CN102292580A - 具有整体式支撑构件的闸门阀 - Google Patents

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Abstract

一种闸门阀具有支撑构件，所述支撑构件附接至与所述闸门阀的阀闸门开口邻近的主体结构。这些支撑构件径向地围绕闸门套筒附固至所述阀闸门的两侧。

Description

具有整体式支撑构件的闸门阀
技术领域
本发明涉及具有沿着阀的主体结构内的通道的周边的整体式支撑构件以降低弹性体密封件的劣化的闸门阀。
背景技术
闸门阀用于控制承载在管状导管或管道内部的各种流体的流动。闸门阀通常包括主体结构，通道位于闸门阀和主体结构之间且耦合通过螺栓连接到主体结构的相对侧边的一对轴向对准的导管。具有一对相对的基本平的面的平坦的流体不可透的闸门可通过主体结构中的狭槽滑入通道中以选择性地封闭通道且因此使阀闭合。
用于控制流体流动的闸门阀包括闸门和主体结构之间的密封件以防止流体从阀泄漏或者当闭合时横穿阀而泄漏。对于包括固体的混合物的称为浆料的流体，可能难以实现闸门和主体结构之间的足够密封。浆料出现于许多粗糙工业环境中，诸如纸浆加工和造纸、包括煤和磷的各种采矿业，以及用于电站的烟筒刷洗工具的底灰去除系统。这些浆料中的固体可堵塞、覆盖或损坏许多闸门阀之间的密封件且因此使得流体泄漏出。
在Clarkson等人的美国专利No.4,846,442中描述的一种双向闸门阀密封件包括一对相对的固体弹性套筒单元，当阀打开时，固体弹性套筒单元彼此压缩地啮合，并且当阀闭合时，固体弹性套筒单元啮合闸门的相对侧边。接合到各个套筒单元的加劲圈啮合刚性锁定圈，以将套筒单元保持在适当位置上。
这种闸门阀密封件具有几个缺点。由于设计不包括从配合导管的凸缘提升面表面消除套筒的过压的方法，当使阀闭合时，固体弹性套筒单元可难以移动，从而使得阀难以操作。而且，抵住处于阀闭合位置的闸门的压力可使弹性套筒单元在下游侧上位移且使得闸门和上游弹性套筒单元之间泄漏。
在McCutcheon等人的美国专利No.5,338,006中发现了用于克服这些问题的一种方法，所述方法包括具有弹性、环状、弹性体套筒的密封构件和压配到一起的大致刚性环状毂。然而，该设计要求毂的特殊工具和成型。
本领域需要为闸门阀的操作提供支撑构件以降低弹性体套筒的劣化。本发明解决了该需要和其它需要。
发明内容
本发明包括：闸门阀，所述闸门阀具有主体结构，所述主体结构具有限定贯通所述主体结构的通道的第一侧边和第二侧边；闸门，其可横穿地定位在所述通道内，适合于封闭通过所述通道中的的流体流动，其中，所述闸门当位于所述通道内时限定各自具有周缘的相对侧边；移动装置，其耦合到所述闸门用于使所述闸门沿着既定轴线移动以选择性地封闭所述通道；第一组刚性支撑构件，其在闸门的第一侧边的通道的周边处附固至所述主体结构，所述第一组刚性支撑构件从所述主体结构朝向所述闸门的横向路径延伸，其中所述第一组刚性支撑构件的最靠近所述闸门的表面延伸越过主体结构的表面；第二组刚性支撑构件，其在所述闸门的第二侧边的所述通道的周边处附固至所述主体结构，所述第二组刚性支撑构件从所述主体结构朝向所述闸门的横向路径延伸，其中所述第二组刚性支撑构件的最靠近所述闸门的表面延伸越过所述主体结构的表面；以及第一弹性体套筒和第二弹性体套筒，各弹性体套筒具有连续的唇状部分段，当闸门封闭所述通道时，第一套筒和第二套筒的唇状部分段啮合所述闸门的周缘，否则第一套筒和第二套筒的唇状部分段彼此啮合，由此，当刚性支撑构件啮合闸门时，刚性支撑构件有利于弹性体套筒位移且防止弹性体套筒的过压。
附图说明
图1为采用本发明的支撑构件的旋转式闸门阀的剖视图；
图2为沿着图1中的轴线A-A的剖视图；
图3为沿着图1中的轴线B-B的剖视图；以及，
图4为沿着图1的轴线B-B的剖视图的细节K的详细视图；
图5为阀门处于打开位置的如图4中所示的第二表示；
图6为主壳体沿着图1的轴线B-B的剖视图；
图7为本发明的支撑构件的侧剖视图；
图8为采用本发明的支撑构件的直线式闸门阀的剖视图；
图9为沿着图8中轴线D-D的剖视图；以及
图10为沿着图8中的轴线C-C的剖视图。
具体实施方式
参考附图，图1、图2和图3示出了旋转式闸门阀10，并且图8、图9和图10示出了直线式闸门阀10，所述闸门阀各自具有位于未示出的一对轴向对准的导管之间的主体结构12，用于承载沿着轴线15的流体或浆料，示于图1、图3、图8和图10中，如图1和图8中最佳地看到的，平坦的流体不可透的闸门16位于贯穿主体结构12的狭槽18内。
在旋转式闸门阀和直线式闸门阀10中，闸门16可滑动而通过狭槽18以选择性地封闭闸门阀10的内部区域或通道20。通道或通路20在主体结构12内延伸以容许流体流过其中。由闸门16封闭通道20起到使阀10闭合的作用。从通道20移除闸门16起到打开闸门阀10的作用。闸门16可在图2所示的双向阀20内通过狭槽18旋转并且可在图8所示的直线式刀闸门阀内横向于优选地垂直于轴线15的方向30上滑动。例如，闸门16在直线式刀闸门阀内的移动可以由位于任选的不可透的弹性保护罩内的常规螺杆控制且耦合至手轮单元，所述手轮单元紧固至主体结构12的上部。应当理解的是，闸门16通过狭槽18的移动可以由诸如例如气动机构、液压机构或机电机构的其它常规机构控制。
在一个实施方案中，主体结构12包括由位于其侧边之间的一对平坦间隔件焊接或螺接到一起的一对相对的大致等同的主体半部。在第二实施方案中，主体结构12包括单一结构或整体式结构。间隔件可以与阀的主体一体。主体半部可以为焊接的或铸造的金属，优选地为钢，或者为包括合成物的任何其它适合的材料。间隔件由刚性材料形成，诸如不锈钢或软钢，所述刚性材料是根据浆料的温度和化学特性而选择的。间隔件将主体半部分开而形成狭槽18，闸门16可通过所述狭槽18移动而选择性地打开或闭合闸门阀10。
具有基本相似的密封构件的密封单元在闸门16的无论闸门阀10是否打开或关闭都配合以密封闸门阀10的相对侧边位于主体构件12内。密封构件定位为且定尺寸为当密封构件完全打开时为阀10提供满流钻孔。两个密封构件具有基本相似的部件。密封构件包括弹性的、环状的、弹性体套筒52a和52b。图1-图5和图8-图10中所示的弹性体套筒52a和52b优选地由包括有石蜡或TeflonTM的添加剂以提高润滑性的注塑成型的软质、弹性材料形成，诸如天然橡胶、氯丁基或氯丁橡胶。弹性体套筒52a和52b的硬度为可以影响阀性能的参数。不充足硬度的套筒可使得套筒在工作压力下不重合且挤出阀主体12。已经通过经验确定，过大硬度的套筒可能不将套筒和闸门16密封且因此引起将导致密封故障的压定。对于阀10的优选8英寸(20cm)直径的通道20，硬度在近似48和70硬度计之间的弹性体套筒在设计压力下表现正确。恰当硬度的弹性体套筒对于具有不同通道直径的阀可以不同。参考图4，各个套筒52a和52b的主唇状部96a和96b在无论何时闸门16封闭通道20在闸门16的相对侧边挤压周缘。参考图5，在不存在闸门16时，主唇状部96a和96b彼此啮合以密封通道20使其与大气隔离。优选地，阀10还包括润滑脂点以允许润滑脂导入用于对弹性体套筒52a和52b进行润滑的室，从而延长套筒寿命且有利于简单操作。在一个实施方案中，硬擦拭器连同常规的填充材料一起定位在主体结构12的上部内且起到将润滑脂密封在室内的作用。在加工介质材料滑动通过擦拭器时，擦拭器还从闸门16刮除加工介质材料。根据浆料和型号304或316的不锈钢的温度和化学特性，擦拭器可以由各种材料形成，诸如从Hoeshst Celanese of Chatham，N.J.可获得的UHMWTM、从Dupont可获得的TeflonTM(即，氟化乙烯丙烯)的聚乙烯。清扫区域连接至盛液盘，所述盛液盘收集可能意外地在闸门16与密封单元50a和50b之间泄漏的任何流体。在可选实施方案中，图8中所示的固体构件42可以附固至闸门16的上部以用作通道20内的合成物的障碍。
闸门16可以为金属、塑料或合成材料，闸门16具有沿着引领边缘48的两侧与地(即，金属板)成7°-12°优选地8°-10°的锥度46。在闸门16的引领边缘48上锥度46的角度选择得足够大以防止引领边缘48切割弹性体套筒52a和52b。所述角度足够小以允许闸门16在套筒52a和52b之间易于移动且使得闸门16的移动期间的泄漏最小化。
如图2-图5和图8-图10所示，一组第一和第二刚性支撑构件或分段201a和201b在闸门16的第一侧边和第二侧边的通道20的周边处附固至主体结构12。通常，多组第一和第二支撑构件201a和201b围绕通道20的周边定位。如图所示，例如，在图2中，代表性数量的组的支撑构件分段201a和201b可以围绕如下面描述的主体结构12内的通道或开口布置。采用的支撑构件的数量及其各自围绕通道开口的定位将取决于特定应用。优选地，支撑构件分段的数量可以具有例如从约2组至约14组的范围，更优选地约4组至约12组的范围，并且最优选地从约6组至约10组的范围。这些刚性支撑构件201a和201b从主体结构12朝向闸门16的横向路径延伸，其中第一和第二刚性支撑构件的最靠近闸门16的表面延伸越过主体结构12的表面。刚性支撑构件201a和201b沿着主体结构12内的开口的内径间隔开并且当在一侧的压力下防止过压下游的弹性体套筒52a或52b。结果，减少了密封单元50a和50b的对应上游一个周围的泄漏，并且增强了弹性体套筒52a和52b的耐用性。另外，在闸门在主体结构12内位移时，支撑构件201a和201b为闸门16提供了足够的方向性支撑。例如，在图8-图10中所示的直线式闸门阀10中，闸门16在打开位置和闭合位置之间横穿时可以与主体12形成接触。在闸门10为金属的情况下，这导致金属与金属接触且可能导致不期望的磨损。多组支撑构件201a和201b保持闸门16对准，防止对阀主体12造成不期望的压缩。
图4图示了处于闭合位置的闸门16，其中闸门在弹性体套筒52a和52b之间延伸。在闸门16在弹性体套筒52a和52b之间横穿时，支撑构件201a和201b中的一个为下游的弹性体套筒(52a或52b)提供支撑，以防止对弹性体套筒造成过压。而且，支撑构件201a和201b还防止在闸门通过套筒时弹性体套筒弯曲到通道中。图5图示了处于打开位置的阀10，其中闸门16被提升起或旋转而离开弹性体套筒52a、52b。当闸门16打开时，弹性体套筒52a和52b形成密封，以防止加工介质进入主体结构12。
支撑构件201a和201b可以根据压力和温度由各种材料形成，并且通常包括具有大于弹性套筒的温度容限的合成物，诸如塑料的合成物，例如从Hoeshst Celanese of Chatham，New Jersey可获得的UHMW TM聚乙烯、DuPont Company of Wilmington，Delaware可获得的玻璃填充TeflonTM(即，氟化乙烯丙烯)、来自Chevron PhillipsCompany LLC of Woodlands，Texas的RytonTM、和来自DuPontCompany of Wilmington，Delaware的
Figure BDA0000077329340000061
优选地，支撑构件包括来自DuPont Company of Wilmington，Delaware的
Figure BDA0000077329340000062
的塑料合成物。
图6图示了用于将支撑构件201a和201b接受到主体结构12内的凹槽。支撑构件201a和201b在主体结构12的限定阀10的主通口或通道的开口的周边插入到凹槽中。这可通过恰当的主体加工来完成。因此，金属主体半部加工有由用于各个闸门支撑构件201a和201b的凹处203和内狭槽204限定的凹槽。该凹处203和狭槽204在径向上加工成主体结构12的各个半部的闸门支撑面。如之前提到的，在闸门16处于高压差下的同时且当套筒52a和52b被过压时，闸门支撑面内的支撑构件201a和201b在轴向上支撑闸门16。加工过程在主体结构12的各个半部内形成键或唇状部。凹处和狭槽的这种组合可以视为扁平的“L”形状且为支撑构件201a和201b的轴向锁定机构。支撑构件201(201a或201b)的示例性构造示于图7中。可以看出，支撑构件201具有带有“L”形部分207的大致矩形形状。这种构造至少部分地布置在凹处203和狭槽204内，以将各个支撑构件保持在主体结构12内。特别地，下部207布置在狭槽204中，并且前部207a部分地延伸到通道中。支撑构件201的主要块可以布置在由凹处203和狭槽204构造限定的凹槽内，以使得支撑构件可以在套筒52a和52b上承受来自闸门16的挤压力。当然，可以采用如下可选的凹槽和支撑构件的构造：支撑构件在闸门操作过程中承受相关力的同时，支撑构件至少部分地保持在凹槽内。
支撑构件201a和201b加工有匹配的外键或唇状部，以将支撑构件轴向地锁定在主体半部内，例如，这些还可视为具有扁平的“L”形状。这些键的尺寸匹配金属主体半部内的内狭槽的尺寸。支撑构件201a和201b随后可以安装到加工好的金属主体中。在这点上，支撑构件201a和201b插入且挤压到内壳体狭槽中。此时通常不使用粘合剂或紧固件来将支撑构件201a和201b保持在阀主体内。在一个可选的实施方案中，可以使用粘合剂或紧固件。一旦安装好，防止支撑构件201a和201b由于金属壳体中的带键狭槽而在主体结构12中轴向地移动。然后轴向地保持支撑构件201a和201b。一旦两个半部套筒52a和52b安装到主体结构12中，闸门支撑构件201a和201b保持在径向上。例如，如图1所示，套筒52a和52b的外径的物理接触208将各个支撑构件201a和201b的内径锁定在主体结构12中的适当位置处。
这些闸门支撑构件201a和201b的分段式设计提供两个重要的特征。首先，分段式设计使得这些支撑构件201a和201b可以在径向上安装到主体结构12中。其次，分段式设计阻止浆料构建成可能由非分段的表面形成的脊状部。这使得在阀10致动时浆料在闸门面和主体腔内的构建最小化。
支撑构件201a和201b的摩擦的较低系数减轻了拖曳和对应的阀推力和力矩要求。当对阀10进行增压时，与抵住主体结构12相比，阀闸门16抵住支撑构件201a和201b将更易于滑动。这样产生的较低量的拖曳将减少对阀致动器的要求，阀致动器随后可以减小尺寸。闸门16和金属体半部之间的接触的减少将减少对主体和闸门16的磨损。
图8为直线式闸门阀10的剖视图，弹性体套筒52a和52b布置在主体结构12的对应半部中。支撑构件201a和201b安装在闸门16的两侧上，以在两个方向上为闸门16提供支撑且允许刀闸门阀10为双向的。支撑构件201a和201b还减轻了对套筒52a和52b的挤压，从而提高了耐磨性和密封性能。由于对套筒52a和52b的挤压量得以控制，这使得套筒52a和52b在密封时表现地更好。图9为沿着线D-D截取的图8中所示的闸门阀10的剖视图，图示了支撑构件分段201a的定位。可以看出，支撑分段201a围绕阀10的流路径向地布置为与弹性体套筒52a邻接。支撑构件201a的数量和布置取决于支撑弹性体套筒52a的特定应用和需要。图10为沿着线C-C截取的图8中所示的闸门阀10的剖视图，图示了支撑构件201a和201b在主体结构12的对应凹槽内的布置。支撑构件201a和201b啮合闸门16的延伸越过弹性体套筒52a、52b的边缘。套筒52a、52b中的每个可以包括为套筒提供附加结构支撑的支撑件53a、53b。
实施例1
旋转式闸门阀具有八英寸(8in)的开口。在闸门一侧的八个支撑构件由在一侧的表面积为0.62平方英寸的表面积的UHMWTM制成，使得邻近于闸门的总表面积近似为5平方英寸。
实施例2
构造了旋转式闸门阀，其具有八英寸(8in)的开口。在闸门一侧的八个支撑构件由在一侧的表面积为0.62平方英寸的表面积的PTFE制成，使得邻近于闸门的总表面积近似为5平方英寸。
实施例3
通过本发明构造了14英寸版的Clarkson直线式致动的刀闸门阀。支撑构件由UHMWTM制成。阀在闸门的每侧构造有多个共四个闸门支撑件。每个支撑构件具有近似10平方英寸的表面积(与闸门邻近)，在与闸门邻近的每侧总共近似36平方英寸。
分析表明，与PTFE相比，由于UHMWTM变形引起的合成物的屈服强度较小。RytonTM变形的最少。因此，与其它两个合成物相比，需要较大表面积的PTFE，与RytonTM相比，PTFE需要更大的表面积。
对于本领域技术人员显然的是，可以在不偏离本发明的基本原理的情况下对本发明的优选实施方案的上述细节做出许多改进。因此，本发明的范围应当仅由下列权利要求确定。

Claims (18)

1.一种闸门阀，包括：
主体结构，具有限定贯通所述主体结构的通道的第一侧边和第二侧边；
闸门，其可横向地位于所述通道内，适合于封闭通过所述通道的介质流，其中，当位于所述通道内时所述闸门限定相对侧边，所述侧边中的每一个具有周缘；
第一弹性体套筒和第二弹性体套筒，二者布置在由所述第一侧边和所述第二侧边限定的所述通道内，每个弹性体套筒具有连续的唇状部分段，当所述闸门封闭所述通道时，第一套筒和第二套筒的所述唇状部分段啮合所述闸门的所述周缘，否则第一套筒和第二套筒的所述唇状部分段彼此啮合；
第一多个刚性支撑分段，其在所述闸门的所述第一侧边在所述通道的周边处附固至所述主体结构，所述第一多个刚性支撑分段远离所述通道围绕所述第一弹性体套筒径向地定位并且从所述主体结构朝向所述闸门的横向路径延伸；以及
第二多个支撑分段，其在所述闸门的所述第二侧边在所述通道的周边处附固至所述主体结构，第二多个刚性支撑分段远离所述通道围绕所述第二弹性体套筒径向地定位并且从所述主体结构朝向所述闸门的横向路径延伸，其中，第二刚性支撑构件的最靠近所述闸门的表面延伸越过所述主体结构的表面。
2.如权利要求1所述的闸门阀，其中，所述第一多个刚性支撑分段中的每个的最靠近所述闸门的表面延伸越过所述主体结构的表面。
3.如权利要求1所述的闸门阀，其中，所述第二多个刚性支撑分段中的每个的最靠近所述闸门的表面延伸越过所述主体结构的表面。
4.如权利要求1所述的闸门阀，其中，第二多个刚性分段对应于所述第一多个刚性支撑分段。
5.如权利要求1所述的闸门阀，其中，第一多个刚性分段围绕所述第一弹性体套筒非连续地布置为足以支撑所述闸门。
6.如权利要求1所述的闸门阀，其中，所述第二多个刚性分段围绕所述第二弹性体套筒非连续地布置为足以支撑所述闸门。
7.一种闸门阀，包括：
主体结构，具有限定贯通所述主体结构的通道的第一侧边和第二侧边；
闸门，其可横向地位于所述通道内，适合于封闭通过所述通道的介质流，其中，当位于所述通道内时所述闸门限定第一周缘和第二周缘；
第一弹性体套筒和第二弹性体套筒，二者布置在由所述第一侧边和所述第二侧边限定的所述通道内，每个弹性体套筒具有连续的唇状部分段，当所述闸门封闭所述通道时，第一套筒和第二套筒的所述唇状部分段啮合所述闸门的所述第一周缘和所述第二周缘，否则第一套筒和第二套筒的所述唇状部分段彼此啮合；
第一凹槽，其布置在所述主体结构的所述第一侧边内，所述第一凹槽围绕所述第一弹性体套筒径向地延伸；
第二凹槽，其布置在所述主体结构的所述第二侧边内，所述第二凹槽围绕所述第二弹性体套筒径向地延伸；
第一刚性支撑件，其至少部分地布置在所述第一凹槽内；以及
第二刚性支撑件，其至少部分地布置在所述第二凹槽内，所述第一支撑件和所述第二支撑件构造为：当所述闸门啮合所述第一套筒和所述第二套筒时，减小所述第一弹性体套筒和所述第二弹性体套筒的挤压。
8.如权利要求7所述的闸门阀，其中，所述第一凹槽由构造为接受所述第一刚性支撑件的狭槽和凹处限定。
9.如权利要求7所述的闸门阀，其中，所述第二凹槽由构造为接受所述第二刚性支撑件的狭槽和凹处限定。
10.如权利要求7所述的闸门阀，进一步包括围绕所述通道非连续地布置在所述第一凹槽内的多个第一刚性支撑件。
11.如权利要求7所述的闸门阀，进一步围绕所述通道非连续地布置在所述第二凹槽内的多个第二刚性支撑件。
12.如权利要求7所述的闸门阀，其中，所述第一凹槽限定构造为接受所述第一刚性支撑件的内周边。
13.如权利要求7所述的闸门阀，其中，所述第二凹槽限定构造为接受所述第二刚性支撑件的内周边。
14.一种闸门阀，包括：
主体结构，具有限定贯通所述主体结构的通道的第一侧边和第二侧边；
闸门，其可横向地位于所述通道内，适合于封闭通过所述通道的介质流，其中，当位于所述通道内时所述闸门限定第一周缘和第二周缘；
第一弹性体套筒和第二弹性体套筒，二者布置在由所述第一侧边和所述第二侧边限定的所述通道内，每个弹性体套筒具有连续的唇状部分段，当所述闸门封闭所述通道时，第一套筒和第二套筒的所述唇状部分段啮合所述闸门的所述第一周缘和所述第二周缘，否则第一套筒和第二套筒的所述唇状部分段彼此啮合；
第一凹槽，其布置在所述主体结构的所述第一侧边内，所述第一凹槽围绕所述第一弹性体套筒径向地延伸；
第二凹槽，其布置在所述主体结构的所述第二侧边内，所述第二凹槽围绕所述第二弹性体套筒径向地延伸；
多个第一刚性支撑件，所述多个第一刚性支撑件中的每个至少部分地布置在所述第一凹槽内；以及
多个第二刚性支撑件，其至少部分地布置在所述第二凹槽内，所述第一支持件和所述第二支撑件构造为防止所述闸门接触所述主体结构。
15.如权利要求14所述的闸门阀，其中，所述第一凹槽由构造为接受所述第一刚性支撑件的狭槽和凹处限定。
16.如权利要求15所述的闸门阀，其中，所述第二凹槽由构造为接受所述第二刚性支撑件的狭槽和凹处限定。
17.如权利要求15所述的闸门阀，其中，所述多个第一刚性支撑件围绕所述通道非连续地布置在所述第一凹槽内。
18.如权利要求15所述的闸门阀，其中，所述多个第二刚性支撑件围绕所述通道非连续地布置在所述第二凹槽内。
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