CN102016369A - 闸阀 - Google Patents

Abstract

本发明公开了安装到管道中的闸阀(1)，包括阀体(3)和闸板(21)，闸板安装到阀体上以便可在打开位置和关闭位置之间移动，在关闭位置形成在阀体中的阀开口(7)由闸板(21)关闭。闸板(21)包括与闸板(21)的横剖面(22)隔开的两个相对表面(24、25)，至少一个表面(24)设有围绕该表面(24)延伸的至少两个密封件(41、43)，一个位于另一个周边内，使得当闸板处于关闭位置时两个密封件密封阀体(3)的阀座(5)，以便在使用中抵抗作用在闸板(21)上的流体压力进行密封。公开了总共具有四个密封件(41、43、45、47)的闸板(21)，两个(41、43)位于上游闸板表面(24)上，两个(45、47)位于下游闸板表面(25)上。

Description

闸阀

本发明涉及闸阀，特别但不排他地涉及用作非家用主供气或供水管道上的管道隔离阀的闸阀。

在过去，闸阀领域的发展相当迟缓，使得这种阀的设计没有显著改变。

闸阀的已有形式是楔形闸阀，其中，闸板包括具有两个相对的倾斜平坦金属面的楔体，所述相对的倾斜平坦金属面分别密封闸阀阀体的金属阀座的一部分。有必要对闸板的金属面和阀座的相应表面进行加工以确保足够的密封。尽管如此，通常仍然难以利用这种阀确保液密或气密密封，这不仅是因为制造公差的缘故，还因为聚集在闸板表面或阀座上的沉积物的缘故。

通过在每个金属面上凹设O形圈可以将这种阀的泄漏减小到最小程度，但是这会因制造期间的机加工要求而提高这种阀的成本。

另外，这种阀通常在阀体基部设置有凹部，其设计成接收楔形闸板的尖端。该凹部会充满阻止闸板完全闭合的残渣。

对楔形闸阀的改进在于设置弹性坐靠的楔形闸阀，其中，楔形闸板涂覆有如橡胶材料的能弹性变形材料(或可能由其制成)。这种可弹性变形材料密封阀体中的阀座铸件，并且可以在一定程度上适应阀座轮廓以及闸阀本身的缺陷，从而在保持弹性材料充分压缩的情况下提供改进的密封。这种阀消除了制造期间对闸板和阀体的机加工要求。典型地，这种阀也省去了位于阀体基部的凹部，从而避免了凹部中积聚残渣的问题。

尽管如此，仍然难以确保围绕阀座的整个外周实现稳定密封，这特别是因为在闸板的不同部分上使用的不同密封材料厚度，尤其是闸板的上楔形部分和闸板下部之间过渡处。

美国专利6726178B2涉及这种弹性楔形闸阀的改进，该专利描述了闸板密封件，其中，闸板上的密封材料的几何形状使密封件的所有部分的压缩基本上恒定。

然而，该专利中公开的弹性楔形闸阀具有所有这类阀所共有的缺陷，其中，作用在闸板上的流体压力沿所施加压力的方向推动闸板。这种移动在一定程度上受到闸板和阀座之间设置适当导向表面的限制，但是不能完全消除。

在过去已经提出在特殊管段，例如供气管道使用所谓的″双截止泄放″工艺。这样做的一种方法是使用具有金属阀座的阀，其具有设置在每个密封面中的O形圈。当阀关闭时，内部阀体空间可以排空并清除气体。内部阀体空间可以设置有传感器，其检测是否有气体泄漏到内部阀体空间中。在弹性楔形闸阀用于双截止泄放工艺的情况下，这种阀通常只具有单密封面，因此，在管线中需要两个相邻的阀，两者均关闭。位于一个阀一侧的管路泄压以便能够对位于阀这一侧上的管路进行操作。作为安全措施，两个阀之间的阀内空间也泄压并且设置有气体传感器。如果气体通过位于管路泄压侧上的阀泄漏，该气体会进入内阀空间并且传感器将触发警报。内阀空间排空并冲净以避免任何气体聚集。该步骤由于需要两个阀和相关的安装成本、空间以及维修要求而价格昂贵。有可能使用具有两个密封面的弹性楔形闸阀，但是上游面上的压缩减小是重要的问题。

如上所述的阀板运动的结果是，闸板的下游密封面上的压缩增大，而上游密封面上的压缩减小，导致上游闸板面上的密封性能下降。这在试图执行双截止泄放型操作时尤为不利。

问题的大小取决于阀的尺寸以及管路中流体压力的大小，并且往往阀越大，问题越大。这部分地由于制造阀体的铸造公差，阀体通常是未加工的铸件，对于较大的阀来说，公差会导致阀体尺寸的较大变化，如果接近极限的话，会导致上游密封面压缩不足，从而不能密封工业或健康和安全标准所要求的流体压力。

根据本发明的第一方面，提供了一种用于安装到管道上的闸阀，所述闸阀包括阀体和闸板，所述闸板安装到阀体中以便能在打开位置和关闭位置之间移动，在所述关闭位置，形成在阀体中的阀开口由闸板关闭，所述闸板包括与闸板横剖面隔开的两个相对表面，至少一个表面设置有围绕所述至少一个表面延伸的至少两个密封件，其中一个密封件位于另一个密封件周边内，使得当闸板处于关闭位置时两个密封件密封阀体的阀座，以便在使用中抵抗作用在闸板上的流体压力而密封阀开口。

优选地，每个表面包括至少两个密封件。

所述至少一个表面或每个表面可以包括两个以上的密封件。

一个表面可以包括与另一个表面相等或不等数量的密封件。

可以想到，可以在一个表面上设置多个密封件，在另一个表面上只设置一个密封件。

密封件可以与闸板整体形成，使得闸板和密封件可以由相同的材料制成。

可替换地，闸板可以包括由一种材料制成的芯部，密封件使用另一种材料涂覆或模制在芯部上。

密封件可以具有曲线轮廓。密封件可以具有半圆形轮廓。

可替换地或者额外地，密封件可以具有角形轮廓。密封件可以具有三角形、矩形、正方形或梯形轮廓中的至少一种。

当从侧面-即沿与阀开口平面一致的方向观察时，闸板可以具有楔形形状。

当从侧面-即沿与阀开口平面一致的方向观察时，闸板可以具有平行的平面密封面。

根据本发明的第二方面，提供了一种用于安装在闸阀阀体中的闸板，所述闸板包括与闸板横剖面隔开的两个相对表面，至少一个表面设置有围绕所述至少一个表面延伸的至少两个密封件，其中一个密封件位于另一个密封件周边内。

本发明的其他方面可以包括这里所述的特征或限制的任意组合。

本发明可以按照多种方式实施，但是现在只参考附图以举例方式对实施例进行描述，其中：

图1是现有技术的金属楔形闸阀的侧面剖视图；

图2是通常现有技术的弹性坐靠的楔形闸阀的侧面剖视图；

图3是包括根据本发明的闸阀的一部分在内的闸板的前视图；

图4是从图3所示闸板下面观察的视图；和

图5是沿图3所示直线A-A截取的剖视图。

首先参考图1，现有技术的闸阀1A包括阀体3，其下部包括形成有通孔7形式的阀开口的阀座5。围绕孔7端部的区域包括配合面9以与管道(未显示)的相应端部密封配合。

阀1A还包括阀板11A，其布置成可沿与孔7的纵轴线8垂直的方向竖直地移动到孔7中和从中移出以便关闭、部分关闭或打开孔7。阀板11A可通过阀杆13移动，所述阀杆在本实例中包括螺纹杆，其从闸板11A伸出，向上穿过阀体3的上部15并且终止于从阀体3的上部15的顶端伸出的构造部(formation)17。构造部17在使用中可以由适当的工具(例如，阀操作扳手)接合，所述工具用于使螺纹杆旋转，从而使闸板11A上升或下降。构造部17可以连接至电动致动器(未显示)，使得闸板11A可以通过远程控制致动器而进行上升或下降。

阀板11A在本实例中是金属楔形闸板，其密封阀体3中的阀座5，密封由闸板11的金属与阀座5的金属接合而提供。

参考图2，另一现有技术的闸阀1B具有与上述阀1A大致类似的结构，只是阀1B设置有闸板11B，其在从侧面观察时包括通向肩部20的楔形部19。闸板11B的最外面的相对面(即距离图2左右最远的面)与闸板11B的横剖面22隔开，每个相对面包括延伸过闸板11B的顶部并沿着楔形部19向下延伸的弹性密封件。弹性密封件随后围绕闸板11的肩部20延伸并且在闸板11B的下顶点处相交。

现在参考图3-5，根据本发明的阀板21包括闸板主体23，其具有与闸板21的横剖面22隔开的一对前后(或者在使用中为上游和下游)面24、25。当从前面或后面观察时，每个表面24、25的上部周边27为半圆形。上部周边27通向两个向下延伸的平行侧部29，其分别终止于倾斜的弯曲基部31。凸起37形成在闸板21的顶部并且适于与如上文参考图1描述的阀杆接合，如人们熟知的那样。

每个表面24、25的外缘形成有以马蹄形或′n′形形状从闸板21的基部向上延伸的嵌条(strip)，与表面24、25的外缘吻合。嵌条39的顶部从闸板21的横剖面22伸出得比马蹄形嵌条39的底部更远，使得沿横剖面-即沿与平面22一致的方向观察闸板21时，至少闸板21的上部为大体上楔形形状。

表面24上的嵌条39设置有两个大体上平行的密封件41、43，其围绕嵌条39的整个长度延伸，一个密封件43位于另一个密封件41的周边内。在密封件41、43到达闸板21的弯曲基部31时密封件41、43在闸板21的下面弯曲，弯曲90度并且在再次弯曲90度之前横向延伸过闸板21的基部31，从而沿着位于同一表面24上的嵌条39的另一侧向上延伸。

一组相同的同心密封件45、47设置在闸板21的相对面25上。

尤其是参考图4，闸板21的基部包括扩大的中央圆形区域49，其可以围绕或包括接收致动杆13的孔。扩大的中央圆形区域49沿每个表面24、25向上延伸一定程度，从而限定圆柱形构造部。位于闸板21的基部31处的每对密封件41、43和45、47围绕圆形区域45弯曲，每对中的密封件41到47之间的内密封空间在该部分处减小，尽管在本实例中每对中的密封件可以沿其整个长度保持等间隔隔开。

密封件41到45均如此连续，从而形成为不具有任何断口或间隙。密封件41、43延伸过顶部并且沿着一个表面24的一侧向下延伸，在基部31的下面并延伸过该基部，并且在同一表面24的另一侧向上返回。密封件45、47在相对表面25上相对地延伸。

因此认识到闸板21设置有四个密封件，分两对布置，每个密封面24、25上有一对。在每对密封件41、43和45、47之间限定有内密封空间51。

参考图5，密封件41、43的轮廓实例为半圆形。然而，可替换地或者额外地，可以使用具有任何希望轮廓的密封件41、43，这种轮廓包括三角形、矩形、正方形或梯形、或者其任意组合。可以想到，每对中的密封件之一具有与另一密封件43不同的轮廓。还可以想到，一个或每个密封件的轮廓可以沿其长度变化。

密封件41到47延伸过闸板21的基部31的那部分起到顺列密封件的作用，也就是说，上游流体压力通常沿与流体流方向和阀孔7的纵向轴线一致的方向起作用。密封件41到47位于闸板21的各个表面24、25上的部分起到径向密封件的作用，也就是说，上游压力通常沿与流体流方向和阀孔7的纵向轴线成径向的方向起作用。

当流体流过孔7时，阀1可以在使用中关闭。当阀1关闭时，密封件41到47位于闸板21的嵌条29的上部上的部分首先接触阀体3的阀座5上的密封面。

当阀1几乎关闭时，也就是说，当闸板21的基部31几乎与阀体3中的孔7的基部接触时，每对中的密封件41到47在其大部分长度上与阀座5接触。流体流在每个密封件41到47还未与阀座接触的一小段长度上流过。

当闸板21朝向关闭位置移动时，流体压力将逐步降低，使得密封件41、43和密封件45、47之间的压力处于上游和下游流体压力之间。

当闸板21到达完全关闭位置时，中间流体压力将截留在上游对的两个密封件41、43之间。第一密封件41将经受从上游压力到中间压力的压降，第二密封件43将经受从中间压力到密封件下游压力的压降。

因此，当阀体3中的孔7排出到大气时需要在上游面24上密封抵抗8巴的阀(而由于阀尺寸可能以前只能够密封抵抗4巴的压力)在每个密封件41、43上只具有大约4巴的压降，从而有效密封抵抗8巴的压力。类似地，以前受限于在上游面上密封抵抗8巴的阀可以利用两个上游面密封件41、43实现密封抵抗大约16巴。

闸板21可以在流体不流过阀孔7时关闭。当处于关闭位置时，流体压力施加于阀闸板21的上游面24上。当压力达到第一密封件41的极限时，例如4巴，泄漏将越过第一密封件41，如果没有第二密封件43的话，泄漏将直接进入阀孔7的下游部分。然而，第一对密封件中的第二密封件43阻止通过其的泄漏，因此，流过第一密封件41的泄漏将开始给两个密封件41、43之间的内密封空间51加压。上游压力将继续上升，从上游到内密封空间51保持大约4巴的压差。当上游压力达到所需全部压力，例如8巴时，内密封空间51中的压力将大约为4巴。由于第二密封件43也能够保持大约4巴，将不出现经过第二密封件43的泄漏。

在例如不需要双截止泄放特征的供水或供气隔离的应用中，四个密封件41到47(两个上游和两个下游)全部起作用，有效地阻断上游压力向下经过全部四个密封件41到47。

在阀板21的每个密封面24、25上使用一个以上的密封件能够使每个表面24、25的第二密封件在第一密封件由于磨损、机械损坏、或者在阀体3的阀座5上各种沉积而发生失效的情况下起到备用密封件的作用，从而有效提供至少四个密封件安全措施。

根据本发明的阀1在双截止泄放操作中尤为有利，其中，只需要一个阀，因为两对密封件41到47之间-即两个密封面24、25之间的空间53可以装有传感器以检测是否存在经由一对上游密封件41、43的流体泄漏。进入空间53的所有流体泄漏在使用中被排出和冲净。在空间53的上游设置两个密封件41、43提供了抵抗上游流体压力的大大提高的密封性能。

另一优点在于弹性密封件41到47可以通过模制工艺制造，使得生产单位成本与每个表面只具有一个密封件的楔形闸板的成本没有不同。

在一定程度上，通过给阀杆13施加更高扭矩，即有效增大密封件的压缩有可能使阀抵抗更高的流体压力。在这种情况下，根据本发明，在至少一个表面24、25上具有至少两个密封件的阀能够利用正常的关闭扭矩量进行密封。在每个表面上具有一个密封件的现有技术中的阀能够实现有效的双截止泄放操作的限制尺寸范围内，在每个表面上具有两个密封件的阀能够利用更低的操作扭矩实现同样的效果。

因此，在闸板的至少一个密封面上具有至少两个密封件的阀比在每个表面上具有单个密封件的阀需要更低的最终关闭扭矩。

施加给阀杆的较低扭矩也会产生较小的机械作用力，降低阀中发生机械故障的风险，这在气阀应用中尤为有利并且危险性较小。

施加给阀杆的较低扭矩从健康和安全角度看也是有利的，因为这降低了在气体、水或其他工业领域中与手动操作阀有关的操作人员背部伤害的风险。

由于可以使用更小或成本更低的致动器，较低扭矩在阀板为电动的情况下也是有利的。

从上文可以认识到，如果需要的话，在每个密封面24、25上可以设置两个以上的密封件，如上所述的优点将得以放大。例如，可以想到在一个或每个密封面24、25上设置三个、四个、五个或更多个密封件。

密封件41到47可以由可弹性变形的材料制成，所述材料可以是诸如橡胶或基于塑料材料的弹性体材料。包括密封件41到47的整个闸板21可以全部由这种材料制成，或者闸板21可以(参考图-4)包括由更刚性的材料(如金属)制成的芯部55，覆盖有可弹性变形材料57，其通常粘合到位于下面的材料上。

上述阀1和闸板21可以在任何家用、商用或基础设施流体管道中使用。

如上所述的阀可以例如与尺寸为50到300毫米的孔7一起使用或者适于连接到直径范围为2到12英寸以及更大尺寸的管路上。

上文已经对闸板21进行了描述，当沿闸板横剖面22观察时通常具有楔形形状，但是可以想到，所述多密封件布置可以在任何其它希望形状的闸板上使用，包括密封面24、25为平面、平行或者只是略微倾斜的闸板。因此，闸板21可以例如具有一或多个锥部或截锥部。当沿着横剖面22观察时，闸板21大体上为沙漏形状。

另外，当从正面或后面观察时，根据需要，闸板21的轮廓可以具有任何希望的形状，例如可以是椭圆形或卵形。

闸阀可以是平行滑阀类型，包括具有平行密封面的覆金属的闸板，所述密封面通过弹簧等偏压成与阀体密封接合。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种用于安装到管道中的弹性坐靠的闸阀，所述闸阀包括阀体和闸板，所述闸板安装到所述阀体中以便能在打开位置和关闭位置之间移动，在所述关闭位置，形成在所述阀体中的阀开口由所述闸板关闭，所述闸板涂覆有能弹性变形的材料或者由能弹性变形的材料形成，所述闸板包括与所述闸板的横剖面隔开的两个相对表面，其中至少上游表面设置有各自围绕所述至少上游表面延伸的至少两个由能弹性变形材料形成的密封件，其中一个密封件位于另一个密封件的周边内，使得当闸板处于关闭位置时两个密封件密封所述阀体的阀座，以便在使用中抵抗作用在闸板上的流体压力而密封所述阀开口，其中在使用中当第一个密封件对于给定压缩达到密封能力的极限时，第一个密封件允许流体泄漏，使得在两个密封件之间的内密封空间被加压，以便密封件两侧的流体压力阶跃变化并保持密封件两侧的流体压力，即，在密封件之间的流体压力处于上游流体压力和下游流体压力之间。

2.如权利要求1所述的闸阀，其中，设置有至少四个密封件，即，上游和下游表面各自包括至少两个密封件，使得在使用中抵抗给定流体压力进行密封所需的密封压缩力进一步减小，并且密封的完整性进一步增大。

3.如权利要求1或2所述的闸阀，其中，所述表面或每个表面包括两个以上的密封件。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的闸阀，其中，每个表面包括相等数量的密封件。

5.如权利要求1-3中任意一项所述的闸阀，其中，每个表面设置有与另一个表面不同数量的密封件。

6.如前述权利要求中任意一项所述的闸阀，其中，至少一个密封件具有曲线轮廓。

7.如前述权利要求中任意一项所述的闸阀，其中，至少一个密封件具有角形轮廓。

8.如前述权利要求中任意一项所述的闸阀，其中，当从侧面-即沿与所述阀开口的平面一致的方向观察时，所述闸板具有楔形形状。

9.如前述权利要求中任意一项所述的闸阀，其中，所述至少两个密封件沿着所述上游表面向下延伸并且延伸到所述闸板的基部的下面，即当从侧面观察所述闸板时，所述密封件占据一个以上的平面。

10.一种用于安装在弹性坐靠的闸阀的阀体中的闸板，所述闸板涂覆有能弹性变形的材料或者由能弹性变形的材料形成，所述闸板包括与所述闸板的横剖面隔开的两个相对表面，其中至少上游表面设置有各自围绕所述至少上游表面延伸的至少两个由能弹性变形材料形成的密封件，其中一个密封件位于另一个密封件的周边内，其中在使用中当第一个密封件对于给定压缩达到密封能力的极限时，第一个密封件允许流体泄漏，使得在两个密封件之间的内密封空间被加压，以便密封件两侧的流体压力阶跃变化并保持密封件两侧的流体压力，即，在密封件之间的流体压力处于上游流体压力和下游流体压力之间。

Claims (10)

1.一种用于安装到管道中的闸阀，所述闸阀包括阀体和闸板，所述闸板安装到所述阀体中以便能在打开位置和关闭位置之间移动，在所述关闭位置，形成在所述阀体中的阀开口由所述闸板关闭，所述闸板包括与所述闸板的横剖面隔开的两个相对表面，其中至少一个表面设置有各自围绕所述至少一个表面延伸的至少两个密封件，其中一个密封件位于另一个密封件的周边内，使得当闸板处于关闭位置时两个密封件密封所述阀体的阀座，以便在使用中抵抗作用在闸板上的流体压力而密封所述阀开口。

2.如权利要求1所述的闸阀，其中，每个表面包括至少两个密封件。

3.如权利要求1或2所述的闸阀，其中，所述表面或每个表面包括两个以上的密封件。

4.如权利要求1-3中任意一项所述的闸阀，其中，每个表面包括相等数量的密封件。

5.如权利要求1-3中任意一项所述的闸阀，其中，每个表面设置有与另一个表面不同数量的密封件。

6.如前述权利要求中任意一项所述的闸阀，其中，至少一个密封件具有曲线轮廓。

7.如前述权利要求中任意一项所述的闸阀，其中，至少一个密封件具有角形轮廓。

8.如前述权利要求中任意一项所述的闸阀，其中，当从侧面-即沿与所述阀开口的平面一致的方向观察时，所述闸板具有楔形形状。

9.如前述权利要求中任意一项所述的闸阀，其中，当从侧面-即沿与阀开口平面一致的方向观察时，所述闸板具有平行的平面密封面。

10.一种用于安装在闸阀的阀体中的闸板，所述闸板包括与所述闸板的横剖面隔开的两个相对表面，其中至少一个表面设置有各自围绕所述至少一个表面延伸的至少两个密封件，其中一个密封件位于另一个密封件的周边内。

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