CN102410384A - 用于向密封提供动负载的阀盖组件 - Google Patents

Abstract

在此处描述的阀盖组件，向密封提供动负载。示例性阀盖组件包括外壳和密封盘，所述外壳具有凹陷开口以限定肩部，所述密封盘安置于所述凹陷开口之内。偏置元件被安置于所述凹陷开口之内、所述密封盘的凸缘与所述外壳的所述肩部之间，以向安置于所述外壳与所述流体设备之间的密封提供负载。所述偏置元件将所述密封盘偏置离开所述外壳，以及当所述阀盖组件被耦接至所述流体设备时，所述偏置元件使所述密封盘在所述凹陷开口之内相对于所述外壳移动。

Description

用于向密封提供动负载的阀盖组件

技术领域

本发明大体上涉及流体阀，更具体地说，涉及向密封提供动负载的阀盖组件。

背景技术

为控制过程流体的流动，过程控制系统通常使用流体设备，例如泵，流体阀等。例如，流体阀通常包括流体流动控制构件，其安置于阀体的流体路径之内。阀杆(例如滑动杆)可操作地将致动器耦接至流动控制构件，致动器使流动控制构件相对于孔眼或阀座移动，以控制经过流体路径的流体流动。致动器(例如气动致动器)使流动控制构件在打开位置和关闭位置之间移动，在所述打开位置，流动控制构件移动离开阀座以允许经过阀的流体流动，在所述关闭位置，流动控制构件与阀座接合以限制或阻止经过阀的流体流动。

在卫生系统中，流体阀通常包括流动控制构件，该构件包括提供卫生条件的隔膜。隔膜由弹性材料构成，其包括外围边缘，该外围边缘被夹在或压在阀盖与阀体之间，以向阀盖与阀体之间提供密封。当阀盖耦接至阀体时，阀盖向隔膜的外围边缘提供压紧负载。在操作中，隔膜可能承受流过阀体的过程流体之温度和/或压力的波动，从而可能导致隔膜在阀盖与阀体之间伸展和/或收缩。隔膜的这种伸展和/或收缩可能使传至隔膜外围边缘的压紧负载超过其最大允许负载，从而导致隔膜褶皱、变形或者受到损坏。

发明内容

在一个例子中，阀盖组件包括具有限定肩部的凹陷开口的外壳，以及安置于凹陷开口之内的密封盘。在凹陷开口之内、密封盘的凸缘与外壳的肩部之间安置有偏置元件，以向安置在外壳与流体设备之间的密封提供负载。偏置元件远离外壳偏置密封盘，当阀盖组件耦接至流体设备时，偏置元件使密封盘在凹陷开口之内相对于外壳移动。

在另一个例子中，流体阀包括具有在入口与出口之间的流体流动通道的阀体，以及耦接至阀体的阀盖。具有外围边缘的隔膜被夹在阀盖的负载组件与阀体之间。负载组件包括安置于阀盖的凹陷开口之内的密封盘，以及安置于凹陷开口之内、密封盘与阀盖之间的偏置元件。偏置元件向着隔膜偏置密封盘以向隔膜的外围边缘提供负载，并且密封盘相对于阀盖移动以允许隔膜伸展或收缩。

附图说明

图1是已知的流体控制阀；

图2A是在此处描述的示例性流体控制阀；

图2B是图2A的示例性流体控制阀的另一个视图；

图2C是图2A及图2B的示例性流体控制阀的局部放大视图；

图3A是在此处描述的示例性阀盖组件，该阀盖组件可用于实施在此处描述的流体控制阀；

图3B是如图3A中所示的示例性阀盖组件的截面图。

具体实施方式

总体来讲，在此处描述的示例性阀盖组件在流体控制设备的操作期间向密封提供动负载。在一些例子中，在此处描述的阀盖组件使流体阀的隔膜随着流过控制阀的过程流体的温度和/或压力波动而伸展或收缩，同时向隔膜的外围边缘或密封部分提供受控的、实质上恒定的压紧负载，从而防止隔膜的损坏。更具体地，在此处描述的示例性阀盖组件包括负载组件，该负载组件用于在阀盖的外壳与阀体之间抓紧隔膜的外围边缘。

特别地，负载组件可包括可移动的密封盘和偏置元件。偏置元件使密封盘相对于阀盖组件的外壳移动或浮动，以使弹性隔膜的密封部分伸展或收缩，从而在流体阀操作期间控制施加到密封部分的压紧负载，以避免隔膜褶皱、变形或者受到损坏。作为结果，示例性阀盖组件能够实质上消除由热固化引起的过程流体流经隔膜的泄露，其可以是由流经隔膜的过程流体的温度和/或压力的波动而引起的。进一步地，在此处描述的示例性负载组件能够向隔膜的外围边缘提供受控的、实质上恒定的压紧负载，该负载独立于由将阀盖组件耦接至阀体的紧固件所提供的夹力。因此，紧固件被过分拧紧或未被拧紧并不影响提供给隔膜的外围边缘的压紧负载。操作中，负载组件能够向隔膜提供并保持可接受的压紧负载(低于最大允许负载的负载)。

在对示例性阀盖组件进行详细论述之前，以下结合图1对已知流体阀100进行简单概述。已知流体阀100包括阀体102，阀体102限定了位于入口106与出口108之间的流体流动通道104。阀盖110将阀体102耦接至致动器(未示出)(例如气动致动器)，阀盖110包括开口112以滑动地容纳阀杆114，其可操作地将致动器耦接至安置于通道104之内的流动控制构件116。如图所示，流动控制构件116为弹性材料构成的柔性的隔膜116，其被抓紧在阀盖110与阀体102之间。更具体地，隔膜116具有外围边缘或密封部分118，其被抓紧在阀盖110与阀体102之间。流体阀100还可包括驱动机构或增力机构120，其安置于阀盖110的空腔122之内。驱动机构120经由隔膜板124可操作地耦接至隔膜116。隔膜板124经由紧固件126耦接至隔膜116并且向隔膜116提供支撑。另外，偏置元件128偏置隔膜板124，从而使隔膜116偏向驱动机构120。保持环130将偏置元件128保持在阀盖110之内。

阀盖凸缘132通过紧固件134将阀盖110耦接至阀体102。当紧固件134被拧紧(例如力矩的量为45磅-英尺)，阀盖凸缘132与阀盖110接合，以及使阀盖110的端部136向阀体102移动以接合或夹紧外围边缘118并且沿轴138向隔膜116提供轴向负载或预载。然而，阀盖110的端部136不与阀体102接合(例如阀盖凸缘132与阀体102之间留有小的间距)。相反地，当凸缘132被耦接至阀体102时，外围边缘118被夹在或压在阀盖110的端部136与阀体102之间。因此，阀盖110相对于阀体102的位置会影响到传至隔膜116的负载(例如位置控制负载)。

更具体地，因为当紧固件134被拧紧时阀盖110不直接接触或接合阀体102，所以由紧固件134施加的力会传至隔膜116的外围边缘118。因此，紧固件134可能被过分拧紧导致传至隔膜116的负载超过其最大期望负载。若施加在紧固件134上的拧紧力矩太大，传至隔膜116的外围边缘118的力或负载可能超过其最大允许负载，这可能导致外围边缘118褶皱或变形，以及导致过程流体在阀盖110与阀体102之间泄露。此外，隔膜116的外围边缘118还提供密封，该密封对抗流经阀体102的过程流体的压力。若施加在紧固件134上的拧紧力或力矩太小，压紧隔膜116的外围边缘118的力或负载可能不足以防止操作期间过程流体在阀盖110与阀体102之间的泄露。

另外，在装配过程中，隔膜116的制造公差(例如外围边缘118的厚度)可能影响传至隔膜116的期望预载。在这样的实例中，因为阀盖110的端部136由于隔膜116的制造公差而与阀体102的距离变大，所以即便紧固件134以建议的力矩拧紧，阀盖110向隔膜116的外围边缘118提供的负载依然可能过大或过小。因此，在相对小或紧的容差内制造隔膜116是必要的，这将增加制造成本。

在操作中，致动器将阀杆114向远离驱动机构120处移动，以使驱动机构120的第一臂构件140a和第二臂构件140b绕各自的轴142a、142b沿各自的第一方向144a及第二方向146a在枢轴上旋转，从而使隔膜116离开阀座148(例如阀体102)，以允许经过通道104流体流动(例如打开位置)。致动器将阀杆114向驱动机构120处移动，以使臂构件140a和140b绕轴142a、142b沿分别与各自的方向144a与146a的相反的方向144b与146b在枢轴上旋转，从而接合隔膜板124并且将隔膜116移至与阀座148密封接合以限制或阻止经过通道104流体流动(例如关闭位置)。

在卫生应用中，隔膜116通过防止过程流体在阀盖110的空腔122之内和/或在空腔122的、诸如在隔膜的外围边缘118与阀体102之间的缝隙及凹坑之内积蓄来提供了卫生条件。因此，隔膜116的外围边缘118提供密封以防止过程流体在阀盖110与阀体102之间的泄露。然而，在操作期间，隔膜116可能承受相对较高的温度和/或压力波动。例如，在卫生应用中，具有相对较高温度的过程流体(例如过热蒸汽)可能在入口106与出口108之间流动，使得隔膜116伸展。因为由弹性材料构成的隔膜116膨胀速率比由例如不锈钢构成的阀盖110及阀体102(例如夹紧设备)的膨胀速率大，所以这些温度和/或压力的波动能够导致隔膜116以不同于阀盖110和/或阀体102的速度进行伸展和/或收缩。

作为结果，因为隔膜的外围边缘118在阀盖110的端部136与阀体102之间是以固定的方式被夹紧或被耦接(例如被挤压)的，所以由过程流体之温度和/或压力波动所引起的隔膜116的伸展或收缩可导致隔膜116变形或受到损坏。换言之，在图1的例子中，阀盖凸缘132、阀盖110和/或阀体102的相对位置是固定的，并且因此不允许隔膜116的外围边缘118进行伸展。因此，将隔膜116固定地夹在阀盖110与阀体102之间能够在隔膜116伸展时导致外围边缘118变形，从而当隔膜116冷却时降低隔膜116的密封能力。换言之，当冷却时隔膜116可能经历热固化，这可能损害隔膜116的密封完整性或能力。

图2A、图2B和图2C示出了以在此处描述的示例性阀盖装置或组件202实施的示例性流体阀200。图2A示出了示例性流体阀200的截面图；图2B示出了图2A的示例性流体阀200的另一截面图；图2C示出了图2A的示例性流体阀200的局部放大视图。

参照图2A、图2B和图2C，示例性流体阀200包括阀体204，其限定了位于入口208与出口210之间的流体流动通道206。在入口208与出口210之间的流体流动通道206之内，安置有流动控制构件或隔膜212，流动控制构件或隔膜212相对于阀座214(例如阀体204)移动，以控制经过通道206的流体流动。隔膜212包括相对于阀座214移动的中央或流动控制部分216以及被抓紧于阀盖组件202与阀体204之间的外围边缘或密封部分218(例如外沿)。在该例子中，隔膜212是由弹性材料构成的柔性隔膜。在另一些例子中，隔膜212可以是由例如柔性材料(例如橡胶材料)和耐化学腐蚀材料(例如含氟聚合材料)构成的多层隔膜。如图所示，经由紧固件222耦接至隔膜212的隔膜板220向隔膜212提供支撑。隔膜212通过防止过程流体进入并积蓄在阀盖组件202内和/或空腔104的缝隙或凹坑内来提供卫生条件。

阀盖组件202将阀体204耦接至致动器(未示出)并在阀盖组件202与阀体204之间抓紧隔膜212。阀盖组件202包括外壳224，外壳224具有内部空腔226及开口228以可滑动地容纳阀杆(例如，图1的阀杆114)，其可操作地将隔膜212耦接至致动器(未示出)。尽管未示出，但外壳224的空腔226之内可安置有驱动机构或增力机构(例如图1的驱动机构120)。外壳224包括凹陷部分230以限定外壳224的第一肩部或表面232及第二肩部或表面234。如图所示，外壳224为圆柱形的主体236，其具有与主体236整体成型的凸缘部分238。

阀盖组件202还包括负载组件240，负载组件240安置于凹陷部分230或空腔226之内，以抓紧或耦接位于外壳224与阀体204之间的隔膜212的外围边缘218。在此特别的例子中，负载组件240包括可移动的密封盘242及偏置元件244。密封盘242包括圆柱形主体246，主体246具有环形凸缘或底座表面248(例如为整体成型或单一结构)以限定肩部或表面250。密封盘242还包括压力面252，压力面252压紧或接触隔膜212的外围边缘218。如图所示，偏置元件244被安置于外壳224的第一肩部232与密封盘242的肩部250之间，以使密封盘242相对于外壳224沿纵轴254移动或浮动。当密封盘242的主体246与外壳224的第二肩部234接合时，第二肩部234向密封盘242提供机械限动以限制其向开口228移动。

外壳224经过紧固件256被耦接至阀体204。如图2B与图2C中最清晰地所示，并对照图1所示流体阀100，当阀盖组件202耦接至阀体204时，外壳224的表面258与阀体204接合。当阀盖组件202耦接至阀体204时，如此接合将提供机械或正面限动，以阻止外壳224向隔膜212的外围边缘218进一步移动。因此，外壳224与阀体204的接合阻止由紧固件256所提供的夹紧力(例如当紧固件被拧紧时)被传至隔膜212的外围边缘218。相反地，外壳224和阀体204吸收了来自紧固件256的负载。因此，过分拧紧紧固件256不会给隔膜212的外围边缘218带来负载(例如预载)。

尽管未示出，在另一些例子中，凸缘238的凹陷部分230可被去除，以使凸缘限定肩部234。在本例子中，至少一个垫片或垫圈(未示出)设置在外壳224的凸缘238与阀体204之间(例如耦接)。另外，可使用不同尺寸的垫片来改变偏置元件244向隔膜212提供的负载。

当被耦接至阀体204，密封盘242接合或抓紧外围边缘218以将隔膜212抓紧或保持在流体流动通道206之内。而且，偏置元件244经由密封盘242向外围边缘218提供负载(例如预载)。在此特别的例子中，偏置元件244为一个波形弹簧或一个贝氏弹簧。在另一些例子中，可以使用一堆波形或贝氏弹簧来向隔膜212提供负载。偏置元件244提供受控的或可预测的、对隔膜212来说非破坏性的负载(低于最大允许负载)。此外，为便于对齐和/或装配，密封盘242和/或阀体204可包括槽或沟渠260或262(例如环形槽)，以容纳隔膜212的外围边缘218的部分或缘边(例如环形缘边)。

在装配中，当外壳224接合阀体204且紧固件256被拧紧时，偏置元件244通过密封盘242向隔膜212的外部边缘218施加压紧负载或预载。另外，由于外壳224与阀体204接合且密封盘242相对于外壳224移动，因此隔膜212的制造公差能够稍大些(例如大于图1所示的隔膜116的制造公差)，从而降低了制造成本。在此例子中，由于密封盘242能够相对于外壳224移动，因此隔膜212的容差对装配中传至隔膜212的外围边缘218的预载的量并无显著影响。偏置元件244发生弯曲以向隔膜外围边缘218施加可预测或可承受范围内的压紧负载(例如预载)。因为由隔膜212的容差累积所引起的偏置元件244的弯曲相对于偏置元件244的弹性刚度而言较小，且由偏置元件244所提供的压紧负载不会超过其完全弯曲时提供的最大压紧负载，所以传至隔膜212的压紧负载是实质上恒定的且对隔膜212无破坏性。此外，当紧固件256被拧紧时，外壳224的表面258与阀体204接合并吸收紧固件256的夹紧负载。因此紧固件256不影响对隔膜212的负载，也不向隔膜212提供负载。

在操作中，致动器相对于阀座214移动隔膜212以控制经过通道206的过程流体的流动。隔膜212与阀座214密封地接合以阻止或限制在入口208与出口210之间的流体流动(例如关闭位置)，以及隔膜212离开阀座214以允许在入口208与出口210之间的流体流动(例如打开位置)。尽管未示出，流体阀200可包括偏置元件(例如图1的偏置元件128或保持器130)以远离阀座214地偏置或移动隔膜212。

过程流体的温度或压力波动可导致隔膜212(例如外围边缘218)伸展或收缩。由于由弹性材料构成的隔膜212的膨胀速率比由例如不锈钢构成的外壳224及阀体204的膨胀速率高，因此这种温度和/或压力的波动能够导致隔膜212以不同于外壳224和/或阀体204的速度进行伸展和/或收缩。

当隔膜212承受温度或压力波动时，密封盘242使隔膜212伸展或收缩。特别地，当隔膜212伸展时，密封盘242向着第一肩部232移动，从而使偏置元件244压紧或弯曲。因为由隔膜212的伸展而引起的偏置元件244的弯曲相对于偏置元件244的弹性刚度而言较小，所以由偏置元件244向隔膜212提供的负载是受控的或实质上恒定的。此外，第二肩部234提供限动以阻止密封盘242进一步向开口228移动并阻止进一步弯曲偏置元件244(例如达到完全弯曲位置)。相似地，当隔膜212收缩或冷却时，偏置元件244伸展以使密封盘242离开第二肩部234且向着阀体204移动。例如，当隔膜212收缩时，偏置元件244伸展以向隔膜212的外围边缘218保持相对恒定的负载。

图3A和图3B示出了在此处描述的另一个示例性阀盖组件300，其可用于实施流体设备，例如图2A、图2B和图2C所示的流体阀200。在此例子中，阀盖组件300包括外壳302，外壳302具有圆柱形主体304和凸缘306。凸缘306可为一个单独的构件，其具有开口308以容纳主体304的至少一部分310，并且凸缘306经由焊接312被耦接至主体304。凸缘306还包括用于限定肩部316的凹部314和用于容纳紧固件(未示出)的多个孔口318a-d，紧固件将阀盖组件300耦接至流体阀(例如图2A-2C的阀体204)。尽管未示出，在另一些例子中，可在外壳302或主体304与阀体之间安置垫片或垫圈代替凸缘306。

阀盖组件300还包括负载组件320。负载组件320包括可移动的密封盘322和偏置元件324。密封盘322至少部分地安置于凸缘306的凹部314之内，并且包括环形凹部或空腔326以容纳主体304的部分或端部328。偏置元件324(例如弹簧，波形弹簧等)被安置于凸缘306的凹部314之内、主体304的外部表面330与凸缘306的内部表面332之间以及凸缘306的肩部316与密封盘322的底座表面334之间。因此，偏置元件324使密封盘322偏置离开主体304。主体304、凸缘306和/或密封盘322可由不锈钢或任意其他适当的材料构成。密封盘322还可包括环形沟渠或槽336以容纳密封或隔膜的部分(例如隔膜216的环形缘边264)，以便于隔膜的对齐。

装配中，阀盖组件300将被耦接至流体设备的主体，以接合或抓紧密封或隔膜。偏置元件324经由密封盘322向密封或隔膜提供预载，该预载独立于由紧固件(未示出)所提供的夹紧力，该些紧固件将阀盖组件300耦接至流体设备的主体(例如，图2A-2C的阀体204)。另外，密封盘322能够在凹部314之内相对于凸缘306和主体304移动或浮动。

在操作中，由于流过流体设备的流体的温度或压力波动，负载组件320使得例如由弹性材料构成的密封或隔膜伸展或收缩。例如，当密封或隔膜伸展时，密封盘322向着主体304移动以压紧偏置元件324。在此例子中，当密封盘322的表面340与主体304的端部338接合或接触时，主体304的端部338提供机械限动以限制密封盘322向主体304的移动。当密封或隔膜收缩时，偏置元件324伸展，使得密封盘322离开主体304的端部338。因此，由于隔膜的膨胀速率相对于偏置元件324的弹性刚度而言较小，密封盘322在外壳302内移动而偏置元件324向密封或隔膜提供相对恒定的负载。

在此处描述的示例性阀盖和/或负载组件可用于向流体设备的密封或隔膜提供动负载，流体设备诸如为流体阀、泵和/或其他适合的流体设备。在此处描述的示例性阀盖组件在操作中向流体设备的密封施加受控的且相对恒定的压紧负载。例如，负载组件包括偏置元件，该偏置元件经由密封盘向密封施加相对恒定的压紧负载。因此，负载组件提供非破坏性的压紧负载以防止对密封或隔膜的损坏。

尽管在此已描述了某些示例性方法与装置，但本专利的覆盖范围并不限于此。相反，本专利覆盖所有字面地或者在等同原则下落入所附的权利要求书的范围之内的方法、装置或者制造品。

Claims (20)

1.一种用于流体设备的阀盖组件，所述阀盖组件包括：

外壳，其具有凹陷开口以限定肩部；

密封盘，其安置于所述凹陷开口之内；

偏置元件，其安置于所述凹陷开口之内、所述密封盘的凸缘与所述外壳的所述肩部之间，以向安置于所述外壳与所述流体设备之间的密封提供负载，其中，所述偏置元件远离所述外壳偏置所述密封盘，以及其中，当所述阀盖组件耦接至所述流体设备时，所述偏置元件使得所述密封盘在所述凹陷开口之内相对于所述外壳移动。

2.根据权利要求1所述的阀盖组件，其特征在于，在所述流体设备的操作期间，所述密封盘在所述凹陷开口之内相对于所述外壳移动，以允许所述密封伸展或收缩而向所述密封提供相对恒定的负载。

3.根据权利要求1所述的阀盖组件，其特征在于，紧固件将所述阀盖组件耦接至所述流体设备，其中，由所述偏置元件向所述密封提供的负载独立于在将所述外壳耦接至所述流体设备时所施加于所述紧固件的力矩的量。

4.根据权利要求1所述的阀盖组件，其特征在于，所述密封盘包括圆柱形的主体，其具有凹陷开口以限定肩部。

5.根据权利要求1所述的阀盖组件，其特征在于，所述偏置元件包括波形弹簧。

6.根据权利要求1所述的阀盖组件，其特征在于，所述外壳包括圆柱形的主体和凸缘。

7.根据权利要求6所述的阀盖组件，其特征在于，所述凸缘与所述圆柱形的主体为整体成型。

8.根据权利要求6所述的阀盖组件，其特征在于，所述凸缘经由焊接被耦接至所述圆柱形的主体。

9.根据权利要求6所述的阀盖组件，其特征在于，当所述阀盖组件耦接至所述流体设备时，所述凸缘将接合所述流体设备。

10.流体阀，包括：

阀体，其具有在入口与出口之间的流体流动通道；

阀盖，其耦接至所述阀体；以及

隔膜，其具有被夹在所述阀盖的负载组件与所述阀体之间的外围边缘，所述负载组件包括：

密封盘，其安置于所述阀盖的开口与所述隔膜之间；

偏置元件，其安置于所述密封盘与所述阀盖之间，其中，所述偏置元件向着所述隔膜偏置所述密封盘，以向所述隔膜的所述外围边缘提供负载，以及其中，所述密封盘相对于所述阀盖移动以使所述隔膜伸展或收缩。

11.根据权利要求10所述的流体阀，其特征在于，所述偏置元件包括贝氏弹簧。

12.根据权利要求10所述的流体阀，其特征在于，所述阀盖包括凸缘，当所述阀盖耦接至所述阀体时，所述凸缘接合所述阀体。

13.根据权利要求12所述的流体阀，其特征在于，所述凸缘包括凹陷开口以限定肩部。

14.根据权利要求13所述的流体阀，其特征在于，所述密封盘安置于所述凸缘的所述凹陷开口之内。

15.根据权利要求13所述的流体阀，其特征在于，所述密封盘包括圆柱形的主体以及底座表面。

16.根据权利要求15所述的流体阀，其特征在于，所述偏置元件安置于所述凸缘的所述肩部与所述密封盘的所述底座表面之间。

17.根据权利要求10所述的流体阀，其特征在于，施加于所述隔膜的所述负载由所述偏置元件提供，并且不由将所述阀盖耦接至所述阀体的紧固件提供。

18.根据权利要求10所述的流体阀，其特征在于，所述密封盘由不锈钢制成。

19.阀盖组件，包括：

用于向安置于阀体的流体流动通道内的隔膜的密封部分提供负载的装置；

用于使得所述用于提供负载的装置在所述隔膜伸展或收缩而所述用于提供负载的装置保持对所述隔膜的相对恒定的负载时浮动的装置。

20.根据权利要求19所述的阀盖组件，其特征在于，还包括用于防止所述用于使得的装置移动超出预定的距离的装置。

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