CN1048319C - 一种具有密封件的阀 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种带有密封件(4)的阀(1)，密封件(4)与阀座(3)配合并由带一驱动件(5)的驱动装置驱动，驱动件(5)在外壳(2)内导向。希望这种阀工作可靠，并且具有很长使用寿命。为达到此目的，将高温热塑性塑料(6)设置在外壳(2)和驱动件(5)之间。

Description

一种具有密封件的阀
本发明涉及一种具有一密封件的阀，该密封件与阀座配合并由带有驱动件的驱动装置移动，该驱动件在外壳内导向。
〔背景技术〕
US5 145 148公开了这样一种阀，它被用于制动系统，用以控制制动流体的流动或压力。其中，驱动件呈杆状，当杆由电枢驱动时，而电流经过环绕它的线圈时会改变其位置，将球推离阀座。该杆被一个尼龙衬套包围，在这种特定情况下，尼龙衬套使杆在外壳内导向。杆比较细，以便不干扰磁路。尼龙衬套就相应厚一些。
用这种结构，阀会不时地出现故障，即阀不会按照要求那样打开或关闭，而是停留在原来所处的位置。这种故障一方面是由于驱动件与外壳的不同热膨胀系数造成的，另一方面是因为尼龙衬套热膨胀系数差异。当尼龙衬套膨胀比较大时，驱动件就会在外壳内卡住。通过使尼龙衬套与外壳之间的间隙变大，可以部分地消除这种卡住情况的出现，但是，这种大间隙会使导向不精确。这种方法也不适合于希望驱动件在外壳中高密封地导向的情况，当驱动件与外壳之间的限定间隙为一重要因素时，这种方法同样不适用，因为该间隙会抑制驱动件的移动。这样的间隙也会使阀加速摩损，因为当驱动件移动时，不仅有纯摩擦荷载作用在相邻表面上，而且，当驱动件在外壳内振动时，还会有产生冲击荷载的可能性，这样，就会破坏塑料材料。
本发明的目的是提供一种具有长期使用寿命的工作性能稳定的阀，该阀能以多种流体工作。
〔技术方案〕
一种上述的阀，在其外壳及驱动件之间设置一种高温热塑性塑料，便可以解决本发明的课题。
高温热塑性塑料减少外壳及驱动件之间的摩擦。两个部件以低摩擦付相互滑动。而且，高温热塑性塑料所具有的热膨胀系数尽管不完全相同于通常用作驱动件及外壳之材料即金属材料的热膨胀系数，但是，它已经非常接近这种金属材料的热膨胀系数大小值。这种高温热塑性塑料的热膨胀系数通常只有金属材料的热膨胀系数的大约两倍。所以，当温度上升而出现膨胀时，这已经不象使用尼龙材料时那么重要了。高温热塑性塑料、即外壳和驱动件就能以微小的间隙相互配合。而且，在膨胀期间主要由驱动件及外壳之间的较大表面压力引起的较高摩擦力会由高温热塑性塑料良好的摩擦性能补偿。这种较小的摩擦作用不仅使摩损降低，使用寿命延长，而且，可以使阀的操作可靠性得到进一步提高。流体可以是化合物或水。
比较好的是采用聚芳醚酮尤其聚醚醚酮作为高温热塑性塑料，这样，即使在比较高的温度下，也能获得很好的稳定性。同时，所说的高温热塑性塑料对许多化合物如制冷剂都具有比较好的耐化学性。另外，这些热塑性塑料在尺寸上很稳定。
高温热塑性塑料最好是纤维增强型的。这样，就可以获得接近于金属的较高机械强度、较好的导热性能以及热膨胀性。
在优选的实施例中，高温热塑性塑料可以含有降摩擦添加剂，例如，这类添加剂可以由碳或聚四氟乙烯组成。它们可以进一步降低驱动件及外壳之间的摩擦，这样，不仅改善工作性能，也可以使能量消耗降低。
最好方式是使高温热塑性塑料在驱动件和/或外壳上面形成一层降摩擦表层。由于高温热塑性塑料仅为各自的表面层，热膨胀系数就不再重要了，该热膨胀系数可以不同。这样，热膨胀大小主要由带有高温热塑性塑料表层的部件决定，而与该表层无关。另外，使用这种高温热塑性塑料表层还会降低高温热塑性塑料的材料消耗。最终，现有的阀可以基本不改变地继续使用，因为采用高温热塑性塑料表层所带来的只是微小的结构变化。
高温热塑性塑料表层的厚度在1/10mm范围以内。如果需要，还可以更薄。高温热塑性塑料必须仅以如下的厚度存在，即该厚度足以保护位于外壳内驱动件摩擦付配合。在许多情况下，使高温热塑性塑料涂敷成薄膜就足够了。
驱动件最好带有一个芯子，在该芯子周围模压高温热塑性塑料。模压是涂敷高温热塑性塑料比较简单的方法。在此，将芯子放进模中，用高温热塑性塑料将芯子与模之间所有空隙填满。于是就使高温热塑性塑料牢固地固定在芯子上了。
芯子最好带有粗糙表面，这样，能够提高高温热塑性塑料与芯子的结合力。在许多情况下，根本不必对芯子表面进行加工，芯子的表面越粗糙，热塑性塑料材料与其粘合得越好。一般来讲，芯子可以用未经加工的铸铁。
驱动件的加工可以限定在高温热塑性塑料的表面。这种方法一般要比对芯子本身进行加工容易。
高温热塑性塑料最好为注在芯子上的模注件。用这种方法，可以使热塑性塑料与芯子固定得很牢固。而且，事先可以很可靠地使驱动件成形，在许多情况下，根本不必对驱动件进行另外的加工。
芯子最好具有可以用高温热塑性塑料填满的凹槽。这样还会进一步改善塑料与芯子的结合牢度。
将驱动件与密封件形成一个构件也是很好的方法。此时，可以避免驱动件和密封件之间的相对运动。故不会产生磨损，还会使使用寿命进一步加长。
还有一种好的方法是用高温热塑性塑料将驱动件(最好与密封件一起)完全包围。完全密封能够保证所有可能会产生摩擦的表面都带有降摩擦层。另外，驱动件用高温热塑性塑料密封，这样就会保护其受到由阀控制的流体的冲击。
在另一个实施例中，最好把高温热塑性塑料只设置在驱动件和/或衬套的部分区域内。用这种方法可以降低材料消耗，这样就会使阀的生产成本减少。另外，将高温热塑性塑料限制在部分区域即意味着对阀结构只进行了很小的改动，因此，特别是在采用电动或磁动阀时，便会发现相应的操作性能实际上没有改变。
最好也将高温热塑性塑料设置在与阀座配合区域的密封件上，这样便会显示出高温热塑性塑料不仅对驱动件的摩擦性能产生良好的作用，而且还能用以改善阀的密封性能。还有，高温热塑性塑料的热膨胀系数与外壳及驱动件材料的热膨胀系数只有很小差别，这也会产生良好的效果。
最好将高温热塑性塑料设置在驱动件圆周凹槽内，并且使其只伸出驱动件圆周一点点。凹槽在此用于将热塑性塑料机械地固定在驱动件上，这样，当驱动件相对外壳运动时，它实际上就不会使热塑性塑料产生位移。高温热塑性塑料在其内凸出的环便会牢牢固定在驱动件上。当然，也可以将环固定在外壳内。由于高温热塑性塑料只伸出驱动件圆周一点点，即只有零点几毫米甚至不到1/10毫米，便可以避免驱动件与外壳之间的直接接触。反之，只用高温热塑性塑料进行接触。另一方面，驱动件的机械强度几乎没有什么不利影响，驱动件实际上完全充满外壳。在热塑性塑料以外，只有很小空隙。
驱动件用电枢式电磁阀最好，采用这种电磁阀，较大的空隙会损害电磁特性。正是用薄层或稍微凸出的高温热塑性塑料，所以才使由磁通量形成及桥接的空隙也变小。虽然有低摩擦特性，但是不需要附加的电能或磁能。
特别优选的方法是电枢用良好导磁性材料尤其是软铁形成，这种材料在能够与流进阀中的流体接触的所有区域也用高温热塑性塑料复盖。用高温热塑性塑料复盖能够使电枢材料只从电磁性的观点进行选择。对流进阀中的流体抵抗是不需要的，相反，用高温热塑性塑料可以获得这种抵抗，该高温热塑性塑料会保护电枢材料。
驱动件最好沿着阀座两侧的移动方向导向，这样能够获得极佳的导向准确性，尤其当密封件与阀座接触时更是如此。
密封件最好用滑动阀形式，特别是旋转滑动阀，密封件的至少一个滑动表面带有高温热塑性塑料，使用滑动阀时，将密封件推向阀座上。必要时，滑动阀也可以带有开口，其大小沿着滑动阀的移动方向变化。根据滑动阀的位置，与由阀座环绕的进口或开口一起，打开较小或较大的通孔。使用滑动阀时，通常有比较大的滑动表面，有该较大的滑动阀能够在外壳内导向的滑动表面。如果将减摩高温热塑性塑料设置在这些滑动表面上，滑动阀就能够比较容易地移动。借助于较大的作用力，外壳可以靠在滑动阀上，这样，该滑动阀就能具有更好的密封性，而驱动力没有明显地增加。
特别优选的是电磁步进电机的转子滑动阀，其中，电磁组件也用高温热塑性塑料密封。电磁组件如永磁铁只从其磁性能或电性能的观点进行选择，就是说，该组件不需要能抗受控制的流体，反之，用高温热塑性塑料使流体与组件相隔离。所以，可以在这种阀中使用通常极易受腐蚀性流体腐蚀的永久磁铁。
用高温热塑性塑料制造滑动阀也是优选的。如果是步进电机，除了电磁组件以外，自然都可以使用高温热塑性塑料。由于滑动阀全部用高温热塑性塑料制造，所以，加工过程就非常简单。使用寿命也会增加。即使在较长时间使用存在正常磨损以后，高温热塑性塑料还是以形成滑动表面的材料存在。
本发明也涉及，在用制冷剂进行工作的制冷系统中用于控制制冷剂流动而使用该阀。一方面，使用高温热塑性塑料可以使阀在不使用外加润滑剂的情况下工作，这样，就没有污染物能够进入制冷剂。另一方面，还可以将阀制成防制冷剂型的。
本发明还涉及用该阀用于控制水流和/或水压。使用高温热塑性塑料大大地避免了气蚀及其它摩损现象。
最好本发明的阀是被用于以水作为液压流体进行工作的液压系统，用于控制液压流体的流动和/或压力。众所周知，水实际上没有润滑性能，至今为止没有使用水作为液压流体，或者用起来非常困难。由于在滑动表面上由高温热塑性塑料组成，所以不再出现上述问题，高温热塑性塑料能够保证滑动性能。
比较好的是本发明的阀也可以被用于控制下述介质中的一种：蒸汽、空气、油、NH3、CO2、盐溶液、腐蚀性流体或气体。
〔附图说明〕
以下结合附图，用优选实施例进一步说明本发明，其中：
图1示出阀的第一实施例，为局部剖视图；
图2示出阀的第二实施例，为局部剖视图；
图3示出阀驱动装置的实施例，为局部剖视图；
图4示出阀的第三实施例，为局部剖视图；
图5示出阀的第四实施例，为局部剖视图；
图6示出阀的第五实施例，为旋转滑动阀，(a)为剖视图，(b)为平面图，以及
图7示出阀的第六实施例，为旋转滑动阀，(a)为剖视图，(b)为平面图。
图1示出的阀1的外壳2中有阀座3，密封件4支靠在阀座3上。密封件4与驱动件5相连。在这种特殊情况下，密封件4与驱动件5为一体结构。驱动件5可以用磁性装置(未示出)形成。也可以用不同的外部驱动结构，例如，用杠杆或连杆。
用表层6将密封件4与驱动件5密封在一起。该表层设置在外壳2及驱动件5之间。它由高温热塑性塑料组成，尤其由聚芳醚酮或聚醚醚酮组成，高温热塑性塑料可以用纤维增强，例如，可以填加玻璃纤维、碳纤维或金属纤维，这样会增加其机械强度、减小热膨胀系数以及改善导热性能。表层6即高温热塑性塑料的热膨胀系数基本与在此特定实施例中用金属制成的驱动件5及外壳2的热膨胀系数相同。表层6的高温热塑性塑料以小摩擦在驱动件5的内壁7上滑动。即使由于稍微大一些的热膨胀，表层6在较大的压力作用下还会靠在内壁7上，因为有位于内壁7上高温热塑性塑料的良好滑动性能，驱动件5卡住在外壳2中的危险非常小，用减摩添加剂如碳或聚四氟乙烯(PTFE)可以进一步提高高温热塑性塑料的良好滑动性能。
表层6也覆盖密封件4。使用表层6，可以提高密封件4和阀座3之间的密封效果。
表层6完全覆盖驱动件5和密封件4，这样可以保护这两个部件免受由入口8流进出口9(反之也一样)之流体的冲击。所以，可以独立地选择驱动件5和密封件4的材料，而与所控制的流体无关。如果驱动装置由磁性控制动作，例如，可以只从具有良好导磁性的观点出发进行选择驱动件5的材料，这样，例如就可以用软铁作驱动件，而软铁是不很耐腐蚀流体腐蚀的。
表层6非常薄，其厚度只有零点几毫米，或者不足1/10毫米。该表层必须是足够的厚，以便防止外壳2的内壁7与驱动件5之间接触。
为了加工包复的驱动件5，最好将表层6模压在驱动件5周围，为了达到此目的，可以使用模注法，所以，表层6为模注件，该注模件被注在驱动件5上，或者更准确地讲被注进其芯子10上。为了获得表层6与芯子10的良好粘合效果，可以使芯子10带有粗糙表面。在许多情况下，这种粗糙表面在加工芯子10的过程中就已经形成了。
阀1可以被用来，例如，控制用制冷剂工作之制冷系统中的制冷剂流动。表层6保护芯子10免受制冷剂的不利影响。另一种应用是控制用水工作之液压系统中液压流体的流动。众所周知，水与通常使用的合成液压油不同，它实际上没有润滑性能。由于带有表层6，它有很强的减低摩擦作用，所以，尽管液压流体没有润滑作用，阀1仍然能够进行工作。
图2表示阀101的第二种结构，其中相同的元件的标号用原标号加上100的标号进行表示。
与图1中所示的结构不同，减摩表层106现在不覆盖全部的驱动件105或其芯子110，相反，只有两个区域106被覆盖。在区域106，芯子110表面上设有环形槽11。高温热塑性塑料被设置在这些环形凹槽内，在两处都呈环12状，凹槽11防止这两个环12在芯子110表面上沿轴向即驱动件105的移动方向移动，环12稍微伸出芯子110，所以，在外壳102和驱动件103之间形成很小的空隙13。伸出的深度和生成的空隙13的宽度同样只有1/10毫米或者更小，高温热塑性塑料环12只是保证在芯子110与外壳102的内壁107之间不产生直接接触，环12也可以用模注法进行加工。
图3示出如在图1或2所示的阀用驱动装置14，驱动装置14带有交替地通入电流的线圈15和16。根据向线圈15还是向16通电流，驱动件105便会在外壳202中向上或向下移动。当然，也可以将该装置制作为一个线圈。为了降低外壳202的内壁207与驱动件205之间的摩擦，再设置环212，每个环都会在驱动件205的芯子与外壳202的内壁207之间形成一个减摩层。在这种情况下，环212非常薄，或者在芯子210的外圆周只伸出一点点，这样在实际使用中就不会使空隙变大，变大的空隙远小于1/10毫米。所以，线圈15、16在尺寸上与它们在现有的驱动装置中所用的大小完全相同。由于外壳202中的驱动件205的良好滑动性能远可以补偿任何可能出现的阻抗的少许增加。由于采用滑动环212，可以准确地限定空隙。这样就避免了内壁207与芯子210之间的接触。
图4示出另一利结构的阀301，其中相同部件用增加300的标号表示。与前几个实施例不同，这里驱动件305贯穿外壳进行导向。表层306在驱动件305的芯子310上同样设置成两个环状312，在这里表层306同时起到对在进出两口308、309之间流过的流体起封闭作用。高温热塑性塑料环312在此也位于驱动件305之芯子上的圆周凹槽11内。
图5表示另一种结构，其中与图1相同的部件用增加了400的标号表示。
在该结构中，驱动件405沿着移动方向伸出，使它穿过阀座403并靠其伸出部分17在外壳402内导向。所以驱动件405便在阀座403的双侧进行导向，特别是密封件404支靠在阀座403上的情况下，这样可以获得相对准确的导向，伸出部分17也带有降摩擦表层406。
在密封件404上还设置有密封表面18，它同样由高温热塑性塑料组成。所以高温热塑性塑料不仅有降低外壳402和驱动件405之间摩擦的作用，而且也在密封件404和阀座403之间形成密封。在这种情况下，所获得的优点与图1实施例中驱动件5和密封件4被完全包覆时的优点相似。
图6示出第五种结构，其中与前几个附图相同的部件用增加500的标号表示。
在该结构中密封件504为旋转滑动阀型，而且用驱动件505可以使它在外壳502内转动。装有弹簧20，该弹簧20使密封件504与外壳502的基板22保持接触。在该基板22上设置有入口508和出口509。在这里，出口被阀座503包围。现在当密封件504转动进入图6a所示的位置时，出口509便被关闭。但是流体仍然能够从入口508经过位于密封件504内的通孔21流到出口19，反之亦然。密封件504全部用高温热塑性塑料形成。支靠在基板22上的滑动表面上以及在转动期间靠其导向的表面上，都有降摩擦复合材料存在，即密封件504的高温热塑性塑料和外壳502的金属材料。
图7示出第六种结构，其中与前面示图中相同的部件用增加600的标号表示。在此，密封件604也是转动阀型。它带有通孔621，在图7b中也可以看到该通孔与在入口608和出口609之间形成的通道相重合，并且可开放较小的或者较大的开口。开口的开度取决于密封件604的转动位置。在此，同样也装有一弹簧620，它使密封件604与阀座603接合。
密封件604为步进电机的转子形式。该步进电机带有一线圈23，可以已知方法向其供入电流。密封件604带有一块永磁装置24。步进电机的作用是众所周知的，不需要再作解释。根据步进电机密封件604可转动相应的转位置数。
永磁装置24同样用高温热塑性塑料密封，就是说在永磁装置24和外壳602之间总是有一层高温热塑性塑料表层606。该表层不仅能够有效地降低摩擦值，而且也能够可靠地保护永磁装置24免受阀601所控制的流体的冲击。

Claims (21)

1.一种具有密封件的阀，该密封件与阀座配合并且可以用带有驱动件的驱动装置移动，该驱动件在外壳内导向，其特征在于，在外壳(2、102、202、302、402、502、602)与驱动件(5、105、205、305、405、505)之间设置高温热塑性塑料(6、106、206、306、406、606)。
2.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，用聚芳醚酮尤其是聚醚醚酮作为高温热塑性塑料(6、106、206、306、406、606)。
3.根据权利要求1或2所述的阀，其特征在于，高温热塑性塑料(6、106、206、306、406、606)为纤维增强型。
4.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，高温热塑性塑料(6、106、206、306、406、606)含有降低摩擦添加剂。
5.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，高温热塑性塑料(6、106、206、306、406、606)在驱动件(5、105、205、305、405)和/或外壳(2、102、202、302、402、502、602)上形成一层降摩擦表层。
6.根据权利要求5所述的阀，其特征在于，降摩擦表层厚度在1/10mm以内。
7.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，驱动件(5、105、205、305、405、505)带有芯子(10、110、210、310、410)，在该芯子周围模压出高温热塑性塑料(6、106、206、306、406)。
8.根据权利要求7所述的阀，其特征在于，芯子(10、110、210、310、410)具有粗糙表面。
9.根据权利要求7或8所述的阀，其特征在于，高温热塑性塑料(6、106、206、306、406)为模注部件，它被注进芯子(10、110、210、310、410)上。
10.根据权利要求7或8所述的阀，其特征在于，芯子(110、210、310、410)具有凹槽(11、311、411)，它用高温热塑性塑料(106、206、306、406)填充。
11.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，将驱动件(5、105、205、305、405)与密封件(4、104、304、404)制成一个部件。
12.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，用高温热塑性塑料(6)将驱动件(5)并可选地连密封件(4)一起全部包复。
13.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，将高温热塑性塑料(106、206、306、406、18)只是部分地设置在驱动件(105、205、305、405)和/或外壳(102、202、302、402、)的表面上。
14.根据权利要求13所述的阀，其特征在于，将高温热塑性塑料也设置在位于与阀座(403)相配合之区域(18)内的密封件(404)上。
15.根据权利要求13或14所述的阀，其特征在于，将高温热塑性塑料(106、206、306、406)设置在位于驱动件(105、205、305、405)上的圆周凹槽(11、211、311、411)内，并且使其只略微伸出驱动件(105、205、305、405)的圆周。
16.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，驱动件(205)为电磁阀(14)的电枢。
17.根据权利要求16所述的阀，其特征在于，电枢(205)用良好导磁材料尤其是软铁形成，在其能够与流经阀的流体接触的所有表面也用高温热塑性塑料进行包复。
18.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，驱动件(405)在阀座(403)的两侧沿着移动方向导向。
19.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，密封件(504、604)为滑动阀形式，尤其为转动阀形式，密封件(504、604)的至少一个滑动表面带有高温热塑性塑料(606)。
20.根据权利要求19所述的阀，其特征在于，滑动阀是电磁步进电机的转子，其中也用高温热塑性塑料(606)将电磁部件(24)进行密封。
21.据权利要求19或20所述的阀，其特征在于，滑动阀(504、604)用高温热塑性塑料制成。
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