阅读说明：本技术 一种用于低温球阀的密封装置 (Sealing device for low-temperature ball valve ) 是由 邬佑清 邬挺之 黄永萍 于 2020-04-15 设计创作，主要内容包括：本发明提供一种用于低温球阀的密封装置,包括阀体、金属阀座和球体,所述阀体和所述金属阀座之间的空间内装有环形的金属支撑环和环形的第一唇式密封圈,所述第一唇式密封圈包括二个第一唇边,所述第一唇边之间为环形凹槽,所述第一唇式密封圈的外侧与所述阀体相抵压,所述第一唇式密封圈的内侧与所述金属阀座相抵压；所述金属支撑环的一端为突出头部,所述金属支撑环的另一端为一组圆孔,所述突出头部抵压在所述第一唇式密封圈的环形凹槽内；所述金属支撑环的圆孔内设有推力弹簧,所述推力弹簧的另一端抵靠在所述阀体上。本发明用于低温球阀的密封装置,具有很好的低温密封性能。(The invention provides a sealing device for a low-temperature ball valve, which comprises a valve body, a metal valve seat and a ball body, wherein an annular metal support ring and an annular first lip type sealing ring are arranged in a space between the valve body and the metal valve seat, the first lip type sealing ring comprises two first lip edges, an annular groove is formed between the first lip edges, the outer side of the first lip type sealing ring is pressed against the valve body, and the inner side of the first lip type sealing ring is pressed against the metal valve seat; one end of the metal support ring is a protruding head, the other end of the metal support ring is a group of round holes, and the protruding head is pressed in the annular groove of the first lip type sealing ring; and a thrust spring is arranged in the round hole of the metal support ring, and the other end of the thrust spring is abutted against the valve body. The sealing device for the low-temperature ball valve has good low-temperature sealing performance.)

一种用于低温球阀的密封装置

技术领域

本发明属于低温球阀的密封阀座的技术领域，具体涉及一种用于低温球阀的密封装置。

背景技术

低温液体如液氧、液氮、液化天然气(LNG)或其他低温介质中所用的固定球球阀，传统的密封座，采用标准的四氟塑料内置金属弹簧的第一唇式密封圈，称之谓Lip seal。来阻止金属阀座与阀体之间的泄漏。这种结构在温度降至零下75℃或更低时，出现泄漏。密封的要求变得越来越困难，以至于国内、外制定的技术标准在低温-196℃温度下，也允许泄漏。达不到气泡级“零”泄漏要求。

图1是低温球阀传统的密封结构。阀体11，第一唇式密封圈12，第一唇式密封圈中的弹簧13，金属阀座14，PTFE球面密封圈15，背面推力弹簧16，球体17。

泄漏是由于低温下，密封材料四氟塑料与金属阀座热膨胀系数不同引起的四氟塑料收缩，变硬。第一唇式密封圈中的弹簧13，弹力不足以克服其变形，来保持与阀体11相接触所必须的接触力，是产生泄漏的根本原因。

发明内容

针对现有低温球阀在低温条件下可能发生泄漏的问题，本发明提供一种用于低温球阀的密封装置，具有很好的低温密封性能。

本发明解决上述技术问题的技术方案如下：一种用于低温球阀的密封装置，包括阀体、金属阀座和球体，所述阀体和所述金属阀座之间的空间内装有环形的金属支撑环和环形的第一唇式密封圈，所述第一唇式密封圈包括二个第一唇边，所述第一唇边之间为环形凹槽，所述第一唇式密封圈的外侧与所述阀体相抵压，所述第一唇式密封圈的内侧与所述金属阀座相抵压；所述金属支撑环的一端为突出头部，所述金属支撑环的另一端为一组圆孔，所述突出头部抵压在所述第一唇式密封圈的环形凹槽内；所述金属支撑环的圆孔内设有推力弹簧，所述推力弹簧的另一端抵靠在所述阀体上。

本发明提供一种用于低温球阀的密封装置，具有很好的低温密封性。本发明的第一唇式密封圈的两侧第一唇边被一个环形金属支撑环推动，在介质压力和一组推力弹簧的推动下，通过金属支撑环与第一唇式密封圈第一唇边的相抵压产生的尖劈效应，大大增加了第一唇边与阀体和金属阀座之间的接触力，并在低温下限制环状第一唇式密封圈外侧第一唇边的收缩，从而在低温下克服第一唇边的变形，仍保持足够的接触力，阻止低温介质的泄漏。

本发明进一步设置为，还包括另一个第一唇式密封圈和金属支撑环，两个所述第一唇式密封圈之间设有隔板，以所述隔板为对称线，两个所述第一唇式密封圈和两个所述金属支撑环对称背向设置。

本发明进一步设置为，所述阀体和所述金属阀座之间的空间内还装有压板，所述第一唇式密封圈的外侧连接有环形的第一趾跟，所述阀体上设有一个缺口，所述第一趾跟压在所述缺口上，所述压板通过螺钉固定在所述阀体上，所述第一唇式密封圈抵压在所述压板和所述阀体上，所述压板和所述金属阀座之间装有第二推力弹簧，所述第二推力弹簧一端嵌入所述金属阀座，另一端抵压在所述压板上。第一趾跟用压板压紧，提供一个二级平面密封，进一步阻止低温介质的泄漏。

本发明进一步设置为，所述金属阀座在与所述球体相接触的面上嵌入有环状密封圈。

本发明进一步设置为，所述阀体和所述金属阀座之间的空间内还装有压板，所述第一唇式密封圈的外侧连接有一个第一趾跟，所述阀体上设有一个缺口，所述第一趾跟压在所述缺口上，所述第一唇式密封圈抵压在所述压板和所述阀体上，所述压板的另一侧设有金属环，所述金属环有四个，四个所述金属环构成不连续的圆形，所述阀体内壁设有环形凹槽，所述金属环嵌入所述阀体的环形凹槽内，所述金属环上设有螺孔，利用螺钉穿过所述金属环的螺孔将所述压板压紧在所述阀体上，所述压板和所述金属阀座之间装有第二推力弹簧，所述第二推力弹簧一端嵌入所述金属阀座，另一端抵压在所述压板上。

本发明进一步设置为，所述金属阀座和所述球体之间的空间内设有第二唇式密封圈和压紧环，所述第二唇式密封圈包括二个第二唇边，所述第二唇边之间为环形凹槽，其中一个所述第二唇边抵靠在所述金属阀座上，另一个所述第二唇边抵靠在所述球体上，所述第二唇式密封圈上连接有一个环形的第二趾跟，所述压紧环压在所述第二唇式密封圈的第二趾跟上并通过压紧螺钉固定到所述金属阀座上。第二唇式密封圈在介质力和U形金属弹簧力推动下，提供一个动态的密封结构，与此同时，第二趾跟压紧在金属阀座上，对金属阀座的球体密封端提供一个二级平面密封结构，彻底阻断介质的泄漏。

本发明进一步设置为，所述第二唇式密封圈的环形凹槽内装有开口的U形金属弹簧。

本发明进一步设置为，在所述第一趾跟和所述第一唇边之间的所述阀体上开有环形缺口，所述环形缺口内嵌有第三唇式密封圈，所述第三唇式密封圈包括二个第三唇边，所述第三唇边之间为环形凹槽，所述第三唇式密封圈的环形凹槽内装有U形金属弹簧；一个所述第三唇边抵靠在所述阀体上，另一个所述第三唇边抵靠在所述第一趾跟上。本发明对于有特殊密封要求的场合，如壳牌标准在高压、高低温循环试验零泄漏的密封要求，进一步提供第三唇式密封圈，把第三唇式密封圈置于第一趾跟的前端，在平面密封面上采用二级密封，第三唇式平面密封为唇式介质动态密封，第一趾跟压紧为平面静态密封，阻断低温介质泄漏。

本发明进一步设置为，与所述突出头部连接的所述金属支撑环的外侧为外圆，所述突出头部和所述外圆倒成圆角，所述突出头部与所述第一唇式密封圈的环形凹槽相接触，所述外圆与所述第一唇边端部相接触。

本发明进一步设置为，所述第一唇式密封圈的环形凹槽为锥状斜柱面。

本发明进一步设置为，所述第一唇式密封座的材质为PTFE塑料、PCTFE塑料或聚酰亚胺等。

综上所述，本发明用于低温球阀的密封装置，具有很好的低温密封性能。

附图说明

图1为本发明背景技术中低温球阀传统的密封结构示意图；

图2为本发明本实施例1中低温球阀的密封装置部分剖面示意图；

图3为本发明本实施例2中低温球阀的密封装置部分剖面示意图；

图4为本发明本实施例3中低温球阀的密封装置部分剖面示意图；

图5为本发明本实施例4中低温球阀的密封装置部分剖面示意图；

图6为本发明本实施例5中低温球阀的密封装置部分剖面示意图。

图2中，21、阀体；22、金属支撑环；23、第一唇式密封圈；24、金属阀座；25、环状密封圈；26、推力弹簧；27、球体。

图3中，31、阀体；32、金属支撑环；33、第一唇式密封圈；34、金属阀座；35、环状密封圈；36、推力弹簧；37、球体；38、隔板。

图4中，41、阀体；42、金属支撑环；43、第一唇式密封圈；44、金属阀座；45、环状密封圈；46、推力弹簧；47、球体。48、螺钉；49、压板；410、第二推力弹簧；411、第一趾跟。

图5中，51、阀体；52、金属支撑环；53、第一唇式密封圈；54、金属阀座；55、第二唇式密封圈；56、推力弹簧；57、球体；58、螺钉；59、压板；510、第二推力弹簧；511、金属环；512、压紧环；513、压紧螺钉；514、U形金属弹簧；515、第一趾跟；516、第二趾跟。

图6中，61、阀体；62、金属支撑环；63、第一唇式密封圈；64、金属阀座；65、第二唇式密封圈；66、推力弹簧；67、球体；68、螺钉；69、压板；610、第二推力弹簧；611、金属环；612、压紧环；613、压紧螺钉；614、U形金属弹簧；615、第一趾跟；616、第二趾跟；617、第三唇式密封圈；618、U形金属弹簧。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

实施例1

一种用于低温球阀的密封装置，参见图2，包括阀体21、金属阀座24和球体27，阀体21和金属阀座24之间的空间内装有环形的金属支撑环22和环形的第一唇式密封圈23，第一唇式密封圈23包括二个第一唇边，第一唇边之间为环形凹槽，第一唇式密封圈23的外侧与阀体21相抵压，第一唇式密封圈23的内侧与金属阀座24相抵压。金属支撑环22的一端为突出头部，金属支撑环22的另一端为一组圆孔，突出头部抵在第一唇式密封圈23的环形凹槽内。金属支撑环22的一组圆孔内设有推力弹簧26，推力弹簧26的另一端抵在阀体21上。

推力弹簧26将金属支撑环22推向环状第一唇式密封圈23，提供一个初始的密封力。一个环状的金属阀座24，其头部嵌入一个PTFE或PCTFE制造的环状密封圈25，环状密封圈25与球体27相抵压。在介质力的作用下，构建成一个球阀进口端的单向密封功能的单活塞效应的密封结构。

实施例2

一种用于低温球阀的密封装置，为双活塞效应的密封结构，参见图3，包括阀体31、金属阀座34和球体37，阀体31和金属阀座34之间的空间内装有环形的金属支撑环32和环形的第一唇式密封圈33，第一唇式密封圈33包括二个第一唇边，第一唇边之间为环形凹槽，第一唇式密封圈33的外侧与阀体31相抵压，第一唇式密封圈33的内侧与金属阀座34相抵压。金属支撑环32的一端为突出头部，金属支撑环32的另一端为一组圆孔，突出头部抵在第一唇式密封圈33的环形凹槽内。金属支撑环32的一组圆孔内设有推力弹簧36，推力弹簧36的另一端抵在阀体31上，金属阀座34在与球体37接触的面上嵌入有环状密封圈35。此外，再增加一个第一唇式密封圈33和金属支撑环32，两个第一唇式密封圈33之间设有隔板38，以隔板38为对称线，两个第一唇式密封圈33和两个金属支撑环32对称设置。在介质压力推动下，构建成一个同时具备双向密封的功能，即双活塞效应的密封结构。

与现有技术相比较，本发明实施例1和实施例2的特点在于第一唇式密封圈的两侧第一唇边被一个环形金属支撑环推动，在介质压力和一组推力弹簧的推动下，通过金属支撑环与第一唇式密封圈第一唇边的相抵压产生的尖劈效应，大大增加了第一唇边与阀体和金属阀座之间的接触力，并在低温下限制环状第一唇式密封圈外侧第一唇边的收缩，从而在低温下克服第一唇边的变形，仍保持足够的接触力，阻止低温介质的泄漏。

实施例3

一种用于低温球阀的密封装置，为二级密封结构，包括一个带第一趾跟411的第一唇式密封圈43，提供一个轴向密封和平面密封的二级密封结构。参见图4，包括阀体41，球体47，金属阀座44，位于阀体41和金属阀座44环形腔体内的带第一趾跟411的第一唇式密封圈43，一个金属支撑环42，突出头部抵靠在带第一趾跟411的第一唇式密封圈43的环形凹槽内，背后有一组推力弹簧46推动，第一唇边外侧紧密推靠在阀体41内侧内筒面上，阀体41上设有一个缺口，第一趾跟411压在缺口上，带第一趾跟411的唇式密封座43，有一块压板49压紧，压板49用螺钉48压紧在阀体41上，金属阀座44前端，镶嵌一个PTFE的环状密封圈45，第二推力弹簧410推动金属阀座44，使环状密封圈45推靠在球体47上，构成二级静密封的单活塞效应的密封系统。

与现有技术相比较，实施例3的特点在于第一唇式密封圈43的环形第一趾跟411由压板49压紧，外侧第一唇边和第一趾跟411与阀体41紧密接触，提供了一个轴向密封和平面密封的二级静态密封功能，有效防止介质在低温下从阀体41一侧的泄漏，内侧第一唇边与金属阀座44相接触提供一个半动态轴向密封，金属阀座44头部嵌入的PTFE环状密封圈45与球体47接触提供一动态球面密封。金属支撑环42在介质力与弹簧力的共同作用下，通过金属支撑环42与带第一趾跟411的唇式密封座43环形凹槽内外侧第一唇边的接触，产生的尖劈效应，大大增加第一唇边与阀体41和金属阀座44的接触力，以及第一趾跟411与阀体41的被压板49固定，获得一个可靠的静态密封，从而阻止低温介质的泄漏。

实施例4

一种用于低温球阀的密封装置，参见图5，包括阀体51、金属阀座54和球体57，阀体51和金属阀座54之间的空间内装有环形的金属支撑环52和环形的第一唇式密封圈53，第一唇式密封圈53包括二个第一唇边，第一唇边之间为环形凹槽，第一唇式密封圈53的外侧与阀体51相抵压，第一唇式密封圈53的内侧与金属阀座54相抵压；金属支撑环52的一端为突出头部，金属支撑环52的另一端有一组圆孔，突出头部抵在第一唇式密封圈53的环形凹槽内。金属支撑环52的一组圆孔内设有推力弹簧56，推力弹簧56的另一端抵在阀体51上。阀体51和金属阀座54之间的空间内还装有压板59，第一唇式密封圈53的外侧连接有第一趾跟515，阀体51上设有一个缺口，第一趾跟515压在缺口上，第一唇式密封圈53抵在压板59上，压板59的另一侧设有四开的金属环511，四个金属环511构成不连续的圆形，阀体51内壁设有环形凹槽，金属环511嵌入阀体51的环形凹槽内，金属环511上设有螺孔，通过螺钉58将压板59压紧在阀体51上，压板59和金属阀座54之间装有第二推力弹簧510。

金属阀座54和球体57之间的空间内设有第二唇式密封圈55和压紧环512，第二唇式密封圈55包括二个第二唇边，第二唇边之间为环形凹槽，一个第二唇边抵压在金属阀座54上，另一个第二唇边抵压在球体57上，压紧环512压在第二唇式密封圈55的根部，并通过压紧螺钉513固定到金属阀座54上。第二唇式密封圈55的凹槽内装有开口的U形金属弹簧514。

在第二推力弹簧510作用下，第二唇式密封圈55紧贴球体57。压紧环512用压紧螺钉513压紧，提供一个平面静密封，从而阻止介质从金属阀座54的头部内侧泄漏，构建成一个的单活塞效应的阀座密封结构。

与现有技术比较，实施例4的特点在于带第一趾跟515的第一唇式密封圈53的外侧第一唇边和第一趾跟515与阀体51紧密接触，提供了一个轴向密封和平面密封的二级静态密封功能，有效阻止介质在低温下从阀体51一侧泄漏。内侧第一唇边与金属阀座54相接触提供一个半动态密封，在金属阀座54的头部还设置一个第二唇式密封圈55，内侧有一个U形金属弹簧514，提供初始密封力。第二趾跟516由一块压紧环512用压紧螺钉513压紧，阻止介质从背面通过，在介质力和第二推力弹簧510共同作用下，第二唇式密封圈55抵靠在球面上，组成一个阀门进口端的单活塞效应的密封结构。

实施例5

一种用于低温球阀的密封装置，是在实施案例4的结构基础上，在第一趾跟前端，增加一个第三唇式密封圈和U形金属弹簧，提供一个阀体内侧的三级密封结构，适用于低温阀用于高压、高低温交变循环的工况。

参见图6，包括阀体61，金属阀座64和球体67，阀体61和金属阀座64之间空间内装有环形金属支撑圈62和环形第一唇式密封圈63，第一唇式密封圈63有二个第一唇边，第一唇边之间为环形凹槽，第一唇式密封圈63的外侧第一唇边与阀体61相低压，第一唇式密封圈63内侧与金属阀座64相抵压。金属支撑环62一端有一组圆孔，突出头部抵压在第一唇式密封圈的环形凹槽内，金属支撑环的一组圆孔，装有填料弹簧66，推力弹簧66另一端抵靠在阀体61上。在第一趾跟615前端，设置一个平面第三唇式密封圈617和环形开口的U形金属弹簧618，第三唇式密封圈617和第一唇式密封圈63的第一趾跟615嵌入阀体61的凹槽内，一块压板69在阀体61和金属阀座64之间，与第一唇式密封圈63背面相抵靠，螺钉68通过嵌入阀体61的金属环611上，螺孔将压板69压紧在阀体61上。

金属阀座64的头部，装有第二唇式密封圈65和开口的U形金属弹簧614，用螺钉613通过压板512将第二唇式密封圈65压紧在金属阀座64上，在第二推力弹簧610的推动下，第二唇式密封圈65抵靠在球体67上。

与现有技术相比较，实施例5的技术特点在于在阀体61内侧的密封，通过一个三级密封，第一唇式密封圈63外侧第一唇边的轴向密封，第三唇式密封圈617两侧第三唇边的平面密封，和第一唇式密封圈63的第一趾跟615的固定平面密封，适合高压、高低温循环交变下低温阀的使用工况，阻止低温介质从阀体61侧的介质泄漏。