專利名稱：閥門的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種閥門，尤其是一種用于中、高壓且流體雙向流動的環(huán)境中使用的閥門。
背景技術：
通常衡量閥門性能的主要指標有四項密封性、可靠性、動作與調節(jié)性和閥阻，動作與調節(jié)性通常是指閥門的開關力矩和開關速度，閥門的密封性能和密封可靠性是閥門的設計與制造中最大難點。閥門的結構類型確定了閥門活動體的運動軌跡，進而決定了上述性能指標所能達到的極限。目前工業(yè)中常見的閥門有閘閥、蝶閥、球閥、旋塞閥、截止閥等基本結構類型。密封分外密封與內密封，在同等材料和壓緊力的情況下，外密封與閥門的操作機構的運動形式有關，閘閥、截止閥的操作桿密封為軸向滑動密封，外密封實現(xiàn)起來就較困難，可靠性也較差。蝶閥、球閥、旋塞閥的操作桿密封為軸轉動密封，外密封實現(xiàn)起來就較容易，可靠性也較好。但總的說來，外密封總能解決，內密封則解決起來要困難得多。尤其是對于氣體密封，由于氣體的分子直徑約為0.003μm左右，通常的機械加工不可能將閥門密封面加工到如此高的精度。因此通常是在密封面上施加壓力，通過密封面的材料變形來彌補加工精度的不足。目前大多數(shù)的氣體控制閥門密封面都是采用如填充聚四氟類的抗磨軟性材料，但是由于軟密封閥門在壽命和強度方面的不足，尤其是對高溫、高壓氣體的控制，軟密封閥門無法滿足其苛刻的性能要求，工程上最看好的還是金屬硬密封閥門。由于金屬的強度高，欲使密封面產(chǎn)生彈性變形達到良好的密封性能，需要極大的正壓力。通常硬密封都是采用“線密封”，其實質是將閥門活動體與靜止體的接觸面積減小為沿流道外沿的一道或多道環(huán)形密封帶，這樣就能大大減小承壓面積，提高密封比壓。另外，由于大多數(shù)的金屬彈性變形量有限，如果采用面密封就容易產(chǎn)生過定位問題，而采用“線密封”產(chǎn)生的過定位可用相對較小的力使金屬材料產(chǎn)生塑性變形或通過研磨的方法加以糾正。
通常截止閥的操作桿為螺紋桿，要實現(xiàn)金屬硬密封就容易的多，由于其活動閥板與靜密封面的相對運動是垂直脫離，可以很容易在兩個平面上制造出復雜的溝道，實現(xiàn)迷宮式密封。再加上截止閥操作桿上的螺紋具有力的放大功能，可以提供足夠大的密封比壓。但是螺紋桿截止閥的最大缺點是操作桿上的小斜角螺紋使得密封面在并不需要力的階段活動閥板還是只能慢騰騰的運動，閥門的開關速度受到極大的影響。直桿式截止閥(簡稱平板閥)是截止閥的一個變種，只是將螺紋桿換成了直桿，這樣就提高了開關速度，但是這也就喪失了螺紋桿截止閥操作桿上的小斜角螺紋具有的力的放大功能，也就難以提供足夠的密封比壓，特別是當管徑較大、壓力較高、流體壓力反向時，閥板甚至會被頂開。
閥門的開關力矩和開關速度也是一項重要性能，蝶閥、球閥、旋塞閥的旋轉運動方式使得閥門開閉時活動體與流體壓力基本垂直，而且操作行程短，因此性能優(yōu)越，而截止閥的直線運動方式使得開關力矩和開關速度不能兼顧。
除浮動式球閥外，上述閥門都只有一個密封面，在介質可能雙向流動時，閥門的密封性能、狀態(tài)將會有所變化。專利號為200510067535.1、發(fā)明名稱為“雙密封閥門”、專利號為87100516.6、發(fā)明名稱為“撐開式閥門密封結構”和專利號為00111674.6、發(fā)明名稱為“閥桿旋轉角度啟閉的撐攏式閥門密封結構”的發(fā)明專利說明書都公開了一種收撐式閥門，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、關閉后本征安全性良好的閥門結構。收撐式閥門的活動閥板與密封面的相對運動是垂直脫離，屬于無損開關，同時又可以很容易在兩個密封面上制造出復雜的溝道，實現(xiàn)迷宮式密封，容易實現(xiàn)較好的密封性能。但是撐開式閥門由于有兩個密封面，如果閥門關閉前后，操作機構在兩個閥板壓力的傳遞路線上存在與閥體接觸的情況，則容易產(chǎn)生過定位問題，使得兩個密封面實際上只有一個起作用，這樣就使閥門的內部操作機構的設計相對復雜。
鑒于以上的分析可以看出，現(xiàn)有的各種氣體硬密封閥門設計中均有各種問題，技術性能高的制造成本高昂，甚至幾乎制造不出來。制造成本低的，某些性能參數(shù)又難以滿足工業(yè)工程的需要。高壓、高溫氣體硬密封閥門設計還需要一些其他的解決方案。

發(fā)明內容
本發(fā)明所要解決的技術問題是提供一種用較小的開關力矩即可提供足夠的密封比壓且結構簡單的閥門。
本發(fā)明解決其技術問題所采用的技術方案是該閥門包括設置有密封腔的閥體，連接密封腔的流通通道的進口和出口處分別設置有相對布置的下密封面和上密封面，密封腔內支撐并同軸疊置有與下密封面和上密封面相對布置的至少一個半動片和一個動片構成的密封單元，密封單元的兩端為密封面，從而利用密封單元的兩端的密封面分別與下密封面和上密封面貼合來形成密封。在下密封面和上密封面以及半動片和動片上開設有沿圓周方向分布的軸向的通孔，動片上連接有動力傳動裝置，半動片和動片通過的限位結構使通孔連通流通通道。當半動片和動片相對轉動時，半動片和動片之間疊置的接觸面的相對滑動使半動片和動片產(chǎn)生相對軸向移動。
進一步的是，半動片和動片之間疊置的接觸面為沿圓周方向分布的螺旋面。
進一步的是，螺旋面為沿圓周方向分布的至少兩段。
進一步的是，半動片的外圓周上設置有限位凸塊，密封腔內壁上設置有與限位凸塊形狀和位置相適配的限位擋邊，限位凸塊、限位擋邊以及半動片和動片上的螺旋面的端面共同構成限位結構。
本發(fā)明的有益效果是該閥門結合了球閥、蝶閥的特點，讓活動閥板旋轉運動，且具有撐開式閥門容易實現(xiàn)密封的特點。由于采用了半動片和動片之間疊置的接觸面為沿圓周方向分布的螺旋面的技術方案，結合了螺紋桿式截止閥操作桿上螺紋具有的力放大功能的優(yōu)點，可以利用螺旋面的力放大功能，用較小的開關力矩提供足夠的均勻壓力，使密封面產(chǎn)生足夠的密封比壓，因此可達到良好的密封效果。同時，利用其簡單的結構，將閥門的開啟過程分為脫密封和改變閥阻兩個階段，將閥門的關閉過程分為改變閥阻和密封兩個階段。由于在改變閥阻階段，半動片是在動片提供的正壓力很小或消失的情況下進行旋轉運動，因此磨損很小，而在密封或脫密封過程中密封面為垂直壓上或脫離，因此密封可靠性高，壽命長。當閥門開啟后，密封面全部被遮閉，流體通過通孔過流，不會對密封面沖刷，因此密封面的可靠性得以保證。該閥門結構簡單，零件少，加工制造容易，制造成本低。該閥門結構所有零件均可采用金屬制作，從而形成金屬硬密封，因而可以用于高溫、高壓。該閥門結構緊湊，還可以方便地將動片和半動片組成的密封單元多個級連起來，制造出超高壓閥門。該閥門開關速度快，具有本征安全性，其通孔都可采用扇形開孔，其開度與轉角為線性關系，因此可以用作安全閥、調節(jié)閥等其它品種閥門的閥體部分，可廣泛的用于要求密封性能高、氣體雙向流動、開關頻繁而且開關速度快的場合。


圖1是本發(fā)明的閥門的示意圖。
圖2是本發(fā)明的一種實施方式的密封部分的分體圖。
圖3是本發(fā)明的另一種實施方式的密封部分的分體圖。
圖4是本發(fā)明的半動片的主視圖。
圖5是圖4的俯視圖。
圖6是本發(fā)明的動片的主視圖。
圖7是圖6的俯視圖。
圖8是本發(fā)明的下壓板的主視圖。
圖9是本發(fā)明的上壓板的主視圖。
圖10是本發(fā)明的支撐環(huán)的主視圖。
圖11是本發(fā)明的動片的軸測圖。
圖中標記為下密封面1、上密封面2、半動片3、動片4、通孔5、通孔6、通孔7、通孔8、操作桿9、下壓板10、上壓板11、支撐環(huán)12、限位凸塊13、限位擋邊14、溝槽15、溝槽16。
具體實施例方式
下面結合附圖和實施例對本發(fā)明進一步說明。
如圖1～圖11所示，本發(fā)明的閥門包括設置有密封腔的閥體，連接密封腔的流通通道的進口和出口處分別設置有相對布置的下密封面1和上密封面2，密封腔內支撐并同軸疊置有與下密封面1和上密封面2相對布置的至少一個半動片3和一個動片4構成的密封單元，密封單元的兩端為密封面，從而利用密封單元的兩端的密封面分別與下密封面和上密封面貼合來形成密封。在下密封面1和上密封面2上開設有沿圓周方向分布的軸向的通孔5和通孔6，半動片3和動片4上開設有沿圓周方向分布的軸向的通孔7和通孔8，半動片3和動片4與上、下密封面相對轉動，并通過限位結構使通孔5、通孔6、通孔7、通孔8連通或脫離流通通道，這樣可防止密封面被通過的流體沖刷，同時也便于在開啟階段容易脫開密封。動片4上連接有動力傳動裝置，用以提供轉矩使動片4轉動。當半動片3和動片4相對轉動時，半動片3和動片4之間疊置的接觸面的相對滑動使半動片3和動片4產(chǎn)生相對軸向移動，其作用都是利用動片轉動時產(chǎn)生的軸向推力來推壓半動片軸向運動。
半動片3和動片4之間疊置的接觸面的相對滑動使半動片3和動片4產(chǎn)生相對軸向移動，可以采用多種方式，例如端面凸輪結構、半動片3和動片4之間疊置的接觸面為相互適配的凹凸結構等，但最好采用半動片3和動片4之間疊置的接觸面為沿圓周方向分布的螺旋面，可以利用螺旋面的力放大功能，用較小的開關力矩提供足夠的均勻壓力，使密封面產(chǎn)生足夠的密封比壓。
為了使得作用于半動片3的推力均勻，螺旋面最好為至少兩段沿圓周方向分布。
為了提高其密封可靠性，可以采用一個動片4與兩個半動片3構成密封單元的形式。例如，動片4的兩端分別同軸疊置有半動片3，兩個半動片3與動片4之間疊置的接觸面為沿圓周方向均勻分布且旋向相反的螺旋面，這種設置使得兩個半動片3的外端面均為密封面。這樣，在開和關的脫密封階段和密封階段，密封單元中兩個密封面的活動部分均是垂直運動，因此密封可靠性就更高。
為了達到更好的密封效果，與下密封面1和上密封面2接觸的半動片3或/和動片4的密封面上，設置有環(huán)繞通孔5和通孔6的溝槽15和溝槽16。也就是說，與下密封面1接觸的密封面為半動片3的密封面，與上密封面2接觸的密封面根據(jù)不同的設置，可以是半動片3的密封面，也可以是動片4的密封面。同樣的道理，在下密封面1和上密封面2上設置有環(huán)繞通孔5、6的溝槽也可以起到同樣的效果。
這樣，關閉時在改變閥阻階段，由于螺旋面為升降結構形態(tài)，而且可將其制作的比密封面粗糙，因此動片的螺旋面可以帶動半動片的螺旋面讓半動片在下壓板的密封面上滑動，由動片4的螺旋面帶動半動片3作旋轉運動，當半動片3在限位結構的作用下被限位后，半動片3不能再旋轉運動，這時下密封面1和上密封面2上的通孔5和通孔6均被動片4、半動片3的無孔部分遮閉，關閉過程自動轉入密封階段。在密封階段，動片4的轉動將使動片4的螺旋面與半動片3的螺旋面相對滑動，半動片3的密封面將垂直壓向上密封面2，實現(xiàn)密封。
開啟時在脫密封階段，由于氣體壓力和金屬的彈性變形，半動片3與下密封面1的摩擦阻力較大，動片4的螺旋面與半動片3的螺旋面相對滑動。當動片4的螺旋面與半動片3的螺旋面相對滑動到位時，動片4與半動片3的相對位置被限位結構限制，開啟過程自動轉入改變閥阻階段。在改變閥阻階段，動片4的旋轉運動將帶動半動片3滑動并使下密封面1和上密封面2上的通孔5和通孔6與動片4和半動片3的通孔7、通孔8對齊，閥門全部打開，同時半動片3再次被限位。
限位結構可以采用多種方式形成，這些屬于機械領域的常規(guī)技術。但為了簡化結構，可以在半動片3的外圓周上設置有限位凸塊13，密封腔內壁上設置有與限位凸塊13形狀和位置相適配的限位擋邊14，限位凸塊13、限位擋邊14以及半動片3和動片4上的螺旋面的垂直端面共同構成限位結構。
為了使其通孔的開度與轉角呈線性關系，所述通孔5、6和通孔7、8為扇形孔。
上述動力傳動裝置可以采用多種結構，例如齒輪傳動結構等，但為了簡化結構，可以采用操作桿9連接動片4。半動片3空套在操作桿9上，動片4與操作桿9軸密封固定連接。
為了便于制作，可以上述結構分體制作后進行組裝，這樣即可很好的滿足加工精度要求，還可以降低制造成本。例如，將上密封面1設置在下壓板10上，下密封面2設置在上壓板11上，下壓板10、支撐環(huán)12和上壓板11順序疊置并與閥體連接為一體，支撐環(huán)12內部中空的部位為密封腔。
在以上結構的基礎上，可以將采用多個密封腔沿軸向串連布置的結構形式，每個密封腔內均設置有密封單元。這樣，相鄰密封單元之間通過壓板間隔，這個壓板的兩個端面都為密封面且分別為兩個相鄰密封單元的上密封面1和下密封面2。這樣，將多個密封單元級連起來，從而可以制造出超高壓閥門。
實施例1如圖2、4～圖11所示，本發(fā)明的閥門包括設置有密封腔的閥體，下壓板10、支撐環(huán)12和上壓板11順序疊置并與閥體連接為一體，支撐環(huán)12內部中空的部位形成密封腔。將上密封面1設置在下壓板10上，下密封面2設置在上壓板11上，連接密封腔的流通通道的進口和出口分別設置在下壓板10和上壓板11的下密封面1和上密封面2上。密封腔內同軸順序疊置有與下密封面1和上密封面2相對布置的半動片3和動片4形成的密封單元，半動片3和動片4之間疊置的接觸面為沿圓周方向均勻分布的三段螺旋面，半動片3空套在操作桿9上，動片4與操作桿9密封固定連接。在下密封面1和上密封面2上開設沿圓周方向分布的扇形的通孔5和通孔6，通孔5和通孔6連通密封腔和流通通道，半動片3和動片4上的相鄰螺旋面之間設置有與通孔5、通孔6徑向位置對應的通孔7、通孔8，在半動片3的外圓周上設置有限位凸塊13，支撐環(huán)12的內壁上設置有與限位凸塊13形狀和位置相適配的限位擋邊14，限位凸塊13、限位擋邊14以及半動片3和動片4上的螺旋面的端面共同構成限位結構。與下密封面1和上密封面2接觸的半動片3和動片4的密封面上，設置有環(huán)繞通孔5和通孔6的溝槽15和溝槽16。
實施例2如圖3～圖11所示，本發(fā)明的閥門包括設置有密封腔的閥體，下壓板10、支撐環(huán)12和上壓板11順序疊置并與閥體連接為一體，支撐環(huán)12內部中空的部位形成密封腔。將上密封面1設置在下壓板10上，下密封面2設置在上壓板11上，連接密封腔的流通通道的進口和出口分別設置在下壓板10和上壓板11的下密封面1和上密封面2上。密封腔內同軸順序疊置有與下密封面1和上密封面2相對布置的兩個半動片3和一個動片4形成的密封單元，兩個半動片3疊置在動片4的兩端，半動片3和動片4之間疊置的接觸面為沿圓周方向均勻分布的三段螺旋面，半動片3空套在操作桿9上，動片4與操作桿9密封固定連接。在下密封面1和上密封面2上開設沿圓周方向分布的扇形的通孔5和通孔6，通孔5和通孔6連通密封腔和流通通道，半動片3和動片4上的相鄰螺旋而之間設置有與通孔5、6徑向位置對應的通孔7、8，在半動片3的外圓周上設置有限位凸塊13，支撐環(huán)12的內壁上設置有與限位凸塊13形狀和位置相適配的限位擋邊14，限位凸塊13、限位擋邊14以及半動片3和動片4上的螺旋面的端面共同構成限位結構。與下密封面1和上密封面2接觸的兩個半動片3的密封面上，設置有環(huán)繞通孔5和通孔6的溝槽15和溝槽16。
權利要求
1.閥門，包括設置有密封腔的閥體，連接密封腔的流通通道的進口和出口處分別設置有相對布置的下密封面(1)和上密封面(2)，其特征是密封腔內支撐并同軸疊置有與下密封面(1)和上密封面(2)相對布置的至少一個半動片(3)和一個動片(4)構成的密封單元，密封單元的兩端為密封面，在下密封面(1)和上密封面(2)以及半動片(3)和動片(4)上開設有沿圓周方向分布的軸向的通孔(5、6、7、8)，動片(4)上連接有動力傳動裝置，半動片(3)和動片(4)通過的限位結構使通孔(5、6、7、8)連通流通通道；當半動片(3)和動片(4)相對轉動時，半動片(3)和動片(4)之間疊置的接觸面的相對滑動使半動片(3)和動片(4)產(chǎn)生相對軸向移動。
2.如權利要求1所述的閥門，其特征是半動片(3)和動片(4)之間疊置的接觸面為沿圓周方向分布的螺旋面。
3.如權利要求2所述的閥門，其特征是至少兩段螺旋面沿圓周方向分布。
4.如權利要求2所述的閥門，其特征是半動片(3)的外圓周上設置有限位凸塊(13)，密封腔內壁上設置有與限位凸塊(13)形狀和位置相適配的限位擋邊(14)，限位凸塊(13)、限位擋邊(14)以及半動片(3)和動片(4)上的螺旋面的端面共同構成限位結構。
5.如權利要求2所述的閥門，其特征是動片(4)的兩端分別同軸疊置有半動片(3)，兩個半動片(3)與動片(4)之間疊置的接觸面為沿圓周方向分布且旋向相反的螺旋面，兩個半動片(3)的外端面為密封面。
6.如權利要求1所述的閥門，其特征是與下密封面(1)和上密封面(2)接觸的半動片(3)或/和動片(4)的外端面上設置有環(huán)繞通孔(7、8)的溝槽(15、16)。
7.如權利要求1所述的閥門，其特征是在下密封面(1)和上密封面(2)上設置有環(huán)繞通孔(5、6)的溝槽。
8.如權利要求1所述的閥門，其特征是半動片(3)和動片(4)之間疊置的接觸面為相互適配的凹凸結構。
9.如權利要求1所述的閥門，其特征是動力傳動裝置包括操作桿(9)，半動片(3)空套在操作桿(9)上，動片(4)與操作桿(9)軸密封固定連接。
10.根據(jù)1～9中任意一項權利要求所述的閥門，其特征是包括順序疊置并與閥體連接為一體的下壓板(10)、支撐環(huán)(12)和上壓板(11)，上密封面(1)設置在下壓板(10)上，下密封面(2)設置在上壓板(11)上，支撐環(huán)(12)內部中空的部位為密封腔。
11.如權利要求10所述的閥門，其特征是多個密封腔沿軸向串連布置，每個密封腔內均設置有密封單元。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種用于中、高壓且流體雙向流動的環(huán)境中使用的閥門，用較小的開關力矩即可提供足夠的密封比壓且結構簡單。該閥門在密封腔內同軸疊置有與下密封面和上密封面相對布置的至少一個半動片和一個動片構成的密封單元，在下密封面和上密封面以及半動片和動片上開設有沿圓周方向分布的軸向的通孔，半動片和動片通過的限位結構使通孔連通流通通道。當半動片和動片相對轉動時，疊置的接觸面的相對滑動使半動片和動片產(chǎn)生相對軸向移動。該閥門可用較小的開關力矩提供足夠的均勻壓力，使密封面產(chǎn)生足夠的密封比壓，還具有開關速度快、具有本征安全性的優(yōu)點，可廣泛的用于要求密封性能高、氣體雙向流動、開關頻繁而且開關速度快的場合。
文檔編號F16K3/10GK1834513SQ200610020678
公開日2006年9月20日 申請日期2006年4月10日 優(yōu)先權日2006年4月10日
發(fā)明者潘世永 申請人:潘世永, 唐聯(lián)生, 潘世俊