CN117927697B - 一种耐高温耐磨硬密封浮动球球阀 - Google Patents

Abstract

本发明涉及阀门，具体涉及一种耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，该球阀内的阀座可位移设置，与阀体之间形成有填料函，在填料函内装有碟形弹簧和石墨填料，石墨填料被碟形弹簧轴向挤压抵紧阀座，阀座也被碟形弹簧轴向挤压预紧贴合阀球；至少在上游端的填料函内还装有密封石墨填料，密封石墨填料在碟形弹簧轴向挤压抵紧阀体，或者被填料夹紧机构轴向挤压抵紧阀体。在介质压力作用下，利用两侧碟形弹簧对阀座的反作用力，可以调整阀座和阀球中心位置，从而减小阀杆的扭矩，防止阀球在高温下抱死；通过石墨填料与碟形弹簧的配合，可有效阻止通道中的高温介质和粉尘对碟形弹簧的影响，确保碟形弹簧提供持久的预紧力，进一步保证阀座密封的可靠性。

Description

一种耐高温耐磨硬密封浮动球球阀

技术领域

本发明涉及阀门，具体涉及一种耐高温耐磨硬密封浮动球球阀。

背景技术

球阀是一种通过旋转球体来控制流体流动的阀门。球阀通常采用球体作为阀体内部的关闭件，球体上设有一个圆形孔。当孔与管道轴线对齐时，阀门处于开启状态；当球体旋转使孔与管道轴线垂直时，阀门处于关闭状态。浮动球阀是球阀的一种类型，其特点是球体在阀体内浮动，通过流体的压力来实现密封。现有的浮动球阀结构中，按照密封原理及密封面材料分为软密封球阀和硬密封球阀。随着浮动球阀所用工况的生产工艺的变化，浮动球阀的使用工况越来越苛刻，尤其在高温工况下，软密封球阀受材料特性和阀门结构影响很难适用。而常见的硬密封浮动球阀大多为单向密封阀门，只能实现下游端密封，很难实现双向密封。在实际使用中，通常要求球阀双向均能长期稳定的密封。

为了实现浮动球阀双向均能长期稳定的密封，当前有技术方案通过在用于密封球体和阀腔之间的阀座密封副中设置弹簧，硬密封球阀的进口端采用螺旋弹簧提供预紧力进行密封，实现可靠的双向密封。然而，这种结构的防尘效果较差，特别是当中腔介质进入弹簧孔位置时，弹簧孔堵塞，使得弹簧无法理想地提供预紧力，从而影响阀门的密封性能。针对弹簧孔容易堵塞的问题，专利CN205908796U提供了一种解决方案，通过用碟形弹簧替换螺旋弹簧，可实现阀座处的防尘密封。这种改进避免了因粉尘导致弹簧堵塞而降低阀座密封性能的情况，提高了阀门的密封性能。然而，在高温工况下频繁开关时，进口端碟形弹簧预紧力受温度和介质交替压力影响，容易发生应力松弛。尤其是在高温环境下，进口端碟形弹簧直接暴露在高温介质中，受到高温介质的腐蚀和温度的影响，弹簧的预紧力逐渐减小，导致密封不稳定或泄漏。

为了解决高温介质对阀球进口端碟形弹簧的直接影响，专利CN116146741A提出了一种解决方案，其将弹性元件设计在腔体内，直接避免了碟形弹簧与高温介质的接触，并通过在第一阀体座腔的上下台阶外圆分别安装有一道防尘圈，有效地阻止介质及介质中颗粒进入第一阀座与第一阀体的间隙中，使与第一阀座相抵的弹性元件提供持久的预紧力，确保阀座密封可靠。但是，这种结构仍然存在一些不足，众所周知，防尘圈是利用其弹性变形和压缩性质，当受到外部压力时，会产生变形并填充密封槽，从而形成有效的密封，但防尘圈的耐热温度取决于所选用的防尘圈材料，即使是一些特殊材料如氟橡胶（FKM）或聚四氟乙烯（PTFE）等高温材料，其耐热温度也很难达到300°C以上，因此这种结构在面对更高温度的工况时，无法满足使用需求。而将防尘圈直接替换为更耐高温的石墨填料，仅仅依靠第一阀体座腔的上下台阶的抵接力，内腔面向通道密封效果难以保障。此外，在专利CN116146741A中在第二阀座与第二阀体处，为了阻止颗粒介质进入第二阀座与第二阀体的间隙中，通过内六角螺钉提供挡圈的压紧力。虽然密封效果得到有效提升，但这种设计也导致阀球磨损后下端阀座无法对阀球进行轴向补偿，使得阀球容易偏离难以满足阀座中心，增加阀杆需要的扭矩。因此，发明人认为目前的技术方案还难以满足高温、高磨损工况下的硬密封浮动球阀的应用要求，当前浮动球阀的结构设计还存在优化空间。

发明内容

本发明为了解决现有技术中的不足之处，提供一种耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，以在实现双向密封的基础上，解决上游端阀座和阀体处碟形弹簧易受高温介质的影响的问题，确保阀座密封的可靠性。

为解决上述技术问题，本发明采用如下技术方案：一种耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，包括具有用于介质流动通道的阀体；浮动设置在阀体内腔中的阀球，该阀球具有一个通孔；与阀球配合形成有密封面的阀座；部分附接在阀体上的阀杆，该阀杆连接阀球，旋转阀杆可驱动通孔连通或阻断通道的上游端和下游端；其中，该阀座可沿通道轴向位移，该阀座与阀体之间形成有填料函，该填料函内装有碟形弹簧和石墨填料，该石墨填料被碟形弹簧轴向挤压抵紧阀座，该阀座被碟形弹簧轴向挤压预紧贴合阀球；在上游端或/和下游填料函内还装有密封石墨填料，该密封石墨填料在碟形弹簧轴向压力下抵紧阀体，或者在填料夹紧机构的轴向压力下抵紧阀体，以在填料函靠近通道一侧的形成有效密封。

作为优选的实施方案，该阀座在填料函的左侧或/和右侧设有若干台阶部，该台阶部包括轴向设置的接触密封面密封面和径向设置的浮动面，其中，接触密封面密封面与阀体内壁沿着通道轴向方向往复滑动密封配合，浮动面与阀体的内侧壁之间间隙设置；这些台阶部与对应的填料函配合形成多层的阶梯结构。

作为优选的实施方案，在阀体与上游阀座配合形成的与通道接通的浮动间隙中，该阀体与上游阀座配合的一侧为锥面，该锥面的半径由远离阀球的一端逐渐增加至靠近阀球的一端。

作为优选的实施方案，阀杆从阀体内部穿出，该阀杆与阀体的阀杆密封部密封配合，该阀杆设有与阀杆密封部端部抵紧设置的限位部，该限位部的外径大于阀杆密封部的外径，以防止阀杆在介质压力下吹出；该限位部与阀杆密封部之间抵接有止推垫片。

作为优选的实施方案，该阀球和阀座的密封面均采用硬质合金层；阀球的密封面采用超音速冷喷涂技术喷涂硬质合金层，阀座的密封面采用堆焊硬质合金层；阀球的密封面的硬度≥55HRC，表面粗糙度≤Ra0.2；阀座的密封面和球体的密封面保持硬度差。

作为优选的实施方案，该填料夹紧机构设置在碟形弹簧与密封石墨填料间，该填料夹紧机构向密封石墨填料施加的轴向力，不随阀座的位移或阀球的浮动而减小。

作为优选的实施方案，该填料夹紧机构包括密封压环，该密封压环的外周侧设有外螺纹部，形成填料函的阀体内壁设有内螺纹部，该外螺纹部与内螺纹部相啮合，该密封压环可通过螺纹啮合的方式可沿着填料函轴向位移，对密封石墨填料施加轴向的压力。

作为优选的实施方案，该填料夹紧机构还包括密封碟形弹簧，该密封碟形弹簧抵紧设置在密封石墨填料与密封压环之间，该密封压环通过螺纹啮合固定在阀体的内壁，阀座靠近阀球或远离阀球时，密封碟形弹簧的压缩量保持稳定。

作为优选的实施方案，该填料夹紧机构还包括密封碟形弹簧，该密封碟形弹簧抵紧设置在密封石墨填料与密封压环之间，该密封压环的外螺纹部从装入方向越过内螺纹部，当阀座朝向阀球轴向滑动时，该外螺纹部靠近阀球的外侧面与内螺纹部远离阀球的内侧面相抵接，以阻止密封碟形弹簧的压缩量随着位移减小。

作为优选的实施方案，该密封压环还具有轴向延伸的环状凸起，该环状凸起的宽度超出内螺纹部的宽度，该环状凸起的外径小于内螺纹部的内径，该环状凸起与碟形弹簧相抵接。

相比现有技术本申请的有益效果：

1.阀门两侧的阀座均设有碟形弹簧，利用由碟形弹簧提供预紧力来推动阀座压向阀球，保证阀门的双向密封稳定可靠；还使得在高温压力介质作用下，可以通过对阀座的反作用力，调整阀座和球阀的中心位置，减小两者的角度差，从而减小的阀杆扭矩，防止阀球在高温下抱死。

2.通过碟形弹簧轴向挤压密封石墨填料对填料函靠近通道的一侧进行密封，阻止通道中的高温介质及介质粉尘进入填料函影响碟形弹簧，与当前使用防尘圈的密封方式相比，在高温工况下更加可靠，有助于碟形弹簧提供更加持久的预紧力，保证阀门的密封性能。

3.设置有台阶部，这些台阶部与填料函配合形成的多层阶梯结构，每层阶梯中都具有接触密封面密封面和浮动面，其增加了阀体与阀座间的接触密封面积，使得阀座更好地紧密配合阀体，减少介质泄漏的概率，增加对填料函的密封性能；同时，多层的阶梯结构还形成了多层次的支撑方式，可以更有效地分散阀座与阀体配合应力，减少热应力集中，以提升填料函的稳定性，延长阀门的使用寿命。

4.上游浮动间隙内，主阀体与上游阀座配合的一面为锥面，该锥面由远离阀球的一端至靠近阀球的一端半径逐渐增加，通过锥面的设计可以改变介质的流动状态，使介质在上游浮动间隙处不容易堆积，当介质通过流道时，堆积在锥面和上游端浮动间隙处的少量介质也会随着流体的冲刷作用被带走，进而保证上游阀座与主阀体间的密封效果。

5.阀座与阀球配合的硬密封面均采用硬质合金层，极低的表面粗糙度，极高的硬度和适当的硬质合金搭配，阀座的密封面和球体的密封面保持硬度差，以防止产生粘附磨损，显著提高阀门的耐磨性能。

6.在填料函内设有填料夹紧机构，其向密封石墨填料施加的轴向力，不随阀座的位移或球阀的浮动而减小，始终保持对填料函靠近通道侧的有效密封。

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为中国实用新型专利CN205908796U一种高温浮动球阀座密封结构所公开使用的阀座密封结构示意图；

图2为中国发明专利CN116146741A提供的一种耐高温耐磨型浮动开关球阀所公开使用的阀座密封结构示意图；

图3为本发明耐高温耐磨硬密封浮动球球阀实施例一结构示意图；

图4为图3中A处放大图；

图5为图3中B处放大图；

图6为本发明耐高温耐磨硬密封浮动球球阀实施例二使用的上游阀座与阀体间密封结构示意图；

图7为图6中填料函局部结构示意图；

图8为本发明耐高温耐磨硬密封浮动球球阀实施例三使用的上游阀座与阀体间密封结构示意图；

图9为本发明耐高温耐磨硬密封浮动球球阀实施例四使用的上游阀座与阀体间密封结构示意图；

图10为图9中C处放大图。

图中标记：1-阀体，2-阀座，3-碟形弹簧，4-阀座隔环，5-石墨填料，6-第一座腔，7-防尘圈，8-金属石墨缠绕填料，9-阀球，10-阀杆，11-阀杆石墨填料组，12-阀杆填料压环，13-上游阀座，14-下游阀座，15-密封石墨填料，16-台阶部，17-止推垫片，18-密封压环，19-密封碟形弹簧，10a限位部，101-主阀体，102-副阀体，103-空腔，104-通道，105阀杆密封部，106-填料腔，107-上游浮动间隙，108-锥面，109-内螺纹部，201-上游阀座，202-下游阀座，301-上游碟形弹簧，302-下游碟形弹簧，501-上游石墨填料，502-下游石墨填料，161-接触密封面，162-浮动面，181-外螺纹部，182-环状凸起，1041-上游端，1042-下游端，1811-外侧面，1091-内侧面。

具体实施方式

下面将结合实施例对本发明的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

在本发明的描述中，需要说明的是，术语“中心”、“上”、“下”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“内”、“外”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，或者是该发明产品使用时惯常摆放的方位或位置关系，仅是为了便于描述本发明和简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本发明的限制。

此外，术语“水平”、“竖直”等术语并不表示要求部件绝对水平或悬垂，而是可以稍微倾斜。如“水平”仅仅是指其方向相对“竖直”而言更加水平，并不是表示该结构一定要完全水平，而是可以稍微倾斜。

在本发明的描述中，还需要说明的是，除非另有明确的规定和限定，术语“设置”、“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是固定连接，也可以是可拆卸连接，或一体地连接；可以是机械连接，也可以是电连接；可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，可以是两个元件内部的连通。对于本领域的普通技术人员而言，可以具体情况理解上述术语在本发明中的具体含义。

如图1所示出了现有技术中国实用新型专利CN205908796U一种高温浮动球阀座密封结构所公开使用的阀座密封结构。该结构在螺旋弹簧的基础上进行了改进，将阀体1与阀座2之间的螺旋弹簧座替换成碟形弹簧3，碟形弹簧3左端与阀体1接触，碟形弹簧3右端与阀座隔环4接触，并抵紧石墨填料5，使用碟形弹簧3后因为不具有弹簧孔，当粉尘经过阀座时，不会影响碟形弹簧提供预紧力，降低了阀座密封失效的风险，提高了阀门的使用寿命。但是这种阀座密封结构，进口端碟形弹簧3直接暴露在高温介质中，碟形弹簧3受温度和介质交替压力影响，容易发生应力松弛，并且受到高温介质的腐蚀影响，碟形弹簧的材料性能会发生变化，导致碟形弹簧的预紧力逐渐减小，密封不稳定或泄漏。

如图2示出了现有技术中国发明专利CN116146741A提供的一种耐高温耐磨型浮动开关球阀所公开使用的阀座密封结构。该结构在CN205908796U的基础上，将碟形弹簧3设置在封闭的第一座腔6内，以避免碟形弹簧3直接受到高温介质的影响，并在第一座腔6外上下台阶处安装有防尘圈7，避免介质及介质中颗粒进入阀座2与阀体1的间隙中，使与阀座2相抵的碟形弹簧3提供持久的预紧力，确保阀座2密封可靠。这种结构主要利用防尘圈7的弹性变形和压缩性质，当受到外部压力时，防尘圈7会产生变形并填充密封槽形成有效的密封，但防尘圈7的耐热温度取决于所选用的防尘圈材料，即使采用一些特殊材料如氟橡胶（FKM）或聚四氟乙烯（PTFE）等耐高温材料，其耐热温度也很难达到300°C以上。也就是说这种结构在更高温的工况下，无法实现对第一座腔6的有效密封，碟形弹簧3还是容易受高温介质及介质粉尘的影响。

本发明提供的四个实施例是针对上述浮动球阀在高温工况下阀座与阀体间不能很好密封而做出的较优改进。为了方便论述，下文中出现的“轴向”除开特别注明的外，均的是阀体通道的轴线方向，下文中出现的“径向”除开特别注明外，均的是指与通道轴线方向垂直的方向。

图3-图5示出了本发明实施例一提供的耐高温耐磨硬密封浮动球球阀。该球阀提供的阀体由左侧的主阀体101和右侧的副阀体102对接拼装，该主阀体101与副阀体102之间通过金属石墨缠绕填料8进行密封，该主阀体101和副阀体102间设置有空腔103，空腔103的左右两侧连通有贯穿主阀体101和副阀体102的通道104，带有通孔的阀球9可浮动的设置在空腔103中，在主阀体101的侧面还设有径向的阀杆密封部105，所述的阀杆密封部105将外界和空腔103连通，阀杆10可旋转的设置在阀杆密封部105内，该阀杆10与阀杆密封部105间配合形成有径向的填料腔106，填料腔106内设有阀杆石墨填料组11和径向挤压阀杆石墨填料组11的阀杆填料压环12；阀杆10的端部与阀球9的顶端连接，通过旋转阀杆10可带动阀球9转动，使得阀球9的通孔与通道104接通或阻断通道104的上游端1041和下游端1042，在阀球9的两侧与阀体1间设有阀座，阀座可与阀球9贴合形成密封。

如图3~图5所示的，本发明实施例一的改进结构在于：阀球9两侧的上游阀座201、下游阀座202均可沿着阀体1轴向滑动；主阀体101的内壁和上游阀座201外壁之间形成有上游填料函13，副阀体102的内壁和下游阀座202外壁之间形成有下游填料函14，上游填料函13和下游填料函14内分别设有上游碟形弹簧301和下游碟形弹簧302；如图4所示的，在上游填料函13内，上游碟形弹簧301的左右两侧分别设有上游石墨填料501和密封石墨填料15，上游石墨填料501在上游碟形弹簧301轴向力作用下抵紧贴合上游阀座201，密封石墨填料15在上游碟形弹簧301轴向弹性力作用下抵紧贴合主阀体101；通过上游碟形弹簧301轴向挤压密封石墨填料15，使密封石墨填料15沿着上游填料函13内壁形成径向的密封力P，通过密封力P可有效阻止通道104中的高温介质及介质粉尘从上游填料函13的左端侵入，有助于上游碟形弹簧301提供更加持久的预紧力，保证阀座密封的可靠性，与专利CN116146741A提供的密封方式相比，使用石墨与碟形弹簧配合，更加适应于高温工况。

如图5所示的，在下游填料函14内，下游碟形弹簧302的左侧设有下游石墨填料502，下游石墨填料502在下游碟形弹簧302的轴向力作用下轴向抵紧下游阀座202；各所述的上游碟形弹簧301与上游石墨填料501和密封石墨填料15间、下游碟形弹簧302与下游石墨填料502间均还抵紧设置有阀座隔环4；所述上游石墨填料501为梯形石墨填料，其梯形面朝向靠近阀球的一端，所述下游石墨填料502为矩形石墨填料。

可以理解的是，在本实施例一中，所述的上游碟形弹簧301的作用还在于，与下游碟形弹簧302配合，令阀球9两侧的阀座均预抵接在阀球9上，使得球阀双向都能承受压力实现双向密封。下游碟形弹簧302的作用还在于，与上游碟形弹簧301和流动的介质配合，矫正浮动的阀球9和阀座的中心位置，减小阀球9和阀杆10的角度差，进而降低阀门高温抱死的可能性。所述的下游碟形弹簧302的作用还在于，吸收部分介质压力，防止下游石墨填料502因介质压力过高而压坏。所述的上游石墨填料501的作用在于，与密封石墨填料15配合，保证上游阀座201与主阀体101间的1密封效果，进一步保证阀门双向密封的稳定可靠。所述的下游石墨填料502的作用在于，保证下游阀座202和副阀体102之间的密封可靠，防止高温介质或粉尘从阀体空腔103方向侵入下游填料函14。所述阀座隔环4的作用在于，平衡各所述的碟形弹簧对石墨填料的压力，避免石墨填料因局部过大的压力而失效；所述阀座隔环4的作用还在于，解决阀体1和阀座2配合长度方向上的尺寸加工精度不足甚至尺寸误差的问题，通过调整阀座隔环4的厚度，从而避免重新加工甚至报废阀体、阀座带来的损失。

如图3~图5所示的，本实施例名称为“一种耐高温耐磨硬密封浮动球球阀”，其中耐高温是指，本实施例在实现阀门双向密封的基础上，通过密封石墨填料15与上游碟形弹簧301的配合实现了上游填料函13的有效密封，相较于传统的密封材料容易因为热胀而失去弹性导致密封不严，该方式在高温工况下密封更加有效；此外，本实施例在下游阀座202处设置有下游碟形弹簧302，其可以配合流动的介质矫正阀球9和阀座2的中心位置，降低阀门高温抱死的概率，相较于上述图1和图2提供的方案，在高温工况下有更好地表现；耐磨是指本实施例利用上、下游碟形弹簧与可轴向滑动地阀座配合，除了可以提供更好的热膨胀补偿，还可以对阀球9的磨损即时进行补偿，减少磨损对阀门性能的影响，延长阀门部件使用寿命，可以算作一种耐磨性能；而本实施例中两侧阀座与阀球9之间采用金属对金属直接接触实现密封，属于硬密封技术。最后，阀球9设计在阀体1空腔中，具有随介质压力变化进行浮动的特点；因此，本发明的名称是“一种耐高温耐磨硬密封浮动球球阀”。特别的，由于本实施例中阀球两侧的碟形弹簧均可将阀座推向球阀，提供预紧密封作用，因此本实施例一在深冷工况和低压环境下也具有较好的应用。

如图3-图5所示的，本发明实施例一的改进结构还在于，阀座在填料函的左侧和/或右侧还设有若干台阶部16，具体地在上游填料函13的左侧和右侧分别设置有一层台阶部16，形成至少三层阶梯结构，而在下游填料函的左侧设有一层台阶部16，形成至少两层阶梯结构，这些台阶部16均包括轴向设置的接触密封面161和径向设置的浮动面162，其中，接触密封面161与阀体内壁沿着轴向方向往复滑动密封配合。这样的设计可以确保在阀门关闭时，接触密封面161与阀体内壁紧密贴合，有效防止介质泄漏或介质中的粉尘进入填料函；浮动面162与阀体的侧壁之间间隙设置，这些间隙用于容纳阀座运动时产生的位移，并允许阀座在介质压力变化时进行轴向调整；特别的，形成的阶梯结构中的每一层都具有接触密封面161和浮动面162，其增加了阀座与阀体密封面的数量，使得阀座更好地紧密配合阀体，减少介质泄漏的概率；可以理解的是，台阶部16与上游填料函13和下游填料142构成的阶梯结构，还形成了多层次的支撑方式，可以更有效地分散与阀体配合应力，减少热应力集中，以提升填料函的稳定性，延长阀门的使用寿命。因此，本实施例一方案中，阀座的多层阶梯结构不仅有助于提升密封性能，还能提高填料函的稳定性。

如图3-图4所示的，本发明实施例一的改进结构还在于，形成于该上游阀座201与主阀体101间且与通道104接通的上游浮动间隙107内，主阀体101与上游阀座201配合的一面为锥面108，该锥面108由远离阀球9的一端至靠近阀球9的一端半径逐渐增加，所述上游阀座201与主阀体配合的一面为垂直面，该垂直面垂直于通道轴线。由于通道104的上游端1041是介质流入阀体的位置，介质颗粒及粉尘在此处容易产生堆积，通过设计锥面108可以改变介质的流动状态，因此本实施例锥面108的一个作用在于，使介质在上游浮动间隙107处不容易堆积，当介质通过流道时，堆积在锥面108和上游浮动间隙107处的少量介质也会随着流体的冲刷作用被带走，进而保证上游阀座201与主阀体101间的密封效果。在主阀体101与上游阀座201之间设置的锥面的另一个作用在于，引导通道104中的介质压力进入上游浮动间隙107，借助介质压力推动上游阀座201更加抵紧阀球9。当介质压力较高或流速较大时，阀球9会在介质压力作用下向下游阀座202方向位移，导致上游阀座201与阀球9间的预紧力减少，增加泄漏的风险，介质通过上游浮动间隙107处的锥面108导入时，介质的作用力会导致上游阀座201受到一定的轴向推动力，使上游阀座201更加紧密地贴合阀球9，提高上游阀座201与阀球9间的自密封效果，减少泄漏的可能性。因此，锥面108设计在上游阀座201与阀体间的浮动间隙处，不仅可以利用冲刷作用减少在上游浮动间隙107处的堆积介质，还有助于增强阀门的自密封性能。

如图3所示的，本发明实施例一的改进结构还在于，该阀杆10从主阀体101内部穿出，该阀杆10与阀杆密封部105密封配合，该阀杆10设有与阀杆密封部105的端部抵紧设置的限位部10a，该限位部10a的外径大于阀杆密封部105的外径；该限位部10a与阀杆密封部105之间抵接有止推垫片17。在高温工况下，在介质压力和温度作用下，阀门部件会受到更大的力和热膨胀影响，通过让阀杆10从主阀体101内部安装，并设置限位部10a和止推垫片17等结构，可以有效地防止阀杆10在介质压力下被吹出；其中，止推垫片17的设置可以起到缓冲和保护作用，在高温环境下，阀门部件容易受到热膨胀和振动的影响，止推垫片17的缓冲作用可以减轻阀杆10和阀杆密封部105的磨损和损坏，延长阀门的使用寿命。

为了增加阀门的耐磨性能，实施例一的改进之处还在于，阀球9和阀座（包括上游阀座201和下游阀座202）的密封面均采用硬质合金层；其中，阀球的密封面采用超音速冷喷涂技术喷涂硬质合金层，其硬度≥55HRC，表面粗糙度≤Ra0.2；阀座的密封面采用堆焊硬质合金层，阀座的密封面和球体的密封面保持硬度差，以防止产生粘附磨损。通过采用硬质合金层的设置，有助于显著提高阀门的耐磨性能，降低密封面的磨损程度，从而减少泄漏风险，延长阀门的维护周期。

图6-图7示出了本发明实施例二提供的上游阀座与阀体间密封结构示意图；在实施例二中，除上游阀座201与主阀体间的密封结构外，其他结构与实施例一基本相同。由实施例一的结构可知，上游填料函13左侧的密封力P由密封石墨填料15和上游碟形弹簧301的轴向力配合形成，在到达极限前，上游碟形弹簧301对密封石墨填料15的轴向挤压力越大，密封力P越大。但是，在实施例一的密封方式中，上游碟形弹簧301会随上游阀座201的轴向滑动而压缩或者伸展。这是因为在本发明中阀球是浮动的，在浮动球阀的结构中，阀门处于关闭状态时，阀球9可以沿着阀杆10在通道轴向方向移动，这样在关闭阀门时，阀球9受到介质的挤压而紧密贴合下游阀座202，实现良好的密封效果。而在阀门处于开启状态时，阀球9成固定在阀杆10上，阀球9无法自由滑动，以防止阀球9在开启状态下因受到介质压力而移动，从而影响阀门的控制性能和密封性能。阀门由开启状态切换至关闭时，阀球9向下游端1042移动，导致上游阀座201也向下游端1042移动。上游碟形弹簧301的压缩量减少，影响了对密封石墨填料15的轴向挤压力，从而使得密封力P减小。密封力P的减小会影响阀座的密封效果，特别是在高温环境下，介质的流动性和腐蚀性加剧，增加了介质泄漏的风险。基于上述上游阀座位移导致的密封力P减小进而使得密封效果降低的问题，本发明实施例二提供了一种更具有优势的方案：

如图6-图7所示的，在上游填料函13内，除了轴向推动上游阀座201抵紧阀球9的上游碟形弹簧301，还包括填料夹紧机构，所述填料夹紧机构包括密封压环18，密封压环18的外周侧设有外螺纹部181；形成上游填料函13的阀体1内壁设有内螺纹部109；所述的外螺纹部181与内螺纹部109相啮合，所述的密封压环18可通过螺纹啮合从主阀体101的空腔103处装入并沿着上游填料函13轴向位移，以轴向挤压密封石墨填料15，产生密封力。相较于实施例一的结构，本实施例由于密封压环18固定在主阀体101的内壁，其相对上游阀座201位置保持固定，对密封石墨填料15的轴向挤压保持不变，密封力P的大小不随阀门开启或关闭状态以及介质压力的变化，始终保持对上游填料函13左侧的有效密封。

可以理解的是，本实施例二的这个密封方式还具有以下有益效果：在实施例一中，上游碟形弹簧301对密封石墨填料15的轴向力产生密封力，同时对上游阀座201提供预紧力推动上游阀座201抵紧贴合阀阀球9。然而，仅依靠同一个碟形弹簧调整两者所需的轴向力或预紧力并不方便，容易导致其中一方过大或过小，进而导致阀门部件容易损坏或密封效果不佳。相比之下，实施例二中采用了更具优势的结构：密封压环18对密封石墨填料15提供密封所需的轴向挤压力，而上游碟形弹簧301则只需要提供对上游阀座201的预紧力。这种设计有助于更精确地调整对密封石墨填料和对上游阀座的预紧力，有助于确保上游阀座与阀体、上游阀座与阀球之间的密封性能达到最佳平衡，避免其中一方作用力过大或过小，延长阀门的使用寿命。

图8示出了本发明实施例三提供的上游阀座与主阀体间密封结构示意图；相较于实施例二的结构，实施例三中，在上游填料函13内，所述填料夹紧机构还包括密封碟形弹簧19，所述的密封碟形弹簧19抵紧设置在密封石墨填料15与密封压环18之间，当上游阀座201轴向移动时，密封碟形弹簧19的压缩量保持不变，从而保持对密封石墨填料15的轴向挤压力的稳定。与实施例二直接通过密封压环18向密封石墨填料施加预紧力不同的，实施例三通过密封碟形弹簧19提供相应的轴向挤压力，发明人认为这种结构相较于实施例二在高温工况下会有更好的表现。原因在于，在高温工况下，由于密封压环18和密封石墨填料15的材料不相同，在温度变化下两者会有不同程度的热胀冷缩，密封压环18只通过紧贴的方式对密封石墨填料15施加固定大小的轴向力，在冷却后两者间容易产生间隙变化，导致密封压环18与密封石墨填料15间的间隙增大，进而引起密封性能的降低。本实施例中，由于密封碟形弹簧19的具有的弹性力，在冷缩过程中可以部分缓解由于温度变化引起的轴向力变化，从而继续保持对密封石墨填料15的适当挤压，保证阀门的密封效能。

图9-图10示出了本发明实施例四提供的上游阀座与主阀体间密封结构示意图，在实施例四的结构中，在上游端填料函13内，密封压环18的外螺纹部181直接从装入方向越过主阀体101的内螺纹部109，具体地，密封压环18由主阀体101空腔端向上游端方向装设，内螺纹部109与外螺纹部181啮合时，保持单方向旋转直至外螺纹部181再次脱离内螺纹部109，当上游阀座201朝向阀球9位移时，外螺纹部181靠近阀球9的外侧面1811会与内螺纹部109远离阀球9的内侧面1091相抵，以阻止密封碟形弹簧19的压缩量随着位移而减小，因此本实施例四也可以解决密封力随上游阀座位移减小导致的密封效果降低的问题。

如图9所示的，本实施例中密封压环18还具有轴向延伸的环状凸起182，该环状凸起的外径小于内螺纹部的内径，该环状凸起的宽度大于内螺纹部的宽度，该环状凸起轴向越过内螺纹部109与上游碟形弹簧301相抵接。本实施例提供的密封结构相较于实施例三在其他工况可能更具优势，在实施例三中，当上游阀座201在介质压力变化或热膨胀应力作用下朝远离阀球9的方向位移时，在上游阀座201的浮动面162与阀体抵接前，作用应力会通过上游碟形弹簧301传递在密封压环18上，再由密封压环18的外螺纹部181和内螺纹部109相啮合的部位承担，使得外螺纹部181和内螺纹部109处的磨损会更快，因此实施例三种对外螺纹部181和内螺纹部109的强度设计有着较高的要求；本实施例中，作用应力会由上游碟形弹簧301传递至环状凸起182，再由密封压环18传递至密封碟形弹簧19和密封石墨填料15，最后由主阀体101的内侧壁承担，对内螺纹部109和外螺纹部181的强度要求更低，内螺纹部109和外螺纹部181只需要承担密封碟形弹簧19的反作用力，因此，实施例四提供的方案在较高压的工况下，具有更好的应用。

以上所述仅为本发明的较佳实施例，并不用以限制本发明，凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (9)

1.一种耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，包括

具有用于介质流动通道的阀体；

浮动设置在阀体内腔中的阀球，该阀球具有一个通孔；

与阀球配合形成有密封面的阀座；

部分附接在阀体上的阀杆，该阀杆连接阀球，

旋转阀杆可驱动通孔连通或阻断通道的上游端和下游端；

其特征在于，

该阀座可沿通道轴向位移，

该阀座与阀体之间形成有填料函，

该填料函内装有碟形弹簧和石墨填料，

该石墨填料被碟形弹簧轴向挤压抵紧阀座，

该阀座被碟形弹簧轴向挤压预紧贴合阀球；

在上游填料函或/和下游填料函内还装有密封石墨填料，

该密封石墨填料在填料夹紧机构的轴向压力下抵紧阀体，以在填料函靠近通道一侧形成有效密封；

该填料夹紧机构设置在碟形弹簧与密封石墨填料间，

该填料夹紧机构向密封石墨填料施加的轴向力不随阀座的位移或阀球的浮动而减小。

2.根据权利要求1所述的耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，其特征在于，

该阀座在填料函的左侧或/和右侧设有若干台阶部，

该台阶部包括轴向设置的接触密封面和径向设置的浮动面，

其中，接触密封面与阀体内壁沿着通道轴向方向往复滑动密封配合，

浮动面与阀体的内侧壁之间间隙设置；

这些台阶部与对应的填料函配合形成多层的阶梯结构。

3.根据权利要求1所述的耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，其特征在于，

在阀体与上游阀座配合形成的与通道接通的浮动间隙中，

该阀体与上游阀座配合的一侧为锥面，

该锥面的半径由远离阀球的一端逐渐增加至靠近阀球的一端。

4.根据权利要求1所述的耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，其特征在于，

阀杆从阀体内部穿出，

该阀杆与阀体的阀杆密封部密封配合，

该阀杆设有与阀杆密封部端部抵紧设置的限位部，

该限位部的外径大于阀杆密封部的外径，以防止阀杆在介质压力下吹出；

该限位部与阀杆密封部之间抵接有止推垫片。

5.根据权利要求1所述的耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，其特征在于，

该阀球和阀座的密封面均采用硬质合金层；

阀球的密封面采用超音速冷喷涂技术喷涂硬质合金层，

阀座的密封面采用堆焊硬质合金层；

阀球的密封面的硬度≥55HRC，表面粗糙度≤Ra0.2；

阀座的密封面和球体的密封面保持硬度差。

6.根据权利要求1所述的耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，其特征在于，

该填料夹紧机构包括密封压环，

该密封压环的外周侧设有外螺纹部，

形成填料函的阀体内壁设有内螺纹部，

该外螺纹部与内螺纹部相啮合，

该密封压环可通过螺纹啮合的方式可沿着填料函轴向位移，

对密封石墨填料施加轴向的压力。

7.根据权利要求6所述的耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，其特征在于，

该填料夹紧机构还包括密封碟形弹簧，

该密封碟形弹簧抵紧设置在密封石墨填料与密封压环之间，

该密封压环通过螺纹啮合固定在阀体的内壁，

阀座靠近阀球或远离阀球时，密封碟形弹簧的压缩量保持稳定。

8.根据权利要求6所述的耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，其特征在于，

该填料夹紧机构还包括密封碟形弹簧，

该密封碟形弹簧抵紧设置在密封石墨填料与密封压环之间，

该密封压环的外螺纹部从装入方向越过内螺纹部，

当阀座朝向阀球轴向滑动时，

该外螺纹部靠近阀球的外侧面与内螺纹部远离阀球的内侧面相抵接，

以阻止密封碟形弹簧的压缩量随着位移减小。

9.根据权利要求7所述的耐高温耐磨硬密封浮动球球阀，其特征在于，

该密封压环还具有轴向延伸的环状凸起，

该环状凸起的宽度超出内螺纹部的宽度，

该环状凸起的外径小于内螺纹部的内径，

该环状凸起与碟形弹簧相抵接。