具有彈性補償和壓力輔助密封功能的球閥金屬閥座的制作方法
【專利摘要】本實用新型公開了一種具有彈性補償和壓力輔助密封功能的球閥金屬閥座，其主要技術關鍵在于：出口閥座組件包括閥座體和支撐體，閥座體和支撐體以螺紋和焊縫相結合；在閥座體上設置有彎向支撐體方向、厚度適度減薄而具有一定彈性變形能力的彈性臂，閥門裝配、壓緊后，彈性臂前端舌部與支撐體之間以錐面或平面相貼合，而在未裝配的自由狀態時貼合面之間有較小的間隙；在彈性臂與支撐體之間設置有環形的壓力腔。優點：閥座密封面部位具有較強的彈性補償能力，在球體精度存在誤差、不均勻磨損、高溫變形時能提供足夠的補償，并能籍助介質壓力輔助密封；閥門具有持久、可靠的密封性能，同時也降低了球體加工難度和制造成本。
【專利說明】具有彈性補償和壓力輔助密封功能的球閥金屬閥座
【技術領域】
[0001]本實用新型涉及一種閥門結構，具體涉及一種硬密封球閥的金屬閥座結構。
【背景技術】
[0002]硬密封球閥因為具有啟閉速度快、密封面關閉時有自凈能力、密封面在開啟狀態不會受到流動介質的沖刷、閥門開啟后流阻和壓損小等優點，因而在火力發電廠等行業和系統中的應用越來越廣泛，如在大型火電機組中，中小口徑的硬密封球閥在主蒸汽、再熱蒸汽疏水，對空排汽，給水、減溫水隔斷，爐水排朽，蒸汽超壓安全泄放等方面都有較為廣泛的應用。這類硬密封球閥中的有些產品，其使用工況要求為:主要處于高壓差的常閉狀態；啟閉次數較多甚至較頻繁。由于常處于高壓差的關閉狀態，因此對閥門有很高的密封要求，一旦有泄漏將很快會對密封面形成較嚴重的沖刷破壞，有些使用工況下發生泄漏后還會產生汽蝕破壞；啟閉較頻繁則對閥門的使用可靠性和密封面的抗磨損抗擦傷能力提出了較高的要求。
[0003]硬密封球閥現行產品出口側閥座一般均采用整體式的全剛性結構(見圖1)，為了使閥門在關閉后能夠達到密封要求，球體在加工精度包括圓度、尺寸精度等方面需要達到很高的要求，并需在裝配前對球體和閥座密封面進行配研。目前電廠所使用的這類硬密封球閥產品，能夠基本滿足使用要求的，主要是國外幾個品牌的產品。從產品制造和使用方面來看，這類硬密封球閥產品存在下述的幾個不足之處:1、因為整體式的全剛性金屬閥座本身不具有補償能力，因此球體加工需要達到很高的精度，這無疑會增加制造難度和生產成本；2、球閥的球體和閥座密封面在啟閉過程中，在垂直方向的不同高度摩擦狀況是不一樣的，即球體和密封面的磨損是不均勻磨損；另外，盡管球體在關閉時與閥座密封面相吻合的部位裝配前與閥座密封面進行了配研，但球體表面的其余部位仍然還存在一定誤差，因此球體和閥座密封面在啟閉全過程的磨損也是不均勻磨損。不均勻磨損將導致閥門在使用一段時間后密封性能下降甚至出現較嚴重的泄漏；3、對于中小口徑的硬密封球閥來說，由于閥座的剛度大因此其對密封副的吻合性的誤差基本無補償能力，當閥門使用于高溫工況時，即使閥座所產生的變形是較微小的，也有可能會導致閥門出現泄漏。而且，這類閥門的閥座及球體在加工的后期經歷過熱噴涂過程一密封面超音速噴涂碳化鎢，存在一定的內應力，因此在進入高溫狀態時產生一定變形的幾率是較大的。
[0004]如圖2所示為針對上述不足之處進行改進的一種現有技術的示意圖，其所進行的改進是:在出口閥座出)的內孔靠近密封面處開有一環形凹槽，以便讓閥座靠近密封面的部位具有一定的彈性補償能力。從實際應用效果來看，這一結構并未能產生能夠滿足使用需要的補償能力和效果，其原因在于:為了保證閥座的強度和使用可靠性，彈性槽左側需要保持足夠的厚度、槽的深度也不能過深，因此閥座彈性槽左側靠近密封面的部位難以獲得足夠的彈性變形和補償能力；另外，閥座密封面靠近左端面的部位由于相對于彈性槽底其彎曲力臂很短完全無法產生變形和位移，這也使得密封面內側即使能夠產生彎曲變形也無法發揮作用。
【發明內容】
[0005]為了克服現有技術和結構所存在的上述的不足之處，本實用新型提出了一種具有足夠的彈性變形和補償能力、能夠有效改善閥門的密封性能、保持較持久的密封壽命的硬密封球閥的金屬彈性閥座結構。
[0006]為了實現上述目的，本實用新型采用以下技術方案:
[0007]—種具有彈性補償和壓力輔助密封功能的球閥金屬閥座結構，所進行的創新和改進主要針對出口閥座，其主要技術方案為:出口側采用出口閥座組件，所述的出口閥座組件包括閥座體和支撐體，閥座體和支撐體為中心線重合、位置關系為內、外配置的回轉體型的零件，兩者以外螺紋和內螺紋結合并在遠離球體方向的一端有在兩者的結合處進行焊接的焊縫；在閥座體的靠近球體的一側，設置有彎向支撐體方向、厚度適度減薄而具有一定彈性變形能力的彈性臂，在彈性臂的最前端為閥座體的舌部，所述的舌部其前側在裝配后與球體相貼合的表面即為出口閥座組件的密封面，在閥門裝配、壓緊后，閥座體的舌部的后側與支撐體之間以錐面或平面相貼合，而出口閥座組件在未與球體和其它零件進行裝配時的自由狀態，所述的舌部后側與支撐體兩者的錐面或平面貼合面之間有較小的間隙；在閥座體上的彎曲的彈性臂和舌部后側面與支撐體之間設置有一個環形的空腔一壓力腔。
[0008]作為對上述技術方案的細化，本實用新型并附加下述的兩個具體的技術方案:
[0009]閥座體位于支撐體的內側，在閥門裝配、壓緊后，閥座體的舌部的后側與支撐體之間以錐面相貼合；在支撐體上，均勻分布著數個從外圓上打入的、通向壓力腔的通孔。
[0010]閥座體位于支撐體的外側，在閥門裝配、壓緊后，閥座體的舌部的后側與支撐體之間以平面相貼合；
[0011]為了進一步提高產品使用性能，本實用新型還附加下述的兩個具體的技術方案:
[0012]在閥座體舌部的密封面的外側，設有一較窄的圓環形的平面，在支撐體外側設置一個防堵護套，所述的防堵護套以螺紋旋合的方式固定在支撐體上，防堵護套的前端為厚度較薄、向內彎曲的護套彈性臂，護套彈性臂靠內徑處的內側的平面與前述的閥座體舌部密封面外側的圓環形平面相貼緊。
[0013]在進口閥座的背側設置有單楔形的密封圈，密封圈的外圓與閥體內孔配合，密封圈朝向球體方向的一端與進口閥座之間以圓錐面貼合，密封圈的另一端設置有壓環，壓環的一側端面壓緊在密封圈端面上，壓環另一端平面外側設置有碟形彈簧。
[0014]通過上述技術方案的應用，本實用新型所產生的有益效果是:出口閥座密封面部位具有足夠的彈性變形和補償能力，在球體制造精度存在一定誤差、啟閉一定次數后閥座和球體表面存在不均勻磨損、高溫工況下閥座和球體存在一定變形時能夠提供滿足需要的補償，并能籍助介質壓力輔助密封，同時通過提高進口側閥座部位的密封能力，從而保證閥門具有持久、可靠的密封性能，同時也降低了球體加工難度和制造成本。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0015]圖1是現有技術出口閥座采用整體式的全剛性結構的硬密封球閥示意圖。
[0016]圖2是現有技術出口閥座內孔增加彈性槽的硬密封球閥示意圖。
[0017]圖3是本實用新型實施例之一的示意圖一-閥座體位于支撐體的內側。[0018]圖4是實施例之一的出口閥座組件在閥門裝配前的局部放大圖。
[0019]圖5是本實用新型實施例之二的示意圖一-閥座體位于支撐體的外側。
[0020]圖6是本實用新型實施例之三的示意圖一-在出口閥座組件上增加防堵護套。
[0021]圖中，1、閥體；2、進口閥座；3、碟形彈簧；4、球體；5、閥桿；6、出口閥座；7、出口閥座組件，7-1、閥座體，7-1-1、舌部，7-1-2、彈性臂，7-1-3、壓力腔，7_2、支撐體；8、防堵護套；
9、壓環；10、密封圈。
【具體實施方式】
[0022]下面結合附圖和三個實施例對本實用新型的技術方案作進一步的闡述。
[0023]實施例一
[0024]如圖3所示,是本實施例的示意圖。閥桿(5)通過扁勢與球體⑷相連,球體⑷的左側為進口閥座(2)，右側為出口閥座組件(7);出口閥座組件(7)由閥座體(7-1)和支撐體(7-2)兩部分組成，閥座體(7-1)和支撐體(7-2)為同軸的內、外配置關系，閥座體(7-1)在內、支撐體(7-2)在外，兩者以螺紋旋合并在右端進行密封焊而將兩者連接組合為一體；在閥座體(7-1)的左側，設置有向外彎向支撐體(7-2)方向、厚度適度減薄而具有一定彈性變形能力的彈性臂(7-1-2)，在彈性臂(7-1-2)的最前端為閥座體(7-1)的舌部(7-1-1)，所述的舌部(7-1-1)其前側在裝配后與球體(4)相貼合的表面為出口閥座組件(7)的密封面，該密封面加工后為能與球體(4)表面相吻合的球帶表面，閥門裝配前可以將其與用于裝配的球體(4)或采用工藝球體進行適當配研，以改善其精度和粗糙度；在閥門裝配和壓緊后，閥座體(7-1)的舌部(7-1-1)的后側表面，與支撐體(7-2)之間以半錐角為45°的錐面相貼合，而出口閥座組件(7)在未與球體(4)和其它零件進行裝配時的自由狀態，所述的舌部(7-1-1)與支撐體(7-2)兩者的半錐角為45°的錐面貼合面之間，有t = 0.06?
0.08mm的間隙(參見圖4);在閥座體(7-1)上的彎曲的彈性臂(7+2)和舌部(7+1)后側面與支撐體(7-2)之間還設置有一個環形的空腔一壓力腔(7-1-3)，同時從支撐體(7-2)的外圓上向內均勻打數個通向壓力腔(7-1-3)的通孔。
[0025]圖2所示的在出口閥座內孔上設置彈性槽的現有技術中，為了防止彈性槽左側至密封面區域在受力較大時產生過度的塑性彎曲變型使閥座失效，槽左側至密封面之間需保持足夠的厚度且槽的深度也相對較淺，因而閥座密封面部位難以獲得足夠的彈性變形和補償能力，使這一彈性補償結構無法發揮作用。而在本實用新型中，由于閥座體(7-1)的舌部(7-1-1)與支撐體(7-2)之間設置的間隙(0.06?0.08mm)已經限定了舌部(7+1)在受壓時的最大變形位移量，不可能發生超過預定變形量的過度變形和破壞，因此能夠按照最有效地提供保證持久密封所需要的彈性變形和補償能力的要求來確定彈性臂(7-1-2)的合適厚度。
[0026]閥座具有較強的彈性補償能力，除了可以大大地增強閥門的密封性能、降低球體制造精度要求外，對于啟閉次數較頻繁而造成了密封副的較多磨損和不均勻磨損的閥門來說，閥座的較強的彈性補償能力也有助于閥門維持較持久的密封壽命。
[0027]之所以閥座體(7-1)和支撐體(7-2)之間除了螺紋連接以外還要在右端進行焊接，是因為對于出口閥座組件(7)來說，閥座體(7-1)和支撐體(7-2)之間的間隙是一條泄漏通道，因此需要進行密封焊。[0028]在閥座體(7-1)的舌部(7-1-1)、彈性臂(7-1-2)和支撐體(7_2)之間設置環形的壓力腔(7-1-3)的作用是:介質通過支撐體(7-2)上的通孔和閥座體(7-1)、支撐體(7-2)的錐形貼合面的縫隙進入壓力腔(7-1-3)，介質壓力作用在彈性臂(7-1-2)和舌部(7-1-1)表面所產生的推力能夠輔助閥座密封面達到更好的密封狀態。
[0029]此外，為了提高閥門的密封性能，在進口閥座(2)的背側設置單楔形的柔性石墨壓制的密封圈(10)，密封圈(10)的外圓與閥體⑴內孔配合，密封圈(10)朝向球體⑷方向的一端與進口閥座(2)之間以圓錐面貼合，密封圈(10)的另一端設置有壓環(9)，壓環
(9)的一側端面壓緊在密封圈(10)端面上，壓環(9)另一端平面外側設置有碟形彈簧(3)。
[0030]在圖1、圖2中，并未將進口閥座處作為進口側的密封結構來設計，進口側和中腔并未完全隔斷，閥門的密封完全靠出口側閥座來保證；而在本實用新型中，在進口閥座(2)的背側設置密封圈(10)，通過進口閥座(2)的密封面和密封圈(10)將閥門進口通道和中腔隔斷，使通過密封面從進口到中腔僅可能產生微量泄漏甚至在進口閥座⑵的密封面和球體(4)的吻合性較佳時達到完全無泄漏狀態，從而使進口閥座和出口閥座能構成閥門密封的雙保險，大大提高閥門的密封性能和密封可靠性。
[0031]實施例二
[0032]如圖5所示，是本實施例的示意圖，出口閥座組件(7)由閥座體(7-1)和支撐體(7-2)組成，閥座體(7-1)在外而支撐體(7-2)在內，兩者以螺紋連接組合為一體，并在右端的螺紋處進行點焊或整圈焊。閥門裝配和壓緊后，閥座體(7-1)的舌部(7-1-1)的后側表面與支撐體(7-2)之間以平面相貼合；出口閥座組件(7)在未與球體(4)和其它零件進行裝配時的自由狀態時，舌部(7-1-1)與支撐體(7-2)兩者的貼合平面之間有較小的間隙；呈彎曲形態、厚度適度減薄的彈性臂(7-1-2)具有一定彈性變形能力。
[0033]閥門裝配后，在碟形彈簧(3)壓緊力的推動下，進口閥座(2)貼緊球體(4)并推動球體⑷貼向出口閥座組件(7)的密封面，舌部(7-1-1)和彈性臂(7-1-2)在推力作用下產生微量的彈性彎曲變形使密封面與球體表面完全吻合，保證閥門的密封。
[0034]實施例三
[0035]對于有些管道系統和工況介質來說，流動的介質中可能會存在一些雜質、管道和設備內腔的金屬氧化產物等固態物質，在閥門啟閉過程中，這些固態物質中的一些小的顆粒一旦進入出口閥座組件(7)的閥座體(7-1)的舌部(7-1-1)與支撐體(7-2)之間預設的間隙中，會使相應部位的彈性變形受到一定的限制，從而可能會給出口閥座組件(7)的密封面在關閉后可靠地提供所需的補償帶來影響。因此，在出口閥座組件(7)上增加防堵結構，將有助于進一步提高本實用新型所提出的閥座結構的密封可靠性。
[0036]如圖6所示，在本實施例中，出口閥座組件(7)的閥座體(7-1)和支撐體(7-2)的結構如實施例一所述，閥座體(7-1)在內而支撐體(7-2)在外，閥座體(7-1)的舌部(7-1-1)與支撐體(7-2)之間在裝配壓緊后的貼合面為錐面。在閥座體(7-1)舌部(7-1-1)的密封面的外側，設有一較窄的圓環形的平面，而在支撐體(7-2)外側則設置有一個防堵護套(8)，所述的防堵護套(8)以螺紋旋合的方式固定在支撐體(7-2)上，防堵護套(8)的前端為厚度較薄、向內彎曲的護套彈性臂(8-1)，護套彈性臂(8-1)靠內徑處的內側的平面與前述的閥座體(7-1)舌部(7-1-1)密封面外側的圓環形平面相貼緊。
[0037]另外，在防堵護套(8)的外圓和內孔上還設有幾條環形凹槽，在外圓上設有兩個圓柱形凹坑；將防堵護套(8)裝配到出口閥座組件(7)上時，用專用工具并借助工件上的圓柱形凹坑旋緊防堵護套(8)，當防堵護套(8)前端的護套彈性臂(8-1)靠內徑處的內側平面與閥座體(7-1)密封面外側的圓環形平面相接觸時，繼續旋轉防堵護套(8) —定角度，使護套彈性臂(8-1)產生一定的彈性變形而使前述的接觸面適度貼緊；為了防止防堵護套(8)松動，在防堵護套(8)右端與支撐體(7-2)相鄰處點焊防松，或者在該相鄰位置打一沉孔并在裝入閥體(I)前在沉孔內放置一個長度不大于孔深的圓柱銷，籍助閥體孔壁阻止圓柱銷掉出從而達到防止防堵護套(8)松動的目的。
[0038]防堵護套(8)的外圓與閥體(I)在對應位置的內孔采用間隙很小的配合，介質能夠進入到閥座體(7-1)和支撐體(7-2)之間的壓力腔(7-1-3)中輔助閥門密封，而雜質顆粒則難以進入，即使有雜質顆粒進入時中途也更容易滯留在防堵護套(8)的外圓和內孔上設置的幾條環形凹槽內；同時，閥座體(7-1)的前側也被防堵護套(8)的護套彈性臂(8-1)的端部所封閉。因此，出口閥座組件(7)上設置了防堵護套⑶后，在閥門啟閉時能夠有效阻止雜質顆粒進入閥座體(7-1)的舌部(7-1-1)與支撐體(7-2)之間預設的間隙中，從而使出口閥座組件(7)能夠較好地保持保證閥門可靠使用所需的彈性補償能力。
[0039]由于防堵護套(8)的護套彈性臂(8-1)處的壁厚要大大小于閥座體(7-1)的彈性臂(7-1-2)處的壁厚，因此其貼緊閥座體(7-1)舌部(7-1-1)外側的圓環形而對舌部(7-1-1)的彈性變形能力的影響是很小的。
[0040]以上結合附圖和實施例對本實用新型的【具體實施方式】作了說明，但這些說明不能被理解為限制了本實用新型的范圍。本【技術領域】的技術人員應該知曉，本實用新型不受上述實施例的限制，其保護范圍由所附的權利要求書所界定，任何在不超出本實用新型權利要求書所界定的范圍內的各種改動、變型所形成的技術方案，都沒有偏離本實用新型的精神和技術實質，仍然會屬于本實用新型的權利要求范圍之內。
【權利要求】
1.一種具有彈性補償和壓力輔助密封功能的球閥金屬閥座，它包括球體(4)、出口閥座組件(7)，球體(4)的球面和出口閥座組件(7)上的密封面是經過表面強化處理的硬化表面，其特征在于:所述的出口閥座組件(7)包括閥座體(7-1)和支撐體(7-2)，閥座體(7-1)和支撐體(7-2)為中心線重合、位置關系為內、外配置的回轉體型的零件，兩者以外螺紋和內螺紋結合并在遠離球體(4)方向的一端有在兩者的結合處進行焊接的焊縫；在閥座體(7-1)的靠近球體的一側，設置有彎向支撐體(7-2)方向、厚度適度減薄而具有一定彈性變形能力的彈性臂(7-1-2)，在彈性臂(7-1-2)的最前端為閥座體(7-1)的舌部(7-1-1)，所述的舌部(7-1-1)其前側在裝配后與球體(4)相貼合的表面為出口閥座組件(7)的密封面，在閥門裝配、壓緊后，閥座體(7-1)的舌部(7-1-1)的后側與支撐體(7-2)之間以錐面或平面相貼合，而出口閥座組件(7)在未與球體(4)和其它零件進行裝配時的自由狀態，所述的舌部(7-1-1)后側與支撐體(7-2)兩者的錐面或平面貼合面之間有較小的間隙；在閥座體(7-1)上的彎曲的彈性臂(7-1-2)和舌部(7-1-1)后側面與支撐體(7-2)之間設置有一個環形的空腔一壓力腔(7-1-3)。
2.根據權利要求1所述的具有彈性補償和壓力輔助密封功能的球閥金屬閥座，其特征在于:閥座體(7-1)位于支撐體(7-2)的內側，在閥門裝配、壓緊后，閥座體(7-1)的舌部(7-1-1)的后側與支撐體(7-2)之間以錐面相貼合；在支撐體(7-2)上，均勻分布著數個從外圓上打入的、通向壓力腔(7-1-3)的通孔。
3.根據權利要求1所述的具有彈性補償和壓力輔助密封功能的球閥金屬閥座，其特征在于:閥座體(7-1)位于支撐體(7-2)的外側，在閥門裝配、壓緊后，閥座體(7-1)的舌部(7-1-1)的后側與支撐體(7-2)之間以平面相貼合。
4.根據權利要求2所述的具有彈性補償和壓力輔助密封功能的球閥金屬閥座，其特征在于:在閥座體(7-1)舌部(7-1-1)的密封面的外側，有一較窄的圓環形的平面，在支撐體(7-2)外側設置有一個防堵護套(8)，所述的防堵護套(8)以螺紋旋合的方式固定在支撐體(7-2)上，防堵護套(8)的前端為厚度較薄、向內彎曲的護套彈性臂(8-1)，護套彈性臂(8-1)靠內徑處的內側的平面與前述的閥座體(7-1)舌部(7-1-1)密封面外側的圓環形平面相貼緊。
5.根據權利要求1所述的具有彈性補償和壓力輔助密封功能的球閥金屬閥座，其特征在于:在進口閥座(2)的背側設置有單楔形的密封圈(10)，密封圈(10)的外圓與閥體(I)內孔配合，密封圈(10)朝向球體(4)方向的一端與進口閥座(2)之間以圓錐面貼合，密封圈(10)的另一端設置有壓環(9)，壓環(9)的一側端面壓緊在密封圈(10)端面上，壓環(9)另一端平面外側設置有碟形彈簧(3)。
【文檔編號】F16K5/08GK203809745SQ201420197658
【公開日】2014年9月3日 申請日期:2014年4月22日 優先權日:2014年4月22日
【發明者】章華 申請人:章華