CN117869617A - 轨道阀门 - Google Patents

Abstract

本发明涉及轨道阀门，包括阀体、阀杆、阀盖、阀座、阀芯、执行机构和轨道梁；轨道梁是轴对称结构，用以联接阀杆和阀芯，包括中间梁及轨道；中间梁居中设有插孔，阀杆的E2端部垂直插接其中，插孔内具有仅可沿横跨两个轨道的方向供E2端部在其中平移的空间；两个轨道分别嵌入位于其外侧的阀芯上对应设置的轨道凹槽内。本发明的轨道阀门可以快速启闭，能够替代盲板阀，广泛应用于包括石化行业的烟机出入口和油气管道等许多场合。

Description

轨道阀门

技术领域

本发明涉及阀门，尤其涉及轨道阀门。

背景技术

轨道阀门或轨道球阀因其开关过程无摩擦的特点，一方面可较好的保护密封面，另一方面使得开关过程中阀杆所受的推拉力或扭矩较小，从而获得广泛的应用。但现有的轨道阀门多有不足之处，包括：关闭时的压紧力靠阀杆底部的角形平面机械的旋转楔压阀瓣，使其紧密的压在阀座上，阀杆压紧端因悬臂而易损坏，加之旋转楔压阀瓣，阀杆压紧阀瓣时的接触面积小，阀瓣上易产生沟痕，阻碍阀杆的运动，影响轨道阀的关闭。管道内的介质压力特别高时，需要阀杆提供的压紧力特别大，更易损坏阀杆并更易产生沟痕，这样的例子比比皆是。如直径DN50的轨道阀门，介质的压强15MPa，关闭时压紧阀瓣的力需要2945千克力以上；又如直径DN1100的轨道阀门，介质的压强0.3MPa，关闭时压紧阀瓣的力需要28，495.5千克力以上，可见阀杆悬臂端受力之大，这个尺寸的轨道阀，阀杆的悬臂端长，阀杆所受的力矩大。另外，对阀瓣、阀座，耳轴等零部件的制造精度要求高，各零部件之间的位置精度要求也高，尤其是阀瓣与阀座的同轴度：精度直接影响包括密封性能在内的各项使用性能，但高精度必然产生高制造成本，并且带来维修和调试繁杂、困难等问题。

现有技术为此也不断地进行着各种尝试。如中国专利CN217736329U(公告日为2022.11.4日)公开的“一种紧急切断轨道阀”，实现了较大的压紧力，但也显现出一些问题：

（1-1）开关过程需要两套执行机构，若实现自动控制则需两套控制系统，且需要防止误操作。

（1-2）利用蝶形收紧块来撑开和收缩弹性球状组件，受制于压力角的限制，导致阀杆伸进阀内的悬臂部分较长，则在阀门关闭状态下，阀杆因所受的径向力矩大而易损坏。

（1-3）阀门关闭或开启过程中，若二侧密封板之间的腔体内充满液体介质，由于液体不可压缩，相当于阀杆进入阀体内的体积增加，增加的这部分体积只能靠弹性球状支架连同密封板的轴向变形来吸收，这就需要进一步增加执行机构输出的推拉力或扭矩，并导致弹性球状支架沿阀杆轴向的变形及至密封板与阀座之间的相对位移，进而产生机械摩擦而损伤密封面。

（1-4）耳轴二侧的密封板的压紧力小于阀杆二侧的压紧力或者上下压紧力不均而影响阀门的实际使用性能；加之，耳轴二侧的密封板通过球状支架与其固定在一起而增加了零件之间的约束，故对于相关零部件之间的位置精度要求更严格，且会需要阀杆和耳轴沿径向产生弯曲或位移来进行相应补偿，如是，若阀杆和耳轴粗，则难以补偿到位；反之，若阀杆细，则易损坏阀杆而使阀门失效。具有耳轴和端盖等，使得结构复杂，成本高。

现有技术中也公开了利用一套执行机构就实现了阀瓣的旋转及阀瓣开关过程中的位移及与阀座之间的压紧的轨道球阀；如中国专利CN205479439U（公告日为2016.8.17日）公开了“一种新型撑开式轨道球阀”；然其除了仍显现包括如前所述的问题（1-2）、（1-3）及（1-4），还有如下问题：

（2-1）阀芯在阀体内上下移动以实现开关，若采用一套执行机构，受制于旋转轨道槽与销轴之间旋转压力角的限制，阀杆的行程不能小，相应的，阀芯在阀体内的上下行程较大，由于阀芯的尺寸大，造成阀体内部上方预留的空间大及上阀杆和耳轴都过长，高压阀门要求必须采用锻件，这会大幅增加成本；且由于阀杆在阀体内的长度较长，则阀杆在阀体内的悬臂较长，如此在阀门开启的瞬间，阀杆因所受的径向力矩大而易受损；若开关过程采用两套执行机构，阀芯在阀内的上下行程减少，但若配合自动控制，则需要两套控制系统，如此则将产生如前（1-1）所述的问题。

（2-2）阀瓣没有专门或独立支撑，由密封面支撑，如此，一则在阀门开启过程中，阀杆上升，阀瓣向阀杆的中心线方向移动，阀瓣和楔式锥体的自重会使其二者顺着轨道下移，继而待阀门关闭时，其二者将难以上升，而至阀门难以关闭；二则在阀门整个开关过程中，阀瓣始终与密封面接触，产生摩擦与磨损而最终破坏其密封性能，且即使采取防止阀瓣下滑的限位措施或通过楔式锥体提升阀瓣的措施，阀瓣与阀座之间的摩擦磨损亦不可避免，从而影响阀门的密封性能。

（2-3）产品结构复杂，体积较大，如其有通道的阀芯外装有锥体、有轨道和阀瓣与锥体联接，轨道与阀瓣之间采用螺栓联接；又如用作高压阀门时，压紧阀瓣的力需要很大，阀芯只是球体的一部分，压紧阀瓣时，相当于用一个拱形零件去压紧，如果阀芯的壁厚薄，易失稳，如果保持阀芯的口径不变，需要阀芯的壁厚非常厚才能满足，这又会增加整个阀门的尺寸。

上述问题无疑将会导致其产品的的使用性能（比如密封性能）受到影响，可靠性差，并使得包括制造成本、使用成本及维修成本等增加。

再者，许多煤气管道，采用眼镜阀作为盲板使用，单板眼镜阀开关过程会泄漏介质，并且需要二套执行机构，结构复杂。双板眼镜阀结构更复杂，通常需要二个可移动的密封腔体，密封面多，它还需要二套用于密封腔体开关和一套用于阀板开关及一套用于压紧阀板的四套执行机构，制造成本和维护保养费用高，占用空间更大，这二种眼镜阀还需要配套膨胀节。另外，用于压紧阀板的机构是液压系统，高温场合需考虑温度对液压缸的影响，还需考虑活塞杆轴封部位结露、结垢后影响活塞杆运动等问题。

又，诸如磨煤机热空气管道、石化和煤化工行业的许多管道，检修时需要加装盲板，无疑增加了检修作业的繁琐程度；尤其当介质温度高或盲板尺寸大时，不仅现场施工困难，更存在安全隐患。

发明内容

鉴于现有技术存在的种种问题，本发明旨在提供一种轨道阀门，其可大幅降低阀杆悬臂端在关闭压紧阀瓣时的径向受力；并在保证密封性能和使用可靠性的前提下降低对位置精度等的要求，节约相应的制造成本及维修成本，并可在诸多领域用以替代盲板阀。

本发明的技术解决方案是这样实现的：

一种轨道阀门，包括阀体、阀杆（为描述清晰简洁起见，下文中将阀杆的两端分别称为E1端和E2端）、阀盖、阀座、阀芯以及用以驱动阀杆升降的执行机构，所述阀芯有两瓣，分别位于所述阀杆两侧；有些场合阀芯也称之为阀瓣。本发明中，一些情况下，如为了避免液体场合不易关闭或者介质压力较高及阀门尺寸较大时不易开启，位于介质下游一侧的阀芯由支架代替，所述支架可以理解为具有介质排出口/孔的阀芯，比如其可以是在所述阀芯的结构基础上开有与阀门出口相通的通孔，也可以与所述阀芯还具有其它不同结构；下文中凡提及阀芯的结构或相关配合时，若无特别指明或限制为介质上游一侧的阀芯，则对于阀芯的相关描述或限定同时适用于介质下游用以代替阀芯的支架；所述阀杆贯穿所述阀盖，阀杆上设有轨道槽，阀体上对应固定导销，阀杆的E1端部连接所述执行机构；所述阀盖设置在阀体上且与阀体是可拆卸的联接，所述阀体径向开设有容许所述阀芯进出的开口，利用所述阀杆及其上的轨道槽和导销配合所述执行机构控制阀芯产生旋转和朝向阀门进出口方向的移动来实现阀门的开启和闭合；所述执行机构可以包括驱动丝母，相应的，阀杆靠近执行机构的一端带有一段丝杠，所述驱动丝母旋转带动阀杆升降；或者所述执行机构也可以是液压或气动驱动系统。

所述轨道阀门还包括轨道梁，其用以联接阀杆和阀芯，并通过阀杆的起落和旋转带动阀芯移动和旋转而实现轨道阀门的关闭与开启；

具体的，所述轨道梁是一个轴对称结构，包括中间梁及位于中间梁两侧翼的轨道；

所述中间梁居中设有插孔；所述阀杆的E2端部垂直插接于所述插孔中；

所述阀杆在其与所述插孔的上下位置相对应处设置有限位结构，用以限制所述轨道梁与阀杆之间沿阀杆的轴向产生相对位移。具体的，所述限位结构可以是销轴或螺母，或者可以是在所述阀杆与所述轨道梁（插孔）的上下位置相对应处设置的凸台（下面的凸台与底盘相类），所述凸台的外径大于所述插孔的孔径。

所述阀体在其与所述阀杆E2端部相对的内壁上设有一支撑面，用以支撑所述阀芯。所述支撑面可以是平面或锥面；具体的，所述平面与所述阀杆的轴线相垂直，或者所述锥面的轴线与所述阀杆的轴线重合。

进一步的，虑及阀芯与阀体内的支撑面之间有摩擦力，为了最大限度的降低旋转扭矩，所述支撑面上用以支撑所述阀芯的点(简称支撑点)通常接近所述阀杆的轴线。

所述两个轨道分别自上而下向所述阀杆轴线方向倾斜，同时分别嵌入位于其外侧的阀芯上对应设置的轨道凹槽内并与所述轨道凹槽间隙配合。间隙的尺寸满足阀门关闭时，阀芯上的轨道凹槽与轨道之间不干涉。如前所述，当位于介质下游一侧设置为支架时，则与所述轨道梁位于该侧的轨道间隙配合的轨道凹槽即对应设置于所述支架上。

上述结构通常更适用于软密封的场合，尤其当口径小，或口径大而压强小的情形。

进一步的，为了降低对制造精度的要求和/或减小阀杆所受的径向力，所述插孔内仅在一个方向维度具有可供插接其中的所述阀杆E2端部在其中平移的空间，所述的方向维度是沿横跨所述两个轨道的方向；

如此，通过所述轨道梁实现了所述阀杆与其两侧的阀芯的联动。

所述轨道梁，其沿阀杆的截面轮廓呈等腰梯形（具体的，在二个阀芯之间的轨道梁沿阀杆的截面是上底宽下底窄的倒梯形，两等腰即对应所述轨道之与所述阀芯的轨道凹槽相配合的面），其垂直于阀杆轴线的横截面轮廓呈矮“H”型。具体的，所述中间梁对应矮“H”的中横杠，所述插孔是通孔，其在矮“H”型横截面上对应为中横杠上居中的矩形孔，与所述矩形孔相对应，阀杆B端部设置为方形轴段，具有与所述矩形孔相匹配的横截面；前述阀杆B端部在所述插孔内仅有的一个可移动的方向维度即对应矮“H”的中横杠所在维度。所述轨道的两端分别伸出所述中间梁外，即构成矮“H”型横截面的两翼，也即矮“H”的两竖杠；相应地，位于所述轨道梁两侧的所述阀芯上的轨道凹槽在垂直于所述阀杆轴向的横截面呈矮“┣”型或“┫”型，所述轨道及与轨道相连接的一小段中间梁嵌入其中。

为了使得所述轨道梁的轨道压紧阀芯的部位尽量位于阀芯的中心线上，所述轨道之与阀芯上的轨道凹槽相配合的面设置为是中间高出、二端低入的形式。

所述轨道的中间高出部通常对应阀芯的中心线周围，可相应设置为圆形或方形的平面，用以压紧阀芯，称之为轨道之压紧部。

为了避免在阀门关闭时，因介质压力作用导致阀芯上方密封部位与阀座的相应部位先接触，可以将所述轨道之压紧部的中心设置为略微偏向所述阀芯中心线的下方，比如可以在其正下方某一位置。

进一步的，所述轨道阀门还可以包括悬臂杆，其为具有固定端和悬臂端的弹性细杆，所述固定端连接于所述轨道梁的轨道下方，所述悬臂端与所述阀芯上的轨道凹槽间隙配合。间隙的尺寸需满足阀门关闭时，阀芯上的轨道凹槽与悬臂杆之间不干涉。

通常，所述悬臂杆可以是在所述两个轨道下方一边安装一个，也可以在每个轨道下方的两端部附近分别安装一个。

所述悬臂杆旨在保证阀体关闭前阀芯处于理想的位置，同时需要虑及悬臂杆对相应的轨道压紧阀芯的影响，故而所述悬臂杆的弹性的确定还有赖于所述阀芯的重量和重心位置：在所述阀芯被压紧前，所述悬臂杆的变形很小，从而可以保证阀芯与阀座之间不会有较大的位置误差;所述阀芯被压紧后，若悬臂杆上先于所述轨道压紧阀芯，由于悬臂杆具有一定的弹性，进一步压紧时，悬臂杆产生弹性变形，从而可使所述轨道差不多在中心位置压紧阀芯，由此相应降低了阀芯与阀座之间的位置精度要求，事实证明,对于现有轨道阀门，该位置精度恰是我们在通常情形下难以保证又需要保证的，相应地给制造及维修带来更高的要求。本发明则依靠悬臂杆结构及其弹性特点允许阀芯在阀体关闭位置有一定角度的旋转，减少了相应的约束，也即减少了对于相应位置精度的要求。

当根据需要选择在每个轨道下方分别固定两个悬臂杆的结构时,每个轨道下的两个悬臂杆平行设置并间隔开一定距离,如此将给予相应的阀芯的旋转以更多自由度,进而减少了相应的约束和降低了对于相应位置精度的要求，其一方面保证了使用性能，另一方面有利于降低相应的生产制造成本和使用维护成本。

出于安装需要，通常所述阀芯上靠近执行机构的一侧开有所述轨道梁和所述限位件进出的豁口。

考虑到介质中的硬质颗粒物对阀座冲刷后影响密封性能，所述阀座的密封面朝向管道的低压端。

阀门全部开启时，阀芯与阀座及阀体内壁之间存在着间距，介质对阀芯的外侧和阀座及阀座上的密封圈或密封填料等以及阀体内壁产生冲刷磨损，对此，本发明的阀芯可以设置成相对阀杆偏心布置（类似于偏心蝶阀中阀杆与阀板是偏心的），具体的：

两个阀芯的中心线L₁、L₂分别在所述阀杆的轴线两侧，其距离分别为ΔL₁、ΔL₂；

所述轨道阀门在完全开启状态下，平面M₁及平面M₁’与阀体上介质进出口的轴线L皆不垂直；其中，M₁是所述轨道阀门完全开启状态下，两个阀芯各自对应介质上游侧的密封面之靠近阀体中心一侧的边缘所在的平面，M₁’是所述轨道阀门完全开启状态下，所述两个阀芯各自对应介质下游侧的密封面之靠近阀体中心一侧的边缘所在的平面。

所述轨道阀门在其完全关闭状态下，平面N₁及平面N₁’与阀体上介质进出口的轴线L皆不垂直；其中，N₁是所述轨道阀门完全关闭状态下，位于介质上游侧的阀芯的密封面之靠近阀体中心一侧的边缘所在的平面，N₁’是所述轨道阀门完全关闭状态下，位于介质下游侧的阀芯的密封面之靠近阀体中心一侧的边缘所在的平面。

进一步的，所述两个阀芯相对于阀体中心对称，此时，有ΔL₁与ΔL₂大小相等，且所述轨道阀门在其完全开启和完全关闭状态下，平面M₁∥M₁’，N₁∥N₁’。

本发明所述轨道阀门可用以替代管道中的盲板阀，包括但不限于下述典型的应用形式：

应用一：当其用于气相介质的场合时，所述轨道阀门的阀杆两侧采用两瓣一样的阀芯，在所述阀体进出口轴线方向的二侧，垂直于所述阀体的进出口轴线方向，分别开设用于置换或泄放的进口与出口，所述用于置换或泄放的进口与出口上分别装有常规阀门，打开所述常规阀门即可实现盲板的作用。

应用二：同样用以替代管道中的盲板时，为了实现符合人体安全的隔断，并考虑到介质中硬质颗粒物可能对支架侧的密封面冲刷后影响密封性能或者用于液体介质时通常所存在的如阀门不易开关的问题，本发明可以采用如下的组合应用形式：在相应的管道上比邻安装二个本发明所述的轨道阀门，所述轨道阀门都采用了一个阀芯与一个支架的结构，在二个所述轨道阀门之间的管道二侧，沿所述管道的径向，分别装有一个常规阀门。当所述两个轨道阀门关闭后，打开所述两个常规阀门，本发明的轨道阀门之间的管线与大气相通，即可实现符合人体安全的隔断，此时亦无需担心朝向上游的阀座磨损后，会发生管道内的介质流向下游的问题。

作为盲板使用时，关闭所述轨道阀门，通过检测所述轨道阀门的两个阀芯之间（如应用一）或检测二个轨道阀门之间的管道内是否有泄漏即可；也可以在关闭阀门后，对阀门下游的管道内进行介质置换，停留一段时间后，采样分析或用仪器仪表检测来确认是否有介质泄漏。

进一步的，如在应用一中，打开阀体二侧的常规阀门时，如果轨道阀门出现密封不严的情况，为了避免泄漏出来的高温易燃介质着火，所述阀体二侧的常规阀门的出口可安装防火帽；

为了避免诸如油气场合密封不严时泄漏出来的油气着火，所述阀体二侧的常规阀门与所述防火帽之间装有降低油气温度的换热器。

具体的，结合具体情形可以分别或同时有如下的设置:

大尺寸的阀门，阀芯通常较重，阀芯与阀体内壁之间的摩擦力较大，可以在阀芯与阀体内相应的支撑面之间装设万向轴承，比如，可以在所述阀芯的下方安装万向轴承，所述万向轴承的球即座落于所述支撑面的中心附近。

进一步的，阀体上所述支撑面的中心位置可设置圆形凹槽，所述圆形凹槽与所述阀杆同轴并与之垂直；所述万向轴承即可坐落于所述圆形凹槽内。

进一步的，为了防止阀门开启后流体介质引起阀芯振动，所述阀门全部开启后，所述阀杆被其两侧的阀芯夹紧。

为了避免阀芯因重量较轻而在开启过程中上移，所述阀盖在其近执行机构侧的内壁上设置有环形台阶或环形平面并套于所述阀杆上，所述环形台阶或环形平面与阀杆的轴线相垂直。利用所述环形台阶或环形平面以限制所述阀芯的上移。

或者，为了防止阀门开启后流体介质引起阀芯振动，所述阀芯的豁口部位分别开有垂直于阀杆的缺口，其上固定有长条板，所述长条板上下二个表面均垂直于阀杆的轴线，阀门全部开启后，所述长条板被夹紧于所述轨道梁和环形台阶或环形平面之间。

再或者，为了更为可靠地防止阀门开启后流体介质引起阀芯振动，及为了保证夹住阀芯，阀盖上所述环形台阶或环形平面上相对阀杆对称固定二个碟簧。

所述阀杆上的轨道槽包括二段，包括：1.轨道槽之直行槽段I，其平行于阀杆的轴线并靠近阀体一端，对应阀芯与阀杆彼此相离或靠近的平移动作；2.轨道槽之螺旋槽段II，其衔接所述直行槽段I的上端，沿阀杆轴向螺旋升降，并靠近所述执行机构一端，对应阀芯旋转动作或者还包括阀芯压紧或松离阀座的动作。

对于本发明所述的非偏心结构的轨道阀门，为了避免前述的振动问题，更为可靠的夹紧阀芯，其阀杆上的轨道槽可包括三段：1.轨道槽之直行槽段I，其平行于阀杆的轴线并靠近阀体一端，对应阀芯与阀杆彼此相离或靠近的平移动作；2.轨道槽之直行槽段III，其平行于阀杆的轴线并靠近所述执行机构一端，对应于阀芯压紧或松离阀座的动作；3.轨道槽之螺旋槽段II，其居中衔接两个直行槽段I、III并沿阀杆轴向螺旋升降，对应阀芯旋转及平移动作。

进一步的，所述轨道梁可构造为拱形梁，即其倒梯形横截面的下底（梯形短边）为上拱的弧形曲边；所述拱形梁上的圆弧直径不小于所述阀芯的内径。

为了进一步提高密封性能，所述阀座的密封面上开有环形凹槽，内嵌密封圈或密封填料。

考虑到管道内有保温衬里时，阀体和与之固定相连的阀座膨胀量不同，阀座产生屈服、变形、蠕变等造成阀座变形后密封不严的问题及损坏衬里的问题，可形成浮动阀座结构，亦即阀座除了夹紧的摩擦力约束外，允许其有径向自由膨胀，具体参见本发明人在先所提交的公开号为CN109027264A，名称为“一种阀门及其应用”的专利申请，现通过引用并入本申请中。

通常管道内有保温衬里时，介质的温度较高，阀芯或支架受热后膨胀，阀芯和支架的中心线上移，而阀座的中心线不变，同时为减轻阀门尤其是相关密封面的破坏通常考虑让阀芯的下方先与阀座接触，故而采用所述阀芯的中心线低于阀座的中心线的设计。所述阀芯的中心线与阀座的中心线对于规则对称的阀芯及阀座来讲，即为其相应的中轴线。

进一步的，可以根据材质并通过相应计算，比如根据尺寸及材料膨胀系数等获得上述有关尺寸的设计数据，以保证受热膨胀后阀芯的中心线低于阀座的中心线，获得相应的技术效果；或者，也可以根据相应的尺寸要求来反过来找到与之相匹配的材料。

与现有技术相比，本发明的有益之处突出地表面在以下几个方面：

1.可以实现快速开关，因此，可用做快速切断阀。

以DN1200的阀门为例，采用本发明所述的轨道阀门的结构，在介质上游设置阀芯，下游设置为支架，假设介质的压强0.2MPa(约2kgf/cm²)，在其开关过程中，阀芯和支架在垂直于阀杆方向的位移均为4mm，阀杆的行程为600mm，设若阀芯和支架的总重量为1000kgf，钢对钢的摩擦系数为0.15，阀芯旋转过程中，阀芯和支架与阀杆轴线的距离分别为1mm，轨道距离阀杆轴线610mm，考虑各个零部件之间的摩擦力和旋转扭矩及关闭阀芯时所需的压紧力，并且考虑盘根与阀杆之间的摩擦力和摩擦力矩，理论计算可知：本发明轨道阀门开关过程需要阀杆的推拉力大于400kgf即可满足使用要求，比如用一个DN150mm的气缸，空气的压力0.5MPa，活塞的推力是883kgf。

由于所需执行机构的扭矩或推拉力小，可以实现快速开关，故本发明所述轨道阀门可以作为快速切断阀使用。

计算与推导可知，在本发明所述轨道阀门开关过程中，其阀杆所受径向力小，相应的悬臂力矩小，如此则一方面提高了阀杆的可靠性，同时相应的阀杆等零件允许较小尺寸及简化结构，比如即使没有耳轴和耳轴孔，阀芯/支架旋转时的扭矩也很小，并且移动阀芯/支架所需的力也不大，也即降低了对执行机构的输出的推拉力或扭矩大小的要求，并相应地降低了制造和维护成本。

尤其，所述轨道梁上的插孔具有允许阀杆E2端部在其中沿横跨两个轨道的方向平移的空间，由此可以明显地降低所述阀杆上直接承受的径向力及相应的悬臂力矩，这对于口径稍大、使用压力较高的轨道阀具有重要意义。阀门开启时，阀杆带动轨道梁先上行至位于上游的阀芯脱离阀座一定距离，在介质压力的作用下，所述阀芯离开阀座后推动轨道梁向下游移动，其与阀座之间距离逐渐变大，位于下游的支架承受介质压力和梁的推力而紧靠在相应的阀座上，而阀杆基本不受径向力，且由于支架上设有通孔，介质丛这个通孔流向下游，从而大幅降低了阀芯两侧的压差，以避免或减少阀芯作用于阀杆径向上的力；阀杆连同轨道梁进一步上升时，支架逐渐脱离阀座，阀杆进而带动轨道梁旋转（比如逆时针方向旋转）90^。，阀门即完全开启。反之，当阀门关闭时，阀杆先带动轨道梁反方向（比如顺时针方向）旋转90^。，继而下行至阀芯最终压紧，阀门完全关闭而介质被截流。

2.在保证密封性和使用可靠性的前提下，减少了约束，增加了自由度，相应的，降低了位置精度要求而改善了工艺加工性能。

本发明中，出于此种考虑的设计存在多处，比如，本发明没有采用耳轴，代之以在阀体的相应位置设置支撑面用以支撑所述阀芯；又如，前述轨道梁上，插孔内仅沿横跨两个轨道方向有阀杆E2端部平移的空间；再如，通常阀门关闭过程中，若出现阀芯上方与阀座先接触，则这个接触点会与阀芯在阀门内壁上的支撑点构成了一个旋转半径大于阀芯下方继续靠近阀座的旋转半径，而产生干涉问题；本发明悬臂杆设置为细长的弹性元件，其固定于轨道梁下面，允许阀芯在多个维度旋转一定角度，保证阀门关闭时，阀芯与阀座处处紧密接触，也保证了压紧阀芯的部位基本位于阀芯的中间，自然克服了上述干涉问题；此外，所述悬臂杆还有效地满足和实现了包括密封性、可靠性在内的使用性能要求。

3.结构优化。本发明中阀芯/支架的结构更为简单，其集成了与轨道梁配合的轨道凹槽，不仅节省了如螺栓等连接件，同时接触或配合面积增大，不易产生压痕，也不易产生卡涩，提高了使用的可靠性。同时轨道梁整体宽度窄，阀体内的空间利用高效，更有利于阀杆实现较大的行程，同时阀门的体积可以做到更小。

4.没有耳轴和耳轴孔等结构，相应避免了因杂质积聚其中而产生的阀门开关卡涩的问题。

5.偏心结构设计，既可保证阀门内介质的流态良好，同时有效避免了介质对阀芯/支架的外侧和阀座及阀座上的密封结构的冲刷与磨损，从而保证了密封面持久良好的密封性，大幅提高阀门的使用寿命和使用可靠性。

上述结构上的优化无一例外保障和改善了本发明密封性及使用的可靠性，同时自然实现了节能降耗的效果，有效地降低了包括制造、使用及维修等各环节的成本，尤其是简化了维修时的调试过程。

当阀座的进出口均设置为密封状态时，本发明可以替代盲板阀，广泛应用于包括石化等行业的氢气、液化气、LNG、油气管道和烟机的出入口管道等许多场合；与当作盲板使用的眼镜阀相比，本发明可以不用膨胀节，结构更优化，占用空间更小，尤其使用可靠性更高，成本也更节约；尤其解决了长期困扰本领域的关于大扭矩阀门难以实现快速开关的难题，并解决了大口径轨道阀因作用于其阀杆上的悬臂力矩大而无法使用的难题。

附图说明

图1是根据本发明实施例1所描述的轨道阀门100的结构示意图；

图2是图1的A-A剖视图；

图3是根据本发明实施例2所描述的轨道阀门200的结构示意图；

图4是根据本发明实施例2所描述的轨道阀门200替代盲板阀使用的示意图；

图5是根据本发明实施例4所描述的二台轨道阀门100作为盲板使用的立体结构示意图；

图6是在轨道阀门100的基础上，在其阀体正对阀杆轴线的内壁开设圆形凹槽的结构示意图；

图7是根据本发明实施例5所描述的轨道阀门300的阀芯/支架的偏心结构完全关闭状态时的示意图；

图8是根据本发明实施例5所描述的轨道阀门300的阀芯/支架的偏心结构完全打开状态时的示意图。图中，

1.阀体2.支架2-1.通孔 3.轨道梁3-1.中间梁3-2.轨道4.限位件5.长条板6.阀盖7.阀杆8.支座9.执行机构10.驱动丝母11.导销12，12'.阀座13，13’.阀芯14.悬臂杆15.限位件16.阀芯或支架上的轨道凹槽 17.密封圈或密封填料18，18'.万向轴承19，19'.常规阀门20.管道21.支撑面21-1.圆形凹槽

EFG是阀杆上的轨道槽，其中，

G段.轨道槽之直行槽段I；

F段.轨道槽的螺旋槽段II；

E段.轨道槽之直行槽段III。

L.阀体上介质进出口的轴线

L1.介质下游侧的阀芯或支架的中心线

L2.介质上游侧的阀芯的中心线

ΔL₁，ΔL₂.分别为L1、L2到L的距离

M_1。阀门完全开启状态下，两个阀芯（或者一个阀芯与一个支架）对应介质上游侧的密封面之靠近阀体中心一侧的密封线（点C、D在该密封线上）所在的平面；

M₁’.阀门完全开启状态下，两个阀芯（或者一个阀芯与一个支架）对应介质下游侧的密封面之靠近阀体中心一侧的密封线（点C’、D’在该密封线上）所在的平面；

N₁.阀门完全关闭状态下，位于介质上游侧的阀芯的密封面之靠近阀体中心一侧的密封线（点A、B在该密封线上）所在的平面；

N₁’.阀门完全关闭状态下，位于介质下游侧的阀芯（或支架）的密封面之靠近阀体中心一侧的密封线（点A’、B’在该密封线上）所在的平面。

具体实施方式

现结合附图，对本发明作进一步的具体说明。

实施例1

一种轨道阀门，如图1和图2所示，其包括阀体1、阀座12和12'、位于介质上游侧的阀芯13和位于介质下游侧的支架2（为了避免液体场合不易关闭或者介质压力较高及阀门尺寸较大时不宜开启，所述阀门在介质下游侧采用了支架2，其上开有与阀门出口相通的通孔2-1；图中的箭头代表介质的流向）、轨道梁3、阀杆7、阀盖6、执行机构9、驱动丝母10；阀杆7上，靠近执行机构9的一端带有一段丝杠，阀杆上设有轨道槽EFG，阀体上对应固定导销11，所述阀盖6设置在阀体1上与阀体1是可拆卸的联接；所述阀体1上沿径向开设有容许所述阀芯13和支架2进出的开口；执行机构9与所述阀杆7的E1端部连接，利用阀杆及其上的轨道槽EFG和导销11，带动和控制阀芯13和支架2产生旋转动作和远离/靠近阀门进出口方向的移动实现阀门的开启和关闭；所述执行机构9也可以采用液压或气动系统。液压或气动系统最好是直行程的，液压杆或活塞杆带动阀杆升降，实现阀门的开启和关闭，此时，阀杆上可以没有丝杠段，同时可以去掉丝母。

所述轨道梁3为轴对称结构，包括中间梁3-1及位于中间梁两侧翼的轨道3-2；中间梁3-1的居中位置设有插孔；所述阀杆7的E2端部垂直插接于所述插孔中，所述插孔内具有且仅在一个方向维度具有可供插接其中的所述阀杆的E2端部在其中平移的空间，所述的方向维度是沿横跨所述两个轨道3-2的方向，如图2所示；两个轨道3-2分别自上而下向所述阀杆7轴线方向倾斜，同时分别嵌入位于其外侧的阀芯13和支架2上对应设置的轨道凹槽16内并与所述轨道凹槽16间隙配合。间隙的尺寸需满足阀门关闭时，阀芯和支架上的轨道凹槽与轨道之间不干涉。

轨道梁3沿阀杆7轴向的截面轮廓呈等腰梯形，如图1所示；轨道梁3垂直于阀杆7轴向的横截面轮廓呈矮“H”型，如图2所示，所述插孔是通孔，其在矮“H”型横截面上对应为居中的矩形孔；所述两个轨道3-2构成矮“H”型横截面的两翼；

与所述中间梁3-1的矩形插孔相对应的，阀杆7之E2端部设置为方形轴段，具有与所述矩形插孔相匹配的横截面；

所述阀芯及支架上的轨道凹槽在垂直于所述阀杆轴向的横截面呈矮“┣”型或“┫”型，所述轨道及与之相连接的一小段中间梁嵌入其中，如图1和图2所示。

为了使得所述轨道3-2压紧阀芯13/支架2的部位尽量位于阀芯13/支架2的中心线上，所述轨道之与阀芯13/支架2上的轨道凹槽16相配合的面设置为是中间高出、二端低入的形式；并且轨道3-2的所述中间高出部通常对应阀芯13/支架2的中心线附近，并通常相应设置为圆形或方形的平面，用以压紧阀芯13/支架2，称之为轨道之压紧部（图中未示出）。

进而，为了避免在阀门100关闭时，因介质压力导致阀芯13上方密封部位与阀座的相应部位先接触，所述轨道之压紧部的中心设置于偏离所述阀芯13中心线稍稍靠下的某一位置。

所述轨道阀门还设置了悬臂杆14，其为具有固定端和悬臂端的弹性细杆，其固定端连接于所述轨道3-2下方，其悬臂端与所述阀芯13及支架2上的轨道凹槽间隙配合。间隙的尺寸需满足阀门关闭时，阀和支架上的轨道凹槽与悬臂杆之间不干涉。

所述阀杆7在对应所述插孔的上下位置分别设有限位件4、15，其可以是销轴、螺母等，也可同时采用外径尺寸大于阀杆7的外径的凸台或台阶等结构，用以限制所述轨道梁3沿阀杆7的轴向发生位移。

所述阀体1的内壁在与所述阀杆7的E2端部相对的位置设有一支撑面21，用以支撑所述阀芯13和支架2；具体的，如图1，图3，图6所示，所述支撑面21可以是平面或锥面；所述平面与所述阀杆的轴线大体垂直，或者所述锥面的轴线与所述阀杆的轴线大体重合。

为降低介质中的硬质颗粒物冲刷阀座及对于其密封性能的影响，所述阀座的密封面朝向管道的低压端。

再者，所述轨道梁3的下底（即对应所述梯形截面的短底边）可以设置为向上的圆弧形，从而所述轨道梁呈拱形梁形式；具体的，所述拱形梁的圆弧直径大于或等于所述阀芯13的内径，如此可减少阀杆7上下的行程。

为了进一步提高密封性能，所述阀座12和12'的密封面上开设环形凹槽，相应地嵌入密封圈或密封填料17。

考虑到让阀芯13和支架2的下方先与阀座12、12'接触，或者在管道内有保温衬里时，介质的温度通常较高，阀芯13/支架2受热后膨胀，其中心线会上移，而阀座12、12'的中心线不变，如此，则将阀芯13或支架2的中心线设置为低于阀座12、12'的中心线，这可以通过热胀冷缩计算得出。

结合阀杆上的轨道槽EFG的特征，所述轨道阀门100开启的过程可以依照下述二至三个阶段来描述：

阶段I，阀杆导销11位于轨道槽的G段，即直行槽段I内，在所述导销11的限位作用下，阀杆7带动轨道梁3直线上升，箭头代表介质的流向，如图1所示，所述阀杆E2端部分别朝向上游的阀芯13和下游的支架2的表面与所述轨道梁上的插孔内相对应的内表面之间有一定距离（构成平移的空间），阀门100开启的初始阶段，在介质压力的作用下，所述支架2被顶在相应的阀座12’上，阀芯13向阀杆7方向移动，此时阀杆7几乎不受径向力，随着阀杆7继续上升，阀杆E2端部朝向阀芯13的表面与轨道梁的中间梁3-1插孔上相对应表面贴在一起，此时，阀门100的开度已较大，进入到阀体1的介质通过支架2上的通孔2-1流向下游，阀芯13及支架2两侧压差已大大减小，随着阀杆7的进一步上升，支架2离开阀座12’向阀杆7方向移动，这个过程阀杆7所受的径向力亦不会过大；

进入到阶段II,随着执行机构9继续运行，所述导销11进入轨道槽F段，即螺旋槽段II内，在导销11的限位作用下，阀杆7在上升的同时旋转，阀芯13和支架2随之做旋转和向阀杆7方向位移的复合运动，轨道梁两翼的轨道3-2或其圆形或方形的压紧部脱离了所述阀芯13和支架2上的压紧点，此时阀门100已全部开启；为了防止阀门100开启后流体介质引起阀芯13和支架2振动，阀门100全部开启后，轨道3-2作用于阀芯13和支架2上朝向阀杆7的分力使得所述阀芯13和支架2夹紧所述阀杆7。

或者，当阀杆7上的轨道槽还包括E段，即直行槽段III，阀门100完全开启后还有阶段III，在此阶段，所述导销11继续进入到直行槽段III，其与所述螺旋槽段II相连，也是平行于阀杆7的轴线的直槽，在导销11的限位作用下，阀杆7继续上行，直至阀芯13和支架2上的长条板5被夹紧在所述轨道梁3和阀盖6上所设置的环形台阶或环形平面（图中未示出）之间，此时，轨道梁3亦全部进入阀芯13与支架2的相应豁口内。也可以在此直行槽段III，通过轨道3-2作用于阀芯13和支架2上朝向阀杆7的分力使得阀杆7被阀芯13和支架2夹紧。

所述轨道阀门100的关闭过程与其开启过程是完全对称的反向过程，故在此不复赘述。

实施例2

轨道阀门200用于气相介质的场合，如图3所示，其与实施例1不同之处，主要在于，其在介质下游侧采用了与介质上游侧一样的阀芯13’，而没有采用带有通孔2-1的支架2。

对于大尺寸阀门，阀芯13的重量较大，其与阀体1内壁之间的摩擦力也较大，可以采用在所述支撑面21与阀芯13、13’之间分别安装万向轴承18和18'，即在所述阀芯13、13’的下方分别安装万向轴承18和18'，所述万向轴承18和18'上的球坐落在所述支撑面21上。所述万向轴承的设置，对于实施例1的轨道阀门100中介质下游侧是支架2的情形，同样适用，如图6所示。

并且进一步的，所述支撑面21上还可以设置圆形凹槽21-1，如图6所示，所述圆形凹槽21-1内的平面垂直于阀杆7的轴线并与阀杆7同轴，用以支撑阀芯13和支架2的所述万向轴承的球18和18'坐落在所述圆形凹槽21-1内；同样的，所述圆形凹槽21-1的设置也同样适用于如图3所示的介质下游侧同为阀芯轨道阀门200的情形。

实施例3

图4所示，是利用所述轨道阀门200替代管道中的盲板阀的情形：将其用于气相介质的场合，所述轨道阀门200的阀杆7两侧采用两瓣一样的阀芯13、13’（图上未示出），在所述阀体1进出口轴线方向的二侧，垂直于所述阀体1的进出口轴线方向，分别开设用于置换或泄放的进口与出口，并分别装有常规阀门19、19’，作为盲板使用时，关闭所述轨道阀门200，打开所述常规阀门19、19’，通过检测所述轨道阀门200的两个阀芯之间的管道内是否有泄漏即可；也可以在关闭所述轨道阀门200后，对其下游的管道内进行介质置换，停留一段时间后，采样分析或用仪器仪表检测来确认是否有介质泄漏。

实施例4

如图5所示，是利用所述轨道阀门100替代管道中的盲板阀的情形：为了实现符合人体安全的隔断，并考虑到介质中硬质颗粒物对支架2一侧的密封面冲刷后影响阀门100的密封性能及/或用于液体介质时通常所存在的包括阀门不易开关的问题，可以采用实施例1中所述轨道阀门100的组合方式，替代管道中的盲板阀；具体的，在相应的管道上比邻安装二个轨道阀门100，在其之间的管道20两侧，沿其径向，分别安装一个常规阀门19、19’（即所述常规阀门的轴线与管道的轴线相垂直）。关闭两个轨道阀门100后，打开所述两个常规阀门19、19’，管线20与大气相通，即实现了符合人体安全的隔断，同时也可避免位于介质下游一侧的阀座12’磨损后发生管道内的介质流向下游的问题。

实施例5

阀门全部开启后，由于阀芯/支架与阀座及阀体内壁之间存在间距，介质会对阀芯/支架外侧和阀座及阀座上的密封结构（包括密封条或密封填料等）及至阀体内壁造成冲刷磨损，为了消除或减少这种磨损及其对使用可靠性及阀门的使用寿命等造成的影响，轨道阀门300设置了偏心结构的阀芯/支架，如图7和图8所示，具体而言：

支架2与阀芯13的中心线L1、L2分别设置于所述阀杆7的轴线两侧，其距离分别为ΔL1、ΔL2（阀杆7位于阀体的中心，所以阀杆7的轴线落在阀体上介质进出口的轴线上），并且支架2与阀芯13相对于阀体1呈中心对称结构，ΔL₁与ΔL₂大小相等，轨道阀门300在其完全开启和完全关闭状态下，平面M₁∥M₁’，N₁∥N₁，如图7和图8所示；其中，

M₁是轨道阀门300完全开启状态下，阀芯13和支架2上对应介质上游侧的密封面之靠近阀体中心一侧的边缘密封线所在的平面，M₁’是轨道阀门300完全开启状态下，阀芯13和支架2上对应介质下游侧的密封面之靠近阀体中心一侧的边缘密封线所在的平面。

相应的，N₁是轨道阀门300完全关闭状态下，上游侧的阀芯13上的密封面之靠近阀体中心一侧的边缘密封线所在的平面，N₁’是轨道阀门300完全关闭状态下，下游侧支架2上的密封面之靠近阀体中心一侧的边缘密封线所在的平面。

轨道阀门300在其完全开启状态下，平面M₁及平面M₁’与阀体上介质进出口的轴线L皆不垂直；同样的，轨道阀门300在其完全关闭状态下，平面N₁及平面N₁’与阀体上介质进出口的轴线L皆不垂直。

轨道阀门300在完全开启状态下与完全关闭状态下的密封面，进一步具体描述如下：

轨道阀门300全部开启后，如图8所示，阀芯13和支架2上的密封面包括此时位于介质上游位置的阀芯13和支架2各自一端的弧面或球面部分，其分别与同位于介质上游位置的阀座12相配合和密封，即如图上点C与点D以外（即远离阀体中心方向）所对应弧面或球面部分；所述密封面还同时包括此时位于介质下游位置的所述阀芯13和支架2各自的另一端的弧面或球面部分，其分别与位于介质下游位置的阀座12’相配合和密封，即如图上点C’和点D’以外（即远离阀体中心方向）的弧面或球面部分。

轨道阀门300全部关闭后，即如图7所示，所述密封面通常只是包括位于介质上游位置的阀芯13上的密封面，即阀芯上点A和点B以外（即远离阀体中心方向）的弧面或球面部分；当所述轨道阀门做盲板阀使用时，介质下游侧的支架需要改用阀芯13'并参与密封，则此时，所述密封面还需同时包括介质下游侧的阀芯13'上的密封面，即图上所示的支架上点A’和点B’以外（即远离阀体中心方向）的弧面或球面部分。

上述偏心结构的轨道阀门300的开启过程与非偏心结构的轨道阀门100开启阶段I～II的过程基本一致，只是在阀门300全部开启后，没有阀杆7继续上行并分别被阀芯13和支架2夹紧地过程，即其阀杆7上的轨道槽自下而上只有G段（轨道槽之直行槽段I）和F段（轨道槽的螺旋槽段II），没有E段（轨道槽之直行槽段III）；并且在所述阀门300完全开启的最后阶段，依靠位于介质上游的阀芯13和位于下游的支架2（气相场合中也可以是阀芯）与阀杆7之间偏心的结构特点，使阀芯13和支架2分别产生一定角度的偏心旋转后各自靠近并紧贴相应的阀座12、12’和/或阀座上的密封圈或密封填料，避免了介质在阀芯13/支架2与阀体1内壁之间流动，进而避免了介质对阀芯13/支架2的外侧和相应的阀座12、12’或其上的密封圈或密封填料等产生冲刷磨损。又由于阀芯13/支架2紧贴阀座12、12’或其上的密封圈或密封填料，亦避免了产生振动的问题。

通常做盲板阀使用时，在介质下游侧的支架2将由阀芯13'取代。为了替代管道中的盲板，所述轨道阀门的阀体1上将设置用于置换或泄放的进出口并相应地安装常规阀门19和19'，即如前面实施例3中结合图4所描述的情形。

以上所述，仅为本发明的部分实施方式，其保护范围并不局限于此；本发明可广泛应用于多种工况的管道上，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明披露的技术范围内，根据本发明的技术方案及其发明构思加以等同的替换、改变或组合，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种轨道阀门，包括阀体、阀杆、阀盖、阀座、阀芯以及执行机构，所述阀芯有两瓣，分别位于所述阀杆两侧；所述阀杆贯穿所述阀盖，阀杆上设有轨道槽，阀体上对应固定导销，阀杆的E1端部连接所述执行机构；其特征在于：

还包括轨道梁，用以联接阀杆和阀芯；

所述轨道梁是轴对称结构，包括中间梁及位于中间梁两侧翼的轨道；

所述中间梁居中设有插孔，所述阀杆的E2端部垂直插接于所述插孔中；所述阀杆在其与所述插孔的上下位置相对应处设置有限位结构；

所述阀体在其与所述阀杆E2端部相对的内壁上设有一支撑面，用以支撑所述阀芯；

所述两个轨道分别自上而下向所述阀杆轴线方向倾斜，同时分别嵌入位于其外侧的阀芯上对应设置的轨道凹槽内并与所述轨道凹槽间隙配合。

2.如权利要求1所述的轨道阀门，其特征在于：

所述插孔内仅在一个方向维度具有供插接其中的所述阀杆的E2端部在其中平移的空间，所述的方向维度是沿横跨所述两个轨道的方向。

3.如权利要求1所述的轨道阀门，其特征在于：

所述轨道梁，其沿阀杆轴向的截面轮廓呈等腰梯形，其垂直于阀杆轴向的横截面轮廓呈矮“H”型；所述插孔是通孔，其在矮“H”型横截面上对应为居中的矩形孔；所述两个轨道构成矮“H”型横截面的两翼；

阀杆之E2端部相应地设置为方形轴段，具有与所述矩形孔相匹配的横截面；

所述阀芯上的轨道凹槽在垂直于所述阀杆轴向的横截面呈矮“┣”型或“┫”型，所述轨道及与之相连接的一小段中间梁嵌入其中。

4.如权利要求1所述的轨道阀门，其特征在于：

还包括悬臂杆，其为具有固定端和悬臂端的弹性细杆，其固定端连接于所述轨道下方，其悬臂端与所述阀芯上的轨道凹槽间隙配合。

5.如权利要求1所述的轨道阀门，其特征在于：

两个阀芯的中心线L₁、L₂分别在所述阀杆的轴线两侧，其距离分别为ΔL₁、ΔL₂；

所述轨道阀门在完全开启状态下，上分别位于介质上游侧和下游侧的密封面的外缘所在的平面M₁、M₁’与阀体上介质进出口的轴线L不垂直；

所述轨道阀门在完全关闭状态下，位于介质上游侧的阀芯的密封面的外缘所在的平面N₁或者还包括位于介质下游侧的阀芯的密封面的外缘所在的平面N₁’与所述介质进出口的轴线L不垂直。

6.如权利要求5所述的轨道阀门，其特征在于：

所述两个阀芯相对于阀体中心对称，ΔL₁与ΔL₂大小相等，且

所述轨道阀门在其完全开启或完全关闭状态下，所述平面M₁//M₁’，N₁//N₁’。

7.如权利要求1所述的轨道阀门，其特征在于：

所述阀芯的中心线低于阀座的中心线。

8.如权利要求1～7任一所述的轨道阀门，其特征在于：

所述阀门位于介质下游一侧的阀芯由支架代替。

9.一种采用如权利要求1～7任一所述的轨道阀门的结构，其特征在于：

所述轨道阀门的阀体上垂直于其介质进出口的轴线方向上开设进口与出口，并分别对应安装常规阀门。

10.一种采用如权利要求8所述的轨道阀门的结构，其特征在于：

两个所述轨道阀门相邻设置，在位于两者之间的管道的径向二侧，分别开设进出口并对应安装常规阀门。