CN106151578B - 一种适用于多温度工况的双向密封阀座 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种适用于多温度工况的双向密封阀座，包括阀座和密封环保持架组件；所述密封环保持架组件设置在所述阀座的径向外侧；密封环保持架组件包括压力平衡式保持架、石墨密封环组甲、石墨密封环组乙，金属密封件保持架甲、金属密封件保持架乙、金属密封件组甲和金属密封件组乙；在压力平衡式保持架的两侧分别设置石墨密封环组甲和石墨密封环组乙，在外侧设置金属密封件保持架甲和金属密封件保持架乙，其上分别设置金属密封件组甲和金属密封件组乙。本发明的一种适用于多温度工况的双向密封阀座，采用了复合式活塞环双向密封结构，实现任一个阀座的双向密封，具有良好的密封性能，且能应用于多种不同的工作温度环境及工况条件。

Description

一种适用于多温度工况的双向密封阀座

技术领域

本发明涉及阀座密封领域，具体涉及一种适用于多温度工况的双向密封阀座。

背景技术

在高温或低温工况中，对阀门的流阻、密封性能等要求特别高。因此，工程中大多选用球阀和带导流孔的平板闸阀。这两类阀门采用了活塞式浮动阀座，在弹簧载荷和介质压力的作用下，可自动补偿因温度变化引起材料收缩或伸胀的间隙，保证了阀座与阀芯之间的密封性能。但浮动阀座与阀体之间的密封是该类阀门的软肋，工程中常发生泄漏，严重影响了工程系统的运行。

附图1是目前市场上带浮动阀座的球阀、平板闸阀(参照球阀)阀座600与阀体500间的密封结构。阀座600与阀体500间的密封采用橡胶O型圈，橡胶材料的特性决定了其在低温工况下会发生脆化断裂，在高压工况下会被烧损，它的使用温度范围只能在－70℃～+200℃之间，不适用低温度－256℃～－70℃和高温+200℃～+770℃之间的工况。

在高温工况条件下，球阀、平板闸阀(参照球阀)阀座600与阀体500间目前市场上采用类似附图2的密封结构。虽然这种密封结构的耐温最高能达到600℃，但石墨密封环在高压状态下容易使石墨材料从阀体500与阀座600的配合缝隙中挤出，因而该结构不耐高压。石墨材料的热膨胀系数较大，大截面的石墨密封环在高温状态下容易使阀体500与阀座600间胀死，使浮动阀座600失去活塞效应，从而使阀门的密封失效。同时，大截面的石墨密封环在高温状态下受热膨胀的影响，还容易使阀门操作扭矩增大，使阀门操作困难。这些就是采用这种结构的阀门性能不稳定的主要原因。这种结构不能实现单一阀座双向密封功能，只有当介质从阀芯前端流入时，阀芯前的阀座才能实现密封功能，而阀芯后的阀座不能实现密封。

发明内容

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种适用于多温度工况的双向密封阀座，解决了阀门在低温和高温工况中浮动阀座与阀体之间的密封泄漏问题。

实现上述目的一种技术方案是：一种适用于多温度工况的双向密封阀座，其特征在于，包括阀座和密封环保持架组件；

所述密封环保持架组件设置在所述阀座的径向外侧；

所述密封环保持架组件包括压力平衡式保持架、石墨密封环组甲、石墨密封环组乙，金属密封件保持架甲、金属密封件保持架乙、金属密封件组甲和金属密封件组乙；

所述压力平衡式保持架的截面呈十字形；在所述压力平衡式保持架的两侧分别设置所述石墨密封环组甲和石墨密封环组乙；在所述石墨密封环组甲和石墨密封环组乙的外侧设置所述金属密封件保持架甲和金属密封件保持架乙；所述金属密封件组甲设置在所述金属密封件保持架甲上，所述金属密封件组乙设置在所述金属密封件保持架乙上。

进一步的，所述压力平衡式保持架的与阀座和阀体的接触面上分别沿着接触面各加工一条同宽同深的凹槽，使得所述压力平衡式保持架的外圆与所述阀体的内孔的每个接触面的宽度均不大于5mm；在所述压力平衡式保持架的圆周壁上至少开设两个使所述压力平衡式保持架的外径和内径连通的通孔。

进一步的，所述石墨密封环组甲包括石墨密封内环甲，石墨密封外环甲；所述石墨密封环组乙包括石墨密封内环乙，石墨密封外环乙；所述石墨密封内环甲、所述石墨密封外环甲、所述石墨密封内环乙和所述石墨密封内环乙的截面均为矩形或正方形，其边长为3－6mm。

再进一步的，所述石墨密封环组甲和所述石墨密封环组乙的材料为柔性石墨或编织石墨。

更进一步的，所述柔性石墨内部设有金属衬，所述编织石墨内部设有金属衬。

进一步的，所述金属密封件组甲包括金属内密封件甲，金属外密封件甲；所述金属密封件组乙包括金属内密封件乙，金属外密封件乙；所述金属内密封件甲、所述金属外密封件甲、所述金属内密封件乙和所述金属外密封件乙为C型金属环或冲压式金属环或空心金属环；所述金属密封件组甲和所述金属密封件组乙的金属表面进行抛光，不进行镀层处理。

再进一步的，所述金属内密封件甲、所述金属外密封件甲、所述金属内密封件乙和所述金属外密封件乙的材料为不锈钢或inconel材料。

再进一步的，所述金属内密封件甲、所述金属外密封件甲、所述金属内密封件乙和所述金属外密封件乙的表面包覆或涂覆氟塑料、石墨或镀银的镀层处理。

本发明的一种适用于多温度工况的双向密封阀座，通过采用了复合式活塞环双向密封结构的密封环保持架组件，实现任一个阀座的双向密封，具有良好的密封性能；同时密封环保持架组件采用了压力平衡式保持架连接石墨密封环和金属密封支架的结构设计，使密封结构能够应对多种温度和工况条件而不易发生泄漏，提升了阀门的应用范围和可靠性。

附图说明

图1为现有带浮动阀座的球阀的阀座与阀体间采用橡胶O型圈的密封结构的示意图；

图2为现有带浮动阀座的球阀的阀座与阀体间采用单一、大截面石墨密封环的密封结构的示意图；

图3为本发明的一种适用于多温度工况的双向密封阀座在球阀中的装配剖视示意图；

图4为本发明的一种适用于多温度工况的双向密封阀座在球阀中的装配实施细节的剖视示意图；

图5为图4中A部的局部放大图；

图6为本发明的一种适用于多温度工况的双向密封阀座在闸阀中的装配实施细节的剖视示意图；

图7为本发明的一种适用于多温度工况的双向密封阀座在球阀中的另一种实施方式的剖视示意图；

图8为本发明的一种适用于多温度工况的双向密封阀座在闸阀中的另一种实施方式的剖视示意图；

图9为本发明的一种适用于多温度工况的双向密封阀座的压力平衡式保持架的结构示意剖视图。

具体实施方式

为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例并结合附图进行详细地说明：

请参阅图3至图6，本发明的一种适用于多温度工况的双向密封阀座，包括阀座600和密封环保持架组件100。

密封环保持架组件100设置在阀体600的径向外侧。

密封环保持架组件100包括压力平衡式保持架110、石墨密封环组甲120、石墨密封环组乙130，金属密封件保持架甲140、金属密封件保持架乙150、金属密封件组甲160和金属密封件组乙170。

压力平衡式保持架110的截面呈十字形。

在压力平衡式保持架110的两侧分别设置石墨密封环组甲120和石墨密封环组乙130。

石墨密封环组甲120包括石墨密封内环甲121，石墨密封外环甲122；石墨密封环组乙130包括石墨密封内环乙131，石墨密封外环乙132；石墨密封内环甲121、石墨密封外环甲122、石墨密封内环乙123和石墨密封内环乙124的截面均为矩形，其边长为3－6mm。石墨密封环组甲120和石墨密封环组乙130可采用柔性石墨，或柔性石墨带内部金属衬，或采用编织石墨，或编织石墨带内部金属衬等压制成型。

在石墨密封环组甲120和石墨密封环组乙130的外侧设置金属密封件保持架甲140和金属密封件保持架乙150。金属密封件保持架甲140和金属密封件保持架乙150的尺寸精度、表面粗糙度应严格要求；最大外径处既要按所用材料的热膨胀系数选择配合间隙，以防止高温抱死；又要采取适当措施减小此外圆与阀体内壁的接触面积，最大外圆与阀体内孔的接触宽度每处可控制的5mm以下。如切槽、设计成肩台等。

金属密封件组甲160设置在金属密封件保持架甲140上，金属密封件组乙170设置在金属密封件保持架乙150上。金属密封件组甲160包括金属内密封件甲161，金属外密封件甲162；金属密封件组乙170包括金属内密封件乙171，金属外密封件乙172；金属内密封件甲161、金属外密封件甲162、金属内密封件乙171和金属外密封件乙172可根据工况条件选择其材料、涂层、形式等，可采用C型金属环，或充压式金属环，或空心金属环，在金属环的表面也可进行涂层或镀层的工艺处理，其材料建议选择不锈钢，或inconel材料。金属密封环的表面可根据工况需要采用包覆或涂氟塑料、涂石墨、镀镍、镀银、镀金等工艺处理，有些工况也可直接进行表面抛光，不进行涂层或镀层处理。

请参阅图7，本发明的一种适用于多温度工况的双向密封阀座的另一种在球阀中的实施方式，其金属密封件为单一空心金属环。图8为本发明的一种适用于多温度工况的双向密封阀座的该种实施方式在闸阀中的应用。

请参阅图7，压力平衡式保持架110的与阀座和阀体的接触面上分别沿着接触面各加工一条同宽同深的凹槽111，使得压力平衡式保持架110的外圆与阀体的内孔的每个接触面的宽度均不大于5mm。在压力平衡式保持架110的圆周壁上至少开设两个使压力平衡式保持架110的外径和内径连通的通孔112。

本发明的一种适用于多温度工况的双向密封阀座与现有的密封阀座相比具有以下特点。

1.在高温和低温工况条件下都能实现可靠密封。

现有技术能够实现双向密封的阀座密封结构，仅限于温度范围在－70℃～+200℃之间的工况条件下使用，不适用低温度－256℃～－70℃和高温+200℃～+770℃之间工况。本发明可适用于－256℃～770℃之间的任何温度工况，适用范围广。

2.在高压和低压工况条件下都能实现可靠密封。

现有技术在浮动阀座的球阀或平板闸阀的阀座与阀体之间采用橡胶O型圈密封，不但使用温度范围受到限制，而且使用压力也因使用介质和阀门公称通径的大小而受到限制，因为橡胶O型圈有可能被高压挤出或吹断。如应用于气体工况中，当阀门的公称通径大于DN150时，最高压力应不超过600LB，否则就必须要采取防爆措施。现有技术采用的阀座与阀体之间石墨密封环密封虽然耐温最高能达到600℃，但不耐高压，特别是当温度或压差变化较大时，石墨密封环容易被击穿，而导致阀座密封系统泄漏。大截面的石墨密封环在高温状态下容易使阀体与阀座间胀死，使浮动阀座失去活塞效应，从而使阀门的密封失效。大体积的石墨密封环在高温状态下受热膨胀，还容易使阀门操作扭矩增大，使阀门操作困难。

本发明采用分段式小截面石墨密封环、压力平衡式保持架、金属密封件保持架和金属密封件组组合构成浮动阀座球阀或平板闸阀阀体与阀座间的密封，使用温度范围宽，使用压力范围大，几乎适用于各种介质的工况。在高温、高压工况中，石墨密封环既不会发生高温抱死现象，也不会发生高压击穿现象。分段式小截面石墨密封环在高温工况下，可防止石墨密封环过度膨胀，影响阀座活塞运动的灵活性，在低温工况下，可防止石墨密封环过度收缩，而造成密封泄漏。压力平衡式保持架在任一方向石墨密封环如有微量渗漏，压力进入压力平衡式保持架后会使石墨密封环两侧的压力平衡，起到阻止该密封环发生进一步渗漏的作用。金属密封件组，可以防止阀座的活塞运动在高压差、高温差变化时引起石墨密封环冲蚀、挤出和磨损问题的发生。

3.适用范围广，工况适应性强。

本发明可应用于球阀或平板闸阀的阀座密封系统中，作为可拆卸阀座与阀体之间的密封结构，使球阀或平板闸阀在只有一个阀座或同时有两个阀座的情况下都可实现向双密封。当安装空间受到限制时，阀门采用单阀座结构设计，可减小阀门的外形尺寸，有利于现场安装，同时仍可实现双向密封，安装没有流向限制。当用于如毒气、放射性介质、高温蒸汽等非常严酷的工况时，采用双阀座结构设计，两个独立的阀座都能实现双向密封，使阀门的密封更可靠，大大提高了系统的安全性、可靠性。

基于以上特点，本发明的一种适用于多温度工况的双向密封阀座相比现有的采用橡胶O型圈以及单一、大截面石墨密封环的密封结构具有突出的实质性特点和显著的进步。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。

Claims (7)

1.一种适用于多温度工况的双向密封阀座，其特征在于，包括阀座和密封环保持架组件；

所述密封环保持架组件设置在所述阀座的径向外侧；

所述密封环保持架组件包括压力平衡式保持架、石墨密封环组甲、石墨密封环组乙，金属密封件保持架甲、金属密封件保持架乙、金属密封件组甲和金属密封件组乙；

所述压力平衡式保持架的截面呈十字形；在所述压力平衡式保持架的两侧分别设置所述石墨密封环组甲和石墨密封环组乙；在所述石墨密封环组甲和石墨密封环组乙的外侧设置所述金属密封件保持架甲和金属密封件保持架乙；所述金属密封件组甲设置在所述金属密封件保持架甲上，所述金属密封件组乙设置在所述金属密封件保持架乙上。

2.根据权利要求1所述的一种适用于多温度工况的双向密封阀座，其特征在于，所述压力平衡式保持架的与阀座和阀体的接触面上分别沿着接触面各加工一条同宽同深的凹槽，使得所述压力平衡式保持架的外圆与所述阀体的内孔的每个接触面的宽度均不大于5mm；在所述压力平衡式保持架的圆周壁上至少开设两个使所述压力平衡式保持架的外径和内径连通的通孔。

3.根据权利要求1所述的一种适用于多温度工况的双向密封阀座，其特征在于，

所述石墨密封环组甲包括石墨密封内环甲，石墨密封外环甲；

所述石墨密封环组乙包括石墨密封内环乙，石墨密封外环乙；

所述石墨密封内环甲、所述石墨密封外环甲、所述石墨密封内环乙和所述石墨密封内环乙的截面均为矩形，其边长为3－6mm。

4.根据权利要求3所述的一种适用于多温度工况的双向密封阀座，其特征在于，所述石墨密封环组甲和所述石墨密封环组乙的材料为柔性石墨或编织石墨。

5.根据权利要求4所述的一种适用于多温度工况的双向密封阀座，其特征在于，所述柔性石墨内部设有金属衬，所述编织石墨内部设有金属衬。

6.根据权利要求1所述的一种适用于多温度工况的双向密封阀座，其特征在于，

所述金属密封件组甲包括金属内密封件甲，金属外密封件甲；

所述金属密封件组乙包括金属内密封件乙，金属外密封件乙；

所述金属内密封件甲、所述金属外密封件甲、所述金属内密封件乙和所述金属外密封件乙为C型金属环；

所述金属密封件组甲和所述金属密封件组乙的金属表面进行抛光，不进行镀层处理。

7.根据权利要求6所述的一种适用于多温度工况的双向密封阀座，其特征在于，所述金属内密封件甲、所述金属外密封件甲、所述金属内密封件乙和所述金属外密封件乙的材料为不锈钢或inconel材料。