CN1026148C - 双阻塞和通气阀系统 - Google Patents

Abstract

一种双阻塞和通气阀(2)，包括一阀壳，阀壳带有将流体引入和排出阀的入口(4)和出口(6)并在其端部由第一部分(18)和相对第二部分(20)限定。阀包括一个位于阀壳内介于入口和出口之间以连通流体的流体导向喉管(52)，并带有一将泄漏或封闭的流体排出阀外的装置。喉管的流体排放端(53)与阀壳第一部相关，其流体接收端(51)与阀壳第二部分相关。使喉管的流体接收端和排放端的径向尺寸相互不同，这样从入口到出口通过喉管的流体基本上不会被其流道阻碍。

Description

本发明涉及改善的双阻塞和通气阀系统，在阀的双阻塞和通气组件部分设置有装置，这样通过阀特别是通过组件的流体流量基本上不会被组件的结构阻碍。

在诸如美国专利No.4，798，223中所公开的双阻塞和通气阀系统中，采用阀壳（其中上、下阻塞共同作用在环形延伸向内取向的肩部上）的阀是已知的。当其阻塞处于阻塞流体的状况时，这种方案对于密封阀以防流体泄漏是相当有效的。这种阀业已成功地应用在动力厂中，其中双阻塞和通气特征保证了燃料流体安全并受控地输送到燃烧器中。在这种应用中，阀被制造的很大以容纳产生理想燃烧所必须的大量流体。这样流体通过阀所流过的流道中的任何障碍相对于流体的体积来说都是不太显著的障碍尺寸。然而，当双阻塞和通气阀系统应用于这种场合时，即阀的尺寸和通过它的流体体积相对于可能存在的任何流体通道障碍不是成比例地大，例如在向燃烧室的点火器供给燃料的阀中，通过双阻塞和通气组件的流体流动通道可能对流体产生很高的阻力。

此外，在本发明可能涉及的那种类型的燃料燃烧系统中，按规则制订的安全标准要求阀包括密封，以阻止流体经运动或操作零件泄 漏。这种要求在动力厂系统（其中流体是可燃的且不能与阀的电气元件相通而在密封失效或局部失效的情况下可能误燃泄漏的加压流体）中是很重要的。所以，理想的是设计这种阀，即在密封面上产生的任何失效都可由系统中的备用部分保护，这样可燃流体以安全的方式与阀的外部连通。此外，理想的是在远离致动器零部件的位置将这种泄漏的加压流体或气体通到大气。

过去已知的双阻塞和通气阀系统采用了与阀壳作成一体的致动器装置。技术要求常称可使用多种类型制动器中的一种，这样就必须加工一个阀使之在几何上可与不同种类的致动器相配。为此，就有必要将阀设计为一个与其致动器隔开并密封且能与许多不同致动器类型中任一个连接而不使流体从其泄漏的独立设备。

本发明的一个目的是提供一种双阻塞和通气阀系统，其中阻塞和通气组件基本上不会妨碍流体经阀流动所流过的流道。

本发明另一个目的是提供一种上述类型的阀，其中提供有装置以在阀中产生一附加性能，防止流体经过存在于机械运动零件之间的密封接合面泄漏。

本发明还一个目的是提供一种上述类型的阀，它相对于致动器来说是一独立设备，致动器可使之在打开和关闭位置之间移动，这样它通常可安装于多种类型的致动器中任何一种之上。

本发明还一个目的是提供一种双阻塞和通气阀系统，其构成使之能将可燃流体经设在阀上的装置通到大气，以将该逃逸气体导向 远离致动阀的致动器一方。

根据本发明的双阻塞和通气阀包括一个阀壳，阀壳带有用以向阀内引入和从阀内排放流体的入口和出口，并在阀壳的端部由一第一部分和一相对的第二部分限定，阀壳包括一流体导向喉管，它位于阀壳之内并介于入口和出口之间以连通通过入口和出口的流体。流体导向喉管带有一与阀壳第一部分相关的流体排放端部分和一相对的与阀壳第二部分相关的流体接收端部分。一第一阻塞装置位于阀壳内并与阀壳第一部分相关以与流体导向喉管的排放端部分啮合并用以可控制地阻塞流体从喉管到出口的流动。一第二阻塞装置位于阀壳内并与阀壳第二端部分相关以与喉管的流体接收端啮合并用以可控制地阻塞流体从入口进入流体导向喉管的流动。一第一偏置装置与第一阻塞装置相关，以迫使它与喉管排放端部分进入阻塞啮合，一第二偏置装置与第二阻塞装置相关，以迫使它与喉管流体接收端部分进入阻塞啮合，这样，使流体导向喉管的流体接收端部分和排放端部分的横断面尺寸相互不同，从而从入口到出口通过流体导向喉管流动的流体当通过所述喉管时基本上不会被阻碍。

图1是一通过本发明的阀与之相配使用的示意性致动器的垂直剖视图，示出了双阻塞通气组件处于关闭流体的状况。

图2是图1所示阀的垂直剖视图，其各双阻塞和通气组件被移动到在完全打开和完全关闭的位置之间的中间阶段。

图3是图1所示阀的垂直剖视图，其中双阻塞和通气组件移动 到完全打开的装置。

图4是局部垂直剖视图，放大示出了流体导向喉管及以实线示出的第一阻塞装置，并以虚线示出了当其处于图2所示中间位置时的第一阻塞装置。

在图1-3中，根据本发明的阀通常由2表示，它包括一个阀壳，该阀壳带有一个用于使流体流入和流出阀并沿流道F流至下一工位的入口4和出口6。入口4和出口6可方便地连接于承载一给定流体流入和流出阀2的管道（未示出）。阀的阀壳通常是细长的，并由第一部分18和相对的第二部分20限定，同时入口4和出口6位于它们两者之间的中间阀壳部分22上。根据本发明的中间阀壳部分22包括一双阻塞和通气组件28，一分别与入口和出口4，6连通的入口腔室24和一出口腔室26。通过位于它们之间的双阻塞和通气组件28的中间作用两个腔室相互之间是可受控合流的。还带有一个与第二阀壳部分20相关的通气装置29，用于使封闭在组件28内或从其中泄漏的流体与外界沟通。

在第一阀壳部分18上与阀连接的是一致动器8，一旦受控供能，该致动器就通过一细长连接14的中间作用使双阻塞和通气组件28动作，细长连接件14所处之位置使之可在第一阀壳部分18内滑动啮合。在所举例子中，致动器8是一气动型致动器，带有一从其上悬垂的活塞杆16，其下端与连接件14的上接合面接触。通过一组固定螺钉或销42将致动器8固定在上阀壳部分18上以防止它错位 移动，螺钉或销42与致动器螺纹啮合并容纳于加工在第一阀壳部分18上的相应凹槽44内。致动器8可进一步包括一开关46，开关46带有当活塞杆16被一气动流体源驱动时感受活塞杆16平移运动的装置。开关46可连接于一控制系统，目的是表示阀2在一较大系统（如发电厂蒸汽发生系统）中的状况。

加工在第一阀壳部分18内的是一系列三台阶孔，其中第一个孔30朝阀的顶端敞开，其尺寸可容纳一密封活塞件32与其滑动啮合，该密封活塞件32固定在连接件14的端顶上以防止轴向移动。第一孔30可衬有一适当的涂层，如聚四氟乙烯，以保持其内壁和活塞32的密封啮合。第二孔33与第一孔连通并与第三孔34配合而在该内表面形成一环形肩部36。第二孔的直径尺寸小于第一孔30，所以可在第一阀壳部分18内容纳一个坐在肩部36上的螺旋压缩弹簧40。弹簧40的内部适当尺寸使之可与连接件14配合并在其上滑动，这样压缩弹簧40就作用在肩部36和密封活塞32之间以便通常使连接件14朝致动器8偏置。

第三孔34的相应径向尺寸可使之支承连接件14以便使连接件14在第一阀壳部分18内滑动啮合，并且为了动态密封第一阀壳部分18的下端，它还包括一个位于出口腔室26和第三孔34之间分界面上的密封装置48。密封装置48与连接件14的外表面配合以允许相互滑动但保持一密封分界面。使第二孔33与外界连通的是一个通气孔50，它通常贯穿上阀壳部分18横向地在第二孔33和外界之间 延伸。通气孔50允许由一系列第一，第二和第三孔限定的密封腔和大气之间的空气自由通过，以允许活塞32轴向移动而不会反抗封闭在其中或从中排出的空气。这种方案为系统带来了一种理想的安全特性，即如果密封装置48失效，密封活塞32将防止流体经上阀壳部分18逃逸，并使的逃逸中的流体被重新导向通气孔50之外。

设置来使从双阻塞和通气组件28泄漏或封闭在其中的流体与阀的外部沟通的通气装置29包括一中空的通气轴58，用以在加工于第二阀壳部分20上的相应尺寸和形状的孔60滑动啮合，第二阀壳部分20与连接件14轴向对准，下阀壳部分20包括一个位于其上端表面66附近的第二密封装置70，用以与轴58的外表面滑动啮合，同时允许它在孔60内轴向滑动。为了支承轴使之以这种方式运动，孔60的一部分长度带有一支承表面，例如尼龙，以实现它们之间的滑动啮合。顶在第二阀壳部分20的表面66上的是一第二压缩弹簧68，其内部径向尺寸可使之可伸缩地围绕在轴58的外面。通气轴58的开口远离致动器8，并以这种方式提供了一种使阀的流体与外部沟通的装置，即避开阀内的任何电器元件，如开关46，从而进一步提高了它的安全操纵性能。

双阻塞和通气组件28包括一位于中间阀壳部分22之内的流体导向喉管52并带有分别与入口腔室和出口腔室24，26相连的一流体接收端51和一流体排放端53。固定在连接件14的悬垂端上并与喉管52的流体排放端部分相关的是一第一阻塞装置54，用以可 控制地堵塞流体从组件28内流动并流入出口腔室26。一第二阻塞装置56被固定在轴58的上端并与喉管的流体接收端部分相关，用以可控制地阻塞流体从入口腔室24流动进入组件。为了以与流体导向喉管52密封啮合的方式就位各第一和第二阻塞装置，一径向向内取向的部分62设置在喉管52上并形成一环形延伸的第一贴合肩部64，第一阻塞装置54在螺旋压缩弹簧40的偏置作用下被拉着抵靠在肩部64上，同样，第二阻塞装置56在第二压缩弹簧68的作用下被偏置而抵靠在位于喉管52的流体接收端51上的第二环形肩部116上，弹簧68的一端与第二阻塞装置56啮合而其另一相对端则与表面66啮合。所以，第一和第二阻塞装置54和56最好在与它们各自相关的压缩弹簧作用下通常被迫处于流动关闭状况。

现在参照图4，特别是双阻塞和通气组件28的结构，应当看到第一和第二阻塞装置54和56都是如此构形以便与组件啮合，并在第一活塞装置也与通气轴58啮合的情况下，从而提供了硬和软密封啮合以阻止在处于阻塞状态时流体通过这些通道流动。为此，第一阻塞装置54包括一个固定在连接件14悬垂端的塞体部分72，该塞体部分带有一从塞体部分72的基部径向向外延伸的环形第一斜面74，以与肩部64的反向相对表面啮合，坐在塞体部分72顶表面80上的是一个第一软密封装置76，它夹在顶表面80和支承盘78之间。盘78的径向尺寸小于下面的支承表面80，并且第一软密封装置76的直径略大于下面的表面80。喉管52的流体排放端53沿长 度T₁从第一肩部64附近的一点朝出口腔室26向内径向地逐渐变细。在压缩弹簧40朝出口腔室26持续偏置的作用下，构成第一软密封装置76的材料沿长度T₁被挤压在表面上。沿长度T₁的锥度形成一约5度的角度，并且第一软密封装置76可由任何种类的弹性材料制成，但在最佳实施例中该材料是橡胶。最好在其处于阻塞流体流动的状况下（如图4中实线所示），第一阻塞装置54经过径向向内取向部分62被向上拉，这样第一软密封装置76在其中被压缩，并且通过第一环形肩部64和第一斜面74之间的相互啮合，强制性地保持住阻塞装置54以防在弹簧40偏置力作用下的进一步轴向位移。

第一阻塞装置54还包括一个位于第一斜面74下面的装置，用以与轴58的上端的图4点划线所示的方式啮合。该装置包括一第二环形斜面88，它同心地加工在塞体部分72上并位于第一环形斜面74下方，还包括一个从塞体部分72悬重的圆柱凸台86。凸台86支承一个与加工于轴58上端的相应装置89配合的装置90。如最佳实施例所示，装置90包括一个偏置件94，如与凸台86同心的弹簧垫圈，第二和第三支承盘96和99，和第二软密封98。如图所示，凸台86除了保持住弹垫94外，还有足够的长度尺寸以便这样保持住支承盘96和99，即使它们可伸缩地在其上自由滑动。第二软密封98的两个侧面被支承靠在盘96和99的啮合表面上，它们一起由螺栓100夹持在凸台86上。这里应当注意这样选择垫圈94的弹性，即当螺栓拧紧时，它施加一初始预载荷，这样一旦连接件14持续向下位移仍允 许在密封98和凸台86之间产生空动（如下文中可清楚看出的）。

加工在由58上端上的配合装置包括一个最初由一环形锥孔102限定的并终止于一向上取向之环形边缘93的台阶孔，该锥孔102从轴58的端面径向向内取向。锥孔102的尺寸和取向与第二斜面88相应以与其密封啮合。除此之外，在第一斜面74下面的表面91如此位于塞体部分72之上，即在第二斜面88与锥孔102相互啮合的同时表面91与通气轴58的端面密封，这样当它们被驱动到一起时就在相互啮合的表面之间提供了两点接触。

第二阻塞装置56位于通气轴58的上端邻近配合装置89处并且当它被偏置于阻塞流体的状况时可控制地阻塞流体流经喉管52。为此目的，装置56包括一轴58的径向向外延伸以限定一肩部106的环形唇部104，一固定在轴上的凸缘件108和一个由凸缘件108夹在它们之间的第三软密封110。第三软密封110绕管58径向向外环形地延伸一距离，该距离大于位于其下侧的凸缘件108的该部分。环绕凸缘件108加工的是一面对第二环形肩部116的径向向外取向的第四斜面114。直接与第二肩部116相通的流体导向喉管52之内表面沿其长度的一部分T₂以约5度的角度向内略微逐渐变细，这样随着第三软密封110持续地压入喉管52的流体接收端，在压缩弹簧68的偏置力作用下使得密封110被挤压在沿长度T₂的锥面上。软密封110以这种方式不断挤压直到使第四斜面114和肩部116之间达到强制啮合以提供一组合的硬和软密封。这里，最好在 分别作用于第一和第二阻塞装置54，56上的偏置装置40和68的驱动下，双阻塞和通气组件28的各端被关闭以阻塞流体，而且只有通过致动器8的动作它们才能位移。

本发明的阀可有三种操作模式，如图1-3所示。在图1所示的第一种模式中，阀被关闭并且流体不能经双阻塞和通气组件28从入口腔室24到出口腔室26流动，但封闭在组件28内的任何流体能够经轴58与阀的外部相通。

在图2所示的第二模式中，如图4中点划线所示致动器8使得双阻塞和通气组件28动作，这样第一阻塞装置54被移动而与喉管52脱离阻塞啮合，从而导致轴在这种持续运动的作用下最后被密封。本发明的一个特征是在第二斜面88与锥孔102硬密封啮合之前首先实现软密封装置90坐在通气轴58内。为此目的，第一阻塞装置54包括一个与软密封98相关的空动特征，这样一旦连接件14持续向下移动就使得软密封与向上取向的环形边缘93啮合并在弹垫94的偏置作用下而不是通过连接件14上驱动力的直接作用保持与其接触。也就是说，在与通气轴58上的锥孔102硬接触之前从第二斜面88量起，第一阻塞装置54移动一距离A。而且，当第一和第二阻塞装置54和56两者都处于它们通常阻塞流体的位置时，第二软密封98与座边缘93隔开一个长度比距离A小的距离B。所以，一旦连接件14持续向下运动，第二软密封98首先接触座边缘93，然后使得它在凸台86上反抗弹垫94的偏置力滑动，直到第二斜面88坐 在锥孔102上。这一特征的重要之处是它为第二软密封98提供了一个受控偏置力，以保护软密封98免遭非受控力作用于其上。第二模式也以这种方式操作以使通气轴58与流体通道隔绝，即任何剩留在喉管52内未通气的气体现在都可自由地向上通过径向向内取向部分62并进入出口腔室26。

在操作的第三种模式中，在致动器8的作用下相互啮合的连接件14和轴58一起向下移动，直到活塞16到达其下限。随着这一运动，如图3所示第二阻塞装置56位移而脱离与流体导向喉管52的流体接收端部分51的密封啮合。这里，最好应当这样选择横切环形肩部116所取的形成于端部分51之开孔的净横断面积，即通过喉管接收端的流量至少等于通过流体排放端的流量。如图3所示，这样选择第一阻塞装置之塞体部分72的直径D（横切其最宽尺寸或直径所量）和横切第二环形肩部114所量的尺寸D₂，即所形成之开孔的有效面积等于或小于设在喉管排放端53横切直径D₃所量之开孔的面积。即：

(πD² ₃)/4 ≥ (π(D₂ ²-D₃ ²))/4

D² ₃≥D² ₂-D² ₁

D₃≥√（D² ₂-D² ₁）

通过如此选择这些直径，本发明可保持层状流体通过喉管52。通过使较大直径的通气轴58与第二阻塞装置56连接进一步使该结果成为可能，从而允许连接件14径向地减小尺寸。

上面已在最佳实施例中描述了双阻塞和通气阀。然而在不超出本发明精神的情况可以作出多种改变和替换。例如不使通气孔50与大气连通，作为另一种选择可与通气轴58连通。所以，本发明只是通过举例的方式进行了描述，而不应构成限制。

Claims (10)

1、一种带有一阀壳的双阻塞和通气阀(2)，阀壳带有一用以贯穿连通流体的入口(4)和出口(6)并在其端部由一第一部分(18)和一相对的第二部分(20)限定，所述入口与所述阀壳第二部分相关并且所述出口与所述阀壳第一部分相关，一流体导向喉管(52)位于所述阀壳内并介于所述入口和所述出口之间，用以连通流体，所述流体导向喉管带有一与所述阀壳第一部分相关的一流体排放端部分(53)并带有一与所述阀壳第二部分相关的相对的流体接收端部分(51)，一第一阻塞装置(54)位于所述阀壳内并与所述阀壳第一部分相关以与所述流体导向喉管的排放端部分啮合并有控制地阻塞流体从所述喉管到所述出口的流动，一第二阻塞装置(56)位于所述阀壳内并与所述阀壳第二部分相关以与所述喉管流体接收端啮合并有控制地阻塞流体从所述入口进入所述流体导向喉管的通道，第一偏置装置(40)与所述第一阻塞装置相关以迫使所述第一阻塞装置与所述喉管的所述排放端部分进入阻塞啮合，第二偏置装置(68)与所述第二阻塞装置相关以迫使所述第二阻塞装置与所述喉管的所述流体接收端部分进入阻塞啮合，所述阀的特征是：使得所述流体导向喉管的流体接收端部分和所述流体排放端部分的横断面尺寸相互不同，即从所述入口到所述出口通过所述流体导向喉管流动的流体在通过所述喉管时基本上不会受到阻碍。

2、如权利要求1所述的阀，其特征在于所述第二阻塞装置位于可滑动地容纳于所述阀之所述第二部分之内的一通气轴（58）的一端。

3、如权利要求1所述的阀，其特征在于一细长的连接件（14）可滑动地位于所述第一阀壳部分之内，所述连接件具有一第一端和一相对的第二端，所述连接件在其相对的第二端与所述第一阻塞装置连接。

4、如权利要求3所述的阀，其特征在于所述第一阻塞装置包括一塞体部分（72）和一从其悬垂以与所述中空轴密封啮合的装置（90），所述通气轴（58）的所述第一端带有装置（89），用以容纳从所述第一阻塞装置悬垂的所述装置以在其间形成密封啮合。

5、如权利要求4所述的阀，其特征在于所述流体导向喉管的所述流体排放端部分被径向向内取向从而在所述喉管上形成一第一肩部（64），所述第一阻塞装置包括一个面对所述阀壳第一部分的第一斜面（74），并且所述斜面（74）通常被所述第一偏置装置拉着而抵靠在所述流体导向喉管的所述第一肩部。

6、如权利要求5所述的阀，其特征在于所述第一阻塞装置包括一个第一软密封装置（76），它位于所述第一斜面之上并且其尺寸使之通常可容纳于所述流体导向喉管的所述径向向内取向部分内，所述喉管的所述径向向内取向部分从所述第一肩部朝所述阀壳第一部分沿第一长度（T₁）向内逐渐变细。

7、如权利要求6所述的阀，其特征在于一第二斜面（88）位于所述第一阻塞装置上并面对所述阀壳第二部分。

加工于所述中空轴上以容纳所述第一阻塞装置的所述装置包括一锥孔（102），它面对所述第二斜面并与所述轴上一个终止于向上取向之环形边缘（93）的台阶孔相通，从所述第一阻塞装置悬垂以与所述中空轴密封啮合的所述装置包括一第二软密封，用以与加工在所述中空轴上的所述向上取向之座边缘啮合。

8、如权利要求7所述的阀，其特征在于从所述第一阻塞装置悬垂以与所述中空轴密封啮合的所述装置（90）还包括一个从所述塞体部分悬垂并在所述第二斜面下方从所述塞体部分延伸的凸台（86），所述第二软密封（96，98，99）可滑动地位于所述凸台上并由一个介于其间的偏置装置（94）从所述第二斜面朝所述座边缘偏置。

9、如权利要求8所述的阀，其特征在于所述流体导向喉管的所述接收端部分（51）包括一个可与所述第二阻塞装置啮合的第二环形肩部（116），所述第二阻塞装置包括一第三软密封（110）和凸缘件（108），它们一起固定在所述中空轴的所述一端，所述喉管的所述流体接收端部分还包括一个沿其中第二长度（T₂）延伸的锥面，所述凸缘件带有一个面对加工于所述喉管上的所述第二肩部的第四斜面（114），并且在所述第二偏置装置的作用下迫使所述第三软密封装置和所述第四斜面分别与所述第二长度的锥面和所述第二环形肩部进入密封啮合。

10、如权利要求9所述的阀，其特征在于所述阀壳第一部分带有一系列加工于其中的台阶孔，其中一个所述孔（30）的尺寸使之可将所述连接件支承于其中以滑动啮合，其余孔具有足够的尺寸以将所述第一偏置装置容纳于其中。

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