CN114992345A - 一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀，包括：阀体、金属包覆密封环、密封填料、螺柱、螺母、间隔架、阀盖、阀杆螺母、填料压套、上填料、锥形环、下填料、阀杆、密封圈、柱塞、金属密封件、聚合物密封件；所述的密封填料填充在金属包覆密封环内，构成金属包覆型密封环组合件；所述的金属密封件与聚合物密封件相互层叠，构成组合密封副组合件。本发明解决了对介质冲刷与可能镶入颗粒物以至影响柱塞阀密封环引起的密封内漏的问题；消除了固有柱塞阀阀盖中柱塞占有的空间位置并意味着材料消耗的减少、生产成本的下降与产品品质的进一步提高。

Description

一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀

技术领域

本发明涉及陆上工业及海洋船舶用柱塞阀技术领域，尤其涉及一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀。

背景技术

柱塞阀通常包括阀的本体，该本体具有入口、出口和在入口和出口之间延伸的中部腔室。柱塞构件可上下移动的地定位在上游密封部分和下游密封部分之间的中部腔室中，密封组件包括流通孔，所述流通孔对准相应的输入入口和输出出口，以形成穿过柱塞阀体的流动通道。连接阀本体部分还包括阀盖，在阀开时能通过柱塞能向上部分移动柱塞并通过连接所述阀本体、阀盖在连接螺栓螺母作用下压缩上下密封件保证密封组件的相互成密封态势。柱塞构件在打开位置和关闭位置之间上下移动，在打开位置所述中央孔对准流动通道，以有助于流动介质通过柱塞阀，在关闭位置所述中央孔被柱塞封堵，以阻挡介质流动通过。

传统的柱塞阀的柱塞构件被设计在阀本体和阀盖两者的腔室中沿轴向方向升起或下降，上升时(阀打开)脱离入口密封件形成流通，且与阀本体和阀盖两者的密封件则始终与柱塞保持连接。工业柱塞阀成功运用历史悠久并被市场广范接受，尤其在蒸汽管道装置上的密封不易发生泄漏的特点显著，然而，也存在如下不可忽视的问题；

1、介质影响：下密封环，以知的柱塞阀的密封环是由不同种类的合成化工软质弹性材料的制成品，柱塞的外径大于密封环内径以过盈的方式得到密封力，在阀门打开时柱塞处于脱离密封环状态，这种时候介质对下密封环会产生不利因素是冲刷，该冲刷的严重程度甚至会被高速的气流完全催毁，这种状况随使用温度和作用压力的提高呈现不断上升的趋势。其它的原因还存在的是，流动通过柱塞阀的流体的冲刷和其他细小颗粒也会在密封件表面积聚或有部分可以嵌入，结果是，降低密封性能以及柱塞阀使用寿命的缩短。

2、扭矩问题：上密封环，包裹于柱塞周围在阀门开关过程中的上密封环，情况显示始终处于密切接触状态，这样相当两倍于关闭阀的摩擦力的接触方式存在扭矩过高的表现，在大尺寸柱塞阀中尤为严重。

3、阀门结构：阀盖，对于在开阀必须向上伸出柱塞的方式时、这段被设置容纳在阀盖腔室柱塞的方式除了以上所述的扭矩过高的之外，而且阀门重量的增加还表现材料成本的上升。

发明内容

本发明为克服上述的不足之处，目的在于提供一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀，本发明主要包括阀体、阀盖以及柱塞等结构件，阀体形成在介质流入口/流出口的中间内可容纳柱塞作为柱塞阀启闭程序的上下移动的工作腔室、该工作腔室介质流量通过阀盖限定在合适的范围内；柱塞，具有介质流入口/流出口，并在柱塞阀打开和关闭之间有选择的与金属包覆密封环、组合密封副自动切换成开放或者关闭流道；阀门启闭时腔室的底端环形周边与顶部环形周边形成的实体与金属包覆密封环和组合密封副的内表面完全被遮罩：包覆密封环/组合密封副在阀体中插入柱塞时锥面使得大径的一侧部分向内收缩且被柱塞限定，由此将所述包覆密封环/组合密封副抵靠柱塞得到密封力的加载，以在柱塞和在密封组件之间形成密封。本发明解决了对介质冲刷与可能镶入颗粒物以至影响柱塞阀密封环引起的密封内漏的问题；消除了固有柱塞阀阀盖中柱塞占有的空间位置并意味着材料消耗的减少、生产成本的下降与产品品质的进一步提高。

本发明是通过以下技术方案达到上述目的：一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀，包括：阀体、金属包覆密封环、密封填料、螺柱、螺母、间隔架、阀盖、阀杆螺母、填料压套、上填料、锥形环、下填料、阀杆、密封圈、柱塞、金属密封件、聚合物密封件；所述的密封填料填充在金属包覆密封环内，构成金属包覆型密封环组合件；所述的金属密封件与聚合物密封件相互层叠，构成组合密封副组合件；所述的阀体分别与金属包覆型密封环组合件、组合密封副组合件连接；所述的阀体通过螺柱、螺母与阀盖相连接；所述的间隔架的上下两端分别与密封圈、金属包覆型密封环组合件、组合密封副组合件相连；阀杆分别与阀杆螺母、柱塞连接，阀盖连接有阀杆螺母，由此来控制阀杆与柱塞在阀启闭柱塞的行程，所述的填料压套、上填料、锥形环、下填料构成密封面组件，用于防止介质从阀体通过阀杆流入到阀盖的外部。

作为优选，所述的阀体上带有介质入口、介质出口、第一工作腔室、第二工作腔室、阀体锥面、台阶孔端面。

作为优选，所述的柱塞上带有介质流入/流出口I、介质流入/流出口II、圆柱状支撑体、下部空间圆柱体、封闭的顶部结构件、外圆；圆柱状支撑体分别与下部空间圆柱体、封闭的顶部结构件连接，圆柱状支撑体、下部空间圆柱体、封闭的顶部结构件三者连接形成的腔室即为介质流入/流出口I，在所述圆柱状支撑体、下部空间圆柱体的外周圆向内形成若干个介质流入/流出口II；外圆分别与金属包覆型密封环组合件、组合密封副组合件相连接。

作为优选，所述的柱塞具有介质流入/流出口，并在柱塞阀打开和关闭之间可选择的与金属包覆密封环、组合密封环自动切换成开放或者关闭流道。

作为优选，所述的金属包覆型密封环组合件由金属包覆密封环和密封填料组成，密封填料采用耐高温的高弹性材料，密封填料覆盖在金属包覆密封环上；金属包覆型密封环组合件与柱塞在预配状态下被固定在阀体的锥面中，其中金属包覆型密封环组合件分别与间隔架的端面、阀体的台阶孔端面接触连接；金属包覆型密封环组合件与柱塞通过必须过盈配合方式接触并形成一定的密封比压；金属包覆型密封环组合件与阀体的阀体锥面接触，并通过阀盖向下移动带动间隔架下压。

作为优选，所述金属包覆密封环采用耐腐蚀的铬镍钢或更高级的合金材料；所述密封填料采用柔性石墨材料或软质聚合物弹性材料。

作为优选，所述的组合密封副组合件是由金属密封件与聚合物密封件通过胶接的方式形成组合预备件，再进行机械加工得到；其中，金属密封件与聚合物密封件分别有三层层叠在一起；所述组合密封副组合件分别与间隔板的端面和阀体的台阶孔端面接触；组合密封副组合件与柱塞通过必须过盈配合方式接触并形成一定的密封比压，组合密封副组合件与阀体的阀体锥面接触，并通过阀盖向下移动带动间隔架下压。

作为优选，所述的金属密封件的加工方式为冲压件加工，材料采用耐腐蚀材料的铬镍钢；聚合物密封件采用柔性石墨材料或软质聚合物弹性材料。

本发明的有益效果在于：(1)本发明解决了对介质冲刷与可能镶入颗粒物以至影响柱塞阀密封环引起的密封内漏的问题；(2)本发明的金属包覆型密封环和组合密封副可拓展柱塞阀在更高的温度下运行，例如从现有的最高的使用250℃左右提升到425℃或者更高的温度下使用；(3)本发明下移式启闭的柱塞消除了固有柱塞阀阀盖中柱塞占有的空间位置并意味着材料消耗的减少、生产成本的下降与产品品质的进一步提高。

附图说明

图1是本发明阀关闭时的剖视图；

图2是本发明阀开启时的剖视图；

图3是本发明的金属包覆型密封环组合件的放大剖视图；

图4是本发明的组合密封副组合件的放大剖视图；

图5是本发明柱塞的主视剖视图；

图6是本发明柱塞从中部切开的剖视图；

图7是本发明柱塞的下部实体剖视图。

具体实施方式

下面结合具体实施例对本发明进行进一步描述，但本发明的保护范围并不仅限于此：

实施例：如图1、图2所示，一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀，包括阀体1、金属包覆密封环2、密封填料3、螺柱4、螺母5、间隔架6、阀盖7、阀杆螺母8、填料压套9、上填料10、锥形环11、下填料12、阀杆13、密封圈14、柱塞15、金属密封件16、聚合物密封件17；所述的密封填料3填充在金属包覆密封环2内，构成金属包覆型密封环组合件30；所述的金属密封件16与聚合物密封件17相互层叠，构成组合密封副组合件40。

参见附图1和附图2，该附图1和附图2表示柱塞阀在阀关时与阀开时的结构示意图，其中，包括以通常的方式在阀体1的上端以螺柱4、螺母5连接的阀盖7相结合组成的柱塞阀阀承压阀壳，在所述阀盖7的上部同时以常用的方式安装有阀杆螺母8并由此来控制阀杆13与柱塞15在阀启闭柱塞的行程，同时具备压紧填料所应用的压套9、上填料10、锥形环11和下填料12的组件来防止介质从所述阀体1通过阀杆13流入到所述阀盖7到外部。

阀体1形成介质流入口101、流出口102以及中部可容纳柱塞15作为柱塞阀启闭程序的上下移动的第一工作腔室103和第二工作腔室104、该工作腔室的介质可通过的流量由柱塞15设置的介质流入/流出口II 152限定在合理的范围内。在阀体1的第一工作腔室103内还设有与传统常规类似的间隔架6，该间隔架6上下两端分别与密封圈14、金属包覆型密封环组合件30或者是组合密封副组合件40的端面接触，这些传统存在已久功能无论是建立初始的密封的必要亦或是柱塞阀使用中柱塞15产生的磨损密封不严时、可以通过再次拧紧安装在阀体1连接阀盖7上的螺栓5上的螺母4使所述阀盖7向所述阀体1的第一工作腔室103内位置向下移动一个距离来得到所需求的补尝。

与现有技术所不同的是，在操作期间，柱塞15构件在手轮与阀杆螺母8带动阀杆13的操纵下在打开位置和关闭位置之间向上升起或者下降的方式进行时，在打开位置所述柱塞15的介质流入/流出口I 151始终与阀体介质流入口101接通，以有助于流体流动通过柱塞阀，且在关闭位置所述柱塞15的介质流入/流出口II 152的流动通道被关闭，以阻挡流体流动通过柱塞阀，在阀开时，所述金属包覆型密封环组合件30或者是组合密封副组合件40内表面将完全被遮罩如附图2所示的闭环状态。

参见附图3，金属包覆型密封环组合件30由金属包覆密封环2与密封填料3组成，所述密封填料3可以耐极高的高温度(例如可以在-200℃→850℃下工作)，且具有很高的弹性，是为传统的阀门上通常使用的密封柔性石墨制成品，其中，下面和上面与内径分别由包覆密封环2的下面22和上面23与内径24所覆盖、外径与所述阀体上中的锥面105接触并密封。

制成后的上述金属包覆型密封环组合件30通常与所述柱塞15在预配状态下被组装在柱塞阀阀体1的锥面105中，其中，所述金属包覆型密封环组合件30的下面32和上面33分别与间隔架6的端面和阀体1的台阶孔端面106接触、小径34与所述柱塞15的外圆156通过必须过盈配合方式接触并形成一定的密封比压，具有大径为锥形面31与所述阀体1工作腔室103中的锥面105接触并通过阀盖7向下移动的趋势带动间隔架6下压的方式接触。同时，关于必须对所述柱塞15施加径向密封力通过下压所述阀盖7与所述阀体1结合的间隔架6推动设计在流道孔一方的锥面105的方式供给，这样，使得所述金属包覆型密封环组合件的锥形面31的一侧部分将组合件向内收缩且被所述柱塞15限定，由此将所述金属包覆型密封环组合件30抵靠在所述柱塞15外圆156上并得到密封力的加载，以在所述柱塞15和在所述金属包覆型密封环组合件30组件之间形成密封的态势。其中，金属包覆密封环2为耐腐蚀材料的铬镍钢通过冲压、拉伸或者是滾压的方法获得初始成型的预备件再进一步实施和密封填料3在模型中封装成商用金属包覆型密封环组合件。可根据柱塞阀规格尺寸的不同设计不等的厚度，可实用参考是值是在0.5mm～1mm范围或者是通过在实验中取得最佳效果的数据。

参见附图4，组合密封副组合件40中的金属密封件16和聚合物密封件17分别有三层层叠在一起组成的组合体，其中，所述组合密封副组合件40的下面43和上面44分别与间隔架6的端面和阀体1的台阶孔端面106接触、小径42与所述柱塞15的外圆156通过必须过盈配合方式接触并形成一定的密封比压，具有大径为锥形面41与所述阀体1工作腔室103中的锥面105接触并通过阀盖7向下移动的趋势带动间隔架6下压的方式接触。同时，关于必须对所述柱塞15施加径向密封力通过下压所述阀盖7与所述阀体1结合的间隔架6推动设计在流道孔一方的锥面105的方式供给，这样，使得所述金属包覆密封环40锥形面41的一侧部分将组合件向内收缩且被所述柱塞15限定，由此将所述包覆密封环40抵靠在所述柱塞15外圆156上并得到密封力的加载，以在所述柱塞15和在所述金属包覆密封环40组件之间形成密封的态势。其中，组合密封副组合件40的层叠的金属密封件16和聚合物密封件17是由胶接的方式形成组合预备件再进行机械加工得到密封副组合件，所述层叠的金属密封件16优选加工方式为冲压件，材料为耐腐蚀材料的铬镍钢，厚度为0.8mm～1.2mm之间选用；聚合物密封件17根据温度和压力的不同使用场景如柔性石墨和其它可选用的弹性耐高温的由石墨基体为主的混合材料或者是通过在实验中取得证明可用的其它的聚合物材料。外周圆配合所述柱塞产生挤压效果成封闭状态的阀体介质入口的流道所接触的面为锥面。

参见附图5、图6、图7，所述柱塞15具有圆柱状支撑体153，同时连接该圆柱状支撑体153的是形成一个封闭的顶部结构件155与下部空间圆柱体154并形成介质流入/流出口I151，在所述圆柱状支撑体153和下部空间圆柱体154的外周圆向内形成数个介质流入/流出口II 152,所述这些介质流入/流出口与需要至少必须有2个或者不限于2个以上的圆柱状支撑体153(本实施例中设为四个)、能满足支持在压缩密封组件时所需达到的强度。所述封闭的顶部结构件155与包覆密封环30或者是组合密封副组合件40高度基本相匹配的部分圆周实体，这部分在柱塞阀关闭时(介质停止输入状态时)的密封组件内表面将完全被遮罩(如附图1)将柱塞阀关闭。其中，所述下部空间圆柱体154是一个与金属包覆型密封环组合件30或者是组合密封副组合件40高度基本相匹配的部分圆周实体，这部分在柱塞阀开启时(介质输入状态时)的密封组件内表面将完全被遮罩(如附图2)，以至于介质不会对密封件产生冲刷的损害。

在本实施例中，保证阀杆13不得从阀盖7向外散发介质在轴套9抵压在上填料10、下填料12上获得，其中，能够始终可靠获得的预加载密封力的方式是通过所述上填料10与下填料12以滑动的锥形密封面提供，相互之间维系长期使用会发生不利于滑动变形的控制由锥形环11来保证。

以上的所述乃是本发明的具体实施例及所运用的技术原理，若依本发明的构想所作的改变，其所产生的功能作用仍未超出说明书及附图所涵盖的精神时，仍应属本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀，其特征在于，包括：阀体(1)、金属包覆密封环(2)、密封填料(3)、螺柱(4)、螺母(5)、间隔架(6)、阀盖(7)、阀杆螺母(8)、填料压套(9)、上填料(10)、锥形环(11)、下填料(12)、阀杆(13)、密封圈(14)、柱塞(15)、金属密封件(16)、聚合物密封件(17)；所述的密封填料(3)填充在金属包覆密封环(2)内，构成金属包覆型密封环组合件(30)；所述的金属密封件(16)与聚合物密封件(17)相互层叠，构成组合密封副组合件(40)；所述的阀体(1)分别与金属包覆型密封环组合件(30)、组合密封副组合件(40)连接；所述的阀体(1)通过螺柱(4)、螺母(5)与阀盖(7)相连接；所述的间隔架(6)的上下两端分别与密封圈(14)、金属包覆型密封环组合件(30)、组合密封副组合件(40)相连；阀杆(13)分别与阀杆螺母(8)、柱塞(15)连接，阀盖(7)连接有阀杆螺母(8)，由此来控制阀杆(13)与柱塞(15)在阀启闭柱塞的行程，所述的填料压套(9)、上填料(10)、锥形环(11)、下填料(12)构成密封面组件，用于防止介质从阀体(1)通过阀杆(13)流入到阀盖(7)的外部。

2.根据权利要求1所述的一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀，其特征在于：所述的阀体(1)上带有介质入口(101)、介质出口(102)、第一工作腔室(103)、第二工作腔室(104)、阀体锥面(105)、台阶孔端面(106)。

3.根据权利要求1所述的一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀，其特征在于：所述的柱塞(15)上带有介质流入/流出口I(151)、介质流入/流出口II(152)、圆柱状支撑体(153)、下部空间圆柱体(154)、封闭的顶部结构件(155)、外圆(156)；圆柱状支撑体(153)分别与下部空间圆柱体(154)、封闭的顶部结构件(155)连接，圆柱状支撑体(153)、下部空间圆柱体(154)、封闭的顶部结构件(155)三者连接形成的腔室即为介质流入/流出口I(151)，在所述圆柱状支撑体(153)、下部空间圆柱体(154)的外周圆向内形成若干个介质流入/流出口II(152)；外圆(156)分别与金属包覆型密封环组合件(30)、组合密封副组合件(40)相连接。

4.根据权利要求3所述的一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀，其特征在于：所述的柱塞具有介质流入/流出口，并在柱塞阀打开和关闭之间可选择的与金属包覆密封环、组合密封环自动切换成开放或者关闭流道。

5.根据权利要求1所述的一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀，其特征在于：所述的金属包覆型密封环组合件(30)由金属包覆密封环(2)和密封填料(3)组成，密封填料(3)采用耐高温的高弹性材料，密封填料(3)覆盖在金属包覆密封环(2)上；金属包覆型密封环组合件(30)与柱塞(15)在预配状态下被固定在阀体(1)的锥面(105)中，其中金属包覆型密封环组合件(30)分别与间隔架(6)的端面、阀体(1)的台阶孔端面(106)接触连接；金属包覆型密封环组合件(30)与柱塞(15)通过必须过盈配合方式接触并形成一定的密封比压；金属包覆型密封环组合件(30)与阀体(1)的阀体锥面(105)接触，并通过阀盖(7)向下移动带动间隔架(6)下压。

6.根据权利要求5所述的一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀，其特征在于：所述金属包覆密封环(2)采用耐腐蚀的铬镍钢或更高级的合金材料；所述密封填料(3)采用柔性石墨材料或软质聚合物弹性材料。

7.根据权利要求1所述的一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀，其特征在于：所述的组合密封副组合件(40)是由金属密封件(16)与聚合物密封件(17)通过胶接的方式形成组合预备件，再进行机械加工得到；其中，金属密封件(16)与聚合物密封件(17)分别有三层层叠在一起；所述组合密封副组合件(40)分别与间隔板(6)的端面和阀体(1)的台阶孔端面(106)接触；组合密封副组合件(40)与柱塞(15)通过必须过盈配合方式接触并形成一定的密封比压，组合密封副组合件(40)与阀体(1)的阀体锥面(105)接触，并通过阀盖(7)向下移动带动间隔架(6)下压。

8.根据权利要求7所述的一种金属包覆型密封环以及组合密封副的柱塞阀，其特征在于：所述的金属密封件(16)的加工方式为冲压件加工，材料采用耐腐蚀材料的铬镍钢；聚合物密封件(17)采用柔性石墨材料或软质聚合物弹性材料。

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