流體力平衡錐面直角閥門的制作方法
【技術領域】
[0001] 本發(fā)明用于流體管道輸送和流體壓力傳動中，它屬于流體管道輸送和流體壓力傳 動中的元件領域。
【背景技術】
[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、閥芯轉桿均受流體壓力作用，由于 對這種力分析與認識不足，從而導至閥門從設計上缺少理論依據(jù)，工藝上我們還缺少精尖 的設備及操作人員、加工工藝、檢測手段，在閥芯、閥芯轉桿、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到了國內(nèi)用戶與國外不發(fā)達地 區(qū)用戶能接受水平，但使用一段時間，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年進口閥門200多億元，高壓閥門質(zhì)量不過關，主要反映在閥 的內(nèi)漏和外漏、閥體震動三個方面，這說明我國在閥門制造業(yè)趕超世界先進水平還要走一 段路程。
[0003] 目前在使用中的蝶閥、閘閥較普遍存在閥體震動問題，一般是流體壓力越大震動 越劇烈，震動使密封損傷，從而產(chǎn)生內(nèi)漏、外漏，也可損傷閥體或轉桿螺紋連接，震動的存在 說明我們在閥的結構設計、加工精度、配合精度等方面，一定有不足之處，物體的震動一定 有力的存在，下面以閘閥為例進行力的分析，閥在工作中，流體壓力除作用泵體外，還作用 于閘板與轉桿上，閘閥在關閉狀態(tài)，閘板出口端的壓力一般為大氣壓，若閘板與轉桿固定連 接，閘板圓周面上因失去力平衡，流體壓力將給閘板一個向上的力，方向指向轉桿軸線的 力，若閘板與轉桿螺紋連接，流體壓力作用連桿端面上，將帶動閘板產(chǎn)生向上力，力的大小 取決于流體壓力與轉桿密封的截面面積乘積，同時閘板進口端受到流體壓力，力的大小取 決于流體壓力與閘板面積乘積，在實際生產(chǎn)中，閥閉合后，流體進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刻變化的，在這時刻變化并不斷同時作用閘板與轉 桿上，并從閘板轉桿傳至密封、泵體、轉桿螺紋連接處，這種變化的力是閥體產(chǎn)生震動的根 源，若轉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 間隙導致不斷增大力的沖擊，加速損壞螺紋連接、增大閥體震動、轉桿密封加速損壞的后 果，當閘板在開、關的過程中，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桿上，由于閘閥的結 構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] 蝶閥中的蝶板與轉桿受力狀態(tài)與閘閥類似，蝶閥另一個不足是碟板在閥打開時， 碟板的存在減小流體通過斷面，球閥的不足是：在閥關閉狀態(tài)，進口端流體壓力作用球閥芯 上，將球閥芯推向出口端，使進口端球閥閥芯與閥座密封間隙增大，導致流體作用面加大， 推力增大，且流體中的微小顆粒易進入間隙，轉動時拉傷密封表面，產(chǎn)生內(nèi)漏，當流體壓力 大，閥口徑大，需很大力矩，有時很難打開。

【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，要想設計出一種不受流體作用的 閥芯是不可能的，本人的設計思想是：設計一種流體作用閥芯的力均平衡，目的是：消除閥 的震動根源，提高閥的使用性能和壽命，具體內(nèi)容：閥芯為一圓臺體，圓臺體的上部設與之 一體轉軸，其軸線與圓臺體軸線重合，以圓臺體的中位線為軸線設一水平孔，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，在圓臺體上，形成上、下兩個圓 臺密封環(huán)，在閥芯小端面設有一個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孔內(nèi)，閥芯與閥體錐孔的配合應滿足：無論閥芯轉至何處，閥芯 表面任何一點與錐孔表面對應點，其間隙為零。在閥體上設一孔，其孔軸線與閥芯水平孔在 一平面且同徑，當閥芯轉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 圓臺與閥體錐孔緊密配合，上端蓋在與轉軸和閥體配合處分別設有密封，且上端蓋下部與 閥芯大端面留有空間，在閥芯的小端面設有下端蓋與閥體螺栓連接，并在與閥體配合處設 密封，端蓋中部設一與閥芯軸線同軸透孔，直徑同閥芯孔，此孔為流體進口，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，采取以下兩個技術措施；1、軸向力：在閥芯水 平孔上端，以閥芯軸線為軸設一孔，孔的上端設一水平透轉軸兩側孔，將其于閥芯大端面上 部空間連通，此時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，設計時必須滿足
。2、徑向力：因閥芯各孔均對稱設置，故力均平衡，只有當閥關閉時， 閥的出口端仍有流體壓力作用在閥芯上，一個是徑向力、一個是向上的力矩，且這兩種力隨 出口泄壓過程時刻變化，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 另一側設一不透且同徑容腔，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，這時閥芯的高H=d+2a，在閥芯軸線與管道軸線交點為圓心，確定閥芯水 平孔軸線處的直徑，此直徑必須滿足當閥完全關閉時，出口的兩側邊線到閥芯水平孔邊線 有一密封弧長，此直徑為爲（繪圖與計算均可，此略)，在直徑爲兩端點分別在一個平面內(nèi) 作垂線，并以兩端點為轉點，在平面內(nèi)4上部兩直線向外轉同一角
即為閥芯錐角，此 時閥芯上、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是垂線的轉動在直徑私基礎上半徑增加或減 小量，此時應該滿足：
的條件，式中U3為轉軸密封處直徑， 是人為設定的，從式中可得出b值，從而確定D、4、0角，若0角過大或過小，可重新設定 1?,并達到合適為止，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)生一個向上的作用面積