專利名稱：結(jié)構(gòu)陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明屬于閥門，尤其是涉及到結(jié)構(gòu)陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥方面的設(shè)計。
背景技術(shù)：
截止閥是工業(yè)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(yùn)動，閥桿的運(yùn)動形式有升降桿式(閥桿升降，手輪不升降)，也有升降旋轉(zhuǎn)桿式(手輪與閥桿一起旋轉(zhuǎn)升降，螺母設(shè)在閥體上)。截止閥一般用于全開和全關(guān)，亦可作調(diào)節(jié)和節(jié)流。截止閥屬于強(qiáng)制密封式閥門，所以在閥門關(guān)閉時，必須向閥瓣施加壓力，以強(qiáng)制密封面不泄漏。當(dāng)介質(zhì)由閥瓣下方進(jìn)入閥腔時，操作力所需要克服的阻力，是閥桿和填料的磨擦力與由介質(zhì)的壓力所產(chǎn)生的推力，關(guān)閥門的力比開閥門的力大，所以閥桿的直徑要大，否則會發(fā)生閥桿頂彎的故障。近年來，從自密封的閥門出現(xiàn)后，截止閥的介質(zhì)流向就改由閥瓣上方進(jìn)入閥腔，這時在介質(zhì)壓力作用下，關(guān)閥門的力小，而開閥門的力大，閥桿的直徑可以相應(yīng)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(dá)到最大， 表示閥門已達(dá)全開位置。所以截止閥的全開位置，應(yīng)由閥瓣的行程來決定截止的優(yōu)點1、結(jié)構(gòu)簡單，制造和維修比較方便。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銹鋼或更高一些的司太立合金(此硬質(zhì)合金材料國內(nèi)無資源，長期依靠進(jìn)口)，兩密封面結(jié)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(zhì)腐蝕。截止閥的缺點1、流體阻力大，開啟和關(guān)閉時所需力較大。2、因為通常兩密封面的材料基本是屬于同宗同種，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(jié)垢，使得關(guān)閥時封閉不嚴(yán)和損傷密封副，結(jié)果是造成閥門內(nèi)漏。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的目的是提供一種“結(jié)構(gòu)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(shè)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(fā)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桿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并嚴(yán)密貼合成為截止閥的密封副。閥座是為已知的不銹鋼材質(zhì)，優(yōu)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(kuò)展，經(jīng)加工卷曲成一圓孤狀，上件與閥體相結(jié)合的是在大約以十字中心部位的環(huán)形槽中，從槽的平面和閥座的內(nèi)徑處用焊接的方式來固定，亦可采用已知的過盈的裝配，如滾壓或者是用壓力機(jī)緩緩壓入的形式連接(圖中未示出)。在閥的關(guān)閉狀態(tài)下，這種已知結(jié)構(gòu)的特征是由于入口 /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(nèi)介質(zhì)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(qiáng)度承受彎曲應(yīng)力的情況下，這種俯于彈性的結(jié)合可以幫助獲得較為理想的密封效果，結(jié)果是閥門關(guān)閉力矩的大幅減小。說明一點，公知的結(jié)構(gòu)陶瓷有用于閥類有成功的案例，但類似用于截止閥閥瓣的結(jié)構(gòu)陶瓷尚未見報導(dǎo)，問題是結(jié)構(gòu)陶瓷脆性高，難以適應(yīng)如該閥通常在用閥桿頂壓在近類似于剛性的密封面的接觸方式來實現(xiàn)。另外，有時候存在著管道內(nèi)的氣流脈動所激發(fā)的管道振動，也對陶瓷閥的密封件和正常使用構(gòu)成巨大的威脅?？朔鲜龅膯栴}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桿的接觸的兩端設(shè)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(jié)合一致的芯軸，該芯軸的上部為銷孔，圓柱銷通過此孔與閥桿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(guān)閥時，閥桿頭部向下施力于蝶形彈簧，當(dāng)陶瓷閥瓣和彈性閥座接觸時，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)閥桿至閥蓋末端和調(diào)節(jié)螺母接觸時，此時閥桿下降到圓柱銷接近于直槽口中上部圓孤的之間，蝶形彈簧的力矩由調(diào)節(jié)螺母限定，調(diào)節(jié)螺母由緊定螺釘固定在閥桿與手輪和閥蓋的端部之間。關(guān)閥時不再是常規(guī)以閥桿向下推動閥瓣唯一的軸向力，而是利用管道本身介質(zhì)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(dá)到密封為原則，由上閥桿上的調(diào)節(jié)螺母限定閥桿的行程，并由緊定螺釘固定在閥桿上。對于彈性閥座有一個不能忽視的內(nèi)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(jié)垢困難，這對于現(xiàn)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(fù)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(yè)的研究機(jī)構(gòu)和技術(shù)人員采用了大量的研究和試驗，雖然采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，尤其是不銹鋼閥的兩密封同一材料損害更為嚴(yán)重，這也是本發(fā)明陶瓷閥瓣和彈性閥座配對要解決的重要問題之一。不銹鋼閥的價格是普通鋼閥的數(shù)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后也會失效，這對使用者來說是不愿看到的，維修也也許力不從心，因此， 從節(jié)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(nèi)徑的底平面處拉出。在閥處于關(guān)閉狀態(tài)下，為了阻斷介質(zhì)從入口進(jìn)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銹鋼纏繞的制成品，以適應(yīng)在高溫下使用。另一種本發(fā)明的實施例為在腐蝕介質(zhì)中普遍使用的不銹鋼截止閥，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(shè)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(shè)計。對于截止的上密封，GB12235-2007石油、石化相關(guān)工業(yè)用鋼制截止閥和升降式止回閥的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，其中4. 2. 5規(guī)定閥蓋上必須有一圓錐形或球面形的上密封，上密封座采用襯套鑲在閥蓋上。以上述方式加工耗時費(fèi)力，除了產(chǎn)品成本上升以外，而對裝配零件的加工同軸度要求較高，以致于市場該類閥的上密封不合格頗多，由于上密封的質(zhì)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(fā)現(xiàn)端倪，由此造成高溫氣體的泄漏出閥外對人員的傷害時有發(fā)生，其利害關(guān)系不可小視。再者通常的上密封是在閥門常開時保護(hù)填料免受高溫和高壓流體進(jìn)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(zhàn)。通過評估和理論研究與實踐得出這樣一個事實，在閥桿上加工成一平面和閥蓋的上密封處堆焊耐腐蝕的不銹鋼材料后加工成一平面、兩者接觸更容易實現(xiàn)密封，而此方法不但對零件還是裝配后的閥門同軸度的要求并不高，而且加工方便，這對提高截止閥的產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)約生產(chǎn)成本具有現(xiàn)實的意義。通過上述的設(shè)計可以達(dá)到如下的效果1.結(jié)構(gòu)陶瓷閥瓣具有極高的硬度，超強(qiáng)的耐腐蝕性能，可以有效的提高閥門的使用壽命。2.陶瓷閥瓣和閥桿為活動連接，拆裝卸方便，零件損壞后可以更換。3.適用性好，制造成本低廉；閥桿與閥蓋的上密封采用平面與平面接觸，對零部件同軸度要求不高，加工較為方便容易。4.操作力矩?。粡椥蚤y座與陶瓷閥瓣的接觸為柔性接觸，密封方式為管道內(nèi)的流體壓力推動，蝶形彈簧預(yù)緊，所需操作力小。5.調(diào)節(jié)方便；無需復(fù)雜的機(jī)構(gòu)，在閥桿上端設(shè)有調(diào)節(jié)螺母，松開即可適當(dāng)調(diào)節(jié)陶瓷閥瓣與彈性閥座之間所需力矩的適當(dāng)位置。


在上述的圖中，如有相同的標(biāo)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陶瓷閥座與閥桿連接部分； 其中序號分別為1、閥體 2、閥蓋 3、閥瓣 4、填料 5、圓螺母 6、閥桿 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(diào)節(jié)螺母17、緊定螺釘18彈簧墊片。
本發(fā)明的這些和其它目的優(yōu)點通過下面附圖作詳細(xì)描述。圖1是本發(fā)明結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)部件的放大的剖視圖。圖3是圖1的彈性閥座結(jié)構(gòu)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(jié)構(gòu)部件的放大的剖視圖。圖5是如圖1 一種在本發(fā)明如不銹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(fā)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與閥桿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，和不銹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接觸并嚴(yán)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(jié)合一致的是芯軸 9，該芯軸9的上部置于閥桿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與閥桿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與閥桿6末端平面6-2接觸，圓柱銷8 與6-1的圓孤重合，關(guān)閥時，在手輪11的作用力下閥桿6頭部6-2向下施力于蝶形彈簧7， 并通過圓螺母5作用于陶瓷閥瓣3上，當(dāng)陶瓷閥瓣3和彈性閥座10-2、14-1、1-4接觸時，繼續(xù)旋轉(zhuǎn)閥桿6至閥蓋末端2-2和調(diào)節(jié)螺母11接觸時，此時閥桿6下降到圓柱銷8接近于縱向直槽口 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上和閥桿6與墊片18之間的接觸的兩端設(shè)一組蝶形彈簧7，除了可以消除振動之外，重要的是閥桿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(diào)節(jié)螺母16限定，所述調(diào)節(jié)螺母16由緊定螺釘17固定在閥桿6與手輪11和閥蓋2的端部2-2之間。在閥處于關(guān)閉狀態(tài)下，為了阻斷介質(zhì)從入口進(jìn)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(shè)計成為圓錐角4-1，內(nèi)外錐面形成和3-3、9-1相互接觸、并通過圓螺母5相配合的螺紋9-2旋壓而成為密封態(tài)勢、以防止介質(zhì)從進(jìn)口端15流進(jìn)出口端12，填料4通常為柔性石墨的制成品，以適應(yīng)在高溫下使用。在閥桿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(tài)下閥蓋 2上的2-1接觸以阻斷介質(zhì)流出，一方面可以是長期保護(hù)填料免受高溫高壓流體的沖擊，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(zhì)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(kuò)展，經(jīng)加工卷曲成一圓孤狀，上件與閥體相結(jié)合的是在大約以十字中心部位的環(huán)形槽1-1中，從槽1-2的平面和彈性閥座10的內(nèi)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(nèi)徑為一圓孤的彈性槽口 14-2向外徑一側(cè)延伸，密封端以14-2的圓孤為中心向外方向上擴(kuò)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、有利于使其壓縮成密封態(tài)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所示的為一種為不銹鋼閥在本體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(shè)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(shè)計。結(jié)構(gòu)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(tǒng)金屬與金屬配對的組合以及閥桿與閥蓋的平面的上密封，其結(jié)構(gòu)的改變使兩者接觸更容易實現(xiàn)密封，而此方法不但對零件還是裝配后的閥門同軸度的要求并不高，而且加工方便，這對提高截止閥的產(chǎn)品質(zhì)量和節(jié)約生產(chǎn)成本都具有重大的意義。說明書至此已說明完畢，對于閱讀并理解本領(lǐng)域的技術(shù)人員來說會有更多的改進(jìn)和提高，而本發(fā)明的技術(shù)要點僅以權(quán)利要求書作為限定。
權(quán)利要求
1.一種結(jié)構(gòu)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)與閥桿(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(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特征是連接陶瓷閥瓣(3)上的孔(3-4)的是在其底部帶有錐度(9-1)相結(jié)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)與閥桿(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(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特征是彈性閥座(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(kuò)展，經(jīng)加工卷曲成一圓孤狀，上件與閥體(1)相結(jié)合的是在大約以十字中心部位的環(huán)形槽(1-1)中，從槽(1-2)的平面和彈性閥座10的內(nèi)徑處用焊接的方式來固定。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特征是一種可拆卸彈性閥座(14)，內(nèi)徑為一圓孤的彈性槽口(14-2)向一側(cè)延伸，密封端以(14-2)的圓孤為中心向外方向上擴(kuò)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、有利于使其壓縮成密封態(tài)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(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特征是一種為不銹鋼閥在本體(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(shè)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(shè)計。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特征是和圓螺母(5)的下平面與墊片(18)的上平面接觸的兩端設(shè)一組蝶形彈簧(7)，閥桿(6)頭部向下運(yùn)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(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特征是在圓螺母(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(shè)計成為圓錐角0-1)，內(nèi)外錐面形成和(3-3、9-1)相互接觸、并通過圓螺母( 相配合的螺紋(9- 旋壓而成為密封態(tài)勢。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特征是閥桿(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(tài)下閥蓋(2)上的接觸以阻斷介質(zhì)流出。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的結(jié)構(gòu)陶瓷閥瓣與金屬彈性閥座密封的截止閥，其特征是調(diào)節(jié)螺母(16)套裝在閥桿(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(jié)構(gòu)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)與閥桿(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(yōu)先權(quán)日2010年7月29日
發(fā)明者戴學(xué)祥, 王燊, 王爵義, 王靖聰, 陳賢良 申請人:浙江正華閥門廠