CN104989843A - 一种超低温金属硬密封浮动球阀 - Google Patents

一种超低温金属硬密封浮动球阀 Download PDF

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Abstract

本发明涉及一种超低温金属硬密封浮动球阀，包括阀体、阀座、球体、填料箱和阀杆，填料箱固定在所述阀体上，阀杆的一端穿过填料箱，与球体相连接，另一端设置于填料箱的外部；阀体、填料箱之间形成阀腔，球体设置于阀腔内，阀座设置于阀体和球体之间，并连接在阀体上；阀体包括第一阀体和第二阀体，阀座包括第一阀座和第二阀座，两个阀体间通过螺纹连接件固定连接，在螺纹连接件的一端与阀体之间设置第一碟簧，在第一阀座和第一阀体之间设置有碟簧；第一阀座上设置有阀腔泄压槽，第二阀座上设置有低温收缩弹性变形槽，球体上设置有阀腔泄压孔。阀腔泄压孔与阀腔泄压槽配合，有效解决了超低温状态下金属硬密封浮动球阀阀腔异常升压问题。

Description

一种超低温金属硬密封浮动球阀
技术领域
本发明涉及流体技术，更具体地涉及一种超低温金属硬密封浮动球阀。
背景技术
随着石油化工的发展，特别是液化天然气、液氧、液氮等超低温产品的储存、运输和广泛应用，对超低温(-46～-254℃)工况下应用的超低温金属硬密封球阀的要求也越来越高。根据相关工程设计及工艺操作安全的要求，国内各阀门供应商一直在对超低温金属硬密封浮动球阀不同部位的结构设计进行研究，并做出相应的优化设计和改进都无法满足实际使用工况的要求。
目前使用的超低温金属硬密封浮动球阀大都为国外进口产品，且存在以下几点缺陷：
1、采用都是分体式下游密封阀座，在超低温工况下右阀体的收缩变形量、阀座以及下游阀座密封圈的收缩变形量不一样，导致此结构阀门在运行过程中常出现介质泄漏问题；
2、左阀体和右阀体之间、左阀体与加长填料函之间密封采用金属缠绕垫片或者弹簧蓄能密封圈密封，超低温工况下使用一段时间后，因为密封材质的冷却硬化、老化现象严重，导致阀门出现外漏，也就是我们常看见某些阀门外面的因介质外漏而结霜现象。
3、当超低温介质累积在阀腔中，在受到管道或者环境温度升高的影响，阀腔内的超低温介质体积就会激剧膨胀，经常出现因阀腔压力过高而发生阀体变形或者严重的造成阀体爆炸事故，危及人员生命和装置安全。
发明内容
有鉴于此，本发明的目的在于提供一种保证在超低温下变形系数不同的球体和第二阀座发生弹性变形时，仍然能够实现球体和第二阀座之间的有效密封配合的超低温金属硬密封浮动球阀。
本发明的另一目的在于提供一种有效解决超低温状态下金属硬密封浮动球阀阀腔异常升压问题的超低温金属硬密封浮动球阀。
本发明提供一种超低温金属硬密封浮动球阀，其特征在于，包括阀体、阀座、球体、填料箱和阀杆，所述填料箱固定在所述阀体上，所述阀杆的一端穿过所述填料箱，与所述球体相连接，另一端设置于所述填料箱的外部；所述阀体、填料箱之间形成阀腔，所述球体设置于所述阀腔内，所述阀座设置于所述阀体和球体之间，并连接在所述阀体上；所述阀体包括相对设置的第一阀体和第二阀体，所述阀座包括第一阀座和第二阀座，所述第一阀座和第二阀座相对设置在所述球体的两侧，所述第一阀体和第二阀体通过第一螺纹连接件固定连接，在所述第一螺纹连接件的一端与阀体之间设置第一碟簧，在所述第一阀座和第一阀体之间设置有第二碟簧；所述第一阀座的外周上设置有阀腔泄压槽，所述阀腔泄压槽将所述阀腔与上游管道连通，所述第二阀座上设置有低温收缩弹性变形槽，所述球体上设置有阀腔泄压孔。
优选的，在所述第一阀体和第二阀体的结合面之间设置有第一金属密封圈。
优选的，所述第一阀座套设在所述第一阀体上，两者之间通过间隙配合进行活动连接。
优选的，所述第二阀座固定在所述第二阀体上。
优选的，所述第二阀座焊接在所述第二阀体上，或者直接将两者做成整体结构。
优选的，在所述阀体上设置有轴向贯通的第一流道，在所述球体上设置有与所述第一流道相配的第二流道。
优选的，在所述球体的一侧球面上设置有第一阀腔泄压孔，在所述球体上部的阀杆滑槽上设置有第二阀腔泄压孔，当阀门打开时，所述第二流道连通所述第一流道，所述第一阀腔泄压孔朝向阀腔，所述阀腔泄压孔连通所述阀腔和上下游管道；当阀门关闭时，所述第一阀腔泄压孔朝向上游方向，所述第一泄压孔连通所述阀腔与上游管道。
优选的，所述填料箱包括填料箱体和填料压盖，两者之间通过第三螺纹连接件固定连接；所述填料箱体的一端通过第二螺纹连接件固定在所述阀体上，所述压盖盖合在所述填料箱体的另一端面上，并通过第三螺纹连接件固定在所述填料箱体上；所述阀杆的一端依次穿过所述填料箱体和填料压盖，所述填料箱体、填料压盖和阀杆之间填充填料；所述填料采用了超低温填料垫和超低温V型填料组合密封的结构形式。
优选的，在所述第二螺纹连接件的一端和填料箱体之间设置第三碟簧，在所述第三螺纹连接件的的一端和填料压盖的上端面之间设置有第四碟簧。
优选的，在所述填料箱的外周上设置有保温板；在所述阀杆和阀体之间设置有滑动轴承和止推轴承。
本发明提供的超低温金属硬密封浮动球阀，由于所述第二阀座上设置有低温收缩弹性变形槽，保证了在低温下变形系数不同的球体和第二阀座发生弹性变形时，仍然能够实现球体和第二阀座之间的有效密封配合；所述阀腔泄压孔与所述阀腔泄压槽配合，起到双重安全保障，有效解决了超低温状态下金属硬密封浮动球阀阀腔异常升压问题。
附图说明
通过以下参照附图对本发明实施例的描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为本申请中超低温金属硬密封浮动球阀的整体结构示意图；
图2为本申请中第一阀座的结构示意图；
图3为本申请中球体的结构示意图。
具体实施方式
以下将参照附图更详细地描述本发明的各种实施例。在各个附图中，相同的元件采用相同或类似的附图标记来表示。为了清楚起见，附图中的各个部分没有按比例绘制。
如图1所示，本发明中的超低温金属硬密封浮动球阀包括阀体1、阀座2、球体3、填料箱4和阀杆5，所述填料箱4固定在所述阀体1上，所述阀杆5的一端穿过所述填料箱4，与所述球体1相连接，另一端设置于所述填料箱4的外部；所述阀体1、填料箱4之间形成阀腔100，所述球体3设置于所述阀腔100内，所述阀座2设置于所述阀体1和球体3之间，并连接在所述阀体1上。
此外，本实施例中的阀门为金属硬密封球阀，所述阀座2采用金属制成，所述球体3与阀座2之间是金属对金属的硬密封连接。
所述阀体1包括第一阀体11和第二阀体12，所述第一阀体11和第二阀体12相对设置，并通过第一螺纹连接件，例如螺柱、螺栓或者螺钉等固定连接。优选的，在所述第一阀体11和第二阀体12的结合面之间设置有第一金属密封圈71，对两个阀体之间的结合面进行密封。在所述第一螺纹连接件的一端与阀体1之间设置第一碟簧61，对本实施例中阀门的低温变形进行补偿。在所述阀体1上设置有轴向贯通的第一流道10，用于流体的通过。
如图1-3所示，所述阀座2包括第一阀座21和第二阀座22，所述第一阀座21和第二阀座22相对设置在所述球体3的两侧。所述第一阀座21套设在所述第一阀体11上，两者之间通过间隙配合进行活动连接。在所述第一阀座21和第一阀体11之间设置有第二碟簧62，当所述阀体1和球体2以及阀座本身发生低温收缩变形时，所述第二碟簧62自动调整所述阀座2与所述球体3的配合关系，尤其是通过所述第一阀座21自动调整所述球体3与第二阀座22之间的配合关系，为本申请中的阀门提供低温收缩变形补偿，使所述球体3与阀座之间的密封配合关系始终处在最佳状态。所述第一阀座21的外周上设置有阀腔泄压槽211，所述阀腔泄压槽211将所述阀腔100与上游管道连通，用于阀腔内压力突然升高时的压力释放。所述第二阀座22固定在所述第二阀体12上，例如将所述第二阀座22焊接在所述第二阀体12上，或者直接做成整体结构，使所述第二阀座22能够承受更高的外部压力。所述第二阀座22上设置有低温收缩弹性变形槽221，保证在低温下变形系数不同的球体3和第二阀座22发生弹性变形时，仍然能够实现球体3和第二阀座22之间的有效密封配合。
所述球体3上设置有与所述第一流道10相配的第二流道20，通过所述球体3的转动，带动所述第二流道20实现与所述第一流道10的连通和切断。在所述球体3的一侧球面上设置有第一阀腔泄压孔31，在所述球体上部的阀杆滑槽上设置有第二阀腔泄压孔32，；当阀门打开时，所述第二流道20连通所述第一流道10，所述第一阀腔泄压孔31朝向阀腔100，所述阀腔泄压孔31、32连通所述阀腔100和上下游管道；当阀门关闭时，所述球体3相对阀门打开状态旋转90度，使所述第一阀腔泄压孔31朝向上游方向，所述第一泄压孔31连通所述阀腔100与上游管道，此时所述第二碟簧62通过所述第一阀座21推动所述球体3，使所述球体3的球面与所述第二阀座22实现紧密密封配合，这样便实现了对流体介质上下游之间的切断。
所述阀腔泄压孔31、32的设置，保证超低温金属硬密封浮动球阀无论在开启还是关闭状态，阀腔的异常升压都可以通过阀腔泄压孔自动泄压到上游管道中，保证阀门和装置的安全。所述阀腔泄压孔31、32与所述阀腔泄压槽211配合，起到双重安全保障，有效解决了超低温状态下金属硬密封浮动球阀阀腔异常升压问题。
所述填料箱4包括填料箱体41和填料压盖42，两者之间通过第三螺纹连接件，例如螺柱、螺栓或者螺钉等固定在一起。所述填料箱体41的一端通过第二螺纹连接件固定在所述阀体1上，所述压盖42盖合在所述填料箱体41的另一端面上，并通过螺纹连接件固定在所述填料箱体41上。所述阀杆5的一端依次穿过所述填料箱体41和填料压盖42，所述填料箱体1、填料压盖2和阀杆5之间填充填料8，对所述阀杆5进行密封。所述填料8采用了超低温填料垫和超低温V型填料组合密封的结构形式，保证了超低温阀门长期处于超低温环境下的高效密封性能。
优选的，所述阀体1和填料箱体41之间设置第二金属密封圈72，对两者之间的密封面进行密封。在所述第二螺纹连接件的一端和填料箱体41之间设置第三碟簧63，用于对所述阀体1和填料箱体41之间的密封配合进行自动调节。在所述第三螺纹连接件的的一端和填料压盖42的上端面之间设置有第四碟簧64，通过预紧压缩填料压盖42补偿超低温V型填料在使用过程中的弹性变形，保持阀杆5长期稳定可靠的密封效果。
所述的第一螺纹连接件、第二螺纹连接件和第三螺纹连接件为部件之间的连接紧固件，例如螺柱、螺栓或者螺钉等。
在所述填料箱4的外周上设置有保温板411，所述保温板411，使低温流体介质流经本申请中的阀门时，减少了流体介质与外界的热交换，降低了流体介质被汽化甚至爆炸的危险。
在所述阀杆5和阀体1之间设置有滑动轴承91和止推轴承92，使本申请中的阀门在其各部件发生低温变形时，所述阀杆5不被卡死，能够实现轻松转动。
应当说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者设备中还存在另外的相同要素。
最后应说明的是：显然，上述实施例仅仅是为清楚地说明本发明所作的举例，而并非对实施方式的限定。对于所属领域的普通技术人员来说，在上述说明的基础上还可以做出其它不同形式的变化或变动。这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。而由此所引申出的显而易见的变化或变动仍处于本发明的保护范围之中。

Claims (10)

1.一种超低温金属硬密封浮动球阀，其特征在于，包括阀体(1)、阀座(2)、球体(3)、填料箱(4)和阀杆(5)，所述填料箱(4)固定在所述阀体(1)上，所述阀杆(5)的一端穿过所述填料箱(4)，与所述球体(1)相连接，另一端设置于所述填料箱(4)的外部；所述阀体(1)、填料箱(4)之间形成阀腔(100)，所述球体(3)设置于所述阀腔(100)内，所述阀座(2)设置于所述阀体(1)和球体(3)之间，并连接在所述阀体(1)上；
所述阀体(1)包括相对设置的第一阀体(11)和第二阀体(12)，所述阀座(2)包括第一阀座(21)和第二阀座(22)，所述第一阀座(21)和第二阀座(22)相对设置在所述球体(3)的两侧，所述第一阀体(11)和第二阀体(12)通过第一螺纹连接件固定连接，在所述第一螺纹连接件的一端与阀体(1)之间设置第一碟簧(61)，在所述第一阀座(21)和第一阀体(11)之间设置有第二碟簧(62)；
所述第一阀座(21)的外周上设置有阀腔泄压槽(211)，所述阀腔泄压槽(211)将所述阀腔(100)与上游管道连通，所述第二阀座(22)上设置有低温收缩弹性变形槽(221)，所述球体(3)上设置有阀腔泄压孔。
2.根据权利要求1所述的超低温金属硬密封浮动球阀，其特征在于，在所述第一阀体(11)和第二阀体(12)的结合面之间设置有第一金属密封圈(71)。
3.根据权利要求1所述的超低温金属硬密封浮动球阀，其特征在于，所述第一阀座(21)套设在所述第一阀体(11)上，两者之间通过间隙配合进行活动连接。
4.根据权利要求1所述的超低温金属硬密封浮动球阀，其特征在于，所述第二阀座(22)固定在所述第二阀体(12)上。
5.根据权利要求4所述的超低温金属硬密封浮动球阀，其特征在于，所述第二阀座(22)焊接在所述第二阀体(12)上，或者直接将两者做成整体结构。
6.根据权利要求1所述的超低温金属硬密封浮动球阀，其特征在于，在所述阀体(1)上设置有轴向贯通的第一流道(10)，在所述球体(3)上设置有与所述第一流道(10)相配的第二流道(20)。
7.根据权利要求1所述的超低温金属硬密封浮动球阀，其特征在于，在所述球体(3)的一侧球面上设置有第一阀腔泄压孔(31)，在所述球体上部的阀杆滑槽上设置有第二阀腔泄压孔(32)，当阀门打开时，所述第二流道(20)连通所述第一流道(10)，所述第一阀腔泄压孔(31)朝向阀腔(100)，所述阀腔泄压孔(31、32)连通所述阀腔(100)和上下游管道；当阀门关闭时，所述第一阀腔泄压孔(31)朝向上游方向，所述第一泄压孔(31)连通所述阀腔(100)与上游管道。
8.根据权利要求1所述的超低温金属硬密封浮动球阀，其特征在于，所述填料箱(4)包括填料箱体(41)和填料压盖(42)，两者之间通过第三螺纹连接件固定连接；
所述填料箱体(41)的一端通过第二螺纹连接件固定在所述阀体(1)上，所述压盖(42)盖合在所述填料箱体(41)的另一端面上，并通过第三螺纹连接件固定在所述填料箱体(41)上；所述阀杆(5)的一端依次穿过所述填料箱体(41)和填料压盖(42)，所述填料箱体(1)、填料压盖(2)和阀杆(5)之间填充填料(8)；所述填料(8)采用了超低温填料垫和超低温V型填料组合密封的结构形式。
9.根据权利要求8所述的超低温金属硬密封浮动球阀，其特征在于，在所述第二螺纹连接件的一端和填料箱体(41)之间设置第三碟簧(63)，在所述第三螺纹连接件的的一端和填料压盖(42)的上端面之间设置有第四碟簧(64)。
10.根据权利要求8所述的超低温金属硬密封浮动球阀，其特征在于，在所述填料箱(4)的外周上设置有保温板(411)；
在所述阀杆(5)和阀体(1)之间设置有滑动轴承(91)和止推轴承(92)。
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