CN106763868B - 一种超低温球阀 - Google Patents
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Abstract
一种超低温球阀，包括阀体、阀盖、阀杆和球体，阀体具有入口部和阀室，入口部具有第一通孔；所述阀杆可旋转地设置在所述阀室中且下端固定连接球体以旋转球体控制流过阀室的流量；所述球体与阀室内壁距离一间隙δ；阀盖包括第二通孔，所述阀盖压装在所述阀体上，使得第二通孔.与第一通孔.同轴且与阀室串联构成为球阀的阀体通道；还包括球体密封装置，所述球体密封装置设置在所述阀盖的密封圈定位环槽中；还包括动压密封装置()，所述动压密封装置设置于阀室入口。所述超低温球阀，既利用了倒锥形的球体密封圈结构，同时又利用了动压密封装置的辅助作用，二者协同作用，使得球阀的密封等级大大提高。
Description
技术领域
本发明涉及球阀的技术领域，具体涉及一种超低温球阀。
背景技术
化工原料液态气体存储时有特定的存储条件，如液氧的存储条件是低温高压压缩，减压升温时液态氧转换为气体放出，因此对于液态原料气体的存储使用低温压力容器。低温压力容器用于存储和运输液化乙烯、液化天然气、液氮、液氧、液氢等液态气体。压力容器必须使用阀门。超低温球阀具有较好的密封性、可靠性高、流体阻力小、寿命长、开关迅速等特点，被广泛应用于压力容器中。
密封性是球阀在给定温度范围内可靠地工作的关键因素，对于气体燃料的安全系数具有重要保障。目前，在液化天然气领域，最低温度要求达到-163℃，而在液态氮应用领域，最低温度要求达到-196℃，这就要求在密封结构和材料上提出更高的要求。
现有技术的低温球阀在材料上随着温度的降低出现硬化而内漏现象，已经不能保证将安全系数控制在可控范围内，从而增加危险事故发生的概率。
上海瑞控阀门有限公司的CN20546860U公开了一种超低温上装式焊接球阀，球阀通过压在弹簧上的阀座8和球体10进行密封，阀座前端设有锥形孔，锥面凹槽中固定有金属密封环，金属密封环与球体产生金属密封。阀座8通过其后的碟簧产生压紧力和储能密封圈的压紧力加在金属密封环上。但是当碟簧和密封圈用久了其弹性变弱时，前端金属密封环与球面之间的密封效果就会降低，甚而发生泄漏。
如何在成本合理的条件下，通过恰当的结构考虑，设计出能在长时间使用中仍然能保持高的密封性能成为行业发展的共性难题。
发明内容
针对上述现有技术中存在的缺陷，本发明的目的在于提供一种超低温球阀。
本发明的目的是这样实现的，一种超低温球阀，包括阀体、阀盖、阀杆和球体，阀体具有入口部和阀室，入口部具有第一通孔，第一通孔连通阀室；
所述阀杆可旋转地设置在所述阀室中且下端固定连接球体以旋转球体控制流过阀室的流量；
所述球体包括通水孔和球面；所述球体与阀室内壁距离一间隙；
阀盖包括第二通孔，所述阀盖压装在所述阀体上，使得第二通孔与第一通孔同轴且与阀室串联构成为球阀的阀体通道；
还包括球体密封装置，所述阀盖正对阀室出口设有密封圈定位环槽；所述球体密封装置设置在密封圈定位环槽中，所述球体密封装置包括弹簧、滑座和球体密封圈；球体密封圈固定在滑座的顶部；滑座通过弹簧压装在密封圈定位环槽中；
通过阀室出口的球体密封装置，球体旋转一定角度，使得所述阀体通道具有通水孔与第一通孔和第二通孔连通的通过状态和通水孔不与第一通孔和第二通孔连通的密封状态；
还包括动压密封装置，所述动压密封装置设置于阀室入口，所述动压密封装置在阀体通道处于密封状态时，在阀室入口对球体球面进一步补充密封。
进一步地，所述动压密封装置包括动压套、胀大密封部，所述胀大密封部包括球形薄壁套、薄壁末端定位环、封口粘结环、流体容纳室、流体填充口，所述动压套配合在第一通孔中；封口粘结环设置在阀室的内壁；封口粘结环粘结薄壁末端定位环，这样，在阀体和球形薄壁套之间形成流体容纳室，在阀体上设有流体填充口，流体填充口连通所述流体容纳室。
进一步地，该动压套包括轴向定位部、固定法兰部，所述轴向定位部配合在第一通孔中并通过所述固定法兰部压装固定在所述入口部的入口法兰上。
进一步地，仅在阀体通道处于密封状态时，向流体容纳室填充一定压力的流体，填充到流体容纳室的流体的压力使球形薄壁套能沿球体的径向朝球体球心方向发生变形，从而密封球面。
进一步地，所述阀盖一体焊接在所述阀体上使得阀体的阀室构成球形阀室，同时阀室的球形内壁与球体的表面形成间隙，使得第二通孔与第一通孔同轴且与阀室串联构成为球阀的阀体通道。
进一步地，所述阀室入口设有动压密封装置，所述动压套上对应阀室入口位置可选择地设有球体密封装置，阀室出口设有动压套，动压套上对应阀室出口位置设有球体密封装置。
进一步地，设置于阀室出口的动压套可选择地一体连接所述动压密封装置的胀大密封部。
进一步地，所述轴向定位部还包括密封圈定位环槽,球体密封装置设置在所述密封圈定位环槽中。
进一步地，球形薄壁套的厚度不大于6mm。
进一步地，所述球面表面设有耐低温保护层。
所述超低温球阀，为了解决“柔性密封圈在低温环境中变硬，密封性能下降”的技术难题，通过以下技术手段：
1)球体密封装置
球体密封装置至少设置在阀室出口处，通过弹簧将球体密封圈压在球体球面与第二通孔的过渡处，由于该过渡处正好是带有锥形弧面的，所以也设计了横截面为锥形凸弧面的球体密封圈，对阀体通道形成有效密封。
2)动压密封装置
为了弥补低温环境对球体密封圈的变硬作用，至少在阀室入口设置动压密封装置，在阀体通道的密封状态，该动压密封装置通过流体容纳室的流体压力将球形薄壁套胀大并紧压在球面上形成密封，该密封由于是流体的压力作用，不受低温环境的影响。在阀体通道的非密封状态，流体容纳室的流体排出，球形薄壁套恢复到与球面距离一间隙。这样，当转动阀杆由密封状态向通过状态转变时，或者当转动阀杆由通过状态向密封状态转变时,动压密封装置释放球面密封，以使得转动可行。
3)二者的组合形成不同密封偏向的球阀品种
通过在阀室的入口和出口设置动压密封装置和球体密封装置的组合，可以得到不同密封及耐用偏向的球阀品种，其中同时在入口和出口设置动压密封装置和球体密封装置是最耐用密封最好的品种。
动压密封装置仅在阀体通道的密封状态至少在阀室上游起一级密封辅助作用，对阀室下游的球体密封装置的密封功能减轻压力，密封圈的密封性能也更能耐久地保持最佳状态，因此二者具有互相协同作用。
申请人既从密封圈的密封结构考虑问题，又结合动压密封考虑问题，通过以上二个结构的相互协同配合，加上不同的侧重点，大大提高了超低温球阀的密封能力。
附图说明
图1为本发明超低温球阀的实施例一的通过状态的主剖视图。
图2为本发明超低温球阀的实施例一的密封状态的主剖视图。
图3为本发明超低温球阀的图1的I放大图。
图4为本发明超低温球阀的图1的II放大图。
图5为本发明超低温球阀的图1的IV放大图。
图6为本发明超低温球阀的实施例二的密封状态的主剖视图。
图7为本发明超低温球阀的图1的VI放大图。
图8为本发明超低温球阀的球体密封圈的主剖视图。
上述图中的附图标记：
1阀体，2阀盖，3阀杆，4入口部，5阀室，6球体，7密封隔热垫，8锥形孔部，9密封锥环,10压盖,11密封圈定位环槽,12内台阶,13滑槽，14滑条,15弹簧,16球体密封圈，17滑座，18动压套,19球形薄壁套,20薄壁末端定位环,21球体密封装置,22动压密封装置，23流体容纳室,24封口粘结环，25液封密封圈,26胀大密封部,27流体填充口
4.1第一通孔
2.1第二通孔，2.2压装法兰部
5.1上颈部,5.2下颈部,5.3压装部,5.4阀杆孔,5.5盲孔,5.6上支撑台，5.7下支
撑台,5.8转轴
6.1通水孔，6.2球面，6.3耐低温保护层
16.1球面密封面,16.2竖直滑动环面
18.1轴向定位部，18.2固定法兰部
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例作详细说明，但不用来限制本发明的范围。
实施例一
如图所示，一种超低温球阀，包括阀体1、阀盖2、阀杆3，阀体1具有入口部4和阀室5，入口部4设有第一通孔4.1，第一通孔4.1连通阀室5，所述阀室5具有上颈部5.1和下颈部5.2和压装部5.3。所述上颈部5.1设有阀杆孔5.4和球体上支撑台5.6，所述下颈部5.2具有与所述阀杆孔5.4同轴设置的盲孔5.5和球体下支撑台5.7。阀杆3设置在上颈部5.1中且下端固定连接球体6，转轴5.8上端固定连接球体6，使得球体6在阀室5中与阀室内表面距离一间隙δ地可旋转定位。所述球体6旋转支撑在上支撑台5.6和下支撑台5.7之间。阀盖2具有第二通孔2.1和压装法兰部2.2，所述压装法兰部2.2压装在阀室的压装部5.3上，使得第二通孔2.1与第一通孔4.1处于同一轴线上。
上颈部5.1设有锥形孔部8，锥形孔部8内设有密封锥环9，上颈部5.1的法兰处压装有密封隔热垫7，所述密封锥环7的厚度比密封隔热垫6高1-3mm，压盖10压装在密封隔热垫7和密封锥环9上固定。球体6具有通水孔6.1和球面6.2。所述球面6.2表面设有耐低温保护层6.3；所述耐低温保护层6.3为纤维增强的树脂材料。
阀盖2的所述压装法兰部2.2设有球体密封装置21；具体地，所述阀盖2的所述压装法兰部2.2设有密封圈定位孔11和内台阶12，密封圈定位孔11内设有滑槽13，球体密封装置21设置在所述密封圈定位孔11中，所述球体密封装置21包括弹簧15、滑座17和球体密封圈16；球体密封圈16通过燕尾槽嵌装在滑座17的顶部；滑座17外圆周面设有滑条14，滑座17通过弹簧15压装在密封圈定位孔11中，所述滑条14滑动设置在滑槽13中。球体密封圈16具有球面密封面16.1和竖直滑动环面16.2，所述竖直滑动环面16.2与密封圈定位孔10内表面滑动接触；所述球面密封面16.1横截面为凸圆弧面，所述凸圆弧的弧高为1-3mm。所述滑条14在滑槽13中的上极限位置时，所述球体密封圈16的凸圆弧面受球体6压缩直到其弧端点与球体6的球面接触；球体6的耐低温保护层6.3可适当减轻球体密封圈16长期超低温环境的受冷硬化。球体密封圈16采用橡胶、PTFE、尼龙、PEEK等软弹性材料。对于Class600磅级以上，应选用经过验证的具有防爆减压特性的材料。
所述阀杆5带动球体6在阀室5内旋转，使得超低温球阀具有通过状态A和关闭状态B；在通过状态A，所述通水孔6.1与所述第一通孔4.1和第二通孔2.1处于同一轴线并连通；在关闭状态B，所述通水孔6.1与所述第一通孔4.1和第二通孔2.1的轴线垂直，第一通孔4.1与第二通孔2.1切断连通。
所述阀体1的入口部4设有动压密封装置22，所述动压密封装置22包括动压套18、球形薄壁套19、薄壁末端定位环20、封口粘结环24、流体容纳室23、流体填充口27，该动压套18包括轴向定位部18.1、固定法兰部18.2，所述轴向定位部18.1配合在入口部4的第一通孔中并通过所述固定法兰部18.2固定在所述入口部4的入口法兰上；优选地，球形薄壁套19与薄壁末端定位环20、动压套18一体成型；封口粘结环24设置在上支撑台5.6、下支撑台5.7与阀室5的交接处；封口粘结环24粘结薄壁末端定位环20，动压套18的轴向定位部18.1和第一通孔4.1之间设有液封密封圈25，这样，在阀体5和球形薄壁套19之间形成流体容纳室23，在阀体5上设有流体填充口27，流体填充口27连通所述流体容纳室23。流体容纳室23能容纳一流体F，例如水或润滑油的液体，或者如空气的气体；
所述球形薄壁套19的厚度不大于6mm；所述动压套18在第一通孔的圆周方向定位，所述薄壁末端定位环20通过封口粘结环24粘结定位，这样，球形薄壁套19的径向内侧与所述球体4表面形成间隙δ；填充到流体容纳室23的流体F的压力使球形薄壁套19能沿球体6的径向朝球体球心方向发生变形，从而密封球面；当变形时，所述球形薄壁套19具有适合球体6表面的形状，从而当球体的右侧被球体密封装置21的顶压力而发生向左的偏移量时，所述球形薄壁部18.2仍然能够紧紧压在球体6的左球面上，从而对该球面进行密封。由于耐低温保护层6.3的作用，球形薄壁套19与球体6的密封性能非常高。然后，当阀杆再次旋转球体6时，由动压密封装置22密封的球体通过下面操作被释放开。流体F从流体容纳室23中排出，通过流体的排放，作用在球形薄壁套19上的压力降低，球形薄壁套19的变形从图4恢复到图3的状态。消失的间隙δ重新出现了，这样，球体6的左侧密封放开了，阀杆5能藉由驱动装置无障碍地旋转地驱动到通过状态A。
当需要关闭时，驱动装置无障碍地反向旋转到关闭状态B，经过长时间的超低温环境且在弹簧15的压力下使用，此时球体密封圈16会逐渐变硬，这时在关闭状态B时，对流体的密封就会失效进而发生泄漏，为了弥补这一缺陷，在球体密封圈16的上游即阀体的入口部4设一动压密封装置22，启动流体泵，将流体F填充到流体容纳室23内，球形薄壁套19胀大紧压在球体6的球面6.2上，对下游的球体密封圈16的封闭起到补充作用。
实施例二
所述阀体为全焊接球形阀体结构，密封结构为上下游均采用球体密封圈16配合动压密封装置22的密封结构。具体如下：
如图所示，所述阀盖2一体焊接连接所述阀体1使得阀体1的阀室5构成封闭的球形阀室，使得第二通孔2.1与第一通孔4.1处于同一轴线上，同时阀室5的球形内壁与球体6的表面形成间隙δ。
所述阀体1的入口部4设有动压密封装置22，所述动压套18上对应阀室入口位置可选择地设有球体密封装置21，所述动压密封装置22包括动压套18、球形薄壁套19、薄壁末端定位环20、封口粘结环19、流体容纳室23、流体填充口27，该动压套18包括轴向定位部18.1、固定法兰部18.2，轴向定位部18.1还包括密封圈定位环槽11和内台阶12，球体密封装置21设置在所述密封圈定位环槽11中；
所述阀盖2的第二通孔也设有动压密封装置22和球体密封装置21之一，具体地，所述动压密封装置22包括动压套18、球形薄壁套19、薄壁末端定位环20、封口粘结环19、流体容纳室23、流体填充口27，该动压套18包括轴向定位部18.1、固定法兰部18.2，轴向定位部18.1还包括密封圈定位孔11和内台阶12，球体密封装置21设置在所述密封圈定位孔11中；所述轴向定位部18.1配合在阀盖2的第二通孔中并通过所述固定法兰部18.2固定在出口法兰上；阀盖5的两侧分别设有流体填充口27，流体填充口27连通所述流体容纳室23。
其他结构与实施例一相同。
按照中国国家标准委员会制定的GB/T13927-2008《工业阀门压力试验》在极限低温-190℃时压力在0.5-2MPa进行持续时间3/6/12月的压力试验，对所述实施例进行液体压力试验，具体试验参数如下表1：
表1GB/T13927-2008《工业阀门压力试验》结果表
A:表示球阀符合在试验持续时间内无可见泄漏的A级密封。
所述超低温球阀，既利用了倒锥形的球体密封圈结构，同时又利用了动压密封装置22的辅助作用，二者协同作用，弥补了密封圈长期低温环境中变硬的性能缺陷，使得球阀的密封等级大大提高。
Claims (10)
1.一种超低温球阀，包括阀体(1)、阀盖(2)、阀杆(3)和球体(6)，其特征在于，
阀体(1)具有入口部(4)和阀室(5)，入口部(4)具有第一通孔(4.1)，第一通孔连通阀室(5)；
所述阀杆(3)可旋转地设置在所述阀室(5)中且下端固定连接球体(6)以旋转球体控制流过阀室(5)的流量；
所述球体(6)包括通水孔(6.1)和球面(6.2)；所述球体(6)与阀室(5)内壁距离一间隙(δ)；
阀盖(2)包括第二通孔(2.1)，所述阀盖(2)压装在所述阀体(1)上，使得第二通孔(2.1)与第一通孔(4.1)同轴且与阀室(5)串联构成为球阀的阀体通道；
还包括球体密封装置(21)，所述阀盖(2)正对阀室(5)出口设有密封圈定位环槽(11)；所述球体密封装置(21)设置在密封圈定位环槽(11)中，所述球体密封装置(21)包括弹簧(15)、滑座(17)和球体密封圈(16)；球体密封圈(16)固定在滑座(17)的顶部；滑座(17)通过弹簧(15)压装在密封圈定位环槽(11)中；
通过阀室出口的球体密封装置，球体旋转一定角度，使得所述阀体通道具有通水孔与第一通孔和第二通孔连通的通过状态和通水孔不与第一通孔和第二通孔连通的密封状态；
还包括动压密封装置(22)，所述动压密封装置设置于阀室(5)入口，所述动压密封装置在阀体通道处于密封状态时，在阀室入口对球体球面进一步补充密封。
2.如权利要求1所述超低温球阀，其特征在于，所述动压密封装置(22)包括动压套(18)、胀大密封部(26)，所述胀大密封部包括球形薄壁套(19)、薄壁末端定位环(20)、封口粘结环(24)、流体容纳室(23)、流体填充口(27)，所述动压套(18)配合在第一通孔中；封口粘结环(24)设置在阀室(5)的内壁；封口粘结环(24)粘结薄壁末端定位环(20)，这样，在阀体(5)和球形薄壁套(19)之间形成流体容纳室(23)，在阀体(5)上设有流体填充口(27)，流体填充口(27)连通所述流体容纳室(23)。
3.如权利要求2所述超低温球阀，其特征在于，该动压套(18)包括轴向定位部(18.1)、固定法兰部(18.2)，所述轴向定位部(18.1)配合在第一通孔中并通过所述固定法兰部(18.2)压装固定在所述入口部(4)的入口法兰上。
4.如权利要求3所述超低温球阀，其特征在于，仅在阀体通道处于密封状态时，向流体容纳室(23)填充一定压力的流体(F)，填充到流体容纳室(23)的流体(F)的压力使球形薄壁套(19)能沿球体(6)的径向朝球体球心方向发生变形，从而密封球面。
5.如权利要求3所述超低温球阀，其特征在于，所述阀盖(2)一体焊接在所述阀体(1)上使得阀体(1)的阀室(5)构成球形阀室，同时阀室的球形内壁与球体(6)的表面形成间隙(δ)，使得第二通孔(2.1)与第一通孔(4.1)同轴且与阀室(5)串联构成为球阀的阀体通道。
6.如权利要求3-5任一所述超低温球阀，其特征在于，所述阀室入口设有动压密封装置(22)，所述动压套(18)上对应阀室入口位置可选择地设有球体密封装置(21)，阀室出口设有动压套(18)，动压套(18)上对应阀室出口位置设有球体密封装置(21)。
7.如权利要求6所述超低温球阀，其特征在于，设置于阀室出口的动压套可选择地一体连接所述动压密封装置的胀大密封部(26)。
8.如权利要求7所述超低温球阀，其特征在于，所述轴向定位部(18.1)还包括密封圈定位环槽(11),球体密封装置(21)设置在所述密封圈定位环槽(11)中。
9.如权利要求7所述超低温球阀，其特征在于，球形薄壁套(19)的厚度不大于6mm。
10.如权利要求7所述超低温球阀，其特征在于，所述球面(6.2)表面设有耐低温保护层(6.3)。
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