超低温高压角型压力平衡柱塞阀

技术领域

本发明属于超低温阀门技术领域，具体涉及一种超低温高压角型压力平衡柱塞调节阀。

背景技术

柱塞阀是一种由延长阀杆带动，并绕阀芯轴线作90度旋转运动或轴向位移实现启闭的阀门，亦可用于流体流量的调节与控制，在石油、石化、化工、电厂、冶金等领域得到广泛应用。在LNG系统低温介质工况中，对低温阀门提出了更高的要求，提出了可维修在线，高性能，低泄露，长寿命等功能要求。当前，很多服役于LNG接收站上的低温调节阀，依旧延用常规市场所用的塞状单座结构、多孔套筒平衡结构、多级降压结构以及迷宫阀芯结构。此类调节阀在常规气体、液体等简易工况下勉强能使用，而在LNG液化天然气等特殊气体，超低温度工况下，在阀腔内会发生汽蚀、闪蒸，经常会导致密封结构出现永久不可恢复的变形导致阀门内漏或者外漏，使接收站现场大小事故频出。另外，市场或工业现场现役柱塞阀基本上都是提升式结构，阀芯一般为悬空式塞型或者套筒式结构，悬空式阀芯开启后，阀芯悬空，极易被冲刷造成汽蚀或者阀杆受力不稳定导致断裂；套筒式柱塞阀密封一般均设计在套筒内壁，不耐冲刷，且在阀芯提升后易产生振动及噪音。

角型柱塞阀可适应安装空间受限的位置使用，一阀多用，用一台角型柱塞阀即可替代传统一个阀门+弯头的结构，但是目前市场上缺乏超低温工况下使用的且使用寿命长的角型柱塞阀。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术存在的缺点和不足，而提供一种超低温高压角型压力平衡柱塞调节阀。

本发明所采取的技术方案如下：一种超低温高压角型压力平衡柱塞调节阀，包括依次相连的阀体、阀盖、加长支架、驱动装置，所述驱动装置连接阀杆并可驱动阀杆旋转，所述阀杆穿过加长支架、阀盖伸入阀体连接位于阀体内的阀芯，所述阀体内设有圆柱形阀腔和位于圆柱形阀腔一侧的且与圆柱形阀腔相衔接的出口腔，所述圆柱形阀腔两端为开口，所述阀体在圆柱形阀腔的两端处分别连接入口端盖和阀盖，入口端盖内设有入口腔；

所述阀芯为与圆柱形阀腔适配的圆柱形柱塞结构，所述阀芯设置于圆柱形阀腔内且相对阀体可转动设置，且所述阀芯的两端分别抵接入口端盖和阀盖；所述阀芯接近阀盖的一端设有与阀杆周向联动配合的联动孔且远离阀盖的一端设有与入口腔连通的阀芯入口，所述阀芯内设有阀芯空腔，所述阀芯侧壁上设有阀芯出口，所述阀芯出口对应出口腔设置，入口腔内的流体依次经阀芯入口、阀芯空腔、阀芯出口流入到出口腔；

所述出口腔内固定有阀座，所述阀座上设有与阀芯的圆柱体回转面密封配合的阀座密封端面。

所述出口腔为圆柱形，且所述出口腔的中心轴与圆柱形阀腔的中心轴相垂直设置。

所述阀座外侧设有与阀体连接固定套，所述阀座与固定套之间设有弹性件，在弹性件的作用下，阀座密封端面与阀芯的圆柱体回转面保持密封接触。

所述弹性件为压缩弹簧，且设有若干个沿环周等间距设置；所述固定套与阀体内壁采用螺纹结构配合，通过转动固定套可调节弹性件的弹力。

所述阀座外周设有密封环槽，所述密封环槽内设有单密封蓄能圈，所述单密封蓄能圈密封端朝向阀芯方向设置。

所述阀座为第一阀座件和第二阀座件组合形成，所述阀座密封端面设置于第一阀座件远离第二阀座件的端面，所述第一阀座件外周接近第二阀座件开槽形成密封环槽，所述第二阀座件端部凸起形成凸环部，所述凸环部伸入密封环槽中对单密封蓄能圈形成定位作用。

所述阀芯入口和阀芯空腔为阀芯远离阀盖的一端向内开设与阀芯同轴心的圆柱形开槽形成的；所述阀芯入口内径大于阀芯入口内径。

所述阀芯外周面设有环形槽，环形槽内壁为与所述阀座密封端面密封配合的阀芯密封面，所述阀芯相对环形槽凸起的其它部分与圆柱形阀腔内壁贴合。

所述阀座密封端面和阀芯密封面表面喷涂硬密封涂层；所述入口端盖抵接阀芯的一端设有定位凹槽，所述阀芯抵接入口端盖的一端设有与定位凹槽相配合的定位凸环。

所述加长支架上设有滴水板，以及在滴水板与阀盖之间设有若干道弧月形散热槽。

本发明的有益效果如下：

1. 本发明提供的柱塞式调节阀阀芯和阀座开关过程中，始终保持稳定贴合的位置，尤其是在高压差工况下，不会造成抖动；

2. 在高压差工况下，流体介质所产生的漩涡以及汽蚀均在柱塞阀芯内壁，即非密封面上，不影响密封效果，有效提高了使用寿命；

3. 阀芯密封环面属于圆柱体回转面，极易加工，相对于LNG常用的低温球阀球体（阀芯）而言，柱塞阀芯的加工难度系数低，对加工以及检测设备要求低，球形阀芯一般要高精度的三坐标检测仪器才能验证其圆度。其次，柱塞阀阀芯和阀座的配磨难度系数，对研磨的工装夹具提出了更低的要求，更容易达到技术要求的密封效果；

4. 在传动LNG常见的阀门中，一般为了安全起见，均设计为阀前泄压结构，一般都要通过在阀芯上开孔来实现；柱塞式调节阀的阀芯上游端可直接设计加工为和上游管道相连通的结构，且中腔在阀门关闭后无任何介质残留，有效避免了中腔异常升压导致的危险；

5. 该柱塞阀由一体式设计，主要由阀体、下端盖、上盖、阀芯及其它内件组成，其中阀体和下端盖可由一体加工而成，此设计能做到模块化，简化制造工艺，节约成本。更换简单，安装方便。且能自由组合与工艺管道的外接形式。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，根据这些附图获得其他的附图仍属于本发明的范畴。

图1为本发明一种实施例的结构示意图；

图2为本发明一种实施例中阀体结构的剖视图；

图3为本发明一种实施例中阀芯的立体结构示意图（a）和剖视图（b）；

图4为本发明一种实施例中第一阀座件的结构示意图；

图5为图1中A部分的放大示意图；

图6为本发明一种实施例中阀芯与阀座配合的结构示意图，（a）~（d）分别从全开到全闭的不同开度的结构示意图；

图7为图1中B部分的放大示意图；

图8为本发明另一种实施例中阀芯与阀座配合的结构示意图，（a）~（d）分别从全开到全闭的不同开度的结构示意图；

图9为本发明一种实施例中阀杆端部的结构示意图（a）和图1中C部分的放大示意图；

图中，1，阀体；101，圆柱形阀腔；102，出口腔；2，阀盖；201，隔环；3，加长支架；301，弧月形散热槽；4，驱动装置；5，阀杆；501；联动部；502，配合圆柱；6，阀芯；601，联动孔；602，阀芯入口；603，阀芯空腔；604，阀芯出口；605，环形槽；606，定位凸环；607，配合孔；7，入口端盖；701，入口腔；702，定位凹槽；8，阀座；801，阀座密封端面；802，密封环槽；803，第一阀座件；804，第二阀座件；805，凸环部；806，弹簧限位腔； 10，固定套；11，弹性件；12，单密封蓄能圈；13，滴水板；14，阀套轴承；15，唇形密封圈；16，密封垫片。

具体实施方式

为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明作进一步地详细描述。

本发明所提到的方向和位置用语，例如「上」、「下」、「前」、「后」、「左」、「右」、「内」、「外」、「顶部」、「底部」、「侧面」等，仅是参考附图的方向或位置。因此，使用的方向和位置用语是用以说明及理解本发明，而非对本发明保护范围的限制。

如图1所示，一种超低温高压角型压力平衡柱塞调节阀，包括依次相连的阀体1、阀盖2、加长支架3、驱动装置4，所述驱动装置4连接阀杆5并可驱动阀杆5旋转，所述阀杆5穿过加长支架3、阀盖2伸入阀体1连接位于阀体1内的阀芯6，如图2所示，所述阀体1内设有圆柱形阀腔101和位于圆柱形阀腔101一侧的且与圆柱形阀腔101相衔接的出口腔102，所述圆柱形阀腔101两端为开口，所述阀体1在圆柱形阀腔101的两端处分别连接入口端盖7和阀盖2，入口端盖7内设有入口腔701；

如图3所示，所述阀芯6为与圆柱形阀腔101适配的圆柱形柱塞结构，所述阀芯6设置于圆柱形阀腔101内且相对阀体1可转动设置，且所述阀芯6的两端分别抵接入口端盖7和阀盖2；所述阀芯6接近阀盖2的一端设有与阀杆5周向联动配合的联动孔601且远离阀盖2的一端设有与入口腔701连通的阀芯入口602，所述阀芯6内设有阀芯空腔603，所述阀芯6侧壁上设有阀芯出口604，所述阀芯出口604对应出口腔102设置，入口腔701内的流体依次经阀芯入口602、阀芯空腔603、阀芯出口604流入到出口腔102；

所述出口腔102内固定有阀座8，所述阀座8上设有与阀芯6的圆柱体回转面密封配合的阀座密封端面801。

所述出口腔102为圆柱形，且所述出口腔102的中心轴与圆柱形阀腔101的中心轴相垂直设置。

阀体1、阀盖2、加长支架3、驱动装置4通过紧固螺栓依次相连。

如图9（a）所示，阀杆5外周设有与联动孔601适配的联动部501，联动孔601与阀芯空腔603之间通过圆柱形的配合孔607衔接，并且在阀杆5下端部设有与配合孔607紧密配合的配合圆柱502。

如图9（b）所示，阀盖2内壁设有凸起的隔环201，所述隔环201与阀杆5间隙配合，所述阀杆5与阀盖2之间设有位于隔环201下侧的阀套轴承14和位于隔环201上侧的唇形密封圈15，唇形密封圈15的密封端朝向下设置，位于阀盖2上的加长支架3与阀盖2之间设有密封垫片16且对唇形密封圈15形成向下的挤压作用。

如图5所示，所述阀座8外侧设有与阀体1连接固定套10，所述阀座8与固定套10之间设有弹性件11，在弹性件11的作用下，阀座密封端面801与阀芯6的圆柱体回转面保持密封接触。

所述弹性件11为压缩弹簧，且设有若干个沿环周等间距设置；所述固定套10与阀体1内壁采用螺纹结构配合，通过转动固定套10可调节弹性件11的弹力。

所述阀座8外周设有密封环槽802，所述密封环槽802内设有单密封蓄能圈12，所述单密封蓄能圈12密封端朝向阀芯6方向设置。

所述阀座8为第一阀座件803和第二阀座件804组合形成，所述阀座密封端面801设置于第一阀座件803远离第二阀座件804的端面，所述第一阀座件803外周接近第二阀座件804开槽形成密封环槽802，所述第二阀座件804端部凸起形成凸环部805，所述凸环部805伸入密封环槽802中对单密封蓄能圈12形成定位作用。将阀座8设置为分体的便于单密封蓄能圈12的无损拆装，较少维护成本。

所述阀芯入口602和阀芯空腔603为阀芯6远离阀盖2的一端向内开设与阀芯6同轴心的圆柱形开槽形成的；所述阀芯入口602内径大于阀芯入口602内径。

所述阀芯6外周面设有环形槽605，环形槽605内壁为与所述阀座密封端面801密封配合的阀芯密封面，所述阀芯6相对环形槽605凸起的其它部分与圆柱形阀腔101内壁贴合；所述阀座密封端面801和阀芯密封面表面喷涂硬密封涂层。硬密封涂层具体可以为目前用于阀门的场景的硬密封涂层，本实施例具体采用碳化钨耐磨涂层。所述阀芯6相对环形槽605凸起的其它部分与圆柱形阀腔101内壁贴合确保在阀芯开关过程中，始终保持稳定贴合的位置，尤其是在高压差工况下，不会造成抖动，设置环形槽605的作用是使阀芯密封面与阀体1内壁之间没有贴合，在阀芯开关过程中，阀芯密封面与阀体1内壁之间始终保持一定间距，阀芯密封面仅与阀座密封端面801之间相互作用，提高硬密封涂层的使用寿命。

所述入口端盖7抵接阀芯6的一端设有定位凹槽702，所述阀芯6抵接入口端盖7的一端设有与定位凹槽702相配合的定位凸环606。

如图1所示，加长支架3上设有滴水板13，以及在滴水板13与阀盖2之间设有若干道弧月形散热槽301。滴水板13采用板材制造，先整平板材，用摩擦焊与加长支架连接，保证其平整度及性能，确保阀门的散热性。目前超低温阀门技术领域通常通过对阀盖进行加长、在加长阀盖外周开设环形散热槽或者增加散热板等方式增加散热面积，其中在加长阀盖外周所开设的环形散热槽通常为截面为矩形的环形槽，当在加长阀盖外周开设若干上述结构的环形散热槽后，可明显提高散热效率，但是加长支架3的强度也会随之明显降低，因为设有环形散热槽的加长支架3部分壁厚明显减小，其在外力作用下，相对容易弯折，如果增加加长支架3壁厚，则影响散热效率，本实施例所设的弧月形散热槽301且截面为弧月形，即其表面为凹曲面，虽然环形散热槽的加长支架3部分壁厚减小，但是凹曲面的设置有效提高加长支架3的抗弯折能力，提高整体加长支架3的强度。

本实施例提供的柱塞调节阀相比现有产品具有以下效果：

1. 采用角阀设计结构，可适应安装空间受限的位置使用，一阀多用，用一台角型柱塞阀即可替代传统一个阀门+弯头的结构。

2. 如图1所示，入口腔701内的流体依次经阀芯入口602、阀芯空腔603、阀芯出口604流入到出口腔102，由于阀座密封结构位于阀芯出口604外周的阀芯的圆柱体回转面，流体先进入阀芯空腔603，流阻产生的汽蚀全部发生在阀芯内腔，丝毫不影响密封面，因此，对阀座密封结构不会产生影响，可在任何高压差工况下使用。

3. 阀体1、阀芯6入口端盖7可由一体加工而成，如图2所示，本实施例的阀体1加工简单，其内腔由两个中心轴相垂直的圆柱形通孔组成，可以在较低的成本条件下实现高精度加工，同时，阀芯密封环面属于圆柱体回转面，极易加工，相对于LNG常用的低温球阀球体（阀芯）而言，柱塞阀芯的加工难度系数低，对加工以及检测设备要求低，球形阀芯一般要高精度的三坐标检测仪器才能验证其圆度。其次，柱塞阀阀芯和阀座的配磨难度系数，对研磨的工装夹具提出了更低的要求，更容易达到技术要求的密封效果。

4. 在传动LNG常见的阀门中，一般为了安全起见，均设计为阀前泄压结构，一般都要通过在阀芯上开孔来实现；本实施例提供的柱塞式调节阀采用阀后密封结构；阀芯上游端直接设计加工为和上游管道相连通的结构，且中腔在阀门关闭后无任何介质残留，有效避免了中腔异常升压导致的危险。

5. 本实施例的，阀杆和阀芯紧密配合，阀杆承受的径向力小，不易导致阀杆断裂。

6. 本实施例的阀芯，阀芯出口604设置在阀芯6侧壁上，可以根据实际工况需求调整阀芯出口604的结构，阀芯出口604可以设置为如图6所示的长条形孔或者如图8所示的菱形孔或者为其它形状的通孔，使阀门具备不同的调节性能，可做成直线型、等百分比以及全通径型，流阻小，流量可控。菱形孔可适应带颗粒介质的切断和调节功能。

7. 本实施例的阀芯上下两端分别被阀盖2和入口端盖7抵住限位，外周壁被阀体限位，仅可周向转动，在阀芯和阀座开关过程中，尤其是在高压差工况下，不会造成抖动，因此不会产生。

8. 本实施例的阀杆被压紧在阀体中，有效避免高压情况下阀杆飞出造成的危险。

以上所揭露的仅为本发明较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明权利要求所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。