CN118462854A - 一种一体式紧凑型双球阀结构 - Google Patents
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Abstract
一种一体式紧凑型双球阀结构，属于阀门技术领域，本发明为了解决现有隔离阀的阀门总体结构长度过长，不便于安装的问题。包括阀体，阀体的左部和右部均设有阀腔，阀体的两端分别设有用于封闭同侧阀腔的端盖，介质通道由两个阀腔的轴线贯穿于阀体和两个端盖；阀杆的下端穿过阀体的上侧，并与球体的上端插接相连，球体左侧的介质通道上设有单活塞阀座，球体右侧的介质通道上设有双活塞阀座，球体封闭单活塞阀座和双活塞阀座，或者单活塞阀座和双活塞阀座通过球体的内孔连通，端盖的外端面上圆周设置有若干盲孔，端盖与管道法兰抵靠密封连接，端盖的若干盲孔与管道法兰的若干通孔一一对应通过螺栓相连。本发明端部无法兰，最大程度减少了结构长度。
Description
技术领域
本发明属于阀门技术领域，尤其涉及一种一体式紧凑型双球阀结构。
背景技术
现有浮式生产储油装置(FPSO)、海上平台工艺管线、大型船用压力管道用隔离阀主要以法兰或卡箍等方式连接固定球阀为主，能实现双向阻断隔离，双重密封，阀门达到完全零泄漏受限于制造厂家的设计和制造工艺水平。
但现有隔离阀的阀门总体结构长度过长，体积大重量重，不利于FPSO或平台船体有限空间安装。
发明内容
本发明的目的是提供一种一体式紧凑型双球阀结构，以解决了平台船体等场景空间有限，现有隔离阀的阀门总体结构长度过长，不便于安装的问题。本发明所采用的技术方案如下：
一种一体式紧凑型双球阀结构，包括阀体，阀体的左部和右部均设有阀腔，阀体的两端分别设有用于封闭同侧阀腔的端盖，介质通道由两个阀腔的轴线贯穿于阀体和两个端盖；
阀腔的上端和下端均设有支撑环，两个支撑环同轴，球体的上下两端分别与两个支撑环转动配合，阀杆的下端穿过阀体的上侧，并与球体的上端插接相连，球体左侧的介质通道上设有单活塞阀座，球体右侧的介质通道上设有双活塞阀座，球体封闭单活塞阀座和双活塞阀座，或者单活塞阀座和双活塞阀座通过球体的内孔连通，端盖的外端面上圆周设置有若干盲孔，端盖与管道法兰抵靠密封连接，端盖的若干盲孔与管道法兰的若干通孔一一对应通过螺栓相连。
进一步的，端盖和管道法兰相对的端面上均设有环形密封槽，端盖的环形密封槽和管道法兰的环形密封槽通过金属密封环相连，金属密封环的外周中部设有环形弹性槽，金属密封环的外周两端分别设有挤压倒角，环形密封槽的截面呈直角梯形，环形密封槽的外侧壁为锥面，环形密封槽的外侧壁锥角与挤压倒角相适配，管道法兰上位于环形密封槽内侧的端面为第一密封面，位于环形密封槽外侧的端面为第二密封面，第一密封面和第二密封面均为由内至外逐渐背离端盖的锥面，设定环形密封槽的外侧壁与管道法兰的轴线夹角为γ，第一密封面和端盖外端面之间的夹角为β，第二密封面和端盖外端面之间的夹角为α，管道法兰的长颈管厚度为t，则α、β、γ和t满足下列三式：
式中：
αmax为α取值范围的最大值；
αmin为α取值范围的最小值；
βmax为β取值范围的最大值；
βmin为β取值范围的最小值；
γmax为γ取值范围的最大值；
γmin为γ取值范围的最小值；
tmax为t取值范围的最大值；
tmin为t取值范围的最小值。
进一步的，管道法兰远离对应端盖的端面为紧固面，紧固面为锥面，紧固面与第二密封面的锥角一致。
进一步的，球体左侧的介质通道上设有第一沉台，第一沉台的底面上设有挡环，单活塞阀座的一端探入第一沉台内，单活塞阀座上套接有阀座唇形密封圈和防火石墨环，挡环对阀座唇形密封圈阻挡限位，单活塞阀座通过阀座唇形密封圈和防火石墨环与第一沉台的侧壁密封连接。
进一步的，球体右侧的介质通道上设有第二沉台，双活塞阀座的一端探入第二沉台内，双活塞阀座上套接有双活塞唇形密封和防火石墨环，第二沉台和双活塞阀座分别对双活塞唇形密封的两端活塞一一对应抵靠限位，双活塞阀座通过双活塞唇形密封和防火石墨环与第二沉台的侧壁密封连接。
进一步的，支撑环的外周一侧与阀体通过定位销相连，支撑环的外周另一侧与对应端盖通过定位销相连。
进一步的，阀杆上设有轴肩，压盖套接在阀杆上，压盖的下端面通过四氟垫与轴肩的上端面转动抵靠，压盖与阀体相连，并通过密封件密封，压盖上设有填料函，所述填料函内设有组合填料，阀杆与压盖通过所述组合填料转动密封，顶法兰与阀体相连，顶法兰将所述组合填料压在填料函的底面上。
进一步的，所述组合填料包括由上至下依次叠加的压套、石墨盘根、垫环和阀杆唇形密封圈。
进一步的，单活塞阀座与阀腔的左侧壁之间通过若干压缩弹簧抵靠相连，双活塞阀座与阀腔的右侧壁之间通过若干压缩弹簧抵靠相连。
进一步的，阀体的下侧加工有两个排污孔道，两个阀腔一一对应通过两个排污孔道与阀体的外部连通，两个螺塞分别与阀体相连，两个螺塞一一对应封闭两个排污孔道。
与现有技术相比，本发明的有益效果在于：
一体式紧凑型双球阀结构，采用一体式阀体，端部无法兰，最大程度减少结构长度，并具有上游到下游4重密封结构，体积小、重量轻、密封可靠，有效的应用于FPSO，海上油气开采平台和大型船体上。
附图说明
图1是本发明双球阀的结构示意图；
图2是本发明双球阀的轴测图；
图3是阀体的剖视图；
图4是端盖与管道法兰的连接示意图；
图5是图1的A处放大图；
图6是图1的B处放大图；
图7是图1的C处放大图；
图8是管道法兰的结构示意图；
图9是金属密封环的半剖图；
图10是端盖与管道法兰紧固前的配合示意图；
图11是端盖与管道法兰紧固后的配合示意图。
图中，1.阀体、2.端盖、3.球体、4.双活塞阀座、5.阀杆、6.单活塞阀座、7.挡环、8.压缩弹簧、9.支撑环、10.压盖、11.顶法兰、12.防火石墨环、13.密封垫、14.定位销、15.螺塞、16.金属密封环、17.管道法兰、18.石墨盘根、19.压套、20.垫环、21.阀杆唇形密封圈、22.阀座唇形密封圈、23.体盖唇形密封圈、24.双活塞唇形密封圈、25.阀腔、26.第一沉台、27.第二沉台、28.排污孔道、29.介质通道、30.环形密封槽、31.第一密封面、32.第二密封面、33.紧固面、34.环形弹性槽、35.挤压倒角。
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明了，下面通过附图中示出的具体实施例来描述本发明。但是应该理解，这些描述只是示例性的，而并非要限制本发明的范围。此外，在以下说明中，省略了对公知结构和技术的描述，以避免不必要地混淆本发明的概念。
本发明所提到的连接分为固定连接和可拆卸连接，所述固定连接即为不可拆卸连接包括但不限于折边连接、铆钉连接、粘结连接和焊接连接等常规固定连接方式，所述可拆卸连接包括但不限于螺栓连接、卡扣连接、销钉连接和铰链连接等常规拆卸方式，未明确限定具体连接方式时，默认可在现有连接方式中找到至少一种连接方式实现该功能，本领域技术人员可根据需要自行选择。例如：固定连接选择焊接连接，可拆卸连接选择螺栓连接。
以下将结合附图，对本发明作进一步详细说明，以下实施例是对本发明的解释，而本发明并不局限于以下实施例。
实施例：如图1～图11所示，一种一体式紧凑型双球阀结构，包括阀体1，阀体1的左部和右部均设有阀腔25，阀体1的左右两端分别设有用于封闭同侧阀腔25的端盖2，端盖2与阀体1通过密封垫13和体盖唇形密封圈23密封连接，介质通道29由两个阀腔25的轴线贯穿于阀体1和两个端盖2；
阀腔25的上端和下端均设有支撑环9，两个支撑环9同轴，球体3的上下两端分别与两个支撑环9转动配合，阀杆5的下端穿过阀体1的上侧，并与球体3的上端插接相连，球体3左侧的介质通道29上设有单活塞阀座6，球体3右侧的介质通道29上设有双活塞阀座4，球体3封闭对应的单活塞阀座6和双活塞阀座4，或者单活塞阀座6和双活塞阀座4通过球体3的内孔连通，端盖2的外端面上圆周设置有若干盲孔，端盖2与管道法兰17抵靠密封连接，端盖2的若干盲孔与管道法兰17的若干通孔一一对应通过螺栓相连。
球体3的左侧设有单活塞阀座6、设有右侧双活塞阀座4，当工艺介质从游上端进入左侧端盖2，左侧单活塞阀座6形成上游密封，形成第一道密封，左侧球体3右侧的双活塞阀座4能实现双向密封，无论中腔压力高或下游压力高，双活塞效应原理均将双活塞阀座4推向球体3实现密封，形成第二道密封；阀体1右部的球体3同样形成第三道和第四道密封，紧凑型双联球阀从阀体1左端至右端构成四重密封，实现完全有效隔离；
本发明端盖2通过内六角沉头螺钉与阀体1相连，端盖2上加工有螺纹盲孔和用于安装金属密封环的环形密封槽，端盖2同管道法兰17相连，较之三片式法兰连接双球阀，本发明球阀结构无法兰及法兰颈，结构紧凑，解决了平台船体等场景空间有限，现有隔离阀的阀门总体结构长度过长，不便于安装的问题。
端盖2和管道法兰17相对的端面上均设有环形密封槽30，端盖2的环形密封槽30和管道法兰17的环形密封槽30通过金属密封环16相连，金属密封环16的外周中部设有环形弹性槽34，金属密封环16的外周两端分别设有挤压倒角35，环形密封槽30的截面呈直角梯形，环形密封槽30的外侧壁为锥面，环形密封槽30的外侧壁锥角与挤压倒角35相适配，管道法兰17上位于环形密封槽30内侧的端面为第一密封面31，位于环形密封槽30外侧的端面为第二密封面32，第一密封面31和第二密封面32均为由内至外逐渐背离端盖2的锥面，设定环形密封槽30的外侧壁与管道法兰17的轴线夹角为γ，第一密封面31和端盖2外端面之间的夹角为β，第二密封面32和端盖2外端面之间的夹角为α，管道法兰17的长颈管厚度为t，则α、β、γ和t满足下列三式：
式中：
αmax为α取值范围的最大值；
αmin为α取值范围的最小值；
βmax为β取值范围的最大值；
βmin为β取值范围的最小值；
γmax为γ取值范围的最大值；
γmin为γ取值范围的最小值；
tmax为t取值范围的最大值；
tmin为t取值范围的最小值。
如图10和图11所示，管道法兰17的法兰面具有弹性变形的能力，管道法兰17的密封面带有锥角，管道法兰17与端盖2紧固前，第一密封面31和第二密封面32均向背离端盖2倾斜；
管道法兰17为紧凑型法兰，外形尺寸较常规法兰尺寸大幅减小，可有效减轻阀门和管道法兰17的重量，减小安装空间。第一密封面31和第二密封面32的锥角为0.21°～0.9°，在高强度的螺栓预紧力作用下，锥角逐渐被拉平，金属密封环16分别与端盖2和管道法兰17接触并产生一定接触应力，带有环形弹性槽34的金属密封环16在螺栓预紧力和管道内部压力作用下产生弹性形变，金属密封环16与端盖2和管道法兰17紧密接触形成有效的密封。
管道法兰17的材料最小屈服强度应大于300Mpa；管道法兰17和端盖2的连接螺栓必须选用高强度等级材料，如选用M60及以下规格螺栓，常温下屈服强度不低于725Mpa，如选用M60～M100规格螺栓，常温屈服强度不低于655Mpa；
金属密封环16应有较高的弹性模量，设计温度下屈服强度不低于300Mpa；螺栓预紧力大部分用于管道法兰17的变形，只有小部分的螺栓预紧力作用于金属密封环16。
通过高强度螺栓将管道法兰17与端盖2固定，螺栓的预紧力可使管道法兰17产生弹性变形，同时压紧金属密封环16，带有环形弹性槽34的金属密封环16实现高压下的可靠密封，根据法兰管道壁厚t，可以对第一密封面31和第二密封面32以及环形密封槽30的外侧壁与管道法兰17的轴线夹角进行参数化插值计算，以满足不同管道壁厚最优角度设计需求。
管道法兰17远离对应端盖2的端面为紧固面33，紧固面33为锥面，紧固面33与第二密封面32的锥角一致。
球体3左侧的介质通道29上设有第一沉台26，第一沉台26的底面上设有挡环7，单活塞阀座6的一端探入第一沉台26内，单活塞阀座6上套接有阀座唇形密封圈22和防火石墨环12，挡环7对阀座唇形密封圈22阻挡限位，单活塞阀座6通过阀座唇形密封圈22和防火石墨环12与第一沉台26的侧壁密封连接。
球体3右侧的介质通道29上设有第二沉台27，双活塞阀座4的一端探入第二沉台27内，双活塞阀座4上套接有双活塞唇形密封24和防火石墨环12，第二沉台27和双活塞阀座4分别对双活塞唇形密封24的两端活塞一一对应抵靠限位，双活塞阀座4通过双活塞唇形密封24和防火石墨环12与第二沉台27的侧壁密封连接。
支撑环9的外周一侧与阀体1通过定位销14相连，支撑环9的外周另一侧与对应端盖2通过定位销14相连。支撑环9的左右两侧设有销孔，支撑环9通过定位销14和外圆弧面精确定位安装于阀体1的阀腔25内，并通过端盖2固定压紧。
阀杆5上设有轴肩，压盖10套接在阀杆5上，压盖10的下端面通过四氟垫与轴肩的上端面转动抵靠，压盖10与阀体1相连，并通过密封件密封，压盖10上设有填料函，所述填料函内设有组合填料，阀杆5与压盖10通过所述组合填料转动密封，顶法兰11与阀体1相连，顶法兰11将所述组合填料压在填料函的底面上。
所述组合填料包括由上至下依次叠加的压套19、石墨盘根18、垫环20和阀杆唇形密封圈21。阀杆唇形密封圈21为耐腐蚀Lipseal唇形密封圈，石墨盘根18组件为第二道防火密封，压套19上设有O型密封圈。
单活塞阀座6与阀腔25的左侧壁之间通过若干压缩弹簧8抵靠相连，双活塞阀座4与阀腔25的右侧壁之间通过若干压缩弹簧8抵靠相连。
阀体1的下侧加工有两个排污孔道28，两个阀腔25一一对应通过两个排污孔道28与阀体1的外部连通，两个螺塞15分别与阀体1相连，两个螺塞15一一对应封闭两个排污孔道28。
本发明为一片式紧凑双球阀结构，球体3通过支撑环9定位，能实现双向阻断和完全隔离；
阀体1、阀盖2及球体3等内件材料优先选用双相钢，主密封均采用耐海水腐蚀，抗老化唇形密封圈结构；当主体材料选用碳钢材料时，阀体内流道可进行全堆焊处理。
以上实施例只是对本发明的示例性说明，并不限定它的保护范围，本领域技术人员还可以对其局部进行改变，只要没有超出本发明的精神实质，都在本发明的保护范围内。
Claims (10)
1.一种一体式紧凑型双球阀结构，其特征在于：包括阀体(1)，阀体(1)的左部和右部均设有阀腔(25)，阀体(1)的两端分别设有用于封闭同侧阀腔(25)的端盖(2)，介质通道(29)由两个阀腔(25)的轴线贯穿于阀体(1)和两个端盖(2)；
阀腔(25)的上端和下端均设有支撑环(9)，两个支撑环(9)同轴，球体(3)的上下两端分别与两个支撑环(9)转动配合，阀杆(5)的下端穿过阀体(1)的上侧，并与球体(3)的上端插接相连，球体(3)左侧的介质通道(29)上设有单活塞阀座(6)，球体(3)右侧的介质通道(29)上设有双活塞阀座(4)，球体(3)封闭单活塞阀座(6)和双活塞阀座(4)，或者单活塞阀座(6)和双活塞阀座(4)通过球体(3)的内孔连通，端盖(2)的外端面上圆周设置有若干盲孔，端盖(2)与管道法兰(17)抵靠密封连接，端盖(2)的若干盲孔与管道法兰(17)的若干通孔一一对应通过螺栓相连。
2.根据权利要求1所述的一种一体式紧凑型双球阀结构，其特征在于：端盖(2)和管道法兰(17)相对的端面上均设有环形密封槽(30)，端盖(2)的环形密封槽(30)和管道法兰(17)的环形密封槽(30)通过金属密封环(16)相连，金属密封环(16)的外周中部设有环形弹性槽(34)，金属密封环(16)的外周两端分别设有挤压倒角(35)，环形密封槽(30)的截面呈直角梯形，环形密封槽(30)的外侧壁为锥面，环形密封槽(30)的外侧壁锥角与挤压倒角(35)相适配，管道法兰(17)上位于环形密封槽(30)内侧的端面为第一密封面(31)，位于环形密封槽(30)外侧的端面为第二密封面(32)，第一密封面(31)和第二密封面(32)均为由内至外逐渐背离端盖(2)的锥面，设定环形密封槽(30)的外侧壁与管道法兰(17)的轴线夹角为γ，第一密封面(31)和端盖(2)外端面之间的夹角为β，第二密封面(32)和端盖(2)外端面之间的夹角为α，管道法兰(17)的长颈管厚度为t，则α、β、γ和t满足下列三式：
式中：
αmax为α取值范围的最大值；
αmin为α取值范围的最小值；
βmax为β取值范围的最大值；
βmin为β取值范围的最小值；
γmax为γ取值范围的最大值；
γmin为γ取值范围的最小值；
tmax为t取值范围的最大值；
tmin为t取值范围的最小值。
3.根据权利要求2所述的一种一体式紧凑型双球阀结构，其特征在于：管道法兰(17)远离对应端盖(2)的端面为紧固面(33)，紧固面(33)为锥面，紧固面(33)与第二密封面(32)的锥角一致。
4.根据权利要求1所述的一种一体式紧凑型双球阀结构，其特征在于：球体(3)左侧的介质通道(29)上设有第一沉台(26)，第一沉台(26)的底面上设有挡环(7)，单活塞阀座(6)的一端探入第一沉台(26)内，单活塞阀座(6)上套接有阀座唇形密封圈(22)和防火石墨环(12)，挡环(7)对阀座唇形密封圈(22)阻挡限位，单活塞阀座(6)通过阀座唇形密封圈(22)和防火石墨环(12)与第一沉台(26)的侧壁密封连接。
5.根据权利要求4所述的一种一体式紧凑型双球阀结构，其特征在于：球体(3)右侧的介质通道(29)上设有第二沉台(27)，双活塞阀座(4)的一端探入第二沉台(27)内，双活塞阀座(4)上套接有双活塞唇形密封(24)和防火石墨环(12)，第二沉台(27)和双活塞阀座(4)分别对双活塞唇形密封(24)的两端活塞一一对应抵靠限位，双活塞阀座(4)通过双活塞唇形密封(24)和防火石墨环(12)与第二沉台(27)的侧壁密封连接。
6.根据权利要求1所述的一种一体式紧凑型双球阀结构，其特征在于：支撑环(9)的外周一侧与阀体(1)通过定位销(14)相连，支撑环(9)的外周另一侧与对应端盖(2)通过定位销(14)相连。
7.根据权利要求1所述的一种一体式紧凑型双球阀结构，其特征在于：阀杆(5)上设有轴肩，压盖(10)套接在阀杆(5)上，压盖(10)的下端面通过四氟垫与轴肩的上端面转动抵靠，压盖(10)与阀体(1)相连，并通过密封件密封，压盖(10)上设有填料函，所述填料函内设有组合填料，阀杆(5)与压盖(10)通过所述组合填料转动密封，顶法兰(11)与阀体(1)相连，顶法兰(11)将所述组合填料压在填料函的底面上。
8.根据权利要求7所述的一种一体式紧凑型双球阀结构，其特征在于：所述组合填料包括由上至下依次叠加的压套(19)、石墨盘根(18)、垫环(20)和阀杆唇形密封圈(21)。
9.根据权利要求1所述的一种一体式紧凑型双球阀结构，其特征在于：单活塞阀座(6)与阀腔(25)的左侧壁之间通过若干压缩弹簧(8)抵靠相连，双活塞阀座(4)与阀腔(25)的右侧壁之间通过若干压缩弹簧(8)抵靠相连。
10.根据权利要求1-9任一项所述的一种一体式紧凑型双球阀结构，其特征在于：阀体(1)的下侧加工有两个排污孔道(28)，两个阀腔(25)一一对应通过两个排污孔道(28)与阀体(1)的外部连通，两个螺塞(15)分别与阀体(1)相连，两个螺塞(15)一一对应封闭两个排污孔道(28)。
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| CN202410654626.8A CN118462854A (zh) | 2024-05-24 | 2024-05-24 | 一种一体式紧凑型双球阀结构 |
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