CN1162987A - 高压磨料浆单向阀 - Google Patents

Abstract

一种用来在输送研磨材料的系统中使用的活塞式单向阀(10，20)，它包括一将所述阀与管道系统相连的压螺母(22)、一安装在压盖螺母(22)上的阀体(24)，一安装在阀体(24)上的阀座(14，16)和一安装在阀体(24)内的活塞(38)。活塞(38)能在阀座(14，26)的通孔(36)内移动并具有一轴部(40)和一当阀处于关闭状态时与阀座(14，26)的第一端(30)接触的头部(42)。一螺旋弹簧(52)位于阀座(14，26)的通孔(36)内部并偏置所述阀使之关闭。一第一O形圈(56)安装在阀座(14，26)的第一端(30)上并具有足够宽度以防止有足量碎屑逐渐沉积在内O形圈(56)的表面内而形成一横过O形圈(56)的硬桥，从而冲蚀阀阀座表面。阀座(14，26)的第一端(30)具有一容纳O形圈(56)的O形圈凹槽(58)。一第二O形圈(60)可以安装在阀座(14，26)的第一端(30)上于阀座(14，26)的外周边处。

Description

高压磨料浆单向阀

技术领域

本发明涉及阀。更具体地说，本发明涉及在磨料浆环境中使用的单向阀。

本发明的背景

那些设置呈标准“T”形结构、并且输入和输出位于硬化增强合金活塞缸端块两端上的单向阀受到在每一硬化增强合金活塞冲程中发生的周期或交变应力的作用，并且因所施加的全程应力而产生疲劳现象。活塞每作一次冲程，可移动的单向阀活塞就以相当大的作用力撞击阀座，从而使得普通阀座面发生损坏。为了消除或降低阀失效的发生率，已知的阀设计都具有以下特征：诸如采用能方便地维修或者方便地更换的阀活塞和阀座表面，诸如在美国专利No.4,371,001中描述的那样。此外，有些已知型单向阀的设计通过同轴地设置诸阀，或者通过将阀组件固定在硬化增强合金缸(intensifier cylinder)的端部内以降低交变应力的程度，如美国专利No.4,026,322、美国专利No.4,412,792和美国专利No.4,862,911中描述的那样。这些单向阀都只能在纯水/聚合物溶液的情况下使用。

许多水喷射泵系统都设置有一能将小于5微米的颗粒除去的绝对预过滤装置，以保证诸单向阀不会受到任何大颗粒的作用。美国专利No.4,908,154提出了采用两个预过滤步骤以保证大颗粒不会与所述加工系统相接触的方案。

由于市场上能买到的单向阀主要是为用于水/聚合物的环境下设计的，因此，它们不总是能适于在一磨料浆环境中以最高达2,873,000牛/米²(60,000psi)的工作压力、以有利于生产的物料通过速率(大于0.5gpm)的条件下工作。工业用阀的失效形式大多数通常是球和相应阀座表面的冲蚀现象，这种冲蚀现象是由于颜料颗粒逐渐沉积在球座界面之间使得阀不能可靠地座落于阀座而引起的。

在阀座内侧上具有倒角，并且具有或者不具有一弹性O形圈的阀座设计使得颗粒能较快地堆集在球座界面之间从而导致冲蚀失效机率更加增大的情况。由于受到磨料流的直接冲击，或者由于弹性O形圈不能承受在高压环境中发生的溶剂的吸收/分解，在已知的阀设计中用来提高阀座性能的弹性O形圈会发生失效。

通过使用诸如部分稳定坚固的氧化锆的坚硬陶瓷材料来作为部分阀座表面，可以稍稍延迟单向阀阀座表面冲蚀现象的出现。但是，该装置不具有足够的抗冲蚀性，因为与在具有较软金属材料的阀座上发生的相同类型的冲蚀形式(erosionpattern)最终还是会发生在陶瓷阀座上的。美国专利No.5,119,463中描述的这种阀具有一坚硬的陶瓷阀座面。

本发明的概述

本发明是一种可以用来在最高达2,873,000牛/米²的压力下、在磨料浆环境中在超过1.5gpm的通过速率下使用的活塞式单向阀，在所述磨料浆环境中，浆料颗粒的大小从亚微米大小到超过由一60网筛所能截获的尺寸。这种阀的工作时间超过100小时以上，并且能用使于那些受到金属和陶瓷磨损产物严重污染的浆料和分散体的环境。

本发明的阀包括一阀体、一安装在所述阀体上的阀座。所述阀座具有一第一端、一第二端和一通孔。所述阀座呈锯齿形，并由经选择能在高压下长时间经受研磨颗粒冲击的材料制成。一活塞在阀座的通孔内部移动并具有一当阀处于闭合状态时与阀座的第一端接触的头部。一O形圈安装在阀座的第一端上并具有一至少为通孔直径的50％的宽度。

所述O形圈的宽度可以在60％的通孔直径和70％的通孔直径之间，并且通孔直径是从0.62厘米到1.25厘米，O形圈的宽度是从3.8厘米到5.1厘米。所述阀座的第一端可以具有一容纳所述O形圈的O形圈凹槽。一第二O形圈可以设置在所述阀座的第一端的一圆周O形圈凹槽内。

所述阀体可以安装在一将所述阀与一管道系统相连的压盖螺母上。同时，一螺旋弹簧偏置所述阀使之处于闭合状态。

附图简要说明

图1是本发明的一活塞式单向阀的局部剖视图。

图2是本发明的另一实施例的活塞式单向阀的剖视图。

图3是图2所示阀的俯视图。

图4是图2所示阀的活塞的侧视图。

图5是图4所示活塞的俯视图。

具体描述

本发明人已经发明了几种能在生产系统中以最高达2,873,000牛/米²(60,000psi)的压力连续工作超过100小时的活塞单向阀。除了那些包括磁性颜料的研磨分散体之外，这些阀还可以与许多不同类型的研磨分散体一同配合使用。如图1所示，这些阀10中的一个实施例具有叠置在倒角阀座14的轴向内表面上的活塞12，所述活塞将整个阀座内的通孔16封闭并消除了所有可能会受到研磨射流冲蚀作用的主要的阀座界面(critical seating interface)。阀座和活塞的金属结构可以是由一种诸如Teledyne Vasco Max#350的硬金属合金制成，以降低因活塞在阀座上反复动作而在金属表面内部发生的应力断裂(stress fracture)现象。可以使用两个塑料O形圈，一O形圈18用来密封在活塞和阀座之间，而另一O形圈用来密封在阀座和阀体之间。

虽然这种单向阀能承受磨料浆，但是，由于输入组件上存在比较大的应力脉动现象，因此，这种单向阀有时候会允许产品通过壳体减压孔而发生泄漏现象。这种应力脉动使得阀体和压盖螺母充分弯曲从而最后减少了阀座和阀体之间的接触。该阀的塑料外密封是不能补偿这种接触量的损失的。

为了解决该问题，对所述阀座的重新设计消除了所述阀座上和阀壳体的相应区域的倒角并形成一锯齿状的形状，它增大了阀座和阀体之间金属-金属接触面积。随后对阀座和阀体之间的密封进行的改进包括将一种诸如黄铜的不同金属作为外圆周O形圈，并面对着所述O形圈设置一凹口。位于所述带凹口的凹槽内以进一步改善密封性能的所述内O形圈则由塑料制成，诸如UHMW聚乙烯。

采用这种阀，有时候，金属或陶瓷碎屑。钢混砂机媒质(steel sandmill media)的磨损产物会逐渐沉积在活塞轴和阀座之间。这种发生在阀座内侧的被减弱的密封作用阻碍了活塞进行正常的工作。该问题通过加倍活塞轴和阀座之间的最小间隙而得到解决，即从0.0165厘米(0.0065英寸)增大到0.038厘米(0.015英寸)。

同样，加工那些具有金属或陶瓷磨损产物的颜料分散体有时候会削弱阀座内部的密封作用。这些磨损产物来自于混砂机加工的固有混砂机媒介质磨损和内磨损的产物。在不可挤压的金属或陶瓷碎屑逐渐沉积在内O形圈的表面内时，就发生密封作用的削弱，形成了一横跨过所述弹性O形圈的硬桥(hard bridge)，并能冲蚀所述阀的阀座表面。为了解决该问题，将内O形圈的宽度(O形圈的内径和外径之间的差值)增大25％，即从0.125厘米增大到0.16厘米(0.05英寸增大到0.063英寸)。O形圈宽度的增大降低了所述单向阀的失效率。通过进一步将O形圈的宽度增大三倍，即增大到0.0475厘米(0.187英寸)的宽度，所述阀座将变得几乎能彻底抵抗由于金属或陶瓷碎屑沉积在所述密封的O形圈内而造成的失效。图2至图5示出了该实施例。

图2和图3所示的阀20包括一将所述阀与管道系统相连的压盖螺母22、一安装在所述压盖螺母22上的阀体24，以及一安装在所述阀体24和所述压盖螺母22之间的阀座26。所述阀体24具有一中心腔室28，该中心腔室形成流过阀20的流体流道的一部分。所述阀座26具有一第一端30、一包括一阀杆34的相对的第二端32，以及一通孔36。所述第一端30可以呈锯齿形。一阀芯(poppet)或活塞38安装在阀体24内的中心腔室28和阀座26的通孔36内部。活塞38可以在中心腔室28和通孔36内移动，所述活塞38具有一大部分位于通孔36内的轴部40和一位于中心腔室28内的头部42。当阀20处于闭合状态时，所述活塞头42与阀座26的第一端30接触。如图4和图5中所示的那样，所述活塞头42具有诸凹槽44，活塞轴部40具有四个腿部46，以便当所述阀20处于开启状态时，能允许流体经过活塞38。可以使用较多个或较少个凹槽和腿部。活塞头42在顶表面是开放的，形成一具有一端部50的开放式圆筒体48。一螺旋弹簧52位于阀体24的中心腔室28内部并安装在活塞头42的开放式圆筒体48内部。所述螺旋弹簧52抵着中心腔室28的端壁54和活塞头42的开放式圆筒体48的端部50。

一内O形圈56安装在阀座26的第一端30上，并且具有足够的宽度以防止有充足量的金属或陶瓷碎屑逐渐沉积在内O形圈56的表面内部而形成一横过该弹性O形圈的硬桥，从而冲蚀阀密封表面。业已发现，一至少约为通孔36直径的50％的O形圈宽度是足够宽的。在所示的实施例中，所述通孔的直径是0.714厘米(0.281英寸)，所述O形圈的宽度是0.0475厘米(0.0187英寸)。该O形圈宽度是所述通孔直径的66％所述阀座26的第一端30最好具有一能承接所述O形圈56的O形圈凹槽58。

一外圆周O形圈60可以安装在阀体24内于阀座26的所述第一端30的外圆周处。该O形圈60可以被一形成在阀座26的外周边内的O形圈凹槽62所承接。一阀座杆O形圈64可以安装在阀座杆34的周围于阀座26的第二端32处。该O形圈64密封在阀座26和压盖螺母22之间。

Claims (6)

1.一种在一输送研磨材料的系统中使用的活塞式单向阀10、20，在所述研磨材料中，诸颗粒的大小从亚微米到可能会超过由60网筛所能截获的尺寸、并以超过1.5gpm的物料通过速率通过，所述单向阀能在最高达2,873,000牛/米²的压力下工作超过100小时，该单向阀包括：

一具有一中心腔室28的阀体20，所述中心腔室形成流过所述阀的流体通道的一部分；

一安装在所述阀体20上并具有一第一端30、一第二端32和一通孔36的阀座14、26，其特征在于，所述阀座20的第一端30呈一锯齿形状，并由经选择能经受研磨颗粒冲击并能在最高达2,873,000牛/米²的压力下工作超过100小时的材料制成，所述研磨颗粒的大小从亚微米到可能会超过由60网筛所能截获的尺寸、并以超过1.5gpm的物料通过速率通过；

一可在阀体20内的中心腔室28和阀座20的通孔36内部移动的活塞，当所述阀处于闭合状态时，所述活塞与阀座14、26的第一端30相接触；

用来偏置闭合所述阀的装置；

一安装在阀座14、26的第一端30上的O形圈56，其中所述O形圈56的宽度至少是通孔直径的50％。

2.如权利要求1所述的阀10、20，其特征在于，所述O形圈56的宽度是通孔36的直径的60％至70％，所述通孔36的直径从0.62厘米到1.2厘米，并且所述O形圈56的宽度从3.8厘米到5.1厘米。

3.如权利要求1或2所述的阀10、20，其特征在于，所述阀座20的第一端30具有一能容纳所述O形圈56的O形圈凹槽58。

4.如权利要求1至3中任一权利要求所述的阀10、20，它还包括一第二O形圈60，其特征在于，所述阀座14、26的所述第一端30具有一能容纳所述第二O形圈60的圆周O形圈凹槽62。

5.如权利要求1至4中任一权利要求所述的阀10、20，它还包括一将所述阀与一管道系统相连的压盖螺母22，其特征在于，所述阀体是安装在所述压盖螺母22上，阀座30是安装在所述阀体20和所述压盖螺母22之间。

6.如权利要求1至5中任一权利要求所述的阀10、20，其特征在于，所述中心腔室28具有一端壁54，其特征在于，所述活塞12、38具有一大部分位于通孔36中的轴部40和一位于中心腔室28内的头部42，其特征在于，所述活塞头42带有凹槽44，活塞轴40具有诸腿部，以便当所述阀处于开启状态时能使流体流过活塞38，其中，所述活塞头42的顶表面是开放的，以形成一具有一端50的开放式圆筒体，所述偏置装置包括一螺旋弹簧52，该螺旋弹簧位于活塞头42的开放式圆筒体内，并且抵着中心腔室28的端壁54和活塞头42的开放式圆筒体的端部。