蝶形閥的製作方法
2023-10-08 16:44:24 2
蝶形閥的製作方法
【專利摘要】根據本發明提供了一種蝶形閥（100）。該蝶形閥（100）包括閥體（103），該閥體（103）包括穿過閥體（103）的閥孔（109）和軸孔（112），蝶形閥（100）還包括位於軸孔（112）中並且延伸通過閥孔（109）的閥軸（121），配合在閥軸（121）的端部上的熱導體環（156），以及安裝到熱導體環（156）並且位於軸孔（112）中的至少一個壓縮環（152）。至少一個壓縮環（152）部分地配合在熱導體環（156）中的對應的至少一個環凹槽（153）中並且部分地延伸出該至少一個環凹槽（153），並且至少一個壓縮環（152）將熱導體環（156）基本密封到致動器側軸孔（112A）。
【專利說明】蝶形閥
[0001]本申請是於2011年9月18日提交的已進入中國國家階段的PCT專利申請(中國國家申請號為201180045196.0,國際申請號為PCT/EP2011/066161，發明名稱為「碟形閥」)的分案申請。
【技術領域】
[0002]本發明涉及閥領域，更具體地涉及一種兩部分閥。
【背景技術】
[0003]閥用於各種應用，包括工業環境、車輛、建築和結構等等。閥用於調節流體的流動，流體包括液體、氣體及其混合物。該流在一些環境中可以包括顆粒。
[0004]蝶形閥包括在軸上旋轉的大致圓形的閥瓣，其中，該旋轉可以使閥瓣移動，以延伸通過閥孔，關閉閥，或者使閥旋轉以水平地延伸，與孔對準，使閥對流體流打開。在一些實施例中，閥瓣可以完全與流對準，其中，閥瓣對流呈現最小的阻礙，閥孔基本不被阻擋。可以通過任何適當的裝置使閥軸和閥瓣旋轉，包括機械連杆、電磁設備等等。
[0005]蝶形閥具有很多優點。蝶形閥的設計和使用都很簡單。蝶形閥可以提供快速響應時間。當完全打開時，蝶形閥可以提供最小的流限制或阻礙。因為這些原因，蝶形閥在調節管道中的流方面很受歡迎。
[0006]蝶形閥具有最小的移動部分。但更重要的是，蝶形閥不需要為了正常工作而具有小的間隙或公差。
[0007]蝶形閥的一個重要的優點在於，它們很好地適用於熱流體，諸如熱氣體。蝶形閥廣泛用於發動機排放系統中，因為閥瓣被製造成即使在高溫的情況下也能夠可靠地關閉。此夕卜，閥瓣與閥座的接觸是簡單的，不需要高公差。由於加熱導致的尺寸變化可能不會使蝶形閥不能工作或無效。即使蝶形閥受到熱膨脹和收縮，閥仍將工作。
[0008]然而，現有技術的蝶形閥具有缺點。用於高溫流體，諸如熱排氣，可能導致損壞。熱的加壓氣體能夠使得潤滑劑變幹，並且損壞軸承。熱的加壓氣體能夠使得密封材料(諸如橡膠或塑料)劣化。熱膨脹能夠增加摩擦和粘結，或者由於熱膨脹或收縮造成洩漏。
【發明內容】
[0009]在本發明的一些方面，蝶形閥包括:
閥體，包括穿過所述閥體的閥孔以及軸孔；
閥軸，所述閥軸位於所述軸孔內並且延伸通過所述閥孔；
位於所述軸孔內的至少一個壓縮環，所述至少一個壓縮環將所述閥軸基本上密封到所述致動器側的軸孔。
[0010]優選地，至少一個壓縮環包括至少部分彈性的環。
[0011 ] 優選地，至少一個壓縮環包括金屬環。
[0012]優選地，蝶形閥還包括配合在所述閥軸的端部的熱導體環，其中，所述至少一個壓縮環部分地配合在所述熱導體環中的對應的至少一個環凹槽中並且部分地延伸出該至少一個環凹槽，並且所述至少一個壓縮環將所述熱導體環基本密封到所述致動器側軸孔。
[0013]優選地，蝶形閥還包括配合在所述閥軸的端部的熱導體環，其中，所述至少一個壓縮環部分地配合在所述熱導體環中的對應的至少一個環凹槽中並且部分地延伸出該至少一個環凹槽，並且所述至少一個壓縮環將所述熱導體環基本密封到所述致動器側軸孔，所述至少一個壓縮環可移除地安裝到熱導體環。
[0014]優選地，蝶形閥還包括配合在所述閥軸的端部的熱導體環，其中，所述至少一個壓縮環部分地配合在所述熱導體環中的對應的至少一個環凹槽中並且部分地延伸出該至少一個環凹槽，並且所述至少一個壓縮環將所述熱導體環基本密封到所述致動器側軸孔，所述至少一個壓縮環包括與所述至少一個環凹槽的最小公差。
[0015]優選地，蝶形閥還包括構造成聯接到閥體的閥致動器，閥致動器包括致動器軸，該致動器軸構造成聯接到閥軸，以及位於閥致動器的致動器軸上並且緊靠閥致動器的唇形密封，該唇形密封構造成防止來自閥孔的流體在致動器軸周圍進入閥致動器。
[0016]優選地，蝶形閥還包括洩漏返回管道，該洩漏返回管道從閥內側配合部分延伸通過所述閥體到達內閥孔表面，其中，所述洩漏返回管道構造成使在所述閥內側配合部分處的任何洩漏流體返回至下遊的閥孔部分。
[0017]優選地，閥軸包括中空部分，該中空部分容納從閥致動器延伸的至少一部分致動器軸，其中，閥軸的中空部分降低從閥軸至致動器軸的熱傳遞。
[0018]在本發明的一些方面，蝶形閥包括:
閥體，包括穿過所述閥體的閥孔以及軸孔；
閥軸，該閥軸位於所述軸孔內並且延伸通過所述閥孔，所述軸孔包括致動器側軸孔和非致動器側軸孔，所述致動器側軸孔從內閥孔表面延伸到所述閥體的閥內側配合部分；洩漏返回管道，該洩漏返回管道從所述閥內側配合部分延伸通過所述閥體到達內閥孔表面，其中，所述洩漏返回管道構造成使在所述閥內側配合部分處的任何洩漏流體返回至下遊的閥孔部分。
[0019]優選地，洩漏返回管道基本上平行於致動器側軸孔。
[0020]優選地，洩漏返回管道不平行於致動器側軸孔。
[0021]優選地，洩漏返回管道在閥內側配合部分處與致動器側軸孔隔開預先確定的第一距離Dp
[0022]優選地，洩漏返回管道在內閥孔表面處與致動器側軸孔隔開預先確定的第二距離D2。
[0023]優選地，蝶形閥還包括位於所述軸孔內的至少一個壓縮環，所述至少一個壓縮環將所述閥軸基本上密封到所述致動器側的軸孔。
[0024]優選地，蝶形閥還包括配合在所述閥軸的端部的熱導體環，其中，所述至少一個壓縮環部分地配合在所述熱導體環中的對應的至少一個環凹槽中並且部分地延伸出該至少一個環凹槽，並且所述至少一個壓縮環將所述熱導體環基本密封到所述致動器側軸孔。
[0025]優選地，蝶形閥還包括構造成聯接到閥體的閥致動器，閥致動器包括致動器軸，該致動器軸構造成聯接到閥軸，以及位於閥致動器的致動器軸上並且緊靠閥致動器的唇形密封，該唇形密封構造成防止來自閥孔的流體在致動器軸周圍進入閥致動器。
[0026]優選地，閥軸包括中空部分，該中空部分容納從閥致動器延伸的至少一部分致動器軸，其中，閥軸的中空部分降低從閥軸至致動器軸的熱傳遞。
[0027]在本發明的一些方面，蝶形閥包括:
閥體，包括穿過所述閥體的閥孔以及軸孔；
閥軸，所述閥軸位於所述軸孔內並且延伸通過所述閥孔；
閥致動器，該閥致動器構造成聯接到所述閥體，所述閥致動器包括致動器軸，該致動器軸構造成聯接到所述閥軸；以及
唇形密封，該唇形密封位於所述閥致動器的致動器軸之上並且緊靠所述閥致動器，所述唇形密封構造成防止來自所述閥孔的流體在所述致動器軸周圍進入所述閥致動器。
[0028]優選地，唇形密封由至少部分柔性的材料形成。
[0029]優選地，唇形密封由至少部分彈性的材料形成。
[0030]優選地，唇形密封由至少部分可壓縮的材料形成。
[0031]優選地，唇形密封包括徑向向內延伸的第一環形密封部分、徑向向內延伸並且基本上平行於第一環形密封部分的第二環形密封部分、以及在第二環形密封部分和第一環形密封部分之間延伸並且將第二環形密封部分連接到第一環形密封部分的板部分。
[0032]優選地，閥軸包括容納至少一部分致動器軸的中空部分。
[0033]優選地，閥軸包括容納至少一部分致動器軸的中空花鍵部分。
[0034]優選地，閥軸包括中空花鍵部分，該中空花鍵部分容納至少一部分致動器軸，其中，中空花鍵部分允許閥軸的熱膨脹和收縮，而不會影響致動器軸和閥軸之間的聯接。
[0035]優選地，閥軸包括中空部分，該中空部分容納至少一部分致動器軸，其中，中空部分降低從閥軸至致動器軸的熱傳遞。
[0036]優選地，蝶形閥還包括位於所述軸孔內的至少一個壓縮環，所述至少一個壓縮環將所述閥軸基本上密封到所述致動器側的軸孔。
[0037]優選地，蝶形閥還包括配合在所述閥軸的端部的熱導體環，其中，所述至少一個壓縮環部分地配合在所述熱導體環中的對應的至少一個環凹槽中並且部分地延伸出該至少一個環凹槽，並且所述至少一個壓縮環將所述熱導體環基本密封到所述致動器側軸孔。
[0038]優選地，蝶形閥還包括洩漏返回管道，該洩漏返回管道從閥內側配合部分延伸通過所述閥體到達內閥孔表面，其中，所述洩漏返回管道構造成使在所述閥內側配合部分處的任何洩漏流體返回至下遊的閥孔部分。
【專利附圖】
【附圖說明】
[0039]在所有附圖中，相同的參考標號代表相同的元件。應該理解，附圖不一定按照比例。
[0040]圖1示出了根據本發明的兩部分的蝶形閥。
[0041]圖2示出了根據本發明的蝶形閥的細節。
[0042]圖3示出了根據本發明的蝶形閥的分解圖。
[0043]圖4-5是顯示根據本發明的閥組件和致動器之間的接合處的細節的截面圖。
[0044]圖6是閥軸的致動器端部的橫截面，顯示了熱導體環和壓縮環的細節。
[0045]圖7顯示了根據本發明的壓縮環。
[0046]圖8顯示了根據本發明的壓縮環。
[0047]圖9示出了根據本發明的洩漏返回管道的細節。
[0048]圖10示出了根據本發明的唇形密封的細節。
[0049]圖11是通過蝶形閥的閥組件的截面圖。
[0050]圖12是處於關閉位置的閥瓣的截面圖。
[0051]圖13示出了根據本發明的高溫蝶形閥。
[0052]圖14示出了閥組件和閥致動器的配合區域。
[0053]圖15示出了閥組件和閥致動器的配合區域。
[0054]圖16示出了閥組件和閥致動器的配合區域的細節。
【具體實施方式】
[0055]圖1-16以及以下的說明書為本領域技術人員描述了實現和利用本發明的最佳方式的具體示例。為了教導本發明的原理的目的，簡化或省略了一些常規的方面。本領域技術人員將意識到落在本發明的範圍內的這些示例的變型。本領域技術人員將意識到以下所述的特徵可以各種方式組合來形成本發明的多種變型。結果，本發明不限於以下所述的具體示例，而僅由權利要求及其等價物限定。
[0056]圖1示出了根據本發明的蝶形閥100。蝶形閥100包括閥組件110和聯接到閥組件I1的致動器123。閥組件110包括閥體103、延伸通過閥體103的閥孔109、以及閥瓣107，該閥瓣107構造成在閥孔109內在閥軸121上旋轉。閥體103可以包括法蘭104和104』和/或其它附接特徵，使得蝶形閥100能夠組裝到其它構件或設備。蝶形閥可以用於調節溫度改變的流體，諸如流體可以造成蝶形閥的熱膨脹和熱收縮。
[0057]致動器123包括能夠使閥軸121旋轉並且因此使得閥瓣107旋轉的設備。致動器123包括致動器軸126或聯接到閥軸121的其它旋轉部件。致動器軸126可以包括花鍵軸、鍵軸、帶形狀的軸、或者傳遞旋轉運動的任何軸構造(見圖4)。致動器123可以包括任何方式的旋轉致動器，包括機械的、電/磁的、氣動的、液動的、或其它的致動器設備。致動器123可以任何合適方式固定到閥組件110。例如，致動器123通過夾具130可移除地固定到閥組件110 (見圖2和以下的相應討論)。
[0058]在一些實施例中，致動器123可以包括流體冷卻系統225 (見圖13和相應討論)。流體冷卻系統225可以包括用於從致動器123吸取熱量的冷卻液體或冷卻氣體。流體冷卻系統225可以使熱量傳遞離開致動器123。流體冷卻系統225可以是靜態的或者可以包括冷卻液體或冷卻氣體的循環。
[0059]當閥組件110用於調節熱液體或者熱氣體時，大部分熱傳遞將發生在兩個構件之間的接合處。這樣的熱傳遞通常是不期望的。結果，蝶形閥100包括最小化熱傳遞和/或使傳遞的熱量傳導通過某些構件的特徵。結果，最小化並控制了致動器123的熱傳遞，改善了致動器123的工作壽命。
[0060]大量的熱傳遞進入致動器123可能造成問題。熱傳遞可能使軸承變幹或損壞軸承。熱傳遞可以增加電阻並且增加功率消耗。熱傳遞可能影響致動速度和/或致動響應時間。熱傳遞可能造成構件改變尺寸和/或由於熱膨脹和熱收縮而改變公差。
[0061]圖2示出了根據本發明的蝶形閥100的細節。該圖示出了閥法蘭105和相應的軸孔112、致動器法蘭124、以及接收和捕獲在兩個主要構件之間的墊片(或墊圈)150。
[0062]墊片150可以在兩個構件之間密封。為此，墊片150可以至少部分是彈性的和/或部分是可壓縮的。墊片150的厚度可以是這樣的:在閥法蘭105和致動器法蘭124接觸之前，這兩個法蘭必須至少部分地壓縮墊片150。或者，接頭可以是通風的，或者可以不需要是流體密封的。應該懂得，替代性地，墊片150可以被熱絕緣體襯墊157和/或熱導體環156所代替(例如見圖3以及相應的討論)。
[0063]墊片150可以包括摩擦元件，該摩擦元件至少部分地防止兩個閥構件夾在兩個法蘭之間時的旋轉。例如，摩擦特性可以由墊片150的彈性/可壓縮屬性來提供。
[0064]附圖示出了夾具130的實施例的細節。在該實施例中，夾具130包括第一和第二夾具部分133和134。在另一實施例中，夾具130可以包括具有一個切口的一體件，其中，僅需要單個擰緊設備136。結合機構132在一個點將兩個夾具部分結合在一起，擰緊設備136結合其它端部。結合機構132可以包括機械裝置，包括可分離的機構，諸如所示的扣和圈。但是，也可以採用其它機構。例如，夾具130可以構造為帶有兩個擰緊設備136。
[0065]擰緊設備136可以被調節以限制夾具130，如上所述。因此，擰緊設備136可以使第一和第二夾具部分133和134的端部聚在一起。在所示的實施例中，擰緊設備136包括帶螺紋的緊固件。帶螺紋的緊固件可以包括螺母和螺栓，但可以包括其它構造，諸如接合夾具部分端部中的孔口(或帶螺紋的孔口)的帶螺紋的螺杆。
[0066]夾具130的內部形狀用於使兩個法蘭聚在一起。因此，內部形狀可以基本上是矩形，帶有垂直的側壁。或者，側壁可以是有角度的、彎曲的、或其它期望的形狀。
[0067]附圖還示出了從閥法蘭105延伸的對準特徵162。對準特徵162可以是任何形狀或尺寸。在一些實施例中，對準特徵162包括銷。對準特徵162接合致動法蘭124中基本上對應的孔口、凹口、凹部等等(未示出)。因此，在組裝期間，對準特徵162可以使得閥致動器123與閥體103對準。有利的是，在一些實施例中，對準特徵162可以輔助將致動器軸126與閥機構103的閥瓣107對準。此外，對準特徵162可以防止閥致動器123相對於閥體103旋轉。
[0068]圖3是根據本發明的蝶形閥100的分解圖。如上所述，致動器123包括致動器軸126和對準特徵162。閥組件110包括閥體103、通過閥體103的閥孔109、以及軸孔112，該軸孔112延伸通過閥體103並且基本上橫向於閥孔109。軸孔112被閥孔109所中斷，並且包括軸孔部分112A和112B。閥軸121位於軸孔112A和112B內，並且可以在閥體103內旋轉。
[0069]閥軸121包括接收一個或多個相應的閥瓣緊固件108的一個或多個閥瓣緊固件孔118。閥瓣107通過一個或多個閥瓣緊固件108而固定到閥軸121。一個或多個閥瓣緊固件108可以包括任何適當的緊固件。一個或多個閥瓣緊固件108可以永久地或可移除地將閥瓣107固定到閥軸121上。
[0070]閥軸121的非致動器端接收軸承或軸襯142和端部密封145。軸承142配合在閥軸121上，並且允許閥軸121在軸孔部分112B中旋轉。端部密封145可以包括塞，該塞壓配合或者以其它方式可移除地或永久地固定在軸孔112B的端部中，從而基本上密封軸孔112B的端部。因為安裝了端部密封145，閥軸121或者是閥組件110中的氣體或液體都不能夠從閥孔部分112B脫出。
[0071]閥軸121的致動器端接收軸承140、至少一個壓縮環152、熱導體環156、熱絕緣體襯墊157、和唇形密封159。軸承140配合在閥軸121上，並且被接收在軸孔112A中，類似於軸承142。閥軸121可以在軸承140中旋轉。當組裝到閥軸121和閥體103時，軸承140將基本上緊靠熱導體環156。軸承140和142可以吸收由閥瓣107和閥軸121所施加的任何軸向負荷。
[0072]致動器軸126可以是花鍵的(見圖14)、鍵的、或其它形狀，使得閥軸121的中空端部配合在致動器軸126上，並且在它們之間傳遞旋轉運動。致動器軸126可以通過夾具130而相對於閥軸121保持就位。或者，致動器軸126可以包括卡合環或其它的保持器設備。
[0073]卡合環151配合在突出的致動器軸126上的凹槽或通道中。卡合環151還配合在形成於閥軸121的中空部分129A內的卡合環凹槽128中(見圖6和相應的文字)。結果，在一些實施例中，致動器軸126和閥軸121被保持在一起。結果，閥軸121上的軸向負荷被傳遞到致動器123中。這種軸向負荷可以來自於流體壓力和/或流體流，包括來自於作用在閥瓣107上的力。在一些實施例中，因為軸襯140和142不需要吸收或控制軸向的軸負荷，軸襯140和142將提供較少的旋轉阻力。
[0074]熱絕緣體襯墊157定位在閥組件110和致動器123之間。熱絕緣體襯墊157在閥組件110和致動器123之間密封。當夾具130被施加到閥體法蘭105和致動器法蘭124時，熱絕緣體襯墊157被保持就位。此外，熱絕緣體襯墊157可以由具有低傳熱性質的材料形成。結果，熱絕緣體襯墊157降低或防止閥體103和致動器殼體127之間的熱傳遞。另外，熱絕緣體襯墊157防止流體在致動器123和閥組件110的接合處脫出。
[0075]壓縮環152配合在熱導體環156上(例如見圖6)。壓縮環152可以配合到形成在熱導體環156中的相應的環凹槽153中。壓縮環152可以可移除地安裝到熱導體環156。壓縮環152可以形成或加工成與環凹槽153具有相對緊的公差。此外，壓縮環152可以至少部分是柔性和可壓縮的，其中，壓縮環152必須有些壓縮，使得壓縮環152和熱導體環156插入致動器側的軸孔112A中。結果，壓縮環152將熱導體環156基本上密封到致動器側的軸孔112A的內表面上。因此，熱導體環156可以在閥組件110和致動器123之間傳導熱量，但閥組件110內的流體不能夠洩漏到致動器123或者不能夠在閥組件110和致動器123的接合處脫出。
[0076]在一些實施例中，壓縮環152包括金屬環。或者，壓縮環152可以由高溫塑料或者不在高溫下劣化並且能夠至少有些壓縮的任何材料形成。
[0077]熱導體環156定位在閥組件110和致動器123之間。在一些實施例中，熱導體環156的構造和尺寸使其緊配合在閥軸121的端部上，使得沒有流體能夠在閥軸121和熱導體環156之間流過。熱導體環156可以由具有較高熱傳遞性質的材料形成，使得閥軸121的端部中的熱量可以被傳導至致動器殼體127。這可以從致動器軸126吸出一些熱量。
[0078]圖4-5是顯示根據本發明的閥組件110和致動器123之間的接合處的細節的截面圖。閥軸121的端部包括中空部分129A。中空部分129A對應於致動器軸126並且配合到致動器軸126上。在一些實施例中，中空部分129A包括中空的花鍵部分129A。中空的花鍵部分129A配合在致動器軸126的對應花鍵部分，其中，花鍵將致動器軸123的旋轉傳遞至閥軸121。中空的部分129A還呈現低得多的熱傳遞容量，其中，由於中空部分129A，更少的熱量能夠由閥軸121傳導至致動器123。
[0079]唇形密封159構造成配合在致動器軸126上，並且基本上將致動器軸126密封到致動器殼體127的內表面上。唇形密封159的一個唇(例如，內唇)將密封地接觸致動器軸126，而另一個唇(例如，外唇)將密封地接觸致動器殼體127的內表面(見圖10和以下的相應討論)。唇形密封159構造成圍繞致動器軸126密封，並且防止來自閥孔109的流體到達致動器123的內部。唇形密封159在致動器殼體127內被保持就位。
[0080]唇形密封159優選由彈性材料形成，諸如橡膠或橡膠混合物，並且可能因過度的熱量而劣化。為此原因，期望最小化通過致動器殼體127 (諸如致動器殼體127的臨近閥組件110的部分)吸收的熱量的量。
[0081]圖6是閥軸121的致動器端部的橫截面，顯示了熱導體環156和壓縮環152的細節。應該懂得，包括軸承140，以便將閥軸121保持就位，並且允許閥軸121自由地旋轉。此夕卜，或者替代性地，閥軸121可以包括接收卡合環151的卡合環凹槽128。卡合環151可以位於卡合環凹槽128中，並且可以接合相應的凹槽或者致動器軸126中的其它特徵。
[0082]然而，軸承140可以不在閥軸121和軸孔112A之間密封。閥軸經常是洩漏路徑。當閥關閉或近似關閉，在閥的上遊側109U具有高壓，在下遊側109D具有低壓。所得到的大的壓力差造成上遊加壓流體流入閥軸121周圍的區域，以便避開閥瓣107。當閥瓣107不在閥軸121的一側或另一側上時尤其如此，使得閥軸121與閥孔109的上遊側和下遊側都流體連通。
[0083]至少一個壓縮環152安裝到熱導體環156並且位於致動器側的軸孔112A內。在一些實施例中，壓縮環152部分地配合到熱導體環156的相應的環凹槽153並且部分地延伸出該凹槽153。壓縮環152將熱導體環156基本上密封到致動器側的軸孔112A。
[0084]壓縮環152被設計成處於至少一些壓縮之下，並且因此基本上接觸軸孔112A的內表面，並且向外壓靠軸孔112A的內表面。此外，可以設計公差，使得壓縮環152基本上接觸環凹槽153的側面，其中，加壓流體不能夠在壓縮環152之下通過。如圖所示，在壓縮環152之下可以具有間隙空間。結果，很少或者沒有加壓流體將能夠在閥軸121和熱導體環156周圍通過。
[0085]圖7顯示了根據本發明的壓縮環152。壓縮環152能夠包括基本上環形形狀和預先確定的厚度T。壓縮環152包括在基本上平面的環形主體中的孔口 138。然而，應該懂得，壓縮環152可以具有各種橫截面形狀，並且不限於附圖中所示的基本上矩形的橫截面形狀。
[0086]在該實施例中，壓縮環152包括縫隙139。縫隙139的尺寸可以允許預先確定的壓縮量。
[0087]壓縮環152可以由任何適當材料形成。壓縮環152至少部分是彈性的，因此至少部分是可壓縮的。在一些實施例中，壓縮環152的成分可以至少部分是金屬。在一些實施例中，壓縮環152的成分可以至少部分是塑料。然而，應該懂得，壓縮環152可以使用任何適當材料。
[0088]圖8顯示了根據本發明的壓縮環152。在該實施例中，壓縮環152包括基本上平面的環形主體，其中帶有孔口 138。然而，在該實施例中，主體被分為兩個部分，第一拼合部分152A和第二拼合部分152B，這兩個拼合部分具有預先確定的厚度T1和T2。厚度T1和T2可以是相同或不同的。在兩個拼合部分152Α和152Β之間存在拼縫148，每個拼合部分以縫隙139Α和139Β結束。該設計允許壓縮環152被壓縮，但具有甚至更好的密封性能。
[0089]如上所述，第一縫隙139A和第二縫隙139B可以是任意期望的尺寸，其中，第一和第二縫隙139A和139B允許壓縮環152被壓縮。第一縫隙139A與第二縫隙139B偏離預先確定的周向(或角向)距離。結果，沒有通透的、不被阻擋的縫隙使得流體通過其而脫出。此夕卜，如果在壓縮環152的前表面上存在流體壓力，則前拼合部分152A可以壓靠在後拼合部分152B上，其中，拼縫148被壓縮，其尺寸可以忽略。
[0090]圖9示出了根據本發明的洩漏返回管道163的細節。蝶形閥可以用於調節壓力改變的流體，包括流體壓力可能造成閥軸孔112周圍的洩漏的情況。洩漏返回管道163不允許流體向外脫出。洩漏返回管道163從閥內側配合部分172至內閥孔表面171地延伸通過閥體103。洩漏返回管道163構造成使閥內側配合部分172處存在的任何洩漏流體返回至下遊的閥孔部分109D。然而，應該懂得，洩漏返回管道163不允許洩漏流體脫出蝶形閥100，如同現有技術中常見的那樣。結果，洩漏返回管道163不是溼氣、汙垢或其它外部物質進入蝶形閥100的進入埠。洩漏返回管道163在閥內側配合部分172處與致動器側軸孔112A隔開預先確定的第一距離Dp洩漏返回管道163在內閥孔表面171處與致動器側軸孔112A隔開預先確定的第二距離D2。洩漏返回管道163可以基本上平行於致動器側軸孔112A。或者，洩漏返回管道163可以不平行於致動器側軸孔112A。
[0091]洩漏返回管道163可以是預先確定的橫截面積。可以根據預期的洩漏體積或洩漏速度來選擇橫截面積。可以選擇橫截面積來適應平均預期洩漏、最小預期洩漏、最大預期洩漏、或其它期望的值。
[0092]一些洩漏可能發生超過軸承140。大部分洩漏將不會脫出超過與壓縮環152組合的熱導體環156。然而，較小水平的洩漏可能發生超過與壓縮環152組合的熱導體環156。該洩漏將在閥體103的閥內側配合部分172和熱絕緣體襯墊157之間通過，接下來進入洩漏返回管道163。這得到閥孔109的上遊側109U與下遊側109D之間壓力差的輔助。該正壓力差可以造成洩漏返回管道163中的文丘裡效應，將任何流體洩漏吸入洩漏返回管道163，因此吸入閥孔109的下遊側109D。
[0093]圖10示出了根據本發明的唇形密封159的細節。唇形密封159定位在閥致動器123的致動器軸126之上，並且緊靠閥致動器123。唇形密封159可以緊靠並且接觸致動器殼體127 (見圖5)。唇形密封159構造成防止致動器側軸孔112A中的任何流體在致動器軸126周圍進入閥致動器123。
[0094]唇形密封159包括徑向向內延伸的第一環形密封部分164、徑向向內延伸並且基本上平行於第一環形密封部分164的第二環形密封部分166、以及在第二環形密封部分166和第一環形密封部分164之間延伸並且將第二環形密封部分166連接到第一環形密封部分164的板部分165。如圖所示，第一環形密封部分164可以包括擴大的部分167。如圖所示，擴大的部分167的形狀可以基本上是矩形的。或者，擴大的部分167可以是菱形、圓形或橢圓形，規則的或不規則的，或者任何其它適當形狀。應該懂得，如果需要的話，第二環形密封部分166也可以包括擴大的部分。
[0095]第一環形密封部分164構造成密封地接觸致動器軸126，甚至當致動器軸126在旋轉時也如此。第二環形密封部分166構造成密封地接觸致動器殼體127。
[0096]唇形密封159可以由至少部分柔性的材料形成。唇形密封159可以由至少部分彈性的材料形成。唇形密封159可以由至少部分可壓縮的材料形成。
[0097]圖11是通過蝶形閥100的閥組件110的截面圖。該視圖顯示了閥瓣107，該閥瓣107通過一個或多個閥瓣緊固件108而安裝到閥軸121。該圖還示出了閥孔109。閥孔109包括孔肩部183，這些孔肩部183構造成當閥瓣107處於關閉位置時被閥瓣107基本上密封地接觸。
[0098]在所示的實施例中，閥孔109包括上遊閥孔部分109U和下遊閥孔部分109D，其中，當閥瓣107處於關閉位置時，上遊閥孔部分109U和下遊閥孔部分109D被閥瓣107基本上分開。應該懂得，術語上遊和下遊是用在從圖左側進入的流體的上下文中。流體可以沿著相反的方向流動通過閥孔109，但在蝶形閥100中將不能實現某些優點。
[0099]在一些實施例中，孔肩部183可以包括上孔肩部183A和下孔肩部183B。上孔肩部183A和下孔肩部183B可以不必形成單個連續表面。在所示的實施例中，閥軸121隔斷了上孔肩部183A和下孔肩部183B。上孔肩部183A可以面對上遊閥孔部分109U，而下孔肩部183B可以面對下遊閥孔部分109D。
[0100]閥瓣107包括面密封179。在所示的實施例中，面密封179可以包括基本上平面的環形表面，該環形表面構造成基本上密封在孔肩部183上。類似地，孔肩部183的形狀可以是基本上平面的和環形的，但孔肩部183可以包括兩個單獨的肩部部分。面密封179可以構造成基本上重疊在孔肩部183上並且密封地接觸孔肩部183，但允許閥瓣107熱膨脹和收縮。結果，當閥瓣107旋轉到完全關閉位置時，閥瓣密封179的至少一部分將配合到孔肩部183的至少一部分並且與其基本上重疊。閥瓣密封179可以形成有充分的徑向間隙，以便避開閥孔109的側部。
[0101]通過不像現有技術那樣密封在閥孔109的壁上，本發明的面密封特徵避免了熱膨脹問題。閥瓣107的材料的膨脹和收縮不導致粘結到閥孔109上。因此，閥瓣107的材料的膨脹和收縮不會在閥軸密封、軸襯或軸承上造成額外的負荷。另外，在現有技術中，隨著軸襯或軸承在閥的壽命中磨損，周圍的現有技術的密封被不利地影響。優選的是，本文描述的面密封179不被磨損或磨松的軸襯或軸承所不利地影響。
[0102]即使當閥瓣107出現熱膨脹時，該設計避免了間隙問題，同時維持重要的和令人滿意的密封接觸面積。閥瓣密封179和孔肩部183允許密封接觸，不需要緊密的公差。此夕卜，上遊閥孔部分109U上的流體壓力將用於增加閥瓣107在上孔肩部183A的關閉壓力，抵消流體對下孔肩部183B所施加的打開壓力。
[0103]在一些實施例中，上遊閥孔部分109U和下遊閥孔部分109D都是錐形的。如圖所示，錐形的上遊閥孔部分109U和錐形的下遊閥孔部分109D可以提供閥孔109中的傾斜的階梯。傾斜的階梯可以提供在閥體103的長度上的基本上恆定的流面積。當流體流動通過閥孔109時，傾斜的階梯可以降低阻力，其中，傾斜的階梯順暢地引導流體朝向和離開孔肩部 183。
[0104]在一些實施例中，閥瓣107在閥軸121上偏移。這與現有技術不同，現有技術的蝶形閥瓣通常在閥軸上置中。該偏移在上遊閥孔部分109U—側。該安裝布置的優點在於，進入的流體與閥軸121物理地隔離。結果，流體壓力將閥瓣107壓在閥軸121上。一個或多個閥瓣緊固件108僅將閥瓣107保持就位，而不需要保持閥瓣107抵抗流體壓力。
[0105]該安裝布置的另一個優點在於，進入的流體與閥軸121熱隔離。這大大地降低了從流體至閥軸121的熱傳遞。結果，蝶形閥100的軸承、密封和致動器機構將具有更長的工作壽命。更少的熱傳遞將造成軟的和容易受到溫度損壞的密封材料(例如橡膠)的更少損壞。更少的熱傳遞將造成潤滑劑的更少變幹。更少的熱傳遞將造成更少的熱膨脹和收縮，並且因此造成更少的熱扭曲、更少的磨損和更少的粘結。更少的熱傳遞將造成更少的電阻。
[0106]圖12是處於關閉位置的閥瓣107的截面圖。閥瓣107固定到閥軸121的上遊閥孔部分側，在閥孔109相對於閥軸121的上遊閥孔部分109U —側。進入的流體(見箭頭)將閥瓣107壓在閥軸121上。
[0107]在關閉位置，閥瓣107的閥瓣密封179基本上密封地接觸閥孔109的一個或多個孔肩部183。在一些實施例中，閥瓣密封179包括基本上平面的環形表面。類似地，在一些實施例中，一個或多個孔肩部183包括基本上平面的環形表面，其中，閥瓣密封179構造成基本上平坦地配合到一個或多個孔肩部183上。
[0108]在所示的實施例中，當閥瓣107處於關閉位置時，閥瓣107基本上橫向於閥孔109。然而，可以由孔肩部183的位置來確定閥瓣107的關閉位置，並且不一定嚴格地橫向於流體流。
[0109]從附圖可以看到，在閥瓣密封179的外周邊緣和閥孔109之間可以存在縫隙。該縫隙允許閥瓣107 (和閥孔109)的熱膨脹和熱收縮。該縫隙不需要是小的公差。熱膨脹或收縮造成的縫隙尺寸的任何改變將不會影響閥瓣密封179和一個或多個孔肩部183之間的密封。
[0110]閥瓣107優選地由具有低熱傳遞性質的材料形成。結果，閥瓣107將從流體傳遞較少的熱量至閥軸121，包括當閥瓣107處於關閉位置時。在一些實施例中，閥瓣密封179中的一個或兩個以及一個或多個孔肩部183由金屬形成。閥瓣107替代性地在閥瓣密封179上可以包括密封材料，但該密封材料將需要能夠耐受高溫而不劣化。
[0111]從該圖可以看到，閥瓣107物理地防護閥軸121不受到流體的上遊壓力。閥瓣107物理地防護閥軸121不受到閥關閉或近似關閉時產生的背壓。此外，閥瓣107將閥軸與上遊閥孔部分109U中的進入流體熱阻隔，尤其是當閥瓣107處於關閉位置時。
[0112]圖13示出了根據本發明的高溫蝶形閥100。高溫蝶形閥100包括根據本文中的任何實施例的閥組件110。根據本發明的一些實施例，高溫蝶形閥100包括閥致動器123，該閥致動器123包括流體冷卻系統225。流體冷卻系統225包括一個或多個冷卻管道227，這些冷卻管道227延伸到致動器法蘭124並且與致動器法蘭124熱連通。致動器法蘭124被設計成配合到閥組件110的閥法蘭105。流體冷卻系統225能夠提供冷卻流體給致動器法蘭124的至少一部分並且能夠收回冷卻流體。流體冷卻系統225能夠使冷卻流體循環到致動器法蘭124，以便從致動器法蘭124以及閥致動器123的附近部分移除熱量。另外，流體冷卻系統225可以包括閥致動器123的其它部分中的管道，由此閥致動器123的各個部分可以被熱調節。
[0113]流體冷卻系統225可以包含在閥致動器123內。或者，流體冷卻系統225的部分或構件可以延伸到閥致動器123之外。例如，流體冷卻系統225可以包括位於閥致動器123之外的一個或多個熱交換器設備，其中冷卻流體通過閥致動器123循環。
[0114]在一些實施例中，冷卻流體可以包括液體。在一些實施例中，冷卻流體可以包括氣體。或者，如果需要的話，冷卻流體可以包括一部分液體和氣體。
[0115]圖14顯示了閥組件110和閥致動器123的配合區域，包括閥法蘭105 (圖中的左側)和致動器法蘭124(右側)。閥法蘭105包括閥外側配合部分174和閥內側配合部分172。致動器側的軸孔112A可以位於閥法蘭105的基本上中心，致動器側的軸孔112A容納閥軸121。該圖顯示了在閥軸121的中空部分129A中的鍵槽122以及致動器軸126上的基本上對應的花鍵125。
[0116]在一些實施例中，閥外側配合部分174和閥內側配合部分172可以包括基本上環形、平面的面。閥內側配合部分172可以相對於閥外側配合部分174凹入，如圖所示，或者可以基本上與其共平面或者可以向外延伸超過閥外側配合部分174。在一些實施例中，閥外側配合部分174和閥內側配合部分172可以基本上同心。閥外側配合部分174和閥內側配合部分172的相對尺寸不一定是成比例的，並且不一定代表所需的或實際的比例。
[0117]類似地，閥致動器123包括致動器內側配合部分182和致動器外側配合部分184。致動器軸126可以基本上在致動器法蘭124的中心，並且構造成接合閥組件110的閥軸121。在一些實施例中，致動器內側配合部分182和致動器外側配合部分184可以包括基本上環形、平面的面。致動器內側配合部分182可以相對於致動器外側配合部分184凹入，如圖所示，或者可以基本上與其共平面或者可以向外延伸超過致動器外側配合部分184。在一些實施例中，致動器內側配合部分182和致動器外側配合部分184可以基本上同心。致動器內側配合部分182和致動器外側配合部分184的相對尺寸不一定是成比例的，並且不一定代表所需的或實際的比例。
[0118]在高溫蝶形閥100的實施例中，致動器內側配合部分182的至少一個子區域可以與流體冷卻系統225熱接觸。或者，根據閥致動器123的設計和冷卻需求，整個致動器內側配合部分182可以與流體冷卻系統225熱接觸。結果，流體冷卻系統225可以從致動器內側配合部分182移除熱量,諸如從閥組件110接收的熱量。
[0119]圖15示出了閥組件110和閥致動器123的配合區域。當閥致動器123組裝到閥組件110時，閥組件110的閥外側配合部分174可以至少部分地接觸閥致動器123的致動器外側配合部分184。閥外側配合部分174在尺寸或形狀上可以不必匹配致動器外側配合部分184。所得到的閥法蘭105和致動器法蘭124之間的最小接觸面積有利地最小化了兩個構件之間的熱傳遞，因為閥體103和致動器殼體127都可以由金屬形成。
[0120]再次參照圖5，閥組件110和閥致動器123之間的空間容納熱導體環156和熱絕緣體襯墊157。在一些實施例中，熱絕緣體襯墊157可以部分地與熱導體環156重疊。結果，熱導體環156可以從閥軸121的端部向閥致動器123傳遞熱量，包括向流體冷卻系統225的區域。有利的是，從閥軸121向致動器軸126和內部致動器構件(諸如電機繞組)將傳遞少得多的熱量。
[0121]熱導體環156位於閥組件110和閥致動器123之間並且被閥組件110和閥致動器123接觸，其中熱導體環156將熱量從閥組件110傳導至閥致動器123。在一些實施例中，熱導體環156位於閥組件110的閥軸121和閥致動器123的致動器內側配合部分182之間並且被閥組件110的閥軸121和閥致動器123的致動器內側配合部分182接觸，其中熱導體環156將熱量從閥軸121傳導至致動器內側配合部分182，並且其中閥致動器123的致動器內側配合部分182與流體冷卻系統225連通。在一些實施例中，致動器內側配合部分182與流體冷卻系統225的冷卻管道227或管道表面(見虛線)熱連通。
[0122]在一些實施例中，熱絕緣體襯墊157的至少一部分夾在閥組件110和閥致動器123之間。熱絕緣體襯墊157從而位於閥組件110和閥致動器123之間並且被閥組件110和閥致動器123接觸，其中熱絕緣體襯墊157阻止熱量從閥組件110傳遞至閥致動器123。
[0123]在一些實施例中，熱絕緣體襯墊157位於閥組件110的閥外側配合部分174和閥致動器123的致動器外側配合部分184之間並且被閥組件110的閥外側配合部分174和閥致動器123的致動器外側配合部分184接觸，其中熱絕緣體襯墊157基本上阻止熱量從閥組件110的閥外側配合部分174傳遞至閥致動器123，並且最小化閥體103和致動器殼體127之間的熱傳遞。此外，熱絕緣體襯墊157可以將閥體103基本密封到致動器殼體127。
[0124]然而,熱絕緣體襯墊157允許熱量通過熱導體環156而從閥組件110傳遞至閥致動器123。在一些實施例中，熱絕緣體襯墊157允許熱量通過熱導體環156而從閥外側配合部分174傳遞至致動器內側配合部分182。
[0125]圖16示出了閥組件110和閥致動器123的配合區域的細節。該圖示出了形成在致動器法蘭124的外側面上並且從該外側面延伸的一個或多個互鎖突出部188。對應的凹部形成在閥法蘭105中，其中當組裝到一起時，閥致動器123和閥組件110旋轉地並且定位地互鎖。一個或多個互鎖突出部188 (以及對應的互鎖凹部)可以包括一個或多個任意期望形狀和/或尺寸的互鎖特徵。此外，一個或多個互鎖突出部188穿過熱絕緣體襯墊157中的對應的切口 158。有利的是，一個或多個互鎖突出部188可以被保持得較小，從而最小化金屬與金屬的接觸。致動器123與閥組件110之間的金屬與金屬接觸的最小化將使得它們之間的熱傳遞最小化。
【權利要求】
1.一種蝶形閥(100)，包括: 閥體(103)，包括穿過所述閥體(103)的閥孔(109)以及軸孔(112)； 閥軸(121)，該閥軸(121)位於所述軸孔(112)內並且延伸通過所述閥孔(109)，所述軸孔(112)包括致動器側軸孔(112A)和非致動器側軸孔(112B)，所述致動器側軸孔(112A)從內閥孔表面(171)延伸到所述閥體(103)的閥內側配合部分(172)； 洩漏返回管道(163)，該洩漏返回管道(163)從所述閥內側配合部分(172)延伸通過所述閥體(103)到達內閥孔表面(171)，其中，所述洩漏返回管道(163)構造成使在所述閥內側配合部分(172)處的任何洩漏流體返回至下遊的閥孔部分(109D)。
2.如權利要求1所述的蝶形閥(100)，其中，所述洩漏返回管道(163)基本上平行於所述致動器側軸孔(112A)。
3.如權利要求1所述的蝶形閥(100)，其中，所述洩漏返回管道(163)不平行於所述致動器側軸孔(112A)。
4.如權利要求1所述的蝶形閥(100)，所述洩漏返回管道(163)在所述閥內側配合部分(172)處與所述致動器側軸孔(112A)隔開預先確定的第一距離(D1X
5.如權利要求1所述的蝶形閥(100)，所述洩漏返回管道(163)在所述內閥孔表面(171)處與所述致動器側軸孔(112A)隔開預先確定的第二距離(D2)。
6.如權利要求1所述的蝶形閥(100)，還包括位於所述軸孔(112)內的至少一個壓縮環(152)，所述至少一個壓縮環(152)將所述閥軸(121)基本上密封到所述致動器側的軸孔(112A)。
7.如權利要求1所述的蝶形閥(100)，還包括配合在所述閥軸(121)的端部的熱導體環(156)，其中，所述至少一個壓縮環(152)部分地配合在所述熱導體環(156)中的對應的至少一個環凹槽(153)中並且部分地延伸出該至少一個環凹槽(153)，並且所述至少一個壓縮環(152)將所述熱導體環(156)基本密封到所述致動器側軸孔(112A)。
8.如權利要求1所述的蝶形閥(100)，還包括: 閥致動器(123)，該閥致動器(123)構造成聯接到所述閥體(103)，所述閥致動器(123)包括致動器軸(126)，該致動器軸(126)構造成聯接到所述閥軸(121);以及 唇形密封(159)，該唇形密封(159)位於所述閥致動器(123)的致動器軸(126)之上並且緊靠所述閥致動器(123)，所述唇形密封(159)構造成防止來自所述閥孔(109)的流體在所述致動器軸(126)周圍進入所述閥致動器(123)。
【文檔編號】F02D9/10GK104390020SQ201410556180
【公開日】2015年3月4日 申請日期:2011年9月18日 優先權日:2010年9月20日
【發明者】P.茲林德拉, T.哈夫納格爾, M.西利 申請人:諾格倫有限責任公司