带泄压保护的上游阀座密封结构的制作方法

本实用新型属于低温或抗硫球阀技术领域，特别是涉及一种带泄压保护的上游阀座密封结构。

背景技术：

液化天然气(LNG)是清洁能源，天然气是在气田中自然开采出来的可燃气体，主要由甲烷构成。LNG是通过在常压下气态的天然气冷却至超低温-162℃，使之凝结成液体。天然气液化后可以大大节约储运空间，而且具有热值大、性能高等特点。是国家能源战略的重点行业。但是关键区域的阀门还一直依赖进口，尤其是大口径、高压超低温顶装式球阀，上游阀座3为单活塞效应阀座，下游阀座3-2为双活塞效应阀座，阀门中腔超压时只能向上游方向泄压。

国内现有的超低温顶装式球阀，在装配时阀座尾部会预留较长的装配余量，这就使得装好后LIP-SEAL沟槽尺寸太长，在承受不同方向的压力时，LIP-SEAL会产生较大位移，从而密封存在较大的不稳定性，本发明完全解决了此问题。

本发明采用隔断装置将多重LIP-SEAL相互隔开，形成独立固定的LIP-SEAL沟槽，把顶装式球阀装配时阀座尾的装配余量排除在LIP-SEAL沟槽外，避免了LIP-SEAL在沟槽内滑动，保证了阀座稳定的密封性,提供了阀门的使用寿命。本发明产品可在线维修，实现了LNG介质等超低温工况下高压顶装式球阀的密封，有效的解决了超压时向上游方向泄压，保证整个阀门的安全性能。本发明性能已完全达到了国外同类产品的水平，填补了国内空白，将逐步替代进口。

技术实现要素：

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题而提供一种带泄压保护的上游阀座密封结构；实现了LNG介质等超低温工况下高压顶装式球阀的密封问题，有效的解决了超压时向上游方向泄压，保证整个阀门的密封和安全性能，延长了密封构件的使用寿命。

本实用新型为解决公知技术中存在的技术问题所采取的技术方案是：

一种带泄压保护的上游阀座密封结构，包括上游阀座和阀体，上游阀座为单活塞效应阀座，上游阀座滑动安装在阀体的上游阀座安装腔内；其特征在于：在阀体的上游阀座安装腔的底部固定安装有上游固定圈，所述上游固定圈的端面上沿圆周方向均布设有数个上游定位销，所述上游定位销的轴向方向与阀体的水平中线平行设置；所述上游阀座的上游端面上对应定位销位置设有上游销孔，所述上游定位销插装在上游销孔内，所述上游阀座沿上游定位销轴向移动；

所述上游阀座上设有上游唇形密封圈，所述阀体对应上游阀座外圆周的上游唇形密封圈设有密封台；所述上游唇形密封件与阀体内壁接触形成密封结构；所述上游阀座靠近球体的一端设有外螺纹段，在外螺纹段上配装有上游压环；所述上游压环与所述阀体内的外台阶孔肩之间设置上游预紧蝶簧；所述上游压环向上游预紧弹簧方向旋进时，压缩所述上游预紧蝶簧；同时，所述上游预紧蝶簧推动上游阀座向下游运动，直至靠上球体，继续旋进上游预紧蝶簧时上游阀座上的阀座密封圈与球体压紧，形成上游密封结构；

在上游阀座和阀体之间安装有防止上游唇形密封圈轴向移动的上游密封构件阻隔环，上游密封阻隔环将阀体和上游阀座之间分隔成独立的，且轴向长度固定不变的上游唇形密封圈安装空间，在上游唇形密封圈安装空间内至少两个安装有上游唇形密封圈。

本实用新型还可以采用如下技术方案：

所述上游唇形密封圈安装空间内安装两个上游唇形密封圈，两个上游唇形密封圈呈背向设置。

所述上游唇形密封圈安装空间内安装有三个或三个以上的上游唇形密封圈中位于两端的上游唇形密封圈呈成背向设置。

在上游唇形密封圈安装空间内至少设有一个上游中间密封阻隔环，对应上游中间密封阻隔环位置设有阀体和阀座上设有定位止口；所述中间上游密封阻隔环将上游唇形密封圈安装空间沿轴向方向分隔成数个独立上游唇形密封圈安装空间，每个独立上游唇形密封圈安装空间内至少安装一个上游唇形密封圈。

每个独立上游唇形密封圈安装空间内安装一个上游唇形密封圈；中位于两端的上游唇形密封圈呈成背向设置。

每个独立上游唇形密封圈安装空间内安装两个上游唇形密封圈；靠近球体侧的两个上游唇形密封圈呈背向设置；远离球体侧的两个上游唇形密封圈呈同向设置。

靠近球体侧的独立上游唇形密封圈安装空间内安装有两个上游唇形密封圈，两个上游唇形密封圈呈背向设置；远离球体的独立上游唇形密封圈安装空间内安装三个上游唇形密封圈，三个游唇形密封圈呈同向设置。

所述上游压环的外环面上均设置有防松限位环，所述防松限位环通过防松螺钉固定；在所述防松限位环的端部设有凸起，所述凸起能够与在阀体内侧壁上设置的凸台相抵触，从而限制所述上游压环旋转。

所述上游压环靠近球体的端面上设置有用来插入工装旋动上游阀座压用的工艺孔。

在上游阀座和阀体之间设有柔性石墨密封圈。

本实用新型具有的优点和积极效果是：由于本实用新型采用上述技术方案，具有以下优点：

1、采用阻隔环构件将多重唇形密封圈相互隔开，形成独立固定的唇形密封圈沟槽，把顶装式球阀装配时阀座尾的装配余量排除在唇形密封圈(LIP-SEAL)沟槽外，避免了唇形密封圈在沟槽内滑动，保证了阀座稳定的密封性，提供了阀门的使用寿命。解决了现有的超低温顶装式球阀在装配时阀座尾部会预留较长的装配余量，避免了装好后唇形密封圈沟槽尺寸太长，在承受不同方向的压力时，唇形密封圈会产生较大位移，从而提高了密封的稳定性。

2、本实用新型可实现合理的阀门超压泄放功能，实现LNG介质超压时只能向上游方向泄漏，并保证整个阀门的密封性能。

3、通过设计螺纹配合形式的上游阀座与上压环的结构，并设置上游固定圈，使上游阀座只能沿轴向方向作直线移动，并防止在旋转上压环时阀座因跟转而损伤唇形密封圈，设置蝶簧可有效提供了球阀的初始密封。

总之，本实用新型可在线维修，通过合理设计和计算，实现内腔LNG介质超压时由球面泄压，保护了组唇形密封圈，并保证整个阀门的密封性能；实现了LNG介质等超低温工况下高压顶装式球阀的密封问题，有效的解决了超压时向上游方向泄压，保证整个阀门的密封和安全性能。本发明性能已完全达到了国外同类产品的水平，填补了国内空白，将逐步替代进口。

附图说明

图1为实用新型总装结构示意图。

图2为本实用新型实施例1结构示意图。

图3为本实用新型实施例2结构示意图。

图4为本实用新型实施例3结构示意图。

图5为本实用新型实施例4结构示意图。

图6为本实用新型实施例5结构示意图。

图7为本实用新型实施例6结构示意图；

图8是密封状态结构示意图；

图9是初装状态结构示意图；

图10为端部带压时远离球体的唇型密封圈密封的受力示意图。

图11为端部带压时靠近球体的唇型密封圈密封的受力示意图。

图12为中腔带压时阀座自动泄压的受力示意图；

图13是防松限位环结构示意图。

图中：1、阀体；1-1、凸台；1-2、密封台；2、球体；3、上游阀座；4、阀杆； 5、阀盖；6、上游固定圈；7、上游定位销；8、上游销孔；9、上游唇形密封圈；10、上游压环；10-1、防松限位环；10-2、防松螺钉；10-3、凸起；10-4、工艺孔；11、上游预紧蝶簧；12、上游密封构件阻隔环；13、上游中间密封阻隔环；13-1、定位止口； 13-10、内隔环；13-11、外压环；13-12、中间隔环；14、柔性石墨密封圈。

具体实施方式

为能进一步了解本实用新型的发明内容、特点及功效，兹例举以下实施例，并配合附图详细说明如下：

实施例1，请参阅图1和图2，一种带泄压保护的上游阀座密封结构，包括阀体1、球体2、上游阀座3，上游阀座3为单活塞效应阀座；上游阀座3滑动安装在阀体的上游阀座3安装腔内；其中所述球体和阀座安装于所述阀体的通道中，所述阀盖5通过紧固件安装在阀体的上端部，在阀盖内穿装阀杆4，在阀体的通道中所述阀杆连接球体2，

在阀体1的上游阀座3安装腔的底部固定安装有上游固定圈6，所述上游固定圈6 的端面上沿圆周方向均布设有数个上游定位销7，所述上游定位销7的轴向方向与阀体的水平中线平行设置；所述上游阀座3的上游端面上对应定位销位置设有上游销孔8，所述上游定位销7插装在上游销孔8内，所述上游阀座3沿上游定位销7轴向移动；所述上游阀座3上设有上游唇形密封件9；所述阀体对应上游唇形密封圈9设有密封台1-2；所述上游唇形密封件与阀体内壁接触形成密封结构；所述上游阀座3靠近球体的一端设有外螺纹段，在外螺纹段上配装有上游压环10；所述上游压环10与所述阀体内的外台阶孔肩之间设置上游预紧蝶簧11；

所述上游压环10向上游预紧弹簧方向旋进时，压缩所述上游预紧蝶簧11；同时，所述上游预紧蝶簧11推动上游阀座3向下游运动，直至靠上球体，继续旋进上游预紧蝶簧11时上游阀座3上的阀座密封圈与球体压紧，形成上游密封结构；

在上游阀座3和阀体之间安装有防止上游唇形密封圈轴向移动的上游密封构件阻隔环12，上游密封阻隔环将阀体和上游阀座之间分隔成独立的，且轴向长度固定不变的上游唇形密封圈安装空间，在上游唇形密封圈安装空间内至少两个安装有上游唇形密封圈 9。本实施例，优选的，所述上游唇形密封圈安装空间内安装两个上游唇形密封圈9，两个上游唇形密封圈呈背向设置，请参阅图2。

优选的，为了防止上游压环10松动，所述上游压环10的外环面上均设置有防松限位环10-1，所述防松限位环通过防松螺钉10-2固定；在所述防松限位环的端部设有凸起 10-3，所述凸起能够与在阀体内侧壁上设置的凸台1-1相抵触，从而限制所述上游压环 10旋转。

优选的，所述上游压环10靠近球体的端面上均设置有用来插入工装旋动上游阀座3 压用的工艺孔10-4。

优选的，在上游阀座3和阀体之间设有柔性石墨密封圈14。

实施例2，优选的，所述上游唇形密封圈安装空间内安装有三个或三个以上的上游唇形密封圈中位于两端的上游唇形密封圈呈成背向设置，请参阅图3。

实施例3，为了进一步延长唇形密封圈的使用寿命，优选的，在上游唇形密封圈安装空间内至少设有一个上游中间密封阻隔环12，对应上游中间密封阻隔环位置设有阀体和阀座上设有定位止口13-1；所述中间上游密封阻隔环将上游唇形密封圈安装空间沿轴向方向分隔成数个独立上游唇形密封圈安装空间，每个独立上游唇形密封圈安装空间内至少安装一个上游唇形密封圈，本实施例中，每个独立上游唇形密封圈安装空间内安装一个上游唇形密封圈；位于两端的上游唇形密封圈呈成背向设置；请参阅图4。

实施例4，优选的，每个独立上游唇形密封圈安装空间内安装两个上游唇形密封圈9；靠近球体侧的两个上游唇形密封圈呈背向设置；远离球体侧的两个上游唇形密封圈呈同向设置；请参阅图5。

实施例5，优选的，靠近球体侧的独立上游唇形密封圈安装空间内安装有两个上游唇形密封圈，两个上游唇形密封圈呈背向设置；远离球体的独立上游唇形密封圈安装空间内安装三个上游唇形密封圈，三个游唇形密封圈呈同向设置，请参阅图6。

实施例6，为了进一步防止上游中间密封阻隔环轴向移动，延长上游密封圈的使用寿命，所述上游中间密封阻隔环采用如下分体结构，如图9；上游中间密封阻隔环12包括内隔环13-10、外压环13-11以及中间隔环13-12，阀体的内壁设有中间隔环安装槽，内隔环的外壁设有中间隔环安装槽止口，所述中间隔环采用对开环或者四开环结构，对开环或者四开环结构的目的是便于安装，对开环或者四开环结构属于现有技术，也就说将一个闭环的中间隔环等分为对开环或四开环，然后在组装时逐一安装。请参阅图7。

上述结构中使用的唇形密封圈(LIP-SEAL)是一种弹性密封圈，属于现有技术，它依靠唇部紧贴密封耦合件的表面，阻塞泄漏通道而获得密封效果，当密封介质压力增大时，唇口被撑开，更加紧密地与密封面贴合。采用唇形密封圈(LIP-SEAL)组可以使后面的密封圈进一步压紧，密封性进一步增强。唇形密封圈(LIP-SEAL)压紧力是随介质压力的改变而变化的，既能保证足够的密封压紧力，又不至产生过大的摩擦。各组唇形密封圈(LIP-SEAL)的结构形式也可不尽相同，根据实际需要，上游阀座3和下游阀座 3-2通过合理设计和计算，实现内腔LNG介质超压时只能向上游方向泄漏，并保证整个阀门的密封性能。

上述结构中，上游固定圈6的接缝处点焊固定，焊接于阀体内的台阶孔的底端，一般在端部取几点均布点焊(一般为4点即可)。

上述结构中，为防止螺纹的咬合，上游压环10采用了高强度和硬度的材料，一般采用INCONEL718，防止和阀座咬死。

上述结构中，上游压环10在预紧密封时起着不可忽视的作用，上游阀座3-2与上游压环10螺纹密封的结构更有其独特的作用，依靠上游压环10的旋进旋出来调节蝶簧的预紧力。如图3所示，向内旋进上游压环10时(即向蝶簧旋进)，可以给蝶簧施加一定的预紧力，这时，蝶簧在预紧力作用下会带动互为螺纹连接的上游压环10和上游阀座3-2 二者共同向外推出，从而使上游阀座3-2顶住球体，实现密封。

如图2所示，顶装式球阀装配球体时，阀座与球体之间需要有的装配间隙。阀座尾部几个台阶的间隙均为L1(如图8所示)，阀座与球体的端面的的重合长度为L2(如图 8所示)，阀座尾部间隙L1必须大于球体重合长度L2，两者的差值为L3即为阀座与球体的装配间隙。

这个预紧力的施加过程可通过如下操作实现：阀体内腔在装入球体前，在阀体内先装上游固定圈12和上游定位销13，然后将上游唇形密封圈9和上游密封构件阻隔环套在上游阀座3-2上，并使用工装压入阀体的阀座孔内，再装蝶簧，再进一步旋上上游压环10，使上游阀座3-2端面与上游压环10端面平齐，把上游阀座3-2推至阀体的阀座孔尾部，上游阀座3-2与球体之间预留装配间隙为L3(如图9)，保持球体在阀座全开位置时装入；然后再利用工装旋转上游压环10，使上游压环10向蝶簧的方向进给，也就是使上游阀座3-2向球体推进直至顶住球体，并产生球阀密封时的最小密封预紧比压，实现初始密封。此时，阀座尾部间隙为L1，此间隙不影响上游唇形密封圈15沟槽的尺寸，在整个装配过程中，上游唇形密封圈9和上游压环10始终保持固定。

为了进一步说明本使用的使用状态，特依本实用在不同的状态下的受力分析加以说明：

如图10，当端部介质压力为P1，时，远离球体的组唇型密封圈起密封作用，受力面积A1＞B1，面积差为C1,此时在介质压力作用下，将上游阀座3推向球体，实现密封，阻断介质通过。

如图11所示，当远离球体的唇型密封圈4密封失效时，靠近球体的唇型密封圈5起密封作用，受力面积A2＞B1，面积差为C2,此时在介质压力作用下，将上游阀座3推向球体2，实现密封，阻断介质通过。

如图12所示，当球体从全开到全关，阻断介质流动，此时P1＝P2，当阀门中腔介质LNG发生气化，P2急剧增加，远大于P1，此时受力面积B2＞A3，面积差为C3，此时在介质压力作用下，靠近球体的唇形密封圈保持密封(唇形密封圈为背向密封圈组，可防止压力从密封圈泄压而导致密封圈失效)，上游阀座3将脱离球体2，介质向管线泄压。

本实用新型一种LNG超低温顶装式球阀，因唇形密封圈(LIP-SEAL)沟槽的尺寸固定，防止阀座密封件滑动摩擦保证了阀门的密封性和稳定性，避免了因阀门内腔LNG 气化、压力急剧增加时，使阀门和管线避免发生爆炸危险的可能性，又能截断介质向下游发生泄漏，并能在线维修，从根本上保证LNG工程的质量和运行安全。

以上所述，仅为较佳的具体实施方式，但本实用新型的保护范围并不局限于此，具体密封形式可根据阀门的压力等级和口径大小酌情调整多重唇形密封圈(LIP-SEAL)的数量，使其达到最佳的密封效果，任何熟悉本技术领域的技术人员在本发明揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本发明的保护范围之内。本发明试制成功，填补了国内空白，将逐步改变国内长期进口的状况，提高了企业的市场竞争力，使企业不断发展壮大，为企业创造很好的效益。

以上所述仅是对本实用新型的较佳实施例而已，并非对本实用新型作任何形式上的限制，凡是依据本实用新型的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改，等同变化与修饰，均属于本实用新型技术方案的范围内。