CN109154395A - 蝶形阀盘装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种蝶形阀盘装置(102)，包括：阀盘(106)，该阀盘布置成能够在阀体(104)的打开位置与关闭位置之间可旋转地移动，所述阀盘包括围绕该阀盘的周缘设置的周向布置的凹部(306)；密封环(108)，该密封环布置在所述阀盘的周向布置的所述凹部中并构造成当所述阀盘布置在关闭位置时提供抵靠所述阀体的内表面的径向密封；以及弹性构件(110)，该弹性构件布置在周向布置的凹部的第一表面(308)与密封环的第一表面(304)之间，以用于在密封环的第二表面(312)与周向布置的凹部的第二表面(310)之间提供密封。

Description

蝶形阀盘装置
技术领域
本发明涉及蝶形阀盘装置，并且具体地涉及包括布置在阀盘与密封环之间的弹性构件的蝶形阀盘装置。本发明还涉及包括这种蝶形阀盘装置的蝶形阀。
背景技术
蝶形阀在各种各样的应用、比方说例如大型货船、制药工业、化学工业以及食品工业中使用。蝶形阀的目的是以可控的方式防止介质或流在介质或流的特定过程中穿过阀。介质或流的具体类型当然取决于使用的应用，但是可以例如是各种种类的液体或气体。
蝶形阀总体上包括借助于轴而连接至阀体的圆形形状的阀盘。因此，轴和阀盘连接至彼此并安装在阀体中。通过使轴旋转，阀盘可以被定位在打开状态以允许液体或气体穿过蝶阀，或者定位在关闭状态以防止液体或气体穿过蝶阀。为了在阀盘定位在关闭状态时进一步防止液体或气体穿过蝶阀，周向布置的密封环通常围绕阀盘的周缘定位。由此，在阀盘与阀体之间提供径向密封。
蝶阀的示例在EP 2 515 014中给出。EP 2 515 014中的蝶阀包括盘构件和密封环，盘构件具有用于接纳轴的开口。蝶阀还包括保持器，该保持器借助于位于盘构件的下部部分处的螺栓和螺母将密封环连接至盘构件。
虽然EP 2 515 014中的蝶阀对于蝶阀自身的现有技术而言可以提供密封件与阀盘的改进的固定，但是在例如改进的密封性以及减少使用的部件的数量方面仍有进一步改进的空间。
发明内容
本发明的目的是提供一种蝶形阀装置，该蝶形阀装置至少部分地克服了现有技术的不足。这通过根据权利要求1所述的蝶形阀盘装置来实现。
根据本发明的第一方面，提供了一种蝶形阀盘装置，该蝶形阀盘装置包括：阀盘，该阀盘布置成能够在阀体的打开位置与关闭位置之间可旋转地移动，该阀盘包括围绕阀盘的周缘设置的周向布置的凹部；密封环，该密封环布置在阀盘的周向布置的凹部中并构造成当该阀盘布置在关闭位置时抵靠阀体的内表面提供径向密封；以及弹性构件，该弹性构件布置在周向布置的凹部的第一表面与密封环的第一表面之间，以使在密封环的第二表面与周向布置的凹部的第二表面之间提供密封。密封环还包括位于密封环的径向上的下部部分处的轴向延伸的突出部分，该突出部分从第一表面沿远离密封环的第一表面的方向延伸，其中，密封环的轴向延伸的突出部分的上表面在阀盘布置在关闭位置时布置在距弹性构件的径向上的下部部分的非零距离处。
弹性构件在以下和整个说明书中应该被解释为适于在密封环的第一表面上提供压力的构件。弹性构件可以具有弹性(springing)特征以用于被压在周向布置的凹部的第一表面与密封环的第一表面之间。因此，密封环的第一表面或密封环的第一表面的至少一部分受到来自弹性构件的连续压力。
此外，周向布置的凹部应当被理解为是下述凹部：该凹部从外径向位置沿朝向该凹部的中央部分的方向径向地延伸并且围绕阀盘的周向方向布置。
本发明的优点在于，在密封环与阀盘之间提供连续的轴向密封。特别地，在阀盘的表面与密封环之间提供连续的轴向密封。因此，本发明的密封环在阀盘布置在阀盘的关闭位置时抵靠阀体的内表面提供了径向密封，以及抵靠周向布置的凹部的表面提供轴向密封。
轴向密封是有益的，因为轴向密封在阀盘布置在阀盘的关闭位置时将进一步改进阀盘装置的密封性能。这是因灰尘颗粒等在蝶形阀盘装置的任何给定位置、即打开位置、关闭位置或打开位置与关闭位置之间的任何位置处都被阻止滑移到密封环的第二表面与周向布置的凹部的第二表面之间的密封区域中而实现的。通过阻止灰尘颗粒等被引导在密封环的第二表面与周向布置的凹部的第二表面之间，也将增加密封环以及阀盘两者的操作寿命。密封环是至少抵靠周向布置的凹部的第二表面在径向上滑动的可移动部件。因此，如果灰尘颗粒等出现在该滑动表面处，相应的部件的表面结构将会磨损并且最终需要更换。这借助于在密封环的第二表面与周向布置的凹部的第二表面之间提供连续密封的弹性构件来防止。因此，灰尘颗粒等在阀盘布置在阀盘的打开位置时被防止提供至蝶形阀盘装置的该部分。
此外，使用所描述的弹性构件有益于低压应用，比方说例如烟气应用。在这些应用中，与由这些流体/气体施加在密封环上的轴向压缩力相比，在蝶形阀盘装置的打开和/或关闭期间产生的密封环的径向上的外表面与阀体的内表面之间的摩擦力相对较高。因此，弹性构件补偿流体/气体的低压力以在密封环上提供充分的轴向力。
另一优点在于，在密封环的整个周向方向上提供轴向密封。阀盘通过连接至阀盘的轴的旋转打开及关闭。因此，当关闭阀盘时，作用在密封环的径向表面与阀体的内表面之间的摩擦力将在轴的每一侧部上具有沿相反方向的分力。因此，在轴的一个侧部上，阀体与密封环之间的摩擦力将迫使密封环靠近阀盘的周向布置的凹部的第二表面，而在轴的另一侧部上，阀体与密封环之间的摩擦力将迫使密封环远离阀盘的周向布置的凹部的第二表面。因此，弹性构件有利地推动密封环抵靠周向布置的凹部的第二表面，这提供了足够的轴向密封。在没有弹性构件的情况下，密封环将因此被迫远离第二表面。作为示例，施加在密封环上的轴向压缩力应优选地超过密封环的径向上的外表面与阀体的内表面之间的在蝶形阀盘装置的打开和/或关闭期间产生的摩擦力。
考虑到现有技术，再一优点是，为了正常运行，上述的阀盘装置包括较少数量的部件，因此提供了在经济上有利的产品。另外，蝶形阀盘装置的结构降低了部件松动的风险，因为蝶形阀盘装置需要在弹性构件和密封环可以从蝶形阀盘装置移除之前从阀体移除。此外，弹性构件将以在轴向上预张紧的方式提供密封环，并且密封环将抵靠阀体提供径向预张紧。因此，提供了密封表面的改进的振动特性。
此外，弹性构件还具有用于密封环的保持器的功能。详细地，当阀盘打开时，即当阀盘从阀盘的关闭位置朝向阀盘的打开位置引导时，密封环将沿径向方向扩展。在充分扩展之后，密封环的轴向延伸的突出部分的上表面将邻接、即接触弹性构件的径向上的下部部分。因此，弹性构件的径向上的下部部分控制密封环的扩展量。此外，在阀盘布置在关闭位置时，轴向延伸的突出部分的上表面与弹性构件的径向上的下部部分之间的非零距离使密封环能够充分扩展。因此，可以在密封环与阀体之间提供足够的径向压缩力。因此，轴向延伸的突出部分沿密封环的第一表面的表面法线的方向延伸。换句话说，轴向延伸的突出部分在阀盘布置在关闭位置时沿朝向流方向的方向延伸。
根据示例实施方式，弹性构件可以是轴向弹簧。
轴向弹簧应当理解为意指在蝶形阀盘装置的轴向方向上提供压缩的弹簧。轴向弹簧可以被选择成抵靠密封环的第一表面提供足够的压缩力，该压缩力应超过在阀盘打开或关闭时密封环的径向上的上表面与阀体的内表面之间产生的摩擦力。
根据示例实施方式，弹性构件可以是围绕凹部的周向方向延伸的连续轴向弹簧。因此，连续的压缩力围绕密封环的周向方向被提供到密封环的第一表面上，这因此提供了围绕整个第二表面的充分的轴向密封。
根据示例实施方式，密封环的第一表面和第二表面可以是在轴向上相反的布置在密封环的各侧上的表面。
措辞“轴向相反表面”不应被解释为限于垂直于彼此的两个表面。相反，第一表面和第二表面可以以相对于彼此略微倾斜的方式布置。因此，措辞“在轴向上相反的表面”更确切地定义了从密封环的轴向方向上观察，这些表面布置在密封环的不同侧部上。
根据示例实施方式，密封环可以是活塞环，该活塞环包括位于活塞环的第一端部部分处的周向延伸的突出部和位于活塞环的第二端部部分处的凹槽部分，周向延伸的突出部布置在凹槽部分中。由此，提供了一种气密活塞环。
气密活塞环是密封环，该密封环阻止气体或任何其他流介质沿密封环接合部的轴向方向和径向方向传输通过该密封环接合部。气密活塞环的优点在于，气密活塞环的尺寸、即周向延伸的突出部和凹槽部分大致消除了密封环的端部之间的周向间隙、径向间隙和轴向间隙，否则在这些间隙处，气体可以在阀盘布置在阀盘的关闭位置时传输通过密封环。
活塞环、并且特别是作为密封元件的气密活塞环的使用允许阀盘装置的大的温度瞬变。活塞环是挠性的并且能够采用适当的形状以保持有效的密封，而没有被卡在盘或阀体中的风险。由于活塞环被制成气密的，所以活塞环可以被设计成承受大的温度升高，而不会在接合部中具有增加的泄漏区域。因此，与在许多类型的高性能阀中使用的精密研磨(ground)的锥形金属座相比，使用活塞环作为密封元件的解决方案对温度瞬变不太敏感。此外，高性能阀对被截留在盘与座之间的灰尘和颗粒非常敏感。一旦颗粒被截留并凹进至盘或座，阀门就开始泄漏。盘与座之间的轴向压力通常非常高以实现用于高性能阀的紧密性。另一方面，使用气密活塞环，密封表面上的压力水平可以在操作期间保持较低或适中水平。
气密活塞环的其他替代方案当然也是可以设想的，比方说例如双环、即没有气密接合部的多于一个的活塞环的组合。因此，多个活塞环相对于彼此在径向方向和/或轴向方向上布置，其中，相应的端部部分相对于彼此布置在不同的周向位置上。
根据示例实施方式，周向布置的凹部可以包括沿朝向密封环的方向延伸的突出部分。因此，凹部的突出部分可以用作用于密封环的支承件，使得防止密封环在凹部中倾斜。特别地，密封环的突出部分连同周向布置的凹部的突出部分可以提供用于防止密封环倾斜的有益的支承件。因此，密封环可以设置在稳定的竖向位置。凹部的突出部分应被理解为阀盘在凹部中的突出部分。
根据第二方面，提供了一种蝶形阀，该蝶形阀包括阀体和蝶形阀盘装置，其中，蝶形阀盘装置包括：阀盘，该阀盘能够在阀体的打开位置与关闭位置之间可旋转地移动，该阀盘包括围绕阀盘的周缘设置的周向布置的凹部；密封环，该密封环布置在阀盘的周向布置的凹部中并构造成当该阀盘布置在关闭位置时抵靠阀体的内表面提供径向密封；以及弹性构件，该弹性构件布置在周向布置的凹部的第一表面与密封环的第一表面之间，以使在密封环的第二表面与周向布置的凹部的第二表面之间提供密封。
本发明的第二方面的效果和特征在很大程度上类似于上面关于本发明的第一方面所描述的效果和特征。
本发明的其他特征和优点在研究所附权利要求和以下描述时将变得明显。本领域技术人员应意识到的是，在不背离本发明的范围的情况下，可以对本发明的不同特征进行组合以产生除了以下描述的实施方式之外的实施方式。
附图说明
本发明的上述以及另外的目的、特征和优点将通过以下对本发明的示例性实施方式的说明性和非限制性的详细描述被更好地理解，在附图中：
图1是图示了根据本发明的示例实施方式的蝶形阀的立体图；
图2是图1中的蝶形阀的分解立体图；以及
图3是根据本发明的示例实施方式的阀盘装置处于阀盘装置的关闭位置的径向横截面。
具体实施方式
现在将参照附图在下文中更全面地描述本发明，附图中示出了本发明的示例性实施方式。然而，本发明可以以许多不同的形式实施并且不应该被解释为限于本文阐述的实施方式；相反，这些实施方式是为了透彻性和完整性而提供。在整个说明书中，相同的附图标记表示相同的元件。
具体参照图1，提供了根据示例实施方式的蝶形阀100。蝶形阀100包括蝶形阀盘装置102和阀体104。下面将进一步描述的蝶形阀盘装置102包括阀盘106、密封环108和弹性构件110。此外，蝶形阀100还包括轴112，轴112连接至阀盘106并连接至合适的打开/关闭装置(未示出)。由此，阀盘106借助于轴112的旋转相对于阀体104打开/关闭。
此外，蝶形阀盘装置102因此在阀体104中布置成能够在打开位置与关闭位置之间移动，在打开位置，液体和气体被允许穿过蝶形阀100，在关闭位置，液体和气体被阻止穿过蝶形阀100。在关闭位置，密封环108抵靠阀体104的内表面114提供径向密封。此外，弹性构件110为密封环提供轴向密封，这将在下面结合图3的描述进一步详细描述。
转至图2，图2是图1中的阀盘100及其相关部件的分解立体图。因此，图2进一步详细地具体图示了蝶形阀盘装置102和阀体104。如上所述，蝶形阀盘装置102包括阀盘106、密封环108和弹性构件110。
具体参照图2中所示的密封环108的详细部分，密封环108根据该示例实施方式被布置为气密活塞环208。气密活塞环208包括位于活塞环208的第一端部部分204处的周向延伸的突出部202。周向延伸的突出部202布置在凹槽部分206中，该凹槽部分206布置在活塞环208的第二端部部分210处。从周向方向上观察，第二端部部分210的横截面形成为呈具有从第二端部部分210的径向方向上观察的上部部分和下部部分的L形形式，L形形状的横截面的下部部分在活塞环的轴向方向上具有比L形形状的横截面的上部部分在轴向方向上的厚度大的厚度。因此，凹槽部分206从第二端部部分210在周向方向上沿远离第二端部部分210的表面法线的方向延伸。此外，周向延伸的突出部202包括径向高度212，径向高度212小于活塞环208的总径向高度214。因此，凹槽部分206自然具有容纳周向延伸的突出部202的尺寸。借助于周向延伸的突出部202和凹槽部分206，气体流(流体以及气体两者)被阻止沿活塞环的轴向方向和径向方向两者流动通过活塞环。借助于密封环108的上述几何性质，轴向流和径向流两者被阻止穿过重叠的接合部。蝶形阀盘装置102的流方向在图2中由标号为250的箭头示出。因此，上述密封环在流方向250上是气密的。密封环在相反的流方向上也是气密的，直到介质引起的作用在密封环上的轴向力大于由弹性构件引起的力、即当密封环108的第二表面312与凹部的第二表面310失去接触时为止(参见图3)。
气密活塞环208的其他替代方案当然是可以设想的。例如，多个活塞环可以在径向方向和/或轴向方向上并排布置。在这种布置中，对于多个活塞环中的每一个活塞环而言，第一端部部分204与第二端部部分210之间的距离216位于不同的周向位置处。由此，布置有防止径向流和轴向流穿过多个活塞环的气密活塞环组件。优点在于，无论流介质压力水平如何，该气密活塞环组件在流方向250以及与所示流方向250相反的方向两者上都是气密的。
因此，应当理解的是，当蝶形阀盘装置102布置在其打开位置时，密封环108、即活塞环208在径向上扩展使得第一端部部分204与第二端部部分210之间的距离216增加。当蝶形阀盘装置102布置在蝶形阀盘装置102的关闭位置时，阀体104的内表面114将压靠密封环108以用于减小第一端部部分204与第二端部部分210之间的距离216，其中，该内表面114在蝶形阀盘装置102布置在蝶形阀盘装置102的打开位置时具有与密封环108的外周长相比更小的周长。
现在转至图3，图3是蝶形阀盘装置102处于蝶形阀盘装置102的关闭位置的横截面。特别地，图3图示了阀盘106的部分、密封环108的部分、弹性构件110的部分和阀体104的部分。如前所述，蝶形阀盘装置102在蝶形阀盘装置102的关闭位置布置在阀体104中。由此，密封环108的径向上的外表面302以径向压力抵靠阀体104的内表面114而设置，因此在外表面302与内表面114之间提供密封。
阀盘106包括围绕阀盘106的周缘设置的周向布置的凹部306。阀盘106的周向布置的凹部306布置成至少部分地容纳弹性构件110和密封环108。由此，弹性构件110和密封环108轴向定位在周向布置的凹部306的第一表面308与第二表面310之间。第一表面308和第二表面310布置为彼此相对的表面，并且根据示例，第一表面308和第二表面310可以大致平行于彼此。
此外，弹性构件110——在下文中也称为轴向弹簧——布置成提供抵靠密封环108的第一表面304的轴向压缩力。密封环108的第一表面304优选地在密封环的径向方向和周向方向上具有延伸部。由此，弹性构件110因而在周向布置的凹部306的第一表面308与密封环108的第一表面304之间设置有压缩力。当蝶形阀盘装置102正被打开和/或关闭时，为了将密封环保持就位，弹性构件的压缩力应当优选地超过阀体104的内表面114与密封环108的径向上的外表面302之间产生的摩擦力。弹性构件110的这种压缩力将在密封环108的第二表面312与周向布置的凹部306的第二表面310的第二表面之间提供压缩力。由此，在密封环108的第二表面312与周向布置的凹部306的第二表面310之间提供了密封。这是有益的，因为阻止了颗粒进入该区域，该颗粒可能损坏周向布置的凹部306的第二表面310以及密封环108的第二表面312。密封环108的第二表面312和周向布置的凹部306的第二表面310因此布置成彼此接触的，该接触是可滑动的接触表面，这意味着当蝶形阀盘装置102打开和/或关闭时，允许密封环108相对于阀盘106的径向运动。
此外，弹性构件110还包括布置成与阀盘106的周缘的一部分接触的上部部分314。详细地，弹性构件110的上部部分314布置成抵靠阀盘106的周缘的一部分而提供径向上向下的压缩力。这通过弹性构件110的上部部分314设置有预张力来实现。径向压缩力提供了弹性构件110与阀盘106的周缘的部分之间的改进的密封。另外，弹性构件110包括将在下面进一步描述的径向上的下部部分316。
如图3中可以看到的，密封环108在密封环108的径向上的下部部分处包括轴向延伸的突出部分315。轴向延伸的突出部分315从密封环108的第一表面304沿远离第一表面304的方向延伸并包括大致水平的上表面318和大致竖向的端表面320。轴向延伸的突出部分315从第一表面304沿第一表面304的表面法线的方向延伸。由此，在阀盘关闭时，是沿朝向上述流方向250的方向延伸。上表面318优选地布置在距弹性构件110的径向上的下部部分316的非零距离处。由此，弹性构件110在蝶形阀盘装置102打开时可以用作用于密封环108的径向扩展的止动件。此外，突出部分315的上表面318与弹性构件110的径向上的下部部分316之间的竖向距离也可以小于突出部分315的竖向端表面324的竖向距离。轴向延伸的突出部因此在径向上布置在弹性构件110的下方。
此外，周向布置的凹部306包括突出部分322，该突出部分322沿远离周向布置的凹部306的第一表面308的方向并朝向密封环108的方向延伸。突出部分322的端表面324布置成与密封环108的轴向延伸的突出部分315的大致竖向的端表面320接触。该接触也是可滑动的接触表面，这意味着当蝶形阀盘装置打开和/或关闭时，允许密封环108相对于阀盘106的径向移动。此外，布置在密封环108的相反的轴向侧部上的两个可滑动的接触表面是有益的，因为这两个可滑动的接触表面改进了密封环108在周向布置的凹部306中的稳定性，因此防止密封环108的倾斜。
应当理解的是，本发明不限于上述和附图中所示的实施方式；相反，本领域技术人员应意识到的是，可以在所附权利要求的范围内进行许多改型和变型。例如，可以使用如图2中所示的两个气密活塞环，其中，这两个气密活塞环优选地彼此相对地布置。

Claims (7)

1.一种蝶形阀盘装置(102)，包括：
-阀盘(106)，所述阀盘(106)布置成能够在阀体(104)的打开位置与关闭位置之间可旋转地移动，所述阀盘包括围绕所述阀盘的周缘设置的周向布置的凹部(306)；
-密封环(108)，所述密封环(108)布置在所述阀盘的周向布置的所述凹部中并构造成当所述阀盘布置在所述关闭位置时抵靠所述阀体的内表面(114)提供径向密封；以及
-弹性构件(110)，所述弹性构件(110)布置在周向布置的所述凹部(306)的第一表面(308)与所述密封环的第一表面(304)之间，以使在所述密封环(108)的第二表面(312)与周向布置的所述凹部(306)的第二表面(310)之间提供密封，其特征在于，所述密封环(108)包括位于所述密封环(108)的径向上的下部部分处的轴向延伸的突出部分(315)，所述突出部分(315)从所述第一表面(304)沿远离所述密封环(108)的所述第一表面(304)的方向延伸，其中，所述密封环的轴向延伸的所述突出部分(315)的上表面(318)在所述阀盘(106)布置在所述关闭位置时布置在距所述弹性构件(110)的径向上的下部部分(316)的非零距离处。
2.根据权利要求1所述的蝶形阀盘装置(102)，其中，所述弹性构件(110)是轴向弹簧。
3.根据权利要求1或2所述的蝶形阀盘装置(102)，其中，所述弹性构件(110)是围绕所述凹部(306)的周向方向延伸的连续轴向弹簧。
4.根据前述权利要求中的任一项所述的蝶形阀盘装置(102)，其中，所述密封环(108)的所述第一表面(304)和所述第二表面(312)是在轴向上相反的布置在所述密封环(108)的各侧上的表面。
5.根据前述权利要求中的任一项所述的蝶形阀盘装置(102)，其中，所述密封环(108)是活塞环，所述活塞环在所述活塞环的第一端部部分(204)处包括周向延伸的突出部(202)并且在所述活塞环的第二端部部分(210)处包括凹槽部分(206)，所述周向延伸的突出部(202)布置在所述凹槽部分(206)中。
6.根据前述权利要求中的任一项所述的蝶形阀盘装置(102)，其中，周向布置的所述凹部(306)包括沿朝向所述密封环(108)的方向延伸的突出部分(322)。
7.一种蝶形阀(100)，所述蝶形阀(100)包括阀体(104)和蝶形阀盘装置(102)，其中，所述蝶形阀盘装置(102)包括：
-阀盘(106)，所述阀盘(106)能够在所述阀体的打开位置与关闭位置之间可旋转地移动，所述阀盘包括围绕所述阀盘的周缘设置的周向布置的凹部(306)；
-密封环(108)，所述密封环(108)布置在所述阀盘的周向布置的所述凹部中并构造成当所述阀盘布置在所述关闭位置时抵靠所述阀体的内表面(114)提供径向密封；以及
-弹性构件(110)，所述弹性构件(110)布置在周向布置的所述凹部(306)的第一表面(308)与所述密封环的第一表面(304)之间，以使在所述密封环(108)的第二表面(312)与周向布置的所述凹部(306)的第二表面(310)之间提供密封，其特征在于，所述密封环(108)包括位于所述密封环(108)的径向上的下部部分处的轴向延伸的突出部分(315)，所述突出部分(315)从所述第一表面(304)沿远离所述密封环(108)的所述第一表面(304)的方向延伸，其中，所述密封环的轴向延伸的所述突出部分(315)的上表面(318)在所述阀盘(106)布置在所述关闭位置时布置在距所述弹性构件(110)的径向上的下部部分(316)的非零距离处。
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