CN210423769U - 高压高频次场合用旋塞阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种打开和关闭时摩擦力矩较小且密封性能良好的高压高频次场合用旋塞阀。该旋塞阀，包括阀体、阀盖、旋塞体和阀杆；还包括压紧结构、顶起结构、第一密封结构和第二密封结构。该旋塞阀利用上滚珠与上斜坡面滚动摩擦在降低阀门关闭时所需驱动力矩的同时驱使旋塞体向下并带动密封元件向下与阀体密封面紧密配合实现压紧密封，并利用下滚珠与下斜坡面滚动摩擦在降低阀门打开时所需驱动力矩的同时驱使旋塞体向上并带动密封元件瞬时脱离密封面，大幅度减少旋塞体与阀体密封面的磨损，且进一步减小了驱动力矩。同时，通过在旋塞体上设置上部轴承和下部轴承，能够将巨大盲板力所产生的摩擦力大幅降低，有着广阔的市场前景。

Description

高压高频次场合用旋塞阀

技术领域

本实用新型涉及一种阀门，尤其是一种高压高频次场合用旋塞阀。

背景技术

旋塞阀是关闭件或柱塞形的旋转阀，通过旋转90度使旋塞体上的流道通孔与阀体内的流道连通或分开，实现打开或关闭的一种阀门。现有的旋塞阀主要分为有提升结构和无提升结构两种。

无提升结构的旋塞阀大都采用旋塞体锥面与阀体密封面自紧密封，在高压力和直径大的情况下，巨大的盲板力最高可达几十吨，产生的摩擦力使阀门在打开和关闭时摩擦力矩巨大；而且，其旋塞体与阀体密封面的磨损严重，高频次使用场合其相互之间的贴合容易出现问题，导致密封失效。

有提升结构的旋塞阀目前较为常见的有以下三种：其一为手动提升结构，但不适用于高频次使用场合。其二为螺纹带轴向键槽结构实现提升，该结构由于键的受力不好易损坏，也不适用于高频次使用场合。其三为凸轮机构实现提升，例如：授权公告号为CN2338548Y的中国实用新型专利，其公开了一种旋塞阀，它主要由阀体、上阀盖和配装于阀体内的旋塞体构成，旋塞体的上、下端装设滚珠和压板，阀体的内壁做有油脂环槽，在下阀盖内安装有凸轮分合机构；其旋塞体的上、下端虽然采用了滚珠和压板结构来减少打开和关闭时的摩擦力矩，但是压板仅对滚珠起压紧作用，旋塞体的顶起和复位靠下部的凸轮机构实现，结构复杂，操作不便；而且，采用油脂环槽进行密封，旋塞体的顶起和复位过程中对其内油脂均有消耗，密封效果一般，在高频次使用场合易导致密封失效。

实用新型内容

本实用新型要解决的技术问题是提供一种打开和关闭时摩擦力矩较小且密封性能良好的高压高频次场合用旋塞阀。

本实用新型解决其技术问题所采用的技术方案是：高压高频次场合用旋塞阀，包括阀体、设置在阀体上的阀盖、可转动地设置在阀体的阀腔内的旋塞体以及下端穿过阀盖与旋塞体同轴连接的阀杆；还包括设置在阀盖底部与旋塞体顶部之间的压紧结构、设置在旋塞体底部与阀腔底部之间的顶起结构、以及设置在旋塞体的外壁上并分别位于旋塞体的流道通孔的两侧的第一密封结构和第二密封结构；

所述压紧结构包括设置在旋塞体顶部的上部滚珠卡套、至少两颗设置在上部滚珠卡套内的上滚珠和设置在阀盖底部的上压板，所述上压板的底面上设置有与上滚珠一一对应的上部弧形楔，所述上部弧形楔的底面为上斜坡面；

所述顶起结构包括设置在阀腔底部的下部滚珠卡套、至少两颗设置在下部滚珠卡套内的下滚珠和设置在旋塞体底部的下顶板，所述下顶板的底面上设置有与下滚珠一一对应的下部弧形楔，所述下部弧形楔的底面为下斜坡面。

进一步的是，所述上压板和下顶板均由粉末冶金材料制成。

进一步的是，所述上滚珠的表面、上斜坡面、下滚珠的表面和下斜坡面上均设置有耐磨层。

进一步的是，所述耐磨层为碳化钨涂层。

进一步的是，所述旋塞体的上端部与阀体之间设置有上部轴承，所述旋塞体的底部设有下凸柱，所述下凸柱与阀体的底部之间设置有下部轴承。

进一步的是，所述上部轴承和下部轴承为向心滚珠轴承或向心滚柱轴承。

进一步的是，所述第一密封结构包括设置在旋塞体的外壁上的第一环形沟槽和设置在第一环形沟槽内的第一弹性密封元件；所述第二密封结构包括设置在旋塞体的外壁上的第二环形沟槽和设置在第二环形沟槽内的第二弹性密封元件。

进一步的是，所述第一弹性密封元件和第二弹性密封元件均由弹性密封材料制成，所述弹性密封材料为聚四氟乙烯或聚醚醚酮。

进一步的是，所述第一弹性密封元件包括金属主体，所述金属主体嵌入第一环形沟槽内的端部上设有弹性石墨层，所述金属主体与阀腔的侧壁相对应的端部上设有至少两个环形密封槽构成的第一迷宫密封结构；所述第二弹性密封元件的结构与第一弹性密封元件的结构相同。

进一步的是，所述旋塞体的顶部开设有花键凹槽，所述阀杆的下端为与花键凹槽相匹配的凸形键头并嵌入设置在花键凹槽中。

本实用新型的有益效果是：该旋塞阀通过在阀盖底部与旋塞体顶部之间设置压紧结构，利用上滚珠与上压板之间的滚动摩擦使阀门关闭时所需驱动力矩有效降低；同时，通过在旋塞体底部与阀腔底部之间设置顶起结构，利用下滚珠与下压板之间的滚动摩擦使阀门打开时所需驱动力矩也有效降低；而且，通过设置在上压板底面上的上部弧形楔与上滚珠配合，在旋塞体旋转关闭过程中受上斜坡面挤压，进而驱使旋塞体向下并带动第一密封结构和第二密封结构向下与阀体密封面紧密配合实现压紧密封，可以在密封面上带来较大的密封比压；同时，通过设置在下压板底面上的下部弧形楔与下滚珠配合，在旋塞体旋转打开过程中下滚珠顺下斜坡面由低到高滚动将下部弧形楔顶起，进而驱使旋塞体向上并带动第一密封结构和第二密封结构瞬时脱离密封面，大幅度减少旋塞体与阀体密封面的磨损；另外，所采用的压紧与顶起结构，结构简单，操作方便，且在阀门压紧关闭和顶起打开时均有类似千斤顶的作用，进一步减小了驱动力矩。通过在旋塞体的上端部与阀体之间设置上部轴承，并在旋塞体底部的下凸柱与阀体的底部之间设置下部轴承，能够将巨大盲板力所产生的摩擦力大幅降低，有别于传统的旋塞阀，更适用于高温、高压、高频次等恶劣场合，有着广阔的市场前景。

附图说明

图1是本实用新型处于关闭状态的剖视结构示意图；

图2是图1中A处的局部放大图；

图3是本实用新型关闭时压紧结构的工作状态示意图；

图4是本实用新型处于打开状态的剖视结构示意图；

图5是本实用新型打开时顶起结构的工作状态示意图；

图中标记为：下顶板1、下滚珠2、阀体3、旋塞体4、上部轴承5、上压板6、阀盖7、螺母8、螺杆9、阀杆10、驱动器基座11、压盖12、轴向密封件13、轴套14、密封垫片15、上滚珠16、第一弹性密封元件17、下部轴承18、第二弹性密封元件19。

具体实施方式

下面结合实施例及附图对本实用新型作进一步说明。

结合图1、图2、图3、图4和图5所示，高压高频次场合用旋塞阀，包括阀体3、设置在阀体3上的阀盖7、可转动地设置在阀体3的阀腔内的旋塞体4以及下端穿过阀盖7与旋塞体4同轴连接的阀杆10；还包括设置在阀盖7底部与旋塞体4顶部之间的压紧结构、设置在旋塞体4底部与阀腔底部之间的顶起结构、以及设置在旋塞体4的外壁上并分别位于旋塞体4的流道通孔的两侧的第一密封结构和第二密封结构；

压紧结构包括设置在旋塞体4顶部的上部滚珠卡套、至少两颗设置在上部滚珠卡套内的上滚珠16和设置在阀盖7底部的上压板6，上压板6的底面上设置有与上滚珠16一一对应的上部弧形楔，上部弧形楔的底面为上斜坡面；

顶起结构包括设置在阀腔底部的下部滚珠卡套、至少两颗设置在下部滚珠卡套内的下滚珠2和设置在旋塞体4底部的下顶板1，下顶板1的底面上设置有与下滚珠2一一对应的下部弧形楔，下部弧形楔的底面为下斜坡面。

该旋塞阀从密封原理的角度看，与现有阀门相比内外密封都有较好的优势：

外漏情况：与球阀、三偏心蝶阀、双偏心蝶阀相同，由于旋塞体4做旋转运动，密封副产生的是环形沟槽，轴向泄漏易于控制，利于在高频次的场合使用；而对于闸阀、截止阀，由于轴的运动是轴向运动，密封副易于产生轴向沟槽，阀门容易产生轴向泄漏，在高频次的使用场合，该矛盾尤其突出。

内漏情况：对于闸阀、截止阀，由于密封面为平面，且运动形式为平行渐进方式，所以能有较好的内密封效果，也容易生成金属硬密封，适用于高温、高压和高频次的场合；对于金属硬密封球阀，虽然适用于高温和高压场合，但由于密封面始终不脱离，磨损严重，不适用于高频次的使用场合；双偏心蝶阀无法实现金属硬密封；金属硬密封的三偏心蝶阀，除加工精度要求高之外，在高压时，尤其反向压力较高的情况下，内密封效果较差；而本实用新型的旋塞阀具有以下优点：1)密封面受压均匀；2)具有双密封面，一阀相当于双阀，因而带来良好的密封效果；3)因其对称性而具有非常好的双向密封性；4)完全打开时，密封面旋转到与流道不相关的位置，不受流体冲刷，避免了因流体的长期冲刷给密封面带来的损伤，也不容易有附着物附着在密封面上影响阀门的密封的性能；5)因为是以平行渐进方式关闭和打开，与截止阀和闸阀相同，该旋塞阀内密封面为零磨损，适用于高频次开关场合；6)打开时，该旋塞阀与球阀和闸阀相同为直通，阻力小；7)该旋塞阀结构简单，总共零件约20个左右，便于生产制造，而其他阀门大多数零件数量在40个到70个不等；8)相比于闸阀、截止阀有较大的轴向尺寸而言，该旋塞阀轴向尺寸有一定优势，与球阀相当，稍逊于蝶阀；可见，该旋塞阀几乎同时具有各种阀门的优点，内密封能够取得良好的效果，特别适用于高温、高压、高频次等恶劣场合。

注：本文所述的高频次是指几十万次到上百万次的开关高频率。

其中，阀体3为该旋塞阀的主要载体部件，其内设有流道，流道两端进出口处设有法兰，流道中段所对应的阀体3内部设有锥形的阀腔。阀盖7为该旋塞阀的主要部件之一，其一般通过连接件与阀体3安装连接，连接件可以为多种，优选为螺栓，螺栓一般包括螺母8和螺杆9。为保证密封性，通常在阀盖7与阀体3之间设置有密封垫片15。旋塞体4为该旋塞阀的启闭件，在其中部设有流道通孔；旋塞体4通常设置在阀体3的阀腔内并可绕自身轴心线转动；旋塞体4的结构可以为多种，优选为锥形；阀杆10主要用于带动旋塞体4转动以打开或关闭该旋塞阀；在阀盖7上一般还设置有驱动器基座11，用以安装外部驱动器；具体的，如图1和图4所示，阀杆10上一般套设有轴套14，在轴套14与阀盖7之间设置有弹簧，轴套14上还套设有轴向密封件13，轴向密封件13的下端与阀盖7螺纹连接，阀杆10上还套设有与轴向密封件13螺纹相连的压盖12。

为便于阀杆10与旋塞体4安装连接，优选的在旋塞体4的顶部开设有花键凹槽，阀杆10的下端为与花键凹槽相匹配的凸形键头并嵌入设置在花键凹槽中。

为了提高该旋塞阀的精度，上压板6和下顶板1优选使用粉末冶金材料通过粉末冶金工艺制成。

为了提高该旋塞阀的使用寿命，优选在上滚珠16的表面、上斜坡面、下滚珠2的表面和下斜坡面上均设置有耐磨层。耐磨层可通过涂刷、喷涂、电镀等方式设置，耐磨层通常由耐磨材料制成，优选为碳化钨涂层。

上斜坡面和下斜坡面的倾斜朝向可相同，也可相反；若上斜坡面和下斜坡面的倾斜朝向同为顺时针或逆时针，优选使上滚珠16与上斜坡面正对应时，使下滚珠2不与下斜坡面正对应；若上斜坡面和下斜坡面的倾斜朝向相反，优选使上滚珠16与上斜坡面正对应时，使下滚珠2也与下斜坡面正对应。

结合图1和图3所示，该旋塞阀关闭密封时：

通过外部驱动器驱使阀杆10转动，由阀杆10带动旋塞体4转动，旋塞体4转动一定角度，约75度，进而使得上压板6相对于上滚珠16也转动一个同样的角度，在此角度范围内，上滚珠16对应在两相邻的上部弧形楔之间的上压板6水平部分，此时旋塞体4的转动是水平转动，没有上下运动；接着，旋塞体4继续转动一个角度，约15度，上压板6继续相对于上滚珠16也转动一个同样的角度，在此过程中，上滚珠16顺着上斜坡面由高点向低点滚动，因此旋塞体4相对于阀体3既有水平转动也有向下运动，同时第一密封结构和第二密封结构随旋塞体4向下与阀体密封面紧密配合实现压紧密封，阀门关闭；在上述两个角度的旋转过程中，下滚珠2一直不与下顶板1上的下部弧形楔的下斜坡面相接触；在上述第二角度的旋转过程中，上滚珠16与上压板6的上部弧形楔的上斜坡面始终保持接触，有类似千斤顶的作用，外部驱动器以一个较小的驱动力矩就可以在密封面上带来较大的密封比压。

结合图4和图5所示，该旋塞阀顶起打开时：

再通过外部驱动器驱使阀杆10转动，由阀杆10带动旋塞体4转动，上滚珠16与上压板6的上部弧形楔的上斜坡面开始脱离接触；此时，下滚珠2与下顶板1上的下部弧形楔的下斜坡面开始接触，有类似千斤顶的作用，外部驱动器以一个较小的驱动力矩就可以驱使旋塞体4转动，同时第一密封结构和第二密封结构随旋塞体4向上顶起，脱离阀体3上的密封面，大幅度减少旋塞体4与阀体3的密封面的磨损；旋塞体4再转动一定角度，约15度，此时上滚珠16顺着下斜坡面由低点向高点滚动，因此旋塞体4相对于阀体3既有水平转动也有向上运动；旋塞体4继续转动约75度，阀门打开，在此角度范围内，下滚珠2与下顶板1上的水平部分滚动摩擦接触，此时旋塞体4的转动是水平转动；在上述两个角度的旋转过程中，上滚珠16一直不与上压板6上的上部弧形楔的上斜坡面相接触。

注：上述的转动角度仅为一大约值，不同规格的阀门角度有所不同。

通过设置第一密封结构和第二密封结构进行密封，能够避免旋塞体4与阀体3的密封面自紧密封造成的磨损，保证了密封的可靠性。优选的，再如图1、图2和图4所示，第一密封结构包括设置在旋塞体4的外壁上的第一环形沟槽和设置在第一环形沟槽内的第一弹性密封元件17；第二密封结构包括设置在旋塞体4的外壁上的第二环形沟槽和设置在第二环形沟槽内的第二弹性密封元件19。

为了提高密封性能并控制成本，第一弹性密封元件17和第二弹性密封元件19均为弹性密封材料制成的密封件，弹性密封材料优选为聚四氟乙烯或聚醚醚酮。

为了提高密封性能并提高该旋塞阀的耐高温性能，再如图2所示，第一弹性密封元件17包括金属主体，金属主体嵌入第一环形沟槽内的端部上设有弹性石墨层，金属主体与阀腔的侧壁相对应的端部上设有至少两个环形密封槽构成的第一迷宫密封结构；第二弹性密封元件19的结构与第一弹性密封元件17的结构相同。

该旋塞阀为了能够有效减小打开或关闭该旋塞阀时所需的驱动力矩，在阀盖7底部与旋塞体4顶部之间设置了压紧结构，并在旋塞体4底部与阀腔底部之间设置了顶起结构；利用压紧结构中上滚珠16与上压板6之间的滚动摩擦，使阀门关闭时所需驱动力矩有效降低的同时，可利用设置在上压板6底面上的上部弧形楔与上滚珠16配合，在旋塞体4旋转关闭过程中受上斜坡面挤压，进而驱使旋塞体4向下并带动第一弹性密封元件17和第二弹性密封元件19向下与阀体3的密封面紧密配合实现压紧密封；利用顶起结构中下滚珠2与下压板1之间的滚动摩擦，使阀门打开时所需驱动力矩有效降低的同时，可利用设置在下压板1底面上的下部弧形楔与下滚珠2配合，在旋塞体4旋转打开过程中下滚珠2顺下斜坡面由低到高滚动将下部弧形楔顶起，进而驱使旋塞体4向上并带动第一弹性密封元件17和第二弹性密封元件19瞬时脱离密封面，大幅度减少旋塞体4与阀体3的密封面的磨损。

为了进一步减小打开或关闭该旋塞阀时所需的驱动力矩，如图1和图4所示，在旋塞体4的上端部与阀体3之间设置有上部轴承5，旋塞体4的底部设有下凸柱，下凸柱与阀体3的底部之间设置有下部轴承18。下部轴承18的外圈与阀体3底部开设的轴承孔配合；通过上部轴承5和下部轴承18能够将巨大的流体压力和高摩擦系数所造成的摩擦力大幅降低。上部轴承5和下部轴承18可以为多种，优选为向心滚珠轴承或向心滚柱轴承。

Claims (10)

1.高压高频次场合用旋塞阀，包括阀体(3)、设置在阀体(3)上的阀盖(7)、可转动地设置在阀体(3)的阀腔内的旋塞体(4)以及下端穿过阀盖(7)与旋塞体(4)同轴连接的阀杆(10)；其特征在于：还包括设置在阀盖(7)底部与旋塞体(4)顶部之间的压紧结构、设置在旋塞体(4)底部与阀腔底部之间的顶起结构、以及设置在旋塞体(4)的外壁上并分别位于旋塞体(4)的流道通孔的两侧的第一密封结构和第二密封结构；

所述压紧结构包括设置在旋塞体(4)顶部的上部滚珠卡套、至少两颗设置在上部滚珠卡套内的上滚珠(16)和设置在阀盖(7)底部的上压板(6)，所述上压板(6)的底面上设置有与上滚珠(16)一一对应的上部弧形楔，所述上部弧形楔的底面为上斜坡面；

所述顶起结构包括设置在阀腔底部的下部滚珠卡套、至少两颗设置在下部滚珠卡套内的下滚珠(2)和设置在旋塞体(4)底部的下顶板(1)，所述下顶板(1)的底面上设置有与下滚珠(2)一一对应的下部弧形楔，所述下部弧形楔的底面为下斜坡面。

2.如权利要求1所述的高压高频次场合用旋塞阀，其特征在于：所述上压板(6)和下顶板(1)均由粉末冶金材料制成。

3.如权利要求1所述的高压高频次场合用旋塞阀，其特征在于：所述上滚珠(16)的表面、上斜坡面、下滚珠(2)的表面和下斜坡面上均设置有耐磨层。

4.如权利要求3所述的高压高频次场合用旋塞阀，其特征在于：所述耐磨层为碳化钨涂层。

5.如权利要求1、2、3或4所述的高压高频次场合用旋塞阀，其特征在于：所述旋塞体(4)的上端部与阀体(3)之间设置有上部轴承(5)，所述旋塞体(4)的底部设有下凸柱，所述下凸柱与阀体(3)的底部之间设置有下部轴承(18)。

6.如权利要求5所述的高压高频次场合用旋塞阀，其特征在于：所述上部轴承(5)和下部轴承(18)为向心滚珠轴承或向心滚柱轴承。

7.如权利要求1、2、3或4所述的高压高频次场合用旋塞阀，其特征在于：所述第一密封结构包括设置在旋塞体(4)的外壁上的第一环形沟槽和设置在第一环形沟槽内的第一弹性密封元件(17)；所述第二密封结构包括设置在旋塞体(4)的外壁上的第二环形沟槽和设置在第二环形沟槽内的第二弹性密封元件(19)。

8.如权利要求7所述的高压高频次场合用旋塞阀，其特征在于：所述第一弹性密封元件(17)和第二弹性密封元件(19)均由弹性密封材料制成，所述弹性密封材料为聚四氟乙烯或聚醚醚酮。

9.如权利要求7所述的高压高频次场合用旋塞阀，其特征在于：所述第一弹性密封元件(17)包括金属主体，所述金属主体嵌入第一环形沟槽内的端部上设有弹性石墨层，所述金属主体与阀腔的侧壁相对应的端部上设有至少两个环形密封槽构成的第一迷宫密封结构；所述第二弹性密封元件(19)的结构与第一弹性密封元件(17)的结构相同。

10.如权利要求1所述的高压高频次场合用旋塞阀，其特征在于：所述旋塞体(4)的顶部开设有花键凹槽，所述阀杆(10)的下端为与花键凹槽相匹配的凸形键头并嵌入设置在花键凹槽中。

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