專利名稱：一種低摩擦耐高壓閥桿密封圈的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本實(shí)用新型涉及一種石油天然氣鉆采過(guò)程中所用閥門(mén)密封裝置，特別是涉及一種具有低摩擦耐高壓性能的閥桿密封圈。
背景技術(shù)：
石油天然氣鉆采生產(chǎn)及輸送中所使用的各種類型的高壓、甚至超高壓的閥門(mén)，需要高壓超高壓閥所組成的節(jié)流壓井管線、防噴管線、放噴管線與其它井控裝備、裝置有效的協(xié)調(diào)配合工作，才能保證石油天然氣鉆采工作安全正常進(jìn)行，避免和控制重大安全事故的發(fā)生和發(fā)展。換言之，這類閥門(mén)是用于高壓甚至超高壓、易燃易爆物質(zhì)、油田鉆采現(xiàn)場(chǎng)井控！所以，理所當(dāng)然的，對(duì)這類閥門(mén)提出了極其嚴(yán)格的各種性能要求。而在這些性能要求中，主要有兩個(gè)一個(gè)是在此類工作狀態(tài)下可靠的密封性能，另一個(gè)就是在各種極端狀態(tài)下可靠的操作控制性能。閥門(mén)密封性能是指閥門(mén)各密封部位阻止介質(zhì)泄漏的能力。閥門(mén)的主要密封部位有啟閉件與閥座間的吻合面、填料與閥桿和填料函的配合、閥體與閥蓋的連接處。第一處的泄漏叫內(nèi)漏，它直接影響閥門(mén)截面介質(zhì)的能力和設(shè)備的正常運(yùn)行。后兩處的泄漏叫外漏， 即介質(zhì)從閥內(nèi)泄漏到閥外，它直接影響安全生產(chǎn)。造成工作介質(zhì)損失和企業(yè)經(jīng)濟(jì)損失、環(huán)境污染，嚴(yán)重時(shí)會(huì)造成生產(chǎn)事故。特別對(duì)于高壓、易燃易爆、有毒或腐蝕性的介質(zhì)，閥門(mén)的外漏根本是不允許的，因此閥門(mén)必須具有可靠的密封性能，滿足其使用工礦對(duì)泄漏量的要求。閥門(mén)在各種極端狀態(tài)下可靠的操作控制性能是指在石油天然氣鉆采過(guò)程中，如果發(fā)生井涌、井噴、火災(zāi)時(shí)，此時(shí)可能還存在井內(nèi)壓力非常高，管路變形，管線劇烈振動(dòng)，場(chǎng)地混亂等等緊急情況，在這種搶險(xiǎn)狀況下，閥門(mén)能夠迅速而有效的開(kāi)啟和關(guān)閉的能力，以保證各種井控?fù)岆U(xiǎn)工作迅速準(zhǔn)確有效地展開(kāi)，否者，將造成難以控制的局面。閥桿是帶動(dòng)啟閉件使閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的重要部件，因?yàn)殚y桿是可動(dòng)件。所以是最易產(chǎn)生外漏的部位，因?yàn)槭菐?dòng)啟閉件使閥門(mén)開(kāi)啟和關(guān)閉的重要部件，所以又是操控性能主要體現(xiàn)者。因此，閥桿密封對(duì)于閥門(mén)來(lái)講是非常重要的。閥桿密封通常是采用填料函填料密封，其填料密封原理為壓蓋對(duì)填料函內(nèi)填料進(jìn)行軸向壓縮，填料的塑形使其產(chǎn)生徑向力，并與軸緊密接觸。同時(shí)，填料中添加的潤(rùn)滑劑被擠出，在接觸面間形成油膜。由于接觸狀態(tài)不均勻，接觸部位出現(xiàn)邊界潤(rùn)滑狀態(tài)，未接觸的凹部形成小油槽，有較厚的油膜。當(dāng)軸與填料有相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，接觸部位與不接觸部位組成一道不規(guī)則的迷宮，起到阻止液流泄漏的作用。常用填料有石棉盤(pán)根(油浸石棉盤(pán)根)，聚四氟乙烯編織盤(pán)根，橡膠夾布或塑料成型填料一般做成三件式。所用塑料以聚四氟乙烯為多，也有采用尼龍的。塑料橡膠復(fù)合填料塑料以聚四氟乙烯為多，也有采用尼龍的，橡膠主要是高彈性耐油橡膠?，F(xiàn)有的閥門(mén)密封中，為了保證填料對(duì)內(nèi)部介質(zhì)的密封，必須保證填料下部填料座圈處填料對(duì)閥桿的徑向壓力大于被密封的介質(zhì)壓力。為達(dá)到此目的，必須通過(guò)填料壓蓋對(duì)填料施加很大的預(yù)緊壓力，對(duì)于填料高度較大及摩擦系數(shù)較大的情況尤其如此，而且，被密封的介質(zhì)壓力(往往是井壓)越大，徑向壓力要求也越大，對(duì)填料施加的預(yù)緊壓力就會(huì)更大！ 這將會(huì)引起很大的摩擦阻力，造成閥桿開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)所需要的開(kāi)啟和關(guān)閉扭矩力非常大， 使得開(kāi)啟和關(guān)閉閥門(mén)非常慢，非常吃力，有時(shí)造成閥桿被抱死，根本就無(wú)法啟閉！嚴(yán)重影響和耽誤井控?fù)岆U(xiǎn)工作的開(kāi)展！并且會(huì)加速填料和閥桿的磨損。如果對(duì)填料施加的預(yù)緊壓力不夠，就不能滿足填料下部填料座圈處填料對(duì)閥桿的徑向壓力大于被密封的介質(zhì)壓力要求，就會(huì)有發(fā)生密封不住，從而產(chǎn)生嚴(yán)重泄漏的危險(xiǎn)。另外，純聚四氟乙烯在壓力超過(guò)40MPA 后具有明顯的冷流性，故純聚四氟乙烯填料不能用于壓力超過(guò)40MPA的閥桿密封；而尼龍?jiān)诟邏合缕錈嶙冃螠囟群艿?，無(wú)法滿足高壓密封材料所需要的強(qiáng)度和硬度要求。

實(shí)用新型內(nèi)容本實(shí)用新型的目的是解決現(xiàn)有技術(shù)的問(wèn)題，提供一種低摩擦耐高壓閥桿密封圈， 該密封圈能夠很好的保證密封性能，而且在閥桿開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)所需要的開(kāi)啟和關(guān)閉扭矩力非常小，使得開(kāi)啟和關(guān)閉閥門(mén)非?？旌洼p松。本實(shí)用新型的目的是通過(guò)下列技術(shù)方案實(shí)現(xiàn)的一種低摩擦耐高壓閥桿密封圈， 其下方為填料座圈，上方為填料壓蓋，整體為環(huán)狀設(shè)置在閥桿和閥蓋之間起密封作用，包括密封圈和預(yù)緊彈簧，其中密封圈一面向內(nèi)凹陷形成一個(gè)環(huán)狀凹槽，預(yù)緊彈簧卡在環(huán)狀凹槽內(nèi)并向環(huán)狀凹槽兩側(cè)壁施加彈力促使環(huán)狀凹槽兩側(cè)壁向閥桿和閥蓋施加壓力。在上述方案中，所述密封圈與閥桿和閥蓋接觸的部位為鋸齒狀結(jié)構(gòu)。在上述方案中，所述密封圈和填料壓蓋之間留有一定的浮動(dòng)間隙。從本實(shí)用新型的結(jié)構(gòu)特征可以看出，本實(shí)用新型的優(yōu)點(diǎn)在于本實(shí)用新型采用預(yù)緊彈簧與密封圈結(jié)合，不管被密封的閥內(nèi)介質(zhì)壓力有多大，被密封介質(zhì)可能產(chǎn)生泄漏、欲穿越閥桿與密封圈的接觸部位的壓應(yīng)力，比被密封介質(zhì)壓力始終要高出一個(gè)初始?jí)簯?yīng)力，換句話說(shuō)泄漏是不可能產(chǎn)生的，密封是有效的。而且，密封圈具有足夠的強(qiáng)度和硬度，保證了密封部位的穩(wěn)定性，利用鋸齒狀結(jié)構(gòu)，始終保持較少的密封接觸部位，使得開(kāi)啟和關(guān)閉閥門(mén)都非常快且輕松。

本實(shí)用新型將通過(guò)實(shí)施例并參照附圖的方式說(shuō)明，其中圖1是本實(shí)用新型安裝結(jié)構(gòu)示意圖；圖2是本實(shí)用新型密封圈結(jié)構(gòu)示意圖；圖3是本實(shí)用新型預(yù)緊彈簧結(jié)構(gòu)示意圖；圖4是密封圈和預(yù)緊彈簧連接示意圖；其中附圖標(biāo)記1是閥桿 2是閥蓋 3是填料座圈4是填料壓蓋 5是密封圈 6是預(yù)緊彈簧7是環(huán)狀凹槽 8是鋸齒狀結(jié)構(gòu) 9是浮動(dòng)間隙。
具體實(shí)施方式
以下結(jié)合附圖對(duì)本實(shí)用新型做進(jìn)一步的說(shuō)明。如圖1-圖4所示，本實(shí)用新型安裝到位后，不需要用填料壓蓋壓緊施加預(yù)緊壓力，相反可以給予密封圈在填料函內(nèi)留一定的浮動(dòng)間隙，以有效的保持并發(fā)揮密封圈優(yōu)異的彈性和韌性。由于預(yù)緊彈簧力的作用，在密封圈與閥桿接觸部位產(chǎn)生了一個(gè)初始的徑向壓力分布應(yīng)力，由于本實(shí)用新型特殊的鋸齒狀結(jié)構(gòu)密封部位的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，使得密封圈與閥桿產(chǎn)生有效接觸應(yīng)力起密封作用的部位很窄，即有利于形成有效的密封應(yīng)力分布，又有利于極大的減少摩擦力。當(dāng)閥內(nèi)無(wú)壓力存在時(shí)，這種初始的徑向壓力分布應(yīng)力即可對(duì)閥內(nèi)介質(zhì)起到有效的密封作用，而當(dāng)閥內(nèi)存在壓力時(shí)，由于初始?jí)簯?yīng)力的存在，使得壓力作用于預(yù)緊彈簧上，而預(yù)緊彈簧又將該壓力作用于密封圈，最終作用于與密封圈相接觸的部位，兩種壓力疊加，也就是說(shuō)，不管被密封的閥內(nèi)介質(zhì)壓力有多大，被密封介質(zhì)可能產(chǎn)生泄漏、欲穿越閥桿與密封圈的接觸部位的壓應(yīng)力，比被密封介質(zhì)壓力始終要高出一個(gè)初始?jí)簯?yīng)力，換句話說(shuō)泄漏是不可能產(chǎn)生的，密封是有效的。而同時(shí)，密封圈采用特種塑料合金制成，具有材料密實(shí)；對(duì)各種介質(zhì)有很強(qiáng)的抗耐性；使用溫度范圍很寬；在高溫高壓下即具有足夠的強(qiáng)度和硬度，又具有與密封面適度貼合的柔韌性和彈性；摩擦系數(shù)小，耐磨性好；耐臭氧性和耐老化性好，使用壽命長(zhǎng)，由于密封材料所賦予密封圈的足夠的強(qiáng)度和硬度，保證了密封接觸部位的穩(wěn)定性，即始終保持極少的密封接觸部位，加上材料本身的極小的摩擦系數(shù)，使得閥桿開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)所需要的開(kāi)啟和關(guān)閉扭矩力非常小，使得開(kāi)啟和關(guān)閉閥門(mén)非?？?，非常輕松。本說(shuō)明書(shū)中公開(kāi)的所有特征，除了互相排斥的特征以外，均可以以任何方式組合。本說(shuō)明書(shū)(包括任何附加權(quán)利要求、摘要和附圖)中公開(kāi)的任一特征，除非特別敘述，均可被其他等效或具有類似目的的替代特征加以替換。即，除非特別敘述，每個(gè)特征只是一系列等效或類似特征中的一個(gè)例子而已。以上所述僅為本實(shí)用新型的較佳實(shí)施例而已，并不用以限制本實(shí)用新型，凡在本實(shí)用新型的精神和原則之內(nèi)所作的任何修改、等同替換和改進(jìn)等，均應(yīng)包含在本實(shí)用新型的保護(hù)范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求1.一種低摩擦耐高壓閥桿密封圈，整體為環(huán)狀設(shè)置在閥桿(1)和閥蓋(2)之間起密封作用，其下方為填料座圈(3)，上方為填料壓蓋(4)，其特征在于包括密封圈(5)和預(yù)緊彈簧 (6)，其中密封圈(5)—面向內(nèi)凹陷形成一個(gè)環(huán)狀凹槽(7)，預(yù)緊彈簧(6)卡在環(huán)狀凹槽(7) 內(nèi)并向環(huán)狀凹槽(7)兩側(cè)壁施加彈力促使環(huán)狀凹槽(7)兩側(cè)壁向閥桿(1)和閥蓋(2)施加壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低摩擦耐高壓閥桿密封圈，其特征在于所述密封圈(5) 與閥桿(1)和閥蓋(2)接觸的部位為鋸齒狀結(jié)構(gòu)(8)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種低摩擦耐高壓閥桿密封圈，其特征在于所述密封圈(5) 和填料壓蓋(4 )之間留有一定的浮動(dòng)間隙(9 )。
專利摘要本實(shí)用新型為一種低摩擦耐高壓閥桿密封圈，涉及一種石油天然氣鉆采過(guò)程中所用閥門(mén)密封裝置。技術(shù)方案一種低摩擦耐高壓閥桿密封圈，其下方為填料座圈，上方為填料壓蓋，整體為環(huán)狀設(shè)置在閥桿和閥蓋之間起密封作用，包括密封圈和預(yù)緊彈簧，其中密封圈一面向內(nèi)凹陷形成一個(gè)環(huán)狀凹槽，預(yù)緊彈簧卡在環(huán)狀凹槽內(nèi)并向環(huán)狀凹槽兩側(cè)壁施加彈力促使環(huán)狀凹槽兩側(cè)壁向閥桿和閥蓋施加壓力；所述密封圈與閥桿和閥蓋接觸的部位為鋸齒狀結(jié)構(gòu)；所述密封圈和填料壓蓋之間留有一定的浮動(dòng)間隙。該密封圈能夠很好的保證密封性能，而且在閥桿開(kāi)啟和關(guān)閉時(shí)所需要的開(kāi)啟和關(guān)閉扭矩力非常小，使得開(kāi)啟和關(guān)閉閥門(mén)非?？旌洼p松。
文檔編號(hào)F16K41/02GK202327345SQ20112043610
公開(kāi)日2012年7月11日 申請(qǐng)日期2011年11月7日 優(yōu)先權(quán)日2011年11月7日
發(fā)明者周永國(guó), 徐大萍, 袁軍, 賀松濤, 趙長(zhǎng)金 申請(qǐng)人:四川新為橡塑有限公司