一种高性能金属密封球阀
技术领域
本发明属于液压阀门领域,具体涉及一种高性能金属密封球阀。
背景技术
在多晶硅装置和煤化工等装置上,通常需要用到金属硬密封球阀,阀门通常使用工况为高温、开关频繁、高温常温交变温度、介质具有腐蚀性或毒性等特点。现有的金属密封球阀,容易出现阀杆频繁开关过程中填料动密封磨损、温度交替变化导致填料预紧力变化、常规填料密封的结构设计不能满足苛刻工况的要求,由此造成在阀门多次开关、温度交替变化后阀杆填料处出现介质外漏。另外,由于现有金属密封球阀阀座处的密封结构设计不合理,使得阀门阀座密封不能到达理想的泄漏等级。同时,现有金属密封球阀的支架与操作器不带定位结构,容易造成阀门多次开关动作后,阀门的开关位置变化导致开关不到位。
综上所述,现有的金属密封球阀不能满足工况需要,特别是阀座、阀杆处的密封常常出现泄漏,导致介质外漏、装置停车等问题。目前亟需提供一种高性能金属密封球阀以克服现有的金属密封球阀存在的上述技术问题。
发明内容
本发明的目的是提供一种高性能金属密封球阀,以解决现有技术中存在的技术问题。
为了实现上述发明目的,本发明提供了以下技术方案:
一种高性能金属密封球阀:所述球阀包括由上到下依次设置的操作器、支架、上阀体、主阀体和侧阀体,在所述主阀体的阀腔内设置有球体,阀杆组件穿过所述支架、所述上阀体和所述主阀体并与所述球体连接,其中所述阀杆组件包括上阀杆、中阀杆、下阀杆,所述上阀杆的上端与所述操作器传动连接,下端与所述中阀杆传动连接,所述中阀杆的下端与所述球体的上端传动连接,所述下阀杆穿过所述主阀体后与所述球体的下端转动连接;
所述操作器和所述支架之间通过第一紧固件固定连接,并采用第一定位销进行定位;所述支架与所述上阀体之间通过第二紧固件固定连接,并采用第二定位销进行定位;所述上阀体和所述主阀体之间通过第三紧固件固定连接,并采用第三定位销进行定位;
所述侧阀体中设置有用于介质流通的固定通道,所述球体上对应设置有与所述固定通道配合使用的活动通道,所述侧阀体与所述球体之间设置有阀座组件;所述阀座组件包括:阀座、弹簧座、弹簧、密封填料、密封垫;其中,所述阀座一端与所述球体的球面接触密封,另一端安装在所述侧阀体中;
所述阀座的后部设置有圆台状的台阶,在所述侧阀体与所述圆台状的台阶之间设置有截面为梯形的密封填料,所述密封填料的后侧设置有所述密封垫,所述密封垫具有两个不同斜率的密封斜面;在所述密封垫的后侧设置有所述弹簧座,在所述侧阀体上开设有安装所述弹簧的安装孔,所述弹簧一端抵靠在所述安装孔中,另一端抵靠在所述弹簧座上,所述弹簧座在所述弹簧的作用下沿所述阀座的轴向对所述密封垫进行按压。
优选地,所述密封垫靠近所述侧阀体的一侧设置有第一密封斜面,靠近所述阀座的一侧设置有第二密封斜面,所述第一密封斜面的斜率的绝对值小于所述第二密封斜面的斜率的绝对值。
优选地,所述第二密封斜面的斜率的绝对值为所述第一密封斜面的斜率的绝对值的2-2.5倍。
优选地,所述阀座与所述球体接触的一端设置有环状的第一密封面,所述球体上与之对应地设置有第二密封面,所述第一密封面和所述第二密封面均经过硬质合金处理;所述阀座靠近所述第一密封面处还设置有U型弹性槽,所述U型弹性槽用于弥补所述阀座与球面变形不一致带来的轻微变形。
优选地,所述阀座的尾部还设置有尾筒,所述弹簧座设置在所述尾筒与所述侧阀体形成的封闭空间中,以防止杂质进入所述封闭空间。
优选地,所述弹簧座由若干单元弹簧座组合形成,每个单元弹簧座均具备沿所述阀座轴向设置的环形突起以及沿所述阀座径向设置的基部;其中,沿所述弹簧座的圆周方向,在所述环形突起的一端设置有贯通的凹陷部,在另一端对应设置有与所述凹陷部配合的凸出部,所述弹簧座由若干单元弹簧座的所述凹陷部和所述凸出部分别首尾配合形成;其中,在所述凹陷部和所述凸出部处分别设置有与其外形适配的弹性夹具。
优选地,所述上阀体和所述主阀体之间设置有初级阀杆密封组件,所述初级阀杆密封组件包括依次设置的第一填料压盖、上密封基座、V形填料、下密封基座;所述上密封基座、所述V形填料、所述下密封基座设置在所述主阀体与所述中阀杆之间的空间中,所述V形填料上下两端分别抵靠所述上密封基座和所述下密封基座,所述第一填料压盖一端通过第四紧固件与所述主阀体固定连接,另一端抵靠在所述上密封基座以提供密封预紧力;
在所述主阀体与所述中阀杆之间的空间中还设置有第一滑动轴承,所述中阀杆的下侧具有扁平的承载段,所述承载段与所述球体传动连接,第一止推垫设置于所述第一滑动轴承与所述承载段之间,所述第一止推垫一侧与所述第一滑动轴承贴合,另一侧与所述承载段贴合。
优选地,所述初级阀杆密封组件还包括设置在若干所述V形填料之间的中间密封基座,其中所述上密封基座、所述V形填料、所述下密封基座关于所述中间密封基座对称设置。
优选地,所述支架和所述上阀体之间设置有次级阀杆密封组件,所述次级阀杆密封组件包括依次设置的第五紧固件、蝶形弹簧、第二填料压盖、填料压套、编织石墨、楔形填料;所述编织石墨、所述楔形填料设置在所述上阀体与所述上阀杆之间的空间中,若干所述楔形填料的上下端分别设置有所述编织石墨,所述填料压套一侧抵靠位于上端的所述编织石墨,另一侧与所述第二填料压盖贴合,所述第二填料压盖通过所述第五紧固件和所述蝶形弹簧与所述上阀体固定连接,所述第五紧固件具备预紧力以向所述楔形填料提供密封预紧力;
在所述上阀体与所述上阀杆之间的空间中还设置有第二滑动轴承,所述上阀杆的下侧具有连接段,所述连接段与所述中阀杆传动连接,第二止推垫设置于所述第二滑动轴承与所述连接段之间,所述第二止推垫一侧与所述第二滑动轴承贴合,另一侧与所述连接段贴合。
优选地,所述第一滑动轴承和第二滑动轴承表面经过盐浴共掺工艺处理。
与现有技术相比,本发明提供的一种高性能金属密封球阀具备如下有益的技术效果:
1、由于本发明中在主阀体、上阀体、支架、操作器之间通过上述紧固件、定位销进行连接,可实现连接稳固,定位精确,操作器的扭力直接作用到主阀体上,且不影响阀杆处的填料密封。
2、本发明通过在阀座外设置截面为梯形的密封填料并配合两个密封斜面的斜率不同的密封垫,能够有效保证阀座的密封性能,使其能够达到理想的密封等级。
3、本发明通过将弹簧座由若干单元弹簧座组合形成,当梯形的密封填料出现不均匀损耗后,与该处对应的单元弹簧座能够在弹簧的预紧力作用下沿轴向移动一段距离,从而能保证该处的密封填料重新恢复至所需的密封等级,与其余未出现损耗密封填料对应的单元弹簧座则不受影响,因此提高了阀座组件的适应性。
4、本发明提供的初级阀杆密封组件中,上密封基座、V形填料、下密封基座关于中间密封基座对称设置,因此若干V形填料在介质压力和第一填料压盖的密封预紧力的共同作用下,使上下两侧的V形填料分别向外撑开,相较于单方向设置的V形填料而言,密封效果更佳。
5、在本发明中,次级阀杆密封组件中采用编织石墨和楔形填料,其中楔形填料能够相对滑动撑开,上下各设置一个编织石墨,可有效保护楔形填料,防止长期使用中造成损坏,设置的蝶形弹簧能够进行弹力补偿,保持楔形填料持续受到设计的预紧力。而整个阀杆组件密封采用了初级阀杆密封组件和次级阀杆密封组件双重密封方式,即使初级密封出现泄漏,次级密封一样可以进行有效密封,保证阀杆密封可靠性。
附图说明
图1为本发明高性能金属密封球阀的整体示意图;
图2为本发明高性能金属密封球阀的侧视图;
图3为本发明的阀座组件的示意图;
图4为本发明的阀座组件的局部示意图;
图5为本发明的单元弹簧座的示意图;
图6为本发明初级阀杆密封组件第一实施方式的结构示意图;
图7为本发明初级阀杆密封组件第二实施方式的结构示意图;
图8为本发明次级阀杆密封组件的结构示意图。
其中,图中标注符号的含义如下:
1、操作器;2、支架;3、上阀体;4、主阀体;5、侧阀体;6、上阀杆;7、中阀杆;8、下阀杆;9、球体;61、连接段;71、承载段;91、第二密封面;111、第一定位销;112、第二定位销;113、第三定位销;114、第一紧固件;115、第二紧固件;116、第三紧固件;10、阀座组件;101、阀座;102、弹簧座;103、弹簧;104、密封填料;105、密封垫;1011、U型弹性槽;1012、第一密封面;1013、尾筒;1021、环形突起;1022、基部;1023、凹陷部;1024、凸出部;1025、弹性夹具;1051、第一密封斜面;1052、第二密封斜面;31、初级阀杆密封组件;311、第一填料压盖;312、上密封基座;313、V形填料;314、下密封基座;315、第一滑动轴承;316、第一止推垫;317、第四紧固件;318、中间密封基座;32、次级阀杆密封组件;321、第五紧固件;322、蝶形弹簧;323、第二填料压盖;324、填料压套;325、编织石墨;326、楔形填料;327、第二滑动轴承;328、第二止推垫。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚,下面将结合附图,对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整的描述。显然,所描述的实施例是本发明的一部分实施例,而不是全部的实施例。
因此,以下对本发明的实施例的详细描述并非旨在限制要求保护的本发明的范围,而是仅仅表示本发明的部分实施例。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。
需要说明的是,在不冲突的情况下,本发明中的实施例及实施例中的特征和技术方案可以相互组合。
应注意到:相似的标号和字母在下面的附图中表示类似项,因此,一旦某一项在一个附图中被定义,则在随后的附图中不需要对其进行进一步定义和解释。
在本发明的描述中,需要说明的是,术语“上”、“下”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,或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系,或者是本领域技术人员惯常理解的方位或位置关系,这类术语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”等仅用于区分描述,而不能理解为指示或暗示相对重要性。
实施例一
如图1-图8所示,本发明提供了一种高性能金属密封球阀,该球阀包括由上到下依次设置的操作器1、支架2、上阀体3、主阀体4和侧阀体5,在主阀体4的阀腔内设置有球体9,阀杆组件穿过支架2、上阀体3和主阀体4并与球体9连接,其中阀杆组件包括上阀杆6、中阀杆7、下阀杆8,上阀杆6的上端与操作器1传动连接,下端与中阀杆7传动连接,中阀杆7的下端与球体9的上端传动连接,下阀杆8穿过主阀体4后与球体9的下端转动连接。
侧阀体5中设置有用于介质流通的固定通道,球体9上对应设置有与固定通道配合使用的活动通道,侧阀体5与球体9之间设置有阀座组件10,阀座组件10用于密封来自球阀上下游端的介质压力和来自阀腔的压力;上阀体3和主阀体4之间设置有初级阀杆密封组件31,支架2和上阀体3之间设置有次级阀杆密封组件32,初级阀杆密封组件31和次级阀杆密封组件32用于对阀杆组件进行密封。
操作操作器1的手轮,手轮顺时针旋转,操作器1带动阀杆组件90度旋转。此时,整个传动链将受到扭转作用力,若没有将传动链固定或固定不合理,则会导致阀门开关不到位或者开关动作影响阀杆填料处的密封。例如,现有技术中在主阀体上加工螺纹孔,在上阀体的下端加工通孔,将螺柱旋入主阀体、将螺柱穿过上阀体下端的通孔,将螺母旋入螺柱进行连接,然而由于螺柱与上阀体的通孔之间存在间隙,在受扭转力的作用下,可能导致阀门开关不到位的情况。
针对上述问题,本发明在操作器1和支架2之间通过第一紧固件114固定连接,并采用第一定位销111进行定位;支架2与上阀体3之间通过第二紧固件115固定连接,并采用第二定位销112进行定位;上阀体3和主阀体4之间通过第三紧固件116固定连接,并采用第三定位销113进行定位。
在本发明中,操作器1、支架2、上阀体3、主阀体4之间通过螺柱、螺母作为紧固件进行连接固定。同时,在上阀体3和主阀体4之间设置了2个第三定位销113,2个第三定位销113呈180度分布,将第三定位销113同时装配到上阀体3和主阀体4中,这样螺柱和螺母主要承受拉力,定位销主要承受扭力,可有效保证上阀体3和主阀体4的开关位置准确。
由于本发明中在主阀体、上阀体、支架、操作器之间通过上述紧固件、定位销进行连接,可实现连接稳固,定位精确,操作器的扭力直接作用到主阀体上,且不影响阀杆处的填料密封。
实施例二
如图1-图8所示,本发明提供的阀座组件10包括:阀座101、弹簧座102、弹簧103、密封填料104、密封垫105;其中,阀座101为管状结构,其一端与球体9的球面接触密封,另一端安装在侧阀体5中;在与球体9的接触的一端设置有环状的第一密封面1012,在球体9上与之对应地设置有第二密封面91,该第一密封面1012和第二密封面91均经过硬质合金处理以提高密封性能。同时,在阀座101的靠近第一密封面1012处还设置有U型弹性槽1011,该U型弹性槽1011用于弥补阀座101与球面变形不一致带来的轻微变形,以到达理想的密封等级。在阀座101的后部设置有圆台状的台阶,在侧阀体5与圆台状的台阶之间设置有截面为梯形的密封填料104,该密封填料104的密封角度为45度~60度。密封填料104的后侧设置有密封垫105,该密封垫105具有两个不同斜率的密封斜面。在密封垫105的后侧设置有弹簧座102,在侧阀体5上开设有安装弹簧103的安装孔,弹簧103一端抵靠在安装孔中,另一端抵靠在弹簧座102上,该弹簧座102在弹簧103的作用下沿阀座101的轴向对密封垫105进行按压。
在阀座101的尾部还设置有尾筒1013,弹簧座102设置在尾筒1013与侧阀体5形成的封闭空间中,以防止杂质进入该封闭空间将弹簧座102卡死。
优选地,该密封垫105靠近侧阀体5的一侧设置有第一密封斜面1051,靠近阀座101的一侧设置有第二密封斜面1052,其中第一密封斜面1051的斜率的绝对值小于第二密封斜面1052的斜率的绝对值。在本发明中,根据在阀座101与侧阀体5之间设置的梯形的密封填料104可知,靠近侧阀体5一侧的密封面宽度小于靠近阀座101一侧的密封面宽度,因此当仅设置了梯形的密封填料104时,靠近侧阀体5一侧的密封性能低于靠近阀座101一侧的密封性能,因此靠近侧阀体5一侧更容易发生泄漏。本发明通过在密封垫105上分别设置第一密封斜面1051和第二密封斜面1052,由于第一密封斜面1051的斜率的绝对值小于第二密封斜面1052的绝对值,因此密封垫105对靠近侧阀体5一侧的密封填料104的挤压作用更强,提高了该侧的密封性能。由此使得密封填料104两侧的密封效果相同,从而保证阀座的密封性能,使其能够达到理想的密封等级。
优选地,第二密封斜面1052的斜率的绝对值为第一密封斜面1051的斜率的绝对值的2-2.5倍。发明人经过实践发现,当第二密封斜面1052斜率的绝对值约为第一密封斜面1051的斜率的绝对值的2-2.5倍时,能够更好地保证阀座101的密封性能。
综上所述,本发明通过在阀座外设置截面为梯形的密封填料并配合具有不同密封斜面的密封垫,能够有效保证阀座的密封性能,使其能够达到理想的密封等级。
优选地,该弹簧座102由若干单元弹簧座组合形成,每个单元弹簧座均具备沿阀座101轴向设置的环形突起1021以及沿阀座101径向设置的基部1022;其中,沿弹簧座102的圆周方向,在环形突起1021的一端设置有贯通的凹陷部1023,在另一端对应设置有与凹陷部1023配合的凸出部1024,弹簧座102由若干单元弹簧座的凹陷部1023和凸出部1024分别首尾配合形成;其中,在凹陷部1023和凸出部1024处分别设置有与其外形适配的弹性夹具1025,以便于凹陷部1023和凸出部1024的连接和稳定配合。凹陷部1023和凸出部1024具有梯形的轮廓,因此可以使得当凸出部1024插入凹陷部1023中时,每个单元弹簧座不会相对于彼此沿周向方向运动。弹性夹具1025具有一定的弹性,以便凹陷部1023和凸出部1024在配合后能够具备一定的预紧力,使得装配至一起的若干单元弹簧座不易松散,同时弹性夹具1025提供的预紧力也不宜过大,应使得当弹簧103的预紧力作用在单元弹簧座上时能够沿阀座101的轴向移动。
由于阀座或侧阀体加工制造存在的误差或球阀的长期使用,会使得梯形的密封填料的出现不均匀的损耗,而本发明通过将弹簧座由若干单元弹簧座组合形成,因此当梯形的密封填料出现不均匀损耗后,与该处对应的单元弹簧座能够在弹簧的预紧力作用下沿轴向移动一段距离,从而能保证该处的密封填料重新恢复至所需的密封等级,其余未出现损耗密封填料对应的单元弹簧座则不受影响,因此提高了阀座组件的适应性。
实施例三
如图1-图8所示,本发明提供的初级阀杆密封组件31包括依次设置的第一填料压盖311、上密封基座312、V形填料313、下密封基座314;上密封基座312、V形填料313、下密封基座314设置在主阀体4与中阀杆7之间的空间中,若干V形填料313沿同一方向依次设置,该V形填料313上下两端分别抵靠上密封基座312和下密封基座314,第一填料压盖311一端通过第四紧固件317与主阀体4固定连接,另一端抵靠在上密封基座312以提供密封预紧力。另外,在主阀体4与中阀杆7之间的空间中还设置有第一滑动轴承315,中阀杆7的下侧具有扁平的承载段71,承载段71与球体9传动连接,第一止推垫316设置于第一滑动轴承315与承载段71之间,第一止推垫316一侧与第一滑动轴承315贴合,另一侧与承载段71贴合。其中第一滑动轴承315表面经过盐浴共掺工艺处理,以降低中阀杆7与第一滑动轴承315之间的摩擦力,提高耐久性。中阀杆7与球体9采用大平面接触方式,有效的减小球体开关过程中的挤压变形。
本发明在上阀体和主阀体之间设置了初级阀杆密封组件,其中初级阀杆密封组件包括V形填料,若干V形填料在介质压力的作用下,填料向外撑开,压力越高撑开力越大,密封效果越好。
优选地,为了提高初级阀杆密封组件的密封性能,在该优选实施方式中,初级阀杆密封组件31还包括设置在若干V形填料313之间的中间密封基座318,其中上密封基座312、V形填料313、下密封基座314关于中间密封基座318对称设置,使得若干V形填料313呈X的形状。由于上密封基座312、V形填料313、下密封基座314关于中间密封基座318对称设置,因此若干V形填料在介质压力和第一填料压盖311的密封预紧力的共同作用下,使上下两侧的V形填料分别向外撑开,相较于单方向设置的V形填料而言,密封效果更佳。
实施例四
如图1-图8所示,本发明提供的次级阀杆密封组件32包括依次设置的第五紧固件321、蝶形弹簧322、第二填料压盖323、填料压套324、编织石墨325、楔形填料326;编织石墨325、楔形填料326设置在上阀体3与上阀杆6之间的空间中,若干楔形填料326的上下端分别设置有编织石墨325,填料压套324一侧抵靠在位于上端的编织石墨325上,另一侧与第二填料压盖323贴合,第二填料压盖323通过第五紧固件321和蝶形弹簧322与上阀体3固定连接,第五紧固件321具备一定的预紧力以向楔形填料326提供密封预紧力。
在上阀体3与上阀杆6之间的空间中还设置有第二滑动轴承327,上阀杆6的下侧具有连接段61,连接段61与中阀杆7传动连接,第二止推垫328设置于第二滑动轴承327与连接段61之间,第二止推垫328一侧与第二滑动轴承327贴合,另一侧与连接段61贴合。其中第二滑动轴承327表面经过盐浴共掺工艺处理,以降低上阀杆6与第二滑动轴承327之间的摩擦力,提高耐久性。
在本发明中,次级阀杆密封组件中采用编织石墨和楔形填料,其中楔形填料能够相对滑动撑开,上下各设置一个编织石墨,可有效保护楔形填料,防止长期使用中造成损坏,设置的蝶形弹簧能够进行弹力补偿,保持楔形填料持续受到设计的预紧力。
而整个阀杆组件密封采用了初级阀杆密封组件和次级阀杆密封组件双重密封方式,即使初级密封出现泄漏,次级密封一样可以进行有效密封,保证阀杆密封可靠性。
以上实施例仅用以说明本发明而并非限制本发明所描述的技术方案,尽管本说明书参照上述的各个实施例对本发明已进行了详细的说明,但本发明不局限于上述具体实施方式,因此任何对本发明进行修改或等同替换;而一切不脱离发明的精神和范围的技术方案及其改进,其均涵盖在本发明的权利要求范围当中。