CN115773384B - 一种高温硬密封耐磨球阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及密封球阀领域，具体的说是一种高温硬密封耐磨球阀；包括外壳体、凹垫圈、凸垫圈、密封圈、阀球和阀头，所述外壳体包括左半壳体和右半壳体，所述左半壳体右端固定安装有密封圈和凹垫圈，所述右半壳体右端固定安装有密封圈和凸垫圈，所述凹垫圈采用焊接的方式固定连接左半球壳的右端，所述凹垫圈上开设有若干紧固槽，所述凸垫圈采用焊接的方式固定连接右半球壳的左端，所述凸垫圈上设有若干紧固块，所述紧固槽和紧固块形状为螺旋形且可拆卸；本发明通过通过设置螺旋形的紧固槽和紧固块啮合，并紧固槽的热膨胀宽度小于紧固块，由此使得二者啮合的更加紧固，以此达到高温、震动情况下依旧保持良好密封性能的目的。

Description

一种高温硬密封耐磨球阀

技术领域

本发明涉及密封球阀领域，具体的说是一种高温硬密封耐磨球阀。

背景技术

球阀是一种广泛应用流体传输控制中的阀门，它仅仅需要旋转90°的细微操作便能实现严密闭合，非常适合作为流体管道中的开关阀、切断阀使用；在各式球阀当中三段式浮动球球阀又因为其结构简单，故障率低，被广泛的用于石油运输、化工、水利、造纸、电力等领域当中。

三段式球阀的密封性能对其来说尤为重要，然而在高温、高压等复杂的环境下，两段壳体的接触面容易因高温导致的热胀冷缩，导致接触面发生形变，从而导致接触面贴合得不再严丝合缝，最终导致球阀密封效果下降，甚至导致传输的流体发生泄漏。

而在三段式球阀遭遇内部流体流速压力的激变时，会导致导致的球阀的外壳体发生震动等情况，这些震动会导致两端球阀的接触面发生细微的位移、错位甚至分离，这些位移可能会导致球阀的部件体发生损伤，进而导致球阀发生泄漏等情况。

针对三段式球阀的密封问题，宁波丰基特种阀门有限公司发明了一种高密封球阀，该发明的公开号为CN103953797B，公开日期为2015.12.16；费希尔控制国际公司发明了一种浮动球阀密封件，该发明的公开号为CN104791512B，公开日期为2019.09.06；浙江信泰阀门有限公司发明了一种全密封零泄漏球阀，该发明公开号为CN102278494A，公开日期为2011.12.14。

然而，现有技术中针对于高温工况下的球阀的设计大多数为工作环境在250℃-400℃之间，所以在面对425℃特高温工况下球阀容易因热胀效应导致球阀的壳体发生膨胀，进而导致球阀两段壳体接触面的密封性能发生下降，导致球阀发生泄漏，造成不必要的损失。

同时，在阀内流体的流速和压力发生变化时，会引发球阀发生细微高频的震动，这些震动会导致密封口发生些许位移或者错位，使球阀本身的部件发生损伤并导致球阀发生泄漏；严重时甚至会导致球阀的壳体发生形变，以至于影响到其他零部件使整个球阀报废，容易造成安全事故。

最后，在不拆开球阀的情况下无法发觉球阀内部产生裂隙等损伤，这些小损伤在不被外界察觉并处理的情况下会导致球阀内部产生泄漏，这些泄漏的物质会损害球阀的部件，最终导致小损伤演变成大损失，进而引发更大的影响破坏和经济损失；然而现有技术通常采用定期巡检的方式来探测球阀内部细小的损伤，然而这样的方式并不能第一时间发现损伤并处理，进而导致损伤发生进一步扩大。鉴于此，为了克服上述技术问题，本发明设计了一种高温硬密封耐磨球阀，解决了上述技术问题。

发明内容

本发明技术目标是：可以在高温、震动情况下依旧保持良好密封性能的、具有监测预警功能的高密封性能球阀。

为了实现上述目的，本发明提供如下技术方案：

本发明提供的一种高温硬密封耐磨球阀，包括外壳体、凹垫圈、凸垫圈、密封圈、阀球和阀头，本发明为O型全通径浮动球球阀，其外壳体及阀球喷涂耐磨涂层，外壳体材质为F316H，操作温度为≤550℃；

所述外壳体包括左半壳体和右半壳体，所述左半壳体右端固定安装有密封圈和凹垫圈，所述右半壳体右端固定安装有密封圈和凸垫圈，所述凹垫圈采用焊接的方式固定连接左半球壳的右端；所述凹垫圈上开设有若干紧固槽，所述凸垫圈采用焊接的方式固定连接右半球壳的左端，所述凸垫圈上设有若干紧固块。

所述左半壳体和右半壳体两者端面相贴，所述紧固槽和紧固块啮合，通过紧固槽和紧固块贴合可以使左半壳体和右半壳体贴合得更加牢靠，避免因发生震动而导致左半壳体和右半壳体分离开或因产生微小位移进而导致发生错位现象；所述左半壳体和右半壳体通过螺栓螺母固定。

所述密封圈与阀球转动连接，所述密封圈的作用在于与阀球更好的贴合，所述阀杆穿过左半壳体并与之转动连接，所述阀杆与阀球固定连接，通过驱动阀杆围绕自身转轴转动可以使阀球随之转动，以此控制球阀的开启和关闭。

所述紧固槽和紧固块形状为螺旋形；所述紧固槽和紧固块分别为逆时针和顺时针布置，二者形状相同，因此可以在相对时恰好可以咬合；

针对球阀可能发生的震动等情况，为了避免出现紧固块发生损坏等情况，将所述紧固块设计为可拆卸式，所述凸垫圈上设有安装槽，紧固块通过安装槽固定连接在凸垫圈上。

所述安装槽的槽口宽底部窄，所述凹垫圈采用马氏体不锈钢材质。这样的设计是为了使紧固块安装得更加紧实，不会因为球阀震动导致紧固块相对安装槽的位移导致紧固块发生脱落。

所述紧固块采用奥氏体不锈钢材质；所述凸垫圈采用马氏体不锈钢材质。由于奥氏体不锈钢的热膨胀系数比马氏体不锈钢的热膨胀系数大，因此在球阀内部通入高温气体时并使球阀各部件都因受热而膨胀时，所述紧固槽的热膨胀宽度小于紧固块，由此使得二者啮合的更加紧固。所述所述凹垫圈上开设若干圆弧形散热孔，所述散热孔两端均开向凹垫圈外侧；所述散热孔主要用于给凹垫圈降温，使得凹垫圈内部温度低于凸垫圈内部温度，由此使得其热膨胀程度小于凸垫圈。

所述散热孔一端粗另一端细，所述散热孔粗端直径0.8mm，所述散热孔细端直径0.3mm。

所述凹垫圈侧面上可设有出气孔，所述出气孔贯穿凹垫圈内外两侧，所述出气孔上端转动连接有旋转头；设计出气孔和旋转头的目的在于使球阀内部发生损坏、裂隙、错位等情况导致高温流体发生内部泄漏时工作人员在外界便可得到预警。

本发明的有益效果如下：

1.本发明的一种高温硬密封耐磨球阀，通过设置螺旋形的紧固槽和紧固块啮合配合使左半壳体和右半壳体贴合得更加牢靠，避免因发生震动而导致左半壳体和右半壳体分离开或因产生微小位移进而导致发生错位现象。

2.本发明的一种高温硬密封耐磨球阀，所述紧固块采用奥氏体不锈钢材质；所述凸垫圈采用马氏体不锈钢材质。由于奥氏体不锈钢的热膨胀系数比马氏体不锈钢的热膨胀系数大，因此在球阀内部通入高温气体时并使球阀各部件都因受热而膨胀时，所述紧固槽的热膨胀宽度小于紧固块，由此使得二者啮合的更加紧固。

3.本发明的一种高温硬密封耐磨球阀，所述紧固块采用可拆卸式设计，当遇到球阀震动等情况时，由于紧固块采用可拆卸式设计，这样导致了紧固块在承受剧烈突变的横向剪应力可以使紧固块子啊安装槽内产生些许位移，通过这些位移抵消掉震动，从而避免发生损坏影响密封效果。

4.本发明的一种高温硬密封耐磨球阀，阀球、外壳体或者密封圈发生微小裂隙、损坏，或者阀球和密封圈之间发生间隙，并导致球阀内部的高温流体少量泄漏至阀球和外壳体之间时，少量高温流体会顺着出气孔流出球阀内部，进而带动旋转头发生旋转；当操作人员观察到旋转头发生旋转时既可判断球阀内部发生损坏，进而对球阀进行修理更换，这样的设计使外界人员无需拆开球阀便可准确的察觉的球阀内部是否发生损坏，并在球阀损坏扩大造成更大损失之前修复细小损坏。

附图说明

为了更清楚地说明本发明具体实施方式或现有技术中的技术方案，下面将对具体实施方式或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图是本发明的一些实施方式，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，还可以根据这些附图获得其他的附图。

图1是本发明的主体结构示意图一；图2是本发明的主体结构示意图二；

图3是本发明的左、右半壳体组装示意图；

图4是本发明的正面剖视图；

图5是本发明的凹垫圈示意图；

图6是本发明的凸垫圈示意图；

图7是本发明的凸垫圈剖视局部示意图；

图8是本发明的俯视剖视图；

图9是本发明的旋转头示意图；

图10是本发明的阀杆阀球连接示意图。

图中：外壳体1、左半壳体11、右半壳体12、凹垫圈2、紧固槽21、散热孔22、出气孔23、凸垫圈3、紧固块31、安装槽32、密封圈4、阀球5、定位孔51、阀杆6、定位块61、旋转头7。

具体实施方式

为了更好的理解上述技术方案，下面将结合说明书附图以及具体的实施方式对上述技术方案进行详细的说明。

在高温环境下，由于温度过高导致球阀发生膨胀，进而导致球阀两段壳体接触面的密封性能发生下降，容易使球阀发生泄漏，因此需要一种耐特高温的密封耐磨球阀，而实施例1正好可以满足这种需求，可以在高温环境下有效的避免球阀受热膨胀所带来的负面效果；

实施例1：如图1、图2、图3和图4所示，一种高温硬密封耐磨球阀包括外壳体1、凹垫圈2、凸垫圈3、密封圈4、阀球5和阀杆6；所述外壳体1包括左半壳体11和右半壳体12，所述左半壳体11右端固定安装有密封圈4和凹垫圈2，所述右半壳体12右端固定安装有密封圈4和凸垫圈3，所述凹垫圈2采用焊接的方式固定连接左半球壳的右端；所述凹垫圈2上开设有若干紧固槽21，所述凸垫圈3采用焊接的方式固定连接右半球壳的左端，所述凸垫圈3上设有若干紧固块31。

所述左半壳体11和右半壳体12两者端面相贴，所述紧固槽21和紧固块31啮合，通过紧固槽21和紧固块31贴合可以使左半壳体11和右半壳体12贴合得更加牢靠，避免因发生震动而导致左半壳体11和右半壳体12分离开或因产生微小位移进而导致发生错位现象；所述左半壳体11和右半壳体12通过螺栓螺母固定。

所述密封圈4与阀球5转动连接，所述密封圈4的作用在于与阀球5更好的贴合，所述阀杆6穿过左半壳体11并与之转动连接，所述阀杆6与阀球5固定连接，通过驱动阀杆6围绕自身转轴转动可以使阀球5随之转动，以此控制球阀的开启和关闭。安装的时候先将阀球5放入左半壳体11中，随后调节其姿态，使之与左半壳体11上的密封圈4紧密贴合，且阀球5开口正对左半壳体11的圆口，随后将阀杆6插入左半壳体11顶部的通孔之中，调节阀杆6和阀球5位置使二者连接好；随后将右半壳体12与左半壳体11闭合，使凹垫圈2与凸垫圈3紧密贴合，并使紧固槽21和紧固块31啮合，以此确保不会因发生震动而导致左半壳体11和右半壳体12分离开或因产生微小位移进而导致发生错位现象；最后通过螺栓螺母将左半壳体11和右半壳体12固定。

这样设计不仅安装简便，却通过紧固槽21和紧固块31贴合可以使左半壳体11和右半壳体12贴合得更加牢靠，避免因发生震动而导致左半壳体11和右半壳体12分离开或因产生微小位移进而导致发生错位现象；并且结构简单零部件少，因此降低了成本和故障率。

如图3、图5和图6所示，所述紧固槽21和紧固块31形状为螺旋形；所述紧固槽21和紧固块31分别为逆时针和顺时针布置，二者形状相同，因此可以在相对时恰好可以咬合；将紧固槽21和紧固块31形状设计为螺旋形的目的在于使得每一条紧固槽21和紧固块31在啮合时可以承受来自各个方向的剪应力，避免在遇到与紧固槽21和紧固块31长边方向相同的应力时发生位移甚至脱落现象，并且螺旋形的紧固槽21和紧固块31还可以在承受别的方向上的剪应力的时候将里的方向转向为向凹垫圈2和凸垫圈3的里侧。

如图5和图6所示，所述紧固块31采用奥氏体不锈钢材质；所述凸垫圈3采用马氏体不锈钢材质。由于奥氏体不锈钢的热膨胀系数比马氏体不锈钢的热膨胀系数大，因此在球阀内部通入高温气体时并使球阀各部件都因受热而膨胀时，所述紧固槽21的热膨胀宽度小于紧固块31，由此使得二者啮合的更加紧固。

如图5和图8所示，所述所述凹垫圈2上开设若干圆弧形散热孔22，所述散热孔22两端均开向凹垫圈2外侧；所述散热孔22主要用于给凹垫圈2降温，使得凹垫圈2内部温度低于凸垫圈3内部温度，由此使得其热膨胀程度小于凸垫圈3；因此在二者啮合并且球阀内部通入高温流体时，所述凹垫圈2的热膨胀程度小于凸垫圈3，因此会导致二者啮合的更加紧密，从而使左半球壳和右半球壳连接得更加牢靠，避免因受热膨胀而导致出现连接面形变进而导致的接触面错位等情况的发生。

如图8所示，所述散热孔22一端粗另一端细，所述散热孔22粗端直径0.8mm，所述散热孔22细端直径0.3mm；由于散热孔22一端的直径更大，因此该端单位长度下的表面积也更大，与空气接触多，散热更快，使得这一区域形成低温区，而散热孔22另一端直径小，与空气接触面积小，散热慢，使得这一区域形成高温区；根据热传导原理，热量从高温区向低温区扩散热量，因此使得散热孔22内的空气由散热孔22细部向着粗端移动，粗端的热空气向外部扩散，而散热孔22细端又从底部吸进外界空气，由此便完成了内部与外界空气的循环。通过这样的设计可以进一步降低凹垫圈2的温度，由此提高凹垫圈2和凸垫圈3的温度差，进而使凹垫圈2和凸垫圈3啮合得更加紧实。

如图1、图8和图9所示，所述凹垫圈2侧面上可设有出气孔23，所述出气孔23贯穿凹垫圈2内外两侧，所述出气孔23上端转动连接有旋转头7；设计出气孔23和旋转头7的目的在于使球阀内部发生损坏、裂隙、错位等情况导致高温流体发生内部泄漏时工作人员在外界便可得到预警。具体实施起来时当球阀内部的阀球5、外壳体1或者密封圈4发生微小裂隙、损坏，或者阀球5和密封圈4之间发生间隙，并导致球阀内部的高温流体少量泄漏至阀球5和外壳体1之间时，少量高温流体会顺着出气孔23流出球阀内部，进而带动旋转头7发生旋转；当操作人员观察到旋转头7发生旋转时既可判断球阀内部发生损坏，进而对球阀进行修理更换，这样的设计使外界人员无需拆开球阀便可准确的察觉的球阀内部是否发生损坏，并在球阀损坏扩大造成更大损失之前修复细小损坏。

如图10所示，所述阀杆6上设有定位块61，所述阀球5上开设有定位孔51，所述阀杆6和阀球5通过定位块61和定位孔51滑动连接，所述定位孔51和定位块61为带倒角的三棱柱；安装连接阀杆6和阀球5时只需要将阀杆6从左外壳体1顶部插入，使定位块61恰好插入定位孔51中既可完成阀杆6和阀球5的连接，随后盖上左半壳体11的密封盖，防止阀杆6发生脱落，由此完成整个阀杆6的安装连接工作。相比较传统的螺纹或者键连接这样的方式更加简单便捷，并且由于定位孔51和定位块61均为带倒角的三棱柱，因此在阀杆6带动阀球5转动时连接处有更大的受力面积，避免定位块61发生损坏，定位块61和定位孔51截面设计为三角形也使得连接更加稳定。

工作方式：安装的时候先将阀球5放入左半壳体11中，随后调节其姿态，使之与左半壳体11上的密封圈4紧密贴合，且阀球5开口正对左半壳体11的圆口，随后将阀杆6插入左半壳体11顶部的通孔之中，调节阀杆6和阀球5位置使二者连接好；随后将右半壳体12与左半壳体11闭合，使凹垫圈2与凸垫圈3紧密贴合，并使紧固槽21和紧固块31啮合，最后通过螺栓螺母将左半壳体11和右半壳体12固定。

所述紧固槽21和紧固块31分别为逆时针和顺时针的螺旋形，将紧固槽21和紧固块31形状设计为螺旋形的目的在于使得每一条紧固槽21和紧固块31在啮合时可以承受来自各个方向的剪应力，避免在遇到与紧固槽21和紧固块31长边方向相同的应力时发生位移甚至脱落现象，并且螺旋形的紧固槽21和紧固块31还可以在承受别的方向上的剪应力的时候将里的方向转向为向凹垫圈2和凸垫圈3的里侧。

所述紧固块31采用奥氏体不锈钢材质；所述凸垫圈3采用马氏体不锈钢材质。由于奥氏体不锈钢的热膨胀系数比马氏体不锈钢的热膨胀系数大，并且凹垫圈2上开设若干用于降低凹垫圈2温度的散热孔22；因此在球阀内部通入高温气体时并使球阀各部件都因受热而膨胀时，所述紧固槽21的热膨胀宽度小于紧固块31，由此使得二者啮合的更加紧固。

实施例1虽然解决了由于温度过高导致球阀发生膨胀，进而导致球阀的密封性能发生下降，容易使球阀发生泄漏的问题；但是在球阀内部流体的流速发生剧烈变化时会导致球阀发生剧烈的震动，而震动导致密封口发生些许位移或者错位，使球阀本身的部件发生损伤并导致球阀发生泄漏；严重时甚至会导致球阀壳体发生形变，以至于影响到其他零部件使整个球阀报废，容易造成安全事故；因此在流速经常发生激变的环境下，可以采用实施例2这种方式；

实施例2：如图6和图7所示，针对球阀可能发生的震动等情况，为了避免出现紧固块31发生损坏等情况，将所述紧固块31设计为可拆卸式，所述凸垫圈3上设有安装槽32，紧固块31通过安装槽32固定连接在凸垫圈3上。在左半壳体11和右半壳体12紧密贴合时，紧固块31和紧固槽21咬合，如果紧固块31采用刚性连接或者直接设计为一体化时，在遇到球阀震动等情况时，如果紧固块31容易因剧烈突变的横向剪应力而产生裂隙，进而发生损坏进而影响凸垫圈3和凹垫圈2的密封性能；而如果紧固块31采用可拆卸式设计则可以避免发生这一情况，当遇到球阀震动等情况时，由于紧固块31采用可拆卸式设计，这样导致了紧固块31在承受剧烈突变的横向剪应力可以使紧固块31子啊安装槽32内产生些许位移，通过这些位移抵消掉震动，从而避免发生损坏影响密封效果。

如图7所示，所述安装槽32的槽口宽底部窄，所述凹垫圈2采用马氏体不锈钢材质。这样的设计是为了使紧固块31安装得更加紧实，不会因为球阀震动导致紧固块31相对安装槽32的位移导致紧固块31发生脱落，并且由于凹垫圈2采用马氏体不锈钢材质，其热膨胀系数小于紧固块31，因此在球阀内部通入高温气体时并使球阀各部件都因受热而膨胀时，所述安装槽32的热膨胀宽度小于紧固块31，由此使得安装槽32夹持得更加紧固。

工作方式：所述紧固块31采用可拆卸式设计，当遇到球阀震动等情况时，由于紧固块31采用可拆卸式设计，这样导致了紧固块31在承受剧烈突变的横向剪应力可以使紧固块31子啊安装槽32内产生些许位移，通过这些位移抵消掉震动，从而避免发生损坏影响密封效果。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。本发明要求保护范围由所附的权利要求书及其等效物界定。

Claims (3)

1.一种高温硬密封耐磨球阀，包括外壳体(1)、凹垫圈(2)、凸垫圈(3)、密封圈(4)、阀球(5)和阀杆(6)，其特征在于：所述外壳体(1)包括左半壳体(11)和右半壳体(12)，所述左半壳体(11)右端固定安装有密封圈(4)和凹垫圈(2)，所述右半壳体(12)右端固定安装有密封圈(4)和凸垫圈(3)，所述凹垫圈(2)上开设有若干紧固槽(21)，所述凸垫圈(3)上设有若干紧固块(31)；所述左半壳体(11)和右半壳体(12)两者端面相贴，所述紧固槽(21)和紧固块(31)啮合，所述左半壳体(11)和右半壳体(12)通过螺栓螺母固定；所述密封圈(4)与阀球(5)转动连接，所述阀杆(6)穿过左壳体并与之转动连接，所述阀杆(6)与阀球(5)固定连接；

所述紧固槽(21)和紧固块(31)形状为螺旋形；

所述紧固块(31)为可拆卸式，所述凸垫圈(3)上设有安装槽(32)，紧固块(31)通过安装槽(32)固定连接在凸垫圈(3)上；

所述安装槽(32)的槽口宽底部窄，所述凹垫圈(2)采用马氏体不锈钢材质；

所述紧固块(31)采用奥氏体不锈钢材质；

所述凸垫圈(3)采用马氏体不锈钢材质；

所述凹垫圈(2)上开设若干圆弧形散热孔(22)，所述散热孔(22)两端均开向凹垫圈(2)外侧；

所述散热孔(22)一端大，另一端小。

2.根据权利要求1所述的一种高温硬密封耐磨球阀，其特征在于：所述凹垫圈(2)侧面上可设有出气孔(23)，所述出气孔(23)贯穿凹垫圈(2)内外两侧，所述出气孔(23)上端转动连接有旋转头(7)。

3.根据权利要求2所述的一种高温硬密封耐磨球阀，其特征在于：所述阀杆(6)上设有定位块(61)，所述阀球(5)上开设有定位槽，所述阀杆(6)和阀球(5)通过定位块(61)和定位槽滑动连接，所述定位槽和定位块(61)为带倒角的三棱柱。