CN106523729A - 一种低温上装式固定球阀 - Google Patents

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魏奇
刘晓东
包彦平
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Abstract

本发明公开了一种低温上装式固定球阀,属于液化天然气管线球阀技术领域。该低温上装式固定球阀包括：阀体、球体、上游阀座、下游阀座、阀盖、阀杆、连接支架以及执行机构；球体的上下两端分别设置有上短轴和下短轴，且上短轴和下短轴与球体为一体结构，阀杆与上短轴连接；上游阀座、下游阀座与阀体之间设置有第一弹性补偿部件以及泛塞密封圈；上游阀座为阶梯式结构且可沿水平方向移动；下游阀座为阶梯式结构且可沿水平方向移动。该低温上装式固定球阀尺寸精度高、密封性能好，使用寿命长，能够满足在-162℃下使用的要求。即使口径达到6寸以上，该低温上装式固定球阀的各项性能仍然能够满足要求。

Description

一种低温上装式固定球阀
技术领域
本发明涉及液化天然气管线球阀技术领域，特别涉及一种低温上装式固定球阀。
背景技术
液化天然气(Liquefied Natural Gas，简称LNG)无色、无味、无毒且无腐蚀性，是公认的地球上最干净的能源，其主要成分是甲烷。液化天然气通过在常压下将气态天然气冷却至-162℃得到。
低温上装式固定球阀是天然气液化站、接收站等工艺管线上常用的球阀，用于隔断液化天然气，所谓上装式球阀是指装配时阀座、球体等部件由阀体上部装入阀体，便于固定球阀的维护。现有的低温上装式固定球阀中，阀杆的一端通过键连接与球体连接，另一端穿过阀盖后与执行机构连接，执行机构通过阀杆带动球体旋转从而实现阀门的开启与关闭。阀座与阀体之间通过泛塞密封圈进行密封。由于液化天然气汽化温度较低，当温度大于-162℃时，液化天然气的体积会迅速膨胀，导致阀腔内部压力急剧升高，存在安全隐患。因此，低温上装式固定球阀中还设置有压力泄放结构，保证阀门的安全。目前，主要通过阀座与阀体之间的泛塞密封圈泄放压力。
综上，在实现本发明的过程中，本发明人发现现有技术中至少存在以下问题：现有低温上装式固定球阀利用泛塞密封圈泄放压力容易导致泛塞密封圈密封性能变差；球体与阀杆连接后整体行位公差难于保证，导致阀座上下游密封圈与球体贴合不够紧密，造成密封泄漏；球体重量全部由上下游阀座承担，使上下游阀座受垂直力，不利于阀座密封。
发明内容
为了解决上述的技术问题，本发明提供一种密封性能好、易于加工、装配的低温上装式固定球阀。
具体而言，包括以下的技术方案：
一种低温上装式固定球阀，所述低温上装式固定球阀包括：阀体、球体、上游阀座、下游阀座、阀盖、阀杆、连接支架以及执行机构；所述球***于所述阀体内部；所述上游阀座和下游阀座位于所述球体与阀体之间并且位于所述球体两侧，所述上游阀座和下游阀座与所述阀体之间设置有阀座固定环；所述阀体与阀盖之间通过螺栓与螺母连接；所述执行机构固定在连接支架上并且与所述阀杆连接；其中，所述球体的上下两端分别设置有上短轴和下短轴，且所述上短轴和下短轴与所述球体为一体结构，所述阀杆与所述上短轴连接；所述上游阀座与所述阀体之间还设置有第一弹性补偿部件、第一单向密封泛塞密封圈以及第二单向密封泛塞密封圈；所述下游阀座与所述阀体之间还设置有第一弹性补偿部件以及双向密封泛塞密封圈；所述上游阀座为阶梯式结构且可沿水平方向移动；所述下游阀座为阶梯式结构且可沿水平方向移动。
进一步地，所述阀盖内设置有填料函，所述填料函内设置有填料轴承以及垫圈；所述填料轴承为阶梯式结构；所述填料轴承与所述垫圈之间设置有第四单向密封泛塞密封圈。
进一步地，所述下短轴与所述阀体之间设置有第三弹性补偿部件。
进一步地，所述上短轴与所述阀盖之间设置有上轴承，所述下短轴与所述阀体之间设置有下轴承。
进一步地，所述上轴承以及下轴承均包括不锈钢外壳以及聚三氟氯乙烯内衬。
进一步地，所述第一弹性补偿部件包括对中环、隔离垫板以及碟形弹簧。
进一步地，所述上短轴上端设置有扁槽或者方孔，所述阀杆下端设置有与所述扁槽或者方孔相配合的接头。
进一步地，所述阀体与所述阀盖的密封面之间设置有第三单向密封泛塞密封圈以及缠绕垫片。
进一步地，所述上游阀座与所述球体的密封面之间以及所述下游阀座与所述球体的密封面之间设置有阀座密封圈。
进一步地，所述上游阀座的台阶的级数为4～6级。
进一步地，所述螺母与所述阀盖之间设置有第二弹性补偿部件。
进一步地，所述阀座固定环与所述上游阀座、下游阀座连接的位置处设置有护板。
进一步地，所述阀体上设置有排污孔。
进一步地，所述阀座密封圈(13)底部开设有阀座密封圈压入排气工艺孔。
优选地，所述阀座密封圈的材质为聚三氟氯乙烯。
优选地，所述阀体的材质为CF8M(GB/T12230-2005)，含碳量可适当减小。
优选地，所述填料为石墨。
本发明实施例提供的技术方案的有益效果：
本发明实施例提供的低温上装式固定球阀中，在球体的上下两端分别设置上、下短轴并且与球体采用一体化结构设计，阀杆只承受扭矩而不承受球体给予的剪切力。不仅便于提高尺寸精度而且避免了传统的阀杆既承担扭矩又承担剪切力易造成的传动失效和装配后行位公差差。上游阀座采用阶梯式设计，且上游阀座与阀体的密封面之间设置有空隙，当固定球阀中腔(即阀体、阀盖以及球体所形成的空间)压力较高时，上游阀座会在压力的作用下向着阀体移动，从而使上游阀座与球体之间形成空隙，压力从上游阀座与球体之间的空隙泄放，一方面保证了固定球阀的安全，另一方面避免了通过泛塞密封圈泄放压力导致泛塞密封圈密封性能降低的问题。本发明实施例提供的低温上装式固定球阀尺寸精度高、密封性能好，使用寿命长，能够满足在-162℃下使用的要求。当阀门的口径达到6寸以上时，本发明实施例提供的固定球阀的各项性能仍然能够满足要求。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例中的技术方案，下面将对实施例描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，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为本发明实施例提供的低温上装式固定球阀的结构示意图；
图2为图1中A位置处的局部放大图；
图3为图1中B位置处的局部放大图；
图4为图1中C位置处的局部放大图；
图5为图1中D位置处的局部放大图；
图6为图1中E位置处的局部放大图。
图中附图标记分别表示：
1、阀体；2、第三弹性补偿部件；3、球体；
4、下轴承；5、上短轴；6、下短轴；
7、第一弹性补偿部件；701、对中环；
702、碟形弹簧；703、隔离垫板；
8、阀座固定环；801、护板；
9、第一单向密封泛塞密封圈；10、第二单向密封泛塞密封圈；
11、上游阀座；12、下游阀座；13、阀座密封圈；
14、第三单向密封泛塞密封圈；15、缠绕垫片；
16、双向密封泛塞密封圈；17、第二弹性补偿部件；
18、上轴承；19、阀盖；20、阀杆；21、垫圈；
22、第四单向密封泛塞密封圈；23、填料轴承；
24、填料；25、连接支架；26、执行机构；27、排污孔。
具体实施方式
为使本发明的技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图对本发明实施方式作进一步地详细描述。
本发明实施例提供一种低温上装式固定球阀，参见图1并结合图2～图6，该低温上装式固定球阀包括：阀体1、球体3、上游阀座11、下游阀座12、阀盖19、阀杆20、连接支架25以及执行机构26；球体3位于阀体1内部；上游阀座11和下游阀座12位于球体3与阀体1之间并且位于球体3两侧，上游阀座11和下游阀座12与阀体1之间设置有阀座固定环8；阀体1与阀盖19之间通过螺栓与螺母连接；执行机构26固定在连接支架25上并且与阀杆20连接；其中，球体3的上下两端分别设置有上短轴5和下短轴6，且上短轴5和下短轴6与球体3为一体结构，阀杆20与上短轴5连接；上游阀座11与阀体1之间还设置有第一弹性补偿部件7、第一单向密封泛塞密封圈9以及第二单向密封泛塞密封圈10；下游阀座12与所述阀体1之间还设置有第一弹性补偿部件7以及双向密封泛塞密封圈16；上游阀座11为阶梯式结构且可沿水平方向移动；下游阀座12为阶梯式结构且可沿水平方向移动。
本发明实施例提供的低温上装式固定球阀的工作原理为：将阀体1的两端分别与液化天然气工艺管线连接，从阀体1的上部将上游阀座11、一体化结构的球体3和第一弹性补偿部件7以及下游阀座12等装入阀体1，然后利用螺栓和螺母将阀盖19与阀体1连接，最后将阀杆20的两端分别和上短轴5与执行机构26连接。其中，上游阀座11安装在流通介质输入的一侧，下游阀座12安装在流通介质输出的一侧；利用第一弹性补偿部件7分别将上游阀座11、下游阀座12与球体3压紧，上游阀座11与阀体1之间通过第一单向密封泛塞密封圈9、第二单向密封泛塞密封圈10进行密封，下游阀座12与阀体1之间通过双向密封泛塞密封圈16进行双向密封。通过转动执行机构26，带动球体3旋转来实现阀门的开启与关闭。上游阀座11、下游阀座12均采用阶梯式结构设计，与阀体1和阀座固定环8之间留有空隙，并且如图2、图3所示，上游阀座11和下游阀座12上的安装孔的轴线为水平方向，用于固定上、下游阀座和阀座固定环8的销钉也沿水平方向安装，销钉与安装孔之间间隙配合。因此，本发明实施例提供的低温上装式固定球阀中上游阀座11和下游阀座12能够沿水平方向移动。
本发明实施例的低温上装式固定球阀中采用单阀杆设计，球体3上、下两端分别设置上短轴5和下短轴6，且为一体结构，这样有利于球体3在阀体1中的安装固定而且有利于球体3的转动，阀杆20只承受扭矩而不承受球体3给予的剪切力。同时将上短轴5、球体3以及下短轴6制造为一个整体，有利于保证尺寸精度。特别是当阀门口径达到6寸以上时，如果采用传统的键连接的方式连接球体3与阀杆20，球体3以及上阀杆20上的键槽的形位公差很难达到要求；而采用本发明实施例的一体化结构设计则能够有效避免上述问题。
本发明实施例的低温上装式固定球阀采用阶梯式阀座泄压方式进行压力泄放，当固定球阀中腔(即阀体1、阀盖19以及球体3所形成的空间)压力较高时，上游阀座11会在压力的作用下向着阀体1移动，从而使上游阀座11与球体3之间形成空隙，此时压力就从上游阀座11与球体3之间的空隙泄放；当中腔压力恢复正常后，在第一弹性补偿部件7的作用下重新使上游阀座11与球体3压紧。在保证固定球阀使用安全的同时，避免通过泛塞密封圈泄放压力导致泛塞密封圈密封性能降低的问题。
综上，本发明实施例提供的低温上装式固定球阀尺寸精度高、密封性能好、使用寿命长，能够满足在-162℃下使用的要求。当阀门的口径达到6寸以上时，各项性能仍然能够满足要求。
在上述的低温上装式固定球阀中，第一单向密封泛塞密封圈9、以及第二单向密封泛塞密封圈10采用常用的U型泛塞密封圈，U型的开口方向应当与流通介质的流动方向平行。第一单向密封泛塞密封圈9以及第二单向密封泛塞密封圈10的开口方向相反。双向密封泛塞密封圈16可以采用图3所示的双O型泛塞密封圈，即将两个O型泛塞密封圈组合形成一个整体。
在上述的低温上装式固定球阀中，如图4所示，阀盖19内设置有填料函，用于装填填料24。在填料函的下部设置有填料轴承23以及垫圈21；其中，填料轴承23为阶梯式结构，直径较大的一端向上。填料24装填在填料轴承23的上方，垫圈设置在填料轴承23的下方，填料轴承23与垫圈21之间设置有第四单向密封泛塞密封圈22，以提高密封性能。第四单向密封泛塞密封圈22可以采用常用的U型泛塞密封圈，其开口方向竖直向下。填料24的具体成分没有严格限定，本领域常用的用于密封的填料均可，例如可以为石墨。
在上述的低温上装式固定球阀中，可以在下短轴6底部与阀体1之间设置第三弹性补偿部件2，以弥补尺寸的误差(如图5所示)。特别是对于口径6寸以上的大口径固定球阀来说，能够降低加工的难度。第三弹性补偿部件2的具体形式没有严格的限定，例如可以为碟形弹簧。
在上述的低温上装式固定球阀中，为了减小上短轴5以及下短轴6的磨损并且有利于传动，可以在下短轴6与阀体1之间设置下轴承4，在上短轴5与阀盖19之间设置上轴承18。为了满足-162℃的低温使用要求以及大口径固定球阀的尺寸精度要求，上轴承18和下轴承4可以采用奥氏体不锈钢与聚三氟氯乙烯(polychlorotrifluoroethylene，PCTFE)的组合轴承，即轴承的外壳为奥氏体不锈钢外壳，在外壳内部设置聚三氟氯乙烯内衬。
在上述的低温上装式固定球阀中，第一弹性补偿部件7可以采用蝶形弹簧。当采用多个碟形弹簧时，为了防止出现碟形弹簧对中不准的问题，可以采用以下的方式：如图2所示，第一弹性补偿部件7包括对中环701、碟形弹簧702以及隔离垫板703。其中，隔离垫板703位于相邻的两个碟形弹簧之间，对中环701用于对多个碟形弹簧进行对中。本领域技术人员可以理解的是，第一弹性补偿部件7还可以采用其他的形式，只要具有弹性能够将上游阀座11和下游阀座12压紧在球体3上即可。
在上述的低温上装式固定球阀中，阀杆20与上短轴5的连接方式没有严格的限定，只要阀杆20能够带动球体3转动实现阀门的开启与关闭即可。例如可以在上短轴5上端设置扁槽或者方孔，在阀杆20下端设置与扁槽或者方孔相配合的接头，从而将阀杆20与上短轴5连接。
在上述的低温上装式固定球阀中，如图5所示，阀体1与阀盖19的密封面之间采用第三单向密封泛塞密封圈14和缠绕垫片15组合密封形式进行密封。其中缠绕垫片15可以为金属缠绕垫片；第三单向密封泛塞密封圈14可以采用U型泛塞密封圈，其开口方向沿水平方向设置。
在上述的低温上装式固定球阀中，上游阀座11与球体3的密封面之间以及下游阀座12与球体3的密封面之间设置有阀座密封圈13。由于该固定球阀需要在-162℃的低温环境下长时间使用，因此阀座密封圈13的材质应采用耐低温性能良好的材质，例如可以为聚三氟氯乙烯。阀座密封圈13底部还开设有阀座密封圈压入排气工艺孔。
在上述的低温上装式固定球阀中，上游阀座11的台阶的级数没有严格的限定，本领域技术人员可以根据实际需要进行设定，例如可以为4级、5级、6级等。下游阀座12的台阶的级数也没有严格的限定，例如可以为2级、3级、4级等。
在上述的低温上装式固定球阀中，由于在低温环境中阀盖19和阀体1的尺寸会产生一定的收缩，从而使螺母松动导致阀盖19和阀体1连接不牢固。为了防止螺母松动，可以在螺母和阀体1之间设置第二弹性补偿部件17。第二弹性补偿部件17的具体形式也没有严格的限定，例如可以为碟形弹簧。
在上述的低温上装式固定球阀中，为了防止颗粒物进入阀座发生卡阻，阀座固定环8与上游阀座11、下游阀座12连接的位置处设置有护板801。
在上述的低温上装式固定球阀中，为了便于阀体1内部的清洁和维护，可以在阀体1的底部设置排污孔27。
在上述的低温上装式固定球阀中，执行机构26的具体形式本发明实施例不作特殊限制，本领域常规技术手段均可，例如可以采用蜗轮蜗杆传动机构。
在上述的低温上装式固定球阀中，阀体1所用材料应当具有良好的耐低温性能，例如可以采用CF8M不锈钢(GB/T12230-2005)，含碳量可适当减小。
综上，本发明实施例提供的低温上装式固定球阀在具备上装式固定球阀检修方便的特点的基础上，还具有良好的耐低温性能、密封性能以及传动能力，能够满足液化天然气行业天然气液化站、接收站等工艺管线上对固定球阀耐低温、零泄漏以及使用寿命长的要求。
以上所述仅是为了便于本领域的技术人员理解本发明的技术方案，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 (13)

1.一种低温上装式固定球阀，所述低温上装式固定球阀包括：阀体(1)、球体(3)、上游阀座(11)、下游阀座(12)、阀盖(19)、阀杆(20)、连接支架(25)以及执行机构(26)；所述球体(3)位于所述阀体(1)内部；所述上游阀座(11)和下游阀座(12)位于所述球体(3)与阀体(1)之间并且位于所述球体(3)两侧，所述上游阀座(11)和下游阀座(12)与所述阀体(1)之间设置有阀座固定环(8)；所述阀体(1)与阀盖(19)之间通过螺栓与螺母连接；所述执行机构(26)固定在连接支架(25)上并且与所述阀杆(20)连接；
其特征在于，
所述球体(3)的上下两端分别设置有上短轴(5)和下短轴(6)，且所述上短轴(5)和下短轴(6)与所述球体(3)为一体结构，所述阀杆(20)与所述上短轴(5)连接；
所述上游阀座(11)与所述阀体(1)之间还设置有第一弹性补偿部件(7)、第一单向密封泛塞密封圈(9)以及第二单向密封泛塞密封圈(10)；
所述下游阀座(12)与所述阀体(1)之间还设置有第一弹性补偿部件(7)以及双向密封泛塞密封圈(16)；
所述上游阀座(11)为阶梯式结构且可沿水平方向移动；所述下游阀座(12)为阶梯式结构且可沿水平方向移动。
2.根据权利要求1所述的低温上装式固定球阀，其特征在于，所述阀盖(19)内设置有填料函，所述填料函内设置有填料轴承(23)以及垫圈(21)；所述填料轴承(23)为阶梯式结构；所述填料轴承(23)与所述垫圈之间设置有第四单向密封泛塞密封圈(22)。
3.根据权利要求1所述的低温上装式固定球阀，其特征在于，所述下短轴(6)与所述阀体(1)之间设置有第三弹性补偿部件(2)。
4.根据权利要求1所述的低温上装式固定球阀，其特征在于，所述上短轴(5)与所述阀盖(19)之间设置有上轴承(18)，所述下短轴(6)与所述阀体(1)之间设置有下轴承(4)。
5.根据权利要求4所述的低温上装式固定球阀，其特征在于，所述上轴承(18)以及下轴承(4)均包括不锈钢外壳以及聚三氟氯乙烯内衬。
6.根据权利要求1所述的低温上装式固定球阀，其特征在于，所述第一弹性补偿部件包括对中环(701)、碟形弹簧(702)以及隔离垫板(703)。
7.根据权利要求1所述的低温上装式固定球阀，其特征在于，所述上短轴(5)上端设置有扁槽或者方孔，所述阀杆(20)下端设置有与所述扁槽或者方孔相配合的接头。
8.根据权利要求1所述的低温上装式固定球阀，其特征在于，所述阀体(1)与所述阀盖(19)的密封面之间设置有第三单向密封泛塞密封圈(14)以及缠绕垫片(15)。
9.根据权利要求1所述的低温上装式固定球阀，其特征在于，所述上游阀座(11)与所述球体(3)的密封面之间以及所述下游阀座(12)与所述球体(3)的密封面之间设置有阀座密封圈(13)。
10.根据权利要求1所述的低温上装式固定球阀，其特征在于，所述上游阀座(11)的台阶的级数为4～6级。
11.根据权利要求1所述的低温上装式固定球阀，其特征在于，所述螺母与所述阀盖(19)之间设置有第二弹性补偿部件(17)。
12.根据权利要求1所述的低温上装式固定球阀，其特征在于，所述阀座固定环(8)与所述上游阀座(11)、下游阀座(12)连接的位置处设置有护板(801)。
13.根据权利要求1所述的低温上装式固定球阀，其特征在于，所述阀体(1)上设置有排污孔(27)。
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