楔形閘閥閘板密封技術專利綜述

高曉薇 胡瑩瑩

摘要：本文對楔形閘閥閘板密封技術的專利申請情況進行了檢索與統計，梳理了該領域的技術分支、技術演進，并總結了該領域專利申請量的變化情況、申請地域化特點等問題，本文內容對大專院校及企業科研人員在該領域的進一步探索具有一定的參考價值。

關鍵詞：楔形;閘板;密封;專利技術

中圖分類號：TH 文獻標識碼：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

閘閥一般應用于全開或全關操作的工作場合，當全開時，通過閘閥的壓力降非常小;當全關時，理論上具有較好的壓力密封性能[1]。然而，隨著閘閥在工業領域應用范圍的不斷擴大，閘閥工作環境逐步呈現高溫化、高壓化、高腐蝕化等特點，這進一步對閘閥的密封技術提出了新的要求[2]。楔形閘閥的密封技術是一個比較復雜的問題，不僅與單純的密封原理的發展息息相關，而且涉及了材料領域的技術革新，更要綜合考慮閥門啟閉力矩、工作環境、結構尺寸等多種因素。其中，從密封主體的角度可以分為對閥座和閘板的改進。本文主要探討楔形閘閥閘板密封技術的專利情況。

2 技術發展狀況

2.1 專利數據來源

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

2.2 技術分支

通過對檢索結果進行瀏覽、標引并結合相關非專利文獻，對楔形閘閥閘板密封技術主要涉及的技術進行分解，參見表1。

2.3 數據統計和分析

通過對檢索數據進行字段提取、機械去噪、人工標引及篩選后得到專利分析數據樣本，分析主要技術分支的演進狀況，并對申請量的年度分布、各國占比等內容進行重點研究。

2.3.1 專利申請量年度分析。在基于優先權日或最早申請日在2018年5月15日前的發明和實用新型專利申請進行統計，按照每年申請量進行分析，涉及楔形閘閥閘板密封技術的全球專利申請共1 107篇，圖1展示了該領域專利申請量的年度變化，其中藍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的統計曲線可以看出，楔形閘閥閥板密封技術起步較早，于1902年即有關于該技術領域的專利記載，從全球范圍來看，從1902年起的前40年間，各國關于該技術的專利記載數量有限，而在1950—1960年，這一技術逐步得到重視，專利申請量穩步提高，隨后在2000年步入了專利數量激增時期，但綜合中國專利年申請量曲線可知，中國專利在2009年以后的全球專利數量中占比很大，所以綜合考慮，世界專利關于該領域的專利申請量實際上于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，中國專利關于該領域的申請起始時間遠遠落后于世界專利，但數量眾多，尤其在2009年以后，該領域內中國專利數量占全球專利總量的比例幾乎達到85%以上。事實上，除中國以外的全球專利申請數量在2000年以后逐步呈現下滑趨勢。從全球專利數量的角度可以看出，楔形閘閥閥板密封技術已經具備較為成熟的技術方案，在全球范圍內的研究也近乎進入衰落階段。

2.3.2 專利申請地域分布。根據檢索結果的統計數據可知，中國的申請量以53.7%的比例占據明顯優勢，其次是美國、日本、德國、俄羅斯，但結合該領域的詳細數據統計可知，申請量的占比只能在一定程度上反映某一國家或地區的技術情況，尤其是考慮到人口基數、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的發展進行判定。

法國、英國雖然未能躋身專利申請量前五的行列，但其在該領域專利技術的起步階段有著相對較多的申請量，為此，根據統計數據，將該領域早期的專利數量進行了可視化展示，如圖2所示，雖然中國、日本是該領域專利申請大國，但鑒于數據整理過程中發現上述兩國在該領域起步較晚，因此不做統計。根據圖2的統計數據可以發現，在楔形閘閥閥板密封技術早期專利文獻中，英國、法國關于該技術的專利披露較多，隨后德國的專利申請量則出現飛躍式增長，與此同時，美國的專利申請量也以較快的速度增長，并一直持續至2001年，德國的專利申請量則在20世紀50年代達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。從上述數據可以簡單推斷，楔形閘閥閘板密封技術作為一項起步較早的技術，目前在全球范圍內的研究熱度明顯降低，法國、英國等國家雖然在專利申請數量上不及美國、日本等，但由于其早期申請量相對較大，其在該領域的技術也勢必較為成熟，對該領域的貢獻不可忽視。

2.3.3 專利技術發展演進。早在19世紀末20世紀初就有關于楔形閘閥的專利記載，楔形閘閥閘板密封技術在1950年以前主要以磨損預防為主，隨后在1950—1990年，則分別從材料、補償密封、提高密封面契合度等多個角度發展，該時期也是本技術領域的專利爆發期，進入20世紀90年代后，密封技術上的實質性改進較少，專利文獻主要是針對現有技術的進一步細小優化或技術組合。

以提升楔形閘閥密封性能為主要發明點的專利文獻出現于1910年，其首次在專利文獻中記載了采用在密封面處設置密封圈的技術方案替代當時現有技術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，這種以預防磨損為演進思路的技術又迅速發展，分別從輔助潤滑（閘板上設置潤滑油貯存槽）、閘板與閥座在啟閉過程中空間分離等角度預防閘板與閥體/閥座之間摩擦的發生，在隨后的很長時間內，預防摩擦的技術方案一直沒有實質性發展，直到1985年瑞士申請人解決了閘板楔角增大導致的開啟力矩增大的問題，使閘板楔角的設計角度比現有技術中增大了近一倍，預防摩擦的效果從閘板楔角角度得以進一步提高。從磨損發生后密封補償角度對密封性能提升的技術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防技術，并于整個研究進程內平穩發展。而關于提高密封面間契合度的專利則集中出現于20世紀70年代，在這一時期內，先后記載了在雙閘板之間設置能夠轉動補償的鉸鏈、球形頂芯等技術方案，并首次記載了彈性閘板在提高密封性能上的優勢。材料方面的發展則集中出現于1950—1990年，從最初的金屬材料閥座/閘板演進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行，尤其是對于應用在核設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 結語

本文在全球專利數據庫、中文專利數據庫和世界專利文摘數據庫中進行檢索，基于獲得的樣本，從申請量年度變化、地域分布、重點技術革新國家、重點技術分支以及技術演進等方面對楔形閘閥閘板密封技術的專利申請情況進行了分析，選取閘板/閥座材料、預防磨損方案、補償磨損手段等三個重點分支中的典型技術方案進行了分析，對大專院校及企業的科研人員具有一定的參考價值，并有助于提高與該領域相關的知識產權工作效能。

參考文獻：

[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.單閥板楔形閘閥內漏缺陷優化創新處理[J].江西電力職業技術學院學報，2014，27（01）：20-21.