楔形閘閥閘板密封技術(shù)專利綜述

高曉薇 胡瑩瑩

摘要：本文對楔形閘閥閘板密封技術(shù)的專利申請情況進(jìn)行了檢索與統(tǒng)計(jì)，梳理了該領(lǐng)域的技術(shù)分支、技術(shù)演進(jìn)，并總結(jié)了該領(lǐng)域?qū)＠暾埩康淖兓闆r、申請地域化特點(diǎn)等問題，本文內(nèi)容對大專院校及企業(yè)科研人員在該領(lǐng)域的進(jìn)一步探索具有一定的參考價(jià)值。

關(guān)鍵詞：楔形;閘板;密封;專利技術(shù)

中圖分類號：TH 文獻(xiàn)標(biāo)識碼：A 文章編號：1003-5168（2019）15-0053-03

Abstract： This paper searches and counts the patent application of the wedge gate valve sealing technology， sorts out the technical branches and technological evolution in this field， summarizes the changes in the number of patent applications in this field， analysis regional characteristics of this field， etc. It has certain reference value for the further exploration of researchers in colleges and enterprise of this field.

Key words： Wedge; valve gate; seal; patent technology

1 楔形閘閥密封問題概述

閘閥一般應(yīng)用于全開或全關(guān)操作的工作場合，當(dāng)全開時，通過閘閥的壓力降非常小;當(dāng)全關(guān)時，理論上具有較好的壓力密封性能[1]。然而，隨著閘閥在工業(yè)領(lǐng)域應(yīng)用范圍的不斷擴(kuò)大，閘閥工作環(huán)境逐步呈現(xiàn)高溫化、高壓化、高腐蝕化等特點(diǎn)，這進(jìn)一步對閘閥的密封技術(shù)提出了新的要求[2]。楔形閘閥的密封技術(shù)是一個比較復(fù)雜的問題，不僅與單純的密封原理的發(fā)展息息相關(guān)，而且涉及了材料領(lǐng)域的技術(shù)革新，更要綜合考慮閥門啟閉力矩、工作環(huán)境、結(jié)構(gòu)尺寸等多種因素。其中，從密封主體的角度可以分為對閥座和閘板的改進(jìn)。本文主要探討楔形閘閥閘板密封技術(shù)的專利情況。

2 技術(shù)發(fā)展?fàn)顩r

2.1 專利數(shù)據(jù)來源

本文以中國專利文摘數(shù)據(jù)庫（CNABS）和德溫特世界專利索引數(shù)據(jù)庫（DWPI）的專利數(shù)據(jù)為主進(jìn)行分析，同時，考慮到本文技術(shù)主題的年代性，對于申請日期早于1948年的專利文獻(xiàn)本文特別參考了世界專利文摘數(shù)據(jù)庫（SIPOABS）。檢索對象為公開日或公告日在2018年5月15日前的發(fā)明和實(shí)用新型專利申請。

2.2 技術(shù)分支

通過對檢索結(jié)果進(jìn)行瀏覽、標(biāo)引并結(jié)合相關(guān)非專利文獻(xiàn)，對楔形閘閥閘板密封技術(shù)主要涉及的技術(shù)進(jìn)行分解，參見表1。

2.3 數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)和分析

通過對檢索數(shù)據(jù)進(jìn)行字段提取、機(jī)械去噪、人工標(biāo)引及篩選后得到專利分析數(shù)據(jù)樣本，分析主要技術(shù)分支的演進(jìn)狀況，并對申請量的年度分布、各國占比等內(nèi)容進(jìn)行重點(diǎn)研究。

2.3.1 專利申請量年度分析。在基于優(yōu)先權(quán)日或最早申請日在2018年5月15日前的發(fā)明和實(shí)用新型專利申請進(jìn)行統(tǒng)計(jì)，按照每年申請量進(jìn)行分析，涉及楔形閘閥閘板密封技術(shù)的全球?qū)＠暾埞? 107篇，圖1展示了該領(lǐng)域?qū)＠暾埩康哪甓茸兓?，其中藍(lán)色柱狀圖代表世界專利年申請量的變化情況，紅色曲線代表中國專利年申請量的變化情況。

從圖1的統(tǒng)計(jì)曲線可以看出，楔形閘閥閥板密封技術(shù)起步較早，于1902年即有關(guān)于該技術(shù)領(lǐng)域的專利記載，從全球范圍來看，從1902年起的前40年間，各國關(guān)于該技術(shù)的專利記載數(shù)量有限，而在1950—1960年，這一技術(shù)逐步得到重視，專利申請量穩(wěn)步提高，隨后在2000年步入了專利數(shù)量激增時期，但綜合中國專利年申請量曲線可知，中國專利在2009年以后的全球?qū)＠麛?shù)量中占比很大，所以綜合考慮，世界專利關(guān)于該領(lǐng)域的專利申請量實(shí)際上于1980—2005年迎來了高峰時期。反觀中國專利年申請量，基于歷史原因，中國專利關(guān)于該領(lǐng)域的申請起始時間遠(yuǎn)遠(yuǎn)落后于世界專利，但數(shù)量眾多，尤其在2009年以后，該領(lǐng)域內(nèi)中國專利數(shù)量占全球?qū)＠偭康谋壤龓缀踹_(dá)到85%以上。事實(shí)上，除中國以外的全球?qū)＠暾垟?shù)量在2000年以后逐步呈現(xiàn)下滑趨勢。從全球?qū)＠麛?shù)量的角度可以看出，楔形閘閥閥板密封技術(shù)已經(jīng)具備較為成熟的技術(shù)方案，在全球范圍內(nèi)的研究也近乎進(jìn)入衰落階段。

2.3.2 專利申請地域分布。根據(jù)檢索結(jié)果的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可知，中國的申請量以53.7%的比例占據(jù)明顯優(yōu)勢，其次是美國、日本、德國、俄羅斯，但結(jié)合該領(lǐng)域的詳細(xì)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)可知，申請量的占比只能在一定程度上反映某一國家或地區(qū)的技術(shù)情況，尤其是考慮到人口基數(shù)、國家政策等外界因素，不能單純從專利申請量的角度對全球技術(shù)的發(fā)展進(jìn)行判定。

法國、英國雖然未能躋身專利申請量前五的行列，但其在該領(lǐng)域?qū)＠夹g(shù)的起步階段有著相對較多的申請量，為此，根據(jù)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，將該領(lǐng)域早期的專利數(shù)量進(jìn)行了可視化展示，如圖2所示，雖然中國、日本是該領(lǐng)域?qū)＠暾埓髧?，但鑒于數(shù)據(jù)整理過程中發(fā)現(xiàn)上述兩國在該領(lǐng)域起步較晚，因此不做統(tǒng)計(jì)。根據(jù)圖2的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)可以發(fā)現(xiàn)，在楔形閘閥閥板密封技術(shù)早期專利文獻(xiàn)中，英國、法國關(guān)于該技術(shù)的專利披露較多，隨后德國的專利申請量則出現(xiàn)飛躍式增長，與此同時，美國的專利申請量也以較快的速度增長，并一直持續(xù)至2001年，德國的專利申請量則在20世紀(jì)50年代達(dá)到年申請量的頂峰之后逐步回縮，法國和英國的申請量減少的更為明顯。從上述數(shù)據(jù)可以簡單推斷，楔形閘閥閘板密封技術(shù)作為一項(xiàng)起步較早的技術(shù)，目前在全球范圍內(nèi)的研究熱度明顯降低，法國、英國等國家雖然在專利申請數(shù)量上不及美國、日本等，但由于其早期申請量相對較大，其在該領(lǐng)域的技術(shù)也勢必較為成熟，對該領(lǐng)域的貢獻(xiàn)不可忽視。

2.3.3 專利技術(shù)發(fā)展演進(jìn)。早在19世紀(jì)末20世紀(jì)初就有關(guān)于楔形閘閥的專利記載，楔形閘閥閘板密封技術(shù)在1950年以前主要以磨損預(yù)防為主，隨后在1950—1990年，則分別從材料、補(bǔ)償密封、提高密封面契合度等多個角度發(fā)展，該時期也是本技術(shù)領(lǐng)域的專利爆發(fā)期，進(jìn)入20世紀(jì)90年代后，密封技術(shù)上的實(shí)質(zhì)性改進(jìn)較少，專利文獻(xiàn)主要是針對現(xiàn)有技術(shù)的進(jìn)一步細(xì)小優(yōu)化或技術(shù)組合。

以提升楔形閘閥密封性能為主要發(fā)明點(diǎn)的專利文獻(xiàn)出現(xiàn)于1910年，其首次在專利文獻(xiàn)中記載了采用在密封面處設(shè)置密封圈的技術(shù)方案替代當(dāng)時現(xiàn)有技術(shù)中普遍采用的閘板與閥體直接密封，并且在隨后的30年之內(nèi)，這種以預(yù)防磨損為演進(jìn)思路的技術(shù)又迅速發(fā)展，分別從輔助潤滑（閘板上設(shè)置潤滑油貯存槽）、閘板與閥座在啟閉過程中空間分離等角度預(yù)防閘板與閥體/閥座之間摩擦的發(fā)生，在隨后的很長時間內(nèi)，預(yù)防摩擦的技術(shù)方案一直沒有實(shí)質(zhì)性發(fā)展，直到1985年瑞士申請人解決了閘板楔角增大導(dǎo)致的開啟力矩增大的問題，使閘板楔角的設(shè)計(jì)角度比現(xiàn)有技術(shù)中增大了近一倍，預(yù)防摩擦的效果從閘板楔角角度得以進(jìn)一步提高。從磨損發(fā)生后密封補(bǔ)償角度對密封性能提升的技術(shù)則一直圍繞著不同彈性元件的彈力特性展開，其起步稍晚于磨損預(yù)防技術(shù)，并于整個研究進(jìn)程內(nèi)平穩(wěn)發(fā)展。而關(guān)于提高密封面間契合度的專利則集中出現(xiàn)于20世紀(jì)70年代，在這一時期內(nèi)，先后記載了在雙閘板之間設(shè)置能夠轉(zhuǎn)動補(bǔ)償?shù)你q鏈、球形頂芯等技術(shù)方案，并首次記載了彈性閘板在提高密封性能上的優(yōu)勢。材料方面的發(fā)展則集中出現(xiàn)于1950—1990年，從最初的金屬材料閥座/閘板演進(jìn)到采用聚乙烯等非金屬化合物、陶瓷材料包覆層等，同時，對于金屬材料的研究也同步進(jìn)行，尤其是對于應(yīng)用在核設(shè)備的閥門特別提出了不含鈷元素但仍能保證耐磨抗腐蝕性能的材料。

3 結(jié)語

本文在全球?qū)＠麛?shù)據(jù)庫、中文專利數(shù)據(jù)庫和世界專利文摘數(shù)據(jù)庫中進(jìn)行檢索，基于獲得的樣本，從申請量年度變化、地域分布、重點(diǎn)技術(shù)革新國家、重點(diǎn)技術(shù)分支以及技術(shù)演進(jìn)等方面對楔形閘閥閘板密封技術(shù)的專利申請情況進(jìn)行了分析，選取閘板/閥座材料、預(yù)防磨損方案、補(bǔ)償磨損手段等三個重點(diǎn)分支中的典型技術(shù)方案進(jìn)行了分析，對大專院校及企業(yè)的科研人員具有一定的參考價(jià)值，并有助于提高與該領(lǐng)域相關(guān)的知識產(chǎn)權(quán)工作效能。

參考文獻(xiàn)：

[1] 賈延超，薛振東，盧秀清，朱海龍.淺談幾種常見閥門的密封問題[J].山東化工，2017，46（24）：121-122.

[2] 陳志兵.單閥板楔形閘閥內(nèi)漏缺陷優(yōu)化創(chuàng)新處理[J].江西電力職業(yè)技術(shù)學(xué)院學(xué)報(bào)，2014，27（01）：20-21.