CN110259981A - 一种管线球阀多级密封阀座 - Google Patents

Abstract

本发明的管线球阀多级密封阀座，包括阀体、球体、浮动阀座、第一级密封座和第二级密封圈；第一级密封座位于浮动阀座的内部边缘，第一推力弹簧的一端位于浮动阀座内部的一圈凹槽内，第一推力弹簧的另一端抵靠在第一级密封座上，第一级密封座的另一端抵靠在球体上；第二级密封圈镶嵌在浮动阀座内并且压在第一级密封座外侧，第二级密封圈的边缘抵靠在球体上；第二推力弹簧的一端位于阀体内部的一圈凹槽内，第二推力弹簧的另一端抵靠在浮动阀座上。还可增设第三级密封圈以及第四级密封座。还可以将高压密封脂注入封闭的腔体内进行强制密封，确保管线安全运行。本发明适用于固体颗粒的天然气管道，进行软或硬密封，能满足气泡级密封的要求。

Description

一种管线球阀多级密封阀座

技术领域

本发明属于球阀的密封阀座技术领域，具体涉及一种管线球阀多级密封阀座。

背景技术

天然气输送中的管线球阀是采用组合密封结构的浮动阀座。这种浮动阀座仍处于发展、改进之中。这是因为管线中不可避免地存在焊渣、沙拉、铁锈、木屑等固体颗粒。密封阀座的设计既不能单一地采用软密封结构，无法避免固体颗粒对软密封阀座的磨损和擦伤；又不能采用金属硬密封结构，达不到密封要求，处于两难境地，是管线球阀发展中的核心技术和世界性难题。

上一世纪五十年代，美国Cameron公司首创的管线球阀是采用一种组合密封结构：尼龙或PTFE材料作为密封材料的主密封，当发生微小泄露时，将密封脂注入到尼龙密封周围，密封脂跟随泄露介质的流动来堵塞尼龙密封圈擦伤的表面，阻止介质的通过，是一种临时性的，又不是十分可靠的应急措施。

尔后，意大利Grove公司推出另一种组合密封结构：采用金属对金属的初级密封和次级橡胶弹性材料的软密封，以期达到密封要求。这种所谓金属对金属的初级密封，实际上密封面之间仍保留0.2-0.4mm的间隙，以防止对球体表面擦伤，因此，实际上只能阻止大颗粒固体颗粒进入下一级软密封。一旦微小固体颗粒磨损或擦伤橡胶时，同样只能将密封脂的注入在一个开式的缝隙内，来堵塞被擦伤的橡胶表面，阻止介质的通过，也是一种不十分可靠的临时性应急措施。

在这一基本结构的基础上，加拿大Velan，德国Schuck，意大利Nuovo Pignone，意大利Valvitalia和意大利Gasket都采用类似结构，未有实质性的变化。

如图1所示为上述意大利公司Gasket推出的一种组合密封结构的部分剖面示意图。该组合密封结构包括阀体11、位于所述阀体11内部的球体17、浮动阀座15、数个浮动阀座推力弹簧14、浮动阀座第一密封圈16和浮动阀座第二密封圈13；所述浮动阀座推力弹簧14的一端抵靠所述阀体11、另一端抵靠所述浮动阀座15，用于将所述浮动阀座15抵靠在所述球体17上；所述浮动阀座第一密封圈16位于所述浮动阀座15的内部，位于与所述球体17的球面接触的位置；所述浮动阀座第二密封圈13位于所述阀体11和所述浮动阀座15之间。该组合密封结构还包括密封脂注入通道12；所述密封脂注入通道12包括穿过所述阀体11的数条径向通道和与所述数条径向通道连通的数条轴向通道，所述数条轴向通道的另一端通向所述球体17。装配后在弹簧14作用下，获得浮动阀座15与球体17之间的初始密封，在工况下，介质进入直径ΦE环形面积，在介质力的作用下推动浮动阀座15，使密封圈16与球体17的球面紧密接触而保持密封。浮动阀座15与球体17的球面之间有0.2-0.4mm的间隙，可以阻止大颗粒固体通过，来保护密封圈16，当发生泄漏时，将密封脂通过通道12注射到球体17的表面，以获得临时性密封，这是一种现行的传统的密封结构，存在所述的密封圈16被固体颗粒擦伤引起泄露的可能。

发明内容

本发明针对现有技术存在的不足，提供一种管线球阀多级密封阀座，采用多级密封，具有较强的密封作用，以解决现有密封阀座容易泄露的问题。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种管线球阀多级密封阀座，包括阀体、位于所述阀体内部的球体、圆筒状的浮动阀座、第一级密封座、第二级密封圈、第一推力弹簧和第二推力弹簧；所述第一级密封座位于所述浮动阀座的内部边缘，所述第一推力弹簧的一端位于所述浮动阀座内部的一圈凹槽内，所述第一推力弹簧的另一端抵靠在所述第一级密封座上，所述第一级密封座的另一端抵靠在所述球体上；所述第二级密封圈镶嵌在所述浮动阀座内并且压在所述第一级密封座外侧，所述第二级密封圈的边缘抵靠在所述球体上；所述第二推力弹簧的一端位于所述阀体内部的一圈凹槽内，所述第二推力弹簧的另一端抵靠在所述浮动阀座上。

本发明进一步设置为，还包括第三级密封圈，所述第三级密封圈镶嵌在所述第二级密封圈外侧的所述浮动阀座内部的一圈凹槽内，所述第三级密封圈的边缘抵靠在所述球体上。

本发明进一步设置为，还包括第四级密封座，所述第四级密封座在浮动阀座的端部，压在第三级密封圈上，所述的第四级密封座的内环面抵靠在所述的球体上。

本发明进一步设置为，还包括注脂通道；所述注脂通道包括穿过所述阀体的数条径向通道和与所述径向通道连通的数条轴向通道，所述轴向通道的另一端通向所述球体的表面。

本发明进一步设置为，所述浮动阀座、所述第二级密封圈、所述第三级密封圈、所述球体、所述注脂通道之间是一个全封闭的密封脂注入腔体。

本发明进一步设置为，所述第一级密封座外柱面的所述浮动阀座的一圈凹槽内设有第一O形密封圈。

本发明进一步设置为，所述阀体内的所述浮动阀座外柱面上分别设有第二O形密封圈和第三O形密封圈。

本发明进一步设置为，所述第二O形密封圈和所述第三O形密封圈之间的所述浮动阀座外柱面上设有防火圈。

本发明进一步设置为，还包括圆盘状的压盖，所述压盖置于所述浮动阀座的端部并由螺栓压紧在所述浮动阀座上。

本发明进一步设置为，还包括柱形的支撑座，所述支撑座镶嵌在所述浮动阀座的斜面内，位于所述第二O形密封圈和所述第三O形密封圈之间，并与所述球体相接触。

优选的，所述支撑座的材质为高分子材料，如尼龙、聚酰亚胺、PEEK等。

优选的，所述第一级密封座的材质为尼龙、聚酰亚胺、PEEK等高分子材料或者金属。

优选的，所述第二级密封圈的截面形状为三角形、圆形、方形或其他形状，材质优选高分子材料，如橡胶、PEEK塑料等。

优选的，所述第三级密封圈的截面形状为三角形、圆形、方形或其他形状，材质优选高分子材料，如橡胶、PEEK塑料等。

优选的，第四级密封座为一环形圆板，材质为高分子材料或金属，优选高分子材料，如PTFE、PEEK尼龙。

优选的，第四级密封座为多层环形圆板组合，一层金属，一层PTFE塑料交替排列，总共五至九层。

优选的，所述第一推力弹簧为螺旋弹簧、板簧、蝶形弹簧、环状波形弹簧或钢丝异形弹簧。

本发明的一种用于管线球阀的多级密封阀座，在一个在带有固体颗粒的气体输送管道中，解决管线球阀泄露的有效手段。与现有技术相比，现有的密封结构是一次软密封，本发明的一种用于管线球阀的多级密封阀座是两级以上密封结构，紧急情况下注入密封脂来保障天然气管线的安全运行。其中，第一级密封座利用高分子材料或金属材料对金属的较硬密封。第二级、第三级密封圈为橡胶高分子材料的较密封材料，可提供气泡级密封，十分可靠。万一微量泄露的情况下，密封脂注入是一种压力强制密封，提供一种满足管线球阀气泡级密封的功能要求。

附图说明

图1为背景技术中提到的现有管线球阀的密封结构的部分剖面示意图；

图2为实施例4的部分剖面示意图。

图3为实施例2的部分剖面示意图。

图4为实施例3的部分剖面示意图。

图2中，21、阀体；22、第二O形密封圈；23、注脂通道；24、第三O形密封圈；25、防火圈；26、第二推力弹簧；27、浮动阀座；28、第三级密封圈；29、压盖；210、螺栓；211、第一推力弹簧；212、第一O形密封圈；213、第一级密封座；214、第二级密封圈；215、球体；216、支撑座；217、第四级密封座。

图3中，31、阀体；32、第二O形密封圈；36、第二推力弹簧；37、浮动阀座；39、压盖；310、螺栓；311、第一推力弹簧；312、第一O形密封圈；313、第一级密封座；314、第二级密封圈；315、球体；317、第四级密封座。

图4中，41、阀体；42、第二O形密封圈；46、第二推力弹簧；47、浮动阀座；48、第三级密封圈；49、压盖；410、螺栓；411、第一推力弹簧；412、第一O形密封圈；413、第一级密封座；415、球体；417、第四级密封座。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种管线球阀多级密封阀座，包括阀体、位于阀体内部的球体、圆筒状的浮动阀座、第一级密封座、第二级密封圈、第一推力弹簧和第二推力弹簧；第一级密封座位于浮动阀座的内部边缘，第一推力弹簧的一端位于浮动阀座内部的一圈凹槽内，第一推力弹簧的另一端抵靠在第一级密封座上，第一级密封座的另一端抵靠在球体上；第二级密封圈镶嵌在浮动阀座内并且压在第一级密封座外侧，第二级密封圈的边缘抵靠在球体上；第二推力弹簧的一端位于阀体内部的一圈凹槽内，第二推力弹簧的另一端抵靠在浮动阀座上。在本发明中，第一级密封座可使用高分子材料如尼龙或者金属材料作为第一级密封，第二级密封圈可使用高分子材料如橡胶密封圈等，其截面形状为三角形、圆形、方形或其他形状。第一推力弹簧为螺旋弹簧、板簧、蝶形弹簧、环状波形弹簧或钢丝异形弹簧。

将本实施例的多级密封阀座与阀门装配后，当介质进入流道后，第二推力弹簧和介质力推动浮动阀座，使第二级密封圈与球体的球面紧密贴合，提供一个浮动阀座的初始密封压力，并产生压缩变形，阻止气体介质通过。第一推力弹簧推动第一级密封座与球体紧密贴合，阻止介质和固体颗粒进入第二级密封圈的腔体。它兼具密封功能和清扫***固体颗粒的双重作用，从而保证次级密封不被损坏，是一种兼具密封和清扫双重功能密封结构。

本发明未给出图示，其具体结构可参考图2-图4中的共有结构部分，不包括第四级密封座。

实施例2

一种管线球阀多级密封阀座，参见图3，包括阀体31、阀体31内部的球体315、浮动阀座37、第一级密封座313、第二级密封圈314、第四级密封座317、第一推力弹簧311和第二推力弹簧36，第一级密封座313位于浮动阀座37的内部边缘，第一推力弹簧311的一端位于浮动阀座37内部的一圈凹槽内，第一推力弹簧311的另一端抵靠在第一级密封座313上，第一级密封座313的另一端抵靠在球体315上。第二级密封圈314镶嵌在浮动阀座37内并且压在第一级密封座313外侧，第二级密封圈314的边缘抵靠在球体315上。第二推力弹簧36的一端位于阀体31内部的一圈凹槽内，第二推力弹簧36的另一端抵靠在浮动阀座37上。本发明的第一级密封座313可使用高分子材料如尼龙或者金属材料作为第一级密封，第四级密封座317为金属或多层材料组成的密封结构，例如一层金属，一层PTFE塑料交替排列，有五至九层。第一推力弹簧311为螺旋弹簧、板簧、蝶形弹簧、环状波形弹簧或钢丝异形弹簧。第一级密封座313和第四级密封座317如果全部使用金属材料，则组成一个二级金属密封阀座，可以在需要金属密封的场合应用。

进一步的，还包括圆盘状的压盖39，压盖39置于浮动阀座37端部并由螺栓310压紧在浮动阀座37上。

实施例3

一种管线球阀多级密封阀座，参见图4，包括阀体41、阀体41内部的球体415、浮动阀座47、第一级密封座413、第三级密封座48、第四级密封座417、第一推力弹簧411和第二推力弹簧46，第一级密封座413位于浮动阀座47的内部边缘，第一推力弹簧411的一端位于浮动阀座47内部的一圈凹槽内，第一推力弹簧411的另一端抵靠在第一级密封座413上，第一级密封座413的另一端抵靠在球体415上。第二推力弹簧46的一端位于阀体415内部的一圈凹槽内，第二推力弹簧46的另一端抵靠在浮动阀座47上。本发明的第一级密封座413可使用高分子材料如尼龙或者金属材料作为第一级密封，第三级密封圈48可使用高分子材料如橡胶密封圈等，其截面形状为三角形、圆形、方形或其他形状。第四级密封座417为金属或多层材料组成的密封结构，例如一层金属，一层PTFE塑料交替排列，有五至九层。第一推力弹簧411为螺旋弹簧、板簧、蝶形弹簧、环状波形弹簧或钢丝异形弹簧。可以组成一个软硬密封组合阀座，可以在特殊场合应用。

作为对本实施例进一步增加密封等级，还可以增加第二级密封圈，同其他实施例中的位置，第二级密封圈镶嵌在浮动阀座内并且压在第一级密封座外侧，第二级密封圈的边缘抵靠在球体上。

实施例4

一种管线球阀多级密封阀座，参见图2，在实施例2的基础上，还包括第三级密封圈28，第三级密封圈28镶嵌在第二级密封圈214上方的浮动阀座27内部的一圈凹槽内，第三级密封圈28的边缘抵靠在球体215上。第三级密封圈28可使用高分子材料如橡胶密封圈等，其截面形状为三角形、圆形、方形或其他形状。还包括注脂通道23，注脂通道23包括穿过阀体21的数条径向通道和与径向通道连通的数条轴向通道，轴向通道的另一端通向球体215的表面。浮动阀座27、第二级密封圈214、第三级密封圈28、球体215、注脂通道23之间是一个全封闭的密封脂注入腔体。

将本实施例的多级密封阀座与阀门装配后，当介质进入流体通道后，第二推力弹簧26和介质力推动浮动阀座27，使第三级密封圈28和第二级密封圈214与球体215的球面紧密贴合，阻止气体介质通过，进而提供了一个可靠的密封。同时，介质进入浮动阀座27与第一级密封座212之间的环形空间推动第一级密封座213与球体215更紧密贴合，提供密封并阻止固体颗粒通过。

进一步的，在第一级密封座213外柱面的浮动阀座27的一圈凹槽内设有第一O形密封圈212用于密封第一级密封座213和浮动阀座27。阀体21内的浮动阀座27外柱面上分别设有第二O形密封圈22和第三O形密封圈24。第二O形密封圈22防止介质进入注脂通道23，以及防止密封脂进入流体通道。在介质力作用下，第三O形密封圈24，提供浮动阀座27与阀体21之间的密封。

进一步的，第二O形密封圈22和第三O形密封圈24之间的浮动阀座27外柱面上设有防火圈25，为浮动阀座27与阀体21之间提供防火密封，防火圈25可使用石墨密封圈。

进一步的，还包括柱形的支撑座216，支撑座216镶嵌在浮动阀座27的斜面内，位于第二O形密封圈22和第三O形密封圈24之间，并与球体215相接触。当介质进入流道后，第一推力弹簧211和介质力推动浮动阀座27与球体215相接触，支撑座216防止其过度接触，避免浮动阀座27与球体215的磨损。

在长期开关过程中，如果输送气体中，夹带的固体颗粒，偶尔飞入第二级密封圈，第二级密封圈阻止固体颗粒通过，兼具密封功能和清扫固体颗粒的双重功能，保障下第三级密封圈的密封功能。这是一个多级保护***，保障管线的安全运行。万一微量泄露，在紧急切断情况下，将密封脂通过浮动阀座内的注脂通道23注入密闭的腔体中到球体215的球面，形成一个高压液体腔，密封脂压力高于介质压力，属于隔绝的、压力密封原理，能完全隔绝空气的泄露，提供一个可靠的进给密封措施。因此，本发明提供的是一个包括第一级密封座212、第二级密封圈214、第三级密封圈28以及紧急情况下注脂封闭的四重密封装置。

本实施例的多级密封阀座，用于带有固体颗粒的气体输送管道中，是解决管线球阀泄露的有效手段。与现有技术相比，现有的密封结构是一次软密封，本实施例的一种用于管线球阀的多级密封阀座是四级密封结构，在紧急情况下注入密封脂来保障天然气管线的安全运行。第一级密封座212利用高分子材料或金属材料对金属的半硬密封，例如采用一个尼龙密封圈，与球面接触作为一级尼龙对金属的半硬密封，阻止固体颗粒进入下一级密封腔体。第二级密封圈214、第三级密封圈28的高分子材料如橡胶等的较软密封，第四级密封圈217为尼龙或多层次金属与PTFE塑料组合对球体金属的半硬密封，已十分可靠。例如采用一个三角形橡胶密封圈与球面接触作为二级软密封，阻止气体介质泄露。采用另一个三角形橡胶密封圈与球面接触作为三级软密封，阻止气体介质泄露。在长期使用中，固体颗粒有可能同时擦伤第一级密封座212、第二级密封圈214和第三级密封圈28，即使这种情况发生的可能性很低，但紧急情况下万一发生微量泄露，提供的密封脂注射通道是一个全封闭的腔体，密封脂在腔体内，密封脂的压力高于管线介质压力，是一个隔绝的，压力密封原理。密封脂注入是一种压力强制密封，提供一种满足管线球阀气泡级封闭的功能要求。

以上所述仅为发明的较佳实施例，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 (10)

1.一种管线球阀多级密封阀座，包括阀体、位于所述阀体内部的球体和圆筒状的浮动阀座，其特征在于，还包括第一级密封座、第二级密封圈、第一推力弹簧和第二推力弹簧；所述第一级密封座位于所述浮动阀座的内部边缘，所述第一推力弹簧的一端位于所述浮动阀座内部的一圈凹槽内，所述第一推力弹簧的另一端抵靠在所述第一级密封座上，所述第一级密封座的另一端抵靠在所述球体上；所述第二级密封圈镶嵌在所述浮动阀座内并且压在所述第一级密封座外侧，所述第二级密封圈的边缘抵靠在所述球体上；所述第二推力弹簧的一端位于所述阀体内部的一圈凹槽内，所述第二推力弹簧的另一端抵靠在所述浮动阀座上。

2.根据权利要求书1所述的管线球阀多级密封阀座，其特征在于，还包括第三级密封圈，所述第三级密封圈镶嵌在所述第二级密封圈外侧的所述浮动阀座内部的一圈凹槽内，所述第三级密封圈的边缘抵靠在所述球体上。

3.根据权利要求书1所述的管线球阀多级密封阀座，其特征在于，还包括第四级密封座，所述第四级密封座在浮动阀座的端部，压在第三级密封圈上，所述第四级密封座的内环面抵靠在所述的球体上。

4.根据权利要求书1-3任一项所述的管线球阀多级密封阀座，其特征在于，还包括注脂通道；所述注脂通道包括穿过所述阀体的数条径向通道和与所述径向通道连通的数条轴向通道，所述轴向通道的另一端通向所述球体的表面。

5.根据权利要求书1所述的管线球阀多级密封阀座，其特征在于，所述第一级密封座外柱面的所述浮动阀座的一圈凹槽内设有第一O形密封圈。

6.根据权利要求书1所述的管线球阀多级密封阀座，其特征在于，还包括圆盘状的压盖，所述压盖置于所述浮动阀座的端部并由螺栓压紧在所述浮动阀座上；所述阀体内的所述浮动阀座外柱面上分别设有第二O形密封圈和第三O形密封圈。

7.根据权利要求书4所述的管线球阀多级密封阀座，其特征在于，所述浮动阀座、所述第二级密封圈、所述第三级密封圈、所述球体、所述注脂通道之间是一个全封闭的密封脂注入腔体。

8.根据权利要求书6所述的管线球阀多级密封阀座，其特征在于，所述第二O形密封圈和所述第三O形密封圈之间的所述浮动阀座外柱面上设有防火圈。

9.根据权利要求书6所述的管线球阀多级密封阀座，其特征在于，还包括柱形的支撑座，所述支撑座镶嵌在所述浮动阀座的斜面内，位于所述第二O形密封圈和所述第三O形密封圈之间，并与所述球体相接触。

10.根据权利要求书2所述的管线球阀多级密封阀座，其特征在于，所述第一级密封座的材质为高分子材料或者金属；所述第二级密封圈的截面形状为三角形、圆形、方形或其他形状；所述第三级密封圈的截面形状为三角形、圆形、方形或其他形状；所述第一推力弹簧为螺旋弹簧、板簧、蝶形弹簧、环状波形弹簧或钢丝异形弹簧。