一种用于密封阀杆与阀体的密封结构的制作方法

本发明属于阀门密封技术领域，具体涉及一种用于密封阀杆与阀体的密封结构。

背景技术：

阀门是用来开闭管路、控制流向、调节和控制输送介质的管路附件。根据其功能，阀门可分为关断阀、止回阀、调节阀等。关断阀主要结构包括：阀体、阀盖、阀杆、阀瓣(阀芯)、填料涵、驱动装置(手动、电动、气动、液压驱动等)等部件组成，其中，阀杆一端伸入到阀体内，连接着阀瓣，且与内部的介质直接接触，另一端在阀体外，与驱动装置相连，以控制阀瓣的启闭。阀杆与阀体之间为间隙配合，为防止阀体内的介质沿着阀杆与阀体之间的间隙向外泄漏，在阀杆与阀体之间设有填料涵，在填料涵与阀杆间充入填料，并用压板和压环(可以做成一个整体)压紧，从而构成一个密封系统，可以在保证阀杆沿其轴向运动或绕其中轴线旋转自如的情况下，不发生介质泄漏。

在介质温度不高的情况下，有多种密封材料可以作为密封结构的填料，但当介质温度较高(>500℃)时，密封材料的选择具有极大的难度，具体为：耐高压的密封填料如石墨填料、合成有机物编织填料等无法耐受如此高的温度，而耐高温的填料如玻璃纤维、云母等又无法在高压力下保证较小的泄漏率，当高温同时伴随着高压(>1mpa)的情况时，密封将更加困难。

为解决高温高压下阀杆与阀体密封困难的问题，专利号为zl03145406.2的发明专利《高温高压阀杆主动密封机构及采用这种密封机构的闸阀》(授权公告号为cn1186550c)公开了一种密封机构，该密封机构的阀盖设有向阀体内腔开口的填料函，填料函内由上而下依次设有若干层填料、填料垫和压紧螺母，压紧螺母将填料和填料垫压紧在一起，使填料径向形变，产生常温下的密封比压，高温下填料函的变形与填料垫和压紧螺母的变形方向相同且同步，高压下介质压力通过压紧螺母作用到填料垫下端面，增大了填料所受压力，密封效果得以提高。该专利通过对压紧螺母、填料垫、填料函结构的改进实现高温高压下阀杆与阀体之间的良好密封。但是如上所述的填料通常都存在高温烧失的问题，在高温高压下难以保证其密封性，使得上述专利仍然存在介质泄露的风险；且一旦出现泄露，填料易被介质冲刷损坏，导致填料寿命较短，进而导致阀门检修周期过短。

为解决介质泄露的问题，现有技术中多采用将泄露的介质引流出来的方式，但该方式不但增加系统复杂程度，还需在附近找到低压介质的管线或容器，否则被引流出来的介质无处排放。

技术实现要素：

本发明所要解决的技术问题是针对现有技术的现状，提供一种用于密封阀杆与阀体的密封结构，以在高温高压工况下降低介质泄漏至外界的风险，提高填料使用寿命。

本发明解决上述技术问题所采用的技术方案为：一种用于密封阀杆与阀体的密封结构，包括：

填料涵体，呈轴向贯通的筒状结构，并套设在阀杆上，填料涵体的内周壁与阀杆的外周壁之间具有密封空间；

第一填料组，沿周向设于上述密封空间内而形成用于密封介质的低温密封段，第一填料组与填料涵体的内周壁以及阀杆的外周壁密封配合；

压紧组件，设于填料涵体的端部上，用于轴向压紧密封空间内的部件；

其特征在于还包括有：

过渡套，位于上述密封空间内，并套设在阀杆上，沿着介质流动路径，所述过渡套位于上述第一填料组的上游而形成降低介质温度的冷却段，该过渡套与第一填料组相对的端面之间相抵接，该过渡套的内周壁与阀杆的外周壁之间以及过渡套的外周壁与填料涵体的内周壁之间分别留有间隙，以保证传递紧力且不影响阀杆正常运动，同时限制介质沿其流动而降低介质温度，使得由过渡套泄露至第一填料组的介质温度低于第一填料组的使用温度；

密封组件，该密封组件沿周向设于位于过渡套上游的密封空间内以进一步阻挡介质进入间隙内，或/和所述密封组件设于上述间隙内以阻挡介质进入低温密封段。

优选的，上述间隙在能保证阀杆正常运动的前提下尽量小，以限制介质沿间隙流动。过渡套的内周壁与阀杆的外周壁之间间隙的径向尺寸优选为阀杆外径或过渡套内径的0.1～0.5％；过渡套的外周壁与填料涵体的内周壁之间间隙的径向尺寸优选为过渡套外径或填料涵体内径的0.1～0.5％。当然，在密封组件能有效阻挡介质的工况下，上述间隙的尺寸也可在上述0.1～0.5％的范围外。

为降低介质在间隙内的流速，以进一步降低介质温度，优选地，所述过渡套的内周壁或/和外周壁上设有用于阻挡介质沿间隙流动而进一步降低间隙内介质温度的阻挡件。

进一步地，所述阻挡件包括设于过渡套外周壁上的阻挡齿，所述阻挡齿有至少三组并沿着轴向间隔分布，相邻两组阻挡齿之间形成有槽体。过渡套外周壁上的阻挡齿一方面增加了介质流动阻力，另一方面使介质流体产生涡流，增大对流换热系数从而加快降温速度。阻挡件不限于采用齿状结构，也可为片状结构等，只要能起到阻挡介质流动均可。且除了上述的方式外，阻挡齿也可仅设置在过渡套的内周壁上，或同时设置在过渡套的内、外周壁上，具体根据实际工况设计。

更进一步地，所述密封组件包括阀杆活塞环或第二填料组，所述过渡套的内周壁上沿周向开设有第一凹槽，所述阀杆活塞环或第二填料组设置在所述第一凹槽内并与阀杆以及过渡套密封配合。由于阀杆与过渡套之间的间隙内有密封，使得大部分介质进入过渡套与填料涵体之间的间隙内，并受到阻挡齿的作用而降低流速；本申请中过渡套与阀杆以及填料涵体之间的间隙可均不设置密封，仅在位于过渡套上游的密封空间内设置密封，以防止介质流入间隙内；也可在过渡套与阀杆以及填料涵体之间的间隙内均设置密封，此时，位于过渡套上游的密封空间内可设置密封，也可不另外设置密封；当然也可仅其中一间隙设置密封，具体根据实际工况设计。

当采用第二填料组进行密封时，优选地，所述第一凹槽有至少两圈并靠近上述第一填料组设置，各第一凹槽之间沿轴向间隔分布在过渡套上；靠近第一填料组设置能降低第二填料组的温度，进而提高第二填料组的使用寿命。当采用阀杆活塞环进行密封时，由于活塞环基本不受温度影响，故而第一凹槽的位置不受限制。

更进一步地，所述填料涵体的内周壁上对应过渡套的位置开设有与阻挡齿相配合的沟槽。沟槽的设置使得介质的流速进一步降低，进而提高介质在过渡套上滞留的时间，进一步降低介质温度。沟槽可环绕填料涵体的内周壁设置，或沟槽与阻挡齿之间可配合成迷宫结构等，以减少介质的泄漏量。

为进一步提高密封性能，每组阻挡齿中具有若干个沿轴向间隔分布的阻挡齿单元，相邻两个阻挡齿单元之间形成有第二凹槽，所述密封组件包括有过渡套活塞环，所述过渡套活塞环套设在所述第二凹槽内并与所述过渡套以及填料涵体密封配合。优选的是，阻挡齿有3～5组，每组阻挡齿有5～15个阻挡齿单元。

在上述方案中，为降低高温介质泄露至过渡套内的风险，优选地，所述密封组件包括有第三填料组，所述第三填料组沿周向设置在上述密封空间内并位于上述过渡套的上游而形成高温密封段，过渡套与第三填料组相对的端面之间相抵接，该第三填料组与阀杆的外周壁以及填料涵体的内周壁相密封配合。

进一步优选地，所述第三填料组包括有起到抗介质冲刷作用的填料一和起到密封作用的填料二，所述填料一位于填料二的轴向两端上且两者相抵接；所述填料一和填料二的最高使用温度为750℃；所述第一填料组包括有起到抗介质冲刷作用的填料四和起到密封作用的填料五，所述填料四位于填料五的轴向两端上且两者相抵接；所述填料四和填料五的最高使用温度为450～500℃。如此，由具有抗冲刷作用的填料包围在具有密封作用的填料两端，能较好地保护中间填料不被冲刷受损，进而提高填料寿命的同时还能保证密封效果。上述各填料均可采用现有的填料，以满足密封性、抗冲刷性的要求。

在上述各方案中，为进一步降低泄露至第一填料组的介质温度，还包括有用于散热的散热件，该散热件设置在填料涵体上。

进一步地，所述散热件对应过渡套所在的位置设置在填料涵体上，该散热件包括有若干散热片，每片散热片沿着周向设置在填料涵体的外周壁上，且各散热片之间沿着轴向间隔分布。该散热片可沿着径向向外延伸，也可扭曲呈花瓣状以进一步提高散热效果。散热件也可采用散热风扇等结构。散热片优选为4～8片，各散热片可焊接在填料涵体上，也可与填料涵体一体连接。

在上述各方案中，所述压紧组件包括压环、压板、拉杆和螺母，所述压环套设在阀杆上并插设在填料涵体两端的密封空间内，与密封空间内的部件相抵接；所述压板套设在阀杆上并与位于填料涵体外端上的压环相连接，所述拉杆的一端铰接在填料涵体上，所述压板周缘上开设有供拉杆的另一端穿过的孔，所述拉杆的另一端穿过孔后连接螺母，以将压板与压环压紧在填料涵体上。

与现有技术相比，本发明的优点在于：通过在第一填料组的上游设置过渡套，过渡套与阀杆的外周壁以及填料涵体的内周壁之间均留有间隙，如此，过渡套的设置不会影响阀杆的正常工作；同时，间隙的存在虽然使得泄露介质能沿其流动，但同时使得经过过渡套的介质温度降低，使得当泄露介质进入第一填料组时，介质的温度低于第一填料组的使用温度，避免对第一填料组造成破坏，进而提高填料使用寿命的同时，还能降低介质泄漏至外界的概率；通过设置密封组件，能避免上游介质进入过渡套内或沿着过渡套进入第一填料组内，保证了高温高压下的密封性能，故而，本发明的密封结构适用于高温高压的工况。

附图说明

图1为本发明实施例一的部分结构示意图；

图2为图1的局部放大图；

图3为图2中a部的放大图；

图4为本发明实施例二的部分结构示意图；

图5为图4中b部的放大图。

具体实施方式

以下结合附图实施例对本发明作进一步详细描述。

实施例一：

如图1～3所示，为本发明的一种用于密封阀杆与阀体的密封结构的优选实施例一，该密封结构包括填料涵体1、第一填料组2、过渡套3、第二填料组4、第三填料组5、压紧组件6。

其中填料涵体1一端部固定在阀体上，该填料涵体1呈轴向贯通的筒状结构，其套设在阀杆10上，填料涵体1的内周壁与阀杆10的外周壁之间具有密封空间100。

第一填料组2沿周向设于上述密封空间100内而形成用于密封低温介质的低温密封段，第一填料组2与填料涵体1的内周壁以及阀杆10的外周壁密封配合。本实施例中第一填料组2包括有起到抗介质冲刷作用的填料四21和起到密封作用的填料五22，填料五22有4～8圈并沿轴向排列，各圈填料五22之间相抵接，填料四21有两圈并分别位于多圈填料五22排列后的轴向两端上且两者相抵接；填料四21和填料五22的最高使用温度为450～500℃，其中填料四21由带金属丝的高密封性材料(如石墨盘根)加润滑材料(如石墨粉)加高强度材料(如高硅玻纤)编织而成；填料五22由高密封性材料(如石墨)压制而成。

上述过渡套3由符合相应使用温度要求及强度要求的金属、非金属(工程陶瓷)材料制成，过渡套3套设在阀杆10上并位于上述密封空间100内，沿着介质流动路径，过渡套3位于上述第一填料组2的上游而形成降低介质温度的冷却段，冷却段在轴向方向上的长度根据具体工况设计，以降低介质温度，使得由过渡套3泄露至第一填料组2的介质温度低于第一填料组2的使用温度；过渡套3与第一填料组2相对的端面之间相抵接，该过渡套3的内周壁与阀杆10的外周壁之间以及过渡套3的外周壁与填料涵体1的内周壁之间分别留有间隙，且过渡套3的外周壁上设有用于阻挡介质沿间隙流动而降低间隙内介质温度的阻挡齿31，阻挡齿31有三组并沿着轴向间隔分布，相邻两组阻挡齿31之间形成槽体32，即该槽体32位于过渡套3的外周壁上；每组阻挡齿31中具有5～15个沿轴向间隔分布的阻挡齿单元310，每个阻挡齿单元310之靠近填料涵体内周壁的头部向着上游方向的面上开有斜口311，以减少压降。同时，过渡套3的内周壁上沿周向开设有两圈第一凹槽33，第一凹槽33靠近上述第一填料组2设置，且各圈第一凹槽33之间沿轴向间隔分布。为了降低流经过渡套3的介质温度，填料涵体1上对应过渡套3的位置设有散热件，该散热件包括有若干圈环形的散热片7，每圈散热片7沿着周向设置在填料涵体1的外周壁上，且各散热片7之间沿着轴向间隔分布。

上述第二填料组4设置在第一凹槽33内并与阀杆10以及过渡套3密封配合，本实施例中，第二填料组4为由耐高温、耐磨材料(如玻纤)编织成的填料环。

上述第三填料组5沿周向设置在上述密封空间100内并位于上述过渡套3的上游而形成高温密封段，过渡套3与第三填料组5相对的端面之间相抵接，该第三填料组5与阀杆10的外周壁以及填料涵体1的内周壁相密封配合。本实施例中，第三填料组5包括有起到抗介质冲刷作用的填料一51和起到密封作用的填料二52，填料二52有3～5圈并沿轴向排列，各圈填料二52之间相抵接，填料一51有两圈并分别位于多圈填料二52排列后的轴向两端上且两者相抵接；填料一51和填料二52的最高使用温度为750℃；其中，填料一51由内裹耐高温丝(如ni丝)的耐高温纤维(如陶瓷纤维)，外边包加润滑材料(如石墨)的耐磨、耐高温纤维(如高硅氧玻璃纤维)编织而成；填料二52为由耐高温材料(如云母)压制成的填料环。

上述压紧组件6设于填料涵体1的端部上，用于轴向压紧密封空间100内的部件，压紧组件6包括压环61、压板62、拉杆63和螺母64，压环61套设在阀杆10上并插设在填料涵体1两端的密封空间100内，与密封空间100内的部件相抵接，本实施例中其中一个压环61抵接在第三填料组5上，另一个压环61抵接在第一填料组2上，以轴向压紧第一填料组2、过渡套3与第三填料组5；压板62套设在阀杆10上并与位于填料涵体1外端上的压环61相连接，压板62与压环61之间的连接方式为：压环61上与压板62相连的外端面呈球面而形成球头，压板62上开设有对应的球窝620，压环61与压板62之间通过球头与球窝620之间的配合相连接(当然，压环61与压板62也可一体连接)；拉杆63的一端铰接在填料涵体1的外周壁上，压板62周缘上开设有供拉杆63的另一端穿过的孔，拉杆63的另一端穿过孔后连接螺母64并拧紧，以将压板62与压环61压紧在填料涵体1上。螺母64旋紧后，预紧力沿着压板62、压环61、低温密封段、冷却段、高温密封段的途径传递，各填料在受到轴向压力后，轴向长度变短，径向外径变大，内径变小，从而与阀杆10的外周壁、填料涵体1的内周壁贴紧，堵塞泄漏通道，起到密封作用。

正常情况下，低温密封段起到完全密封的作用，介质基本无泄漏，高温密封段的填料主要受阀体热传导作用被加热，其温度一般略低于介质温度，而对低温密封段的填料来说，阀体热传导的距离更长，且冷却段的散热片7将让大部分热量散入空气，故低温密封段的温度较低。

随着使用过程中的不断磨损，高温密封段可能会出现泄漏，但由于高温密封段的存在，泄漏量将被控制在很小的范围，泄漏的介质必须先通过冷却段。因冷却段中过渡套3的内周壁与阀杆10的外周壁之间设有第二填料组4，使得大部分介质将从过渡套3的外周壁与填料涵体1内周壁之间的间隙经过，而过渡套3的外周壁上设有多组阻挡齿31，阻挡齿31一方面增加了流动阻力，另一方面使流体介质产生涡流，增大对流换热系数从而加快降温速度，且各组阻挡齿31之间有槽体32，槽体32使泄漏介质的流速降低，增加滞留时间，进一步降低介质温度。总体而言，本申请以较低的平均流速获得较高的换热系数，解决流速与换热系数间的矛盾。且介质的热量以对流的方式传递给填料涵体1，再由填料涵体1以及填料涵体1外侧的散热片7传递到空气中。所以，当少量泄漏介质到达低温密封段时，其温度已低于低温密封段上填料的使用温度，不会对低温密封段的填料造成明显破坏，而高温密封段的填料又具有较强的抗冲刷能力，少量的泄漏不会引起破坏，此时，只需在不停机的状态下通过压紧组件6压紧填料，即可消除泄漏，从而大大延长了密封结构的使用寿命。

实施例二：

如图4、5所示，为本发明的一种用于密封阀杆与阀体的密封结构的优选实施例二，该密封结构与实施例一基本相同，区别在于本实施例中无需设置第二填料组4，且第一凹槽33有四圈并沿轴向间隔分布，各第一凹槽33内分别套设有阀杆活塞环8，阀杆活塞环8与阀杆10以及过渡套3密封配合。同时本实施例中，相邻两个阻挡齿单元310之间形成有第二凹槽34，第二凹槽34上套设有过渡套活塞环9，过渡套活塞环9与过渡套3以及填料涵体1密封配合。阀杆活塞环8与过渡套活塞环9的设置能保证介质无法通过间隙流至第一填料组2，进而降低介质的泄露率。

本实施例中阀杆活塞环8与过渡套活塞环9均能起到较好的密封作用，故而，为简化结构，取消由第三填料组5组成的高温密封段，仅通过冷却段加低温密封段的结构实现密封。当然，也可同时设置高温密封段。

同时，本申请的密封结构也可为：具有如上的高温密封段、冷却段和低温密封段的结构，区别在于取消设于间隙内的密封件，并同时在过渡套的内、外周壁上设置阻挡齿。