活塞阀的密封装置及其应用 |
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| 申请号 | CN201710967385.2 | 申请日 | 2017-10-17 | 公开(公告)号 | CN107504205A | 公开(公告)日 | 2017-12-22 |
| 申请人 | 石家庄三环阀门股份有限公司; | 发明人 | 魏明义; 张彦腾; 李军强; 贾占良; | ||||
| 摘要 | 本 发明 属于 阀 的密封装置及应用，特别是指一种 活塞 阀的密封装置及其应用。活塞阀的密封装置包括壳体，沿轴向固定于壳体内的活塞筒，同轴套装配合于活塞筒内且经动密封导向配合的分气活塞，分气活塞前部外侧与壳体出口内壁经动密封配合控制壳体内外气路通断及过流量；活塞筒与分气活塞及分气活塞与壳体间的动密封为多层复合密封副，包括设于密封面之间且与其适配的环形密封筒，沿轴向间隔设于环形密封筒内、外密封面之间采用间隙配合或过渡配合的第一、第二 密封圈 ，第一、第二密封圈采用耐高温 复合材料 。本发明有效解决了现有产品不适于高温气体输送控制等技术难题，具有适于高温气体传输控制、密封副便于安装及维修等优点。 | ||||||
| 权利要求 | 1.活塞阀的密封装置，包括开设有进口和出口的壳体(3)、沿轴向固定于壳体(3)内的活塞筒(9)、同轴套装配合于活塞筒(9)内且与其采用动密封导向配合的分气活塞(2)，分气活塞(2)的前部外侧与壳体(3)的出口内壁通过动密封配合控制壳体(3)内外的气路通断及过流量；其特征在于活塞筒(9)与分气活塞(2)之间以及分气活塞(2)与壳体(3)之间的动密封采用多层复合密封副，所述的多层复合密封副包括设置于密封面之间且与其适配的环形密封筒(1)，沿轴向间隔设置于环形密封筒(1)内、外表面的第一密封圈(4)、第二密封圈(5)，第一密封圈(4)、第二密封圈(5)与密封面之间采用间隙配合或过渡配合，所述的第一密封圈(4)及第二密封圈(5)采用耐高温复合材料制作。 |
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| 说明书全文 | 活塞阀的密封装置及其应用技术领域[0001] 本发明属于阀的密封装置及应用，特别是指一种活塞阀的密封装置及其应用。 背景技术[0002] 活塞阀与只用作管线切断的蝶阀和闸阀不同，活塞阀是能满足各种特殊调节要求的阀门。其调节功能是靠一类似于活塞状圆柱体在阀腔内作轴向运动来实现的，它既可以 切断截止流体，也可以调节流量的大小。介质沿轴向呈弧状进入壳体，活塞阀内的流道为轴对称分布，流体流过时不会产生紊流。流道面积的改变是通过一个活塞沿管道轴向做直线 运动实现。无论活塞在何位置，阀腔内的流体断面均为环状，在出口处向轴心收缩。活塞阀具有高流通能力，开度与流量成线性关系，能有效地避免气蚀和震动。内壳有流线型的导流肋和外壳相连，不锈钢活塞被可靠导引滑动，杜绝产生倾斜或运行不畅。内壳上游的端面成球形，使流体形成一个渐变过程，活塞由安装在壳内的曲柄连杆来操作。 [0003] 目前国内市场活塞阀的主流产品为德国阀门生产商——VAG公司制造，该产品是在美国的针阀基础上改进研制而成，它产生于20世纪40年代，于20世纪60年代臻于成熟。自 20世纪60年代至2007年生产并安装了4000多台活塞阀。我国自20世纪90年代开始引进安装 活塞阀，目前在大型水利工程、污水处理、输水及水利发电等工程项目中大量使用VAG公司的产品。 [0004] 经申请人查阅资料后发现现有活塞阀仅局限于液态环境中应用，而未见其在气态物料传输中应用的报道。由于气体传输过程中会产生气蚀、振动、噪声，同样存在调流、调压、调速的需要，迫切需要通过阀门进行控制，特别是在当今工业化进程发达时期，天然气、页岩气、煤气的长途传输，各个加压站的加压和输出均需要性能优越的控制阀。但现有活塞阀均不能用于气体(尤其是高温气体)输送的控制阀，原因如下：一是有活塞阀的密封副均 采用橡胶制品，由于受材料耐受温度的限制(申请人查阅资料后发现，作为耐热性能较好的橡胶制品——氟橡胶、硅橡胶等的耐温不超过300℃)，现有采用橡胶密封材料的活塞阀所 输送的气态物质温度不能超过300℃，但热煤气(如高炉煤气、焦炉煤气)瞬间温度可达450 ℃，高温情况下密封副会因超过其耐温限度而损坏。二是由于目前活塞阀所输送的物料均 为液体，液体在输送过程中会对缸桶、活塞等部件起到润滑及冷却作用，但如果输送介质为气体则不能对活塞及缸筒产生润滑，在失去润滑的状态下长时间运行会对缸筒产生机械损 伤。 [0005] 就申请人了解的范围而言，目前国内尚无国标或行业标准对活塞阀性能指标进行规范性限定。基于对通用机械及阀门的技术要求，满足零部件之间的配合可靠，保障设备的稳定运行，实现对于气态物料(尤其是高温气体的流量控制)等不仅是活塞阀结构设计的难 点及现实环境下的应用需要，同时也是活塞阀的研发方向之一。 [0006] 申请人在专利号为201620106332.2的实用新型专利中公开了一种组合式消振降噪调压阀组，活塞式调节阀包括壳体、活塞缸、驱动机构和圆筒状的活塞，壳体的形状为流线型，壳体的前端开设有进气口且后端开设有出气口，活塞缸位于壳体内并与壳体同轴设 置，活塞缸与壳体之间形成环形流道，活塞缸的前端为水平设置的V字形且开口端朝向后 端，活塞缸的后端为圆筒形且后端与前端连通，活塞后端的侧壁上沿圆周方向开设有多个 槽孔，活塞的前端位于活塞缸内并借助驱动机构在活塞缸内沿前后方向移动使环形流道与 壳体后端的出气口连通或断开。上述现有技术虽然能够有效减少共振，降低噪声，但其并未对适于高温气态物质的传输做出相应的结构改进和功能说明。 [0007] 申请人经过检索，未在国内专利数据库中发现有与本申请相近似的文献报道。 发明内容[0008] 本发明的目的在于提供一种活塞阀的密封装置及其应用，采用本发明的活塞阀适用于对气态物质(尤其是高温气体)的流量控制。 [0009] 本发明的整体技术构思是： [0010] 活塞阀的密封装置，包括开设有进口和出口的壳体、沿轴向固定于壳体内的活塞筒、同轴套装配合于活塞筒内且与其采用动密封导向配合的分气活塞，分气活塞的前部外 侧与壳体的出口内壁通过动密封配合控制壳体内外的气路通断及过流量；活塞筒与分气活 塞之间以及分气活塞与壳体之间的动密封采用多层复合密封副，所述的多层复合密封副包 括设置于密封面之间且与其适配的环形密封筒，沿轴向隔设置于环形密封筒内、外表面的 第一密封圈、第二密封圈，第一密封圈、第二密封圈与密封面之间采用间隙配合或过渡配 合，所述的第一密封圈及第二密封圈采用耐高温复合材料制作。 [0011] 活塞阀的密封装置在用于气态物料传输控制活塞阀中的应用。 [0012] 申请人需要说明的是： [0013] 作为密封材料领域普通技术人员的应知应会内容，密封材料通常应具备以下特性：一是致密性好，不易泄漏介质；二是有适当的机械强度和硬度；三是在工作介质中有良好的化学稳定性，对工作装置中的液压油和润滑油有一定耐受性，不溶胀、不收缩、不软化、不硬化；四是压缩性和回弹性好，永久变形小，能够消除因活塞或活塞杆偏心引起的间隙； 五是有一定的温度适应能力，高温下不软化、不分解，低温下不硬化、不脆裂；六是抗腐蚀性能好，在酸、碱、油等介质中能长期工作，其体积和硬度变化小，且不粘附在金属表面上；七是摩擦系数小，耐磨性好；八是与密封面结合的柔软性和弹性好；九是耐臭氧性和耐老化性好，经久耐用；十是制造方便、价格便宜、取材容易。具有耐高温性能的密封材料在密封材料领域有较多的文献报道售商品，其中包括但不局限于以柔性石墨、石墨碳纤维、陶瓷纤维等为主要制作原料的材质，可根据应用的环境温度要求灵活选用，申请人对其结构组成成分 及来源不再赘述。 [0015] 本发明的具体技术构思还有： [0016] 为提高运行过程中的可靠性，降低密封材料长期运行所造成的磨损，优选的技术方案是，第一密封圈及第二密封圈采用具有自润滑功能的耐高温复合材料制作。由于具有 自润滑功能的耐高温复合材料主要用来制作无油润滑的摩擦部件，应用于润滑油脂难起作 用的苛刻的工况或难以补偿油脂的机械中。本发明中可以根据所输送的气体环境特性灵活 选用上述材料，其中较为优选的技术实现方式是，具有自润滑功能的耐高温复合材料可选 用包括但不局限于以柔性石墨为主要原料的复合材料。 [0017] 为进一步实现活塞筒及分气活塞之间的密封、对活塞起到较好的传热及支撑作用，优选的技术实现方式是所述的第一密封圈之间沿轴向间隔设置有活塞环。活塞环的制 作材质优选采用灰铸铁、球墨铸铁、合金铸铁、蠕墨铸铁中的一种。 [0018] 导向带的主要作用是引导活塞做直线运动，防止活塞因受力不均造成的走偏导致内漏和减少密封件使用寿命，优选的技术实现方式是，位于分气活塞与活塞筒密封面的第 一密封圈之间沿轴向间隔设置有导向带。导向带采用具有自润滑功能的耐高温材质制作。 [0019] 作为本领域普通技术人员的应知应会内容，导向带和活塞环的使用寿命直接影响到活塞密封和活塞杆密封的使用效果与寿命，所以对导向带和活塞环的材料要求也较高， 例如摩擦系数小、硬度高、使用寿命长等。 [0020] 在本发明中作为导向带材质的选用主要还应当考虑其应用于无润滑(干燥环境)、耐高温、抗腐蚀的工作环境，材料应当具备韧性好、化学稳定性好、与润滑油的共存性好且耐油性优等特性，优选的技术实现方式是，所述的导向带的制作材质选用聚四氟乙烯、聚酰亚胺、聚醚醚酮、聚甲醛、聚苯硫醚中的一种。 [0021] 为便于环形密封筒与活塞阀中相应零部件的装配，便于拆卸和维修，同时满足零部件配合的可靠性，优选的技术实现方式是，位于活塞筒与分气活塞之间的环形密封筒前 端与活塞筒前端采用固定装配，位于分气活塞与壳体之间的环形密封筒前端与壳体前端采 用固定装配。更为优选的技术实现方式是，所述的固定装配采用螺栓固定。 [0022] 为便于上述固定装配的定位更加可靠，更为优选的技术实现方式是，所述的固定装配采用止口定位状态下的螺栓固定。 [0023] 为便于实现第一密封圈的安装和固定，便于零部件的拆卸和维修，优选的技术实现方式是，所述的第一密封圈分别卡装嵌入配合于环形密封筒内表面的前后两端，第一密 封圈外侧通过压环实现其轴向定位。 [0024] 申请人需要说明的是： [0025] 在本发明的描述中，术语“内”、“外”、“轴向”、“径向”、“前部”、“外侧”、“前端”、“后端”等指示的方位或位置关系为基于附图所示的方位或位置关系，仅是为了便于简化描述本发明，而不是指示或暗示所指的装置或元件必须具有特定的方位、以特定的方位构造和 操作，因此不能理解为对本发明的限制。此外，术语“第一”、“第二”仅用于描述目的，而不能理解为指示或暗示相对重要性。 [0026] 本发明所具备的实质性特点和取得的显著技术进步在于： [0027] 1、本发明巧妙借鉴综合了包括迷宫式密封等密封原理，合理选用了耐高温的密封材料，选用沿轴向间隔设置的第一密封圈、第二密封圈作为多层复合密封副的主要组成结 构，且第一密封圈、第二密封圈采用具有耐高温性能复合材料制作，在满足活塞动作实现的前提下，通过多级密封提高了密封的可靠性，有效解决了现有活塞阀密封材料耐高温性能 差而无法应用于适用于气体(尤其是高温气体)输送控制的技术难题。 [0028] 2、活塞环的结构设计及材料选用，在进一步提高密封可靠性的同时，不仅为活塞提供了有效支撑，同时较好传递了因活塞运动过程中所产生的热量。 [0029] 3、导向带的结构设计及材料选用，能够较好地引导活塞做直线运动，防止活塞因受力不均造成的走偏导致内漏和减少密封件使用寿命。 [0030] 4、环形密封筒的结构设计及安装形式，不仅能够使本发明易于实现标准化生产，而且便于快速安装及零部件的拆卸维修。 [0031] 5、环形密封筒前端与活塞筒及壳体前端采用固定装配的结构设计，使密封副便于拆卸及维修。 附图说明[0032] 图1是本发明的整体结构示意图。 [0033] 图2是本发明中分气活塞与活塞筒之间的多层复合密封副的结构示意图。 [0034] 图3是本发明中分气活塞与壳体之间的多层复合密封副的结构示意图。 [0035] 附图中的附图标记如下： [0036] 1、环形密封筒；2、分气活塞；3、壳体；4、第一密封圈；5、第二密封圈；6、活塞环；7、导向带；8、压环；9、活塞筒。 具体实施方式[0038] 活塞阀的密封装置，包括开设有进料口和出料口的壳体3、沿轴向固定于壳体3内的活塞筒9、同轴套装配合于活塞筒9内且与其采用动密封导向配合的分气活塞2，分气活塞 2的前部外侧与壳体3的出料口内壁通过动密封配合控制壳体3内外的气路通断及过流量； 活塞筒9与分气活塞2之间以及分气活塞2与壳体3之间的动密封采用多层复合密封副，所述 的多层复合密封副包括设置于密封面之间且与其适配的环形密封筒1，沿轴向间隔设置于 环形密封筒1内、外表面的第一密封圈4、第二密封圈5，第一密封圈4、第二密封圈5与密封面之间采用间隙配合或过渡配合，所述的第一密封圈4及第二密封圈5采用以柔性石墨为主要 原料的密封材料制作。 [0039] 为避免第一密封圈4、第二密封圈5与密封面配合过紧而影响活塞滑动，还可以通过在第一密封圈4、第二密封圈5与密封面之间涂有润滑脂(俗称粘油)的方式来减小摩擦及 避免损耗，提高运转的灵活性，因其属于现有技术，申请人在此不再赘述。 [0040] 所述的第一密封圈4之间沿轴向间隔设置有活塞环6。活塞环的制作材质采用球墨铸铁。 [0041] 位于分气活塞2与活塞筒9密封面的第一密封圈4之间沿轴向间隔设置有导向带7。导向带7采用聚四氟乙烯制作。 [0042] 位于活塞筒9与分气活塞2之间的环形密封筒1前端与活塞筒9前端采用固定装配，位于分气活塞2与壳体3之间的环形密封筒1前端与壳体3前端采用采用止口定位状态下的 螺栓固定。 [0043] 所述的第一密封圈4分别卡装嵌入配合于环形密封筒1内表面的前后两端，第一密封圈4外侧通过压环8实现其轴向定位。 |
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