CN107725811B - 一种双重密封结构平板闸阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种双重密封结构平板闸阀，包括阀体、连接在阀体上端的阀盖，与阀盖配合的阀杆，所述阀杆的上端伸出阀盖与执行器组件配合连接、下端伸入所述阀体的阀腔内并与一闸板连接；所述阀体左侧的上游道和右侧的下游道分别与所述阀腔中部相通；在所述上游道与阀腔的连接部位设有呈筒状的上游阀座，在所述下游道与阀腔的连接部位设有呈筒状的下游阀座；所述闸板位于上游阀座和下游阀座之间；在上游阀座与上游道的连接部位设有上游密封结构；在下游阀座与下游道的连接部位设有与上游密封结构相同的下游密封结构。本发明可靠性高，使用寿命长，且具备免维护性能，适合应用于水下油气开采这样条件苛刻的工况。

Description

一种双重密封结构平板闸阀

技术领域

本发明涉及水下油气开采输送系统，尤其涉及一种双重密封结构平板闸阀，特别是一种在安装、拆除以及维护困难的工况，要求具有长使用寿命、高可靠性的闸阀。

背景技术

常规的平板闸阀一般采用单一的上游密封结构或者采用下游密封结构。其中上游密封结构通常采用橡胶材料的O型圈作为阀座与阀体间的柔性密封件，而橡胶材料所固有的老化和蠕变特性，决定了其寿命极限难以满足水下环境要求阀门的使用年限。而且橡胶材料的耐化学性和低温适应性远不如聚四氟乙烯以及聚醚醚酮等高分子塑料内嵌耐蚀合金弹簧的唇形密封圈。下游密封结构的平板闸阀，由于闸板作用于下游端阀座的力远大于上游端阀座作用于闸板的力，所以下游密封结构闸阀耐磨损性能低于上游密封结构的闸阀。

CN 202746629U公告的“一种具有双重软密封的平板闸阀”，包括阀体、阀盖、闸板、阀座、阀杆、支架，阀体与阀盖采用螺柱及螺母同轴连接，阀盖与支架同轴采用螺柱及螺母同轴连接，阀杆与闸板同轴安装，在闸板与阀体之间安装有阀座，在阀座与闸板间的阀座上安装有闸板矩形密封圈，在阀座与阀体之间的阀座上安装有阀体矩形密封圈，在闸板矩形密封圈上方的阀座上制有一燕尾槽，在该燕尾槽内镶装一闸板O型圈，该O型圈高出金属密封面0.6-0.8mm。本平板闸阀在阀座的密封面上镶嵌一道RPTFE软密封圈和一道橡胶O形圈，阀座通过两道O形圈保证与阀体的密封，并在弹簧的作用下与闸板保持接触。

CN 201944304U公告的“一种提高密封性能和使用寿命的双阀座带导流孔平板闸阀”，包括有阀体、阀盖、主阀座、阀杆和带导流孔的闸板，其特点是：还包括有副阀座，所述副阀座至少为两个，副阀座分别设置于进、出口流体通道与阀腔的连接端处，并与相邻的主阀座构成密封配合，副阀座的一端部与流体通道相抵触，另一端部与闸板构成间歇性抵触配合，当闸板处于闭合状态时，副阀座均与闸板构成密封配合。当闸板处于全闭状态时，主阀座和副阀座上的密封圈均与出口通道侧构成密封，形成有效的双重密封副，从而提高了阀门的密封性能。另当主阀座失效时，副阀座上的密封圈则承担相应的密封作用，从而增加了双阀座带导流孔平板闸阀的使用寿命。毫无疑问，这是所属领域的一种有益的探索。

发明内容

本发明的目的是提供一种双重密封结构平板闸阀，其可靠性高，使用寿命长，且具备免维护性能，适合应用于水下油气开采这样条件苛刻的工况。

本发明所述的一种双重密封结构平板闸阀，包括阀体、连接在阀体上端的阀盖，与阀盖配合的阀杆，所述阀杆的上端伸出阀盖与执行器组件配合连接、下端伸入所述阀体的阀腔内并与一闸板连接；所述阀体左侧的上游道和右侧的下游道分别与所述阀腔中部相通；在所述上游道与阀腔的连接部位设有呈筒状的上游阀座，在所述下游道与阀腔的连接部位设有呈筒状的下游阀座；所述闸板位于上游阀座和下游阀座之间；

在上游阀座与上游道的连接部位设有上游密封结构；所述上游密封结构包括所述上游道和上游阀座，在所述上游道与阀腔的交界部位设有叁级阶梯的上游阀座孔,在所述上游阀座的左端设有两级阶梯的上游环台，所述上游环台与所述上游阀座孔对应配合；还包括设在所述上游阀座左端凹槽内的上游预紧弹簧，设在所述上游环台与上游阀座孔之间的上游端面密封圈、上游背环、和上游径向密封圈和上游滤网；所述上游端面密封圈的左侧与所述上游背环的右侧上部紧靠，所述上游径向密封圈的右端与所述上游背环的左侧下部紧靠，从而构成上游密封结构；在下游阀座与下游道的连接部位设有与上游密封结构相同的下游密封结构。

进一步，所述下游密封结构包括所述下游道和下游阀座，在所述下游道与阀腔的交界部位设有呈叁级阶梯的下游阀座孔,在所述下游阀座的右端设有呈两级阶梯的下游环台，所述下游环台与所述下游阀座孔对应配合；还包括设在所述下游阀座左端凹槽内的下游预紧弹簧，设在所述下游环台与下游阀座孔之间的下游端面密封圈、下游背环、下游径向密封圈和下游滤网；所述下游端面密封圈的右侧与所述下游背环的左侧上部紧靠，所述下游径向密封圈的左端与所述下游背环的右侧下部紧靠，从而构成下游密封结构。

所述的双重密封结构平板闸阀，其特征是：还包括设在所述阀腔内呈槽型的支撑构件，所述支撑构件的上端与所述上游阀座和下游阀座连接、下端与所述阀腔的底部紧贴，所述闸板插入支撑构件中并能够上下移动实现开启和关闭，在所述闸板的下端与支撑构件的底部之间设有积沙空间。

进一步，所述上游端面密封圈、上游径向密封圈下游端面密封圈和下游径向密封圈均为高分子塑料内嵌耐蚀合金弹簧的唇形密封圈。

进一步，所述阀盖通过螺纹紧固件连接在阀体的上端，在所述阀盖与阀体之间设有密封环。

本发明和现有技术相比具有以下优点：

由于在上游密封的情况下，冗余了下游密封结构，从而提高了平板闸阀密封的可靠性；或者在不降低下游密封性能可靠的条件下，增加了上游密封结构，从而延长了平板闸阀的使用寿命。

由于在上游阀座与阀体间的密封结构中设置了上游背环，上游背环在错位支撑上游径向密封圈和上游端面密封圈的同时，最大限度为上游预紧弹簧节省了空间，在上游阀座与阀体之间之间得以设置强力上游预紧弹簧，为上游密封的阀座和闸板间提供了必须的预紧比压。所以，背环的设置，既能保证上游阀座的密封面有一定宽度，使之满足耐磨损性能的要求，又能提供上游阀座与闸板之间必须的预紧比压，还能免除上游预紧弹簧直接暴露于上游道介质中被固体颗粒物堵塞，而导致上游预紧弹簧作用失效。在不增大上下游阀座外径尺寸和空间有限的条件下，既实现了上、下游双重密封结构布局，加之预紧弹簧的作用，降低了介质固体颗粒物进入阀座与闸板之间导致金属密封副过早失效的几率。

由于上游端面密封圈、上游径向密封圈、下游端面密封圈和下游径向密封圈用聚四氟乙烯或者聚醚醚酮等高分子塑料作为密封主体，内嵌耐蚀合金弹簧，使闸阀突破了橡胶材料密封圈固有的老化、蠕变特性决定了的使用时间限制。

由于在阀腔内预置了积沙空间，使平板闸阀在寿命期限内具备了免维护性能，更适合应用于水下油气开采这样条件苛刻的工况。

附图说明

图1是发明关闭状态的结构示意图；

图2是图1的A部放大图；

图3是图1的B部放大图；

图4是发明全开状态的结构示意图；

图5是图4的C部放大图。

图中：1—阀体，10—阀腔，11—阀盖，12—阀杆，13—上游道，14—下游道，15—密封环，16—螺纹紧固件，17—积沙空间；130—上游阀座孔,140—下游阀座孔；

2—执行器组件，3—闸板；

4—上游阀座，40—上游环台，41—上游预紧弹簧，42—上游端面密封圈，43—上游背环，44—上游径向密封圈，45—上游滤网；

5—下游阀座，50—下游环台，51—下游预紧弹簧，52—下游背环，53—下游端面密封圈，54—下游径向密封圈，55—下游滤网；

6—支撑构件。

具体实施方式

下面结合附图对本发明做进一步的描述。

参见图1、图2、图3、图4和图5，所述的一种双重密封结构平板闸阀，包括阀体1、通过螺纹紧固件16连接在阀体上端的阀盖11，在所述阀盖与阀体之间设有密封环15，与阀盖配合的阀杆12，所述阀杆的上端伸出阀盖与执行器组件2配合连接、下端伸入所述阀体1的阀腔10内并与一闸板3连接；所述阀体1左侧的上游道13和右侧的下游道14分别与所述阀腔10中部相通；在所述上游道13与阀腔10的连接部位设有呈筒状的上游阀座4，在所述下游道14与阀腔10的连接部位设有呈筒状的下游阀座5；所述闸板3位于上游阀座4和下游阀座5之间；其突出的实质性特点是：在上游阀座4与上游道13的连接部位设有上游密封结构；在下游阀座5与下游道14的连接部位设有与上游密封结构相同的下游密封结构。

所述上游密封结构包括所述上游道13和上游阀座4，在所述上游道13与阀腔10的交界部位设有呈叁级阶梯的上游阀座孔130,在所述上游阀座4的左端设有呈两级阶梯的上游环台40，所述上游环台40与所述上游阀座孔130对应配合；还包括设在所述上游阀座4左端凹槽内的上游预紧弹簧41，设在所述上游环台40与上游阀座孔130之间的上游端面密封圈42、上游背环43、上游径向密封圈44和上游滤网45，上游滤网能够阻介质中固体颗粒物进入上阀体座孔而导致闸板抱死,；所述上游端面密封圈42的左侧与所述上游背环43的右侧上部紧靠，所述上游径向密封圈44的右端与所述上游背环43的左侧下部紧靠，从而构成上游密封结构。

当闸板关闭时，由于上游预紧弹簧的预紧作用，上游阀座与闸板产生了初始比压，而上游端面密封圈和上游径向密封圈具有压力自紧功能，随介质压力越大，密封性能越好，从而使闸阀首先实现上游密封。

在上游径向密封圈和上游端面密封圈之间设置上游背环，由于上游背环在错位支撑上游径向密封圈和上游端面密封圈的同时，最大限度为上游预紧弹簧节省了空间，在上游阀座与阀体之间得以设置强力上游预紧弹簧，为上游密封的阀座和闸板间提供了必须的预紧比压。所以，背环的设置，既能保证上游阀座的密封面有一定宽度，使之满足耐磨损性能的要求，又能提供上游阀座与闸板之间必须的预紧比压，还能免除上游预紧弹簧直接暴露于上游道介质中被固体颗粒物堵塞，而导致上游预紧弹簧作用失效。在不增大上下游阀座外径尺寸的条件下，在特定空间既实现了上、下游双重密封结构布局，又因为预紧弹簧的作用，降低了介质固体颗粒物进入阀座与闸板之间导致金属密封副过早失效的几率。

阀腔在介质压力作用下，由于上游阀座孔与闸板、上游阀座之间存在间隙，上游阀座、闸板和下游阀座整体向下游方向位移，此时上游端面密封圈与上游阀座孔底面间的比压降低甚至脱离，当阀腔压力异常升高时，阀腔的高压即自动向上游方向泄压，而无需设置附加安全溢流机构。

所述下游密封结构包括所述下游道14和下游阀座5，在所述下游道14与阀腔10的交界部位设有呈叁级阶梯的下游阀座孔140,在所述下游阀座5的右端设有呈两级阶梯的下游环台50，所述下游环台50与所述下游阀座孔140对应配合；还包括设在所述下游阀座5右端凹槽内的下游预紧弹簧51，设在所述下游环台50与下游阀座孔140之间的下游端面密封圈52、下游背环53、下游径向密封圈54和下游滤网55，下游滤网能够阻介质中固体颗粒物进入下阀体座孔而导致闸板抱死；所述下游端面密封圈52的右侧与所述下游背环53的左侧上部紧靠，所述下游径向密封圈54的左端与所述下游背环53的右侧下部紧靠，从而构成下游密封结构。

当上游密封失效时介质进入阀中腔内，下游阀座在闸板和阀体之间形成下游密封。这种具有双重密封结构的平板闸阀在上游密封的情况下，冗余了下游密封结构，从而提高了可靠性；或者在不降低下游密封性能的条件下，增加了上游密封功能，从而延长了使用寿命。

还包括设在所述阀腔10内呈槽型结构的支撑构件6，所述支撑构件的上端与所述上游阀座4和下游阀座5连接、下端与所述阀腔10的底部紧贴，所述闸板3插入支撑构件6中并能够上下移动实现开启和关闭，在所述闸板3的下端与支撑构件6的底部之间设有积沙空间17。

通过加大阀腔高度尺寸，在阀腔内预置积沙空间，在设计允许的积沙量之内，不影响平板闸阀的关闭功能和全开启行程。积沙空间的高度Δh，根据工况设计Δh值可满足使用寿命期内无需人工清除阀体腔积沙的要求，使之在寿命期限内具备了免维护功能。

所述上游端面密封圈42、上游径向密封圈44、下游端面密封圈52和下游径向密封圈54均为高分子塑料内嵌耐蚀合金弹簧的唇形密封圈。

上下游径向密封圈的唇口分别朝向通道两端安装，其两侧的密封唇分别与上下游阀座和阀体接触。上下游端面密封圈的唇口朝外垂直于通道方向安装，其两侧的密封唇分别与上下游阀座和阀体接触。

上游端面密封圈、上游径向密封圈下游端面密封圈和下游径向密封圈用聚四氟乙烯或者聚醚醚酮等高分子塑料作为密封主体，内嵌耐蚀合金弹簧，使闸阀突破了橡胶材料密封圈固有的老化、蠕变特性决定了的使用时间限制。

Claims (4)

1.一种双重密封结构平板闸阀，包括阀体（1）、连接在阀体上端的阀盖（11），与阀盖配合的阀杆（12），所述阀杆的上端伸出阀盖与执行器组件（2）配合连接、下端伸入所述阀体（1）的阀腔（10）内并与一闸板（3）连接；所述阀体（1）左侧的上游道（13）和右侧的下游道（14）分别与所述阀腔（10）中部相通；在所述上游道（13）与阀腔（10）的连接部位设有呈筒状的上游阀座（4），在所述下游道（14）与阀腔（10）的连接部位设有呈筒状的下游阀座（5）；所述闸板（3）位于上游阀座（4）和下游阀座（5）之间；其特征是：

在上游阀座（4）与上游道（13）的连接部位设有上游密封结构；所述上游密封结构包括所述上游道（13）和上游阀座（4），在所述上游道（13）与阀腔（10）的交界部位设有叁级阶梯的上游阀座孔（130）,在所述上游阀座（4）的左端设有呈两级阶梯的上游环台（40），所述上游环台（40）与所述上游阀座孔（130）对应配合；还包括设在所述上游阀座（4）左端凹槽内的上游预紧弹簧（41），设在所述上游环台（40）与上游阀座孔（130）之间的上游端面密封圈（42）、上游背环（43）、上游径向密封圈（44）和上游滤网（45）；所述上游端面密封圈（42）的左侧与所述上游背环（43）的右侧上部紧靠，所述上游径向密封圈（44）的右端与所述上游背环（43）的左侧下部紧靠，从而构成上游密封结构；

所述下游密封结构包括所述下游道（14）和下游阀座（5），在所述下游道（14）与阀腔（10）的交界部位设有呈叁级阶梯的下游阀座孔（140）,在所述下游阀座（5）的右端设有呈两级阶梯的下游环台（50），所述下游环台（50）与所述下游阀座孔（140）对应配合；还包括设在所述下游阀座（5）左端凹槽内的下游预紧弹簧（51），设在所述下游环台（50）与下游阀座孔（140）之间的下游端面密封圈（52）、下游背环（53）、下游径向密封圈（54）、和下游滤网（55）；所述下游端面密封圈（52）的右侧与所述下游背环（53）的左侧上部紧靠，所述下游径向密封圈（54）的左端与所述下游背环（53）的右侧下部紧靠，从而构成下游密封结构。

2.根据权利要求1所述的双重密封结构平板闸阀，其特征是：还包括设在所述阀腔（10）内呈槽型的支撑构件（6），所述支撑构件的上端与所述上游阀座（4）和下游阀座（5）连接、下端与所述阀腔（10）的底部紧贴，所述闸板（3）插入支撑构件（6）中并能够上下移动实现开启和关闭，在所述闸板（3）的下端与支撑构件（6）的底部之间设有积沙空间（17）。

3.根据权利要求1或2所述的双重密封结构平板闸阀，其特征是：所述上游端面密封圈（42）、上游径向密封圈（44）下游端面密封圈（52）和下游径向密封圈（54）均为高分子塑料内嵌耐蚀合金弹簧的唇形密封圈。

4.根据权利要求1或2所述的双重密封结构平板闸阀，其特征是：所述阀盖（11）通过螺纹紧固件（16）连接在阀体（1）的上端，在所述阀盖（11）与阀体之间设有密封环（15）。