一种特大口径全焊接固定球球阀双密封结构

摘要

本发明提供一种特大口径全焊接固定球球阀双密封结构，包括设置在连接管与球体的连接面上的一级密封结构和二级密封结构，所述一级密封结构和二级密封结构形成由内到外依次设置的串联式密封结构。本发明提供的一种特大口径全焊接固定球球阀双密封结构，密封结构采用双密封结构，第一级密封结构靠近球阀流通通道边缘处，起到主密封的作用；第二级密封结构做为第一级密封结构的泄漏保护密封结构，当第一级密封出现流体介质泄漏，则由第二级密封结构进行流体介质泄漏保护密封。两级密封结构共同作用，从而显著提高球阀密封的性能。

说明书

技术领域

本发明涉及阀门的密封结构与性能技术领域，特别是涉及一种特大口径全焊接固定球球阀双密封结构，应用于特大口径全焊接固定球球阀上面，实现双向双密封功能。

背景技术

球阀的启闭件是一个球体，利用球体绕阀杆的轴线旋转90°，实现开启和关闭的目的。球阀的结构主要由阀体、球体、密封结构、启闭传动机构和支撑结构组成。由于球阀具有流体阻力小、密封性能好、可靠性高、启闭速度快等突出优点，不仅使它在一般工业管道上得到广泛的应用，而且在实现农业现代化、交通运输业、国防工业和提高人民生活水平等各方面亦被普遍采用。根据国内机械行业标准规定，对于公称尺寸DN≥1400mm的阀门为特大口径阀门。球阀就结构原理而言，可以分为固定球球阀和浮动球球阀。所谓固定球球阀，即球体由上下两支撑轴支撑固定转动的。随着科技进步和社会发展，特大口径全焊接球阀得到越来越大重视和设计应用。由于是全焊接的阀体，可以直接埋于地下，使球阀内件不受侵蚀，使用寿命长，使得全焊接球阀特别适宜用于城镇中的供热、埋地管道石油、天然气的输送以及海底长输管线上。

球阀零泄漏的密封性能和较低的启闭力矩，一直是球阀设计人员追求的目标。球阀的密封指标由内泄漏和外泄漏要求确定，国家标准规定非金属密封球阀的密封性按GB/T13927-2008《通用阀门压力试验》的A级执行，要求“在试验持续时间内无可见泄漏”；航天行业标准规定地面气体管路系统用球阀“在0.05MPa和1.1倍公称压力的气压条件下，保压3min，内泄漏率应不大于3*10^-5Pa.m³/s(无气泡溢出)；在1.1倍公称压力的气压条件下，保压3min，外泄漏率应不大于1*10^-5Pa.m³/s(无气泡溢出)。”

目前，球阀的密封结构设计方法有很多，有的通过注入密封脂来加强密封性能，有的通过对阀座和阀体的结构创新设计来改善密封性能。中国专利CN205315765U公开了一种全焊接球阀，该密封阀座为具有一横向端和一纵向端的L形结构，且所述横向端与纵向端之间的连接角上开设有一缺口槽，该密封阀座的纵向端上还开设有一介质进入通道，且所述介质进入通道的内端口延伸至缺口槽上。中国专利CN104913078A公开了一种油气管道全焊接球阀,该阀座由阀座本体及分别设置在阀座本体上的O形圈Ⅰ、O形圈Ⅱ、防火圈、支撑圈、支撑弹簧、密封圈、弹性柱组成。虽然这些改进都能起到一定改善密封性能的作用，但密封结构由于受到流体介质的作用以及周边环境的影响，球阀很容易产生流体介质泄漏，由于没有介质泄漏保护密封结构，因而达不到最终超高的密封效果。

发明内容

本发明所要解决的技术问题是：对于特大口径全焊接固定球球阀，由于球阀结构尺寸特别大，需要的启闭力矩就很大，为了拥有较小的启闭力矩，就要合理的控制密封面的密封比压，然而对于特大口径球阀密封比压很难控制得当，就很容易发生介质泄漏的问题。因此针对球阀密封结构很难保证良好密封、出现介质泄漏的技术问题，本发明提供一种特大口径全焊接固定球球阀双密封结构，在球阀的球面上设置两级密封机构以提高球阀的密封性。

本发明解决其技术问题所要采用的技术方案是：一种特大口径全焊接固定球球阀双密封结构，包括设置在连接管与球体的连接面上的一级密封结构和二级密封结构，所述一级密封结构和二级密封结构形成由内到外依次设置的串联式密封结构。采用由内到外串联式两级密封结构，当第一级密封结构出现介质泄漏，则由第二级密封结构进行介质泄漏密封保护，显著提高了球阀密封性能。

进一步，所述一级密封结构靠近球阀流通通道为主密封结构，包括第一球垫和第一球垫座，所述第一球垫座一端与所述连接管连接，另一端设有第一凹槽，所述第一球垫一端置于所述第一凹槽内，根据设计要求，确定球垫初始密封比压，由装配止口定位来控制第一球垫和球体压紧配合来达到初始预紧密封的作用，所述第一球垫另一端与所述球体表面紧密贴合。一级密封结构采用设置在连接管和球体之间的一个第一球垫和一个第一球垫座组成，并且靠近球阀流通通道边缘处，第一球垫紧贴在球体上，实现一级密封。

进一步，为了更好的贴合和密封，所述第一球垫与所述球体贴合的一端具有与所述球体表面匹配的第一弧形面。

优选的，所述第一凹槽为U型凹槽。

进一步，为了使一级密封结构的第一球垫产生向球体方向的压力使贴合更加紧密，所述连接管与所述第一球垫座连接处的内壁上设有环形凹槽，且所述连接管内壁与所述第一球垫座内壁平齐。阀门密封主要靠流体介质作用在第一球垫座上从而使第一球垫产生作用与球体的压力达到密封效果，为了保证第一球垫与球体之间的紧密贴合，在第一球垫座与连接管的连接面上开设环形凹槽，当有介质从通道内流过时，环形凹槽内充满介质，依次通过第一球垫座和第一球垫在球体表面产生压紧力，进一步提高了密封效果，内壁平齐可以减小对介质的阻力。

进一步，所述二级密封结构包括第二球垫和第二球垫座，所述第二球垫座一端与所述连接管连接，另一端设有第二凹槽，所述第二球垫一端置于所述第二凹槽内，所述第二球垫另一端与所述球体表面贴合，且所述第二球垫外侧与所述连接管连接。

进一步，所述二级密封结构还包括第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈，所述第二球垫与所述连接管的连接端上沿所述连接管的轴线方向依次设有第一环形槽和第二环形槽，所述第一密封圈置于所述第一环形槽内，所述第二密封圈置于所述第二环形槽内，所述连接管上设有第三环形槽，所述第二球垫座上设有凸台，所述第三密封圈置于所述第三环形凹槽内，且所述凸台插入所述第三环形凹槽内使所述第三密封圈封闭在所述第三环形槽内。

优选的，所述第一密封圈、第二密封圈和第三密封圈均为O型密封圈。

进一步，所述二级密封结构还包括多个预紧弹簧，所述预紧弹簧位于所述第三密封圈外侧，所述连接管与所述第二球垫座相对的侧面上设有数量与所述预紧弹簧数量相同的盲孔，所述预紧弹簧一端置于所述盲孔内，另一端抵接在所述第二球垫座上，所述预紧弹簧的弹力通过所述第二球垫座使所述第二球垫与所述球体表面紧密贴合。

进一步，为了更好的贴合和密封，所述第二球垫与所述球体贴合的一端具有与所述球体表面匹配的第二弧形面。

优选的，所述第二凹槽的为L型凹槽。

二级密封结构设置在一级密封机构外侧，主要由一组预紧弹簧、一个第二球垫、一个第二球垫座和三个侧壁密封圈组成，其中，预紧弹簧提供初始密封预紧力，使第二球垫紧贴在球体上，侧壁密封圈设置在连接管的连接面上，防止流体介质沿连接管内壁泄漏，起到密封的作用。

进一步，所述连接管端部焊接有管道。采用焊接的连接方式，提高了连接的强度和可靠性，也有助于密封。

本发明提供的一种特大口径全焊接固定球球阀双密封结构，具有以下优点：

(1)显著提高密封性能：密封结构采用双密封结构，第一级密封结构靠近球阀流通通道边缘处，起到主密封的作用；第二级密封结构做为第一级密封结构的泄漏保护密封结构，当第一级密封出现流体介质泄漏，则由第二级密封结构进行流体介质泄漏保护密封。预紧弹簧提供初始密封预紧力，侧壁0型圈起到流体介质不能通过连接管外壁泄漏密封的作用。两个密封结构共同作用，从而显著提高球阀密封的性能；

(2)密封结构简单，制造方便：首先，球垫座和球垫结构简单，没有复杂的弧度，特殊的边角，便于加工制造；其次两个球垫座共同装配在一个连接管上，结构简单，安装方便。

附图说明

下面结合附图和实施例对本发明作进一步说明。

图1是本发明球阀的一半的结构示意图；

图2是图1中A的双密封结构的放大结构示意图。

图中：1、管道，2、连接管，3、球体，4、流通通道，5、第一球垫，6、第一球垫座，7、第一凹槽，8、预紧弹簧，9、第二球垫，10、第二球垫座，11、第一密封圈，12、第二密封圈，13、第三密封圈，14、第二凹槽，15、第一环形槽，16、第二环形槽，17、凸台，18、第三环形凹槽，19、盲孔，20、环形凹槽。

具体实施方式

现在结合附图对本发明作详细的说明。此图为简化的示意图，仅以示意方式说明本发明的基本结构，因此其仅显示与本发明有关的构成。

如图1所示，本发明中涉及的球阀采用全焊接的连接方式，具有无外漏、免维护、可埋地、刚度好、重量轻和寿命长等显著优点，球体3由上下两支撑轴固定转动，球阀整体采用对称结构，密封结构的设计也为对称结构。

如图2所示，本发明的一种特大口径全焊接固定球球阀双密封结构，包括管道1、连接管2、球体3以及设置在连接管2与球体3的连接面上的一级密封结构和二级密封结构，所述一级密封结构和二级密封结构形成由内到外依次设置的串联式密封结构，管道1与连接管2焊接连接。

所述一级密封结构靠近球阀流通通道4为主密封结构，包括第一球垫5和第一球垫座6，所述第一球垫座6是断面为矩形的环形结构，第一球垫座6一端与所述连接管2连接，另一端设有第一凹槽7，所述第一凹槽7为U型凹槽，第一球垫5是断面为直角梯形的环形结构，所述第一球垫5直角腰一端置于所述第一凹槽7内，所述第一球垫5斜腰一端设有与所述球体3表面匹配的第一弧形面，第一球垫5通过第一弧形面与所述球体3表面紧密贴合，连接管2与第一球垫座6连接处的内壁上设有环形凹槽20，且连接管2内壁与第一球垫座6内壁平齐。

所述二级密封结构包括一组预紧弹簧8、一个第二球垫9、一个第二球垫座10和三个O型密封圈，三个O型密封圈分别为第一密封圈11、第二密封圈12和第三密封圈13。

第二球垫座10是断面为倒置T形的环形结构，预紧弹簧8和第二球垫9分别位于第二球垫座10的两侧，第二球垫座10靠近球体3的一侧设有第二凹槽14，所述第二凹槽14为L形凹槽，第二球垫9一端置于所述第二凹槽14内，所述第二球垫9与所述球体3贴合的一端具有与所述球体3表面匹配的第二弧形面，第二球垫9通过第二弧形面与所述球体3表面紧密贴合。

所述第二球垫9外侧与所述连接管2贴合，第二球垫9与所述连接管2的连接面上沿所述连接管2的轴线方向依次设有第一环形槽15和第二环形槽16，所述第一密封圈11置于所述第一环形槽15内，所述第二密封圈12置于所述第二环形槽16内。

所述第二球垫座10下方靠近连接管2的一侧上设有凸台17，所述连接管2与凸台17相对的位置上设有第三环形凹槽18，所述第三密封圈13置于所述第三环形凹槽18内，且所述凸台17插入所述第三环形凹槽18内使所述第三密封圈13封闭在所述第三环形槽18内。

所述预紧弹簧8位于所述第三密封圈13外侧，所述连接管2与所述第二球垫座10相对的侧面上设有数量与所述预紧弹簧8数量相同的盲孔19，所述预紧弹簧8一端置于所述盲孔19内，另一端抵接在所述第二球垫座10上，所述预紧弹簧8的弹力通过所述第二球垫座10使所述第二球垫9与所述球体3表面紧密贴合，预紧弹簧8和盲孔19沿连接管2的周向均匀分布。

以上述依据本发明的理想实施例为启示，通过上述的说明内容，相关的工作人员完全可以在不偏离本发明的范围内，进行多样的变更以及修改。本项发明的技术范围并不局限于说明书上的内容，必须要根据权利要求范围来确定其技术性范围。