CN103697179A - 具有多种硬度的密封阀盘 - Google Patents
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Abstract
一种用于流体流量控制阀如流体调节器的密封阀盘，其具有由弹性材料形成的主体，所述主体在密封面上具有第一硬度，沿着厚度方向与密封面隔开的部分具有第二硬度。密封面上的弹性材料较软，而与密封面隔开的部分较硬。
Description
技术领域
本发明总的来讲涉及一种用于流量控制阀如流体调节器的密封阀盘，更加具体地说，涉及这种具有多种硬度的密封阀盘。
背景技术
提供气体的典型气体分配系统中的压力可根据各种因素改变。这些因素可包括，比如，系统上的放置需求、气候、供给源、和／或其他因素。然而，安装有燃气用具如炉灶、烤箱等的大部分终端用户设备，需要在或者低于终端用户设备的最大容量下，根据预定压力传递气体。因此，过程流体调节器应用在这些分配系统中，从而保证所传递的气体满足终端用户设备的需求。过程流体调节器也用于调节液体传递，从而获得相同的功能性。
常用的过程流体调节器包括调节器主体、控制元件、以及致动器。调节器主体限定了流体流动通道、流体入口、和流体出口。限定出阀座的孔可操作性地沿着流体入口和流体出口之间的流体流动通道设置在主体中。流体流动通道从流体入口，穿过孔，延伸到流体出口。控制元件移动来调节沿着流体流动通道穿过孔的流体的流动。控制元件在闭合位置密封地接合阀座，且在打开位置与阀座隔开。在本领域公知的方式中，致动器可操作性地连接到调节器主体和控制元件，从而对应于流体流动通道中的压力变化控制控制元件相对于孔的位置，以将比如流体出口处的过程流体压力保持在预选范围中。
图1显示了用于过程流体调节器的典型阀内件某部分的单独的放大细节，其包括流量控制元件10，阀杆12和孔14。孔14具有柱形管的形式，且固定到调节器主体16，比如，通过外螺纹18啮合调节器主体16的互补内螺纹20，且围绕并形成流体流动通道必须穿过的开孔22。阀座24沿着孔14的上边缘或者环形边沿限定。流量控制元件10承载在阀杆12的远端。流量控制元件10包括安装部分26，如容纳阀杆12远端的承口，以及设置为密封地接合阀座24的密封阀盘28。密封阀盘28设置在流量控制元件10的前侧，而安装部分26设置在相反于前侧的流量控制元件10的后侧。在图1的示意性布置中，密封阀盘28包括圆形密封面30，其直径大于阀座24的直径。安装部分26紧紧配合和／或锁到阀杆12的远端上，这样当流量控制元件10移动到锁定位置，即控制元件10的极端或者最大闭合位置之时，密封面30被设定为密封地接合阀座24，该位置完全防止流体流经开孔22继而流到调节器主体16。
至少密封阀盘28，在本示例中，整个流量控制元件10，通常由橡胶或者相似的弹性可压缩密封材料形成，该材料在整个密封阀盘28上具有大体上均质的组成。为了便于参考，术语“弹性材料”此后被用来指所有在阀、过程流体调节器行业中广泛使用的弹性可压缩密封材料，如橡胶、丁腈橡胶、三元乙丙橡胶、和其他天然及合成橡胶化合物、聚合物、和／或在阀密封领域可以理解的弹性体。
当密封阀盘28接合阀座24，且特别地是在锁定位置之时，阀座24压入密封阀盘28的弹性材料中，并剪切和／或截断(cut)密封阀盘28的密封面30。相比于较硬的弹性材料，较软的弹性材料通常更能承受剪切磨损和／或由阀座24截断。因此，密封阀盘28通常由较硬材料形成密封阀盘28的整个主体，如具有在约70和90之间硬度的弹性体，从而防止在流量控制元件10操作期间密封面30相抵阀座24而发生过多的剪切磨损，或者截断。然而，密封阀盘28的整个主体使用较硬的材料也增加了将密封阀盘28和阀座24密封所需的驱动力的量，特别是在锁定期间。密封孔14所需的驱动力的增加可以使得流量控制阀的工作性能降级，这在流体压力调节器中会特别麻烦。
发明内容
根据本公开教导的一些示例性方面，提供了用于流体流量控制阀(如流体调节器)的密封阀盘。密封阀盘具有主体，该主体具有从前侧延伸到后侧的厚度，并在前侧限定出密封面。密封面被设置为密封地接合阀座，且该主体由弹性材料或者其他适宜的材料如橡胶化合物制成。弹性材料在所述密封面具有第一硬度，沿着厚度方向与密封面隔开具有第二硬度，其中密封面上的弹性材料较软，而向着后侧与密封面隔开的弹性材料较硬。
根据本公开教导的其他示例性方面，流体控制阀包括阀主体、阀座、阀杆、和可操作性地由阀杆承载的密封阀盘。阀杆被设置为选择性地迫使密封阀盘抵住阀座进入密封接合。密封阀盘包括主体，该主体具有从前侧延伸到后侧的厚度，并在前侧限定出密封面。该密封面设置为密封地接合阀座。该主体由弹性材料或者其他适宜材料如橡胶化合物制成。弹性材料在密封面上具有第一硬度，沿着厚度方向与密封面隔开具有第二硬度，且该材料在密封面较软，而向着后侧与密封面隔开的材料较硬。
进一步根据前述示例性方面的一个或多个，密封阀盘、流体控制阀、和／或流体调节器进一步可选择性地包括下面优选的一种或多种形式。
在一些优选的形式中，根据ASTM D2240-05(2010)橡胶特性的标准测量方法——计示硬度(此处提供的所有的硬度等级都参考这个ASTM D2240-05(2010)标准)测量，密封面上的材料具有在约40和约60之间的硬度等级。
在一些优选的形式中，与密封面隔开的主体部分中的弹性材料具有在约70和约90之间的硬度等级。
在一些优选的形式中，弹性材料的硬度随着密封面和与密封面隔开的主体部分之间的厚度逐渐变化和／或持续变化。硬度可在厚度方向上以基本上恒定的梯度变化。作为选择，硬度可在厚度方向上以变化的或者可变的梯度改变。
在一些优选形式中，密封阀盘由两层或者更多层的弹性材料形成，至少包括具有第一厚度的第一层材料，和具有第二厚度的第二层材料。密封面可由第一层限定，材料的第一层具有第一硬度。第二层可具有第二硬度，且材料的第一层可以抵住材料的第二层固定。材料的第一层可以固定到材料的第二层上。
在一些优选的形式中，至少第三层弹性材料固定到弹性材料的第二层上，且第三层可以设置在第一层和第二层之间。可选地，第二层可以设置在第一层和第三层之间。
在一些优选的形式中，适宜材料的一层或多层具有在各自的厚度上基本上恒定的硬度。材料的一层或多层可在各自的厚度上具有逐渐变化的或者可变的硬度。
在一些优选的形式中，弹性材料是橡胶化合物或者其他适宜材料。
在一些优选的形式中，流体控制阀是流体调节器，且阀主体为调节器主体。
在一些优选的形式中，与前述方面和／或优选形式之一或多个的任意组合中，第一硬度的硬度值在约40-60之间。
在一些优选的形式中，与前述方面和／或优选形式之一或多个的任意组合中，第二硬度的硬度值在约70-90之间。
还公开了与本公开教导一致的其他可选的方面和形式，这些方面和形式可以按适宜的功能性方式单独或者任意功能性可行的组合进行设置。在考虑了下方详细说明的情况下，其他方面和优点将变得清晰。
附图说明
图1是部分典型阀内件的横截面视图。
图2是具有阀内件的流体调节器的部分剖切侧视图，其包括根据本公开教导示意性布置的密封阀盘。
图3为图2中圈定部分的阀内件放大横截面图，更为详细地显示了示意性密封阀盘。
图4为图2中圈定部分的放大横截面图，更为详细地显示了根据本公开教导的另一示意性布置的密封阀盘。
图5为阀内件示意性部分的放大横截面图，其包括更为详细地示出的根据本公开又一示意性布置的密封阀盘。
具体实施例
在图2和图3的示意性布置中，如在流体调节器50中可见的流量控制阀设置有流量控制元件52，其包括根据本公开教导的密封阀盘54以及安装部分55。流体调节器50是常见的已知流体调节器，具有阀主体(如调节器主体)56、流量控制部件(如流量控制元件)52、阀座58、阀杆60和致动器62。流量控制元件52可操作性地连接到阀杆60，比如通过将阀杆60的第一端61设置在流量控制元件52的安装部分55中限定的承口63中而连接。致动器62可选择性地连接到调节器主体56和阀杆60的第二端，从而在与阀座58隔开的打开位置和抵住阀座58接合的闭合位置之间变换控制元件52。致动器62因此以本领域公知的方式将源自调节器主体56的出口流体压力调节和／或维持在预选的压力范围内，或设定压力。然而，密封阀盘54也不限于用于流体调节器，而是还用于其他类型的流量控制阀中，一如可以从此处说明的内容中看出的情况。
调节器主体56限定了入口64、出口66、入口64和出口66之间的开孔68，以及从入口64穿过开孔68延伸至出口66的流体流动通道70。阀座58优选地由绕着开孔68的小孔72的边沿限定。小孔72优选地具有大体上中空的柱状主体，且固定到调节器主体56，比如通过螺纹74连接，从而绕着开孔68。阀座58优选地是圆形的。流量控制元件52承载密封阀盘54，并在闭合位置和完全打开位置之间转换，在闭合位置防止流体流经开孔68，在完全打开位置，使得最大流量的流体流经开孔68。
致动器62设置为响应出口66处的压力变化以本领域公知方式在闭合位置和完全打开位置之间转换流量控制元件52。在示例性设置中的致动器62是薄膜式调节器，其包括设置在致动器壳体76中的柔性膜(不可见)且柔性膜可操作性地通过连杆(不可见)连接到阀杆60。膜响应出口66处的出口流体压力的改变而移位，从而转换控制元件52，并因而使得出口处66的压力保持在预选的设定压力范围内。致动器62的部件和功能都是本领域公知的，因此此处不再对其部件和功能进行进一步详细的说明。此外，本公开的教导不限于致动器的这一特殊类型，其还可以使用其他类型的致动器。
现在参见图3和图4的放大视图，密封阀盘54具有：主体，该主体具有在前侧80和后侧82之间延伸的厚度T；由前侧80限定的密封面84；以及在后侧82上限定或者从后侧82延伸的安装部分55。流量控制部件52处于闭合位置，密封面84抵住阀座58密封地接合。密封阀盘54由弹性材料制得，且密封面80压抵住阀座58。弹性材料在密封面84上具有第一硬度，而沿着厚度T与密封面80隔开的部分具有第二硬度。密封面上的弹性材料较软，而向着后侧82与密封面80隔开的部分较硬。换个方式说，向着后侧82与密封面80隔开的弹性材料比密封面80上的弹性材料要硬。
在图2和图3的示意性布置中，形成密封阀盘54的弹性材料具有在厚度T方向上逐渐并连续变化的硬度，在密封面84上具有较软的硬度值，而在后侧82上具有较硬的硬度值。优选地，弹性材料的硬度从密封面84到与密封面84隔开的点如密封面84和后侧82之间的中间厚度处，或者一直到后侧82处，基本上等梯度变化。然而，弹性材料的硬度可沿厚度T以变化的梯度变化。在一个优选的布置中，密封面84处的弹性材料硬度值等级在约40到约60之间，密封阀盘54其后侧82上的硬度值等级在约70到约90之间，且硬度值从密封面80到后侧82以基本上是常量的比值变化。
在图4的示意性布置中，密封阀盘54的主体由至少两层弹性材料构成，即第一层54a和第二层54b。第一层54a具有限定出密封面84的第一侧，以及相反于密封面84的第二侧86。第二层54b具有第一侧88和限定后侧82的第二侧90。第二层54b的第一侧88面对着第一层54a的第二侧86。第二侧90连接到安装部分55，比如通过一体成型形式或者紧固方式连接。第一层54a具有第一硬度，第二层54b具有比第一层54a的第一硬度更硬的第二硬度。换句话说，第一层54a比第二层54b要软。
优选地，第一层54a的第一侧88被固定到相邻层，比如固定到第一层54a的第二侧。相邻层可以固定到一起，比如，利用粘结、热焊、和／或机械紧固件或夹具。第一层54a具有第一厚度T1。第二层54b具有第二厚度T2。密封阀盘54的厚度T等于前侧80和后侧82之间所有层的厚度总和，比如T1和T2之和。尽管在本例中只示出了两层54a，54b，主体可以是由多于两层的层连续堆叠而形成，这样密封阀盘54的厚度T等于这些层的厚度总和。在这样的设置中，一个或多个附加层可以夹在第一层54a和第二层54b之间。可选地或者附加地，弹性材料的附加层可以堆靠在第二层54b的后侧82上。
在一种布置中，每一层54a，54b分别在其整个厚度T1或T2方向上具有均等的硬度。在一种优选的布置中，第一层54a具有约40和约60之间的硬度值。第二层54b具有在约70和约90之间的硬度值。在另一种布置中，54a，54b两层之一或者两层中的弹性材料硬度沿着厚度T，从密封面84上或者向着密封面84的较软硬度值逐渐且连续地变化为向着后侧82的较硬硬度值。在以上任一种设置中，密封面84上的弹性材料优选地是最软的弹性材料，且向着后侧82与密封面84隔开的弹性材料比密封面上的弹性材料要硬。
在图2-4所示的每一示例性设置中，安装部分55和密封阀盘54可形成为一体件，其中密封阀盘54的至少一部分，如弹性材料的单一模制件的至少一部分具有上述的硬度梯度。可选地，安装部分55可以是与密封阀盘54分离的独立部件，并通过如紧固件、胶黏剂、和／或焊接连接到密封阀盘54。在图3的示例性布置中，密封阀盘54和安装部分55为弹性材料模压成的单个一体件，且弹性材料的硬度从密封面84上的最软硬度值持续变化为在安装部分55远端92上的最硬硬度值。在图4的示例性布置中，安装部分55是与第二层54b分离的独立部件，其可以由弹性材料、金属或塑料制成，并固定到第二层54b。
图5示出了另一示例性布置，其中密封阀盘52为圆形环状，并装载在由阀座部分102限定的阀盘壳体100中，优选地该阀座部分102为环形槽形式，且限定在流量控制元件106的端面104处。密封阀盘52由弹性材料制得。密封面84上的弹性材料具有第一硬度，而沿着厚度T方向向着后侧82与密封面隔开的部分具有第二硬度，其中密封面84上的第一硬度比第二硬度要软。在这个示例性布置中，安装部分由相反于密封面84的圆形环的后侧82限定。弹性材料的硬度优选地沿着厚度方向从密封面84向着-且优选地到达-后侧82连续地变化。在其他布置中，密封阀盘52可由两层或更多层不同硬度的弹性材料组成，其中根据本公开之前的教导，限定密封面84的层比与密封面84隔开的层要软。
密封阀盘52的其他形状和布置也可以根据本公开教导而形成，且本公开不限于密封阀盘52的特殊形状和／或在附图的特定示例性布置中示出并公开的整个流量控制元件52。
根据本公开教导的密封阀盘54可以在一些布置中改良流体调节器(例如民用、商用和／或工业用途的气体调节器)尤其在小力锁定布置中的锁定性能。比如，一些设置中的密封阀盘可减少获得阀锁定所需的闭合力，同时最小化剪切力导致的、由于对阀座压缩而引起的对密封面的破坏，比如截断和／或其他损害。在一些设置中，密封阀盘提供了一种或多种益处，比如提供完全由橡胶或者弹性材料制成的密封阀盘和／或流量控制元件。较软的橡胶可使得在低压气候下得以密封。较硬的橡胶可抵抗截断并提供较强的结构性支撑，从而防止密封阀盘整体形状的过度变形。这样的改变可以提高流体调节器的整体性能。这样的提高也可以为其他类型的流量控制阀提供相同的益处。
此处记载的每一可选设置也可以任意组合或者替换，足以提供由此处提供的描述所建议的一种或多种功能的任意组合。此外，可以理解的是，关于每一示意性设置所公开的每一特征可按任意功能性组合而结合起来，比如提供可由本领域技术人员明了的任意有用的功能性组合。
对于此处公开的示例性密封阀盘和流量控制阀的多种改良，在考虑了前述说明的情况下，对本领域技术人员来说是清楚的。相应地，本说明书应当被认为仅是解释性，并且用来使本领域技术人员能够制造并使用本发明，及教导以相同方式实施优选模式。在本公开和附加权利要求的范围内进行的所有改进的独有权利被保留。
Claims (16)
1.一种用于流体流量控制阀的密封阀盘，其特征在于，包括：
主体，其具有从前侧延伸到后侧的厚度；
密封面，其在前侧限定，其中所述密封面被设置为密封接合阀座；
所述主体包括弹性材料，所述密封面上的弹性材料具有第一硬度，而沿着厚度与所述密封面隔开的部分具有第二硬度，其中所述第一硬度比所述第二硬度要软。
2.根据权利要求1所述的密封阀盘，其特征在于，所述弹性材料的硬度在所述密封面和主体部分之间逐渐变化。
3.根据权利要求2所述的密封阀盘，其特征在于，硬度以基本上等梯度的形式变化。
4.根据权利要求2所述的密封阀盘，其特征在于，硬度以变化梯度的形式变化。
5.根据权利要求1所述的密封阀盘，其特征在于，所述主体由多层弹性材料形成，至少包括具有第一厚度的第一层和具有第二厚度的第二层，其中所述密封面由所述第一层限定，且第一层弹性材料具有第一硬度，而第二层具有第二硬度。
6.根据权利要求5所述的密封阀盘，其特征在于，至少一层弹性材料的第三层固定到所述第二层。
7.根据权利要求5所述的密封阀盘，其特征在于，所述第一层固定到所述第二层。
8.根据权利要求5所述的密封阀盘，其特征在于，所述第一层和所述第二层的一个或多个在各自的整个厚度上基本具有恒定的硬度。
9.根据权利要求5所述的密封阀盘，其特征在于，所述第一层和所述第二层的一个或多个在各自的厚度上具有逐渐变化的硬度。
10.根据权利要求1所述的密封阀盘，其特征在于，所述流体控制阀包括流体调节器，所述阀主体包括调节器主体。
11.一种流量控制阀，其特征在于，包括：
阀主体；
阀座，其可操作性地设置在所述阀主体中；
阀杆，其具有设置在所述阀主体中的第一端以及设置为可操作性地与致动器连接的第二端；以及
流量控制部件，其包括密封阀盘，所述流量控制部件可操作性地连接到所述阀杆的第一端，所述密封阀盘包括：
主体，其具有从前侧延伸到后侧的厚度；
密封面，其在前侧限定，其中所述密封面被设置为密封接合阀座；
所述主体包括弹性材料，所述密封面上的弹性材料具有第一硬度，而沿着厚度方向与密封面隔开的部分具有第二硬度；
其中所述第一硬度比所述第二硬度要软。
12.根据权利要求11所述的流量控制阀，其特征在于，弹性材料的硬度在所述密封面和主体部分之间逐渐变化。
13.根据权利要求11所述的流量控制阀，其特征在于，所述主体由多层弹性材料形成，至少包括具有第一厚度的第一层弹性材料和具有第二厚度的第二层弹性材料，其中密封面由第一层限定，且第一层具有第一硬度，而第二层具有第二硬度。
14.根据权利要求11所述的流量控制阀，其特征在于，所述流体控制阀包括流体调节器，所述阀主体包括调节器主体。
15.根据权利要求14所述的流量控制阀，其特征在于，进一步包括可选择性地连接到所述调节器主体以及所述阀杆的第二端的致动器。
16.根据权利要求11所述的流量控制阀，其特征在于，所述弹性材料包括橡胶化合物。
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