CN105822773B - 偏心阀及其密封件的制造方法 - Google Patents

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Abstract

一种偏心阀及其制作方法，偏心阀是三偏心结构，包括阀体、阀座、阀件、阀杆及密封件，其中阀件呈蝶状并置于阀体中央位置的通孔，并由阀杆贯穿阀体及阀件上的轴孔将阀件及阀体固定，转动阀杆能带动阀件转动并控制封闭或开启通孔，阀座是嵌于通孔的内表面，而密封件是嵌设于阀件的外表面，当通孔封闭时是由密封件与阀座互相咬合将阀件及通孔之间的空隙封闭，其中，阀座的内表面是斜圆锥的一部份，而密封件是中心对称圆环，并且外表面为曲率固定的圆弧面。

Description

偏心阀及其密封件的制造方法
技术领域
本发明是关于一种偏心阀的制造方法，特别是一种三偏心结构的偏心阀的制造方法。
背景技术
蝶阀为一种常用的流体阀，包含由沿径向穿越之轴孔，以供驱动转轴插入并藉以驱动蝶阀的阀件转动，以开启或关闭阀件，其中阀件为三偏心结构之设计。习知技术中的偏心阀中，包含：阀体，阀体具有阀室；阀杆，阀杆穿透过阀体。阀座，阀座容置于阀室内。密封件，密封件为O形圈，且径向截面两端呈不相对称的状态。阀件，阀件的轴向设有轴孔，轴孔用于让阀杆穿透过其中，以控制阀件的开启及关闭，密封件套设在阀件上，当阀件关闭时，密封件会和阀座互相密合。
其中，偏心阀是三偏心结构；密封件偏离成对的阀件的轴孔，也就是说偏离阀杆，并且密封件的径向中心线和阀杆的中心有垂直距离，此为第一偏心；接着，阀杆的第二轴向中心线是和第一轴向中心线互相偏离，并且之间有距离，此为第二偏心；接着，阀座内表面延伸会形成锥体，其顶点和第一轴向中心线的垂直距离不大于阀件的半径，此为第三偏心；在美国公告专利US5975494的图4及其说明中，明确描述了三偏心结构。现有技术中，锥体的一边与管路的轴向平行，因此密封件必须依照其角度不同而加工出能够相互密合的角度。
在现有技术中，上述阀座配合三偏心结构的设计，阀座的内缘的斜度必须符合上述偏心锥体的斜度，也就是说，阀座之内缘上方具有斜度；而阀座的内缘的下方则呈水平；且这两个斜度正好与锥体的斜度相符合，而整个阀座的内缘的斜度则由上方向下方依序呈连续性的改变。
由于上述锥体的设计，为了达到密封件可以完全密封阀体，环状的密封件相对于其轴心必须形成径向的圆形不对称的型态，使得圆形不对称的密封件安装在阀体件外缘侧而顶撑该阀座时，其边缘可以不同位置紧贴在阀座的内缘，而形成完全密封的形式。因为密封件为相对于其轴心形成之径向的圆形不对称，所以在制造上相当困难，而且安装时会存在方向性的问题，密封件必须以设定的方位嵌入阀体中。但当密封件滑动时，即会破坏密合的状态，造成泄漏。
发明内容
本发明提出了一种偏心阀，包含阀体，其中央位置处具有通孔，且于纵向方向上设有贯穿通孔的第一轴孔；阀座，呈环状，其内表面构成斜圆锥的圆锥面的部分，其容置于通孔内，且嵌设于阀体内，斜圆锥的顶点偏离通过通孔中心的第一轴向中心线；阀件，呈碟状，具环状表面，阀件的纵向方向上设有一对第二轴孔，阀件容置于通孔内，对第二轴孔对准第一轴孔；阀杆，成棒状，贯穿第一轴孔、通过通孔及贯穿对第二轴孔，藉以控制阀件于通孔内转动，通过阀杆中心的第二轴向中心线与第一轴向中心线呈歪斜；及密封件，中心对称圆环，其外表面为曲率固定的圆弧面，密封件嵌设于阀件的环状表面上，密封件于阀件的环状表面上的设置位置偏离对第二轴孔的设置位置；其中，当阀件于通孔内转动至完全闭合通孔的位置时，于偏心阀的任意径向剖面上，密封件的外表面均顶抵于阀座的内表面上，且于外表面及阀座的内表面之间不存在间隙，且密封件的外表面与阀座的内表面的顶抵处为相切点，且所有相切点不在同一个平面上。
本发明提出了一种偏心阀的制造方法，其特征在于，包括：提供于中央位置处具有通孔，且于纵向方向上设有贯穿通孔的第一轴孔的阀体，第一轴孔的中心线偏离通孔的中心；提供呈环状，且其内表面构成斜圆锥的圆锥面的部分的阀座，阀座于轴向方向上具有厚度；将阀座容置于通孔内，且嵌设于阀体内，并使斜圆锥的顶点偏离通过通孔中心的第一轴向中心线，并使阀座的容置位置偏离第一轴孔的位置；提供呈碟状、具环状表面、且于纵向方向上设有一对第二轴孔的阀件；提供呈中心对称且为圆环状的密封件，其外表面为曲率固定的圆弧面；将密封件嵌设于阀件的环状表面上，且使密封件于环状表面上的设置位置偏离对第二轴孔的设置位置；将阀件容置于通孔内，并使对第二轴孔对准第一轴孔，并使密封件的外表面面对阀座的内表面；及提供呈棒状的阀杆，且使阀杆贯穿第一轴孔、通过通孔及贯穿对第二轴孔，藉以控制阀件于通孔内转动；其中，密封件的外表面于任意径向剖面上的曲率，以下列步骤决定：任取通过阀座中心的径向剖面与阀座之厚度范围内的内表面所相交的第一线段及第二线段，第一线段与第二线段分别位于第一轴向中心线的相差180度的相反两侧，且第一线段与第二线段的斜率绝对值不相同；以第一轴向中心线为镜射线，产生第二线段的镜射线段，镜射线段与第一线段位于第一轴向中心线的相同侧；及找出相切于第一线段及镜射线段的圆弧，并以圆弧的曲率作为密封件的外表面于任意径向剖面上的曲率。
在本发明的偏心阀，密封件和阀座在接合时并没有方向性的需求，无论阀座是以什么角度安装到阀体上、或者密封件是以什么角度安装在阀件上，都不会影响密封件和阀座的接合，这样便减少了安装本发明偏心阀时所需要的工时。
附图说明
图1本发明的偏心阀示意图；
图2本发明的偏心阀之爆炸示意图；
图3本发明的偏心阀之各部组件组合的剖视示意图；
图4本发明的密封件侧视示意图；
图5A本发明的阀座剖视示意图；
图5B本发明的阀座剖视放大示意图；
图5C本发明的阀座与密封件结合之剖视示意图；
图6本发明的偏心阀的制作方法流程示意图；
图7本发明决定密封件外表面的曲率流程示意图；
图8本发明的偏心阀的制作方法流程示意图。
【主要组件符号说明】
偏心阀 10
阀体 11
通孔 111
第一轴向中心线 1111
第一轴孔 112
阀座 12
内表面 121
斜圆锥 1210
第一线段 1211
第二线段 1212
镜射线段 1213
线条 1214
线条 1215
阀件 13
环状表面 131
第二轴孔 132
阀杆 14
第二轴向中心线 141
密封件 15
外表面 151
径向中心线 152
衬垫 16
封环 17
阀件盖体 18
螺丝 181
阀座盖体 19
螺丝 191
步骤 61-70、641-643
垂直距离 D、H、L、K
厚度 T
夹角 C、E
相切点 A、A’、B、B’
曲率半径 R
圆 S
具体实施方式
兹谨就本发明的偏心阀的结构组成，及所能产生的功效与优点，配合图式，举本发明的偏心阀的较佳实施例详细说明如下。
请参考图1至图4所示，显示本发明实施例的偏心阀10，包含下列组件：阀体11，阀体11的内环壁形成通孔111，并且纵向方向上有第一轴孔112贯穿通孔111；阀座12容置于通孔111内；阀座12呈圆环状，其内表面121构成斜圆锥1210圆锥面的一部份，阀座12是嵌设于阀体11内，其中，斜圆锥1210的顶点偏离通过通孔111中心的第一轴向中心线1111。本实施例中阀座12为可拆卸结构。
阀件13，呈碟状，具环状表面131，阀件13的纵向方向上设有一对第二轴孔132，阀件13容置于阀体11的通孔111内，而所述的一对第二轴孔132皆对准第一轴孔112。
阀杆14，成棒状，穿透过阀体11的第一轴孔112、通过通孔111并贯穿第二轴孔132，阀杆14的转动能带动阀件13在通孔111中转动，另外，通过阀杆14中心的第二轴向中心线141与第一轴向中心线1111呈歪斜，并且之间有垂直距离K；在其他的实施方式中，阀杆14顶端可连结阀操作器(图中未示)，用于驱动阀件13旋转。
密封件15，其材质为金属，如图4所示，为中心对称圆环，其外表面151为曲率固定的圆弧面，其中，外表面151的曲率半径范围为8mm至60mm，曲率半径的大小是依照偏心阀的种类来作决定，密封件15是嵌设于阀件13的环状表面131上，并且密封件15于环状表面131上的设置位置与所述的一对第二轴孔132的位置相互偏离。
请同时参考图2及图3，图2为本发明偏心阀的爆炸示意图，图3为本发明偏心阀的各部组件组合的剖面示意图；组装时，是先将阀座12及封环17由阀体11的管径通孔的一侧置入阀体11，并将阀座盖体19以螺丝191锁固在阀体11上，将阀座12及封环17固定在阀座盖体19及阀体11之间；接着，将密封件15及环状衬垫16组合于阀件13的一侧，使密封件15及环状衬垫16嵌设于阀件13上，并使密封件15邻近于环状衬垫16，再将阀件盖体18以螺丝181锁固在阀件13上，以固定密封件15及环状衬垫16；接着，将阀件13置入阀体11中，使密封件15的外缘与阀座12的内缘相互抵顶，然后以阀杆14穿过第一轴孔112及第二轴孔132，将阀件13和阀体11固定；在本实施例中，只要拆除阀件盖体18，就能将环状衬垫16及密封件15取下，对于维修保养来讲，非常方便。
如前所述，阀件13是置于通孔111中，并且阀杆14的转动能带动阀件13在通孔111中旋转，因此，当阀件13旋转到特定角度时，可以使通孔111处于闭合的状态，当阀件13于通孔111内转动至完全闭合通孔111的位置时，于偏心阀10的阀体11的任一径向剖面上，密封件15的外表面151均和阀座12的内表面121上的其中一点相互抵顶，并且外表面151及内表面121之间不存在间隙，也就是说通孔111的两侧是完全被隔开的，另外，若令密封件15的外表面151与阀座12的内表面121的顶抵的每一处分别为相切点，则所有的相切点并不在同一个平面上。
接着，如图3及前文所提及，阀座12的内表面121的曲率半径R决定了斜圆锥1210，而斜圆锥1210的顶点和阀杆14的垂直距离为L，同时，斜圆锥1210和第一轴向中心线1111之间有垂直距离D，第一轴向中心线1111和密封件15的径向中心线152之间有垂直距离H、阀座12于轴向上有厚度T，其中垂直距离D小于通孔111的半径，而垂直距离D的范围为90mm至1500mm；另外，将斜圆锥1210的顶点和阀杆14的中心画出相连的直线会得到线条1214，线条1214和轴向中心线1111之间有夹角E，夹角E的范围为2.5度至10度；另外，在阀座12内表面121上的任意一点与斜圆锥1210的顶点画出相连的直线会得到线条1215，线条1215和线条1214之间有夹角C，夹角C的范围是10度至30度。
本发明之阀体11为三偏心的设置，所谓的三偏心即指，密封件15偏离成对的第二轴孔132，也就是说偏离阀轴14，并且密封件15的径向中心线152和阀轴14的中心有垂直距离H，此为第一偏心；接着，阀轴14的第二轴向中心线141是和第一轴向中心线1111互相偏离，并且之间有距离K，此为第二偏心；接着，如图3所示，阀座12内表面121的截面，上下两端的延伸线第一线段1211、第二线段1212形成的斜圆锥1210，其顶点和第一轴向中心线1111的垂直距离D不大于阀件13的半径，此为第三偏心。
在此要说明，本发明的偏心阀10是有特别的设计方法，请参阅图5A，是本发明中阀座12的剖面示意图，如图5A所示，对阀座12中心取径向剖面，在这里，对阀座12中心取径向剖面的意思是，沿着阀座12的直径方向取通过阀座12中心的横切面，由于阀座12是圆环，因而这个沿着阀座12的直径方向所取的通过阀座12中心的横切面的法向量是和阀座12圆环的轴向中心线相互垂直；在剖面图中，阀座12是分成上下半部，上半部的内表面121会和径向中心剖面相交出第一线段1211，同时径向中心剖面也会和下半部的内表面121相交出第二线段1212，第一线段1211及第二线段1212分别在第一轴向中心线1111的两侧，明显的，第一线段1211及第二线段1212会在斜圆锥1210的圆锥面上，另外，第一线段1211及第二线段1212的斜率绝对值彼此不相等；若以第一轴向中心线1111对第二线段1212作镜射，会得到镜射线段1213，明显的，镜射线段1213会和第一线段1211有相交点，并且这个相交点是在阀座12厚度T的范围之内；接着，如图5B所示，根据偏心阀10的规格，给定一个半径，作一个同时和第一线段1211、第二线段1212相切的圆S，第一线段1211是和圆S相切于点A，第二线段1212是和圆S相切于点B’，同时，这个圆S的圆心是在阀座12上下半部之间，这个圆S的半径即是密封件15的外表面151的曲率半径R，同样的曲率半径R可以形成相同的外表面151并相切于阀座12内表面121的各处，因此可以根据曲率半径R产生密封件15；如图5C所示，根据曲率半径R所制的密封件15，密封件15的外表面151是半径为曲率半径R的圆其圆周上的一部份圆弧，并且密封件15会和第一线段1211相切于点A、和第二线段1212相切于点B、和镜射线段1213相切于点B’，明显的，点B和点B’彼此之间是以第一轴向中心线1111互为镜射的关系，另外，点A及点B’与第一线段1211及镜射线线段1213的交点的距离是相等的。
根据以上所述，本发明的偏心阀10是有特别的制造方法，并非达成前所述的三个偏心条件就能完成本发明的偏心阀10，详细的制作方法如图6所示：
步骤60：提供于中央位置处具有通孔111、且于纵向方向上设有贯穿通孔111的第一轴孔112的阀体11，第一轴孔112的中心线偏离通孔111的中心。
步骤61：提供呈环状，且其内表面121构成斜圆锥1210的圆锥面的部分的阀座12，阀座12于轴向方向上具有厚度T。
步骤62：将阀座12容置于通孔111内，且阀座12是嵌设于阀体11内，并使斜圆锥1210的顶点偏离通过通孔111中心的第一轴向中心线1111，并使阀座12的容置位置偏离第一轴孔112的位置。
步骤63：提供呈碟状、具环状表面131、且于纵向方向上设有一对第二轴孔132的阀件13。
步骤64：提供呈中心对称且为圆环状的密封件15，其外表面151为曲率固定的圆弧面。
步骤65：将密封件15嵌设于阀件13的环状表面131上，且使密封件15于环状表面131上的设置位置偏离前述一对第二轴孔132的设置位置。
步骤66：将阀件13容置于通孔111内，并使前述一对第二轴孔132对准第一轴孔112，并使密封件15的外表面151面对阀座12的内表面121。
步骤67：提供呈棒状的阀杆14，且使阀杆14贯穿第一轴孔112、通过通孔111及贯穿所述一对第二轴孔132，藉以控制阀件13于通孔111内转动。
其中，在步骤64中所述的密封件15的外表面151，其任一径向的曲率半径R是以如图7所示的下列步骤决定：
步骤641：如图5A所示，取通过阀座12中心的径向剖面，径向剖面和阀座12内表面121相交出第一线段1211及第二线段1212，第一线段1211与第二线段1212分别位于第一轴向中心线1111相差180度的相反两侧，并且第一线段1211与第二线段1212都通过斜圆锥1210的圆锥面，另外，第一线段1211及第二线段1212的斜率绝对值彼此不相等。
步骤642：以第一轴向中心线1111为镜射线，产生第二线段1212的镜射线段1213，镜射线段1213与第一线段1211位于第一轴向中心线1111之相同侧。
步骤643：根据偏心阀10的规格，如图5B所示，给定一个半径，找出同时相切于第一线段1211及镜射线段1213的圆S，由圆S上截取相切于第一线段1211及镜射线段1213的圆弧，并以圆S的半径作为密封件15的外表面151于任一径向剖面上的曲率半径R、以圆弧作为密封件15的一部份的外表面151；其中，如图5C所示，确定相切的第一线段1211、镜射线段1213及曲率半径R后，就能确定圆弧，进而由圆弧得到密封件15。
另外，前述的偏心阀10的制作方法更包括如图8所示的以下步骤：
步骤68：决定斜圆锥1210的顶点与阀杆14中心之间的垂直距离L。
步骤69：决定斜圆锥1210的顶点与第一轴向中心线1111之间的垂直距离D。
步骤70：决定密封件15的径向中心线152与阀件13的对第二轴孔132中心之间的垂直距离H。
上述阀座12配合此三偏心的设计，阀座12的内缘的斜度必须符合上述斜锥体的斜度，也就是如图3所示，阀座12的内缘上方具有较缓的斜度；而阀座12的内缘的下方具有较陡的斜度；而整个阀座12内缘的斜度则由上方向下方依序呈连续性的改变。
在本发明的偏心阀10，当阀件13封闭通孔111时，互相接合并封闭阀件13与阀体11之间的空隙的组件是阀座12与密封件15，其中，阀座12的内表面121是斜圆锥1210的一部份圆锥面，而密封件15是完全对称的圆环，明显的，密封件15和阀座12在接合时便没有方向性的需求，无论阀座12是以什么角度安装到阀体11上、或者密封件15是以什么角度安装在阀件13上，都不会影响密封件15和阀座12的接合，这样便减少了安装本发明偏心阀10时所需要的工时，也减少了安装错误造成不能使用的可能。
综上所述，本发明人性化之体贴设计，相当符合实际需求。其具体改进现有缺失，相较于习知技术明显具有突破性之进步优点，确实具有功效之增进，且非易于达成。本案未曾公开或揭露于国内与国外之文献与市场上，已符合专利法规定。
上列详细说明系针对本发明之一可行实施例之具体说明，惟该实施例并非用以限制本发明之专利范围，凡未脱离本发明技艺精神所为之等效实施或变更，均应包含于本发明之专利范围中。

Claims (6)

1.一种偏心阀(10)的制造方法，其特征在于，包括：
提供阀体(11)，于所述阀体(11)的中央位置处具有通孔(111)，且于纵向方向上设有贯穿所述通孔(111)的第一轴孔(112)，所述第一轴孔(112)的中心线偏离所述通孔(111)的中心；
提供阀座(12)，所述阀座(12)呈环状，且其内表面(121)构成斜圆锥(1210)的圆锥面的部分，所述阀座(12)于轴向方向上具有厚度(T)；
将所述阀座(12)容置于所述通孔(111)内，且嵌设于所述阀体(11)内，并使所述斜圆锥(1210)的顶点偏离通过所述通孔(111)中心的第一轴向中心线(1111)，并使所述阀座(12)的容置位置偏离所述第一轴孔(112)的位置；
提供阀件(13)，所述阀件(13)呈碟状、具环状表面(131)、且于纵向方向上设有一对第二轴孔(132)；
提供密封件(15)，所述密封件(15)呈中心对称且为圆环状，其外表面(151)为曲率固定的圆弧面；
将所述密封件(15)嵌设于所述阀件(13)的所述环状表面(131)上，且使所述密封件(15)于所述环状表面(131)上的设置位置偏离所述一对第二轴孔(132)的设置位置；
将所述阀件(13)容置于所述通孔(111)内，并使所述一对第二轴孔(132)对准所述第一轴孔(112)，并使所述密封件(15)的所述外表面(151)面对所述阀座(12)的所述内表面(121)；及
提供呈棒状的阀杆(14)，且使所述阀杆(14)贯穿所述第一轴孔(112)、通过所述通孔(111)及贯穿所述一对第二轴孔(132)，藉以控制所述阀件(13)于所述通孔(111)内转动；
其中，所述密封件(15)的所述外表面(151)于任意径向剖面上的曲率，以下列步骤决定：
任取通过所述阀座(12)中心的径向剖面与所述阀座(12)的所述厚度(T)范围内的所述内表面(121)所相交的第一线段(1211)及第二线段(1212)，所述第一线段(1211)与所述第二线段(1212)分别位于所述第一轴向中心线(1111)相差180度的相反两侧，且所述第一线段(1211)与所述第二线段(1212)的斜率绝对值不相同；
以所述第一轴向中心线(1111)为镜射线，产生所述第二线段(1212)的镜射线段(1213)，所述镜射线段(1213)与所述第一线段(1211)位于所述第一轴向中心线(1111)的相同侧；及找出相切于所述第一线段(1211)及所述镜射线段(1213)的圆弧，并以所述圆弧的曲率半径作为所述密封件(15)的所述外表面(151)于任意径向剖面上的曲率半径。
2.根据权利要求1所述的偏心阀(10)的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
决定所述斜圆锥(1210)的顶点与所述阀杆中心之间的垂直距离(L)；
决定所述斜圆锥(1210)的顶点与所述第一轴向中心线(1111)之间的垂直距离(D)；及
决定所述密封件(15)的径向中心线(152)与所述阀件(13)的所述一对第二轴孔(132)中心之间的垂直距离(H)。
3.根据权利要求1所述的偏心阀(10)的制造方法，其特征在于，所述圆弧的曲率半径范围是8mm到60mm。
4.一种偏心阀(10)的密封件(15)的制造方法，所述偏心阀(10)具有中央位置具有通孔(111)的阀体(11)、容置于所述通孔(111)内且嵌设于所述阀体(11)内的环状阀座(12)、容置于所述通孔(111)内且枢设于所述阀体(11)的碟状阀件(13)以及贯穿所述阀体(11)与所述碟状阀件(13)的阀杆(14)，所述密封件(15)安装于所述碟状阀件(13)上，其特征在于，包括下列步骤：
任取通过所述环状阀座(12)中心的径向剖面与所述环状阀座(12)的厚度(T)范围内的内表面(121)所相交的第一线段(1211)及第二线段(1212)，所述第一线段(1211)与所述第二线段(1212)分别位于通过所述通孔(111)中心的第一轴向中心线(1111)相差180度的相反两侧，且所述第一线段(1211)与所述第二线段(1212)的斜率绝对值不相同；
以所述第一轴向中心线(1111)为镜射线，产生所述第二线段(1212)的镜射线段(1213)，所述镜射线段(1213)与所述第一线段(1211)位于所述第一轴向中心线(1111)的相同侧；及
找出相切于所述第一线段(1211)及所述镜射线段(1213)的圆弧，并将所述圆弧的曲率作为所述密封件(15)的外表面(151)于任意径向剖面上的曲率。
5.根据权利要求4所述的偏心阀(10)的密封件(15)的制造方法，其特征在于，所述圆弧的曲率半径范围是8mm到60mm。
6.根据权利要求4所述的偏心阀(10)的密封件(15)的制造方法，其特征在于，包括下列步骤：
决定所述第一线段(1211)的延伸线与所述第二线段(1212)的延伸线的交点与所述阀杆中心之间的垂直距离(L)；
决定所述第一线段(1211)的延伸线与所述第二线段(1212)的延伸线的交点与所述第一轴向中心线(1111)之间的垂直距离(D)；及
决定所述密封件(15)的径向中心线(152)与所述阀件(13)中心之间的垂直距离(H)。
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