CN202381720U - 一种单向压力自平衡截止阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种单向压力自平衡截止阀，包括阀体、阀瓣、压环、阀盖、阀杆和平衡孔；阀瓣设置在阀体的腔体内；压环通过螺纹联接设置在阀体的腔体上部；阀盖与阀体固定联接；阀杆穿过阀盖，其下端部与阀瓣活动联接；阀瓣的外圆与压环以及阀体之间构成的环形沟槽内自上而下依次设有垫圈和密封圈，所述垫圈的下端面和所述阀体环形沟槽底部的形状为向阀瓣内方向挤压所述密封圈的圆锥面、斜面或球面。本实用新型的单向自密封结构，采用低密度、耐高温的密封材料也能获得类似于“O”型、“Y”型密封圈的压力自密封特性，使其具有持久可靠的密封质量和密封寿命，从根本上解决了压力自平衡截止阀用于高温介质环境的技术难题。

Description

一种单向压力自平衡截止阀

技术领域

本实用新型涉及一种阀门，尤其涉及一种适用于高温、高压或腐蚀环境下，作为截断或接通单向流动介质管道的单向压力自平衡截止阀。 

背景技术

阀门是石化、油田、冶金、热电厂等压力管道上不可缺少的重要机械产品，由于现有阀门技术产品的使用过程中，必须克服启闭件上承受的介质压力才能启闭阀门，当阀门用于高温、高压和大通径管道时，介质压力不仅造成阀门的操作力非常大，也极易造成阀门密封面的损伤和泄漏。 

压力自平衡阀能够通过压力自平衡原理，使作用在启闭件上的介质压力自平衡，从而从根本上消除介质压力对阀门操作性能、密封质量及密封寿命等方面的影响。压力自平衡阀已成为现有阀门产品转型升级的重要途径，而实现压力自平衡截止阀的关键技术是对压力自平衡结构的密封。现有的压力自平衡结构的密封技术通常采用 “O”型、“Y”型等密封圈进行密封，由于该类密封圈的密封依赖于介质自身压力对密封圈形成的压力自密封，使得密封圈的密封程度与介质压力的高低无关，也与安装密封圈时的密封预紧力的大小无关，其密封程度不随密封圈磨损后密封预紧力的下降而改变，因此具有持久可靠的密封质量和密封寿命。由于“O”型、“Y”型等密封圈必须采用高密度的弹性材料制成，目前能够用于制作“O”型、“Y”型等密封圈的材料均为不耐高温的橡胶、塑料等材料。由于密封圈材料的限制，迄今压力自平衡截止阀的适用温度仍限制在200℃以下，无法用于面广量大的高温压力管道。 

研究发现，一些低密度的密封材料具有耐高温、耐腐蚀的性能。例如，柔性石墨就是一种松散的低密度耐高温材料，在高温、高压或辐射条件下工作，不发生分解，变形或老化，化学性质稳定，通常用于高温杆件的密封填料。由于柔性石墨不是高密度密封材料，因此不适用于制作“O”型、“Y”型等密封圈。发明人在2003年申请的专利（CN 2637835Y）可耐高温的压力自平衡截止阀中，将耐高温的柔性石墨作为密封材料应用于自平衡截止阀，解决密封材料耐高温的问题。在该专利中，阀门采用柔性石墨等耐高温密封材料制作密封圈，并通过设置压环压紧密封圈的方法来弥补该类耐高温密封材料的低密度问题，实现密封圈对阀瓣外圆与阀体之间的密封。但是，该结构中由于密封结构不具备压力自密封特性，密封圈对阀瓣的密封程度完全依赖于压环对密封圈压紧后产生的密封预紧力，使用过程中其密封程度会随着阀瓣对密封圈的磨损而下降，因此该专利的密封寿命还不能满足实际应用要求。 

为了提高柔性石墨填料的应用效果，刘望有曾公开了一种新型结构的截止阀，并公开了以下技术特征（参见化肥工业，1989年第2期第39页右栏第11行至第24行，新结构截止阀示意图）：阀门中自上而下依次设有填料压盖、填料、垫片，可以通过旋紧阀门的手轮使得填料压盖和垫片共同挤压填料。填料压盖与填料的接触面是球面的，使密封度大大提高，球面的作用还能使填料上部的磨损随时得以补偿。该文章中提到，是通过设置填料压盖对填料施加压紧力，来获得填料对阀头杆部的密封，并通过采用填料压盖与填料的接触面为球面，来增强填料对阀头杆部的压紧力，从而进一步提高填料内圆对阀头杆部的密封。但实际应用中，对阀头的密封，不仅取决于填料内圆对阀头杆部的密封，还取决于填料外圆与填料函之间的密封，随着使用过程中阀头杆部对填料内圆的磨损，必然导致填料内、外圆的密封预紧力随之下降，当密封预紧力低于介质压力时，泄漏随即发生在密封预紧力相对较低的填料的外圆与填料函之间，并沿填料压盖的外圆与填料函之间流出。该文章中也提到：“填料有的一二个月都不用压紧”，由此可见该文中所提到的截止阀不仅密封寿命短，而且必须多次和及时的压紧填料才能保持对阀头的密封，该文章中公开的技术方案根本不适用压力自平衡阀的密封环境。 

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的在于针对现有技术的不足，提供一种使用寿命长的能够实现耐高温高压、耐腐蚀的单向压力自平衡截止阀。 

技术方案：本实用新型所述的单向压力自平衡截止阀，包括阀体、阀瓣、压环、阀盖、阀杆和平衡孔；所述阀瓣设置在所述阀体的腔体内；所述压环通过螺纹联接设置在所述阀体的腔体上部；所述阀盖与所述阀体固定联接；所述阀杆穿过所述阀盖，其下端部与所述阀瓣活动联接；所述阀瓣的外圆与所述压环以及所述阀体之间构成的环形沟槽内自上而下依次设有由耐高温或耐腐蚀的刚性材料制成的垫圈和由耐高温或耐腐蚀的密封材料制成的密封圈，所述垫圈和阀体的腔体中部与所述阀瓣的外圆间隙配合；所述垫圈的下端面和所述阀体环形沟槽底部的形状为向阀瓣内方向挤压所述密封圈的圆锥面、斜面或球面。通过旋紧压环使得垫圈和阀体环形沟槽底部共同向内挤压密封圈，并在密封圈的内圆表面获得较其外圆表面更大的密封预紧力，在阀体环形沟槽底部获得足够的密封挤压力，阻断密封圈的外圆表面的介质通道。 

本实用新型所述耐高温密封材料优选为柔性石墨材料，耐腐蚀密封材料优选为聚四氟乙烯材料，随着科技的进步，越来越多的密封材料被发现、被合成，任何具有耐高温或耐腐蚀或其他的功能的密封材料都能采用本发明结构，实现自密封效果；所述刚性材料可以为金属材料或陶瓷材料，也可以为其他任何能够实现发明目的的刚性材料。 

本实用新型所述垫圈和所述压环可以分别制成两个独立的零件，也可以制成同一个零件，比较优选为制成两个单独的零件。 

所述平衡孔可以设置在所述阀瓣或所述阀杆上。 

本实用新型与现有技术相比，其有益效果是：1、本实用新型单向压力自平衡截止阀的压力自密封结构，使得采用低密度、耐高温或耐腐蚀的密封材料，比如柔性石墨等，也能获得类似于“O”型、“Y”型密封圈的压力自密封特性，使其具有持久可靠的密封质量和密封寿命，从根本上解决了压力自平衡截止阀迄今无法用于高温介质环境的技术难题，使得本实用新型产品适用于650℃以上单向流动介质的高温、高压管道的截断或开启；同时，采用耐腐蚀的密封材料，比如聚四氟乙烯等，也同样可以获得压力自密封特性，并适用于多种腐蚀性的介质环境； 2、本实用新型单向压力自平衡截止阀，使得阀瓣上承受的介质压力自平衡，阀门操作十分轻松，不仅降低了手动阀门的人工操作劳动强度，而且显著降低了电动、气动阀门的辅助装置能耗，还极大的拓宽了截止阀在双向流动的大通径高温高压管道上的应用；3、采用不同材料制作，可广泛适用于各种通径的单向流动的高温、高压及腐蚀性介质管道；实际应用中的石化、油田、冶金或电厂等管道系统，大量采用的单向流动的高温高压管道，本实用新型已通过的大量单向高温高压密封性能及可靠性实验，以及高温高压管道的实际应用试验表明，本实用新型与现有阀门相比具有十分明显的技术优势，具有十分广阔应用前景。 

附图说明

图1为本实用新型单向压力自平衡截止阀的结构示意图。 

图2为密封圈预紧时的受挤压力示意图。 

图3为密封圈对阀瓣的压力自密封受力示意图。 

具体实施方式

下面对本实用新型技术方案进行详细说明，但是本实用新型的保护范围不局限于所述实施例。 

实施例1：如图1所示，本实用新型所述单向压力自平衡截止阀，包括阀体1、阀瓣4、压环8、阀盖9、阀杆11和平衡孔13；阀体1内设有上通道3、下通道19及内通道21，在内通道21的上端面上设有与所述阀瓣4密封的第一密封面2，其形状为平面、圆锥面或球面；所述阀瓣4设置在所述阀体1的腔体内；阀瓣4的下端面20上设有与所述阀体1密封的第二密封面18，其形状为平面、圆锥面或球面；所述压环8通过螺纹联接设置在所述阀体1的腔体上部；所述阀盖9与所述阀体1固定联接；所述阀杆11穿过所述阀盖9，其下端部与所述阀瓣4活动联接，阀杆11可携带阀瓣4在阀体1腔体中作上下移动，形成本实用新型的开启或关闭；所述平衡孔13设置在所述阀瓣4或所述阀杆11上，使置于阀瓣4下端面20下方的阀体1下通道19与置于阀瓣4上端面12上方的阀体1、阀盖9联接腔10沟通；所述阀瓣4的外圆与所述压环8以及所述阀体1之间构成的环形沟槽内自上而下设有垫圈7和密封圈6；所述密封圈6采用密封材料制成，可以根据需要采用不同的密封材料，本实施例为了达到耐高温的目的，采用的密封材料为柔性石墨；所述垫圈7采用金属材料制成，所述垫圈7和阀体1的腔体中部5与所述阀瓣4的外圆间隙配合；所述垫圈7的下端面14和所述阀体1环形沟槽底部17的形状为向阀瓣内方向挤压所述密封圈的圆锥面、斜面或球面。 

通过旋紧压环8，对密封圈施加挤压力N_挤压力，使得垫圈7和阀体1环形沟槽底部17共同向内挤压密封圈6，并在密封圈6的内圆表面16获得较其外圆表面15更大的密封预紧力N_{密封预紧力}，在阀体1环形沟槽底部17获得足够的密封挤压力N’_挤压力，阻断了密封圈6的外圆表面15的介质通道。密封圈6的受力示意图如图2所示。 

垫圈7与压环8可分别制成两个独立的零件或合制成同一个零件。 

本发明的工作原理如下：本发明的截止阀与压力管道联接后，当截止阀处于关闭状态时，在阀杆的推动下，阀瓣下端面与阀体内通道上端面贴紧构成密封。介质的压力自平衡原理为：若介质从下通道进入时，介质压力作用在阀瓣的下端面的同时，又通过阀瓣或阀杆上所设平衡孔传递至阀体、阀盖联接腔并作用在阀瓣的上端面，沿阀瓣的轴向形成一对方向相反、相互抵消的轴向力，实现了介质对阀瓣的压力自平衡；若介质从上通道进入时，介质压力作用在阀瓣的外圆表面上形成相互抵消的径向力，实现了介质对阀瓣的压力自平衡。本发明处于开启状态时，在阀杆的拉动下，阀瓣被提起直至完全开启阀门。 

下面按本实用新型规定的从阀体下通道进入的介质流向，详细说明本实用新型截止阀密封圈的介质压力自密封原理： 

当压力介质从阀体下通道进入时，介质压力自密封原理如图3所示： 

压力介质通过阀瓣或阀杆上所设平衡孔传递至阀体、阀盖联接腔，再沿上垫圈与阀瓣之间的缝隙渗入预紧力较小的上密封圈的外圆表面，由于在阀体环形沟槽底部形成的密封阻断力是沿阀瓣轴向N_挤压力与N_{介质贴紧力}的总和，能够可靠持久的阻断沿密封圈的外圆表面继续下行的介质通道，使得渗入上密封圈的外圆表面的压力介质则对上密封圈的外圆表面形成挤压，即N_介质压力，并迫使上密封圈的内圆表面与阀瓣的外圆进一步贴紧，构成上密封圈对阀瓣的压力自密封。

本实用新型密封圈的内圆表面对阀瓣的外圆表面的密封力，主要是通过介质压力在上密封圈的外圆表面形成挤压，进而在上密封圈的内圆表面与阀瓣外圆上形成介质贴紧力，由于该介质贴紧力是由介质压力自身形成的自密封力，并随着介质压力的升高而愈加可靠，其密封程度不仅与介质压力的高低无关，还与上密封圈的内圆表面对阀瓣外圆的密封预紧力的大小无关，解决了利用耐高温材料进行介质压力自密封的关键技术，也实现了尽管阀瓣的外圆表面对上密封圈的内圆表面的磨损，会导致本实用新型密封预紧力的下降，但却不会导致本实用新型密封程度的下降，而本实用新型所具有的磨损自动补偿功能仅用于提供持续不断的密封预紧力。因此，本实用新型不是通过简单的设置零件与密封件进行挤压来实现密封，本发明只需通过适当旋紧压环，在上密封圈的内圆表面与阀瓣的外圆表面上，获得远小于介质压力的密封预紧力，就能得到持久可靠的密封质量和密封寿命。 

下面通过进一步的具体实验数据来说明本发明产品稳定的性能： 

密封及寿命试验

比较内容	液体密封试验	寿命试验(开关次数)
			国家标准规定	≤12滴水/分钟	3000次
本实用新型	0	20000次

注：1、试验阀门：通径DN100mm、阀门压力PN32.0MPa；

2、于2008年10月21日通过《国家泵阀产品质量监督检测中心》检测。

如上所述，尽管参照特定的优选实施例已经表示和表述了本实用新型，但其不得解释为对本实用新型自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本实用新型的精神和范围前提下，可对其在形式上和细节上作出各种变化。 

Claims (9)

1.一种单向压力自平衡截止阀，包括阀体（1）、阀瓣（4）、压环（8）、阀盖（9）、阀杆（11）和平衡孔（13）；所述阀瓣（4）设置在所述阀体（1）的腔体内；所述压环（8）设置在所述阀体（1）的腔体上部；所述阀盖（9）与所述阀体（1）固定联接；所述阀杆（11）穿过所述阀盖（9），其下端部与所述阀瓣（4）活动联接；其特征在于：所述阀瓣（4）的外圆与所述压环（8）以及所述阀体（1）之间构成的环形沟槽内自上而下依次设有由耐高温或耐腐蚀的刚性材料制成的垫圈（7）和由耐高温或耐腐蚀的密封材料制成的密封圈（6），所述垫圈（7）的下端面（14）和所述阀体（1）环形沟槽底部（17）的形状为向阀瓣内方向挤压所述密封圈（6）的圆锥面、斜面或球面。

2.根据权利要求1所述的单向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述压环（8）通过螺纹连接设置在所述阀体（1）的腔体上部。

3.根据权利要求1所述的单向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述垫圈（7）和阀体（1）的腔体中部（5）与所述阀瓣（4）的外圆间隙配合。

4.根据权利要求1所述的单向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述耐高温的密封材料为柔性石墨；所述耐腐蚀的密封材料为聚四氟乙烯。

5.根据权利要求1所述的单向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述刚性材料为金属或陶瓷。

6.根据权利要求1所述的单向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述垫圈（7）和所述压环（8）为合制成的同一个零件。

7.根据权利要求1所述的单向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述平衡孔（13）设置在所述阀瓣（4）或所述阀杆（11）上。

8.根据权利要求1所述的单向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述阀体（1）上设置有与所述阀瓣（4）贴合密封的第一密封面（2），其形状为平面、圆锥面或球面。

9.根据权利要求1所述的单向压力自平衡截止阀，其特征在于：所述阀瓣（4）上设置有与所述阀体（1）贴合密封的第二密封面（18），其形状为平面、圆锥面或球面。

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