CN118293244A - 一种高温顶装金属密封球阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种高温顶装金属密封球阀，包括阀体、阀座和球体，所述阀体中设置有至少两条用于流通介质的介质通道，还包括一弹性环，所述弹性环设置在其中一条介质通道内，所述弹性环的一端与该介质通道内的阀体抵接、另外一端与所述阀座抵接，用于将阀座抵压于所述球体表面，从而封闭该介质通道。本发明的高温顶装金属密封球阀，依靠弹性环实现球座密封的单阀座双向密封结构，密封性好，能够适用于高温场合，在高温下具有弹性自密封功能。

Description

一种高温顶装金属密封球阀

技术领域

本发明涉及阀门技术领域，具体而言，涉及一种高温顶装金属密封球阀。

背景技术

球阀，启闭件（球体）由阀杆带动，并绕球阀轴线作旋转运动的阀门。亦可用于流体的调节与控制，近年来，石油化工，煤化工及硅产业各种装置工艺和新技术都应用到球阀，并且根据输送介质的差异，温度要求，球阀应用到高温工况下的情况更加普遍。目前针对高温工况球阀的应用一直不理想，存在高温状态下抱死或高温蠕变后侧装式阀门体盖结合部泄漏的现象。

发明内容

本发明的目的在于提供一种高温顶装金属密封球阀，能够应用于高温工况，并且高温工况下密封结构密封性好，不易泄漏，安全方便。

本发明通过以下技术方案实现：

一种高温顶装金属密封球阀，包括阀体、阀座和球体，所述阀体中设置有用于流通介质的至少两条介质通道，还包括一弹性环，所述弹性环设置在其中一条介质通道内，所述弹性环的一端与该介质通道内的阀体抵接、另外一端与所述阀座抵接，用于将阀座抵压于所述球体表面，从而封闭该介质通道。

可选地，所述球体采用一侧为半球冠、相对一侧为平冠的结构。

可选地，所述阀体顶部设置用于密封阀体的阀盖；所述阀盖顶部设置有填料函和填料压盖组件，填料函与填料压盖组件之间填充填料以密封阀杆间隙；所述填料函与阀盖之间设置有冷媒换热腔，所述阀盖上设置有连接所述冷媒换热腔的冷媒通道。

可选地，所述填料函采用锥状结构，所述阀盖采用凹腔结构，所述填料函插入所述阀盖的凹腔结构中，所述填料函外表面也具有凹腔结构，与所述阀盖配合后形成所述冷媒换热腔。

可选地，所述弹性环采用若干个内U型、外U型沿轴向交替布置的结构，且该弹性环采用机械加工成型。

可选地，所述弹性环与阀体之间具有介质填充腔，所述阀体上设置有用于封闭所述介质填充腔的阀板件，所述弹性环两侧的外U型环槽中分别设置有端挡板，所述端挡板能够封闭弹性环在端部与阀体之间的间隙，所述阀体中设置有用于向介质填充腔中填充介质的旁路通道，所述阀板件上开设有与旁路通道连通的开孔结构，所述阀体上还设置有调节部件，调节部件与所述阀板件传动连接，用于调节所述阀板件在开启旁路通道与关闭旁路通道的位置之间移动，所述旁路通道开启时，阀板能够封闭弹性环在端部与阀体之间的间隙。

可选地，所述阀体上安装有中部限位环，所述中部限位环卡接于所述弹性环的中间外U型环槽中，所述旁路通道具有两个介质出口，所述两个介质出口分别布置在所述中部限位环的两侧。

可选地，所述端挡板靠近弹性环的外侧端一侧与弹性环的环壁之间设置有密封部件，而靠近弹性环的中间部一侧与弹性环的环壁之间设置有弹性部件，所述端挡板具有延伸导向结构，所述延伸导向结构插入阀体的插孔中与阀体形成滑动配合。

可选地，所述调节部件包括调节杆本体，所述调节杆本体贯穿阀体，包括位于阀体外侧的控制端、与阀体之间采用螺纹配合的螺纹段、与阀体之间密封连接的密封段以及位于阀体内侧的传动部，所述传动部与阀板件之间采用旋转直线传动副连接。

可选地，所述阀板件的端面设置有环状密封件，所述环状密封件能够在开启旁路通道时封闭弹性环在端部与阀体之间的间隙，在关闭旁路通道的位置时封闭所述旁路通道的入口。

本发明的技术方案至少具有如下有益效果：

本发明的高温顶装金属密封球阀，密封结构采用一弹性环密封，依靠弹性环的弹性补偿，保证阀座与阀体之间的密封，实现了单阀座双密封，即便球阀正向安装和反向安装，均可以保证密封效果，而这样的密封结构，由于仅在球体一侧进行密封，另外一侧具有较大的空间，所以安装空间较大，安装非常方便。

附图说明

图1为本发明实施例1的高温顶装金属密封球阀的主视剖视图；

图2为本发明实施例1的填料部分的局部剖视图；

图3为本发明实施例1的弹性环部分的局部剖视图；

图4为本发明实施例1的正向介质浸没状态的使用状态图；

图5为本发明实施例1的反向介质浸没状态的使用状态图；

图6为本发明实施例2的弹性环部分的局部剖视图；

图7为图6的e部放大图；

图8为本发明实施例2的调节部件的主视图；

图9为本发明实施例2的阀板件部分的侧视图；

图10为本发明实施例2的旁路通道封闭状态的使用状态图；

图11为本发明实施例2的旁路通道关闭状态的使用状态图。

图标：1-弹性环，2-阀体，2a-旁路通道，3-球体，4-阀座，5-填料函，6-阀盖，6a-冷媒通道，7-调节部件，7a-控制端，7b-螺纹段，7c-密封段，7d-传动部，8-阀板件，8a-开孔结构，8b-环状密封件，9-端挡板，10-中部限位环，11-安装座，12-密封条，13-扇形开口，14-弹性部件，15-冷媒换热腔。

具体实施方式

实施例1

参照图1-图5,本发明的高温顶装金属密封球阀，包括阀体2、阀座4和球体3，阀体2中设置有用于流通介质的至少两条介质通道，本实施例采用两条介质通道，即一进一出，阀体2中间安装球体3，在其中一条介质通道的端部，安装有一弹性环1，弹性环1的一端与该介质通道内的阀体2抵接，实现密封；另外一端与阀座4抵接，依靠密封部件实现密封，而阀座4在抵接于球体3的球面结构上，从而将该介质通道与球体3另外一侧的介质通道隔绝密封。只有通过阀杆控制球体3转动，使得球体3的通道连通两条介质通道时，才会打开阀门，实现开启。

整个球阀依靠球体3一侧设置的弹性环1密封，实现了单阀座4双密封，参照图4，正向安装使用时，正向介质浸没区位于弹性环1的内侧，参照图5，反正安装使用时，反向介质浸没区位于弹性环1与阀体2之间的区域；无论球阀正向安装还是反向安装，均可以实现有效密封，这种设计既保证了阀门在高温工况下的双向密封需求，同时配合弹性环1的弹性功能又能防止球座高温下膨胀卡阻或抱死。本发明的单边布置弹性环1及阀座4的密封结构，在装配时，由于另外一侧空间较大，所以装配方便。具体地，本实施例的球体3采用一侧为半球冠、相对一侧为平冠的结构，在安装时，先将平冠端装入阀座4一侧，旋转后即可形成球座密封，装配简单易于实现。

参照图3，本实施例的弹性环1采用若干个内U型、外U型沿轴向交替布置的结构，且该弹性环1采用机械加工成型，由于采用内外U型的结构，无论是正向安装还是反向安装，介质进入U型结构中均可以在每个U型结构中提供压力，保持U型结构的扩张状态，所以，依靠这种结构，实现密封结构双向压力补偿。弹性环1采用多层U型槽一体式加工成型，后经热处理和研磨成型以保证厚度与弹力，与波纹管密封相比较既具有无焊点，受压高，无次数寿命限制，又具有弹性密封的优势；同时杜绝了采用波纹管焊接式在高温下波纹管疲劳失效和焊缝失效造成泄漏的风险。

阀座4与弹性环1之间采用金属O型圈密封端面，在高温下具有弹性补偿自密封功能，能在阀座4在开关过程中轻微位移时进行自动密封补偿。

参照图1和图2，阀体2顶部设置用于密封阀体2的阀盖6；阀盖6顶部设置有填料函5和填料压盖组件，填料函5与填料压盖组件之间填充填料以密封阀杆间隙；填料函5与阀盖6之间设置有冷媒换热腔15，阀盖6上设置有连接冷媒换热腔15的冷媒通道6a。本实施例的高温球阀采用顶装式结构，而阀体2的连接端可以采用法兰式和焊接式，在管道应力方向无漏点，能有效防止介质外漏。阀盖6采用非延长降温型结构，自带冷媒出入口，接入冷媒后与填料函5在冷媒换热腔15的四周形成冷媒换热区，能有效降低填料位置的温度，防止填料烧损，同时也能阻止高温传导到阀杆外部造成操作机构损坏。

进一步地，填料函5采用锥状结构，阀盖6采用凹腔结构，填料函5插入阀盖6的凹腔结构中，填料函5外表面也具有凹腔结构，与阀盖6配合后形成冷媒换热腔15。填料函5与阀盖6配合位置加工有多级台阶，便于填料函5与阀盖6的连接，同时填料函5的锥状结构特点，保证了填料函5位置的减温效果。

本实施例的高温顶装金属密封球阀，阀杆和球体3采用一体式结构，球座密封采用单阀座4双向密封，阀门内部与高温介质部分接触处无非金属辅助密封件，阀杆填料位置采用低温冷媒循环降温防止填料高温烧损以保证阀杆填料的使用性能。

实施例2

参照图6-图11，本实施例在实施例1的基础上做出进一步改进，以进一步提高球阀反向安全时的密封性能。

具体地，参照图6，弹性环1与阀体2之间具有介质填充腔，阀体2上设置有用于封闭介质填充腔的阀板件8，弹性环1两侧的外U型环槽中分别设置有端挡板9，端挡板9能够封闭弹性环1在端部与阀体2之间的间隙，阀体2中设置有用于向介质填充腔中填充介质的旁路通道2a，阀板件8上开设有与旁路通道2a连通的开孔结构8a，阀体2上还设置有调节部件7，调节部件7与阀板件8传动连接，用于调节阀板件8在开启旁路通道2a与关闭旁路通道2a的位置之间移动，旁路通道2a开启时，阀板能够封闭弹性环1在端部与阀体2之间的间隙。

在实际使用过程中，可以根据需要，进一步提高反向安装时弹性环1的扩张度，提高两端密封结构的密封性。具体地，通过人为调节调节部件7，使得调节部件7驱动阀板件8移动，移动到封闭弹性环1在端部与阀体2之间的间隙的位置，同时打开旁路通道2a，这样介质则通过旁路通道2a进入到介质填充腔，通过旁路通道2a进入介质填充腔的好处在于，介质填充腔两端则通过端挡板9密封，这个区域内的介质压力会作用到端挡板9上，通过端挡板9来挤压弹性环1的两端，从而提高两端弹性环1与其对应的接触部件的接触密封效果。

进一步地，参照图6和图8，调节部件7包括调节杆本体，调节杆本体贯穿阀体2，包括位于阀体2外侧的控制端7a、与阀体2之间采用螺纹配合的螺纹段7b、与阀体2之间密封连接的密封段7c以及位于阀体2内侧的传动部7d，传动部7d与阀板件8之间采用旋转直线传动副连接。控制端7a可以采用各种可转动的结构设计，例如可用螺丝刀旋转的一字槽结构。转动控制端7a，则可以控制整个调节杆本体转动，而调节杆本体转动，则可以带动端部的传动部7d转动，传动部7d可以采用齿轮结构，则旋转直线传动副可以采用齿轮齿条传动副，则通过传动部7d的转动，即可带动设置有齿条结构的阀板件8移动，阀板件8的两侧是被导轨限制的，只有在调节部件7调节的控制下才能移动。调节杆本体带有螺纹段7b，一方面能够利用螺纹结构完成自锁固定，避免轻易松动，另外一方面螺纹段7b的螺纹配合，调节杆本体在孔内会有轻微的轴向移动，但只要保证齿轮和齿条的横向啮合宽度足够，即可保证传动配合不失效。

参照图9，阀板件8采用一端扇形的结构，而弹性环1在端部与阀体2之间通过间隔设置的密封条12密封，留下能够让该阀板件8密封的扇形开口13即可，阀板件8下移，则可以封闭该扇形开口13。阀板件8的端面设置有环状密封件8b，环状密封件8b能够在开启旁路通道2a时封闭弹性环1在端部与阀体2之间的间隙，在关闭旁路通道2a的位置时封闭旁路通道2a的入口。

进一步地，阀体2上安装有中部限位环10，中部限位环10卡接于弹性环1的中间外U型环槽中，旁路通道2a具有两个介质出口，两个介质出口分别布置在中部限位环10的两侧。中部限位环10外侧端嵌设有弹簧以及锁销，安装时，预先卡入弹性环1的中间凹槽，将弹性环1压入介质阀体2中时，一并将中部限位环10卡入，等待中部限位环10到底指定位置时，弹簧会支撑锁销插入预先设置在阀体2上的孔洞中，实现中部限位环10的定位。通过中部限位环10的设置，一方面能够起到分割介质的功效，让介质能够分别作用在左右两侧的腔体中；另外一方面中部限位环10也能够限制弹性环1左右平衡，避免左右伸缩不一致，导致一端密封性下降的问题。

端挡板9靠近弹性环1的外侧端一侧与弹性环1的环壁之间设置有密封部件，而靠近弹性环1的中间部一侧与弹性环1的环壁之间设置有弹性部件14，端挡板9具有延伸导向结构，延伸导向结构插入阀体2的插孔中与阀体2形成滑动配合。端挡板9安装时，只需要将其插入弹性环1的两端环槽中即可，安装弹性环1时，则一并将端挡板9安装到位，而靠近阀座4一端的端挡板9，还需要插入安装座11，让该端挡板9的延伸导向结构能够插入其中即可，安装座11与阀体2焊接即可。

其中，参照图7，弹性部件14采用弹簧即可，依靠弹簧的作用力，端挡板9始终是靠外侧的弹性环1的环壁的。当介质是从阀体2与弹性环1间隙进入的时候，介质压力克服弹簧力，能够将介质进入端的端挡板9挤压，从进入到介质填充腔中；如果介质是从阀体2的介质通道进入的，则从中部限位环10两侧进入到介质填充腔，然后分别挤压两端的端挡板9，实现两端封闭，挤压弹性环1的功能。

Claims (10)

1.一种高温顶装金属密封球阀，包括阀体、阀座和球体，所述阀体中设置有至少两条用于流通介质的介质通道，其特征在于，还包括一弹性环，所述弹性环设置在其中一条介质通道内，所述弹性环的一端与该介质通道内的阀体抵接、另外一端与所述阀座抵接，用于将阀座抵压于所述球体表面，从而封闭该介质通道。

2.根据权利要求1所述的高温顶装金属密封球阀，其特征在于，所述球体采用一侧为半球冠、相对一侧为平冠的结构。

3.根据权利要求1所述的高温顶装金属密封球阀，其特征在于，所述阀体顶部设置用于密封阀体的阀盖；所述阀盖顶部设置有填料函和填料压盖组件，填料函与填料压盖组件之间填充填料以密封阀杆间隙；所述填料函与阀盖之间设置有冷媒换热腔，所述阀盖上设置有连接所述冷媒换热腔的冷媒通道。

4.根据权利要求3所述的高温顶装金属密封球阀，其特征在于，所述填料函采用锥状结构，所述阀盖采用凹腔结构，所述填料函插入所述阀盖的凹腔结构中，所述填料函外表面也具有凹腔结构，与所述阀盖配合后形成所述冷媒换热腔。

5.根据权利要求1所述的高温顶装金属密封球阀，其特征在于，所述弹性环采用若干个内U型、外U型沿轴向交替布置的结构，且该弹性环采用机械加工成型。

6.根据权利要求5所述的高温顶装金属密封球阀，其特征在于，所述弹性环与阀体之间具有介质填充腔，所述阀体上设置有用于封闭所述介质填充腔的阀板件，所述弹性环两侧的外U型环槽中分别设置有端挡板，所述端挡板能够封闭弹性环在端部与阀体之间的间隙，所述阀体中设置有用于向介质填充腔中填充介质的旁路通道，所述阀板件上开设有与旁路通道连通的开孔结构，所述阀体上还设置有调节部件，调节部件与所述阀板件传动连接，用于调节所述阀板件在开启旁路通道与关闭旁路通道的位置之间移动，所述旁路通道开启时，阀板能够封闭弹性环在端部与阀体之间的间隙。

7.根据权利要求6所述的高温顶装金属密封球阀，其特征在于，所述阀体上安装有中部限位环，所述中部限位环卡接于所述弹性环的中间外U型环槽中，所述旁路通道具有两个介质出口，所述两个介质出口分别布置在所述中部限位环的两侧。

8.根据权利要求6所述的高温顶装金属密封球阀，其特征在于，所述端挡板靠近弹性环的外侧端一侧与弹性环的环壁之间设置有密封部件，而靠近弹性环的中间部一侧与弹性环的环壁之间设置有弹性部件，所述端挡板具有延伸导向结构，所述延伸导向结构插入阀体的插孔中与阀体形成滑动配合。

9.根据权利要求6所述的高温顶装金属密封球阀，其特征在于，所述调节部件包括调节杆本体，所述调节杆本体贯穿阀体，包括位于阀体外侧的控制端、与阀体之间采用螺纹配合的螺纹段、与阀体之间密封连接的密封段以及位于阀体内侧的传动部，所述传动部与阀板件之间采用旋转直线传动副连接。

10.根据权利要求6所述的高温顶装金属密封球阀，其特征在于，所述阀板件的端面设置有环状密封件，所述环状密封件能够在开启旁路通道时封闭弹性环在端部与阀体之间的间隙，在关闭旁路通道的位置时封闭所述旁路通道的入口。