CN101936404A - 蝶形阀 - Google Patents

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Abstract

一种蝶形阀，通过采用盘的密封表面上与环形密封件的密封表面不匹配的表面，从而在盘与环形密封件之间形成增强的密封。

Description

蝶形阀
技术领域
本发明总体涉及蝶形阀，更具体地涉及绕蝶形阀的可旋转盘的高压密封件。
背景技术
在本领域已知具有中心可枢转盘的蝶形阀的构思。在授予Steele等人的美国专利4,836,499中示出了这样一种蝶形阀，并在Steele的专利5,295,659中示出了另一种蝶形阀。在两种阀中，中心盘从横向或闭合位置枢转到轴向或打开位置，其中在所述横向或闭合位置，盘横跨流动通道进行延伸以阻止物料流过阀；在所述轴向或打开位置，物料进入阀的一侧并在从阀相反侧排出之前沿盘面的侧面横向流动。为了密封阀，盘定位在横向位置，并且环形的弹性体密封件或密封环膨胀以接合着盘的边缘，以绕盘的周边形成环形的密封。为了使盘枢转到打开状态或过流状态，弹性体密封件收缩并且盘从闭合位置枢转到打开位置。
蝶形阀的难点之一是在枢转盘的环形边缘与可膨胀密封件之间实现高压密封，该高压密封将不随经过盘的压差增加而发生泄漏。
发明内容
本发明的一种蝶形阀具有可压力变形的弹性体密封件和可旋转盘，其中可旋转盘包括密封脊，其用于与承压的可变形弹性体密封环形成高压密封，由此尽管环形密封件的未受压轮廓无需与可旋转盘的密封边缘的轮廓相同，也可使可旋转盘的一侧上的压力与可旋转盘的相反侧上的压力相隔离。
附图说明
图1是具有密封脊的蝶形阀的分解图；
图2是图1所示的蝶形阀的盘的分解图；
图3是图1所示的蝶形阀的轴环的侧视图；
图4是图3所示的轴环的剖面图；
图5是蝶形阀处于闭合位置的端视图；
图6是沿图5所示的线6-6截取的剖视图；
图7是沿图5所示的线7-7截取的剖视图；
图8是处于非密封模式下的盘的一部分和环形密封件的放大剖视图；
图9是图8所示的盘的所述一部分处于密封模式下的放大剖视图；
图10是蝶形阀的盘和轴的侧视图；以及
图11是图1所示的蝶形阀的环形密封件的独立剖视图。
具体实施方式
图1是蝶形阀10(其具有打开和闭合蝶形阀10的可旋转盘14)的分解图，而图10表示蝶形阀的可旋转盘14处于组装状态的视图。在图1中以透视图以及在图10中以侧视图示出的盘14，包括第一圆形面14b和第二圆形面14c，同时周向边缘17具有从盘14的圆形面14c延伸到盘14的圆形面14b的起伏状密封表面16。盘14的起伏密封表面16包括中心周向密封脊16a，同时第一周向密封槽16b靠近密封脊16a一侧以及第二周向密封槽16c靠近密封脊16a相反侧。尽管上述密封槽在一些应用中被示出接近密封脊16a，但可以要求从起伏密封表面16上省去密封凹槽。
通常，蝶形阀具有环形的可膨胀密封件，其由弹性体制成，所述弹性体可扩张以接合着可旋转盘的周向边缘由此闭合阀，并且可相反地收缩以使可旋转盘打开。为了实现盘的周向密封表面与弹性体之间的密封，盘的密封表面和弹性体的密封表面设置成具有匹配的形状，从而使得各个密封表面的轮廓相似或相同。
当传送物料时，蝶形阀10可以通过图3-7所示的进口轴环12、壳体11和出口轴环13与管道相连。图3表示轴环13的侧视图，所述轴环13具有用于与管道相连的面板13a和用于与蝶形阀10的壳体11相连的面板13b。图4是轴环13的横截面图，表示进口具有直径D4，并且出口具有直径D2，同时直径D2大于直径D4。
图7是蝶形阀10处于组装和闭合状态的剖视图，表示穿过蝶形阀的通道的直径D2与管道的直径D4相同或比其更大，以使物料在流过蝶形阀时对环形密封件的冲击降至最小。同样，图6以沿图5所示的线6-6截取的、穿过轴24的剖视图来表示壳体11、轴环12和轴环13的组装图。图6和图7表示壳体11、轴环12和13得到组装的剖视图，同时可扩张的环形密封环15处于松弛或未密封状态。这两个视图都表示盘14处于闭合位置。
图5表示在盘14位于闭合位置时的蝶形阀10和轴环13的一个实例的端视图。轴环13包括具有直径D4的中心开口。如果盘14旋转90度，则可输送的物料可以沿基本上直的流动路径在盘14的两侧流动，而不会使可输送物料撞击环形密封件15，因为环形密封件15径向偏置并因此避免与可输送物料接触。尽管如此，在其他应用场合中，可以要求蝶形阀中的中心开口的直径与连接在蝶形阀上的管道的直径之间保持不同关系。例如，可以要求利用可输送物料的冲刷作用，来保持环形密封件的密封表面处于密封就绪状态。因而，如果需要的话，管道的直径可以等于或大于蝶形阀的开口的直径，而不会脱离本发明的精神和范围。
可旋转支承在壳体11上的盘14可以绕主轴线14a(图1和图2)枢转，以使盘14能够打开和闭合。如果盘14横向延伸到管道，如图1、图5、图6和图7所示，则其防止物料流过阀10。如果盘14绕轴线14a枢转90度，则盘14处于打开位置，其中盘14平行于轴环13和14的中心轴线，这样使得在物料流过阀10时物料可以流经过面14b和14c。
图11表示沿图1所示的线10-10截取的、可膨胀环形密封件15的独立图，表示环形凸起15a和15b绕密封件15的周向延伸，以形成如图8所示的、与壳体11之间的固定和匹配接合。在所示的实例中，环形密封件15包含具有从中心轴线15e延伸的、曲率半径R2的弯曲盘密封表面15c。密封件表面15c的曲率半径是从中心轴线15e到外表面15c来测量。尽管环形密封件15的密封表面被示为圆弧形，但可以采用其他形状的密封表面，而不会脱离本发明的精神和范围。
环形密封件15径向向内扩张以密封着阀，以及径向向外收缩以对阀解除密封，并且通常由诸如弹性体的材料制成。在授予Steele的美国专利4,836,499中，示出了可进行扩张和收缩以对蝶形阀进行密封和解除密封的弹性体密封件的实例。
本发明的一个特征是，其可被用于得到冷却的蝶形阀，或可被用于未得到冷却的蝶形阀。图1和2表示蝶形阀10的实例，其中在盘14上具有冷却通道，用于将弹性体密封件的温度保持在分解(breakdown)温度以下。在其他实例中，可以省去冷却通道。在2008年4月30日提交、并在此全部引入作为参考的待审专利申请No.12/150,715中，更详细地示出了具有冷却通道的蝶形阀。
图2是图1所示的蝶形阀10的盘14的分解图，其中盘14具有冷却通道。盘14包括主体中心盘元件20和装配在中心盘元件20的周向边缘面20a上的边沿部21。三个环，即外凸缘或外环24、中心凸缘或中心环23、和外凸缘或外环22，都位于边沿部21的内部上面。第一环形冷却通道21b位于外环24与中心环23之间。同样，环形冷却通道21a位于中心环24与外环22之间。当组装时，密封环21固定在中心盘元件20上。主轴25和主轴24固定在边沿部21和中心盘元件20上，以使得盘14、边沿部21和轴24、25可成一体单元地进行操作。例如，当边沿部21布置在中心元件20的周向表面20a上时，中心元件20的周向表面20a接合着环22、23和24，以使得边沿部21上的环形冷却通道21a和边沿部21上的环形冷却通道21b在内部由盘元件20上的表面20a所限界，由此形成并排的两个冷却通道21a和21b。尽管示出了两个冷却通道，但是可以采用或多或少的冷却通道，来冷却与环形密封件15形成接触的盘14的表面21d。冷却通道21a和21b相对于中心盘元件20和环形密封件15的位置，在图8中被示出，同时中心元件20和边沿部21共同作用以形成具有环形构造和细长横截面的两个周向冷却通道。边沿部21和中心元件相互固定，以使边沿部21保持在中心元件20上的固定位置，例如边沿部21可以通过焊接等方式固定在其上。中心元件20可用作散热器以从物料中吸收热量，同时尽管在一些系统中使用了中空的中心元件，但是冷却系统仍使热量以恒定速率进行散失。
图2表示盘14包括具有从中心盘元件20的一端向外延伸的毂形件28的第一空心轴25，以及包括具有从中心盘元件20的相反一端向外延伸的毂形件27的第二空心轴24，同时轴24和25在直径方向上定位成彼此相对。轴24和25提供了双重功能，首先它们使盘14可以绕轴线14a从闭合位置旋转到打开位置，反之亦然。另外，这两个轴使冷却流体的轴向流动可从中流过。当组装时，毂形件28装配在边沿部21中，同时管道25b与通道20d流体连通，并且管道25c与通道20c流体连通。类似的，相同的流体通道或管道位于毂形件28的相反一侧上，以引导冷却流体从中穿过(参见箭头)。通常，轴24和25可以通过焊接或类似方式固定在边沿部21上。另外，盘元件20也可以通过焊接固定在边沿部21上，以形成一体构造的盘14。
图8表示可变形的弹性体密封件15的横截面图，其在盘14的边缘17上的起伏密封表面16附近处于松弛或非受压状态。一对凸起(其包括沿密封件15的外侧面定位的一组一体周向支脚15a和15b)将弹性体密封件15支承在壳体11中。如图8的实例所示，当弹性体密封件15处于未受压状态时，密封表面15c包括光滑轮廓表面，用于与盘14上的起伏密封表面16形成密封接合。凸起15a和15b安装在壳体11上，以在盘14与环形密封件15之间形成密封的过程中当环形密封件膨胀时而限制环形密封件15。在膨胀过程中，通过增大腔50中的流体压力(其使得密封表面15c与盘14的起伏密封表面16形成密封接触)，来克服支脚15a和15b对径向扩张的弹性阻力。如图9所示，位于一体的支脚15a和15b之间的环形密封件15的中间部分对径向向内扩张产生的阻力较小，因为其仅通过支脚15a和15b得到间接支承。因而，与在环形密封件15的周向部分中相比，腔50中的均匀压力可在环形密封件15的中心部分中产生更高的弹性体密封件15的表面压力，因为无需克服支脚15a和15b的阻力。
在所示的实例中，弹性体密封件15包含光滑轮廓的密封表面15c，在图8中可以看到，并且中心元件或盘14包括其上具有起伏密封表面16的周向边缘17，其中当弹性体密封件处于未受压状态时，起伏密封表面16具有与环形密封件15的密封表面15c不相匹配的轮廓。
图9表示可变形弹性体密封件15处于承压状态的横截面图，其揭示了弹性体密封件15的形状与盘14的边缘17上的起伏密封表面16的形状相顺应或相一致。也就是，盘14上的起伏密封表面16处于与环形密封表面15c的压力接触下，尽管在未受压状态下它们具有不匹配的轮廓。由于腔50中的压力增加，因此弹性体密封件15可以变形为与中心元件14的起伏密封表面16形成接合。已经发现，在承压状态下，弹性体密封件15的密封表面15c形成与起伏密封表面16的密封脊16a的高压密封接合，其在环形盘14的一侧与环形盘14的另一侧之间形成高压密封。
通过提高腔50中的压力(所述腔50靠近于环形密封件15的后侧而进行定位，所述环形密封件15通过凸起15a和15b在其相对两侧上进行固定)，促使环形密封件15的面15c随着环形密封件的扩张和变形而弯曲，直至环形密封件的面15c的中间部分15d在密封表面15c与环形密封脊16a之间形成高压密封。已经发现，尽管盘14与环形密封件15之间的密封具有不匹配的轮廓，但是与在环形密封件处于未受压状态时盘的密封表面与环形密封件的密封表面具有匹配轮廓的情形相比较，所述密封更加有效。利用膨胀压力，可以施加压力迫使环形密封件15的主体中心部分与盘14的起伏密封表面16的形状保持相顺应或一致，以在它们之间形成本领域通常所称的“不冒泡密封(bubble tight seal)”。可以相信，高压密封至少部分地归因于密封脊16a与环形密封件15位于支脚15a和15b之间的中心部分15d之间的接合，因为支脚15a和15b提供了对环形密封件扩张的拉伸阻力，而环形密封件在支脚15a和15b之间的中间部分无需克服直接的拉伸阻力就可以自由地偏移。因而，尽管腔50中的压力均等，但当弹性体密封件径向向内扩张时，环形密封件的中间部分无需克服一体的周向支脚15a和15b的拉伸阻力。由于弹性体密封件15在中间部分具有足够的主体体积，因此弹性体密封件可以变形以接合着盘14的整个曲折或起伏的表面16，并在它们之间形成曲折的流体路径。
尽管在此所示的蝶形阀可以被用于或被不用于外部冷却，但图8所示的实例表示第一冷却通道41位于环形密封件15的环形侧面上，并且第二冷却通道40位于环形密封件15的相反侧面上。通道40由壳体11和环形导热凸缘45构成。同样，通道41由壳体11和环形导热凸缘46构成。同样，环形盘14包括冷却通道21b和21a。尽管弹性体会在比金属可承受温度要明显小得多的温度下分解，但它们也是不良的热导体。仍然通过将冷却通道布置在环形密封件15的相反侧面15g和15h上、并限制热物料与环形密封件15的接触面积，可以冷却环形密封件15，以进一步防止环形密封件15发生分解，并且支承着环形密封件的壳体11也可以被保持在环形密封件15分解温度以下的温度。
通过对凸缘和盘的冷却，在盘的密封脊上形成高压密封的方法可被用于穿过阀10对热通道可输送的物料进行间歇性传送，尽管如此，阀的一部分可以具有比可输送物料的温度更低的分解温度，因为可防止环形密封件与热的可输送物料进行接触。

Claims (20)

1.一种用于打开和闭合所经通道的蝶形阀，其包括：
壳体；
安装在所述壳体中的可膨胀环形密封件，所述环形密封件可径向扩张；以及
可枢转地安装在所述壳体中的盘，所述盘包括其上具有起伏密封表面的周向边缘。
2.如权利要求1所述的蝶形阀，其特征在于，起伏密封表面包括周向密封脊。
3.如权利要求2所述的蝶形阀，其特征在于，所述盘的周向边缘包括靠近所述盘的周向面进行定位的第一周向密封凹槽和靠近所述盘的相反周向面进行定位的第二周向密封凹槽。
4.如权利要求3所述的蝶形阀，其特征在于，壳体包括用于使环形密封件膨胀的腔，同时环形密封件具有由周向环形凸起进行支承的第一周向边缘和由另一周向环形凸起进行支承的第二周向边缘，同时两者之间具有未受支承的中间区域，从而腔中的压力增加使处于未受支承的中间区域的环形密封件利用密封脊比利用密封凹槽受到更大的密封压力。
5.如权利要求4所述的蝶形阀，其特征在于，所述盘的周向边缘的密封面的宽度大于所述环形密封件的宽度，以使得当盘处于闭合状态时，盘的宽度使环形密封件与可输送物料相隔离开。
6.如权利要求1所述的蝶形阀，其特征在于，当环形密封件处于未密封状态时，起伏密封表面和环形密封件的密封面具有不相匹配的轮廓。
7.如权利要求6所述的蝶形阀，其特征在于，响应于靠近环形密封件的腔中的压力的增加，环形密封件的密封面的形状可变形为与盘上的起伏密封表面进行压力接合。
8.如权利要求7所述的蝶形阀，其特征在于，弹性体密封件的密封面与起伏密封表面的密封脊比与起伏密封表面的密封凹槽形成了更高压力接合。
9.如权利要求3所述的蝶形阀，其特征在于，通过用于与环形密封件的主体部分相接合的周向密封脊，第一周向密封凹槽和第二周向密封凹槽彼此相互分离。
10.如权利要求3所述的蝶形阀，其特征在于，包括位于所述盘中以冷却所述盘周向边缘的周向冷却通道，并且壳体包括一组凸缘，其中冷却通道位于所述一组凸缘中的每一个凸缘中，以使得通过引导冷却流体穿过任意或所有的冷却通道，环形密封件可被保持在环形密封件的分解温度以下的温度。
11.一种用于打开和闭合通道的蝶形阀，包括：
壳体；
具有密封表面的弹性体密封件；以及
可枢转地安装在所述壳体中的中心元件，所述中心元件具有密封表面，其中当弹性体密封件处于未受压状态下时，所述中心元件的密封表面和弹性体密封件的密封表面具有不相匹配的轮廓。
12.如权利要求11所述的蝶形阀，其特征在于，弹性体密封件包括一组一体的周向支脚，用于将弹性体密封件支承在所述壳体中，同时弹性体密封件具有光滑轮廓的密封表面，并且中心元件的密封表面具有一组的周向凹槽。
13.如权利要求11所述的蝶形阀，其特征在于，通过增加靠近弹性体密封件定位的腔中的压力，弹性体密封件可形状变形为与所述中心元件的密封表面和所述一组的周向凹槽相接合。
14.如权利要求13所述的蝶形阀，其特征在于，中心元件包括用于保持中心元件的一部分的温度的周向冷却通道，其中所述中心元件的一部分在中心元件处于闭合状态时与可扩张密封件进行接触。
15.如权利要求11所述的蝶形阀，其特征在于，所述中心元件上的密封表面包括密封脊。
16.一种用于停止流经蝶形阀来传送通道输送物料的方法，包括以下步骤：
使包括具有密封脊的边缘的盘从打开状态枢转到闭合状态；
增加在其相反两侧被紧固的环形密封件的后侧附近的腔中的压力，以促使环形密封件的表面进行扩张和变形，直至环形密封件的表面的中间部分在密封脊与环形密封件之间形成高压密封。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括以下的步骤，所述步骤迫使环形密封件与盘的密封面的起伏形状相顺应，从而在靠近环形密封件的中间部分处比在环形密封件的侧部处形成更高压力密封。
18.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括以下的步骤，所述步骤迫使环形密封件与盘的密封面中的一组环形凹槽相顺应，同时盘的中间部分与盘的密封表面形成高压密封。
19.如权利要求16所述的方法，其特征在于，还包括以下的步骤，所述步骤通过使环形密封件的中间部分发生弯曲和变形而迫使环形密封件坐靠着所述盘上的中心脊。
20.如权利要求19所述的方法，其特征在于，还包括以下的步骤，所述步骤将冷却流体引入第一轴并引出第二轴，所述第一轴和第二轴在直径方向上彼此相对定位，或流动通过其中具有冷却管道的凸缘，以此来保持与环形密封件相接触的蝶形阀的温度处在环形密封件分解温度以下。
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