CN101694243B - 高温高压截止阀阀盖与阀座间的密封结构 - Google Patents

Abstract

一种高温高压截止阀阀盖与阀座间的密封结构，其特点是针对阀盖外螺纹段与阀座内螺纹孔之间的螺纹连接缝隙不仅采用了第一道石墨垫软密封和第二道线状刀刃硬密封，特别是利用装配中的挤压作用，将柔性石墨垫圈上石墨材料强行挤入外锥形A面与内锥形Q面间的环形楔隙，使第一道石墨垫软密封与第二道线状刀刃硬密封有机连接成一体，从而大大提高了密封性能和效果，而且生产效率高，工艺上容易实现。

Description

高温高压截止阀阀盖与阀座间的密封结构

技术领域

本发明涉及一种截止阀，特别涉及适用于高温高压介质的截止阀中阀盖与阀座之间的密封结构。该密封结构能够很好的解决高温高压截止阀中阀盖与阀座间的泄漏问题。

背景技术

高温高压截止阀是一种适用于高温高压介质的截止阀，在火电厂、核电站、石油化工系统的高温、高压管路上大量使用，比如在火电厂中，为了监测热力系统运行的高温高压样品，需要从热力系统中在线取样进行分析，其中取样管路中的一次门就要采用高温高压截止阀。

截止阀是一种利用阀瓣沿阀座中心线移动来开启和关闭管路中流体介质通道的阀门。这种阀门主要由阀座、阀盖、阀瓣和阀杆组成，阀座上设有阀腔，阀瓣位于阀腔中，阀盖与阀腔端口连接使阀座和阀盖构成阀体，阀杆从阀盖上所设的通孔中伸入阀腔并作用于阀瓣，使阀瓣与通口配合从而构成开启和关闭两种状态。

高温高压截止阀在设计和制造过程中遇到最大难点是密封问题，特别是阀盖与阀座之间的密封问题。2009年8月机械工业出版社公开发行了一部由中国阀门专家陆培文先生主编的《阀门设计入门与精通》书籍。该书第七章涉及阀门外密封(阀盖与阀座间的密封)时仅给出了一种软密封方式和两种硬密封方式。硬密封方式之一是面密封，即在阀盖与阀座之间以两个研磨面压紧配合进行密封的方式；硬密封方式之一是线密封，即在阀盖与阀座之间以线与面压紧配合进行密封的方式。据申请人了解，目前进口英、美等国的高温高压截止阀外密封大多数采用面密封，而国内生产的高温高压截止阀阀盖与阀座之间完全采用面密封。从实际制造和使用效果来看，面密封通常需要手工研磨，工艺十分繁琐，技术要求高，生产效率低，如果工艺粗糙，极易造成外漏质量问题。另外，由于受面密封的限制阀瓣与通口的配合精度难以保证，容易造成内漏。线密封的优点是内漏少，但是外密封性能很差。因此如何更好的解决阀盖与阀座间的泄漏问题是高温高压截止阀密封设计的关键性课题。

发明内容

本发明提供一种高温高压截止阀阀盖与阀座间的密封结构，目的旨在解决以往阀盖与阀座之间密封性能差、可靠性差以及生产效率低的问题，以克服现有技术的不足。

为达到上述目的，本发明采用的技术方案是：一种高温高压截止阀阀盖与阀座间的密封结构，在阀座上设有用于连接的内螺纹孔，在阀盖上设有用于连接的外螺纹段，该外螺纹段与内螺纹孔螺纹连接形成阀盖与阀座之间的连接结构。

其创新在于：在所述内螺纹孔的端口处径向扩孔形成一段沉孔，在该沉孔的孔口倒角形成一段内锥形Q面；所述外螺纹段根部设有退刀槽，退刀槽连接一轴肩，该轴肩端面与沉孔端面之间形成一个环形空间，环形空间中放置柔性石墨垫圈，轴肩的角部倒角形成一段外锥形A面，外锥形A面的锥角大于内锥形Q面的锥角，外锥形A面与轴肩的外圆面相交形成环线状P刀刃，该环线状P刀刃的直径落在内锥形Q面的直径范围内，而且环线状P刀刃的材质硬度大于内锥形Q面材质硬度，当阀盖的外螺纹段旋入阀座的内螺纹孔时，环线状P刀刃切入内锥形Q面形成线状硬密封，同时由于轴肩端面与沉孔端面之间的轴向挤压作用，使柔性石墨垫圈产生径向变形，并强行挤入外锥形A面与内锥形Q面之间形成的环形楔隙中构成软密封。

上述技术方案的有关内容解释如下：

1、上述方案中，所述外锥形A面(11)的锥角大于内锥形Q面(6)的锥角2度至20度。

2、上述方案中，所述环线状P刀刃(12)的材质硬度大于内锥形Q面(6)材质硬度HRC5至HRC20。

本发明是针对阀盖外螺纹段与阀座内螺纹孔之间的螺纹连接缝隙而设计的密封结构，该密封结构不仅采用了第一道石墨垫软密封和第二道线状刀刃硬密封，特别是利用装配中的挤压作用，将柔性石墨垫圈上石墨材料强行挤入外锥形A面与内锥形Q面间的环形楔隙，使第一道石墨垫软密封与第二道线状刀刃硬密封有机连接成一体，从而大大提高了密封性能和效果，而且生产效率高，工艺上容易实现。

附图说明

附图1为采用本发明密封结构的高温高压截止阀；

附图2为图1高温高压截止阀中的阀盖剖视图；

附图3为图1高温高压截止阀中的阀座剖视图；

附图4为图1中A处取出柔性石墨垫圈后的密封结构放大图；

附图5为本发明密封结构形成原理图(一)；

附图6为本发明密封结构形成原理图(二)；

附图7为本发明密封结构形成原理图(三)。

1、阀座；2、内螺纹孔；3、阀盖；4、外螺纹段；5、沉孔；6、内锥形Q面；7、退刀槽；8、轴肩；9、环形空间；10、柔性石墨垫圈；11、外锥形A面；12、环线状P刀刃；13、阀瓣；14、阀杆；15、石墨垫片；16、手柄；17、安装板；18、环形楔隙。

具体实施方式

下面结合附图及实施例对本发明作进一步描述：

实施例：

图1为一种高温高压截止阀，从该图中可以看出，截止阀主要由阀座1、阀盖3、阀瓣13、阀杆14和手柄16组成，阀座1上设有阀腔和流体进出通道，阀瓣13位于阀腔中，阀盖3的一端与阀座1的阀腔端口螺纹连接构成阀体，手柄16连接在阀杆14顶部，阀杆14从阀盖3上所设的通孔中伸入阀腔并作用于阀瓣13，使阀瓣13与通口配合形成开启通道和关闭通道两种状态。为了防止阀盖3与阀杆14外漏在阀盖3与阀杆14之间设有多个石墨垫片15。另外，安装板17表示截止阀的安装使用状态。

图2为截止阀的阀盖3剖视图，从该图可以看出阀盖3下端设有用于连接的外螺纹段4。图3为截止阀的阀座1剖视图，从该图可以看出在阀座1上设有用于连接的内螺纹孔2，该内螺纹孔2位于阀腔端口。将图2所示的外螺纹段4与图3所示的内螺纹孔2螺纹连接形成阀盖3与阀座1之间的连接结构。

本发明主要涉及阀盖3与阀座1之间的密封结构，该密封结构位于阀盖3与阀座1之间的螺纹连接处，见图1所示A处。图4为A处取出柔性石墨垫圈10后的密封结构放大图，从该图可以看出在内螺纹孔2的端口处径向扩孔形成一段沉孔5，在该沉孔5的孔口倒角形成一段内锥形Q面6。在外螺纹段4根部设有退刀槽7，退刀槽7连接一轴肩8，该轴肩8端面与沉孔5端面之间形成一个环形空间9，环形空间9中放置柔性石墨垫圈10(注意图4中未画出)，轴肩8的角部倒角形成一段外锥形A面11，外锥形A面11的锥角大于内锥形Q面6的锥角2度至10度(本实施例外锥形A面11的锥角为62度，内锥形Q面6的锥角为60度，前后两者相差2度，但是只要前后两者锥角相差在2度至10度范围均可实现)，外锥形A面11与轴肩8的外圆面相交形成环线状P刀刃12，该环线状P刀刃12的直径落在内锥形Q面6的直径范围内，而且环线状P刀刃12的材质洛氏硬度大于内锥形Q面6材质洛氏硬度HRC5至HRC10。本实施例中，阀座1和阀盖3均选用牌号为17-4PH的沉淀硬化不锈钢(0Cr17Ni4Cu4Nb)，并通过不同的时效处理，可以使阀座1硬度为HRC＝28～33，阀盖3硬度为HRC＝35～40，从而满足环线状P刀刃12与内锥形Q面6两者线状硬密封配合时的硬度要求。但是为了实现本发明阀座1和阀盖3也可以选用牌号为316的不锈钢(0Cr18Ni12Mo2Ti)，其中阀盖3用锻压，并经过冷处理使其硬度为HRC28，而阀座1用锻压，并且不进行热处理使其硬度为HV200(维氏硬度)。

如图5～图7所示，当阀盖3的外螺纹段4旋入阀座1的内螺纹孔2时，因外锥形A面11与内锥形Q面6之间存在角度差，环线状P刀刃12与内锥形Q面6接触，当拧紧力增大时环线状P刀刃12切入内锥形Q面6形成线状硬密封，拧紧扭矩愈大则环线状P刀刃12旋入内锥形Q面6愈深，分解后可以清楚看见一条连续、均匀的螺旋线呈现在阀座1的内锥形Q面6上，这条刀痕严密的防止了高温高压气体从线密封泄出。在拧紧同时由于轴肩8端面与沉孔5端面之间的轴向挤压作用，使柔性石墨垫圈10产生径向变形，并强行挤入外锥形A面11与内锥形Q面6之间形成的环形楔隙18(见图4)中构成软密封。所以从本实施例可以看出，本发明密封结构由软与硬两种密封有机组合为一体，即除了一个线状硬密封外，还有一个由柔性石墨垫圈10形成的软密封。这样的密封结构完全密封了阀盖3与阀座1之间的间隙，使得连接螺纹处泄漏出来的高温高压气体完全被挡住。但这样的密封结构不是事先设计后放进去的，而是在阀盖3旋入阀座1时同时形成的，尤其是柔性石墨垫圈10通过受压变形强行挤入外锥形A面11与内锥形Q面6之间形成的环形楔隙18中，将软与硬两种密封有机组合为一体，具体过程如下：柔性石墨垫圈10受压前其顶面可以高出阀座1端面一定距离(如0.5mm)，当阀盖3缓慢地旋入阀座1时，轴肩8端面首先碰到柔性石墨垫圈10顶面，柔性石墨垫圈10受压后向退刀槽7空间变形。随着压缩量的增加，退刀槽7中石墨愈来愈多，并且密度也愈来愈高，这就改善了柔性石墨垫圈10在此处的密封效果。由于此时环线状P刀刃12已切入内锥形Q面6，外锥形A面11与内锥形Q面6之间形成了环形楔隙18，继续压缩柔性石墨垫圈10时，石墨会强行挤入环形楔隙18使软密封与硬密封组合一体。可以想象，从阀盖3与阀座1螺纹连接的缝隙中泄出的高温高压气体，首先遇到第一道软密封，由于第一道软密封中柔性石墨密度充填形成的密封性能极好，高温高压气体很难从之泄出。如因柔性石墨垫圈10或者工艺问题导致高温高压气体可能泄出，它将遇到第二道硬密封，这些残余的气体要想再泄出以一定切入深度形成的第二道硬密封，几乎不可能。

本发明将软与硬两种密封有机组合为一体并应用于截止阀的阀盖与阀座之间，其外密封性能优良，生产率高。经试验该方案应用在火力发电厂300MW～1000MW机组的水汽取样装置一次门及高温高压排污阀门上获得成功。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围。凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (3)

1.一种高温高压截止阀阀盖与阀座间的密封结构，在阀座(1)上设有用于连接的内螺纹孔(2)，在阀盖(3)上设有用于连接的外螺纹段(4)，该外螺纹段(4)与内螺纹孔(2)螺纹连接形成阀盖(3)与阀座(1)之间的连接结构；

其特征在于：在所述内螺纹孔(2)的端口处径向扩孔形成一段沉孔(5)，在该沉孔(5)的孔口倒角形成一段内锥形Q面(6)；所述外螺纹段(4)根部设有退刀槽(7)，退刀槽(7)连接一轴肩(8)，该轴肩(8)端面与沉孔(5)端面之间形成一个环形空间(9)，环形空间(9)中放置柔性石墨垫圈(10)，轴肩(8)的角部倒角形成一段外锥形A面(11)，外锥形A面(11)的锥角大于内锥形Q面(6)的锥角，外锥形A面(11)与轴肩(8)的外圆面相交形成环线状P刀刃(12)，该环线状P刀刃(12)的直径落在内锥形Q面(6)的直径范围内，而且环线状P刀刃(12)的材质硬度大于内锥形Q面(6)材质硬度，当阀盖(3)的外螺纹段(4)旋入阀座(1)的内螺纹孔(2)时，环线状P刀刃(12)切入内锥形Q面(6)形成线状硬密封，同时由于轴肩(8)端面与沉孔(5)端面之间的轴向挤压作用，使柔性石墨垫圈(10)产生径向变形，并强行挤入外锥形A面(11)与内锥形Q面(6)之间形成的环形楔隙(18)中构成软密封。

2.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于：所述外锥形A面(11)的锥角大于内锥形Q面(6)的锥角2度至10度。

3.根据权利要求1所述的密封结构，其特征在于：所述环线状P刀刃(12)的材质硬度大于内锥形Q面(6)材质硬度HRC5至HRC20。

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