CN114110185A - 一种变偏心硬密封蝶阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开的一种变偏心硬密封蝶阀，包括：蝶板、密封圈、阀体、阀杆、阀座；该变偏心硬密封蝶阀具有：阀杆的阀杆中心轴线与密封圈的中心面偏移的第一偏心距，阀杆的阀杆中心轴线与阀体流道孔的中心轴线偏移的第二偏心矩，以及，阀座密封锥面的中心轴线与阀体流道孔的中心轴线在过阀杆中心轴线和阀体流道孔的中心轴线的截面上的投影重合，在垂直于阀杆中心轴线并过阀体流道孔的中心轴线的截面上的投影之间形成一偏心角度；密封圈的中心面为过密封圈厚度中心的平面，密封圈为变偏心的圆弧密封圈。本发明在提高密封性能的基础上又降低了阀门的启闭扭矩，降低了加工精度，因此这种弧面对锥面的密封结构能批量生产有双向密封要求的硬密封蝶阀。

Description

一种变偏心硬密封蝶阀

技术领域

本发明涉及蝶阀技术领域，特别涉及一种变偏心硬密封蝶阀。

背景技术

传统的硬密封蝶阀多为固定偏心距。传统的硬密封蝶阀分为双偏心硬密封蝶阀和三偏心硬密封蝶阀。

双偏心硬密封蝶阀具有阀杆中心与密封面中心面偏移的第一偏心即阀杆中心与流道中心偏移的第二偏心，这种二偏心蝶阀由于完全借助于介质推力密封，因此在有利于密封方向能够实现密封，但在不利于密封方向时由于介质推动促使密封面脱落而使得密封失效，因此这种双偏心硬密封蝶阀大多只能做单向密封，很难实现全压差双向密封。

三偏心硬密封蝶阀具有阀杆的中心与密封面的中心面偏移的第一偏心和阀杆中心与阀体流道孔的中心偏移的第二偏心以及密封面的中心线与阀体流道孔的中心线间的角度偏移的第三偏心，三偏心硬密封蝶阀的阀座与密封圈为通过圆锥体上斜截后获得一个类椭圆的密封面，为面与面的接触密封，这种结构虽然能实现双向密封，但对加工精度要求特别高，实现全压差双向硬密封非常困难，往往反向密封时需要降低工作压力。

另外，普通蝶阀当介质从阀杆侧流入时，推动蝶板及相关组件向阀座上压紧，实现单向密封，当介质从反方向流入时，由于蝶板有被介质从密封圈上推开的趋势，因此大多硬密封蝶阀的反向密封性能较差，一般不能实现反向全压差的密封。

普通硬密封蝶阀是面对面的密封，两个面与面接触的表面难免会嵌入杂质，造成密封面无法完全贴合造成密封失效。

普通硬密封蝶阀是两个锥面的接触，密封面宽，需要密封压力大，同时为了防止蝶阀密封圈与阀座密封锥面干涉，阀杆偏心较大，从而阀门启闭扭矩也随之增大。

发明内容

本发明所要解决的技术问题在于针对现有双偏心硬密封蝶阀和三偏心硬密封蝶阀所存在的上述不足之处而提供一种实现蝶阀全压差、双向密封、硬密封要求的变偏心硬密封蝶阀。

为了实现上述目的，本发明的一种变偏心硬密封蝶阀，至少包括：蝶板、密封圈、阀体、阀杆、阀座；所述阀体内设置有阀体流道孔；所述阀座安装在所述阀体的阀体流道孔内，在所述阀座的内孔孔面上设置有阀座密封锥面；所述蝶板设置在所述阀体流道孔内并固定在所述阀杆上，所述阀杆轴设在所述阀体上，所述密封圈安装在所述蝶板上，所述密封圈的外周具有一周向密封面；转动阀杆即可带动所述蝶板在所述阀体流道孔内转动，通过密封圈的周向密封面与阀座密封锥面密封接合和脱离，对所述阀体流道孔进行开启与关闭；该变偏心硬密封蝶阀具有：所述阀杆的阀杆中心轴线与所述密封圈的中心面偏移的第一偏心距，所述阀杆的阀杆中心轴线与所述阀体流道孔的中心轴线偏移的第二偏心矩，其特征在于，所述阀座密封锥面的中心轴线与所述阀体流道孔的中心轴线在过所述阀杆中心轴线和所述阀体流道孔的中心轴线的截面上的投影重合，在垂直于所述阀杆中心轴线并过所述阀体流道孔的中心轴线的截面上的投影之间形成一偏心角度；所述密封圈的中心面为过所述密封圈厚度中心的平面，所述密封圈为变偏心的圆弧密封圈。

在本发明的一个优选实施例中，所述变偏心的圆弧密封圈的周向密封面的圆心所在的轨迹在过所述阀杆中心轴线和所述阀体流道孔的中心轴线的截面上的投影呈一类椭圆，在垂直于所述阀杆中心轴线并过所述阀体流道孔的中心轴线的截面上的投影呈一抛物线。

在本发明的一个优选实施例中，所述类椭圆的长轴平行于所述阀杆中心轴线，所述类椭圆的短轴垂直于所述阀杆中心轴线。

在本发明的一个优选实施例中，位于所述抛物线一端的所述周向密封面的圆心比位于所述抛物线另一端的所述周向密封面的圆心更靠近所述密封圈的中心面。

在本发明的一个优选实施例中，所述周向密封面与所述变偏心的圆弧密封圈厚度方向远离所述阀杆一端的端面交汇处呈一尖角，该尖角的尖顶与所述阀座密封锥面之间的间隙控制在0.1至2mm。

在本发明的一个优选实施例中，在所述变偏心硬密封蝶阀完全关闭时，所述变偏心的圆弧密封圈的周向密封面与所述阀座密封锥面相切，所有的相切点位于所述密封圈的中心面上。

在本发明的一个优选实施例中，还包括一三开环，所述三开环安装在所述阀体流道孔内，所述阀座通过旋接在所述三开环上的紧定螺钉活动安装在所述阀体流道孔内。

在本发明的一个优选实施例中，还包括一压板，所述压板通过螺钉安装在所述蝶板上，所述压板将所述密封圈压紧在所述蝶板上。

在本发明的一个优选实施例中，还包括第一垫片和第二垫片，其中第一垫片设置在所述密封圈与所述蝶板之间，所述第二垫片设置在所述阀座与所述阀体之间。

在本发明的一个优选实施例中，所述第一垫板和第二垫板均采用非金属弹性材料制成，可有效补偿所述密封圈和所述阀座所处安装位置的密封间隙。

由于采用了如上的技术方案，本发明具有如下特点：

1.本发明的密封圈采用变偏心的圆弧密封圈，该变偏心的圆弧密封圈的周向密封面弧面的圆心随密封点的变化而发生径向和轴向的变化。这种变偏心的圆弧密封圈可以实现面对线的密封，使得密封更容易，同时由于变偏心的圆弧密封圈的周向密封面弧面结构，缩小了阀门的第二偏心，由于以上两点，在提高密封性能的基础上又降低了阀门的启闭扭矩，降低了加工精度，因此这种弧面对锥面的密封结构能批量生产有双向密封要求的硬密封蝶阀。

2.本发明的阀座安装采用活动安装结构，当介质从阀杆侧流入时，介质推动蝶板向密封圈上压紧，实现单向密封，当介质从反方向流入时虽然蝶板有被介质从密封圈上推开的趋势，但由于采用活动阀座，此时活动阀座在介质的激励下主动向蝶阀上的密封面贴合，实现双向全压差的硬密封。

3.本发明的变偏心硬密封蝶阀保留了传统三偏心蝶阀的两个尺寸偏心和一个角度偏心，在此基础上增加了一个变偏心的圆弧密封圈。

4.本发明的变偏心硬密封蝶阀具有执行机构提供的主动密封的功能，其特点是当介质压力升高时，可以通过外部的执行器提供更大的扭矩，扭矩通过凸轮效应把蝶板上的密封圈压紧在阀座密封锥面上，扭矩越大，密封面上的压强越高，实现主动密封的功能。

5.本发明的变偏心硬密封蝶阀既具有执行机构提供的主动密封功能，又具有介质自密封的功能，将密封圈、压板依次通过螺钉固定在蝶板上；在阀门关闭时，蝶板在执行机构的驱动下关闭阀门，建立密封圈与阀座间的初始密封，此时，当阀门承受非阀杆侧(反向)介质流动时，介质虽然有将蝶板脱离阀座的趋势，但由于采用活动阀座，阀座在介质压力的推动下压向蝶板上的密封圈，使阀座与密封圈能紧密贴合，实现压力自密封；在阀门关闭情况下，当阀门承受阀杆侧(正向)介质流动时，介质主动推动蝶板上的密封圈向阀座贴合，当介质压力升高时密封圈在介质推动下将阀座压的更紧，实现压力自密封。实践证明采用本技术的蝶阀可以实现双向、全压差密封，且无论正向密封或是反向密封以及全压差启闭阀门都比传统结构更加可靠与稳定。

6.本发明的变偏心硬密封蝶阀的第一垫片、第二垫片为非金属弹性材料，可有效补偿所处安装位置的密封间隙。

7.本发明的变偏心硬密封蝶阀的密封圈与阀座之间采用弧面与锥面的密封副结构，可以最大限度的减少密封圈与阀座的干涉，可以减小蝶阀的第二偏心，减小蝶阀的偏心力矩，阀门的启闭扭矩较小。

8.本发明的变偏心硬密封蝶阀的密封圈与阀座为线接触密封、阀座具有较宽的密封带，密封圈可以在较宽的阀座密封锥面间形成多个密封位置，当某个密封位置发生磨损时，可以通过执行机构继续关紧密封，从而将密封面转移到下一个密封区域，因此该阀门具有多个密封区域，提供了较宽的密封范围，阀门的关闭位置范围大，阀门装配与调试更为容易。

综上，本发明的一种变偏心硬密封蝶阀具有全压差双向密封、密封圈变偏心、密封圈等圆弧、密封线为类椭圆、压力自密封功能和自适应装配的特点。

为了更清楚的说明本发明实施例或现有技术方案，下面将实施案例或又现有技术描述中所需要使用的附图做简单地介绍，显而易见，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施案例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

附图说明

图1为本发明的整体全剖示意图(变偏心硬密封蝶阀处于关闭状态下)。

图2为本发明图1的K-K剖视图(变偏心硬密封蝶阀处于关闭状态下)。

图3为本发明图2的C位置的局部放大示意图。

图4为本发明的三开环的主视图。

图5为本发明的三开环的D-D剖视图。

图6为本发明图1位置的阀座和密封圈的配合图。

图7为本发明图2位置的阀座和密封圈的配合图。

具体实施方式

请参阅附图所示，对本发明作进一步的描述：

参见图1和图2，图中所示的一种变偏心硬密封蝶阀，主要由蝶板1、压板2、螺钉3、密封圈4、阀体5、阀杆6、阀座7、销钉8、第一垫片9、第二垫片10、紧定螺钉11、三开环12组成。

阀体5内设置有阀体流道孔5a，以供流体流过。在阀体流道孔5a内安装有一三开环12，该三开环12的作用主要是便于将阀座7活动安装在阀体流道孔5a内。同时便于阀座7从阀体5上拆卸，方便更换和调整。

参见图4和图5，三开环12的结构和安装方式如下：

本发明的三开环12为一个整环切开分成三部分，这三部份分为扇台12a、12b、12c，扇台12b的弧长与扇台12c弧长相等，扇台12a的弧长短于扇台12b的弧长以及扇台12c弧长。扇台12a的弧长设置以方便安装即可

扇台12b的切开面12ba与扇台12c的切开面12ca之间的间隙F1为0.5～1mm，同时扇台12b的切开面12ba与扇台12c的切开面12ca对称设置在一过三开环12的中心的径向面12d左右两侧，该径向面12d垂直与整个三开环12的厚度。

扇台12b的切开面12bb、扇台12a的切开面12aa、12ab、扇台12c的切开面12cb均平行于径向面12d，扇台12b的切开面12bb与扇台12a的切开面12aa之间的间隙F2为0.5～1mm，扇台12a的切开面12ab与扇台12c的切开面12cb之间的间隙F3为0.5～1mm。间隙F2和间隙F3对称设置在过三开环12的中心的径向面12d左右两侧。

为了装配三开环12，继续参见图1，在阀体流道孔5a的孔面上设置有一凹环槽5aa，在扇台12a、12b、12c的外周均设置有凸缘12ac、12bc、12cc,安装时，将凸缘12ac、12bc、12cc卡入到凹环槽5aa内即可。扇台12a、12b、12c安装时，间隙F1、F2、F3依靠塞规进行控制。

另外为了活动安装阀座7，在扇台12a、12b、12c上均开设有透过扇台12a、12b、12c厚度的紧定螺钉孔12ad、12bd、12cd,紧定螺钉孔12ad、12bd、12cd的螺纹大小与紧定螺钉11的螺纹保持一致。

阀座7通过旋接在扇台12a、12b、12c上的紧定螺钉孔12ad、12bd、12cd中的若干紧定螺钉11活动安装在阀体流道孔5a内。在阀座7上设置有止口圈7a，该止口圈7a与阀体流道孔5a中的阀座定位孔5ab配合，从而实现阀座7的定心。在阀座7的内孔孔面上设置有阀座密封锥面7d。阀座密封锥面7d的锥角为X⁰。

在阀体流道孔5a朝向阀座7的端面5ac与阀座7厚度方向的一端端面7b之间配置有第二垫片10，第二垫片10采用非金属弹性材料制成，可有效补偿阀座7所处安装位置的密封间隙。

若干紧定螺钉11顶在阀座7厚度方向的另一端端面7c上，通过旋动紧定螺钉11即可调节阀座7所处安装位置的密封间隙。

本发明的阀座7依靠三开环12和紧定螺钉11安装在阀体5的阀体流道孔5a内，因此阀座7可从阀体5上拆卸，方便更换和调整，阀座7与阀体5之间设置有第二垫片10，保证阀体5与阀座7之间的密封。

蝶板1设置在阀体流道孔5a内并通过两个销钉8固定在阀杆6上，阀杆6轴设在阀体5上，本发明的阀杆6与阀体5为轴孔配合，阀杆6可沿阀体5的安装轴孔旋转，实现蝶阀的启闭动作。同时蝶板1与阀杆6之间设置有销钉8，这样蝶板1及蝶板1上安装的组件就可以随阀杆6一起旋转实现蝶阀开启和关闭动作。

密封圈4通过压板2安装在蝶板1厚度方向一端的端面1a上，压板2压在密封圈4厚度方向另一端的端面4a上。在密封圈4厚度方向一端的端面4b与蝶板1厚度方向一端的端面1a之间设置有第一垫片9，第一垫片9采用非金属弹性材料制成，可有效补偿密封圈4所处安装位置的密封间隙。

压板2通过螺钉3固定在蝶板1厚度方向一端的端面1a上，通过旋动螺钉3即可调节密封圈4的压紧程度，同时保证密封圈4与蝶板1之间的密封。

密封圈4的外周具有一周向密封面4c；转动阀杆6即可带动蝶板1及蝶板1上安装的组件在阀体流道孔5a内转动，通过密封圈4的周向密封面4c与阀座密封锥面7d密封接合和脱离，对阀体流道孔5a进行开启与关闭。

上述压板2与蝶板1及密封圈4的装配为自适应装配设计，无需装配调试。

该变偏心硬密封蝶阀具有：

阀杆6的阀杆中心轴线6a与密封圈4的中心面4d偏移的第一偏心距A；

阀杆6的阀杆中心轴线6a与阀体流道孔5a的中心轴线5ad偏移的第二偏心矩B；

阀座密封锥面7d的中心轴线7da与阀体流道孔5a的中心轴线5ad在过阀杆中心轴线6a和阀体流道孔5a的中心轴线5ad的截面上的投影重合(参见图1)，在垂直于阀杆中心轴线6a并过阀体流道孔5a的中心轴线5ad的截面上的投影之间形成一偏心角度Y⁰。该偏心角度Y⁰为阀座密封锥面7d的锥角X⁰的0.1至0.5倍。

密封圈4的中心面4d为过密封圈4厚度中心的平面。

本发明的密封圈4为变偏心的圆弧密封圈，该变偏心的圆弧密封圈厚度截面为类椭圆截面和等圆弧截面的结合，具体是切过周向密封面4c的截面上为类椭圆截面，在通过中心面4d的垂直截面上为等圆弧设计。

该变偏心的圆弧密封圈的周向密封面4c的圆心轨迹为不规则的封闭环，具体是：

变偏心的圆弧密封圈的周向密封面4c的圆心所在的轨迹在过阀杆中心轴线6a和阀体流道孔5a的中心轴线5ad的截面上的投影呈一类椭圆R1，类椭圆R1的长轴R11平行于阀杆中心轴线6a，类椭圆R1的短轴R12垂直于阀杆中心轴线6a。

变偏心的圆弧密封圈的周向密封面4c的圆心所在的轨迹在垂直于阀杆中心轴线6a并过阀体流道孔5a的中心轴线5ad的截面上的投影呈一抛物线R2。位于抛物线R2一端R21的周向密封面4c的圆心比位于抛物线R2另一端的周向密封面4c的圆心R22更靠近变偏心的圆弧密封圈的中心面4d。

另外周向密封面4c为圆弧面，圆弧半径为R,该周向密封面4c与变偏心的圆弧密封圈厚度方向远离阀杆6一端的端面4a交汇处呈一尖角4e，该尖角4e的尖顶与阀座密封锥面7d之间的间隙E控制在0.1至2mm,具有由阀门口径大小及变偏心的圆弧密封圈的厚度所决定。圆弧半径为R由间隙E控制。

在变偏心硬密封蝶阀完全关闭时，变偏心的圆弧密封圈的周向密封面4c与阀座密封锥面7d相切，所有的相切点位于变偏心的圆弧密封圈的中心面4d上。

上述周向密封面4c的圆心轨迹由以下条件所驱动：(1)圆弧半径为R和间隙E；(2)阀座密封锥面7d的锥角X⁰以及偏心角度Y⁰；(3)变偏心的圆弧密封圈的周向密封面4c与阀座密封锥面7d相切点。

另外，参见图7，变偏心硬密封蝶阀处于关闭位置时，当变偏心的圆弧密封圈的周向密封面4c的圆心最靠近阀杆6且与阀座密封锥面7d相切的切点的顶点至阀体流道孔5a的中心轴线5ad的距离称之为长边，当变偏心的圆弧密封圈的周向密封面4c的圆心最远离阀杆6且与阀座密封锥面7d相切的切点的顶点至阀体流道孔5a的中心轴线5ad的距离称之为短边，长边和短边(即前述的短轴R12)在同一直线上，并且垂直于阀杆中心轴线6a。

参见图6，变偏心硬密封蝶阀处于关闭位置时，变偏心的圆弧密封圈的周向密封面4c与阀座密封锥面7d相切的切点的最顶端和最底部至至阀体流道孔5a的中心轴线5ad所形成的距离称之为等边，两等边(即即前述的长轴R11)在同一直线上,并且平行于阀杆中心轴线6a，同时垂直于长边和短边。

最后有必要在此说明的是：以上实施例只用于对本发明的技术方案作进一步详细说明，不能理解为对本发明保护范围的限制；本领域的技术人员根据本发明的上述内容做出的一些非本质的改进和调整均属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种变偏心硬密封蝶阀，至少包括：蝶板、密封圈、阀体、阀杆、阀座；所述阀体内设置有阀体流道孔；所述阀座安装在所述阀体的阀体流道孔内，在所述阀座的内孔孔面上设置有阀座密封锥面；所述蝶板设置在所述阀体流道孔内并固定在所述阀杆上，所述阀杆轴设在所述阀体上，所述密封圈安装在所述蝶板上，所述密封圈的外周具有一周向密封面；转动阀杆即可带动所述蝶板在所述阀体流道孔内转动，通过密封圈的周向密封面与阀座密封锥面密封接合和脱离，对所述阀体流道孔进行开启与关闭；该变偏心硬密封蝶阀具有：所述阀杆的阀杆中心轴线与所述密封圈的中心面偏移的第一偏心距，所述阀杆的阀杆中心轴线与所述阀体流道孔的中心轴线偏移的第二偏心矩，其特征在于，所述阀座密封锥面的中心轴线与所述阀体流道孔的中心轴线在过所述阀杆中心轴线和所述阀体流道孔的中心轴线的截面上的投影重合，在垂直于所述阀杆中心轴线并过所述阀体流道孔的中心轴线的截面上的投影之间形成一偏心角度；所述密封圈的中心面为过所述密封圈厚度中心的平面，所述密封圈为变偏心的圆弧密封圈。

2.如权利要求1所述的一种变偏心硬密封蝶阀，其特征在于，所述变偏心的圆弧密封圈的周向密封面的圆心所在的轨迹在过所述阀杆中心轴线和所述阀体流道孔的中心轴线的截面上的投影呈一类椭圆，在垂直于所述阀杆中心轴线并过所述阀体流道孔的中心轴线的截面上的投影呈一抛物线。

3.如权利要求2所述的一种变偏心硬密封蝶阀，其特征在于，所述类椭圆的长轴平行于所述阀杆中心轴线，所述类椭圆的短轴垂直于所述阀杆中心轴线。

4.如权利要求3所述的一种变偏心硬密封蝶阀，其特征在于，位于所述抛物线一端的所述周向密封面的圆心比位于所述抛物线另一端的所述周向密封面的圆心更靠近所述密封圈的中心面。

5.如权利要求4所述的一种变偏心硬密封蝶阀，其特征在于，所述周向密封面与所述变偏心的圆弧密封圈厚度方向远离所述阀杆一端的端面交汇处呈一尖角，该尖角的尖顶与所述阀座密封锥面之间的间隙控制在0.1至2mm。

6.如权利要求5所述的一种变偏心硬密封蝶阀，其特征在于，在所述变偏心硬密封蝶阀完全关闭时，所述变偏心的圆弧密封圈的周向密封面与所述阀座密封锥面相切，所有的相切点位于所述密封圈的中心面上。

7.如权利要求1至6任一项权利要求所述的一种变偏心硬密封蝶阀，其特征在于，还包括一三开环，所述三开环安装在所述阀体流道孔内，所述阀座通过旋接在所述三开环上的紧定螺钉活动安装在所述阀体流道孔内。

8.如权利要求7所述的一种变偏心硬密封蝶阀，其特征在于，还包括一压板，所述压板通过螺钉安装在所述蝶板上，所述压板将所述密封圈压紧在所述蝶板上。

9.如权利要求8所述的一种变偏心硬密封蝶阀，其特征在于，还包括第一垫片和第二垫片，其中第一垫片设置在所述密封圈与所述蝶板之间，所述第二垫片设置在所述阀座与所述阀体之间。

10.如权利要求9所述的一种变偏心硬密封蝶阀，其特征在于，所述第一垫板和第二垫板均采用非金属弹性材料制成。

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