专利名称：结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀的制作方法
技术领域：
本发明属于阀门，尤其是涉及到结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀方面的设计。
背景技术：
截止阀是工业用通用阀类排名为二，在管道中使用较闸阀次之的一种阀门，使用的面大量广，该阀启闭件为塞形的阀瓣，密封面呈平面或锥面，阀瓣沿流体的中心线作直线运动，阀杆的运动形式有升降杆式(阀杆升降，手轮不升降)，也有升降旋转杆式(手轮与阀杆一起旋转升降，螺母设在阀体上)。截止阀一般用于全开和全关，亦可作调节和节流。截止阀属于强制密封式阀门，所以在阀门关闭时，必须向阀瓣施加压力，以强制密封面不泄漏。当介质由阀瓣下方进入阀腔时，操作力所需要克服的阻力，是阀杆和填料的磨擦力与由介质的压力所产生的推力，关阀门的力比开阀门的力大，所以阀杆的直径要大，否则会发生阀杆顶弯的故障。近年来，从自密封的阀门出现后，截止阀的介质流向就改由阀瓣上方进入阀腔，这时在介质压力作用下，关阀门的力小，而开阀门的力大，阀杆的直径可以相应地减少。截止阀开启时，阀瓣的开启高度，为公称直径的25% 30%时，流量已达到最大， 表示阀门已达全开位置。所以截止阀的全开位置，应由阀瓣的行程来决定截止的优点1、结构简单，制造和维修比较方便。2、工作行程小，启闭时间短。3、可在较高的压力下使用，例如在(1. 6Mpa 35Mpa)左右和较高的温度025°以上)下工作。如附图5所示，截止阀通常在阀瓣19和阀座20的平行面上堆焊耐磨损和硬度较高的材料如不锈钢或更高一些的司太立合金(此硬质合金材料国内无资源，长期依靠进口)，两密封面结合不同的材料配对以保证阀门密封面能够长期使用和不被介质腐蚀。截止阀的缺点1、流体阻力大，开启和关闭时所需力较大。2、因为通常两密封面的材料基本是属于同宗同种，在使用中密封面间有粘着磨损倾向，影响密封效果和使用寿命。3、阀门长开时阀座的平面容易结垢，使得关阀时封闭不严和损伤密封副，结果是造成阀门内漏。
发明内容
本发明的目的是提供一种“结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀”(以下均称为截止阀)，弹性阀座与陶瓷阀瓣为柔性接触的设计可长期保持阀门密封的可靠性，两密封件的不同配对的材料不仅可以降低阀座和阀瓣磨损，亦可降低阀门的操作扭矩。
在本发明上述类型的截止阀中，由阀体和阀盖相连接的第一部分和陶瓷阀座与阀杆连接的第二部分组成，以阀体水平线为中心的布置一向上的入口处和以十字中心向下弯曲的出口流道，在此交汇处的台阶孔中心位置配备有一弹性阀座，其中圆孤的一面与陶瓷阀瓣的端面接触并严密贴合成为截止阀的密封副。阀座是为已知的不锈钢材质，优选的为管材，密封端以外径向上为圆孤的起点和终点在其中心的大致90°上向外扩展，经加工卷曲成一圆孤状，上件与阀体相结合的是在大约以十字中心部位的环形槽中，从槽的平面和阀座的内径处用焊接的方式来固定，亦可采用已知的过盈的装配，如滚压或者是用压力机缓缓压入的形式连接(图中未示出)。在阀的关闭状态下，这种已知结构的特征是由于入口 /出口作用在阀瓣上的正压力面积的不同(所述压力是指管道内介质的压力)，阀瓣向弹性阀座施压，作用力在以圆心为中心处的孤面上，在保证能够有足够的强度承受弯曲应力的情况下，这种俯于弹性的结合可以帮助获得较为理想的密封效果，结果是阀门关闭力矩的大幅减小。说明一点，公知的结构陶瓷有用于阀类有成功的案例，但类似用于截止阀阀瓣的结构陶瓷尚未见报导，问题是结构陶瓷脆性高，难以适应如该阀通常在用阀杆顶压在近类似于刚性的密封面的接触方式来实现。另外，有时候存在着管道内的气流脉动所激发的管道振动，也对陶瓷阀的密封件和正常使用构成巨大的威胁。克服上述的问题是，除了如上所述的弹性阀座以外，更可靠的如，在和芯轴相互连接的阀座上的圆螺母上和阀杆的接触的两端设一组蝶形弹簧，除了可以消除振动之外，重要的是阀杆头部作用在弹簧上使阀瓣与弹性阀座紧密贴合的辅助力矩来源之一。连接陶瓷阀瓣上的孔的是在其底部带有锥度相结合一致的芯轴，该芯轴的上部为销孔，圆柱销通过此孔与阀杆端部的直槽口相连接，所述圆柱销在阀杆头部的直槽口中为活动连接，而和芯轴的孔为固定配合。如果阀开启，圆柱销在蝶形弹簧作用力下和阀杆头部的圆柱销孔的圆孤重合，关阀时，阀杆头部向下施力于蝶形弹簧，当陶瓷阀瓣和弹性阀座接触时，继续旋转阀杆至阀盖末端和调节螺母接触时，此时阀杆下降到圆柱销接近于直槽口中上部圆孤的之间，蝶形弹簧的力矩由调节螺母限定，调节螺母由紧定螺钉固定在阀杆与手轮和阀盖的端部之间。关阀时不再是常规以阀杆向下推动阀瓣唯一的轴向力，而是利用管道本身介质的压力作用在阀瓣上，蝶形弹簧是提供的一个附加的力量，其力矩的大小以能够达到密封为原则，由上阀杆上的调节螺母限定阀杆的行程，并由紧定螺钉固定在阀杆上。对于弹性阀座有一个不能忽视的内容是，其密封为孤形的面和陶瓷阀瓣的一面为线性接触，线性面上结垢困难，这对于现有水平安装截止阀的阀座的平面上常滞留顽垢使密封失效提出了新的解决方法，即使有微量存在，也会被非常坚硬的陶瓷阀瓣压溃而不复存在。除了上述的因素以外，截止阀另一个密封失效的原因是金属与金属粘着磨损，多年来，本行业的研究机构和技术人员采用了大量的研究和试验，虽然采用了不同的硬度和材料的配对的方法，但始终它们还是为同一类别，尤其是不锈钢阀的两密封同一材料损害更为严重，这也是本发明陶瓷阀瓣和弹性阀座配对要解决的重要问题之一。不锈钢阀的价格是普通钢阀的数倍，所以不得不考虑在本体上加工出来的密封面在很长一段作用后也会失效，这对使用者来说是不愿看到的，维修也也许力不从心，因此， 从节约时间和成本而言，如就在管线上不拆除阀门就快速更换阀座可能就是最好的方法， 阀座和阀体之间的密封可装上一个成形柔性石墨的密封坏，更换弹性阀座时可以用拉拔器从其内径的底平面处拉出。在阀处于关闭状态下，为了阻断介质从入口进入出口端，在圆螺母往下的凹槽下一平面和陶瓷阀瓣的上一平面装备有密封垫片，所述密封垫片通常为柔性石墨加不锈钢缠绕的制成品，以适应在高温下使用。另一种本发明的实施例为在腐蚀介质中普遍使用的不锈钢截止阀，可以在阀的本体上直接加工出弹性阀座，在弹性阀座的下方的流道处设弹性槽，槽的R终点大致在弹性阀座的圆心处，弹性槽的上一面与弹性阀座的周圆相切或者相近的设计。对于截止的上密封，GB12235-2007石油、石化相关工业用钢制截止阀和升降式止回阀的标准规定，其中4. 2. 5规定阀盖上必须有一圆锥形或球面形的上密封，上密封座采用衬套镶在阀盖上。以上述方式加工耗时费力，除了产品成本上升以外，而对装配零件的加工同轴度要求较高，以致于市场该类阀的上密封不合格颇多，由于上密封的质量在阀门的使用中难以察觉，很多的情况下只有在更换填料时才发现端倪，由此造成高温气体的泄漏出阀外对人员的伤害时有发生，其利害关系不可小视。再者通常的上密封是在阀门常开时保护填料免受高温和高压流体进入的唯一的渠道，而失去它将是对阀的寿命与人身安全的一个挑战。通过评估和理论研究与实践得出这样一个事实，在阀杆上加工成一平面和阀盖的上密封处堆焊耐腐蚀的不锈钢材料后加工成一平面、两者接触更容易实现密封，而此方法不但对零件还是装配后的阀门同轴度的要求并不高，而且加工方便，这对提高截止阀的产品质量和节约生产成本具有现实的意义。通过上述的设计可以达到如下的效果1.结构陶瓷阀瓣具有极高的硬度，超强的耐腐蚀性能，可以有效的提高阀门的使用寿命。2.陶瓷阀瓣和阀杆为活动连接，拆装卸方便，零件损坏后可以更换。3.适用性好，制造成本低廉；阀杆与阀盖的上密封采用平面与平面接触，对零部件同轴度要求不高，加工较为方便容易。4.操作力矩小；弹性阀座与陶瓷阀瓣的接触为柔性接触，密封方式为管道内的流体压力推动，蝶形弹簧预紧，所需操作力小。5.调节方便；无需复杂的机构，在阀杆上端设有调节螺母，松开即可适当调节陶瓷阀瓣与弹性阀座之间所需力矩的适当位置。
在上述的图中，如有相同的标号则表示是相同的作用。图示主要零件码号为A是阀体和阀盖的连接部分，B陶瓷阀座与阀杆连接部分； 其中序号分别为1、阀体 2、阀盖 3、阀瓣 4、填料 5、圆螺母 6、阀杆 7、蝶形弹簧 8、圆柱销 9、芯轴 10、弹性阀座1 11、手轮 12、出口 13、柔性石墨密封圈14、弹性阀座2 15、入口 16、调节螺母17、紧定螺钉18弹簧垫片。
本发明的这些和其它目的优点通过下面附图作详细描述。图1是本发明结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀剖视图。图2是图1的阀瓣结构部件的放大的剖视图。图3是图1的弹性阀座结构部件的放大的剖视图。图4是图1的一种可拆卸弹性阀座结构部件的放大的剖视图。图5是如图1 一种在本发明如不锈钢阀本体上加工成为弹性阀座的密封面的截面6是市售截止阀的剖视图。
具体实施例方式本发明上述的截止阀，如图1，由阀体1和阀盖2相连接的第一部分A和陶瓷阀座 3与阀杆6连接的第二部分B组成，以阀体1水平线为中心布置的一向上的入口 15处和以十字中心向下弯曲的出口流道12，在此交汇处的台阶孔中心位置配备有一弹性阀座10、 14，和不锈钢阀直接在阀的本体上加工出来的弹性阀座1-4，其中圆孤10-2、14-1、1-4的一面与陶瓷阀瓣3的端平面3-1接触并严密贴合成为截止阀的密封副。请参看图2，连接陶瓷阀瓣3中的是在其底部带有锥度9-1相结合一致的是芯轴 9，该芯轴9的上部置于阀杆6未端的孔6-5中，其中有一圆柱销孔9-3，圆柱销8通过该孔 9-3与阀杆6端部的纵向直槽口 6-1相连接，所述圆柱销8在阀杆头部的纵向直槽口 6-1中为活动连接，和芯轴9-3的孔为固定配合。如果阀开启，蝶形弹簧7通过弹簧垫片18与阀杆6末端平面6-2接触，圆柱销8 与6-1的圆孤重合，关阀时，在手轮11的作用力下阀杆6头部6-2向下施力于蝶形弹簧7， 并通过圆螺母5作用于陶瓷阀瓣3上，当陶瓷阀瓣3和弹性阀座10-2、14-1、1-4接触时，继续旋转阀杆6至阀盖末端2-2和调节螺母11接触时，此时阀杆6下降到圆柱销8接近于纵向直槽口 6-1中上部圆孤的6-3之间。在和芯轴9相互连接的阀座3上的圆螺母5上和阀杆6与垫片18之间的接触的两端设一组蝶形弹簧7，除了可以消除振动之外，重要的是阀杆6头部作用在蝶形弹簧7上使陶瓷阀瓣3与弹性阀座10、14紧密贴合的辅助力矩来源之一。蝶形弹簧7的力矩由调节螺母16限定，所述调节螺母16由紧定螺钉17固定在阀杆6与手轮11和阀盖2的端部2-2之间。在阀处于关闭状态下，为了阻断介质从入口进入出口端，在圆螺母5往下的凸台 5-1下一平面和陶瓷阀瓣3的3-2的孔中装备有密封填料4，为力求密封的可靠性，填料4 的下端设计成为圆锥角4-1，内外锥面形成和3-3、9-1相互接触、并通过圆螺母5相配合的螺纹9-2旋压而成为密封态势、以防止介质从进口端15流进出口端12，填料4通常为柔性石墨的制成品，以适应在高温下使用。在阀杆6和芯轴9连接的上端成一圆台具有光滑的平面6-4，在阀开的状态下阀盖 2上的2-1接触以阻断介质流出，一方面可以是长期保护填料免受高温高压流体的冲击，更重要的是保证工作人员在重新更换密封填料时不会因介质的外漏提供安全可靠的保障措施。如图3所示，弹性阀座10密封端以外径向上为圆孤的起点10-1和终点10-4其中心的大致90°上向外扩展，经加工卷曲成一圆孤状，上件与阀体相结合的是在大约以十字中心部位的环形槽1-1中，从槽1-2的平面和弹性阀座10的内径处用焊接的方式来固定。图4是一种可拆卸的弹性阀座14，可用棒材或厚壁管材加工成形，内径为一圆孤的弹性槽口 14-2向外径一侧延伸，密封端以14-2的圆孤为中心向外方向上扩展到14-1和与弹性阀座14相一致的外径14-4，底面和阀体1流道中心的水平线基本持平，14-2以下为和孔1-3垂直大致为50°左右、与柔性石墨密封圈13相接触的、有利于使其压缩成密封态势锥形面14-5，外径14-3与14-4基本相近，下部外圆14_6与阀体1中的1_2、1_3孔的配合一般选择过盈的装配成固定状。图5所示的为一种为不锈钢阀在本体1上直接加工出来的R形弹性阀座1-4，在其下方的流道处设有弹性槽1-5，此槽的R终点大致在R1-4的圆心处，槽的一面1-6与R1-4 的周圆相切或者相近的设计。结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀突破有始以来传统金属与金属配对的组合以及阀杆与阀盖的平面的上密封，其结构的改变使两者接触更容易实现密封，而此方法不但对零件还是装配后的阀门同轴度的要求并不高，而且加工方便，这对提高截止阀的产品质量和节约生产成本都具有重大的意义。说明书至此已说明完毕，对于阅读并理解本领域的技术人员来说会有更多的改进和提高，而本发明的技术要点仅以权利要求书作为限定。
权利要求
1.一种结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀，其中主要由阀体(1)和阀盖(2) 相连接的第一部分(A)和陶瓷阀座C3)与阀杆(6)连接的第二部分(B)组成，以阀体(1)水平线为中心布置的一向上的入口(15)处和以十字中心向下弯曲的出口流道(12)，在此交汇处的台阶孔中心位置配备有一弹性阀座(10、14)和一从本体上加工的弹性阀座(1-4)， 其中圆孤(10-2、14-1、1-4)与陶瓷阀瓣(3)的密封面(3-1)接触且密切的贴合成为密封副。
2.根据权利要求1所述的结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀，其特征是连接陶瓷阀瓣(3)上的孔(3-4)的是在其底部带有锥度(9-1)相结合一致的芯轴(9)，该芯轴(9)的上部为圆柱销孔(9-3)，圆柱销⑶通过该孔(9-3)与阀杆(6)端部的纵向直槽口(6-1)相连接，所述圆柱销(8)在阀杆头部的纵向直槽口(6-1)中为活动连接，而和芯轴 (9-3)的孔为固定配合。
3.根据权利要求1所述的结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀，其特征是弹性阀座(10)密封端以外径向上为圆孤的起点(10-1)和终点在(10-4)其中心的大致90° 上向外扩展，经加工卷曲成一圆孤状，上件与阀体(1)相结合的是在大约以十字中心部位的环形槽(1-1)中，从槽(1-2)的平面和弹性阀座10的内径处用焊接的方式来固定。
4.根据权利要求1所述的结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀，其特征是一种可拆卸弹性阀座(14)，内径为一圆孤的弹性槽口(14-2)向一侧延伸，密封端以(14-2)的圆孤为中心向外方向上扩展到(14-1)和与弹性阀瓣相一致的外径(14-4)，底面和阀体⑴ 流道中心的水平线基本持平，(14-2)以下为和孔(1-3)垂直大致50°左右、与柔性石墨密封圈(1 相接触的、有利于使其压缩成密封态势的锥形面(14-5)，下部外圆(14-6)与阀体 (1)中的(1-2、1-3)孔的配合一般选择过盈的装配成固定状。
5.根据权利要求1所述的结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀，其特征是一种为不锈钢阀在本体(1)上直接加工出来的R形弹性阀座(1-4)，在其下方的流道处设有弹性槽(1-5)，此槽的R终点大致在R(1-4)的圆心处，槽的一面(1-6)与R(l_4)的周圆相切或者相近的设计。
6.根据权利要求1所述的结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀，其特征是和圆螺母(5)的下平面与垫片(18)的上平面接触的两端设一组蝶形弹簧(7)，阀杆(6)头部向下运动时蝶形弹簧(7)作用力使陶瓷阀瓣(3)的密封面(3-1)与弹性阀座(10、14)上的 (10-2)、(14-1)、和阀体(1)上的(1-4)紧密贴合。
7.根据权利要求1所述的结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀，其特征是在圆螺母(5)往下的凸台(5-1)下一平面和陶瓷阀瓣(3)的(3-2)的孔中装备有密封填料 0)，填料4的下端设计成为圆锥角0-1)，内外锥面形成和(3-3、9-1)相互接触、并通过圆螺母( 相配合的螺纹(9- 旋压而成为密封态势。
8.根据权利要求1所述的结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀，其特征是阀杆(6)和芯轴(9)连接的上端成一圆台具有光滑的平面(6-4)，在阀开的状态下阀盖(2)上的接触以阻断介质流出。
9.根据权利要求1所述的结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀，其特征是调节螺母(16)套装在阀杆(6)的上部与手轮(11)和阀盖O)的端部(2- 之间，由紧定螺钉(17)固定。
全文摘要
一种结构陶瓷阀瓣与金属弹性阀座密封的截止阀，其中主要由阀体(1)和阀盖(2)相连接的第一部分(A)和陶瓷阀座(3)与阀杆(6)连接的第二部分(B)组成，以阀体(1)水平线为中心布置的一向上的入口(15)处和以十字中心向下弯曲的出口流道(12)，在此交汇处的台阶孔中心位置配备有一弹性阀座(10、14)和一从本体上加工的弹性阀座(1-4)，其中圆孤(10-2、14-1、1-4)与陶瓷阀瓣(3)的密封面(3-1)接触且密切的贴合成为密封副。
文档编号F16K1/48GK102345742SQ20101024537
公开日2012年2月8日 申请日期2010年7月29日 优先权日2010年7月29日
发明者戴学祥, 王燊, 王爵义, 王靖聪, 陈贤良 申请人:浙江正华阀门厂