具有改進閥座的閥組件的製作方法
2023-06-17 07:31:51
專利名稱：具有改進閥座的閥組件的製作方法
背景技術：
本發明涉及一種具有旋轉閥件的閥，更具體而言涉及一種具有改進的座圈組件的閥。
現有技術具有旋轉閥件的閥，例如蝶形閥，是眾所周知的。在某些種類的蝶形閥中，以密封方式與閥盤配合的閥座圈被一支撐件包圍，該支撐件通常具有彈性並且當閥盤處於關閉位置時，用於迫使閥座圈的座面頂靠閥盤或對該座面預加負荷。在美國專利號3,642,248中公開了這種典型的閥座結構。具體而言，在該專利中公開了一種能用於蝶形閥的密封組件，它包括一個可用於以密封方式與閥盤配合的耐磨環，該耐磨環設有一條徑向面向外的環形凹槽，在該環形凹槽中設置一彈性支撐環，該支撐環迫使耐磨環與閥盤形成密封配合或對該耐磨環預加負荷。
在美國專利No.3,642,248中公開的結構中，閥盤周邊和耐磨環之間的密封接觸面積較大，其中可以稱為壓配合，因而需要要較高的力矩來使閥盤落座或離座。
發明概述本發明的一個目的是提供一種具有改進閥座的閥。
本發明的另一目的是提供一種具有改進的閥座組件的閥，該閥座組件包括一密封環和一彈性支撐環，該支撐環對密封環預加負荷，使其與閥盤配合。
本發明的再一個目的是提供一種與蝶形閥一起使用的閥座，其中閥盤和閥座之間的密封基本上由線接觸來實現，此時沒有流體壓力作用在閥盤上，從而使閥盤落座和離座所需的力矩被降至最小。
根據這裡所提供的附圖、說明部分和所附的權利要求書，本發明的上述和其它目的是顯而易見的。
本發明的閥包括一個具有第一端和第二端的閥體以及一個構成流體流道的通孔，該閥體包括一個包圍一部分流體流道的壁，該流體流道限定了與所述壁共軸線的第一軸線。在閥體內以可旋轉方式安裝一圓盤閥件，該閥件具有一環形圓弧密封面，且可繞垂直於第一軸線的第二軸線旋轉。在該閥體內設置一閥座組件，用來與閥盤密封表面密封接觸，該閥座組件自第二軸線沿軸向向閥體的第一端偏移。該閥座組件包括一個由有彈性的塑性材料製成的密封環，該密封環有一個徑向面向內的第一環形表面，當閥盤處於關閉位置時，該第一表面與閥盤上的密封表面密封接觸。該密封環具有在徑向面向外的第二表面上形成的徑向面向外的環形凹槽。該閥座組件還包括一個設置在所述密封環的槽中的彈性支撐環，該支撐環的橫截面為圓形並有一根由穿過該支撐環中心的第一平面限定的且垂直於第一軸線的中心線。當閥盤處於關閉位置而沒有任何流體壓力作用於閥盤時，在閥盤密封表面和密封環第一表面之間的接觸基本上是環形線接觸。閥盤和密封環之間的線接觸接合處在沿離開第二軸線的方向自第一平面向閥體第一端軸向偏移的第二平面內。該閥還包括用來將閥座組件保持在閥體內的保持裝置。該閥座組件和保持裝置經閥體的第一端可沿軸向插入該閥體內或自閥體移出。
附圖簡述
圖1是本發明的閥的前視圖；圖2是沿圖1中線2-2所截取的橫截面圖；圖3是表示閥座和閥盤之間相互關係的部分剖視的局部放大視圖，閥盤處於關閉位置且無流體壓力作用在閥盤上；圖4是類似於圖3的視圖，所不同的是閥盤受到沿箭頭所示的流體壓力；圖5是類似於圖3的視圖，所不同的是閥盤受到與圖4所示的相反方向的流體壓力。
優選實施例描述雖然本發明是具體就平板閥、例如蝶形閥而描述的，然而應當理解，本發明的閥可包括任何具有旋轉閥件的直角迴轉閥，該閥件具有圓弧密封表面，以便於與閥座成線接觸接合以實現密封。
首先參照圖1和2，本發明的閥包括閥體10，如圖所示，可任選地設有圍繞閥體10周邊設置的沿橫向向外突出的凸耳12，並且具有螺栓孔14以使該閥與鄰接管法蘭連接。閥體10包括中心圓筒部分16，自該圓筒部分伸出頸部18和底部凸臺部20，頸部18和凸臺部20相互成對角線設置。圓筒部分16限定一通孔22，該通孔構成一條通過該閥的流體流道，通孔22由同軸線的圓柱壁24和26構成，如圖所示，圓柱壁26的直徑比圓柱壁24的直徑大。圓盤形閥件28設置在通孔22內，該閥件具有一環形圓弧密封表面29，閥件28用於控制流經由通孔22限定的流道的流體流量。下軸30穿過凸臺20內的孔32。該下軸30可藉助於安裝在孔32的沉孔36內的襯套34以可旋轉方式用軸頸支承在該孔32內。端蓋38利用螺栓40和構成密封裝置的密封墊37而被固定在凸臺20上。
上軸42穿過頸部18內的孔44。安裝在孔44的沉孔48內的疊層密封環46用於在頸部18和上軸42之間形成不滲透的密封裝置。密封壓蓋50被安裝在沉孔48內，它包括一個用來密封上軸42周圍的O形環52。具有中心凹窩56的壓蓋壓縮橋54藉助通過該橋54的孔58而被安裝在軸42上。螺栓60穿過位於橋54內的與自頸部18徑向向外凸出的法蘭64內的對齊的孔。以螺紋方式安裝在螺栓60上的螺母66能被上緊，顯然是為了將凹窩56與密封壓蓋50的頂部接合，以壓縮疊層密封環46並確保頸部18和軸42之間的不滲透的密封。
下軸30由安裝在閥盤28的第一凸塊70內的銷68而被固定在閥盤28上。上軸42由穿過閥盤28的第二凸塊74的銷72，按本領域的的技術人員所公知的方式被固定在閥盤28上。因此，閥盤28以旋轉方式用軸頸支承在閥體10的通道22內，並能用手動或藉助於致動器轉過90°以控制流經該閥的流體流量。為此，上軸42設有板手卡面76。
為了對閥盤28的周邊進行有效的密封，設有一個總體以78表示的且下面更充分描述的環狀閥座組件。閥座組件78藉助於總體以84表示的閥座保持架組件而被安裝在閥體10內，該保持架組件在由發明人Daniel F.Kusmer和Robert A.Frenzel同時申請的申請號為No.標題為「閥組件」的共同未決申請(Kusmer申請)中有更充分的描述，在此引入所述Kusmer申請作為參考。
參照圖3-5，可以看到壁26限定一徑向面向內的環形表面，該表面具有一條沿圓環方向延伸的徑向面向內的凹槽86。凹槽86被孔88貫穿(見圖1)，該孔88在閥體10內沿軸向被鑽出，孔88與凹槽86的相貫在凹槽86的底部形成一個孔。保持架組件84包括固定環92，該固定環的圓周表面94的形狀和尺寸使得當固定環92被安裝在閥體10內時，該圓周表面94緊密地貼合在由壁26所限定的徑向面向內的表面上。固定環92還有一沿圓環方向延伸的徑向面向外的凹槽96，當固定環92被安裝在閥體10內時，該凹槽96與凹槽86對齊，由此凹槽86和96限定了一個沿圓環方向延伸的導槽。固定環92的第一側面95設有槽口93，該槽口以在Kusmer申請中更為詳述的方式貫穿了凹槽96，並且金屬絲元件98被安裝在由凹槽86和96形成的環狀導槽中並能有效地防止固定環92在閥體10內的任何軸向移動。金屬絲元件98的第一端106具有支架部分，該支架部分大體上沿橫向於金屬絲元件98的長軸最好是90°而延伸。為了在閥體10內安裝固定環92，該固定環92被放置在閥體10內使得槽口93與在凹槽86底部形成的孔對齊。那麼金屬絲元件98的端部106的支架部分穿過槽口93並被設置在凹槽86的腔中。這樣可有效地將金屬絲元件98的第一端106固定在環形凹槽86中。而且固定環92可以逆時針轉動(參照圖1)，即沿離開第一端106的金屬絲元件98的長度的方向轉動。這會導致將金屬絲元件98穿入由凹槽86與96形成的導槽中。此時當固定環92已旋轉到槽口93與凹槽86中的腔重新對準的位置時，金屬絲元件98將會被完全地設置在由對準的凹槽86和96形成的導槽中。因此，固定環92將被有效地卡持在閥體10內且被防止產生任何軸向移動，由此確保閥座組件78不會在輸送管壓力的作用下產生移動。
固定環92的第二側面100設有一沿圓環方向延伸的軸向凸緣102。閥體10包括一個面向軸向的沿圓環方向延伸的凸緣104，凸緣102和104彼此相對。因而由凸緣104局部限定了面向軸向的第一環形凹槽106，由凸緣102局部限定了面向軸向的第二環形凹槽108。可見環形凹槽106的徑向寬度小於環形凹槽108的徑向寬度，環形凹槽106和108彼此相對。凸緣102和104局部限定了一沿圓環方向延伸的導槽110，該導槽110貫穿環形凹槽106和108且通入流道22。環形凹槽106和108以及導槽110有效地形成了一個通常的T型的環狀閥座空腔。
具體參照圖3，示出的閥具有處於關閉位置的閥盤28，即表面29與密封環80的環狀密封表面122密封接觸。密封環80包括一個中心的沿圓環方向延伸的本體部分112，該本體部分被安裝在導槽110中，第一環狀凸緣部分114與本體部分112是一體的且被安裝在凹槽106內，第二環狀凸緣部分116與本體部分112是一體的且被安裝在凹槽108內。可以看到，中心本體部分112、凸緣部分114和凸緣部分116的尺寸和形狀便於它們緊配合在由導槽110，環形凹槽106和環形凹槽108各自形成的閥座空腔內。
在圖3示出的實施例中，即當閥盤28處於與密封環80密封接觸的閉合位置且沒有壓力作用在該閥盤上時，閥盤28與密封環80之間的密封接觸基本上是環形線接觸，該線接觸在圖3中由字母「A」示出。參照圖3，可以看到彈性支撐環82的中心線由虛線B示出，該中心線自線A沿軸向向閥盤28的轉動軸線偏移。事實上，彈性支撐環82的中心線處於與穿過流體流道22的軸線相垂直的平面內，即基本上平行於閥盤28的轉動軸線。此外，可以看到密封環80具有沿圓環方向延伸的徑向面向外的凹槽120，該凹槽與支撐環82的形狀互補使得支撐環82恰好配合在凹槽120內。凹槽120的中心線也處於穿過支撐環82的軸線的平面內。因此，顯而易見支撐環82相對於穿過密封環80的本體部分112的中心線是不對稱布置的，即凹槽120和支撐環82都沿軸向向閥盤28的轉動軸線偏移。這個幾何結構將提供特有的優點，其將在下文作更為充分地解釋。
現在參照圖4，示出由於沿箭頭C所示的方向作用在閥盤28上的壓力而使閥盤28與閥座組件78相互作用。圖4示出的位置中，閥盤28處於關閉位置，沿箭頭C方向作用的壓力將使閥盤28沿箭頭C的方向發生偏轉，即周邊密封表面29將被推動進入牴觸，以比較大的表面與在密封環80上形成的環形密封表面122接觸。此外，流體壓力將會施加在閥座空腔中並產生作用在密封環80上的力，移動凸緣116與固定環92的第二表面100相貼合而本體部分112與凸緣102相貼合。
現在參照圖5，閥盤28與閥座組件78之間的相互作用是與作用在閥盤28上的沿箭頭D的方向即沿朝向閥盤28的轉動軸線的方向的流體壓力有關的。在這種條件下閥盤28也處於關閉位置，閥盤28將會朝其轉動軸線、即沿箭頭D的方向偏轉。同時，流體壓力將施加在閥空腔中且迫使密封環80繞支撐環82轉動，旨在導致當表面29與表面122之間仍然為線接觸時，該環形線接觸將會沿軸向移動使得由A示出的穿過線接觸的平面垂直於穿過流道22的軸線，即平行於圓盤28的轉動軸線，此時該穿過線接觸的平面將與穿過支撐環82的中心線(由B示出)的平面緊密地相鄰。還可以看出密封環80繞支撐環82的轉動將會使密封環80擺動或傾翻，如圖所示，使得本體部分112與凸緣104接觸。然而，由於密封環80繞支撐環82的這個轉動或擺動動作，凸緣部分114將僅僅與環形凹槽106的背面輕微接觸。因此，在流體壓力的有效密封下，在圖5所示的情況下將會持續線接觸；但是由於這種線接觸，閥盤28落座和離座所需力矩的大小被保持在儘可能最小。示出的密封環80的表面122是弧形的，應當理解如果閥盤28的表面29是弧形的而表面122是平頭截錐形的，該線接觸仍然可以實現。可以看出比較軟的彈性材料的支撐環82總是能在密封環80與閥體10之間維持有效的密封。
如上指出的，密封環80是由有彈性的塑性材料例如某些橡膠，聚四氟乙烯塑料，尼龍等等製成。支撐環82通常是由比密封環80的材料更軟的彈性材料製成，這類材料包括某些橡膠和形成O型環和類似物的其它眾所周知的彈性材料。
顯然，按照上述描述可以實現本發明的眾多的改進和變型。因此可以理解除了在此特別描述的之外，在附屬權利要求的範圍內可以實踐本發明。
權利要求
1.一種閥，包括一個閥體，其具有第一端、第二端和構成流體流道的通孔，所述閥體包括一個包圍一部分所述流體流道的壁，所述流體流道限定了與所述壁共軸線的軸線；一個以可旋轉方式安裝在所述閥體內的閥件，所述閥件具有環形圓弧密封表面並且該閥件可繞垂直於所述第一軸線的第二軸線轉動；一個設置在所述閥體內的閥座組件，用於與所述閥件的所述密封表面接觸，所述閥座組件自所述第二軸線沿軸向向所述第一端偏移，所述閥座組件包括由有彈性的塑性材料形成的一個密封環，它具有一個徑向面向內的第一環形表面以與所述閥件的所述密封表面密封接觸，以及一個徑向面向外的第二環形表面，在所述第二表面上形成一個徑向面向外的環形凹槽；一個設置在所述凹槽內的彈性支撐環，所述支撐環的橫截面是圓形的，所述支撐環的中心線是由通過所述支撐環的中心的第一平面限定的且垂直於所述第一軸線，當所述閥件處於關閉位置且無任何流體壓力作用在所述閥件上時，所述閥件上的所述密封表面與所述密封環上的所述第一表面之間的接觸基本上是環形線接觸，所述線接觸接合位於第二平面內，該第二平面沿離開所述第二軸線的方向自所述第一平面沿軸向向所述閥體的所述第一端偏移；以及保持裝置，用來將所述閥座組件保持在所述閥體內。
2.按照權利要求1所述的閥，其特徵在於，所述徑向面向外的環形凹槽的橫截面形狀與所述支撐環的橫截面形狀是互補的。
3.按照權利要求1所述的閥，其特徵在於，所述閥體和所述保持裝置共同限定了一個沿圓環方向延伸的閥座空腔，用來容納所述閥座組件。
4.按照權利要求3所述的閥，其特徵在於，在橫向橫截面圖中示出的所述閥座空腔具有面向軸向的第一環形凹槽、面向軸向的第二凹槽以及沿圓環方向延伸的導槽，所述第一凹槽面向所述閥體的所述第一端，所述第二凹槽面向所述第一凹槽，所述導槽與所述第一和第二凹槽相貫且通入所述流道。
5.按照權利要求4所述的閥，其特徵在於，所述第一凹槽的徑向寬度小於所述第二凹槽的徑向寬度。
6.按照權利要求5所述的閥，其特徵在於，所述密封環包括一安裝在所述導槽內的中心本體部分，與所述本體部分一體且穿入所述第一凹槽的第一凸緣部分，以及與所述本體部分一體且穿入所述第二凹槽的第二凸緣部分，所述本體部分與所述第一、第二凸緣共同限定所述第二表面。
7.按照權利要求5所述的閥，其特徵在於，所述中心本體部分、所述第一凸緣部分以及所述第二凸緣部分的尺寸和形狀便於它們相應地緊配合在所述導槽、所述第一凹槽和所述第二凹槽中。
8.按照權利要求7所述的閥，其特徵在於，位於所述第二表面內的所述面向外的凹槽的中心線位於所述第一平面內且所述第一平面自所述本體部分的中心線沿軸向向所述第一軸線偏移，該所述本體部分的中心線位於與所述第一和第二平面平行的第三平面內。
9.按照權利要求1所述的閥，其特徵在於，所述密封環的所述第一表面是弧形的。
全文摘要
一種閥包括一個閥體，該閥體具有第一端、第二端和形成流體流道的通孔，以及一個圍繞一部分所述流體流道的壁，該流體流道限定與所述壁共軸的軸線。一個可旋轉地安裝在該閥體內的閥件，該閥件具有環形圓弧密封面並且該閥件可繞垂直於所述第一軸線的第二軸線轉動，所述第一軸線穿過所述流體流道。一個設置在所述閥體內的閥座組件，用於與該閥件的密封面接觸，該閥座組件自所述第二軸線沿軸向向所述閥體的第一端偏移。該閥座組件包括彈性的塑性材料的密封環，且具有一個徑向面向內的第一環形表面以與所述閥件的所述密封表面密封接觸，以及一個徑向面向外的第二環形表面，在所述第二表面內形成一個徑向面向外的環形凹槽，在所述環形凹槽內設置了一個彈性支撐環，該支撐環的橫截面是圓形的且其中心線是由通過所述支撐環的中心第一平面限定的且垂直於所述第一軸線，當所述閥構件處於閉合位置且無任何流體壓力作用在所述閥構件上時，所述閥件的密封表面與密封環的第一表面之間的接觸基本上是環形線接觸，該線接觸位於第二平面內，該第二平面沿離開所述第二軸線的方向自該第一平面沿軸向向所述閥體的第一端偏移。還設有保持裝置，用來在閥體內保持閥座組件。
文檔編號F16K1/22GK1155926SQ95194309
公開日1997年7月30日 申請日期1995年6月2日 優先權日1994年6月3日
發明者D·P·庫斯梅, R·A·弗倫策爾 申請人:基斯通國際集團公司