[发明专利]双环杆肩密封与独立双重阀杆密封

说明书

技术领域

本发明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。 

背景技术

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纹旋合完成安装。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纹旋合，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，阀杆端面上的介质压力，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缩应变成正比(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纹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发明专利，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。 

发明内容

本发明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。