一种多工况阀门密封结构的制作方法

本发明涉及一种用于阀门领域的多工况阀门密封结构。

背景技术：

在高、低温工况下，对阀门的流阻特性、密封性能等要求特别高，因此，工程中大多选用球阀及闸阀。其中球阀一般采用了活塞式浮动阀座，在弹簧载荷和介质压力的作用下，可自动补偿因温度变化引起材料收缩或伸胀的间隙，保证了阀座与阀芯间的密封性能。但浮动阀座与阀体间的密封一直是该类阀门的软肋，工程中常发生泄漏，严重影响了工程系统的运行。

附图1是目前市场上带浮动阀座的球阀阀座600与阀体500间的密封结构。阀座600与阀体500间的密封采用橡胶o型圈，橡胶材料的特性决定了其在低温工况下会发生脆化断裂，在高压工况下会被烧损，它的使用温度范围只能在-70℃～+200℃之间，不适用低温度-256℃～-70℃和高温+200℃～+770℃之间的工况。

在高温工况条件下，球阀阀座600与阀体500间目前市场上采用类似附图2的密封结构。虽然这种密封结构的耐温最高能达到600℃，但石墨密封环在高压状态下容易使石墨材料从阀体500与阀座600的配合缝隙中挤出，因而该结构不耐高压。石墨材料的热膨胀系数较大，大截面的石墨密封环在高温状态下容易使阀体500与阀座600间胀死，使浮动阀座600失去活塞效应，从而使阀门的密封失效。同时，大截面的石墨密封环在高温状态下受热膨胀的影响，还容易使阀门操作扭矩增大，使阀门操作困难。这些就是采用这种结构的阀门性能不稳定的主要原因。这种结构不能实现单一阀座双向密封功能，只有当介质从阀芯前端流入时，阀芯前的阀座才能实现密封功能，而阀芯后的阀座不能实现密封。

技术实现要素：

本发明的目的是为了克服现有技术的不足，提供一种多工况阀门密封结构，用以解决高低温、大流量工况下的浮动阀座与阀体之间、浮动阀座与球体或闸板等阀芯部件之间的密封泄漏问题。

实现上述目的的一种技术方案是：一种多工况阀门密封结构，包括阀芯前端密封结构；

所述阀芯前密封结构位于阀座和阀体之间，包括膜片、石墨密封环和压紧机构；所述膜片包括膜片外环和膜片内环，所述膜片外环位于所述阀座径向外侧，所述膜片内环卡接在阀座内，所述膜片外环的阀体一侧以及所述膜片内环的两侧分别设有石墨密封环；所述压紧机构设置在所述膜片的径向外侧，位于所述膜片和所述阀体之间，将所述膜片和所述石墨密封环沿径向压紧在阀体的台阶结构以及阀座上。

作为优选，所述压紧机构包括牵制环、膜片压环、四开环或三开环；所述牵制环和所述膜片压环间设有螺钉，共同将所述膜片和所述石墨密封环沿径向压紧在阀体上，所述四开环或三开环设置在膜片压环和阀体间，对所述膜片压环起到限位作用。

作为优选，所述压紧机构采用螺纹旋合压紧的结构对所述膜片和石墨密封环产生径向压紧力。

作为优选，所述膜片与所述阀座焊接。

进一步的，所述石墨密封环采用柔性石墨或金属包覆柔性石墨或柔性石墨带内部金属衬或编织石墨或编织石墨带内部金属衬压制成型。

本发明的一种多工况阀门密封结构，应用于球阀或闸阀密封系统中，作为可拆卸的阀座与阀体之间的密封结构，使球阀或闸阀在同时有两个对称阀座的情况下实现双向密封，在阀芯前端密封结构的介质力和弹簧预载荷结构的弹簧力的共同作用下，对阀座施加压沿阀门通道方向的力，以起到密封作用。阀座初始密封比压的建立是依靠阀座后的弹簧力及膜片的初始变形回弹力，即使在极小压差的情况下，也能确保足够的密封比压，无需介质推力，实现双向密封。

附图说明

图1为现有带浮动阀座的球阀的阀座与阀体间采用橡胶o型圈的密封结构的示意图；

图2为现有带浮动阀座的球阀的阀座与阀体间采用单一、大截面石墨密封环的密封结构的示意图；

图3为使用本发明的一种多工况阀门密封结构的阀门的结构示意图；

图4为图1中a部的本发明的一种多工况阀门密封结构的细节放大图。

具体实施方式

为了能更好地对本发明的技术方案进行理解，下面通过具体地实施例并结合附图进行详细地说明：

请参阅图3和图4，是本发明的一种多工况阀门密封结构应用于球阀的实施例，包括阀芯前端密封结构100和弹簧预载荷结构200。

阀芯前密封结构100位于阀座600和阀体500的配合间隙内，包括膜片110、石墨密封环120和压紧机构；膜片110包括外膜片和内膜片，膜片外环位于阀座600径向外侧，膜片内环卡接在阀座600内，膜片外环的阀体500一侧以及膜片内环的两侧分别设有石墨密封环120。本实施例中，压紧机构包括牵制环131、膜片压环132、四开环133；牵制环131和膜片压环132间设有螺钉134，共同将膜片110和石墨密封环120沿阀门通路的方向压紧在阀体500的台阶结构以及阀体600上，四开环133设置在膜片压环132和阀体500间，对膜片压环132和牵制环131起到限位作用，使得膜片压环132和牵制环131以及螺钉对膜片110的施力方向确定。除了本实施例的设计之外，膜片110也可使用螺纹旋合压紧方式，或采用焊接连接方式与阀座连接。

弹簧预载荷结构200设置在阀体500和阀座600间，包括弹簧210和弹簧座220，弹簧210设置在弹簧座220内，弹簧座220上设有挤压结构221，挤压结构221为指向阀座600的突出部，挤压结构221通过石墨密封环120与阀座600连接，对阀座600及阀芯前密封结构100产生沿阀门通路方向的压力。

其中，石墨密封环120可采用柔性石墨、金属包覆柔性石墨、柔性石墨带内部金属衬或代用编制石墨、编制石墨带内部金属衬等压制成型。膜片110采用延展性良好的金属制成，通常为单波波膜片形式，如需应用于移动量较大的密封结构中可设计为多波膜片形式。

在实际应用中，弹簧预载荷结构200还可采用蝶簧、板簧、环簧等不同形式的弹簧来实现。

本发的一种多工况阀门密封结构明可适用于-256℃～+770℃之间的任何温度工况，无现有技术-70℃～+200℃的工况条件限制，适用范围广。

现有技术在浮动阀座的球阀阀座与阀体之间采用的橡胶o型圈密封，使用压力也因使用介质和阀门通径而受到限制。如压力过大，橡胶o型圈有可能被高压挤出或损坏。如应用于气体工况中，当阀门的公称通径大于dn150时，最高压力应不超过10mpa，否则就必须采取防爆措施。现有技术采用的阀座与阀体间石墨密封环密封结构，当温度或压力变化较大时，石墨密封环易被击穿，从而导致阀座密封系统密封泄漏。又因石墨材料的热膨胀系数大，大截面的石墨密封环在高温状态下易使阀体与阀座间胀死，使浮动阀座失去活塞效应，从而使阀门的密封失效。大截面的石墨密封环在高温状态下受热膨胀的影响，还容易使阀门操作扭矩增大，使阀门操作困难。本发明在阀座600与阀体500之间的配合圆周面采用膜片密封形式，膜片110在弹簧210的作用力下产生弯曲，并推动阀芯前端密封结构100向阀芯700压紧，实现阀座600密封面与阀芯700之间的低压密封。由于阀座600与阀体500间的密封中径大于阀座600密封面与阀芯700的密封中径，在介质压力的作用下会进一步加强阀座600的活塞效应，确保了阀门的高压密封。

本实施例为本发明的一种多工况阀门密封结构应用于球阀的案例，本发明同样可以应用于闸阀。

本技术领域中的普通技术人员应当认识到，以上的实施例仅是用来说明本发明，而并非用作为对本发明的限定，只要在本发明的实质精神范围内，对以上所述实施例的变化、变型都将落在本发明的权利要求书范围内。