一种三通换向阀的制作方法

1.本发明属于蓄热式燃烧技术领域，涉及一种改变烟气(或空气或燃气)流动方向的三通换向阀。


背景技术：

2.蓄热式燃烧技术是20世纪90年代开始在钢铁、冶金行业推广采用的一种全新型燃烧技术。它具有高效烟气余热回收，排烟温度低于150℃，高预热空气温度，空气温度在1000℃左右，低nox排放等多重优越性。
3.换向阀是实现蓄热式燃烧技术的重要设备，通过换向阀的切换改变烟气(或空气或燃气)流动方向，功能上和蓄热式空气预热器的换向阀是一致的。
4.文献一《蓄热式燃烧用换向阀技术综述》(刘占增,蒋扬虎,丁翠娇等，2007中国钢铁年会论文集，2007:1138-1139.)介绍了钢铁行业国内外蓄热式炉窑常用的6种换向阀：组合式换向阀、两位五通换向阀、大型四通换向阀、小型旋转四通换向阀、小型三通换向阀、双关三通换向阀，并对换向阀的控制方式、换向时间、密封性和使用寿命进行了论述。文献一同时指出了这6种换向阀在实际使用中存在的共性问题：密封圈烧损、执行机构不灵活和不到位、密封不严漏气问题，以及旋瓣式三通阀阀瓣脱落、介质短路等问题。


技术实现要素：

5.本发明的目的是提供一种用于蓄热式燃烧技术的三通换向阀，以解决现有技术的换向阀存在的上述问题，满足动作快、密封好、成本低、使用寿命长的性能要求。
6.本发明的具体技术方案如下：
7.一种三通换向阀，用于蓄热式燃烧技术中，烟气(或空气或燃气)通过其与蓄热室连通，实现烟气(或空气或燃气)交替流经蓄热室完成换热的目的。所述三通换向阀特征在于：该三通换向阀包括上壳体、下壳体、阀盘、阀座、阀轴和弹簧，阀盘和阀座之间为端面密封，阀盘在弹簧作用下始终紧贴在阀座上，阀盘可以120
°
往复旋转。
8.所述上壳体为圆筒形，底部敞开与下壳体连接，顶部除轴孔外封闭，侧壁无接口。
9.所述下壳体为圆筒形，底部封闭，顶部敞口连接阀座和上壳体，侧壁有三个接口。下壳体内部有三块隔板和一根轴套将内部空间分隔为三个不相通的隔间，每个隔间的侧壁有一个接口，每个隔间的顶部有阀座的一个等径通孔。
10.所述阀座为圆盘形，上表面为密封面，除轴孔外，阀座上有三个圆心在同一圆周上的等径通孔，三个等径通孔间隔120
°
均布，等径通孔的孔直径小于或等于相邻两个等径通孔之间的间距的0.5倍。
11.所述阀盘由底盘和通道管组成，底盘下表面为密封面，通道管位于底盘上表面。底盘为圆盘形，除轴孔和键槽外，底盘上有二个圆心在同一圆周上、间隔120
°
分布的等径通孔。底盘上的二个等径通孔与阀座上的三个等径通孔直径相同，底盘上的二个等径通孔的圆心所在圆直径与阀座上的三个等径通孔圆心所在圆的直径也相同。在底盘上表面，通道
管连通底盘上的二个等径通孔。
12.所述弹簧套装在上壳体与阀盘之间的阀轴外。
13.作为本发明的优选，其进一步特征在于：所述阀盘的通道管为180
°
弯管。
14.作为本发明的优选，其进一步特征在于：所述阀盘的a通道管的横截面为倒u型、方形、梯形。
15.作为本发明的优选，其进一步特征在于：阀座为复合材料，最优组合为“金属板+聚四氟乙烯板”。
16.本发明的有益效果在于：
17.1)与现有技术换向阀的有多少个接口就有多少个密封面相比，本发明换向阀仅有一个密封面，密封面显著减少，泄漏概率大幅降低；
18.2)与现有技术换向阀密封形式相比，本发明的端面密封形式，密封性能更好，结构更简单、更可靠，性价比更高，制造更容易，成本更低，更容易实现大型化；
19.3)与现有技术换向阀的阀芯三维旋转相比，本发明的阀盘平面二维旋转，摩擦阻力更小，转动所需功率更低，更有利于执行机构的小型化；
20.4)与现有技术换向阀三维旋转相比，本发明的阀盘平面二维旋转，阀盘的自由度更高，在径向、轴向均可以自由膨胀，且密封面磨损可以自动补偿；
21.5)本发明的阀盘在120
°
间歇往复旋转过程中，不断自研磨、自抛光密封面，密封性能不断提高。
22.下面用附图和具体实施方式对本发明做进一步的详细说明，但并不限制本发明的范围。
附图说明
23.下面的附图示意说明了本发明的一种形式，但不限于这种形式。
24.图1为本发明一种三通换向阀结构图；
25.图2为本发明一种三通换向阀结构剖视图；
26.图3为本发明一种三通换向阀分解视图；
27.图4为本发明一种三通换向阀的上壳体；
28.图5为本发明一种三通换向阀的下壳体；
29.图6为本发明一种三通换向阀的阀盘俯视图；
30.图7为本发明一种三通换向阀的阀盘仰视图(可见下表面的密封面)；
31.图8为本发明一种三通换向阀的阀盘分解视图；
32.图9为本发明一种三通换向阀的阀座俯视图；
33.图10为本发明一种三通换向阀的换向阀的阀盘120
°
间歇往复旋转时，阀盘与阀座各孔导通的关系变化俯视图；
34.图11为本发明作为三通换向阀工作示意图(活塞杆收回，阀盘停留在0
°
位)；
35.图12为本发明作为三通换向阀工作示意图(活塞杆伸出，阀盘停留在120
°
位)。
36.图中所示附图标记是：
37.110、烟气物流；
38.1、阀轴；2、连接件；3、弹簧；4、螺栓孔；
39.10、换向阀；
40.20、上壳体；
41.21、筒体；22、盖板；23、法兰；24、轴孔；
42.30、阀盘；
43.31、通道管；32、底盘；33、轴孔；34、键槽；35、密封面；
44.31-1、通道管端口一；31-2、通道管端口二；
45.32-1、底盘孔一；32-2、底盘孔二；
46.40、阀座；
47.40-1、阀座孔一；40-2、阀座孔二；40-3、阀座孔三；40-4、轴孔；41、密封面；
48.50、下壳体；
49.50-1、隔间一；50-2、隔间二；50-3、隔间三；
50.51、筒体；52、法兰；53、盖板；54、隔板；55、轴套；56、接口法兰；
51.57、接口套管；
52.57-1、三通接口一；57-2、三通接口二；57-3、三通接口三；
53.60、执行机构；
54.61、气缸；62、活塞杆；63、摆臂；64、支座；65、轴固定组件。
具体实施方式
55.图1所示为本发明一种三通换向阀10结构图。
56.图2所示为本发明一种三通换向阀10结构剖视图。
57.如图1、图2所示，换向阀10主要由阀轴1、上壳体20、阀盘30、阀座40、下壳体50和弹簧3组成。上壳体20和下壳体50通过连接件2连成一体。阀座40位于下壳体50的内部上端，与下壳体50密封连接。阀盘30在阀座40之上，阀盘30的密封面35紧贴阀座40的密封面41，阀盘30通过轴孔33和键槽34和阀轴1连成一体，同步动作。弹簧3套装在上壳体20与阀盘30之间的阀轴1外，弹簧3的弹力压紧阀盘30，使阀盘30的密封面35始终紧贴阀座40的密封面41，形成端面密封。
58.图3所示为本发明一种三通换向阀10的分解视图，更直观的给出了一种三通换向阀10的各组成部分、安装位置。
59.图4所示为本发明一种三通换向阀10的上壳体20。其由筒体21、盖板22和法兰23组成，盖板22的中心有轴孔24，盖板22的外缘有螺栓孔4，法兰23的外缘也有螺栓孔4。
60.图5所示为本发明一种三通换向阀10的下壳体50。其由筒体51、法兰52、盖板53、隔板54、轴套55、接口法兰56和接口套管57组成，接口法兰56和接口套管57各有三个，筒体51的侧壁上有三个间隔120
°
均布的圆孔与接口套管57对接，形成三个接口，分别是三通接口一57-1、三通接口二57-2和三通接口三57-3。三块隔板54和一个轴套55位于筒体51内，将下壳体50内部空间分隔为三个互不相通的隔间，分别是隔间一50-1、隔间二50-2和隔间三50-3，每个隔间侧壁分配有一个侧壁接口，其对应关系是:隔间一50-1对应三通接口一57-1、隔间二50-2对应三通接口二57-2、隔间三50-3对应三通接口三57-3。每个隔间的顶部分配有阀座40的一个等径通孔，其对应关系是:隔间一50-1对应阀座孔一40-1、隔间二50-2对应阀座孔二40-2、隔间三50-3对应阀座孔三40-3。盖板53的外缘有螺栓孔4，法兰52的外缘也有
螺栓孔4。
61.图6所示为本发明一种三通换向阀10的阀盘30俯视图。
62.图7所示为本发明一种三通换向阀10的阀盘30仰视图(可见下表面的密封面35)。
63.图8所示为本发明一种三通换向阀10的阀盘30分解视图。
64.如图6～图8所示，阀盘30由通道管31和底盘32组成，通道管31位于底盘32的上面，底盘32的下表面为密封面35。
65.如图6～图8所示，通道管31为180
°
弯管，其两个端口分别为通道管端口一31-1和通道管端口二31-2。
66.如图6～图8所示，底盘32为圆盘形，圆盘中心有轴孔33和键槽34，此外，底盘32上还有圆心在同一圆周上的二个等径通孔，分别为底盘孔一32-1和底盘孔二32-2，底盘孔一32-1和底盘孔二32-2间隔120
°
分布，与阀座40上的三个等径通孔直径相同。等径通孔的孔直径小于或等于相邻两个底盘孔33-1、33-2、33-3之间的间距的0.5倍。
67.如图6～图8所示，通道管端口一31-1与底盘孔一32-1焊接连接，通道管端口二31-2与底盘孔二32-2焊接连接，使通道管31和底盘32形成完整的阀盘30。阀盘30通过轴孔33和键槽34与阀轴1连成一体。
68.图9为本发明一种三通换向阀10的阀座40俯视图。如图9所示，阀座40也为圆盘形，阀座40上有三个圆心在同一圆周上的等径通孔，按逆时针方向排序，分别为阀座孔一40-1、阀座孔二40-2和阀座孔三40-3，阀座孔一40-1、阀座孔二40-2和阀座孔三40-3间隔120
°
均布，等径通孔的孔直径小于或等于相邻两个阀座孔40-1、40-2、40-3之间的间距的0.5倍，与阀盘30的底盘32上的两个等径通孔直径相同，阀座40上的三个等径通孔的圆心所在圆的直径等于底盘32上的两个等径通孔的圆心所在圆的直径，阀座40的圆盘中心还有轴孔40-4。
69.如图2和图3，阀座40与下壳体50的上部密封连接，每个阀座孔有一个对应隔间，其对应关系是：阀座孔一40-1对应隔间一50-1、阀座孔二40-2对应隔间二50-2、阀座孔三40-3对应隔间三50-3。
70.如图3所示，下壳体50的三个隔间：隔间一50-1、隔间二50-2和隔间三50-3，和下壳体50的三个通道接口：三通接口一57-1、三通接口二57-2和三通接口三57-3，以及阀座40的三个阀座孔：阀座孔一40-1、阀座孔二40-2和阀座孔三40-3，形成如下三条完全隔离的通道：
71.三通接口一57-1——》隔间一50-1——》阀座孔一40-1；
72.三通接口二57-2——》隔间二50-2——》阀座孔二40-2；
73.三通接口三57-3——》隔间三50-3——》阀座孔三40-3；
74.上述三条完全隔离的通道在阀盘30作用下互联互通。
75.图10为本发明一种三通换向阀10在阀盘30作120
°
间歇往复旋转时，阀盘30与阀座40各孔导通的关系变化俯视图。
76.如图10所示，阀座40固定不动，阀盘30作120
°
间歇往复旋转，阀盘30导通阀座40各通孔情况如下：
77.阀盘30旋转到0
°
位置时，40-1与40-3导通。
78.阀盘30旋转到120
°
位置时，40-1与40-2导通。
79.阀盘30旋转到60
°
位置时，阀盘30的底盘孔32-1、32-2、32-3正好落在阀座孔40-1、
40-2、40-3的孔与孔之间，由于阀座孔40-1、40-2、40-3的孔直径小于或等于相邻阀座孔的孔间距的0.5倍，底盘孔33-1、33-2、33-3的孔直径与阀座孔40-1、40-2、40-3的直径相同，导致阀盘30与阀座40互相封堵对方开孔，因此，阀盘30不能导通阀座40任何两孔，阀座40各通孔互不相通，互相隔绝。
80.根据上述阀盘30旋转到0
°
、60
°
、120
°
位置时的情况描述，可以看出，通过阀盘30的120
°
间歇往复旋转，就可以实现阀座40各通孔间的换向导通。由于阀座40的三个通孔一一对应连通下壳体50的三个接口，所以，通过阀盘30的120
°
间歇往复旋转，在换向阀10内，就实现了烟气(或空气或燃气)在下壳体50的三个接口的换向流动。
81.下面通过实施例具体说明。
82.实施例
83.通过本实施例，具体说明本发明作为三通换向阀工作，烟气(或空气或燃气)如何通过换向阀10完成换向。本实施例中烟气物流用110表示。
84.如图11、图12所示，本实施例由换向阀10和执行机构60组成。执行机构60由气缸61、活塞杆62、摆臂63、支座64、轴固定组件65组成。
85.如图11、图12所示，气缸61通过支座64固定在换向阀10的上壳体20的盖板上面一侧，阀轴1通过轴固定组件65定位在换向阀10的上壳体20的盖板中心处。通过气缸61中活塞杆62的间歇伸缩，带动摆臂63转动阀轴1，阀轴1带动阀盘30进行120
°
间歇往复旋转。
86.图11、图12中，上壳体20局部剖开，可见阀盘30的位置。
87.图11为本发明作为三通换向阀工作示意图(活塞杆收回，阀盘停留在0
°
位)。
88.如图11所示，此时，活塞杆62收回，阀盘30停留在0
°
位，烟气物流110从换向阀10的三通接口一57-1进入，从三通接口三57-3流出，具体路线如下：
89.烟气物流110：——》三通接口一57-1——》三通接口三57-3——》。
90.图12为本发明作为三通换向阀工作示意图(活塞杆伸出，阀盘停留在120
°
位)。
91.如图12所示，此时，活塞杆62伸出，阀盘30停留在120
°
位，烟气物流110从换向阀10的三通接口一57-1进入，从三通接口二57-2流出，具体路线如下：
92.烟气物流110：——》三通接口一57-1——》三通接口二57-2——》。
93.对比图11和图12可以看出，通过活塞杆62的间歇往复伸缩，阀盘30在0
°
位和120
°
位同步间歇往复停留，使换向阀10具有了换向功能，烟气物流110通过换向阀10交替流过三通接口二57-2和三通接口三57-3。从而达到了在换向阀10内使烟气物流110换向的目的。
94.在换向阀10内，由于弹簧3的弹力压紧阀盘30，使阀盘30的密封面35始终紧贴阀座40的密封面41，无论阀盘30静止还是转动，烟气物流110都不会在密封面泄露。
95.在本发明的描述中，需要理解的是，术语“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“顶”、“底”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

技术特征：
1.一种三通换向阀，其特征在于：该三通换向阀包括上壳体、下壳体、阀盘、阀座、阀轴和弹簧，阀盘在阀座之上，阀盘和阀座之间为端面密封，阀盘在弹簧作用下始终紧贴在阀座上，阀盘可以120
°
往复旋转；所述上壳体为圆筒形，底部敞开与下壳体连接，顶部除轴孔外封闭，侧壁无接口；所述下壳体为圆筒形，底部封闭，顶部敞口连接阀座和上壳体，侧壁有三个接口；下壳体内部有三块隔板和一根轴套将内部空间分隔为三个不相通的隔间，每个隔间的侧壁有一个接口，每个隔间的顶部有阀座的一个等径通孔；所述阀座为圆盘形，上表面为密封面，除轴孔外，阀座上有三个圆心在同一圆周上的等径通孔，三个等径通孔间隔120
°
均布，等径通孔的孔直径小于或等于相邻两个等径通孔之间的间距的0.5倍；所述阀盘由底盘和通道管组成，底盘下表面为密封面，通道管位于底盘上表面，底盘为圆盘形，除轴孔和键槽外，底盘上有二个圆心在同一圆周上、间隔120
°
分布的等径通孔，底盘上的二个等径通孔与阀座上的三个等径通孔直径相同，底盘上的二个等径通孔的圆心所在圆直径与阀座上的三个等径通孔圆心所在圆的直径也相同，在底盘上表面，通道管连通底盘上的二个等径通孔；所述弹簧套装在上壳体与阀盘之间的阀轴外。2.根据权利要求1所述的一种三通换向阀，其特征在于：阀盘在阀座之上，阀盘的底盘下表面紧贴阀座的上表面，阀盘通过轴孔和键槽与阀轴连成一体，同步动作，弹簧套装在上壳体与阀盘之间的阀轴外，弹簧的弹力压紧阀盘，使阀盘与阀座形成端面密封。3.根据权利要求1所述的一种三通换向阀，其特征在于：所述阀盘的通道管为180
°
弯管。4.根据权利要求1所述的一种三通换向阀，其特征在于：所述阀盘的通道管的横截面为倒u型、方形或梯形。5.根据权利要求1所述的一种三通换向阀，其特征在于：阀座为复合材料。6.根据权利要求5所述的一种三通换向阀，其特征在于：阀座为“金属板+氟塑料板”的复合材料。

技术总结
本发明公开一种三通换向阀，用于蓄热式燃烧技术中，烟气(或空气或燃气)通过其与蓄热室连通。该三通换向阀包括上壳体、下壳体、阀盘、阀座、阀轴和弹簧，阀盘由底盘和通道管组成，底盘下表面为密封面，阀座为圆盘形，上表面为密封面，阀盘在阀座之上，阀盘和阀座之间为端面密封，阀盘在弹簧作用下始终紧贴在阀座上，阀盘可以120


技术研发人员：王德瑞 杨利然 汤红年 张冰 韩灏 薛林锋
受保护的技术使用者：中国石油天然气股份有限公司长庆分公司 江阴金童石化设备有限公司
技术研发日：2023.06.15
技术公布日：2023/8/21