CN104455496B - 一种用于安全阀的锥面软密封结构 - Google Patents

一种用于安全阀的锥面软密封结构 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种用于安全阀的锥面软密封结构，其包括凸台形的阀座；所述的阀座顶端嵌入凹槽形的反冲盘底部，通过下调节圈将阀座顶端与反冲盘底部螺纹连接；反冲盘的凹槽塞入“T”形密封块，该“T”形密封块下端伸入阀座的顶端；导向杆设置在反冲盘上方，导向杆通过螺纹连接在反冲盘内，并采用锁紧螺母将导向杆与反冲盘固定防松；导向杆压紧反冲盘内置的密封块；同时，反冲盘也起到压块的作用，密封块、反冲盘、导向杆和锁紧螺母组成一个一体运动的组件；阀座和密封块之间接触的密封面采用锥面密封形式。本发明在常温工况(‑46℃～200℃)和低温工况(‑46℃～‑200℃)下该阀保证准确开启、密封可靠、稳定排放和适时回座。

Description

一种用于安全阀的锥面软密封结构
技术领域
本发明涉及安全阀，具体涉及一种用于弹簧直接载荷式安全阀的锥面软密封结构，其能适用于常温工况(-46℃～200℃)和低温工况(-46℃～-200℃)。
背景技术
安全阀是一种自动阀门，不借助任何外力而利用介质本身的力来排出一定质量的流体，以防止压力超过额定的安全值。当压力恢复正常后，阀门再行关闭并阻止介质继续流出。低温安全阀广泛应用于空分、LNG、LPG、多晶硅等行业，是安全阀领域的一项重要产品分支，市场需求广阔。在相关化工领域，特别是空分领域的低温设备和氧介质设备中，由于密封要求非常高，所以在这些工况应用的安全阀通常使用软密封结构。
普通软密封结构安全阀通常采用O型圈密封，但O型圈材料的使用温度不能完全满足低温工况，故其工作温度范围仅在-50～200℃之间。另一种常见软密封结构是采用平面塑料块密封，其结构见图1。在这种密封结构中，阀座1采用凸台设计，与之接触的平面密封块4用压块5和压紧螺钉6固定在反冲盘3上，可实现拆卸、更换，但是由于平面密封中阀座1凸台是圆弧面，凸台与密封块4的接触副起初是线接触，阀门起跳几次后密封块4不可避免会产生塑性变形，留下槽形压痕。而固定密封块4的反冲盘3在导向过程中无法保证每次起跳后都落在同一位置，这样就会出现平面密封结构在刚开始密封效果时比较好，起跳次数增加后，由于密封块4起跳后无法保证落在阀座1的同一位置上，导致密封块4的槽型压痕不断加宽和加深，密封性能就会降低，并且密封块4的使用寿命也会随之降低。图2是平面塑料块密封结构密封性能降低的原理示意图。
发明内容
本发明的目的在于设计一种动作性能优异，密封效果良好的用于安全阀的锥面软密封结构，其该安全阀能用于常温和低温装置的。
实现本发明目的的技术方案：一种用于安全阀的锥面软密封结构，其包括凸台形的阀座；所述的阀座顶端嵌入凹槽形的反冲盘底部，通过下调节圈将阀座顶端与反冲盘底部螺纹连接；反冲盘的凹槽塞入“T”形密封块，该“T”形密封块下端伸入阀座的顶端；导向杆设置在反冲盘上方，导向杆通过螺纹连接在反冲盘内，并采用锁紧螺母将导向杆与反冲盘固定防松；导向杆压紧反冲盘内置的密封块；同时，反冲盘也起到压块的作用，密封块、反冲盘、导向杆和锁紧螺母组成一个一体运动的组件；阀座和密封块之间接触的密封面采用锥面密封形式；阀座的密封面锥角A与密封块的密封面锥角不相等，阀座的密封面与密封块的密封面锥面的夹角B，A角数值范围30°～60°、B角数值范围5°～15°。
如上所述的一种用于安全阀的锥面软密封结构，其通过调节下调节圈改变反冲盘与下调节圈之间的间隙，在下调节圈、反冲盘和密封块之间形成蓄压腔结构。
如上所述的一种用于安全阀的锥面软密封结构，其反冲盘和阀座这两个金属零件形成一个限制密封块压缩量的结构，密封块与阀座接触后，在阀座和反冲盘之间会形成缝隙△h，此缝隙△h即为密封块受压后的最大压缩量，△h的数值范围为0.5mm～1.5mm。
如上所述的一种用于安全阀的锥面软密封结构，其所述的密封块为塑料材质。密封块优选改性PTFE、PCTFE或F46材质。
本发明的效果在于：
本发明所述的用于安全阀的锥面软密封结构，其采用特殊的锥面密封结构以适应各行业对常温和低温软密封安全阀的苛刻要，并选用能耐低温抗冷流的非金属材料，很好地解决了低温条件下材料变形导致的阀门泄漏问题。在常温工况(-46℃～200℃)和低温工况(-46℃～-200℃)下该阀保证准确开启、密封可靠、稳定排放和适时回座，可广泛应用于空分、LNG、LPG、多晶硅、乙烯等低温装置中的易燃、易爆、渗透性强的介质场合。
本发明中密封块使用塑料材质时，塑料的弹性模量远大于橡胶等材质，需要比较大的密封比压，采用锥面密封恰好进一步提高密封面的密封比压，提高阀门的密封性能。阀座密封面的锥角与密封块的锥角不是完全相等，它们之间存在一个夹角。设置夹角的目的是为了保证在安全阀整定压力较低时保持一个更高的密封比压，安全阀整定压力较高时密封块因为夹角的存在还能保持比较好的强度。密封块和反冲盘之间选用可拆式的方式固定，以便在阀门维修出现密封块损坏时更换密封块而非更换整个反冲盘组件就能修好阀门的密封性能。还能使阀门在动作过程中，能保持密封块与阀座的良好锥面接触，保证阀门高密封性，并且，密封块的使用寿命较平面密封明显延长。
附图说明
图1为常用平面塑料块密封结构；
图2为平面塑料块密封结构密封性能降低的原理示意图；
图3为本发明所述的一种用于安全阀的锥面软密封结构示意图；
图4为密封块结构图；
图5为安全阀整体结构示意图。
图中：1.阀座；2.下调节圈；3.反冲盘；4.密封块；5.压块；6.压紧螺钉；7.锁紧螺母；8.导向杆；9.导套。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施例对本发明所述的用于安全阀的锥面软密封结构作进一步描述。
如图3所示，本发明所述的一种用于安全阀的锥面软密封结构，其包括凸台形的阀座1，阀座1顶端嵌入凹槽形的反冲盘3底部，通过下调节圈2将阀座1顶端与反冲盘3底部螺纹连接。通过调节下调节圈2可改变反冲盘3、与下调节圈2之间的间隙，在下调节圈2、反冲盘3和密封块4之间形成蓄压腔结构。
反冲盘3的凹槽塞入“T”形密封块4，该“T”形密封块4下端伸入阀座1的顶端。密封块4选用抗冷流能力强，热膨胀系数小的塑料，密封块4优选改性PTFE、PCTFE或F46材质。
导向杆8设置在反冲盘3上方，导向杆8通过螺纹连接在反冲盘3内，并采用锁紧螺母7将导向杆8与反冲盘3固定防松；导向杆8压紧反冲盘3内置的密封块4；同时，反冲盘3也起到压块的作用，密封块4、反冲盘3、导向杆8和锁紧螺母7组成一个一体运动的组件。
如图4所示，阀座1和密封块4之间接触的密封面采用锥面密封形式。阀座1的密封面锥角A与密封块4的密封面锥角不相等，A角数值范围30°～60°(例如：30°、40°或60°)；阀座1的密封面与密封块4的密封面锥面的夹角B，B角数值范围5°～15°(例如：5°、10°或15°)。
反冲盘3和阀座1这两个金属零件形成一个限制密封块4压缩量的结构，密封块与阀座接触后，在阀座和反冲盘之间会形成缝隙△h，此缝隙△h即为密封块4受压后的最大压缩量，△h的数值范围为0.5mm～1.5mm(例如：0.5mm、1.0mm或1.5mm)。
本发明中阀座1为金属材质，密封块4为非金属材质，阀座1的密封宽度大于密封块4的密封宽度。通常金属材质的硬度会大于非金属材质的硬度，选择阀座1的密封宽度大于密封块4的密封宽度，是为了避免密封块4随反冲盘3多次起跳、回座，与阀座1冲击后形成不规则的压痕而影响密封性能，尤其在低温下压痕会因热胀冷缩发生变形和位移，密封泄漏的概率更是增加。
通过调节下调节圈2的齿数调节下调节圈2和反冲盘3之间的间隙，在下调节圈2、反冲盘3和密封块4之间形成蓄压腔结构，从而调节超过压力和启闭压差，保证阀门具有很高的动作性能。
阀座1与密封块4接触处采用锥面设计，设计最合适的阀座密封面锥角A，阀座密封面锥面与密封块4锥面的夹角B，使得密封块4的接触应力和强度最合理，从而获得最好的密封比压，使密封性能达到最佳。
为了防止密封块4在反复动作的过程中产生严重的变形，导致密封失效，设计时运用反冲盘3和阀座1这两个金属零件形成一个限制密封块4压缩量的结构，反冲盘3与导向杆8通过螺纹连接后将密封块4固定在反冲盘上，反冲盘3在弹簧力和重力作用下使密封块4与阀座1接触，在反冲盘3与阀座1之间形成缝隙△h，此缝隙△h即为密封块4受压后的最大压缩量，这样能有效的控制密封块4的变形量。
图5是本发明所述的锥面软密封结构应用于安全阀的整体结构示意图，当入口压力到达整定压力时，介质从阀座1出口流出，通过反冲盘3和下调节圈2形成的第二环形泄放区，介质先压缩后膨胀，形成超音速流动，当反冲盘3或导向杆8与导套9接触后，安全阀达到全开高，介质压力迅速被释放，安全阀重新关闭。反冲盘3主要是提供介质由于速度运动方向发生变化后的向上反冲力，而下调节圈2主要是通过调节其和反冲盘3之间的间隙进而调节第二环形泄放区的大小，从而调节超过压力和启闭压差，从而保证本专利软密封阀门拥有优异的动作性能参数。
本发明的锥面软密封结构不仅能用于图5所示的弹簧直接载荷式安全阀，还能用于先导式及其他类型的安全阀中。
本发明通过设置特殊的软密封结构，弹簧直接载荷式低温安全阀能够克服在低温条件下密封块变形导致的泄漏，同时这种密封形式还能解决常温条件下小口径低压力的普通塑料块密封结构的泄漏问题。经试验验证，阀门超过压力小于10％，启闭压差小于7％，液氮低温条件下密封面处的泄漏率小于18cm3/min。经空气化工、普莱克斯等的工程检验，此产品能很好地满足客户对低温安全阀的苛刻要求。

Claims (5)

1.一种用于安全阀的锥面软密封结构，其包括凸台形的阀座(1)，其特征在于：所述的阀座(1)顶端嵌入凹槽形的反冲盘(3)底部，通过下调节圈(2)将阀座(1)顶端与反冲盘(3)底部螺纹连接；反冲盘(3)的凹槽塞入“T”形密封块(4)，该“T”形密封块(4)下端伸入阀座(1)的顶端；
导向杆(8)设置在反冲盘(3)上方，导向杆(8)通过螺纹连接在反冲盘(3)内，并采用锁紧螺母(7)将导向杆(8)与反冲盘(3)固定防松；导向杆(8)压紧反冲盘(3)内置的密封块(4)；同时，反冲盘(3)也起到压块的作用，密封块(4)、反冲盘(3)、导向杆(8)和锁紧螺母(7)组成一个一体运动的组件；
阀座(1)和密封块(4)之间接触的密封面采用锥面密封形式；
阀座(1)的密封面锥角A与密封块(4)的密封面锥角不相等，阀座(1)的密封面与密封块(4)的密封面锥面的夹角B，A角数值范围30°～60°、B角数值范围5°～15°。
2.根据权利要求1所述的一种用于安全阀的锥面软密封结构，其特征在于：通过调节下调节圈(2)改变反冲盘(3)与下调节圈(2)之间的间隙，在下调节圈(2)、反冲盘(3)和密封块(4)之间形成蓄压腔结构。
3.根据权利要求1所述的一种用于安全阀的锥面软密封结构，其特征在于：反冲盘(3)和阀座(1)这两个金属零件形成一个限制密封块(4)压缩量的结构，密封块与阀座接触后，在阀座和反冲盘之间会形成缝隙△h，此缝隙△h即为密封块(4)受压后的最大压缩量，△h的数值范围为0.5mm～1.5mm。
4.根据权利要求1所述的一种用于安全阀的锥面软密封结构，其特征在于：所述的密封块(4)为塑料材质。
5.根据权利要求4所述的一种用于安全阀的锥面软密封结构，其特征在于：所述的密封块(4)为改性PTFE、PCTFE或F46材质。
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