CN115773386B - 一种用于深海球阀的密封设备及工艺 - Google Patents

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Abstract

本发明属于深海阀门密封技术领域,特别涉及一种用于深海球阀的密封设备及工艺,包括阀体、花冠弹簧、上游阀件、阀盖、压盖、阀杆、M型密封环、阀芯和下游阀件;本发明所采用的M型密封环制造成本低,可根据压力等级需求和轴向空间大小,用销钉连接多个M型金属密封环,亦可改变M型密封环的唇口方向隔绝内部介质和外部海水,实现阀杆的双向密封;本发明中的滑环具有自润滑性好的优点,可减小摩擦,提高密封效果,副密封唇可以阻挡来着管道中的介质杂质,防止对密封结构的刮伤,可根据滑环安装方向的不同实现双向密封。

Description

一种用于深海球阀的密封设备及工艺
技术领域
本发明属于深海阀门密封技术领域,特别涉及一种用于深海球阀的密封设备及工艺。
背景技术
深海为高压环境,阀杆密封结构失效是深海球阀水下工作面临的最大挑战,普通阀门只受内部介质压力作用,只要设置可靠的单向密封保证介质不会外漏,但深海阀门还承受外部深海水压,必须设置双向密封,保证外部海水不会通过阀杆密封进入阀门内部。另一方面,海水粘度较之石油相对较低,会增大海水进入到阀门内部的可能性。此外,由于深海球阀在深海环境中工作不易维修,需保证密封结构具有长效的使用寿命。目前,存在的一些密封结构无法满足深海高压密封条件,且容易出现受摩擦、腐蚀等因素影响造成密封结构失效的情况。
发明内容
本发明的目的在于发明一种用于深海球阀的密封设备及工艺,避免深海球阀在内外高压下阀杆密封处出现密封结构失效的情况。
为了解决上述问题,本发明采用以下技术方案,一种用于深海球阀的密封设备,包括阀体、花冠弹簧、上游阀件、阀盖、压盖、阀杆、M型密封环、阀芯和下游阀件,上游阀件和下游阀件均设置于阀体内,上游阀件和下游阀件之间设置有阀芯,阀盖设于阀体的上端,压盖设于阀盖的上端,阀盖的中部开设有孔洞,阀杆贯穿孔洞后于阀芯上端连接,M型密封环套设于阀杆上。
下游阀件和上游阀件结构相同,其中下游阀件由游阀座、阀座环、垫环、泄压环、阀座密封环、滑环和O型环组成。滑环上设置有主密封唇和副密封唇,主密封唇为梯形结构,副密封唇为矩形结构。滑环安装在阀座密封环上,阀座密封环安装在游阀座上,滑环唇口与阀体和游阀座表面均相接触,滑环内部安装有O型环,根据内部介质流向,设置安装方向相反的滑环实现游阀座的双向密封,游阀座上还设置有阀座环和泄压环,阀座环和泄压环之间链接有垫环,阀体和游阀座上均开设有用于安装花冠弹簧的孔槽。
优选的,所述M型密封环由M型环、横向弹簧、定位销、轴向弹簧和隔尘圈组成。M型环采用唇形结构,M型环左右腔室连接部位钻取有若干通孔,通孔两侧的唇形圈上钻取有弹簧安装孔,横向弹簧通过通孔安装于相对的弹簧安装孔之间,M型环的外圈套装有隔尘圈,M型环上端中部设置有定位销,M型环的上端钻取有若干个沿其周向均匀排布的弹簧链接孔,弹簧链接孔内安装有轴向弹簧。
优选的,所述花冠弹簧由对称花冠组成,其截面的对称中心为花冠弹簧的受力原点。内部有多道弧形花冠提够弹簧的弹力,每道弧形花冠之间具有一定的张角,在花冠顶部和底部设有环形支承圈,用于增大弹簧受力面积。可根据孔槽安装孔径改变花冠弹簧的环形圈数以及环形支撑圈的面积改变弹簧张紧力。
优选的,还包括环形安装件,环形安装件由环形把手、导向杆、套筒和压块组成,套筒内部滑动安装有压块,压块的上端安装有导向杆,导向杆的上端安装有环形把手,阀盖的上端开设有与孔洞同轴心且位于孔洞上方的环状安装沟槽。
此外,本发明还提供了一种用于深海球阀的密封设备的密封工艺,包括以下步骤:
S1、阀门内部零件组装:先将上游阀件和下游阀件安置在阀体内部,阀体和上游阀件、下游阀件上的孔槽相对齐,便于花冠弹簧的安装,在完成花冠弹簧的预安装之后装入阀座环;
S2、成型安装:利用柔性卡环将上游阀件和下游阀件压向两侧,利用上游阀件和下游阀件之间产生的空间装入阀芯,并将上游阀件和下游阀件上的阀座环螺纹旋紧,然后通过螺栓和螺母将阀盖安装在阀体上,紧接着将阀杆通过阀盖的孔洞安装在阀芯顶部;
S3、密封安装:阀杆上的M型密封环通过环形安装件安装在阀盖上的环形安装沟槽内,根据压力大小设置相应数量的M型密封环,根据开口方向的不同,使相邻M型密封环反向安装达到双向密封效果,相邻M型密封环之间采用金属挡环分隔开,随后将压盖套在阀杆上并通过螺栓和螺母安装在阀盖上,通过压盖将由多个M型密封环组成的密封结构压紧。
本发明的有益效果在于:
1、本发明所采用的M型密封环制造成本低,可根据压力等级需求和轴向空间大小,用销钉连接多个M型金属密封环,亦可改变M型密封环的唇口方向隔绝内部介质和外部海水,实现阀杆的双向密封。
2、本发明中的M型密封环的两侧采用唇形密封结构并用横向弹簧提供预紧力,在介质压力较小时,可通过唇形密封结构本身的张紧力和横向弹簧提供的预紧力实现密封;当介质压力增大时,由于受内部介质压力的作用,横向弹簧可为唇形密封提供更多的张紧力,实现高压密封效果。
3、本发明中的滑环具有自润滑性好的优点,可减小摩擦,提高密封效果,副密封唇可以阻挡来着管道中的介质杂质,防止对密封结构的刮伤,可根据滑环安装方向的不同实现双向密封。
4、本发明采用环形安装装置按压安装M型密封环,最大限度的减少了对密封结构的损伤,安装简单便捷整。
5、本发明中的花冠弹簧轴向压缩量小、对中性好,可提够较大的弹簧预紧力,使用寿命长。
附图说明
下面结合附图和实施例对本发明进一步说明。
图1是本发明的立体结构示意图。
图2是本发明中花冠弹簧的立体结构示意图。
图3是本发明中花冠弹簧的截面图。
图4是本发明中M型密封环的结构示意图。
图5是本发明中下游阀座的结构示意图。
图6是本发明中环形安装件、阀杆和阀盖的结构示意图。
图7是本发明中环形安装件的结构示意图。
图8是本发明的工艺示意图。
图中:1、阀体;2、花冠弹簧;3、上游阀件;4、阀盖;5、压盖;6、阀杆;7、M型密封环;8、阀芯;9、下游阀件;9-1、游阀座;9-2、阀座环;9-3、垫环;9-4、泄压环;9-5、阀座密封环;9-6、滑环;9-7、O型环;7-1、M型环;7-2、横向弹簧;7-3、定位销;7-4、轴向弹簧;7-5、隔尘圈;10-1、环形把手;10-2、导向杆;10-3、套筒;10-4、压块。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的实施例进行详细说明,但是本发明可以由权利要求限定和覆盖的多种不同方式实施。
参阅图1,一种用于深海球阀的密封设备,包括阀体1、花冠弹簧2、上游阀件3、阀盖4、压盖5、阀杆6、M型密封环7、阀芯8和下游阀件9,上游阀件3和下游阀件9均设置于阀体1内,上游阀件3和下游阀件9之间设置有阀芯8,阀盖4设于阀体1的上端,压盖5设于阀盖4的上端,阀盖4的中部开设有孔洞,阀杆6贯穿孔洞后于阀芯8上端连接,M型密封环7套设于阀杆6上。
参阅图4,M型密封环7由M型环7-1、横向弹簧7-2、定位销7-3、轴向弹簧7-4和隔尘圈7-5组成。M型环7-1采用唇形结构,在张紧力的作用下其两侧的密封唇会紧紧压在阀门结构上,随着M型环7-1腔室的介质压力的增大,唇形接触面间的接触应力越大,实现高压密封,具有自密封性;M型环7-1左右腔室连接部位钻取有若干通孔,并在通孔两侧的唇形圈上钻取具有一定深度的弹簧安装孔,横向弹簧7-2通过通孔安装于相对的弹簧安装孔之间。通孔可平衡左右腔室的介质压力,保证左右唇封受力均匀,提高密封装置的对中性,横向弹簧7-2可提供预紧力,在M型环7-1左右腔室内部压力较小或没有时,保证密封唇的密封效果,避免在初始压力不足的情况下造成介质泄露;M型环7-1的外圈套装有隔尘圈7-5,可阻止介质内部杂质进入结构内部造成密封面刮伤,避免密封结构失效,影响密封效果。根据压力大小可设置多个M型密封环7,实现在高压下的可靠密封。M型环7-1上端中部设置有定位销7-3,M型环7-1之间通过定位销7-3连接,提高M型密封环7之间的对中性,M型环7-1的上端钻取有若干个沿其周向均匀排布的弹簧链接孔,弹簧链接孔内安装有轴向弹簧7-4,防止M型环7-1在轴向位置发生窜动。M型环7-1与阀杆6相接触的密封面上喷涂有具有自润滑效果的材料,减少阀杆6转动造成的转动力矩。由于同时受内部介质压力和外部海水压力,可将M型密封环7整体反向安装,实现双向密封效果,相邻M密封圈之间采用金属挡环分隔开。
参阅图5,下游阀件9和上游阀件3结构相同,其中下游阀件9由游阀座9-1、阀座环9-2、垫环9-3、泄压环9-4、阀座密封环9-5、滑环9-6和O型环9-7组成。滑环9-6上设置有主密封唇和副密封唇,主密封唇为梯形结构,副密封唇为矩形结构。滑环9-6安装在阀座密封环9-5上,阀座密封环9-5安装在游阀座9-1上,滑环9-6唇口与阀体1和游阀座9-1表面均相接触,滑环9-6内部安装有O型环9-7,根据内部介质流向,设置安装方向相反的滑环9-6实现游阀座9-1的双向密封,游阀座9-1上还设置有阀座环9-2和泄压环9-4,阀座环9-2和泄压环9-4之间链接有垫环9-3,滑环9-6采用具有自润滑效果的材料,O型环9-7采用压缩性能好的材料;阀体1和游阀座9-1上均开设有用于安装花冠弹簧2的孔槽。
参阅图2和图3,花冠弹簧2由对称花冠组成,其截面的对称中心为花冠弹簧2的受力原点。内部有多道弧形花冠提够弹簧的弹力,每道弧形花冠之间具有一定的张角,在花冠顶部和底部设有环形支承圈,用于增大弹簧受力面积。可根据孔槽安装孔径改变花冠弹簧2的环形圈数以及环形支撑圈的面积改变弹簧张紧力。
参阅图6和图7,还包括环形安装件10,环形安装件10由环形把手10-1、导向杆10-2、套筒10-3和压块10-4组成,套筒10-3内部滑动安装有压块10-4,压块10-4的上端安装有导向杆10-2,导向杆10-2的上端安装有环形把手10-1,阀盖4的上端开设有与孔洞同轴心且位于孔洞上方的环状安装沟槽。
将M型密封环7放置在套筒10-3内部后,使环形把手10-1、压块10-4和M型密封环7均套在阀杆6上,然后按压环形把手10-1,在导向杆10-2和压块10-4的作用下将套筒10-3内部的M型密封环7压进阀盖4上的环形安装沟槽内,整体安装方式简单、安装难度低,减小对密封结构的损伤,同时可限制环形安装件10在径向方向上的移动,提高安装精度。
使用上述所述密封设备对深海球阀进行密封的密封工艺,包括以下步骤:
S1、阀门内部零件组装:先将上游阀件3和下游阀件9安置在阀体1内部,阀体1和上游阀件3、下游阀件9上的孔槽相对齐,便于花冠弹簧2的安装,在完成花冠弹簧2的预安装之后装入阀座环9-2。
S2、成型安装:利用柔性卡环将上游阀件3和下游阀件9压向两侧,利用上游阀件3和下游阀件9之间产生的空间装入阀芯8,并将上游阀件3和下游阀件9上的阀座环9-2螺纹旋紧,然后通过螺栓和螺母将阀盖4安装在阀体1上,紧接着将阀杆6通过阀盖4的孔洞安装在阀芯8顶部。
S3、密封安装:阀杆6上的M型密封环7通过环形安装件10安装在阀盖4上的环形安装沟槽内,根据压力大小设置相应数量的M型密封环7,各M型密封环7之间通过定位销7-3连接,根据开口方向的不同,使相邻M型密封环7反向安装,双向密封效果,相邻M型密封环7之间采用金属挡环分隔开,随后将压盖5套在阀杆6上并通过螺栓和螺母安装在阀盖4上,通过压盖5将由多个M型密封环7组成的密封结构压紧,在旋紧螺母时要对向旋紧,保证贴合面的受力均匀。
此外,应当理解,虽然本说明书按照实施方式加以描述,但并非每个实施方式仅包含一个独立的技术方案,说明书的这种叙述方式仅仅是为清楚起见,本领域技术人员应当将说明书作为一个整体,各实施例中的技术方案也可以经适当组合,形成本领域技术人员可以理解的其他实施方式。

Claims (3)

1.一种用于深海球阀的密封设备,其特征在于:包括阀体(1)、花冠弹簧(2)、上游阀件(3)、阀盖(4)、压盖(5)、阀杆(6)、M型密封环(7)、阀芯(8)和下游阀件(9),上游阀件(3)和下游阀件(9)均设置于阀体(1)内,上游阀件(3)和下游阀件(9)之间设置有阀芯(8),阀盖(4)设于阀体(1)的上端,压盖(5)设于阀盖(4)的上端,阀盖(4)的中部开设有孔洞,阀杆(6)贯穿孔洞后于阀芯(8)上端连接,M型密封环(7)套设于阀杆(6)上;
所述M型密封环(7)由M型环(7-1)、横向弹簧(7-2)、定位销(7-3)、轴向弹簧(7-4)和隔尘圈(7-5)组成;M型环(7-1)采用唇形结构,M型环(7-1)左右腔室连接部位钻取有若干通孔,通孔两侧的唇形圈上钻取有弹簧安装孔,横向弹簧(7-2)通过通孔安装于相对的弹簧安装孔之间,M型环(7-1)的外圈套装有隔尘圈(7-5),M型环(7-1)上端中部设置有定位销(7-3),M型环(7-1)的上端钻取有若干个沿其周向均匀排布的弹簧链接孔,弹簧链接孔内安装有轴向弹簧(7-4);
下游阀件(9)和上游阀件(3)结构相同,其中下游阀件(9)由游阀座(9-1)、阀座环(9-2)、垫环(9-3)、泄压环(9-4)、阀座密封环(9-5)、滑环(9-6)和O型环(9-7)组成;滑环(9-6)上设置有主密封唇和副密封唇,主密封唇为梯形结构,副密封唇为矩形结构;滑环(9-6)安装在阀座密封环(9-5)上,阀座密封环(9-5)安装在游阀座(9-1)上,滑环(9-6)唇口与阀体(1)和游阀座(9-1)表面均相接触,滑环(9-6)内部安装有O型环(9-7) ,根据内部介质流向,设置安装方向相反的滑环(9-6)实现游阀座(9-1)的双向密封,游阀座(9-1)上还设置有阀座环(9-2)和泄压环(9-4),阀座环(9-2)和泄压环(9-4)之间链接有垫环(9-3),阀体(1)和游阀座(9-1)上均开设有用于安装花冠弹簧(2)的孔槽;
还包括环形安装件(10),环形安装件(10)由环形把手(10-1)、导向杆(10-2)、套筒(10-3)和压块(10-4)组成,套筒(10-3)内部滑动安装有压块(10-4),压块(10-4)的上端安装有导向杆(10-2),导向杆(10-2)的上端安装有环形把手(10-1),阀盖(4)的上端开设有与孔洞同轴心且位于孔洞上方的环状安装沟槽。
2.根据权利要求1所述一种用于深海球阀的密封设备,其特征在于:所述花冠弹簧(2)由对称花冠组成,其截面的对称中心为花冠弹簧(2)的受力原点;内部有多道弧形花冠提够弹簧的弹力,每道弧形花冠之间具有一定的张角,在花冠顶部和底部设有环形支承圈,用于增大弹簧受力面积;可根据孔槽安装孔径改变花冠弹簧(2)的环形圈数以及环形支撑圈的面积改变弹簧张紧力。
3.根据权利要求1所述的一种用于深海球阀的密封设备,其特征在于:使用上述所述密封设备对深海球阀进行密封的密封工艺,包括以下步骤:
S1、阀门内部零件组装:先将上游阀件(3)和下游阀件(9)安置在阀体(1)内部,阀体(1)和上游阀件(3)、下游阀件(9)上的孔槽相对齐,便于花冠弹簧(2)的安装,在完成花冠弹簧(2)的预安装之后装入阀座环(9-2);
S2、成型安装:利用柔性卡环将上游阀件(3)和下游阀件(9)压向两侧,利用上游阀件(3)和下游阀件(9)之间产生的空间装入阀芯(8),并将上游阀件(3)和下游阀件(9)上的阀座环(9-2)螺纹旋紧,然后通过螺栓和螺母将阀盖(4)安装在阀体(1)上,紧接着将阀杆(6)通过阀盖(4)的孔洞安装在阀芯(8)顶部;
S3、密封安装:阀杆(6)上的M型密封环(7)通过环形安装件(10)安装在阀盖(4)上的环形安装沟槽内,根据压力大小设置相应数量的M型密封环(7),根据开口方向的不同,使相邻M型密封环(7)反向安装达到双向密封效果,相邻M型密封环(7)之间采用金属挡环分隔开,随后将压盖(5)套在阀杆(6)上并通过螺栓和螺母安装在阀盖(4)上,通过压盖(5)将由多个M型密封环(7)组成的密封结构压紧。
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