专利名称：调压补偿式单阀座双向密封装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及回转型机械装置密封技术，尤其涉及一种调压补偿式单阀座双向密封
直O
背景技术：
目前国、内外球阀双向密封功能通常采用沿工作介质流向一前一后布置的两个相互独立的阀座实现。这种典型的阀座主要由密封座、密封圈、密封环、弹簧组件等组成，所有部件均装配于阀体内部，在工作中弹簧一直处于压缩状态并将此弹力F1通过密封座传递给密封圈；此外流体作用于密封座并与密封圈在垂直于介质流向截面上产生一个“环形”流体作用力"F2^F1和F2共同作用于密封圈并在其与球体接触处建立必需的密封比压(即单位接触面积上的压力)以实现密封。这种阀座正常情况下虽然能够较好地实现密封功能，但缺陷是1)该阀座只能实现单方向的密封；2)若想实现双向密封则必须沿介质流向在球体的另一侧再布置一套阀座，造成阀门总体结构尺寸、重量、装配维护难度等加大；3)这种阀座一旦装配后，因位于阀体内部，密封比压无法在线调节，补偿能力较差，长期使用或短期非正常使用致使密封圈磨损后弹性力F1变小，一般容易导致介质泄露或密封能力降低，无法满足密封要求较高的场合应用，后期维护也必须将阀门拆卸后方可进行作业，工作量大且不方便。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种能够通过一个阀座实现双向密封、可在线调整密封压力、并且结构紧凑，便于运行和维护的调压补偿式单阀座双向密封装置。本发明的调压补偿式单阀座双向密封装置，包括两个或两个以上的调压式补偿装置、单体式双向密封阀座以及结构固壁体，其中，结构固壁体的两端分别连接管道，其外表面周向均勻分布两个或两个以上的调压式补偿装置，内部安装单体式双向密封阀座；结构固壁体上在与每个调压式补偿装置对应的位置开有通孔，使调压式补偿装置的下部零件穿过结构固壁体，作用于单体式双向密封阀座上，对其密封压力进行调节；调压式补偿装置包括调压装置壳体、旋杆、滑轴、芯轴、调节螺母、定位杆和弹簧元件调压装置壳体为空心圆柱状结构，其一端的内壁上加工有螺纹、中部开有一圆孔；调节螺母外部加工有螺纹，并与调压装置壳体内壁的螺纹配合安装，调节螺母内部加工一个盲孔，盲孔底部中心位置固定圆柱形状的定位杆，弹簧元件置于盲孔与定位杆之间的环状空间中；滑轴为圆柱结构，在一端开有直径比定位杆直径略大的盲孔，使定位杆可以伸进该盲孔中，在滑轴中部沿径向加工有通孔，滑轴沿轴向配合安装在调压装置壳体内部，滑轴开有盲孔一端的端部与弹簧元件接触，且滑轴的通孔与调压装置壳体的圆孔相通；旋杆中部开有的圆孔套装在与结构固壁体固连的芯轴上，并可绕芯轴旋转；旋杆一端伸入滑轴的通孔中并与通孔调节螺母靠近一侧的壁面接触，另一端穿过结构固壁体与单体式双向密封阀座的密封套接触；单体式双向密封阀座包括平衡环、密封套、活套、密封环、辅助密封圈E以及两个辅助密封圈D ；密封套为阶梯式筒状结构，其外壁和内壁均成阶梯状外壁的右半部分有两个连续的阶梯面，分别为阶梯面1 和阶梯面12b ；内壁左半部分有两个连续的阶梯面，分别为阶梯面12c和阶梯面12d;密封套外壁左半部分与结构固壁体通孔左侧的内壁之间留有缝隙，该缝隙可使工作介质流入旋杆所在空间；芯轴穿过结构固壁体通孔的一端作用于密封套外壁左半部分与下凹的右半部分之间形成的端面上；活套为阶梯式筒状结构，嵌套在密封套的内部，其阶梯状外壁的两个阶梯面分别与阶梯面12c和12d配合安装；活套与密封套的阶梯面12c之间安装辅助密封圈E ；活套的内壁与其左侧端部连接处的区域加工成可与阀球外表面配合的曲面，在该曲面的靠近端面处开有轴向的环状凹槽，其内安装密封环，密封环与阀球挤压接触；平衡环为一端带有端沿朝向筒内侧凸起的筒状结构，平衡环套装在密封套外壁的阶梯面12a与结构固壁体通孔右侧的内壁之间，端沿卡在密封套的右侧端部，平衡环外壁与结构固壁体内壁间安装辅助密封圈C;平衡环内壁与密封套外壁的接触面间安装两个辅助密封圈D ；所述平衡环的外径与密封套的阶梯面12c的半径相同。所述调压式补偿装置与结构固壁体接触面之间安装有辅助密封圈B。所述单体式双向密封阀座与结构固壁体接触面之间安装有辅助密封圈C。所述滑轴靠近两端的外壁与调压装置壳体内壁的接触面间各安装有一个辅助密封圈A。所述调压式补偿装置还包括套装在定位杆上并置于弹簧元件与滑轴之间的均载垫片。本发明的有益效果是(1)本发明的调压补偿式单阀座双向密封装置可实现等值双向密封和差值双向密封正向密封时通过改变密封环在阀球的最上端的密封点的半径与活套外径之间的配组关系、反向密封时通过改变密封环在阀球的最下端的密封点的半径与活套内径之间的配组关系，并与流体压力耦合产生“活塞效应力”，同时与调压补偿装置产生的预紧力Fx共同作用产生密封压力。配组关系不同，正反两个方向密封压力也不同，进而实现等值或差值密封；(2)调压式补偿装置具有弹性补偿能力，并且可以根据使用需求设计成外部调压式结构，利用“弹性加载、杠杆传力”的原理，调节螺母旋转时改变内部弹性元件变形量，带动旋杆绕芯轴旋转，并通过合理设计旋杆力臂，实现弹性预紧力的比例放大，进而完成密封比压在线调节同时兼具密封补偿功能，运行、维护方便，可靠性高；(3)活套面向“阀球”的“唇边”设计成小尺度斜切面或弧面，在密封环烧毁情况下， 该装置可以通过调压式补偿装置的调节螺母带动旋杆推进密封套和活套，并使活套的“唇边”与阀球接触建立金属对金属的应急密封，有效降低工作介质泄露引发的危害性。
图1为本发明的局部结构示意图；其中，1-辅助密封圈A，2-调压装置壳体，3-旋杆，4-结构固壁体，5_滑轴，6_辅助密封圈B，7-芯轴，8-辅助密封圈C，9-平衡环，10-辅助密封圈D，11-阀球，12-密封套，13-活套，14-密封环，15-辅助密封圈E，16-调节螺母，17-定位杆，18-弹簧元件，19-均载垫片。
具体实施例方式
为更好地理解本发明，下面结合附图和实施例对本发明作进一步的描述
本发明的调压补偿式单阀座双向密封装置，包括两个或两个以上的调压式补偿装置、单体式双向密封阀座以及结构固壁体4，其中，结构固壁体4为回转体，用于与管道的两个接头连接，其外表面周向均勻分布两个或两个以上的调压式补偿装置，内部安装单体式双向密封阀座，单体式双向密封阀座左半部分与结构固壁体4之间留有缝隙，右半部分与结构固壁体4配合安装；结构固壁体上在与每个调压式补偿装置对应的位置上设计成凸台形状，用于与调压式补偿装置固定连接，凸台中部开有通孔，使调压式补偿装置的下部零件穿过结构固壁体4，作用于单体式双向密封阀座上，对其密封压力进行调节；调压式补偿装置与结构固壁体接触面之间安装有辅助密封圈B6 ；调压式补偿装置包括调压装置壳体2、旋杆3、滑轴5、芯轴7、调节螺母16、定位杆 17、弹簧元件18、均载垫片19以及两个辅助密封圈A4 调压装置壳体2为空心圆柱状结构， 其一端的内壁上加工有螺纹、中部开有一圆孔；调节螺母16外部加工有螺纹，并与调压装置壳体2内壁的螺纹配合安装，调节螺母16内部加工成一定深度的盲孔，盲孔底部中心位置固定圆柱形状的定位杆17，弹簧元件18置于盲孔与定位杆17之间的环状空间中；压缩弹簧元件后，将均载垫片19套装在定位杆17上，以使均载垫片19置于弹簧元件18与滑轴端面之间，用于将弹簧元件18的弹力均勻施加在滑轴5端面上；滑轴5为圆柱结构，在一端开有直径比定位杆17直径略大的盲孔，使定位杆17可以伸进该盲孔中，在滑轴中部沿径向加工有通孔，滑轴沿轴向配合安装在调压装置壳体2内部，滑轴5开有盲孔一端的端部与弹簧元件18接触，且滑轴5的通孔与调压装置壳体2的圆孔相通；滑轴5靠近两端的外壁与调压装置壳体2内壁的接触面之间分别安装有一个辅助密封圈A4 ；旋杆3中部开有的圆孔套装在与结构固壁体固连的芯轴7上，并可绕芯轴7旋转；旋杆3 —端伸入滑轴5的通孔中并与通孔靠近调节螺母16 —侧的壁面接触，另一端穿过结构固壁体4与单体式双向密封阀座的密封套12接触；单体式双向密封阀座包括平衡环9、密封套12、活套13、密封环14、两个辅助密封圈DlO和辅助密封圈E15 ；密封套12为阶梯式筒状结构，外壁的右半部分有两个连续的阶梯面，分别为阶梯面1 和阶梯面12b ；内壁左半部分有两个连续的阶梯面，分别为阶梯面 12c和阶梯面12d ；密封套12外壁左半部分与结构固壁体4通孔左侧的内壁之间留有缝隙， 该缝隙可使工作介质流入旋杆3所在空间；芯轴7穿过结构固壁体4的一端作用于密封套 12外壁左半部分与阶梯面12b之间的端面上；活套13为阶梯式筒状结构，嵌套在密封套12 的内部，其阶梯状外壁的两个阶梯面分别与阶梯面12c和12d配合安装；活套13与阶梯面 12c间安装辅助密封圈E15，阶梯面12c对应的半径记为Cl1 ；活套13的内壁与其左侧端部连接处的区域加工成可与阀球11外表面配合的曲面，在该曲面的靠近端面处开有轴向的环状凹槽，其内安装密封环14，与阀球11挤压接触；密封环14与阀球11最上端的接触点记为D2，对应的半径记为d2 ；密封环14与阀球11最下端的接触点记为D3，对应的半径记为 d3 ；平衡环9为一端带有端沿9a的筒状结构，其端沿9a朝筒内侧凸起；平衡环9套装在密封套外壁的阶梯面1 上，端沿9a卡在密封套12的端部，平衡环9外壁与结构固壁体间安装辅助密封圈C8 ；平衡环9内壁与密封套12外壁间安装两个辅助密封圈D10，平衡环9内径为d4 ；平衡环9的外径记为d5，与密封套的阶梯面12c的半径相同，即Cl1 = d5 ；工作原理如下拧紧调节螺母16时，调节螺母16进给，压缩弹簧元件18，由此将弹簧预紧力通过均载垫片19传递给滑轴5，使滑轴5沿轴向向右移动，同时推动与滑轴5通孔内壁相接触的旋杆3的一端旋转，根据杠杆原理，带动旋杆3另一端反向运动，依次通过密封套12和活套 13，最终将弹簧预紧力传递给密封环14 ；通过不断调节弹簧元件18的预紧力，可最终调节密封环14对阀球11的压力，从而调节密封比压；如果密封环14烧毁，即密封作用失效时， 通过拧紧调节螺母16，使活套13内壁的斜面与阀球11接触并挤压，可实现应急密封的作用；当调压补偿式单阀座双向密封装置处于工作状态时，工作介质通过单体式双向密封阀座自动产生的“活塞效应力”，可实现与阀球11建立双向密封效果，具体密封原理如下(1)正向密封时，即当阀球11右侧压力P1大于等于左侧压力P2时，此时取密封环 14上的A点为密封点，选平衡环9和密封套12为整体1、活套13和密封环14作为整体2 分别进行受力分析；对于平衡环9和密封套12的整体1来说，由于辅助密封圈C8和辅助密封圈DlO 的密封作用，压强为P1的工作介质无法进入旋杆3所在的空间内，又由于结构固壁体4与密封套12之间的缝隙，而在该空间内会进入压强为P2的工作介质，根据受力分析可知，压强为P2的工作介质对整体1的压力合力为0 ；再考虑压强为P1的工作介质对整体1的作用力压强P1分别作用在密封套12的阶梯面12c对应的端面上和平衡环9的右侧端面上， 由于两个面的直径相同，且所受压力大小相等，方向相反，则所受合力为0 ；考虑整体2所受外力为弹簧的预紧力、压强为P2和P1的工作介质所施加的压力分别为:Fx I2^d1 -d2f
和片;-d2f ,则整体2所受合力为是+(片+P2^d1 -d2f ；由合力表达式可知，由于Cl1 >
d2，因此，合力方向为由右向左施加在整体2上，即该合力施加在密封环14上，使密封环14 与阀球11之间建立必需的密封比压；通过调整弹簧元件18预紧力，以及调整Cl1与d2大小关系，即可调整密封比压的大小；(2)反向密封时，即当阀球11右侧压力P1小于等于左侧压力P2时，此时取密封环 14上的D3点为密封点，选平衡环9为整体3，选密封套12、活套13和密封环14作为整体4， 并分别进行受力分析整体3受到的压强为P2和P1的工作介质所施加的压力分别为>2;r(式-O2和 PMd5-d4f ,则所受到的两者的合力为(片-P2Md5 -d4f ,由于P1彡P2,因此，整体3所受合力向右，其对整体4不施加外力；考虑整体4所受的外力压强为P2的介质施加的压力合力为為域式-压强为P1的介质施加的压力合力为為冗(式-则合外力为
Fx+^ -P2Md3 -d4f ；由于d3 > d4，因此，合力方向为由右向左施加在整体4上，即该合力
施加在密封环14上，使密封环14与阀球之间建立必需的密封比压；通过调整弹簧元件18预紧力，以及d3与d4大小关系，即可调整密封比压的大小；综上所述，单体式双向密封阀座可实现双向密封。以上所揭露的仅为本发明的较佳实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等效变化，仍属本发明专利的保护范围。
权利要求
1.调压补偿式单阀座双向密封装置，其特征在于，包括两个或两个以上的调压式补偿装置、单体式双向密封阀座、结构固壁体(4)以及阀球(11)，其中，结构固壁体(4)的两端分别连接管道，其外表面周向均勻分布两个或两个以上的调压式补偿装置，内部安装单体式双向密封阀座；结构固壁体(4)上在与每个调压式补偿装置对应的位置开有通孔，使调压式补偿装置的下部零件穿过结构固壁体G)，作用于单体式双向密封阀座上，对其密封压力进行调节；调压式补偿装置包括调压装置壳体O)、旋杆(3)、滑轴(5)、芯轴(7)、调节螺母(16)、 定位杆(17)和弹簧元件(18)调压装置壳体(2)为空心圆柱状结构，其一端的内壁上加工有螺纹、中部开有一圆孔；调节螺母(16)外部加工有螺纹，并与调压装置壳体O)内壁的螺纹配合安装，调节螺母(16)内部加工一个盲孔，盲孔底部中心位置固定圆柱形状的定位杆(17)，弹簧元件(18)置于盲孔与定位杆(17)之间的环状空间中；滑轴(5)为圆柱结构， 在一端开有直径比定位杆(17)直径略大的盲孔，使定位杆(17)可以伸进该盲孔中，在滑轴 (5)中部沿径向加工有通孔，滑轴( 沿轴向配合安装在调压装置壳体O)内部，滑轴(5) 开有盲孔一端的端部与弹簧元件(18)接触，且滑轴( 的通孔与调压装置壳体O)的圆孔相通；旋杆(3)中部开有的圆孔套装在与结构固壁体固连的芯轴(7)上，并可绕芯轴 (7)旋转；旋杆( 一端伸入滑轴(5)的通孔中并与通孔靠近调节螺母(16) —侧的壁面接触，另一端穿过结构固壁体(4)与单体式双向密封阀座的密封套(1 接触；单体式双向密封阀座包括平衡环(9)、密封套(12)、活套(13)、密封环(14)、辅助密封圈E(15)以及两个辅助密封圈D(IO)；密封套(12)为阶梯式筒状结构，其外壁和内壁均成阶梯状外壁的右半部分有两个连续的阶梯面，分别为阶梯面1 和阶梯面12b ；内壁左半部分有两个连续的阶梯面，分别为阶梯面12c和阶梯面12d;密封套(1 外壁左半部分与结构固壁体(4)通孔左侧的内壁之间留有缝隙，该缝隙可使工作介质流入旋杆(3)所在空间；芯轴(7)穿过结构固壁体(4)通孔的一端作用于密封套(12)外壁左半部分与下凹的右半部分之间形成的端面上；活套(1 为阶梯式筒状结构，嵌套在密封套(1 的内部，其阶梯状外壁的两个阶梯面分别与阶梯面12c和12d配合安装；活套(1 与密封套(1 的阶梯面12c之间安装辅助密封圈E(K)；活套(1 的内壁与其左侧端部连接处的区域加工成可与阀球(11)外表面配合的曲面，在该曲面的靠近端面处开有轴向的环状凹槽，其内安装密封环(14)，密封环(14)与阀球(11)挤压接触；平衡环(9)为一端带有端沿朝向筒内侧凸起的筒状结构，平衡环(9)套装在密封套(12)外壁的阶梯面1 与结构固壁体(4)通孔右侧的内壁之间，端沿卡在密封套(1 的右侧端部，平衡环(9)外壁与结构固壁体内壁间安装辅助密封圈C(8)；平衡环(9)内壁与密封套(12)外壁的接触面间安装两个辅助密封圈D(IO)；所述平衡环(9)的外径与密封套(12)的阶梯面12c的半径相同。
2.如权利要求1所述的调压补偿式单阀座双向密封装置，其特征在于，所述调压式补偿装置与结构固壁体(4)接触面之间装有辅助密封圈B (6)。
3.如权利要求1所述的调压补偿式单阀座双向密封装置，其特征在于，所述滑轴(5)靠近两端的外壁与调压装置壳体O)内壁的接触面间各安装有一个辅助密封圈A。
4.如权利要求1所述的调压补偿式单阀座双向密封装置，其特征在于，所述调压式补偿装置还包括套装在定位杆(17)上并置于弹簧元件(18)与滑轴( 之间的均载垫片 (19)。
全文摘要
本发明公开一种调压补偿式单阀座双向密封装置，包括调压式补偿装置、单体式双向密封阀座以及结构固壁体，单体式双向密封阀座可实现等值双向密封和差值双向密封，调压式补偿装置可对球阀的密封压力进行在线调整，活套面向“阀球”的“唇边”设计成小尺度斜切面或弧面，在密封环烧毁情况下，可使活套的“唇边”与阀球接触建立金属对金属的应急密封，同时本发明还具有结构紧凑，便于运行和维护的优点。
文档编号F16K5/20GK102401149SQ20111035959
公开日2012年4月4日 申请日期2011年11月14日 优先权日2011年11月14日
发明者刘春林, 姚世卫, 李华峰, 韩灿峰 申请人:武汉市第二船舶设计研究所