流體力平衡錐面直角閥門的制作方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本發(fā)明用于流體管道輸送和流體壓力傳動(dòng)中，它屬于流體管道輸送和流體壓力傳 動(dòng)中的元件領(lǐng)域。
【背景技術(shù)】
[0002] 目前在流體管道輸送中所用的閥門主要有閘閥、蝶閥、球閥三種，從壓力劃分，有 高壓閥門和低壓閥門之分，這三種閥門在工作中其閥芯、閥芯轉(zhuǎn)桿均受流體壓力作用，由于 對這種力分析與認(rèn)識(shí)不足，從而導(dǎo)至閥門從設(shè)計(jì)上缺少理論依據(jù)，工藝上我們還缺少精尖 的設(shè)備及操作人員、加工工藝、檢測手段，在閥芯、閥芯轉(zhuǎn)桿、密封的材料上我們同國外企業(yè) 還有欠缺，目前我國企業(yè)生產(chǎn)的閥門，除在低壓閥門基本達(dá)到了國內(nèi)用戶與國外不發(fā)達(dá)地 區(qū)用戶能接受水平，但使用一段時(shí)間，內(nèi)漏、外漏普遍存在，在高壓閥門國內(nèi)外用戶均不愿 選國產(chǎn)，具資料顯示我國2013年進(jìn)口閥門200多億元，高壓閥門質(zhì)量不過關(guān)，主要反映在閥 的內(nèi)漏和外漏、閥體震動(dòng)三個(gè)方面，這說明我國在閥門制造業(yè)趕超世界先進(jìn)水平還要走一 段路程。
[0003] 目前在使用中的蝶閥、閘閥較普遍存在閥體震動(dòng)問題，一般是流體壓力越大震動(dòng) 越劇烈，震動(dòng)使密封損傷，從而產(chǎn)生內(nèi)漏、外漏，也可損傷閥體或轉(zhuǎn)桿螺紋連接，震動(dòng)的存在 說明我們在閥的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、加工精度、配合精度等方面，一定有不足之處，物體的震動(dòng)一定 有力的存在，下面以閘閥為例進(jìn)行力的分析，閥在工作中，流體壓力除作用泵體外，還作用 于閘板與轉(zhuǎn)桿上，閘閥在關(guān)閉狀態(tài)，閘板出口端的壓力一般為大氣壓，若閘板與轉(zhuǎn)桿固定連 接，閘板圓周面上因失去力平衡，流體壓力將給閘板一個(gè)向上的力，方向指向轉(zhuǎn)桿軸線的 力，若閘板與轉(zhuǎn)桿螺紋連接，流體壓力作用連桿端面上，將帶動(dòng)閘板產(chǎn)生向上力，力的大小 取決于流體壓力與轉(zhuǎn)桿密封的截面面積乘積，同時(shí)閘板進(jìn)口端受到流體壓力，力的大小取 決于流體壓力與閘板面積乘積，在實(shí)際生產(chǎn)中，閥閉合后，流體進(jìn)口端的壓力與上游泵的壓 力、流量以及上游各用戶所用流量而時(shí)刻變化的，在這時(shí)刻變化并不斷同時(shí)作用閘板與轉(zhuǎn) 桿上，并從閘板轉(zhuǎn)桿傳至密封、泵體、轉(zhuǎn)桿螺紋連接處，這種變化的力是閥體產(chǎn)生震動(dòng)的根 源，若轉(zhuǎn)桿螺紋連接加工精度、配合精度不足夠高，變化力將破壞螺距間的間隙，從而增大 間隙導(dǎo)致不斷增大力的沖擊，加速損壞螺紋連接、增大閥體震動(dòng)、轉(zhuǎn)桿密封加速損壞的后 果，當(dāng)閘板在開、關(guān)的過程中，閘板密封面將承受較大變化壓力作用，很難做到不拉毛、拉傷 密封表面，閘板完全打開閘板兩端面力平衡，但變化的力始終作用閥轉(zhuǎn)桿上，由于閘閥的結(jié) 構(gòu)決定這種力是必須存在的，且無法使它們平衡，為了降低力的損害，提高閥的使用壽命， 國內(nèi)外企業(yè)主要是從轉(zhuǎn)桿螺紋連接與閘板密封面兩處展開競爭。
[0004] 蝶閥中的蝶板與轉(zhuǎn)桿受力狀態(tài)與閘閥類似，蝶閥另一個(gè)不足是碟板在閥打開時(shí)， 碟板的存在減小流體通過斷面，球閥的不足是：在閥關(guān)閉狀態(tài)，進(jìn)口端流體壓力作用球閥芯 上，將球閥芯推向出口端，使進(jìn)口端球閥閥芯與閥座密封間隙增大，導(dǎo)致流體作用面加大， 推力增大，且流體中的微小顆粒易進(jìn)入間隙，轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)拉傷密封表面，產(chǎn)生內(nèi)漏，當(dāng)流體壓力 大，閥口徑大，需很大力矩，有時(shí)很難打開。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 閥芯在流體中要受到來自流體各方向力的作用，要想設(shè)計(jì)出一種不受流體作用的 閥芯是不可能的，本人的設(shè)計(jì)思想是：設(shè)計(jì)一種流體作用閥芯的力均平衡，目的是：消除閥 的震動(dòng)根源，提高閥的使用性能和壽命，具體內(nèi)容：閥芯為一圓臺(tái)體，圓臺(tái)體的上部設(shè)與之 一體轉(zhuǎn)軸，其軸線與圓臺(tái)體軸線重合，以圓臺(tái)體的中位線為軸線設(shè)一水平孔，其孔直徑與外 管道一致，孔的上、下端至閥芯上、下端面有距離相等高度，在圓臺(tái)體上，形成上、下兩個(gè)圓 臺(tái)密封環(huán)，在閥芯小端面設(shè)有一個(gè)與閥芯同軸線且與水平孔同徑完全貫通孔，作為流體通 道，閥芯座落在閥體的錐臺(tái)孔內(nèi)，閥芯與閥體錐孔的配合應(yīng)滿足：無論閥芯轉(zhuǎn)至何處，閥芯 表面任何一點(diǎn)與錐孔表面對應(yīng)點(diǎn)，其間隙為零。在閥體上設(shè)一孔，其孔軸線與閥芯水平孔在 一平面且同徑，當(dāng)閥芯轉(zhuǎn)至水平孔軸線與其孔軸線重合，二孔充分貫通，此孔為流體出口， 閥芯大端面設(shè)一上端蓋且與閥體用螺栓連接，并壓縮彈簧，經(jīng)軸承將力作用閥芯上，使閥芯 圓臺(tái)與閥體錐孔緊密配合，上端蓋在與轉(zhuǎn)軸和閥體配合處分別設(shè)有密封，且上端蓋下部與 閥芯大端面留有空間，在閥芯的小端面設(shè)有下端蓋與閥體螺栓連接，并在與閥體配合處設(shè) 密封，端蓋中部設(shè)一與閥芯軸線同軸透孔，直徑同閥芯孔，此孔為流體進(jìn)口，下端蓋的上端 與閥芯小端面留有空間。
[0006] 為了保障流體作用閥芯的力平衡，采取以下兩個(gè)技術(shù)措施；1、軸向力：在閥芯水 平孔上端，以閥芯軸線為軸設(shè)一孔，孔的上端設(shè)一水平透轉(zhuǎn)軸兩側(cè)孔，將其于閥芯大端面上 部空間連通，此時(shí)流體作用閥芯向下的有效面積為
式中D為閥芯大端面直 徑，i>s為轉(zhuǎn)軸直徑，流體作用閥芯向i的有效面積戈
，式中!為閥芯小端面的直
徑，還有(近似值)，式中d為閥芯水平孔直徑，^為閥芯水平孔上端處閥芯的直 徑，％為閥芯水平孔下端處閥芯直徑，若想閥芯軸向力平衡，設(shè)計(jì)時(shí)必須滿足
。2、徑向力：因閥芯各孔均對稱設(shè)置，故力均平衡，只有當(dāng)閥關(guān)閉時(shí)， 閥的出口端仍有流體壓力作用在閥芯上，一個(gè)是徑向力、一個(gè)是向上的力矩，且這兩種力隨 出口泄壓過程時(shí)刻變化，為了消除閥芯這一力的不平衡，將閥體出口的孔沿孔軸線在閥體 另一側(cè)設(shè)一不透且同徑容腔，并在閥體上用孔將容腔與閥體出口連接，從而保障了閥芯每 時(shí)每刻徑向力平衡。
[0007] 閥芯尺寸的確定：首先在一平面內(nèi)作一水平孔，其直徑與外接管同直徑為d，在管 道中部，在平面內(nèi)做水平孔垂線，此線做為閥芯軸線，在水平孔的上、下兩端向上、向下用等 距離a，在一個(gè)平面內(nèi)分別作平行水平孔端線的平行線，上線為閥芯大端面的邊線，下線為 閥芯小端面的邊線，這時(shí)閥芯的高H=d+2a，在閥芯軸線與管道軸線交點(diǎn)為圓心，確定閥芯水 平孔軸線處的直徑，此直徑必須滿足當(dāng)閥完全關(guān)閉時(shí)，出口的兩側(cè)邊線到閥芯水平孔邊線 有一密封弧長，此直徑為爲(wèi)（繪圖與計(jì)算均可，此略)，在直徑爲(wèi)兩端點(diǎn)分別在一個(gè)平面內(nèi) 作垂線，并以兩端點(diǎn)為轉(zhuǎn)點(diǎn)，在平面內(nèi)4上部兩直線向外轉(zhuǎn)同一角
即為閥芯錐角，此 時(shí)閥芯上、下端面線與這兩條斜線組成閥芯剖面圖，且=
式中D為 閥芯大端面直徑、巧為閥芯小端面的直徑，b是垂線的轉(zhuǎn)動(dòng)在直徑私基礎(chǔ)上半徑增加或減 小量，此時(shí)應(yīng)該滿足：
的條件，式中U3為轉(zhuǎn)軸密封處直徑， 是人為設(shè)定的，從式中可得出b值，從而確定D、4、0角，若0角過大或過小，可重新設(shè)定 1?,并達(dá)到合適為止，重新確定D、！^及0角，為了使流體對閥芯軸向力的平衡，必須考慮 由于閥芯水平孔兩端處在錐面上，流體必產(chǎn)生一個(gè)向上的作用面積