CN110195799B - 阀杆密封自动监测补偿及应急装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种阀杆密封自动监测补偿及应急装置，涉及阀杆密封领域，由下至上依次为阀体上端、软填料、金属环、阀杆；金属环上端为带螺纹填料压紧件，阀杆穿过软填料、金属环和带螺纹填料压紧件；阀体上端顶端开有模压填料和密封O型圈槽；模压填料和密封O型圈上端为介质泄漏监测环；介质泄漏监测环的监测口安装介质泄漏监测传感器；介质泄漏监测传感器与可编程逻辑控制器相连；介质泄漏监测环上端为驱动轮、滚动钢珠和从动棘轮；驱动轮与微型液压缸相连；从动棘轮与带螺纹填料压紧件的间隙配合微型液压缸与微型液压泵相连；微型液压缸与可编程逻辑控制器相连。实现阀杆密封泄漏的实时监测，对软填料自动补偿以及完全失效的应急密封功能。

Description

阀杆密封自动监测补偿及应急装置
技术领域
本发明涉及阀杆密封领域，尤其是一种阀杆密封自动监测补偿及应急装置。
背景技术
阀杆密封用于减少或消除介质泄露于阀门外。对于低于大气压的应用，阀杆密封必须减少或者消除空气渗入阀门内。密封装置虽然只是数个零部件，但却能决定整体装置的安全性、可靠性和耐久性。在传输具有腐蚀性、易燃易爆或有毒介质时，泄露极易引起重大安全事故，危及人身安全，带来巨大的经济损失。
现阶段阀杆密封的主要形式为单一密封件和双重密封件。密封方式主要包括O型圈密封、软填料密封等。O型圈密封是用于阀杆先行和回转运动的最简单方式，不具备调节能力，是安装维修水平较低场所的理想选择。软填料包含金属软填料、碳纤维填料、柔性石墨填料和天然纤维类填料等。这类填料是被动可调的，并且嵌入和维修需要时间和技术。在正常使用过程中，阀杆/轴/填料函的磨损和腐蚀带来的压缩量腐蚀会导致密封能力变弱。非模压的软填料受压力会缩小到其原始体积的60％，必须有足够的填料压盖行程。现阶段所有的填料装置都是通过预压缩载荷的。填料压盖或弹簧施加的轴向力促使填料填充径向间距并提供密封。通过弹簧进行补偿的能力相对较弱，弹簧载荷受加工公差控制影响，并且装配期间是不可调的。弹簧容易受外界环境和工艺流程介质影响，随着弹簧张力的变化，补偿效果会逐渐失效，这种补偿过程是非主动和非线性的。
发明内容
本发明针对上述问题及技术需求，提出了一种阀杆密封自动监测补偿及应急装置。
本发明的技术方案如下：
一种阀杆密封自动监测补偿及应急装置，由下至上依次为阀体上端、软填料、金属环、阀杆；所述金属环的上端为带螺纹填料压紧件，所述阀杆穿过软填料、金属环和带螺纹填料压紧件；所述阀体上端的顶端开有模压填料的槽和密封O型圈的槽；所述模压填料和密封O型圈的上端为介质泄漏监测环；所述介质泄漏监测环的泄漏监测口安装介质泄漏监测传感器；所述介质泄漏监测传感器的信号线与可编程逻辑控制器相连；所述介质泄漏监测环的上端为驱动轮、滚动钢珠和从动棘轮；所述驱动轮与微型液压缸相连；所述从动棘轮与所述带螺纹填料压紧件的间隙配合所述微型液压缸与微型液压泵相连；所述微型液压缸的控制线与所述可编程逻辑控制器相连。
其进一步的技术方案为：在正常工作状态下，所述软填料为主密封件，所述介质泄漏监测传感器实时采集信号；
在所述软填料出现磨损后，介质在压力作用下出现渗漏；介质沿阀杆的间隙向上渗漏，介质的渗漏量超过预定数值后沿所述介质泄漏监测环的监测孔排除，所述介质泄漏监测传感器采集到泄漏信号后反馈给所述可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器触发微型液压泵工作，驱动微型液压缸推顶所述驱动轮绕阀杆的轴中心进行顺时针转动，通过所述滚动钢珠连接所述从动棘轮，将扭矩传递给所述带螺纹填料压紧件，通过所述带螺纹填料压紧件的轴向位移挤压所述软填料进行密封；
每一轮的软填料压紧后，所述介质泄漏监测传感器延时采集信号，若无渗漏则填料自动补偿过程结束；若监测到泄漏信号则将泄漏信号反馈给所述可编程逻辑控制器。
其进一步的技术方案为：在所述微型液压缸满行程后，所述可编程逻辑控制器控制微型液压***推顶所述驱动轮绕阀杆轴中心进行逆时针转动。
其进一步的技术方案为：当所述带螺纹填料压紧件的轴向位移达到最大值，所述介质泄漏监测传感器依然监测到泄漏信号时，所述可编程逻辑控制器判定密封彻底失效触发应急密封锁紧装置启动；
所述应急密封锁紧装置启动后，所述微型液压泵向所述弹性套内充压，所述弹性套受压后产生径向形变，挤压所述模压填料进行应急密封。
其进一步的技术方案为：在触发应急密封锁紧装置后，所述可编程逻辑控制器将密封失效信号反馈至集中中控机或通过预留接口连接声光报警装置发出警示信号。
其进一步的技术方案为：所述介质泄漏监测环上开有介质泄漏监测孔，所述介质泄漏监测孔与水平线呈-15°夹角；
对于有害介质，所述介质泄漏监测孔的末端安装有介质回收装置。
其进一步的技术方案为：所述微型液压泵的直径为30mm，出口压力高于4Mpa；
所述微型液压油箱由高强度塑料制造；
所述微型液压缸和微型液压管路的接口为4mm，工作压力不低于4MPa。
其进一步的技术方案为：所述驱动轮由高强度合金钢制造，所述驱动轮与所述滚动钢珠的接触内圈为沟槽设计，所述驱动轮表面防腐蚀处理；
所述从动棘轮由高强度合金钢制造，所述滚动钢珠与所述从动棘轮采用弹簧张力连接，所述从动棘轮表面防腐蚀处理；所述从动棘轮逆时针方向设计；所述从动棘轮中心开有正六边形孔，与所述带螺纹填料压紧件上端六角头间隙配合；
所述带螺纹填料压紧件由高强度合金钢制造，上端为正六边形六角头，沿所述从动棘轮中心的正六边形孔轴向移动；所述带螺纹填料压紧件的外圈中间部分开有右旋螺纹，螺纹与上端六角头之间的圆柱面高精度加工，为所述模压填料的密封面；
所述金属环由304不锈钢制造；
所述模压填料经过预压缩增大抵抗介质压力和介质泄漏阻力；
所述弹性套由高分子材料制成，预埋于所述模压填料中，与微型液压管路相连，所述弹性套充压后径向膨胀挤压模压填料。
本发明的有益技术效果是：
1、通过介质泄漏监测传感器实现阀杆密封泄漏的实时监测，无需采用人工使用便携式传感器，监测数据可以实时反馈。
2、实现阀杆密封软填料的自动补偿功能，微型液压***、机械传动机构和可编程逻辑控制器实现的自动补偿是线性和可控的，通过可编程逻辑控制器可以实现带螺纹填料压紧件在轴向的任意位移，通过参数设定可以实现软填料挤压、监测反馈、软填料再次挤压、监测反馈的闭环控制过程。避免了传统的内部弹簧位移补偿装置在使用过程中受介质压力和介质腐蚀影响，在工作压力变化很大的情况下有可能在填料函里移动而在饮料函内孔产生磨损，软填料也有可能随弹簧产生填料位移，加剧磨损；而弹簧在外部时，弹簧必须是重载的并且耐环境腐蚀，由应力腐蚀引起的故障会导致高泄漏率的发生，解决了弹簧位移补偿方式中弹簧载荷受加工公差控制影响，并且在装配期间不可调的问题。本发明的填料自动补偿装置实现补偿过程的线性、可控，减少填料在填料函内的磨损，可控的自动补偿可以节约设备维护的时间成本和人力成本。
3、实现阀杆密封完全失效后的应急密封防渗漏功能，解决了传统的阀杆密封在填料密封完全失效后无法阻止介质的泄漏，腐蚀性、易燃易爆和有毒介质泄漏容易造成财产损失和危害人身安全的问题；本发明的应急密封锁紧装置在应急密封生效后可以减少或避免介质的泄漏，同时可以将密封失效的故障反馈给使用单位，减少或避免因密封失效造成的损失。
附图说明
图1是本发明一个实施例提供的一种阀杆密封自动监测补偿及应急装置的正面剖视图。
图2是本发明一个实施例提供的一种阀杆密封自动监测补偿及应急装置的的俯视图。
图3是本发明一个实施例提供的带螺纹填料压紧件的示意图。
具体实施方式
下面结合附图对本发明的具体实施方式做进一步说明。
结合参考图1和图2，其示出了本发明实施例提供的一种阀杆密封自动监测补偿及应急装置的示意图，该阀杆密封自动监测补偿及应急装置涉及介质泄漏的自动监测、填料的自动补偿和密封失效后的应急密封锁紧，采用机械传动机构、微型液压装置和可编程逻辑控制器来实现本装置的上述功能，包括介质泄漏监测装置、填料自动补偿装置和应急密封锁紧装置。如图1和图2所示，阀杆密封自动监测补偿及应急装置由下至上依次为阀体上端9、软填料11、金属环10、阀杆1；金属环10的上端为带螺纹填料压紧件2，阀杆1穿过软填料11、金属环10和带螺纹填料压紧件2；阀体上端9的顶端开有模压填料8-1的槽和密封O型圈7-1的槽；模压填料8-1和密封O型圈7-1的上端为介质泄漏监测环4；介质泄漏监测环4的泄漏监测口安装介质泄漏监测传感器6；介质泄漏监测传感器6的信号线与可编程逻辑控制器12相连；介质泄漏监测环4的上端为驱动轮3-3、滚动钢珠3-2和从动棘轮3-1；驱动轮3-3与微型液压缸13相连；从动棘轮3-1与带螺纹填料压紧件2的间隙配合微型液压缸13与微型液压泵5-1相连；微型液压缸13的控制线与可编程逻辑控制器12相连。
介质泄漏监测环4、介质泄漏监测传感器6、可编程逻辑控制器12构成介质泄漏监测装置，密封失效后，泄漏介质通过介质泄漏监测环4渗出，介质泄漏监测传感器6采集信号后反馈给可编程逻辑控制器12。
微型液压泵5-1、微型液压油箱5-2、微型液压缸13、微型液压管路、驱动轮3-3、滚动钢珠3-2、从动棘轮3-1、带螺纹填料压紧件2、金属环10、可编程逻辑控制器12构成填料自动补偿装置。可编程逻辑控制器12接收泄漏反馈后进行处理，启动微型液压泵5-1，驱动微型液压缸13工作。
微型液压泵5-1、微型液压油箱5-2、微型液压管路接头、模压填料8-1、弹性套8-2、介质泄漏监测传感器6、可编程逻辑控制器12构成应急密封锁紧装置。
可选的，介质泄漏监测环4上开有介质泄漏监测孔，介质泄漏监测孔与水平线呈-15°夹角，可以避免泄漏介质残留在检测孔内，避免介质泄漏监测传感器6重复反馈泄漏信号。
对于有害介质，介质泄漏监测孔的末端安装有介质回收装置。
微型液压泵5-1的直径为30mm，出口压力高于4Mpa，便于***的集成，不干涉其他装置。
微型液压油箱5-2由高强度塑料制造，外形尺寸根据布置方式定制，便于***的集成，不干涉其他装置。
微型液压缸13和微型液压管路的接口为4mm，工作压力不低于4MPa。
可选的，驱动轮3-3由高强度合金钢制造，驱动轮3-3与滚动钢珠3-2的接触内圈为沟槽设计，驱动轮3-3表面防腐蚀处理；从动棘轮3-1由高强度合金钢制造，滚动钢珠3-2与从动棘轮3-1采用弹簧张力连接，从动棘轮3-1表面防腐蚀处理；从动棘轮3-1逆时针方向设计，保证从动棘轮3-1与滚动钢珠3-2接触时只能传递顺时针扭矩；从动棘轮3-1中心开有正六边形孔，与带螺纹填料压紧件2上端六角头间隙配合，在传递扭矩时可以保证带螺纹填料压紧件2轴向移动。
带螺纹填料压紧件2由高强度合金钢制造，上端为正六边形六角头，沿从动棘轮3-1中心的正六边形孔轴向移动；带螺纹填料压紧件2的外圈中间部分开有右旋螺纹，螺纹与上端六角头之间的圆柱面高精度加工，为模压填料的密封面，软填料11在密封未失效前与模压填料8-1不接触。
金属环10由304不锈钢制造，带螺纹填料压紧件2在沿轴线位移时会沿螺纹右旋，金属环10可以避免填料与带螺纹填料压紧件2的摩擦。
模压填料8-1经过预压缩增大抵抗介质压力和介质泄漏阻力，模压填料8-1在阀杆1密封完全失效后才工作，为整套庄子的应急防渗漏密封件。
弹性套8-2由高分子材料制成，预埋于模压填料8-1中，与微型液压管路相连，弹性套8-2充压后径向膨胀挤压模压填料8-1来实现密封功能。
本发明实施例提供的阀杆密封自动监测补偿及应急装置的工作原理为：
在正常工作状态下，软填料11为主密封件，介质泄漏监测传感器6实时采集信号；在软填料11出现磨损后，介质在压力作用下出现渗漏；介质沿阀杆1的间隙向上渗漏，介质的渗漏量超过预定数值后沿介质泄漏监测环4的监测孔排除，介质泄漏监测传感器6采集到泄漏信号后反馈给可编程逻辑控制器12；可编程逻辑控制器12触发微型液压泵5-1工作，驱动微型液压缸13推顶驱动轮3-3绕阀杆1的轴中心进行顺时针转动，通过滚动钢珠3-2连接从动棘轮3-1，将扭矩传递给带螺纹填料压紧件2，通过带螺纹填料压紧件2的轴向位移挤压软填料11进行密封；每一轮的软填料11压紧后，介质泄漏监测传感器6延时采集信号，若无渗漏则填料自动补偿过程结束；若监测到泄漏信号则将泄漏信号反馈给可编程逻辑控制器12。
在微型液压缸13满行程后，可编程逻辑控制器12控制微型液压***推顶驱动轮3-3绕阀杆轴中心进行逆时针转动。当驱动轮3-3逆时针转动时，滚动赶住3-2不会将扭矩传递给从动棘轮3-1和带螺纹填料压紧件2。在驱动轮3-3逆时针转动后，重复上述带螺纹填料压紧件2被驱动顺时针旋转从而实现轴向移动挤压密封填料的过程。
当带螺纹填料压紧件2的轴向位移达到最大值，介质泄漏监测传感器6依然监测到泄漏信号时，可编程逻辑控制器12判定密封彻底失效触发应急密封锁紧装置启动；应急密封锁紧装置启动后，微型液压泵5-1向弹性套8-2内充压，弹性套8-2受压后产生径向形变，挤压模压填料8-1进行应急密封。
在触发应急密封锁紧装置后，可编程逻辑控制器12将密封失效信号反馈至集中中控机或通过预留接口连接声光报警装置发出警示信号。
本发明实施例提供的阀杆密封自动监测补偿及应急装置在实际安装过程中主要步骤包括：
第一步，安装阀杆1，阀杆1穿过阀体上端9。
第二步，安装软填料11，软填料11的尺寸与填料函和阀杆1尺寸相协调。
第三步，安装金属环10，确保安装环可以沿阀杆1轴向方向自由移动无卡滞现象。
第四步，安装密封O型圈7-1、模压填料8-1和弹性套8-2。
第五步，安装带螺纹填料压紧件2，根据密封的设计要求用扭矩扳手预先旋紧带螺纹填料压紧件2，确保其与模压填料8-1暂时无密封效果。
第六步，安装介质泄露监测环4和介质泄露监测传感器6。
第七步，安装从动棘轮3-1、滚动钢珠3-2、驱动轮3-3，确保机械驱动装置无卡滞现场。
第八步，安装微型液压缸13，微型液压缸13与驱动轮3-3相连。
第九步，安装微型液压泵5-1，微型液压泵5-1与微型液压缸13和弹性套8-2充压接口相连。
第十步，安装微型液压油箱5-2，微型液压油箱5-2与微型液压泵5-1相连。
第十一步，安装可编程逻辑控制器12，可编程逻辑控制器12与介质泄露监测传感器6的信号线和微型液压泵5-1的控制线相连。
以上所述的仅是本发明的优先实施方式，本发明不限于以上实施例。可以理解，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和构思的前提下直接导出或联想到的其他改进和变化，均应认为包含在本发明的保护范围之内。

Claims (8)

1.一种阀杆密封自动监测补偿及应急装置，其特征在于，包括介质泄漏监测装置、填料自动补偿装置和应急密封锁紧装置，所述阀杆密封自动监测补偿及应急装置由下至上依次为阀体上端、软填料、金属环、阀杆；所述金属环的上端为带螺纹填料压紧件，所述阀杆穿过软填料、金属环和带螺纹填料压紧件；所述阀体上端的顶端开有模压填料的槽和密封O型圈的槽，弹性套预埋于所述模压填料中；所述模压填料和密封O型圈的上端为介质泄漏监测环；所述介质泄漏监测环的泄漏监测口安装介质泄漏监测传感器；所述介质泄漏监测传感器的信号线与可编程逻辑控制器相连；所述介质泄漏监测环的上端为驱动轮、滚动钢珠和从动棘轮；所述驱动轮与微型液压缸相连；所述从动棘轮与所述带螺纹填料压紧件的间隙配合，所述微型液压缸与微型液压泵相连，微型液压油箱与所述微型液压泵相连；所述微型液压缸的控制线与所述可编程逻辑控制器相连。
2.根据权利要求1所述的阀杆密封自动监测补偿及应急装置，其特征在于，在正常工作状态下，所述软填料为主密封件，所述介质泄漏监测传感器实时采集信号；
在所述软填料出现磨损后，介质在压力作用下出现渗漏；介质沿阀杆的间隙向上渗漏，介质的渗漏量超过预定数值后沿所述介质泄漏监测环的监测孔排除，所述介质泄漏监测传感器采集到泄漏信号后反馈给所述可编程逻辑控制器；所述可编程逻辑控制器触发微型液压泵工作，驱动微型液压缸推顶所述驱动轮绕阀杆的轴中心进行顺时针转动，通过所述滚动钢珠连接所述从动棘轮，将扭矩传递给所述带螺纹填料压紧件，通过所述带螺纹填料压紧件的轴向位移挤压所述软填料进行密封；
每一轮的软填料压紧后，所述介质泄漏监测传感器延时采集信号，若无渗漏则填料自动补偿过程结束；若监测到泄漏信号则将泄漏信号反馈给所述可编程逻辑控制器。
3.根据权利要求2所述的阀杆密封自动监测补偿及应急装置，其特征在于，在所述微型液压缸满行程后，所述可编程逻辑控制器控制所述微型液压泵工作，驱动所述微型液压缸推顶所述驱动轮绕阀杆轴中心进行逆时针转动。
4.根据权利要求2所述的阀杆密封自动监测补偿及应急装置，其特征在于，当所述带螺纹填料压紧件的轴向位移达到最大值，所述介质泄漏监测传感器依然监测到泄漏信号时，所述可编程逻辑控制器判定密封彻底失效触发所述应急密封锁紧装置启动；
所述应急密封锁紧装置启动后，所述微型液压泵向所述弹性套内充压，所述弹性套受压后产生径向形变，挤压所述模压填料进行应急密封。
5.根据权利要求4所述的阀杆密封自动监测补偿及应急装置，其特征在于，在触发应急密封锁紧装置后，所述可编程逻辑控制器将密封失效信号反馈至集中中控机或通过预留接口连接声光报警装置发出警示信号。
6.根据权利要求1所述的阀杆密封自动监测补偿及应急装置，其特征在于，所述介质泄漏监测环上开有介质泄漏监测孔，所述介质泄漏监测孔与水平线呈-15°夹角；
对于有害介质，所述介质泄漏监测孔的末端安装有介质回收装置。
7.根据权利要求1所述的阀杆密封自动监测补偿及应急装置，其特征在于，所述微型液压泵的直径为30mm，出口压力高于4Mpa；
所述微型液压油箱由高强度塑料制造；
所述微型液压缸和微型液压管路的接口为4mm，工作压力不低于4MPa。
8.根据权利要求1至7任一所述的阀杆密封自动监测补偿及应急装置，其特征在于，所述驱动轮由高强度合金钢制造，所述驱动轮与所述滚动钢珠的接触内圈为沟槽设计，所述驱动轮表面防腐蚀处理；
所述从动棘轮由高强度合金钢制造，所述滚动钢珠与所述从动棘轮采用弹簧张力连接，所述从动棘轮表面防腐蚀处理；所述从动棘轮逆时针方向设计；所述从动棘轮中心开有正六边形孔，与所述带螺纹填料压紧件上端六角头间隙配合；
所述带螺纹填料压紧件由高强度合金钢制造，上端为正六边形六角头，沿所述从动棘轮中心的正六边形孔轴向移动；所述带螺纹填料压紧件的外圈中间部分开有右旋螺纹，螺纹与上端六角头之间的圆柱面高精度加工，为所述模压填料的密封面；
所述金属环由304不锈钢制造；
所述模压填料经过预压缩增大抵抗介质压力和介质泄漏阻力；
所述弹性套由高分子材料制成，与微型液压管路相连，所述弹性套充压后径向膨胀挤压模压填料。
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