专利名称：一种快开关的截止阀结构的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种截止阀，特别是一种快开关的截止阀结构。
然而，陶瓷阀芯水龙头也有其固有的缺点其一，陶瓷阀芯脆而易碎，在生产、制造、运输、安装过程中如不小心发生碰撞，陶瓷阀芯有可能会破碎；在高寒的农村地区，冬天防冻保暖措施做不到位，水龙头内水冻成冰会把陶瓷阀芯挤碎；在自来水质较差的地区，自来水中会夹杂铁锈渣、砂子等硬性杂质，当水龙头在开关过程中，这些硬性杂质一旦被卡在二个陶瓷阀芯片之间，也会引起陶瓷阀芯破碎，即使水质较好的地区，由于水厂普遍采用砂过滤工艺，总有些砂子会被水带出来，再加上水管内壁也会脱落一定数量的锈渣，也有可能会导致陶瓷阀芯在开关时破碎；其二，陶瓷阀芯二阀片之间的密封是靠两者之间存在的比压而起作用的，而这比压是靠水龙头在制造装配时拧紧阀盖、压缩与阀芯相接触的PUR聚氨酯塑料弹性垫片而产生的，此时的比压为最大值，以后在使用过程中该比压只会减少，不会增大；如果在制造装配时该比压过于少，或者使用后垫片弹性的降低而使比压减少，都会导致泄漏；其三，陶瓷阀芯对材料及制造工艺要求都较高，制造成本也较高，各阀门厂转产有相当的困难。而相对来说，截止阀的结构简单、制造方便、成本低，何况，在工业及民用水管线上还大量采用着截止阀，因此进一步改进截止阀的结构，使其具有快开关的性能，并具有防漏耐用效果，仍然是一个值得研究的课题。
另一方面，随着科学技术的进步，固体润滑材料不断发展，诸如聚苯硫醚PPS、聚醚醚酮PEEK、聚酰胺-酰亚胺PAI、液晶聚合物LCP等具有自润滑性能的高分子材料不断被发明出来，这些材料之间的相互摩擦时具有固体润滑效应，只有极低的摩擦和极小的磨损。
本发明所要解决的另一个技术问题是如何提供一种只需将手柄旋转90°即可从关闭状态转换至最大开启状态的快开关截止阀。
本发明所要解决的再一个技术问题是如何提供一种防漏耐用的快开关截止阀。
本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为快开关的截止阀结构包括阀芯和阀座，其中阀芯在与阀座对应的部位大致呈锥面，并在其外固化有一密封衬套，该密封衬套的外表面由二个邻接的大致呈锥面的子表面复合而成，且相对于与阀芯对称中心线相垂直的平面而言，其中远离阀座的子表面较陡，而邻近阀座的子表面较平坦。
所述的较陡子表面相对阀芯对称中心线的夹角α以25°～70°为佳，而所述的较平坦子表面相对阀芯对称中心线的夹角β则以比α大10°以上为佳；所述的阀芯密封衬套在密封处具有凹入面，且阀座则在对应处具有相应的凸面，两者相互吻合密封；所述的凹入面以位于阀芯密封衬套之较陡的子表面的下部为佳；所述的阀芯与阀座以金属材质为佳，所述的阀芯密封衬套以由固体润滑材料制成为佳，此时所述的阀座在对应阀芯密封衬套凹入面的凸面以具有Ra2.5～0.2μm粗糙度为佳；所述的固体润滑材料可以采用聚苯硫醚PPS、聚醚醚酮PEEK、聚酰胺-酰亚胺PAI或液晶聚合物LCP等自润滑高分子材料以及在这些材料中添加玻璃纤维、碳纤维、石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、铅、锌、铜、铝或锡后形成的高分子复合材料；所述的阀芯密封衬套可以包覆整个阀芯的头部，其中覆盖阀芯头部侧面处的厚度以0.5mm～5mm为佳，而在覆盖阀芯头部端面处的厚度以小于0.5mm为佳；所述的阀芯在与其密封衬套的交界面(侧面或端面)以一粗糙不平的表面为佳，其粗糙度Ra以大于80μm为佳，该粗糙不平的接触面可以由设置在阀芯表面的沟槽或孔洞形成，并以在摩擦方向上呈交叠分布为佳，所述的沟槽可以呈直条状或网格状；所述的阀芯还可以在尾部固接有周壁刻有螺纹的阀杆，该阀杆与阀盖螺纹连接，其螺旋角以4°～12°为佳；为能实现90°开关，所述的阀芯与阀杆的接合处可以有一外台阶，而所述的阀盖在对应处也具有一外台阶，且该二台阶之间的最大间距大致等于阀杆周壁螺距的1/4。
由于本发明的阀芯密封衬套外表面由二个陡峭度不同的子表面邻接复合而成，因此在相同的阀座孔径及相同的阀芯上升高度的情况下，其流通量相对来说要大很多，也就是说，阀芯只要上升一个不大的高度时，截止阀就可以处于全开启状态；
而阀芯密封衬套与阀座之间的凹凸吻合密封，使得在凹入面底部密封衬套被压缩得特别深且薄，硬度变大，该处主要起承载和耐磨作用，可以有效地防止阀芯朝阀座移位，而与之对应的上部密封衬套被压缩塑性变形少而厚，还具有一定的弹性，从而在该处起到良好的密封作用；另外，本发明的阀芯密封衬套如果选用固体润滑材料，则在使用过程中，阀芯密封衬套与金属阀座多次摩擦后，阀芯密封衬套表面的部分固体润滑材料分子将转移到阀座金属表面上，并在其上自然形成厚度为20～50纳米左右的固体润滑转移膜，之后，两者之间的摩擦就变成了固体润滑材料之间的相互摩擦，从而自然地实现了防漏耐用功效。
而之所以阀芯在与其密封衬套的交界面(侧面或端面)为一粗糙不平的表面，一方面是为了密封衬套与阀芯之间结合得更为牢固，另一方面，如果密封衬套选用固体润滑材料，则具有以下三个作用其一，增大了密封衬套与阀芯之间的接触面积，不但提高密封衬套的附着力，减少冷流变形，而且由于阀芯为金属材质，还使密封衬套的耐热性和导热性得到很大改善；其二，该粗糙面的凹凸处同时也成为固体润滑材料的贮存库，在使用一段时间后，密封衬套特定部位的表面高分子材料很少时，这些贮存的高分子材料将不断地溢出，填补空缺，始终保持阀芯密封衬套与阀座之间的固体润滑关系；其三，密封衬套嵌入在该粗糙面的部分起到一个相当于加强筋的作用，由此提高密封衬套的承载能力及抗冲击性能。
再者，固体润滑材料还有一个更重要的特点，就是对异物有良好的相容性，当粒度较细的硬性杂质卡在阀芯密封衬套与阀座的密封接触面上时，这些硬性杂质颗粒将嵌入阀芯密封衬套内部，不但不会影响接触面的固体润滑密封效果，反而会增加固体润滑材料的耐磨性，这种情形相当于在固体润滑材料中添加杂质而形成固体润滑复合材料。正因为如此，即使流体中有硬性杂质颗粒也不会影响本发明的密封效果，这也是本发明的防漏耐用的另一个方面。
当本发明应用于旋转上升式截止阀时，选择合适的螺旋角(也即按阀座孔径选择合适的螺距)，完全可以制造出只需将手柄旋转90°即可从关闭状态转换至最大开启状态的截止阀，而阀芯密封衬套选用固体润滑材料等耐磨材料又可保证90°开关的不变性，这可以应用于普通水龙头、角阀、管线切断阀等，以方便使用并可快速识别开关状态；另一个额外的优点是，由于本发明的阀芯密封衬套外表面大致呈锥面，这样在开启使用时，由于节流与导流作用，使水流呈圆锥体或球面锥体形状，在关闭时，又具有导向作用，同时又增加阀芯密封衬套与阀座之间的卡紧力，从而可以使所述的螺旋角得以选择较大的角度。
图1为本发明实施例一处于关闭状态下的结构剖视示意图。
图2为本发明实施例一处于开启状态下的结构剖视示意图。
图3为图1的局部放大图(阀芯表面具有纵向条状沟槽)。
图4为图3的A-A剖视图。
图5为图2的局部放大图。
图6为图1的局部放大图(阀芯表面具有网格状沟槽)。
图7为图1的局部放大图(阀芯表面具有交叠分布的孔洞)。
图8为本发明实施例二的结构剖视示意图。
图9为本发明实施例三的结构剖视示意图。
图10为本发明实施例四的结构剖视示意图。
如图1～图5所示，为本发明应用于水龙头的一个实施例，图中1为手轮，2为阀杆，3为阀盖，4为金属材质的锥面状阀芯，5为由固体润滑材料制成的密封衬套，6为金属材质阀座，7为阀体，8为阀盖垫片。阀杆2和阀芯4连接为一整体，密封衬套5一体注塑在阀芯4上，其中覆盖阀芯4头部侧面处的厚度为0.5mm～5mm，其具体数值视用途、直径及使用压力的不同而不同，其中在覆盖阀芯头部端面处的厚度(图5中的d)以小于0.5mm为佳；如图5所示，其中阀芯密封衬套的外表面由二个邻接的呈锥面的子表面51、53复合而成，且相对于与阀芯对称中心线PQ相垂直的平面而言，其中远离阀座的子表面51较陡，其相对阀芯对称中心线的夹角α以25°～70°为佳，而邻近阀座的子表面53较平坦，其相对阀芯对称中心线的夹角β则以比α大10°以上为佳；如图5所示，阀芯密封衬套5的外表面在密封处具有凹入面52，而阀座6则在对应处具有相应的凸面61，两者相互吻合密封，阀座6在该凸面61处的粗糙度Ra为2.5μm～0.2μm，之所以选择这样的粗糙度范围，是为了便于在其上自然形成固体润滑转移膜，因为如果金属表面太粗糙，会造成对固体润滑材料层的刨削，难以形成均匀的转移膜，如果金属表面太光滑，则不易形成牢固的转移膜；所述的阀芯密封衬套5外表面上的凹入面52可以通过以下方式形成，即在装配时，在阀处于关闭状态下，向阀芯4施加一个额外的下压力，使密封衬套5受对应的阀座凸面61的挤压变形而凹入，这样即形成了凹凸吻合密封，又可以克服机械加工中阀芯4与阀座6(阀芯4与阀杆2、阀杆2与阀盖3、阀盖3与阀体7)之间的同轴度积累误差，还可防止以后在使用过程中发生塑性变形。
从图中可见，阀芯4在与固体润滑材料层5相接触的表面上开有凹凸不平的沟槽或孔洞，沟槽可以是纵向条状的41(参见图3、5)，也可以是网格状的42(参见图6)，孔洞43则在摩擦方向上为交叠分布(参见图7)，其面积占固体润滑层总面积的20～50％(如果面积过小，达不到有效的润滑和减摩效果，如果面积过大，又会使其承载能力降低)；之所以如此，是为了有利于固体润滑材料在摩擦过程中的“流动”，从而使固体润滑材料层5始终保持一定厚度；如图1、2所示，阀杆的周壁刻有梯形螺纹，该阀杆与阀盖螺纹连接，其螺旋角为4°～12°(其值过大，则锁进过小，阀门使用关闭时会自动打开)；所述的阀芯与阀杆的接合处具有一外台阶，而所述的阀盖在对应处也具有一外台阶，当阀芯上升到一定高度时，二台阶相互抵靠而使阀芯无法再上升，当该二台阶之间的最大间距等于阀杆周壁螺距的1/4时，即可实现90°开关的目的。
如图8所示，为本发明的实施例二，与实施例一的不同之处在于，阀芯密封衬套的外表面由二个具有不同陡峭度的曲面复合而成，且阀芯4与密封衬套5相接触的表面为不规则的凹凸不平面，其粗糙度Ra大于80μm，而且密封衬套5与阀座6的接触处没有相应的凹入。
如图9所示，为本发明的实施例三，其为一应用于角阀的实施例，多用于洗脸盆上。
如图10所示，为本发明的实施例四，与实施例一的不同之处在于，其为一应用于管路中的截止阀。
权利要求
1.一种快开关的截止阀结构，包括阀芯和阀座，其中阀芯在与阀座对应的部位大致呈锥面，并在其外固化有一密封衬套，其特征在于该密封衬套的外表面由二个邻接的大致呈锥面的子表面复合而成，且相对于与阀芯对称中心线相垂直的平面而言，其中远离阀座的子表面较陡，而邻近阀座的子表面较平坦。
2.根据权利要求1所述的快开关的截止阀结构，其特征在于所述的较陡子表面相对阀芯对称中心线的夹角α为25°～70°，而所述的较平坦子表面相对阀芯对称中心线的夹角β比α大10°以上。
3.根据权利要求1所述的快开关的截止阀结构，其特征在于所述的阀芯密封衬套在密封处具有凹入面，且阀座则在对应处具有相应的凸面，两者相互吻合密封。
4.根据权利要求3所述的快开关的截止阀结构，其特征在于所述的阀芯密封衬套上的凹入面位于密封衬套之较陡的子表面的下部。
5.根据权利要求1、2、3或4所述的快开关的截止阀结构，其特征在于所述的阀芯与阀座为金属材质，所述的密封衬套则由固体润滑材料制成。
6.根据权利要求5所述的快开关的截止阀结构，其特征在于所述的阀座在对应阀芯密封衬套凹入面的凸面具有Ra2.5～0.2μm粗糙度。
7.根据权利要求5所述的快开关的截止阀结构，其特征在于所述的固体润滑材料可以采用聚苯硫醚PPS、聚醚醚酮PEEK、聚酰胺-酰亚胺PAI或液晶聚合物LCP等自润滑高分子材料以及在这些材料中添加玻璃纤维、碳纤维、石墨、二硫化钼、聚四氟乙烯、铅、锌、铜、铝或锡后形成的高分子复合材料。
8.根据权利要求5所述的快开关的截止阀结构，其特征在于所述的阀芯密封衬套包覆整个阀芯的头部。
9.根据权利要求8所述的快开关的截止阀结构，其特征在于所述的阀芯密封衬套在覆盖阀芯头部侧面处的厚度为0.5mm～5mm，而在覆盖阀芯头部端面处的厚度则小于0.5mm。
10.根据权利要求5所述的快开关的截止阀结构，其特征在于所述的阀芯在与其密封衬套的交界面为一粗糙不平的表面，且其粗糙度Ra大于80μm。
11.根据权利要求10所述的快开关的截止阀结构，其特征在于所述的粗糙不平的接触面由设置在阀芯表面并在摩擦方向上呈交叠分布的沟槽或孔洞形成。
12.根据权利要求11所述的快开关的截止阀结构，其特征在于所述的沟槽呈直条状或网格状。
13.根据权利要求5所述的快开关的截止阀结构，其特征在于所述的阀芯在尾部固接有周壁刻有螺纹的阀杆，该阀杆与阀盖螺纹连接，其螺旋角为4°～12°。
14.根据权利要求13所述的快开关的截止阀结构，其特征在于所述的阀芯与阀杆的接合处具有一外台阶，而所述的阀盖在对应处也具有一外台阶，且该二台阶之间的最大间距大致等于阀杆周壁螺距的1/4。
全文摘要
一种快开关的截止阀结构,包括阀芯和阀座,其中阀芯在与阀座对应的部位大致呈锥面,并在其外固化有一密封衬套,该密封衬套的外表面由二个邻接的大致呈锥面的子表面复合而成,且相对于与阀芯对称中心线相垂直的平面而言,其中远离阀座的子表面较陡,而邻近阀座的子表面较平坦;更好地,所述的阀芯密封衬套在密封处具有凹入面,且阀座则在对应处具有相应的凸面,两者相互吻合密封;所述的凹入面以位于阀芯密封衬套之较陡的子表面的下部为佳。按照本发明的结构在相同的阀座孔径及相同的阀芯上升高度的情况下,其流通量相对来说要大很多,也就是说,阀芯只要上升一个不大的高度时,截止阀就可以处于全开启状态;而阀芯密封衬套与阀座之间的凹凸吻合密封设计,既可有效地防止阀芯朝阀座移位,又可起到良好的密封作用。
文档编号F16K1/32GK1343846SQ0113196
公开日2002年4月10日 申请日期2001年10月18日 优先权日2001年10月18日
发明者陈西火 申请人:陈西火