CN111173956A - 一种高低温交变纯金属双向密封球阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高低温交变纯金属双向密封球阀，包括设置有阀腔的阀体、位于阀腔中并经由阀座密封副与阀腔密封配合的球体，球体的顶部与阀杆连接，阀座密封副包括环形的阀座；在阀座的外圆周壁上设置有多个轴肩，阀座的内壁上靠近球体的一侧与球体相切；流道通过N级台阶孔过渡到阀腔上，第N轴肩插入第N级孔体中，且在其之间设置有弹簧补偿型金属密封圈A，弹簧补偿型金属密封圈A至少在平行于流道轴线的方向上处于受压状态。本发明通过具有弹性补偿功能的密封圈实现浮动密封，满足因温度变化所需的尺寸补偿，无论是高温、低温还是高低温交变，均克服了高温膨胀变形和低温收缩变形，能有效地保证球阀在各种变换工况的严密密封。

Description

一种高低温交变纯金属双向密封球阀

技术领域

本发明涉及球阀技术领域，具体涉及一种高低温交变纯金属双向密封球阀。

背景技术

球阀具有较好的流通能力和密封性能，其阀在石油、石化、化工、能源、矿产等行业中被广泛的应用。球阀主要包括作为阀芯的球体、带动球体转动的阀杆以及与球体通过阀座密封副密封配合的阀体，球体上设置有与其旋转轴线垂直的流体通道。随着球阀所用工况的生产工艺的变化，球阀利用率的提升，同时球阀的使用工况越来越苛刻，其主要体现于高温、低温以及高低温交变。针对这些苛刻工况，对于球阀的密封要求也愈发严格，例如光伏发电中的高温球阀不允许采用柔性石墨做辅助密封。目前，应用此行业的球阀属于中高端工业阀门，其长期被欧洲、美国和日本国际知名企业垄断。这些企业的球阀不仅价格高、交货期长，还存在应用工况单一的缺陷，只能用于高温工况或者低温工况，无法适用于高低温交变的情况。阀门行业壁垒的存在严重制约着阀门的研发与生产。

目前市场上广泛使用的几种球阀都存在不同的缺陷，具体如下：

1、辅助密封件采用非金属石墨环的球阀，由于非金属石墨环650℃以上高温易氧化，高温、低温或高低温交变下，金属和非金属材料收缩系数不一样，其尺寸对温度变化不敏感，低温下无法补偿金属尺寸变化，密封易泄漏；部分厂家阀座无弹性密封元件，直接采用非金属石墨环作为磨损补偿，存在上述缺陷存在的同时，对非金属石墨环尺寸及其密封部位尺寸要求也变相提高，易造成装配力矩大、力矩小两种极端，一次性装配合格率低；

2、采用H型阀座，由于密封点位置增多对加工形位公差、平面度及粗糙度要求高，一次性装配合格率低；扭矩也偏大，变相增加了成本；

3、采用波纹管密封需要焊接，工序增多成本增加，且装配过程中后还是需要一辅助密封才能满足密封要求；

4、阀杆采用非金属石墨环或金属环密封，石墨环密封存在与第1条一样的缺陷；金属环一般用于静密封，密封形式为面与线接触为佳，阀杆部使用变成了线与线接触密封，再加上阀杆本身会因为内部介质压力的原因上下串动，从安全的角度来讲，泄漏风险大；

这些球阀都是只满足单一的高温或低温切断需求，没有达到在高低温变换两种工况同时切断的要求。

为了解决高低温的密封问题，现有技术CN108331936A公开了一种高低温自适应阀座结构及安装有该阀座结构的球阀，其通过在用于密封球体和阀腔之间的阀座密封副中设置弹簧，从而利用弹簧的弹性对高低温变化时的尺寸变化进行补偿，以保证球体和阀腔之间的密封性。但是这种球阀中，弹簧的伸缩方向平行于阀体内的流体流动方向，其仅能在流体流动方向对密封部位处的尺寸变化进行补偿，在其与方向则无法进行尺寸补偿。特别是当阀杆因为内部介质压力的原因上下串动时，其密封效果差。并且这种球阀所采用的密封结构复杂、零部件繁多，其加工成本、装配成本高，后期维护困难且成本高。

发明内容

本发明的目的在于：提供了一种高低温交变纯金属双向密封球阀，解决了现有的用于高低温交变的球阀的密封结构复杂、零部件繁多、生产成本以及维护成本高等上述技术问题。本发明所设计的一种高低温交变纯金属双向密封球阀，重新设计了一种用于球体与阀腔之间的阀座密封副，以使其在球体两侧均能实现因温度变化所需的尺寸补偿，从而能达到真正的高低温变换双向密封零泄漏；同时本发明结构简单、零部件数量少，便于其前期生产、装配以及后期的维护，极大地降低了球阀的生产成本以及维护成本。

本发明采用的技术方案如下：

一种高低温交变纯金属双向密封球阀，包括设置有阀腔的阀体、位于阀腔中并经由阀座密封副与阀腔密封配合的球体，所述球体的顶部与阀杆连接，所述阀座密封副位于球阀的流道和阀腔连通的端部，阀座密封副包括环形的阀座，所述阀座为纯金属，且其轴线与流道的轴线重合；

在所述阀座的外圆周壁上设置有多个轴肩，所述轴肩的半径随着靠近阀杆的轴线依次增大，且依次为第一轴肩、第二轴肩......以及第N轴肩，阀座的内壁上靠近球体的一侧与球体相切；

所述流道通过N级台阶孔过渡到阀腔上，所述台阶孔的半径随着靠近阀杆的轴线依次增大，且依次为第一级孔体、第二级孔体......以及第N级孔体；

所述第N轴肩插入第N级孔体中，且在至少一个轴肩端部和与之配合的孔体的孔底之间设置有弹簧补偿型金属密封圈A，所述弹簧补偿型金属密封圈A的轴线与流道的轴线重合，其两侧分别与轴肩端部以及孔体的孔底接触，且其至少在平行于流道轴线的方向上处于受压状态。

进一步地，所述弹簧补偿型金属密封圈A包括轴线均与流道的轴线重合的外弹性金属圈A和内补偿弹簧圈A，所述外弹性金属圈A的横截面为V形，其两侧分别与轴肩端部和与之配合的孔体的孔底接触，所述内补偿弹簧圈A安装在外弹性金属圈A的V形环槽中，并与V形环槽的两侧槽壁接触。

进一步地，用垂直于流道轴线的平面将阀体分割为左阀体和右阀体，阀腔对应地被分为位于左阀体上的左阀腔和位于右阀体上的右阀腔，所述球体的球心位于左阀腔中，且左阀体的顶部上凸成与阀杆密封配合的颈部；

所述左阀体通过紧固件与右阀体可拆卸式连接，且在左阀体和右阀体之间设置有将左阀体和右阀体分割部位密封的弹簧补偿型金属密封圈B。

进一步地，在所述左阀体上与右阀体接触的表面上设置有环形槽，所述环形槽的轴线与流道的轴线重合；

所述弹簧补偿型金属密封圈B位于环形槽中，且弹簧补偿型金属密封圈B组件包括轴线均与流道的轴线重合的外弹性金属圈B和内补偿弹簧圈B，所述外弹性金属圈B的横截面为C形，其两侧分别与环形槽的槽底以及右阀体接触，所述内补偿弹簧圈B安装在外弹性金属圈B的C形环槽中，并内切于C形环槽的槽壁。

进一步地，所述颈部通过阀杆密封副与阀杆密封，所述阀杆密封副包括均套设在阀杆上的压盖、垫环和弹簧补偿型金属密封圈C，所述颈部的中间部位与阀杆过渡配合，颈部的上侧与阀杆之间形成上环空；

所述垫环和弹簧补偿型金属密封圈C均安装在上环空中，且弹簧补偿型金属密封圈C有两个，分别位于垫环的上、下两侧，所述压盖的底端插入上环空中，并将垫环以及弹簧补偿型金属密封圈C压紧在颈部的中间部位上，且压盖通过紧固件与左阀体可拆卸式连接。

进一步地，所述弹簧补偿型金属密封圈C包括轴线均与阀杆的轴线重合的外弹性金属圈C和内补偿弹簧圈C，所述外弹性金属圈C的横截面为C形，且在其内圈设置有轴线与阀杆轴线重合的接触环，所述接触环的顶端与外弹性金属圈C连接，接触环的内圈与阀杆相切；所述内补偿弹簧圈C安装在外弹性金属圈C的C形环槽中，并内切于C形环槽的槽壁。

进一步地，在所述压盖和垫环的底部且靠近阀杆的一侧均设置有用于安装弹簧补偿型金属密封圈C的直角槽。

进一步地，所述颈部的下侧与阀杆之间形成下环空，阀杆的侧壁的下侧外凸成承接环，在下环空中安装有轴套，所述轴套套设在阀杆上，其上、下两端分别与颈部的中间部位以及承接环接触。

进一步地，所述阀杆与球体扁方连接。

进一步地，所述阀座密封副有两个，分别位于球阀的进、出流道和阀腔连通的端部。

由于采用了本技术方案，本发明的有益效果是：

1.本发明一种高低温交变纯金属双向密封球阀，在球体与阀腔之间采用弹簧补偿型金属密封圈进行密封，其独特的全金属结构设计，所述结构为双向密封，无非金属密封元件，既不同于现有的单向密封浮动球阀技术也不同于现有双向密封浮动球阀技术；本发明将原来的静密封改进为动载密封，不仅通过金属的材料特性提高了阀座密封副的耐磨性，还通过具有弹性补偿功能的密封圈实现浮动密封，满足因温度变化所需的尺寸补偿，无论是高温、低温还是高低温交变，均克服了高温膨胀变形和低温收缩变形，能有效地保证球阀在高温、低温和高低温变换工况的严密密封，提高了球阀的服务生命周期，并能高度适应需要转动作业的球阀的工况。例如，当在高温工况下，纯金属的阀座密封副能良好适应于高温环空，不易氧化，能有效地地保证高温下的球体和阀腔之间的高密封性能；当在低温工况下，因“热胀冷缩”这个基本特性，阀座密封副会收缩、尺寸减小，而此时密封圈会基于自身在安装时存在的受压变形力所积蓄的弹性来补偿“冷缩”下部件所“缩小”的尺寸，以使在低温下阀座密封副的内外两侧均与球体以及阀腔密封接触，即阀座密封副的内、外两侧均保持与球体以及阀腔之间的高密封性能；

2.本发明一种高低温交变纯金属双向密封球阀，当弹簧补偿型金属密封圈A除了在流道轴线的方向上处于受压状态，还在阀杆的轴线方向处于受压状态时，当阀杆本身会因为内部介质压力的原因上下串动时，弹簧补偿型金属密封圈A在阀杆轴向上对球体限位，从而减小甚至消除阀杆因介质压力原因上下窜动的频率和幅度，从而本发明在球体两侧且360度范围内均能实现因温度变化所需的尺寸补偿，继而能达到真正的高低温变换双向密封零泄漏；

3.本发明一种高低温交变纯金属双向密封球阀，相对于现有技术来说，本发明用于球体和阀腔之间的密封部件只有两个：阀座和弹簧补偿型金属密封圈A，其结构简单、零部件数量少，具有弹性密封补偿，温度变化下性能稳定；且阀座和弹簧补偿型金属密封圈A可单独拆卸更换，拆装方便，便于前期生产、装配以及后期的维护，提高了工作效率，并极大地降低了球阀的生产成本以及维护成本；

4.本发明一种高低温交变纯金属双向密封球阀，在阀座密封副中直接采用V型金属圈做密封，无非金属密封垫，在实现动载密封的同时提供弹性补偿，将密封、弹性补偿功能融为一体，V型金属圈既提供弹性补偿又可实现密封，达到双向密封；同时，V型金属圈内部加载弹簧进行弹力补偿，充分考虑V型金属圈的密封与弹性补偿功能，既为球体和阀座提供了预压弹性补偿，又使阀座与阀体实现密封：阀座密封副中的V型金属圈在阀门运行过程中始终与阀腔腔壁以及阀座紧密贴合，介质不会进入阀座密封副、影响密封；同时介质进入V型金属圈内的V型口扩张，增大V型金属圈与阀腔腔壁以及阀座之间的压力，提升密封力、保证良好的密封性，且介质压力越高密封更严密，即密封力随着价值压力增高而增大；

5.本发明一种高低温交变纯金属双向密封球阀，无论介质压力从左阀体或右阀体进入阀门内部，都能将压力加载于弹簧补偿型金属密封圈A内部，促使外弹性金属圈A严密贴合阀座以及阀腔腔壁，实现双向严密密封，不受安装方向限制，给使用者带来更好体验；

6.本发明一种高低温交变纯金属双向密封球阀，将阀体设置成由左阀体和右阀体互相拆卸组成的部件，使所有零部件可以单独现场更换，便于阀座密封副、球头等部件的装配以及后期对某个磨损的零部件进行单独维护更换，操作时针对性替换失效零部件即可，例如当阀座与球体密封失效时，无需替换阀门整机，提高了本发明装配便利性，实现了简快省的维护理念，并降低了维护成本，为使用者节约了检修周期和经济损耗；

7.本发明一种高低温交变纯金属双向密封球阀，独特的阀体密封设计，所述左阀体和右阀体采用弹簧补偿型金属密封圈B进行密封，弹簧补偿型金属密封圈B内部加载弹簧进行弹力补偿，能有效抵抗螺栓等这类紧固左阀体和右阀体其自身材质的高温蠕变，在工况下对密封部位进行补偿密封，保证左阀体和右阀体之间的严密密封，无外漏风险；

8.本发明一种高低温交变纯金属双向密封球阀，阀杆处采用防喷结构，阀杆安装采用由内往外方式，其独特的阀杆密封副设计，首次在球阀阀杆填料动载密封部采用弹簧补偿型金属密封圈。所述阀杆与阀体之间密封采用弹簧补偿型金属密封圈，无非金属密封元件，弹簧补偿型金属密封圈内部加载弹簧进行弹力补偿，具有弹性功能，满足高温和多种腐蚀工况使用，通用型强，适用于批次加工及严苛工况。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，下面将对实施例中所需要使用的附图作简单地介绍，应当理解，以下附图仅示出了本发明的某些实施例，因此不应被看作是对范围的限定，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相关的附图，本说明书附图中的各个部件的比例关系不代表实际选材设计时的比例关系，其仅仅为结构或者位置的示意图，其中：

图1是本发明的结构示意图；

图2是图1中A处的放大图；

图3是图1中B处的放大图；

图4是图1中C处的放大图；

图5是弹簧补偿型金属密封圈A的结构示意图；

图6是弹簧补偿型金属密封圈B的结构示意图；

图7是弹簧补偿型金属密封圈C的结构示意图；

图8是弹簧补偿型金属密封圈A预压状态的结构示意图；

图9是弹簧补偿型金属密封圈A受介质压力状态的结构示意图。

附图中标号说明：

1-阀腔，2-阀体，201-左阀体，202-右阀体；

3-球体，4-阀杆，5-阀座；

6-弹簧补偿型金属密封圈A，601-外弹性金属圈A，602-内补偿弹簧圈A；

7-颈部，8-弹簧补偿型金属密封圈B，801-外弹性金属圈B，802-内补偿弹簧圈B；

9-环形槽，10-压盖，11-垫环；

12-弹簧补偿型金属密封圈C，1201-外弹性金属圈C，1202-内补偿弹簧圈C，1203-接触环；

13-直角槽，14-轴套。

具体实施方式

为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅用以解释本发明，并不用于限定本发明，即所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。通常在此处附图中描述和示出的本发明实施例的组件可以以各种不同的配置来布置和设计。

本发明中的“连接”若无特别强调，为常规连接方式，例如一体成形、焊接、铆接等，具体的连接方式根据本技术领域的常规技术知识进行适应性优选地即可。本说明书中公开的所有特征，或公开的所有方法或过程中的步骤，除了互相排斥的特征和/或步骤以外，均可以以任何方式组合。

下面结合图1至图9对本发明作详细说明。

实施例1

如图1～图9所示，本发明一种高低温交变纯金属双向密封球阀，包括设置有阀腔1的阀体2、位于阀腔1中并经由阀座密封副与阀腔1密封配合的球体3，所述球体3的顶部与阀杆4连接，优选地所述阀杆4与球体3扁方连接，球体关闭后，阀杆4不承受阀腔1内的介质推力；阀体2的顶部上凸成颈部，阀杆4的顶端穿出颈部，并与颈部转动密封配合，人工徒手或者采用驱动装置来驱动阀杆4转动，以带动球体2绕着阀杆4轴线转动，从而使球体2在90°范围内旋转，实现球阀流道的开关；所述阀座密封副有两个，分别位于球阀的进、出流道和阀腔1连通的端部，阀座密封副包括环形的阀座5，所述阀座5为纯金属，且其轴线与流道的轴线重合；

在所述阀座5的外圆周壁上设置有多个轴肩，所述轴肩的半径随着靠近阀杆4的轴线依次增大，且依次为第一轴肩、第二轴肩......以及第N轴肩，优选地设置有两个轴肩，阀座的内壁上靠近球体3的一侧与球体3相切，阀座上外径较小的一端插入流道中，其另一端插入阀腔中；

所述流道通过N级台阶孔过渡到阀腔1上，所述台阶孔的半径随着靠近阀杆4的轴线依次增大，且依次为第一级孔体、第二级孔体......以及第N级孔体，优选地为二级台阶孔，二级台阶孔的小径端与流道连通，其大径端与阀腔连通；

所述第N轴肩插入第N级孔体中，即第一轴肩插入第一级孔体中、第二轴肩插入第二级孔体中，且在至少一个轴肩端部和与之配合的孔体的孔底之间设置有弹簧补偿型金属密封圈A6，所述弹簧补偿型金属密封圈A6的轴线与流道的轴线重合，其两侧分别与轴肩端部以及孔体的孔底接触，且其至少在平行于流道轴线的方向上处于受压状态。

球体3与阀座5接触密封表面处理采用超音速喷涂硬化层的方法，N为大于1的自然数。

金属密封圈作为静密封元件在航天、发电、泵等设备上有足够的性能验证，运用到球阀上做为动载密封件时具有良好的性能保证。而本发明中，在球体3与阀腔1之间采用弹簧补偿型金属密封圈进行密封，其独特的全金属结构设计，所述结构为双向密封，无非金属密封元件，既不同于现有的单向密封浮动球阀技术也不同于现有双向密封浮动球阀技术；本发明将原来的静密封改进为动载密封，不仅通过金属的材料特性提高了阀座密封副的耐磨性，还通过具有弹性补偿功能的密封圈实现浮动密封，满足因温度变化所需的尺寸补偿，无论是高温、低温还是高低温交变，均克服了高温膨胀变形和低温收缩变形，能有效地保证球阀在高温、低温和高低温变换工况的严密密封，提高了球阀的服务生命周期，并能高度适应需要转动作业的球阀的工况。例如，当在高温工况下，纯金属的阀座密封副能良好适应于高温环空，不易氧化，能有效地地保证高温下的球体3和阀腔1之间的高密封性能；当在低温工况下，因“热胀冷缩”这个基本特性，阀座密封副会收缩、尺寸减小，而此时密封圈会基于自身在安装时存在的受压变形力所积蓄的弹性来补偿“冷缩”下部件所“缩小”的尺寸，以使在低温下阀座密封副的内外两侧均与球体3以及阀腔1密封接触，即阀座密封副的内、外两侧均保持与球体3以及阀腔之间的高密封性能。

同时，当弹簧补偿型金属密封圈A6除了在流道轴线的方向上处于受压状态，还在阀杆的轴线方向处于受压状态时，当阀杆本身会因为内部介质压力的原因上下串动时，弹簧补偿型金属密封圈A6在阀杆轴向上对球体3限位，从而减小甚至消除阀杆因介质压力原因上下窜动的频率和幅度，从而本发明在球体两侧且360度范围内均能实现因温度变化所需的尺寸补偿，继而能达到真正的高低温变换双向密封零泄漏。

并且相对于现有技术来说，本发明用于球体和阀腔之间的密封部件只有两个：阀座和弹簧补偿型金属密封圈A6，其结构简单、零部件数量少，具有弹性密封补偿，温度变化下性能稳定；且阀座5和弹簧补偿型金属密封圈A6可单独拆卸更换，拆装方便，便于前期生产、装配以及后期的维护，提高了工作效率，并极大地降低了球阀的生产成本以及维护成本。

与现有技术相比，本发明结构简单，全部可做为标准件生产，现有的通用机械加工设备都能满足其加工需求。

实施例2

本实施例是在实施例1的基础上，对弹簧补偿型金属密封圈A6的具体实施结构做出说明。

如图1、图2、图5、图8以及图9所示，本发明中，所述弹簧补偿型金属密封圈A6包括轴线均与流道的轴线重合的外弹性金属圈A601和内补偿弹簧圈A602，所述外弹性金属圈A601的横截面为V形，优选地其V形的开口朝向流道的轴线，其两侧分别与轴肩端部和与之配合的孔体的孔底接触，所述内补偿弹簧圈A602安装在外弹性金属圈A601的V形环槽中，并与V形环槽的两侧槽壁接触。

本发明中，独特阀座密封副结构设计，首次在球阀阀座密封副中采用V型金属圈作为密封部件。弹簧补偿型金属密封圈A6的自由状态如图5所示；当其安装在球阀中的预压状态如图8所示，外弹性金属圈A601的两侧与阀腔和阀座接触并通接触密封，接触部位为轴线位于流道轴线处的两个环线，同时优选地，外弹性金属圈A601的外圈与对应的孔体的孔壁接触，内补偿弹簧圈A602的内圈与对应轴肩处的圆周侧壁接触，从而使弹簧补偿型金属密封圈A6在平行于阀杆轴线的方向上以及平行于流道的轴线方向上均受压，从而通过弹簧补偿型金属密封圈A6在空间范围内任意方向均对球体3进行浮动密封，保证优异的密封性能；优选地，外弹性金属圈A601的两个末端均向内弯曲，其弯曲部位的外凸面分别与阀腔和阀座接触，从而改善外弹性金属圈A601与对应的接触面之间的受力环境，避免外弹性金属圈A601的末端尖角处与阀腔和阀座接触时在阀腔和阀座接触上产生划痕等表面损伤；在工作时，球阀内部存在压力介质时，其受力如图9所示，除了弹簧补偿型金属密封圈自身的预压变形所具备的预紧力来保证优异的密封性，同时在压力介质进入V形环槽中，向外推动外弹性金属圈A601的两侧，从而增大了外弹性金属圈A601的两侧与阀腔和阀座之间接触部位的受力，进一步地提升了密封性；同时压力介质进入V形环槽中还能上推内补偿弹簧圈A602，从而增大内补偿弹簧圈A602和外弹性金属圈A601之间的挤压力，继而进一步地提升了密封性。

外弹性金属圈A601的横截面的形状可以有多种，例如C形、U形、Y形等，其只要具备一个用于安装内补偿弹簧圈A602的环形槽体即可。内补偿弹簧圈A602可以采用首尾相连成环形的螺旋弹簧，或者弹性金属圈等，具体实施结构不限。

本发明中，在阀座密封副中直接采用V型金属圈(外弹性金属圈A601)做密封，无非金属密封垫，在实现动载密封的同时提供弹性补偿，将密封、弹性补偿功能融为一体，V型金属圈既提供弹性补偿又可实现密封，达到双向密封。同时，V型金属圈内部加载弹簧(内补偿弹簧圈A602)进行弹力补偿，充分考虑V型金属圈的密封与弹性补偿功能，既为球体3和阀座5提供了预压弹性补偿，又使阀座5与阀体2实现密封：阀座密封副中的V型金属圈在阀门运行过程中始终与阀腔腔壁以及阀座紧密贴合，介质不会进入阀座密封副、影响密封；同时介质进入V型金属圈内的V型口扩张，增大V型金属圈与阀腔腔壁以及阀座之间的压力，提升密封力、保证良好的密封性，且介质压力越高密封更严密，即密封力随着价值压力增高而增大。

本发明所设计的球阀在使用时，无论介质压力从左阀体201或右阀体202进入阀门内部，都能将压力加载于弹簧补偿型金属密封圈A6内部，促使外弹性金属圈A601严密贴合阀座5以及阀腔腔壁，实现双向严密密封，不受安装方向限制，给使用者带来更好体验。

实施例3

本实施例是在上述实施例的基础上，对阀体2的结构做出进一步地实施说明。

如图1所示，本发明中，用垂直于流道轴线的平面将阀体2分割为左阀体201和右阀体202，阀腔1对应地被分为位于左阀体201上的左阀腔和位于右阀体202上的右阀腔，所述球体3的球心位于左阀腔中，且左阀体201的顶部上凸成与阀杆4密封配合的颈部7；

所述左阀体201通过紧固件与右阀体202可拆卸式连接，且在左阀体201和右阀体202之间设置有将左阀体201和右阀体202分割部位密封的弹簧补偿型金属密封圈B8。

紧固件优选地为螺栓螺母的组合，具体地，螺栓的杆部末端依次活动贯穿右阀体202和左阀体201后与螺母螺纹连接；紧固件还可以采用焊条、U形夹具等部件，具体实施方式不限。

将阀体2设置成由左阀体201和右阀体202互相拆卸组成的部件，使所有零部件可以单独现场更换，便于阀座密封副、球头3等部件的装配以及后期对某个磨损的零部件进行单独维护更换，操作时针对性替换失效零部件即可，例如当阀座与球体密封失效时，无需替换阀门整机，提高了本发明装配便利性，实现了简快省的维护理念，并降低了维护成本，为使用者节约了检修周期和经济损耗。

关于左阀体201和右阀体202之间的密封结构具体如下：在所述左阀体201上与右阀体202接触的表面上设置有环形槽9，所述环形槽9的轴线与流道的轴线重合；

所述弹簧补偿型金属密封圈B8位于环形槽9中，且弹簧补偿型金属密封圈B8组件包括轴线均与流道的轴线重合的外弹性金属圈B801和内补偿弹簧圈B802，所述外弹性金属圈B801的横截面为C形，其两侧分别与环形槽9的槽底以及右阀体202接触，所述内补偿弹簧圈B802安装在外弹性金属圈B801的C形环槽中，并内切于C形环槽的槽壁。

弹簧补偿型金属密封圈B8的自由状态如图6所示；当其安装在左阀体201和右阀体202之间时，处于预压状态，其承受来自左阀体201和右阀体202的挤压力，从而使其内圈向内凸、外圈向外凸，外弹性金属圈B801的两侧与左阀体201和右阀体202接触并通接触密封，接触部位为轴线位于流道轴线处的两个环线，弹簧补偿型金属密封圈B8自身的预压变形所具备的预紧力来保证左阀体201和右阀体202之间优异的密封性。

本发明中，独特的阀体密封设计，所述左阀体201和右阀体202采用弹簧补偿型金属密封圈B8进行密封，弹簧补偿型金属密封圈B8内部加载弹簧进行弹力补偿，能有效抵抗螺栓等这类紧固左阀体和右阀体其自身材质的高温蠕变，在工况下对密封部位进行补偿密封，保证左阀体和右阀体之间的严密密封，无外漏风险。

关于阀杆4与阀体2之间的配合具体如下：所述颈部7通过阀杆密封副与阀杆4密封，所述阀杆密封副包括均套设在阀杆4上的压盖10、垫环11和弹簧补偿型金属密封圈C12，所述颈部7的中间部位与阀杆4过渡配合，颈部7的上侧与阀杆4之间形成上环空；

所述垫环11和弹簧补偿型金属密封圈C12均安装在上环空中，且弹簧补偿型金属密封圈C12有两个，分别位于垫环11的上、下两侧，所述压盖10的底端插入上环空中，并将垫环11以及弹簧补偿型金属密封圈C12压紧在颈部7的中间部位，且压盖10通过紧固件与左阀体201可拆卸式连接。

进一步地，所述弹簧补偿型金属密封圈C12包括轴线均与阀杆4的轴线重合的外弹性金属圈C1201和内补偿弹簧圈C1202，所述外弹性金属圈C1201的横截面为C形，且在其内圈设置有轴线与阀杆4轴线重合的接触环1203，所述接触环1203的顶端与外弹性金属圈C1201连接，接触环1203的内圈与阀杆4相切；所述内补偿弹簧圈C1202安装在外弹性金属圈C1201的C形环槽中，并内切于C形环槽的槽壁。

弹簧补偿型金属密封圈C12的自由状态如图7所示；当其安装在阀杆4和颈部7之间时，处于预压状态，其承受来自压盖10的挤压力，从而使其内圈向内凸、外圈向外凸，内圈的接触环1203抱紧在阀杆4上，实现其与阀杆之间的密封；外圈顶紧在垫环11或者鸭肝10上，实现其外圈处的密封，同时由于其上下受压，其上下受压部位与对应的部件之间还形成密封，弹簧补偿型金属密封圈C12自身的预压变形所具备的预紧力来保证阀杆4余颈部7之间优异的密封性。

本发明中，阀杆处采用防喷结构，阀杆安装采用由内往外方式，其独特的阀杆密封副设计，首次在球阀阀杆填料动载密封部采用弹簧补偿型金属密封圈。所述阀杆与阀体之间密封采用弹簧补偿型金属密封圈，无非金属密封元件，弹簧补偿型金属密封圈内部加载弹簧进行弹力补偿，具有弹性功能，满足高温和多种腐蚀工况使用，通用型强，适用于批次加工及严苛工况。

弹簧补偿型金属密封圈C12具有自紧预密封，介质进入金属圈内部具有自动扩张功能，介质压力越高密封更严密。双重弹簧补偿型金属密封圈C12结构设计，结构比现有的双填料式非金属密封更简单，耐磨性更好，适用工况更广泛。

进一步地，在所述压盖10和垫环11的底部且靠近阀杆4的一侧均设置有用于安装弹簧补偿型金属密封圈C12的直角槽13。

进一步地，所述颈部7的下侧与阀杆4之间形成下环空，阀杆4的侧壁的下侧外凸成承接环，在下环空中安装有轴套14，所述轴套14套设在阀杆4上，其上、下两端分别与颈部7的中间部位以及承接环接触，轴套14和阀杆4表面硬化抗硬压及磨损。

实施例4

本实施例是对本发明生产工艺实施方式做出说明。

本发明中，生产流程主要为：坯件-热处理-表面处理-粗加工-热处理-精加工-装配-常温试压检测-热处理-高低温试压检测-表面处理-产成品。

具体设施工艺如下：

一、零部件制造

1、阀体2(左阀体201和右阀体202)：

(1)先铸造或锻造左阀体201和右阀体202的坯件，坯件铸造或锻造完成后各材质按照Fe-C相图规定温度和时间进行相应热处理，改变材质属相及消除应力；

(2)铸件表面喷丸酸洗处理；

(3)按照图纸要求对需要加工的表面进行粗加工，粗加工单面留余量2～3mm；

(4)按照Fe-C相图规定温度和时间再次进行热处理；

(5)按照图纸要求精加工；

2、金属密封圈

(1)弹簧补偿型金属密封圈A6、弹簧补偿型金属密封圈B8、弹簧补偿型金属密封圈12作为密封部的接触部位表面人工研磨，表面粗糙度不高于Ra0.2；

(2)加工完成后去毛刺、清洗。

3、球体3、阀座5

(1)先铸造或锻造球体3、阀座5的坯件，坯件完成铸造或锻造后各材质按照Fe-C相图规定温度和时间进行相应热处理，改变材质属相及消除应力；

(2)按照图纸要求对需要加工的表面进行粗加工，粗加工单面留余量2～3mm，需要表面硬化部位精加工到喷涂前尺寸；

(3)球座密封表面硬化部位喷砂处理；

(4)球座密封表面硬化处理，硬化处理可采用喷焊、喷涂、激光熔覆等方式；

(5)按照Fe-C相图规定温度和时间再次进行热处理；

(6)球座密封面磨削粗加工。

(7)按照图纸要求精加工。

(8)球座密封面进行人工精磨。

二装配工艺

1、各零部件表面去毛刺、清洗。

2、按照装配图对球阀进行组装。

(1)将轴套装入阀体；

(2)将阀杆装入阀体；

(3)将弹簧补偿型金属密封圈A6、阀座装入阀体；

(4)将球体对正阀杆扁方装入阀体；

(5)将弹簧补偿型金属密封圈B8装入左阀体201的环形槽9中，盖上右阀体201，并预紧左阀体201和右阀体201结合部螺栓，螺栓应对角拧紧；

(6)将弹簧补偿型金属密封圈12、垫环、弹簧补偿型金属密封圈12、压盖依次装入阀杆外部，并预紧压盖部螺栓；

(7)、采用工装手柄，预开关阀门；

(8)、拧紧各部螺栓；

(9)、测试阀门扭矩；

3、常温检测，测试球阀泄漏量，测试介质为气体或液体；测试完成后球阀内部液体需要吹干或烘干；

4、常温测试合格后按照项目要求使用温度+30℃进行整体热处理，热处理要求保温时间为25mm/2h；

5、高温测试阀门泄漏量，测试介质为气体；

6、空冷；

7、常温检测，测试球阀泄漏量，测试介质为气体或液体。测试完成后球阀内部液体需要吹干或烘干；

8、球阀表面处理，碳钢阀门表面喷油漆，不锈钢阀门表面不处理；

9、合格成品入库。

阀门为纯金属密封结构，弹簧补偿型金属密封圈A6、弹簧补偿型金属密封圈B8、弹簧补偿型金属密封圈12的材质可以根据不同使用温度及不同介质进行选择，其表面硬化抗硬压及磨损，这些密封圈通用型强，使用寿命长。阀体2、阀座5、球体3、阀杆4、压盖10等金属件根据实际工况，可采用多种材质。

左阀体和右阀体在装配完成后为金属与金属贴合，在强制密封的机理上通过弹簧补偿型金属密封圈B8增加弹性补偿，提高了阀门的使用温变范围，解决外漏问题。

在工艺上，所有密封接触部位采用机械加工+自动化研磨工艺提高密封面光洁度，其优点为耐磨耐腐蚀，可应用于各类高低温高压恶劣工况。

外部驱动装置通过阀杆4传递扭矩给球体3实现流道孔的开关，当球阀关闭时，无论压力从流道哪端进入阀门内部，都能将压力加载于弹簧补偿型金属密封圈A6，促使弹簧补偿型金属密封圈A6严密贴合阀座5与左阀体201和右阀体202，实现双向严密密封。

以上所述，仅为本发明的优选实施方式，但本发明的保护范围并不局限于此，任何熟悉本领域的技术人员在本发明所揭露的技术范围内，可不经过创造性劳动想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。因此，本发明的保护范围应该以权利要求书所限定的保护范围为准。

Claims (10)

1.一种高低温交变纯金属双向密封球阀，包括设置有阀腔(1)的阀体(2)、位于阀腔(1)中并经由阀座密封副与阀腔(1)密封配合的球体(3)，所述球体(3)的顶部与阀杆(4)连接，其特征在于：所述阀座密封副位于球阀的流道和阀腔(1)连通的端部，阀座密封副包括环形的阀座(5)，所述阀座(5)为纯金属，且其轴线与流道的轴线重合；

在所述阀座(5)的外圆周壁上设置有多个轴肩，所述轴肩的半径随着靠近阀杆(4)的轴线依次增大，且依次为第一轴肩、第二轴肩......以及第N轴肩，阀座(5)内壁上靠近球体(3)的一侧与球体(3)相切；

所述流道通过N级台阶孔过渡到阀腔(1)上，所述台阶孔的半径随着靠近阀杆(4)的轴线依次增大，且依次为第一级孔体、第二级孔体......以及第N级孔体；

所述第N轴肩插入第N级孔体中，且在至少一个轴肩端部和与之配合的孔体的孔底之间设置有弹簧补偿型金属密封圈A(6)，所述弹簧补偿型金属密封圈A(6)的轴线与流道的轴线重合，其两侧分别与轴肩端部以及孔体的孔底接触，且其至少在平行于流道轴线的方向上处于受压状态。

2.根据权利要求1所述的一种高低温交变纯金属双向密封球阀，其特征在于：所述弹簧补偿型金属密封圈A(6)包括轴线均与流道的轴线重合的外弹性金属圈A(601)和内补偿弹簧圈A(602)，所述外弹性金属圈A(601)的横截面为V形，其两侧分别与轴肩端部和与之配合的孔体的孔底接触，所述内补偿弹簧圈A(602)安装在外弹性金属圈A(601)的V形环槽中，并与V形环槽的两侧槽壁接触。

3.根据权利要求1所述的一种高低温交变纯金属双向密封球阀，其特征在于：用垂直于流道轴线的平面将阀体(2)分割为左阀体(201)和右阀体(202)，阀腔(1)对应地被分为位于左阀体(201)上的左阀腔和位于右阀体(202)上的右阀腔，所述球体(3)的球心位于左阀腔中，且左阀体(201)的顶部上凸成与阀杆(4)密封配合的颈部(7)；

所述左阀体(201)通过紧固件与右阀体(202)可拆卸式连接，且在左阀体(201)和右阀体(202)之间设置有将左阀体(201)和右阀体(202)分割部位密封的弹簧补偿型金属密封圈B(8)。

4.根据权利要求3所述的一种高低温交变纯金属双向密封球阀，其特征在于：在所述左阀体(201)上与右阀体(202)接触的表面上设置有环形槽(9)，所述环形槽(9)的轴线与流道的轴线重合；

所述弹簧补偿型金属密封圈B(8)位于环形槽(9)中，且弹簧补偿型金属密封圈B(8)组件包括轴线均与流道的轴线重合的外弹性金属圈B(801)和内补偿弹簧圈B(802)，所述外弹性金属圈B(801)的横截面为C形，其两侧分别与环形槽(9)的槽底以及右阀体(202)接触，所述内补偿弹簧圈B(802)安装在外弹性金属圈B(801)的C形环槽中，并内切于C形环槽的槽壁。

5.根据权利要求3所述的一种高低温交变纯金属双向密封球阀，其特征在于：所述颈部(7)通过阀杆密封副与阀杆(4)密封，所述阀杆密封副包括均套设在阀杆(4)上的压盖(10)、垫环(11)和弹簧补偿型金属密封圈C(12)，所述颈部(7)的中间部位与阀杆(4)过渡配合，颈部(7)的上侧与阀杆(4)之间形成上环空；

所述垫环(11)和弹簧补偿型金属密封圈C(12)均安装在上环空中，且弹簧补偿型金属密封圈C(12)有两个，分别位于垫环(11)的上、下两侧，所述压盖(10)的底端插入上环空中，并将垫环(11)以及弹簧补偿型金属密封圈C(12)压紧在颈部(7)的中间部位上，且压盖(10)通过紧固件与左阀体(201)可拆卸式连接。

6.根据权利要求5所述的一种高低温交变纯金属双向密封球阀，其特征在于：所述弹簧补偿型金属密封圈C(12)包括轴线均与阀杆(4)的轴线重合的外弹性金属圈C(1201)和内补偿弹簧圈C(1202)，所述外弹性金属圈C(1201)的横截面为C形，且在其内圈设置有轴线与阀杆(4)轴线重合的接触环(1203)，所述接触环(1203)的顶端与外弹性金属圈C(1201)连接，接触环(1203)的内圈与阀杆(4)相切；所述内补偿弹簧圈C(1202)安装在外弹性金属圈C(1201)的C形环槽中，并内切于C形环槽的槽壁。

7.根据权利要求5所述的一种高低温交变纯金属双向密封球阀，其特征在于：在所述压盖(10)和垫环(11)的底部且靠近阀杆(4)的一侧均设置有用于安装弹簧补偿型金属密封圈C(12)的直角槽(13)。

8.根据权利要求5～7中任一项所述的一种高低温交变纯金属双向密封球阀，其特征在于：所述颈部(7)的下侧与阀杆(4)之间形成下环空，阀杆(4)的侧壁的下侧外凸成承接环，在下环空中安装有轴套(14)，所述轴套(14)套设在阀杆(4)上，其上、下两端分别与颈部(7)的中间部位以及承接环接触。

9.根据权利要求1所述的一种高低温交变纯金属双向密封球阀，其特征在于：所述阀杆(4)与球体(3)扁方连接。

10.根据权利要求1所述的一种高低温交变纯金属双向密封球阀，其特征在于：所述阀座密封副有两个，分别位于球阀的进、出流道和阀腔(1)连通的端部。

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