低壓降高溫氣體換向閥的製作方法

2023-05-06 14:29:46 4

專利名稱：低壓降高溫氣體換向閥的製作方法
技術領域：
本發明涉及一種高溫氣體閥門，更具體地說，涉及一種低壓降的高溫氣體 換向閥。
背景技術：
在現有技術中，傳統的閥門通常包括閥體、閥蓋和轉動軸，閥體上包括進 氣口和出氣口，轉動軸安裝在閥蓋的轉動孔中，轉動軸轉動即可實現閥體的開 啟和關閉。但是這種閥體對於有壓降要求的高溫氣體而言不宜使用，其一是流 動的壓降大，流動時氣體的能量損失較大，其二是，目前密封性能好的閥門不 能用於高溫環境。對於高溫氣體進行換向控制時通常採用金屬硬密封的高溫球閥。在需要對 高溫氣體換向時，通常採用如下的氣管連接結構，即利用一個三通管將氣體分 為兩個支路，分別在兩個支路上設置耐高溫的球閥，通過分別控制兩個球閥的 閥芯，實現對每個氣管支路流量的控制。但是這種設計對於在管道中流動的氣體存在較大阻力，使氣體在流動時能量損失非常大，造成壓降大；並且球閥的 結構、加工和配合均非常複雜。發明內容本發明要解決的技術問題在於，針對現有技術的高溫氣體換向閥門存在的上述缺陷，提供一種壓力損失小、高溫環境中密封性能高的低壓降高溫氣體換 向閥。本發明解決其技術問題所釆用的技術方案是:構造一種低壓降高溫氣體換 向閥，包括閥體，所述閥體一端設有一個進氣口，另一端設有兩個出氣口，所 述兩齣氣口的截面積均設置為與進氣口的截面積相等；所述閥體內設有可轉動 的閥杆，所述閥杆的轉動中心線位於兩齣氣口中心線的對稱中性面上，其一端 延伸至閥體外部；所述閥杆上連接設有兩個能隨閥杆在閥體內繞閥杆轉動的閥 蓋；所述閥蓋和對應的出氣口之間設有相互匹配且垂直於該出氣口中心線的密 封面；在垂直於閥杆轉動中心軸的平面上，所述兩閥蓋上密封面之間的投影夾 角小於或等於所述兩齣氣口中心線之間投影夾角的餘角。在本發明所述低壓降高溫氣體換向閥中，所述進氣口的中心線與兩齣氣口 中心線所在平面平行或重合。在本發明所述低壓降高溫氣體換向岡中，所述閥蓋包括活動連接在所述閥 杆上並與所述出氣口相配合形成所述密封面的密封端蓋，所述密封端蓋的密封 面設置為密封圓錐面，所述出氣口的密封面設置為與所述密封圓錐面相匹配的 密封球面。在本發明所述低壓降高溫氣體換向閥中，所述出氣口處設有密封環和將密 封環固定在出氣口處的鎖緊螺母，所述密封球面設置在密封環上朝向密封端蓋 的端部。在本發明所述低壓降高溫氣體換向閥中，所述閥蓋的密封端蓋與所述閥杆 連接處設有通孔，所述閥蓋還包括尾端穿過所述通孔固定連接在閥杆上的連接 螺栓，以及固定在密封端蓋上並將所述連接螺釘的頭部密封在所述通孔處的封 蓋。在本發明所述低壓降高溫氣體換向閥中，所述閥杆包括固定連接在一起的 轉軸和連接杆，所述轉軸的一端延伸至閥體外部，所述連接杆的一端固定在轉 軸中部，其另 一端分別與所述兩閥蓋的連接螺栓尾部固定連接。在本發明所述低壓降高溫氣體換向閥中，所述封蓋和密封端蓋之間位於通 孔處設有供所述連接螺栓的頭部活動的腔室，所述連接杆上與所述連接螺栓的 螺紋部連接處設置為與所述通孔相匹配的球冠。在本發明所述低壓降高溫氣體換向閥中，所述兩齣氣口中心線之間的夾角設置為30~80度，所述兩閥蓋的密封端面之間的夾角"i殳置為5~60度。在本發明所述低壓降高溫氣體換向閥中，所述進氣口的中心線也設置在兩 出氣口中心線的對稱中性面上。在本發明所述低壓降高溫氣體換向閥中，所述閥杆的轉動中心線與兩齣氣 口中心線所在平面垂直。實施本發明所述的高溫氣體換向閥，具有以下有益效果通過在金屬材料 製成的閥體上設置一進氣口和兩齣氣口 ，這樣就能使得從進氣口進入的氣體能 夠分出兩個支路；通過閥體內設置可轉動的閥杆，閥杆上連接設有兩個分別與 出氣口相匹配的閥蓋，通過在閥體外部驅動閥杆延伸出閥體外部的延伸部分， 使得閥杆帶動閥蓋在閥體內轉動；通過在閥蓋與出氣口之間設置相互匹配的密 封面，使得當其中一個閥蓋隨閥杆轉動到出氣口時，能夠將該出氣口密封住， 從而使得氣體只能從另一出氣口流出，達到換向的目的。通過設置閥杆位於兩 出氣口中心線的對稱中性面上，使得閥杆到兩齣氣口中心線的距離相等，由於 閥蓋垂直密封在出氣口處，即密封面與出氣口的中心線垂直，4吏得閥蓋與閥杆 連接處到閥杆轉動中心線之間的距離相等，這樣兩個閥蓋與閥杆連接處在閥體 內轉動時的運動軌跡重合，使得兩閥蓋在閥體內轉動時所需的閥體內部空間較6小，有利於減小閥體的體積和重量，節省製造成本。另外，如圖2所示，在垂直於閥杆轉動中心軸的平面上，通過^:置所述兩 閥蓋上密封面P1、 P2之間的投影夾角A等於或小於所述兩齣氣口中心線L1、 L2之間投影夾角B的餘角，當其中一個閥蓋30密封住與其對應的出氣口 12 時，另一閥蓋40的密封面P2與另一出氣口 13的內側壁S平行，這樣，從進 氣口流入的氣體能夠沿另一閥蓋的密封面P2順暢地通過另一出氣口 ，大大減 小了氣體在該閥體內受到的流動阻力，氣體壓力不會發生改變；同時因為每個 出氣口的截面積均與進氣口的截面積相等，使得氣體在換向後從出氣口流出的 氣體流速不變。進一步地，通過設置所述進氣口的中心線與兩齣氣口中心線所在平面平行 或重合，使得進氣口進來的氣體以較大半徑轉過較小的角度後直接流向兩個出 氣口 ，從而進一步地減少了氣體在閥體內受到的流程阻力。更進一步地，通過設置閥蓋包括與所述閥杆活動連接且與所述出氣口相配 合形成所述密封面的密封端蓋，其中，設置密封端蓋的密封面為密封圓錐面， 設置出氣口的密封面為與所述密封圓錐面相匹配的密封i^面，使」得密封端蓋和 出氣口之間的密封面形成錐面和球面的線接觸，當閥杆帶動閥蓋的密封端蓋轉 動到出氣口時，由於積累的加工誤差，密封端蓋上密封圓錐面的中心不一定就 正對著出氣口上的密封球面(實為倒圓面)的中心；此時，由於密封端蓋與閥 杆活動連接，密封端蓋進行自適應的調整，如密封端蓋相對於出氣口的中心線 傾斜一定角度，密封圓錐面和密封球面之間的接觸線就會變成一個橢圓，同樣 能夠達到密封可靠的目的，避免氣體從密封端蓋和密封環之間的密封面處洩露 出去。在本發明所述的高溫氣體換向閥中，由於閥體內的閥杆、閥蓋結構簡單，對金屬材料的加工性能要求不高，使其材料選擇的範圍加大，進而使其適用範 圍更廣。下面將結合附圖及實施例對本發明作進一步說明。


圖l是本發明所述高溫氣體換向閥的裝配圖；圖2是本發明所述高溫氣體換向閥的結構示意簡圖；圖3是本發明所述高溫氣體換向閥中閥體的結構示意圖；圖4是本發明所述高溫氣體換向閥中閥蓋和閥杆的結構示意圖；圖5是圖1中的I部放大圖；圖6是圖4中的II部放大圖。
具體實施方式
如圖1、 2所示，在本發明所述低壓降高溫氣體換向閥的優選實施例中， 包括閥體IO、閥杆20和兩個閥蓋30、 40。為適應高溫氣體的高溫環境，閥體 10、閥杆20和閥蓋30、 40均採用耐高溫的金屬材料製成，如不鏽鋼等。如圖 1、 3所示，閥體10的一端設有一個進氣口 11,另一端設有兩個出氣口 12、 13, 每個出氣口的截面積均與進氣口的截面積相等，以保證換向後，排氣的出氣口 的排氣量與進氣口的進氣量相同。出氣口 12、 13和進氣口 11的截面形狀最好 設置為圓形，因為這種形狀能夠承受更大的氣體壓力。最好設置進氣口的中心 線L3位於兩齣氣口中心線L1、 L2所在對稱中性面上，即兩齣氣口 12、 13相 對於進氣口的中心線L3對稱，使得整個閥體10為對稱結構，便於生產加工。 優選設置進氣口的中心線L3與兩齣氣口的中心線Ll、 L2所在平面平行或者重合，本優選實施例為重合，這樣，氣體在閥體內的流動路線在兩齣氣口的對稱 中性面上的投影為直線，從而進一步地減少了氣體在閥體內受到的流程阻力， 減少氣體在閥體內流動的能量損失，減小了氣體的壓降。在本優選實施例中，閥杆20和閥蓋30、 40均設置在閥體10內。其中， 閥杆20能相對於閥體10轉動且其轉動中心線L4設置在兩齣氣口中心線Ll、 L2的對稱中性面上。兩個閥蓋30、 40連接設置在閥杆20上分別與兩個出氣 口 12、 13對應，並能垂直密封在出氣口處，與出氣口內側壁之間形成密封面 Pl、 P2，即閥蓋30、 40與出氣口中心線L1、 L2垂直。在閥體10內設置足夠 的空間，以^更閥蓋30、 40能隨閥杆20在閥體10內轉動。閥杆的轉動中心線 L4位於兩齣氣口中心線Ll、 L2的對稱中性面上，使得閥杆的轉動中心線L4 到兩齣氣口中心線L1、 L2的距離相等，由於閥蓋30、 40垂直密封在出氣口 12、 13處，即密封面Pl所在平面Pl與出氣口的中心線L1垂直，4吏得兩閥蓋 30、 40與閥杆20連接處到閥杆轉動中心線L4之間的距離相等，這樣兩個閥 蓋與閥杆連接處在閥體內轉動時的運動軌跡重合，使得兩閥蓋30、 40在閥體 10內轉動時所需的閥體內部空間較小，有利於減小閥體的體積和重量，節省 製造成本。最好設置閥杆的轉動中心線L4與兩齣氣口中心線L1、 L2所在平面 垂直，這樣，兩個閥蓋30、 40與閥杆20連接處在閥體10內轉動時的運動軌 跡與兩齣氣口中心線L1、 L2所在平面平行或者重合，4吏得兩閥蓋30、 40在閥 體10內轉動時所需的閥體內部空間更小。如圖4所示，在本優選實施例中，設置閥杆20包括轉軸21和連接杆22， 所述轉軸21的一端延伸至閥體外部並與閥體之間設置現有技術中常用的氣密 封結構或其密封件。轉軸的外延端可設有手柄，通過轉動手柄可帶動轉軸轉動， 從而使得閥杆在閥體內轉動。所述連接杆最好設置為T形，使得連接杆22呈現為對稱的形狀,方便加工；並且在其與兩閥蓋裝配時具有互換性，利於裝配。 T形連接杆的尾端23固定在轉軸21中部，能隨轉軸21轉動；T形連接杆的T 形頭24包括兩個側端25、 26，上述兩閥蓋30、 40分別連接在該兩側端25、 26上。T形連接杆22最好設置為平行兩齣氣口中心線L1、 L2所在平面，使得 T形連接杆的尾端23與轉軸21垂直，而閥蓋30、 40與T形連接杆的T形頭 側端25、 26相垂直，從而保證閥蓋上的密封面Pl、 P2所在平面與轉軸的轉動 中心線(即閥杆的轉動中心線L4)平行。如圖4、 6所示，閥蓋30包括密封端蓋31、封蓋32和連接螺栓33。其中 密封端蓋31的形狀與出氣口 12形狀相匹配，佳_得該密封端蓋31在閥體10 內轉動後能夠密封與之對應的出氣口 12,密封端蓋31的中間設有一個通孔34。 連接螺栓的螺紋部35穿過通孔34與T形連接杆的T形頭側端25固定連接在 一起，連接螺栓的頭部36被卡在密封端蓋31上距離T形連接杆較遠的一側側 面上。這樣就將密封端蓋31連接在T形連接杆的T形頭側端25。封蓋32通 過緊固件(如螺釘等)37固定在密封端蓋31上設有連接螺栓頭部的一側側面 上，並將覆蓋住通孔34,封蓋32和密封端蓋31之間還設有一個腔室38，連 接螺栓的頭部36位於該腔室38內，並且該連接螺栓的頭部36在該腔室38 內可活動，使得密封端蓋31可相對T形連接杆22形成活動連接。該腔室38 可以是在封蓋32上開設的凹槽，也可以是密封端蓋上位於通孔34處設置的通 孔沉孔。由於封蓋32密封設置在通孔34處，使得氣體不會從連接螺杆處的間 隙洩露出來。如圖2所示，通過設置閥杆的T形連接杆22上T形頭25彎曲一個合適的 弧度，使得兩閥蓋的密封面P1、 P2在垂直於閥杆轉動中心線L4的平面上的投 影夾角A小於或等於所述兩齣氣口中心線L1、 L2在垂直於閥杆轉動中心線L4的平面上投影夾角B的餘角。在本優選實施例中，由於優選閥杆轉動中心線 L4與兩齣氣口的中心線Ll、 L2所在平面垂直，則兩齣氣口中心線L1、 L2在 垂直於閥杆轉動中心線L4的平面上的投影夾角B就是兩齣氣口中心線之間的 夾角；由於設置兩閥蓋30、 40可垂直密封在與之對應的出氣口 12、 13處，使 得兩閥蓋的密封面P1、 P2與閥杆轉動中心線L4平行，則兩岡蓋的密封面在垂 直於閥杆轉動中心線L4的平面上的投影夾角B就是兩閥蓋密封面P1、P2之間 的夾角。因此，在本優選實施例中，設置兩閥蓋密封面之間的夾角A小於或等 於兩齣氣口中心線之間夾角B的餘角即可。如圖2所示，當其中一個閥蓋30 密封住與其對應的出氣口 12時，另一閥蓋40的密封面P2與另一出氣口 13 的內側壁S平行或者形成大於180度的角度，閥蓋40相對於出氣口 13內側壁 朝向出氣口 12的方向傾斜，從而不會因斜向出氣口 13的中心線而在進氣口處 將氣體分割為兩股；這樣，從進氣口 11流入的氣體能夠沿另一閥蓋的密封面 P2順暢地通過另 一出氣口 13，大大減小了氣體在該閥體10內受到的流程阻力， 減小了氣體的壓降；同時因為每個出氣口的截面積均與進氣口的截面積相等， 使得氣體在換向後從出氣口流出的氣體總量不會發生改變，進一步促進了氣體 壓降的減小。在本優選實施例中，優選將兩齣氣口中心線之間的夾角B設置為 60度，將兩閥蓋密封面之間的夾角A設置為30度，使得兩夾角A、 B互為餘 角，則閥蓋40與出氣口內側壁S之間的夾角為180度；從而使得氣體在從進 氣口經過閥體從其中一個出氣口流出時，只需轉過30度的角度，而且閥體內 部又有足夠的空間供閥蓋轉動，此時閥蓋的密封端蓋與出氣口內側壁平行，氣 體經過閥體內部時是沿出氣口內側壁平直流動，而不會被閥蓋分割為兩股。 同樣，還可以將兩齣氣口中心線之間的夾角B設置為30度，將兩閥蓋密封面之間的夾角A設置為小於60度，如45度；或者將兩齣氣口中心線之間的ii夾角B設置為80度，將兩閥蓋密封面之間的夾角A設置為小於10度，如5 度；此時閥蓋40與出氣口 13內側壁之間的夾角大於180度，閥蓋40相對於 出氣口 13內側壁朝向出氣口 12傾斜，同樣可以使得氣體順暢地沿閥蓋40的 密封面和出氣口 13的內側壁流出；不會因被閥蓋分割為兩股，使得其中一股 需要流到岡蓋30處折返後再從出氣口 13流出，進一步減少了氣體流動時的能 量損失，減小了氣體壓降。如圖1、 5所示，在閥蓋IO和出氣口 12之間的垂直密封配合中，閥蓋30 上的密封面設置在密封端蓋31上，優選密封端蓋31上的密封面為密封圓錐面 53;出氣口 12處的密封面設置在閥體內出氣口內壁的臺階55上，該臺階55 朝向閥蓋30的一側設有倒圓面54，該倒圓面54與密封端蓋的密封圓錐面53 共同形成閥蓋和出氣口之間的密封面Pl，從而實現閥蓋30和出氣口 12之間 的密封。具體的，臺階上的倒圓面54即為密封球面，當閥蓋上的密封端蓋31 隨閥杆20轉動到出氣口的臺階55處時，密封端蓋上的密封圓錐面53嵌入在 出氣口內壁的臺階55內，使得密封圓錐面53和密封球面54之間形成線接觸。 如果密封圓錐面53的中心與出氣口的中心線重合，則密封圓錐面53和密封球 面54之間的接觸線為一個圓形。但是，由於積累的加工誤差，密封端蓋上密 封圓錐面53的中心不一定就正對著出氣口上的密封球面(即為倒圓面)54的 中心。此時，由於密封端蓋31與閥杆20通過連接螺杆33活動連接，密封端 蓋31在被閥杆的T形連接杆22壓緊在出氣口內壁的臺階55上時，可進行自 適應的調整密封端蓋31相對於出氣口的中心線L1傾斜一定角度，密封圓錐 面53和密封球面54之間同樣形成線接觸，形成可靠密封。在閥蓋30上，高溫氣體中通常夾雜著很多細微顆粒，這些細微顆粒很容 易被氣體帶入密封端蓋和封蓋之間的腔室38、連接螺栓33和通孔34之間的間隙。而當密封端蓋31被T形連接杆22壓緊在出氣口內壁的臺階55處時，T 形連接杆的T形頭側端25壓緊在通孔34另 一端。設置T形連接杆的T形頭側 端25尺寸大於通孔34孔徑，使得T形頭側端25正好能覆蓋通孔34，防止細 微顆粒進入通孔內。優選設置T形連接杆的T形頭側端25為球冠形，使得T 形頭側端25和通孔34形成線接觸。當通孔34的中心線與T形頭側端25不同 心時，球冠形表面仍然能與通孔形成圓形的接觸線。在T形連接杆22將力矩 傳遞給密封端蓋31時，這種圓形的接觸線使得密封端蓋的受力均勻，從而能 更可靠的密封在出氣口處。在長期的使用過程中，如圖3所示，在上述實施例中，最好在閥體10的 兩齣氣口 12、 13內與閥蓋30、 40相配合的位置設置一個密封環14，再用一 個鎖緊螺母15將密封環14固定在出氣口 12的內側壁上。密封環14與閥體 10內壁形成上述實施例中所述的出氣口的內側壁臺階55,密封環14朝向閥蓋 30的一端設有倒圓面54,即為密封球面。這樣，在長期使用後，當密封球面 54磨損失效後，可拆開鎖緊螺母15將密封環14取下進行更換，從而保證閥 蓋30和出氣口 12之間的密封性能。在上述實施例中，閥體可以設置為一個整體，也可以分為兩段式。如圖3 所示，優選將閥體10設置為兩段式，即設有進氣口 ll的一端為一部分，設有 出氣口 12、 13的一端為另一部分，兩部分通過緊固連接件固定連接在一起。 這樣設置，方便加工閥體內供閥蓋轉動的腔室，也方便將閥蓋30、 40和閥杆 20安裝在閥體10內，同時也方使j殳計製作閥體的鑄il^莫具。以上所述實施例僅表達了本發明的幾種實施方式，其描述較為具體和詳 細，但並不能因此而理解為對本發明專利範圍的限制。應當指出的是，對於本 領域的普通技術人員來說，在不脫離本發明構思的前提下，還可以做出若干變形和改進，這些都屬於本發明的保護範圍
權利要求
1、一種低壓降高溫氣體換向閥，包括閥體，其特徵在於，所述閥體一端設有一個進氣口，另一端設有兩個出氣口，所述兩齣氣口的截面積均設置為與進氣口的截面積相等；所述閥體內設有可轉動的閥杆，所述閥杆的轉動中心線位於兩齣氣口中心線的對稱中性面上，其一端延伸至閥體外部；所述閥杆上連接設有兩個能隨閥杆在閥體內繞閥杆轉動的閥蓋；所述閥蓋和對應的出氣口之間設有相互匹配且垂直於該出氣口中心線的密封面；在垂直於閥杆轉動中心軸的平面上，所述兩閥蓋上密封面之間的投影夾角小於或等於所述兩齣氣口中心線之間投影夾角的餘角。
2、 根據權利要求l所述低壓降高溫氣體換向閥，其特徵在於，所述進氣 口的中心線與兩齣氣口中心線所在平面平行或重合。
3、 根據權利要求2所述低壓降高溫氣體換向閥，其特徵在於，所述閥蓋 包括活動連接在所述閥杆上並與所述出氣口相配合形成所述密封面的密封端 蓋，所述密封端蓋的密封面設置為密封圓錐面，所述出氣口的密封面設置為與 所述密封圓錐面相匹配的密封球面。
4、 根據權利要求3所述低壓降高溫氣體換向閥，其特徵在於，所述出氣 口處設有密封環和將密封環固定在出氣口處的鎖緊螺母，所述密封球面設置在 密封環上朝向密封端蓋的端部。
5、 根據權利要求3所述低壓降高溫氣體換向閥，其特徵在於，所述閥蓋 的密封端蓋與所述閥杆連接處設有通孔，所述閥蓋還包括尾端穿過所述通孔固 定連接在閥杆上的連接螺栓，以及固定在密封端蓋上並將所述連接螺釘的頭部 密封在所述通孔處的封蓋。
6、 根據權利要求5所述低壓降高溫氣體換向閥，其特徵在於，所述閥杆 包括固定連接在一起的轉軸和連接杆，所述轉軸的一端延伸至閥體外部，所述 連接杆的一端固定在轉軸中部，其另 一端分別與所述兩閥蓋的連接螺栓尾部固 定連接。
7、 根據權利要求6所述低壓降高溫氣體換向閥，其特徵在於，所述封蓋 和密封端蓋之間位於通孔處設有供所述連接螺栓的頭部活動的腔室，所述連接 杆上與所述連接螺栓的螺紋部連接處設置為與所述通孔相匹配的球冠。
8、 根據權利要求1至7中任一項所述低壓降的高溫氣體換向閥，其特徵 在於，所述兩齣氣口中心線之間的夾角設置為30~80度，所述兩閥蓋的密封 端面之間的夾角設置為5~60度。
9、 根據權利要求2所述低壓降高溫氣體換向閥，其特徵在於，所述進氣 口的中心線也設置在兩齣氣口中心線的對稱中性面上。
10、 根據權利要求2所述低壓降高溫氣體換向閥，其特徵在於，所述閥杆 的轉動中心線與兩齣氣口中心線所在平面垂直。
全文摘要
本發明涉及一種低壓降高溫氣體換向閥，包括製成的帶一進氣口和兩齣氣口的閥體，兩齣氣口截面積與進氣口相等；閥體內設有可轉動的閥杆，閥杆的轉動中心線位於兩齣氣口中心線的對稱中性面上，其一端延伸至閥體外部；閥杆上連接有兩個閥蓋；閥蓋和出氣口之間設有相互匹配且垂直於該出氣口中心線的密封面；在垂直於閥杆轉動中心軸的平面上，兩閥蓋上密封面之間的投影夾角小於或等於兩齣氣口中心線之間投影夾角的餘角。這樣閥杆在外力驅動下可帶動兩閥蓋轉動，從而密封住相應的一個出氣口，而另一閥蓋成為氣體通道側壁的一部分，使得氣體在閥體內的流程阻力減小，從而獲得一種壓力損失小、高溫環境中密封性能高的低壓降高溫氣體換向閥。
文檔編號F16K11/052GK101260943SQ20081006672
公開日2008年9月10日 申請日期2008年4月14日 優先權日2008年4月14日
發明者李志祺, 陳中堅, 黃虹賓 申請人:浪達科技(深圳)有限公司