CN215928561U - 一种阀芯密封结构及其得到的气动柱塞阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种阀芯密封结构及其得到的气动柱塞阀，包括中部具有颈部的阀芯，所述阀芯颈部的一侧套设并滑动连接有螺塞，螺塞远离阀芯颈部的一侧内凹形成用于装配上螺塞的上螺塞安装座，所述上螺塞安装座内设置有用于密封螺塞与阀芯之间装配间隙的上密封圈，所述上密封圈套设并滑动连接在阀芯上，且不与阀芯颈部接触。本实用新型的气动柱塞阀结构紧凑，装配简单可靠，通过改变原来阀芯的密封结构，采用密封圈、密封环等密封组件实现密封，密封效果好，可靠性强，保证了阀芯使用寿命，有效解决了现有气动柱塞阀所存在的制造成本高、密封可靠性不足、使用寿命短的问题。

Description

一种阀芯密封结构及其得到的气动柱塞阀

技术领域

本实用新型涉及阀门密封技术领域，特别是一种阀芯密封结构及其得到的气动柱塞阀。

背景技术

柱塞阀主要由阀体、阀盖、阀芯、密封环等零件组成。通过阀芯在阀体中间上下往复运动来完成阀门的开启与关闭功能。气动柱塞阀是高压及超高压介质管道系统的核心零部件之一，它是实现高压及超高压管道内部介质流通和断开，通过电磁阀控制仪表风与弹簧力的作用共同控制活塞杆的动作，来实现阀门的开启和关闭，气动柱塞阀保持常闭状态，当打开电磁阀时，仪表风气推动活塞杆带动阀芯向下运动，阀芯脱离密封环，此时柱塞阀打开，当关闭电磁阀时，仪表风气体断开并排出，弹簧推动活塞杆带动阀芯向上运动，阀芯与密封环密封，柱塞阀关闭。

目前，阀芯密封结构主要通过O型密封圈实现密封，例如中国专利CN101668977A公开的高压阀，现有气动柱塞阀的阀芯密封多采用该密封结构，该密封结构目前主要存在如下问题：1、需要在阀芯上加工出密封圈安装槽，加工成本高，对密封圈尺寸适应性差；2、阀芯移动时，阀芯上下移动所受的力与阀芯的轴线不在同一条直线上(即会产生偏移)，进而会造成阀芯与阀体之间产生刮损而损伤阀芯，影响阀芯的使用寿命；3、O型密封圈，而流体介质具有高压超低温的特点(例如LNG、CNG、氢气等)，当流体介质流动时，阀体内部温度降低，O型圈在低温下密封性能差。

实用新型内容

本实用新型的发明目的在于：针对上述存在的问题，提供一种阀芯密封结构及其得到的气动柱塞阀，通过改变现有阀芯密封方式，以克服其存在的技术缺陷。

本实用新型采用的技术方案如下：一种阀芯密封结构，包括中部具有颈部的阀芯，其特征在于，所述阀芯颈部的一侧套设并滑动连接有螺塞，螺塞远离阀芯颈部的一侧内凹形成用于装配上螺塞的上螺塞安装座，所述上螺塞安装座内设置有用于密封螺塞与阀芯之间装配间隙的上密封圈，所述上密封圈套设并滑动连接在阀芯上，且不与阀芯颈部接触，所述上螺塞通过上螺塞安装座与螺塞装配后，上螺塞与螺塞同时对上密封圈进行限位，以防止上密封圈移动。

在上述结构中，通过上密封圈来对阀芯实现密封，实现了由原来的O型圈变为蓄能圈，其不仅无需在阀芯上加工出密封圈安装槽，阀芯的加工难度低，而且由于蓄能圈耐低温性远高于O型圈，能够有效避免因高压低温而导致密封性差的问题，有效解决了目前O型圈密封所存在的技术缺陷。

进一步，为了更好地对阀芯进行有效密封，所述阀芯远离螺塞的端部处套设并滑动连接有下螺塞，所述下螺塞朝向螺塞的端部处设置有用于密封下螺塞与阀芯之间装配间隙的下密封圈，所述下密封圈套设并滑动连接在阀芯上，且不与阀芯颈部接触。相应地，下密封圈的作用与上密封圈的作用相同，在低温条件下均能有效地对阀芯进行密封。

在本实用新型中，所述上螺塞或/和下螺塞内设置有支撑环，所述支撑环套设并滑动连接在阀芯上，支撑环与上密封圈或/和下密封圈接触，以在上密封圈或/和下密封圈处提供支撑。支撑环的设置不仅可以为密封圈提供支撑，而且一般支撑环为塑料，其能避免金属制的上螺塞和下螺塞的端部直接与阀芯接触而刮损阀芯，保证阀芯的使用寿命，同时，支撑环的设置还能保证阀芯的移动的同轴性，避免产生偏移而产生刮损以及影响密封效果。

在本实用新型中，沿阀芯的轴线方向，阀芯颈部包括上圆锥面、颈部和下圆锥面，所述上圆锥面位于螺塞内，所述下圆锥面位于螺塞外，螺塞靠近阀芯颈部的端部处设置有锥面密封环，所述锥面密封环通过与下圆锥面接触形成阀芯颈部的密封结构。该密封结构能够有效保证阀的使用寿命和密封效果，对于该结构的技术原理，现有技术中已有相关应用(可参考专利CN101668977A)，在此不再赘述。

在实用新型中，所述上密封圈、锥面密封环、下密封圈三者的密封通径相等。三者的密封通径相等时，阀芯移动时不需要克服其他外力，进而对气压力和弹簧弹力的强度要求小，而如果三者的密封通径不同，例如，下密封圈的密封通径较大，则柱塞阀内的复位弹簧复位时，由于密封处的面积差而使阀芯上存在向下的拉力，复位弹簧的弹力需要克服较大的拉力才能将阀芯复位，这很有可能导致复位弹簧不能发挥复位作用，进而导致气动柱塞阀不能实现常闭功能。

本实用新型还包括一种气动柱塞阀，包括阀体，设于阀体中部的阀芯通道，分别位于阀芯通道两侧的流体介质进口通道和流体介质出口通道，其特征在于，所述阀芯通道内安装有上述阀芯密封结构，所述阀芯通道的一侧直接与流体介质进口通道接通，其另一侧通过阀芯颈部与流体介质出口通道接通，所述锥面密封环安装在阀芯通道的端部处，所述阀芯通过轴向移动控制下圆锥面与锥面密封环的接触状态，来控制阀芯通道与阀芯颈部的接通状态，进而控制气动柱塞阀的开闭。

进一步，所述阀体上设置有用于安装螺塞的螺塞安装座，所述螺塞与阀体装配后，装配间隙通过套设在螺塞上的螺塞密封圈密封，所述螺塞密封圈处还设置有密封圈支撑环，所述密封圈支撑环用于对螺塞与阀体之间的装配间隙进行二次密封并保护密封圈。

在上述结构中，现有结构基本是通过螺塞密封圈实现密封，但是该密封结构是不可靠的，流体介质具有高压特点，高压下流体介质在对螺塞密封圈进行挤压时，螺塞密封圈变形而很可能无法完全密封住装配间隙。因此，为了解决该问题，本实用新型在螺塞密封圈处装配有密封圈支撑环，当螺塞密封圈受到挤压向上顶密封圈支撑环时，密封圈支撑环顶住装配间隙而保持密封状态，即实现二级密封，由此保证了此处的密封性。

作为一种实施方案，所述密封圈支撑环的横截面为三角形或类三角形。由于螺塞的密封圈安装槽的一面为斜面，为了进一步提高密封性，将密封圈支撑环与之相接触的面也设计为斜面，由此使得接触股鞥威精密，密封效果更好。

在本实用新型中，所述螺塞的一端向外凸出形成螺塞凸台，所述螺塞凸台的端部与锥面密封环接触，其壁面上分布有连接孔，螺塞凸台的外侧面与阀体之间的间距构成流体介质出口室，所述阀芯颈部通过连接孔与流体介质出口室接通，所述流体介质出口室直接与流体介质出口通道接通。

进一步，所述下螺塞通过下螺塞安装座与阀体固定连接，下螺塞与阀体同时对下密封圈进行限位，以防止下密封圈移动，所述下螺塞的中部内凹形成支撑环槽，所述支撑环槽的槽底与阀芯的端面之间留有间距形成便于阀芯轴线移动的阀芯移动腔。

综上所述，由于采用了上述技术方案，本实用新型的有益效果是：

1、本实用新型通过密封圈来对阀芯实现密封，由原来的O型圈变为蓄能圈，其不仅无需在阀芯上加工出密封圈安装槽，而且由于蓄能圈耐低温性远高于O型圈，能够有效避免因高压低温而导致密封性差的问题，有效解决了目前O型圈密封所存在的技术缺陷；

2、本实用新型在密封圈出还设置了支撑环，支撑环的设置不仅可以为密封圈提供支撑，其能避免上螺塞和下螺塞的端部直接与阀芯接触而刮损阀芯，保证阀芯的使用寿命，同时，支撑环的设置还能保证阀芯的移动的同轴性，避免产生偏移而产生刮损以及影响密封效果；

3、本实用新型的上密封圈、锥面密封环、下密封圈三者的密封通径相等，阀芯移动时不需要克服其他外力，对气压力和弹簧弹力的强度要求小，气动柱塞阀易受控制，工作可靠性强；

4、本实用新型在螺塞密封圈处装配有密封圈支撑环，当螺塞密封圈受到挤压向上顶密封圈支撑环时，密封圈支撑环顶住装配间隙而保持密封状态，保证了此处的密封性；

5、本实用新型的气动柱塞阀结构紧凑，装配简单可靠，密封效果好，有效解决了现有气动柱塞阀所存在的制造成本高、密封可靠性不足、使用寿命短的问题。

附图说明

图1是本实用新型的一种气动柱塞阀剖面结构示意图；

图2是图1中A部分的局部放大图。

图中标记：1为阀体，101为流体介质进口端，102为流体介质出口端，103为流体介质进口通道，104为流体介质出口通道，105为螺塞安装座，106为下螺塞安装座，2为阀芯通道，3为阀芯，301为上圆锥面，302为颈部，303为下圆锥面，4为活塞杆，5为阀盖，501为气压接入孔，6为气压室，7为上螺塞，8为复位弹簧，9为螺塞，901为上螺塞安装座，902为密封圈安装槽，903为螺塞凸台，904为连接孔，10为螺塞密封圈，11为流体介质出口室，12为锥面密封环，13为密封圈支撑环，14为下螺塞，1401为支撑环槽，1402为下螺塞通孔，15为阀芯移动腔，16为上密封圈，17为下密封圈，18为上支撑环，19为下支撑环。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型作详细的说明。

为了使本实用新型的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本实用新型进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本实用新型，并不用于限定本实用新型。

如图1所示，一种气动柱塞阀，包括阀体1，阀体1的两侧分别设置有流体介质进口通道103和流体介质出口通道104，与之相对应的端口为流体介质进口端101和流体介质出口端102，阀体1中部具有容纳阀芯3的阀芯通道2，流流体介质进口通道103和流体介质出口通道104通过阀芯通道2接通，阀芯通道2内安装有阀芯3，阀芯3的上端与活塞杆4固定连接(例如可以通过螺杆实现螺纹固定连接)，活塞杆4的上端设置有阀盖5，活塞杆4位于阀盖5内，阀盖5与阀体1的上端固定连接(可选择螺纹连接)，阀盖5上设置有气压接入孔501，活塞杆4的顶面与阀盖5的内壁之间留有间隙形成气压室6，气压接入孔501接通气压室6。阀芯3的上部滑动连接有上螺塞7，上螺塞7套设在阀芯3上，上螺塞7与活塞杆4之间设置有复位弹簧8，所述复位弹簧8的上下端分别与活塞杆4和上螺塞7接触。上螺塞7的中下部套设有螺塞9，所述螺塞9安装在阀体1中部的螺塞安装座105上，螺塞9的上部设置有用于安装上螺塞7的上螺塞安装座901，螺塞9的下部设置有用于安装螺塞密封圈10的密封圈安装槽902，以使螺塞9与阀体1之间通过螺塞密封圈10密封接触。螺塞9通过上部的上螺塞安装座901对上螺塞7进行限位，气压室6气压升高推动活塞杆4向下移动时，带动阀芯3向下移动，由此对复位弹簧8进行压缩，当气压撤销后，复位弹簧8释能推动活塞杆7向上移动，由此实现复位。

螺塞9的下部套设在阀芯3上，且与阀芯3滑动连接。螺塞9的下部设置有螺塞凸台903，由此使螺塞9的下部与阀体1之间构成流体介质出口室11，流体介质出口室11直接与流体介质出口通道104接通。螺塞凸台903通过锥面密封环12与阀体通道2的上端口接触，锥面密封环12设置在阀体通道2的上端口处，阀芯3的中部具有阀芯颈部，如图1所示，具有颈部的阀芯3为最常用的结构形式，在此不再赘述(可以参考中国专利CN101668977A)。阀芯阀芯的颈部由上圆锥面301、颈部302和下圆锥面303构成，上圆锥面301和颈部302的中上部位于螺塞凸台903内，螺塞凸台903上设置有连接孔904，以通过连接孔904将流体介质出口室11与阀芯颈部接通，所述下圆锥面303位于锥面密封环12的下方，即位于阀芯通道2内。气动柱塞阀通过锥面密封环12与下圆锥面303接触的方式实现对阀芯通道2的关闭，由此断开与流体介质出口室11的连通，流体介质的流动被断开，气动柱塞阀实现关闭功能。

进一步，由于螺塞9与阀体1之间是通过螺塞安装座105装配的，因此螺塞9与阀体1之间存在一定宽度的装配缝隙，为了防止流体介质出口室11内的流体介质通过该装配缝隙窜入螺塞9上方而最终侵入气压室6内，在现有技术中，一般是在螺塞9的密封圈安装槽902处安装螺塞密封圈10来实现密封。但是该密封结构是不可靠的，流体介质具有高压特点，高压下流体介质在对螺塞密封圈10进行挤压时，螺塞密封圈10变形而很可能无法完全密封住装配间隙。因此，为了解决该问题，本实用新型在密封圈安装槽902内、螺塞密封圈10的上方装配有密封圈支撑环13，如图2所示，当螺塞密封圈10受到挤压向上顶密封圈支撑环13时，密封圈支撑环13顶住装配间隙而保持密封状态，即实现二级密封，由此保证了此处的密封性。

作为一种改进地实施方式，一般情况下，螺塞9的密封圈安装槽902靠近上螺塞7的一面为斜面，以便于螺塞密封圈10的安装。为了进一步提高密封性，密封圈支撑环13与该面的接触面也为斜面，即密封圈支撑环13的横截面为三角形或类三角形，在该结构下，螺塞密封圈10向上顶起密封圈支撑环13时，密封圈支撑环13与密封圈安装槽902以及阀体1之间的接触更为紧密，密封效果更好。

进一步，阀芯3的下端套设有下螺塞14，下螺塞14通过阀体1下部的下螺塞安装座106与阀体1固定连接(例如螺纹固定连接)，下螺塞14的中部内凹形成支撑环槽1401，支撑环槽1401的槽底与阀芯3的下端面之间留有间距形成阀芯移动腔15。一般情况下，气动柱塞阀处于常闭状态，此时阀芯3在活塞杆4的作用下向上抬起，由此使得其与支撑环槽1401之间形成阀芯移动腔15，当活塞杆4向下带动阀芯3移动以开启阀芯通道2时，阀芯移动腔15主要为阀芯3提供向下移动的空间。进一步地，支撑环槽1401的槽底处设置有下螺塞通孔1402，以通过下螺塞通孔1402控制阀芯移动腔15内的气压。

进一步，对于阀芯3上部和下部的密封，如图1所示，阀芯3的中上部、上螺塞7的下端与螺塞9的上螺塞安装座901之间通过上密封圈16密封，所述上密封圈16用于密封阀芯3的中上部；阀芯3下端与下螺塞14之间通过下密封圈17实现密封接触，所述下密封圈17位于阀体1下部的下螺塞安装座106与下螺塞14上端之间，上密封圈16、锥面密封环12和下密封圈17所构成的密封结构能够有效避免出现该问题，同时，上密封圈16和下密封圈17由原来的O型圈变为蓄能圈，蓄能圈耐低温性能优于O型圈，有效克服了低温对密封性能的影响。

进一步，为了更好地形成阀芯3的密封结构，同时更好的保护阀芯3，上密封圈16和下密封圈17处分别对应设置有上支撑环18和下支撑环19，上支撑环18和下支撑环19分别对上密封圈16和下密封圈17提供密封支撑，同时，上支撑环18和下支撑环19一般采用塑料制造，其与阀芯3接触滑动时，不易对阀芯3造成刮伤，避免了阀芯3与金属制的螺塞端部直接接触而刮损，保证了阀芯3的使用寿命。另外，上密封圈16、锥面密封环12和下密封圈17的密封通径相等，阀芯3移动时不需要克服其他外力，进而对气压力和弹簧弹力的强度大小要求小，实际应用中仅通过1MPa以下的力就能实现阀芯3的移动，而如果三者的密封通径不同，例如，下密封圈17的密封通径较大，则复位弹簧8复位时，由于面积差而使阀芯3上存在向下的拉力，复位弹簧8的弹力需要克服较大的拉力才能将阀芯3复位，这很有可能导致复位弹簧8不能发挥复位作用，进而导致气动柱塞阀不能实现常闭功能。

本实用新型所涉及的气动柱塞阀的运作原理为：通过电磁阀控制仪表风(即气压室)与弹簧力的作用共同控制活塞杆4的动作，进而带动阀芯3执行相应动作，由此实现阀门的开启和关闭，气动柱塞阀保持常闭状态，当打开电磁阀时，仪表风气(通过气压室)推动活塞杆4带动阀芯3向下运动，阀芯3的下圆锥面303与锥面密封环12脱离接触，此时阀芯通道2通过螺塞凸台903与流体介质出口室11接通，柱塞阀打开，当关闭电磁阀时，仪表风气体断开并排出，复位弹簧8推动活塞杆4带动阀芯3向上运动，阀芯3复位，阀芯3的下圆锥面303与锥面密封环12重新接触而实现密封，阀芯通道2与流体介质出口室11断开，柱塞阀关闭。

以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种阀芯密封结构，包括中部具有颈部的阀芯，其特征在于，所述阀芯颈部的一侧套设并滑动连接有螺塞，螺塞远离阀芯颈部的一侧内凹形成用于装配上螺塞的上螺塞安装座，所述上螺塞安装座内设置有用于密封螺塞与阀芯之间装配间隙的上密封圈，所述上密封圈套设并滑动连接在阀芯上，且不与阀芯颈部接触，所述上螺塞通过上螺塞安装座与螺塞装配后，上螺塞与螺塞同时对上密封圈进行限位，以防止上密封圈移动。

2.如权利要求1所述的阀芯密封结构，其特征在于，所述阀芯远离螺塞的端部处套设并滑动连接有下螺塞，所述下螺塞朝向螺塞的端部处设置有用于密封下螺塞与阀芯之间装配间隙的下密封圈，所述下密封圈套设并滑动连接在阀芯上，且不与阀芯颈部接触。

3.如权利要求2所述的阀芯密封结构，其特征在于，所述上螺塞或/和下螺塞内设置有支撑环，所述支撑环套设并滑动连接在阀芯上，支撑环与上密封圈或/和下密封圈接触，以在上密封圈或/和下密封圈处提供支撑。

4.如权利要求2所述的阀芯密封结构，其特征在于，沿阀芯的轴线方向，阀芯颈部包括上圆锥面、颈部和下圆锥面，所述上圆锥面位于螺塞内，所述下圆锥面位于螺塞外，螺塞靠近阀芯颈部的端部处设置有锥面密封环，所述锥面密封环通过与下圆锥面接触形成阀芯颈部的密封结构。

5.如权利要求1所述的阀芯密封结构，其特征在于，所述上密封圈、锥面密封环、下密封圈三者的密封通径相等。

6.一种气动柱塞阀，包括阀体，设于阀体中部的阀芯通道，分别位于阀芯通道两侧的流体介质进口通道和流体介质出口通道，其特征在于，所述阀芯通道内安装有上述权利要求4所述的阀芯密封结构，所述阀芯通道的一侧直接与流体介质进口通道接通，其另一侧通过阀芯颈部与流体介质出口通道接通，所述锥面密封环安装在阀芯通道的端部处，所述阀芯通过轴向移动控制下圆锥面与锥面密封环的接触状态，来控制阀芯通道与阀芯颈部的接通状态，进而控制气动柱塞阀的开闭。

7.如权利要求6所述的气动柱塞阀，其特征在于，所述阀体上设置有用于安装螺塞的螺塞安装座，所述螺塞与阀体装配后，装配间隙通过套设在螺塞上的螺塞密封圈密封，所述螺塞密封圈处还设置有密封圈支撑环，所述密封圈支撑环用于对螺塞与阀体之间的装配间隙进行二次密封并保护密封圈。

8.如权利要求7所述的气动柱塞阀，其特征在于，所述密封圈支撑环的横截面为三角形或类三角形。

9.如权利要求8所述的气动柱塞阀，其特征在于，所述螺塞的一端向外凸出形成螺塞凸台，所述螺塞凸台的端部与锥面密封环接触，其壁面上分布有连接孔，螺塞凸台的外侧面与阀体之间的间距构成流体介质出口室，所述阀芯颈部通过连接孔与流体介质出口室接通，所述流体介质出口室直接与流体介质出口通道接通。

10.如权利要求9所述的气动柱塞阀，其特征在于，所述下螺塞通过下螺塞安装座与阀体固定连接，下螺塞与阀体同时对下密封圈进行限位，以防止下密封圈移动，所述下螺塞的中部内凹形成支撑环槽，所述支撑环槽的槽底与阀芯的端面之间留有间距形成便于阀芯轴线移动的阀芯移动腔。

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