1.本发明涉及球阀技术领域，尤其涉及一种超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构及其装配方法。
背景技术：2.天然气作为一种高效、低碳、清洁的化石能源，已经在很多用能领域开始替代煤炭和石油等一次能源，是向新能源体系过渡的重要桥梁和推动能源转型的现实选择。其中，凭借易于运输、主体多元、灵活性强、安全高效等优点，lng已逐渐成为最活跃的天然气供应形式。据不完全统计，在液化天然气(lng)接收站使用的各类阀门中，超低温球阀的数量占比高达60％以上，应用极为广泛。
3.而超低温球阀球体和阀座之间的密封是由pctfe(聚三氟氯乙烯)材料制成的密封圈来实现的，pctfe密封圈需要镶嵌金属阀座里，pctfe密封圈和金属阀座是靠端面密封，而pctfe通常是在环境温度下装入金属阀座，由于超低温球阀是在-162℃下工作，而pctfe为非金属材料，其线膨胀系数和和金属阀座相差很大，尤其是在超低温下两者线膨胀系数相差更大，而且在超低温下pctfe变硬，导致在超低温下pctfe密封圈和金属阀座之间不能实现可靠的密封，存在潜在的泄漏通道。
4.目前，如图5、图6所示，常用传统超低温用球阀pctfe密封圈在其和金属阀座接触面加工齿形槽，形成类似于迷宫的密封。图5中，61为球体，62为阀体，63为阀体和阀座之间设置的泛塞组，64为阀座外套设的弹簧座，65为弹簧座与阀体之间的弹簧，66为固定阀座用的螺纹座。此种结构的弊端是：端面齿形槽逐级降压只能保证阀门在型式试验期间的有限保压时间内不发生泄漏，但实际工况应用过程中，当超低温球阀作为隔离阀使用时，需要长时间关闭，加之气、液两相流会形成脉动压力，迷宫密封并不可靠，总会发生泄漏，给lng接收站检维修带来安全隐患。
5.由此，本发明人凭借多年从事相关行业的经验与实践，提出一种超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构及其装配方法，以克服现有技术的缺陷。
技术实现要素：6.本发明的目的在于提供一种超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构及其装配方法，本发明充分利用泛塞自适应介质压力的密封原理，实现超低温球阀密封圈与阀座间的密封，解决了传统超低温球阀在实际工况应用过程中作为隔离阀使用长时间关闭而存在的泄漏隐患。
7.本发明的目的是这样实现的，一种超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构，包括，
8.第一环形凹槽，所述第一环形凹槽自超低温球阀的阀座端部沿轴向向内设置，所述第一环形凹槽用于装配安装密封圈；
9.第二环形凹槽，所述第二环形凹槽自所述第一环形凹槽的槽底沿轴向向内设置，所述第二环形凹槽上连通设置多个进压孔，所述进压孔能与阀座的上游介质腔连通；
10.泛塞，密封设置于所述第二环形凹槽内，包括泛塞本体，所述泛塞本体上设置一端开口的泛塞腔，所述泛塞腔的开口端朝向径向内侧且能与所述进压孔连通；所述泛塞腔的两侧形成唇口，所述泛塞腔内设置弹簧，所述弹簧在泛塞腔内受压形成向外的弹簧力；上游介质腔压力小于弹簧的弹簧力时，所述弹簧顶抵所述唇口以使其紧密贴合第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面且达到设定的初始密封比压；上游介质腔压力大于弹簧的弹簧力时，上游介质腔的介质经所述进压孔进入所述泛塞腔以使所述唇口紧密贴合第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面且达到设定的工作密封比压。
11.在本发明的一较佳实施方式中，所述工作密封比压大于所述初始密封比压。
12.在本发明的一较佳实施方式中，所述第二环形凹槽的内径尺寸大于所述第一环形凹槽的内径尺寸，所述第二环形凹槽的外径尺寸小于所述第一环形凹槽的外径尺寸。
13.在本发明的一较佳实施方式中，所述进压孔沿轴向延伸设置且其第一端能与上游介质腔连通，所述进压孔的第二端与所述第二环形凹槽连通。
14.在本发明的一较佳实施方式中，包括设置于上游介质腔的侧壁端部的过渡倒角部，所述过渡倒角部能连通上游介质腔和所述进压孔的第一端。
15.在本发明的一较佳实施方式中，所述进压孔的直径尺寸为3mm，各所述进压孔沿周向均匀布置。
16.在本发明的一较佳实施方式中，所述泛塞本体采用改性ptfe材料制成。
17.在本发明的一较佳实施方式中，所述弹簧为金属弹簧。
18.本发明的目的还可以这样实现，一种装配方法，用于前述的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构的装配；包括，在无尘环境中，将泛塞安装至阀座内的第二环形凹槽内，泛塞腔的开口端朝向径向内侧且能与进压孔连通；将密封圈压入阀座内的第一环形凹槽内，泛塞的唇口紧密贴合第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面。
19.在本发明的一较佳实施方式中，将泛塞安装至阀座内的第二环形凹槽之前，对阀座进行洁净干燥，包括将阀座用超声波清洗液清洗干净，待干燥后用无纺布和酒精将阀座表面擦拭干净，保证零件的洁净度。
20.在本发明的一较佳实施方式中，将泛塞安装至阀座内的第二环形凹槽之后，将阀座安装至油压机操作平台上；用油压机将密封圈压入阀座内的第一环形凹槽内，泛塞的唇口紧密贴合第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面。
21.由上所述，本发明的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构及其装配方法具有如下有益效果：
22.本发明的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构，利用泛塞自适应介质压力的密封原理，实现低压和高压状态下，超低温球阀密封圈与阀座间的密封，解决了传统超低温球阀密封圈和和金属阀座之间的泄漏隐患；
23.本发明的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构装配方便可靠，操作简单，且金属阀座和密封圈为微间隙配合，能保证密封圈平稳装入阀座，保证了密封的可靠性；
24.本发明结构简单，可以用于液相流的超低温介质或气、液两相流超低温介质，尤其是含脉动流的超低温工况。
附图说明
25.以下附图仅旨在于对本发明做示意性说明和解释，并不限定本发明的范围。其中：
26.图1：为本发明的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构示意图。
27.图2：为图1中a处放大图。
28.图3：为未安装泛塞时阀座的a处放大图。
29.图4：为图3中b-b剖视图。
30.图5：为传统超低温用球阀pctfe密封圈安装在阀座上的示意图。
31.图6：为图5中c处放大图。
32.图中：
33.1、第一环形凹槽；2、第二环形凹槽；3、进压孔；4、泛塞；41、泛塞本体；42、泛塞腔；43、唇口；44、弹簧；5、过渡倒角部；
34.61、球体；62、阀体；63、泛塞组；64、弹簧座；65、弹簧；66、螺纹座；7、上游介质腔；8、密封圈；9、阀座。
具体实施方式
35.为了对本发明的技术特征、目的和效果有更加清楚的理解，现对照附图说明本发明的具体实施方式。
36.在此描述的本发明的具体实施方式，仅用于解释本发明的目的，而不能以任何方式理解成是对本发明的限制。在本发明的教导下，技术人员可以构想基于本发明的任意可能的变形，这些都应被视为属于本发明的范围。需要说明的是，当元件被称为“设置于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。术语“安装”、“相连”、“连接”应做广义理解，例如，可以是机械连接或电连接，也可以是两个元件内部的连通，可以是直接相连，也可以通过中间媒介间接相连，对于本领域的普通技术人员而言，可以根据具体情况理解上述术语的具体含义。本文所使用的术语“垂直的”、“水平的”、“上”、“下”、“左”、“右”以及类似的表述只是为了说明的目的，并不表示是唯一的实施方式。
37.除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本技术的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本技术的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施方式的目的，不是旨在于限制本技术。本文所使用的术语“和/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
38.如图1、图2、图3、图4所示，本发明提供一种超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构，包括，
39.第一环形凹槽1，第一环形凹槽1自超低温球阀的阀座9的端部沿轴向向内设置，第一环形凹槽1用于装配安装密封圈8(pctfe密封圈)；
40.第二环形凹槽2，第二环形凹槽2自第一环形凹槽1的槽底沿轴向向内设置，第二环形凹槽2上连通设置多个进压孔3，进压孔3能与阀座的上游介质腔7连通；
41.泛塞4，密封设置于第二环形凹槽2内，包括泛塞本体41，泛塞本体41上设置一端开口的泛塞腔42，泛塞腔42的开口端朝向径向内侧(即介质通道的中心方向)且能与进压孔3连通；泛塞腔42的两侧形成唇口43，泛塞腔42内设置弹簧44，弹簧44在泛塞腔内受压形成向
外的弹簧力；上游介质腔7压力小于弹簧的弹簧力时，弹簧44顶抵唇口43以使其紧密贴合第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面且达到设定的初始密封比压(单位面积的压紧力，根据实际需求设定)，进而实现密封圈和阀座之间的低压气密封(在本发明的一具体实施例中，低压气密封压力范围0.47～0.63mpa)；上游介质腔7压力大于弹簧的弹簧力时，上游介质腔的介质经进压孔3进入泛塞腔42以使唇口43紧密贴合第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面且达到设定的工作密封比压(变值，根据实际需求设定)，进而实现密封圈和阀座之间的高压密封(在本发明的一具体实施例中，高压密封压力达1.1pn(pn＝1.0～42mpa))。工作密封比压远大于初始密封比压。
42.泛塞自适应介质压力而实现密封，且其密封动静皆宜，具有优异的密封性。
43.泛塞4设置于第二环形凹槽2内，弹簧44受压，形成向外的弹簧力(张力)，上游介质腔7压力小于弹簧的弹簧力时，弹簧力促使唇口43紧贴其抵靠的第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面，弹簧永久给唇口43提供弹力，形成从真空到低压范围内的密封。上游介质腔7压力大于弹簧的弹簧力时，上游介质腔的介质经进压孔3进入泛塞腔42，撑开唇口43，使唇口紧密贴合其抵靠的第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面，压力越大，贴合的越充分，由此形成高压密封。
44.本发明的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构，利用泛塞自适应介质压力的密封原理，实现低压和高压状态下，超低温球阀密封圈与阀座间的密封，解决了传统超低温球阀密封圈和和金属阀座之间的泄漏隐患。本发明结构简单，可以用于液相流的超低温介质或气、液两相流超低温介质，尤其是含脉动流的超低温工况。
45.进一步，如图3所示，为避免密封圈的端面与阀座之间存在非设计要求的装配间隙，第二环形凹槽2的内径尺寸d2大于第一环形凹槽1的内径尺寸d4，第二环形凹槽2的外径尺寸d1小于第一环形凹槽1的外径尺寸d3。
46.进一步，如图1、图2、图3、图4所示，为便于加工，进压孔3沿轴向延伸设置，其第一端能与上游介质腔7连通，进压孔的第二端与第二环形凹槽2连通。进压孔3的数量和进压孔3的直径根据阀门的口径和压力计算得出。实际加工过程，先划线钻好进压孔3，然后再车削第一环形凹槽1和第二环形凹槽2。
47.进压孔的数量根据阀门口径和阀门工作压力进行计算得出，在本发明的一具体实施例中，进压孔的直径为3mm，进压孔3的数量为6个，各进压孔3沿周向均匀布置。
48.进一步，如图2、图3所示，上游介质腔7的侧壁端部设置过渡倒角部5，过渡倒角部5能连通上游介质腔7和进压孔3的第一端，实现介质的顺畅流动。
49.进一步，泛塞本体可以采用改性ptfe材料制成。材料决定了泛塞适用于从低温到高温很大范围内(如-268℃到+150℃)，密封绝大多数的流体。例如，铁氟龙(ptfe)是一种耐化学性比全氟橡胶优异，耐热性良好的密封材料，可应用于绝大多数的化学流体、溶剂、以及液压油、润滑油，其膨润性很小故可长期发挥密封性能。
50.进一步，弹簧44采用金属弹簧。
51.本发明的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构的装配方法，包括，在无尘环境中(无尘车间内进行密封结构的安装)，将泛塞4安装至阀座9内的第二环形凹槽2内，泛塞腔42的开口端朝向径向内侧且能与进压孔3连通；将密封圈8压入阀座内的第一环形凹槽1内，泛塞4的唇口43紧密贴合第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面，从而实现了密封圈与
阀座间的密封。
52.前述的装配方法，具体包括以下步骤：
53.步骤a、安装前，对阀座9进行洁净干燥；
54.具体地，将阀座(金属阀座)用超声波清洗液清洗干净，待干燥后用无纺布和酒精将阀座表面擦拭干净，保证零件的洁净度。安装的各密封零件也要保证洁净干燥。
55.步骤b、将阀座9安装在无尘车间的操作平台上；
56.步骤c、将泛塞4安装至阀座内的第二环形凹槽2内，泛塞腔42的开口端朝向径向内侧且能与进压孔3连通；
57.步骤d、将安装了泛塞的阀座9安装至油压机操作平台上；
58.步骤e、用油压机将密封圈8压入阀座内的第一环形凹槽1内，泛塞的唇口43紧密贴合第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面。
59.本发明的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构装配方便可靠，操作简单，且金属阀座和密封圈为微间隙配合，能保证密封圈平稳装入阀座，保证了密封的可靠性。
60.由上所述，本发明的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构及其装配方法具有如下有益效果：
61.本发明的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构，利用泛塞自适应介质压力的密封原理，实现低压和高压状态下，超低温球阀密封圈与阀座间的密封，解决了传统超低温球阀密封圈和和金属阀座之间的泄漏隐患；
62.本发明的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构装配方便可靠，操作简单，且金属阀座和密封圈为微间隙配合，能保证密封圈平稳装入阀座，保证了密封的可靠性；
63.本发明结构简单，可以用于液相流的超低温介质或气、液两相流超低温介质，尤其是含脉动流的超低温工况。
64.以上所述仅为本发明示意性的具体实施方式，并非用以限定本发明的范围。任何本领域的技术人员，在不脱离本发明的构思和原则的前提下所作出的等同变化与修改，均应属于本发明保护的范围。
技术特征：1.一种超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构，其特征在于，包括，第一环形凹槽，所述第一环形凹槽自超低温球阀的阀座端部沿轴向向内设置，所述第一环形凹槽用于装配安装密封圈；第二环形凹槽，所述第二环形凹槽自所述第一环形凹槽的槽底沿轴向向内设置，所述第二环形凹槽上连通设置多个进压孔，所述进压孔能与阀座的上游介质腔连通；泛塞，密封设置于所述第二环形凹槽内，包括泛塞本体，所述泛塞本体上设置一端开口的泛塞腔，所述泛塞腔的开口端朝向径向内侧且能与所述进压孔连通；所述泛塞腔的两侧形成唇口，所述泛塞腔内设置弹簧，所述弹簧在泛塞腔内受压形成向外的弹簧力；上游介质腔压力小于弹簧的弹簧力时，所述弹簧顶抵所述唇口以使其紧密贴合第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面且达到设定的初始密封比压；上游介质腔压力大于弹簧的弹簧力时，上游介质腔的介质经所述进压孔进入所述泛塞腔以使所述唇口紧密贴合第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面且达到设定的工作密封比压。2.如权利要求1所述的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构，其特征在于，所述工作密封比压大于所述初始密封比压。3.如权利要求2所述的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构，其特征在于，所述第二环形凹槽的内径尺寸大于所述第一环形凹槽的内径尺寸，所述第二环形凹槽的外径尺寸小于所述第一环形凹槽的外径尺寸。4.如权利要求3所述的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构，其特征在于，所述进压孔沿轴向延伸设置且其第一端能与上游介质腔连通，所述进压孔的第二端与所述第二环形凹槽连通。5.如权利要求4所述的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构，其特征在于，包括设置于上游介质腔的侧壁端部的过渡倒角部，所述过渡倒角部能连通上游介质腔和所述进压孔的第一端。6.如权利要求4所述的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构，其特征在于，所述进压孔的直径尺寸为3mm，各所述进压孔沿周向均匀布置。7.如权利要求1所述的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构，其特征在于，所述泛塞本体采用改性ptfe材料制成。8.如权利要求1所述的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构，其特征在于，所述弹簧为金属弹簧。9.一种装配方法，其特征在于，用于如权利要求1至8任一项所述的超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构的装配；包括，在无尘环境中，将泛塞安装至阀座内的第二环形凹槽内，泛塞腔的开口端朝向径向内侧且能与进压孔连通；将密封圈压入阀座内的第一环形凹槽内，泛塞的唇口紧密贴合第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面。10.如权利要求9所述的装配方法，其特征在于，将泛塞安装至阀座内的第二环形凹槽之前，对阀座进行洁净干燥，包括将阀座用超声波清洗液清洗干净，待干燥后用无纺布和酒精将阀座表面擦拭干净，保证零件的洁净度。11.如权利要求9所述的装配方法，其特征在于，将泛塞安装至阀座内的第二环形凹槽之后，将阀座安装至油压机操作平台上；用油压机将密封圈压入阀座内的第一环形凹槽内，泛塞的唇口紧密贴合第二环形凹槽的槽底端面和密封圈的端面。
技术总结本发明为一种超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构及其装配方法，超低温球阀密封圈与阀座间的密封结构包括，第一环形凹槽，自超低温球阀的阀座端部沿轴向向内设置，用于装配安装密封圈；第二环形凹槽，自第一环形凹槽的槽底沿轴向向内设置，第二环形凹槽上连通设置多个进压孔，进压孔能与阀座的上游介质腔连通；泛塞，密封设置于第二环形凹槽内，包括泛塞本体，泛塞本体上设置泛塞腔，泛塞腔的开口端与进压孔连通；泛塞腔的两侧形成唇口，泛塞腔内设置弹簧，弹簧在泛塞腔内受压形成向外的弹簧力。本发明充分利用泛塞自适应介质压力的密封原理，实现超低温球阀密封圈与阀座间的密封，解决了传统超低温球阀存在的泄漏隐患。解决了传统超低温球阀存在的泄漏隐患。解决了传统超低温球阀存在的泄漏隐患。
技术研发人员：陈锦标 张清双 孔令涛 张海波 李肃 曹铖淏 辜宝宏 蔡飞
受保护的技术使用者：北京市阀门总厂股份有限公司
技术研发日：2022.07.12
技术公布日：2022/11/1
