CN1614271A - 弹性球结构球阀和纳米结构阀门密封及制造方法 - Google Patents

Abstract

弹性球结构球阀主要由阀腔中的阀杆(1)撑拢装置(2)弹性球体(3)阀座(9)组合而成。弹性球体(3)的中间有与球阀通孔相适应的流道孔(5)，在侧下处有弹性变形槽(6)、(7)，槽口倾下，上端有断开槽，底端有定芯轴(8)。弹性球体(3)与撑拢装置(2)连接，撑拢装置(2)又与球阀的启闭结构和驱动装置连接。弹性球体(3)和阀座(9)的环形密封面(4)的表层为纳米结构表层，该表层采用滚压或挤压的方法制造。

Description

弹性球结构球阀和纳米结构阀门密封及制造方法

技术领域：本发明涉及到阀门，特别涉及球阀的密封结构和阀门的密封材质及其制造方法。

背景技术：“弹性球金属密封球阀”(ZL02237112.5)，是楔式弹性球和美国轨道阀门公司的轨道球阀中的螺杆单轨道启闭结构的组合发明。该发明对撑大弹性球球径密封，和球阀启闭的可靠性，产生了有益的技术效果。但是，当弹性球在密封状态需开启时，仅靠球体的弹性来克服密封面上介质产生的压差压力而缩小弹性球球径是不够的，当材料高温弹性减弱时或材料低温变脆时，对弹性球球径缩小的收拢方法，必须得到有效控制才是可靠的。而且，该发明对原楔式弹性球在流通孔底部开留弹性槽容易结渣的缺陷，未提出改进方案。

现有技术中，各种撑拢式组合球球阀，因阀腔底部结渣，影响球体升降和球瓣撑缩，加之组合式结构复杂，成本高的缺陷未能解决好，使全面推广发生困难。但是，应用在组合球上的升降式和旋转式两类撑拢装置的可靠性还是很好的。如：“高温高压球阀蝶阀”(ZL92109430.2)中斜面楔块升降式撑拢装置；“斜槽插板升降撑拢式阀门密封结构”(ZL00115137.1)中斜槽插板升降式撑拢装置；“一种阀门”(ZL97243141.1)中斜销撑拢盘升降式撑拢装置；“一种球阀”(ZL98213718.4)中连杆机构升降式撑拢装置；“盘形双轨道式旋转加撑拢的阀门启闭结构”(ZL99124192.4)中盘形双轨道旋转式撑拢装置。

《阀门》双月刊2002年第6期中《纳米技术与阀门》，对金属材料表面通过强烈塑性变形，也可制备出纳米结构表层，已有简单介绍。对强烈塑性变形的方法，及纳米结构表层在阀门密封面上的应用，还没有论述。《滚压和挤压光整加工》(1989年1月机械工业出版社出版的科技书)在第一章“绪论”中，对精加工过的机械零件表面进行滚压或挤压，不但大大减低了零件的表面粗糙度，而且还使零件的表面发生塑性变形，作了简单的论述。经过滚压或挤压而发生塑性变形的零件表层，组织变得紧密，晶粒变细，表面层得到强化，硬度提高，零件的抗腐蚀能力和使用性能也有所提高。全书还对滚压和挤压的方法、设备、工具作了较为详细的介绍。阀门的设计基础理论强调，阀门密封面的必须比压要小于材料的许用比压，要严格控制密封面产生塑性变形，所以，除阀杆外圆有采用滚压方法提高表面光整度和硬度外，阀门密封面都没有采用滚压或挤压的方法来提高密封面表层质量。

发明内容：本发明的目的就是提供一种强制而受控的方法撑大或缩小弹性球球径的球阀结构，并有防止弹性球上弹性槽结渣的措施。还提供一种适用于该球阀或其他阀门的纳米结构密封面及其制造方法。

球阀的阀腔中主要装置一只弹性球，弹性球上留有与球阀通孔相适应的流道孔，弹性球按流道孔被分为二通球或三通球或四通球或五通球；阀腔中还装置与流道孔相适应的阀座，弹性球和阀座上有配对密封的环形密封面；其特征在于：阀腔中的弹性球是由弹性球体和撑拢装置组合而成，在弹性球体的侧下处，开有与流道孔相适应的弹性槽，槽口倾下；在弹性球体的中上处，开有与流道孔相适应的断开槽。弹性槽一般开在流道孔内，根据弹性变形量的大小及介质状况，也可以开在流道孔外边球面上，还可以内外都开有弹性槽。弹性槽和断开槽一般为直线槽，根据流道孔的形状，也可以为折线槽或曲线槽或弧线槽。撑拢装置是从现有撑拢式组合球球阀技术中直接选用的，按现有撑拢装置的撑拢方法，可以将弹性球体与撑拢装置设计成多种组合结构。撑拢装置的下面与弹性球体连接，上面与球阀的启闭结构连接，启闭结构的上端与驱动装置连接。驱动装置传递动力给启闭结构而带动撑拢装置，按启闭结构上设定的升降旋转的运行轨迹，使弹性球体撑大或缩小或旋转，也使球阀实现关闭或开启的目的。为了克服弹性球体被撑开时，以倾斜角度的方法贴压阀座密封面，面造成密封面密封比压不均衡的缺陷，可以采用弹性球体中心低于阀座密封面中心的方法，也可以采用阀座密封面相对阀腔垂直中心线上倾成斜角的方法加以调整。如果将阀座上的密封环面变窄，既能减少颗粒介质的贴吸，又能减低密封必须比压。如果将弹性球体上的密封环面凸出，既能减少对球面的加工，又能减轻弹性球体的重量。

弹性球体和阀座上的环形密封面表层和其他阀门密封面表层，包括阀门的上密封和阀腔孔口的密封面表层，制造成纳米结构表层，形成纳米结构密封面。制造纳米结构密封面的方法：对密封面表层采用滚压或挤压，使密封面表层发生强烈塑性变形，达到使表层组织紧密、晶粒细化至纳米量级的目的。而且表层的强度、硬度和抗腐蚀能力及使用性能都得到很大的提高。如果采用配对的密封面互相挤压而产生纳米结构密封面表层，方法简单，密封更好。如果采用先在密封面上贴涂陶瓷或特殊材料的粉浆后，再压入密封面表层，强度和硬度更高。如果采用陶瓷或工程塑料替代金属材料制造弹性球结构球阀或零部件，适用范围更广。

在现有技术中，适用弹性球结构球阀，可靠性较好的撑拢装置有：斜面楔块升降式、斜槽插板升降式、连杆机构升降式、斜销撑拢盘升降式、盘形双轨道撑拢加启闭双功能旋转式；启闭结构有：螺杆升降和手柄旋转的分开动作式、螺杆升降单轨道的复动动作式(美国轨道球阀)、双轨道升降加旋转的复合动作式(ZL99124107.X)、盘形双轨道撑拢加启闭双功能旋转动作式(ZL99124192.4)；驱动装置按照驱动方式有：手轮或手柄或带减速装置的手动方式、气动方式、液动方式、电动方式、气液联动或电液联动或电气联动或电气液联动方式、电磁驱动方式、遥控驱动方式。

本发明所述的弹性球体与撑拢装置组合后，使弹性球球径的撑大或缩小都得到有效控制，可靠性更好；弹性球体上的弹性变形槽开在球体侧下处，而且槽口下倾，既不易结渣，又容易自动排渣；如果在球体侧下处内外都开有弹性变形槽，既减轻了球体产生弹性变形的力矩，又增大了弹性变形量；将阀门密封表层，制造成纳米结构的表层，能使材料表面的强度和硬度成倍提高，而内部韧性却不降低，这是非常理想的阀门密封面，而且，采用滚压或挤压的制造方法，既简单可靠，又不增加太多成本。

附图说明：本发明结合以下附图，作进一步描述。

图1是具有斜面楔块升降式撑拢装置的弹性球结构球阀示意图；

图2是具有连杆机构升降式撑拢装置的弹性球结构球阀示意图；

图3是具有斜销撑拢盘升降式撑拢装置的弹性球结构球阀示意图；

图4是具有盘形双轨道旋转式撑拢装置的弹性球结构球阀示意图。

弹性球体3的上端有阀杆1，下端有定芯轴8，中间有流道孔5，两边有阀座9，流道孔与侧下处两边有两条槽口倾下的弹性变形槽6，球体外的侧下处两边也有两条槽口倾下的弹性变形槽7。图1中有斜面楔块升降式撑拢装置2，图2中有连杆机构升降式撑拢装置2，图3中有斜销撑拢盘升降式撑拢装置2，图4中有盘形双轨道旋转式撑拢装置2。图1、图2中弹性球体3的中心低于阀座9的中心。图3、图4中阀座9的密封面相对弹性球体3的垂直中心线有倾斜角度。图1中阀座9的密封面成刀口状。弹性球体3和阀座9的环形密封面表层4为纳米结构表层。

具体实施方式：中小口径弹性球结构球阀，阀腔中弹性球体上的弹性变形槽和断开槽，包括附图1、附图2中斜面楔块升降式、连杆机构升降式的撑拢装置，均可采用整球体经电火花线切割数控机床加工而成。若采用堆焊或焊接或精密配合或成形模具等方法，将弹性球体和阀座上的密封环面在制成毛坯时即用不同材料凸出，既方便切削和滚压或挤压加工，又能减低成本。

Claims (4)

1、弹性球结构球阀和纳米结构阀门密封及制造方法，球阀阀腔中装置一只弹性球，弹性球上留有与球阀通孔相适应的流道孔，弹性球也按流道孔被分为二通球或三通球或四通球或五通球；阀腔中还装置与流道孔相适应的阀座；弹性球和阀座上有配对密封的环形密封面；其特征在于：弹性球是由弹性球体和撑拢装置组合而成；弹性球体的侧下处，开有与流道孔相适应的弹性槽，槽口倾下；弹性球体的中上处，开有与流道孔相适应的断开槽；撑拢装置与球阀的启闭结构和驱动装置连接。

2、根据权利要求1所述的球阀阀腔中，弹性球和阀座上的环形密封面，其特征是：密封面表层为纳米结构表层，密封面为纳米结构密封面。

3、根据权利要求1所述的阀门密封，其特征是：阀门介质流通密封面、上密封面和阀腔孔口密封面的表层，为纳米结构表层，密封面为纳米结构密封面。

4、根据权利要求2或3所述的阀门纳米结构密封面，其制造方法是：在密封面表层采用滚压或挤压的方法，使其发生强烈塑性变形，使表层组织细化至纳米量级。