CN218347942U - 一种双向高温高压自平衡截断阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种双向高温高压自平衡截断阀，包括阀体、阀盖、阀瓣和阀杆；阀瓣或阀杆上设置有平衡孔；阀体内表面和阀瓣外表面之间设置有复合密封圈；复合密封圈自上而下依次包括上垫圈、上密封圈、上分环、下分环和下密封圈，上垫圈外侧套设阻断圈。本实用新型具有双向压力自平衡及双向自密封结构，极大的降低了启闭阀门的操作力，与现有技术相比，不仅能够显著降低电动、气动和液动阀门的驱动装置能耗，而且密封可靠、使用寿命长和制法简便，适用于双向或单向流动的各种压力管道；同时，密封件由耐高温耐腐蚀的材料制成，尤其用于电力、石化等行业的大通径高温、高压管道。

Description

一种双向高温高压自平衡截断阀

技术领域

本实用新型涉及一种阀门，尤其涉及一种用于在高温、高压或腐蚀环境下截断或接通双向流动介质管道的双向高温高压自平衡截断阀。

背景技术

阀门是压力管道上不可缺少的重要机械产品，广泛应用在石化、油田、冶金、火电、核电和舰船等领域。在现有阀门产品的使用过程中，需要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，必须另外配置外旁通辅助阀门进行泄压后才能启闭，介质压力不仅造成阀门操作十分困难，还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。压力自平衡阀是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。现有技术中通常采用“O”型、“Y”型等密封圈对压力自平衡结构进行密封，由于该类密封技术能够将介质压力转换成为密封圈对介质的压力自密封，使得密封圈无需很大的密封预紧力就能获得非常好的密封效果，并在密封圈的使用过程中，密封圈的密封效果不仅与介质压力的高低无关，而且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。但在实际应用中，石化、油田、冶金或电厂等管道系统中均存在大量的双向流动高温高压管道，如向锅炉、矿井、油井等补水用的高压水泵前必须配置的高压阀，当水泵供水时，需要开启阀门使供水管道通畅，而当水泵停止供水时，又需关闭阀门防止所供高压水的倒流，又如热电厂的发电过程中，需将多个锅炉产生的高温高压蒸汽分别通过高压阀门送入共用母管中，当停止部分锅炉供气时，同样需要关闭阀门以防止高温高压蒸汽的回流。由于目前能够用于制作“O”型、“Y”型等密封圈的高密度弹性材料均为不耐高温的橡胶、塑料等，使得现有压力自平衡截止阀仅适用于200℃以下的介质环境，无法用于蒸汽等面广量大的高温压力管道。

为解决上述问题，发明人于2018年提交的发明专利申请(申请号为201810862132.3)提供了一种双向压力自平衡截止阀，阀瓣上设置复合密封圈，复合密封圈自上而下依次包括压环、阻断圈、上垫圈、上密封圈、上隔环、下隔环和下密封圈。其中压环的下端面和上垫圈的上端面的形状为向阀瓣内方向挤压阻断圈的圆锥面、斜面、平面或球面，上垫圈的下端面和上隔环的上端面的形状为向阀瓣外方向挤压上密封圈的圆锥面、斜面或球面，下隔环的下端面和阀瓣的上端面的形状为向阀瓣外方向挤压下密封圈的圆锥面、斜面或球面；但上述阀门的结构较为复杂，尤其是阻断圈设置在上垫圈之上，而上垫圈又设置在具有弹性的密封圈之上，当压环压紧阻断圈时，由于缺乏对上垫圈的限位措施，上垫圈将沿密封圈向下滑动，使得压环施加的挤压力难以有效作用在阻断圈上，因而在阻断圈的内圆以及上垫圈的上端面也难以获得足够大的密封阻断力，因此不仅装配难度很大，还直接影响到高压介质的密封效果。

实用新型内容

实用新型目的：本实用新型的目的是提供一种用于在高温、高压或腐蚀环境下安装在介质双向流动管道上的截断阀。

技术方案：本实用新型的双向高温高压自平衡截断阀包括阀体、阀盖、阀杆和阀瓣，所述阀体内设有阀体上通道、阀体下通道以及连通阀体上通道和阀体下通道的阀体内通道；还包括复合密封圈和阻断圈，复合密封圈包括自阀盖向阀体方向依次套设在阀瓣外的上垫圈、上密封圈、上分环、下分环和下密封圈，所述阻断圈套设在上垫圈外，所述阀瓣或阀杆上开有连通阀瓣内腔和阀体上腔的平衡孔。

所述上垫圈的侧端面为向阀体方向挤压阻断圈的圆锥面、斜面、平面或球面，所述上垫圈的下端面和所述上分环的上端面的形状为向阀体内方向挤压上密封圈的圆锥面、斜面或球面，所述下分环的下端面和所述阀体的上端面的形状为向阀体内方向挤压下密封圈的圆锥面、斜面或球面。

阀体的内表面开有环形的密封圈容纳槽和阻断圈容纳槽；阀瓣的外表面和阀体的内表面与所述上垫圈、上分环、下分环间隙配合；上分环的下端面和下分环的上端面之间具有间隙；阀瓣的下端面和阀体内通道有相配合的密封面，所述密封面为平面、圆锥面或球面；上垫圈和阀盖之间装有压紧件，所述压紧件与阀体螺纹连接；阻断圈、上密封圈和下密封圈采用柔性石墨或聚四氟乙烯材料制成。

有益效果：与现有技术相比，本实用新型具有如下优点：提出了一种双向压力自密封结构，使得采用低密度、耐高温或耐腐蚀的材料制成的密封圈组成密封结构，在获得优良的压力自密封特性的同时又具有持久可靠的密封质量和密封寿命，装配简单，可靠性高，密封件之间的受力关系更为合理，能够应用于高温高压或腐蚀性环境。阀瓣上承受的介质压力自平衡，阀门操作轻松，降低了手动阀门的人工操作劳动强度和电动、气动阀门的能耗，适用于大通径和介质双向流动的管道上，安全性好，适用范围广。

附图说明

图1为本实用新型优选实施例的结构示意图；

图2为图1中A处的局部放大图；

图3为本实用新型上密封圈预紧时的受挤压力示意图；

图4为本实用新型下密封圈预紧时的受挤压力示意图；

图5为本实用新型上密封圈的介质压力自密封受力示意图；

图6为本实用新型下密封圈的介质压力自密封受力示意图。

具体实施方式

下面结合附图对本实用新型的技术方案作进一步说明。

本实施例的双向高温高压自平衡截断阀如图1所示，包括阀体1、阀瓣4、阀盖18、阀杆19、压紧件17、阻断圈13以及由上垫圈15、上密封圈11、上分环10、下分环9和下密封圈7组成的复合密封圈，上垫圈15外套设阻断圈13，上垫圈与阀盖之间安装有压紧件17。

其中阀盖18与阀体1固定连接，阀杆19穿过阀盖18，阀杆的下端与阀瓣4连接并可携带阀瓣4沿阀体1的内表面上下移动，完成阀门的开启或关闭。

阀体1内设有上通道3、下通道33以及连通上通道3和下通道33的内通道35，阀瓣4设置在阀体1的腔体内，在内通道35的上端面上和阀瓣4的下端面上设有互相配合的密封面，其形状为平面、圆锥面或球面。

阀瓣4或阀杆19上设有用于连通位于阀瓣4的下端面34下方的下通道33和位于阀瓣4的上端面20上方的阀体上腔16的平衡孔21；

阀体1的内表面上开有环形的密封圈容纳槽和阻断圈容纳槽，上垫圈15、上密封圈11、上分环10、下分环9和下密封圈7自上而下设置在密封圈容纳槽中，阻断圈位于阻断圈容纳槽中；

上分环10的下端面26与下分环9的上端面27之间具有缝隙。阀瓣4的外圆5与所述上垫圈15、上分环10、下分环9和阀体1的内圆间隙配合；

阻断圈13、上密封圈11和下密封圈7采用密封材料制成，在本实施例中，为达到耐高温的目的，密封材料为柔性石墨，在实际应用中，可根据需要采用不同的密封材料。

上垫圈15侧端面14的形状为向阀体1侧端面12方向挤压阻断圈13的圆锥面、斜面、平面或球面，其目的是通过旋紧压紧件17使得上垫圈15侧端面14向阀体1侧端面12方向压紧阻断圈13，阻断介质渗入上密封圈11外圆表面23后继续沿上垫圈15与阀体1之间流动的介质通道；

上垫圈15的下端面22和上分环10的上端面25的形状为向阀体1内方向挤压上密封圈11的圆锥面、斜面或球面；通过旋紧压紧件17，使上垫圈15和上分环10共同向内挤压上密封圈11，在上密封圈11的内圆表面24获得较其外圆表面23更大的密封预紧力，便于介质沿上分环10的下端面26与下分环9的上端面27之间的缝隙，再沿上分环10外圆与阀体1内腔8之间的缝隙挤入预紧力较小的上密封圈11外圆表面23，从而向内挤压上密封圈11，迫使上密封圈11的内圆表面24与阀瓣4外圆5进一步贴紧，构成上密封圈11对阀瓣4的压力自密封，上密封圈预紧时的受力情况如图3所示，其中N₁和N₁’代表不同方向的挤压力，N₂代表密封预紧力；

同理，下分环9下端面28和阀体1上端面31的形状为向阀体1内方向挤压下密封圈7的圆锥面、斜面或球面，通过旋紧压紧件17，使得下分环9和阀体1共同向内挤压下密封圈7，在下密封圈7的内圆表面30获得较其外圆表面29更大的密封预紧力，便于介质沿上分环10的下端面26与下分环9的上端面27之间的缝隙，再沿下分环9外圆与阀体1内腔8之间的缝隙渗入预紧力较小的下密封圈7的外圆表面29，形成向下密封圈7内方向挤压，迫使下密封圈7的内圆表面30与阀瓣4的外圆5进一步贴紧，构成下密封圈7对阀瓣4的压力自密封，下密封圈预紧时的受力情况如图4所示，其中N₁和N₁’代表不同方向的挤压力，N₂代表密封预紧力；

所述上分环10的下端面26与下分环9的上端面27之间具有缝隙，其目的是便于介质沿上分环10下端面26形成向上挤压，迫使上密封圈11与上垫圈15下端面22进一步贴紧，构成上密封圈11对上垫圈15下端面22的压力自密封；介质沿下分环9的上端面27形成向下挤压，迫使下密封圈7与阀体1上端面31进一步贴紧，构成下密封圈7对阀体1上端面31的压力自密封。

本实用新型的截断阀与压力管道联接后，在阀门处于关闭状态时，若介质从下通道33进入，会通过平衡孔21进入阀体上腔16，使阀瓣的上端面20和下端面34沿阀瓣4的轴向受到一对方向相反、相互抵消的力，实现介质沿阀瓣4的轴向压力自平衡；若介质从上通道3进入，介质压力作用在阀瓣外圆表面5上形成相互抵消的径向力，实现了介质沿阀瓣外圆表面5的径向压力自平衡。本实用新型处于开启状态时，在阀杆19的拉动下，阀瓣4被提起介质沿阀体内通道35经阀体出口流出，直至完全开启阀门。

通过阀杆19推动阀瓣沿阀体内表面向下运动，使阀瓣下端面34上的第二密封面与阀体内通道35上端面上的密封面贴紧实现密封，此时阀门处于关断状态，当压力介质从阀体上通道3进入时，介质压力自密封原理如图5所示：其中N₃和N₃’代表不同方向的介质贴紧力，N₄代表介质压力；压力介质通过阀瓣外圆5与阀体内圆6之间的缝隙向上流动，由于下密封圈7受预紧力作用，压力介质将挤过下密封圈7的内圆表面30，再依次沿阀瓣外圆5与下分环9内圆之间的缝隙、下分环9的上端面27与上分环10的下端面26之间的缝隙、上分环10外圆与阀体内腔8之间的缝隙流入预紧力较小的上密封圈11外圆表面23，由于阻断圈13阻断了上垫圈15与阀体1之间的介质通道，而流入上分环10下端面26的介质，沿上分环10下端面26挤压上密封圈11，形成上密封圈11对上垫圈15下端面22的压力自密封，又阻断了上密封圈11与上垫圈15间的介质通道，使得流入上密封圈11外圆表面23的介质形成向上密封圈11内方向挤压，迫使上密封圈11的内圆表面24与阀瓣4的外圆5进一步贴紧，构成上密封圈11对阀瓣4的压力自密封。

当压力介质从阀体下通道33进入时，其介质压力自密封原理如图6所示：其中N₃和N₃’代表不同方向的介质贴紧力，N₄代表介质压力，压力介质通过阀瓣4或阀杆19上所设平衡孔21传递至阀体上腔16，压力介质通过上垫圈15内圆与阀瓣外圆5之间的缝隙向下流动，由于上密封圈11受预紧力作用，压力介质将挤过上密封圈11的内圆表面24，再依次沿阀瓣外圆5与上分环10内圆之间的缝隙及上分环10的下端面26与下分环9的上端面27之间的缝隙、下分环9外圆与阀体内腔8之间的缝隙流入预紧力较小的下密封圈7外圆表面29，由于流入下分环9上端面27的介质，沿下分环9的上端面27形成向下方向挤压，构成下密封圈7对阀体1上端面31的压力自密封，阻断了下密封圈7与阀体1上端面31的介质通道，使得流入下密封圈7外圆表面29的介质形成向下密封圈7内方向挤压，迫使下密封圈7的内圆表面30与阀瓣4的外圆5进一步贴紧，构成下密封圈7对阀瓣4的压力自密封。

综上所述，由于挤压密封圈的贴紧力是由介质压力自身形成的自密封力，随着介质压力的升高会愈加可靠，其密封效果不仅与介质压力的高低无关，还与上密封圈11的内圆表面24或下密封圈7的内圆表面30对阀瓣4外圆5的密封预紧力的大小无关，因此，可以采用松散但耐高温的弹性材料制成密封圈来实现介质压力的自密封，同时，尽管阀瓣4外圆表面5对上密封圈11内圆表面24或下密封圈7的内圆表面30的磨损会导致本实用新型密封预紧力的下降，却不会导致本实用新型密封效果的下降。本实用新型并非仅通过零件与密封件之间的挤压来实现密封，而是通过旋紧压紧件17，使密封件能够获得足够的材料密度，并在上密封圈11的内圆表面24及下密封圈7的内圆表面30与阀瓣4的外圆表面5上形成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。

在阀门通径250mm，密封试验压力≥42MPa，持续时间≥60s的条件下对本实用新型的截断阀进行测试的结果表明，本实用新型实现了零泄漏，且阀门所需操作力矩小于450N·m，仅为传统技术阀门的1/20，因此，本实用新型具有优良的密封性且操作力矩小，适用于大通径的管道。

以上所述仅是本实用新型的优选实施方式，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，如上垫圈可以为一个零件或多个零件的组合，上垫圈与压紧件和阀盖可以制成一个零件等，密封件的数量和组合方式也可以多种多样，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。

Claims (8)

1.一种双向高温高压自平衡截断阀，包括阀体(1)、阀盖(18)、阀杆(19)和阀瓣(4)，所述阀体内设有阀体上通道(3)、阀体下通道(33)以及连通阀体上通道(3)和阀体下通道(33)的阀体内通道(35)；阀体(1)和阀瓣(4)之间设有复合密封圈和阻断圈(13)；其特征在于，所述复合密封圈包括自阀盖向阀体方向依次套设在阀瓣外的上垫圈(15)、上密封圈(11)、上分环(10)、下分环(9)和下密封圈(7)，所述阻断圈(13)套设在上垫圈(15)外；所述阀瓣(4)或阀杆(19)上开有连通阀瓣内腔(36)和阀体上腔(16)的平衡孔(21)。

2.根据权利要求1所述的双向高温高压自平衡截断阀，其特征在于，所述上垫圈(15)的侧端面(14)为向阀体(1)方向挤压阻断圈(13)的圆锥面、斜面、平面或球面，所述上垫圈(15)的下端面(22)和所述上分环(10)的上端面(25)的形状为向阀体(1)内方向挤压上密封圈(11)的圆锥面、斜面或球面，所述下分环(9)的下端面(28)和所述阀体(1)的上端面(31)的形状为向阀体内方向挤压下密封圈(7)的圆锥面、斜面或球面。

3.根据权利要求1所述的双向高温高压自平衡截断阀，其特征在于，所述阀体(1)的内表面开有环形的密封圈容纳槽和阻断圈容纳槽。

4.根据权利要求1所述的双向高温高压自平衡截断阀，其特征在于，所述阀瓣(4)的外表面和阀体的内表面与所述上垫圈(15)、上分环(10)、下分环(9)间隙配合。

5.根据权利要求1所述的双向高温高压自平衡截断阀，其特征在于，所述上分环(10)的下端面(26)和下分环(9)的上端面(27)之间具有间隙。

6.根据权利要求1所述的双向高温高压自平衡截断阀，其特征在于，所述阀瓣(4)的下端面和阀体内通道(35)有相配合的密封面，所述密封面为平面、圆锥面或球面。

7.根据权利要求1所述的双向高温高压自平衡截断阀，其特征在于，所述上垫圈(15)和阀盖(18)之间装有压紧件(17)，所述压紧件(17)与阀体(1)螺纹连接。

8.根据权利要求1所述的双向高温高压自平衡截断阀，其特征在于，所述阻断圈(13)、上密封圈(11)和下密封圈(7)采用柔性石墨或聚四氟乙烯材料制成。

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