結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥的製作方法

2023-06-10 05:35:36 2

專利名稱：結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥的製作方法
技術領域：
本發明屬於閥門，尤其是涉及到結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥方面的設計。
背景技術：
截止閥是工業用通用閥類排名為二，在管道中使用較閘閥次之的一種閥門，使用的面大量廣，該閥啟閉件為塞形的閥瓣，密封面呈平面或錐面，閥瓣沿流體的中心線作直線運動，閥杆的運動形式有升降杆式(閥杆升降，手輪不升降)，也有升降旋轉杆式(手輪與閥杆一起旋轉升降，螺母設在閥體上)。截止閥一般用於全開和全關，亦可作調節和節流。截止閥屬於強制密封式閥門，所以在閥門關閉時，必須向閥瓣施加壓力，以強制密封面不洩漏。當介質由閥瓣下方進入閥腔時，操作力所需要克服的阻力，是閥杆和填料的磨擦力與由介質的壓力所產生的推力，關閥門的力比開閥門的力大，所以閥杆的直徑要大，否則會發生閥杆頂彎的故障。近年來，從自密封的閥門出現後，截止閥的介質流向就改由閥瓣上方進入閥腔，這時在介質壓力作用下，關閥門的力小，而開閥門的力大，閥杆的直徑可以相應地減少。截止閥開啟時，閥瓣的開啟高度，為公稱直徑的25% 30%時，流量已達到最大， 表示閥門已達全開位置。所以截止閥的全開位置，應由閥瓣的行程來決定截止的優點1、結構簡單，製造和維修比較方便。2、工作行程小，啟閉時間短。3、可在較高的壓力下使用，例如在(1. 6Mpa 35Mpa)左右和較高的溫度025°以上)下工作。如附圖5所示，截止閥通常在閥瓣19和閥座20的平行面上堆焊耐磨損和硬度較高的材料如不鏽鋼或更高一些的司太立合金(此硬質合金材料國內無資源，長期依靠進口)，兩密封面結合不同的材料配對以保證閥門密封面能夠長期使用和不被介質腐蝕。截止閥的缺點1、流體阻力大，開啟和關閉時所需力較大。2、因為通常兩密封面的材料基本是屬於同宗同種，在使用中密封面間有粘著磨損傾向，影響密封效果和使用壽命。3、閥門長開時閥座的平面容易結垢，使得關閥時封閉不嚴和損傷密封副，結果是造成閥門內漏。

發明內容
本發明的目的是提供一種「結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥」(以下均稱為截止閥)，彈性閥座與陶瓷閥瓣為柔性接觸的設計可長期保持閥門密封的可靠性，兩密封件的不同配對的材料不僅可以降低閥座和閥瓣磨損，亦可降低閥門的操作扭矩。
在本發明上述類型的截止閥中，由閥體和閥蓋相連接的第一部分和陶瓷閥座與閥杆連接的第二部分組成，以閥體水平線為中心的布置一向上的入口處和以十字中心向下彎曲的出口流道，在此交匯處的臺階孔中心位置配備有一彈性閥座，其中圓孤的一面與陶瓷閥瓣的端面接觸並嚴密貼合成為截止閥的密封副。閥座是為已知的不鏽鋼材質，優選的為管材，密封端以外徑向上為圓孤的起點和終點在其中心的大致90°上向外擴展，經加工捲曲成一圓孤狀，上件與閥體相結合的是在大約以十字中心部位的環形槽中，從槽的平面和閥座的內徑處用焊接的方式來固定，亦可採用已知的過盈的裝配，如滾壓或者是用壓力機緩緩壓入的形式連接(圖中未示出)。在閥的關閉狀態下，這種已知結構的特徵是由於入口 /出口作用在閥瓣上的正壓力面積的不同(所述壓力是指管道內介質的壓力)，閥瓣向彈性閥座施壓，作用力在以圓心為中心處的孤面上，在保證能夠有足夠的強度承受彎曲應力的情況下，這種俯於彈性的結合可以幫助獲得較為理想的密封效果，結果是閥門關閉力矩的大幅減小。說明一點，公知的結構陶瓷有用於閥類有成功的案例，但類似用於截止閥閥瓣的結構陶瓷尚未見報導，問題是結構陶瓷脆性高，難以適應如該閥通常在用閥杆頂壓在近類似於剛性的密封面的接觸方式來實現。另外，有時候存在著管道內的氣流脈動所激發的管道振動，也對陶瓷閥的密封件和正常使用構成巨大的威脅。克服上述的問題是，除了如上所述的彈性閥座以外，更可靠的如，在和芯軸相互連接的閥座上的圓螺母上和閥杆的接觸的兩端設一組蝶形彈簧，除了可以消除振動之外，重要的是閥桿頭部作用在彈簧上使閥瓣與彈性閥座緊密貼合的輔助力矩來源之一。連接陶瓷閥瓣上的孔的是在其底部帶有錐度相結合一致的芯軸，該芯軸的上部為銷孔，圓柱銷通過此孔與閥杆端部的直槽口相連接，所述圓柱銷在閥桿頭部的直槽口中為活動連接，而和芯軸的孔為固定配合。如果閥開啟，圓柱銷在蝶形彈簧作用力下和閥桿頭部的圓柱銷孔的圓孤重合，關閥時，閥桿頭部向下施力於蝶形彈簧，當陶瓷閥瓣和彈性閥座接觸時，繼續旋轉閥杆至閥蓋末端和調節螺母接觸時，此時閥杆下降到圓柱銷接近於直槽口中上部圓孤的之間，蝶形彈簧的力矩由調節螺母限定，調節螺母由緊定螺釘固定在閥杆與手輪和閥蓋的端部之間。關閥時不再是常規以閥杆向下推動閥瓣唯一的軸向力，而是利用管道本身介質的壓力作用在閥瓣上，蝶形彈簧是提供的一個附加的力量，其力矩的大小以能夠達到密封為原則，由上閥杆上的調節螺母限定閥杆的行程，並由緊定螺釘固定在閥杆上。對於彈性閥座有一個不能忽視的內容是，其密封為孤形的面和陶瓷閥瓣的一面為線性接觸，線性面上結垢困難，這對於現有水平安裝截止閥的閥座的平面上常滯留頑垢使密封失效提出了新的解決方法，即使有微量存在，也會被非常堅硬的陶瓷閥瓣壓潰而不復存在。除了上述的因素以外，截止閥另一個密封失效的原因是金屬與金屬粘著磨損，多年來，本行業的研究機構和技術人員採用了大量的研究和試驗，雖然採用了不同的硬度和材料的配對的方法，但始終它們還是為同一類別，尤其是不鏽鋼閥的兩密封同一材料損害更為嚴重，這也是本發明陶瓷閥瓣和彈性閥座配對要解決的重要問題之一。不鏽鋼閥的價格是普通鋼閥的數倍，所以不得不考慮在本體上加工出來的密封面在很長一段作用後也會失效，這對使用者來說是不願看到的，維修也也許力不從心，因此， 從節約時間和成本而言，如就在管線上不拆除閥門就快速更換閥座可能就是最好的方法， 閥座和閥體之間的密封可裝上一個成形柔性石墨的密封壞，更換彈性閥座時可以用拉拔器從其內徑的底平面處拉出。在閥處於關閉狀態下，為了阻斷介質從入口進入出口端，在圓螺母往下的凹槽下一平面和陶瓷閥瓣的上一平面裝備有密封墊片，所述密封墊片通常為柔性石墨加不鏽鋼纏繞的製成品，以適應在高溫下使用。另一種本發明的實施例為在腐蝕介質中普遍使用的不鏽鋼截止閥，可以在閥的本體上直接加工出彈性閥座，在彈性閥座的下方的流道處設彈性槽，槽的R終點大致在彈性閥座的圓心處，彈性槽的上一面與彈性閥座的周圓相切或者相近的設計。對於截止的上密封，GB12235-2007石油、石化相關工業用鋼製截止閥和升降式止回閥的標準規定，其中4. 2. 5規定閥蓋上必須有一圓錐形或球面形的上密封，上密封座採用襯套鑲在閥蓋上。以上述方式加工耗時費力，除了產品成本上升以外，而對裝配零件的加工同軸度要求較高，以致於市場該類閥的上密封不合格頗多，由於上密封的質量在閥門的使用中難以察覺，很多的情況下只有在更換填料時才發現端倪，由此造成高溫氣體的洩漏出閥外對人員的傷害時有發生，其利害關係不可小視。再者通常的上密封是在閥門常開時保護填料免受高溫和高壓流體進入的唯一的渠道，而失去它將是對閥的壽命與人身安全的一個挑戰。通過評估和理論研究與實踐得出這樣一個事實，在閥杆上加工成一平面和閥蓋的上密封處堆焊耐腐蝕的不鏽鋼材料後加工成一平面、兩者接觸更容易實現密封，而此方法不但對零件還是裝配後的閥門同軸度的要求並不高，而且加工方便，這對提高截止閥的產品質量和節約生產成本具有現實的意義。通過上述的設計可以達到如下的效果1.結構陶瓷閥瓣具有極高的硬度，超強的耐腐蝕性能，可以有效的提高閥門的使用壽命。2.陶瓷閥瓣和閥杆為活動連接，拆裝卸方便，零件損壞後可以更換。3.適用性好，製造成本低廉；閥杆與閥蓋的上密封採用平面與平面接觸，對零部件同軸度要求不高，加工較為方便容易。4.操作力矩小；彈性閥座與陶瓷閥瓣的接觸為柔性接觸，密封方式為管道內的流體壓力推動，蝶形彈簧預緊，所需操作力小。5.調節方便；無需複雜的機構，在閥杆上端設有調節螺母，鬆開即可適當調節陶瓷閥瓣與彈性閥座之間所需力矩的適當位置。


在上述的圖中，如有相同的標號則表示是相同的作用。圖示主要零件碼號為A是閥體和閥蓋的連接部分，B陶瓷閥座與閥杆連接部分； 其中序號分別為1、閥體 2、閥蓋 3、閥瓣 4、填料 5、圓螺母 6、閥杆 7、蝶形彈簧 8、圓柱銷 9、芯軸 10、彈性閥座1 11、手輪 12、出口 13、柔性石墨密封圈14、彈性閥座2 15、入口 16、調節螺母17、緊定螺釘18彈簧墊片。
本發明的這些和其它目的優點通過下面附圖作詳細描述。圖1是本發明結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥剖視圖。圖2是圖1的閥瓣結構部件的放大的剖視圖。圖3是圖1的彈性閥座結構部件的放大的剖視圖。圖4是圖1的一種可拆卸彈性閥座結構部件的放大的剖視圖。圖5是如圖1 一種在本發明如不鏽鋼閥本體上加工成為彈性閥座的密封面的截面6是市售截止閥的剖視圖。
具體實施例方式本發明上述的截止閥，如圖1，由閥體1和閥蓋2相連接的第一部分A和陶瓷閥座 3與閥杆6連接的第二部分B組成，以閥體1水平線為中心布置的一向上的入口 15處和以十字中心向下彎曲的出口流道12，在此交匯處的臺階孔中心位置配備有一彈性閥座10、 14，和不鏽鋼閥直接在閥的本體上加工出來的彈性閥座1-4，其中圓孤10-2、14-1、1-4的一面與陶瓷閥瓣3的端平面3-1接觸並嚴密貼合成為截止閥的密封副。請參看圖2，連接陶瓷閥瓣3中的是在其底部帶有錐度9-1相結合一致的是芯軸 9，該芯軸9的上部置於閥杆6未端的孔6-5中，其中有一圓柱銷孔9-3，圓柱銷8通過該孔 9-3與閥杆6端部的縱向直槽口 6-1相連接，所述圓柱銷8在閥桿頭部的縱向直槽口 6-1中為活動連接，和芯軸9-3的孔為固定配合。如果閥開啟，蝶形彈簧7通過彈簧墊片18與閥杆6末端平面6-2接觸，圓柱銷8 與6-1的圓孤重合，關閥時，在手輪11的作用力下閥杆6頭部6-2向下施力於蝶形彈簧7， 並通過圓螺母5作用於陶瓷閥瓣3上，當陶瓷閥瓣3和彈性閥座10-2、14-1、1-4接觸時，繼續旋轉閥杆6至閥蓋末端2-2和調節螺母11接觸時，此時閥杆6下降到圓柱銷8接近於縱向直槽口 6-1中上部圓孤的6-3之間。在和芯軸9相互連接的閥座3上的圓螺母5上和閥杆6與墊片18之間的接觸的兩端設一組蝶形彈簧7，除了可以消除振動之外，重要的是閥杆6頭部作用在蝶形彈簧7上使陶瓷閥瓣3與彈性閥座10、14緊密貼合的輔助力矩來源之一。蝶形彈簧7的力矩由調節螺母16限定，所述調節螺母16由緊定螺釘17固定在閥杆6與手輪11和閥蓋2的端部2-2之間。在閥處於關閉狀態下，為了阻斷介質從入口進入出口端，在圓螺母5往下的凸臺 5-1下一平面和陶瓷閥瓣3的3-2的孔中裝備有密封填料4，為力求密封的可靠性，填料4 的下端設計成為圓錐角4-1，內外錐面形成和3-3、9-1相互接觸、並通過圓螺母5相配合的螺紋9-2旋壓而成為密封態勢、以防止介質從進口端15流進出口端12，填料4通常為柔性石墨的製成品，以適應在高溫下使用。在閥杆6和芯軸9連接的上端成一圓臺具有光滑的平面6-4，在閥開的狀態下閥蓋 2上的2-1接觸以阻斷介質流出，一方面可以是長期保護填料免受高溫高壓流體的衝擊，更重要的是保證工作人員在重新更換密封填料時不會因介質的外漏提供安全可靠的保障措施。如圖3所示，彈性閥座10密封端以外徑向上為圓孤的起點10-1和終點10-4其中心的大致90°上向外擴展，經加工捲曲成一圓孤狀，上件與閥體相結合的是在大約以十字中心部位的環形槽1-1中，從槽1-2的平面和彈性閥座10的內徑處用焊接的方式來固定。圖4是一種可拆卸的彈性閥座14，可用棒材或厚壁管材加工成形，內徑為一圓孤的彈性槽口 14-2向外徑一側延伸，密封端以14-2的圓孤為中心向外方向上擴展到14-1和與彈性閥座14相一致的外徑14-4，底面和閥體1流道中心的水平線基本持平，14-2以下為和孔1-3垂直大致為50°左右、與柔性石墨密封圈13相接觸的、有利於使其壓縮成密封態勢錐形面14-5，外徑14-3與14-4基本相近，下部外圓14_6與閥體1中的1_2、1_3孔的配合一般選擇過盈的裝配成固定狀。圖5所示的為一種為不鏽鋼閥在本體1上直接加工出來的R形彈性閥座1-4，在其下方的流道處設有彈性槽1-5，此槽的R終點大致在R1-4的圓心處，槽的一面1-6與R1-4 的周圓相切或者相近的設計。結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥突破有始以來傳統金屬與金屬配對的組合以及閥杆與閥蓋的平面的上密封，其結構的改變使兩者接觸更容易實現密封，而此方法不但對零件還是裝配後的閥門同軸度的要求並不高，而且加工方便，這對提高截止閥的產品質量和節約生產成本都具有重大的意義。說明書至此已說明完畢，對於閱讀並理解本領域的技術人員來說會有更多的改進和提高，而本發明的技術要點僅以權利要求書作為限定。
權利要求
1.一種結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其中主要由閥體(1)和閥蓋(2) 相連接的第一部分(A)和陶瓷閥座C3)與閥杆(6)連接的第二部分(B)組成，以閥體(1)水平線為中心布置的一向上的入口(15)處和以十字中心向下彎曲的出口流道(12)，在此交匯處的臺階孔中心位置配備有一彈性閥座(10、14)和一從本體上加工的彈性閥座(1-4)， 其中圓孤(10-2、14-1、1-4)與陶瓷閥瓣(3)的密封面(3-1)接觸且密切的貼合成為密封副。
2.根據權利要求1所述的結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特徵是連接陶瓷閥瓣(3)上的孔(3-4)的是在其底部帶有錐度(9-1)相結合一致的芯軸(9)，該芯軸(9)的上部為圓柱銷孔(9-3)，圓柱銷⑶通過該孔(9-3)與閥杆(6)端部的縱向直槽口(6-1)相連接，所述圓柱銷(8)在閥桿頭部的縱向直槽口(6-1)中為活動連接，而和芯軸 (9-3)的孔為固定配合。
3.根據權利要求1所述的結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特徵是彈性閥座(10)密封端以外徑向上為圓孤的起點(10-1)和終點在(10-4)其中心的大致90° 上向外擴展，經加工捲曲成一圓孤狀，上件與閥體(1)相結合的是在大約以十字中心部位的環形槽(1-1)中，從槽(1-2)的平面和彈性閥座10的內徑處用焊接的方式來固定。
4.根據權利要求1所述的結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特徵是一種可拆卸彈性閥座(14)，內徑為一圓孤的彈性槽口(14-2)向一側延伸，密封端以(14-2)的圓孤為中心向外方向上擴展到(14-1)和與彈性閥瓣相一致的外徑(14-4)，底面和閥體⑴ 流道中心的水平線基本持平，(14-2)以下為和孔(1-3)垂直大致50°左右、與柔性石墨密封圈(1 相接觸的、有利於使其壓縮成密封態勢的錐形面(14-5)，下部外圓(14-6)與閥體 (1)中的(1-2、1-3)孔的配合一般選擇過盈的裝配成固定狀。
5.根據權利要求1所述的結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特徵是一種為不鏽鋼閥在本體(1)上直接加工出來的R形彈性閥座(1-4)，在其下方的流道處設有彈性槽(1-5)，此槽的R終點大致在R(1-4)的圓心處，槽的一面(1-6)與R(l_4)的周圓相切或者相近的設計。
6.根據權利要求1所述的結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特徵是和圓螺母(5)的下平面與墊片(18)的上平面接觸的兩端設一組蝶形彈簧(7)，閥杆(6)頭部向下運動時蝶形彈簧(7)作用力使陶瓷閥瓣(3)的密封面(3-1)與彈性閥座(10、14)上的 (10-2)、(14-1)、和閥體(1)上的(1-4)緊密貼合。
7.根據權利要求1所述的結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特徵是在圓螺母(5)往下的凸臺(5-1)下一平面和陶瓷閥瓣(3)的(3-2)的孔中裝備有密封填料 0)，填料4的下端設計成為圓錐角0-1)，內外錐面形成和(3-3、9-1)相互接觸、並通過圓螺母( 相配合的螺紋(9- 旋壓而成為密封態勢。
8.根據權利要求1所述的結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特徵是閥杆(6)和芯軸(9)連接的上端成一圓臺具有光滑的平面(6-4)，在閥開的狀態下閥蓋(2)上的接觸以阻斷介質流出。
9.根據權利要求1所述的結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特徵是調節螺母(16)套裝在閥杆(6)的上部與手輪(11)和閥蓋O)的端部(2- 之間，由緊定螺釘(17)固定。
全文摘要
一種結構陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其中主要由閥體(1)和閥蓋(2)相連接的第一部分(A)和陶瓷閥座(3)與閥杆(6)連接的第二部分(B)組成，以閥體(1)水平線為中心布置的一向上的入口(15)處和以十字中心向下彎曲的出口流道(12)，在此交匯處的臺階孔中心位置配備有一彈性閥座(10、14)和一從本體上加工的彈性閥座(1-4)，其中圓孤(10-2、14-1、1-4)與陶瓷閥瓣(3)的密封面(3-1)接觸且密切的貼合成為密封副。
文檔編號F16K1/48GK102345742SQ20101024537
公開日2012年2月8日 申請日期2010年7月29日 優先權日2010年7月29日
發明者戴學祥, 王燊, 王爵義, 王靖聰, 陳賢良 申請人:浙江正華閥門廠