一種具有彈性補償功能的球閥金屬閥座的制作方法
【專利摘要】本發明公開了一種具有彈性補償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壁，彈性壁向外有錐形延伸段，其上設置有密封面，位于錐形延伸段后側的支撐體前端由外到內設置有與錐形延伸段貼合的支承錐面和自由狀態時與錐形延伸段之間有較小間距的中間錐面。其優點是：出口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】一種具有彈性補償功能的球閥金屬閥座
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種閥門結構，具體涉及一種硬密封球閥的金屬閥座結構。
【背景技術】
[0002]球閥是應用非常廣泛的一類閥門，具有啟閉速度快、閥門開啟后流阻和壓損小、密封面在開啟狀態不會受到流動介質的沖刷、密封面關閉時有自凈能力等優點。在一些特殊工況，如高溫工況以及介質富含硬質顆粒時，采用工程塑料制成的閥座不能滿足使用要求而需要采用金屬閥座，這類硬密封球閥近年來的配套需求越來越多、應用越來越廣泛，如在大容量火力發電機組中，采用金屬閥座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一些產品，具有較為苛刻的工況使用要求:工作壓力高且閥門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，因為閥門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]現行的硬密封球閥產品，出口側的金屬閥座一般均采用整體式的全剛性結構(見圖1)。由于這種全剛性結構的閥座對密封副的吻合性不具有任何補償能力，因此為了使閥門在關閉后能夠達到密封要求，需要使球體在加工精度包括圓度、尺寸精度等方面達到很高的要求，并需在裝配前對球體和閥座密封面進行細心的配研。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。從產品的制造以及使用方面的情況來看，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，因此球體以及閥座的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，而且機械產品的制造精度是難以無休止地提高的，再好的制造工藝和設備所加工出的零件，都會存在精度誤差；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，即球體和閥座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，這也導致球體和閥座密封面在啟閉全過程的磨損成為不均勻磨損。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不具有補償能力，當閥門使用于高溫工況時，即使閥座以及球體因高溫所產生的變形是較微小的，也有可能會導致閥門出現泄漏；4、當密封副某處出現泄漏時，泄漏出的介質因體積急劇膨脹吸熱會使泄漏點附近的密封面溫度下降，不均衡的溫度變化又會導致密封面產生不均勻變形從而加劇泄漏，這是目前高溫工況下使用的安全閥乃至一些高溫工況的截止閥的密封面要采用具有補償能力的熱均衡閥瓣結構的原因，對于高溫工況使用的硬密封球閥來說，同樣存在這一問題；5、硬密封球閥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，會存在一定的內應力，因此在重新進入高溫狀態時因應力釋放而產生一定變形的幾率是較大的。
[0004]一種針對現有技術所存在的上述不足之處進行改進的結構如圖2所示，其所進行的改進是:在出口閥座出)的內孔靠近密封面處設置有一環形凹槽，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，由于閥座的弧形密封面的靠密封面外徑區域相對于彈性槽底其彎曲力臂接近為零、幾乎完全不能產生變形和位移，其對球體所產生的抗力足以使球體難以產生相向的位移而使閥座密封面的內側產生彎曲變形，因此這種結構與前述的整體式的全剛性閥座結構在使用效果上并沒有明顯的不同。此外，假設這種閥座結構的密封面部位受壓后是能夠產生彎曲變形的，但這種彎曲變形的結果將導致密封副的吻合狀態惡化:面接觸變成了線接觸，而密封副的高比壓的線接觸貼合狀態對硬密封球閥密封面的傷害將是致命的一球體表面噴涂的碳化鎢強化層容易因此而產生破壞或剝落，導致閥門很快失效。
【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，本發明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，本發明采用以下技術方案:
[0007]—種具有彈性補償功能的球閥金屬閥座，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，閥座體位于內側、支撐體位于外側，兩者以螺紋旋合，并在遠離球體方向的端部設置有通過焊接將兩者結合為一體的焊縫；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壁，彈性壁以一定錐度向外延伸，在該錐形延伸段的靠近球體一側的中段，有凸出于錐形延伸段表面的密封凸部，該密封凸部的表面在裝配后與球體相貼合，是出口閥座組件的密封面；彈性壁向外的錐形延伸段的另一側為錐形止靠面，在支撐體靠近錐形止靠面一端的最外側，有一段與錐形止靠面貼合的錐面-支承錐面，而在支撐體上該支承錐面的內側、密封凸部的背側，另有一段錐面-中間錐面，當出口閥座組件在未與球體和其它零件進行裝配的自由狀態時，所述的中間錐面與錐形止靠面之間有較小的間距。
[0008]作為對上述技術方案的細化，本發明并附加下述的技術方案:在支撐體上，均勻分布著數個從外圓上打入的、通向彈性壁與支撐體之間的空腔的通孔；在通孔的外端、支撐體的外圓上，設置有一圈環槽，所有通孔向外的開口均位于該環槽內。
[0009]為了進一步提高產品使用性能，本發明還附加下述的技術方案: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。
[0010]本發明的有益效果是:通過上述技術方案的應用，能夠使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，同時也降低了球體加工難度和制造成本；此外通過提高進口側閥座部位的密封能力，能夠使閥門獲得更為持久、可靠的密封性能。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0011]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。
[0012]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。
[0013]圖3是本發明實施例的示意圖。
[0014]圖4是圖3的出口閥座組件在閥門裝配前左端的局部放大圖。
[0015]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、密封凸部；7-1-2、彈性壁；7-1-3、錐形止靠面；7_2、支撐體；7-2-1、中間錐面；7-2-2、支承錐面；8、壓環；9、密封圈。
【具體實施方式】
[0016]下面結合附圖和實施例對本發明的技術方案作進一步的闡述。
[0017]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(4)的左側為進口閥座(2)，右側為出口閥座組件(7);球體(4)的球面和出口閥座組件(7)、進口閥座(2)上的密封面均經過表面強化處理，其中球體(4)的表面采用超音速噴涂碳化鎢。所述的出口閥座組件⑵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)為中心線重合、位置關系為內、外配置的回轉體型的零件，閥座體(7-1)位于內側而支撐體(7-2)位于外側，兩者以螺紋旋合，并且在兩者遠離球體(4)方向的右端進行密封焊而將兩者結合為一體。在閥座體(7-1)的靠近球體(4)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壁(7-1-2)，彈性壁(7-1-2)以半錐角為45°的錐形向外延伸，在該錐形延伸段的靠近球體(4) 一側的中段，有凸出于錐形延伸段表面的密封凸部(7-1-1)，該密封凸部(7-1-1)的表面在裝配后與球體(4)相貼合，是出口閥座組件(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，以改善密封面吻合度和粗糙度；彈性壁(7-1-2)向外的錐形延伸段的另一側為半錐角為45°的錐形止靠面(7-1-3)，在支撐體(7-2)靠近錐形止靠面(7-1-3) —端的最外側，有一段與錐形止靠面(7-1-3)貼合的錐面-支承錐面(7-2-2)，而在支撐體(7-2)上該支承錐面(7_2_2)的內側、密封凸部(7-1-1)的背側，另有一段錐面-中間錐面(7-2-1)，當出口閥座組件(7)在未與球體(4)和其它零件進行裝配的自由狀態時(如圖4所示)，所述的中間錐面(7-2-1)與錐形止靠面(7-1-3)之間有t = 0.07?0.1Omm的間隙。
[0018]上述技術方案所提出的出口閥座組件(7)的結構中，閥座體(7-1)左端的彈性壁(7-1-2)和其錐形延伸段，可以看成是兩端被支承的超靜定梁，閥座體(7-1)右側的本體部分構成該超靜定梁的固定端，而支撐體(7-2)左端的支承錐面(7-2-2)則構成該超靜定梁另一端的可動鉸支座；閥門在工作狀態時，碟形彈簧(3)的壓緊力加上介質作用在球體(4)上的壓力所形成的載荷，推動球體(4)通過密封凸部(7-1-1)作用在該超靜定梁上可以使其向支撐體(7-2)的中間錐面(7-2-1)方向發生變形，從而使出口閥座組件(7)具有了滿足密封需要的彈性補償能力。
[0019]在出口閥座內孔上設置環形的彈性槽的現有技術(圖2)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，使彈性補償結構無法發揮作用。而在本發明中，由于閥座體(7-1)的錐形止靠面(7-1-3)與支撐體(7-2)的中間錐面(7-2-1)之間設置的間隙(0.07?0.1Omm)已經限定了閥座體(7-1)的密封凸部(7-1-1)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，因此出口閥座組件(7)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密封面部位的合適厚度和尺寸，從而使閥門獲得可靠的密封性能。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。
[0020]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。
[0021]在本實施例的技術方案中，在支撐體(7-2)上還均勻設置數個從外圓上打入的、通向彈性壁(7-1-2)與支撐體(7-2)之間的空腔的通孔；在通孔的外端、支撐體(7-2)的外圓上，設置一圈環槽，所有通孔向外的開口均位于該環槽內。閥門關閉后，介質通過支撐體(7-2)上的環槽和通孔進入彈性壁(7-1-2)與支撐體(7-2)之間的空腔，介質壓力作用在彈性臂(7-1-2)和錐形止靠面(7-1-3)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。
[0022]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(9)，密封圈(9)的外圓與閥體⑴內孔配合，密封圈(9)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(9)的另一端設置有壓環(8)，壓環(8)的一側端面壓緊在密封圈(9)端面上，壓環(8)另一端平面外側設置有碟形彈簧(3)。
[0023]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；而在本發明中，在進口閥座(2)的背側設置密封圈(9)，通過進口閥座(2)的密封面和密封圈(9)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(2)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。
[0024]以上結合附圖和實施例對本發明的技術方案作了具體說明，但這些說明不能被理解為限制了本發明的范圍。本【技術領域】的技術人員應該知曉，本發明不受上述實施例和附圖的限制，其保護范圍由所附的權利要求書所界定，任何在不超出本發明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，都沒有偏離本發明的精神和技術實質，仍然會屬于本發明的權利要求范圍之內。
【權利要求】
1.一種具有彈性補償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，閥座體(7-1)位于內側、支撐體(7-2)位于外側，兩者以螺紋旋合，并在遠離球體(4)方向的端部設置有通過焊接將兩者結合為一體的焊縫；在閥座體(7-1)的靠近球體(4)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壁(7-1-2)，彈性壁(7-1-2)以一定錐度向外延伸，在該錐形延伸段的靠近球體(4) 一側的中段，有凸出于錐形延伸段表面的密封凸部(7-1-1)，該密封凸部(7-1-1)的表面在裝配后與球體(4)相貼合，是出口閥座組件(7)的密封面；彈性壁(7-1-2)向外的錐形延伸段的另一側為錐形止靠面(7-1-3)，在支撐體(7-2)靠近錐形止靠面(7-1-3) —端的最外側，有一段與錐形止靠面(7-1-3)貼合的錐面-支承錐面(7-2-2)，而在支撐體(7-2)上該支承錐面(7-2-2)的內側、密封凸部的背側，另有一段錐面-中間錐面(7-2-1)，當出口閥座組件(7)在未與球體(4)和其它零件進行裝配的自由狀態時，所述的中間錐面(7-2-1)與錐形止靠面(7-1-3)之間有較小的間距。
2.根據權利要求1所述的具有彈性補償功能的球閥金屬閥座，其特征在于:在支撐體(7-2)上，均勻分布著數個從外圓上打入的、通向彈性壁(7-1-2)與支撐體(7-2)之間的空腔的通孔；在通孔的外端、支撐體(7-2)的外圓上，設置有一圈環槽，所有通孔向外的開口均位于該環槽內。
3.根據權利要求1所述的具有彈性補償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(9)，密封圈(9)的外圓與閥體(I)內孔配合，密封圈(9)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(9)的另一端設置有壓環(8)，壓環(8)的一側端面壓緊在密封圈(9)端面上，壓環(8)另一端平面外側設置有碟形彈簧(3)。
【文檔編號】F16K5/06GK104165235SQ201410373769
【公開日】2014年11月26日 申請日期:2014年7月31日 優先權日:2014年7月31日
【發明者】章華 申請人:章華