CN1006186B - 高压反接波纹管阀 - Google Patents

Abstract

一种反接波纹管阀，具有一个连接阀与驱动器的两截的阀杆，用于使阀杆头作往复的轴向运动，配合元件间采用带锥度的表面有益于使阀装置自动定心。沿阀杆的外面配置一个环状密封套，带有同心的内外“Ｏ”型密封圈，可使阀杆浮动，从而得到对不同心的补偿。一个摆动座套也布置成与阀杆紧贴接触用来调整不均匀的弹簧力，以免它翘起阀杆。波纹管部件可以作为一件拆下，以利于维修和更换。

Description

高压反接波纹管阀

发明的技术背景

本发明系属於阀领域，特别是属于一般与波纹管有关的阀。本发明特别适用于一种反接波纹管阀，这在下面将给以特别说明。然而，本发明堪可称誉的是它有更广泛的应用及在其它环境中的适用性。

波纹管阀的应用日益增长，並且由于需要将阀的内部与外部环境隔离而得到了进一步的发展：例如，在对有腐蚀性的流体的特殊处理中可能遇到的情形。反接阀一词系指波纹管相对阀杆或阀杆头是密封的，以使该系统中流体由外部作用於该波纹管，而不是由其内部。业已发现，在这种阀中的波纹管能够耐受比由内部作用时更大的外部压力。这样就使得这种反接式的波纹管阀能够在更高的系统压力状态下使用。本技术领域内的许多现有装置具有最大额定压力大约为600磅/吋²，而专利号为4，201，366的专利中提到具有最大额定压力为1000磅/吋²。除了该波纹管在反复受压时的减少扭曲外，在其额定范围内任何压力或真空状态下，可靠的关闭操作也是一种重要的要求。工业应用所提出的增长着的诸规格标准，迄今还未能由已知的现有技术中的装置达到。

因此，人们希望对基本设计做出改进，由此而能使这种阀门结构适用于耐受更高压力的应用，而无损於装置的品质。此课题的新设计被认为是能满足这些要求以及其它方面的一些要求的，同时推出一种具有更高工作压力定额的新的、改进的反接式波纹管。

·发明概述

根据现有发明，所提出的波纹管阀，由具有一个进口通道、一个出口通道的阀体，一个沟通流体进、出口通道的阀腔和一个在阀腔内进出口通道之间的阀座所组成。一根阀杆、在其一端带有一个阀杆头，与该阀座有选择地协作以控制该进、出通道间的流体的流动;还有一个波纹管密封固定到邻近阀杆头的阀杆部分上，这样，阀腔内的流体压力就在波纹管上作用一个外部压力。阀杆不同心补偿装置可提供沿轴向的更为平稳的运动。此不同心补偿装置包括了带有一对适於放置同心配置的内、外密封圈沟槽的环状密封套。阀杆穿过密封套与该内密封圈相接触，在此密封套与密封圈相互作用，周围的腔室允许该阀杆浮动，用以补偿阀杆相对于波纹管的不同心。

根据本发明的另一个方面，一个封闭环与外面的阀腔敞开端形成一个台阶式的密封。上述波纹管确保密封地固定於该封闭环的一端。其另一端同样确保密封地固定於阀杆的邻近阀杆头处。这种台阶式密封的应用保证了该阀腔内的流体得到充分地密封。在该封闭环中还装有一个衬套，用以进一步协助阀杆的对中和导向。一个阀盖与一固定螺帽共同作用，迫使该螺帽和封闭环与在阀腔开口端的阀体处於紧密贴合状态。为了进一步地协助轴向对准阀杆中心，在封闭环上做出一个锥形表面以使该环与阀体形成一个精确的配合。

依照本发明的另外一方面，该阀杆由第一部分和第二部分组成，他们在轴向以螺纹联接。这种螺纹联接提供了确定的阀杆回程，同时也为在维修和另件更换时，将波纹管当作一个部件拆卸提供了方便。一个液压驱动器推动阀杆，无论阀杆轴向作向内或向外移动时，驱动器都使阀杆抵住偏置装置的弹簧力。在常态关闭型的实施例中，偏置力是由共同作用于一个摆动座套的一对同轴内、外螺旋弹簧所提供。该摆动座套紧靠阀杆，其上有一带锥度的内表面用以补偿可能引起的任何不均匀的弹簧压力。

作为本发明的另外一个方面，驱动器外壳包括一个用螺纹联接于其上的封闭构件。该封闭构件具有一个开口以适於承接与阀盖联接的阀杆。该封闭构件和驱动器外壳之间的紧配合公差保持了驱动器相对于阀装置的其余部份间的轴向对中。

本发明的一个主要优点是供备了一种可在更高系统压力下使用的新式反接式波纹管阀。

本发明的另一个优点在于一种从结构布局方面确保各种类阀与阀驱动器的轴向对中。

本发明还具有一个更一步的优点则是提供了摆动座套，它可以补偿不均衡的弹簧力並防止阀杆的偏心载荷。

对於那些本领域内的普通技术人员，通过对下面的详细说明的阅读和理解，将会明了本发明主题的更进一步的优点和好处。

·附图的简要说明

本发明可以具体化为一定的部件及部件布局的形式。它的一个最佳实施方案将在下面说明书中结合这里给出的附图得到详尽的说明：附图表示的是按本发明构思的一个反接式波纹管的剖视图。

·最佳实施例的详细说明

在这里，附图仅用於说明本发明的一个最佳实施方案，而不是用於局限本发明，图中所示阀A与驱动器B的工作关系。

更具体地说，阀A具有包括一个进口通道12及一个出口通道14的阀体10，阀体上，在与外部流体系统相连的通道的外端部提供了适宜的端口装配体，这是不言而喻的。进、出口通道用阀腔16和环状的阀座18相联通。通道12和14分别标志为进口和出口仅只用于解释目的，本技术领域中的普通技术人员会懂得这些标号可以颠倒，并可使用多个进口和出口通道。

联通流体的进、出口通道的阀腔16，有一个封闭端24和一个开口端26。一个环状封闭环30有一个适於承纳阀杆的通道32，这将在下文中进一步讲解。沿着封闭环的外周有一台阶表面34，系设计成与阀腔16向外敞开端上的台阶表面36以及置於其间的密封垫片37相配的。这些配对台阶表面34、36以及密封垫片形成通常所谓的阶式密封。该密封环有一个自台阶式表面34径向向内的环形倒角面38。这个倒角（或叫锥面）在安装过程中能确保该环相对于阀体的自动定心。阀杆44有承放在阀腔16中的第一部分或称阀杆下部46。此阀杆第一部分46的一端承接一个阀杆头48。阀杆头用聚三氟氯化乙烯聚合体（Kel-F）或任何其它适宜材料制成，以适於某种特定阀的应用。便利地采用这些材料而不被认为以任何方式超出本发明的意图与范围。在图中，阀杆头带有一个锥度表面50，虽然采用球形阀杆头或其它形状的阀杆头也能满足使用要求。当在关闭位置上时，如图所示，阀杆头48与阀座18配合以阻止通道12、14间的流体流动。阀门的开启位置是使阀杆头部离开阀座一个予定的距离，就在通道12、14之间流体沟通。如同图中表示的那样，阀杆头与出口通道之间有一个总标号52表示的一个很宽的径向间隙。这个间隙有助于净化及防止如现有技术装置中所遇到的连续流体的截留，由於有了间隙52，阀可以很容易地得到清洗和净化。

在这最佳实施例中的波纹管用不锈钢做成，并且折皱成像62表示的那样，以适应该阀杆的有选择的轴向运动。波纹管60采用焊接或其它适当方式密封地固定位於阀杆第一部分46的邻近该阀杆头48的一个圆周区域64。波纹管的另一端被焊接或以其它方式固定于该封闭环30上以标号66表示的地方。以这种方式，进入阀腔16的系统流体的压力，由于波纹管60而与阀杆44彼此封、隔开。由于波纹管偏离轴线的扭曲会引起不适当的应力、耗损及波纹管密封的过早失效，因此阀杆运动过程中，从阀的结构方面保持阀的轴向对中就很重要。如何保持轴向必要的同心度在下文中将有详细的说明。

该波纹管的平均直径D₁本质上等於该阀杆头的直径D₂。由於波纹管和阀杆头的直径相等，该阀是双向作用的。所谓双向作用是指通道12、14中的任何一个都可以用作该阀压力流体的进口。最好是以通道12作进口，这样一旦波纹管失效，该阀即保持关闭，从而系统流体不能进入阀腔。因此，由于该阀是可以从两个通道中的任意一个加压，并以相同方式起作用，所以被认为是双方作用的。

阀体10上的外螺纹68在阀盖保持螺帽72上的螺纹70处连接。该保持帽72做有多边形的外表面80，是为拧紧该螺帽和相应的阀体时限定板手的平面，该螺帽上的径向向内延伸的台肩82，与阀盖90上的一个径向向外的法兰88相互作用。该阀盖的第一端92紧靠着该封闭环的一个径向侧面94，至使螺帽72拧紧时，上述密封垫片与阀腔的台阶面彼此紧紧地保持封闭。

封闭环30做有一个供放置细长环状衬套100的通道32。衬套最好是用青铜或某些其它适当的材料制做。该衬套的第一端102靠紧一个垫圈104;而一个过渡段、凹区106与该封闭环30的卡边108相贴合。该衬套有一个圆柱形的内表面110，它起到精密定心及对阀杆44沿其第一部分46起导向作用。垫圈用不锈钢制成，作为一个止推面而与阀杆第一部分上的轴肩114配合。当阀杆被驱动至开启位置上时，垫圈104即与轴肩114彼此贴合，从而确定了该阀杆轴向运动的上极限。

在阀盖90上，设有一个检验接口120;适於接受一个管子连接（图中未予表示）。该检验接口被用作监视阀装置，並能检测是否有来自阀的任何流体正从阶式密封或波纹管密封中泄漏，以便采取适当的补助措施。该检验接口的螺纹部分122，允许与相应的管子的螺纹连接。

阀盖90有一个径向向内延伸的支承法兰124，它支承着一个不同心补偿装置。该不同心补偿装置包括有一个环状密封套126，它有一个内槽128和一个外槽130。这两个槽正好分别放置一个内O型圈132和一个外O型圈134。该内O型圈与阀杆第二部分，或叫上阀杆部分140相接触。外O型圈134与阀盖的一个内表面142相配合。利用环状密封套126和在内、外槽128、130中的O型圈即可补偿该阀杆的任何不同心;这是因为该密封套和O型圈允许阀杆浮动。该密封套被设计成宽松地承接该阀杆第二部分。进而，该密封套又以宽松的形式承坐於阀套上。这些O型圈发生变形，以稳定阀杆第二部分140的轴向位置。卡环144保持该补偿装置沿该阀套的内表面和支承法兰124轴向定位。

阀杆第二部分140做有内螺纹146，与该阀杆的第一部分46的最高端处的外螺纹148相配合。该螺纹连接在阀杆轴向运动中，提供确定的阀杆回程。阀杆的第一和第二部分同样地具有紧密配合的内外直径。这些精密的配合直径确保了最初的装配中或是在维修之后的再装配时，多个阀杆部分装配具有精密的同轴性。阀杆的两部分间采用螺纹形式连接，使得该波纹管以一个整体部件形式拆卸变得容易，并且不会引起作轴向运动的波纹管的任何扭曲。

所述阀盖的外部做有一个带螺纹的部分152，它与驱动器封闭构件（或者叫做底座）158的敞口156处所做的螺纹部分154相连接。驱动器封闭件具有一个外圆周面160，它包括一个螺纹部分162和一个正好容纳一个密封圈166的槽164。该驱动器封闭件的一个轴端面168与驱动器外壳的一个轴向台肩相配合，确定了该封闭件被拧进的最里位置。槽174及其相关的密封件176提供了该驱动器封闭件（或叫做底座）与阀盖外部间的流体密封。

在封闭件158上有一个内台肩178，在一种型式的阀中，用以承放弹簧180的一端。由于它被用于一种常态开启式阀的实施方案中，所以弹簧180以假想的形式表示。这一点对于本领域的普通技术人员是容易懂得的。这种另外形式的常态开启的实例，在下文中还将有更详细的叙述。

一个驱动器，具体地表示为一个活塞，位于阀杆第二部分140上。同样有效地可以采用其它形式的驱动器。在阀杆第二部分140上设计有螺帽184和垫圈186，用以保持活塞对阀杆有一定的相对位置。活塞182通过置于活塞外圆周面上的槽194里的O型密封圈192与该驱动器外壳172密闭连接。活塞的内圆周面196与阀杆第二部分上圆周槽200内的O型圈198构成封闭空间。

流体压力可通过开口206引至驱动器内部，图中所示则是由阀杆第二部分140上的一个轴向通道208实现流体沟通的。换言之，阀杆第二部分也可以是实心构造，而以其它方式，通过在驱动器外壳上制出适当的开口来实现。该阀杆流体通道208自阀杆最高端212开始，一直向阀杆第二部分140的内部延伸至一个横向孔214。以这种方式、流体压力可以有选择地被引至活塞的内面220以轴向驱动活塞抵住反向对置的指向活塞外面222的弹簧偏置力。阀杆第二部分140上的一个曲线外廓面224与摆动座套226上的通孔敞口相配合，用来调整该弹簧偏置装置的不均匀力。

更具体地说;摆动座套226有一个加大的贯穿通道228，它宽松地承接阀杆第二部分140。一个带有锥度表面230与阀杆第二部分的曲线外廓部分224接触;从而摆动座套相对于阀杆轴线允许出现有限角度的偏移。由此调整由弹簧232、234所引起的不均匀力。在一种更好的结构中，这些弹簧实质上是螺旋的，并同轴布置，结果一端靠紧摆动座套，另一端与在驱动器外壳172上的两个环状台肩240、242相接触。对于常态关闭的实施方案，采用一对弹簧：这是因为对于高压应用的场合，需要大的偏置力。

另一种常开实施方案，采用弹簧180，其一端靠紧在封闭件158上的内台肩178上;弹簧180的另一端抵住驱动器活塞182。横向孔214做在一个选好的轴向位置上，用以提供作用於活塞外侧面222的流体压力。这种另外的常开实施方案、利用作用于活塞外面222上的流体压力来克服由弹簧180所作用的偏置力。在此实施例中仅只需要一个单个弹簧是因为在该阀腔中有高的流体系统压力。很清楚，弹簧180、232、234並非同时使用，而是分别被引入用于两种不同的实施方案中。

该反接波纹管阀的所有金属的浸湿另件、包括波纹管本身，最好都采用316不锈钢、阀杆第二部分、或称之为阀杆上部可采用可淬性不锈钢制作，而剩下的驱动器结构则采用铝。正如在先提到的那样，阀杆头用一种软材料，例如像聚三氟氯化乙烯聚合体（Kel-F），它确保与阀座的密封。然而，上述材料仅只为了举例，采用其他各种适用的材料亦未超越本发明构思所包括的范围。

新发展的主题总括为附加於摆动座套的锥形自定心表面及不同心补偿装置。该锥形表面保证了两个主要构件的轴向同心，进而能保证波纹管精确的轴向运动。摆动座套确保由于采用多个同轴弹簧引起的不均匀作用力不被传递到阀杆上。以类似的方式，带有多个同心“O”型环的密封套使阀杆浮动，并由此补偿了所有不同心。衬套100放置於系统流体的外边，用於阀杆的对中和导向，分离构件之间采用螺纹连接有利於阀的随时的拆卸和维修。以上各种特点相互作用，则提供了耐压能力达到3500磅/吋²的一种反接波纹管阀装置。

本发明已用相应的最佳实施例加以叙述。很明显，依靠对说明书的阅读和理解，作出修改和替换将可得出许多其它方案。这就是说，所有这些修改和替换，就其范围而言，均落于后续的权利要求的范围内或视为其等同物。

Claims (35)

1、一个波纹管阀，包括：

一个有一进口通道和一出口通道的阀体，一个沟通上述通道的阀腔和一个位于上述通道之间的阀座;

有一阀装置装在阀腔和驱动器外壳之中，所述阀装置有一阀杆，它一端的阀杆头与阀座形成有选择的密闭配合以控制进口和出口通道之间的流体流动;

一波纹管包绕住阀杆的一部分上，并保证了两端的密封，因而把流经阀腔的流体与阀杆隔开，所以液体在波纹管上施加了一个外压力。

所述的阀杆由第一和第二部分组成，其第二部分与驱动器相连以使阀杆能有效地作用选择的往复运动;其特征在于还包括：

使上述阀杆沿轴向运动时平衡地导向而达到的阀杆不对中补偿装置。

2、按权利要求1所述的波纹管阀，其特征在于：所述的不对中补偿装置是具有内、外槽，以分别容纳内、外同心密封圈的环形密封套，上述的内密圈与阀杆配合使阀杆能够浮动。

3、按权利要求1所述的波纹管阀，其特征在于：所述的阀腔具有一个可容纳阀杆第一部分的开口端，一个密封环与阀腔开口端形成了一个阶梯密封，波纹管的一端与阀杆的第一部分靠近内端处密封固接而波纹管的另一端则与密封环密封固接，从而密封地隔开该阀杆。

4、按权利要求3所述的波纹管阀，其特征在于：所述的密封环呈环状以使阀杆穿越其中，在密封环里有一个环绕杆与之相配的长形衬套，以起到定心和导向作用。

5、按权利要求3所述的波纹管阀，其特征在于：所述的封闭环有一个对中用的锥形面，使密封环，波纹管相对于阀腔开口端对中。

6、按权利要求3所述的波纹管阀，其特征在于：所述的封闭环在与阀腔相对的表面上承受了一个阀盖，一个固定螺母与阀盖和阀体相结合，此固定螺母可把封闭环压到阀腔开口处的阀体面上以完成紧密封。

7、按权利要求6所述的波纹管阀，其特征在于：所述的阀盖上设置了一个检查波纹管密封完整性的开口。

8、按权利要求6所述的波纹管阀，其特征在于：所述的阀盖中容纳上述的不对中补偿装置，所述的外密封圈与该阀盖配合。

9、一个波纹管阀，包括：

有一进口通道和一出口通道的阀体，一个沟通上述通道的阀腔和介于上述通道之间的阀座;

一个阀杆包括第一部分和第二部分，它们由螺纹同轴连接，阀杆的第一部分的一端与阀座配合用来控制通道间流体的流体;

一波纹管包绕住阀体阀杆第一部分的一部而把通过阀腔的流体与上述阀杆密封地隔开，流体因而在波纹管上施加一个外压力;

所述的阀腔有一开口端以容纳阀杆的第一部分;

一个可拆卸地连接于上述阀体的驱动器外壳，驱动器外壳中容纳一个与阀杆第二部分配合作往复运动的装置，它在相应于第一施力装置（手段）的第一方向上移动阀杆第一部分的一端进入与阀座密封位置，而相应于第二施力装置的第二方向上则移动该阀杆使与阀座进入开启位置，其特征在于：所述第一施力装置包括具有一个摆动座套的弹簧偏置装置弹簧则配置在驱动器外壳和摆动座套之间，摆动座套与阀杆的第二部分配合，由具有内锥面的摆动座套来补偿不均匀的弹簧力，防止作用于阀杆的偏心载荷。

10、按权利要求9所述的波纹管阀，其特征在于：所述的往复装置为一个紧密地容纳在上述驱动器外壳中的活塞，其第一（向下）和第二（向上）施力的装置之一是向驱动器外壳内有选择地引入流体压力。

11、按照权利要求9所述的波纹管阀，其特征在于：所述的第一和第二施力的另外装置是弹簧偏置装置，即一个力能克服另一个而将力传递到阀杆第一部分的一端以达到使阀闭合或开启的目的。

12、按权利要求11所述的波纹管阀，其特征在于：所述的弹簧偏置装置包括一对介于驱动器外壳和摆动座套之间的同轴弹簧。

13、按权利要求9所述的波纹管阀，其特征在于：还包括一个上述阀杆不对中补偿装置，它能在阀杆做轴向运动时平稳地导向。

14、按权利要求13所述的波纹管阀，其特征在于：所述的不对中补偿装置包括一个环形密封套，它有内、外槽能分别容纳一对内、外弹性圈，其内圈与阀杆配合使阀杆能够浮动。

15、一个波纹管阀，包括：

一个有一进口通道和一出口通道的阀体;

一个沟通上述通道的阀腔，和位于通道之间的阀座;

有一阀装置装在阀腔和驱动器外壳之中，所述装置有一阀杆，它一端的阀杆头与阀座形成有选择密闭配合以控制进口通道和出口通道之间的流体流动;

所述的阀杆包括第一部分和第二部分，并由螺纹同连接;

一波纹管包绕住阀杆的一部分上把流经阀腔的系统的流体与阀杆密封地隔开，由此系统的流体在波纹管上施加了一个外部压力，其特征在于：

所述的阀腔具有一个可容纳阀杆的第一部分的开口端，一个封闭环与阀腔开口端形成了一个阶梯密封，波纹管的一端密封地固接在阀杆第一部分靠近内端处，而另一端则与封闭环密封固接，从而密封地将阀杆隔离;

阀盖的一端与封闭环接触，阀盖开孔用以检查波纹管密封完整性，另一端则容纳环形密封套，由阀盖的外螺纹与一个驱动器封闭件相连;

上述的环形密封套有能容纳内、外同心密封圈的内、外槽，以使阀杆能够浮动;

上述驱动器外壳封闭构件有一开口，阀杆能轴向穿过封闭构件开口而进入外壳内;

上述驱动器外壳包括流体控制的弹簧偏置驱动器，它与阀杆相接使其作往复轴向运动，弹簧配置在外壳和摆动座套之间，而摆动座套上的锥形边与阀杆配合用来防止由于不均匀的弹簧力而引起阀杆的偏心载荷。

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