双向楔形密封结构及具有其的低温固定球阀的制作方法

1.本技术涉及阀体密封技术领域，尤其涉及一种双向楔形密封结构及具有其的低温固定球阀。


背景技术：

2.球体的阀座为一个金属活塞结构，金属阀座与阀体之间的密封，通常采用o型圈，或者唇形圈密封。橡胶o型圈受到材料限制，只能使用-50
°
；唇形圈安装的v型弹簧，弹簧力对唇形密封面挤压力非常小，低温变形后，很难密封，并且安装要求极高，导致双向密封困难。


技术实现要素：

3.有鉴于此，本技术提出了一种双向楔形密封结构，适于阀座与阀体之间的密封，包括阀座密封圈及楔形垫；所述阀座密封圈呈环形，所述阀座密封圈的双向均开设有开口结构，且所述开口结构的大小从所述阀座密封圈的两侧至中部方向逐渐减小；所述楔形垫呈环形，所述楔形垫的一端为伸入端，与所述开口结构相匹配，另一端为固定端，适于与所述阀体、所述阀座和两者之间的安装结构相贴合，所述楔形垫的数量为两个，分别从所述阀座密封圈的其中一侧伸入至所述开口结构内。
4.在一种可能的实现方式中，所述开口结构的内侧壁呈倾斜弧面结构，与所述开口结构的底部弧面连接，且所述倾斜弧面结构与和其同轴的环形周面具有预设夹角，所述预设夹角的取值为[10
°‑
20
°
]。
[0005]
在一种可能的实现方式中，还包括弹性紧固件；其中一侧的所述楔形垫背离其伸入端方向上开设有安装孔，所述安装孔与所述弹性紧固件相匹配；所述安装孔的数量两个以上，所述安装孔在所述楔形垫的周向等间隔设置。
[0006]
在一种可能的实现方式中，所述楔形垫包括第一楔形垫与第二楔形垫；所述安装孔开设在所述第一楔形垫上；所述第二楔形垫的固定端朝向环心一侧的厚度大于所述第二楔形垫的固定端背离环心一侧的厚度。
[0007]
在一种可能的实现方式中，所述楔形垫的伸入端侧沿长度与所述倾斜弧面结构的长度保持一致，且所述楔形垫的伸入端头部为平面，与侧沿平滑连接；所述楔形垫的固定端宽度大于伸入端的最大宽度。
[0008]
在一种可能的实现方式中，所述阀座密封圈朝向环心一侧壁的中部具有凹弧形面；所述阀座密封圈的背离环心一侧壁的中部具有相同的所述凹弧形面。
[0009]
在一种可能的实现方式中，所述阀座密封圈两侧的所述开口结构对称设置；所述预设夹角为15
°
；所述安装孔的数量为偶数个；所述弹性紧固件为弹簧螺栓；所述阀座密封圈为软质材料；所述楔形垫为金属材质。
[0010]
另一方面，本技术还提出了一种低温固定球阀，还包括顶杆；所述上游活塞阀座内包括上游阀座支撑圈，所述上游阀座支撑圈内邻近所述球体一端分别向两侧横向延伸有第
一凸耳，所述第一凸耳上开设有顶杆固定孔；所述下游活塞阀座内包括下游阀座支撑圈，所述下游阀座支撑圈邻近所述球体一端分别向两侧横向延伸有第二凸耳，所述第二凸耳上开设有相同的所述顶杆固定孔；所述顶杆在至少一端具有调节行程，所述球体所述顶杆的一端固定至所述第一凸耳上的顶杆安装孔内，另一端固定至所述第二凸耳上的顶杆安装孔内，所述顶杆的最大长度大于所述球体的最大径向长度，能够撑开所述上游活塞阀座和所述下游活塞阀座的间距，以便拿出所述球体拆检维修。
[0011]
在一种可能的实现方式中，所述球体未密封处的两侧最外沿具有切面，且所述球体的两侧切面相对称，所述球体的切面与所述球体上两端的连通口方向相垂直。
[0012]
在一种可能的实现方式中，所述阀体的中腔邻近所述顶杆位置处设置有与所述顶杆相匹配的让位凹陷，用以为所述顶杆让位。
[0013]
在一种可能的实现方式中，所述上游活塞阀座还包括环形的第一阀座，所述上游阀座支撑圈内邻近所述球体一侧开设有与所述第一阀座相匹配的阀座安装槽；所述下游活塞阀座还包括环形的第二阀座与环形的第三阀座，所述下游阀座支撑圈内邻近所述球体的一侧开设有大小不同的两个所述阀座安装槽，分别与所述第二阀座以及所述第三阀座相匹配；所述双向楔形密封结构邻近所述球体的一端通过密封圈压环抵接固定至所述阀体内；所述上游阀座支撑圈、所述下游阀座支撑圈远离所述球体的一端开设有弹簧孔，所述弹簧孔在所述上游阀座支撑圈的周向等间隔设置，所述弹簧孔内安装有上游阀座弹簧；所述弹簧孔在所述下游阀座支撑圈的周向等间隔设置，所述弹簧孔内安装有下游阀座弹簧；所述阀体的两侧外壁顶部分别设置有吊耳；所述阀体未开设通孔的外壁上横向设置有加强筋，数量两个以上，沿纵向间隔排列。
[0014]
本技术的有益效果：通过将用双向楔形密封结构安装在阀座与阀体之间，代替常规使用的o型圈或者唇形圈密封，双向开口结构的阀座密封圈，楔形垫的伸入端插入开口结构易于本领域实施人员安装，提高装配效率，节省人力，且楔形垫的伸入端伸入至开口结构内，通过阀体、阀座和两者之间的安装结构相贴合，以使阀座密封圈能够承受更大的挤压力，形变量也更大，易于在恶劣或者极端使用环境下进行密封，且能够保证其具有较好的密封效果。开口结构的大小从阀座密封圈的两侧向中部逐渐减小，相较于宽度相同的开口结构，密封面所受挤压力更大，以使本技术的双向楔形密封结构连接更加紧密。
[0015]
根据下面参考附图对示例性实施例的详细说明，本技术的其它特征及方面将变得清楚。
附图说明
[0016]
包含在说明书中并且构成说明书的一部分的附图与说明书一起示出了本技术的示例性实施例、特征和方面，并且用于解释本技术的原理。
[0017]
图1示出根据本技术一实施例的双向楔形密封结构的局部剖视图；
[0018]
图2示出根据本技术一实施例的双向楔形密封结构的受力示意图；
[0019]
图3示出根据本技术一实施例的其中一侧低温固定球阀的侧面剖视图；
[0020]
图4示出根据本技术一实施例的上游活塞阀座的局部剖视图；
[0021]
图5示出根据本技术一实施例的下游活塞阀座的局部剖视图；
[0022]
图6示出根据本技术一实施例的低温固定球阀的侧面剖视图；
[0023]
图7示出根据本技术一实施例的低温固定球阀的内部结构示意图；
[0024]
图8示出根据本技术一实施例的低温固定球阀的示意图；
[0025]
图9示出根据本技术一实施例的低温固定球阀的立体结构图；
[0026]
图10示出根据本技术一实施例另一角度低温固定球阀的内部结构示意图。
具体实施方式
[0027]
以下将参考附图详细说明本技术的各种示例性实施例、特征和方面。附图中相同的附图标记表示功能相同或相似的元件。尽管在附图中示出了实施例的各种方面，但是除非特别指出，不必按比例绘制附图。
[0028]
其中，需要理解的是，术语“中心”、“纵向”、“横向”、“长度”、“宽度”、“上”、“下”、“前”、“后”、“左”、“右”、“竖直”、“水平”、“顶”、“底”、“内”、“外”、“顺时针”、“逆时针”、“轴向”、“径向”、“周向”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于描述本技术或简化描述，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和操作，因此不能理解为对本技术的限制。
[0029]
此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性或者隐含指明所指示的技术特征的数量。由此，限定有“第一”、“第二”的特征可以明示或者隐含地包括一个或者更多个该特征。在本技术的描述中，“多个”的含义是两个或两个以上，除非另有明确具体的限定。
[0030]
在这里专用的词“示例性”意为“用作例子、实施例或说明性”。这里作为“示例性”所说明的任何实施例不必解释为优于或好于其它实施例。
[0031]
另外，为了更好的说明本技术，在下文的具体实施方式中给出了众多的具体细节。本领域技术人员应当理解，没有某些具体细节，本技术同样可以实施。在一些实例中，对于本领域技术人员熟知的方法、手段、元件和电路未作详细描述，以便于凸显本技术的主旨。
[0032]
图1示出根据本技术一实施例的双向楔形密封结构的局部剖视图；图2示出根据本技术一实施例的双向楔形密封结构的受力示意图；图3示出根据本技术一实施例的其中一侧低温固定球阀的侧面剖视图；图4示出根据本技术一实施例的上游活塞阀座的局部剖视图；图5示出根据本技术一实施例的下游活塞阀座的局部剖视图；图6示出根据本技术一实施例的低温固定球阀的侧面剖视图；图7示出根据本技术一实施例的低温固定球阀的内部结构示意图；图8示出根据本技术一实施例的低温固定球阀的示意图；图9示出根据本技术一实施例的低温固定球阀的立体结构图；图10示出根据本技术一实施例另一角度低温固定球阀的内部结构示意图。
[0033]
如图1-图8所示，一种双向楔形密封结构，适于阀座与阀体11之间的密封，包括：阀座密封圈5、8及楔形垫，阀座密封圈5、8呈环形，阀座密封圈5、8的双向均开设有开口结构51，开口结构51为半包围开口，且开口结构51的大小从阀座密封圈5、8的两侧至中部方向逐渐减小，楔形垫呈环形，楔形垫的一端为伸入端，与开口结构51相匹配，另一端为固定端，适于与阀体11、阀座和两者之间的安装结构相贴合，楔形垫的数量为两个，分别从阀座密封圈5、8的其中一侧伸入至开口结构51内。
[0034]
在此实施例中，通过将用双向楔形密封结构安装在阀座与阀体11之间，代替常规使用的o型圈或者唇形圈密封，双向开口结构51的阀座密封圈5、8，楔形垫的伸入端插入开
口结构51易于本领域实施人员安装，提高装配效率，节省人力，且楔形垫的伸入端伸入至开口结构51内，通过阀体11、阀座和两者之间的安装结构相贴合，以使阀座密封圈5、8能够承受更大的挤压力，形变量也更大，易于在恶劣或者极端使用环境下进行密封，且能够保证其具有较好的密封效果。开口结构51的大小从阀座密封圈5、8的两侧向中部逐渐减小，相较于宽度相同的开口结构51，密封面所受挤压力更大，以使本技术的双向楔形密封结构连接更加紧密。
[0035]
此处需要说明的是，阀座密封圈5、8双向开口的方向对应阀体11两侧通孔的方向，即楔形垫分别从阀座密封圈5、8的两侧开口分别伸入形成密封结构，半封闭的开口结构51即位于阀体11密封座两侧的开口不连通。
[0036]
在其中一个具体实施例中，开口结构51的内侧壁呈倾斜弧面结构，与开口结构51的底部弧面连接，且倾斜弧面结构与和其同轴的环形周面具有预设夹角，预设夹角的取值为[10
°‑
20
°
]。
[0037]
还需特别强调的是，阀座密封圈5、8每一侧开口结构51的深度不宜太浅，优选的，每一侧开口结构51的深度应大于阀座密封圈5、8沿其轴向长度的1/4，确保开口结构51设计的合理性，并在密封时提供较大的挤压力和形变量。
[0038]
在此实施例中，阀座密封圈5、8上的开口结构51的内侧壁为倾斜弧面，倾斜弧面的开口至口底方向逐渐减小，开口结构51内侧壁的倾斜弧面与口底弧面连接，倾斜弧面的中轴方向与阀体11两侧的通孔方向相重合，倾斜弧面和与其同轴、等径的环形面具有预设倾角α，且10
°
≤α≤20
°
。
[0039]
在其中一个具体实施例中，还包括弹性紧固件54，其中一侧的楔形垫背离其伸入端方向上开设有安装孔，安装孔与弹性紧固件54相匹配，安装孔的数量两个以上，安装孔在楔形垫的周向等间隔设置。
[0040]
在此实施例中，楔形垫背离其伸入端方向，即朝向阀体11内两侧开口方向的端面上开设有两个以上的安装孔，安装孔用于放置弹性紧固件54，本领域实施人员可以通过调节弹性紧固件54的数量，以及更换不同弹力大小的弹簧，来增加弹簧推力f，最终使得阀座密封圈5、8获得较为合适，甚至是更大的密封力f1。
[0041]
更具体的，如图2所示，阀座密封圈5、8的开口结构51内侧壁倾斜弧面的预设倾角α，弹簧的推力f，通过楔形角角度放大数倍，挤压软密封材质的阀座密封圈5、8唇口。通过调节弹簧的大小和数量，可增加弹簧推力f，最终使密封圈唇口获得较大的密封力f1，可使用于低温-196℃至常温范围内使用。
[0042]
优选的，预设倾角α为15
°
，通过该倾角能够使弹簧的推力放大数倍，挤压软密封材质的阀座密封圈5、8的双唇形面，进一步提升本技术的双向楔形密封结构的密封效果。
[0043]
如图1、图3所示，在其中一个具体实施例中，楔形垫包括第一楔形垫52与第二楔形垫53，安装孔开设在第一楔形垫52上，第二楔形垫53的固定端朝向环心一侧的厚度大于第二楔形垫53的固定端背离环心一侧的厚度。
[0044]
在此实施例中，更具体的，楔形垫包括伸入端与固定端，楔形垫沿其环形轴向的截面中，伸入端的结构为楔形，与开口结构51相配配，固定端为方形，二者相连接。
[0045]
更进一步的，第一楔形垫52为朝向阀体11的通孔向外方向一侧的楔形垫，第二楔形垫53为朝向阀体11中心方向的楔形垫，第一楔形垫52的固定端，朝向环心一侧的厚度h2
与背离环心一侧的厚度h1，第二楔形垫53的固定端朝向环心一侧的厚度h4大于固定端背离环心一侧的厚度h3，以增大第二楔形垫53的固定端与阀座的接触面积。
[0046]
在其中一个具体实施例中，楔形垫的伸入端侧沿长度与倾斜弧面结构的长度保持一致，且楔形垫的伸入端头部为平面，与侧沿平滑连接，楔形垫的固定端宽度大于伸入端的最大宽度。
[0047]
在此实施例中，楔形垫的伸入端呈楔形，且前端为平面，伸入端与楔形垫的侧沿平滑连接，方形的固定端的宽度大于伸入端最大的宽度，以使楔形垫与阀座密封圈5、8的接触面积更大。
[0048]
在其中一个具体实施例中，阀座密封圈5、8朝向环心一侧壁的中部具有凹弧形面，阀座密封圈5、8的背离环心一侧壁的中部具有相同的凹弧形面。
[0049]
在其中一个具体实施例中，阀座密封圈5、8两侧的开口结构51对称设置，预设夹角α为15
°
，安装孔的数量为偶数个，弹性紧固件54为弹簧螺栓，阀座密封圈5、8为软质材料，楔形垫为金属材质。
[0050]
在此实施例中，优选的，安装孔为偶数个，通常情况下，本领域实施人员在安装孔内设置偶数个弹性紧固件54，确保环形的楔形垫受力均匀。
[0051]
优选的，阀座密封圈5、8选用pctfe材质，楔形垫选用不锈钢金属材质。
[0052]
阀座密封圈5、8采用pctfe材质，设计为一个双向开口的双唇形面，两端安装有不锈钢金属材质的楔形垫，通过一圈均匀分布的螺旋弹簧，将楔形垫楔入密封圈开口。选用的pctfe材质可以在低温环境-196℃下使用，即pctfe材质的阀座密封圈5、8与不锈钢材质的楔形垫，特别适用于安装在输送lng(液化天然气)的阀体11中，该密封结构在低温环境中能够达到相应的密封标准。
[0053]
另一方面，如图3-图8所示，本技术中还提出了一种低温固定球阀，包括阀体11、球体10、阀杆、上游活塞阀座、下游活塞阀座以及上述任一实施例中的双向楔形密封结构，阀体11相对的两端分别为上游端与下游端，且预开有通孔，与阀体11的中腔相连通，阀体11的上部还开设有穿孔，与阀体11的中腔相连通，球体10的顶部开设有阀杆安装孔，且球体10设置在阀体11的中腔内，阀杆的一端穿过穿孔与球体10可拆卸连接，上游活塞阀座呈环形，安装在阀体11的上游端内部，邻近穿孔的一侧与球体10相匹配，下游活塞阀座呈环形，安装在阀体11的下游端内部，邻近穿孔的一侧与球体10相匹配，双向楔形密封结构的个数为两个，分别夹设固定在阀体11的上游端内壁与上游活塞阀座之间以及阀体11的下游端内壁与下游活塞阀座之间。
[0054]
基于前面任一所述的双向楔形密封结构，本技术还提供了一种低温固定球阀。其中，本技术实施例的低温固定球阀包括如上任一所述的双向楔形密封结构。通过将前面任一所述的双向楔形密封结构安装到低温固定球阀的阀座与阀体11内壁之间，该双向楔形密封结构设计为一个双向开口的双唇形面，两端安装有不锈钢金属材质的楔形垫，通过楔形角角度将其上的弹簧力放大数倍，挤压软密封材质的阀座密封圈5、8唇口，能够保证在低温至常温范围内在阀体11与阀座之间给予较大的密封力。
[0055]
如图4、图5所示，在此实施例中，该阀体11的两侧设有两个阀座：上游活塞阀座与下游活塞阀座，与球体10相匹配，两个双向楔形密封结构分别设置在上游活塞阀座与阀体11内壁之间以及下游活塞阀座与阀体11内壁之间。
[0056]
具体的，固定式球体10有两个阀座，由于工况的特殊性，管线停止工作时，阀体11中腔的介质由低温恢复到常温，介质膨胀，必须将中腔的膨胀介质产生的压力泄放掉。
[0057]
如图7所示，在其中一个具体实施例中，还包括顶杆14；上游活塞阀座内包括上游阀座支撑圈4，上游阀座支撑圈4内邻近球体10一端分别向两侧横向延伸有第一凸耳15，第一凸耳15上开设有顶杆14固定孔；下游活塞阀座内包括下游阀座支撑圈7，下游阀座支撑圈7邻近球体10一端分别向两侧横向延伸有第二凸耳16，第二凸耳16上开设有相同的顶杆14固定孔；顶杆14在至少一端具有调节行程，球体10顶杆14的一端固定至第一凸耳15上的顶杆14安装孔内，另一端固定至第二凸耳16上的顶杆14安装孔内，顶杆14的最大长度大于球体10的最大径向长度，能够撑开上游活塞阀座和下游活塞阀座的间距，以便拿出球体10拆检维修。
[0058]
在此实施例中，上游活塞阀座包括上游阀座支撑圈4，下游活塞阀座包括下游阀座支撑圈7，上游阀座支撑圈4邻近球体10一端分别向两侧延伸有第一凸耳15，下游阀座支撑圈7邻近球体10一端分别向两侧延伸有第二凸耳16，第一凸耳15、第二凸耳16的具体结构不做限定，只需确保其能够安装在阀体11内，不与阀体11内壁等相干涉即可，且第一凸耳15、第二凸耳16上均安装有相同的顶杆14固定孔，位于同一侧的第一凸耳15与第二凸耳16上顶杆14安装孔的位置相对应，以便于将顶杆14的两端分别安装到处于同侧的两个安装顶杆14孔内即可。顶杆14可以为液压杆，也可以为气压杆，优选为气压杆，气压杆可以为双向伸缩，也可以为单向伸缩，只需确保顶杆14的最大长度大于球体10径向长度，使其能够撑开抱紧球体10的上游活塞阀座与下游活塞阀座，以便于本领域维护人员拿出或者放入球体10即可。
[0059]
更进一步的，上游活塞阀座、下游活塞阀座的结构相同，仅下游活塞阀座上多设置有第三阀座3，由奥氏体不锈钢的阀座支撑圈，内镶嵌一个pctfe的软性密封阀座，材料均适合用于低温工况下。
[0060]
如图8所示，阀门的阀座具有活塞效应，由弹簧预紧，推向球体10。
[0061]
1.当上游有介质压力时，由于d1大于d1，产生压力面积δp1，上游阀座推向球体10，密封阀门。
[0062]
2.当上游阀座有泄漏的时候，介质压力流到中腔，d3大于d2，产生压力面积δp2，下游阀座推向球体10，密封阀门。
[0063]
3.当泵停止工作，介质有反向压力时，d2大于d2，产生压力面积δp3，下游阀座同样推向球体10，密封阀门。
[0064]
4.当中腔有介质膨胀的异常压力时，d1小于d1，产生压力面积δp1，介质压力推开阀座，将中腔压力泄放到上游管道中。
[0065]
在其中一个具体实施例中，球体10未密封处的两侧最外沿具有切面12，且球体10的两侧切面12相对称，球体10的切面12与球体10上两端的连通口方向相垂直。
[0066]
在此实施例中，球体10上相对两侧具有与阀体11相匹配的连通口，此处所指球体10未密封处的最外沿为水平方向垂直于连通口的最外沿，具有切面12的球体10能够确保阀门整体的体积能够进一步减小，阀体11内结构更加紧凑，合理的提高阀门内的空间利用率。
[0067]
在其中一个具体实施例中，阀体11的中腔邻近顶杆14位置处设置有与顶杆14相匹配的让位凹陷18，用以为顶杆14让位。
[0068]
在此实施例中，阀体11的中腔在垂直于流通方向的两侧具有让位凹陷18，让位凹陷18在阀体11上的开设位置与阀杆相匹配，让位凹陷18更利于本领域维护人员操作顶杆14进行伸缩，以顶离两侧阀座，拿出球体10的操作。
[0069]
如图4-图6以及图9所示，在其中一个具体实施例中，上游活塞阀座还包括环形的第一阀座1，上游阀座支撑圈4内邻近球体10一侧开设有与第一阀座1相匹配的阀座安装槽，下游活塞阀座还包括环形的第二阀座2与环形的第三阀座3，下游阀座支撑圈7内邻近球体10的一侧开设有大小不同的两个阀座安装槽，分别与第二阀座2以及第三阀座3相匹配，双向楔形密封结构邻近球体10的一端通过密封圈压环55抵接固定至阀体11内，上游阀座支撑圈4、下游阀座支撑圈7远离球体10的一端开设有弹簧孔，弹簧孔在上游阀座支撑圈4的周向等间隔设置，此弹簧孔内安装有上游阀座弹簧6，弹簧孔在下游阀座支撑圈7的周向等间隔设置，此弹簧孔内安装有下游阀座弹簧9，阀体11未开设通孔的外壁上横向设置有加强筋13，数量两个以上，沿纵向间隔排列，阀体11的两侧外壁顶部分别设置有吊耳17。
[0070]
在此实施例中，由于阀门使用温度为-196℃至常温，阀门使用时的温度差非常大，温度变化带给整个阀门的热胀冷缩也会随之变大，阀体11为开设通孔的外壁上横向设置有加强筋13，以提高阀门整体的结构强度，以适应低温、极端的使用场景。
[0071]
优选的，低温球阀设计为上装式结构，阀门的阀体11为一个整体结构，更能抵抗管线的温度差引起的管道拉力。整个阀门的壳体在标准壁厚的情况下，又增加了阀门的壁厚，并且通过增加加强筋13的方式，使阀门的阀体11更加的强壮。
[0072]
优选的，上游设计为一个密封阀座为单活塞效应阀座，下游设计两个密封阀座形成的双活塞效应阀座，以使阀门的密封性能及安全性能得到保障，不仅如此，上游与下游共三道密封阀座均起到独立的密封作用，介质正向流动时为两道密封，介质反向流动时一道密封，且可以满足中腔自泄压功能。
[0073]
以上已经描述了本技术的各实施例，上述说明是示例性的，并非穷尽性的，并且也不限于所披露的各实施例。在不偏离所说明的各实施例的范围和精神的情况下，对于本技术领域的普通技术人员来说许多修改和变更都是显而易见的。本文中所用术语的选择，旨在最好地解释各实施例的原理、实际应用或对市场中的技术的改进，或者使本技术领域的其它普通技术人员能理解本文披露的各实施例。