一种滚动辅助的C型金属密封圈组件及密封方法

本发明属于阀门密封，特别涉及一种应用于阀门、优选应用于金属密封球阀的密封圈组件及密封方法。

背景技术：

1、金属密封圈广泛应用于核反应堆的冷却管道、航天器燃料阀门、超高压化学反应釜等的密封界面中，因其具有刚性强、耐温性和抗辐照能力等优点，成为极端工况下密封技术的解决方案。现有金属密封阀门通常采用阀芯与金属密封圈直接接触的密封结构，通过两金属表面紧密贴合实现密封。

2、在实际工程应用中，上述金属密封圈的密封方式存在如下不足：在阀门启闭过程中，阀芯相对于密封圈发生相对滑动，由于金属材料之间摩擦系数较高，在频繁启闭或高载荷工况下，密封面容易产生磨损、划伤甚至局部失效，进而影响密封性能和使用寿命。同时，随着磨损的累积，密封面的微观接触状态发生改变，可能形成泄漏通道，降低密封可靠性。为降低摩擦和磨损，现有技术中也有采用涂层、润滑或优化材料配对等方法进行改进，但上述方法往往存在耐久性不足或适用工况受限的问题。

3、因此，如何在保证金属密封可靠性的前提下，有效降低阀门启闭过程中的摩擦与磨损，实现低摩擦与高密封性能的兼顾，成为本领域亟需解决的技术问题。

技术实现思路

1、本发明的目的在于克服现有技术中的缺陷，并提供一种滚动辅助的c型金属密封圈组件及密封方法。通过在c型金属密封圈内设置滚动元件，将接触摩擦区域与密封区域分离，通过将密封面间的滑动摩擦转换为滚动摩擦，减少密封面的磨损，提高密封性能和使用寿命。

2、本发明所采用的具体技术方案如下：

3、第一方面，本发明提供了一种滚动辅助的c型金属密封圈组件，包括上密封件、下密封件、滚动元件和弹性元件；

4、所述上密封件和下密封件均为环形结构件，两者对接为用于密封阀芯的一个整体；在流体流动方向上，上密封件和下密封件与阀芯之间能分别形成至少一个密封区域；上密封件和下密封件的接触处开设有凹槽，凹槽内背离阀芯的底部安装有弹性元件，凹槽内还设有滚动元件；在阀芯启闭过程中或者阀门开启状态下，滚动元件能在弹性元件的弹力作用下部分外露出凹槽，外露部分与阀芯形成滚动接触，使上密封件和下密封件与阀芯之间分离；在阀门关闭状态下，滚动元件能在介质压力的作用下，克服所述弹性元件的作用力回落至凹槽底部，使上密封件和下密封件与阀芯接触并形成密封。

5、作为优选，所述上密封件和下密封件的剖面为相对设置的c型结构。

6、作为优选，所述滚动元件为滚珠或滚柱。

7、作为优选，所述滚动元件沿密封圈组件周向阵列分布。

8、作为优选，所述弹性元件的一端与凹槽底部固定连接。

9、作为优选，所述上密封件和下密封件均为可拆卸式结构。

10、作为优选，所述凹槽靠近阀芯的外缘侧上，设有用于防止滚动元件完全滚落的限位结构。

11、作为优选，所述弹性元件的弹性力小于阀门关闭状态下使所述滚动元件退出阀芯接触区域所需的作用力。

12、第二方面，本发明提供了一种利用第一方面任一项所述滚动辅助的c型金属密封圈组件的密封方法，具体如下：

13、在阀芯启闭过程中或者阀门开启状态下，滚动元件受到弹性元件的弹力作用，部分外露出凹槽，外露部分与阀芯形成滚动接触，使上密封件和下密封件与阀芯之间分离；

14、在阀门关闭状态下，滚动元件受到介质压力的作用，克服所述弹性元件的作用力向远离阀芯的方向移动并回落至凹槽底部，使上密封件和下密封件与阀芯接触并形成密封。

15、本发明相对于现有技术而言，具有以下有益效果：

16、（1）将滑动摩擦转变为滚动接触，减少干摩擦并降低密封面磨损；

17、（2）分离滚动接触与密封接触，实现低摩擦启闭与高可靠密封的协同；

18、（3）通过非贯通空间及多级密封结构，避免滚动元件形成贯通流体通道；

19、（4） 依靠弹性元件与介质压力作用，实现滚动接触与密封接触的自动转换；

20、（5）减小启闭过程中的摩擦阻力，提高阀门操作灵活性。

1.一种滚动辅助的c型金属密封圈组件，其特征在于，包括上密封件（21）、下密封件（22）、滚动元件（3）和弹性元件（4）；

2.根据权利要求1所述的一种滚动辅助的c型金属密封圈组件，其特征在于，所述上密封件（21）和下密封件（22）的剖面为相对设置的c型结构。

3.根据权利要求1所述的一种滚动辅助的c型金属密封圈组件，其特征在于，所述滚动元件（3）为滚珠或滚柱。

4.根据权利要求1所述的一种滚动辅助的c型金属密封圈组件，其特征在于，所述滚动元件（3）沿密封圈组件（2）周向阵列分布。

5.根据权利要求1所述的一种滚动辅助的c型金属密封圈组件，其特征在于，所述弹性元件（4）的一端与凹槽底部固定连接。

6.根据权利要求1所述的一种滚动辅助的c型金属密封圈组件，其特征在于，所述上密封件（21）和下密封件（22）均为可拆卸式结构。

7.根据权利要求1所述的一种滚动辅助的c型金属密封圈组件，其特征在于，所述凹槽靠近阀芯（1）的外缘侧上，设有用于防止滚动元件（3）完全滚落的限位结构。

8.根据权利要求1所述的一种滚动辅助的c型金属密封圈组件，其特征在于，所述弹性元件（4）的弹性力小于阀门关闭状态下使所述滚动元件（3）退出阀芯（1）接触区域所需的作用力。

9.一种利用权利要求1~8任一项所述滚动辅助的c型金属密封圈组件的密封方法，其特征在于，具体如下：