CN203730808U - 一种高温高压自平衡调节阀 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开一种高温高压自平衡调节阀，包括阀体、阀瓣、阀套、压紧垫圈、密封圈、阀盖、阀杆和平衡孔；阀瓣设置在阀套内；阀套设置在阀体的腔体内，沿阀套下部的圆周上设有用于调节流量的调节孔；压紧垫圈设置在阀瓣的上部与阀套之间；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；密封圈设置在阀瓣与压紧垫圈以及阀套之间构成的环形沟槽内；压紧垫圈的下端面和阀瓣环形沟槽底部的形状为向阀套内圆方向挤压密封圈的圆锥面、斜面或球面。可通过拉动阀瓣打开阀套圆周上的流量调节孔来调节介质流量，可同时实现高温高压条件下的流量调节和完全切断。

Description

一种高温高压自平衡调节阀

技术领域

本发明涉及一种阀门，尤其涉及一种适用于高温、高压或腐蚀环境下，具有流量调节和完全切断功能的高温高压自平衡调节阀。

背景技术

调节阀是石化、油田、冶金、热电厂等压力管道上重要的流量控制阀门，当阀门用于高温、高压和大通径管道时，必须克服启闭件上承受的介质压力才能操作阀门。

压力自平衡调节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，已成为现有大通径高温高压调节阀的主要研究方向。现有压力自平衡调节阀，通常采用 “O”型、“Y”型等密封圈进行密封，由于该类密封圈能够利用介质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导致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，压力自平衡调节阀用于200℃以下时，不仅能够进行流量调节，还具有很好的介质切断功能，但用于面广量大的高温压力管道时，已不再具有高温介质的切断功能。

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。由于该结构中的密封方法并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调节阀的密封环境。

发明人在2011年申请的《一种单向压力自平衡截止阀》，公开了一种能够实现耐高温高压、耐腐蚀的单向压力自平衡截止阀，该结构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，使得该产品适用于650℃以上单向流动介质的高温、高压管道的截断或开启。但是该产品无法实现流量的调节，现有压力自平衡结构调节阀也不适用于高温高压介质的流量调节。

发明内容

发明目的：本发明的目的在于针对现有技术的不足，提供一种使用寿命长、具有流量调节和完全切断功能的高温高压自平衡调节阀。

技术方案：本发明所述的高温高压自平衡调节阀，包括阀体、阀瓣、阀套、压紧垫圈、密封圈、阀盖、阀杆和平衡孔；阀瓣设置在阀套内；阀套设置在阀体的腔体内，阀套下部的圆周上设有流量调节孔；压紧垫圈设置在阀瓣的上部与所述阀套之间；密封圈设置在阀瓣与压紧垫圈以及阀套内圆表面之间构成的环形沟槽内；密封圈由耐高温或耐腐蚀的密封材料制成；压紧垫圈的下端面和所述阀瓣环形沟槽底部的形状为向阀套内圆方向挤压所述密封圈的圆锥面、斜面或球面；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。

工作时，通过压紧垫圈的下端部和阀瓣环形沟槽底部共同向外挤压密封圈，在阀套内圆表面的阻挡下，使得密封圈外圆表面获得较其内圆表面更大的密封预紧力，并在阀瓣环形沟槽底部获得足够的密封挤压力，能够可靠的阻断渗入密封圈内圆表面的介质流出阀瓣环形沟槽底部的介质通道。随着阀杆的拉动阀瓣被逐渐提起，设置在阀套圆周上的流量调节孔逐渐被打开，介质流量逐渐变大直至达到工况需要的流量值，阀门完全开启时介质流量达到最大值，当需要完全切断流动介质时，阀瓣在阀杆的推动下逐渐下移，直至阀瓣密封面与阀座密封面贴紧构成密封。

本发明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。

优选地，所述压紧垫圈和所述阀瓣的外圆与所述阀套的内圆间隙配合。

本发明所述压紧垫圈可以通过与阀瓣螺纹联接也可以为其它任何能够实现压紧垫圈压紧密封圈的联接方式，压紧垫圈可以制成一个零件，也可以分别制成两个或多个独立的零件组合。

所述平衡孔可以设置在所述阀瓣的上端面或所述阀杆上。

优选地，所述阀体上设置有阀座，阀座与阀体之间通过密封垫组合，便于阀座的维修、更换。

所述阀座上设置有与所述阀瓣贴合密封的第一密封面，其形状为平面、圆锥面或球面。

所述阀瓣上设置有与所述阀座贴合密封的第二密封面，其形状为平面、圆锥面或球面。

本发明与现有技术相比，其有益效果是：1、本发明高温高压自平衡调节阀的压力自密封结构，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，特别是用于高达650℃的高温高压环境下，仍具有现有技术压力自平衡调节阀无法实现的介质完全切断功能；同时，可通过拉动阀瓣打开阀套圆周上的流量调节孔来调节介质流量，可同时实现高温高压条件下的流量调节和完全切断；2、本发明高温高压自平衡调节阀，使得阀瓣上承受的介质压力自平衡，显著降低了电动、气动装置的能耗，特别适用于大通径管道高温高压介质的流量调节；3、采用不同材料制作，可广泛适用于各种高温、高压及腐蚀性介质管道。本发明已通过大量的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，本发明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为本发明高温高压自平衡调节阀的结构示意图。

图2为密封圈的预紧力示意图。

图3为密封圈的介质压力自密封示意图。

具体实施方式

下面对本发明技术方案进行详细说明，但是本发明的保护范围不局限于所述实施例。

实施例1：如图1所示，本发明所述高温高压自平衡调节阀，包括阀体1、阀瓣4、阀套10、压紧垫圈9、密封圈8、阀盖11、阀杆13和平衡孔15；阀体1内设有上通道3、下通道22及内通道24，在内通道24的上端面上设有阀座21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设置在所述阀套10内；阀瓣4的下端面23上设有与所述阀座21密封的第二密封面20，其形状为平面、圆锥面或球面；所述阀套10设置在阀体1的腔体7内，所述阀套10下部的圆周上设有调节流量的调节孔5；所述压紧垫圈9通过螺纹连接设置在所述阀瓣4的上部；所述密封圈8设置在所述阀瓣4与所述压紧垫圈9以及所述阀套10的内圆表面6之间构成的环形沟槽内；所述阀盖11与所述阀体1固定联接；所述阀杆13穿过所述阀盖11，其下端部与所述阀瓣4活动联接，阀杆13可携带阀瓣4在阀套10内作上下移动，形成本发明的流量调节或关闭阀门；所述平衡孔15设置在所述阀瓣4或所述阀杆13上，使置于阀瓣4下端面23下方的阀体1下通道22与置于阀瓣4上端面14上方的阀体1、阀盖11联接腔12沟通；所述密封圈8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；所述压紧垫圈9采用金属材料制成，压紧垫圈9的下端面16和所述阀瓣4环形沟槽底部19的形状为向阀套10内圆6方向挤压所述密封圈8的圆锥面、斜面或球面。

通过旋紧压紧垫圈9，对密封圈施加挤压力N_挤压力，使得压紧垫圈9的下端面16和阀瓣4环形沟槽底部19共同向外挤压密封圈8，在阀套内圆表面的阻挡下，使得密封圈8的外圆表面17获得较其内圆表面18更大的密封预紧力N_{密封预紧力}，并在阀瓣4环形沟槽底部19获得足够的密封挤压力N’_挤压力，能够可靠的阻断渗入密封圈8内圆表面18的介质流出阀瓣4环形沟槽底部19的介质通道。密封圈8的预紧力示意图如图2所示。

压紧垫圈9可以通过与阀瓣4螺纹联接或其它能够对密封圈8进行挤压的方式设置在阀瓣4上，压紧垫圈9可以制成一个零件，也可以制成多个独立的零件组合。

本发明的工作原理如下：本发明的调节阀与压力管道联接后，介质从阀体下通道进入，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，实现了对阀瓣的介质压力自平衡。本发明处于调节状态时，随着阀杆的拉动阀瓣被逐渐提起，设置在阀套圆周上的调节流量调节孔逐渐被打开，介质流量逐渐变大直至达到工况需要的流量值，阀门完全开启时介质流量达到最大值，当需要完全切断流动介质时，阀瓣在阀杆的推动下逐渐下移，直至阀瓣密封面与阀座密封面贴紧构成密封。

下面按本发明规定的从阀体下通道进入的介质流向，详细说明本发明调节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，再沿压紧垫圈与阀瓣之间的缝隙渗入预紧力较小的密封圈的内圆表面，由于在阀瓣环形沟槽底部形成的密封阻断力是沿纵向N_挤压力与N_介质压力的总和，能够可靠的阻断渗入密封圈内圆表面的介质流出阀瓣环形沟槽底部的介质通道。迫使渗入密封圈内圆表面的压力介质对密封圈的内圆表面形成挤压，即横向N_介质压力，并迫使密封圈的外圆表面与阀套的内圆表面进一步贴紧，构成密封圈对阀套的压力自密封。

本发明密封圈的外圆表面对阀套的内圆表面的密封力，主要是通过介质压力在密封圈的内圆表面形成挤压，进而在密封圈的外圆与阀套的内圆表面之间形成介质贴紧力，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，使得耐高温的低密度密封材料具备了类似于“O”型、“Y”型密封圈的介质压力自密封特性，其密封程度不随密封圈的磨损而下降，因此，本发明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紧垫圈，在密封圈的外圆与阀套的内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。

本发明试验阀门：通径DN100mm、阀门试验压力PN63.0MPa，于2013年11月24日通过《国家泵阀产品质量监督检测中心》合肥通用所的阀门密封性能检测，检测结果为零泄漏。

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发明，但其不得解释为对本发明自身的限制。在不脱离所附权利要求定义的本发明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 (8)

1.一种高温高压自平衡调节阀，包括阀体（1）、阀瓣（4）、压紧垫圈（9）、密封圈（8）、阀盖(11)、阀杆（13）和平衡孔（15）；其特征在于：还包括阀套（10），所述阀瓣（4）设置在所述阀套（10）内；所述阀套（10）设置在所述阀体（1）的腔体（7）内；所述阀套（10）下部的圆周上设置有流量调节孔（5）；所述压紧垫圈（9）设置在所述阀瓣（4）的上部与所述阀套（10）之间；所述密封圈（8）设置在所述阀瓣（4）与所述压紧垫圈（9）以及所述阀套（10）的内圆表面（6）之间构成的环形沟槽内；所述密封圈（8）由耐高温或耐腐蚀的密封材料制成；所述压紧垫圈（9）的下端面（16）和所述阀瓣（4）环形沟槽底部（19）的形状为向所述阀套（10）内圆方向挤压所述密封圈（8）的圆锥面、斜面或球面；所述阀盖（11）与所述阀体（1）固定联接；所述阀杆（13）穿过所述阀盖（11），其下端部与所述阀瓣（4）活动联接。

2.根据权利要求1所述的高温高压自平衡调节阀，其特征在于：所述耐高温或耐腐蚀的密封材料为柔性石墨材料或聚四氟乙烯材料。

3.根据权利要求1所述的高温高压自平衡调节阀，其特征在于：所述压紧垫圈（9）和所述阀瓣（4）的外圆与所述阀套（10）的内圆（6）间隙配合。

4.根据权利要求1所述的高温高压自平衡调节阀，其特征在于：所述压紧垫圈（9）由1个或多个零件组合。

5.根据权利要求1所述的高温高压自平衡调节阀，其特征在于：所述平衡孔（15）设置在所述阀瓣（4）的上端面或所述阀杆（13）上。

6.根据权利要求1所述的高温高压自平衡调节阀，其特征在于：所述阀体（1）上设置有阀座（21），所述阀座（21）与阀体（1）之间通过密封垫组合或同为一个整体。

7.根据权利要求6所述的高温高压自平衡调节阀，其特征在于：所述阀座（21）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。

8.根据权利要求6所述的高温高压自平衡调节阀，其特征在于：所述阀瓣（4）上设置有与所述阀座（21）贴合密封的第二密封面（20），其形状为平面、圆锥面或球面。