CN114413058B - 一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门 - Google Patents

Abstract

本发明属于阀门技术领域，特别涉及一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门，包括阀体、与所述阀体固连密封的套筒以及与所述套筒滑动密封连接的阀杆，三者形成腔室；所述套筒与所述阀杆之间设有具有弹性和柔性的隔套，所述隔套分割所述腔室形成流经被控液体的流体腔和封闭的对置平衡填充腔，所述对置平衡填充腔填充有填充物，所述隔套的一端跟随所述阀杆运动，所述填充物在所述隔套的伸缩变形过程中随动且与所述被控流体形成对置平衡；本发明通过设置的对置平衡填充腔可以使得填充物在隔套的伸缩变形过程中与被控流体形成对置平衡，即隔套两侧的压力可以互相传递而抵消。

Description

一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门

技术领域

本发明属于阀门技术领域，特别涉及一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门。

背景技术

这里的陈述仅提供与本发明相关的背景技术，而不必然地构成现有技术。

阀门的密封包括内密封和外密封。外密封是指防止流体通过阀杆等驱动装置与外界之间的泄漏的性能。为了实现阀门的良好外密封，现有技术中通常在阀杆上设置波纹管。

具体地，波纹管一端焊接在阀杆上，一端焊接在阀盖上。波纹管管壁内侧与阀杆形成与大气相同的内侧腔室，波纹管管壁外侧与阀盖阀体等形成与压力相通的腔室，采用在阀杆波纹管内侧腔室内填充具有高体积刚度和低变形刚度的易变形填充物，利用易变形填充物对波纹管进行填充，可以提高波纹管的承压能力。

在阀门开关的工作过程中，阀杆进行轴向移动。波纹管内侧腔室将随着波纹管的轴向移动而发生体积的变化。内侧腔室内的填充物总量是一定的，当内侧腔室体积增加时，填充物不能增加体积，不能与波纹管内壁保持完全贴合，对于波纹管的支撑效果会下降。当内侧腔室体积减小时，填充物不能减小体积，会径向推动波纹管，使波纹管壁膨胀变形，因此，在波纹管内侧腔室填充填充物，由于填充物体积不变，不能随适应波纹管内侧腔室体积变化而变化，不能在阀杆的轴向移动过程中与波纹管内侧壁保持随动贴合，不能对波纹管提供全程有效填充。

因此，在波纹管内侧腔室填充填充物，对于增加波纹管的耐压能力由一定效果，但当阀杆大行程轴向移动时，填充物不能随阀杆的移动全程提供有效填充，不能用于更大行程的阀杆，对于波纹管的径向刚度等性能的要求仍然偏高,否则无法确保波纹管不被压力流体压瘪或者胀破。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门，以解决为了保证波纹管不被压瘪或者胀破而对波纹管的径向刚度要求较高的问题。为了实现上述目的，本发明通过如下的技术方案来解决：

本发明提供了一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门，包括阀体、与所述阀体固连密封的套筒以及与所述套筒滑动密封连接的阀杆，三者形成腔室；

其中，所述套筒与所述阀杆之间设有具有弹性和柔性的隔套，所述隔套分割所述腔室形成流经被控液体的流体腔和封闭的对置平衡填充腔，所述对置平衡填充腔填充有填充物，所述隔套的一端跟随所述阀杆运动，所述填充物在所述隔套的伸缩变形过程中随动且与所述被控流体形成对置平衡。

作为进一步地技术方案，所述隔套跟随所述阀杆运动的一端为隔套动端，与所述套筒连接的一端为隔套定端。

作为进一步地技术方案，所述隔套动端设于所述阀杆上部，且位于所述隔套定端之上。

作为进一步地技术方案，所述阀杆与所述套筒滑动密封处具有凸缘，所述隔套动端连接在所述凸缘的下边缘，在所述对置平衡填充腔中以所述凸缘的下边缘为界限，其上侧为平衡区，其下侧为支撑区，所述平衡区平衡所述支撑区体积的增减。

作为进一步地技术方案，所述隔套动端设于所述阀杆下部，且位于所述隔套定端之下。

作为进一步地技术方案，所述阀杆与所述套筒滑动密封处具有凸缘，在所述对置平衡填充腔中以所述隔套定端为界限，其上侧为平衡区，其下侧为支撑区，所述平衡区平衡所述支撑区体积的增减。

作为进一步地技术方案，所述填充物为气体和/或液体和/或固体，所述固体为粉末状或球状。

作为进一步地技术方案，所述隔套的结构形式为波纹管或圆管或锥形管或膜。

作为进一步地技术方案，所述套筒与所述阀体通过焊接成为整体的连续体。

作为进一步地技术方案，所述滑动密封的方式为O型圈密封。

上述本发明的有益效果如下：

(1)本发明通过设置对置平衡填充腔可以使得填充物在隔套的伸缩变形过程中与被控流体形成对置平衡，即隔套两侧的压力可以互相传递而抵消，减小了隔套压瘪或涨破的风险，进而不需要考虑增加隔套径向刚度来抵抗压力，因此对于隔套的径向刚度的要求降低。

(2)本发明通过在阀杆上设置凸缘使得对置平衡填充腔成为具有平衡区和支撑区的等容变形腔，阀门开闭时，平衡区的体积能够平衡支撑区体积的增减，确保隔套在伸缩变形过程中填充物与其能够充分接触。

(3)相对于垫片密封圈密封方法而言，垫片密封圈密封方法时依靠不同零件依靠弹性变形产生接触压力而形成的有限泄漏的密封方法各个密封面是间断的不连续的，本发明套筒与阀体为整体的连续体结构，连续体密封能够实现完全密封。

附图说明

构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的限定。还应当理解，这些附图是为了简化和清楚而示出的，并且不一定按比例绘制。现在将通过使用附图以附加的特征和细节来描述和解释本发明，其中：

图1示出了本发明实施例1中阀门结构示意图，其中阀杆不具有凸缘；

图2示出了本发明实施例1中阀门结构示意图，其中阀杆具有凸缘；

图3示出了本发明实施例2中阀门结构示意图，其中阀杆不具有凸缘；

图4示出了本发明实施例2中阀门结构示意图，其中阀杆具有凸缘。

图中：1、阀杆；2、凸缘；3、滑动副；4、套筒；5、平衡区；6、对置平衡填充腔；7、隔套；8、隔套定端；9、支撑区；10、流体腔；11、阀芯；12、进口；13、阀体；14、阀座；15、出口；16、承力连接；17、填充物；18、隔套动端。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明典型实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。

实施例1

如图1所示，本实施例提供的一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门，包括阀体13、与阀体13固连密封的套筒4以及与套筒4滑动密封连接的阀杆1，三者形成腔室；

其中，套筒4与阀杆1之间设有具有弹性和柔性的隔套7，隔套7分割腔室形成流经被控液体的流体腔10和封闭的对置平衡填充腔6，对置平衡填充腔6填充有填充物17，隔套7的一端跟随阀杆1运动，填充物17在隔套7的伸缩变形过程中随动且与被控流体形成对置平衡。

套筒4具有常规阀盖的功能。

通过设置对置平衡填充腔6可以使得填充物17在隔套7的伸缩变形过程中与被控流体形成对置平衡，即隔套7两侧的压力可以互相传递而抵消，进而不需要考虑增加隔套7径向刚度来抵抗压力，因此对于隔套7的径向刚度的要求降低。

通过在隔套7压力流体侧的对面侧设置另一种压力流体对隔套7进行支撑的方法，使传统波纹管的受力方式由薄壁管状件受压力的受力方式改为隔套两侧面均承受相等压力流体的双向等压力的受力方式，其受力方式接近于深海中的塑料管和生物体，虽然深海中压力较大，但塑料管和生物体内外侧压力相等，仍能保持塑料管和生物体的形状。由于隔套7两侧压力可互相抵消，可使隔套7单侧壁面的承载能力大幅度增加。

现有波纹管的功能要求其径向刚度大于轴向刚度，轴向刚度小容易实现轴向变形功能，径向刚度大，实现承受流体压力负荷功能。但当隔套7采用轴向刚度和径向刚度均较低的结构时，隔套7成为各向弹性均较大的柔性结构。弹性较大的柔性结构，反而可降低对于填充支撑的要求和对径向刚度的要求。选择弹性好的材料，采用简单结构便可成为能够承受较大的轴向变形和径向变形隔套。隔套的受力方式与现有技术中波纹管的受力方式完全不同，这是逆向思维的体现。

由于填充物的支撑作用，在隔套7的工作过程中，变形阻力和恢复原形的阻力小，容易变形和容易恢复原形。对于其刚度的要求是能够在变形后克服自身变形阻力恢复到接近于变形前的形状即可，刚度太大，反而会增加阀门开关的阻力，增加自身变形应力。

隔套7的结构形式为波纹管或圆管或锥形管或膜等形式，不难理解，隔套7为波纹管时，也能相应的降低对其径向刚度的要求。

隔套7的材料可以是橡胶、夹布橡胶薄膜等各种不同材料，主要依据被控流体的温度压力条件选择。

隔套7材料结构可以是单层材料，多层材料，多层复合材料等形式。

对隔套7而言，其两侧的压力越接近，其受力方式越好。

要保持隔套两侧的压力接近，一是填充物要流态化，二是填充腔内的填充物的体积随时随地的保持刚好充满填充腔的状态。

填充物17为气体和/或液体和/或固体，固体为粉末状或球状。为减小填充物17泄漏损失和污染造成的损失，应优先填充固体颗粒填充物。为改善填充效果，固体颗粒优选球形颗粒。可以添加固体润滑剂或者润滑脂以减小变形阻力。石墨颗粒润滑性能好，耐高温高压，物理、化学性能稳定，无毒无害，价格低廉，优选石墨颗粒。颗粒越小，填充越平滑，流动性越好。填充物的变形阻力越小，流动性能越好，越接近液体，其填充性能越好，不考虑泄漏问题，液体是填充性能最好的物料。理想情况下，填充腔内填充物的变形阻力为零，填充腔内压力处处相等。

填充物17为整体易于变形流动的固体颗粒与润滑材料组成的复合材料。依据不同的用途，可以选用不同的材料及其组合。高温高压条件下，不允许颗粒污染的条件下，可以选用不锈钢球，或者高温合金球。高温高压条件下，允许石墨颗粒污染的条件下，可以选用石墨颗粒。低温低压条件下可以选用塑料球。石化行业可以选用不锈钢球与烃润滑剂的混合物。食品行业优选不锈钢球或者塑料球。

液体填充物和固体粉粒填充物，由于体积压缩刚度大，能够通过隔套7壁面变形即时感知流体压力，通过对置平衡填充腔6内微小容积变形感生抵抗压力，抵消对侧壁面压力对壁面产生的流体压力，阻止隔套7壁面进一步的变形。对置平衡填充腔6内填充物17的压力感生于对置平衡填充腔6内容积的减小，而对置平衡填充腔6内容积的减小来自于隔套7的微小压缩变形，而隔套7的微小压缩变形来自于被控压力流体。对置平衡填充腔6内的压力随被控压力流体压力的变化而同步变化，当被控压力流体的压力解除，对置平衡填充腔6内流态化填充物的压力随之解除。

对置平衡填充腔6内不同区域的压力基本相等，当有微小压力差时，流态化填充物即向压力低的区域流动，而使对置平衡填充腔6内压力接近平衡。

隔套7内外表面各处压力基本相等，隔套7保持均衡变形状态，不会压瘪，也不可能挤破。

套筒4与阀杆1之间设有滑动副3，并形成滑动密封，本实施例中阀杆1与套筒4滑动密封的方式为O型圈密封。

如图2所示，隔套7跟随阀杆1运动的一端为隔套动端18，与套筒4连接的一端为隔套定端8。

本实施例中，隔套动端18设于阀杆1上部，且位于隔套定端8之上。

阀杆1与套筒4滑动密封处具有凸缘2，隔套动端18连接在凸缘2的下边缘，在对置平衡填充腔6中以凸缘2的下边缘为界限，其上侧为平衡区5，其下侧为支撑区9，平衡区5平衡支撑区9体积的增减。

当阀门由开启到关闭时，阀杆1连同阀芯11向阀座14的阀芯轴向移动，隔套7在其隔套定端8一端固定不动，在其隔套动端18一端随阀杆1共同移动。隔套7被压缩，支撑区9的容积减小，凸缘2向阀芯11方向轴向移动，远离套筒4的内顶面，平衡区5容积增加，平衡支撑区9容积的减小，使对置平衡填充腔6内容积保持不变，形成等容变形腔。

当阀门由关闭到开启时，阀杆1连同阀芯11向远离阀座14的阀芯11轴向移动，隔套7在其隔套定端8一端固定不动，在其隔套动端18一端随阀杆1共同移动。隔套7被拉伸，支撑区9的容积增加，凸缘2向远离阀芯11方向轴向移动，靠近套筒4的内顶面，平衡区5容积减小，平衡支撑区9容积的增加，使使对置平衡填充腔6内容积保持不变。

阀体13上有进口12、阀座14、出口15等结构。

阀体13通过承力连接16与套筒4连接成一体。承力连接16主要承受套筒4和阀体13所承受的压力流体的压力，确保两者不分离。

阀体13的内表面，阀芯11，阀杆1的表面，隔套7的内表面等构成阀腔10。阀腔10内为压力流体。

阀腔10被隔套7及其隔套定端8、隔套动端18与外界完全隔离而密封。阀杆1随阀门开关的要求相对于阀芯11轴向移动时，隔套7变形，随其隔套动端18随阀杆的移动，随时随地保持阀腔10与外界完全隔离而实现完全密封。

控制两者的体积总和的偏差，确保隔套7在极端情况下不会被过度压瘪或挤破。

承力连接16可以采用焊接、粘接、熔接等方式连接，优选焊接、熔接连接方式。即套筒4与阀体13通过焊接成为整体的连续体，通过连续体实现密封。

连续体密封是相对于垫片密封圈密封方法而言，垫片密封圈密封方法时依靠不同零件依靠弹性变形产生接触压力而形成的有限泄漏的密封方法各个密封面是间断的不连续的，连续体密封方法是通过采用焊接、粘接、熔接等方式使密封面之间成为连续整体的方法的实现完全密封。

实施例2

如图3和图4所示所示，本实施例提供的一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门，与实施例1不同的是，隔套动端18设于阀杆1下部，且位于隔套定端8之下。

相应的，阀杆1与套筒4滑动密封处具有凸缘2，在对置平衡填充腔6中以隔套定端8为界限，其上侧为平衡区5，其下侧为支撑区9，平衡区5平衡支撑区9体积的增减。

其工作原理与实施例1基本相同，但工作过程略有不同，比如当阀门由关闭到开启时，支撑区9的容积减小，平衡区5容积增加，平衡支撑区9容积的减小；当阀门由开启到关闭时，支撑区9的容积增加，平衡区5容积减小，平衡支撑区9容积的增加。

本发明虽然己以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (6)

1.一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门，其特征在于，包括阀体、与所述阀体固连密封的套筒以及与所述套筒滑动密封连接的阀杆，三者形成腔室；

其中，所述套筒与所述阀杆之间设有具有弹性和柔性的隔套，所述隔套分割所述腔室形成流经被控液体的流体腔和封闭的对置平衡填充腔，所述对置平衡填充腔填充有填充物，所述隔套的一端跟随所述阀杆运动，所述填充物在所述隔套的伸缩变形过程中随动且与所述被控流体形成对置平衡；

所述隔套跟随所述阀杆运动的一端为隔套动端，与所述套筒连接的一端为隔套定端；所述隔套动端设于所述阀杆下部，且位于所述隔套定端之下；

在所述对置平衡填充腔中以所述隔套定端为界限，其上侧为平衡区，其下侧为支撑区，所述平衡区平衡所述支撑区体积的增减；所述阀杆与所述套筒滑动密封处具有凸缘，使对置平衡填充腔内容积保持不变，形成等容变形腔；

所述填充物为气体和/或液体和/或固体，所述固体为粉末状或球状。

2.如权利要求1所述的一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门，其特征在于，所述隔套的结构形式为波纹管或圆管或锥形管或膜。

3.如权利要求2所述的一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门，其特征在于，所述套筒与所述阀体通过焊接成为整体的连续体。

4.如权利要求3所述的一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门，其特征在于，所述滑动密封的方式为O型圈密封。

5.一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门，其特征在于，包括阀体、与所述阀体固连密封的套筒以及与所述套筒滑动密封连接的阀杆，三者形成腔室；

其中，所述套筒与所述阀杆之间设有具有弹性和柔性的隔套，所述隔套分割所述腔室形成流经被控液体的流体腔和封闭的对置平衡填充腔，所述对置平衡填充腔填充有填充物，所述隔套的一端跟随所述阀杆运动，所述填充物在所述隔套的伸缩变形过程中随动且与所述被控流体形成对置平衡；

所述隔套跟随所述阀杆运动的一端为隔套动端，与所述套筒连接的一端为隔套定端；

在所述对置平衡填充腔中以所述隔套定端为界限，其上侧为平衡区，其下侧为支撑区，所述平衡区平衡所述支撑区体积的增减；所述阀杆与所述套筒滑动密封处具有凸缘，使对置平衡填充腔内容积保持不变，形成等容变形腔；

所述填充物为气体和/或液体和/或固体，所述固体为粉末状或球状；

所述隔套动端设于所述阀杆上部，且位于所述隔套定端之上。

6.如权利要求5所述的一种利用对置平衡填充腔进行外密封的阀门，其特征在于，所述隔套动端连接在所述凸缘的下边缘，在所述对置平衡填充腔中以所述凸缘的下边缘为界限，其上侧为平衡区，其下侧为支撑区，所述平衡区平衡所述支撑区体积的增减。