專利名稱：雙密封閥門的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種閥門，尤其是用于被控流體雙向流動的環(huán)境中使用的雙密封閥門。
背景技術(shù)：
現(xiàn)有的工業(yè)中常見的閥門有閘閥、平板閥和蝶閥三種基本結(jié)構(gòu)類型，對于大型程控閥門，由于閥板壓力十分巨大，例如管道直徑＝400mm，壓力＝25kg/cm2，則閥板壓力約為30000KG。因此，衡量其性能的主要指標(biāo)有四項動作與調(diào)節(jié)性、密封性、可靠性和閥阻。
1、對于動作與調(diào)節(jié)性閥門的結(jié)構(gòu)類型及其工作原理，決定了上述指標(biāo)所能達(dá)到的極限。閘閥在閥門開關(guān)過程中主要的阻力來源于閥板與密封面的摩擦阻力；平板閥的主要阻力就是閥板壓力；蝶閥的主要的阻力來源于轉(zhuǎn)動阻力。由此可看出，其主要操作阻力平板閥＞閘閥＞＞蝶閥。由于蝶閥開關(guān)時，繞軸旋轉(zhuǎn)的閥板的兩個半板，一半逆壓力而動，另一半順壓力而動，能量流對其的正負(fù)作功能量抵消，兩個半板形成一對作功對偶，利用閥板轉(zhuǎn)動軸實現(xiàn)了閥板壓力的自平衡，外操作的作功能量僅用于克服旋轉(zhuǎn)阻力，操作阻力系數(shù)比其他兩種低很多，具有良好的可控性能。
2、對于密封性能與密封可靠性平板閥、閘閥的閥板壓力指向密封面，壓力越高密封性能就越好，稱為自緊式密封。如果反過來用，閥板壓力反指密封面，壓力越高密封性能就越差，稱為自松式密封。平板閥與閘閥的密封性能與使用條件有關(guān)，只有在流體單向流動的情況下，平板閥、閘閥的密封面才能實現(xiàn)自緊式密封。從密封的角度看可稱為單向密封閥。蝶閥的主密封面無論如何使用，總是有一半圓弧自緊另一半圓弧為自松，因此蝶閥的密封性能不如平板閥和閘閥。閘閥和蝶閥開關(guān)時閥板與密封面產(chǎn)生相對滑動，進(jìn)而在使用過程中就會產(chǎn)生磨損，影響了密封性能與密封可靠性；平板閥開關(guān)時閥板與密封面是垂直脫離，因而不易磨損，簡稱為無損開關(guān)，密封的可靠性高于閘閥和蝶閥。因此在實際的氣流控制中，例如在變壓吸附工藝中還大量使用平板閥。
為了改善蝶閥密封性能不好而開發(fā)出來的偏心式蝶閥，例如雙偏心蝶閥、3偏心蝶閥等。由于偏心式蝶閥對各方面的性能都有所兼顧，具有較好的綜合性能，是目前應(yīng)用最廣泛的大型程控閥門。但不管是哪種偏心式蝶閥，其主密封面總是有一半閥板為自緊密封而另一半閥板為自松密封，因此其密封性能受到一定的影響。
專利號為87100516.6、發(fā)明名稱為“撐開式閥門密封結(jié)構(gòu)”和專利號為00111674.6、發(fā)明名稱為“閥桿旋轉(zhuǎn)角度啟閉的撐攏式閥門密封結(jié)構(gòu)”的發(fā)明專利說明書都公開了一種收撐式閥門，該種閥門是將兩個背對背串連起來的平板閥連同使其聯(lián)動操作的外操作機構(gòu)都裝進(jìn)一個閥體而形成，閥門開關(guān)時采用平板閥工作方式，屬于無損開關(guān)。收撐式閥門有兩個密封面，無論流體來自何方，兩個密封面必有一個是自緊而另一個為自松，因此這是一種很好的雙向自緊密封閥。
收撐式閥門在閥門開關(guān)的過程中其兩個閥板通過內(nèi)部聯(lián)動操作機構(gòu)形成一對作功對偶，使其兩個閥板的正負(fù)作功能量能夠抵消。但這種閥門在脫密封和加密封工作階段，自緊一側(cè)的閥板脫力后無法將力的平衡點由密封面轉(zhuǎn)移到別處，閥門會變成單向自緊式平板閥，因此，收撐式閥門必然與單向自緊式平板閥一樣需要巨大的開啟力矩。
鑒于以上的分析可以看出，在大型閥門設(shè)計中全面解決最小開關(guān)功率、實現(xiàn)雙向自緊密封、無損并快速開關(guān)是一個尚未解決的技術(shù)問題，在國外公開的專利說明書中也未見解決了此問題的技術(shù)方案的報道。

發(fā)明內(nèi)容
為了克服現(xiàn)有雙密封閥門在開啟時需要巨大的開啟功率的不足，本發(fā)明所要解決的技術(shù)問題是提供一種利用較小的開啟功率即可實現(xiàn)開啟功能的雙密封閥門。
本發(fā)明解決其技術(shù)問題所采用的技術(shù)方案是雙密封閥門，包括帶進(jìn)出口的閥體、設(shè)置在閥體的閥腔內(nèi)并分別與進(jìn)口和出口匹配的兩個密封件，兩個密封件之間連接有同步聯(lián)動裝置，閥腔與進(jìn)出口之間連接有卸壓裝置。
本發(fā)明的有益效果是由于采用了在閥腔與進(jìn)出口之間連接有卸壓裝置的技術(shù)方案，能夠?qū)崿F(xiàn)在閥門開關(guān)的全過程都基本只需要克服轉(zhuǎn)動阻力，大大減小了閥門的開關(guān)力矩，使閥門最小開關(guān)功率與閥門平均開關(guān)功率接近或者相等，大大降低閥門外部操作機構(gòu)的體積和對動力源的要求，提高閥門的操作速度和壽命，可以將大型閥門的最小開關(guān)功率與閥門平均開關(guān)功率之差降低1～2個數(shù)量級。同時還使得閥門在兩個方向上實現(xiàn)雙向自緊密封，因此，閥門具有本征安全性，即當(dāng)外部操作力矩消失后，其閥門本身仍然處于關(guān)閉狀態(tài)，不會在流體壓力的作用下自動開啟。該結(jié)構(gòu)還通過同步聯(lián)動裝置實現(xiàn)了無損的快速開關(guān)，主受力部分在力的傳遞方向上無滑動，設(shè)計與制造都容易實現(xiàn)，能提高閥門內(nèi)部操作機構(gòu)可靠性，降低閥門制造成本，尤其適合于在大流量、高壓、高密封性能和高速頻繁開關(guān)的環(huán)境中使用。


圖1是本發(fā)明的閥門結(jié)構(gòu)示意圖。
圖2是本發(fā)明的閥門中的同步聯(lián)動裝置的布置立體圖。
圖中標(biāo)記為閥體1、閥腔2、密封件3和4、卸壓孔5和6、單向閥7和8、卸壓孔密封體9和10、旋轉(zhuǎn)閥桿11、驅(qū)動板12、滑槽13和14、杠桿16和17、連桿18、19、20和21、銷軸22、23、24和25、導(dǎo)向銷26、承力軸27、驅(qū)動槽28、導(dǎo)向槽29。
具體實施例方式
下面結(jié)合附圖和實施例對本發(fā)明進(jìn)一步說明。
如圖1、圖2所示，雙密封閥門，包括帶進(jìn)出口的閥體1、設(shè)置在閥體1的閥腔2內(nèi)并分別與進(jìn)口和出口匹配的兩個密封件3、4，密封件3、4可采用閥板、閥錐等常用的任何形式。兩個密封件3、4之間連接有同步聯(lián)動裝置，閥腔2與進(jìn)出口之間連接有卸壓裝置。閥門開啟時，首先開啟卸壓裝置使閥腔2與出口連通，用其補償系統(tǒng)不平衡傾向，實現(xiàn)力平衡支點轉(zhuǎn)移。調(diào)整卸壓裝置的參數(shù)還可實現(xiàn)閥門的密封件3、4在開啟卸壓裝置自動開啟。
上述卸壓裝置可采用多種形式，只要達(dá)到可以控制的將閥腔2與進(jìn)口和出口連通即可。同時連通進(jìn)口和出口可實現(xiàn)流體雙向流動的控制，也可單獨連通出口，此時只可單獨用于流體單向流動的環(huán)境。例如，可采用以下的結(jié)構(gòu)卸壓裝置包括分別設(shè)置在進(jìn)口端的卸壓孔5和出口端的卸壓孔6、單向閥7和8以及卸壓孔密封體9和10，卸壓孔密封體9、10上連接有卸壓操作機構(gòu)。卸壓孔5和6可以設(shè)置在閥體1上，也可以設(shè)置在密封件3、4上，同時利用卸壓操作機構(gòu)來實現(xiàn)卸壓孔5、6的開啟和關(guān)閉，單向閥7、8設(shè)置在卸壓孔5、6通道上且其方向為阻止流體進(jìn)入閥腔2，因此，單向閥7和8用于保證流體在閥腔內(nèi)正常卸壓。
為了減少閥體與外部之間的密封面，提高其閥門的可靠性，卸壓孔5、6最好設(shè)置在密封件3、4上，這樣其卸壓操作機構(gòu)即可設(shè)置在閥門的內(nèi)部。
為了提高整個閥門的操作連貫性，減少操作件的數(shù)目，兩端的卸壓操作機構(gòu)最好同步聯(lián)動。其同步聯(lián)動的方式可以采用連桿機構(gòu)、凸輪機構(gòu)、杠桿機構(gòu)、滑塊機構(gòu)等多種方式實現(xiàn)，例如卸壓操作機構(gòu)包括設(shè)置在閥腔2中部的旋轉(zhuǎn)閥桿11以及與旋轉(zhuǎn)閥桿11傳動連接的驅(qū)動板12，驅(qū)動板12上設(shè)置有兩個滑槽13、14，兩個卸壓孔密封體9、10的端部分別設(shè)置在滑槽13、14中并與其適配。這樣，利用旋轉(zhuǎn)閥桿11帶動驅(qū)動板12旋轉(zhuǎn)的同時，利用滑槽13、14同步帶動卸壓孔密封體9、10運動，達(dá)到同步開啟或關(guān)閉卸壓孔5、6的目的。為了使其卸壓孔密封體9、10的端部在滑槽13、14中滑動時不容易發(fā)生干涉，設(shè)置在滑槽13、14中的卸壓孔密封體9、10的端部最好為球頭形狀。
上述連接兩個密封件3、4的同步聯(lián)動裝置可以采用連桿機構(gòu)、杠桿機構(gòu)等多種方式實現(xiàn)，為了做到力的傳遞準(zhǔn)確可靠，最好采用以下的杠桿結(jié)構(gòu)同步聯(lián)動裝置包括設(shè)置在閥腔2中部并支撐在閥體1上的承力軸27、至少兩個杠桿16、17以及與密封件3、4連接的連桿18、19、20、21，空套疊置在承力軸27上的杠桿16、17的兩端分別設(shè)置有長條形通孔，連桿18、19、20、21的端部通過銷軸22、23、24、25分別與杠桿16、17的長條形通孔連接，至少一個連桿18上設(shè)置有導(dǎo)向銷26，導(dǎo)向銷26與設(shè)置在閥體1上的導(dǎo)向槽29相適配。連桿18、19、20、21與密封件3、4的連接可以是鉸鏈連接，也可以是一體的結(jié)構(gòu)。
上述的同步聯(lián)動裝置以及卸壓裝置可以采用一套裝置來完成，這樣可進(jìn)一步提高操作閥門的協(xié)調(diào)性，減小閥門的體積和零部件數(shù)量，從而降低成本。在上述卸壓裝置中與旋轉(zhuǎn)閥桿11傳動連接的驅(qū)動板12上可以通過設(shè)置與至少一個連桿18位置適配的驅(qū)動槽28。連桿18的位置設(shè)置在驅(qū)動槽28內(nèi)，驅(qū)動槽28的寬度使得連桿在驅(qū)動槽28內(nèi)可以自由轉(zhuǎn)動一定的角度后與驅(qū)動槽28的邊沿接觸，從而完成開啟或關(guān)閉卸壓裝置后利用驅(qū)動槽28的邊沿帶動連桿18旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)利用旋轉(zhuǎn)閥桿11驅(qū)動密封件3、4的目的。
承力軸27可以單獨支撐在閥體1上，為了減小操作機構(gòu)的體積，簡化其結(jié)構(gòu)，承力軸27最好空套在旋轉(zhuǎn)閥桿11上。
為了減小閥阻，兩組同步聯(lián)動裝置最好分別設(shè)置在閥腔2的兩端靠近閥體1的內(nèi)壁處。例如在實際設(shè)計閥門內(nèi)的同步聯(lián)動裝置時，可將杠桿16、17和連桿18、19、20、21減薄1/2后拆分為兩組，將其在承力軸27的軸線方向上設(shè)置在密封件3、4的兩側(cè)，將中心面積較大部分讓出來通流，從而大大減小閥阻，如圖2所示。
本閥門整個開和關(guān)的動作都由三步完成，分別對應(yīng)要實現(xiàn)的三個功能，因此本閥門結(jié)構(gòu)簡稱三步閥。
開啟時1、開啟卸壓裝置，用于補償公差和完成力支撐點轉(zhuǎn)移；2、利用同步聯(lián)動裝置收攏密封件3、4，使密封件3、4脫離密封面；3、旋轉(zhuǎn)同步聯(lián)動裝置使密封件3、4離開密封位置，從而降低閥阻。
關(guān)閉時1、關(guān)閉卸壓裝置；2、旋轉(zhuǎn)同步聯(lián)動裝置使密封件3、4進(jìn)入密封位置，從而增加閥阻；3、利用同步聯(lián)動裝置撐開密封件3、4，使密封件3、4接觸密封面并完成力支撐點轉(zhuǎn)移到密封面上。
實施例如圖1、圖2所示，雙密封閥門，包括帶進(jìn)出口的閥體1、設(shè)置在閥體1的閥腔2內(nèi)并分別與進(jìn)口和出口匹配的兩個密封件3、4，密封件3、4為閥板形式。在密封件3、4上分別開有卸壓孔5、6，卸壓孔5、6上設(shè)置有與其匹配的單向閥7、8以及卸壓孔密封體9、10。單向閥7、8設(shè)置在卸壓孔5、6通道上且其方向為阻止流體進(jìn)入閥腔2。在閥腔2中部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)閥桿11以及與旋轉(zhuǎn)閥桿11傳動連接的驅(qū)動板12，驅(qū)動板12上設(shè)置有兩個滑槽13、14，兩個卸壓孔密封體9、10的球頭形狀的端部分別設(shè)置在滑槽13、14中并與其適配。這樣，利用旋轉(zhuǎn)閥桿11帶動驅(qū)動板12旋轉(zhuǎn)的同時，利用滑槽13、14同步帶動卸壓孔密封體9、10運動，達(dá)到同步開啟或關(guān)閉卸壓孔5、6的目的。
在閥腔2中部設(shè)置有支撐在閥體1上的承力軸27，承力軸27空套在旋轉(zhuǎn)閥桿11上，兩個杠桿16、17空套疊置在承力軸27上，杠桿16、17的兩端分別設(shè)置有長條形通孔，連桿18、19、20、21的端部通過銷軸22、23、24、25分別與杠桿16、17的長條形通孔連接，連桿18上設(shè)置有導(dǎo)向銷26，導(dǎo)向銷26與設(shè)置在閥體1上的導(dǎo)向槽29相適配。與旋轉(zhuǎn)閥桿11傳動連接的驅(qū)動板12上設(shè)置有與連桿18位置適配的驅(qū)動槽28。連桿18的位置設(shè)置在驅(qū)動槽28內(nèi)，驅(qū)動槽28的寬度使得連桿在驅(qū)動槽28內(nèi)可以自由轉(zhuǎn)動一定的角度后與驅(qū)動槽28的邊沿接觸，從而完成開啟或關(guān)閉卸壓裝置后利用驅(qū)動槽28的邊沿帶動連桿18旋轉(zhuǎn)，實現(xiàn)利用旋轉(zhuǎn)閥桿11驅(qū)動密封件3、4的目的。
杠桿16、17和連桿18、19、20、21減薄1/2后拆分為兩組，將其在承力軸27的軸線方向上設(shè)置在密封件3、4的兩側(cè)，如圖2所示。
閥門開啟過程第一步在閥門開啟的過程中，旋轉(zhuǎn)閥桿11順時針轉(zhuǎn)動，驅(qū)動板12順時鐘轉(zhuǎn)動，卸壓孔密封體9、10的球頭形狀的端部在滑槽13、14的驅(qū)動下運動，打開卸壓孔5、6，這時由于卸壓孔密封體10上的單向閥8受壓關(guān)閉，閥腔2內(nèi)的流體通過卸壓孔5放掉，使得原來只有一個密封件3受力的情況變?yōu)閮蓚€密封件3、4同時受同方向的力，壓向密封面的壓力將通過密封件3、4→杠桿16、17和連桿18、19、20、21→承力軸27→閥體1的順序轉(zhuǎn)移到閥體1上。旋轉(zhuǎn)閥桿11繼續(xù)轉(zhuǎn)動到驅(qū)動板12的驅(qū)動槽28的邊沿碰上杠桿16，卸壓孔5、6就完全打開，第一步完成。
第二步旋轉(zhuǎn)閥桿11的繼續(xù)旋轉(zhuǎn)將通過驅(qū)動板12的驅(qū)動槽28的邊沿帶動杠桿16一起轉(zhuǎn)動。這時在導(dǎo)向銷26與導(dǎo)向槽29約束下，通過杠桿16、17的力平衡作用，在進(jìn)口端密封件4≥出口端密封件3受力的差壓力和外力對旋轉(zhuǎn)杠桿11旋轉(zhuǎn)拉動的雙重作用下，兩塊密封件3、4向中間收攏，脫離密封面。當(dāng)靠攏達(dá)到極限位置，密封件3、4與承力軸27卡死，第二步完成。
第三步旋轉(zhuǎn)閥桿11的繼續(xù)轉(zhuǎn)動將帶動兩塊密封件3、4一起繞承力軸27旋轉(zhuǎn)到與管道平行，從而將整個閥門打開，第三步完成。
在閥門開啟過程中，兩塊密封件3、4一塊順壓力方向移動，另一塊逆壓力方向移動，通過杠桿機構(gòu)實現(xiàn)正負(fù)作功能量基本抵消，差壓力還會有助于開啟，外旋力只是用來克服轉(zhuǎn)動阻力，因此不需要很大的外力。
閥門關(guān)閉過程第一步由于驅(qū)動板12的驅(qū)動槽28的邊沿與杠桿16之間的間隙，旋轉(zhuǎn)閥桿11的反時針旋轉(zhuǎn)將帶動驅(qū)動板12，再帶動卸壓孔密封體9、10先關(guān)閉卸壓孔5、6。
第二步當(dāng)驅(qū)動板12的驅(qū)動槽28的邊沿碰上杠桿16后，旋轉(zhuǎn)閥桿11的反時針旋轉(zhuǎn)將帶動杠桿16反時針旋轉(zhuǎn)，兩塊密封件3、4將隨杠桿16、17一起旋轉(zhuǎn)。兩塊密封件3、4轉(zhuǎn)到與管道垂直位置時被導(dǎo)向銷26與導(dǎo)向槽29限位，第二步完成。
第三步旋轉(zhuǎn)閥桿11的繼續(xù)反時針旋轉(zhuǎn)，由于兩塊密封件3、4被導(dǎo)向銷26與導(dǎo)向槽29限位無法繼續(xù)旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動板12將帶動杠桿16撐開兩塊密封件3、4。當(dāng)出口端密封件3到達(dá)密封面，由于其自緊結(jié)構(gòu)，密封件3壓力將由杠桿16、17逐漸轉(zhuǎn)移到密封面。這時進(jìn)口端密封件4上的力是向閥腔2內(nèi)的，使進(jìn)口端密封件4脫離密封面，流體會進(jìn)入閥腔2，使得出口端的密封件3受力向外壓緊密封面，因此閥門關(guān)閉會借助被控流體能量完成。
權(quán)利要求
1.雙密封閥門，包括帶進(jìn)出口的閥體(1)、設(shè)置在閥體(1)的閥腔(2)內(nèi)并分別與進(jìn)口和出口匹配的兩個密封件(3、4)，兩個密封件(3、4)之間連接有同步聯(lián)動裝置，其特征是閥腔(2)與進(jìn)出口之間連接有卸壓裝置。
2.如權(quán)利要求1所述的雙密封閥門，其特征是卸壓裝置包括分別設(shè)置在進(jìn)口和出口端的卸壓孔(5、6)、單向閥(7、8)和卸壓孔密封體(9、10)，單向閥(7、8)設(shè)置在卸壓孔(5、6)通道上且其方向為阻止流體進(jìn)入閥腔(2)，卸壓孔密封體(9、10)上連接有卸壓操作機構(gòu)。
3.如權(quán)利要求2所述的雙密封閥門，其特征是卸壓孔(5、6)設(shè)置在密封件(3、4)上。
4.如權(quán)利要求2所述的雙密封閥門，其特征是卸壓孔(5、6)設(shè)置在閥體(1)上。
5.如權(quán)利要求4所述的雙密封閥門，其特征是卸壓操作機構(gòu)包括設(shè)置在閥腔(2)中部的旋轉(zhuǎn)閥桿(11)以及與旋轉(zhuǎn)閥桿(11)傳動連接的驅(qū)動板(12)，驅(qū)動板(12)上設(shè)置有兩個滑槽(13、14)，兩個卸壓孔密封體(9、10)的端部分別設(shè)置在滑槽(13、14)中并與其適配。
6.如權(quán)利要求5所述的雙密封閥門，其特征是設(shè)置在滑槽(13、14)中的卸壓孔密封體(9、10)的端部為球頭形狀。
7.根據(jù)1～6中任意一項權(quán)利要求所述的雙密封閥門，其特征是同步聯(lián)動裝置包括設(shè)置在閥腔(2)中部并支撐在閥體(1)上的承力軸(27)、至少兩個杠桿(16、17)以及與密封件(3、4)連接的連桿(18、19、20、21)，空套疊置在承力軸(27)上的杠桿(16、17)的兩端分別設(shè)置有長條形通孔，連桿(18、19、20、21)的端部通過銷軸(22、23、24、25)分別與杠桿(16、17)的長條形通孔連接，至少一個連桿(18)上設(shè)置有導(dǎo)向銷(26)，導(dǎo)向銷(26)與設(shè)置在閥體(1)上的導(dǎo)向槽(29)相適配。
8.如權(quán)利要求7所述的雙密封閥門，其特征是閥腔(2)中部設(shè)置有旋轉(zhuǎn)閥桿(11)以及與旋轉(zhuǎn)閥桿(11)傳動連接的驅(qū)動板(12)，驅(qū)動板(12)上設(shè)置有與至少一個連桿(18)位置適配的驅(qū)動槽(28)。
9.如權(quán)利要求8所述的雙密封閥門，其特征是承力軸(27)空套在旋轉(zhuǎn)閥桿(11)上。
10.如權(quán)利要求7所述的雙密封閥門，其特征是兩組同步聯(lián)動裝置分別設(shè)置在閥腔(2)的兩端靠近閥體(1)的內(nèi)壁處。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于被控流體雙向流動的環(huán)境中使用的雙密封閥門，利用較小的開啟功率即可實現(xiàn)開啟功能。該閥門包括帶進(jìn)出口的閥體、設(shè)置在閥體的閥腔內(nèi)并分別與進(jìn)口和出口匹配的兩個密封件，兩個密封件之間連接有同步聯(lián)動裝置，閥腔與進(jìn)出口之間連接有卸壓裝置。該閥門大大減小了開關(guān)力矩，大大降低閥門外部操作機構(gòu)的體積和對動力源的要求，提高了閥門的操作速度和壽命。同時還使得閥門在兩個方向上實現(xiàn)雙向自緊密封，并通過同步聯(lián)動裝置實現(xiàn)了無損的快速開關(guān)，提高了閥門內(nèi)部操作機構(gòu)可靠性，降低了閥門制造成本，尤其適合于在大流量、高壓、高密封性能、需要本征安全和高速頻繁開關(guān)的環(huán)境中使用。
文檔編號F16K1/00GK1699801SQ20051006753
公開日2005年11月23日 申請日期2005年4月19日 優(yōu)先權(quán)日2004年12月23日
發(fā)明者潘世永 申請人:潘世永