可微调预紧力及在线拆卸的lng超低温顶装式球阀阀座的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种可微调预紧力及在线拆卸的LNG超低温顶装式球阀阀座，其特征是：在阀体中、位于阀芯球体的上游侧和下游侧对称设置阀座支承，在阀座支承的尾部端面与阀座固定环的前端面之间设置定位销；阀座密封圈嵌装在阀座支承的前端绞边中；在阀座支承的外周设置与阀座支承螺纹配合的阀座压环，在阀座压环的尾部与阀体之间设置预紧压簧，转动阀座压环能够使阀座支承在轴线方向上移动。本发明不仅能够适于LNG实际使用工况的需求，并能同时满足在线维修、中腔及时自动泄压、密封性能安全可靠的要求，保证LNG项目的质量和安全。
【专利说明】可微调预紧力及在线拆卸的LNG超低温顶装式球阀阀座
【技术领域】
[0001] 本发明用于涉及液化天然气（LNG)领域的超低温顶装式球阀，主要用于LNG介质 的截断或调节，在保证LNG阀门在线维修的前提下，通过微调阀座预紧力实现可靠的密封 性能，并通过阀座向管线上游自泄压的方式，避免阀门中腔LNG气化超压所带来的爆炸危 险。
【背景技术】
[0002] 液化天然气（LNG)行业是石化领域类的重点行业，也是能源战略的重点行业。随 着工业的发展，该行业越来越被国家和社会重视，其产量正以每年约12%高速增长，成为全 球增长最快的能源行业之一。众所周知，LNG沸点为_163°C，气液膨胀比大，易燃易爆，特定 的工况要求，使得球阀在工艺管线上必须采用顶装式结构，由于在LNG项目中，阀门端部通 常采用焊接连接，必须能够在线维修，且中腔超压时能够及时自动泄放，同时保证阀门可靠 的密封性能，满足管线工艺要求。目前国内LNG低温球阀始终不能同时满足这几个方面的 要求，已经公开如下几种形式也不尽如人意：
[0003] 1、两片或三片侧装式阀体结构，比如浮动球结构形式，是在球体上钻孔来实现自 动泄压；再比如固定球结构形式，是在上游阀座上钻孔来实现自动泄压，这些结构形式均不 能够满足在线维修的需求，同时，在浮动球上钻孔使上游密封基本失效，仅仅依靠下游阀座 来实现密封，与管线阀门的基本要求产生背离；而在固定球结构阀座上钻孔完全是依赖带 螺旋弹簧的单向阀来实现自动泄压，极不可靠。
[0004] 2、顶装式阀体结构并采用一体式阀座的结构形式，利用阀座上加工的工艺槽，通 过阀门两端端口，利用工装将两边阀座拉开以实现阀球的安装。但这种结构形式只能在工 厂实现顶装式安装，待球阀安装在管线上之后，阀座上的工艺槽即失去作用，也就无法真正 实现阀门的在线维修。
[0005] 3、顶装式阀体结构并采用分体式阀座的结构形式，采用链式连接件或螺纹连接， 将阀座连接成一个整体，虽然能够实现在线维修，但上游阀座和下游阀座形式基本一样，当 上游阀座密封失效时，下游阀座不能实现有效密封，或者在中腔超压时向上游和下游同时 泄压，整个阀门不能实现安全可靠的密封。
[0006] 实践表明，不能同时满足在线维修、中腔及时自动泄压、安全可靠的密封性能等几 方面要求的LNG低温球阀若应用到实际工程中，将给整个LNG项目带来巨大安全隐患及经 济损失。
【发明内容】
[0007] 本发明是为避免上述现有技术所存在的不足之处，提供一种可微调预紧力及在线 拆卸的LNG超低温顶装式球阀阀座，使其不仅能够适于LNG实际使用工况的需求，并能同 时满足在线维修、中腔及时自动泄压、密封性能安全可靠的要求，保证LNG项目的质量和安 全。
[0008] 本发明为解决技术问题采用如下技术方案：
[0009] 本发明可微调预紧力及在线拆卸的LNG超低温顶装式球阀阀座的结构特点是：
[0010] 在阀体中、位于阀芯球体的上游侧和下游侧对称设置阀座支承，所述对称设置的 阀座支承分别是处在上游侧的上游阀座支承和处在下游侧的下游阀座支承，在所述阀座支 承的尾部端面与阀座固定环的前端面之间设置定位销，所述阀座固定环点焊固定在所述阀 体中；
[0011] 用于在阀座支承与阀芯球体的表面形成环形密封的阀座密封圈嵌装在阀座支承 的前端绞边中；在所述阀座支承的外周设置与阀座支承螺纹配合的阀座压环，在所述阀座 压环的尾部与阀体之间设置预紧压簧，转动所述阀座压环能够使阀座支承在轴线方向上移 动。
[0012] 本发明可微调预紧力及在线拆卸的LNG超低温顶装式球阀阀座的结构特点也在 于：
[0013] 在所述阀座压环上设置径向工艺孔，位于所述径向工艺孔所在的阀座压环圆周 位置处设置一防松限位环，所述防松限位环的一端抵于固联在阀体上的限位凸台，防松限 位环上沿阀座压环圆周设置有锁定槽，并有锁钉螺钉锁紧在所述阀座压环与防松限位环之 间，所述锁钉螺钉在锁定槽中圆周位置可调。
[0014] 在所述阀座压环上设置轴向工艺孔，利用所述轴向工艺孔可以旋转所述阀座压 环。
[0015] 所述阀座固定环在内圆周面上朝向阀座支承所在一侧延伸形成处在阀座固定环 与阀座支承之间的防尘罩。
[0016] 本发明可微调预紧力及在线拆卸的LNG超低温顶装式球阀阀座的结构特点还在 于：
[0017] 所述上游阀座支承设置为两级阶梯式台阶密封，在其第一级台阶与阀体之间设置 有上游侧正向密封环，在其第二级台阶与阀体之间设置有上游侧反向密封环，形成上游侧 单向密封；
[0018] 所述下游阀座支承设置为一级台阶密封，在其台阶面与阀体之间呈背靠背的形式 设置下游侧正向密封环和下游侧反向密封环，形成下游侧双向密封。
[0019] 与已有技术相比，本发明有益效果体现在：
[0020] 1、本发明能够适于LNG实际使用工况的需求，并能同时满足在线维修、中腔及时 自动泄压和密封性能安全可靠的要求，保证LNG项目的质量和安全。
[0021] 2、本发明采用螺纹配合的分体式阀座，通过旋转阀座压环，使阀座支承沿轴向方 向作直线运动，使阀座密封圈靠近或者远离球体，并增设防尘罩，能够有效实现阀门的密 封，以及球体顺利地在线拆卸；
[0022] 3、本发明通过在阀座压环上设置防松限位环，能够有效地保证阀座的密封性能， 增加阀门的密封可靠性；
[0023] 4、本发明在阀体与整体阀座间有效采用不同组合的密封形式，包括上游侧单向密 封和下游侧双向密封实现了合理的阀门超压泄放功能。
【专利附图】
【附图说明】
[0024] 图1为本发明结构示意图；
[0025] 图2为本发明中阀座压环及防松限位环结构示意图；
[0026] 图3a为本发明中上游阀座支承密封时活塞效应受力图；
[0027] 图3b为本发明中下游阀座支承密封时活塞效应受力图；
[0028] 图4为本发明中上游阀座支承自动泄压时活塞效应受力图；
[0029] 图5为本发明中下游阀座支承中腔超压时活塞效应受力图；
[0030] 图中标号：1阀体，2阀芯球体，3a上游阀座支承，3b下游阀座支承，4阀座固定环， 5定位销，6a上游阀座密封圈，6b下游阀座密封圈，7阀座压环，7a径向工艺孔，7b轴向工艺 孔，8预紧压簧；9防松限位环，10限位凸台，11锁钉螺钉，12防尘罩，13a上游侧正向密封 环，13b下游侧正向密封环，14a上游侧反向密封环，14b下游侧反向密封环。
【具体实施方式】
[0031] 本实施例中可微调预紧力及在线拆卸的LNG超低温顶装式球阀阀座的结构设置 为：
[0032] 参见图1，在阀体1中、位于阀芯球体2的上游侧和下游侧对称设置阀座支承，对称 设置的阀座支承分别是处在上游侧的上游阀座支承3a和处在下游侧的下游阀座支承3b， 在阀座支承的尾部端面与阀座固定环4的前端面之间设置定位销5,阀座固定环4点焊固定 在阀体1中.
[0033] 如图1所示，用于在阀座支承与阀芯球体2的表面形成环形密封的阀座密封圈，包 括上游阀座密封圈6a和下游阀座密封圈6b，分别嵌装在上游阀座支承3a和下游阀座支承 3b的前端绞边中；在阀座支承的外周设置与阀座支承螺纹配合的阀座压环7,在阀座压环7 的尾部与阀体1之间设置预紧压簧8,转动阀座压环7能够使阀座支承在轴线方向上移动。
[0034] 参见图2,本实施例中在阀座压环7上设置径向工艺孔7a，位于径向工艺孔7a所 在的阀座压环圆周位置处设置一防松限位环9,防松限位环9的一端抵于固联在阀体上的 限位凸台10,防松限位环9上沿阀座压环圆周设置有锁定槽，并标记有定位刻度，一对锁钉 螺钉11锁紧在阀座压环7与防松限位环9之间，锁钉螺钉11在锁定槽中圆周位置可调，并 能根据调整后的定位刻度对应计算出预紧压簧8的预压缩量。
[0035] 如图2所示，在阀座压环7上设置轴向工艺孔7b，利用轴向工艺孔7b可以旋转阀 座压环7,以使阀座支承作直线轴向移动。
[0036] 如图1所示，本实施例中的阀座固定环4在内圆周面上朝向阀座支承所在一侧延 伸形成处在阀座固定环与阀座支承之间的防尘罩12,以防止污物嵌入在二者之间，导致阀 座支承无法动作到位，并会因此使阀芯球体无法在线顺利拆卸。
[0037] 如图3a和图4所示，本实施例中上游阀座支承3a设置为两级阶梯式台阶密封，在 其第一级台阶与阀体1之间设置有上游侧正向密封环13a，在其第二级台阶与阀体1之间设 置有上游侧反向密封环14a，形成上游侧单向密封，使上游侧形成为单活塞效应阀座。
[0038] 如图3b和图5所示，本实施例中下游阀座支承3b设置为一级台阶密封，在其台阶 面与阀体1之间呈背靠背的形式设置下游侧正向密封环13b和下游侧反向密封环14b，形成 下游侧双向密封，使下游侧形成为双活塞效应阀座，以此实现LNG介质超压时只能向上游 方向泄漏，并保证整个阀门的密封性能。
[0039] 组装时，首先将阀座固定环与阀体并紧，在两端各用氩弧焊点焊；装入阀芯球体 前，将阀座压环旋入阀座支承，使阀座支承端面与阀座压环端面齐平，并与预紧弹簧及各密 封圈一并装入阀体内，利用工装撑开两端阀座压环，阀芯球体在保持全开位置时装入，然后 利用工装旋转阀座压环，使阀座支承轴向移动并使其端面凸出阀座压环的端面，完成阀座 压环的调整之后利用锁紧螺钉进行位置锁定。
[0040] 当阀座预紧比压足够时，防松限位环可保证阀座压环不发生松动；当阀座预紧比 压不够时，旋动阀座压环，对预紧弹簧进一步压缩，增加预紧比压，此时可通过限位环上的 旋转刻度，来计算蝶形弹簧所增加的预压缩量，保证阀座可靠的密封性能。
[0041] 图3a和图3b所示，当上游阀座和下游阀座均完好无损时，当上游或者下游介质压 力为P1时，受力面积A2 > A1，面积差为XI，此时在介质压力作用下，将上游阀座或者下游 阀座推向阀芯球体，实现密封，阻断介质通过；
[0042] 图5所示，当上游阀座有擦伤时，此时介质泄漏至中腔，压力为P2,此时的下游阀 座，受力面积A3 >A4,面积差为X2,此时在介质压力作用下，将下游阀座推向球体，实现密 封，阻断泄漏的介质通过下游阀座，实现可靠的密封；
[0043] 图4所示，当球体从全开到全关，阻断介质流动，此时PI = P2,当阀门中腔介质 LNG发生气化，P2急剧增加，远大于P1，此时，上游阀座A5 < A6,面积差为X3,在P2的作用 下，将上游阀座迅速推离球体，介质向管线上游泄放，此时下游阀座受力面积A3 > A4,面积 差为X2,在P2的作用下，将下游阀座推向球体，实现密封，阻断介质向下游泄漏。
[0044] 本发明由于形成上游侧单向密封阀座，能够截断来自上游介质压力，实现密封；当 中腔超压时，介质作用在单向密封阀座上的力能够克服预紧弹簧的预紧力，将单向密封的 阀座推离阀芯球体，实现向上游自动泄压；此时，下游侧双向密封的阀座在中腔介质的作用 下向阀芯球体压紧，实现密封。达到中腔超压自动向上游泄压，同时保证下游侧没有介质泄 漏的目的。
[0045] 本发明适于LNG超低温顶装式球阀，组装及维修均可使阀门在不从管线上拆卸的 情况下实现，既减小了 LNG的气化、压力急剧增加、使阀门和管线发生爆炸危险的可能性， 又能截断介质向下游发生泄漏，从根本上保证LNG工程的质量和安全。
【权利要求】
1. 可微调预紧力及在线拆卸的LNG超低温顶装式球阀阀座，其特征是： 在阀体（1)中、位于阀芯球体（2)的上游侧和下游侧对称设置阀座支承，所述对称设置 的阀座支承分别是处在上游侧的上游阀座支承（3a)和处在下游侧的下游阀座支承（3b)， 在所述阀座支承的尾部端面与阀座固定环（4)的前端面之间设置定位销（5)，所述阀座固 定环⑷点焊固定在所述阀体⑴中； 用于在阀座支承与阀芯球体（2)的表面形成环形密封的阀座密封圈嵌装在阀座支承 的前端绞边中；在所述阀座支承的外周设置与阀座支承螺纹配合的阀座压环（7)，在所述 阀座压环（7)的尾部与阀体（1)之间设置预紧压簧（8)，转动所述阀座压环（7)能够使阀座 支承在轴线方向上移动。
2. 根据权利要求1所述的可微调预紧力及在线拆卸的LNG超低温顶装式球阀阀座，其 特征是：在所述阀座压环（7)上设置径向工艺孔（7a)，位于所述径向工艺孔（7a)所在的阀 座压环圆周位置处设置一防松限位环（9)，所述防松限位环（9)的一端抵于固联在阀体上 的限位凸台（10)，防松限位环（9)上沿阀座压环圆周设置有锁定槽，并有锁钉螺钉（11)锁 紧在所述阀座压环（7)与防松限位环（9)之间，所述锁钉螺钉（11)在锁定槽中圆周位置可 调。
3. 根据权利要求1或2所述的可微调预紧力及在线拆卸的LNG超低温顶装式球阀阀 座，其特征是：在所述阀座压环（7)上设置轴向工艺孔（7b)，利用所述轴向工艺孔（7b)可 以旋转所述阀座压环（7)。
4. 根据权利要求1所述的可微调预紧力及在线拆卸的LNG超低温顶装式球阀阀座，其 特征是：所述阀座固定环（4)在内圆周面上朝向阀座支承所在一侧延伸形成处在阀座固定 环与阀座支承之间的防尘罩（12)。
5. 根据权利要求1所述的可微调预紧力及在线拆卸的LNG超低温顶装式球阀阀座，其 特征是： 所述上游阀座支承（3a)设置为两级阶梯式台阶密封，在其第一级台阶与阀体（1)之间 设置有上游侧正向密封环（13a)，在其第二级台阶与阀体（1)之间设置有上游侧反向密封 环（14a)，形成上游侧单向密封； 所述下游阀座支承（3b)设置为一级台阶密封，在其台阶面与阀体（1)之间呈背靠背的 形式设置下游侧正向密封环（13b)和下游侧反向密封环（14b)，形成下游侧双向密封。
【文档编号】F16K5/08GK104089044SQ201410336421
【公开日】2014年10月8日 申请日期:2014年7月15日 优先权日:2014年7月15日
【发明者】陶国庆, 黄明亚, 宋忠荣, 刘建峰, 张绍华, 靳淑军, 胡军, 章茂森 申请人:合肥通用机械研究院