CN208951303U - 一种柴油机示功阀 - Google Patents

Abstract

一种柴油机示功阀，包含：阀体，其呈T字形结构，内部具有T字形通孔，T字形通孔的三个出口分别为介质进口，阀杆入口和介质出口，介质进口通过内螺纹连接接头，阀杆入口通过内螺纹连接阀盖，介质出口通过外螺纹连接阀套；接头，其通过外螺纹连接阀体的介质进口；阀盖，其套设在阀杆上，并通过外螺纹连接阀体的阀杆入口；阀杆，其通过阀体上的阀杆入口伸入阀体，阀杆的头部靠近接头，阀杆的尾部伸出阀盖；外置自锁结构，其套设在阀杆的尾部，用于锁紧阀盖和阀杆；阀套，其通过内螺纹连接阀体的介质出口。本实用新型具有耐气蚀性和耐冲击性，以及较高的产品性能和使用寿命。

Description

一种柴油机示功阀

技术领域

本实用新型涉及一种柴油机示功阀。

背景技术

随着柴油机主机性能不断升级，对于柴油机上各部位的零部件都有更高要求。新的柴油机主机对于示功阀的温度与压力要求，均有一定程度的提升。传统示功阀的使用寿命较短，已经无法满足现有的高温、高压的工作要求，具体表现在：传统的柴油机示功阀的密封是通过碟簧压紧阀杆和阀体来实现的，碟簧处于阀体内部，而示功阀工作温度可达600℃，工作压力可达300bar，工作介质是废气，示功阀在柴油机上工作一段时间后，在高温高压燃的气蚀、冲击影响下，阀座和阀头遭到破坏，导致阀门泄漏，高温高压气体会腐蚀碟簧，导致示功阀密封失效，需要频繁返修和更换，而且密封面容易堆积垃圾，导致密封面压不紧，产生泄漏。

具体来说，如图1所示，传统示功阀的密封结构设计重点在于尽可能提高密封比压，因此通常设计成锥形密封副：阀头3连接阀杆5，阀杆5的末端连接手轮9，通过操纵手轮9的旋转来带动阀杆5上下运动，往上（即提起阀杆5带动阀头3提起）打开阀门，往下（即压下阀杆5带动阀头3的密封面贴合阀体1的密封面）关闭阀门。此结构有其优点，锥形密封副契合更好，可以产生更高的密封比压。采用该设计的示功阀适用于常规的柴油机工作（爆破压释放）。但是随着柴油机性能提升，柴油机爆破压释放时，产生的压力和温度更高（比原先高33%以上）。如图2所示，高温高压气体进入示功阀体内，阀门密封面为打开状态。在关闭阀门（阀头密封面往下贴合阀体密封面）的过程中，通过密封面位置的高温高压气体逐渐集中冲击密封面，如图3所示，当阀门处于关闭的临界状态时，气体的冲击对于密封面的伤害达到最大，如此以往，数次开关密封面可能就遭到破坏而失效。传统示功阀在关闭阀门时，须给密封面施加超过爆破压力的关闭扭矩才能保证阀门密封。柴油机的爆破压力超过200bar，这也就意味着施加给密封面的力要超过200bar才能在柴油机测爆破压力过程中关闭阀门，对密封面的磨损大。传统示功阀密封材料选择为：阀体密封面4Cr10Si2Mo，阀头密封面Stellite 6PM。由于柴油机爆破压力和温度提升，传统示功阀密封材料已经无法满足新的要求。

如图4所示，柴油机工作时振动大，频率高，普通阀门在这样的工况下阀头极易发生松动导致密封泄漏。传统示功阀通过加入自锁设计：在阀杆5内压入数组碟簧4，来防止阀头3松动。其原理是阀门关闭后，碟簧4被压缩产生弹力，通过阀杆5传递到阀头3，给予密封副一个预紧力，防止因阀门振动导致阀头松动。由于柴油机性能提升，柴油机爆破压释放时，产生的压力和温度提高，应用在传统示功阀上的碟簧在新的高温下加快老化，在使用一段时间后，碟簧便失去了弹性，一旦自锁功能失效，阀门极易产生泄漏。

前文提到“在关闭阀门的过程中，通过密封面位置的高温高压气体逐渐集中冲击密封面，当阀门处于关闭的临界状态时，气体的冲击对于密封面的伤害达到最大”，同理，在阀门全开状态下，需要保证高温高压气体通过足够宽敞的流道，以防流道过小气体集中冲击密封面。而足够宽敞的流道通过对阀门升程进行设定来保证，如图5所示，传统示功阀被设计成升程为2.5mm。由于传统示功阀阀杆螺纹为M14×1.5，因此从阀门全开到关闭需要旋转手轮2圈实现（升程=螺距×圈数）。人的手很难一次就旋转2圈手轮，通常一次可以旋转4/5圈~1圈，即需要旋转2次或2次以上才能实现关闭阀门。那么每次旋转的间隔阀门将处于半开状态或微开状态，微开状态的阀门密封面极易受气蚀影响。传统示功阀通过手轮开关，由于手轮力臂较手柄要小，阀门开关扭矩偏大，操作人员开关费劲。由于手轮常驻于传统示功阀上，操作人员不注意的情况下存在误操作手轮导致阀门出现微开状态，对密封面造成腐蚀伤害，窜出的气体也会伤害到操作人员。

传统示功阀被设计成由阀杆进行传动，阀杆与阀盖的螺纹经旋启带动阀头上下动作。如图6所示，在阀门全关至全开的过程中，高温气体进入阀腔，大部分经过出口排出，少部分经过螺纹从泄气孔排出，阀杆一直处于高温气体的热腐蚀中，螺纹经热膨胀后易变形，存在螺纹卡死的风险。传统示功阀的排气孔处喷出的高温气体还会持续损伤手轮。

实用新型内容

本实用新型提供一种柴油机示功阀，具有耐气蚀性和耐冲击性，以及较高的产品性能和使用寿命。

为了达到上述目的，本实用新型提供一种柴油机示功阀，包含：

阀体，其呈T字形结构，内部具有T字形通孔，T字形通孔的三个出口分别为介质进口，阀杆入口和介质出口，介质进口通过内螺纹连接接头，阀杆入口通过内螺纹连接阀盖，介质出口通过外螺纹连接阀套；

接头，其通过外螺纹连接阀体的介质进口；

阀盖，其套设在阀杆上，并通过外螺纹连接阀体的阀杆入口；

阀杆，其通过阀体上的阀杆入口伸入阀体，阀杆的头部靠近接头，阀杆的尾部伸出阀盖；

外置自锁结构，其套设在阀杆的尾部，用于锁紧阀盖和阀杆；

阀套，其通过内螺纹连接阀体的介质出口。

所述的柴油机示功阀还包含：

手柄，手柄上通孔的形状与阀盖的形状匹配，用于将手柄通孔套入阀盖，转动手柄带动阀盖旋转。

所述的柴油机示功阀还包含：阀座，其套设在阀杆的阀头上，阀座与阀杆之间接触形成反密封结构。

所述的柴油机示功阀还包含：压环，其套设在阀杆上，位于阀杆的阀头与阀盖之间，用于调节示功阀的开启行程。

所述的柴油机示功阀还包含：垫片，其设置在阀体和接头的螺纹连接处，用于密封。

所述的柴油机示功阀还包含：链条，其连接阀体和阀套。

所述的阀杆的阀头采用反向锥形密封结构，该反向锥形密封结构具有弧形密封面，该密封面的角度为60°±0.5。

所述的阀座采用镍基合金材料，所述的阀杆的阀头采用镍基合金材料。

所述的阀盖上的外螺纹的螺距保证阀盖旋转一周即可完全关闭示功阀的介质出口。

所述的外置自锁结构包含：

平垫圈，其套设在阀杆上，位于阀盖上；

弹簧垫圈，其套设在阀杆上，位于平垫圈上；

锁紧螺母，其通过内螺纹连接阀杆，位于弹簧垫圈上。

本实用新型通过设置反密封结构和外置自锁结构，并提升材料性能使其更符合高温高压的工作要求，大幅提高了产品的性能和寿命（使用寿命提高至原来的4-5倍），使其具有耐气蚀性和耐冲击性，降低了阀门的返修率和更换率，缓解了后服务的压力，与此同时提高了柴油机的经济性、动力性和可靠性，很好地满足了客户对于阀门日渐严苛的要求，使其适用于在高温高压的工况下，长期稳定的进行测录示功图和测量汽缸爆炸压力。

附图说明

图1是背景技术中传统示功阀的结构示意图。

图2是背景技术中传统示功阀流向示意图。

图3是背景技术中传统示功阀气体冲击示意图。

图4是背景技术中传统示功阀碟簧安装示意图。

图5是背景技术中传统示功阀行程尺寸示意图。

图6是背景技术中传统示功阀泄气孔排气示意图。

图7是背景技术中传统示功阀泄气孔气体灼烧手轮示意图。

图8是本实用新型提供的一种柴油机示功阀的结构示意图。

图9是本实用新型的提供的一种柴油机示功阀的气体冲击示意图。

图10是本实用新型的提供的一种柴油机示功阀的行程尺寸示意图。

具体实施方式

以下根据图8～图10，具体说明本实用新型的较佳实施例。

如图8所示，本实用新型提供一种柴油机示功阀，包含：

阀体1，其呈T字形结构，内部具有T字形通孔，T字形通孔的三个出口分别为介质进口，阀杆入口和介质出口，介质进口通过内螺纹连接接头2，阀杆入口通过内螺纹连接阀盖6，介质出口通过外螺纹连接阀套15；

接头2，其通过外螺纹连接阀体1的介质进口；

阀盖6，其套设在阀杆3上，并通过外螺纹连接阀体1的阀杆入口；

阀杆3，其通过阀体1上的阀杆入口伸入阀体1，阀杆3的头部靠近接头2，阀杆3的尾部伸出阀盖6；

外置自锁结构，其套设在阀杆3的尾部，用于锁紧阀盖6和阀杆3；

阀套15，其通过内螺纹连接阀体1的介质出口。

进一步，所述的柴油机示功阀还包含：

手柄14，手柄上通孔的形状与阀盖6的形状匹配，用于将手柄通孔套入阀盖6，转动手柄14带动阀盖6旋转；

阀座4，其套设在阀杆3的阀头上，阀座4采用镍基合金材料，阀座4与阀杆3之间接触形成反密封结构，该反密封结构的特点是工作压力越高密封越紧；

压环5，其套设在阀杆3上，位于阀杆的阀头与阀盖6之间，通过调节压环5的厚度来改变示功阀开启的行程；

垫片10，其设置在阀体1和接头2的螺纹连接处，用于密封。

所述的柴油机示功阀还包含：

链条13，其连接阀体1和阀套15。

更进一步，所述的阀杆3的阀头采用反向锥形密封结构，该反向锥形密封结构具有弧形密封面，该密封面的角度为60°±0.5，密封面处不易堆积垃圾，该阀头采用镍基合金材料，提高了阀杆3的耐气蚀性和耐冲击性。

所述的阀盖6上的外螺纹的螺距保证阀盖6旋转一周即可完全关闭示功阀的介质出口。

所述的外置自锁结构进一步包含：

平垫圈7，其套设在阀杆3上，位于阀盖6上；

弹簧垫圈8，其套设在阀杆3上，位于平垫圈7上；

锁紧螺母9，其通过内螺纹连接阀杆3，位于弹簧垫圈8上；

锁紧螺母9通过螺纹旋紧从而紧固锁紧阀盖6、压环5和阀杆3，平垫圈7和弹簧垫圈8抵消高温高压气体对阀杆3的冲击，防止阀杆3松动。

本实用新型的工作原理如下：

接头2连接柴油机，将手柄14套入阀盖6，旋转手柄14，阀盖6随之转动，带动阀杆3向上运动，当顺时针旋转阀盖6达到4/5圈至停止转动时，示功阀完全打开，介质从柴油机流入接头2，从阀体1侧面的介质出口处流出，测录示功图及汽缸爆炸压力。测试结束后，反向旋转手柄14，阀盖6带动阀杆3向下运动，示功阀关闭。

本实用新型具有以下优点：

1、耐气蚀和耐冲击。

阀杆的阀头采用反向锥形密封设计，如图9所示，阀杆和阀座的反密封结构的密封面背对进气口，高温高压气体通过阀体内腔时，首先冲击在阀杆的倒流头上，再顺着两侧进入阀体，避免了高温高压的气体对密封面的直接冲击伤害，从结构上提升了阀门耐蚀性。且新型示功阀的关闭方向与介质流向相同，当压力进入阀腔后，自会对阀杆产生一股推力助阀门密封，无需对密封面施加很大的关闭扭矩就能保证阀门密封，对密封面的磨损小，从结构上提升了阀门耐爆压性能。由于柴油机性能提升，柴油机爆破压释放时，产生的压力和温度提高，传统示功阀已经不能保证在新的高压下实现可靠密封。采用反向锥形密封副设计，高温高压气体冲击阀杆的倒流头时会形成一股推力，推动阀杆密封面更好贴合阀体密封面，在高温高压下可靠密封。

2、外置自锁。

为避免自锁结构暴露在高温环境下，采用外置自锁结构，弹簧垫圈设置在阀门腔体外部，有效隔绝了高温，使得弹簧可以稳定起效，当示功阀打开时，阀杆受到高温高压气体冲击，若无平垫圈和弹簧垫圈，易造成阀杆松动，导致阀门开关不到位，造成示功阀泄漏。

3、快速开关。

新型示功阀被设计成拥有快速开关特性的阀门，通过调整阀门内腔结构，内腔通过阀盖进行开关，如图10所示，阀盖上螺纹被设计成M24×3，即只需一次旋转即可关闭阀门，杜绝阀门处于微开状态的可能性。

同时，新型示功阀被设计成采用手柄开关，相较于手轮，手柄可以提供更长的力臂，开关扭力优于手轮。

4、更适于高温高压工况的密封结构和材料。

新型示功阀充分考虑工况，采用了GH4080A作为阀杆和阀座的反密封结构的密封面，以衬套形式镶嵌入阀体内，GH4080A作为阀头密封面。GH4080A为镍基合金，被广泛应用在制造航空发动机的转子叶片、导向叶片支座、扇形件安装环、螺栓、叶片锁板、火车用的气门和轴件、汽车发动机的紧固件和叶片、舰船发动机的阀门，在高温和高压下有优秀和稳定的性能。

5、传动结构上置。

新型示功阀采用传动结构上置设计，由阀体与阀盖的螺纹经旋启带动阀杆上下动作。如图8所示，在阀门全关至全开的过程中，高温气体进入阀腔，少部分气体向上传递时，经过压环阻挡后剩余的气体直接从泄气孔12排出，避免了高温气体对螺纹破坏的可能，使阀门更具安全性。

6、操纵方式革新。

使用手柄进行开关，手柄力臂长，开关操作轻松。手柄不安装于阀门上，而是在操作时套入阀盖六角处，即套即用，不存在误操作的可能，避免了高温气体对操作件的损伤，操纵方式革新对示功阀的操作性和安全性是巨大的提升。

尽管本实用新型的内容已经通过上述优选实施例作了详细介绍，但应当认识到上述的描述不应被认为是对本实用新型的限制。在本领域技术人员阅读了上述内容后，对于本实用新型的多种修改和替代都将是显而易见的。因此，本实用新型的保护范围应由所附的权利要求来限定。

Claims (10)

1.一种柴油机示功阀，其特征在于，包含：

阀体（1），其呈T字形结构，内部具有T字形通孔，T字形通孔的三个出口分别为介质进口，阀杆入口和介质出口，介质进口通过内螺纹连接接头（2），阀杆入口通过内螺纹连接阀盖（6），介质出口通过外螺纹连接阀套（15）；

接头（2），其通过外螺纹连接阀体（1）的介质进口；

阀盖（6），其套设在阀杆（3）上，并通过外螺纹连接阀体（1）的阀杆入口；

阀杆（3），其通过阀体（1）上的阀杆入口伸入阀体（1），阀杆（3）的头部靠近接头（2），阀杆（3）的尾部伸出阀盖（6）；

外置自锁结构，其套设在阀杆（3）的尾部，用于锁紧阀盖（6）和阀杆（3）；

阀套（15），其通过内螺纹连接阀体（1）的介质出口。

2.如权利要求1所述的柴油机示功阀，其特征在于，所述的柴油机示功阀还包含：

手柄（14），手柄上通孔的形状与阀盖（6）的形状匹配，用于将手柄通孔套入阀盖（6），转动手柄（14）带动阀盖（6）旋转。

3.如权利要求1所述的柴油机示功阀，其特征在于，所述的柴油机示功阀还包含：阀座（4），其套设在阀杆（3）的阀头上，阀座（4）与阀杆（3）之间接触形成反密封结构。

4.如权利要求1所述的柴油机示功阀，其特征在于，所述的柴油机示功阀还包含：压环（5），其套设在阀杆（3）上，位于阀杆（3）的阀头与阀盖（6）之间，用于调节示功阀的开启行程。

5.如权利要求1所述的柴油机示功阀，其特征在于，所述的柴油机示功阀还包含：垫片（10），其设置在阀体（1）和接头（2）的螺纹连接处，用于密封。

6.如权利要求1所述的柴油机示功阀，其特征在于，所述的柴油机示功阀还包含：链条（13），其连接阀体（1）和阀套（15）。

7.如权利要求3所述的柴油机示功阀，其特征在于，所述的阀杆（3）的阀头采用反向锥形密封结构，该反向锥形密封结构具有弧形密封面，该密封面的角度为60°±0.5。

8.如权利要求7所述的柴油机示功阀，其特征在于，所述的阀座（4）采用镍基合金材料，所述的阀杆（3）的阀头采用镍基合金材料。

9.如权利要求1所述的柴油机示功阀，其特征在于，所述的阀盖（6）上的外螺纹的螺距保证阀盖（6）旋转一周即可完全关闭示功阀的介质出口。

10.如权利要求1所述的柴油机示功阀，其特征在于，所述的外置自锁结构包含：

平垫圈（7），其套设在阀杆（3）上，位于阀盖（6）上；

弹簧垫圈（8），其套设在阀杆（3）上，位于平垫圈（7）上；

锁紧螺母（9），其通过内螺纹连接阀杆（3），位于弹簧垫圈（8）上。