补偿式高密封阀门的原理及设计

今天为大家介绍一项国家发明专利——补偿式高密封阀门。该专利由南通大学申请，并于2019年2月15日获得授权公告。

内容说明

本发明涉及阀门的技术领域，特别涉及一种补偿式高密封阀门。

发明背景

阀门是一种重要的控制管道组件，主要功能是调节管道内流体的启闭、流量、流动方向、压力等。阀门作为整个装置和系统的关键部分，特别是在石油、化工等行业，一旦失效或介质泄露可能会导致剧毒释放、爆炸等灾难性事件的发生，将造成重大经济损失以及人员伤亡。因此，对于阀门，选择合适的密封材料以及密封结构至关重要。

阀门密封中，阀杆与阀体之间的密封在很大程度上影响了阀门整体的密封效果。阀杆与阀体间的密封一般采用环形弹性密封材料（如橡胶）或用填料填充于阀杆与阀体之间，通过弹性材料或压实的填料的变形补偿阀杆与阀体间的间隙起到密封的效果。但由于弹性材料本身的蠕变松弛及长时间使用造成的磨损，会造成密封效果的下降，从而影响阀门整体密封效果。现有结构中，会设置填料松动时手动加载机构或通过可调节压盖结构定期人为加载，消除阀杆和填料损耗造成的间隙。无论哪种结构，都无法保证阀杆密封的可靠性，造成泄漏。

发明内容

本发明的目的是提供一种补偿式高密封阀门，本发明提供的补偿式高密封阀门具有高耐磨性、防腐蚀性地特点，且能自动补偿阀杆和密封件之间的磨损，延长密封件的寿命，提高密封性能。

本发明提供的一种补偿式高密封阀门，包括阀杆、阀盖、阀体，阀杆设于阀体中且穿过阀盖内孔，阀盖与阀体通过螺栓或法兰连接，还包括填料压盖、弹性元件和密封件，填料压盖端部与阀盖相连，另一端与弹性元件端部相连，弹性元件另一端与密封件相连，弹性元件处于压紧的状态，密封件设于阀杆和阀体之间。密封件设于阀杆和阀体之间，与阀杆和阀体密封接触，通过弹性元件的预紧力将密封件压紧，提高密封性能。在使用过程中，阀杆与密封件反复的摩擦会产生磨损，可以通过本方案中弹性元件的预紧力通过填料挡圈继续将密封件压实，自动补偿产生的磨损，提高密封能力，延长密封件的寿命。

在一些实施方式中，弹性元件为弹簧或C型橡胶。弹簧包括螺旋弹簧、蝶形弹簧、气体弹簧和橡胶弹簧，也包括单弹簧和多弹簧。其中，优选不锈钢螺旋弹簧可以在不同的工况下使用，由于其耐空气、蒸汽、水等弱腐蚀且耐酸、碱、盐等化学浸蚀，而且预紧力强，长时间不失效，寿命长。

在一些实施方式中，密封件为掺有陶瓷颗粒的聚四氟乙烯。本发明采用聚四氟乙烯，利用其耐高温、耐腐蚀的特性，同时掺入陶瓷颗粒，如氧化硅、碳化硅、氧化铝，以提高其硬度以及耐磨性。

在一些实施方式中，还包括填料挡圈，填料挡圈设于密封件和弹性元件之间。填料挡圈优选为不锈钢材料，这样的设计有利于弹性元件对密封件施力。在一些实施方式中，密封件为圆锥形密封件，圆锥形密封件与阀杆和阀体密封接触。该方案中的阀体设计为与圆锥形密封件相配合密封的圆锥形，在弹性元件的轴向预紧力下，使得锥形密封件沿着阀体的圆锥面压紧，有效的弥补阀杆与圆锥形密封件之间的磨损。

在一些实施方式中，圆锥形密封件为层状结构，由多个圆锥形环组成，圆锥形环底部的直径与相邻的下一层的圆锥形环顶部的直径一样。层状结构的圆锥形密封件，在弹性元件的轴向预紧力下，使得层状的锥形密封环之间沿着阀体的圆锥面压紧，能更有效的弥补阀杆与圆锥形密封件之间的磨损。

在一些实施方式中，圆锥形密封环具有开口结构，开口沿着径向将圆锥形密封环分为第一半体和第二半体，第一半体和第二半体的内圈与阀杆密封接触，第一半体和第二半体的外圈与阀体密封接触，相邻两层圆锥形密封环的开口相互错开。设有开口结构，能够使得圆锥形密封件在弹性元件的轴向预紧力下，使得圆锥形密封环的两个半体沿着周向变形、压紧，能更有效的弥补阀杆与圆锥形密封件之间的磨损。在一些实施方式中，圆锥形环两端面设有向心沟槽或密布的向心纹路。如此设计是为了防止由于阀杆的转动造成圆锥形密封环周向位置的变化。