CN113864468A - 一种u型圈金属密封蝶阀及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种U型圈金属密封蝶阀及其制备方法，所述密封蝶阀包括阀体，所述阀体中间镂空并安装有可转动的蝶板，所述阀体与蝶板之间设有阀座圈；其中，所述阀板可偏心转动地设置于所述阀体内，所述阀座圈为金属弹性密封圈，所述阀座圈的横截面大致呈U型状，所述阀座圈通过U型圈的径向弹力与蝶板之间形成金属密封。本发明提供的U型圈金属密封蝶阀，拆装方便，密封等级高，能够同时实现偏心结构密封和纯金属弹性密封，不仅不受介质正反向压力影响，同时不受介质冷热膨胀的温度影响，有效弥补了三偏心蝶阀的劣势。

Description

一种U型圈金属密封蝶阀及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种蝶阀及其制备方法，尤其涉及一种U型圈金属密封蝶阀及其制备方法。
背景技术
蝶阀又叫翻板阀，是一种结构简单的调节阀，可用于低压管道介质的开关控制的蝶阀是指关闭件(阀瓣或蝶板)为圆盘，围绕阀轴旋转来达到开启与关闭的一种阀。具有结构简单，外形尺寸小，结构长度短，体积小，重量轻，启闭方便迅速等优点。
三偏心结构作为目前比较先进的蝶阀结构，其有很多优点是其他类型蝶阀无法比拟的，比如采用硬密封结构，密封面堆焊耐温、耐蚀合金，可以使用在高温高压的场合；另外阀门开启时，阀座与蝶板密封面瞬间脱开，两者之间无摩擦，从而延长了阀门的使用寿命。但是，该阀门在使用过程中也存在不少问题，由于多层软硬叠式密封圈固定在蝶板上，当阀板常开状态时介质对其密封面形成正面冲刷，金属片夹层中的软密封带受冲刷后，直接影响密封性能；受结构条件的限制该结构不适合做通径DN200以下阀门，原因是阀板整体结构太厚，流阻大；因三偏心结构的原理，蝶板的密封面与阀座之间的密封是靠传动装置的力矩使阀板压向阀座。正流状态时，介质压力越高密封挤压越紧。当流道介质逆流时随着介质压力的增大阀板与阀座之间的单位正压力小于介质压强时，密封开始泄漏。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是提供一种U型圈金属密封蝶阀，拆装方便，密封等级高，能够同时实现偏心结构密封和金属密封，不受介质正反向压力影响，有效弥补了三偏心蝶阀的劣势。
本发明为解决上述技术问题而采用的技术方案是提供一种U型圈金属密封蝶阀，包括中空的阀体，所述阀体内安装有启闭阀体的蝶板，所述阀体与蝶板之间设有阀座圈；其中，所述阀板可偏心转动地设置于所述阀体内，所述阀座圈为金属弹性密封圈，所述阀座圈的横截面呈U型状，所述阀座圈通过U型圈的径向弹力与蝶板之间形成金属密封。
进一步地，所述蝶板采用圆锥斜切的方式加工而成，所述阀座圈和蝶板接触时形成椭圆形密封面，并在86～94度之间形成多位置密封。
进一步地，当阀门关闭时，位于椭圆形长轴处的蝶板向外推动阀座圈，使得阀座圈产生弹性形变并与蝶板在椭圆短轴处接触，使得阀座圈包覆整个蝶板并形成金属密封；当阀门开启时，所述阀座圈与蝶板脱离接触，所述阀座圈在自身径向弹力作用下恢复原状。
进一步地，所述蝶板采用双轴固定方式，一端连接阀杆，另一端连接支承轴，所述蝶板在阀杆带动下进行转动。
进一步地，所述阀杆与支承轴外套设有轴套，并连同轴套一起穿过蝶板上的安装孔后通过销轴与蝶板固定相连。
进一步地，所述阀座圈材料采用高强度镍基合金，所述阀体的内壁上设置有用于定位所述阀座圈的凹槽，所述阀座圈嵌入安装在阀体内壁的凹槽中，并通过压圈和压圈垫片固定在阀体的定位台阶面上。
本发明为解决上述技术问题还提供一种上述U型圈金属密封蝶阀的制备方法，包括如下步骤：S1)采用圆锥斜切的方式加工形成蝶板；S2)采用冷轧板或金属粉末高温烧结的方式制得阀座圈；S3)先采用两侧双轴固定的方式将蝶板安装在阀体上，并对阀体两侧的轴孔进行填料密封；S4)最后把阀座圈通过压圈装配在侧装在阀体上。
进一步地，所述步骤S1包括：对圆锥体采用正角斜切的方式加工形成蝶板；所述蝶板的回转中心和阀座圈的密封线形成第一个角度偏心，所述蝶板的回转中心和阀体中心线形成第二个角度偏心，所述蝶板密封面圆锥体的锥中心线和阀体中心线形成第三个角度偏心。
进一步地，所述步骤S2包括：采用高强度镍基合金冷轧板材，先经过焊接，再进行滚圆，最后进行机械加工制得高弹性的阀座圈。
进一步地，所述步骤S2包括：S21：为阀座圈预先设计匹配的金属模具；S22：将镍基合金粉末与粘接剂进行充分的混合，然后造粒；所述镍基合金粉末包括镍粉、铜粉和钛粉，所述镍粉、铜粉的粒径范围为5.0-10.0微米；所述钛粉的粒径范围为0.5-2.0微米，所述镍粉：铜粉：钛粉的重量比为15-20：10-15：1；S23：将造粒后的混合物在注射机料筒内加热成流体状物料，并在设定的注射压力下注入金属模具中形成预制胚；S24：将预制胚放入萃取液中，去除粘接剂；采用有机溶剂作为萃取液，并采用酸的催化作用脱脂，脱脂过程产生二氧化碳和氮气，使得粘接剂溶解进入萃取液中，达到粘接剂与预制胚分离的目的；S25：将去除粘接剂的预制胚放入烧结炉中进行烧结，得到阀座圈。
本发明对比现有技术有如下的有益效果：本发明提供的U型圈金属密封蝶阀，采用径向截断面呈U型的阀座圈，拆装方便，密封等级高，不受介质冲刷的影响；能够同时实现偏心结构密封和金属密封，有效弥补了三偏心蝶阀的劣势。蝶板采用双轴的结构设计，流阻面积小，流通面积大，即使是小口径的阀门(DN80)也具有很好的优势。
附图说明
图1为本发明U型圈金属密封蝶阀结构分解示意图；
图2为本发明U型圈金属密封蝶阀的蝶板加工成形示意图；
图3为本发明U型圈金属密封蝶阀偏心密封示意图。
图中：
1阀体 2蝶板 3阀座圈
4压圈 5压圈垫片 6螺钉
7销轴 8阀杆 9支承轴
10轴套 11圆锥体 12封盖
13填料压板 14螺栓 15螺母
16阀体中心线 17锥中心线 18密封线
19第一个角度偏心 20第二个角度偏心 21第三个角度偏心
具体实施方式
下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述。
图1为本发明U型圈金属密封蝶阀结构分解示意图。
请参见图1，本发明提供的U型圈金属密封蝶阀，包括阀体1，所述阀体1中间镂空并安装有可转动的蝶板2，所述阀体1与蝶板2之间设有阀座圈3；其中，所述阀板2可偏心转动地设置于所述阀体1内，所述阀座圈3为金属弹性密封圈，所述阀座圈3的径向截断面大致呈U型状，所述阀座圈3通过U型圈的径向弹力与蝶板2之间形成金属密封。
本发明提供的U型圈金属密封蝶阀，既是一种三偏心结构，又属于金属密封结构的阀门，无需增加多余的密封零部件，依靠阀座圈3的密封实现了双向同级密封。所述蝶板2采用圆锥斜切的方式加工而成，所述蝶板2和阀座圈3接触时形成椭圆形密封面，并在86～94度之间形成多位置密封。而现有的密封蝶阀仅在选择开启90度处形成密封，一旦超出该处即密封失效。即本发明提供的阀门具有多个密封位置，不仅有效地克服了杂质对阀门(蝶板)密封线的损伤，并可实现密封线位置的在线调节，从而实现阀门的长寿命使用。
当阀门关闭时，位于椭圆形长轴处的蝶板2向外推动阀座圈3，使得阀座圈3产生弹性形变并与蝶板2在椭圆短轴处接触，使得阀座圈3包覆整个蝶板2，依靠U型圈的弹力(弹力为径向力)产生密封比压，进而形成金属密封；阀座圈3材料可采用高强度镍基合金，这种全金属加弹性密封结构，既不受介质的冷热膨胀系数而影响密封，也不受介质的流动方向而影响密封。当阀门开启时，所述阀座圈3与蝶板2迅速脱离接触，所述阀座圈3在自身径向弹力作用下恢复原状；防止密封部件间的磨损，延长阀门的使用寿命。
本发明提供的U型圈金属密封蝶阀，制备步骤如下：
S1)采用圆锥斜切的方式加工形成蝶板
对圆锥体11采用正角斜切的方式加工形成蝶板2，如图2所示；所述蝶板2的回转中心和阀座圈3的密封线18形成第一个角度偏心19，所述蝶板2的回转中心和阀体中心线16形成第二个角度偏心20，所述圆锥体11的锥中心线17和阀体中心线16形成第三个角度偏心21，如图3所示。
S2)采用冷轧板或金属粉末高温烧结的方式制得阀座圈
阀座圈的材料选择及制备方法对密封性能影响重大。在进行材料选择时，刚开始选择了奥氏体不锈钢材料，考虑到奥氏体不锈钢具有较高的韧性与塑性，工艺性能良好，但是其强度较低，该缺点也在后续的试验中进一步得到验证。由于该阀座圈的主要特性就是弹性，需要依靠自身的弹性进行密封，而强度较低无法满足密封等级，该材料在试验几十次就丧失了密封特性，所以最终没有选择该类型的材料。此外，如果采用锻件或者管材直接加工而成，加工出来的阀座圈弹性不足，开关次数在几十次以内，就丧失了密封性，只能达到正向密封。
为此，本发明采用高强度镍基合金冷轧板材，其晶粒组织更加均匀致密，再经过焊接，滚圆，最后进行机械加工而成，得到的阀座圈3弹性十足，开关次数在10万次以上，保证阀门双向同级密封。
为了进一步提高阀座圈的强度、弹性、耐磨性和冲击韧性，本发明还提供一种金属粉末高温烧结的制作方式，包括如下步骤：
S21：为阀座圈预先设计匹配的注塑模具。
S22：将镍基合金粉末与粘接剂进行充分的混合，然后造粒；所述镍基合金粉末包括镍粉、铜粉和钛粉，铜粉能与镍粉形成固溶体，并能提升耐蚀性；钛粉具有形状记忆效果，可以作为辅助粉增强弹性恢复效果。
本发明选择镍粉和铜粉作为母基粉，粒径范围较大，优选为5.0-10.0微米；所述钛粉作为辅助粉，粒径范围较小，优选为0.5-2.0微米，所述镍粉：铜粉：钛粉的重量比优选为15-20：10-15：1；母基粉和辅助粉的粒径相差10倍左右，这样可以使得辅助粉填充在母基粉的间隙中，不但使得晶粒组织更加均匀致密，而且在阀座圈的表面，由于钛粉几乎填满镍粉和铜粉的间隙，且在高温烧结后使得阀座圈表面的钛原子键连在一起形成网状结构，在保证整体强度的同时，很好地兼顾了弹性性能。此外，辅助粉的存在还可以大大减少粘接剂的用量，并有效增加了粘接剂的扩张面积和表面粘性，增强金属粉末流动性并提高注塑流动过程中母基粉分布的有序性，从而使得预制胚体能够更好地保持成型后的形状，并可对烧结时的扩散起到很大的作用，提高了烧结动力。
S23：将造粒后的混合物通过注塑模具注塑成预制胚。
S24：将预制胚放入萃取液中，去除粘接剂；优选采用有机溶剂作为萃取液，并采用酸的催化作用脱脂，脱脂过程产生二氧化碳和氮气，使得粘接剂溶解进入萃取液中，达到粘接剂与预制胚分离的目的，以避免残留的粘接剂会影响最终制品的弹性和强度。由于辅助粉填充在母基粉的间隙中，使得粘接剂的用量大大降低，同时粘接剂也不容易在母基粉的间隙中粘结成团，因此彻底去除多余的粘接剂不会影响预制胚的整体结构和强度。
S25：将去除粘接剂的预制胚放入烧结炉中进行烧结，使得母基粉和母基粉之间、母基粉和辅助粉之间均相互产生键联，形成具有致密立体网状结构的阀座圈，以提高制品的致密性，大大提升阀座圈的硬度和强度。
S3)将蝶板安装在阀体上，并对阀体进行填料密封
由于本发明的蝶板2和阀座圈3接触时形成椭圆形密封面，并在86～94度之间形成多位置密封，因此即使在高压条件下对蝶板2的形变要求也不是很苛刻。优选地，所述蝶板2采用双轴固定方式，一端连接阀杆8，另一端连接支承轴9。上下轴套10分别穿过阀体1的轴孔内，阀杆8与支承轴9穿过上下轴套10，进而再穿过蝶板2，两者之间通过销轴7进行连接成为一体，紧接着把封盖12及垫片、紧固件连接在阀体1的底部，填料压板13装在阀体1的轴孔上，并用螺栓14、螺母15进行紧固。
蝶板采用阀杆8和支承轴9的双轴结构设计后，相比单根阀杆(长度相当于蝶板外径)，大大减小流阻面积，从而增大流通面积，即使是小口径的阀门(DN80)也具有很好的优势。
S4)把阀座圈装配在侧装在阀体上
所述阀座圈3材料采用高强度镍基合金，所述阀体1的内壁上设置有用于定位所述阀座圈3的定位台阶面和凹槽，所述阀座圈3采用侧装式，通过压圈4固定连接在阀体1上。把阀座圈3、压圈垫片5、压圈4、螺钉6装配在侧装在阀体1上。为了进一步提高弹性密封性能，压圈垫片5优选采用多层密封垫片，具体包括内层聚四氟乙烯薄膜和外层聚乙烯绝缘薄膜，所述内层聚四氟乙烯薄膜和外层聚乙烯绝缘薄膜之间设置有聚丙烯网状带；所述内层聚四氟乙烯薄膜和外层聚四氟乙烯薄膜的内侧表面形成有突出的微钩；当压圈垫片5受到阀座圈3挤压时，内层聚四氟乙烯薄膜、聚丙烯网状带和外层聚乙烯绝缘薄膜之间相互挤压，使得所述微钩伸入到聚丙烯网状带的网孔中形成立体网状交联结构；从而具有很好的弹性缓冲作用和抗形变功能，保证阀座圈3更好地形成多位置密封。
本发明的密封原理是通过驱动阀杆8的转动，阀杆8通过销轴7带动蝶板2转动，进而与阀座圈3接触，通过阀座圈3自身的弹性产生密封比压形成密封。该阀门的顺时针转动为关闭方向，逆时针转动为开启方向。
综上所述，本发明提供的U型圈金属密封蝶阀，采用径向截断面呈U型的阀座圈3，拆装方便，密封等级高，不受介质冲刷的影响；能够同时实现偏心结构密封和金属密封，有效弥补了三偏心蝶阀的劣势。蝶板2和阀座圈3接触时形成椭圆形密封面，可以在86～94度之间形成多位置密封；蝶板2采用阀杆8和支承轴9的双轴结构设计，流阻面积小，流通面积大，即使是小口径的阀门(DN80)也具有很好的优势。阀座圈3采用金属粉末高温烧结的制作方式，具有极高的强度、弹性、耐磨性和冲击韧性。压圈垫片5采用多层密封垫片，可以进一步提升弹性缓冲作用和抗形变功能。
虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (10)

1.一种U型圈金属密封蝶阀，包括阀体(1)，所述阀体(1)内安装有可转动的蝶板(2)，所述阀体(1)与蝶板(2)之间设有阀座圈(3)；其特征在于，所述阀板(2)可偏心转动地设置于所述阀体(1)内，所述阀座圈(3)为金属弹性密封圈，所述阀座圈(3)的径向截断面大致呈U型状，所述阀座圈(3)通过U型圈的径向弹力与蝶板(2)之间形成金属密封。
2.如权利要求1所述的U型圈金属密封蝶阀，其特征在于，所述蝶板(2)采用圆锥斜切的方式加工而成，所述阀座圈(3)和蝶板(2)接触时形成椭圆形密封面，并在86～94度之间形成多位置密封。
3.如权利要求2所述的U型圈金属密封蝶阀，其特征在于，当阀门关闭时，位于椭圆形长轴处的蝶板(2)向外推动阀座圈(3)，使得阀座圈(3)产生弹性形变并与蝶板(2)在椭圆短轴处接触，使得阀座圈(3)包覆整个蝶板(2)并形成金属密封；当阀门开启时，所述阀座圈(3)与蝶板(2)脱离接触，所述阀座圈(3)在自身径向弹力作用下恢复原状。
4.如权利要求1所述的U型圈金属密封蝶阀，其特征在于，所述蝶板(2)采用双轴固定方式，一端连接阀杆(8)，另一端连接支承轴(9)，所述蝶板(2)在阀杆(8)带动下进行转动。
5.如权利要求4所述的U型圈金属密封蝶阀，其特征在于，所述阀杆(8)与支承轴(9)外套设有轴套(10)，并连同轴套(10)一起穿过蝶板(2)上的安装孔后通过销轴(7)与蝶板(2)固定相连。
6.如权利要求1所述的U型圈金属密封蝶阀，其特征在于，所述阀座圈(3)材料采用高强度镍基合金，所述阀体(1)的内壁上设置有用于定位所述阀座圈(3)的凹槽，所述阀座圈(3)嵌入安装在阀体(1)内壁的凹槽中，并通过压圈(4)和压圈垫片(5)固定在阀体(1)的定位台阶面上。
7.一种如权利要求1所述的U型圈金属密封蝶阀的制备方法，其特征在于，包括如下步骤：
S1)采用圆锥斜切的方式加工形成蝶板(2)；
S2)采用冷轧板或金属粉末高温烧结的方式制得阀座圈(3)；
S3)先采用两侧双轴固定的方式将蝶板(2)安装在阀体(1)上，并对阀体(1)两侧的轴孔进行填料密封；
S4)最后把阀座圈(3)通过压圈(4)装配在侧装在阀体(1)上。
8.如权利要求7所述的U型圈金属密封蝶阀的制备方法，其特征在于，所述步骤S1包括：对圆锥体(11)采用正角斜切的方式加工形成蝶板(2)；所述蝶板(2)的回转中心和阀座圈(3)的密封线(18)形成第一个角度偏心(19)，所述蝶板(2)的回转中心和阀体中心线(16)形成第二个角度偏心(20)，所述蝶板密封面圆锥体的锥中心线(17)和阀体中心线(16)形成第三个角度偏心(21)。
9.如权利要求7所述的U型圈金属密封蝶阀的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：采用高强度镍基合金冷轧板材，先经过焊接，再进行滚圆，最后进行机械加工制得高弹性的阀座圈(3)。
10.如权利要求7所述的U型圈金属密封蝶阀的制备方法，其特征在于，所述步骤S2包括：
S21：为阀座圈预先设计匹配的金属模具；
S22：将镍基合金粉末与粘接剂进行充分的混合，然后造粒；所述镍基合金粉末包括镍粉、铜粉和钛粉，所述镍粉、铜粉的粒径范围为5.0-10.0微米；所述钛粉的粒径范围为0.5-2.0微米，所述镍粉：铜粉：钛粉的重量比为15-20：10-15：1；
S23：将造粒后的混合物在注射机料筒内加热成流体状物料，并在设定的注射压力下注入金属模具中形成预制胚；
S24：将预制胚放入萃取液中，去除粘接剂；采用有机溶剂作为萃取液，并采用酸的催化作用脱脂，脱脂过程产生二氧化碳和氮气，使得粘接剂溶解进入萃取液中，达到粘接剂与预制胚分离的目的；
S25：将去除粘接剂的预制胚放入烧结炉中进行烧结，得到阀座圈。
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