CN108679296A - 一种全金属阀杆密封机构及平板闸阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种全金属阀杆密封机构，包括阀盖、位于所述阀盖上的填料压盖以及贯穿所述填料压盖的阀杆，所述阀盖、填料压盖和阀杆之间形成密封腔体，所述密封腔体内设置有阀杆金属密封组件，所述阀杆金属密封组件包括自密封推力垫、位于所述自密封推力垫上方的高温密封件以及位于所述自密封推力垫下方的低温密封件。本发明的全金属阀杆密封机构，由于采用了全金属材质的密封组件，能够在35MPa以上的超高压力、极限高低温的情况下仍然能够到达很好的密封效果，且金属材质的密封组件在持续高温和强酸碱性、含氧的情况也不会失效，进一步扩大了阀门的适用范围以及保证了阀门的使用安全，延长了阀门的使用寿命。

Description

一种全金属阀杆密封机构及平板闸阀

技术领域

本发明涉及平板闸阀技术领域，具体涉及一种全金属阀杆密封机构及包括该全金属阀杆密封机构的平板闸阀。

背景技术

国内现有平板闸阀所用密封均为非金属密封，由于其本身材料特性（应用温度、疲劳老化特性等），决定了该类型阀门应用范围受到极大限制，使用寿命也无法满足现场要求，其至少具有以下两个主要的缺点：

一是现有平板闸阀的杆密封和阀座密封一般使用PTFE（聚四氟乙烯）或PEEK（聚醚醚酮）等非金属材料，在高压高温（温度250℃、压力在20MPa以上）会明显失效，失去密封功能；同样的在高压低温（温度在零下60℃、压力在20MPa以上）也会明显失效，失去密封功能，甚至会发生安全事故；

二是现有平板闸阀由于使用了非金属密封件，导致该平板闸阀由对工作介质具有很强的敏感性，如在持续高温和强酸碱性、含氧的情况下，PTFE等材料会发生一定程度的老化甚至风化等，严重影响阀门的使用，甚至会发生安全事故。

发明内容

有鉴于此，为了克服上述现有技术的缺陷，本发明的目的之一是提供一种全金属阀杆密封机构，其能够在高压状态下实现极限高低温的密封，且密封效果好，使用寿命长。

为了达到上述目的，本发明采用以下技术方案：

一种全金属阀杆密封机构，包括阀盖、位于所述阀盖上的填料压盖以及贯穿所述填料压盖的阀杆，所述阀盖、填料压盖和阀杆之间形成密封腔体，所述密封腔体内设置有阀杆金属密封组件，所述阀杆金属密封组件包括自密封推力垫、位于所述自密封推力垫上方的高温密封件以及位于所述自密封推力垫下方的低温密封件，所述自密封推力垫上具有与所述高温密封件和低温密封件相匹配的凹槽。在高压状态下，没有材料能够同时在高温和低温下达到一个很好的密封效果。本发明通过设置在高压高温状态下起主要密封作用的高温密封件、在高压低温状态下起主要密封作用的低温密封件以及设置在高温密封件和低温密封件之间的自密封推力垫，且高温密封件、低温密封件和自密封推力垫均为金属材质，使得阀杆密封机构能够在35MPa以上的高压使用环境中，无论是高温还是低温都能够达到一个很好的密封效果。

自密封推力垫的作用是将高温密封件和低温密封件的形变所产生的力在轴向方向进行稳定传递，其不起密封的作用，自密封推力垫的材质为普通的不锈钢即可。

优选地，所述高温密封件和低温密封件的截面形状为开环状，如优弧状、劣弧状、C型、锥形、蜗型或其他的中心点到边缘的距离相等或不相等的异形的开环状，且高温密封件和低温密封件的截面宽度大于密封腔体的截面宽度。

优选地，所述高温密封件的材质为耐高温高强度材料，如耐高温高强度合金，具体的如耐高温高强度不锈钢、耐高温高强度合金刚、耐高温高强度钛合金等，更加具体的如钨铬钒弹簧钢30W4Cr2VA、沉淀硬化镍基高温合金GH4169、Inconelx-750等。

更加优选地，所述高温密封件的工作温度为100℃~800℃，所述高温密封件的强度为300~400MPa，该强度代表的是高温密封件的屈服强度，即形变强度。

优选地，所述低温密封件的材质为耐低温高强度材料，如耐低温高强度合金，具体的如耐低温高强度不锈钢、耐低温高强度合金刚、耐低温高强度钛合金等，更加具体的如301/304奥氏体不锈钢、铜合金、镍合金、INCONEL X-750等。

更加优选地，所述低温密封件的工作范围为-250℃~200℃，所述低温密封件的强度为150~250MPa，该强度代表的是低温密封件的屈服强度，即形变强度。

优选地，所述高温密封件和所述低温密封件的热膨胀系数不同。

更加优选地，所述高温密封件的热膨胀系数为1.7~1.9×10^-5in/in*℃，所述低温密封件的热膨胀系数为1.1~1.7×10^-5in/in*℃。

本发明还提供了一种平板闸阀，包括阀体、阀座、闸板、阀盖和阀杆，所述阀盖上设置有填料压盖，所述阀杆可绕自身轴向转动地设置在所述阀盖中，所述阀杆的下端与所述闸板螺纹连接，所述平板闸阀还包括如上所述的全金属阀杆密封机构。

优选地，所述阀座靠近所述阀体的一侧开设有金属环密封腔，所述金属环密封腔内容纳有金属密封件。

相较于现有技术，采用了如上技术方案的本发明的有益之处在于：本发明的全金属阀杆密封机构，由于采用了全金属材质的密封组件，能够在35MPa以上的超高压力、极限高低温的情况下仍然能够到达很好的密封效果，且金属材质的密封组件在持续高温和强酸碱性、含氧的情况也不会失效，进一步扩大了阀门的适用范围以及保证了阀门的使用安全，延长了阀门的使用寿命。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1为本发明优选实施例的平板闸阀的结构示意图；

图2为本发明优选实施例的全金属阀杆密封机构的结构示意图；

图3为本发明优选实施例的全金属阀座密封机构的结构示意图；

图4为图3中I部的放大图；

附图中：阀体-1，支撑板-2，阀座-3，阀座拉伸腔-301，金属环密封腔-302，阀座后端二次密封部-303，杂质导流腔-304，阀座前端密封部-305，前端导向部-306，导流间隙-307，闸板-4，金属密封件-5，阀杆-6，中腔密封环-7，阀盖-8，阀杆金属密封组件-9，高温密封件-901，低温密封件-902，自密封推力垫-903，填料压盖-10，轴承座-11，螺母-12，螺柱-13，销轴-14，O型圈-15，轴承-16，O型圈-17，阀杆转换接头-18，手轮组件-19，密封腔体-20。

具体实施方式

为了使本技术领域的人员更好地理解本发明的技术方案，下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分的实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都应当属于本发明保护的范围。

需要说明的是，本发明的说明书和权利要求书及上述附图中的术语“第一”、“第二”等是用于区别类似的对象，而不必用于描述特定的顺序或先后次序。应该理解这样使用的数据在适当情况下可以互换，以便这里描述的本发明的实施例能够以除了在这里图示或描述的那些以外的顺序实施。此外，术语“包括”和“具有”以及他们的任何变形，意图在于覆盖不排他的包含，例如，包含了一系列步骤或单元的过程、方法、装置、产品或设备不必限于清楚地列出的那些步骤或单元，而是可包括没有清楚地列出的或对于这些过程、方法、产品或设备固有的其它步骤或单元。

请参阅图1-4，本实施例的一种适用于高压状态下的平板闸阀，包括阀体1、闸板4、配合放置在闸板4和阀体1之间的阀座3、阀盖8和阀杆6，阀盖8上设置有填料压盖10，阀杆6可绕自身轴向转动地设置在阀盖8中，阀杆6的下端与闸板4螺纹连接，阀杆6的上端穿过阀盖8并与阀杆转换接头18通过销轴14连接，阀体1内设置有与闸板4相配合的支撑板2，阀盖8通过螺母12和螺柱13固定安装在阀体1上，阀盖8与阀体1之间设置有中腔密封环7，阀杆转换接头18与手轮组件19连接，阀杆转换接头18的外侧还安装有轴承16，轴承16的外侧套设有轴承座11，轴承座11与阀杆转换接头18之间设置有O型圈17，轴承座11的外侧还设置有O型圈15，本实施例中的平板闸阀还包括如下所述的全金属阀杆密封机构和全金属阀座密封机构。

如图1-2所示，相互配合的阀盖8、位于阀盖8上的填料压盖10以及贯穿填料压盖10的阀杆6之间形成密封腔体20，全金属阀杆密封机构包括设置在密封腔体20内的阀杆金属密封组件9，阀杆金属密封组件9包括自密封推力垫903、位于自密封推力垫903上方的高温密封件901以及位于自密封推力垫903下方的低温密封件902，且本实施例中的自密封推力垫903上具有与高温密封件901和低温密封件902相匹配的凹槽。

在35MPa以上的高压状态下，目前没有材料能够同时在高温800℃和低温零下250℃下达到一个很好的密封效果。本实施例通过设置在高压高温状态下起主要密封作用的高温密封件901、在高压低温状态下起主要密封作用的低温密封件902以及设置在高温密封件901和低温密封件902之间的自密封推力垫903，且高温密封件901、低温密封件902和自密封推力垫03均为金属材质，使得阀杆密封机构能够在35MPa以上的高压环境中，无论是高温还是低温都能够达到一个很好的密封效果。

本实施例中的高温密封件901和低温密封件902的截面形状为开环状，如优弧状、劣弧状、C型、锥形、蜗型或其他的中心点到边缘的距离相等或不相等的异形的开环状，且高温密封件901和低温密封件902的截面宽度大于密封腔体20的截面宽度以提供初始的预紧密封效果，如图2所示。

高温密封件901的材质为耐高温高强度材料，如耐高温高强度合金，具体的如耐高温高强度不锈钢、耐高温高强度合金刚、耐高温高强度钛合金等，更加具体的如钨铬钒弹簧钢30W4Cr2VA、沉淀硬化镍基高温合金GH4169、Inconelx-750等。低温密封件902的材质为耐低温高强度材料，如耐低温高强度合金，具体的如耐低温高强度不锈钢、耐低温高强度合金刚、耐低温高强度钛合金等，更加具体的如301/304奥氏体不锈钢、铜合金、镍合金、INCONELX-750等。且同一个平板闸阀中所选取的高温密封件901和低温密封件902的材料的热膨胀系数不同，其中，高温密封件901的热膨胀系数为1.7~1.9×10^-5in/in*℃，低温密封件902的热膨胀系数为1.1~1.7×10^-5in/in*℃。

自密封推力垫903的作用是将高温密封件901和低温密封件902的形变所产生的力在轴向方向进行稳定传递，自密封推力垫903没有密封的作用，自密封推力垫903的材质为普通的不锈钢即可。

高温密封件901的工作温度为100℃~800℃，高温密封件901的强度为300~400MPa，该强度代表的是高温密封件的屈服强度，即形变强度。低温密封件902的工作范围为-250℃~200℃，低温密封件902的强度为150~250MPa，该强度代表的是低温密封件的屈服强度，即形变强度。

如图1和图3-4所示，本实施例中的一种全金属阀座密封机构，包括开设在阀座3靠近阀体1一侧的金属环密封腔302、设置在金属环密封腔302内的金属密封件5、设置在阀座3靠近闸板4一侧的阀座前端密封部305以及设置在阀座3靠近阀体1一侧的阀座后端二次密封部303。

其中，阀座前端密封部305与闸板4之间形成阀座3前端的密封，金属环密封腔302、金属密封件5和阀体1之间形成阀座3后端的一级密封，阀座后端二次密封部303与阀体1在上游介质推动下逐步建立金属密封比压，形成阀座3后端的二级密封。通过设置在低压状态起主要密封作用的金属密封件5以及在高压状态下起主要密封作用的相互配合的阀座前端密封部305和阀座后端二次密封部303，使得阀座密封机构在高低压状态下都能达到一个很好的密封效果。

如图3和图4所示，本实施例中的阀座前端密封部305的宽度小于阀座后端二次密封部303的宽度。随着压力的增高，阀座前端密封部305与阀座后端二次密封部303之间存在的宽度差即有效接触面积不同使得阀座前端密封部305与阀座后端二次密封部303之间会产生推力差，该推力差使得阀座后端二次密封部303与阀体1间的密封更加可靠。

在阀门运行过程中，腔体内会存在一定量的杂质颗粒，严重影响阀座3与阀体1间的密封，所以本实施例中在阀座3的外壁上增设阀座杂质导流腔304，能够有效引导阀座3与阀体1间的杂质颗粒通过杂质导流腔304落入到阀体1的底部，保证正常密封。

如图4所示，本实施例中在阀座3靠近阀体1的一侧开设有与杂质导流腔304相互贯通的导流间隙307。开设导流间隙307的目的一方面是为了使得阀座3与阀体1之间存在一定的间隙，保证密封比压，控制阀座后端二次密封部303的宽度，提高密封效果；另一方面能够将位于阀座3与阀体1间的一些细小的杂质颗粒通过导流间隙307落入阀体1底部，进一步保证密封效果。

为了方便安装闸板4，本实施例在阀座3靠近闸板4的一侧设有前端导向部306。前端导向部306一方面用于在安装闸板4时提供导向作用、方便安装，另一方面通过设置前端导向部306来控制阀座前端密封部305的宽度。

通过前端导向部306控制阀座前端密封部305的宽度、通过导流间隙307控制阀座后端二次密封部303的宽度以使得阀座前端密封部305和阀座后端二次密封部303之间的宽度不同，在压力相同的情况下，阀座前端密封部305和阀座后端二次密封部303与阀座1之间的有效接触面积不同，进而产生推力差，提高密封效果。

由于金属密封件5实现密封需提供预压缩力，所以在阀座3的内壁上开设有阀座拉伸腔301，在将阀座3和闸板4安装到阀体1内时，需先通过与阀座拉伸腔301相互配合的拉伸工具，将两侧阀座3拉向阀体1并与阀体1紧贴，再将闸板4沿前端导向部306压入阀体1内部完成闸板4的安装。

金属密封件5的截面宽度大于金属环密封腔302的截面宽度，以保证在阀座3安装在阀体1上之后，金属密封件5便产生形变，提供预紧密封。本实施例中的金属密封件5的截面形状选为O型圈、C型圈或其他各种形状的密封圈，只要能够达到相同的低压预紧密封效果即可。

以下简述本实施例的平板闸阀在高压且高低温下的工作原理和工作过程：

如附图1所示，本实施例中的全金属密封的平板闸阀为手轮驱动、单阀座双向密封暗杆平板闸阀，闸板4与阀杆6通过螺纹连接，阀杆6穿过阀盖8，与阀杆转换接头18通过销轴14连接，阀杆转换接头18与手轮组件19连接。通过操作手轮组件19来开关阀门。

全金属阀杆密封机构在低温状态下时，低温密封件902在自紧密封和阀门内部压力的共同作用下分别与阀杆6和阀盖8接触并挤压形变，该形变力为第一作用力，形成一定的密封比压，隔绝阀门内部压力泄露到阀门外部去。在此过程中，高温密封件901的初始预紧形变量不足以形成可靠密封，同时在阀门内部压力的作用下，推动低温密封件902、自密封推力垫903和高温密封件901向填料压盖10方向运动，直到高温密封件901与填料压盖10接触并产生新的形变，该形变力为第二作用力，该第二作用力所产生的轴向作用力与低温密封件902形变的第一作用力所产生的轴向作用力合成后与阀门内部压力平衡，达到密封效果，此时处于低温密封的稳定位置。此过程中，自密封推力垫903所起到的作用是将分别位于自密封推力垫903上方的高温密封件901和下方的低温密封件902所产生的形变力在轴向方向进行稳定传递。

全金属阀杆密封机构在高温状态下时，低温密封件902的初始预紧形变和由于高温产生的热形变合成后，形成环状非均匀形变，导致无法形成可靠密封，该环状非均匀形变为第三作用力，阀门内部压力会在损失部分压力后，穿透低温密封件902与阀杆6和阀盖8的接触面到达高温密封件901区域，高温密封件901在初始预紧形变和热形变合成后，开始形成环状均匀形变，该环状均匀形变为第四作用力，且在穿透来的阀门内部压力作用下，高温密封件901向填料压盖10运动，在与填料压盖10接触后，高温密封件901产生新的形变，该形变力为第五作用力，第三作用力、第四作用力和第五作用力三个形变的共同作用构成了高温状态下的稳定密封。

阀座密封机构采用低压过盈配合和高压挤压配合方式实现阀座3与阀体1以及阀座3与闸板4间的金属密封。在低压时，由金属密封件5的压缩形变提供必需比压，金属环密封腔302、金属密封件5和阀体1形成阀座后端的一级密封。随着压力升高，阀座后端二次密封部303与阀体1在上游介质推动下逐步建立金属密封比压，形成二级密封，闸板4与阀座前端密封部305也在上游介质推动下紧密贴合实现金属密封。所以，该阀座密封机构在低压至高压变化中均能实现有效地金属密封。

采用了如上所述的全金属阀杆密封机构和全金属阀座密封机构的平板闸阀，由于密封组件为全金属材质，能够在35MPa以上的超高压力、极限高低温的情况下仍然能够到达很好的密封效果，且金属材质的密封组件在持续高温和强酸碱性、含氧的情况也不会失效，进一步扩大了阀门的适用范围以及保证了阀门的使用安全，延长了阀门的使用寿命。

上述实施例只为说明本发明的技术构思及特点，其目的在于让熟悉此项技术的人士能够了解本发明的内容并据以实施，并不能以此限制本发明的保护范围，凡根据本发明精神实质所作的等效变化或修饰，都应涵盖在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种全金属阀杆密封机构，包括阀盖、位于所述阀盖上的填料压盖以及贯穿所述填料压盖的阀杆，所述阀盖、填料压盖和阀杆之间形成密封腔体，其特征在于：所述密封腔体内设置有阀杆金属密封组件，所述阀杆金属密封组件包括自密封推力垫、位于所述自密封推力垫上方的高温密封件以及位于所述自密封推力垫下方的低温密封件。

2.根据权利要求1所述的一种全金属阀杆密封机构，其特征在于：所述高温密封件和低温密封件的截面形状为开环状。

3.根据权利要求1所述的一种全金属阀杆密封机构，其特征在于：所述高温密封件的材质为耐高温高强度材料。

4.根据权利要求3所述的一种全金属阀杆密封机构，其特征在于：所述高温密封件的工作温度为100℃~800℃，所述高温密封件的强度为300~400MPa。

5.根据权利要求1所述的一种全金属阀杆密封机构，其特征在于：所述低温密封件的材质为耐低温高强度材料。

6.根据权利要求5所述的一种全金属阀杆密封机构，其特征在于：所述低温密封件的工作范围为-250℃~200℃，所述低温密封件的强度为150~250MPa。

7.根据权利要求1所述的一种全金属阀杆密封机构，其特征在于：所述高温密封件和所述低温密封件的热膨胀系数不同。

8.根据权利要求7所述的一种全金属阀杆密封机构，其特征在于：所述高温密封件的热膨胀系数为1.7~1.9×10^-5in/in*℃，所述低温密封件的热膨胀系数为1.1~1.7×10^-5in/in*℃。

9.一种平板闸阀，包括阀体、阀座、闸板、阀盖和阀杆，所述阀杆可绕自身轴向转动地设置在所述阀盖中，所述阀杆的下端与所述闸板螺纹连接，其特征在于：所述平板闸阀还包括如权利要求1-8任意一项权利要求所述的全金属阀杆密封机构。

10.根据权利要求9所述的一种平板闸阀，其特征在于：所述阀座靠近所述阀体的一侧开设有金属环密封腔，所述金属环密封腔内容纳有金属密封件。