳、2端盖、3阀体帽、4阀盖、5阀球、6阀杆、7阀座、 8底轴、9阀座密封环、10密封环座、11蝶形弹簧、12阀座调整垫、13第一石墨密封环、 14第一轴承、15第二石墨密封环、16第二轴承、17第三石墨密封环、18凸缘、19第一台阶、20第二台阶。

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的一部分实施例，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作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。

需要说明，若本发明实施例中有涉及方向性指示诸如上、下、左、右、前、后……，则该方向性指示仅用于解释在某一特定姿态如附图所示下各部件之间的相对位置关系、运动情况等，如果该特定姿态发生改变时，则该方向性指示也相应地随之改变。

另外，若本发明实施例中有涉及“第一”、“第二”等的描述，则该“第一”、“第二”等的描述仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示其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至少一个该特征。另外，全文中出现的“和/或”的含义，包括三个并列的方案，以“A和/或B”为例，包括A方案、或B方案、或A和B同时满足的方案。在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。

参见图1至图5。

本发明针对粉末和颗粒介质的金属球阀，包括阀体，安装在所述阀体内的阀球5以及经由所述阀体上的轴孔穿入所述阀体与所述阀球5连接的阀杆6，所述阀体的进出口通道内分别设有阀座7，所述阀座7与所述阀球5形成接触密封，所述阀座7与所述阀体之间通过以下结构密封：所述阀座7的外壁和所述阀体的内壁之间从内向外依次套设有阀座密封环9、密封环座10、蝶形弹簧11、阀座调整垫12和第一石墨密封环13。

传统的密封方式采取单密封环+密封环座+碟型弹簧的方式密封，无法做到对碟簧或弹性元件的防护，导致粉尘或者颗粒进入弹性腔后，弹簧失效，从而导致阀门失效和密封失效，在高速粉尘的工况下无法做到可靠密封。本发明则采取阀座密封环+第一石墨密封环两重密封的方式，分别针对粉尘与传输介质进行密封，密封更加可靠，效果也更好，蝶形弹簧同时对两重密封压缩，结构更加简洁合理。

优选地，阀座密封环采用多个V型密封环叠合组成。

在一实施例中，所述阀座7的外壁上设置有第一台阶19和第二台阶20，所述阀座密封环9和所述密封环座10设置在所述第一台阶19内，所述蝶形弹簧11、所述阀座调整垫 12和所述第一石墨密封环13设置在所述第二台阶20内，所述蝶形弹簧11的内环边和外环边分别抵接所述密封环座10和所述阀座调整垫12。这样设计，主要是为了防止介质中的颗粒和粉尘进入弹性元件的工作区域，提高弹性元件的工作可靠性；如果没有这个结构，弹簧或者碟簧安装的空隙部分都会被介质填充，导致弹簧弹性功能失效，无法起到弹性密封件的作用，从而弹簧失效；两个密封环，第一个密封环是对介质颗粒进行密封，主要作用是防尘的；第二个密封环是对介质进行密封，主要作用是密封，承担主密封环的作用；通过结构设计，能够实现防尘密封环定量压缩，实现设计要求的密封效果，同时提供可控的碟簧安装空间。

在一实施例中，所述阀座调整垫12的横截面呈L形，所述阀座调整垫12与所述阀体呈阶梯配合，所述第一石墨密封环13与所述阀体呈限位配合而被夹持在所述阀体和所述阀座调整垫12之间。这样设计，碟型弹簧通过挤压阀座调整垫来压缩石墨密封环，在达到预计压缩量时，阀座调整垫的阶梯面与阀体帽的阶梯面相抵，从而实现密封环的定量压缩，保证了密封环的密封效果，延长使用寿命。

常见的阀盖与阀体的位置关系为叠摞式，这就导致阀球凸缘与阀体和阀体帽之间的空间过大，所以在轴承外往往需要加装轴承架来定位轴承，结构笨重，而且这样布置很难加装防尘圈，从而导致粉尘进入零件配合间隙造成颗粒磨损。

为了解决上述问题，在一实施例中，还包括安装在所述阀体顶部的阀盖4，所述阀杆 6穿过所述阀盖4，所述阀球5的顶部设有套设在所述阀杆6外的凸缘18，所述阀盖4的下端伸入所述阀体内而套设在所述凸缘18外，所述凸缘18和所述阀盖4之间安装有第一轴承14和第二石墨密封环15。采用这种潜入式阀盖设计，由阀盖对阀杆进行导向，在轴承与阀腔之间加装石墨密封圈，可以有效防止粉尘侵入轴承安装间隙，防止颗粒磨损。

在一实施例中，所述第一轴承14位于所述第二石墨密封环15的上方，所述第一轴承 14嵌设在所述凸缘18上，所述第二石墨密封环15嵌设在所述阀盖4上。这样设计，第一轴承通过凸缘上的阶梯进行定位，第二石墨密封环通过阀盖内壁的凹槽对其进行定位，结构简洁，便于安装。

在一实施例中，设计穿设在所述阀体底部的底轴8，所述底轴8的上端插入在开设于所述阀球5的盲孔内，所述底轴8和所述阀球5之间安装有第二轴承16和第三石墨密封环17。常见的阀球下方定位方式与上方定位方式一致，都是采用阀体内壁-轴承座-轴承- 阀球凸缘的结构定位，弊端如前述，本发明为了克服这些弊端，将阀体的下方加工出通孔，底轴可以从下方穿过阀体插入阀球的盲孔中，最后用螺栓连接底法兰固定底轴的轴向位移，利用底轴加工出的凹槽、阶梯与球体的盲孔内壁安装定位轴承与石墨密封环。

且普通的阀球为了加工方便会把孔加工成通孔，这样粉尘会进入零件内的间隙。本发明的球阀连接轴的定位孔为盲孔，从根本上杜绝粉尘侵入的可能。

普通的阀座与阀球的接触面积不大，阀体的开关需要阀球旋转来实现，所以与阀座的摩擦较为频繁，两者的接触面受粉尘侵蚀严重，还会造成颗粒磨损，严重降低阀座与球的使用寿命。

为了解决上述问题，在一实施例中，所述阀座7与所述阀球5之间的接触面为锥形面，加大了阀座与阀球的接触面积，所述阀座7与所述阀球5之间的接触面上喷涂有碳化钨，可以抵抗粉尘颗粒的侵蚀，且阀球旋转时接触面相互研磨可以实现自清洁。

一般的阀门只会在受冲刷侵蚀严重的地方进行喷涂，一旦有薄弱位置被侵蚀出缺陷，那么侵蚀速度会越来越快，严重影响阀门寿命。

为了解决上述问题，在一实施例中，设计所述球阀的流道内腔表面全部喷涂有硬质合金涂层，提高了阀门流道的耐磨性和防腐蚀性，从而提高阀门的使用寿命，优选的碳化钨涂层，并可在侵蚀严重的地方增大涂层厚度，使防护更加可靠。

在一实施例中，所述阀体包括阀壳1、安装在所述阀壳1前端的端盖2和安装在所述阀壳1后端的阀体帽3，所述阀体以所述端盖2和所述阀体帽3与相应所述阀座7密封。这样设计，阀体容易拆卸和安装，实用性更好。

应当理解本文所述的例子和实施方式仅为了说明，并不用于限制本发明，本领域技术人员可根据它做出各种修改或变化，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种针对粉末和颗粒介质的金属球阀，包括阀体，安装在所述阀体内的阀球（5）以及经由所述阀体上的轴孔穿入所述阀体与所述阀球（5）连接的阀杆（6），所述阀体的进出口通道内分别设有阀座（7），所述阀座（7）与所述阀球（5）形成接触密封，其特征在于，所述阀座（7）与所述阀体之间通过以下结构密封：所述阀座（7）的外壁和所述阀体的内壁之间从内向外依次套设有阀座密封环（9）、密封环座（10）、蝶形弹簧（11）、阀座调整垫（12）和第一石墨密封环（13）；

还包括安装在所述阀体顶部的阀盖（4），所述阀杆（6）穿过所述阀盖（4），所述阀球（5）的顶部设有套设在所述阀杆（6）外的凸缘（18），所述阀盖（4）的下端伸入所述阀体内而套设在所述凸缘（18）外，所述凸缘（18）和所述阀盖（4）之间安装有第一轴承（14）和第二石墨密封环（15）；

所述第一轴承（14）位于所述第二石墨密封环（15）的上方，所述第一轴承（14）嵌设在所述凸缘（18）上，所述第二石墨密封环（15）嵌设在所述阀盖（4）上，所述凸缘（18）上位于所述第一轴承（14）的底部具有将所述第一轴承（14）垫起的凸台，所述阀盖（4）从所述第一轴承（14）的顶部与所述第一轴承（14）限位配合。

2.根据权利要求1所述的针对粉末和颗粒介质的金属球阀，其特征在于：所述阀座（7）的外壁上设置有第一台阶（19）和第二台阶（20），所述阀座密封环（9）和所述密封环座（10）设置在所述第一台阶（19）内，所述蝶形弹簧（11）、所述阀座调整垫（12）和所述第一石墨密封环（13）设置在所述第二台阶（20）内，所述蝶形弹簧（11）的内环边和外环边分别抵接所述密封环座（10）和所述阀座调整垫（12）。

3.根据权利要求1或2所述的针对粉末和颗粒介质的金属球阀，其特征在于：所述阀座调整垫（12）的横截面呈L形，所述阀座调整垫（12）与所述阀体呈阶梯配合，所述第一石墨密封环（13）与所述阀体呈限位配合而被夹持在所述阀体和所述阀座调整垫（12）之间。

4.根据权利要求1或2所述的针对粉末和颗粒介质的金属球阀，其特征在于：还包括穿设在所述阀体底部的底轴（8），所述底轴（8）的上端插入在开设于所述阀球（5）的盲孔内，所述底轴（8）和所述阀球（5）之间安装有第二轴承（16）和第三石墨密封环（17）。

5.根据权利要求1或2所述的针对粉末和颗粒介质的金属球阀，其特征在于：所述阀座（7）与所述阀球（5）之间的接触面为锥形面。

6.根据权利要求1或2所述的针对粉末和颗粒介质的金属球阀，其特征在于：所述阀座（7）与所述阀球（5）之间的接触面上喷涂有碳化钨。

7.根据权利要求1或2所述的针对粉末和颗粒介质的金属球阀，其特征在于：所述球阀的流道内腔表面全部喷涂有硬质合金涂层。

8.根据权利要求1或2所述的针对粉末和颗粒介质的金属球阀，其特征在于：所述阀体包括阀壳（1）、安装在所述阀壳（1）前端的端盖（2）和安装在所述阀壳（1）后端的阀体帽（3），所述阀体以所述端盖（2）和所述阀体帽（3）与相应所述阀座（7）密封。

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