双环杆肩密封与独立双重阀杆密封制造技术

一种双环杆肩密封，由密封环、压紧环和球形或锥形杆肩组成，其密封环材按极限强度载荷设计而又永远自动免除遭受极限强度载荷地按自密封工作。一种独立双重阀杆密封，由双环杆肩密封、三角截面套杆柱密封和隔离配合副组成，可保证安装压紧至阀杆转矩明显增加时，隔离配合、杆肩密封和杆柱密封自动同时生效并独立承担极限介质压力，互不干涉地双重保证阀杆密封性。

【技术实现步骤摘要】

本专利技术属流体动力传递与介质输送工程领域，涉及用作流体开关与控制的球阀杆密封。技术背景球阀，是一个中央有个通孔的球作开关的阀门。开关球，经阀座密封对接在阀体中转动，转动到通孔与通道口对准时为全通，转动到通孔与通道口成90°时为全闭。开关球的转动是 通过伸到阀体外的阀杆实施的。阀杆从阀体或阀盖内伸到体外，需要密封，阻止流体沿杆泄 漏。然而，有的阀门杆仅有柱面密封(杆柱密封)，有的阀门杆仅有肩部密封(杆肩密封)，球阀 则既需要杆柱密封又需要杆肩密封。球阀杆肩的首要任务是防止阀杆被阀门内部介质压喷出阀体外，因此，杆肩密封和杆柱 密封分别位于阀体的阀杆止口内外两侧，并通过螺母与阀杆的螺紋旋合完成安装。实现杆肩 密封需要对杆的轴向台阶面提供密封应力，实现杆柱密封需要对杆的径向柱面提供密封应力， 而实现杆肩密封和杆柱密封的安装压力都源自螺母与阀杆的螺紋旋合，难于均衡同时提供两 个相互垂直的杆肩密封应力和杆柱密封应力，因此，如果无特别设计，则杆肩密封和杆柱密 封无法在安装压紧中同时生效。其次，阀軒端面上的介质压力，对杆肩密封是加载(加强)， 对杆柱密封是卸载(削弱)，因此，如果无特别设计，则杆肩密封和杆柱密封也不可能在工作 中同时独立胜任对极限压力介质的密封。传统的杆柱密封是通过压在填料函中的杆周围的填料实现的。由于密封材料都是可压缩 变形的非刚体，因此，任何截面形状的填料，压缩到最后只能被压缩成一团或一体，不再具 备其原截面形状作为刚体才具备的变形能力，最终还是只相当于一个平垫。由于常用密封材 料受压时的泊松比(径向应变/轴向应变)小于0.5，如聚四氟乙烯(PTFE)的泊松比为0.46，因 此，任何压成一体或压成平垫的密封填料，都不能有效提供杆柱密封所需的径向密封应力。 可想而知，在填料函中被压缩到一定程度的柔性石墨填料肯定变成一体，如果在填料函中被 压成一体的柔性石墨填料可有效提供径向密封应力，那么，预制压成一体的柔性石墨密封平 垫就不可能用作任何端面密封平垫；然而，柔性石墨平垫却广泛用作法兰密封垫。所以，传 统杆密封填料的密封效率十分低下，是不可取的。传统的杆肩密封是通过平垫实现的。在安装中，杆肩密封应力与薄平垫的泊松轴向压縮 应变成正比(产生速度迅猛)，杆柱密封应力与厚填料的比轴向压缩应变小一半以上的泊松径 向应变成正比(产生速度缓慢)，不可能在同一螺母与阀杆的螺紋旋合压紧力作用下同时提供 有效密封；在介质压力作用下，杆肩密封被加强，杆柱密封被削弱，也不可能同时有效工作； 因此，往往是杆肩密封材料被压碎时，杆柱密封还不能完全胜任杆密封。此前的CN1920363A专利技术专利，试图用三角截面套杆柱密封和球楔杆肩密封解决杆柱和 杆肩两个密封同时均衡生效和独立工作问题，但解决不够彻底，杆肩密封配合副的转动力矩 稍偏大。
技术实现思路
本专利技术要解决的第一个问题是阀杆一味被其端面介质压力往阀外顶问题，要解决的第二 个问题是杆肩密封和杆柱密封不能完全理想同时均衡生效和独立工作问题。本专利技术解决第一个问题的技术方案是提出一种双环杆肩密封，其特征是所述杆肩密封由 密封环、压紧环和球形或锥形杆肩组成，所述密封环材料强度低——负责对杆肩和阀体密封， 所述压紧环材料强度髙——负责对所述密封环压紧，所述球形杆肩或锥形杆肩被安装至同时 压在相互支承的密封环和压紧环上，所述密封环以等边三角形ABC为截面边AB所对弧的 回转面是所述球形杆肩的球密封面或边AB的回转面是所述锥形杆肩的锥密封面、边BC的回转面是受压锥面、边CA的回转面是与阀杆轴线垂直的阀体密封面，所述压紧环以梯形为截面以梯形髙为母线的圆柱面与阀体上的接纳孔为间隙配合、以梯形斜腰为母线的锥面是对 所述密封环的压紧面。在装配中，通过螺母与阀杆的螺紋旋合，螺母把杆柱密封组件压在阀 体外侧，同时杆肩把密封环和压紧环同时压在阀体内侧；由于密封环的截面为等边三角形 ABC,密封环的阀体密封面与阀杆轴线垂直，因此，如果密封环的三面相等受力为2f，则杆 肩密封面AB上的受力2f源自一个杆轴向压紧力f、受压锥面BC上的受力2f源自作为压紧 环楔动力的另一个杆轴向压紧力f,也就是说，杆肩的轴向安装压紧力2f分由密封环和压紧 环各承担一半，致使安装中的密封环的三面受力相等并等于杆肩的轴向安装压紧力2f。在有 介质压力时，压紧环上的介质压力被压紧环楔放大2倍地加在密封环上，但由于压紧环与其 阀体上的接纳孔壁和孔底均有间隙，因此，压紧环的轴向有效介质作用面积小，其上的介质 压力只能部分替代杆肩对压紧环的轴向压力地致杆肩密封加强、致杆肩的源自压紧环的摩擦 阻力下降以及致杆肩的外顶动力减弱，即致阀杆不是一味被其端面介质压力往阀外顶。如果安装压紧至杆肩根部球面或锥面与阀体的阀杆止口缘有一定压力的接触，则阀杆止口不仅可 彻底避免阀杆被其端面介质压力外顶而对杆柱密封卸载，还可彻底避免介质压力和安装压紧 力通过杆端对杆肩密封过加载。由于双环杆肩密封的初始密封是由密封环的安装压缩屈服变形自动调定的，而后续自密 封又是由适当的压紧环的轴向有效介质作用面积决定的，因此，杆肩密封应力能自动恰如其 分，富余而不浪费。由于等边三角截面杆肩密封环的三面相等受力和不等受力面积(因回转半 径差异)正好理想地满足各面不等应力的需要应力稍大的球密封面或锥密封面正好满足其对 杆肩的动密封，应力稍小的阀体密封面正好满足其对体的静密封，应力再稍小的受压锥面正 好有利其相对压紧环的滑动，因此，致使双环杆肩密封结构和用材正好不多不少。由于密封 环是封闭起来压缩的，因此，就象密闭在油缸中压缩的液压油一样，既难于发生压缩变形又 难于发生缝隙挤出流动变形或被挤"破"，还无爬行余地，乃至其实际承载能力远高于其材料 的许用承载能力。所以，本专利技术的双环杆肩密封是最理想的杆肩密封结构，既柔又刚，既能 满足密封变形需要又能满足髙承载需要，具有密封效率高、寿命长、可靠性好等特点。本专利技术解决第二个问题的技术方案是提出一种独立双重阀杆密封，其特征是所述杆密封 由一个如前面所述的双环杆肩密封、 一个任意杆柱密封和一个隔离配合副组成，所述隔离配 合副位于所述杆肩密封和所述杆柱密封间、并由阀体的阀杆止口缘与球形或锥形阀杆肩根组 成，用于限制杆密封安装压紧力对所述杆肩密封过分加载和限制介质压力对所述杆肩密封的 连续加载及对所述杆柱密封的连续卸载。如图2所示，在安装过程中，随着螺母与阀杆的螺 紋旋合，螺母通过轴向力2f压杆柱密封的压环，杆肩通过反向轴向力2f同时压杆肩密封的 密封环和压紧环；当安装压紧至杆肩根部球面或锥面与阀体的阀杆止口缘有一定压力的接触 后，杆柱密封只能被其螺母与阀杆的螺紋旋合继续加载而不能被杆端介质压力卸载，杆肩密 封只能被其压紧环上的介质压力继续加载而不能被杆端介质压力和螺母旋合加载，使杆柱密 封和杆肩密封的最后加载相互隔离、互不影响、各自至最佳密封所需。如果杆柱密封是等边 三角截面套，则如图2所示，等边三角截面密封套可将螺母对其压环的轴向压紧力2f放大 2/^1=1.155倍地变成对阀杆的径向柱面压力2.31f;也就是说，当阀杆的轴向安装压紧力为 2f时,杆肩的密封载荷是2f,杆柱的密封载荷是2.31f;由于2.31f/2-1.155,因此，本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种双环杆肩密封，其特征是所述杆肩密封由密封环、压紧环和球形或锥形杆肩组成，所述密封环材料强度低－负责对杆肩和阀体密封，所述压紧环材料强度高－负责对所述密封环压紧，所述球形杆肩或锥形杆肩被安装至同时压在相互支承的密封环和压紧环上，所述密封环以等边三角形ＡＢＣ为截面：边ＡＢ所对弧的回转面是所述球形杆肩的球密封面或边ＡＢ的回转面是所述锥形杆肩的锥密封面、边ＢＣ的回转面是受压锥面、边ＣＡ的回转面是与阀杆轴线垂直的阀体密封面，所述压紧环以梯形为截面：以梯形高为母线的圆柱面与阀体上的接纳孔为间隙配合、以梯形斜腰为母线的锥面是对所述密封环的压紧面。

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：徐长祥，杨茅，陈占基，
申请(专利权)人：浙江华夏阀门有限公司，徐长祥，
类型：发明
国别省市：33[中国|浙江]