CN105518359A - 具有耳轴的阀及其组装方法 - Google Patents

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Abstract

一种阀具有耳轴，耳轴包括轴部分和更大直径的轴承部分。更大的轴承部分确保轴承压力较低。更小的轴部分降低材料成本以及最小化阀的总体尺寸。优选地，轴承部分由与轴部分不同的材料形成。这允许轴承部分由更低强度(以及因此更低成本)的材料形成。相反地，这也允许轴部分由更高强度的材料形成，以由此在不影响轴承尺寸和成本的情况下最小化耳轴的轴的尺寸。另外，每个轴承部分优选是圆柱形套筒并且优选绕部分的轴部分热收缩。

Description

具有耳轴的阀及其组装方法
相关申请的交叉引用
本国际申请主张2013年7月3日申请的美国专利申请No.13/934,885和2013年11月14日申请的美国专利申请No.14/080,437的优先权，此两篇专利通过引用而整体结合于此。
关于联邦资助研发的声明
不适用
附录
不适用
技术领域
本发明一般涉及用于控制流体流动通过其的大型工业阀。更具体而言，本发明特别涉及相对于阀门安装于其中的阀壳体枢转地支撑阀门的耳轴。
背景技术
用于水或污水处理工厂以及其他工业中的这种类型的工业阀优选必须保持全面运转相当长时间段。另外，对于这样的阀，优选可以就地维护。
不同类型的工业阀包括但不限于蝶形阀、套阀以及球阀。一些类型的阀、诸如蝶形阀和球阀包括枢转阀门(这里使用的“阀门”是指阀内构造为相对于阀座选择性地密封以控制流量的任何可移动体)。枢转阀门通常由阀的壳体经由一对从阀门的相对侧延伸的共轴耳轴支撑。耳轴的一个通常也用作驱动轴，其被旋转地驱动，以控制阀门在壳体内的旋转位置并且由此控制通过阀的流体流量。阀壳体通常包括用于枢转地支撑耳轴的轴衬以及用于防止流体泄漏通过耳轴周围的壳体的一些形式的密封件。
优选构造工业阀的轴承，使得最大耳轴轴承压力不超过约2,000psi(13.8MPa)。可惜的是，这样相对低的压力需要相当大的轴承直径以及因此较大直径的耳轴。因此，耳轴直径往往比处理用于调节阀的驱动扭矩所需的要大很多。更大的耳轴导致更大的阀壳体、更大的重量以及更大的材料成本。
发明内容
本发明的目的在于提供一种具有枢转阀门的阀，枢转阀门具有耳轴，其中耳轴包括轴部分以及更大直径的轴承部分。更大的轴承部分确保轴承压力较低。更小的轴部分降低材料成本以及最小化阀的总体尺寸。优选地，轴承部分与轴部分由不同的材料形成。这允许轴承部分由更低强度(以及因此更低成本)的材料形成。相反地，这也允许轴部分由更高强度的材料形成，以由此在不影响轴承尺寸和成本的情况下最小化耳轴的轴的尺寸。另外，每个轴承部分优选是圆柱形套筒并且优选绕部分的轴部分热收缩。
在本发明的一个方面中，阀包括阀壳体和阀门。阀壳体包括内腔。阀门定位在内腔内并且包括主体部分和一对耳轴。耳轴固定到阀门的主体以与其一起枢转并且将阀门枢转地连接到阀壳体。每个耳轴包括轴承部分和轴部分。每个轴承部分围绕对应的一个轴部分并且经由圆柱形过盈配合固定到该轴部分，以与其一起枢转。
本发明的另一方面涉及一种组装具有阀门和阀壳体的阀的方法。该方法包括组装耳轴并且将阀门经由耳轴附接到阀壳体。耳轴包括圆柱形轴部分和轴承套筒部分。轴承套筒部分包括环形轴承表面和圆柱形开口。环形轴承表面和圆柱形开口共轴。圆柱形开口具有第一直径，轴部分具有第二直径。当圆柱形轴部分和轴承套筒部分在同等温度下时，第一直径小于第二直径。耳轴的组装包括使得轴承套筒部分具有在轴部分的温度之上的温度，以此方式使得第一直径大于第二直径，其后在第一直径大于第二直径的情况下将轴部分延伸通过轴承套筒部分的圆柱形开口，并且其后使得轴部分和轴承套筒部分达到同等温度，以由此在轴承套筒部分和轴部分之间形成过盈连接。阀壳体包括耳轴轴承，并且将阀门附接到阀壳体包括将耳轴的轴承套筒部分与耳轴轴承接合，使得耳轴和阀门由耳轴轴承枢转地支撑。
本发明的又一方面涉及一种组装包括阀门和阀体的阀的方法。该方法包括将轴承套筒经由过盈配合附接到耳轴的轴。轴承套筒和耳轴的轴构造适于至少部分地将阀的阀门枢转地附接到阀体。耳轴的轴与轴承套筒之间的过盈配合旋转并且轴向地将轴承套筒固定到耳轴的轴。
本发明的其他特征和优点以及本发明的操作将在下面参考附图进行详细描述。
附图说明
图1示出本发明的球阀(示出其前、上和左侧)的剖面立体图，其中部分移除其阀体，以示出处于打开位置的阀的球塞。
图2示出与图1中所示的球阀的相似剖面立体图，其中其球塞处于关闭位置。
图3示出图1和2中所示的球阀沿通过耳轴的轴线的水平面所取的剖视图。
图4示出所述球阀的一个耳轴的分解立体图。
图5示出所述球阀的球塞的分解立体图，其示出从球塞的主体拆下来的耳轴。
说明书和附图中的标号表示对应的物件。
具体实施方式
在图1-3中示出本发明的球阀，其用标号20标示。球阀20包括壳体22和球塞24(其是球阀的阀门)。球塞24相对于壳体22绕轴线枢转地固定在壳体22内，使得球塞可以在完全打开位置和完全关闭位置之间枢转。当球塞24处于打开位置时，允许流体不受阻碍地流动通过球阀20和球塞。相反，当球塞24处于关闭位置时，球塞阻止流体流动通过球阀20。
壳体22包括基本圆柱形和管状的阀体26，阀体26优选形成为整体式部件。阀体26包括腔28、相对的前和后流体开口30、32、塞密封更换端口34以及一对轴向对准的耳轴开口36。塞密封更换端口34优选延伸通过阀体26的顶部，以提供到腔28的通道。耳轴开口36优选限定位于塞密封更换端口34正下方的水平取向轴线。
壳体22也包括塞密封更换端口盖38、耳轴轴承40、前和后环形凸缘42、44、以及耳轴密封环46。塞密封更换端口盖38用螺栓固定在塞密封更换端口34上，以在正常运转时关闭端口，但是当期望接触阀体26的腔28时可以拆卸。耳轴轴承40是轴衬型轴承，其构造成插入到阀体26的耳轴开口36并且从阀体的外部用螺栓固定到阀体。耳轴密封环46用螺栓固定到耳轴轴承40并且构造成相对于耳轴密封，以防止流体通过耳轴开口36泄漏出阀20。前和后环状凸缘42、44分别与前和后流体开口30、32对准并且分别用螺栓固定到前和后流体开口30、32，并且提供用于将阀20串联附接在流体系统的管之间的装置。另外，前环状凸缘42包括可拆卸的环形阀座48，其构造成相对于球塞24(如下所述)的阀座进行密封，以防止流体在球塞处于关闭位置时通过阀20。
在图5中示出球塞24组件的分解图，其包括主体部分50、一对耳轴52、锁定销54、固定螺钉56以及环形阀座58。基本圆柱形流体通路60延伸通过主体部分50并且优选具有大于或等于流体系统的管(未示出)的内径的直径，其中阀被构造成附接到管上。阀座58在流体通路60的轴向端部之间可拆卸地附接到主体部分50的外表面。耳轴52每者包括圆柱形轴承部分62和圆柱形轴部分64。轴承部分62的直径大于轴部分64的直径并且优选包括多个轴向压力均衡通孔65。耳轴52的轴部分64每者包括横向半圆柱形键槽66。轴部分64的尺寸设计成滑动进入球塞24的主体部分50中形成的圆柱形孔68中并且经由耳轴键槽66、锥形锁定销54以及固定螺钉56以类似于美国专利申请No.4,579,477(其通过引用而整体结合于此)中所述的方式紧固到其。
如上所述，球塞24的耳轴52每者包括圆柱形轴承部分62以及圆柱形轴部分64。优选地，这些部分初始作为单独部件制造，如图4中所示。形成这些部分作为单独部件排除了每个耳轴52作为整体式部件形成所需要的机加工和/或锻造。另外，工业中的标准要求压差阀中的耳轴轴承压力为约2000psi(13.8MPa)或更低，以避免阀20的壳体22的耳轴轴承40的快速磨损。为了获得那么相对低的压力，耳轴52的轴承部分62的直径必须大于相对于壳体22仅扭转地驱动球塞24所需要的直径。此外，虽然耳轴52可以简单地为圆柱形并且其整个长度上具有相当大的直径(以排除上述的机加工/锻造)，以那种方式构造耳轴将比所需的需要更多的材料并且将增大球塞24的主体部分50的耳轴孔68的尺寸，由此提高球阀20的成本和尺寸。
将耳轴52的圆柱形轴承部分62和圆柱形轴部分64形成为单独部件具有额外优点：上面讨论的要求的较低轴承压力完全位于大部分金属的屈服强度之下并且因此圆柱形轴承部分优选由相对较低成本的金属、诸如304不锈钢形成。相反地，轴部分64可以优选地由更强材料、诸如17-4不锈钢形成，虽然17-4不锈钢每磅更贵，但是其允许轴部分由相对少的材料(即相对小的直径)形成。
耳轴52的轴承部分62优选形成为圆柱形套筒，其内径稍微小于轴部分64的外径，以由此在所述部件当其接合时产生过盈配合。虽然轴承部分62可以压配合在轴部分64上，但是轴承部分优选使用包括加热轴承部分并且/或者冷却轴部分的任何方法热收缩到轴部分。过盈配合将轴承部分62锁定到轴部分64并且防止流体通过其间。
球阀62通过将球塞24的主体部分50通过阀体的前或后流体开口30、32而插入到壳体22的阀体26中组装。耳轴52其后从阀体的外部插入通过壳体22的阀体26的耳轴开口36，并且耳轴的轴部分64的端部然后经由锁定销54和固定螺钉56紧固到球塞24的主体部分50的耳轴孔68中。壳体22的阀体26的耳轴轴承40也从阀体的外部插入到耳轴开口36中。然后将其他部件组装到阀20。
当球塞24的阀座58需要更换时，在不将阀20从阀组装到其的管(未示出)上拆开的情况下，其可以经由壳体22的密封更换端口34(在球塞24处于打开位置的情况下)更换。相似地，磨损的耳轴轴承40可以通过拆卸壳体22的耳轴密封46并且其后从壳体外部将磨损的耳轴轴承取出来更换。应当意识到，在使用中，耳轴52的轴承部分62的压力均衡通孔65允许所述轴承部分的轴向相对侧的流体压力均衡。这防止这样的流体压力在球塞24上相对于壳体22施加侧向载荷。另外，虽然阀20适于仅由耳轴52的更长部分驱动，但是如果需要，其可以通过耳轴的其他部分驱动。
鉴于上述，应当意识到本发明针对现有技术具有几个优点。
因为在不背离本发明范围的情况下可以对这里描述和图示的构造和方法作出不同修改，因此上述说明书以及附图中所含的所有主题应当解释为示例性而非限制性的。例如，虽然上述本发明的实施例是球阀，但是本发明并不局限于球阀并且可以等同应用到其他阀，诸如蝶形阀。因此，本发明的广度和范围不应被任何上述示例性实施例所限制，而是应当仅根据权利要求书及其等同范围限定。
还应当理解，在说明书或本发明的上述示例性实施例的描述中引入本发明的元件时，术语“包括”、“包含”和“具有”应当是开放式的，即表示除了所列元件之外，还有额外的元件。另外，术语“部分”应当解释为符合要求的一些或所有物件或元件。此外，标识符、诸如第一、第二和第三的使用不应当解释为在限定特征之间施加任何相对位置或时间次序。此外，陈述的任何方法权利要求的步骤不应当解释为限定这些步骤必须执行的顺序，除非这样的顺序是固有的。

Claims (15)

1.一种阀，包括阀壳体和阀门，所述阀壳体包括内腔，所述阀门定位在所述内腔内并且包括主体部分以及一对耳轴，所述耳轴固定到所述阀门的所述主体以与其一起枢转并且将所述阀门枢转地连接到所述阀壳体，每个所述耳轴包括轴承部分和轴部分，每个所述轴承部分包围相应一个所述轴部分并且经由圆柱形过盈配合固定到所述轴部分以与其一起枢转。
2.根据权利要求1所述的阀，其中，所述耳轴的所述轴承部分由具有第一压缩屈服强度的材料形成并且所述耳轴的所述轴部分由具有第二压缩屈服强度的另一种材料形成，所述第一压缩屈服强度小于所述第二压缩屈服强度。
3.根据权利要求2所述的阀，其中，每个所述轴部分经由锥形锁定销固定到所述阀门的所述主体。
4.根据权利要求3所述的阀，其中，所述阀壳体包括包围所述内腔和所述阀门的整体式阀体。
5.根据权利要求4所述的阀，其中，所述阀包括可以从所述阀壳体的外部更换的一对耳轴轴衬，每个所述耳轴轴衬与对应一个所述耳轴的所述轴承部分接合，以由此相对于所述阀壳体枢转地支撑所述阀门。
6.根据权利要求1所述的阀，其中，每个所述轴承部分包括至少一个轴向通孔，所述轴向通孔构造适于均衡所述轴承部分的轴向相对侧的压力。
7.一种组装具有阀门和阀壳体的方法，所述方法包括：
组装耳轴，所述耳轴包括圆柱形轴部分和轴承套筒部分，所述轴承套筒部分包括环形轴承表面以及圆柱形开口，所述环形轴承表面和所述圆柱形开口共轴，所述圆柱形开口具有第一直径，所述轴部分具有第二直径，当所述圆柱形轴部分和所述轴承套筒部分处于同等温度下时，所述第一直径小于所述第二直径，组装所述耳轴包括使得所述轴承套筒部分具有在所述轴部分的温度之上的温度，以此方式使得所述第一直径大于所述第二直径，其后在所述第一直径大于所述第二直径的情况下将所述轴部分延伸通过所述轴承套筒部分的所述圆柱形开口，并且其后使得所述轴部分和所述轴承套筒部分达到同等温度，以由此在所述轴承套筒部分和所述轴部分之间形成过盈连接；
将阀门经由所述耳轴附接到所述阀壳体，所述阀壳体包括耳轴轴承，将所述阀门附接到所述阀壳体包括将所述耳轴的所述轴承套筒部分与所述耳轴轴承接合，使得所述耳轴和所述阀门由所述耳轴轴承枢转地支撑。
8.根据权利要求7所述的方法，其中，加热所述轴承套筒部分，使得所述轴承套筒部分具有在所述轴部分的温度之上的温度。
9.根据权利要求7所述的方法，其中，所述轴承套筒部分由具有第一压缩屈服强度的材料形成并且所述耳轴的所述轴部分由具有第二压缩屈服强度的另一种材料形成，所述第一压缩屈服强度小于所述第二压缩屈服强度。
10.根据权利要求7所述的方法，其中，所述轴承套筒部分包括至少一个轴向通孔，所述轴向通孔构造适于均衡所述轴承套筒部分的轴向相对侧的压力。
11.一种组装阀的方法，所述阀包括阀门和阀体，所述方法包括：
将轴承套筒经由过盈配合附接到耳轴的轴，所述轴承套筒和所述耳轴的轴构造适于至少部分地将所述阀的所述阀门枢转地附接到所述阀体，所述耳轴的轴与所述轴承套筒之间的所述过盈配合将所述轴承套筒旋转并且轴向地固定到所述耳轴的轴。
12.根据权利要求11所述组装阀的方法，其中，所述耳轴的轴由具有第一拉伸强度的材料形成，并且所述轴承套筒由具有第二拉伸强度的另一种材料形成，并且所述第一拉伸强度大于所述第二拉伸强度。
13.根据权利要求11所述的组装阀的方法，其中，所述轴承套筒热收缩到所述耳轴的轴上。
14.根据权利要求11所述的组装阀的方法，其中，所述轴承套筒包括至少一个轴向通孔，所述轴向通孔构造适于均衡所述轴承套筒的轴向相对侧的压力。
15.根据权利要求1所述的阀，其中所述阀是球阀，并且所述阀门是球塞。
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