一种液氢送料球阀的制作方法

本发明涉及阀门，特别是涉及一种适用于燃料电池汽车液氢供给管路的液氢送料球阀。

背景技术：

1、氢能源可作为清洁高效的燃料应用于汽车、轮船、飞机及火箭等机械设备中。由于氢燃料电池汽车具有高效率和接近零排放的特点，目前已得到广泛研究和推广。氢燃料电池汽车对于氢的储存有多种方式，常见的有加压气态储氢技术、低温液化储氢技术、碳质材料储氢技术及金属合金储氢技术等，其中，低温液化储氢技术具有更高的能量密度、更快的加注速度、更远的续驶里程及更好的加速性能等。但同时，低温液化储氢技术所采用的液氢储供系统会由于液氢本身的低温性和易燃性以及液氢系统的关键部件故障而使整个系统出现故障，因此，针对这些安全问题，在使用液氢时需要更加注意遵守相关操作规范，并研究制定可靠的预防措施和解决办法，防止液氢的泄漏及系统的故障发生，从而使燃料电池汽车的安全性能大大提升。

2、现有的液氢储供系统中液氢储供管路用的阀门类型主要有：截止阀、止回阀、紧急切断阀和调节阀，其中紧急切断阀的阀门本体部分和截止阀结构相同，只是上部带有紧急切断装置；截止阀主要作为液氢燃料的供给和切断装置，而紧急切断阀在工作时处于常开状态，只有在事故状态下才进行紧急切断；止回阀主要起到防止液氢倒流作用；调节阀主要用来调节液氢燃料流量。截止阀是氢燃料电池汽车液氢储供管路中的核心部件，它对燃料的供给起着决定性的作用。

3、如图1所示为目前采用的液氢截止阀1，其阀体11内部设有阀瓣12，作为切断和接通氢燃料电池汽车液氢储供管路液氢燃料的控压件，另外根据液氢的物化特性，还在常规截止阀基础上增设了阻热管套一14、真空夹套一15、置换接口一18和检漏口112等结构。液氢截止阀1为直行程阀门，阀门开启阀杆一16带动阀瓣12作上升运动，因此阀门开启后及外形高度增加，会比其完全关闭时增加至少四分之一倍的阀门口径。现有的液氢截止阀1主要依靠外部作用力下压阀杆一，实现阀瓣12对阀门密封，由于关闭阀门的外部作用力受使用时间影响，阀门长期使用后，由于阀瓣12与阀体11的密封面磨损会导致阀门存在关不严现象，进而引起阀门内漏。而且，如果操作阀门的外部作用力过大，阀瓣12与阀体11的密封面受到过大的压力作用，也会因低周疲劳影响而导致阀门密封失效，无法满足密封需求。

技术实现思路

1、本发明的目的是提供一种适用于燃料电池汽车液氢供给管路的液氢送料球阀，其能够取代液氢截止阀，作为液氢燃料的供给和切断装置，并能够排除外部作用力影响因素，实现自密封功能，以解决上述现有阀门随使用时间延长无法关严和外部作用力易加速阀门密封面疲劳失效的问题。

2、为实现上述目的，本发明提供了如下方案：

3、本发明提供一种液氢送料球阀，包括：

4、球阀，其包括阀杆二、阀体、设置于所述阀体的阀腔内的阀座和活动设置于所述阀座内的球体，所述阀杆二的第一端贯穿所述阀座与所述球体相连，所述阀杆二的第二端连接阀门开关，所述阀门开关用于通过转动所述阀杆二驱动所述球体转动，以实现所述球阀的开闭；其中，所述阀座的外侧面为圆锥面，所述阀腔的内壁面为圆锥孔，所述圆锥面与所述圆锥孔的锥度相同，且所述阀座的外侧面与所述阀腔的内壁面无缝接触配合；

5、弹性自密封组件，其设置于所述阀体内，所述弹性自密封组件具有弹性蓄能能力，并将弹力作用于所述阀座的大头端，以使所述阀座始终朝向所述圆锥孔的小头端移动或具备朝向所述圆锥孔的小头端移动的趋势，实现所述阀座与所述阀腔之间的自密封。

6、优选地，所述阀体包括沿所述阀杆二的延伸方向依次设置的主阀体、阀体脖径、阀体延伸径、阀体上法兰和阀盖二，所述主阀体、所述阀体脖径、所述阀体延伸径和所述阀体上法兰的内部连通，所述主阀体的内腔为所述阀腔，所述阀杆二设置于所述阀体延伸径内，且所述阀杆二的第一端依次贯穿所述阀体脖径、所述阀座与所述球体相连，所述阀杆二的第二端贯穿所述阀盖二后与所述阀门开关相连。

7、优选地，所述主阀体内所述圆锥孔的小头端背离所述阀杆二，所述阀杆二的第一端贯穿所述阀座的大头端与所述球体相连；所述弹性自密封组件设置于所述阀体脖径内。

8、优选地，所述弹性自密封组件包括：

9、调节螺母，设置于所述阀体脖径内，所述阀杆二活动贯穿所述调节螺母；

10、蓄能弹簧，呈压缩状态设置于所述调节螺母和所述阀座的大头端之间，所述蓄能弹簧能够顶压所述阀座，以使所述阀座始终朝向所述圆锥孔的小头端移动或具备朝向所述圆锥孔的小头端移动的趋势，实现所述阀座与所述阀腔之间的自密封。

11、优选地，所述蓄能弹簧为碟簧组，所述弹性自密封组件还包括碟簧座，所述碟簧座设置于所述调节螺母和所述阀座的大头端之间，且所述碟簧座与所述阀座的大头端相连或相抵，所述碟簧组设置于所述碟簧座内，且所述碟簧座内壁设置有用于防止所述碟簧组从所述碟簧座内滑脱的定位止口，所述碟簧组的一端与所述调节螺母相连或相抵，所述碟簧组的另一端与所述碟簧座的底部相连或相抵。

12、优选地，所述阀座的大头端设置有与所述碟簧座适配的定位凹口，所述碟簧座的底部设置于所述定位凹口内，所述定位凹口用于对所述碟簧座进行外周限位。

13、优选地，所述圆锥孔的内壁设置有平行于其母线的导向键槽，所述阀座的外壁设置有向外凸出的防转键，所述阀座通过所述防转键与所述导向键槽相连，所述防转键用于使所述阀座仅能够相对所述圆锥孔作轴向移动，而无法相对所述圆锥孔转动。

14、优选地，所述主阀体的背离所述阀体脖径的一侧还设置有底盖，所述底盖、所述主阀体、所述阀体脖径、所述阀体延伸径和所述阀体上法兰依次焊接；所述阀盖二与所述阀体上法兰密封连接。

15、优选地，所述液氢送料球阀还包括套设于所述阀体外部的真空夹套二，且所述真空夹套二的侧壁局部呈波纹管设置，以形成波形补偿器；所述阀体外侧通过支撑架二与所述真空夹套二的内壁相连。

16、优选地，所述液氢送料球阀还包括阻热管套二，所述阻热管套二位于所述阀体延伸径内，且所述阻热管套二套设于所述阀杆二的外部。

17、优选地，所述液氢送料球阀还包括设置于所述阀体上法兰上的置换接口二。

18、本发明相对于现有技术取得了以下技术效果：

19、(1)本发明提出的液氢送料球阀，采用球阀结构，球阀为一种自密封阀门，球阀的密封原理是作用在密封座上的力，由介质的压力产生的。这一作用力是稳定的，是可以控制的，由设计时确定。而传统的液氢截止阀是靠外部施加的力，作用在阀座上来获得可靠的密封，这种借外力施加而获得的密封，称之为强制密封。外部施加的强制密封力带有随意性和不确定性，不利于阀门的长期使用。相比现有液氢截止阀，本发明的球阀的使用寿命更长。

20、(2)阀座和主阀体之间采用锥面贴合设置，且阀座和主阀体之间利用碟簧组加载实现自紧密封，附加液氢温度-254℃时收缩应力的裕度，密封性能可靠。

21、(3)阀座和主阀体之间利用碟簧组加载实现自紧密封，碟簧组为活载荷结构，可以弥补液氢-254℃时因阀座的非金属材料和主阀体的金属材料线膨胀系数不一致而导致阀座和主阀体发生松弛而降低的密封比压，使阀座和主阀体在液氢-254℃时也能保证密封性能，避免主阀体的圆锥孔和阀座的圆锥面之间出现间隙中腔，消除了传统阀门在阀门启闭过程中因介质进入间隙中腔而带来的异常升压使阀门发生爆炸的风险。

22、(4)球体和阀座之间密封比压的定量化设计，使球体启闭自如并确保密封。

23、(5)相比于传统的液氢截止阀，本发明在真空夹套上设置波形补偿器，结构上，波形补偿器从原来的阀门内部转移到了真空夹套上，缩减了阀门的安装高度，功能上，实现了真空夹套功能和波形补偿器功能的组合，可消除了-254℃液氢温度真空夹套收缩而带来的不利影响。

24、综上所述，本发明整体为一种可用于燃料电池机车液氢供给管路的燃料供给超低温球阀，解决了现有的液氢截止阀所带来的安装空间过大，以及阀门无法关严和外部作用力导致密封面疲劳失效的问题，可满足安装空间受限的氢燃料电池汽车需求，另外实现了阀门依靠介质作用力自密封功能，排除了外部操作力的影响因素。