CN101451625B - 一种双密封阀门结构 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种双密封阀门结构，包括阀杆和阀盖，所述阀杆与阀盖之间设置有密封填料作为第一层密封结构，第一层密封结构的下端还设有第二密封结构，所述第二密封结构为自压式硬密封结构，即通过设在阀杆上的密封座与阀盖内壁之间的金属密封面对金属密封面的密封结构，所述第二密封结构之间还设置有辅助密封结构，所述辅助密封结构为套在阀杆上的密封环，密封环的底面置于阀杆的密封座上，且密封环与阀杆之间还存在使密封环能在密封座上移动的间隙。本发明提供的技术方案有效地保护了密封填料，在节能降耗方面也有着不可忽视的积极作用，使现有技术中的管道系统运行成本大幅下降。

Description

一种双密封阀门结构
技术领域
本发明涉及一种阀门结构，尤其是一种能够保证阀门在使用状态下达到严格密封要求的双密封阀门结构，属于管道阀门技术领域。
背景技术
目前的阀门尤其是闸阀，因其流体介质压力高，当闸板提升后，阀体内充满高压流体。阀杆处的密封一般设有自压式硬密封结构(也称上密封，是金属对金属的密封)，即通过设在阀杆上的密封座与阀盖内壁之间的金属密封面对金属密封面的密封结构，以便更好地保护阀杆密封填料，通常将密封填料作为第一层密封结构，将自压式硬密封结构作为第二层密封结构。图1和图2是已有技术密封系统的示意图，图1为阀门全开的情况，图2为阀门全闭的情况，这种密封结构在一定程度上可有效保护密封填料，防止阀门内的流体泄漏，特别是在阀杆不产生变形的情况下，在一定程度上可有效保护密封填料，使密封填料在阀门全开过程中受到较小的流体压力。然而由于阀体内部的流体介质压力非常高，当阀门打开，闸板提升后，阀体内充满高压流体，经常使得阀杆产生一定角度的倾斜，或是使得阀杆产生一定的形变，此时，自压式硬密封结构将会产生较大间隙，从而影响第二层密封结构的密封效果，使得第一层密封(也是主要密封)的密封填料受到的流体压力接近阀体内的流体压力，容易使得密封填料受到长期高压的压迫而逐渐老化，容易发生阀门内的介质泄露，最终将因不能有效密封而被更换，但更换前要停止阀门工作，这样的操作不仅繁琐，而且停止阀门和启动阀门需要消耗大量能量。
发明内容
本发明所要解决的技术问题是克服已有技术的困难，目的在于提供一种有效保护密封填料，且保证良好密封性能的双密封阀门结构。
本发明通过以下技术方案实现上述目的：
一种双密封阀门结构，包括阀杆和阀盖，所述阀杆与阀盖之间设置有密封填料作为第一层密封结构，第一层密封结构的下端还设有第二密封结构，所述第二密封结构为自压式硬密封结构，即通过设在阀杆上的密封座与阀盖内壁之间的金属密封面对金属密封面的密封结构，所述第二密封结构之间还设置有辅助密封结构，所述辅助密封结构为套在阀杆上的密封环，密封环的底面置于阀杆的密封座上，且密封环与阀杆之间还存在使密封环能在密封座上移动的间隙。
本发明通过在第二密封结构之间设置密封环，通过该密封环确保第二密封结构不会因为阀杆的倾斜或变形而影响密封效果，特别是由于密封环与阀杆之间还存在使密封环能在密封座上移动的间隙，可使得在阀杆倾斜或变形的时候，密封环两边受到介质压力的大小不同，密封环可随着往压力小的方向移动，进一步确保密封效果。
所述密封环与第二密封结构之间形成的两个密封副均为线接触，即密封环的上表面与阀盖内壁为线接触，密封环的下表面与密封座的上表面也为线接触，采用线接触结构，一方面可保证密封的紧密性，另一方面，可便于密封环在介质的压力下移动，从而保证密封。
所述线接触为将阀杆上的密封座上表面、阀盖对应的内壁、以及密封环的上下两个密封面设置成曲面。
进一步的，所述阀杆上的密封座上表面和阀盖内壁设置为圆锥面，所述密封环的上下两个密封面设置为圆柱面。
本发明双密封阀门结构，两个密封副的摩擦角θ大于或等于临界摩擦角所述
Figure G2008102205725D00022
所述fs是两个摩擦面的摩擦系数；所述摩擦角θ分别为阀盖内壁与阀盖中心线垂直平面的夹角，以及密封座上表面与阀杆径向平面的夹角。
所述密封圈由刚性材料制成或软性材料制成，如金属密封圈、橡胶密封圈或塑料密封圈。
本发明的密封系统在阀杆上套有所述的密封圈，该密封圈的内圆柱面与阀杆有一定的间隙，可以自由活动。在阀杆上密封座上制作出密封面(称为阀杆密封面)，在阀盖内部垂直于阀杆轴线壁面制作出密封面(称为阀盖密封面)，所述密封圈的上下两面分别制作出与阀盖密封面和阀杆密封面相配合的密封面。当阀杆上升到接近极限位置，而阀杆中心线与阀盖中心线出现偏离时，所述密封圈可在垂直于阀盖中心线的面内向着压力小的方向移动，而不需使阀杆与阀盖的中心线严格重合就可保证上密封为零泄漏，从而可保证在阀门长期工作过程中，有效保护阀杆填料密封。
所述密封圈的密封面、与之相配合的阀杆密封面和阀盖密封面均可以制成锥面，也可以制成圆柱面等曲面，优选方案是阀杆密封面和阀盖密封面制成圆锥面，密封圈的两个密封面制成圆柱面或其他曲面，这样的结果是密封圈的密封面与阀杆密封面和阀盖密封面均为线接触，具有更好的密封效果。
与现有技术相比，本发明具有以下有益效果：
本发明的密封系统在阀杆上套有所述的密封圈，该密封圈的内圆柱面与阀杆有一定的间隙，可以自由活动，当阀杆受到较大出现偏离时，所述密封圈可在垂直于阀盖中心线的面内向着压力小的方向移动，自动调整位置而不需使阀杆与阀盖的中心线严格重合就可保证上密封为零泄漏，从而可保证在阀门长期工作过程中，有效保护阀杆填料密封。
现有技术的阀门随着使用时间的延长，开关次数的增加，密封填料弹性逐渐失效，此时容易发生阀门内的介质泄露，介质的压力直接作用于密封填料与阀杆之间，最终将从间隙中泄露出来。本发明的技术方案在阀盖和阀瓣之间设置了密封圈，实质上是在介质与阀杆、密封填料之间建立了缓冲带，有效降低了周围介质压力，延长了密封填料的使用寿命，增加了阀门的安全性。
而且，阀门在管道系统中应用广泛，维持管道运行需要大量能源，其中停止阀门和启动阀门是损耗能源的来源之一，本发明提供的技术方案实现了不停止阀门工作在线更换密封填料，在节能降耗方面有着不可忽视的积极作用，同时，本发明提供的方法成本低，便于操作和推广，使现有技术中的管道系统运行成本大幅下降，而且还有利于环境保护。可以不停止阀门工作就能安全更换密封填料的，
附图说明
图1和图2是已有技术密封系统的示意图，图1为阀门全开的情况，图2为阀门全闭的情况；
图3为阀杆密封面与垂直于中心线的平面的摩擦角θ的示意图；
图4是阀盖上密封面与垂直于中心线的平面的摩擦角θ的示意图；
图5和图6为实施例1的密封系统示意图；图5为阀门全开的情况，图6为阀门全闭的情况。
具体实施方式
以下通过具体的实施例进一步说明本发明的技术方案。
实施例1
如图5所示的双密封阀门结构，包括阀瓣1、阀杆2、阀杆上的密封座21、阀盖3、密封填料4、填料压套5和密封环6。阀杆2、填料压套5与阀盖3之间设置的密封填料4作为第一层密封结构，第一层密封结构的下端还设有第二密封结构，是自压式硬密封结构，即通过设在阀杆上的密封座21与阀盖3内壁之间的金属密封面对金属密封面的密封结构，所述第二密封结构之间还设置有辅助密封结构，即套在阀杆2上的密封环6，密封环6为金属密封环，其底面置于阀杆的密封座21上，且密封环6与阀杆2之间还存在使密封环能在密封座上移动的间隙。如图6所示，升起阀瓣1完全打开阀门后，阀盖3底部和阀杆密封座21紧压密封圈6，实现密封目的，此时可以很方便地更换密封填料4。该系统由于在阀瓣、阀杆和密封填料之间建立了缓冲带，有效降低了周围介质压力，延长了密封填料的使用寿命，而且整个操作过程中，只需要起落阀瓣而不需要进行停止阀门和启动阀门的操作，不仅简化了操作程序，而且减少了能量消耗。
为了保证密封圈能够在阀杆密封面与阀盖密封面两个面之间的固体压力下沿径向移动，两个密封面的摩擦角θ均需大于临界摩擦角
Figure G2008102205725D00041
如图3、4所示。这两个参数之间的关系为：
Figure G2008102205725D00042
而
Figure G2008102205725D00043
式中，fs是两个摩擦面的摩擦系数，是摩擦面材质和表面粗糙度的函数。
所述摩擦角θ分别为阀盖内壁与阀盖中心线垂直平面的夹角，以及密封座上表面与阀杆径向平面的夹角。

Claims (3)

1.一种双密封阀门结构，包括阀杆和阀盖，所述阀杆与阀盖之间设置有密封填料作为第一层密封结构，第一层密封结构的下端还设有第二密封结构，所述第二密封结构为自压式硬密封结构，即通过设在阀杆上的密封座与阀盖内壁之间的金属密封面对金属密封面的密封结构，其特征在于所述第二密封结构之间还设置有辅助密封结构，所述辅助密封结构为套在阀杆上的密封环，密封环的底面置于阀杆的密封座上，且密封环与阀杆之间还存在使密封环能在密封座上移动的间隙，当阀杆出现偏离时，所述密封环能在垂直于阀盖中心线的面内向着压力小的方向移动，所述密封环与第二密封结构之间形成的两个密封副均为线接触，两个密封副的摩擦角θ大于或等于临界摩擦角
Figure FSB00000906198200011
所述
Figure FSB00000906198200012
所述fs是两个摩擦面的摩擦系数，所述摩擦角θ分别为阀盖内壁与阀盖中心线垂直平面的夹角，以及密封座上表面与阀杆径向平面的夹角。
2.根据权利要求1所述的双密封阀门结构，其特征在于所述密封环由刚性材料制成或软性材料制成。
3.根据权利要求2所述的双密封阀门结构，其特征在于所述密封环是金属密封圈、橡胶密封圈或塑料密封圈。
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