CN101776157B - 柔阀座及柔阀座高温球阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种主要用于球阀的柔阀座，还涉及一种柔阀座高温球阀，所述柔阀座包括设有中央通孔的阀座主体，所述阀座主体的内壁和外壁上分别设有若干内环槽和外环槽，所述阀座主体的内端面上设有环形的密封件，所述若干内环槽和所述若干外环槽交替分布，槽深均大于所述阀座主体的壁厚的一半。所述柔阀座高温球阀包括阀体、位于阀体中腔内的球体、用于带动球体转动的阀杆和安装在所述阀体内的柔阀座，所述柔阀座的密封件上的密封面与所述球体外圆密封面相互匹配，构成阀门的密封副。采用本发明的柔阀座和柔阀座球阀，即使所用材料的弹性受介质高温影响有一定的下降，阀门在关闭状态下依然可以保持可靠和有效的密封，因此适应于更高的介质温度。

Description

柔阀座及柔阀座高温球阀

技术领域

本发明涉及一种主要用于球阀的柔阀座，还涉及采用这种柔阀座的高温球阀，这种高温球阀可以用于各种介质特别是高温介质管道。

背景技术

参见图2(a)和图2(b)，现有的普通高温球阀包括阀体、球体40、阀座20和阀杆50，所述阀体通常由阀体主体11和连接在阀体主体两侧的左右阀盖12构成，所述球***于所述阀体的中腔内，所述阀座安装在所述阀体内，数量是一个或两个，位于所述中腔的进口侧面或者分别位于所述中腔的进口侧和出口侧，所述阀体的中腔直接或通过阀座上的介质通道与阀体的进、出口相互连通，形成所述阀门的介质通道，所述阀座的内侧设有环形的密封件41，所述球体上的密封面与所述密封件上的密封面相互配合，构成阀门的密封副，所述阀杆用于带动球体转动，阀杆穿过所述阀体的上部，一端连接所述球体，另一端连接机械驱动装置和/或手动驱动装置，当所述驱动装置带动所述阀杆转动时，所述球体也同所述阀杆一同转动，由此改变和控制阀门的工作状态。

现有技术下的所述阀座由阀座I 26、阀座II 27、弹簧28以及设置在所述阀座I、阀座II与阀盖(阀体)之间的阀座密封圈21组成，所述阀座I和阀座II在轴向存在间隙VI 24，在径向存在间隙V23，所述阀座密封圈和阀座II之间存在间隙VI 22。所述间隙VI的大小乃至是否存在跟所述弹簧施加在所述阀座II上的弹簧力大小有关，当所述弹簧力很大时，所述阀座I和阀座II紧密压在一起，所述间隙VI实际上不存在，当所述弹簧力适中时，所述间隙VI较小，当所述弹簧力较小时，所述间隙VI较大。所述密封件呈环形，设置在所述阀座 I上，其密封面和所述球体的外圆密封面组成阀门的密封副。在阀门关闭时，在弹簧力的作用下，使阀座II紧压在阀座密封圈上，将阀座密封圈紧压在阀座I和阀体之间间隙里，阻止了介质从阀座I和阀体之间间隙流出去，同时由于阀座I右边介质受力面积大，左边介质受力面积小，所述阀座I在介质压力作用下向所述球体方向移动，进而紧压在所述球体上，由此使得密封副的间隙趋向于零，阻止了进口介质从密封副间隙流出。

这种阀门的缺陷是：由于弹簧的弹性受温度影响，当介质温度升高到一定值时，弹簧力会降到某一值，因此在阀门关闭时，由于弹簧力的下降，导致阀座I和密封圈之间、密封圈和阀体之间的挤压力下降，进口处具有一定压力的介质流入所述阀座密封圈周围的间隙，进而经过阀座I和阀体之间间隙流入阀体的中腔，形成介质泄露，由于这种介质泄露，导致阀门进口处的介质压力提不起来，不能对阀座I形成足够的压力，也就不能形成密封副之间的足够的压力，无法形成有效的密封，介质可以不断地从密封副之间泄露出去，由此导致阀门失效。

所以，这种阀门是否耐高温要看弹簧的耐高温程度，但弹簧因受材料的影响不易受高温，一般只限于550℃，也就是说，此结构的阀门介质温度通常也只限于550℃，当介质高于550℃时，就会出现因弹簧力不够而使密封副泄露、阀门失效的问题。

发明内容

为了解决上述问题，本发明提供了一种主要可用于高温球阀的柔阀座，还提供了一种采用该柔阀座的柔阀座高温球阀，这种球阀的密封副在高温介质下不会失效，同现有技术相比，适应于更高的介质温度。

本发明所采用的技术方案是：一种柔阀座，包括设有中央通孔的阀座主体，所述阀座主体的内壁和外壁上分别设有若干内环槽和外环槽，所述阀座主体的内端面上设有环形的密封件。

一种柔阀座高温球阀，包括阀体、位于阀体中腔内的球体、用于带动球体转动的阀杆以及安装在所述阀体内的柔阀座，所述柔阀座包括设有中央通孔的阀座主体，所述阀座主体的内壁和外壁上分别设有若干内环槽和外环槽，所述阀座主体的内端面上设有环形的密封件，所述密封件上的密封面与所述球体外圆密封面相互匹配，构成阀门的密封副，所述柔阀座的数量是一个或者两个，位于所述阀体中腔的进口侧或者分别位于所述阀体中腔的进口侧和出口侧，所述阀杆穿过所述阀体的顶部且与所述阀体旋转密封连接，所述阀杆的下端与所述球体连接，上端位于所述阀体外，连接机械驱动装置和/或手动驱动装置。

本发明的工作原理和有益效果是：柔阀座的阀座主体和定位块等件可以采用弹性极限高的金属或合金材料做成，由此使柔阀座具有所需的弹性，受压时可以压缩，受拉时可以拉长。通过适当的尺寸配合，装配时对由球体和密封件构成的密封副形成具有一定的预紧力，以便在阀门关闭状态下使阀座主体将密封件适度地压紧在球体上。关闭阀门时，驱动装置工作，带动阀杆、球体转动，使球体上的介质通道中心线和阀座上的介质通道中心线相垂直，球体上的实体部分挡住阀座上的介质通道，球体的外圆密封面与密封件的密封面在预紧力的作用下相互接触并在一定程度上被压紧，介质通过密封副时受阻，进口端的静压在一定程度上得以恢复，同时，由于进口端的介质基本上可以无阻力地流入并充满阀座主体的内环槽或内环槽与内定位块之间的间隙，对阀座主体施加压力，并使内环槽或内环槽同内定位块之间的间隙扩大，由此使得阀座主体的内 端面朝球体方向移动，推动密封件压向球体，使密封副之间的挤压力达到一定值，形成可靠且有效的密封。

当介质温度升高到影响阀座主体的弹力时，尽管阀座主体施加给密封件的预紧力下降，但在阀门关闭时对介质通过密封副依然可以形成一定的阻力，同时并不阻碍介质流入并充满阀座主体的内环槽或内环槽与内定位块之间的间隙，由于介质无法从阀座主体和阀体之间泄露到中腔，因此保持了进口侧的介质压力，由于高温下阀座主体以及内环槽受压变形的程度更大，更有助于促使阀座主体的内端面向球体方向移动，保证了密封副之间足够的挤压力，形成可靠且有效的密封。同时，阀门因热胀冷缩引起的收缩量可以由相应的各间隙来缓冲，避免了在阀座主体和球体之间出现过高的压力，因此不会因热胀冷缩把阀门球体卡死在阀门两阀座之间。

因此，本发明与现有技术下的高温球阀相比，可适应于更高温度的介质。

附图说明

图1(a)为本发明的柔阀座高温球阀的示意图；

图1(b)为图1(a)中涉及柔阀座和阀门密封副的局部放大示意图A；

图2(a)为现有技术下的高温球阀的示意图；

图2(b)为图2(a)中涉及阀座和阀门密封副的局部放大示意图B。

具体实施方式

参见图1(a)和(b)，本发明提供了一种柔阀座，其包括设有中央通孔的阀座主体31，所述阀座主体的内壁和外壁上分别设有若干内环槽和若干外环槽，所述阀座主体的内端面上设有环形的密封件41，所述密封件用于同球阀的球体40构成密封副。由于设置了内环槽和外环槽，当阀座主体因温度变化热胀 冷缩时，对内环槽和外环槽形成挤压，通过内、外环槽宽度的变化，可以减小或缓冲因热胀冷缩带来的尺寸变化和对阀门不利影响，保证密封座和阀门的正常工作。

通常，所述若干内环槽和所述若干外环槽可以交替分布，槽深均大于所述阀座主体的壁厚的一半。例如作为一种优选的方案，所述内环槽和外环槽的槽深范围可以是所述阀座主体的壁厚的65-85％，例如65％、75％、85％等等。这种结构和尺寸配合有利于提高内、外环槽对阀座主体热胀冷缩的缓冲作用。

所述内环槽和外环槽的数量通常优选为多个，两者的数量相等或相差一个，由此保证相邻的两个内环槽之间均设有一个外环槽、相邻的两个外环槽之间也均设有一个内环槽。

所述内环槽内和所述外环槽内可以分别置有内定位块32和外定位块33，以在保证强度的同时允许内、外环槽均采用较宽的宽度，简化阀座主体的结构，方便加工。所述内定位块和外定位块呈环形或者由多个排列成环形的小块组成，所述内定位块和外定位块各处的厚度通常应分别小于相应内环槽和外环槽在相应位置上的宽度，以便在定位块和相应的环槽之间形成相应的间隙II35和间隙III36，以用于缓冲热胀冷缩引起的整体尺寸变化并允许介质流入内环槽，这些间隙的大小可根据使用环境下各件的胀缩量来确定，应避免因间隙过小在胀缩过程中将球体卡死，同时也不应过大，以有利于保证整体强度。

所述内环槽和外环槽的截面形状优选矩形，相应地，所述内定位块和外定位块的截面形状也均可以优选与所述内环槽和外环槽的截面形状相适应的矩形，这种形状有利于提高对胀缩的缓冲作用，并有利于保持进口侧介质在阀门关闭状态下对阀座主体的压力，提高密封性能，并有利于加工制造。

所述阀座主体的内端面通常可以呈倒锥面形或内凹的球面形，以便与球体外圆密封面的形状相适应。

所述阀座主体的中央通孔内通常可以套有一个内管37，所述内管的外径应小于所述阀座主体的中央通孔的直径，以便在内管和阀座主体内圆之间形成允许介质流入的间隙I34。所述间隙I与间隙II和间隙III连通，由此介质可以通过间隙I流入间隙II和间隙III。通过设置内管，可以将组成内定位块的若干小块限制在内环槽内。

通常，所述若干内定位块的内孔应与所述阀座主体的中央通孔一致或略小，由此与所述阀座主体的中央通孔一同构成一个内壁平滑的通孔，因此，在设有所述内管的情况下，所述若干定位块也同所述阀座主体一样套在所述内管的外侧。

当设有所述内管时，所述内管的通孔构成阀座上的介质通道。当不设内管时，则可以直接采用所述阀座主体的中央通孔作为相应的介质通道。

所述密封件是所述阀座主体内端面上的突出部分。

所述密封件可以是在所述阀座主体内端面上堆焊一层耐磨耐温材料，采用机械加工方式在该耐磨耐温材料层上切削出与所述球体外球面配合的密封面，加工后的该耐磨耐温材料层构成了所述的密封件，这种密封件的形式有利于简化结构，方便加工。

所述密封件也可以是单独加工好的密封件成品，通过机械安装在阀座主体内端面上。

所述密封件的密封面可以是与所述球体外表面相配的球面，也可以是所述球体外表面相配的锥面，它和球体外球面形成密封副。

由于内管只与密封件的侧面接触，因此内管在轴向上的胀缩不会影响密封件的位置，也就不需要在内管上设置用于缓冲胀缩的结构了。

本发明还提供了一种柔阀座高温球阀，包括阀体、位于阀体中腔内的球体40、用于带动球体转动的阀杆50以及安装在所述阀体内的柔阀座30，所述柔阀座的数量是一个或者两个，位于所述阀体的进口侧或者分别位于所述阀体的进口侧和出口侧，所述阀杆穿过所述阀体的顶部且与所述阀体旋转密封连接，所述阀杆的下端与所述球体连接，上端位于所述阀体外，连接机械驱动装置和/或手动驱动装置，所述柔阀座采用上述涉及柔阀座的基本技术方案以及任意一种进一步限定和改进的技术方案，不再赘述。

通常，所述阀体包括阀体主体11和固定安装在所述阀体主体两侧的进口侧阀盖和出口侧阀盖12。

所述进口侧阀盖和出口侧阀盖的外端均可以设有法兰，这些法兰构成了所述球阀的安装法兰。

所述阀体主体同所述进口侧阀盖和出口侧阀盖之间可以采用法兰方式连接。

所述柔阀座的阀座主体在所述阀体内的安装方式为：在与所述阀座主体同侧的阀盖的内壁上设置与该阀座主体的外径相匹配的安装孔径，所述安装孔径的外端通过变径等方式设置环形限位台阶，将所述阀座主体通过间隙配合的方式嵌装在所述安装孔径内，以便于阀座主体的胀缩。必要时，还可以通过焊接38或粘结等方式将阀座主体的外端与阀盖固定在一起。

当所述柔阀座设有内管时，所述内管的外端可以长于所述阀座主体的外端(即自所述阀座主体外端向外延伸出一段)，所述安装孔径的外端还设有一段与 所述内管外径匹配的内管安装孔径，所述内管自所述阀座主体外端向外延伸出来的部分***所述内管安装孔径内，必要时还可以通过焊接39或粘结等方式加以固定。

通常，这种柔阀座高温球阀设置的柔阀座数量是两个，采用左右(介质进出方向)对称方式分布，所述阀体、球体和阀杆亦采用左右对称的结构，由此形成的阀门为双向阀门，任何方向均可以连接进口管道。根据本说明书的上述说明，实际中起密封作用的主要是进口侧密封副。

本说明书所述的若干是指一个或多个。

本说明书所述的“内”、“外”是相对概念，在涉及阀座的轴向方向时，以使用时朝向球体的方向或近球体的位置为“内”，在涉及阀座的径向方向时，以朝向轴线的方向或近轴线的位置为“内”，例如，所述阀座主体的内端面为其安装后朝向球体端的端面，所述阀座主体的内端面的内边缘为该内端面上构成所述阀座主体中央通孔的边界或邻接所述阀座主体中央通孔的边缘。

Claims (9)

1.一种柔阀座，包括设有中央通孔的阀座主体，所述阀座主体的内端面上设有环形的密封件，其特征在于所述阀座主体的内壁和外壁上分别设有若干内环槽和外环槽，所述内环槽内和所述外环槽内分别置有内定位块和外定位块，所述内定位块和外定位块各处的厚度分别小于相应内环槽和外环槽在相应位置上的宽度，所述内定位块和外定位块呈环形或者由多个排列成环形的小块组成。

2.如权利要求1所述的柔阀座，其特征在于所述若干内环槽和所述若干外环槽交替分布，槽深均大于所述阀座主体的壁厚的一半。

3.如权利要求2所述的柔阀座，其特征在于所述内环槽的数量和所述外环槽的数量均为多个，并且两者相等或相差一个。

4.如权利要求1、2或3所述的柔阀座，其特征在于所述内环槽和外环槽的截面形状均为矩形，所述内定位块和外定位块的截面形状均为与所述内环槽和外环槽的截面形状相适应的矩形。

5.如权利要求4所述的柔阀座，其特征在于所述阀座主体的中央通孔内套有一个内管，所述内管的外径小于所述阀座主体的中央通孔的直径，所述内定位块套在所述内管的外侧。

6.如权利要求5所述的柔阀座，其特征在于所述密封件是所述阀座主体内端端面上的突出部分，用于同球阀的球体构成密封副，采用下列任意一种方式形成：(1)在所述阀座主体的内端面上堆焊一层耐磨耐温材料，采用机械加工方式在该耐磨耐温材料层上切削出与所述球体外球面配合的密封面；(2)采用单独加工好的密封件成品，通过机械安装在所述阀座主体的内端面上，所述密封件的密封面是与所述球体外表面相配的球面或锥面，同所述球体的外球面组成密封副。

7.一种柔阀座高温球阀，包括阀体、位于阀体中腔内的球体、用于带动球体转动的阀杆，其特征在于还包括安装在所述阀体内的柔阀座，所述柔阀座的数量是一个或者两个，位于所述阀体中腔的进口侧或者分别位于所述阀体中腔的进口侧和出口侧，所述阀杆穿过所述阀体的顶部且与所述阀体旋转密封连接，所述阀杆的下端与所述球体连接，上端位于所述阀体外，连接机械驱动装置和/或手动驱动装置，所述柔阀座采用上述权利要求1-6中的任意一种柔阀座，所述柔阀座的密封件上的密封面与所述球体外圆密封面相互匹配，构成阀门的密封副。

8.如权利要求7所述的柔阀座高温球阀，其特征在于所述阀体包括阀体主体和固定安装在所述阀体主体两侧的进口侧阀盖和出口侧阀盖，所述柔阀座的阀座主体在所述阀体内的安装方式为：在与所述阀座主体同侧的阀盖的内壁上设置与该阀座主体的外径相匹配的安装孔径，所述安装孔径的外端通过变径方式设置环形限位台阶，将所述阀座主体通过间隙配合的方式嵌装在所述安装孔径内。

9.如权利要求8所述的柔阀座高温球阀，其特征在于所述柔阀座的数量是两个，采用左右对称方式分布，所述阀体、球体和阀杆亦采用左右对称的结构。

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