[发明专利]梯形环密封

说明书

本发明申请为分案申请，原申请的申请号是：200510097905.6；申请日：2005年8月23日；发明名称：球阀与三角套密封及梯形环密封。

技术领域

本发明属于机械工程领域，涉及阀门及相关阀门的梯形环密封结构。

背景技术

阀门是流体输送与控制的开关。凡阀门都有一个开关元，如球阀中的球、闸阀中闸板、截止阀中的阀瓣等。阀门开关元设置在阀体的流体通道中，有一个允许流体穿过的开通位置和一个阻止流体穿过的关闭位置，其从开到关和从关到开的运动是通过阀杆来实现的。可以说，阀杆都是在体外通过手柄或气动头或电动头操纵的。阀杆从阀体或阀盖内伸到体外，需要密封，开关元相关的关闭结构或通道的连接或固定也需要密封。

阀门关闭通道的连接，与管道、受压容器等流体容纳件的连接一样，除需要完成密封连接外还必须完成紧固连接，而密封连接结构随连接方法而异。例如，实现焊接连接的紧固与密封的结构是同一个焊接结构，实现密封管螺纹连接的紧固与密封的结构是同一个螺纹结构(密封和紧固都靠螺牙)，而实现紧固螺纹连接的紧固与密封的结构就不是同一个结构，其紧固靠布置在流体通道外层的螺纹，其密封靠与螺纹轴线垂直布置的环形密封面。法兰连接、阀门关闭结构连接、非密封管螺纹连接等均属这种紧固螺纹连接，均靠环绕流体通道的密封垫完成密封连接。这种环形密封垫可以是软金属的也可以是非金属的，当要求较高时，往往是把非金属环形垫封压在截面封闭的环形密封腔内实现密封，这种截面封闭的环形密封腔是被连件完成紧固连接时形成的。美国US6837482专利披露了一种有热助密封效果的菱形截面环料腔，试图利用环形密封垫与环形密封腔之间的不同材料的热胀冷缩系数来补偿温度对密封的影响，但结构不简练，有点脱离客观规律的味道。

阀杆，以球阀阀杆为例，按照相关标准规定，在任何情况下都不得被内部高压介质顶射出阀体外，为此，阀杆得有一个防止滑出阀体的止端，阀体的阀杆伸出口下端得有阀杆止口，上端得有阀杆密封填料函。此外，阀杆的止端外还得有一个与阀门开关元对接的结构，阀杆的另一端还得有与手柄或驱动器对接的结构及紧固外螺纹。装配时，阀杆从阀杆止口穿出阀体后，通过依次套装在阀杆上的螺母、弹性垫圈及填料压环把密封填料压入填料函底的同时，再把阀杆止端拉紧在阀杆止口上而完成阀杆与阀体的密封与紧固。传统的阀杆止端和止口间有一个用作阀杆主密封的非金属止推软垫，止推软垫与止口端面间一般都用平面配合，止推软垫与阀杆止端间有用平面配合的，也有用锥面配合的，美国US6129336专利用球面配合；阀杆受力歪斜时，平面配合和锥面配合会虚缝而失去密封，球面配合不虚缝而可始终保持密封——因为球面配合时的阀杆歪斜是绕球心转动。用作阀杆第二密封的密封填料，传统上，低档产品用盘根或平垫，高档产品用V形截面组垫，但均靠轴向压力迫使其抱杆而完成密封；由于压力沿轴向递减，因而填料对杆的抱紧力沿轴向不均匀，由于阀杆、填料、填料函、填料压紧环不可能完全同心安装、对称压紧，因而填料对杆的抱紧力沿周向也不均匀，以至于当阀杆整体完成密封时某些点已达极易磨损的过挤压程度，也就是说，已有技术的密封填料结构的材料利用率低而不耐磨；由于密封用力是沿阀杆轴向的，显然，对阀杆的止推端面的密封作用是直接的，对阀杆柱面通过填料的密封作用是间接的，特别是对于径向密封分力为零的盘根与平垫填料，根本不可能与端面密封同时生效，往往都是当止推端面密封生效时填料密封未生效，当填料密封生效时端面密封累遭挤坏，虽然V形截面组垫的阴阳V形配合可产生径向密封分力，但上下阴阳V形角度差缝中有排不尽的受温度和压力变化影响极大的压缩空气，因此，同已有技术的其它填料一样，都是密封调节不灵敏以至于弹簧补偿无效。

发明内容

本发明要解决的第一个技术问题是提出一种简单而有效的温度补偿密封结构，用作流体容纳件的紧固螺纹连接的通用密封结构。本专利要解决的第二个技术问题是提出一个有径向压紧分力的密封效率高、补偿调节灵敏、耐磨持久的填料密封结构，用于代替已有的活动轴的填料密封结构。本专利要解决的第三个技术问题是提出一个活轴止端硬密封结构，用于代替已有的止端软密封结构。

本发明解决第一个技术问题的方案是一种梯形环密封，包括环料容腔和密封环，环料容腔用于容装密封环，其特征是：该环料容腔由两个被紧固螺纹连接的流体容纳件所围成，环料容腔的截面呈梯形状的环绕流体布置的连续环料容腔，所述梯形的高沿其环绕半径放置而短底在内长底在外。