CN211501654U - 一种硬密封下满足气泡级泄漏量的调节阀 - Google Patents

Abstract

一种硬密封下满足气泡级泄漏量的调节阀，其包括阀杆(8)、阀芯杆(11)、阀芯(13)、阀座(2)、套筒(3)、导向套(10)、上阀盖(6)、阀体(1)、填料组件(7)与密封垫(9)；阀杆(8)、阀芯杆(11)和阀芯(13)构成阀芯组件；导向套(10)从下方压入上阀盖(6)内部；阀芯组件、阀座(2)、套筒(3)按顺序放置在阀体(1)内部，通过阀座(2)与阀体(1)之间的密封垫(9)来防止内漏；上阀盖(6)与阀体(1)之间通过密封垫(9)密封，安装螺栓(4)螺母(5)并紧固在一起。

Description

一种硬密封下满足气泡级泄漏量的调节阀

技术领域

本实用新型涉及一种硬密封下满足气泡级泄漏量的调节阀，既能够满足在特殊工况下VI级金属硬密封的要求，又能满足高精度调节的需求。

背景技术

对于工艺的进步与产量要求的提升，越来越多的用户在面对复杂的工况与混合的介质时，出于性能方面的考虑，迫切的需要一种既能满足切断条件，又能调节流量特性的阀门。

目前市场上对于调节阀与切断阀的密封要求，基本以V级金属密封作为标准，但在有些特殊工况下，则需要要求VI级密封等级来控制泄露量。遇到这类情况时，国内大多数厂家会选用软密封。如果这些特殊工况下不允许使用软密封时，只能采用球阀切断和调节，但是球阀的调节性能很差，不一定能满足工艺要求，若球阀阀后再配一台调节阀用于调节介质，这么做成本又会很高。使得用户在选择时难上加难。

普通的调节阀都是采用斜面进行密封，此类密封达到IV级密封很容易，但若想达到V级密封，则需要更高端的加工设备来加工阀芯阀座密封面，同时还要保证阀芯阀座密封面之间的同轴度与光洁度，并且还需要加大执行机构推力才能保证V级。即使是这样的加工条件下，密封性测试的一次性成功率依旧不高，只有通过反复修配才能够达标。目前来看，由于抛物线阀芯在调节方面性能优越，阀芯型面与阀芯密封面两者不能分割，因此只能采用这样返工率较高的方式进行生产。费时费力，为阀门的生产带来了极大的不便。

此外，由于阀体通道的结构设置不合理，往往造成流体冲击密封处的冲击力过大，造成密封效果不佳或者密封效果丧失。

因此，需要提供一种对于阀体通道合理设计，并通过提高密封界面密封性，实现的硬密封下满足气泡级泄漏量的调节阀。

实用新型内容

本实用新型提供一种硬密封下满足气泡级泄漏量的调节阀，既能够满足在特殊工况下VI级金属硬密封的要求，又能满足高精度调节的需求。

本实用新型实现上述要求的技术方案如下：

一种硬密封下满足气泡级泄漏量的调节阀，其包括阀杆8、阀芯杆11、阀芯13、阀座2、套筒3、导向套10、上阀盖6、阀体1、填料组件7与密封垫9；阀该阀体1包括曲线形的流入通道和流出通道，流入通道和流出通道结构中心对称，在流入通道和流出通道的横向轴线和纵向轴线交界处，开设有开孔，该开孔用于允许流体通过。流入通道位于流出通道的下方。在上述开孔的上方位于的流出通道和流入通道公用的管壁处开设有凹槽，凹槽用于容纳芯座2。在该凹槽上方对应的流出通道的侧壁位置对应地开设有另一个开孔。该该芯座2通过密封圈与该凹槽的内表面密封接触。该芯座位环形部件，该环形部件的内部通孔用于容纳芯阀13。该芯座的外缘上部设置了套筒3，该套筒3通过密封部件与芯座2实现密封。阀芯杆11为上下两端各具有一个盲孔的圆柱部件，阀杆8和阀芯13朝向阀芯杆11的一端具有外螺纹螺纹，盲孔具有内螺纹。阀杆8、阀芯杆11和阀芯13通过螺纹连接拧紧，插入圆锥销12固定的方式连接在一起为阀芯组件。该芯阀组件的阀芯13的一段插入芯座2的上述内部通孔。上述芯阀13具有双抛物线形。上阀盖6安装于阀座2和阀芯杆11的上方，该上阀盖6具有与其轴线同轴的通孔，该通孔具有直径较小的上部和直径较大的下部。直径较小的上部用于容纳阀杆8，直径较大的下部哦能够与容纳阀芯杆11。直径较小的上部的内壁与阀杆8的外壁具有第一间隙，该第一间隙内部插入填料组件7用来保证密封，填料组件7的上端面与阀杆8之间通过密封圈密封。直径较大的下部的内壁和上阀盖6之间具有第二间隙，该第二间隙内部插入导向套10，该导向套10与上阀盖6和阀芯杆11紧密密封配合，并且阀芯杆11的上端与导向套10之间设置密封圈。上阀盖6包括上部散热部分、中部连接部分和下部插入部分。上部散热部分通于容纳填料组件7和阀杆8，下部插入部分用于容纳阀芯杆11并且其自身通过在凹槽上方对应的流出通道的侧壁位置对应地开设的另一个开孔插入流出通道内部。中部连接部分位于上部散热部分和下部插入部分之间，其具有径向向外延伸的凸缘，通过该凸缘与上述另一个开孔周边的凸缘通过螺栓螺母紧固的方式实现了阀座2和上阀盖6的固定连接。

进一步地，芯杆与阀座的密封端经过车削到尺寸后，先磨削再精研，通过零件本身的高精度密封面实现金属VI级硬密封。

进一步地，通过金属面的弹性变形进行硬密封。

进一步地，通过阀芯自带的型面对流体介质进行调节。

进一步地，阀芯杆与阀座的平面密封端粗糙度小于Ra 0.2μm。

本申请提供的调节阀整体阀芯分解设计为两个部分：阀芯和阀芯杆。阀芯杆与阀座设计出平面密封端，阀芯通过螺纹固定在阀芯杆上，通过阀芯自带的阀芯型面进行调节，同时也可以通过更换阀芯阀座来满足不同的调节需求。阀芯杆与阀座的平面密封端经过车削到尺寸后，使用磨床并精研两者的密封面。由于结构上的需求或工况条件的限制，金属零件之间不设有任何密封原件，依靠零件本身高精度加工平面之间的相互紧压，从而实现密封。该类结构，既能够满足在特殊工况下VI级金属硬密封的要求，又能满足高精度调节的需求。

阀芯杆与阀座的平面密封端经过车削到尺寸后，通过磨床加工两者的密封面到Ra0.4μm的粗糙度，之后在同一研磨台上对两者的密封面进行精研，用以保证两者的密封面的平行度，最终使两者的粗糙度小于Ra 0.2μm。经过密封面需用比压计算后的执行机构输出力，足以使阀芯杆与阀座的密封面产生一定的弹性变形，这种弹性变形不属于结构上的损坏，却能达到气泡级的密封要求。该结构的要点是阀芯杆及阀座的密封平面必须在同一工作台进行研磨，工时较长；但同时VI级密封性测试的合格率达90％以上。

阀芯上有着能够调节流量的阀芯型面，可分为抛物线型与打孔型两种。通过与阀座的配合来进行工艺介质的调节。对于阀芯，阀座、阀芯构成流体通路，阀芯以不同的形状进行工艺介质的调节；对于打孔型阀芯，阀座、阀芯、套筒构成流体通路，三者上可以通过钻不同直径与排列的型面孔来进行工艺介质的调节。不同的阀芯与Cv值足以面对用户不同的调节需求。

由于阀芯可分为抛物线型与打孔型，阀芯杆的密封与阀芯的调节能力是分开来的，那么就使得多级降压成为可能。通过设置多个连续的阀芯型面或打孔型面，对工艺介质进行多级降压与调节，就能够应对高压差工况所造成的气蚀与闪蒸，减轻气蚀对阀内件冲刷所导致磨损严重的问题。该类结构也能通过阀芯的改变而派生出低噪音的两级降压结构、三级降压、多级降压结构等结构。能够广泛的用于各种不同类型的工况，极大地满足了用户工况复杂多变的需求。

附图说明

为了更清楚地说明本实用新型实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本实用新型的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本实用新型提供的调节阀的平面密封的结构示意图

图2是本实用新型提供的调节阀的结构示意图

图3是本实用新型提供的调节阀的三种替换性实施例的结构示意图

图中：

1：阀体；2：阀座；3：套筒；4：螺栓；5：螺母；6：上阀盖；7：填料组件；8：阀杆；9：密封垫；10：导向套；11：阀芯杆；12：圆锥销；13：阀芯；

具体实施方式

下面将结合本实用新型实施例中的附图，对本实用新型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本实用新型一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本实用新型中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本实用新型保护的范围。

如图1-2所示，本实用新型提供的调节阀中含有阀杆8、阀芯杆11、阀芯13、阀座2、套筒3、导向套10、上阀盖6、阀体1、填料组件7与密封垫9。将其中阀杆8、阀芯杆11和阀芯13通过螺纹连接拧紧，插入圆锥销12固定的方式连接在一起为阀芯组件；导向套10从下方压入上阀盖6内部；阀芯组件、阀座2、套筒3按顺序放置在阀体1内部，通过阀座2与阀体1之间的密封垫9来防止内漏；上阀盖6与阀体1之间通过密封垫9密封，安装螺栓4螺母5并紧固在一起。

工艺介质从阀门1左侧进入阀内，以通过阀座2、阀芯13、阀芯杆11、套筒3的顺序流出阀体。在这期间，阀芯13通过阀芯型面对介质进行调节，以达到需求的工艺参；阀座2与阀芯杆11配合进行密封，两者通过研磨过的平面进行金属硬密封，以达到VI级的金属硬密封；套筒3在必要时可以更换为降噪套筒，控制阀门出口的流速与噪音；导向套10在上阀盖6中通过过盈配合固定，对阀芯杆11起导向作用，减少高速流体在阀门小开度时对阀内件冲刷而引起的震动，提高了阀内件的使用寿命；填料组件7通过上阀盖6内孔中的螺纹固定，防止介质从阀杆8处外漏；在上阀盖6与阀体1之间和阀座2与阀体1之间放置密封垫9，防止介质从阀内件间隙泄露。

如图1所示，阀芯杆11与阀座2的平面密封端经过车削到尺寸后，通过磨床加工两者的密封面到Ra 0.4μm的粗糙度，之后在同一研磨台上对两者的密封面进行精研，用以保证两者的密封面的平行度，最终使两者的粗糙度小于Ra 0.2μm。两个金属的密封面在光洁度非常高时，能够通过零件本身的高精度挤压密封，不需要额外添加密封件，这种设计在面对高压差、颗粒多、腐蚀性、高低温介质时能够可靠的密封，避免了使用软密封时还要考虑介质对密封件的损伤。手动研磨能够有效的控制精度，虽然研磨的工时较长，但是一次性装配通过率非常高，避免了反复修配损耗人力、物力。

参见图2，本申请提供的调节阀具有阀体1，该阀体1包括曲线形的流入通道和流出通道，流入通道和流出通道结构中心对称，在流入通道和流出通道的横向轴线和纵向轴线交界处，开设有开孔，该开孔用于允许流体通过。流入通道位于流出通道的下方。在上述开孔的上方位于的流出通道和流入通道公用的管壁处开设有凹槽，凹槽用于容纳芯座2。在该凹槽上方对应的流出通道的侧壁位置对应地开设有另一个开孔。该该芯座2通过密封圈与该凹槽的内表面密封接触。该芯座位环形部件，该环形部件的内部通孔用于容纳芯阀13。该芯座的外缘上部设置了套筒3，该套筒3通过密封部件与芯座2实现密封。阀芯杆11为上下两端各具有一个盲孔的圆柱部件，阀杆8和阀芯13朝向阀芯杆11的一端具有外螺纹螺纹，盲孔具有内螺纹。阀杆8、阀芯杆11和阀芯13通过螺纹连接拧紧，插入圆锥销12固定的方式连接在一起为阀芯组件。该芯阀组件的阀芯13的一段插入芯座2的上述内部通孔。上述芯阀13具有双抛物线形。上阀盖6安装于阀座2和阀芯杆11的上方，该上阀盖6具有与其轴线同轴的通孔，该通孔具有直径较小的上部和直径较大的下部。直径较小的上部用于容纳阀杆8，直径较大的下部哦能够与容纳阀芯杆11。直径较小的上部的内壁与阀杆8的外壁具有第一间隙，该第一间隙内部插入填料组件7用来保证密封，填料组件7的上端面与阀杆8之间通过密封圈密封。直径较大的下部的内壁和上阀盖6之间具有第二间隙，该第二间隙内部插入导向套10，该导向套10与上阀盖6和阀芯杆11紧密密封配合，并且阀芯杆11的上端与导向套10之间设置密封圈。上阀盖6包括上部散热部分、中部连接部分和下部插入部分。上部散热部分通于容纳填料组件7和阀杆8，下部插入部分用于容纳阀芯杆11并且其自身通过在凹槽上方对应的流出通道的侧壁位置对应地开设的另一个开孔插入流出通道内部。中部连接部分位于上部散热部分和下部插入部分之间，其具有径向向外延伸的凸缘，通过该凸缘与上述另一个开孔周边的凸缘通过螺栓螺母紧固的方式实现了阀座2和上阀盖6的固定连接。

调节阀的阀体包括流入通道(附图2阀体的左侧管道)和流出通道(附图2阀体的右侧管道)，其中流入通道具有沿着通道延伸方向的管道中轴线，以该中轴线与阀芯中心轴的交点为坐标原点，该管道中轴线f(x)具有以下公式形成的曲线形貌。

管道中轴线曲线为：f(x)＝ln[(1-x)²/(r²-2r+1)]；其中，x为以该中轴线与阀芯中心轴的交点为坐标原点，曲线上的点在水平方向上距离该原点坐标的距离，r为管道半径。上述形状的管道可以有效避免流体在管道中形成反流或者湍流造成对于密封不利的影响。其中，x取值为小于等于3.75倍的r。如果x取值大于3.75倍的r最造成流体在该管道右侧形成局部的漩涡，进而造成阀门部分压力突变。

如图3所示，本申请提供的调节阀还具有3个可替换的实施例，调节阀的阀芯不仅可以为图1-2中的单级实心阀芯，还可以为多级阀芯、降压阀芯或者多级降压阀芯。

参见图3左侧视图，该调节阀具有多级阀芯结构该阀座具有2-3个腔室，该腔室在各腔室的顶面和底面上具有沿芯座垂直轴向重叠的圆形开口。阀芯具有多个芯体形成多级结构，该芯体具有沿着沿芯座的横截面直径尺寸沿着垂直轴向渐变，该圆形开口可以与阀芯的外表面进行紧密配合实现多级密封，也可以通过上下移动阀芯形成流体通道。该多级阀芯的级数与圆形开口数量对应，即具有n个圆形开口，多级阀芯具有n级。从而在阀座和阀芯配合形成多个密封缓冲腔室，进一步加强了阀芯关断的效果。阀座和阀芯的平面密封端经过车削到尺寸后，通过磨床加工两者的密封面到Ra0.4μm的粗糙度，之后在同一研磨台上对两者的密封面进行精研，用以保证两者的密封面的平行度，最终使两者的粗糙度小于Ra0.2μm。

参见图3中间视图，该调节阀具有多级降压阀芯，其阀座具有“凹”字形的下部空腔，该下部空腔具有上开口，该上开口处容纳了一降压阀芯，该降压阀芯为具有下部开口的桶状结构，该通状结构的侧表面具有多个开口用来降低压力，来降低流体的冲击力，从而提高密封性能。该降压阀芯可以与下部空腔配合形成一个下级密封腔，从而提高密封效果。阀座和阀芯的平面密封端经过车削到尺寸后，通过磨床加工两者的密封面到Ra 0.4μm的粗糙度，之后在同一研磨台上对两者的密封面进行精研，用以保证两者的密封面的平行度，最终使两者的粗糙度小于Ra 0.2μm。

参见图3右侧视图，该调节阀具有多孔阀芯，其阀芯为具有下部开口的桶状结构，该通状结构的侧表面具有多个开口用来降低压力，来降低流体的冲击力，从而提高密封性能。阀座和阀芯的平面密封端经过车削到尺寸后，通过磨床加工两者的密封面到Ra 0.4μm的粗糙度，之后在同一研磨台上对两者的密封面进行精研，用以保证两者的密封面的平行度，最终使两者的粗糙度小于Ra 0.2μm。

上述附图1-2中的实施例以及附图3中的替换例能够通过更换不同的阀芯13、阀座2，来达到不同的要求。仅需要拆下圆锥销12，拧下并更换阀芯13、阀座2，即可完成更换，模块化的阀内件能够便于生产、更换、维护，也是本实用新型对于后期生产、售后方面做出的全面考虑。C3型多级抗气蚀阀芯能够面对液体介质在高压差工况下，阀后压力接近介质的饱和蒸汽压时，产生的空化现象对阀内件造成的气蚀伤害，宽阔的流道也能防止固体颗粒的堵塞。H2多级降压阀芯与多孔型阀芯能够面对阀后压力低于介质的饱和蒸汽压时，产生的闪蒸现象对阀内件造成的损害，在流关状态下，多孔型阀芯可以将介质分散为若干小股射流，各个射流在通过多孔阀芯时，各射流的能量被互相抵消，减少对阀内件的冲蚀损害；同时多孔阀芯也能起到导向作用，有着更好的防震性与降噪性，尤其适用于气体介质。

本实用新型提供的调节阀具有以下有益效果：

1.阀芯杆与阀座设计出平面密封端，阀芯通过螺纹固定在阀芯杆上，通过阀芯自带的阀芯型面进行调节，同时也可以更换阀芯阀座来满足不同的调节需求；阀芯杆与阀座的平面密封端经过车削到尺寸后，使用磨床并精研两者的密封面，依靠零件本身高精度加工平面之间的相互紧压所产生的弹性变形来实现密封。该类结构优势在于：既能够满足在特殊工况下VI级金属硬密封的要求，又能满足高精度调节的需求。

2.阀芯杆与阀座的密封端经过车削到尺寸后，先磨削再精研，通过零件本身的高精度密封面实现金属VI级硬密封。

3.能够通过更换阀芯、阀座来满足不同的调节需求；可更换为抛物线型阀芯、C3型多级抗气蚀阀芯、多孔型阀芯和H2多级降压阀芯，并且有着各自不同的阀芯型面。

4.管道设计合理避免了过大的冲力造成对于密封效果的劣化。

Claims (5)

1.一种硬密封下满足气泡级泄漏量的调节阀，其特征在于：其包括阀杆(8)、阀芯杆(11)、阀芯(13)、阀座(2)、套筒(3)、导向套(10)、上阀盖(6)、阀体(1)、填料组件(7)与密封垫(9)；该阀体(1)包括曲线形的流入通道和流出通道，流入通道和流出通道结构中心对称，在流入通道和流出通道的横向轴线和纵向轴线交界处，开设有开孔，该开孔用于允许流体通过；流入通道位于流出通道的下方；在上述开孔的上方位于的流出通道和流入通道公用的管壁处开设有凹槽，凹槽用于容纳阀座(2)；在该凹槽上方对应的流出通道的侧壁位置对应地开设有另一个开孔；该该阀座(2)通过密封圈与该凹槽的内表面密封接触；该阀座位环形部件，该环形部件的内部通孔用于容纳阀芯(13)；该阀座(2)的外缘上部设置了套筒(3)，该套筒(3)通过密封部件与阀座(2)实现密封；阀芯杆(11)为上下两端各具有一个盲孔的圆柱部件，阀杆(8)和阀芯(13)朝向阀芯杆(11)的一端具有外螺纹螺纹，盲孔具有内螺纹；阀杆(8)、阀芯杆(11)和阀芯(13)通过螺纹连接拧紧，插入圆锥销(12)固定的方式连接在一起为阀芯组件；该芯阀组件的阀芯(13)的一段插入阀座(2)的上述内部通孔；上述阀芯(13)具有双抛物线形；上阀盖(6)安装于阀座(2)和阀芯杆(11)的上方，该上阀盖(6)具有与其轴线同轴的通孔，该通孔具有直径较小的上部和直径较大的下部；直径较小的上部用于容纳阀杆(8)，直径较大的下部哦能够与容纳阀芯杆(11)；直径较小的上部的内壁与阀杆(8)的外壁具有第一间隙，该第一间隙内部插入填料组件(7)用来保证密封，填料组件(7)的上端面与阀杆(8)之间通过密封圈密封；直径较大的下部的内壁和上阀盖(6)之间具有第二间隙，该第二间隙内部插入导向套(10)，该导向套(10)与上阀盖(6)和阀芯杆(11)紧密密封配合，并且阀芯杆(11)的上端与导向套(10)之间设置密封圈；上阀盖(6)包括上部散热部分、中部连接部分和下部插入部分；上部散热部分通于容纳填料组件(7)和阀杆(8)，下部插入部分用于容纳阀芯杆(11)并且其自身通过在凹槽上方对应的流出通道的侧壁位置对应地开设的另一个开孔插入流出通道内部；中部连接部分位于上部散热部分和下部插入部分之间，其具有径向向外延伸的凸缘，通过该凸缘与上述另一个开孔周边的凸缘通过螺栓螺母紧固的方式实现了阀座(2)和上阀盖(6)的固定连接。

2.根据权利要求1所述的硬密封下满足气泡级泄漏量的调节阀，其特征在于：芯杆与阀座的密封端经过车削到尺寸后，先磨削再精研，通过零件本身的高精度密封面实现金属VI级硬密封。

3.根据权利要求1、2之一所述的硬密封下满足气泡级泄漏量的调节阀，其特征在于：通过金属面的弹性变形进行硬密封。

4.根据权利要求1所述的硬密封下满足气泡级泄漏量的调节阀，其特征在于：通过阀芯自带的型面对流体介质进行调节。

5.根据权利要求2所述的硬密封下满足气泡级泄漏量的调节阀，其特征在于：阀芯杆与阀座的平面密封端粗糙度小于Ra 0.2μm。

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