CN104048060B - 一种用于高温控制阀的石墨金属阀密封组件 - Google Patents

一种用于高温控制阀的石墨金属阀密封组件 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种滑动阀杆控制阀，其包括阀体、位于该阀体内的座圈和可滑动地安装在该阀体内的阀塞，该阀塞和阀座配合来控制通过控制阀的流体流动。密封组件位于阀塞和阀座之间，该密封组件包括位于第一垫圈和第二垫圈之间的金属/石墨密封圈。偏心件与该第二垫圈相邻，并且挡圈与该偏心件相邻，以维持该偏心件与第二垫圈相邻。

Description

一种用于高温控制阀的石墨金属阀密封组件
技术领域
本发明涉及过程控制阀，如滑动阀杆阀，更为特别地涉及用于高温操作的、具有石墨/金属密封组件的滑动阀杆阀。
背景技术
过程控制阀用于需要对流体流动过程进行调整或控制的系统或过程。这种控制阀能够配置为滑动阀杆阀、旋转阀、球形阀等。通过设定控制元件的位置，如阀塞相对于阀座的位置，能够精确设定通过控制阀的流体流量。该阀塞通常在阀体内相对于阀座滑动或移动。在某些控制阀中，还包括笼，阀塞在该笼内滑动。由于阀塞在阀体内滑动，因此阻止在阀塞和阀体(或笼)间的流体流动是重要的。同时，希望减少阀塞和阀体(或笼)之间的摩擦并使磨损和粘附最小化。
在某些控制阀中，密封件将并入阀塞本身，或密封件并入阀体(或笼)或阀盖。不管怎样，密封件必须防止在阀塞和阀体或阀盖之间的流体流动。为了防止控制元件和阀体或阀盖之间的流体流动并且减少在控制元件和阀体或阀盖之间产生的摩擦，某些滑动阀杆阀在密封件中纳入了比较软的材料。这种密封件是加载弹簧、压力辅助的唇封，其由平滑、填充或增强聚四氟乙烯护套构成，该护套具有耐腐蚀弹簧，该弹簧由不锈钢和镍基或钴基合金构造而成。所使用的其他护套材料是其他含氟聚合物、超高分子量聚乙烯和聚氨酯。所使用的其他类型的密封件包括合成O型密封圈、星型密封圈、具有聚四氟乙烯(PTFE)基耐磨环的垫片和金属增强聚四氟乙烯基整装密封环。为了减少摩擦并且提供高质量的弹性的密封，在高温环境下通常不使用软质材料，因为材料在高温环境中会融化、蠕变或降解。所有这些软质材料仅用于相对较低的温度，小于600华氏度(小于大约316摄氏度)。
传统的高温滑动阀杆控制阀通常具有整体的硬质的石墨密封圈，该密封圈能够承受高温。尽管该石墨密封圈能够承受高温，但由于其不可弯曲、无顺应性或弹性，一般情况下该石墨密封圈不会提供在阀塞和阀体(或笼)或阀盖之间的最佳的密封。在阀塞和阀体(或笼)之间产生的摩擦会损坏石墨密封圈，且其相对容易受到流体介质中颗粒物和杂质的侵害，该颗粒物或杂质粘附于阀塞或者阀体(或笼)。整装石墨材料缺乏顺应性使得低温环境下的关闭泄漏比使用软质橡胶或塑性顺应性材料更为显著。除此之外，石墨密封圈具有相对比较高的摩擦系数，当阀塞运动时，其可导致过量摩擦和磨损。这一过量摩擦和磨损会导致密封和/或控制元件降解和过早失效。
发明内容
一种滑动阀杆控制阀包括具有入口和出口的阀体。该入口和出口通过流体流动通道流体相连。阀座位于流体流动通道处。滑动控制元件与阀座配合来控制通过阀体的流体流动。密封组件位于控制元件和阀体之间。该密封组件包括位于第一垫圈和第二垫圈之间的金属/弹性石墨密封圈。偏心件与其中一个垫圈相邻，并且挡圈维持所述偏心件与垫圈相邻，以便将由偏心件产生的作用力传递到挡圈并且因此传递至所述金属/弹性石墨密封圈。
在另一实施例中，用于高温滑动阀杆控制阀的密封组件包括金属/石墨密封圈，该密封圈位于第一垫圈和第二垫圈之间。偏心件与第二垫圈相邻并且挡圈与偏心件相邻。金属/石墨密封圈能够包括弹性石墨密封圈，其至少在三个侧面上被薄的金属封套围绕。
在另一实施例中，密封组件能够位于在控制元件中形成的环形槽内。
在另一实施例中，密封组件能够位于在阀体中形成的环形槽内。
所公开的密封组件在高温环境下提供了优良的密封能力，同时减少在控制元件和阀罩之间的摩擦或使该摩擦最小化。
附图说明
图1示出了根据本公开的教导所构造的滑动阀杆阀的横截面视图；
图2示出了图1中的滑动阀杆控制阀中的控制元件的横截面特写图，其包括金属/石墨密封组件；以及
图3示出了控制元件的一部分的横截面特写图，其包括金属/石墨密封组件；
图4示出了图3中的金属/石墨密封组件的进一步的横截面近视图。
虽然本公开容许各种修改和替代的结构，但是附图示出了金属/石墨密封组件的特定的说明性的实施例并且将在下面进行详细描述。然而，应当理解，本发明不限于这些所公开的特殊形式，相反，本发明包含由下文所限定的在本发明的精神和范围之内的所有修改、替代的结构和等效物。
具体实施方式
为了下面的讨论的目的，例如向内、向外、径向向内或者径向向外的术语用于指示相对于阀杆的中心轴A的相对的位置。类似地，当控制阀位于附图中所示的位置时，上部、下部、向上、向下这些术语用于指示相对的方向。
现参照附图，图1示出了根据本发明的公开的示例的教导来组装的滑动阀杆控制阀10并且其具有阀体12、流体入口14、流体出口16和通道18，该通道18将流体入口14和流体出口16连接起来。虽然在图1中所示的控制阀是滑动阀杆阀，但是本公开的教导也适用于其他类型的控制阀，如旋转阀、球阀、球形阀等。控制元件，如阀塞20滑动地安装在该阀体12之内，在阻止流体流动通过该阀体12的闭合位置(如图1所示)和允许流体流动通过该阀体12的开启位置(未示出)之间是可移动的。在图1的示例中，阀塞20是平衡阀塞。在另一实施例中，该阀塞20能够是不平衡的。阀10包括座圈22，其与阀塞20配合来控制通过阀体12的流体流动。控制阀10还包括阀杆26，其与阀塞20相耦合并且通过阀盖28延伸。阀杆26沿着轴A延伸并且连接到阀致动器(未示出)以使阀塞20在闭合位置和开启位置之间运动，在示出的闭合位置处阀塞20连接到座圈22从而防止流体流过通道18并且在开启位置处阀塞20离开座圈22从而允许流体流过通道18。
现参照图2至图4，阀密封组件30位于在阀塞20中形成的环形凹槽32中，如在图2的左侧所示。替代地，密封组件30能够位于在阀体12中形成的环形凹槽33中，如在图2的右侧所示。不管如何，密封组件30能够包括金属/石墨密封圈34。在一个实施例中，该金属/石墨密封圈34能够包括具有金属封套37的石墨环36。该金属封套37由很薄的金属箔构成，其厚度约在0.001英寸至0.005英寸的范围中。在一个优选的实施例中，例如，该金属箔含有经久耐用的金属合金，如N07718或者N07750。在阀塞20往复运动期间，金属封套37保护石墨环36免受摩擦损伤。该金属封套37还能够降低在阀塞20和阀体12之间的摩擦。例如，在另一实施例中，该金属箔能够涂以镀银层，或者该金属箔由稍软的金属构成，如铝、铜或者青铜。如图4中所示，该石墨环36装配在金属封套37内，该金属封套37从三个侧面围绕石墨环36(如图4中的横截面所示)，而第四侧面(如图4中示出的上侧面)保持打开。金属封套37通常具有U形横截面，其包括底部39、内侧壁41和外侧壁43。该内侧壁41和外侧壁43与底部侧39基本垂直地向上延伸。该内侧壁41和外侧壁43的高度H大于石墨环36的厚度T。也就是说，内侧壁41和外侧壁43要延伸到石墨环36之上(如图4中所示)。
该金属/石墨密封圈34能够位于第一垫圈60和第二垫圈62之间。该第一和第二垫圈60、62能够由任意可硬化材料做成，例如S41600不锈钢。该第一和第二垫圈60、62使金属/石墨密封圈34在环形凹槽32(或环形凹槽33)内保持恰当的位置，同时为金属/石墨密封圈34提供抗挤压保护。第一和第二垫圈60、62还保护金属/石墨密封圈34免受环境因素的损坏，如过热和压力过大。在如图1至图4中所示出的实施例中，第二垫圈62至少部分地位于金属封套37内。因此，第二垫圈62的径向尺寸小于第一垫圈60的径向尺寸。
偏心件64，如蝶形弹簧、缠绕垫片或者螺栓连接的阀帽，例如能够设置与第二垫圈62相邻。偏心件64向第二垫圈62施加轴向力，其传递至石墨环36。当石墨环36在第一垫圈60和第二垫圈62之间受到挤压时，这一轴向力导致石墨环36径向向外延伸。当石墨环36快速地径向向外延伸时，石墨环36将金属封套37推向阀体12，在密封组件30和阀体12间产生极佳的流体密封。挡圈70能够使偏心件64抵接在第二垫圈62上。挡圈70至少部分地位于在控制元件20中形成的环形凹槽72内。替代地，挡圈至少部分地位于阀体12的环形凹槽内。挡圈70防止偏心件64离开第二垫圈62。
根据一个或多个所公开的示例，对于高温控制阀而言，当减少在控制元件和阀体之间的摩擦时，密封组件提供更好的密封性能。通过将石墨环至少部分放在金属封套内，保护石墨密封圈免于摩擦和环境因素的影响，从而提供良好的流体密封。
前述详细描述仅仅是为了清楚地理解，并且应当理解没有不必要的限制，其做出的修改对本领域技术人员来说是显而易见的。

Claims (16)

1.一种滑动阀杆控制阀，包括：
具有入口和出口的阀体，所述入口和出口通过通道流体地相连；
安装在所述通道中的座圈；
可滑动地布置在所述阀体内的控制元件，所述控制元件和阀座配合来控制通过所述阀体的流体流动；以及
具有位于第一垫圈和第二垫圈之间的金属/石墨密封圈、与所述第二垫圈相邻的偏心件以及保持所述偏心件与所述第二垫圈相邻的挡圈的密封组件；
其中，所述金属/石墨密封圈包括石墨环和至少部分地围绕所述石墨环的金属封套，所述金属封套包括底部侧、内侧壁和外侧壁，并且所述第二垫圈至少部分地布置在所述金属封套内。
2.根据权利要求1所述的滑动阀杆控制阀，其中，所述金属封套在三个侧面上围绕所述石墨环。
3.根据权利要求2所述的滑动阀杆控制阀，其中，所述金属封套具有在0.001英寸至0.005英寸之间的厚度。
4.根据权利要求1所述的滑动阀杆控制阀，其中，所述内侧壁和所述外侧壁基本上垂直于所述底部侧向上延伸形成“U”形。
5.根据权利要求4所述的滑动阀杆控制阀，其中，所述内侧壁和所述外侧壁均具有比所述石墨环的厚度更大的高度。
6.根据权利要求1所述的滑动阀杆控制阀，其中，所述第二垫圈具有比所述第一垫圈更小的径向尺寸。
7.根据权利要求1所述的滑动阀杆控制阀，其中，所述金属封套由N07718、N07750、铝、铜和青铜之一构成。
8.根据权利要求1所述的滑动阀杆控制阀，其中，所述金属封套涂有镀银层。
9.一种用于高温控制阀的密封组件，所述密封组件包括：
位于第一垫圈和第二垫圈之间的金属/石墨密封圈；
与所述第二垫圈相邻的偏心件；以及
保持所述偏心件抵接所述第二垫圈的挡圈；
其中，所述金属/石墨密封圈包括石墨环和至少部分地围绕所述石墨环的金属封套，所述金属封套包括底部侧、内侧壁和外侧壁，并且所述第二垫圈至少部分地布置在所述金属封套内。
10.根据权利要求9所述的密封组件，其中，所述金属封套在三个侧面上围绕所述石墨环。
11.根据权利要求10所述的密封组件，其中，所述金属封套具有在0.001英寸至0.005英寸之间的厚度。
12.根据权利要求11所述的密封组件，其中，所述内侧壁和所述外侧壁基本上垂直于所述底部侧向上延伸形成“U”形。
13.根据权利要求12所述的密封组件，其中，所述内侧壁和所述外侧壁均具有比所述石墨环的厚度更大的高度。
14.根据权利要求9所述的密封组件，其中，所述第二垫圈具有比所述第一垫圈更小的径向尺寸。
15.根据权利要求9所述的密封组件，其中，所述金属封套由N07718、N07750、铝、铜和青铜之一构成。
16.根据权利要求9所述的密封组件，其中，所述金属封套涂有镀银层。
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