CN111720567B - 一种压力平衡式套筒调节阀芯座密封结构 - Google Patents

Abstract

一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构，包括阀体，阀体内部设阀座，阀座之上设套筒，套筒内装有阀芯，关闭状态下的阀芯将套筒内腔分隔成连通的上腔室和下腔室，下腔室下端开放，阀座与阀芯的接触面密封配合；在阀芯与套筒之间设有压板，压板上端与阀芯固定连接，压板下端与阀芯及套筒之间安装密封组件；密封组件包括金属C型密封环和金属矩型密封环，金属C型密封环相较金属矩型密封环位于介质流向前端，金属矩型密封环一个表面具有向内的斜槽，其上设有一处上下搭接部，金属C型密封环的开口朝向套筒，金属C型密封环外壁与金属矩型密封环的斜槽及压板或阀芯相接触。本发明特别适合高温场合，压差小时相对的密封有效果好，使用寿命长。

Description

一种压力平衡式套筒调节阀芯座密封结构

技术领域

本发明涉及一种压力平衡式套筒调节阀，尤其是一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构。

背景技术

压力平衡式套筒调节阀专为重负荷工况而设计，阀体结构紧凑，流体通道呈S流线型，其优点是压降损失小，流量大、可调节范围广，流量特性精度高。它的密封方式通常利用活塞环的结构形式，即在阀芯与套筒之间包含两个或更多密封环，以减少泄漏量。

在300°以上的高温环境下，密封环在种类上会选择硬度高的碳-石墨密封环与金属密封环组合起来使用，但是碳-石墨密封环材质的密封环，虽然在高温的环境下能依靠自身的弹性变形进行密封，但只产生侧向的变形密封力，密封效果不佳，这种材质的密封环还容易在高压差大的情况下被冲刷掉；而金属材质的密封环受材料限制，密封环变形的密封力较小，密封效果差，特别是在阀前阀后的压力差小的情况，介质力减弱，作用在密封环上的力相对减小，从而失去密封的效果。

发明内容

为了克服现有技术的上述不足，本发明提供一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构，使调节阀在300°以上高温及压差小的场合泄漏量相对较小，密封有效果好，使用寿命长。

本发明解决其技术问题采用的技术方案是：

当介质是低进高出流动时，一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构，包括阀体，阀体的内部设有阀座，阀座之上设有套筒，套筒内安装有阀芯，完全关闭状态下的阀芯将套筒的内腔分隔成上腔室和下腔室，下腔室的下端开放，两个腔室之间通过平衡孔连通，阀座与阀芯的接触面相配合形成切断密封副；在阀芯与套筒之间还设有压板，压板的上端与阀芯固定连接，压板的下端与阀芯及套筒之间安装有密封组件；所述的密封组件包括金属C型密封环和金属矩型密封环，金属C型密封环相较金属矩型密封环位于介质流向的前端，金属矩型密封环的一个表面具有向内的斜槽，金属矩型密封环上形成一处上下的搭接部，搭接部的末端存在间隙，金属C型密封环的开口朝向套筒，金属C型密封环的外壁同时与金属矩型密封环的斜槽及压板相接触。

本发明解决其技术问题采用的另一种技术方案是：

当所述的介质是高进低出流动时，一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构，包括阀体，阀体的内部设有阀座，阀座之上设有套筒，套筒内安装有阀芯，完全关闭状态下的阀芯将套筒的内腔分隔成上腔室和下腔室，下腔室的下端开放，两个腔室之间通过平衡孔连通，阀座与阀芯的接触面相配合形成切断密封副；在阀芯与套筒之间还设有压板，压板的上端与阀芯固定连接，压板的中间位置与阀芯之间安装有石墨密封环，压板的下端与阀芯及套筒之间安装有密封组件；所述的密封组件包括金属C型密封环和金属矩型密封环，金属C型密封环相较金属矩型密封环位于介质流向的前端，金属矩型密封环的一个表面具有向内的斜槽，金属矩型密封环上形成一处上下的搭接部，搭接部的末端存在间隙，金属C型密封环的开口朝向套筒，金属C型密封环的外壁同时与金属矩型密封环的斜槽及阀芯相接触。

相比现有技术，本发明的一种压力平衡式套筒调节阀芯座密封结构，以压板为载体，泄漏通过在压板、阀芯及套筒之间安装密封组件，金属C型密封环位于介质流向的前端，安装时利用压板固定在阀芯、压板和套筒三者之间，起到蓄能的作用，即使在阀前阀后压力差小的情况下，也会在金属矩型密封环上斜槽的作用下，对金属矩型密封环产生轴向和侧向的两个方向的作用力，一方面，金属C型密封环由蓄能产生的自身变形力，作用于金属矩型密封环上斜槽，从而产生向外以及向上或向下的密封力，另一方面，来自介质的力传递到金属C型密封环，进而作用在金属矩型密封环的斜槽上转变成向外以及向上或向下的密封力。最终，使金属矩型密封环充分发挥了密封的效果，具有了加强的密封性，有效地减轻了在阀芯关闭时介质由一个流道进入阀芯内部或流向另一个流道而产生的泄漏。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。

图1是含有本发明一个实施例密封结构的压力平衡式套筒调节阀的主视图，其中涉及密封结构的位置进行了半剖。

图2是本发明一个实施例中阀芯与压板配合的竖剖图。

图3是本发明在图2基础上的一个优选实施例中阀芯与压板配合的竖剖图。

图4是含有本发明另一个实施例密封结构的压力平衡式套筒调节阀的主视图，其中涉及密封结构的位置进行了半剖。

图5是本发明一个实施例中阀芯与压板配合的俯视图。

图6是图5中C-C处的剖视图。

图7是本发明在图6基础上的一个优选实施例中阀芯与压板配合的竖剖图。

图8是本发明一个优选实施例中金属C型密封环的立体图。

图9是本发明一个优选实施例中金属C型密封环的主视图。

图10是图9中B-B处的剖视图。

图11是本发明一个优选实施例中金属矩型密封环的立体图。

图12是本发明一个优选实施例中金属矩型密封环的主视图。

图13是图12中A-A处的剖视图。

图14是本发明一个优选实施例中金属矩型密封环的俯视图。

图15是图14中D-D处的剖视图。

图中，1、压板，2、石墨密封环，3、金属矩型密封环，3-1、斜槽，3-1-1、内侧面，3-1-2、斜底面，4、金属C型密封环，4-1、开口，5、阀芯，6、套筒，7、高进流道，8、阀体，9、下腔室，10、阀座，11、低出流道，12、平衡孔，13、上腔室，14、阀盖，15、阀杆，16、高出流道，17、低进流道，18、开口环，18-1、缺口处。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，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，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，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，都属于本发明的保护范围。

在图1和图2所示的第一个实施例中，图中的一种压力平衡式套筒调节阀芯座密封结构，包括阀体8，阀体8的内部设有阀座10，阀座10之上设有套筒6，套筒6内安装有阀芯5，阀芯5中间通过螺纹孔与阀杆15组装到一起（参照图5来理解），在阀杆15的牵引下产生上下位移，压力平衡式套筒调节阀中阀芯5不受阻力，当阀芯5通过手动或执行器驱动运行到最下方的位置时，处于完全关闭状态，这时的阀芯5将套筒6的内腔分隔成上腔室13和下腔室9，下腔室9的下端开放，两个腔室之间通过平衡孔12连通，阀座10与阀芯5的接触面相配合形成切断密封副；在阀芯5与套筒6之间还设有压板1，压板1的上端与阀芯5固定连接，更具体地，所述的压板1与阀芯5之间在上侧边处通过螺纹方式等方式实现固定连接；压板1的中间位置与阀芯5之间安装有石墨密封环2，压板1的下端与阀芯5及套筒6之间安装密封组件；所述的密封组件包括金属C型密封环4和金属矩型密封环3，本实施例介质是高进低出，即阀体8内部还具有一个高进流道7和一个低出流道11，低出流道11与套筒6的下腔室9以及阀芯5的下端口连通，这时金属C型密封环4位于金属矩型密封环3的下方，金属矩型密封环3的一个表面具有向内的斜槽3-1，金属C型密封环4的开口4-1朝向套筒6，金属C型密封环4的外壁同时与金属矩型密封环3的斜槽3-1及阀芯5相接触。

参见图2，在本实施例中，所述的压板1的外侧部呈直角，其内侧部为台阶结构，台阶结构包括由内而外、自上而下的上侧边、第一凹槽以及第二凹槽；上侧边与阀芯5的形状匹配，第一凹槽内安装石墨密封环2；第二凹槽下方与阀芯5的台阶外形组成容纳金属矩型密封环3与容纳金属C型密封环4的公共空间，容纳金属C型密封环4位于金属矩型密封环3的下方外侧。为了适应高温环境，所述压板1的材质最好选用金属。考虑到装配的方便性，还可在所述压板1的上表面还开设至少两个安装孔，利用专用扳手等工具插入安装孔后进行将压板1向阀芯5的旋紧操作。

在本实施例中，参见图8、9及10，所述的金属C型密封环4为沿外周圈开口的金属圆环。

在本实施例中，参见图11、12及13，所述金属矩型密封环3的斜槽3-1由斜底面3-1-2和内侧面3-1-1构成，为了获得最佳的受力自身强度，内侧面3-1-1为垂直面，斜底面3-1-2与其所属表面的水平面之间的夹角为15-30°。具体地，所述的斜槽3-1可以位于金属矩型密封环3的上端面。

参见图1，本发明实施例的工作原理如下：

调节的阀的密封性通常是指阀芯5完全关闭状态下的泄漏量相对较小，本实施例在阀芯5关闭后，由高进流道7进入的介质，存在几处泄漏点及密封过程是：阀座10下部与阀体8之间的泄漏点，采用软性的密封垫片密封住，比如聚四氟乙烯垫片、石墨垫片或石棉板等；介质从套筒6的窗口进入后在阀芯5底部与阀座10之间会存在泄漏点，这里利用二者之间密封副密封住；阀盖14与阀体8之间存在泄漏点，也利用软性的密封垫片密封住。套筒6与阀芯5之间的间隙向上形成的泄漏，本发明的密封结构主要用于此处的密封，具体是，介质先作用于密封组件的金属C型密封环4，它靠自身在蓄能下产生的变形作用于金属矩型密封环3的斜槽3-1上，同时来自介质的力作用在金属C型密封环4，进而施加到金属矩型密封环3的斜槽3-1上，都在斜槽3-1上转换成轴向向上以及侧向向外的两个力，使金属矩型密封环3与套筒6、压板1之间密封住，堵住了介质向上的流动；而金属C型密封环4与斜槽3-1之间难免存在间隙，介质经此向上再经过石墨密封环2实现封堵；本发明实施例经以上复合密封下，密封性加强，不受高温以及阀前阀后的压力差小的影响。

在图4、5和6所示的另一个实施例中，图中的一种压力平衡式套筒调节阀芯座密封结构，结构与上个实施例基本一致，区别仅在于，该实施例中的介质是低进高出，即阀体8内部还具有一个低进流道17和一个高出流道16，低进流道17与套筒6的下腔室9以及阀芯5的下端口连通，这时金属C型密封环4位于金属矩型密封环3的上方，金属C型密封环4的外壁同时与金属矩型密封环3的斜槽3-1及压板1相接触；压板1的中间位置与阀芯5之间未安装有石墨密封环2。另外，在本实施例中，所述的压板1的外侧部呈直角，其内侧部为凹凸结构，凹凸结构包括由内而外的上侧边、第一凹槽、第一凸台以及第二凹槽；上侧边、第一凹槽和第一凸台自上而下排列；上侧边及第一凹槽均与阀芯5的形状匹配；第一凸台的下方与阀芯5之间留有容纳金属矩型密封环3的空间，第一凸台还起到防止金属矩型密封环3在阀芯5向上运动时因摩擦力下滑产生移位；第二凹槽位于第一凸台外侧上方、与套筒之间，用于容纳金属C型密封环4。

参见图4，该发明实施例的工作原理：调节的阀的密封性通常是指阀芯5完全关闭状态下的不泄漏，本实施例在阀芯5关闭后，由低进流道17进入的介质，依次经下腔室9和平衡孔12进入上腔室13，会存在几处泄漏点及密封过程是：阀座10下部与阀体8之间的泄漏点，采用软性的密封垫片密封住，比如聚四氟乙烯垫片、石墨垫片或石棉板；介质从套筒6的窗口进入后在阀芯5底部与阀座10之间会存在泄漏点，这里利用二者之间密封副密封住；阀盖14与阀体8之间存在泄漏点，也利用软性的密封垫片密封住。套筒6与阀芯5之间的间隙向上形成的泄漏，本发明的密封结构主要用于此处的密封，具体是，介质先作用于密封组件的金属C型密封环4，它靠自身在蓄能下产生的变形作用于金属矩型密封环3的斜槽3-1上，同时来自介质的力作用在金属C型密封环4，进而施加到金属矩型密封环3的斜槽3-1上，都在斜槽3-1上转换成轴向向下以及侧向向外的两个力，使金属矩型密封环3与套筒6、阀芯5之间密封住，堵住了介质向上的流动；与此同时，金属C型密封环4的变形还通过与第一凸台的接触向内侧传递，从而密封住阀套与压板1之间间隙，有效地降低了介质由此向上泄漏至上腔室13的概率，从而无需再安装石墨密封环2。本发明实施例经以上复合密封下，密封性加强，不受高温以及阀前阀后的压力差小的影响。

在上述几个实施例中，所述金属矩型密封环3上形成一处上下的搭接部，搭接部的末端存在间隙。在进一步的优选实施例中，参见图3、图7，分别是当介质低进高出和低进高出时，在所述金属矩型密封环3的内圈还设有一个开口环18，开口环18可以加强金属矩型密封环3的密封性，有效地减轻了搭接部存在的间隙带来的泄漏。参见图14和15，开口环18与金属矩型密封环3等高并紧贴布置，开口环18的缺口处18位置与金属矩型密封环3的搭接部错开放置。开口环18的厚度一般小于金属矩型密封环3的厚度。为了更好地匹配高温环境，所述的开口环18优先选用碳-石墨或金属材质制备而成。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例，并非对本发明做任何形式上的限制，凡是依据本发明的技术实质，对以上实施例所做出任何简单修改和同等变化，均落入本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构，包括阀体(8)，阀体(8)的内部设有阀座(10)，阀座(10)之上设有套筒(6)，套筒(6)内安装有阀芯(5)，完全关闭状态下的阀芯(5)将套筒(6)的内腔分隔成上腔室(13)和下腔室(9)，下腔室(9)的下端开放，两个腔室之间通过平衡孔(12)连通，阀座(10)与阀芯(5)的接触面相配合形成切断密封副；其特征是：在阀芯(5)与套筒(6)之间还设有压板(1)，压板(1)的上端与阀芯(5)固定连接，压板(1)的下端与阀芯(5)及套筒(6)之间安装有密封组件；所述的密封组件包括金属C型密封环(4)和金属矩型密封环(3)，金属C型密封环(4)相较金属矩型密封环(3)位于介质流向的前端，金属矩型密封环(3)的一个表面具有向内的斜槽(3-1)，金属C型密封环(4)的开口(4-1)朝向套筒(6)；当介质是低进高出流动时，金属C型密封环(4)的外壁同时与金属矩型密封环(3)的斜槽(3-1)及压板相接触；当介质是高进低出流动时，金属C型密封环(4)的外壁同时与金属矩型密封环(3)的斜槽(3-1)及阀芯(5)相接触。

2.根据权利要求1所述的一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构，其特征是：所述的压板(1)的外侧部呈直角，其内侧部为凹凸结构，凹凸结构包括由内而外的上侧边、第一凹槽、第一凸台以及第二凹槽；上侧边、第一凹槽和第一凸台自上而下排列；上侧边及第一凹槽均与阀芯(5)的形状匹配；第一凸台的下方与阀芯(5)之间留有容纳金属矩型密封环(3)的空间；第二凹槽位于第一凸台外侧上方、与套筒(6)之间，用于容纳金属C型密封环(4)。

3.根据权利要求1所述的一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构，其特征是：当所述的介质是高进低出流动时，压板(1)的中间位置与阀芯(5)之间还安装有石墨密封环(2)。

4.根据权利要求3所述的一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构，其特征是：所述的压板(1)的外侧部呈直角，其内侧部为台阶结构，台阶结构包括由内而外、自上而下的上侧边、第一凹槽以及第二凹槽；上侧边与阀芯(5)的形状匹配，第一凹槽内安装石墨密封环(2)；第二凹槽下方与阀芯(5)的台阶外形组成容纳金属矩型密封环(3)与容纳金属C型密封环(4)的公共空间，容纳金属C型密封环(4)位于金属矩型密封环(3)的下方外侧。

5.根据权利要求1至4任一项所述的一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构，其特征是：所述的金属矩型密封环(3)上形成一处上下的搭接部，搭接部的末端存在间隙；在金属矩型密封环(3)的内圈还设有一个开口环(18)，开口环(18)与金属矩型密封环(3)等高并紧贴布置，开口环(18)的缺口处(18-1)位置与金属矩型密封环(3)的搭接部错开放置；所述的开口环(18)选用碳-石墨或金属材质制备而成。

6.根据权利要求2或4任一项所述的一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构，其特征是：所述压板(1)的材质选用金属；所述的压板(1)与阀芯(5)之间在上侧边处通过螺纹方式实现固定连接。

7.根据权利要求1至4任一项所述的一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构，其特征是：在所述压板(1)的上表面还开设至少两个安装孔。

8.根据权利要求1至4任一项所述的一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构，其特征是：所述的金属C型密封环(4)为沿外周圈开口的金属圆环。

9.根据权利要求1至4任一项所述的一种压力平衡式套筒调节阀的芯座密封结构，其特征是：所述的斜槽(3-1)由斜底面(3-1-2)和内侧面(3-1-1)构成，内侧面(3-1-1)为垂直面，斜底面(3-1-2)与其所属表面的水平面之间的夹角为15-30°。

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