一種基于記憶合金彈性元件的低溫雙瓣式止回閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種基于記憶合金彈性元件的低溫雙瓣式止回閥，屬于流體控制閥門【技術(shù)領(lǐng)域】。該閥包括具有中部通道的閥座，通道的進(jìn)口側(cè)通過中間橋部形成兩半圓截面流道，通道的中部通過平行于橋部的銷軸分別鉸裝兩直邊相對的半圓形閥瓣，銷軸上裝有使閥瓣趨于關(guān)閉位置的扭簧，扭簧采用相變溫度(Af)為20±5℃的鎳鈦基形狀記憶合金制成，閥體與處于關(guān)閉位置的閥瓣接觸部位嵌裝密封件。本發(fā)明在超低溫環(huán)境下，具有較低的屈服強(qiáng)度、較低的彈性模量、較高的塑性和韌性及良好的阻尼性能，當(dāng)溫度升高時，則具有高強(qiáng)度和極佳的彈性，可以保證即使密封件損毀，依然對閥瓣恒定的壓力，從而有效抑制閥門的泄漏。
【專利說明】一種基于記憶合金彈性元件的低溫雙瓣式止回閥

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種止回閥，尤其涉及一種基于記憶合金彈性元件的低溫雙瓣式止回閥，屬于流體控制閥門【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]隨著石油、化工和燃?xì)庑袠I(yè)的迅速發(fā)展，尤其是液化天然氣(LNG)作為一種新興能源的廣泛應(yīng)用，使得LNG用超低溫閥門的需求量迅速增加。由于LNG常壓下的溫度為-162°C，且易燃易爆，因此在設(shè)計LNG超低溫閥門時，對其密封性能提出了更高和更嚴(yán)格的要求。
[0003]雙瓣式止回閥是一種依靠介質(zhì)壓力開啟和關(guān)閉的自動閥門，在流體輸送系統(tǒng)中防止介質(zhì)倒流，由于具有結(jié)構(gòu)長度短、重量輕、體積小、流道通暢，流體阻力小、動作靈敏和關(guān)閉沖擊力小等優(yōu)點(diǎn)，因而在化工、石化、石油、排水等領(lǐng)域應(yīng)用較為廣泛。其基本結(jié)構(gòu)可以參見申請?zhí)枮?01110360490.2的中國專利文獻(xiàn)。
[0004]常溫下工作的止回閥采用金屬-非金屬和金屬-金屬密封副。由于非金屬材料的彈性大，使得密封所需的比壓小，因此密封性好。但是在低溫狀態(tài)下，由于非金屬材料的膨脹系數(shù)較金屬材料大得多，使得其低溫時的收縮量與金屬密封件、閥體等配合件的收縮量相差較大，從而導(dǎo)致密封比壓嚴(yán)重降低而產(chǎn)生無法密封的結(jié)果。此外，大多數(shù)非金屬材料在深冷溫度下會變硬和變脆，失去韌性，從而導(dǎo)致冷流和應(yīng)力松弛。因此，設(shè)計低溫閥門時，一般溫度低于_70°C需采用金屬密封副材料。但在低溫條件下，金屬材料的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低，表現(xiàn)出不同程度的低溫冷脆現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到閥門的性能和安全，而且當(dāng)金屬密封副材料低溫收縮不匹配時，同樣會影響密封性能，造成流體泄漏。此外，當(dāng)遇到火災(zāi)時，密封件的損毀也將導(dǎo)致流體泄漏。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:針對上述現(xiàn)有技術(shù)面臨的問題，提出一種不僅在超低溫(-196°C一-269°C )環(huán)境確保可靠密封、而且在發(fā)生火災(zāi)時有效抑制流體泄漏的基于記憶合金彈性元件的低溫雙瓣式止回閥。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明基于記憶合金彈性元件的低溫雙瓣式止回閥包括具有中部通道的閥座，所述通道的進(jìn)口側(cè)通過中間橋部形成兩半圓截面流道，所述通道的中部通過平行于橋部的銷軸分別鉸裝兩直邊相對的半圓形閥瓣，所述銷軸上裝有使閥瓣趨于關(guān)閉位置的扭簧，所述扭簧采用相變溫度(Af)為20±5°C的鎳鈦基形狀記憶合金制成，所述閥體與處于關(guān)閉位置的閥瓣接觸部位嵌裝密封件。
[0007]正常情況下，當(dāng)管路內(nèi)沒有液態(tài)介質(zhì)時，兩個閥瓣在形狀記憶合金扭簧的作用下處于關(guān)閉狀態(tài)。當(dāng)液態(tài)介質(zhì)從進(jìn)口側(cè)流向出口側(cè)時，在液態(tài)介質(zhì)壓力的作用下，閥瓣將克服形狀記憶合金扭簧的彈力向出口側(cè)自動打開，閥門處于開啟狀態(tài)。工作中，當(dāng)進(jìn)口側(cè)流速減緩而使進(jìn)口側(cè)的壓力小于形狀記憶合金扭簧對閥瓣的作用力時，閥瓣會在形狀記憶合金扭簧的作用下向關(guān)閉位置靠近，在接近關(guān)閉位置時，出口側(cè)的流體回涌會對閥瓣產(chǎn)生逐漸增大的反向作用力，該作用力與扭簧彈力的合力使閥瓣快速壓向閥座上的密封件，直至完全關(guān)閉，并在該合力作用下保持密封，防止管路內(nèi)的流體倒流。
[0008]本發(fā)明針對流體輸送時管路處于極低溫度、而流體輸送停止后溫度逐漸升高，合理采用了鎳鈦基形狀記憶合金扭簧。在超低溫環(huán)境下，該合金處于馬氏體狀態(tài)，具有較低的屈服強(qiáng)度、較低的彈性模量、較高的塑性和韌性及良好的阻尼性能，不易發(fā)生疲勞斷裂失效，因此在液態(tài)介質(zhì)的壓力作用下，可以保證閥瓣快速打開。而當(dāng)溫度升高時，鎳鈦基形狀記憶合金由馬氏體相變?yōu)閵W氏體，恢復(fù)記憶的奧氏體狀態(tài)形狀，具有高強(qiáng)度和理想的彈性，可以對閥瓣產(chǎn)生恒定的作用力，保證可靠密封，即使遇到火災(zāi)密封件損毀，高溫下的記憶合金彈性可以對閥瓣產(chǎn)生足夠大的壓力，從而有效抑制閥門的泄漏。
[0009]進(jìn)一步，所述復(fù)合密封件包括改性聚三氟氯乙烯材質(zhì)的密封件夾套，所述密封件夾套的截面具有C形嵌裝槽，所述嵌裝槽中嵌入金屬蓄能簧，所述金屬蓄能簧內(nèi)嵌入金屬橡膠圈，所述金屬蓄能簧和金屬橡膠圈中的金屬絲材質(zhì)均為鎳鈦基形狀記憶合金。
[0010]再進(jìn)一步，所述扭簧兩端分別延伸出壓持閥瓣的臂部。
[0011]更進(jìn)一步，所述閥體與處于關(guān)閉位置的閥瓣接觸部位嵌裝由直邊和半圓邊構(gòu)成的半圓環(huán)形復(fù)合密封件，所述中間橋部處嵌裝兩分別對應(yīng)兩半圓形閥瓣直邊的密封件直邊，所述通道周圈嵌裝對應(yīng)兩半圓形閥瓣圓弧邊的復(fù)合密封件半圓邊。
[0012]這樣，由于改性聚三氟氯乙烯塑料可以在低溫下保持很好的彈性，金屬橡膠圈中的金屬材質(zhì)與金屬蓄能簧相同，因此妥善解決了非金屬與金屬密封件等低溫收縮量相差大的難題；并且本發(fā)明的復(fù)合密封件結(jié)構(gòu)使得金屬蓄能簧同時與其內(nèi)芯的金屬橡膠圈有機(jī)結(jié)合，在對金屬橡膠圈起到一定保護(hù)作用的同時，共同起到產(chǎn)生內(nèi)部撐擴(kuò)彈性的作用，密封件夾套則在開口側(cè)的介質(zhì)壓力以及內(nèi)部撐擴(kuò)彈性的雙重作用下，得以保持低溫下與密封面可靠的貼合。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0013]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0014]圖1為本發(fā)明一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖2為圖1的A-A關(guān)閉狀態(tài)剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖3為圖2的I處局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖4為圖1的A-A開啟狀態(tài)剖視結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]圖中1-閥座；2_閥瓣；3_形狀記憶合金扭簧；4_支撐座；5-螺釘；6_鍵；7_固定軸；8_銷軸；9_復(fù)合密封件直邊(9-1密封件夾套；9-2金屬蓄能簧；9-3金屬橡膠條)；10-復(fù)合密封件半圓邊。

【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例一
[0020]本實(shí)施例基于記憶合金彈性元件的超低溫(_196°C—-269°C )雙瓣式止回閥基本結(jié)構(gòu)如圖1和圖2所示，主要由閥座1、閥瓣2、扭簧3、支撐座4、螺釘5、鍵6、固定軸7、銷軸8、復(fù)合密封件9-10構(gòu)成。
[0021]閥座1具有中部通道，該通道的進(jìn)口側(cè)通過中間橋部形成兩半圓截面流道，該通道的中部通過平行于橋部的銷軸8分別鉸裝兩對開的半圓形閥瓣2，銷軸8上裝有使閥瓣2趨于關(guān)閉位置的扭簧3，該扭簧采用相變溫度(Af)為20 ±5°C的鎳鈦基形狀記憶合金制成，兩端分別延伸出壓持閥瓣2的臂部。閥體1與處于關(guān)閉位置的閥瓣2接觸部位嵌裝由直邊9和半圓邊10構(gòu)成的半圓環(huán)形復(fù)合密封件，閥體1的中間橋部處嵌裝兩分別對應(yīng)兩半圓形閥瓣2直邊的密封件直邊9，閥體1的通道周圈嵌裝對應(yīng)兩半圓形閥瓣2圓弧邊的復(fù)合密封件半圓邊10。密封件的截面結(jié)構(gòu)如圖3所示，包括改性聚三氟氯乙烯材質(zhì)的密封件夾套9-1，密封件夾套9-1的截面具有C形嵌裝槽，其中嵌入金屬蓄能簧9-2，金屬蓄能簧9-2內(nèi)嵌入金屬橡膠圈9-3,金屬蓄能簧9-2和金屬橡膠圈9-3中的金屬絲材質(zhì)均為鎳鈦基形狀記憶合金。
[0022]裝配時，先將兩個閥瓣2和兩個形狀記憶合金扭簧3由銷軸8組裝到一起后，再用支撐座4將其與固定軸7組合到一起，并用鍵6和螺釘5將該組合件裝配到閥座1上。閥座1的橋部和與閥瓣2外緣接觸的周邊部位裝嵌有復(fù)合密封件直邊9和半圓邊10 (復(fù)合密封件也可以兩半圓邊10合并為圓形，直邊9單獨(dú)制造)，可在閥門閉合時起密封作用。銷軸8與兩個閥瓣2的內(nèi)孔間采用間隙配合，可使閥瓣2繞銷軸8旋轉(zhuǎn)。形狀記憶合金扭簧3的內(nèi)徑大于銷軸8的直徑，工作時靠其兩個伸長的臂部的彈力作用對閥瓣2施力。固定軸7裝于銷軸8、兩個形狀記憶合金3和閥瓣2的外側(cè)，其作用是防止該組合件在彈力和介質(zhì)壓力作用下脫落。
[0023]當(dāng)管路內(nèi)沒有液態(tài)介質(zhì)時，兩個閥瓣2在兩個形狀記憶合金扭簧3的彈性作用下處于關(guān)閉狀態(tài)(如圖2所示)。當(dāng)液態(tài)介質(zhì)從進(jìn)口側(cè)流向出口側(cè)時，在液態(tài)介質(zhì)壓力的作用下，閥瓣2會克服形狀記憶合金扭簧3的彈力向出口側(cè)自動打開，閥門處于開啟狀態(tài)(如圖4所示)。當(dāng)流速減緩而使進(jìn)口側(cè)的壓力小于形狀記憶合金扭簧3的彈力對閥瓣2的作用力時，閥瓣2便會在形狀記憶合金扭簧3的作用下向閥座1靠近。隨著閥瓣2向閥座1靠攏，出口側(cè)的流體對閥瓣2產(chǎn)生的反作用力逐漸增大，其作用力與扭簧彈力的合力會使閥瓣2快速壓向閥座1上的復(fù)合密封件9和復(fù)合密封件10，直至完全關(guān)閉，并在該合力作用下實(shí)現(xiàn)密封，從而防止管路內(nèi)的介質(zhì)倒流。
[0024]試驗(yàn)表明，本實(shí)施例與已有技術(shù)相比，具有以下優(yōu)點(diǎn):
[0025]1.由金屬閥瓣與外層包覆改性聚三氟氯乙烯的復(fù)合密封件構(gòu)成密封副，可以有效補(bǔ)償超低溫環(huán)境下的材料收縮問題，保證了密封的高可靠性。
[0026]2.復(fù)合密封件采用密封件夾套、金屬蓄能彈簧和金屬橡膠圈構(gòu)成。密封件夾套采用改性聚三氟氯乙烯密封材料，超低溫條件下仍具有良好的彈性，不會變硬和變脆。金屬蓄能彈簧和金屬橡膠圈均由鎳鈦基形狀記憶合金制成，兩者組合具有更大的蓄能能力，能夠在密封面接觸區(qū)產(chǎn)生更大的壓力。
[0027]3.扭轉(zhuǎn)扭簧采用鎳鈦基形狀記憶合金扭簧，在超低溫環(huán)境下，鎳鈦基形狀記憶合金處于馬氏體狀態(tài)，具有較低的屈服強(qiáng)度、較低的彈性模量、較高的塑性和韌性及良好的阻尼性能，不易發(fā)生疲勞斷裂失效，尤其在液態(tài)介質(zhì)的壓力作用下，有利于閥瓣快速打開。而當(dāng)溫度升高時，鎳鈦基形狀記憶合金相變?yōu)閵W氏體狀態(tài)，具有高強(qiáng)度和超彈性能，保證對閥瓣作用力的恒定，有利于閥門的密封性能。
[0028]4.復(fù)合密封件的形狀記憶合金彈簧和形狀記憶合金橡膠圈在低溫馬氏體狀態(tài)壓入密封件夾套，使止回閥具有一定的防火功能。當(dāng)著火時，即使聚三氟氯乙烯密封件完全燒毀之后，形狀記憶合金彈簧和內(nèi)置的形狀記憶合金橡膠圈溫度升高后會發(fā)生奧氏體相變，因記憶奧氏體的形狀而發(fā)生膨脹，彌補(bǔ)聚三氟氯乙烯的燒損量，從而與金屬閥瓣接觸，仍起到密封作用，避免發(fā)生大的泄漏。
【權(quán)利要求】
1.一種基于記憶合金彈性元件的低溫雙瓣式止回閥，包括具有中部通道的閥座，所述通道的進(jìn)口側(cè)通過中間橋部形成兩半圓截面流道，所述通道的中部通過平行于橋部的銷軸分別鉸裝兩直邊相對的半圓形閥瓣，所述銷軸上裝有使閥瓣趨于關(guān)閉位置的扭簧，所述扭簧采用相變溫度為20±5°c的鎳鈦基形狀記憶合金制成，所述閥體與處于關(guān)閉位置的閥瓣接觸部位嵌裝密封件。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述基于記憶合金彈性元件的低溫雙瓣式止回閥，其特征在于:所述復(fù)合密封件包括改性聚三氟氯乙烯材質(zhì)的密封件夾套，所述密封件夾套的截面具有C形嵌裝槽，所述嵌裝槽中嵌入金屬蓄能簧，所述金屬蓄能簧內(nèi)嵌入金屬橡膠圈，所述金屬蓄能簧和金屬橡膠圈中的金屬絲材質(zhì)均為鎳鈦基形狀記憶合金。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述基于記憶合金彈性元件的低溫雙瓣式止回閥，其特征在于:所述扭簧兩端分別延伸出壓持閥瓣的臂部。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述基于記憶合金彈性元件的低溫雙瓣式止回閥，其特征在于:所述閥體與處于關(guān)閉位置的閥瓣接觸部位嵌裝由直邊和半圓邊構(gòu)成的半圓環(huán)形復(fù)合密封件，所述中間橋部處嵌裝兩分別對應(yīng)兩半圓形閥瓣直邊的密封件直邊，所述通道周圈嵌裝對應(yīng)兩半圓形閥瓣圓弧邊的復(fù)合密封件半圓邊。
【文檔編號】F16K1/32GK104405933SQ201410564219
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年10月21日 優(yōu)先權(quán)日:2014年10月21日
【發(fā)明者】江樹勇, 張艷秋, 趙亞楠, 錢存根, 錢玉峰 申請人:江蘇億閥集團(tuán)有限公司