一種復(fù)合密封低溫球閥的制作方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種復(fù)合密封低溫球閥，屬于流體控制閥門【技術(shù)領(lǐng)域】。該球閥的閥體進(jìn)口流道和出口流道的內(nèi)端分別安裝閥座，閥座的相對球弧表面之間裝有球體，球體與垂直于流道的閥桿固連，閥桿與閥蓋構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副，閥體與閥座之間裝有彈性結(jié)構(gòu)件，閥體與閥座的縮徑密封段安裝復(fù)合密封圈和定位環(huán)；復(fù)合密封圈包括改性聚三氟氯乙烯材質(zhì)的密封圈夾套，密封圈夾套開口朝外的環(huán)形嵌裝槽內(nèi)嵌入開口方向一致的C形截面金屬蓄能簧，金屬蓄能簧內(nèi)嵌入金屬橡膠圈。本發(fā)明通過材質(zhì)的正確選擇以及其密封結(jié)構(gòu)的合理設(shè)置，妥善解決了低溫狀態(tài)下的密封比壓嚴(yán)重降低問題，以及材料在深冷溫度下的硬脆問題，成為可以切實(shí)滿足-196℃—-269℃超低溫環(huán)境下可靠密封的閥門。
【專利說明】一種復(fù)合密封低溫球閥

【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及一種球閥，尤其涉及一種復(fù)合密封低溫球閥，屬于流體控制閥門【技術(shù)領(lǐng)域】。

【背景技術(shù)】
[0002]球閥結(jié)構(gòu)簡單、密封應(yīng)力均勻、密封性可靠、啟閉迅速、維修和操作方便，因此得到廣泛的應(yīng)用。
[0003]隨著石油、化工和燃?xì)庑袠I(yè)的迅速發(fā)展，尤其是液化天然氣(LNG)作為一種新興能源的廣泛應(yīng)用，使得LNG用超低溫閥門的需求量迅速增加。由于LNG常壓下的溫度為_162°C，且易燃易爆，因此在設(shè)計(jì)LNG超低溫閥門時，對其密封性能提出了更高和更嚴(yán)格的要求。球閥因其上述特點(diǎn)，成為LNG用閥門的首選對象。
[0004]然而，常溫下工作的球閥均采用金屬-非金屬密封副。由于非金屬材料的彈性大，使得密封所需的比壓小，因此密封性好。但是在低溫狀態(tài)下，非金屬材料的膨脹系數(shù)較金屬材料大得多，使得其低溫時的收縮量與金屬密封件、閥體等配合件的收縮量相差較大，從而導(dǎo)致密封比壓嚴(yán)重降低而產(chǎn)生無法密封的結(jié)果。并且大多數(shù)非金屬材料在深冷溫度下會變硬和變脆，失去韌性，從而導(dǎo)致冷流和應(yīng)力松弛。金屬材料在低溫條件下的強(qiáng)度和硬度提高，塑性和韌性降低，表現(xiàn)出不同程度的低溫冷脆現(xiàn)象，嚴(yán)重影響到閥門的性能和安全。


【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明的目的在于:針對上述現(xiàn)有技術(shù)面臨的難題，通過密封材料與密封結(jié)構(gòu)相互有機(jī)結(jié)合的改進(jìn)，提出一種可以在超低溫環(huán)境確?？煽棵芊獾膹?fù)合密封低溫球閥。
[0006]為了達(dá)到上述目的，本發(fā)明復(fù)合密封低溫球閥包括具有圓管狀進(jìn)口流道和出口流道的閥體(10)，所述閥體(10)的進(jìn)口流道和出口流道的內(nèi)端分別安裝與之具有外圓配合面的閥座(23)，所述閥座(23)的相對端具有球弧表面，兩相對的球弧表面之間裝有控制流道通斷的球體(17)，所述球弧表面嵌裝外表面緊貼球體(17)的閥座密封圈(24)，所述球體(17)與垂直于流道的閥桿⑴固連，所述閥桿⑴與固定在閥體(10)上的閥蓋(9)構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副，其改進(jìn)之處在于:所述閥體(10)與閥座(23)之間裝有使閥座(23)產(chǎn)生靠近球體(17)趨勢的彈性結(jié)構(gòu)件(22)，所述閥體(10)的進(jìn)口流道和出口流道與閥座(23)的配合面外端具有縮徑密封段，所述縮徑密封段的內(nèi)段安裝復(fù)合密封圈(18)，外段安裝定位環(huán)
(19);所述復(fù)合密封圈(18)包括改性聚三氟氯乙烯材質(zhì)的密封圈夾套(18-1)，所述密封圈夾套(18-1)開口朝外的環(huán)形嵌裝槽內(nèi)嵌入開口方向一致的C形截面金屬蓄能簧(18-2)，所述金屬蓄能簧(18-2)內(nèi)嵌入金屬橡膠圈(18-3)。
[0007]采用本發(fā)明后，不僅由于在閥座彈簧圈的作用下，可以保持閥座與球體之間的密封；而且改性聚三氟氯乙烯塑料可以在低溫下保持很好的彈性，金屬橡膠圈中的金屬材質(zhì)與金屬蓄能簧相同，因此妥善解決了非金屬與金屬密封件等低溫收縮量相差大的難題；尤其是，本發(fā)明的復(fù)合密封圈結(jié)構(gòu)使得金屬蓄能簧同時與其內(nèi)芯的金屬橡膠圈有機(jī)結(jié)合，在對金屬橡膠圈起到一定保護(hù)作用的同時，共同起到產(chǎn)生內(nèi)部撐擴(kuò)彈性的作用，密封圈夾套則在開口側(cè)的介質(zhì)壓力以及內(nèi)部撐擴(kuò)彈性的雙重作用下，得以保持低溫下與密封面可靠的貼合。
[0008]進(jìn)一步，所述金屬蓄能簧和金屬橡膠圈中的金屬絲均采用鎳基合金材質(zhì)。尤其是，所述鎳基合金為鎳鈦形狀記憶合金。
[0009]再進(jìn)一步，所述彈性結(jié)構(gòu)件包括安裝在閥座內(nèi)端的彈簧盤環(huán)，所述彈簧盤環(huán)與閥體具有垂直于流道的相對端面，兩相對端面之間裝有閥座彈簧圈。
[0010]更進(jìn)一步，所述密封圈夾套的開口端內(nèi)側(cè)一邊延伸出卡住金屬蓄能簧外緣的擋檐。并且，所述密封圈夾套的開口端外側(cè)還可以延伸出圓弧凸起。
[0011]又進(jìn)一步，所述縮徑密封段的外段通過銷釘固定安裝定位環(huán)。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0012]下面結(jié)合附圖對本發(fā)明作進(jìn)一步的說明。
[0013]圖1為本發(fā)明一個實(shí)施例的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0014]圖2為圖1的III處局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0015]圖3為圖2中IV處的局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0016]圖4為圖1的II處局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0017]圖5為圖1的I處局部放大結(jié)構(gòu)示意圖。
[0018]以上圖中主要構(gòu)件包括:閥桿1、泄壓旋塞2、襯套3、復(fù)合密封圈4、防靜電裝置5、閥體柱螺栓6、閥體柱螺母7、復(fù)合密封圈8、閥蓋9、閥體10、銷釘11、環(huán)形螺母12、滴水盤13、軸承14、止推墊圈15、軸承16、球體17、復(fù)合密封圈18、定位環(huán)19、銷釘20、彈簧盤環(huán)21、閥座彈簧圈22、閥座23和閥座密封圈24。

【具體實(shí)施方式】
[0019]實(shí)施例一
[0020]本實(shí)施例復(fù)合密封超低溫球閥基本結(jié)構(gòu)如圖1、2所示，包括具有圓管狀進(jìn)口流道和出口流道的閥體10。閥體10的進(jìn)口流道和出口流道的內(nèi)端分別安裝與之具有外圓配合面的閥座23。閥座23的相對端具有球弧表面，兩相對的球弧表面之間裝有控制流道通斷的球體。球弧表面嵌裝外表面緊貼球體17的閥座密封圈24。
[0021]球體17與垂直于流道的閥桿I固連，所述閥桿I與固定在閥體10上的閥蓋9構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副，閥蓋與閥體、閥桿與閥蓋之間的常規(guī)連接和密封結(jié)構(gòu)與現(xiàn)有技術(shù)類同，從圖中不難看出，故不詳述。
[0022]閥座23的內(nèi)端裝有彈簧盤環(huán)21，彈簧盤環(huán)21與閥體10具有垂直于流道的相對端面，兩相對端面之間裝有碟形閥座彈簧圈22，從而構(gòu)成使閥座23產(chǎn)生靠近球體17趨勢的彈性結(jié)構(gòu)件?？梢韵氲剑搹椥越Y(jié)構(gòu)件的彈簧圈也可以采取其它彈性件取代，抑或采用同性相斥的磁性件取代。
[0023]如圖2所示，閥體10的進(jìn)口流道和出口流道與閥座23的配合面外端具有縮徑密封段，該縮徑密封段的內(nèi)段安裝復(fù)合密封圈18，外段通過垂向的銷釘20固定安裝定位環(huán)19。
[0024]如圖3所示，復(fù)合密封圈18包括改性聚三氟氯乙烯材質(zhì)的密封圈夾套18-1，該密封圈夾套18-1開口朝外的環(huán)形嵌裝槽內(nèi)嵌入開口方向一致的C形截面金屬蓄能簧18-2，該金屬蓄能簧18-2內(nèi)嵌入圓截面(受壓之后呈圖中的橢圓形)的金屬橡膠圈18-3。金屬蓄能簧和金屬橡膠圈中的金屬絲均采用鎳基合金，尤其是采用鎳鈦形狀記憶合金絲制成，該金屬材料在低溫條件下處于馬氏體狀態(tài)，在高溫處于奧氏體狀態(tài)，由于處于奧氏體狀態(tài)的鎳鈦基形狀記憶合金具有更高的強(qiáng)度和超彈性能，因而一旦超低溫球閥處于溫度升高狀態(tài)，鎳鈦基形狀記憶合金金屬橡膠圈立即從馬氏體狀態(tài)相變到奧氏體狀態(tài)，從而發(fā)生形狀恢復(fù)，并能夠提供更高的接觸壓力，最終保證密封的可靠性。
[0025]密封圈夾套18-1的開口端內(nèi)側(cè)一邊延伸出卡住金屬蓄能簧18-2外緣的擋檐18-4，密封圈夾套18-1的開口端外側(cè)延伸出圓弧凸起18-5，這樣可以使金屬蓄能簧18_2和金屬橡膠圈18-3產(chǎn)生的內(nèi)部撐擴(kuò)彈性作用于密封圈夾套18-1嵌裝槽內(nèi)，以便發(fā)揮密封圈夾套18-1改性聚三氟氯乙烯塑料低溫下良好的彈性擴(kuò)展作用，借助其圓弧凸部位實(shí)現(xiàn)密封。
[0026]此外，如圖4所示，閥蓋9的扣蓋端面具有與閥體10垂向孔相配的中央凸臺，該中央凸臺之外具有密封槽，該密封槽內(nèi)嵌入開口朝向凸臺一側(cè)的復(fù)合密封圈18，閥體10對應(yīng)密封槽處具有插入密封槽使其中復(fù)合密封圈定位密封的止口。如圖5所示，閥蓋9的垂向內(nèi)孔與閥桿I外圓的之間裝有三道(至少二道)開口朝向流道的復(fù)合密封圈18。
[0027]以上三處的復(fù)合密封圈均由密封圈夾套、金屬蓄能簧和金屬橡膠圈復(fù)合而成，只因密封部位不同而在安裝結(jié)構(gòu)上略有差別。其中閥體10與閥座23之間的密封，由于需要閥座23在閥座彈簧圈22和彈簧盤環(huán)21的作用下沿流道方向補(bǔ)償性移動，以保持閥座密封圈24的密封效果，因此需要借助復(fù)合密封圈18實(shí)現(xiàn)兩者配合間隙的可靠密封，防止液體從配合間隙泄漏。而萬一球體17與閥座23之間的密封圈24失效時，閥蓋9與閥體10之間的復(fù)合密封圈可有效防止液體從該處泄漏，因此起到保險(xiǎn)密封的作用。閥桿I與閥蓋9之間的的三道密封，一旦第一道失效，另外兩層可以繼續(xù)實(shí)現(xiàn)可靠密封，因此十分可靠。
[0028]工作時，閥桿I在手柄或其它驅(qū)動裝置的驅(qū)動下，可以帶動球體17在兩個閥座23之間自由轉(zhuǎn)動。當(dāng)球體通孔與閥體流道對準(zhǔn)時，球閥呈開啟狀態(tài)，液態(tài)介質(zhì)流通；當(dāng)球體轉(zhuǎn)動90度，球體通孔與閥體流道垂直時，球閥呈關(guān)閉狀態(tài)。由于球閥球體僅需轉(zhuǎn)動90度角，即可實(shí)現(xiàn)閥門全開或全關(guān)，因此球閥具有開關(guān)迅速，操作方便的特點(diǎn)。
[0029]采用本實(shí)施例后，不僅由于在閥座彈簧圈的作用下，可以保持閥座與球體之間的密封；而且改性聚三氟氯乙烯塑料(詳見申請?zhí)枮?01410176544.3的中國專利文獻(xiàn))是一種理想的耐低溫塑料，可以在-196°C—-269°C范圍不發(fā)生硬化和老化，保持很好的彈性，金屬橡膠則是將拉伸開的螺旋狀金屬絲有序排放在模具中，用冷沖壓方法成型的均質(zhì)彈性多孔物質(zhì)，既具有所選金屬固有的特性，又具有像橡膠一樣的彈性，且金屬橡膠圈采用鎳基合金絲之類在超低溫環(huán)境下(_196°C—-2690C )具有良好塑性、韌性、耐蝕性和較高強(qiáng)度的金屬，材質(zhì)與金屬蓄能簧相同，因此兩者可以具有接近的低溫特性，從而妥善解決現(xiàn)有技術(shù)非金屬密封圈在低溫下與金屬密封件、閥體等配合件收縮量相差大的難題，避免產(chǎn)生密封比壓嚴(yán)重降低而導(dǎo)致的密封失效；尤其是，采用本實(shí)施例的復(fù)合密封圈結(jié)構(gòu)，密封圈夾套中的金屬蓄能簧具有良好的撐擴(kuò)彈性，使得密封圈夾套在開口側(cè)的介質(zhì)壓力以及內(nèi)部撐擴(kuò)彈性的雙重作用下，得以保持與密封面可靠的貼合，金屬蓄能簧同時與其內(nèi)芯的金屬橡膠圈有機(jī)結(jié)合，在對金屬橡膠圈起到一定保護(hù)作用的同時，共同起到產(chǎn)生內(nèi)部撐擴(kuò)彈性的作用。
[0030]實(shí)驗(yàn)證明，本實(shí)施例通過各密封構(gòu)件材質(zhì)的正確選擇以及其相互之間密封結(jié)構(gòu)的合理設(shè)置，妥善解決了低溫狀態(tài)下非金屬材料和金屬材料膨脹系數(shù)差異導(dǎo)致的密封比壓嚴(yán)重降低問題，以及材料在深冷溫度下的硬脆問題，成為可以切實(shí)滿足_196°C — -269°C超低溫環(huán)境下可靠密封的閥門。歸納起來，本發(fā)明與已有技術(shù)相比，具有以下主要優(yōu)點(diǎn):
[0031]I)復(fù)合密封圈的密封主體采用改性聚三氟氯乙烯密封材料，超低溫條件下仍具有良好的彈性，不會變硬和變脆，保證了密封可靠性；
[0032]2)復(fù)合密封圈由密封圈夾套、金屬蓄能簧和金屬橡膠圈復(fù)合而成，改變了傳統(tǒng)的密封結(jié)構(gòu)，在金屬蓄能簧和金屬橡膠圈的雙重?fù)螖U(kuò)作用下，可以確保密封接觸壓力，即使其中之一失效，仍能具有一定的密封接觸壓力，進(jìn)一步保障了低溫球閥的可靠密封；
[0033]3)復(fù)合密封圈的金屬蓄能簧和金屬橡膠圈中的金屬絲采用鎳基合金、尤其是鎳鈦形狀記憶合金絲，在低溫環(huán)境下具有良好的塑性、韌性和較高的強(qiáng)度，而且具有良好的耐蝕性。
[0034]4)在閥桿與閥蓋之間、閥蓋與閥體之間、閥座與閥體之間均采用復(fù)合密封圈結(jié)構(gòu)，實(shí)現(xiàn)了多重密封，保證了各個密封環(huán)節(jié)具有同樣的超低溫密封的可靠性。
【權(quán)利要求】
1.一種復(fù)合密封低溫球閥，包括具有圓管狀進(jìn)口流道和出口流道的閥體(10)，所述閥體(10)的進(jìn)口流道和出口流道的內(nèi)端分別安裝與之具有外圓配合面的閥座(23)，所述閥座(23)的相對端具有球弧表面，兩相對的球弧表面之間裝有控制流道通斷的球體(17)，所述球弧表面嵌裝外表面緊貼球體(17)的閥座密封圈(24)，所述球體(17)與垂直于流道的閥桿⑴固連，所述閥桿⑴與固定在閥體(10)上的閥蓋(9)構(gòu)成旋轉(zhuǎn)副，其特征在于:所述閥體(10)與閥座(23)之間裝有使閥座(23)產(chǎn)生靠近球體(17)趨勢的彈性結(jié)構(gòu)件(22)，所述閥體(10)的進(jìn)口流道和出口流道與閥座(23)的配合面外端具有縮徑密封段，所述縮徑密封段的內(nèi)段安裝復(fù)合密封圈(18)，外段安裝定位環(huán)(19);所述復(fù)合密封圈(18)包括改性聚三氟氯乙烯材質(zhì)的密封圈夾套(18-1)，所述密封圈夾套(18-1)開口朝外的環(huán)形嵌裝槽內(nèi)嵌入開口方向一致的C形截面金屬蓄能簧(18-2)，所述金屬蓄能簧(18-2)內(nèi)嵌入金屬橡膠圈(18-3) ο
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的復(fù)合密封低溫球閥，其特征在于:所述金屬蓄能簧和金屬橡膠圈中的金屬絲均采用鎳基合金材質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的復(fù)合密封低溫球閥，其特征在于:所述鎳基合金為鎳鈦形狀記憶合金。
4.根據(jù)權(quán)利要求2或3所述的復(fù)合密封低溫球閥，其特征在于:所述彈性結(jié)構(gòu)件包括安裝在閥座內(nèi)端的彈簧盤環(huán)，所述彈簧盤環(huán)與閥體具有垂直于流道的相對端面，兩相對端面之間裝有閥座彈簧圈。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的復(fù)合密封低溫球閥，其特征在于:所述密封圈夾套的開口端內(nèi)側(cè)一邊延伸出卡住金屬蓄能簧外緣的擋檐。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的復(fù)合密封低溫球閥，其特征在于:所述密封圈夾套的開口端外側(cè)延伸出圓弧凸起。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的復(fù)合密封低溫球閥，其特征在于:所述縮徑密封段的外段通過銷釘固定安裝定位環(huán)。
【文檔編號】F16K5/08GK104455524SQ201410521325
【公開日】2015年3月25日 申請日期:2014年9月30日 優(yōu)先權(quán)日:2014年9月30日
【發(fā)明者】江樹勇, 張艷秋, 趙亞楠, 張春芳, 錢玉峰, 錢存根 申請人:江蘇億閥集團(tuán)有限公司