CN108708979A - 双向压力自平衡截止阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种双向压力自平衡截止阀，包括阀体，阀体内设置阀套，阀套内设置阀瓣，阀瓣上端设置压紧件；阀体上端设置有阀盖；阀盖上设置有阀杆，阀杆一端穿出阀盖，另一端连接阀瓣；阀瓣或者阀杆上设置平衡孔；阀套下部的圆周上设有用于介质流通的调节孔；所述阀瓣上设置复合密封圈，所述复合密封圈自上而下依次包括压环、阻断圈、上垫圈、上密封圈、上隔环、下隔环和下密封圈。与现有截断类阀门相比，操作轻松、具有双向高温高压介质的截断功能，能根据需要快速更换新的阀芯，解决了现有阀门，特别是焊接类大通径高温高压截断阀发生内漏后无法在线维修的国际性难题，使其广泛适用于双向流动的高温高压及多种腐蚀性介质环境。

Description

双向压力自平衡截止阀

技术领域

本发明涉及一种阀门，尤其涉及一种适用于高温、高压或腐蚀环境下，作为截断或接通双向流动介质管道的双向压力自平衡截止阀。

背景技术

阀门是石化、油田、冶金、火电、核电和舰船等压力管道上不可缺少的重要机械产品，由于现有阀门技术产品的使用过程中，一方面，必须克服启闭件上承受的介质压力才能启闭阀门，当阀门用于高温、高压和大通径管道时，介质压力不仅造成阀门启闭十分困难，也极易造成阀门密封面的损伤和泄漏；另一方面，阀门内漏情况十分普遍，由于高温高压阀门均以焊接方式连接在管道上，现有技术阀门泄漏后无法进行在线维修，只能通过对管道进行再次切割和重新焊接新的阀门，阀门维护耗时、耗力和耗资。

压力自平衡阀能够通过压力自平衡原理，使作用在启闭件上的介质压力自平衡，从根本上消除介质压力对阀门操作性能、密封质量及密封寿命等方面的影响。压力自平衡阀是现有阀门产品转型升级的重要途径，而实现压力自平衡截止阀的关键技术是对压力自平衡结构的密封。现有的压力自平衡结构的密封技术通常采用“O”型、“Y”型等密封圈进行密封，由于该类密封技术能够将介质压力转换成为密封圈对介质的压力自密封，使得密封圈的密封预紧力无需很大就能获得非常好的密封效果，并在密封圈的使用过程中，密封圈的密封效果不仅与介质压力的高低无关，而且不随密封圈磨损后密封预紧力的下降而改变，因此具有持久可靠的密封质量和密封寿命。由于目前能够用于制作“O”型、“Y”型等密封圈的高密度弹性材料均为不耐高温的橡胶、塑料等，使得现有压力自平衡截止阀仅适用于200℃以下的介质环境，而无法用于蒸汽等面广量大的高温压力管道。

发明人2014年申请的发明专利(ZL201410038107.5)高温高压自平衡调节阀，是一种具有流量调节和完全切断功能的高温高压自平衡调节阀，通过采用低密度、耐高温或耐腐蚀的密封材料，比如柔性石墨等，也能获得类似于“O”型、“Y”型密封圈的压力自密封特性，使其具有持久可靠的密封质量和密封寿命，特别是用于高达650℃的高温高压环境下，仍能够实现介质完全切断的功能，通过将密封圈、压紧垫圈和阀瓣设置在阀套内，实现了阀芯可更换。由于该专利密封结构适用于截断从阀体下方通道进入的压力介质，并未考虑截断来自阀体上方通道进入的压力介质，约束了该专利更大范围的应用。

发明内容

发明目的：为了克服现有技术中存在的不足，本发明提供一种双向压力自平衡截止阀。

技术方案：为解决上述技术问题，本发明的一种双向压力自平衡截止阀，包括阀体，阀体内设置阀套，阀套内设置阀瓣，阀瓣上端设置压紧件；阀体上端设置有阀盖；阀盖上设置有阀杆，阀杆一端穿出阀盖，另一端连接阀瓣；阀瓣或者阀杆上设置平衡孔；阀套下部的圆周上设有用于介质流通的调节孔；所述阀瓣上设置复合密封圈，所述复合密封圈自上而下依次包括压环、阻断圈、上垫圈、上密封圈、上隔环、下隔环和下密封圈。

其中，所述压环的下端面和所述上垫圈的上端面的形状为向阀瓣内方向挤压阻断圈的圆锥面、斜面、平面或球面，所述上垫圈的下端面和所述上隔环的上端面的形状为向阀瓣外方向挤压上密封圈的圆锥面、斜面或球面，所述下隔环的下端面和所述阀瓣的上端面的形状为向阀瓣外方向挤压下密封圈的圆锥面、斜面或球面。

其中，复合密封圈的压环、阻断圈、上垫圈、上密封圈、上隔环、下隔环和下密封圈可分别设置在所述阀瓣上的一个或多个环形沟槽内。

其中，所述上垫圈、上隔环、下隔环和阀瓣的外圆与所述阀套的内圆间隙配合。

其中，所述上隔环的下端面和下隔环的上端面之间具有缝隙。

其中，所述阻断圈、上密封圈和下密封圈采用柔性石墨或聚四氟乙烯材料制成。

其中，所述压环、上垫圈、上隔环和下隔环采用耐高温或耐腐蚀的刚性材料制成，所述刚性材料为金属或陶瓷。

其中，所述阀瓣上设置有与所述阀套贴合密封的第二密封面，其形状为平面、圆锥面或球面。

其中，所述阀套上设置有与所述阀瓣贴合密封的第一密封面，其形状为平面、圆锥面或球面。

有益效果：本发明的一种双向压力自平衡截止阀，具有以下有益效果：

1、本发明的压力自密封结构，使得采用低密度、耐高温或耐腐蚀的密封材料，比如柔性石墨等，也能获得类似于“O”型、“Y”型密封圈的压力自密封特性，使其具有持久可靠的密封质量和密封寿命，从根本上解决了压力自平衡截止阀用于高温介质环境的技术难题，使得本发明产品广泛适用于850℃以内双向流动高温高压介质的截断或开启；同时，采用耐腐蚀的密封材料，比如聚四氟乙烯等，也同样可以获得压力自密封特性，并适用于多种腐蚀性的介质环境；

2、本发明的压力自平衡结构，使得阀瓣上承受的介质压力自平衡，阀门操作十分轻松，不仅降低了手动阀门的人工操作劳动强度，而且显著降低了电动、气动阀门的辅助装置能耗，还极大的拓宽了截止阀在大通径高温高压管道上的应用；

3、本发明的双向截断结构，能够解决阀门实际应用中的安全性，例如：向锅炉、矿井、油井等补水用的高压水泵前必须配置的高压阀，当水泵供水时，需要开启阀门使供水管道通畅，而当水泵停止供水时，又需关闭阀门防止所供高压水的倒流，又如热电厂的发电过程中，需将多个锅炉产生的高温高压蒸汽分别通过高压阀门送入共用母管中，当停止部分锅炉供气时，同样需要关闭阀门以防止高温高压蒸汽的回流；实际应用中的石化、油田、冶金或电厂等管道系统，一般都存在大量的双向流动的高温高压管道；

4、本发明的阀芯可更换结构，阀芯设置在阀体内，通过在阀套与阀体之间设置的可拆卸密封件组合为一个整体，使得阀芯在线更换十分方便，解决了现有阀门，特别是焊接类大通径高温高压截断阀发生内漏后无法在线维修的难题。

本发明已通过大量的双向高温高压密封性能及可靠性实验，以及高温高压管道的实际应用试验表明，本发明与现有阀门相比具有十分明显的技术优势，具有十分广阔的应用前景。

附图说明

图1为本发明双向压力自平衡截止阀的结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为上密封圈预紧时的受挤压力示意图；

图4为上密封圈的介质压力自密封受力示意图；

图5为下密封圈的介质压力自密封受力示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

如图1、图2所示，本发明所述双向压力自平衡截止阀，包括阀体1、阀盖20、阀杆21、和阀芯；所述阀体1内设置有上通道3、下通道37；所述阀芯由阀套7以及设置在阀套7内的阀瓣6、压紧件17、平衡孔23和复合密封圈组成；所述阀芯设置在所述阀体1的腔体内，在阀套7与阀体1之间设置的可拆卸密封件19、36；所述阀套7下部的圆周上设有用于介质流通的调节孔5，在阀套7的内通道38的上端面上设置有与所述阀瓣6密封的第一密封面4，其形状为平面、圆锥面或球面；所述阀瓣6设置在所述阀套7的腔体内，在阀瓣6的下端面2上设有与所述阀套7密封的第二密封面35，其形状为平面、圆锥面或球面；所述压紧件17通过螺纹设置在所述阀瓣6的上部；所述阀盖20与所述阀体1固定联接；所述阀杆21穿过所述阀盖20，其下端部与所述阀瓣6活动联接，阀杆21可携带阀瓣6在阀套7的腔体中作上下移动，形成本发明的开启或关闭；所述平衡孔23设置在所述阀瓣6或所述阀杆21上，使置于阀瓣6下端面2下方的阀套7下通道38与置于阀瓣6上端面18上方的阀套7上腔22沟通；所述阀瓣6上构成的环形沟槽内，设置有耐高温或耐腐蚀的复合密封圈，所述复合密封圈自上而下依次包括压环24、阻断圈15、上垫圈12、上密封圈11、上隔环10、下隔环9和下密封圈8；所述阻断圈15、上密封圈11和下密封圈8采用密封材料制成，可以根据需要采用不同的密封材料，本实施例为了达到耐高温的目的，采用的密封材料为柔性石墨；所述压环24、上垫圈12、上隔环10和下隔环9采用金属材料制成，与所述阀套7的内圆间隙配合；所述压环24的下端面16和所述上垫圈12的上端面13的形状为向所述阀瓣6内方向挤压所述阻断圈15的圆锥面、斜面、平面或球面，其目的是通过旋紧压紧件17使得压环24的下端面16和上垫圈12的上端面13共同向阀瓣6内方向挤压阻断圈15，截断阻断圈15与阀瓣6的圆周表面14之间以及阻断圈15与上垫圈12的上端面13之间的介质通道；所述上垫圈12的下端面25和所述上隔环10的上端面28的形状为向所述阀瓣6外方向挤压所述上密封圈11的圆锥面、斜面或球面，其目的是通过旋紧压紧件17使得上垫圈12和上隔环10共同向外挤压上密封圈11，并在上密封圈11的外圆表面27获得较其内圆表面26更大的密封预紧力，便于介质沿上隔环10的下端面29与下隔环9的上端面30之间的缝隙及上隔环10内圆与阀瓣6之间的缝隙渗入预紧力较小的上密封圈11的内圆表面26形成向外方向挤压，迫使上密封圈11的外圆表面27与阀套7的内圆进一步贴紧，构成上密封圈11对阀套7的压力自密封；同理，所述下隔环9的下端面31和所述阀瓣6的上端面34的形状为向所述阀瓣6外方向挤压所述下密封圈8的圆锥面、斜面或球面，其目的是通过旋紧压紧件17使得下隔环9和阀瓣6共同向外挤压下密封圈8，并在下密封圈8的外圆表面32获得较其内圆表面33更大的密封预紧力，便于介质沿上隔环10的下端面29与下隔环9的上端面30之间的缝隙及下隔环9内圆与阀瓣6之间的缝隙渗入预紧力较小的下密封圈8的内圆表面33形成向外方向挤压，迫使下密封圈8的外圆表面32与阀套7的内圆进一步贴紧，构成下密封圈8对阀套7的压力自密封。

通过旋紧压紧件17使得压环24和上垫圈12共同向阀瓣6内方向挤压阻断圈15，截断阻断圈15与阀瓣6的圆周表面14之间以及阻断圈15与上垫圈12的上端面13之间的介质通道；上垫圈12和上隔环10共同向外挤压上密封圈11，并在上密封圈11的外圆表面27获得较其内圆表面26更大的密封预紧力，上密封圈11的受力示意图如图3所示。

同理，通过旋紧压紧件17使得下隔环9和阀瓣6共同向外挤压下密封圈8，并在下密封圈8的外圆表面32获得较其内圆表面33更大的密封预紧力。

本发明的工作原理如下：本发明的截止阀与压力管道联接后，当截止阀处于关闭状态时，在阀杆21的推动下，阀瓣6下端面上的第二密封面35与阀套7内通道上端面上的第一密封面4贴紧构成密封。介质的压力自平衡原理为：若介质从下通道进入时，介质压力作用在阀瓣6的下端面的同时，又通过阀瓣6或阀杆21上所设平衡孔23传递至阀套7上腔并作用在阀瓣6的上端面，沿阀瓣6的轴向形成一对方向相反、相互抵消的轴向力，实现了介质对阀瓣6的压力自平衡；若介质从上通道进入时，介质压力作用在阀瓣6的外圆表面上形成相互抵消的径向力，实现了介质对阀瓣6的压力自平衡。本发明处于开启状态时，在阀杆21的拉动下，阀瓣6被提起介质沿阀套7上的调节孔5流出，直至完全开启阀门。

下面分两种情况来详细说明本发明截止阀处于关闭状态时密封圈的介质压力自密封原理：

一、当压力介质从阀体1上通道进入时，介质压力自密封原理如图4所示：

压力介质通过阀套7上的调节孔5，沿阀套7内圆与阀瓣6之间的缝隙向上流动，挤过下密封圈8的外圆表面，沿下隔环9外圆与阀套7之间的缝隙及下隔环9的上端面与上隔环10的下端面之间的缝隙以及上隔环10内圆与阀瓣6之间的缝隙，渗入预紧力较小的上密封圈11的内圆表面形成向外方向挤压，迫使上密封圈11的外圆表面与阀套7的内圆进一步贴紧，构成上密封圈11对阀套7的压力自密封，同时流入下隔环9上端面与上隔环10下端面之间的介质，则沿上隔环10的下端面形成向上方向挤压，迫使上密封圈11与上垫圈12的下端面进一步贴紧，构成上密封圈11对上垫圈12的压力自密封，也迫使上垫圈12的上端面与阻断圈15进一步贴紧、阻断圈15内圆与阀瓣6进一步贴紧，构成阻断圈15对上垫圈12和阀瓣6的压力自密封。

本发明上密封圈11的外圆表面对阀套7的内圆表面的密封力，主要是通过介质压力在上密封圈11的内圆表面形成挤压，进而在上密封圈11的外圆表面与阀套7内圆上形成介质贴紧力，由于该介质贴紧力是由介质压力自身形成的自密封力，并随着介质压力的升高而愈加可靠，其密封效果不仅与介质压力的高低无关，还与上密封圈11的外圆表面对阀套7内圆的密封预紧力的大小无关，解决了利用耐高温材料进行介质压力自密封的关键技术，也实现了尽管阀套7内圆表面对上密封圈11外圆表面的磨损，会导致本发明密封预紧力的下降，但却不会导致本发明密封效果的下降。因此，本发明不是通过简单的设置零件与密封件进行挤压来实现密封，本发明只需通过适当旋紧压紧件，在上密封圈11的外圆表面与阀套7的内圆表面上，获得远小于介质压力的密封预紧力，就能得到持久可靠的密封质量和密封寿命。

二、当压力介质从阀体下通道进入时，介质压力自密封原理如图5所示：

压力介质通过阀瓣6或阀杆21上所设平衡孔23传递至阀套7上腔，再沿上垫圈12与阀套7内圆之间的缝隙向下流动，挤过上密封圈11的外圆表面，沿上隔环10外圆与阀套7之间的缝隙及上隔环10的下端面与下隔环9的上端面之间的缝隙以及下隔环9内圆与阀瓣6之间的缝隙，渗入预紧力较小的下密封圈8内圆表面形成向外方向挤压，迫使下密封圈8的外圆表面与阀套7的内圆进一步贴紧，构成下密封圈8对阀套7的压力自密封，同时流入上隔环10与下隔环9之间的介质则沿下隔环9的上端面形成向下方向挤压，迫使下密封圈8与阀瓣6的上端面进一步贴紧，构成下密封圈8对阀瓣6的压力自密封。

下面通过具体检测数据来说明本发明产品的技术性能：

2018年对本项目阀门的检测结果如下：在阀门通径175mm，密封试验压力≥35MPa，持续时间≥60s条件下，阀门实现零泄漏，阀门所需操作力矩小于200N·m(此结果表明本项目阀门操作力矩仅为传统技术阀门的1/20)。

以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出：对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，如：阀套7可由一个或多个独立的零件组合而成，阀套7与阀体1之间通过密封件组合为一个整体，其密封件的数量和组合方式也可以多种多样，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (9)

1.一种双向压力自平衡截止阀，其特征在于：包括阀体(1)，阀体(1)内设置阀套(7)，阀套(7)内设置阀瓣(6)，阀瓣(6)上端设置压紧件(17)；阀体(1)上端设置有阀盖(20)；阀盖(20)上设置有阀杆(21)，阀杆(21)一端穿出阀盖(20)，另一端连接阀瓣(6)，阀瓣(6)或者阀杆(21)上设置平衡孔，阀套(7)下部的圆周上设有用于介质流通的调节孔(5)；所述阀瓣(6)上设置复合密封圈，所述复合密封圈自上而下依次包括压环(24)、阻断圈(15)、上垫圈(12)、上密封圈(11)、上隔环(10)、下隔环(9)和下密封圈(8)。

2.根据权利要求1所述的双向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述压环(24)的下端面(16)和所述上垫圈(12)的上端面(13)的形状为向阀瓣(6)内方向挤压阻断圈(15)的圆锥面、斜面、平面或球面，所述上垫圈(12)的下端面(25)和所述上隔环(10)的上端面(28)的形状为向阀瓣(6)外方向挤压上密封圈(11)的圆锥面、斜面或球面，所述下隔环(9)的下端面(31)和所述阀瓣(6)的上端面(34)的形状为向阀瓣(6)外方向挤压下密封圈(8)的圆锥面、斜面或球面。

3.根据权利要求1所述的双向压力自平衡截止阀，其特征在于：复合密封圈的压环(24)、阻断圈(15)、上垫圈(12)、上密封圈(11)、上隔环(10)、下隔环(9)和下密封圈(8)分别设置在所述阀瓣(6)上的一个或多个环形沟槽内。

4.根据权利要求1所述的双向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述上垫圈(12)、上隔环(10)、下隔环(9)和阀瓣(6)的外圆与所述阀套(7)的内圆间隙配合。

5.根据权利要求1所述的双向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述上隔环(10)的下端面(29)和下隔环(9)的上端面(30)之间具有缝隙。

6.根据权利要求1所述的双向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述阻断圈(15)、上密封圈(11)和下密封圈(8)采用柔性石墨或聚四氟乙烯材料制成。

7.根据权利要求1所述的双向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述压环(24)、上垫圈(12)、上隔环(10)和下隔环(9)采用耐高温或耐腐蚀的刚性材料制成，所述刚性材料为金属或陶瓷。

8.根据权利要求1所述的双向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述阀瓣(6)上设置有与所述阀套(7)贴合密封的第二密封面(35)，其形状为平面、圆锥面或球面。

9.根据权利要求1所述的双向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述阀套(7)上设置有与所述阀瓣(6)贴合密封的第一密封面(4)，其形状为平面、圆锥面或球面。