CN113294587B - 一种波纹管式金属密封阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种波纹管式金属密封阀，密封阀包括阀体、阀芯、阀杆、阀盖，阀芯置于阀体内，阀杆插入阀体内且末端与阀芯连接，阀杆带动阀芯作升降运动使阀体内流道受控通断，阀盖安装在阀体上阀杆的插入位置，密封阀还包括波纹密封管，波纹密封管一端固定安装到阀盖，另一端固定套设在阀杆表面上，波纹密封管的两端分别与阀盖、阀杆表面之间设置密封。波纹密封管包括第一翻边、波纹弯折形成的内腔，第一翻边所在平面垂直于波纹密封管自身轴线，第一翻边与阀盖上表面固定连接，第一翻边与阀盖上表面之间设置密封垫，内腔朝向阀杆表面。

Description

一种波纹管式金属密封阀

技术领域

本发明涉及阀门技术领域，具体为一种波纹管式金属密封阀。

背景技术

阀门是大量使用的工业控制部件，根据使用目的不同分为截止阀、止回阀、疏水阀等等。

对于截止阀类的通断控制阀来说，阀门的密封性能是一个重要参量，而阀门的密封中，驱动阀门通断的阀杆在升降运动处的动密封尤为不好处理，密封效果不好则容易发生介质泄漏，在很多的工业场合是不允许的，活塞杆型的密封圈进行动密封，为了提升密封性能唯有提高密封圈压缩率，而压缩率的提高又会引起阀杆操作性能的下降以及密封圈磨损加剧，从而阀门密封的寿命受到显著影响，可以说，阀门的密封能力是制约阀门性能的很大一个因素。

发明内容

本发明的目的在于提供一种波纹管式金属密封阀，以解决上述背景技术中提出的问题。

为了解决上述技术问题，本发明提供如下技术方案：

一种波纹管式金属密封阀，密封阀包括阀体、阀芯、阀杆、阀盖，阀芯置于阀体内，阀杆插入阀体内且末端与阀芯连接，阀杆带动阀芯作升降运动使阀体内流道受控通断，阀盖安装在阀体上阀杆的插入位置，密封阀还包括波纹密封管，波纹密封管一端固定安装到阀盖，另一端固定套设在阀杆表面上，波纹密封管的两端分别与阀盖、阀杆表面之间设置密封。流体从阀门进口进入阀体，经过阀芯后从出口流出，用作阀芯升降驱动的阀杆在穿过阀体的位置处需要进行密封，而因为动密封再如何处理，也较难将密封效果提升巨大，所以，本申请使用波纹管结构，将阀杆处的动密封转化为两个静密封，从而有效提高密封性能，波纹密封管一端与阀盖进行静密封，其端部固定到阀盖上，此处的密封成为静密封，密封性能得以保证波纹密封管另一端固定到阀杆表面并且设置密封，该端部随着阀杆的运动而运动，此处的密封也是静密封，随着阀杆升降运动控制阀体内的流道通断，波纹密封管伸长或缩短进行位置适应。

进一步的，波纹密封管包括第一翻边、波纹弯折形成的内腔，第一翻边所在平面垂直于波纹密封管自身轴线，第一翻边与阀盖上表面固定连接，第一翻边与阀盖上表面之间设置密封垫，内腔朝向阀杆表面。第一翻边与阀盖上表面进行大面积的接触压紧，之间的密封垫具有较长的有效密封行程，因为密封垫处密封的压差为阀体内的高压区域与外界大气压，是本发明中所能遇到的最大的压差，所以，需要较长的有效密封长度来保证密封性能。

进一步的，波纹密封管为双层波纹折叠结构，波纹状内腔之外通过搭连环状弧形片构建外腔，波纹密封管沿阀杆轴向开设泄压孔，泄压孔贯穿连通所有内腔与外腔，波纹密封管与阀杆表面相靠近的折弯位置处设置级间密封圈，级间密封圈位于每个内腔之间，波纹密封管远离阀盖的一端与阀杆之间设置末级密封圈；

密封阀还包括平衡管和引流组件，引流组件安装在阀体外壁上，远离阀盖的末级内腔通过平衡管连接至引流组件，引流组件以低于阀体内部流体的压力抽吸远离阀盖的末级内腔并注回阀体内部。

阀体内部的高压流体从顺着阀杆有向上流动的趋势，虽然波纹密封管将其拆分为两个位置处的静密封进行了密封作业，分别是密封垫和末级密封圈，但是，只有密封垫处有较长的密封行程来保证较为充足的密封性能，末级密封圈处则只有细小的密封圈来进行密封作业，而且，因为是径向密封，其安装时也不能使用充足的压缩率来保证密封能力，所以，末级密封圈处的密封性能有待进一步保证或者加入辅助密封措施，本申请通过逐级降压的方式来减轻末级密封圈处的密封负载，逐级降压的流程是，与阀盖相靠近的第一级内腔具有最高的级压，因为泄压孔的存在，所以，首级内腔流往第一级外腔然后流往第二级内腔的过程中，压力会逐渐降低，在往后续的流动中，压力还会降低，直至末级的最低压力，压力的降低是通过泄压孔的过流阻力来实现的，而级间密封圈是用来防止级间串流的，因为波纹密封管与阀杆表面之间的距离不容易精确确定，所以，不使用波纹密封管波纹折叠位置与阀杆表面间的间隙来作为过流通道阻力的发生位置，如果使用该间隙来进行降压过流，不仅每级的压降不容易精确保证，也容易使得金属质的波纹密封管与阀杆表面发生剐蹭，所以，本申请直接使用级间密封圈封堵间隙，然后使用双层波纹管的形式，内外腔来构建过流通道，泄压孔的孔径尺寸可以很精确，从而保证每级的压降近似相等，而压降的产生是需要过流发生的，所以，需要在末级内腔处构造出一个较低的压力区域，本申请通过平衡管和引流组件来实现，引流组件通过平衡管抽吸末级内腔内的介质，将其注回到阀体内，实现微循环，末级内腔的压力较低，从而末级密封圈的密封负载减轻很多，其密封性能完全能够应对。

进一步的，引流组件包括文丘里管、储液区、止回结构，阀体壁面上设置引流孔和回流孔，阀体内与阀芯接触实现通断密封的面为通断面，引流孔一端连接到通断面上，一端连接到文丘里管进口位置，文丘里管出口设置储液区，储液区后方通过止回结构连接至回流孔，止回结构的流向为储液区流往阀体内，回流孔连接至阀体内出口所在的腔室，平衡管连接至文丘里管喉部。引流组件从阀体内引流一小路流体进行流动，通过文丘里管在喉部营造低压区域，然后，通过较粗的平衡管连接至末级的内腔处，从而内腔实现了与阀体内介质的连通，该连通发生在阀门开启的场合，阀体内介质有流动才能进行文丘里管的抽吸作用，当阀芯下降堵死阀体内流道时，一并封堵的还有引流孔，而回流孔处也因为止回结构而不会允许阀体内的介质反流进入文丘里管端部。

进一步的，密封阀还包括停机密封圈，阀杆表面设置环状的停机密封凸台，停机密封凸台位于阀盖上方，停机密封圈设置在阀盖上表面的一个燕尾槽中，阀杆下落关闭密封阀时，停机密封凸台下降与停机密封圈相接触。阀杆上升时为密封阀开启状态，此时，波纹密封管进行前述的逐级降压密封，并通过引流组件将末级低压内腔内的介质引流回去，而当密封阀关闭时，引流组件停止运行，此时，波纹密封管的末级内腔不再能够保持低压状态，如果波纹密封管还是直接与阀体内部的高压介质连通，那么，波纹密封管的多级位置会逐渐升压至阀体内部压力，再次使得末级密封圈处于较大的密封负载下，所以，本结构在阀盖处设置停机密封圈，在阀杆下降时，凸台面抵住停机密封圈再行增设一道轴向密封，停机过程稳定下来后，阀体内-波纹密封管内-大气成为三个压力区域，交界位置分别是停机密封圈-密封垫/末级密封圈，所以，停机时的密封性能得到保障。

进一步的，波纹密封管还包括第二翻边，第二翻边为波纹密封管远离阀盖的一端，阀杆远离阀芯的一端设置连接用螺纹头。带有第二翻边的波纹密封管可以叠加使用，阀杆也进行相应的加长处理，加长的波纹密封管可以提升轴端的密封能力，叠加使用时，用于加长的波纹管的第一翻边与原先存在的波纹管的第二翻边进行有效焊接，且在焊接前取出原先存在的波纹管的末级密封圈，让新的波纹管首级与原先波纹管的末级有效连通，还需要将平衡管的位置连接至新的末级内腔。

进一步的，波纹密封管与阀杆相靠近的位置处设置弧形槽，级间密封圈设置在弧形槽内。弧形槽为级间密封圈提供安装位置。

进一步的，级间密封圈压缩率为5～10％，末级密封圈的压缩率为20～30％。末级密封圈是静密封，所以可以取用较大的压缩率，而级间密封圈在阀杆的升降过程中，会与阀杆表面产生滑动摩擦，所以，取较小的压缩率来减轻阀杆的升降阻力，也使得级间密封圈的磨损减轻，具有更长的寿命，级间密封圈的密封能力只要大于内腔、外腔的单级压力差即可。

与现有技术相比，本发明所达到的有益效果是：本发明通过波纹管将阀杆处的动密封转变为两个位置处的静密封，大大提升密封稳定性，将波纹管结构构建为逐级降压的多级腔室，通过泄压孔的大小有效控制降压比例，在末级的内腔处实现低压区域，减轻末级密封圈的密封负载，提升密封质量，末级内腔的低压介质被引流组件抽吸并注回到阀体内实现微循环，不需要额外的容器用于容纳低压介质。

附图说明

附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：

图1是本发明的整体结构示意图；

图2是图1中的视图A；

图3是本发明阀杆上波纹密封管处的结构示意图；

图4是本发明波纹密封管的逐级降压原理图；

图5为图4中的视图B；

图6是本发明波纹密封管叠加使用的示意图。

图中：1-阀体、11-进口、12-出口、13-通断面、14-引流孔、15-回流孔、2-阀芯、3-阀杆、31-停机密封凸台、4-阀盖、5-手轮、6-支架、7-波纹密封管、71-第一翻边、72-内腔、73-外腔、74-弧形槽、75-泄压孔、76-第二翻边、81-平衡管、82-引流组件、821-文丘里管、822-储液区、823-止回结构、91-密封垫、92-停机密封圈、93-级间密封圈、94-末级密封圈。

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。

请参阅图1-6，本发明提供技术方案：

一种波纹管式金属密封阀，密封阀包括阀体1、阀芯2、阀杆3、阀盖4，阀芯2置于阀体1内，阀杆3插入阀体1内且末端与阀芯2连接，阀杆3带动阀芯2作升降运动使阀体1内流道受控通断，手轮5设置在阀杆3上端，支架6为手轮5提供升降限位，阀盖4安装在阀体1上阀杆3的插入位置，密封阀还包括波纹密封管7，波纹密封管7一端固定安装到阀盖4，另一端固定套设在阀杆3表面上，波纹密封管7的两端分别与阀盖4、阀杆3表面之间设置密封。流体从阀门进口11进入阀体1，经过阀芯2后从出口12流出，用作阀芯2升降驱动的阀杆3在穿过阀体1的位置处需要进行密封，而因为动密封再如何处理，也较难将密封效果提升巨大，所以，本申请使用波纹管结构，将阀杆3处的动密封转化为两个静密封，从而有效提高密封性能，波纹密封管7一端与阀盖4进行静密封，其端部固定到阀盖4上，此处的密封成为静密封，密封性能得以保证波纹密封管7另一端固定到阀杆3表面并且设置密封，该端部随着阀杆3的运动而运动，此处的密封也是静密封，随着阀杆3升降运动控制阀体1内的流道通断，波纹密封管7伸长或缩短进行位置适应。

波纹密封管7包括第一翻边71、波纹弯折形成的内腔72，第一翻边71所在平面垂直于波纹密封管7自身轴线，第一翻边71与阀盖4上表面固定连接，第一翻边71与阀盖4上表面之间设置密封垫91，内腔72朝向阀杆3表面。如图3所示，第一翻边71与阀盖4上表面进行大面积的接触压紧，之间的密封垫91具有较长的有效密封行程，因为密封垫91处密封的压差为阀体91内的高压区域与外界大气压，是本发明中所能遇到的最大的压差，所以，需要较长的有效密封长度来保证密封性能。

如图4所示，波纹密封管7为双层波纹折叠结构，波纹状内腔72之外通过搭连环状弧形片构建外腔73，内腔72和外腔73交替存在，波纹密封管7沿阀杆3轴向开设泄压孔75，泄压孔75贯穿连通所有内腔72与外腔73，波纹密封管7与阀杆3表面相靠近的折弯位置处设置级间密封圈93，级间密封圈93位于每个内腔72之间，波纹密封管7远离阀盖4的一端与阀杆3之间设置末级密封圈94；

密封阀还包括平衡管81和引流组件82，引流组件82安装在阀体1外壁上，远离阀盖4的末级内腔72通过平衡管81连接至引流组件82，引流组件82以低于阀体1内部流体的压力抽吸远离阀盖4的末级内腔72并注回阀体1内部。

如图1、4所示，阀体1内部的高压流体从顺着阀杆3有向上流动的趋势，虽然波纹密封管7将其拆分为两个位置处的静密封进行了密封作业，分别是密封垫91和末级密封圈94，但是，只有密封垫91处有较长的密封行程来保证较为充足的密封性能，末级密封圈93处则只有细小的密封圈来进行密封作业，而且，因为是径向密封，其安装时也不能使用充足的压缩率来保证密封能力，所以，末级密封圈94处的密封性能有待进一步保证或者加入辅助密封措施，本申请通过逐级降压的方式来减轻末级密封圈94处的密封负载，逐级降压的流程是，与阀盖4相靠近的第一级内腔72具有最高的级压，即图4上的P1，因为泄压孔75的存在，所以，首级内腔72流往第一级外腔73然后流往第二级内腔72的过程中，压力会分别降低至P2、P3，在往后续的流动中，压力还会降低，直至末级的P11，压力的降低是通过泄压孔75的过流阻力来实现的，而级间密封圈93是用来防止级间串流的，因为波纹密封管7与阀杆3表面之间的距离不容易精确确定，所以，不使用波纹密封管7波纹折叠位置与阀杆3表面间的间隙来作为过流通道阻力的发生位置，如果使用该间隙来进行降压过流，不仅每级的压降不容易精确保证，也容易使得金属质的波纹密封管7与阀杆3表面发生剐蹭，所以，本申请直接使用级间密封圈93封堵间隙，然后使用双层波纹管的形式，内外腔来构建过流通道，泄压孔75的孔径尺寸可以很精确，从而保证每级的压降近似相等，而压降的产生是需要过流发生的，所以，需要在末级内腔72处构造出一个较低的压力区域，本申请通过平衡管81和引流组件82来实现，引流组件82通过平衡管81抽吸末级内腔72内的介质，将其注回到阀体1内，实现微循环，末级内腔72的压力较低，从而末级密封圈94的密封负载减轻很多，其密封性能完全能够应对。

如图2所示，引流组件82包括文丘里管821、储液区822、止回结构823，阀体1壁面上设置引流孔14和回流孔15，阀体1内与阀芯2接触实现通断密封的面为通断面13，引流孔14一端连接到通断面13上，一端连接到文丘里管821进口位置，文丘里管821出口设置储液区822，储液区822后方通过止回结构823连接至回流孔15，止回结构823的流向为储液区822流往阀体1内，回流孔15连接至阀体11内出口12所在的腔室，平衡管81连接至文丘里管821喉部。引流组件82从阀体1内引流一小路流体进行流动，通过文丘里管821在喉部营造低压区域，然后，通过较粗的平衡管81连接至末级的内腔72处，从而内腔72实现了与阀体1内介质的连通，该连通发生在阀门开启的场合，阀体1内介质有流动才能进行文丘里管821的抽吸作用，当阀芯2下降堵死阀体1内流道时，一并封堵的还有引流孔14，而回流孔15处也因为止回结构823而不会允许阀体1内的介质反流进入文丘里管821端部。

密封阀还包括停机密封圈92，阀杆3表面设置环状的停机密封凸台31，停机密封凸台31位于阀盖4上方，停机密封圈92设置在阀盖4上表面的一个燕尾槽中，阀杆3下落关闭密封阀时，停机密封凸台31下降与停机密封圈92相接触。如图3所示，阀杆3上升时为密封阀开启状态，此时，波纹密封管7进行前述的逐级降压密封，并通过引流组件82将末级低压内腔72内的介质引流回去，而当密封阀关闭时，引流组件82停止运行，此时，波纹密封管7的末级内腔72不再能够保持低压状态，如果波纹密封管7还是直接与阀体1内部的高压介质连通，那么，波纹密封管7的多级位置会逐渐升压至阀体1内部压力，再次使得末级密封圈94处于较大的密封负载下，所以，本结构在阀盖4处设置停机密封圈92，在阀杆3下降时，凸台面抵住停机密封圈92再行增设一道轴向密封，停机过程稳定下来后，阀体1内-波纹密封管7内-大气成为三个压力区域，交界位置分别是停机密封圈92-密封垫91/末级密封圈94，所以，停机时的密封性能得到保障。

波纹密封管7还包括第二翻边76，第二翻边76为波纹密封管7远离阀盖4的一端，阀杆3远离阀芯2的一端设置连接用螺纹头。如图6所示，带有第二翻边76的波纹密封管7可以叠加使用，阀杆3也进行相应的加长处理，加长的波纹密封管7可以提升轴端的密封能力，叠加使用时，用于加长的波纹管的第一翻边与原先存在的波纹管的第二翻边进行有效焊接，且在焊接前取出原先存在的波纹管的末级密封圈，让新的波纹管首级与原先波纹管的末级有效连通，还需要将平衡管81的位置连接至新的末级内腔。

如图5所示，波纹密封管7与阀杆3相靠近的位置处设置弧形槽74，级间密封圈93设置在弧形槽74内。弧形槽74为级间密封圈93提供安装位置。

级间密封圈93压缩率为5～10％，末级密封圈94的压缩率为20～30％。末级密封圈94是静密封，所以可以取用较大的压缩率，而级间密封圈93在阀杆3的升降过程中，会与阀杆3表面产生滑动摩擦，所以，取较小的压缩率来减轻阀杆3的升降阻力，也使得级间密封圈的磨损减轻，具有更长的寿命，级间密封圈93的密封能力只要大于内腔72、外腔73的单级压力差即可。

需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者设备所固有的要素。

最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。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 (6)

1.一种波纹管式金属密封阀，所述密封阀包括阀体(1)、阀芯(2)、阀杆(3)、阀盖(4)，所述阀芯(2)置于阀体(1)内，所述阀杆(3)插入阀体(1)内且末端与阀芯(2)连接，阀杆(3)带动阀芯(2)作升降运动使阀体(1)内流道受控通断，所述阀盖(4)安装在阀体(1)上阀杆(3)的插入位置，其特征在于：所述密封阀还包括波纹密封管(7)，所述波纹密封管(7)一端固定安装到阀盖(4)，另一端固定套设在阀杆(3)表面上，波纹密封管(7)的两端分别与阀盖(4)、阀杆(3)表面之间设置密封；

所述波纹密封管(7)包括第一翻边(71)、波纹弯折形成的内腔(72)，所述第一翻边(71)所在平面垂直于波纹密封管(7)自身轴线，第一翻边(71)与阀盖(4)上表面固定连接，第一翻边(71)与阀盖(4)上表面之间设置密封垫(91)，所述内腔(72)朝向阀杆(3)表面；

所述波纹密封管(7)为双层波纹折叠结构，波纹状内腔(72)之外通过搭连环状弧形片构建外腔(73)，所述波纹密封管(7)沿阀杆(3)轴向开设泄压孔(75)，所述泄压孔(75)贯穿连通所有内腔(72)与外腔(73)，所述波纹密封管(7)与阀杆(3)表面相靠近的折弯位置处设置级间密封圈(93)，所述级间密封圈(93)位于每个内腔(72)之间，所述波纹密封管(7)远离阀盖(4)的一端与阀杆(3)之间设置末级密封圈(94)；

所述密封阀还包括平衡管(81)和引流组件(82)，所述引流组件(82)安装在阀体(1)外壁上，远离阀盖(4)的末级内腔(72)通过平衡管(81)连接至引流组件(82)，所述引流组件(82)以低于阀体(1)内部流体的压力抽吸远离阀盖(4)的末级内腔(72)并注回阀体(1)内部。

2.根据权利要求1所述的一种波纹管式金属密封阀，其特征在于：所述引流组件(82)包括文丘里管(821)、储液区(822)、止回结构(823)，所述阀体(1)壁面上设置引流孔(14)和回流孔(15)，所述阀体(1)内与阀芯(2)接触实现通断密封的面为通断面(13)，所述引流孔(14)一端连接到通断面(13)上，一端连接到文丘里管(821)进口位置，所述文丘里管(821)出口设置储液区(822)，所述储液区(822)后方通过止回结构(823)连接至回流孔(15)，所述止回结构(823)的流向为储液区(822)流往阀体(1)内，所述回流孔(15)连接至阀体(11)内出口(12)所在的腔室，所述平衡管(81)连接至文丘里管(821)喉部。

3.根据权利要求1所述的一种波纹管式金属密封阀，其特征在于：所述密封阀还包括停机密封圈(92)，所述阀杆(3)表面设置环状的停机密封凸台(31)，所述停机密封凸台(31)位于阀盖(4)上方，所述停机密封圈(92)设置在阀盖(4)上表面的一个燕尾槽中，阀杆(3)下落关闭密封阀时，停机密封凸台(31)下降与停机密封圈(92)相接触。

4.根据权利要求1所述的一种波纹管式金属密封阀，其特征在于：所述波纹密封管7还包括第二翻边(76)，所述第二翻边(76)为波纹密封管(7)远离阀盖(4)的一端，所述阀杆(3)远离阀芯(2)的一端设置连接用螺纹头。

5.根据权利要求1所述的一种波纹管式金属密封阀，其特征在于：所述波纹密封管(7)与阀杆(3)相靠近的位置处设置弧形槽(74)，所述级间密封圈(93)设置在弧形槽(74)内。

6.根据权利要求1所述的一种波纹管式金属密封阀，其特征在于：所述级间密封圈(93)压缩率为5～10％，所述末级密封圈(94)的压缩率为20～30％。

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