一种具有弹性补偿功能的球阀金属阀座的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有弹性补偿功能的球阀金属阀座，其主要技术关键在于：出口阀座组件包括阀座体和支撑体，阀座体和支撑体以螺纹和焊缝相结合；在阀座体上设置有弯向支撑体方向、厚度适度减薄而具有一定弹性变形能力的弹性壁，弹性壁向外有锥形延伸段，其上设置有密封面，位于锥形延伸段后侧的支撑体前端由外到内设置有与锥形延伸段贴合的支承锥面和自由状态时与锥形延伸段之间有较小间距的中间锥面。其优点是：出口阀座密封面部位具有较强的弹性补偿能力，在球体精度存在误差、不均匀磨损、高温变形时能提供足够的补偿，并能籍助介质压力辅助密封；阀门具有持久、可靠的密封性能，同时也降低了球体加工难度和制造成本。
【专利说明】一种具有弹性补偿功能的球阀金属阀座
【技术领域】
[0001]本实用新型涉及一种阀门结构，具体涉及一种硬密封球阀的金属阀座结构。
【背景技术】
[0002]球阀是应用非常广泛的一类阀门，具有启闭速度快、阀门开启后流阻和压损小、密封面在开启状态不会受到流动介质的冲刷、密封面关闭时有自净能力等优点。在一些特殊工况，如高温工况以及介质富含硬质颗粒时，采用工程塑料制成的阀座不能满足使用要求而需要采用金属阀座，这类硬密封球阀近年来的配套需求越来越多、应用越来越广泛，如在大容量火力发电机组中，采用金属阀座的硬密封球阀在主蒸汽、再热蒸汽疏水，对空排汽，给水、减温水隔断，炉水排朽，蒸汽超压安全泄放等方面都有较为广泛的应用。这类硬密封球阀中的一些产品，具有较为苛刻的工况使用要求:工作压力高且阀门主要处于高压差的常闭状态；启闭次数较多甚至较频繁。由于常处于高压差的关闭状态，因此对阀门有很高的密封要求，因为阀门一旦有泄漏将很快会对密封面形成较严重的冲刷破坏，有些使用工况下发生泄漏后还会产生汽蚀破坏；启闭较频繁则对阀门的使用可靠性和密封面的抗磨损抗擦伤能力提出了较高的要求。
[0003]现行的硬密封球阀产品，出口侧的金属阀座一般均采用整体式的全刚性结构(见图1)。由于这种全刚性结构的阀座对密封副的吻合性不具有任何补偿能力，因此为了使阀门在关闭后能够达到密封要求，需要使球体在加工精度包括圆度、尺寸精度等方面达到很高的要求，并需在装配前对球体和阀座密封面进行细心的配研。目前电厂所使用的这类硬密封球阀产品，能够基本满足使用要求的，主要是国外几个品牌的产品。从产品的制造以及使用方面的情况来看，这类硬密封球阀产品存在下述的几个不足之处:1、因为整体式的全刚性金属阀座本身不具有补偿能力，因此球体以及阀座的加工需要达到很高的精度，这无疑会增加制造难度和生产成本，而且机械产品的制造精度是难以无休止地提高的，再好的制造工艺和设备所加工出的零件，都会存在精度误差；2、球阀的球体和阀座密封面在启闭过程中，在垂直方向的不同高度摩擦状况是不一样的，即球体和阀座密封面的磨损是不均匀磨损；另外，尽管球体在关闭时与阀座密封面相吻合的部位装配前与阀座密封面进行了配研，但球体表面的其余部位仍然还存在一定误差，这也导致球体和阀座密封面在启闭全过程的磨损成为不均匀磨损。不均匀磨损将导致阀门在使用一段时间后密封性能下降甚至出现较严重的泄漏；3、对于中小口径的硬密封球阀来说，由于阀座的刚度大因此其对密封副的吻合性的误差不具有补偿能力，当阀门使用于高温工况时，即使阀座以及球体因高温所产生的变形是较微小的，也有可能会导致阀门出现泄漏；4、当密封副某处出现泄漏时，泄漏出的介质因体积急剧膨胀吸热会使泄漏点附近的密封面温度下降，不均衡的温度变化又会导致密封面产生不均匀变形从而加剧泄漏，这是目前高温工况下使用的安全阀乃至一些高温工况的截止阀的密封面要采用具有补偿能力的热均衡阀瓣结构的原因，对于高温工况使用的硬密封球阀来说，同样存在这一问题；5、硬密封球阀的阀座及球体在加工的后期经历过热喷涂过程一密封面超音速喷涂碳化钨，会存在一定的内应力，因此在重新进入高温状态时因应力释放而产生一定变形的几率是较大的。
[0004]一种针对现有技术所存在的上述不足之处进行改进的结构如图2所示，其所进行的改进是:在出口阀座出)的内孔靠近密封面处设置有一环形凹槽，以便让阀座靠近密封面的部位具有一定的弹性补偿能力。从实际应用效果来看，这一结构并未能产生能够满足使用需要的补偿能力和效果，其原因在于:为了保证阀座的强度和使用可靠性，弹性槽左侧需要保持足够的厚度、槽的深度也不能过深，因此阀座弹性槽左侧靠近密封面的部位难以获得足够的弹性变形和补偿能力；另外，由于阀座的弧形密封面的靠密封面外径区域相对于弹性槽底其弯曲力臂接近为零、几乎完全不能产生变形和位移，其对球体所产生的抗力足以使球体难以产生相向的位移而使阀座密封面的内侧产生弯曲变形，因此这种结构与前述的整体式的全刚性阀座结构在使用效果上并没有明显的不同。此外，假设这种阀座结构的密封面部位受压后是能够产生弯曲变形的，但这种弯曲变形的结果将导致密封副的吻合状态恶化:面接触变成了线接触，而密封副的高比压的线接触贴合状态对硬密封球阀密封面的伤害将是致命的-球体表面喷涂的碳化钨强化层容易因此而产生破坏或剥落，导致阀门很快失效。
【发明内容】
[0005]为了克服现有技术和结构所存在的上述的不足之处，本实用新型提出了一种具有足够的弹性变形和补偿能力、能够有效改善阀门的密封性能、保持较持久的密封寿命的硬密封球阀的金属弹性阀座结构。
[0006]为了实现上述目的，本实用新型采用以下技术方案:
[0007]—种具有弹性补偿功能的球阀金属阀座，所进行的创新和改进主要针对出口阀座，其主要技术方案为:出口侧采用出口阀座组件，所述的出口阀座组件包括阀座体和支撑体，阀座体和支撑体为中心线重合、位置关系为内、外配置的回转体型的零件，阀座体位于内侧、支撑体位于外侧，两者以螺纹旋合，并在远离球体方向的端部设置有通过焊接将两者结合为一体的焊缝；在阀座体的靠近球体的一侧，设置有弯向支撑体方向、厚度适度减薄而具有一定弹性变形能力的弹性壁，弹性壁以一定锥度向外延伸，在该锥形延伸段的靠近球体一侧的中段，有凸出于锥形延伸段表面的密封凸部，该密封凸部的表面在装配后与球体相贴合，是出口阀座组件的密封面；弹性壁向外的锥形延伸段的另一侧为锥形止靠面，在支撑体靠近锥形止靠面一端的最外侧，有一段与锥形止靠面贴合的锥面-支承锥面，而在支撑体上该支承锥面的内侧、密封凸部的背侧，另有一段锥面-中间锥面，当出口阀座组件在未与球体和其它零件进行装配的自由状态时，所述的中间锥面与锥形止靠面之间有较小的间距。
[0008]作为对上述技术方案的细化，本实用新型并附加下述的技术方案:在支撑体上，均匀分布着数个从外圆上打入的、通向弹性壁与支撑体之间的空腔的通孔；在通孔的外端、支撑体的外圆上，设置有一圈环槽，所有通孔向外的开口均位于该环槽内。
[0009]为了进一步提高产品使用性能，本实用新型还附加下述的技术方案:在进口阀座的背侧设置有单楔形的密封圈，密封圈的外圆与阀体内孔配合，密封圈朝向球体方向的一端与进口阀座之间以圆锥面贴合，密封圈的另一端设置有压环，压环的一侧端面压紧在密封圈端面上，压环另一端平面外侧设置有碟形弹簧。
[0010]本实用新型的有益效果是:通过上述技术方案的应用，能够使出口阀座密封面部位具有足够的弹性变形和补偿能力，在球体制造精度存在一定误差、启闭一定次数后阀座和球体表面存在不均匀磨损、高温工况下阀座和球体存在一定变形时能够提供满足需要的补偿，并能籍助介质压力辅助密封，同时也降低了球体加工难度和制造成本；此外通过提高进口侧阀座部位的密封能力，能够使阀门获得更为持久、可靠的密封性能。
【专利附图】
【附图说明】
[0011]图1是现有技术---出口阀座采用整体式的全刚性结构的硬密封球阀示意图。
[0012]图2是现有技术出口阀座内孔增加弹性槽的硬密封球阀示意图。
[0013]图3是本实用新型实施例的示意图。
[0014]图4是图3的出口阀座组件在阀门装配前左端的局部放大图。
[0015]图中，1、阀体；2、进口阀座；3、碟形弹簧；4、球体；5、阀杆；6、出口阀座；7、出口阀座组件；7-1、阀座体；7-1-1、密封凸部；7-1-2、弹性壁；7-1-3、锥形止靠面；7_2、支撑体；7-2-1、中间锥面；7-2-2、支承锥面；8、压环；9、密封圈。
【具体实施方式】
[0016]下面结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作进一步的阐述。
[0017]如图3所示是本实施例的示意图。阀杆(5)通过扁势与球体⑷相连,球体(4)的左侧为进口阀座(2)，右侧为出口阀座组件(7);球体(4)的球面和出口阀座组件(7)、进口阀座(2)上的密封面均经过表面强化处理，其中球体(4)的表面采用超音速喷涂碳化钨。所述的出口阀座组件⑵由阀座体(7-1)和支撑体(7-2)两部分组成，阀座体(7-1)和支撑体(7-2)为中心线重合、位置关系为内、外配置的回转体型的零件，阀座体(7-1)位于内侧而支撑体(7-2)位于外侧，两者以螺纹旋合，并且在两者远离球体(4)方向的右端进行密封焊而将两者结合为一体。在阀座体(7-1)的靠近球体(4)的一侧，设置有弯向支撑体(7-2)方向、厚度适度减薄而具有一定弹性变形能力的弹性壁(7-1-2)，弹性壁(7-1-2)以半锥角为45°的锥形向外延伸，在该锥形延伸段的靠近球体(4) 一侧的中段，有凸出于锥形延伸段表面的密封凸部(7-1-1)，该密封凸部(7-1-1)的表面在装配后与球体(4)相贴合，是出口阀座组件(7)的密封面，该密封面加工后为能与球体(4)表面相吻合的球带表面，阀门装配前可以将其与用于装配的球体(4)或采用工艺球体进行适当配研，以改善密封面吻合度和粗糙度；弹性壁(7-1-2)向外的锥形延伸段的另一侧为半锥角为45°的锥形止靠面(7-1-3)，在支撑体(7-2)靠近锥形止靠面(7-1-3) —端的最外侧，有一段与锥形止靠面(7-1-3)贴合的锥面-支承锥面(7-2-2)，而在支撑体(7-2)上该支承锥面(7_2_2)的内侧、密封凸部(7-1-1)的背侧，另有一段锥面-中间锥面(7-2-1)，当出口阀座组件(7)在未与球体(4)和其它零件进行装配的自由状态时(如图4所示)，所述的中间锥面(7-2-1)与锥形止靠面(7-1-3)之间有t = 0.07?0.1Omm的间隙。
[0018]上述技术方案所提出的出口阀座组件(7)的结构中，阀座体(7-1)左端的弹性壁(7-1-2)和其锥形延伸段，可以看成是两端被支承的超静定梁，阀座体(7-1)右侧的本体部分构成该超静定梁的固定端，而支撑体(7-2)左端的支承锥面(7-2-2)则构成该超静定梁另一端的可动铰支座；阀门在工作状态时，碟形弹簧(3)的压紧力加上介质作用在球体(4)上的压力所形成的载荷，推动球体(4)通过密封凸部(7-1-1)作用在该超静定梁上可以使其向支撑体(7-2)的中间锥面(7-2-1)方向发生变形，从而使出口阀座组件(7)具有了满足密封需要的弹性补偿能力。
[0019]在出口阀座内孔上设置环形的弹性槽的现有技术(图2)中，为了防止弹性槽左侧至密封面区域在受力较大时产生过度的塑性弯曲变型使阀座失效，槽左侧至密封面之间需保持足够的厚度且槽的深度也相对较浅，因而阀座密封面部位难以获得足够的弹性变形和补偿能力，使弹性补偿结构无法发挥作用。而在本实用新型中，由于阀座体(7-1)的锥形止靠面(7-1-3)与支撑体(7-2)的中间锥面(7-2-1)之间设置的间隙(0.07?0.1Omm)已经限定了阀座体(7-1)的密封凸部(7-1-1)在受压时的最大变形位移量，不可能发生超过预定变形量的过度变形和破坏，因此出口阀座组件(7)能够按照最有效地提供保证持久密封所需要的弹性变形和补偿能力的要求来确定密封面部位的合适厚度和尺寸，从而使阀门获得可靠的密封性能。阀座具有较强的弹性补偿能力，除了可以大大地增强阀门的密封性能、降低球体制造精度要求外，对于启闭次数较频繁而造成了密封副的较多磨损和不均匀磨损的阀门来说，阀座的较强的弹性补偿能力也有助于阀门维持较持久的密封寿命。
[0020]之所以阀座体(7-1)和支撑体(7-2)之间除了螺纹连接以外还要在右端进行焊接，是因为对于出口阀座组件(7)来说，阀座体(7-1)和支撑体(7-2)之间的间隙是一条泄漏通道，因此需要进行密封焊。
[0021]在本实施例的技术方案中，在支撑体(7-2)上还均匀设置数个从外圆上打入的、通向弹性壁(7-1-2)与支撑体(7-2)之间的空腔的通孔；在通孔的外端、支撑体(7-2)的外圆上，设置一圈环槽，所有通孔向外的开口均位于该环槽内。阀门关闭后，介质通过支撑体(7-2)上的环槽和通孔进入弹性壁(7-1-2)与支撑体(7-2)之间的空腔，介质压力作用在弹性臂(7-1-2)和锥形止靠面(7-1-3)表面所产生的推力能够辅助阀座密封面达到更好的密封状态。
[0022]此外，为了提高阀门的密封性能，在进口阀座(2)的背侧设置单楔形的柔性石墨压制的密封圈(9)，密封圈(9)的外圆与阀体⑴内孔配合，密封圈(9)朝向球体⑷方向的一端与进口阀座(2)之间以圆锥面贴合，密封圈(9)的另一端设置有压环(8)，压环(8)的一侧端面压紧在密封圈(9)端面上，压环(8)另一端平面外侧设置有碟形弹簧(3)。
[0023]在图1、图2中，并未将进口阀座处作为进口侧的密封结构来设计，进口侧和中腔并未完全隔断，阀门的密封完全靠出口侧阀座来保证；而在本实用新型中，在进口阀座(2)的背侧设置密封圈(9)，通过进口阀座(2)的密封面和密封圈(9)将阀门进口通道和中腔隔断，使通过密封面从进口到中腔仅可能产生微量泄漏甚至在进口阀座(2)的密封面和球体(4)的吻合性较佳时达到完全无泄漏状态，从而使进口阀座和出口阀座能构成阀门密封的双保险，大大提高阀门的密封性能和密封可靠性。
[0024]以上结合附图和实施例对本实用新型的技术方案作了具体说明，但这些说明不能被理解为限制了本实用新型的范围。本【技术领域】的技术人员应该知晓，本实用新型不受上述实施例和附图的限制，其保护范围由所附的权利要求书所界定，任何在不超出本实用新型权利要求书所界定的范围内的各种改动、变型所形成的技术方案，都没有偏离本实用新型的精神和技术实质，仍然会属于本实用新型的权利要求范围之内。
【权利要求】
1.一种具有弹性补偿功能的球阀金属阀座，它包括球体(4)、出口阀座组件(7)，球体(4)的球面和出口阀座组件(7)上的密封面是经过表面强化处理的硬化表面，其特征在于:所述的出口阀座组件(7)包括阀座体(7-1)和支撑体(7-2)，阀座体(7-1)和支撑体(7-2)为中心线重合、位置关系为内、外配置的回转体型的零件，阀座体(7-1)位于内侧、支撑体(7-2)位于外侧，两者以螺纹旋合，并在远离球体(4)方向的端部设置有通过焊接将两者结合为一体的焊缝；在阀座体(7-1)的靠近球体(4)的一侧，设置有弯向支撑体(7-2)方向、厚度适度减薄而具有一定弹性变形能力的弹性壁(7-1-2)，弹性壁(7-1-2)以一定锥度向外延伸，在该锥形延伸段的靠近球体(4) 一侧的中段，有凸出于锥形延伸段表面的密封凸部(7-1-1)，该密封凸部(7-1-1)的表面在装配后与球体(4)相贴合，是出口阀座组件(7)的密封面；弹性壁(7-1-2)向外的锥形延伸段的另一侧为锥形止靠面(7-1-3)，在支撑体(7-2)靠近锥形止靠面(7-1-3) —端的最外侧，有一段与锥形止靠面(7-1-3)贴合的锥面-支承锥面(7-2-2)，而在支撑体(7-2)上该支承锥面(7-2-2)的内侧、密封凸部的背侧，另有一段锥面-中间锥面(7-2-1)，当出口阀座组件(7)在未与球体(4)和其它零件进行装配的自由状态时，所述的中间锥面(7-2-1)与锥形止靠面(7-1-3)之间有较小的间距。
2.根据权利要求1所述的具有弹性补偿功能的球阀金属阀座，其特征在于:在支撑体(7-2)上，均匀分布着数个从外圆上打入的、通向弹性壁(7-1-2)与支撑体(7-2)之间的空腔的通孔；在通孔的外端、支撑体(7-2)的外圆上，设置有一圈环槽，所有通孔向外的开口均位于该环槽内。
3.根据权利要求1所述的具有弹性补偿功能的球阀金属阀座，其特征在于:在进口阀座(2)的背侧设置有单楔形的密封圈(9)，密封圈(9)的外圆与阀体(I)内孔配合，密封圈(9)朝向球体(4)方向的一端与进口阀座(2)之间以圆锥面贴合，密封圈(9)的另一端设置有压环(8)，压环(8)的一侧端面压紧在密封圈(9)端面上，压环(8)另一端平面外侧设置有碟形弹簧(3)。
【文档编号】F16K5/06GK204083340SQ201420429201
【公开日】2015年1月7日 申请日期:2014年7月31日 优先权日:2014年7月31日
【发明者】章华 申请人:章华