CN201170326Y - 超高真空蝶阀 - Google Patents

Abstract

一种涉及阀门的装置，尤指一种应用于真空技术领域，覆盖国防，航天，电子，机械，冶金，制冷，食品等方面；主要在超高真空系统或高真空系统中起到接通和关闭系统中介质流的阀门作用，并且在蝶门的启闭过程中有明显节流效果的超高真空蝶阀装置。该装置有手轮、阀体和启闭件等部件，还包括：滚珠螺母副、阀体、蝶门、阀杆、波纹管组件、密封圈和销轴；各部件依托在阀体的不同部位，相互连接和联系，组合为一完整的蝶阀。主要解决如何提升蝶阀的应用指标，使蝶阀真空漏率指标达到超高真空指标的要求等技术问题。本实用新型的积极效果：该装置的结构合理，既能达到超高真空性能，又具有体积精小，成本低和使用寿命长的优点。

Description

超高真空蝶阀

技术领域

本实用新型涉及一种阀门，尤指一种应用于真空技术领域，它覆盖国防，科研，航天，电子，机械，冶金，能源，环保，生物，制冷，食品等方面；主要在超高真空系统或高真空系统中起到接通和关闭系统中介质流的阀门作用，并且在蝶门的启闭过程中有明显节流效果的超高真空蝶阀装置。

背景技术

在真空系统中，离不开阀门；所以在真空系统中，真空阀门得到广泛的应用，尤其是超高真空阀门和高真空阀门。目前常用的超高真空阀门有“超高真空插板阀”；常用的高真空阀门有“高真空蝶阀”，“高真空挡板阀”等等。

“超高真空插板阀”和本产品一样都可用于超高真空系统，起到阀门的作用。它有通道直通并且无障隘，流阻小等优点；但它有体积大，造价高，安装空间要求宽大，并且启闭过程中不能节流，对系统冲击大，对自动化控制设备有比较大的损害等缺点；

“高真空蝶阀”与本产品一样同属蝶阀。体积小，结构简单，成本低是“高真空蝶阀”突出的优点；但它最高只能用到高真空条件，不能用于超高真空工况下；而且它有以下几个致命的固有缺点：(1)轴向密封件是橡胶O形圈，通过与阀杆径向过盈配合而达到密封的效果，这样阀杆旋转时与O形圈发生严重磨搽，使寿命大大降低，并且不能形成超高真空，最高只能达到高真空，所以它被叫作“高真空蝶阀”；(2)在蝶门启闭过程中蝶门密封圈与阀体始终发生严重的磨搽，并且有蠕动现象，严重时密封圈还会起皱或凸起，甚至发生剪切现象，影响密封性能，使产品寿命大大降低。(3)产品反向漏率指标低于正反向漏率指标，因而两法兰不能互换安装。

“高真空挡板阀”也是高真空阀门，它也只能用于高真空工况下。由于常规的结构是直角型，即两个通道口法兰安装面构成90°直角形式，所以有时侯本来可以直线布设管道的情况却因它是直角型结构而不得不弯道而行，这样增加了工期和成本；另外与同规格的蝶阀相比它体积较大，占用设备空间大，包装箱也大，这样占用资源严重。

为此，人们期盼发明一种既能达到超高真空性能，又是体积小、而且没有像“超高真空插板阀”、“高真空蝶阀”、“高真空挡板阀”一样之缺点的一种新型的绿色产品，填补真空行业“超高真空蝶阀”这个空白，更好地满足目前日益发展的真空技术要求，更广泛地应用于真空技术的各种领域。

发明内容

为了克服上述不足之处，本实用新型的主要目的旨在提供一种复合轨迹螺旋通孔的阀杆结构、波纹管加密封圈的动静密封相结合的密封结构和滚珠螺母副结构的传动类型的蝶阀，使之既能达到超高真空性能，又能延长使用寿命且体积精小的超高真空蝶阀。

本实用新型要解决的技术问题是：要解决如何提升蝶阀的应用指标，使蝶阀真空漏率指标达到超高真空指标的要求问题，要解决如何使体积变小，成本变低，使用寿命又长等有关技术问题。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：该装置有手轮、阀体和启闭件等部件，与阀体活动配合的阀杆与启闭件之间为传动连接，还包括：滚珠螺母副、阀体、蝶门、阀杆、波纹管组件、密封圈和销轴，各部件依托在阀体的不同部位，相互连接和联系，组合为一完整的蝶阀，其中：

一手轮与阀杆的小端通过推力轴承A和推力轴承B连接在一起，在作轴向直线运动的阀杆上套设有与滚珠螺母副作固定密封连接的波纹管组件，波纹管组件与阀杆作固定密封配合，阀杆上设有复合轨迹螺旋通孔；

一阀杆穿过波纹管组件，并露出一段小端圆柱体，在波纹管组件的小端内孔与阀杆小端圆柱体之间安装有一组波纹管小端密封圈，在波纹管组件的大端安装有波纹管大端密封圈，波纹管组件的大端与波纹管大端密封圈一起被压紧在钢球护架的内孔底端平面上，小端静密封和大断静密封之间通过波纹管组件紧密的连接在一起；阀杆轴向移动时，阀杆的小端连同波纹管组件的小端一起对波纹管进行压缩或拉伸，所述小端静密封和大端静密封与波纹管动密封组合为动静密封相结合的结构；

一蝶门的下端配有一个球头转轴，通过球头转轴与阀体的一个圆孔配合连接，为球型支撑结构，蝶门的另一端是两个固定的轴承座，蝶门通过向心轴承B和蝶门密封圈安装在阀体内；

一圆柱滚动体销轴的两端限位于蝶门上两个固定轴承座上，外侧通过向心轴承A支撑在轴承座上，销轴穿过阀杆的复合轨迹螺旋通孔，销轴的柱面与复合轨迹螺旋通孔的两侧螺旋面始终相切，且为线形相切，销轴柱面上的母线为相切线，形成柱面支撑结构，并与阀杆相连接。

所述的超高真空蝶阀的滚珠螺母副由钢球护架和钢球、钢球内圈和手轮组装旋合而成，圆柱体结构的钢球护架，在沿其圆柱体的圆周上加工一周圆孔，圆孔内放置钢球，这些孔分布在一个螺旋节距上，由钢球组成的螺旋凸节，其法平面的牙形为钢球的半圆，钢球护架的内孔中装有钢球内圈；圆柱筒体结构的手轮，其内孔柱面上加工成圆弧形螺旋槽，该圆弧形螺旋槽的螺旋节距与钢球护架上由钢球组成的螺旋凸节为相互匹配结构，其法平面的牙形也是钢球的半圆；滚珠螺母副的下端与平键相连接，并通过滚针轴承和限位挡圈与阀体相连接。

所述的超高真空蝶阀的复合轨迹螺旋通孔的各段分别由关门自锁状态、关门自锁阶段、偏转运动阶段、旋转运动阶段、开门自锁状态和开门自锁阶段位置组成，各位置由蝶门与阀体密封面之间产生不同夹角的轨迹线形成复合轨迹螺旋通孔的法向截面中心线正交与阀杆的轴心线；销轴从相位角0°状态旋转为90°状态，带动蝶门绕阀杆的轴心线旋转了90°。

本实用新型的有益效果是：该装置采用滚珠螺母副结构，其滚动原理与滚动轴承相近，其传动原理与螺旋副相同，其优点是磨搽阻力小，克服了普通螺纹副磨搽力大的缺点；采用小端静密封和大端静密封与波纹管动密封组成的一种新型的组合密封结构形式，起到了动静密封相结合的良好的密封效果；采用复合轨迹螺旋通孔的阀杆结构，改变了蝶门运动方式，使蝶门密封圈先离开阀体再让蝶门发生旋转运动，也就是叫做密封无磨搽运动；分解蝶门的运动过程，由原来的单一的旋转运动分解成“偏转运动和旋转运动”的两个运动阶段；本实用新型结构合理，既能达到超高真空性能，又具有体积精小，成本低和使用寿命长的优点。

附图说明

下面结合附图和实施例对本实用新型进一步说明。

附图1为本实用新型整体结构立体示意图；

附图2为本实用新型移去手轮后的立体示意图；

附图3为本实用新型整体结构剖视图；

附图4为本实用新型整体结构的各部件分解结构示意图；

附图5为本实用新型复合轨迹螺旋通孔的阀杆结构仰视图；

附图6为本实用新型复合轨迹螺旋通孔的阀杆结构主视图；

附图7为本实用新型蝶门在偏转运动阶段的原理示意图；

附图中标号说明：

1-推力轴承A；        30-复合轨迹螺旋通孔；

2-手轮；             31-关门自锁状态；

3-推力轴承B；        32-关门自锁阶段；

4-钢球内圈；         33-偏转运动阶段；

5-波纹管小端密封圈； 34-旋转运动阶段；

6-波纹管组件；       35-开门自锁状态；

7-波纹管大端密封圈； 36-开门自锁阶段；

8-阀杆；             40-蝶门柱面支撑沿轨迹线运动；

9-钢球护架；         41-关门方向；

10-钢球；            42-轨迹线；

11-滚针轴承；        43-阀体密封面；

12-限位挡圈；        44-蝶门密封圈高点偏移量S1；

13-向心轴承A；       45-蝶门密封圈低点偏移量S2；

14-蝶门；            46-蝶门固定球支撑；

15-销轴；            47-开门方向；

16-球头转轴；        48-蝶门柱面支撑；

17-向心轴承B；

18-蝶门密封圈

19-阀体；

20-平键；

具体实施方式

请参阅附图1、2、3、4、5、6、7所示，本实用新型有手轮、阀体和启闭件等部件，与阀体活动配合的阀杆与启闭件之间为传动连接，其还包括：滚珠螺母副、阀体19、蝶门14、阀杆8、波纹管组件6、密封圈和销轴15，各部件依托在阀体19的不同部位，相互连接和联系，组合为一完整的蝶阀，其中：

一手轮2与阀杆8的小端通过推力轴承A1和推力轴承B3连接在一起，在作轴向直线运动的阀杆8上套设有与滚珠螺母副作固定密封连接的波纹管组件6，波纹管组件6与阀杆8作固定密封配合，阀杆8上设有复合轨迹螺旋通孔30；

一阀杆8穿过波纹管组件6，并露出一段小端圆柱体，在波纹管组件6的小端内孔与阀杆8小端圆柱体之间安装有一组波纹管小端密封圈5，在波纹管组件6的大端安装有波纹管大端密封圈7，波纹管组件6的大端与波纹管大端密封圈7一起被压紧在钢球护架9的内孔底端平面上，小端静密封和大断静密封之间通过波纹管组件6紧密的连接在一起；阀杆8轴向移动时，阀杆8的小端连同波纹管组件6的小端一起对波纹管进行压缩或拉伸，所述小端静密封和大端静密封与波纹管动密封组合为动静密封相结合的结构；

一蝶门14的下端配有一个球头转轴16，通过球头转轴16与阀体19的一个圆孔配合连接，为球型支撑结构，蝶门14的另一端是两个固定的轴承座，蝶门14通过向心轴承B17和蝶门密封圈18安装在阀体19内；

一圆柱滚动体销轴15的两端限位于蝶门14上两个固定轴承座上，外侧通过向心轴承A13支撑在轴承座上，销轴15穿过阀杆8的复合轨迹螺旋通孔30，销轴15的柱面与复合轨迹螺旋通孔30的两侧螺旋面始终相切，且为线形相切，销轴15柱面上的母线为相切线，形成柱面支撑结构，并与阀杆8相连接。

所述的超高真空蝶阀的滚珠螺母副由钢球护架9和钢球10、钢球内圈4和手轮2组装旋合而成，圆柱体结构的钢球护架9，在沿其圆柱体的圆周上加工一周圆孔，圆孔内放置钢球10，这些孔分布在一个螺旋节距上，由钢球10组成的螺旋凸节，其法平面的牙形为钢球10的半圆，钢球护架9的内孔中装有钢球内圈4；圆柱筒体结构的手轮2，其内孔柱面上加工成圆弧形螺旋槽，该圆弧形螺旋槽的螺旋节距与钢球护架9上由钢球10组成的螺旋凸节为相互匹配结构，其法平面的牙形也是钢球10的半圆；滚珠螺母副的下端与平键20相连接，并通过滚针轴承11和限位挡圈12与阀体19相连接。

所述的超高真空蝶阀的复合轨迹螺旋通孔30的各段分别由关门自锁状态31、关门自锁阶段32、偏转运动阶段33、旋转运动阶段34、开门自锁状态35和开门自锁阶段36位置组成，各位置由蝶门14与阀体密封面43之间产生不同夹角的轨迹线42形成复合轨迹螺旋通孔30的法向截面中心线正交与阀杆8的轴心线；阀杆8向X正方向作直线位移运动，销轴15从相位角0°状态旋转为90°状态，带动蝶门14绕阀杆8的轴心线旋转了90°，为蝶门14的关门方向的旋转运动；阀杆8向X负方向作直线位移运动，为蝶门14开门方向的旋转运动。

本实用新型的结构传动及其工作原理：

1.“滚珠螺母副”结构

钢球护架9是一个圆柱筒体结构，沿其圆柱体的圆周上加工一周圆孔，用于放置钢球10，这些孔是分布在一个螺旋节距上，钢球10装入这些孔中后便形成一个由钢球10组成的螺旋凸节，其法平面的牙形是钢球10的半圆。钢球护架9的内孔中装有钢球内圈4。

手轮2也是一个圆柱筒体结构，其内孔柱面上加工成圆弧形螺旋槽，其圆弧形螺旋槽的螺旋节距与钢球护架9上的由钢球10组成的螺旋凸节一致，其法平面的牙形是钢球10的半圆，精度要求按轴承精度等级制作。

这样由钢球护架9和钢球10，钢球内圈4，手轮2组装旋合后，便形成了一个“滚珠螺母副”结构，其滚动原理与滚动轴承相近，其传动原理与螺旋副相同。其优点是磨搽阻力小，克服了普通螺纹副磨搽力大的缺点。

旋转手轮2，则手轮2相对钢球护架9发生旋转运动和轴向直线运动，完全达到螺旋副的功能。

2.“波纹管(动密封)+密封圈(静密封)”的动静密封相组合的密封结构

“波纹管(动密封)+密封圈(静密封)”的动静密封相组合的密封结构的作用是起轴向动密封和静密封。

由图4中可见，阀杆8穿过了波纹管组件6的内孔，并露出一段小端圆柱体；在波纹管组件6的小端内孔与阀杆8小端圆柱体之间装有一组波纹管小端密封圈5，其目的是对阀杆8的小端进行密封---称小端静密封。在波纹管组件6的大端装有波纹管大端密封圈7，波纹管组件6的大端与波纹管大端密封圈7一起被压紧在钢球护架9的内孔底端平面上，其目的是对阀杆8的大端进行密封---称大端静密封。小端静密封和大端静密封之间通过波纹管组件6紧密地连接在一起成为了一体，当阀杆8发生轴向移动时，阀杆8的小端连同波纹管组件6的小端一起对波纹管进行压迫或拉伸动作。波纹管便受拉伸或压缩后但其密封效果仍然保持良好，起到动密封作用。这种小端静密封和大端静密封与波纹管动密封组成的一种新型的组合密封结构形式，起到了动静密封相结合的良好的密封效果。

3.“关门状态的自锁”+“偏转运动”+“旋转运动”+“开门状态的自锁”的一个复合轨迹通孔的阀杆结构，详见图5、6所示；

销轴15穿过阀杆8的复合轨迹螺旋通孔30(见图5、6)，其两端支撑在蝶门14的两个固定的轴承座上(见图4)。当阀杆8作轴向直线运动时，销轴15就沿着轨迹通孔作图5、6中的各种运动。从而带动蝶门14完成“关门状态的自锁”+“偏转运动”+“旋转运动”+“开门状态的自锁”几个阶段的动作。

4.阀体和蝶门

阀体19是本产品的基础件，所有构件都依托在它的不同部位，相互连接和联系，组成完整的功能体系。两个大平面和螺孔是本产品在使用时的安装面和螺钉孔。

蝶门14是本产品的执行件，它的下端配有一个球头转轴16，通过球头转轴16与阀体19的一个圆孔配合连接，形成球型支撑。蝶门14的另一端是两个固定轴承座，销轴15的两端就支撑在这两个固定轴承座上，并且销轴15穿过阀杆8的复合轨迹螺旋通孔，形成柱面支撑，与阀杆8也进行了一种连接。当阀杆8作直线运动时带动销轴15作复合轨迹运动，从而将运动传给蝶门14，使蝶门14完成开门和关门的复合动作。

5.阀门的工作原理

手轮2将阀杆8的小端通过两个推力轴承A1和推力轴承B3连接在一起，阀杆8受平键20的限制，只能作直线运动。每当旋转手轮2时，手轮2将旋转运动转为直线运动传给阀杆8，阀杆8作直线运动时又将直线运动转换为销轴15的复杂的复合轨迹运动。蝶门依靠球头转轴16的球型支撑和销轴15的柱面支撑，在阀体的内孔中接受销轴15的带动，完成“关门状态的自锁”+“偏转运动”+“旋转运动”+“开门状态的自锁”几个阶段的动作。最终来实现本产品的阀门功能。

6.蝶门偏转运动原理叙述

请参见附图7所示，阀体密封面43和蝶门14都可分别视为一条直线段，当关门时这两条直线重合；当蝶门柱面支撑48沿轨迹线42发生偏转运动后，蝶门14与阀体密封面43产生了一个夹角(偏转角a)，这样阀体密封面43和蝶门14以及轨迹线42便形成了一个三角形图形，该三角形的顶点视为蝶门固定球支撑46，蝶门柱面支撑沿轨迹线运动40包括关门方向41和开门方向47。由图7可见，蝶门密封圈18离开了阀体密封面43，并产生了一个高点偏移量S1和一个低点偏移量S2；如果偏转角a越大，S1和S2的值越大。只要S2值大于蝶门密封圈在密封时的压变量δ就可视为蝶门密封圈离开了阀体密封面。如果蝶门密封圈18离开了阀体密封面43，产生蝶门密封圈高点偏移量S144和蝶门密封圈低点偏移量S245，偏转角α越大，蝶门密封圈高点偏移量S144和蝶门密封圈低点偏移量S245的值越大，完成蝶门开启和关闭阶段发生的运动。

Claims (3)

1.一种超高真空蝶阀，该装置有手轮、阀体和启闭件，与阀体活动配合的阀杆与启闭件之间为传动连接，其特征在于还包括：滚珠螺母副、阀体(19)、蝶门(14)、阀杆(8)、波纹管组件(6)、密封圈和销轴(15)，各部件依托在阀体(19)的不同部位，相互连接和联系，组合为一完整的蝶阀，其中：

一手轮(2)与阀杆(8)的小端通过推力轴承A(1)和推力轴承B(3)连接在一起，在作轴向直线运动的阀杆(8)上套设有与滚珠螺母副作固定密封连接的波纹管组件(6)，波纹管组件(6)与阀杆(8)作固定密封配合，阀杆(8)上设有复合轨迹螺旋通孔(30)；

一阀杆(8)穿过波纹管组件(6)，并露出一段小端圆柱体，在波纹管组件(6)的小端内孔与阀杆(8)小端圆柱体之间安装有一组波纹管小端密封圈(5)，在波纹管组件(6)的大端安装有波纹管大端密封圈(7)，波纹管组件(6)的大端与波纹管大端密封圈(7)一起被压紧在钢球护架(9)的内孔底端平面上，小端静密封和大断静密封之间通过波纹管组件(6)紧密的连接在一起；阀杆(8)轴向移动时，阀杆(8)的小端连同波纹管组件(6)的小端一起对波纹管进行压缩或拉伸，所述小端静密封和大端静密封与波纹管动密封组合为动静密封相结合的结构；

一蝶门(14)的下端配有一个球头转轴(16)，通过球头转轴(16)与阀体(19)的一个圆孔配合连接，为球型支撑结构，蝶门(14)的另一端是两个固定的轴承座，蝶门(14)通过向心轴承B(17)和蝶门密封圈(18)安装在阀体(19)内；

一圆柱滚动体销轴(15)的两端限位于蝶门(14)上两个固定轴承座上，外侧通过向心轴承A(13)支撑在轴承座上，销轴(15)穿过阀杆(8)的复合轨迹螺旋通孔(30)，销轴(15)的柱面与复合轨迹螺旋通孔(30)的两侧螺旋面始终相切，且为线形相切，销轴(15)柱面上的母线为相切线，形成柱面支撑结构，并与阀杆(8)相连接。

2.根据权利要求1所述的超高真空蝶阀，其特征在于：所述的滚珠螺母副由钢球护架(9)和钢球(10)、钢球内圈(4)和手轮(2)组装旋合而成，圆柱体结构的钢球护架(9)，在沿其圆柱体的圆周上加工一周圆孔，圆孔内放置钢球(10)，这些孔分布在一个螺旋节距上，由钢球(10)组成的螺旋凸节，其法平面的牙形为钢球(10)的半圆，钢球护架(9)的内孔中装有钢球内圈(4)；圆柱筒体结构的手轮(2)，其内孔柱面上加工成圆弧形螺旋槽，该圆弧形螺旋槽的螺旋节距与钢球护架(9)上由钢球(10)组成的螺旋凸节为相互匹配结构，其法平面的牙形也是钢球(10)的半圆；滚珠螺母副的下端与平键(20)相连接，并通过滚针轴承(11)和限位挡圈(12)与阀体(19)相连接。

3.根据权利要求1所述的超高真空蝶阀，其特征在于：所述的复合轨迹螺旋通孔(30)的各段分别由关门自锁状态(31)、关门自锁阶段(32)、偏转运动阶段(33)、旋转运动阶段(34)、开门自锁状态(35)和开门自锁阶段(36)位置组成，各位置由蝶门(14)与阀体密封面(43)之间产生不同夹角的轨迹线(42)形成复合轨迹螺旋通孔(30)的法向截面中心线正交与阀杆(8)的轴心线；销轴(15)从相位角0°状态旋转为90°状态，带动蝶门(14)绕阀杆(8)的轴心线旋转了90°。

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