CN204878907U - 一种球头微调密封式的钛基纳米陶瓷安全阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种球头微调密封式的钛基纳米陶瓷安全阀，涉及一种安全阀，其目的在于提供一种泄压安全性较高且适用于大流量管路的球头微调密封式的钛基纳米陶瓷安全阀。其包括阀体，阀体上开设有进水流道，阀体的内腔内设有堵头组件、阀芯、螺塞，阀体末端连接有堵头，阀芯包括外阀芯、中阀芯、内阀芯，外阀芯、中阀芯上对应开设有外芯排孔、中芯排孔，外芯排孔的截面积大于中芯排孔的截面积，中阀芯与堵头组件之间、内阀芯与堵头组件之间一一对应设有第二弹簧、第四弹簧，外阀芯另一端与螺塞连接，中阀芯另一端与螺塞之间、内阀芯另一端与螺塞之间一一对应设有第三弹簧、第五弹簧。本实用新型适用于安全阀。

Description

一种球头微调密封式的钛基纳米陶瓷安全阀

技术领域

本实用新型属于工程机械液压系统设备领域，涉及一种安全阀，具体涉及一种球头微调密封式的钛基纳米陶瓷安全阀。

背景技术

安全阀是启闭件受外力作用下处于常闭状态，当设备或管道内的介质压力升高超过规定值时，通过向系统外排放介质来防止管道或设备内介质压力超过规定数值。安全阀属于自动阀类，主要用于锅炉、压力容器和管道上，控制压力不超过规定值，对人身安全和设备运行起重要保护作用。安全阀在系统中起安全保护作用，当系统压力超过规定值时，安全阀打开，将系统中的一部分气体/流体排入大气/管道外，使系统压力不超过允许值，从而保证系统不因压力过高而发生事故。

现有的安全阀主要包括阀体、阀芯、接头、弹簧、顶杆以及堵头等部件，阀体上开设有进水流道和出水流道，阀芯套装在阀体内，且阀芯一端伸入阀体的进水流道内并对进水流道进行封堵，阀芯另一端通过弹簧与顶杆连接，阀体的另一端通过堵头封堵。当阀体进水流道内的液体容量增大时，流道内的压强增大，当压强增大到一定程度时，压缩弹簧，阀芯移动，阀芯与阀体脱离，进水流道与出水流道相互连通，多余的液体通过出水流道排出；多余的液体排出后，弹簧恢复形变，阀芯又反向移动，阀芯与阀体接触并封堵进水流道。

申请号为201120523212.x的实用新型专利就公开了一种自缓冲多级安全阀，所述安全阀的阀体的内腔设置有第一限位台阶和第二限位台阶；所述阀芯安装在所述阀体内，所述堵头安装在所述阀体的后端；所述调压弹簧和所述缓冲器套接在所述阀芯上，所述调压弹簧一端抵触在所述阀芯的限位凸起上，另一端抵触在所述缓冲器上，所述阀芯的限位凸起与所述第一限位台阶配合，所述缓冲器与所述第二限位台阶配合；所述阀体的前端设置有进液口，所述进液口与所述第一限位台阶之间设置有回液口。该实用新型提供的自缓冲多级安全阀，虽便于拆卸和维修，且在提高全液压挖掘机行走减速机可靠性的同时降低生产制造难度，但是阀芯对阀体流道进行封堵时阀芯与阀体内表面为线接触，接触面积小，液体极易泄露，泄压安全性较低，且不能适用于高压大流量的管路中。

发明内容

为解决上述技术问题，本实用新型的目的在于提供一种泄压安全性较高且适用于大流量管路的球头微调密封式的钛基纳米陶瓷安全阀。

为实现上述目的，本实用新型的技术方案为：

一种球头微调密封式的钛基纳米陶瓷安全阀，包括阀体，所述阀体沿阀体的轴向开设有与阀体的内腔连通的进水流道，阀体的内腔内由内往外依次设有阀芯、螺塞，阀体末端连接有堵头，其组成要点在于：阀体的内腔内还设有可沿阀体轴向移动的堵头组件，所述堵头组件位于进水流道与阀芯之间，所述堵头组件上开设有球头放置凹槽，所述球头放置凹槽内放置有橡胶球头，所述橡胶球头与球头放置凹槽底部之间设置有微调弹簧；所述阀芯包括中空状的外阀芯、嵌套于外阀芯内可沿外阀芯轴向移动的中空状的中阀芯、嵌套于中阀芯内可沿中阀芯轴向移动的内阀芯，外阀芯、中阀芯上靠近螺塞的一端一一对应开设有通孔状的外芯排孔、通孔状的中芯排孔，所述中芯排孔内部设有阻尼孔，外芯排孔的截面积大于中芯排孔的截面积，所述阀体内表面和外阀芯的外表面上均设有3至5um的钛基纳米陶瓷镀膜；嵌套状态下，中芯排孔下表面与内阀芯的外表面接触且封闭住中芯排孔，外芯排孔与中芯排孔相连通；中阀芯与堵头组件之间、内阀芯与堵头组件之间一一对应设有第二弹簧、第四弹簧，外阀芯另一端与螺塞连接，中阀芯另一端与螺塞之间、内阀芯另一端与螺塞之间一一对应设有第三弹簧、第五弹簧，第二弹簧的劲度系数小于第四弹簧的劲度系数，第三弹簧的劲度系数大于或等于第五弹簧的劲度系数。

阀体的进水流道内压力达到一定值时，推动堵头组件运动，从而在堵头组件与进水流道的出水口处形成过水道，外部水经由进水流道、过水道进入阀体的内腔内，但无法由外芯排孔、中芯排孔排出。

由于水无法通过外芯排孔、中芯排孔排出，因而进水流道内的水压逐渐增大，水压作用在堵头组件上的作用力也逐渐增大，当作用力增大到一定值后，将推动堵头组件运动，由于第二弹簧的劲度系数小于第四弹簧的劲度系数，第三弹簧的劲度系数大于或等于第五弹簧的劲度系数，因而在作用力相同的情况下，内阀芯最先被推动，使中芯排孔下表面与内阀芯的外表面相互脱离开，水经由外芯排孔、中芯排孔排出。

当阀体的进水流道内进水流量较少时，橡胶球头在微调弹簧的作用下使橡胶球头的端面与阀体的进水流道末端的端面接触，且该橡胶球头可根据端面的平整度及倾角自适应地调整橡胶球头的位置，使橡胶球头与进水流道末端的端面密封接触。

由于外芯排孔的孔径大于中芯排孔的孔径，因而在经由中芯排孔外排的流量一定，当阀体的进水流道的进水流量大于中芯排孔外排的排水流量时，阀体内腔内的压力将逐渐增大，并推动堵头组件继续运动，在压力增大到一定值时，第三弹簧的弹力小于水压、第二弹簧对中阀芯的作用力时，中阀芯被迫向靠近螺塞的一侧运动，使中阀芯、外阀芯在中芯排孔、外芯排孔处分离形成第二过水道，从而增大阀芯的排水横截面积，提高阀芯的排水流量。

本发明的目的还可以通过以下途径来实现：

中芯排孔内部设有阻尼孔。

外阀芯的外轮廓由下到上分为：下阀面、中阀面、上阀面，在通过外阀芯中心轴线的纵截面上，下阀面的形状为从下到上向内逐渐缩小的弧状抛物线，中阀面的形状为直线，上阀面的形状为从下到上向外逐渐增大的弧状抛物线。

阀体与堵头相互接触的接触面上还设有密封圈。

与现有技术相比，本实用新型的有益效果为：

1、本实用新型中，具备多级缓冲泄压结构且泄压安全性较高，进水流道的泄压过程稳定、快速且适用于大流量管路。阀芯由外阀芯、中阀芯和内阀芯组成，当进水流道内的压力较小时，水推动堵头组件运动，水进入阀体内腔内，但无法通过外芯排孔、中芯排孔排出；当进水流道的水压增大到一定值时，水继续推动堵头组件运动，且内阀芯被拖动，使中芯排孔下表面与内阀芯的外表面相互脱离开，水经由外芯排孔、中芯排孔排出；当进水流道的水压继续增大到较大值时，水通过中芯排孔以及中阀芯与外阀芯之间的过水流道外排，整个安全阀泄压过程稳定性好、可控性强。此外，安全阀关闭时将堵头组件的端面与进水流道出口处的端面之间的线接触改为面接触，提高了安全阀关闭时阀体与堵头组件之间的接触面积，提高两者之间的密封性能，不易泄露；安全阀开启时，在相同的液体压力下，弹簧压缩量相同，单位时间内流经进、出水流道的流量更大，从而缩短了液体的排放时间；且橡胶球头可更具进水流道末端端面的平整度及倾角自适应地调整位置，使两者的接触密封性较好，防止水的泄露；此外，中芯排孔内部设有阻尼孔，进水流道内水压较小时，水通过阻尼孔排出，且由于阻尼孔的横截面更小，使得进水流道内的水外排的流量更小，进水流道内的水压增加得更快，因而可使中阀芯与外阀芯在排孔处快速分离，提高加快泄压；此外，阀体内表面和外阀芯的外表面上均设有3～5μm钛基纳米陶瓷镀膜，可有效提高阀体和外阀芯的硬度高，耐磨，从而可大幅度提高其使用寿命2-8倍，延长其使用寿命。

2、本实用新型中，结合计算流体动力学理论设计流道，使得阀芯启闭过程中液流的压力分布相对均衡，由此有效控制液动力，避免阀芯的窜动及冲击。

3、本实用新型中，在阀体的端面与堵头的端面相互接触的接触面上还设有密封圈，可进一步提高安全阀的密封性能，防止液体泄漏。

附图说明

图1为本实用新型的结构示意图；

图2为图1在处的局部放大图；

图3为图1在进水流道内水压较小时的状态图；

图4为图1在进水流道内水压一般时的状态图；

图5为图1在进水流道内水压较大时的状态图；

图6为本实用新型中橡胶球头与阀体连接处的局部放大图；

其中，附图标记为：1—阀体、2—橡胶球头、3—堵头组件、4—第二弹簧、6—第二出水流道、7—外阀芯、8—中阀芯、9—球头放置凹槽、10—第三弹簧、11—第三出水流道、12—螺塞、13—密封圈、14—堵头、15—进水流道、16—第一出水流道、17—外芯排孔、18—阻尼孔、19—中芯排孔、20—第四出水流道、21—第四弹簧、22—内阀芯、23—第五弹簧、24—微调弹簧、25—球形出水口、71—下阀面、72—中阀面、73—上阀面。

具体实施方式

下面结合附图，对实用新型做进一步说明：

实施例一

一种球头微调密封式的钛基纳米陶瓷安全阀，包括阀体1，阀体1内设置有堵头组件3、阀芯和螺塞12，堵头组件3、阀芯和螺塞12在阀体1的内腔内依次由内往外设置，阀体1一端开设有进水流道15，该进水流道15与阀体1内腔连通，阀体1另一端螺纹连接有堵头14，通过堵头14将堵头组件3、阀芯和螺塞12封闭在阀体1的内腔内。

堵头组件3位于阀体1的内腔内且可沿阀体1内腔的轴向来回移动，堵头组件3上靠近进水流道15一侧的端面上开设有球头放置凹槽9，该球头放置凹槽9内设置有橡胶球头2，橡胶球头2可在球头放置凹槽9内自由转动；橡胶球头2与球头放置凹槽9底部之间还设置有微调弹簧24，橡胶球头2在微调弹簧24的作用下可根据进水流道15末端端面的平整度及倾角自适应地改变位置，使橡胶球头2的端面与进水流道15末端端面充分接触，提高接触部位的密封性能。当进水流道15内的水压超过某一值的时候，水压作用在堵头组件3上的作用力将推动堵头组件3沿阀体1内腔的轴向向外运动，因而在堵头组件3的端面与进水流道15出水口处的端面之间形成供水流通的过水流道。堵头组件3上沿其周向开设若干第一出水流道16，且若干第一出水流道16的轴线相互平行且均与堵头组件3的轴线平行。

阀芯包括中空状的外阀芯7、中空状的中阀芯8和内阀芯22，中阀芯8嵌套于外阀芯7内且可沿外阀芯7轴向移动，内阀芯22嵌套于中阀芯8内且可沿中阀芯8轴向移动，外阀芯7上靠近堵头组件3的一侧开设有第二出水流道6，且该第二出水流道6与外阀芯7的外轮廓、阀体1的内壁之间形成的过水流道连通。外阀芯7、中阀芯8靠近螺塞12的端部为均为喇叭状结构，且外阀芯7的喇叭状结构部位上开设有外芯排孔17，中阀芯8的喇叭状结构部位上开设有中芯排孔19，外芯排孔17与中芯排孔19同轴线且外芯排孔17的截面积大于中芯排孔19的截面积。嵌套状态下，外阀芯7的喇叭状结构部位包覆住中阀芯8的喇叭状结构部位（如图1、3所示），中芯排孔19下表面与内阀芯22的外表面接触且封闭住中芯排孔19，外芯排孔17与中芯排孔19相连通；当水压增大到一定程度时，中芯排孔19下表面与内阀芯22的外表面脱离且在中芯排孔19下表面与内阀芯22的外表面之间形成过水流道（如图4所示）；当水压增大到增大到一个较大的压力值时，外阀芯7的喇叭状结构部位与中阀芯8的喇叭状结构部位相互脱离（如图5所示）。

中阀芯8与堵头组件3之间、内阀芯22与堵头组件3之间一一对应设有第二弹簧4、第四弹簧21，外阀芯7另一端与螺塞12连接，中阀芯8另一端与螺塞12之间、内阀芯22另一端与螺塞12之间一一对应设有第三弹簧10、第五弹簧23，第二弹簧4的劲度系数小于第四弹簧21的劲度系数，第三弹簧10的劲度系数大于或等于第五弹簧23的劲度系数，因此当进水流道的水压增大到一定值时，在第五弹簧23、第四弹簧21的作用下内阀芯22最先被推动；水压继续增大并最终推动中阀芯8。

螺塞12通过螺纹连接的方式安装于阀体1的内腔内，堵头14也通过螺纹连接的方式安装于阀体1的端部。螺塞12上开设有第三出水流道11，堵头14上开设有第四出水流道20，当堵头组件3的端面与进水流道15出水口处的端面脱离时，进水流道15、第一出水流道16、第二出水流道6、第三出水流道11和第四出水流道20连通形成进、排水的过水流道。

阀体内表面和外阀芯的外表面上均设有3～5μm钛基纳米陶瓷镀膜，在制备钛基纳米陶瓷镀膜时，表面镀膜的靶材为纯Ti或TiAlZr或TiCrNi,采用PVD技术,在阀体内表面和外阀芯的外表面上沉积钛基纳米陶瓷,从而形成3～5μm的镀膜。

本实用新型的工作原理为：阀体1的进水流道15内压力较大时，推动堵头组件3运动，从而在堵头组件3与进水流道15的出水口处形成过水道，外部水经由进水流道15、过水道进入阀体1的内腔内，但不能由外芯排孔17、中芯排孔19排出；由于阀体1内腔内的水无法排出，水压继续增大，当水压增大到一定值后，在第五弹簧23、第四弹簧21的作用下内阀芯22最先被推动，中芯排孔19下表面与内阀芯22的外表面脱离且在中芯排孔19下表面与内阀芯22的外表面之间形成过水流道，水通过中芯排孔19排出；由于外芯排孔17的孔径大于中芯排孔19的孔径，因而在经由中芯排孔19外排的流量一定，当阀体1的进水流道15的进水流量大于中芯排孔19外排的排水流量时，阀体1内腔内的压力将逐渐增大，并推动堵头组件3继续运动，在压力增大到一定值时，第三弹簧10的弹力小于水压、第二弹簧4对中阀芯8的作用力时，中阀芯8被迫向靠近螺塞12的一侧运动，使中阀芯8、外阀芯7在中芯排孔19、外芯排孔17处分离形成第二过水道，从而增大阀芯的排水横截面积，提高阀芯的排水流量。

实施例二

在实施例一的基础上，中芯排孔19内部设有阻尼孔18，阻尼孔18的的排水孔径小于中芯排孔19的孔径，因而在进水流道15内水压较小时，水通过阻尼孔18排出，且由于阻尼孔18的横截面更小，使得进水流道15内的水外排的流量更小，进水流道15内的水压增加得更快，因而可使中阀芯8与外阀芯7在排孔处快速分离，提高加快泄压。

实施例三

在实施例一或实施例二的基础上，外阀芯7的外轮廓由下到上分为：下阀面71、中阀面72、上阀面73，在通过外阀芯7中心轴线的纵截面上，下阀面71的形状为从下到上向内逐渐缩小的弧状抛物线，中阀面72的形状为直线且中阀面72的长度为100至400mm，上阀面73的形状为从下到上向外逐渐增大的弧状抛物线。为使水在流道中流动更加顺畅、减小颤动、易于外排，下阀面71向外部倾斜的程度小于上阀面73向外部倾斜的程度。

实施例四

在上述实施例的基础上，阀体1与堵头14相互接触的接触面上还设有密封圈13。在阀体1的端面与堵头14的端面相互接触的接触面上还设有密封圈13，可进一步提高安全阀的密封性能，防止液体泄漏。

Claims (3)

1.一种球头微调密封式的钛基纳米陶瓷安全阀，包括阀体（1），所述阀体（1）沿阀体（1）的轴向开设有与阀体（1）的内腔连通的进水流道（15），阀体（1）的内腔内由内往外依次设有阀芯、螺塞（12），阀体（1）末端连接有堵头（14），其特征在于：阀体（1）的内腔内还设有可沿阀体（1）轴向移动的堵头组件（3），所述堵头组件（3）位于进水流道（15）与阀芯之间，所述堵头组件（3）上开设有球头放置凹槽（9），所述球头放置凹槽（9）内放置有橡胶球头（2），所述橡胶球头（2）与球头放置凹槽（9）底部之间设置有微调弹簧（24）；所述阀芯包括中空状的外阀芯（7）、嵌套于外阀芯（7）内可沿外阀芯（7）轴向移动的中空状的中阀芯（8）、嵌套于中阀芯（8）内可沿中阀芯（8）轴向移动的内阀芯（22），外阀芯（7）、中阀芯（8）上靠近螺塞（12）的一端一一对应开设有通孔状的外芯排孔（17）、通孔状的中芯排孔（19），所述中芯排孔（19）内部设有阻尼孔（18），外芯排孔（17）的截面积大于中芯排孔（19）的截面积，所述阀体（1）内表面和外阀芯（7）的外表面上均设有3至5um的钛基纳米陶瓷镀膜；嵌套状态下，中芯排孔（19）下表面与内阀芯（22）的外表面接触且封闭住中芯排孔（19），外芯排孔（17）与中芯排孔（19）相连通；中阀芯（8）与堵头组件（3）之间、内阀芯（22）与堵头组件（3）之间一一对应设有第二弹簧（4）、第四弹簧（21），外阀芯（7）另一端与螺塞（12）连接，中阀芯（8）另一端与螺塞（12）之间、内阀芯（22）另一端与螺塞（12）之间一一对应设有第三弹簧（10）、第五弹簧（23），第二弹簧（4）的劲度系数小于第四弹簧（21）的劲度系数，第三弹簧（10）的劲度系数大于或等于第五弹簧（23）的劲度系数。

2.如权利要求1所述的一种球头微调密封式的钛基纳米陶瓷安全阀，其特征在于：外阀芯（7）的外轮廓由下到上分为：下阀面（71）、中阀面（72）、上阀面（73），在通过外阀芯（7）中心轴线的纵截面上，下阀面（71）的形状为从下到上向内逐渐缩小的弧状抛物线，中阀面（72）的形状为直线，上阀面（73）的形状为从下到上向外逐渐增大的弧状抛物线。

3.如权利要求1所述的一种球头微调密封式的钛基纳米陶瓷安全阀，其特征在于：阀体（1）与堵头（20）相互接触的接触面上还设有密封圈（13）。