CN113154077A - 一种可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀，包括阀体、球体、阀杆和阀座，阀座的外侧面依次设有第一低平面、第一台阶和第二低平面，阀座的外侧面与阀体之间为用于放置弹簧座的活动空间；弹簧座包括伸出段和移动段，伸出段的长度大于第一台阶的长度，移动段和第一台阶接触的面内设有第一弹簧，伸出段的端部固定有弹簧压板；阀体的内侧面上固定有限位部，弹簧座的外侧面包括第三低平面和第二台阶，限位部位于第三低平面上，弹簧座向球体滑动，限位部抵在第二台阶上。本发明的球阀为顶装式，密封性能稳定可靠，防火，防静电，阀门总扭矩小，设置第二弹簧蓄能密封圈和第一弹簧蓄能密封圈可起到双向密封，便于在下游检维修。

Description

一种可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀

技术领域

本发明属于球阀技术领域，具体涉及一种可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀。

背景技术

球阀由于具有密封可靠，结构简单，维修方便的特点，成为应用较为广泛的阀门之一。顶装式球阀相对侧装式球阀具有外漏点少，管道应力对其影响较小等优势，同时顶装式球阀因为可实现便捷的在线维修而被广泛应用。

由于阀门端部通常采用焊接连接，需要能够在线维修，且中腔超压时能够及时自动泄放，同时保证阀门可靠的密封性能，满足管线工艺要求。现有球阀存在以下一些问题，以两片或三片侧装式阀体结构为例，具体的比如浮动球结构形式，是在球体上钻孔来实现自动泄压；再比如固定球结构形式，是在上游阀座上钻孔来实现自动泄压，这些结构形式均不能够满足在线维修的需求，同时，在浮动球上钻孔使上游密封基本失效，仅仅依靠下游阀座来实现密封，与管线阀门的基本要求产生背离；而在固定球结构阀座上钻孔完全是依赖带螺旋弹簧的单向阀来实现自动泄压，极不可靠。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种储气库金属硬密封球阀，顶装式结构，可实现在线维护。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀，包括阀体、球体和阀杆；所述阀体的顶部开口，所述球体安装在所述阀体内，所述阀杆的底部连接着所述球体，所述阀体的顶部开口处固定有阀盖，所述球体的左右两侧和所述阀体之间均装有阀座，所述阀座的外侧面依次设有第一低平面、第一台阶和第二低平面，所述阀座的外侧面与所述阀体之间为用于放置弹簧座的活动空间，所述弹簧座可在所述活动空间内左右移动；所述弹簧座包括靠近所述球体的伸出段和远离所述球体的移动段，所述伸出段的长度大于所述第一台阶的长度，所述移动段和所述第一台阶接触的面内开有第一弹簧槽，所述第一弹簧槽内放有第一弹簧，所述伸出段的端部固定有弹簧压板，所述弹簧压板的内侧面位于所述第一低平面内，且位于所述第一低平面内的所述弹簧压板的宽度小于所述第一低平面的宽度；所述阀体的内侧面上固定有限位部，所述弹簧座的外侧面包括靠近所述球体的第三低平面和远离所述球体的第二台阶，所述限位部位于所述第三低平面上，所述弹簧座向所述球体滑动，最终所述限位部抵在所述第二台阶上。

本发明进一步设置为，所述阀座的外侧面还包括与所述第二低平面连接且低于所述第二低平面的第四低平面；所述阀体的一侧为上游端，所述阀体的另一侧为下游端，位于上游端的所述阀座为第一阀座，位于下游端的所述阀座为第二阀座；所述第一阀座的第四低平面与所述阀体接触的面上设有第一弹簧蓄能密封圈，所述第一弹簧蓄能密封圈为朝向上游端的单密封结构；所述第二阀座的第四低平面与所述阀体接触的面上设有第二弹簧蓄能密封圈，所述第二弹簧蓄能密封圈为双密封结构；所述第一阀座的第四低平面与所述阀体接触的面内开有第一放置槽，所述第一放置槽内装有所述第一弹簧蓄能密封圈。

进一步地，所述第二阀座的第四低平面与所述阀体之间留有缝隙，所述缝隙内装有密封圈压环，所述密封圈压环固定在所述阀体上，所述密封圈压环包括位于所述活动空间内的L形部和位于所述缝隙内的主体部，所述弹簧座可在所述L形部的空间内左右移动，所述主体部和所述阀体之间的所述缝隙内装有所述第二弹簧蓄能密封圈。

本发明进一步设置为，所述阀盖包括顶部的盖体和连接在所述盖体底部的环状塞体，所述塞体固定在所述阀体顶部，所述塞体和所述阀体接触的面上设有第三弹簧蓄能密封圈。

进一步地，所述塞体外侧和所述阀体内侧接触的面上设有至少一个O形密封圈。

进一步地，所述盖体和所述阀体接触的面上设有金属密封环。

更进一步地，所述金属密封环朝向所述塞体的一侧为平面，所述金属密封环背向所述塞体的一侧为锥面，所述锥面的中间开有缺口。

本发明进一步设置为，所述球体的顶部连接有上轴柄，所述球体的底部连接有下轴柄，所述上轴柄和所述下轴柄外均套设有双列圆柱滚子轴承，位于上方的所述双列圆柱滚子轴承固定在所述阀盖内侧，位于下方的所述双列圆柱滚子轴承位于在所述阀体内；所述上轴柄的直径向上缩小，所述下轴柄的直径向下缩小。

进一步地，位于下方的所述双列圆柱滚子轴承位于弹簧调整垫块内，所述弹簧调整垫块置于所述阀体内，所述弹簧调整垫块的底部开有第二弹簧槽，所述第二弹簧槽内装有与所述阀体紧贴的第二弹簧。

本发明进一步设置为，所述阀盖的上部内侧和所述阀杆之间装有低泄漏填料，所述低泄漏填料的顶部固定有活载填料压盖；所述活载填料压盖通过螺栓和螺帽固定在所述阀盖上，所述螺帽和所述阀盖之间的所述螺栓上装有压环，所述压环外侧套设有多组碟簧。

本发明进一步设置为，所述球体为弓形缺口球体。

综上所述，本发明具有以下有益效果：

(1)本发明设置两侧阀座的相对距离可调，在需要进行拆卸或检修时，只需借助利用外界工具将两侧阀座推到两侧，使两个阀座之间的空间变大，将内部球体从顶部取出，方便简单。

(2)本发明设置第二弹簧蓄能密封圈为双密封结构，实现双向密封；第一弹簧蓄能密封圈设置为单密封结构，实现单向密封，便于在下游进行检维修。经过特殊设计，将阀座拆装所需空间与弹簧蓄能密封圈沟槽分开，在介质压力(正向、反向)作用下，密封圈的往复行程极小(仅有安装间隙)，故其密封性能更稳定、更可靠。

(3)本发明在塞体和阀体接触的面上设置第三弹簧蓄能密封圈，能防止介质在轴向的泄露。进一步地，在塞体外侧和阀体内侧接触的面上设有至少一个O形密封圈以进一步增加密封性。

(4)本发明在盖体和阀体接触的面上设置金属密封环，能起到防火和进一步密封的效果。

(5)本发明在上轴柄和下轴柄外均套设双列圆柱滚子轴承，可大大降低阀门总扭矩。进一步设置上轴柄的直径向上缩小，下轴柄的直径向下缩小。使球体在相对双列圆柱滚子轴承上移时，上轴柄紧贴上方的双列圆柱滚子轴承，球体在相对双列圆柱滚子轴承下移时，下轴柄紧贴下方的双列圆柱滚子轴承，保持球体的位置稳定性。

(6)本发明设置下方的双列圆柱滚子轴承位于弹簧调整垫块内，弹簧调整垫块置于阀体内，弹簧调整垫块的底部开有第二弹簧槽，第二弹簧槽内装有与阀体紧贴的第二弹簧，使弹簧调整垫块变成一个活动件，在安装时能避免球体顶死阀体。

附图说明

图1为本发明的结构示意图；

图2为第一阀座周边的连接结构示意图；

图3为第二阀座周边的连接结构示意图；

图4为金属密封环的结构示意图。

其中，1、阀体；2、阀杆；3、球体；4、第一阀座；5、第二阀座；6、第一低平面；7、第一台阶；8、第二低平面；9、第四低平面；10、弹簧座；10-1、伸出段；10-2、移动段；11、第一弹簧；12、弹簧压板；13、限位部；14、第三低平面；15、第二台阶；16、第一弹簧蓄能密封圈；17、第二弹簧蓄能密封圈；18、密封圈压环；18-1、L形部；18-2、主体部；19、阀盖；19-1、盖体；19-2、塞体；20、第三弹簧蓄能密封圈；21、O形密封圈；22、金属密封环；22-1、缺口；23、双列圆柱滚子轴承；24、弹簧调整垫块；25、第二弹簧；26、低泄漏填料；27、活载填料压盖；28、压环；29、碟簧。

具体实施方式

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，都属于本发明保护的范围。

参见图1-图3，本发明提供一种可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀，包括阀体1、球体3和阀杆2。阀体1的顶部开口，球体3安装在阀体1内，阀杆2的底部连接着球体3，具体可通过圆柱销连接，能提高阀杆2与球体3连接处的强度，防止因阀杆2头部及球体3在执行机构输出力的作用下发生变形，导致阀门动作滞后甚至开关不到位，造成阀门泄漏。采用销连接以传递操作扭矩。与普通的扁式、四方及键连接相比，具有传递扭矩大且不会产生应力集中等优势，其连接强度可以与连杆球接近。阀体1的顶部开口处固定有阀盖19。球体3的左右两侧和阀体1之间均装有阀座，阀座的外侧面依次设有第一低平面6、第一台阶7和第二低平面8，阀座的外侧面与阀体1之间为用于放置弹簧座10的活动空间，弹簧座10可在活动空间内左右移动。

弹簧座10包括靠近球体3的伸出段10-1和远离球体3的移动段10-2，伸出段10-1的长度大于第一台阶7的长度，为伸出段10-1移动段10-2和第一台阶7接触的面内开有第一弹簧11槽，第一弹簧11槽内放有第一弹簧11，伸出段10-1的端部固定有弹簧压板12，弹簧压板12的内侧面位于第一低平面6内，且位于第一低平面6内的弹簧压板12的宽度小于第一低平面6的宽度。

进一步地，阀体1的内侧面上固定有限位部13，弹簧座10的外侧面包括靠近球体3的第三低平面14和远离球体3的第二台阶15，限位部13位于第三低平面14上，弹簧座10向球体3滑动，最终限位部13抵在第二台阶15上，限位部13对弹簧座10的运动起到限定作用，决定了弹簧座10接近球体3的最大程度，限位部13可使用并帽或其他限位结构。

利用第一弹簧11的弹性作用，推动阀座顶紧球体3，使阀座和球体3之间保持紧密结构。利用该结构的弹簧压板12、阀座和弹簧座10能在活动空间里做左右移动的大幅度移动，弹簧座10和阀体1之间的距离限定大行程。相对而言，弹簧压板12和弹簧座10还能相对于阀座做左右移动的小幅度移动，第一低平面6内的弹簧压板12的宽度与第一低平面6的宽度差值限定小行程。大幅度移动和小幅度移动只是相对而言，其实运动距离都很小。在介质压力(正向、反向)作用下，密封圈的往复行程极小(仅有安装间隙)，故其密封性能更稳定、更可靠。

还需要说明的是，利用此结构，设置两侧阀座的相对距离可调。在需要进行拆卸或检修时，先将阀盖19打开，再通过利用外界工具将两侧阀座推到两侧，使两个阀座之间的空间变大，将内部球体3从顶部取出。例如，在拆卸时，采用2只液压油缸同步拉紧或顶开阀座，可确保其平稳移动而不会卡涩，液压油缸推力可根据需要进行调整。

作为上述实施例的进一步改进，阀座的外侧面还包括与第二低平面8连接且低于第二低平面8的第四低平面9。阀体1的一侧为上游端，阀体1的另一侧为下游端，位于上游端的阀座为第一阀座4，位于下游端的阀座为第二阀座5。第一阀座4的第四低平面9与阀体1接触的面上设有第一弹簧蓄能密封圈16，第一弹簧蓄能密封圈16为朝向上游端的单密封结构。第二阀座5的第四低平面9与阀体1接触的面上设有第二弹簧蓄能密封圈17，第二弹簧蓄能密封圈17为双密封结构。第二弹簧蓄能密封圈17为双密封结构，实现双向密封；第一弹簧蓄能密封圈16设置为单密封结构，实现单向密封，即当中腔泄压时，只能从第一弹簧蓄能密封圈16泄到上游端，而不会泄到下游段，便于在下游进行检维修。

具体的，第一阀座4的第四低平面9与阀体1接触的面内开有第一放置槽，第一放置槽内装有第一弹簧蓄能密封圈16。

具体的，第二阀座5的第四低平面9与阀体1之间留有缝隙，缝隙内装有密封圈压环18，密封圈压环18固定在阀体1上，密封圈压环18包括位于活动空间内的L形部18-1和位于缝隙内的主体部18-2，弹簧座10可在L形部18-1的空间内左右移动，主体部18-2和阀体1之间的缝隙内装有第二弹簧蓄能密封圈17。进一步地，为了进一步增加密封性，可在密封圈压环18与阀体1和第二阀座5接触的面上设置O形密封圈。

阀盖19包括顶部的盖体19-1和连接在盖体19-1底部的环状塞体19-2，塞体19-2固定在阀体1顶部，塞体19-2和阀体1接触的面上设有第三弹簧蓄能密封圈20，第三弹簧蓄能密封圈20能防止从该处泄露。进一步地，在塞体19-2外侧和阀体1内侧接触的面上设有至少一个O形密封圈21以进一步增加密封性。

由于第三弹簧蓄能密封圈20和O形密封圈21的材质限制，可能会存在被介质冲刷腐蚀、不能防火等现象，进而影响使用寿命，因而更好地是在盖体19-1和阀体1接触的面上设有金属密封环22，首先，材质不易被腐蚀，能防火，另外还能额外增加一层密封。进一步地，参见图4，金属密封环22朝向塞体19-2的一侧为平面，金属密封环22背向塞体19-2的一侧为锥面，锥面的中间开有缺口22-1，设置缺口22-1能使金属密封环22产生一定的弹性变形，能使密封性能更好。

作为另一个实施例，参见图1，球体3的顶部连接有上轴柄，球体3的底部连接有下轴柄，上轴柄和下轴柄外均套设有双列圆柱滚子轴承23，位于上方的双列圆柱滚子轴承23固定在阀盖19内侧，位于下方的双列圆柱滚子轴承23位于在阀体1内。双列圆柱滚子轴承23具有耐磨、防尘、摩擦系数极低等优势，可大大降低阀门总扭矩约30～40％。

进一步地，上轴柄的直径向上缩小，下轴柄的直径向下缩小。这样的设置能使球体3在相对双列圆柱滚子轴承23上移时，能使上轴柄紧贴上方的双列圆柱滚子轴承23，球体3在相对双列圆柱滚子轴承23下移时，下轴柄紧贴下方的双列圆柱滚子轴承23，保持球体3的位置稳定性。

更进一步地，位于下方的双列圆柱滚子轴承23位于弹簧调整垫块24内，弹簧调整垫块24置于阀体1内，弹簧调整垫块24的底部开有第二弹簧槽，第二弹簧槽内装有与阀体1紧贴的第二弹簧25。这样的结构，使球体3不是完全固定的，弹簧调整垫块24与阀体1保持一点缝隙，利用第二弹簧25实现自调节，使弹簧调整垫块24变成一个活动件，再通过双列圆柱滚子轴承23推动球体3，在安装时能避免球体3顶死阀体1。

阀盖19的上部内侧和阀杆2之间装有低泄漏填料26，低泄漏填料26的顶部固定有活载填料压盖27。活载填料压盖27通过螺栓和螺帽固定在阀盖19上，螺帽和阀盖19之间的螺栓上装有压环28，压环28外侧套设有多组碟簧29，即“活载”结构，在温度和应力交变中，使低泄漏组合填料的预紧力得到连续性补偿，杜绝从阀杆2处泄露。

优选球体3为专利202023337380.8的对称弓形缺口球球阀，通过对流体动力学的分析，通过扩散流体，降低流速，从而明显降低对球体和阀座的冲刷，大大保护了球阀动密封内件。

进一步地，可对球体3、阀座密封面进行硬化处理，球体3上下轴柄为圆弧面，便于加工、喷焊装夹磨削球体3、阀座表面火焰重熔硬化层，大大提高其耐磨性和抗高压气体冲刷能力。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀，包括阀体、球体和阀杆；所述阀体的顶部开口，所述球体安装在所述阀体内，所述阀杆的底部连接着所述球体，所述阀体的顶部开口处固定有阀盖，所述球体的左右两侧和所述阀体之间均装有阀座，其特征在于，所述阀座的外侧面依次设有第一低平面、第一台阶和第二低平面，所述阀座的外侧面与所述阀体之间为用于放置弹簧座的活动空间，所述弹簧座可在所述活动空间内左右移动；所述弹簧座包括靠近所述球体的伸出段和远离所述球体的移动段，所述伸出段的长度大于所述第一台阶的长度，所述移动段和所述第一台阶接触的面内开有第一弹簧槽，所述第一弹簧槽内放有第一弹簧，所述伸出段的端部固定有弹簧压板，所述弹簧压板的内侧面位于所述第一低平面内，且位于所述第一低平面内的所述弹簧压板的宽度小于所述第一低平面的宽度；所述阀体的内侧面上固定有限位部，所述弹簧座的外侧面包括靠近所述球体的第三低平面和远离所述球体的第二台阶，所述限位部位于所述第三低平面上，所述弹簧座向所述球体滑动，最终所述限位部抵在所述第二台阶上。

2.根据权利要求1所述的可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀，其特征在于，所述阀座的外侧面还包括与所述第二低平面连接且低于所述第二低平面的第四低平面；所述阀体的一侧为上游端，所述阀体的另一侧为下游端，位于上游端的所述阀座为第一阀座，位于下游端的所述阀座为第二阀座；所述第一阀座的第四低平面与所述阀体接触的面上设有第一弹簧蓄能密封圈，所述第一弹簧蓄能密封圈为朝向上游端的单密封结构；所述第二阀座的第四低平面与所述阀体接触的面上设有第二弹簧蓄能密封圈，所述第二弹簧蓄能密封圈为双密封结构；所述第一阀座的第四低平面与所述阀体接触的面内开有第一放置槽，所述第一放置槽内装有所述第一弹簧蓄能密封圈。

3.根据权利要求2所述的可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀，其特征在于，所述第二阀座的第四低平面与所述阀体之间留有缝隙，所述缝隙内装有密封圈压环，所述密封圈压环固定在所述阀体上，所述密封圈压环包括位于所述活动空间内的L形部和位于所述缝隙内的主体部，所述弹簧座可在所述L形部的空间内左右移动，所述主体部和所述阀体之间的所述缝隙内装有所述第二弹簧蓄能密封圈。

4.根据权利要求1所述的可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀，其特征在于，所述阀盖包括顶部的盖体和连接在所述盖体底部的环状塞体，所述塞体固定在所述阀体顶部，所述塞体和所述阀体接触的面上设有第三弹簧蓄能密封圈。

5.根据权利要求4所述的可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀，其特征在于，所述盖体和所述阀体接触的面上设有金属密封环。

6.根据权利要求5所述的可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀，其特征在于，所述金属密封环朝向所述塞体的一侧为平面，所述金属密封环背向所述塞体的一侧为锥面，所述锥面的中间开有缺口。

7.根据权利要求1所述的可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀，其特征在于，所述球体的顶部连接有上轴柄，所述球体的底部连接有下轴柄，所述上轴柄和所述下轴柄外均套设有双列圆柱滚子轴承，位于上方的所述双列圆柱滚子轴承固定在所述阀盖内侧，位于下方的所述双列圆柱滚子轴承位于在所述阀体内；所述上轴柄的直径向上缩小，所述下轴柄的直径向下缩小。

8.根据权利要求7所述的可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀，其特征在于，位于下方的所述双列圆柱滚子轴承位于弹簧调整垫块内，所述弹簧调整垫块置于所述阀体内，所述弹簧调整垫块的底部开有第二弹簧槽，所述第二弹簧槽内装有与所述阀体紧贴的第二弹簧。

9.根据权利要求1所述的可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀，其特征在于，所述阀盖的上部内侧和所述阀杆之间装有低泄漏填料，所述低泄漏填料的顶部固定有活载填料压盖；所述活载填料压盖通过螺栓和螺帽固定在所述阀盖上，所述螺帽和所述阀盖之间的所述螺栓上装有压环，所述压环外侧套设有多组碟簧。

10.根据权利要求1所述的可在线维护顶装式储气库金属硬密封球阀，其特征在于，所述球体为弓形缺口球体。

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