CN103968074A - 一种高压阀门的中法兰密封结构 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高压阀门的中法兰密封结构，其主要技术关键在于：金属密封圈的靠内径处为压力密封段，所述的压力密封段包括由金属密封圈内径处向外挖去的承压空腔部、位于承压空腔部上下侧的弹性密封舌部、位于弹性密封舌部外侧并向内凹进的减薄凹陷部；在压力密封段的外侧至少还包括金属齿形密封段和缠绕垫密封段两者中的一个，与压力密封段共同构成多重密封结构。本技术方案的优点：能够明显改善阀门中法兰部位的密封性能和密封可靠性，并能够使产品结构简化，降低产品制造成本和产品的生产难度，降低阀门总体高度，更好地保证阀门稳定可靠工作。

Description

一种高压阀门的中法兰密封结构

技术领域

本发明涉及一种阀门结构，具体涉及一种高压阀门的中法兰密封结构。

背景技术

阀门中法兰部位的密封性能决定了阀门在使用时能否杜绝外漏，通常中低压阀门的中法兰处采用非金属垫片或缠绕垫片便能满足使用要求，而高压阀门除了采油和石化等应用工况所使用的部分产品采用金属环垫密封外，一般均采用压力密封结构来满足高压工况时阀门中腔的密封要求，即采用在安装于阀门中腔上端环槽内的四开环和阀盖外表下端的圆锥形密封表面之间设置楔形的压力密封环来实现密封，压力密封环多采用柔性石墨材料压制成型。由于柔性石墨制成的压力密封环抗压强度不高，在压力等级更高的大口径阀门上使用时其可靠性不能满定使用要求，因此在2500Lb及以上压力等级的大口径阀门中一般以采用奥氏体不锈钢材质或其它软钢材质的金属压力密封环为主；另外，当使用工况为强氧化性介质时，也不能使用柔性石墨密封环而必须使用不锈钢材质的密封环。

高压阀门上现行使用金属压力密封环的结构存在如下几个缺点：1、阀体、阀盖相关部位要堆焊不锈钢耐蚀层，使得这些零件的加工过程由一次加工成形变为：粗加工、堆焊热处理、精加工多道加工工序，尤其是阀门口径较大时其所增加的加工时间和成本是较大的；2、由于金属压力密封环加工时的刚性较差、易变形，加工精度如圆度等较难保证，另外如阀体等零件密封表面的加工粗糙度有时达不到密封要求，等等，这些加工因素都会影响到阀门中腔的密封性能和密封可靠性，这一点目前在国产阀门上要表现得更为明显一些；3、阀盖锥形密封表面一般为奥氏体不锈钢堆焊面，密封环有时也会采用不锈钢材质，在阀盖受压上移、压力密封环的楔部被涨开、楔紧的过程中，阀盖和密封环的锥形密封表面存在高比压的相对滑动，由于奥氏体不锈钢材料的抗擦伤、抗咬合能力较差，因此这一楔紧过程易导致密封表面的状态受到破坏，从而导致密封性能受到影响。4、结构偏于复杂，零部件较多，制造成本相对较高；5、受制造精度的影响，压力密封结构的阀盖在受压上移时易因其密封锥面各方位可能的上移量不均衡而使阀盖填料函处产生偏向一侧的力，导致阀门的启闭扭矩增大，严重时则会导致阀杆表面产生拉伤；6、与阀体、阀盖采用法兰连接的结构相比，采用压力密封结构会明显增加阀体中口高度和阀门总体高度，尤其是对于大口径的高压锻造阀门来说，阀体中口高度如果过高的话将会较大地增加阀体中腔的加工难度和加工成本；7、金属压力密封环采用软钢制造时，表面一般需要采用镀银处理，制造成本高。

另外，不管是压力密封结构还是缠绕垫和非金属垫片或者金属环垫密封结构，均只有一道密封设置，高压介质一旦突破密封圈的封阻后便会产生外泄，对于要求杜绝介质外泄漏这一阀门的基本而又重要的密封要求来说，密封结构设计的冗余度偏低，尤其是当阀门使用在腐蚀性介质、对人和环境有害的介质或者是高温高压介质等使用工况、对控制介质的外泄漏有更严格的要求的场合时，上述这些密封结构的密封性能和密封可靠性如果能够在结构设计上得到加强，对阀门的使用将会具有较为重要的意义。

发明内容

为了克服现有的高压阀门的中法兰密封结构所存在的上述的不足之处，本发明提供了一种结构简单，能够明显改善阀门的阀体、阀盖部位的密封性能和密封可靠性，降低产品制造成本和生产难度，降低阀门总体高度，更好地保证阀门稳定可靠工作的高压阀门的中法兰密封结构。

为了实现上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种高压阀门的中法兰密封结构，包括阀体、阀盖和金属密封圈，阀体和阀盖的连接为以螺柱、螺母进行紧固的法兰连接结构，其主要技术方案为：圆环形的金属密封圈的截面为上下对称结构，金属密封圈的靠内径处为压力密封段，所述的压力密封段包括由金属密封圈内径中部向外挖去的圆环形的承压空腔部、金属密封圈上下表面靠近内径侧的环形面与承压空腔部上下表面之间的实体所构成的弹性密封舌部、金属密封圈上下表面位于弹性密封舌部外侧并向内凹进的环形的减薄凹陷部；在压力密封段的外侧至少还包括金属齿形密封段和缠绕垫密封段两者中的一个；所述的金属齿形密封段为在金属密封圈的上下表面在刻除若干个等间距排列的凹槽后留下的等宽的窄的同心圆环面，所述的缠绕垫密封段为在金属密封圈的上下表面设置向内凹进的环形的阶梯平面并在该凹进的阶梯平面内放置缠绕垫片。

本技术方案可以将上述的压力密封段、金属齿形密封段、缠绕垫密封段根据产品的密封要求组合出如下的几种密封结构：

密封结构由内向外依次由压力密封段、金属齿形密封段、缠绕垫密封段构成三重密封；

密封结构由内向外依次由压力密封段、缠绕垫密封段、金属齿形密封段构成三重密封；

密封结构由内向外依次由压力密封段、金属齿形密封段构成双重密封；

密封结构由内向外依次由压力密封段、缠绕垫密封段构成双重密封。

为了优化上述技术方案的应用效果，本发明并附加下述的技术方案：压力密封段的弹性密封舌部与阀体、阀盖止口平面接触的上下密封表面在装配前处于未受压状态时，所述的密封表面略高于减薄凹陷部外侧的平面。

本发明的有益效果是：采用本发明的技术方案作为高压阀门的中法兰密封结构，能够明显改善阀门中法兰部位的密封性能和密封可靠性，并能够使产品结构简化，降低产品制造成本和产品的生产难度，降低阀门总体高度，更好地保证阀门稳定可靠工作。

附图说明

图1是本发明所提出的中法兰密封结构的实施方案之一---由内向外依次由压力密封段、金属齿形密封段、缠绕垫密封段构成三重密封的示意图。

图2是本发明所提出的中法兰密封结构的实施方案之二---由内向外依次由压力密封段、缠绕垫密封段、金属齿形密封段构成三重密封的示意图。

图3是本发明所提出的中法兰密封结构的实施方案之三---由内向外依次由压力密封段、金属齿形密封段构成双重密封的示意图。

图4是本发明所提出的中法兰密封结构的实施方案之四---由内向外依次由压力密封段、缠绕垫密封段构成双重密封的示意图。

图5是压力密封段弹性密封舌部的密封表面处于未受压状态时略高于减薄凹陷部外侧的平面的示意图。

图中，1、阀体；2、阀盖；3、金属密封圈；4、缠绕垫片；3-1、承压空腔部；3-2、弹性密封舌部；3-3、减薄凹陷部；3-4、金属齿形密封。

具体实施方式

下面结合附图和几个实施方案对本发明作进一步的阐述。

如图1～图4所示，阀体(1)、阀盖(2)的连接采用的是以螺柱、螺母对体、盖中法兰进行紧固的普通栓接连接方式，而以本发明所提出的包含具有压力密封功能的压力密封段在内的多重密封结构来替代普通栓接连接的垫片密封或金属环垫密封结构。该多重密封的中法兰密封结构以金属密封圈(3)为主体，所述的金属密封圈(3)为圆环形、上下对称结构。在金属密封圈(3)的靠内径处为压力密封段，所述的压力密封段包括由金属密封圈(3)内径中部向外挖去的圆环形的承压空腔部(3-1)、金属密封圈(3)上下表面靠近内径侧的环形面与承压空腔部(3-1)上下表面之间的实体所构成的弹性密封舌部(3-2)、金属密封圈(3-1)上下表面位于弹性密封舌部(3-2)外侧并向内凹进的环形的减薄凹陷部(3-3)。

压力密封段的弹性密封舌部(3-2)与阀体(1)、阀盖(2)止口平面接触的上下密封表面(见图5)在装配前处于未受压状态时，亦即在金属密封圈(3)加工完成后，所述的密封表面略高于减薄凹陷部(3-3)外侧的平面，高出于金属密封圈(3)的基本厚度H之外的高度h根据阀门口径的大小取为h＝0.1～0.3mm，此时金属密封圈(3)的弹性密封舌部(3-2)在未受压状态下的厚度为H+2h。

阀门装配后，金属密封圈(3)的弹性密封舌部(3-2)因受压而与阀体(1)和阀盖(2)的止口密封平面贴紧，形成初始密封比压；当阀门处于工作状态时，位于承压空腔部(3-1)处的高压介质推动弹性密封舌部(3-2)更紧密地贴向阀体(1)、阀盖(2)的止口密封平面，产生较好的密封效果，因此本发明的压力密封段是一种新型的具有压力密封功能的密封结构；设置减薄凹陷部(3-3)的目的，是为了增强弹性密封舌部(3-2)受压时的弹性变形能力。与通常的阀门中腔压力密封结构相比较，常规结构的密封表面在受压涨紧的过程中存在高比压的相对摩擦运动或存在相对运动倾向，易导致相应的密封表面产生拉伤破坏进而影响密封，而本结构不存在这一问题。

为了增强密封性能和密封可靠性，在密封结构的压力密封段之外另外还设置金属齿形密封段和/或缠绕垫密封段，形成多重密封结构。所述的金属齿形密封段为在金属密封圈(3)的上下表面在刻除若干个等间距排列的凹槽后留下的等宽的窄的同心圆环面形成金属齿形密封(3-4)，刻槽的作用是减少接触面积、提高密封比压从而提高密封能力；所述的缠绕垫密封段为在金属密封圈(3)的上下表面设置向内凹进的环形的阶梯平面并在该凹进的阶梯平面内放置缠绕垫片(4)。

上述三种基本结构(压力密封、金属齿形密封、缠绕垫密封)通过组合能够形成如下四种密封结构，可根据需要应用于不同的使用工况：

如图1所示，由内向外依次由压力密封段、金属齿形密封段、缠绕垫密封段构成三重密封结构；

如图2所示，由内向外依次由压力密封段、缠绕垫密封段、金属齿形密封段构成三重密封结构；

如图3所示，由内向外依次由压力密封段、金属齿形密封段构成双重密封结构；

如图4所示，由内向外依次由压力密封段、缠绕垫密封段构成双重密封结构。

图1、图2所示的三重密封结构用于较重要的阀门以及对控制介质的外泄漏有更严格的要求的场合，当阀门的使用介质为强氧化性的腐蚀介质时，需要选择填充带为聚四氟乙烯的缠绕垫片；图3、图4所示的双重密封结构用于大多数普通高压阀门和一般工况。阀体(1)、阀盖(2)的止口平面通常情况下可不考虑堆焊，有特殊要求时可考虑堆焊不锈钢耐蚀层或采用其它型式的耐蚀防护层。

与现行的高压阀门的压力密封、垫片密封和环垫密封结构相比，上述的中法兰多重密封结构能够明显改善阀门中法兰部位的密封性能和密封可靠性，同时，相对于结构较为复杂、零部件数量较多、制造要求较高的压力密封结构来说，产品结构得到了简化、阀体中腔高度和阀门总体高度得到降低，产品制造成本和产品的生产难度有所下降，同时也能更好地保证阀门稳定可靠工作。

以上结合附图对本发明的具体实施方式作了说明，但这些说明不能被理解为限制了本发明的范围。本技术领域的技术人员应该知晓，本发明不受上述实施例的限制，其保护范围由所附的权利要求书所界定，任何在不超出本发明权利要求书所界定的范围内的各种改动、变型所形成的技术方案，都没有偏离本发明的精神和技术实质，仍然会属于本发明的权利要求范围之内。

Claims (2)

1.一种高压阀门的中法兰密封结构，包括阀体(1)、阀盖(2)和金属密封圈(3)，阀体(1)和阀盖(2)的连接为以螺柱、螺母进行紧固的法兰连接结构，其特征在于：圆环形的金属密封圈(3)的截面为上下对称结构，金属密封圈(3)的靠内径处为压力密封段，所述的压力密封段包括由金属密封圈(3)内径中部向外挖去的圆环形的承压空腔部(3-1)、金属密封圈(3)上下表面靠近内径侧的环形面与承压空腔部(3-1)上下表面之间的实体所构成的弹性密封舌部(3-2)、金属密封圈(3)上下表面位于弹性密封舌部(3-2)外侧并向内凹进的环形的减薄凹陷部(3-3)；在压力密封段的外侧至少还包括金属齿形密封段和缠绕垫密封段两者中的一个；所述的金属齿形密封段为在金属密封圈(3)的上下表面在刻除若干个等间距排列的凹槽后留下的等宽的窄的同心圆环面形成的金属齿形密封(3-4)，所述的缠绕垫密封段为在金属密封圈(3)的上下表面设置向内凹进的环形的阶梯平面并在该凹进的阶梯平面内放置缠绕垫片(4)。

2.根据权利要求1所述的高压阀门的中法兰密封结构，其特征在于：压力密封段的弹性密封舌部(3-2)与阀体(1)、阀盖(2)止口平面接触的上下密封表面在装配前处于未受压状态时，所述的密封表面略高于减薄凹陷部(3-3)外侧的平面。