CN1332146C

CN1332146C - 双密封阀门

Info

Publication number: CN1332146C
Application number: CNB2005100675351A
Authority: CN
Inventors: 潘世永
Original assignee: 潘世永
Current assignee: Jianmen Pump Industry Co., Ltd., Santai, Sichuan
Priority date: 2004-12-23
Filing date: 2005-04-19
Publication date: 2007-08-15
Anticipated expiration: 2025-04-19
Also published as: CN1699801A

Abstract

本发明公开了一种用于被控流体双向流动的环境中使用的双密封阀门，利用较小的开启功率即可实现开启功能。该阀门包括带进出口的阀体、设置在阀体的阀腔内并分别与进口和出口匹配的两个密封件，两个密封件之间连接有同步联动装置，阀腔与进出口之间连接有卸压装置。该阀门大大减小了开关力矩，大大降低阀门外部操作机构的体积和对动力源的要求，提高了阀门的操作速度和寿命。同时还使得阀门在两个方向上实现双向自紧密封，并通过同步联动装置实现了无损的快速开关，提高了阀门内部操作机构可靠性，降低了阀门制造成本，尤其适合于在大流量、高压、高密封性能、需要本征安全和高速频繁开关的环境中使用。

Description

双密封阀门

技术领域

本发明涉及一种阀门，尤其是用于被控流体双向流动的环境中使用的双密封阀门。

背景技术

现有的工业中常见的阀门有闸阀、平板阀和蝶阀三种基本结构类型，对于大型程控阀门，由于阀板压力十分巨大，例如：管道直径＝400mm，压力＝25kg/cm²，则阀板压力约为30000KG。因此，衡量其性能的主要指标有四项：动作与调节性、密封性、可靠性和阀阻。

1、对于动作与调节性：阀门的结构类型及其工作原理，决定了上述指标所能达到的极限。闸阀在阀门开关过程中主要的阻力来源于阀板与密封面的摩擦阻力；平板阀的主要阻力就是阀板压力；蝶阀的主要的阻力来源于转动阻力。由此可看出，其主要操作阻力：平板阀＞闸阀＞＞蝶阀。由于蝶阀开关时，绕轴旋转的阀板的两个半板，一半逆压力而动，另一半顺压力而动，能量流对其的正负作功能量抵消，两个半板形成一对作功对偶，利用阀板转动轴实现了阀板压力的自平衡，外操作的作功能量仅用于克服旋转阻力，操作阻力系数比其他两种低很多，具有良好的可控性能。

2、对于密封性能与密封可靠性：平板阀、闸阀的阀板压力指向密封面，压力越高密封性能就越好，称为自紧式密封。如果反过来用，阀板压力反指密封面，压力越高密封性能就越差，称为自松式密封。平板阀与闸阀的密封性能与使用条件有关，只有在流体单向流动的情况下，平板阀、闸阀的密封面才能实现自紧式密封。从密封的角度看可称为单向密封阀。蝶阀的主密封面无论如何使用，总是有一半圆弧自紧另一半圆弧为自松，因此蝶阀的密封性能不如平板阀和闸阀。闸阀和蝶阀开关时阀板与密封面产生相对滑动，进而在使用过程中就会产生磨损，影响了密封性能与密封可靠性；平板阀开关时阀板与密封面是垂直脱离，因而不易磨损，简称为无损开关，密封的可靠性高于闸阀和蝶阀。因此在实际的气流控制中，例如在变压吸附工艺中还大量使用平板阀。

为了改善蝶阀密封性能不好而开发出来的偏心式蝶阀，例如双偏心蝶阀、3偏心蝶阀等。由于偏心式蝶阀对各方面的性能都有所兼顾，具有较好的综合性能，是目前应用最广泛的大型程控阀门。但不管是哪种偏心式蝶阀，其主密封面总是有一半阀板为自紧密封而另一半阀板为自松密封，因此其密封性能受到一定的影响。

专利号为87100516.6、发明名称为“撑开式阀门密封结构”和专利号为00111674.6、发明名称为“阀杆旋转角度启闭的撑拢式阀门密封结构”的发明专利说明书都公开了一种收撑式阀门，该种阀门是将两个背对背串连起来的平板阀连同使其联动操作的外操作机构都装进一个阀体而形成，阀门开关时采用平板阀工作方式，属于无损开关。收撑式阀门有两个密封面，无论流体来自何方，两个密封面必有一个是自紧而另一个为自松，因此这是一种很好的双向自紧密封阀。

收撑式阀门在阀门开关的过程中其两个阀板通过内部联动操作机构形成一对作功对偶，使其两个阀板的正负作功能量能够抵消。但这种阀门在脱密封和加密封工作阶段，自紧一侧的阀板脱力后无法将力的平衡点由密封面转移到别处，阀门会变成单向自紧式平板阀，因此，收撑式阀门必然与单向自紧式平板阀一样需要巨大的开启力矩。

鉴于以上的分析可以看出，在大型阀门设计中全面解决最小开关功率、实现双向自紧密封、无损并快速开关是一个尚未解决的技术问题，在国外公开的专利说明书中也未见解决了此问题的技术方案的报道。

发明内容

为了克服现有双密封阀门在开启时需要巨大的开启功率的不足，本发明所要解决的技术问题是提供一种利用较小的开启功率即可实现开启功能的双密封阀门。

本发明解决其技术问题所采用的技术方案是：双密封阀门，包括带进出口的阀体、设置在阀体的阀腔内并分别与进口和出口匹配的两个密封件，两个密封件之间连接有同步联动装置，阀腔与进出口之间连接有卸压装置。

本发明的有益效果是：由于采用了在阀腔与进出口之间连接有卸压装置的技术方案，能够实现在阀门开关的全过程都基本只需要克服转动阻力，大大减小了阀门的开关力矩，使阀门最小开关功率与阀门平均开关功率接近或者相等，大大降低阀门外部操作机构的体积和对动力源的要求，提高阀门的操作速度和寿命，可以将大型阀门的最小开关功率与阀门平均开关功率之差降低1～2个数量级。同时还使得阀门在两个方向上实现双向自紧密封，因此，阀门具有本征安全性，即当外部操作力矩消失后，其阀门本身仍然处于关闭状态，不会在流体压力的作用下自动开启。该结构还通过同步联动装置实现了无损的快速开关，主受力部分在力的传递方向上无滑动，设计与制造都容易实现，能提高阀门内部操作机构可靠性，降低阀门制造成本，尤其适合于在大流量、高压、高密封性能和高速频繁开关的环境中使用。

附图说明

图1是本发明的阀门结构示意图。

图2是本发明的阀门中的同步联动装置的布置立体图。

图中标记为：阀体1、阀腔2、密封件3和4、卸压孔5和6、单向阀7和8、卸压孔密封体9和10、旋转阀杆11、驱动板12、滑槽13和14、杠杆16和17、连杆18、19、20和21、销轴22、23、24和25、导向销26、承力轴27、驱动槽28、导向槽29。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

如图1、图2所示，双密封阀门，包括带进出口的阀体1、设置在阀体1的阀腔2内并分别与进口和出口匹配的两个密封件3、4，密封件3、4可采用阀板、阀锥等常用的任何形式。两个密封件3、4之间连接有同步联动装置，阀腔2与进出口之间连接有卸压装置。阀门开启时，首先开启卸压装置使阀腔2与出口连通，用其补偿系统不平衡倾向，实现力平衡支点转移。调整卸压装置的参数还可实现阀门的密封件3、4在开启卸压装置自动开启。

上述卸压装置可采用多种形式，只要达到可以控制的将阀腔2与进口和出口连通即可。同时连通进口和出口可实现流体双向流动的控制，也可单独连通出口，此时只可单独用于流体单向流动的环境。例如，可采用以下的结构：

卸压装置包括分别设置在进口端的卸压孔5和出口端的卸压孔6、单向阀7和8以及卸压孔密封体9和10，卸压孔密封体9、10上连接有卸压操作机构。卸压孔5和6可以设置在阀体1上，也可以设置在密封件3、4上，同时利用卸压操作机构来实现卸压孔5、6的开启和关闭，单向阀7、8设置在卸压孔5、6通道上且其方向为阻止流体进入阀腔2，因此，单向阀7和8用于保证流体在阀腔内正常卸压。

为了减少阀体与外部之间的密封面，提高其阀门的可靠性，卸压孔5、6最好设置在密封件3、4上，这样其卸压操作机构即可设置在阀门的内部。

为了提高整个阀门的操作连贯性，减少操作件的数目，两端的卸压操作机构最好同步联动。其同步联动的方式可以采用连杆机构、凸轮机构、杠杆机构、滑块机构等多种方式实现，例如：

卸压操作机构包括设置在阀腔2中部的旋转阀杆11以及与旋转阀杆11传动连接的驱动板12，驱动板12上设置有两个滑槽13、14，两个卸压孔密封体9、10的端部分别设置在滑槽13、14中并与其适配。这样，利用旋转阀杆11带动驱动板12旋转的同时，利用滑槽13、14同步带动卸压孔密封体9、10运动，达到同步开启或关闭卸压孔5、6的目的。为了使其卸压孔密封体9、10的端部在滑槽13、14中滑动时不容易发生干涉，设置在滑槽13、14中的卸压孔密封体9、10的端部最好为球头形状。

上述连接两个密封件3、4的同步联动装置可以采用连杆机构、杠杆机构等多种方式实现，为了做到力的传递准确可靠，最好采用以下的杠杆结构：

同步联动装置包括设置在阀腔2中部并支撑在阀体1上的承力轴27、至少两个杠杆16、17以及与密封件3、4连接的连杆18、19、20、21，空套叠置在承力轴27上的杠杆16、17的两端分别设置有长条形通孔，连杆18、19、20、21的端部通过销轴22、23、24、25分别与杠杆16、17的长条形通孔连接，至少一个连杆18上设置有导向销26，导向销26与设置在阀体1上的导向槽29相适配。连杆18、19、20、21与密封件3、4的连接可以是铰链连接，也可以是一体的结构。

上述的同步联动装置以及卸压装置可以采用一套装置来完成，这样可进一步提高操作阀门的协调性，减小阀门的体积和零部件数量，从而降低成本。在上述卸压装置中与旋转阀杆11传动连接的驱动板12上可以通过设置与至少一个连杆18位置适配的驱动槽28。连杆18的位置设置在驱动槽28内，驱动槽28的宽度使得连杆在驱动槽28内可以自由转动一定的角度后与驱动槽28的边沿接触，从而完成开启或关闭卸压装置后利用驱动槽28的边沿带动连杆18旋转，实现利用旋转阀杆11驱动密封件3、4的目的。

承力轴27可以单独支撑在阀体1上，为了减小操作机构的体积，简化其结构，承力轴27最好空套在旋转阀杆11上。

为了减小阀阻，两组同步联动装置最好分别设置在阀腔2的两端靠近阀体1的内壁处。例如在实际设计阀门内的同步联动装置时，可将杠杆16、17和连杆18、19、20、21减薄1/2后拆分为两组，将其在承力轴27的轴线方向上设置在密封件3、4的两侧，将中心面积较大部分让出来通流，从而大大减小阀阻，如图2所示。

本阀门整个开和关的动作都由三步完成，分别对应要实现的三个功能，因此本阀门结构简称三步阀。

开启时：1、开启卸压装置，用于补偿公差和完成力支撑点转移；2、利用同步联动装置收拢密封件3、4，使密封件3、4脱离密封面；3、旋转同步联动装置使密封件3、4离开密封位置，从而降低阀阻。

关闭时：1、关闭卸压装置；2、旋转同步联动装置使密封件3、4进入密封位置，从而增加阀阻；3、利用同步联动装置撑开密封件3、4，使密封件3、4接触密封面并完成力支撑点转移到密封面上。

实施例：

如图1、图2所示，双密封阀门，包括带进出口的阀体1、设置在阀体1的阀腔2内并分别与进口和出口匹配的两个密封件3、4，密封件3、4为阀板形式。在密封件3、4上分别开有卸压孔5、6，卸压孔5、6上设置有与其匹配的单向阀7、8以及卸压孔密封体9、10。单向阀7、8设置在卸压孔5、6通道上且其方向为阻止流体进入阀腔2。在阀腔2中部设置有旋转阀杆11以及与旋转阀杆11传动连接的驱动板12，驱动板12上设置有两个滑槽13、14，两个卸压孔密封体9、10的球头形状的端部分别设置在滑槽13、14中并与其适配。这样，利用旋转阀杆11带动驱动板12旋转的同时，利用滑槽13、14同步带动卸压孔密封体9、10运动，达到同步开启或关闭卸压孔5、6的目的。

在阀腔2中部设置有支撑在阀体1上的承力轴27，承力轴27空套在旋转阀杆11上，两个杠杆16、17空套叠置在承力轴27上，杠杆16、17的两端分别设置有长条形通孔，连杆18、19、20、21的端部通过销轴22、23、24、25分别与杠杆16、17的长条形通孔连接，连杆18上设置有导向销26，导向销26与设置在阀体1上的导向槽29相适配。与旋转阀杆11传动连接的驱动板12上设置有与连杆18位置适配的驱动槽28。连杆18的位置设置在驱动槽28内，驱动槽28的宽度使得连杆在驱动槽28内可以自由转动一定的角度后与驱动槽28的边沿接触，从而完成开启或关闭卸压装置后利用驱动槽28的边沿带动连杆18旋转，实现利用旋转阀杆11驱动密封件3、4的目的。

杠杆16、17和连杆18、19、20、21减薄1/2后拆分为两组，将其在承力轴27的轴线方向上设置在密封件3、4的两侧，如图2所示。

阀门开启过程：

第一步：在阀门开启的过程中，旋转阀杆11顺时针转动，驱动板12顺时钟转动，卸压孔密封体9、10的球头形状的端部在滑槽13、14的驱动下运动，打开卸压孔5、6，这时由于卸压孔密封体10上的单向阀8受压关闭，阀腔2内的流体通过卸压孔5放掉，使得原来只有一个密封件3受力的情况变为两个密封件3、4同时受同方向的力，压向密封面的压力将通过密封件3、4→杠杆16、17和连杆18、19、20、21→承力轴27→阀体1的顺序转移到阀体1上。旋转阀杆11继续转动到驱动板12的驱动槽28的边沿碰上杠杆16，卸压孔5、6就完全打开，第一步完成。

第二步：旋转阀杆11的继续旋转将通过驱动板12的驱动槽28的边沿带动杠杆16一起转动。这时在导向销26与导向槽29约束下，通过杠杆16、17的力平衡作用，在进口端密封件4≥出口端密封件3受力的差压力和外力对旋转杠杆11旋转拉动的双重作用下，两块密封件3、4向中间收拢，脱离密封面。当靠拢达到极限位置，密封件3、4与承力轴27卡死，第二步完成。

第三步：旋转阀杆11的继续转动将带动两块密封件3、4一起绕承力轴27旋转到与管道平行，从而将整个阀门打开，第三步完成。

在阀门开启过程中，两块密封件3、4一块顺压力方向移动，另一块逆压力方向移动，通过杠杆机构实现正负作功能量基本抵消，差压力还会有助于开启，外旋力只是用来克服转动阻力，因此不需要很大的外力。

阀门关闭过程：

第一步：由于驱动板12的驱动槽28的边沿与杠杆16之间的间隙，旋转阀杆11的反时针旋转将带动驱动板12，再带动卸压孔密封体9、10先关闭卸压孔5、6。

第二步：当驱动板12的驱动槽28的边沿碰上杠杆16后，旋转阀杆11的反时针旋转将带动杠杆16反时针旋转，两块密封件3、4将随杠杆16、17一起旋转。两块密封件3、4转到与管道垂直位置时被导向销26与导向槽29限位，第二步完成。

第三步：旋转阀杆11的继续反时针旋转，由于两块密封件3、4被导向销26与导向槽29限位无法继续旋转，驱动板12将带动杠杆16撑开两块密封件3、4。当出口端密封件3到达密封面，由于其自紧结构，密封件3压力将由杠杆16、17逐渐转移到密封面。这时进口端密封件4上的力是向阀腔2内的，使进口端密封件4脱离密封面，流体会进入阀腔2，使得出口端的密封件3受力向外压紧密封面，因此阀门关闭会借助被控流体能量完成。

Claims

1、双密封阀门，包括带进出口的阀体(1)、设置在阀体(1)的阀腔(2)内并分别与进口和出口匹配的两个密封件(3、4)，两个密封件(3、4)之间连接有同步联动装置，其特征是：阀腔(2)与进出口之间连接有卸压装置。

2、如权利要求1所述的双密封阀门，其特征是：卸压装置包括分别设置在进口和出口端的卸压孔(5、6)、单向阀(7、8)和卸压孔密封体(9、10)，单向阀(7、8)设置在卸压孔(5、6)通道上且其方向为阻止流体进入阀腔(2)，卸压孔密封体(9、10)上连接有卸压操作机构。

3、如权利要求2所述的双密封阀门，其特征是：卸压孔(5、6)设置在密封件(3、4)上。

4、如权利要求2所述的双密封阀门，其特征是：卸压孔(5、6)设置在阀体(1)上。

5、如权利要求4所述的双密封阀门，其特征是：卸压操作机构包括设置在阀腔(2)中部的旋转阀杆(11)以及与旋转阀杆(11)传动连接的驱动板(12)，驱动板(12)上设置有两个滑槽(13、14)，两个卸压孔密封体(9、10)的端部分别设置在滑槽(13、14)中并与其适配。

6、如权利要求5所述的双密封阀门，其特征是：设置在滑槽(13、14)中的卸压孔密封体(9、10)的端部为球头形状。

7、根据1～4和6中任意一项权利要求所述的双密封阀门，其特征是：同步联动装置包括设置在阀腔(2)中部并支撑在阀体(1)上的承力轴(27)、至少两个杠杆(16、17)以及与密封件(3、4)连接的连杆(18、19、20、21)，空套叠置在承力轴(27)上的杠杆(16、17)的两端分别设置有长条形通孔，连杆(18、19、20、21)的端部通过销轴(22、23、24、25)分别与杠杆(16、17)的长条形通孔连接，至少一个连杆(18)上设置有导向销(26)，导向销(26)与设置在阀体(1)上的导向槽(29)相适配。

8、如权利要求7所述的双密封阀门，其特征是：阀腔(2)中部设置有旋转阀杆(11)以及与旋转阀杆(11)传动连接的驱动板(12)，驱动板(12)上设置有与至少一个连杆(18)位置适配的驱动槽(28)。

9、如权利要求8所述的双密封阀门，其特征是：承力轴(27)空套在旋转阀杆(11)上。

10、如权利要求7所述的双密封阀门，其特征是：两组同步联动装置分别设置在阀腔(2)的两端靠近阀体(1)的内壁处。