CN114791045B - 一种自调节密封比压的深水球阀及其方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种自调节密封比压的深水球阀及其方法，其中，左阀盖内侧壁与左套筒外侧壁之间分别开设有封闭的第一环形腔和第二环形腔，第一环形腔中设有能沿水流方向伸缩的第一弹簧；第二环形腔的内环侧设有弹性圆管，左阀盖上开设有至少两个与第二环形腔连通的通孔，每个通孔中均设有阀瓣和第二弹簧，通孔与外界的连通端设有仅能向内开启的阀瓣；第二弹簧能沿通孔轴向伸缩且始终处于压缩状态。本发明实现了当深水球阀入口压力产生波动时，通过弹簧和反向补偿使密封比压自动增减，既保证了密封性能，避免介质泄漏，又避免密封比压过大导致密封面损伤及转矩过大影响球体运动。

Description

一种自调节密封比压的深水球阀及其方法
技术领域
本发明属于阀领域，特别涉及一种自调节密封比压的深水球阀及其方法。
背景技术
阀门密封性能是指阀门各密封部位阻止介质泄漏的能力，是阀门重要的性能指标。阀门密封的原理是借助流体压力、弹性元件作用力和预压缩产生的密封力使密封副相互接触、嵌入，减小密封面之间的间隙，同时借助液体在间隙间的表面张力等，将阀门泄漏量降低到规定值。大型工业阀门主要密封部位为阀门启闭件处、中法兰与阀盖处以及填料函与阀杆处，按不同运动状态，密封结构可分为静密封和动密封，其中，填料函与阀杆处为阀门动密封结构，要保证介质不能随阀杆的运动而泄漏。
密封比压为密封面上单位面积承受的压力，极大程度上影响了密封面密封性能。对于动密封而言，密封比压过大会造成密封面损伤和阀门运动困难，过小会造成介质泄漏。因此，在阀门密封处结构需要做出合理设计。阀门内外介质的压力作为影响密封比压的重要因素，需合理地将其考虑到密封的设计当中，深水球阀随着深度变化，海水静压力的外载荷会改变，进而影响阀门密封比压与性能。因此，研究一种稳定密封比压的深水球阀及其自调节密封比压的方法具有重要意义。
发明内容
本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种稳定密封比压的深水球阀及其自调节密封比压的方法，本发明借助通过弹簧和反向补偿使密封比压自动增减，从而稳定合适的范围之内。
本发明所采用的具体技术方案如下：
第一方面，本发明提供了一种自调节密封比压的深水球阀，所述深水球阀为轴对称结构，包括结构相同的左球阀和右球阀；左球阀包括设于球体一侧的左阀盖和左套筒；
所述球体下部周向与左套筒底部之间、球体上部周向与左套筒顶部之间分别设有第四密封圈；左阀盖内侧壁与左套筒外侧壁之间分别开设有封闭的第一环形腔和第二环形腔，第一环形腔和第二环形腔互不干涉；所述第一环形腔中设有能沿水流方向伸缩的第一弹簧；第一弹簧始终处于压缩状态，一端与左阀盖固定连接，另一端与左套筒固定连接；所述第二环形腔的内环侧设有弹性圆管，弹性圆管与第二环形腔三侧内壁均接触并始终处于压缩状态；所述左阀盖上开设有至少两个与所述第二环形腔连通的通孔，每个通孔中均设有阀瓣和第二弹簧，所述通孔与外界的连通端设有仅能向内开启的阀瓣；第二弹簧能沿通孔轴向伸缩且始终处于压缩状态，一端与所述阀瓣连接，另一端固定于左阀盖上。
作为优选，所述深水球阀为球前密封式球阀。
作为优选，沿水流方向，所述第一环形腔的两侧分别设有用于保持其密封性的第一密封圈和第二密封圈。
作为优选，所述第一弹簧在第一环形腔中均匀布设若干个。
作为优选，所述左套筒外侧壁开设互不干涉的第一环形槽和第二环形槽，第一环形槽与左阀盖内侧壁共同构成所述第一环形腔；球体和阀体之间构成调节腔，左套筒外侧壁和左阀盖内侧壁之间设有用于隔绝所述调节腔的阀座支撑体，阀座支撑体、左套筒和左阀盖之间共同构成第二环形腔。
进一步的，所述阀座支撑体靠近第二环形腔一侧的上下两端，分别设有用于保持第二环形腔密封性的第三密封圈。
作为优选，沿水流方向，所述第一环形腔位于第二环形腔前方。
作为优选，所述弹性圆管为环形结构。
作为优选，所述通孔沿左阀盖周向均匀开设。
第二方面，本发明提供了一种根据第一方面任一所述自调节密封比压的深水球阀的密封比压稳定方法，具体如下：
通过调整第一弹簧和第二弹簧的预紧力大小，以实现不同介质环境下的稳定密封比压；
当深水球阀处于预设水位时，左套筒由于介质压力差的作用被压在球体上，从而实现阀门密封；同时，第一弹簧的预紧力将左套筒向球体所在侧推动，使第四密封圈和球体之间的相互作用力增大，最小密封比压增大，能有效防止介质经过左套筒和球体时的泄漏问题；
当深水球阀所处位置的水位逐渐增大时，第二弹簧外部介质压力逐渐上升，当外部介质压力超过第二弹簧施加在阀瓣上的弹力时，第二弹簧被压缩，阀瓣开启，外部介质经通孔进入第二环形腔中；第二环形腔中的介质对左套筒内侧产生向外的推动力，使其向离开球体的方向移动，补偿了由于入口介质压力上升导致的密封比压值增大；
当深水球阀所处位置的水位继续增大时，外部介质压力进一步上升，弹性圆管受介质和左套筒挤压而扁塌；当第二环形腔内介质压力上升时，弹性圆管和左套筒挤压扁塌程度增大，受压面增大，使左套筒受到的离开球体方向的反向推动力进一步上升，补偿了由于入口介质压力进一步上升导致的密封比压值增大，从而获得稳定的密封比压；
当深水球阀所处位置的水位持续减小时，在第二弹簧的弹力作用下，阀瓣逐渐向外侧移动；当介质入口压力减小到第二弹簧施加于阀瓣上的弹力时，阀瓣复位并完全封闭第二环形腔。
本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：
本发明利用弹簧预紧力与可变受压面，实现当阀门入口处介质压力增减时，深水球阀在一定范围内密封压比的稳定。
附图说明
图1为深水球阀的结构示意图；
图2为图1中连接处的局部放大结构示意图；
图中：1、左阀盖；2、左套筒；301、第一密封圈；302、第二密封圈；303、第三密封圈；304、第四密封圈；401、第一弹簧；402、第二弹簧；5、弹性圆管；6、阀座支撑体；7、阀体；8、球体；9、阀杆。
具体实施方式
下面结合附图和具体实施方式对本发明做进一步阐述和说明。本发明中各个实施方式的技术特征在没有相互冲突的前提下，均可进行相应组合。
由于本发明的深水球阀为轴对称结构，包括结构相同的左球阀和右球阀。为了方便描述，本发明若无特殊要求，均以左球阀所在侧作为入口侧为例进行说明。但需要明确的是，深水球阀在实际应用时，左球阀和右球阀所在侧均可以作为入口侧，本领域的常规替换均落在本发明的保护范围内。
如图1所示，为本发明提供的一种自调节密封比压的深水球阀，该深水球阀为轴对称结构，包括结构相同的左球阀和右球阀。在实际应用时，一般采用球前密封式球阀。下面以左球阀为例，具体说明其结构和连接方式。
左球阀包括左阀盖1和左套筒2，球体8设于阀体7中，球体8与用于调节其开闭的阀杆9相连，左阀盖1设于阀体7的一侧并与阀体7通过螺钉连接，左阀盖1和阀座支撑体6螺钉连接。球体8下部周向与左套筒2底部之间、球体8上部周向与左套筒2顶部之间分别设有第四密封圈304，左套筒2通过第四密封圈304紧压在左阀盖1和阀体7之间，通过第一弹簧401和第二弹簧402弹力、与第二环形腔的介质液力差值来推动。阀座支撑体6靠近第二环形腔一侧的上下两端，分别设有用于保持第二环形腔密封性的第三密封圈303。
如图2所示，在左阀盖1内侧壁与左套筒2外侧壁之间开设封闭的第一环形腔，第一环形腔中设有第一弹簧401，第一弹簧401能沿水流方向伸缩。第一弹簧401始终处于压缩状态，一端与左阀盖1固定连接，另一端与左套筒2固定连接。在实际应用时，可以在左套筒2外侧壁开设第一环形槽，由于左套筒2外侧壁位于左阀盖1内部，因此，第一环形槽与左阀盖1内侧壁可以共同构成第一环形腔。为了保证更好的密封效果，沿水流方向，可以在第一环形腔的两侧分别设第一密封圈301和第二密封圈302。即在位于第一环形腔两侧的左套筒2外侧壁分别开设两个环状凹槽，随后在环状凹槽内放置密封圈，通过密封圈封堵左套筒2和左阀盖1的连接处，进而保证第一环形腔的气密性，防止外部的介质进入第一环形腔中腐蚀第一弹簧401。第一弹簧401可以在第一环形腔中沿周向均匀布设多个，相邻第一弹簧401之间具有相同的间隔，从而使得弹簧力作用于左阀盖1和左套筒2上更加均匀。
装配时，第一弹簧401应当压紧以产生一定的预紧力，防止入口低压状态下密封比压过低影响密封性能。
在左阀盖1内侧壁与左套筒2外侧壁之间开设封闭的第二环形腔，第一环形腔和第二环形腔互不干涉。在实际应用时，沿水流方向，第一环形腔可以位于第二环形腔前方。在第二环形腔的内环侧设有弹性圆管5，弹性圆管5位于第二环形腔的最内侧，其与第二环形腔三侧内壁均接触并始终处于压缩状态。在实际应用时，弹性圆管5可以采用环形结构，也可以沿着第二环形腔中均匀间隔布设。
左阀盖1上开设有至少两个与第二环形腔连通的通孔，每个通孔中均设有阀瓣和第二弹簧402，通孔与外界的连通端设有仅能向内开启的阀瓣。第二弹簧402能沿通孔轴向伸缩且始终处于压缩状态，一端与阀瓣连接，另一端固定于左阀盖1上。也就是说，阀瓣和第二弹簧402共同构成类似单向阀的结构，仅能够使外界介质顶开阀瓣后进入第二环形腔中。由于第二环形腔中的介质会对左套筒2产生向外的作用力，为了保证左套筒受到的作用力均匀，在实际应用时，通孔应当沿左阀盖1周向均匀开设。在本实施例中，球体8和阀体7之间构成调节腔，左套筒2外侧壁和左阀盖1内侧壁之间设有用于隔绝调节腔的阀座支撑体6，阀座支撑体6、左套筒2和左阀盖1之间共同构成第二环形腔。
利用自调节密封比压的深水球阀的密封比压稳定方法，具体如下：
以球前密封式深水球阀为例，在应用时，入口一侧的套筒由于介质压力差的作用被紧压在球体上，从而实现阀门密封。第一弹簧401的预紧力将左套筒2向球体8所在侧推动，增大第四密封圈304和球体8之间的相互作用力，增大最小密封比压，有效防止当球阀所处位置水位较低(即预设水位)时，入口处压力较小，导致第四密封圈304的密封性能下降引起介质经过左套筒2和球体8时泄漏的问题。
当深水球阀所处位置水位逐渐增大时，入口处介质压力逐渐上升，此时容易导致密封比压过大。在该过程中，第二弹簧402受外部压力上升，当外部介质压力超过第二弹簧402施加在阀瓣上的弹力时，第二弹簧402被压缩，阀瓣开启，外部介质经通孔进入第二环形腔中。第二环形腔中的介质对左套筒2内侧产生向外的推动力，使其向离开球体8的方向移动，补偿了由于入口介质压力上升导致的密封比压值增大。
当深水球阀所处位置水位继续增大时，外部介质压力进一步上升，弹性圆管5受介质和左套筒2挤压而扁塌。当第二环形腔内介质压力上升时，弹性圆管5和左套筒2挤压扁塌程度增大，受压面增大，使左套筒2受到的离开球体8方向的反向推动力进一步上升，补偿了由于入口介质压力进一步上升导致的密封比压值增大，从而获得稳定的密封比压。
当进口压力持续减小，即深水球阀所处位置的水位持续减小时，在第二弹簧402的弹力作用下，阀瓣逐渐向外侧移动。当介质入口压力减小到第二弹簧402施加于阀瓣上的弹力时，阀瓣复位并完全封闭第二环形腔。此时水位较浅，不再需要密封比压补偿。
通过调整第一弹簧401和第二弹簧402的预紧力大小，可以实现不同介质环境下的稳定密封比压。
本发明实现了，当深水球阀入口压力产生波动时，通过弹簧和反向补偿使密封比压自动增减，既保证了密封性能，避免介质泄漏，又避免密封比压过大导致密封面损伤及转矩过大影响球体运动。
以上所述的实施例只是本发明的一种较佳的方案，然其并非用以限制本发明。有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型。因此凡采取等同替换或等效变换的方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围内。

Claims (10)

1.一种自调节密封比压的深水球阀，其特征在于，所述深水球阀为轴对称结构，包括结构相同的左球阀和右球阀；左球阀包括设于球体(8)一侧的左阀盖(1)和左套筒(2)；
所述球体(8)下部周向与左套筒(2)底部之间、球体(8)上部周向与左套筒(2)顶部之间分别设有第四密封圈(304)；左阀盖(1)内侧壁与左套筒(2)外侧壁之间分别开设有封闭的第一环形腔和第二环形腔，第一环形腔和第二环形腔互不干涉；所述第一环形腔中设有能沿水流方向伸缩的第一弹簧(401)；第一弹簧(401)始终处于压缩状态，一端与左阀盖(1)固定连接，另一端与左套筒(2)固定连接；所述第二环形腔的内环侧设有弹性圆管(5)，弹性圆管(5)与第二环形腔三侧内壁均接触并始终处于压缩状态；所述左阀盖(1)上开设有至少两个与所述第二环形腔连通的通孔，每个通孔中均设有阀瓣和第二弹簧(402)，所述通孔与外界的连通端设有仅能向内开启的阀瓣；第二弹簧(402)能沿通孔轴向伸缩且始终处于压缩状态，一端与所述阀瓣连接，另一端固定于左阀盖(1)上。
2.根据权利要求1所述的自调节密封比压的深水球阀，其特征在于，所述深水球阀为球前密封式球阀。
3.根据权利要求1所述的自调节密封比压的深水球阀，其特征在于，沿水流方向，所述第一环形腔的两侧分别设有用于保持其密封性的第一密封圈(301)和第二密封圈(302)。
4.根据权利要求1所述的自调节密封比压的深水球阀，其特征在于，所述第一弹簧(401)在第一环形腔中均匀布设若干个。
5.根据权利要求1所述的自调节密封比压的深水球阀，其特征在于，所述左套筒(2)外侧壁开设互不干涉的第一环形槽和第二环形槽，第一环形槽与左阀盖(1)内侧壁共同构成所述第一环形腔；球体(8)和阀体(7)之间构成调节腔，左套筒(2)外侧壁和左阀盖(1)内侧壁之间设有用于隔绝所述调节腔的阀座支撑体(6)，阀座支撑体(6)、左套筒(2)和左阀盖(1)之间共同构成第二环形腔。
6.根据权利要求5所述的自调节密封比压的深水球阀，其特征在于，所述阀座支撑体(6)靠近第二环形腔一侧的上下两端，分别设有用于保持第二环形腔密封性的第三密封圈(303)。
7.根据权利要求1所述的自调节密封比压的深水球阀，其特征在于，沿水流方向，所述第一环形腔位于第二环形腔前方。
8.根据权利要求1所述的自调节密封比压的深水球阀，其特征在于，所述弹性圆管(5)为环形结构。
9.根据权利要求1所述的自调节密封比压的深水球阀，其特征在于，所述通孔沿左阀盖(1)周向均匀开设。
10.一种根据权利要求1～9任一所述自调节密封比压的深水球阀的密封比压稳定方法，其特征在于，具体如下：
通过调整第一弹簧(401)和第二弹簧(402)的预紧力大小，以实现不同介质环境下的稳定密封比压；
当深水球阀处于预设水位时，左套筒(2)由于介质压力差的作用被压在球体(8)上，从而实现阀门密封；同时，第一弹簧(401)的预紧力将左套筒(2)向球体(8)所在侧推动，使第四密封圈(304)和球体(8)之间的相互作用力增大，最小密封比压增大，能有效防止介质经过左套筒(2)和球体(8)时的泄漏问题；
当深水球阀所处位置的水位逐渐增大时，第二弹簧(402)外部介质压力逐渐上升，当外部介质压力超过第二弹簧(402)施加在阀瓣上的弹力时，第二弹簧(402)被压缩，阀瓣开启，外部介质经通孔进入第二环形腔中；第二环形腔中的介质对左套筒(2)内侧产生向外的推动力，使其向离开球体(8)的方向移动，补偿了由于入口介质压力上升导致的密封比压值增大；
当深水球阀所处位置的水位继续增大时，外部介质压力进一步上升，弹性圆管(5)受介质和左套筒(2)挤压而扁塌；当第二环形腔内介质压力上升时，弹性圆管(5)和左套筒(2)挤压扁塌程度增大，受压面增大，使左套筒(2)受到的离开球体(8)方向的反向推动力进一步上升，补偿了由于入口介质压力进一步上升导致的密封比压值增大，从而获得稳定的密封比压；
当深水球阀所处位置的水位持续减小时，在第二弹簧(402)的弹力作用下，阀瓣逐渐向外侧移动；当介质入口压力减小到第二弹簧(402)施加于阀瓣上的弹力时，阀瓣复位并完全封闭第二环形腔。
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