楔形闸阀闸板密封技术专利综述

高晓薇 胡莹莹

摘要：本文对楔形闸阀闸板密封技术的专利申请情况进行了检索与统计，梳理了该领域的技术分支、技术演进，并总结了该领域专利申请量的变化情况、申请地域化特点等问题，本文内容对大专院校及企业科研人员在该领域的进一步探索具有一定的参考價值。

关键词：楔形;闸板;密封;专利技术

中图分类号：TH 文献标识码：A 文章编号：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 楔形闸阀密封问题概述

闸阀一般应用于全开或全关操作的工作场合，当全开时，通过闸阀的压力降非常小;当全关时，理论上具有较好的压力密封性能[1]。然而，随着闸阀在工业领域应用范围的不断扩大，闸阀工作环境逐步呈现高温化、高压化、高腐蚀化等特点，这进一步对闸阀的密封技术提出了新的要求[2]。楔形闸阀的密封技术是一个比较复杂的问题，不仅与单纯的密封原理的发展息息相关，而且涉及了材料领域的技术革新，更要综合考虑阀门启闭力矩、工作环境、结构尺寸等多种因素。其中，从密封主体的角度可以分为对阀座和闸板的改进。本文主要探讨楔形闸阀闸板密封技术的专利情况。

2 技术发展状况

2.1 专利数据来源

本文以中国专利文摘数据库（CNABS）和德温特世界专利索引数据库（DWPI）的专利数据为主进行分析，同时，考虑到本文技术主题的年代性，对于申请日期早于1948年的专利文献本文特别参考了世界专利文摘数据库（SIPOABS）。检索对象为公开日或公告日在2018年5月15日前的发明和实用新型专利申请。

2.2 技术分支

通过对检索结果进行浏览、标引并结合相关非专利文献，对楔形闸阀闸板密封技术主要涉及的技术进行分解，参见表1。

2.3 数据统计和分析

通过对检索数据进行字段提取、机械去噪、人工标引及筛选后得到专利分析数据样本，分析主要技术分支的演进状况，并对申请量的年度分布、各国占比等内容进行重点研究。

2.3.1 专利申请量年度分析。在基于优先权日或最早申请日在2018年5月15日前的发明和实用新型专利申请进行统计，按照每年申请量进行分析，涉及楔形闸阀闸板密封技术的全球专利申请共1 107篇，图1展示了该领域专利申请量的年度变化，其中蓝色柱状图代表世界专利年申请量的变化情况，红色曲线代表中国专利年申请量的变化情况。

从图1的统计曲线可以看出，楔形闸阀阀板密封技术起步较早，于1902年即有关于该技术领域的专利记载，从全球范围来看，从1902年起的前40年间，各国关于该技术的专利记载数量有限，而在1950—1960年，这一技术逐步得到重视，专利申请量稳步提高，随后在2000年步入了专利数量激增时期，但综合中国专利年申请量曲线可知，中国专利在2009年以后的全球专利数量中占比很大，所以综合考虑，世界专利关于该领域的专利申请量实际上于1980—2005年迎来了高峰时期。反观中国专利年申请量，基于历史原因，中国专利关于该领域的申请起始时间远远落后于世界专利，但数量众多，尤其在2009年以后，该领域内中国专利数量占全球专利总量的比例几乎达到85%以上。事实上，除中国以外的全球专利申请数量在2000年以后逐步呈现下滑趋势。从全球专利数量的角度可以看出，楔形闸阀阀板密封技术已经具备较为成熟的技术方案，在全球范围内的研究也近乎进入衰落阶段。

2.3.2 专利申请地域分布。根据检索结果的统计数据可知，中国的申请量以53.7%的比例占据明显优势，其次是美国、日本、德国、俄罗斯，但结合该领域的详细数据统计可知，申请量的占比只能在一定程度上反映某一国家或地区的技术情况，尤其是考虑到人口基数、国家政策等外界因素，不能单纯从专利申请量的角度对全球技术的发展进行判定。

法国、英国虽然未能跻身专利申请量前五的行列，但其在该领域专利技术的起步阶段有着相对较多的申请量，为此，根据统计数据，将该领域早期的专利数量进行了可视化展示，如图2所示，虽然中国、日本是该领域专利申请大国，但鉴于数据整理过程中发现上述两国在该领域起步较晚，因此不做统计。根据图2的统计数据可以发现，在楔形闸阀阀板密封技术早期专利文献中，英国、法国关于该技术的专利披露较多，随后德国的专利申请量则出现飞跃式增长，与此同时，美国的专利申请量也以较快的速度增长，并一直持续至2001年，德国的专利申请量则在20世纪50年代达到年申请量的顶峰之后逐步回缩，法国和英国的申请量减少的更为明显。从上述数据可以简单推断，楔形闸阀闸板密封技术作为一项起步较早的技术，目前在全球范围内的研究热度明显降低，法国、英国等国家虽然在专利申请数量上不及美国、日本等，但由于其早期申请量相对较大，其在该领域的技术也势必较为成熟，对该领域的贡献不可忽视。

2.3.3 专利技术发展演进。早在19世纪末20世纪初就有关于楔形闸阀的专利记载，楔形闸阀闸板密封技术在1950年以前主要以磨损预防为主，随后在1950—1990年，则分别从材料、补偿密封、提高密封面契合度等多个角度发展，该时期也是本技术领域的专利爆发期，进入20世纪90年代后，密封技术上的实质性改进较少，专利文献主要是针对现有技术的进一步细小优化或技术组合。

以提升楔形闸阀密封性能为主要发明点的专利文献出现于1910年，其首次在专利文献中记载了采用在密封面处设置密封圈的技术方案替代当时现有技术中普遍采用的闸板与阀体直接密封，并且在随后的30年之内，这种以预防磨损为演进思路的技术又迅速发展，分别从辅助润滑（闸板上设置润滑油贮存槽）、闸板与阀座在启闭过程中空间分离等角度预防闸板与阀体/阀座之间摩擦的发生，在随后的很长时间内，预防摩擦的技术方案一直没有实质性发展，直到1985年瑞士申请人解决了闸板楔角增大导致的开启力矩增大的问题，使闸板楔角的设计角度比现有技术中增大了近一倍，预防摩擦的效果从闸板楔角角度得以进一步提高。从磨损发生后密封补偿角度对密封性能提升的技术则一直围绕着不同弹性元件的弹力特性展开，其起步稍晚于磨损预防技术，并于整个研究进程内平稳发展。而关于提高密封面间契合度的专利则集中出现于20世纪70年代，在这一时期内，先后记载了在双闸板之间设置能够转动补偿的铰链、球形顶芯等技术方案，并首次记载了弹性闸板在提高密封性能上的优势。材料方面的发展则集中出现于1950—1990年，从最初的金属材料阀座/闸板演进到采用聚乙烯等非金属化合物、陶瓷材料包覆层等，同时，对于金属材料的研究也同步进行，尤其是对于应用在核设备的阀门特别提出了不含钴元素但仍能保证耐磨抗腐蚀性能的材料。

3 结语

本文在全球專利数据库、中文专利数据库和世界专利文摘数据库中进行检索，基于获得的样本，从申请量年度变化、地域分布、重点技术革新国家、重点技术分支以及技术演进等方面对楔形闸阀闸板密封技术的专利申请情况进行了分析，选取闸板/阀座材料、预防磨损方案、补偿磨损手段等三个重点分支中的典型技术方案进行了分析，对大专院校及企业的科研人员具有一定的参考价值，并有助于提高与该领域相关的知识产权工作效能。

参考文献：

[1] 贾延超，薛振东，卢秀清，朱海龙.浅谈几种常见阀门的密封问题[J].山东化工，2017，46（24）：121-122.

[2] 陈志兵.单阀板楔形闸阀内漏缺陷优化创新处理[J].江西电力职业技术学院学报，2014，27（01）：20-21.