CN109477582B - 垫圈密封座环 - Google Patents

Abstract

本发明的一些实施例提供了一种阀，其包括：主体；阀元件，其布置在所述主体内以选择性地阻止通过所述主体的流动；和密封组件，其包括主体垫圈和保持环。所述保持环包括切割部，所述切割部布置成在安装期间切割所述主体垫圈。通过在所述保持环和所述主体之间切割所述主体垫圈来形成双平面密封。

Description

垫圈密封座环

相关申请的交叉引用

本申请要求2016年4月7日提交的名称为“垫圈密封座环”的美国临时专利申请序列号62/318,827的权益。该文件的全部公开内容并入本文。

技术领域

本申请涉及垫圈密封座环。

背景技术

阀门设计可以在其设计中采用多种安装密封元件的方法。高性能双偏置阀通常将密封元件保持在主要主体部分和辅助的可移除承座部保持件之间。该接合连接必须密封，否则在主体和承座部保持件环之间可能发生泄漏。在“末端工况”中，在不存在来自低压侧配合凸缘的支撑的情况下，承座部保持环必须保持阀门的额定差压。在两个部件之间精确放置密封件、在处理过程中的密封完整性和高效的装配过程是必不可少的。

发明内容

设计效率的行业标准和市场驱动压力已经促使阀门设计者尝试用较小的表面区域进行密封。所提出的装置允许将初始密封介质(例如，垫圈)施加到压力系统内的多个密封平面，并允许有密封介质以调节压力系统内的几何差异。

本发明的一些实施例提供了一种阀，其包括主体、布置在主体内以选择性地阻止通过主体的流动的阀元件以及密封组件，该密封组件包括主体垫圈和具有切割或分离特征部的保持环。切割部布置成在安装期间将垫圈切割或分离成离散的部件，因此通过保持环和主体之间的切割垫圈形成多平面密封。

在一些实施例中，将主体垫圈切割成沿着阀的流动轴线间隔开的第一分段和第二分段。

在一些实施例中，密封组件还包括金属承座部，在组装阀之后，金属承座部的至少一部分位于阀主体和第二密封分段之间。

在一些实施例中，阀还包括在组装阀之后定位在金属承座部和阀主体之间的软承座部，软承座部构造成与阀的盘接合并密封。

在一些实施例中，切割部与沿着阀主体定位的剪切壁接合，使得切割部与剪切壁的接合切割垫圈主体。

在一些实施例中，切割部与保持环成一体。在其他实施例中，切割部与保持环分离。

本发明的一些实施例提供了一种阀，所述阀包括主体、布置在主体内以选择性地阻止通过主体的流动的阀元件以及包括非层压石墨垫圈和保持环的密封组件，该保持环包括切割部，该切割部布置成在安装期间切割垫圈以形成第一部分和第二部分，该第一部分限定具有第一宽度的第一分段，该第二部分在安装期间从非层压石墨垫圈切割下来并且限定具有第二宽度的第二分段，所述第二宽度小于所述第一宽度。

在一些实施例中，第一分段和第二分段沿着阀的流动轴线间隔开。

在一些实施例中，密封组件还包括在组装阀之后定位在阀主体和第二分段之间的金属承座部。

在一些实施例中，阀还包括在组装阀之后定位在金属承座部和阀主体之间的软承座部，该软承座部构造成与阀的盘接合并密封。

在一些实施例中，切割部与保持环成一体。在其他实施例中，切割部与保持环分离。

本发明的一些实施例提供了一种组装阀的方法，该方法包括以下步骤：提供阀，该阀包括主体、布置在主体内以选择性地阻止通过主体的流动的阀元件以及包括主体垫圈和保持环的密封组件，该保持环包括切割部；将垫圈主体定位在阀主体附近；将保持环定位在垫圈主体附近，使得垫圈主体定位在保持环和阀主体之间；以及按压保持环以使其与垫圈主体接合，从而用保持环的切割部切割垫圈主体。

在一些实施例中，该方法还包括将切割部接合在阀主体的剪切壁上以切割垫圈主体的步骤。

在一些实施例中，该方法还包括以下步骤：在定位垫圈主体和保持环之前将金属承座部定位在阀主体上，使得金属承座部的至少一部分定位在垫圈主体和阀主体之间。

在一些实施例中，该方法还包括以下步骤：在定位垫圈主体、保持环和金属承座部之前将软承座部定位在阀主体上，使得软承座部位于金属承座部和阀主体之间。

在一些实施例中，切割步骤包括将垫圈主体切割成具有第一宽度的第一外部分段和具有第二宽度的第二内部分段，该第二宽度小于该第一宽度。

在一些实施例中，第一外部分段沿着阀的流动轴线与第二内部分段间隔开。

在一些实施例中，该方法允许在安装垫圈主体期间确定第一垫圈分段和第二垫圈分段的尺寸。

附图说明

图1是根据本发明的一个实施例的蝶形阀的透视图；

图2是图1的蝶形阀的分解图；

图3是图1的蝶形阀的保持环的顶部前透视图；

图4是图3的保持环的顶部后透视图；

图5是沿图4中的线5﹣5截取的保持环的截面图；

图6是图1的蝶形阀的主体垫圈的顶部前透视图；

图7是沿图6中的线7﹣7截取的主体垫圈的截面图；

图8是图1的蝶形阀的金属承座部的顶部前透视图；

图9是沿图8中的线9﹣9截取的金属承座部的截面图；

图10是图1的蝶形阀的软承座部的顶部前透视图；

图11是沿图10中的线11﹣11截取的软承座部的截面图；

图12是图1的蝶形阀的盘的顶部前透视图；

图13是图1的蝶形阀的主体的顶部前透视图；

图14是沿图13中线14﹣14截取的主体的截面图；

图15是沿图1中的线15﹣15截取的蝶形阀的截面图；

图16是在图15的圆圈16﹣16内截取的蝶形阀的细节图；

图17是根据另一实施例的蝶形阀的前视图；

图18是沿图17的线18﹣18截取的蝶形阀的截面图；

图19是在图18的圆19﹣19内截取的蝶形阀的细节图；

图20是根据另一实施例的主体垫圈的前视图；

图21是根据又一实施例的主体垫圈；

图22是根据另一实施例的保持环的前视图；

图23是沿图22中的线23-23截取的保持环的截面图；

图24是在线24﹣24内截取的保持环的细节图；

图25是根据一个实施例的保持环的切割轮廓的详细截面图；

图26是根据另一实施例的保持环的切割轮廓的详细截面图；

图27是根据又一实施例的保持环的切割轮廓的详细截面图；

图28是根据又一实施例的蝶形阀的详细截面图。

具体实施方式

在详细解释本发明的任何实施例之前，应理解的是本发明不限于在以下描述中阐述或在以下附图中示出的部件的详细构造和布置的应用。本发明能够具有其他实施例并且能够以各种方式实践或实施。而且，应该理解的是本文使用的措辞和术语是为了描述的目的而不应该被认为是限制性的。本文中使用的“包括”、“包含”或“具有”及其变体旨在涵盖其后列出的项目及其等效物和附加项目。除非另有说明或限制，否则术语“安装”、“连接”、“支撑”和“联接”及其变体被广泛使用并且包括直接和间接的安装、连接、支撑和联接。此外，“连接”和“联接”不限于物理或机械的连接或联接。

以下讨论被呈现以使得本领域技术人员能够制造和使用本发明的实施例。对于本领域技术人员来说，对所示实施例的各种修改是显而易见的，并且在不脱离本发明的实施例的前提下，本文的一般原理可以应用于其他实施例和应用。因此，本发明的实施例不旨在被局限于所示的实施例，而是与符合本文公开的原理和特征的最宽范围相一致。下文的详细描述将参考附图来阅读，其中不同附图中的相同元件具有相同的附图标记。不一定按比例绘制的附图描绘了所选择的实施例，并且不旨在限制本发明的实施例的范围。技术人员将认识到的是，本文提供的示例具有许多有用的替代方案并且落入本发明的实施例的范围内。

图1示出了蝶形阀50，其包括：主体54；在打开位置和关闭位置之间可旋转的盘58，用于选择性地提供和抑制沿流动轴线60的流动；轴62，其联接到盘58以引起盘58旋转；和密封组件66。蝶形阀50可用于控制流体或气体的流动。如图2所示，密封组件66包括保持环70、主体垫圈74、金属承座部78和软承座部82。有多种布置的承座部78和82可以供最终用户选择。紧固件84可以将密封组件66联接到主体54。当阀50的设计要求改变时，可以存在紧固件84的各种布置。例如，紧固件84可以是螺钉、螺栓、夹子、夹具或任何其他合适的紧固机构。此外，紧固件84不必全部相同。

如图3和4所示，保持环70包括多个埋头通孔86，其布置成有助于将密封组件66紧固到主体54，然而，取决于设计，这些埋头通孔不一定存在。参照图5，保持环70包括主环垫圈座90、切割部94、辅助环垫圈座98和环肩部102。主环垫圈座90限定主座平面106并且基本上是平坦的。在其他实施例中，主环垫圈座90可以限定成形轮廓(例如，截头圆锥形或弯曲轮廓)。切割部94布置在主环垫圈座90和辅助环垫圈座98之间，并且可以限定尖锐边缘110、平坦壁114和倾斜壁118。辅助环垫圈座98可以限定辅助座平面122，所述辅助座平面沿着流动轴线60轴向地与主座平面106间隔开。座宽度126限定在环肩部102和主环垫圈座90的外周之间。

如图6所示，主体垫圈74是环形的并且可以包括孔130，该孔布置成与形成在保持环70中的通孔86对准。参照图7，主体垫圈74限定垫圈宽度134，该垫圈宽度的尺寸设定为至少与保持环70的座宽度126一样宽。主体垫圈74还限定垫圈厚度138。

如图8所示，金属承座部78是环形的并且可以由冲压金属形成。参照图9，金属承座部78包括金属凸缘142和金属密封部分146。金属承座部78足够柔韧以在蝶形阀50的操作期间接合和脱离盘58。在一个实施例中，承座部78由金属制成。

如图10所示，软承座部82是环形的并且可以由塑料或聚合物材料形成。参照图11，软承座部82包括头部150和密封表面154，该密封表面布置成在蝶形阀50的操作期间接合和脱离盘58。在一个实施例中，软承座部82由PTFE塑料形成。

如图12所示，盘58包括尺寸适于容纳轴62的轴孔158、布置成选择性地接合金属承座部78的金属密封部分162以及布置成选择性地接合软承座部82的软密封部分166。

如图13所示，主体54包括主体轴孔170，该主体轴孔的尺寸适于容纳轴62并与轴孔158对准，所述主体还包括密封凹陷部174。参照图14，密封凹陷部174由主体肩部178、主要的主体垫圈座182、剪切壁184、砧座表面186、夹持部分190和软阀座部分194限定。主体肩部178限定主体肩高198，该主体肩高相对于主体垫圈74确定尺寸以提供预定程度的压缩。主要的主体垫圈座182限定了主要的主体座宽度200。砧座表面186限定了平坦的实心表面并且布置成与切割部94相互作用。夹持部分190限定了槽形式的纹理表面，其可以需要或者可以不需要设计的功能。

如图15所示，组装的蝶形阀50在处于关闭位置时阻止流体流过盘58。可以致动轴62以使盘58在打开位置和关闭位置之间运动。

图16示出了蝶形阀50的组装。软承座部82首先放入密封凹陷部174中而抵接主体54的软阀座部分194。然后，插入金属承座部78使得金属凸缘142抵接主体54的夹持部分190，并且软承座部82被卡持在金属承座部78和软阀座部分194之间。然后，主体垫圈74被插入到密封凹陷部174中并作为单个部件(如图6所示)而处于主体肩部178的径向内侧。当最初插入时，主体垫圈74沿向内方向径向延伸超过剪切壁184。也就是说，垫圈宽度134大于主要的主体座宽度200(如图14所示)。当主体垫圈74就位时，保持环70插入密封凹陷部174中，使得切割部94与主体垫圈74在靠近剪切壁184处接合。通过紧固件或机器施加负载，从而导致切割部94和剪切壁184配合将主体垫圈74干净地切割成主要部分74A和内部辅助部分74B。如果存在，紧固件84被拧紧到预定的扭矩，这导致保持环70的主环垫圈座90的外部与主体肩部178硬接触。这种硬接触提供了主体垫圈74的预定压缩。另外，保持环70的环形肩部102与金属凸缘142硬接触，从而在主体54的夹持部分190和环形肩部102之间压缩金属凸缘142。当完全紧固时，主要部分74A被压缩在主环垫圈座90和主要的主体垫圈座182之间，并且辅助部分74B被压缩在辅助的环垫圈座98、砧座部分186、金属凸缘142和环形肩部102之间。辅助部分74B在紧固过程中变形以填充任何空隙。

主体肩部178和环形肩部102的布置提供了主体垫圈74的预定压缩并且抑制了过度紧固/过度压缩。

在一些实施例中，主要密封部分74A可具有宽度W1(图16)，该宽度大于辅助密封部分74B的宽度W2。在其他实施例中，宽度W1、W2可以相同或者W1可以小于W2。在一些实施例中，主体垫圈可以是非层压石墨垫圈。

图17﹣19示出了另一个蝶形阀50'，其类似于上文讨论的蝶形阀50。

图20示出了主体垫圈210，其限定了大约四十英寸(40英寸)的外径214和大约二点四五英寸(2.45英寸)的垫圈宽度218。这是三十六英寸垫圈的标准尺寸。

图21示出了主体垫圈222，其限定了大约六英寸(6英寸)的外径226和大约百分之六十六英寸(0.66英寸)的垫圈宽度230。这是针对四英寸垫圈的标准尺寸。图20和21的垫圈均为垫圈的示例，其可与上述实施例一起使用以提供在安装时切割、自对中的双平面的主体垫圈。

图22﹣24示出了另一个保持环234，其包括切割部238、密封表面242和约百分之六英寸(0.06英寸)的密封平面偏置246。

图25﹣27示出了不同的切割部轮廓300a、300b、300c，其分别包括直线斜面、弯曲斜面和相应地形成在斜面中的槽或齿。本领域技术人员将理解的是，本文公开的任何切割部轮廓都可以与本文描述的任何实施例一起使用。

图28示出了另一个保持环370，其包括切割部394，该切割部是单独的部件并且不形成为保持环370的一部分。图28的组件以与参照图16描述的相同方式组装并且通常包括图1至16的相同的部件和特征，除了切割部是单独的部件之外。以这种方式，切割部394可以靠着保持环370放置，或者可以例如通过粘合剂或任何其它合适的附接机构附接到保持环370。

在传统制造方法中，将垫圈切割成一定尺寸然后安装到阀中。随着阀尺寸增加，达到了垫圈设计的临界比率，即承座部保持环密封件的外径与宽度的关系的临界比率。大型垫圈变得太脆弱，以致无法制造和安装。传统的解决方案是添加金属套管以增加垫圈强度。通过上述实施例使这些现有解决方案变得不必要。

本发明的一些实施例允许将密封介质插入难以密封的区域，在所述难以密封的区域中，小表面面积和大直径使得传统的垫圈构造的使用变得困难或不可能。本发明的一些实施例允许使用具有相对小的横截面密封表面的大外径垫圈。在阀组装期间，切割部充当垫圈介质上的剪切装置。

本发明的一些实施例通过去除制造过程而具有明显的商业优势。本发明的一些实施例通过允许用单个主体垫圈在多个平面上进行密封来增加密封表面积。本发明的一些实施例消除了对大尺寸阀垫圈中的附加支撑材料的需要。在组装过程中，切割部使主体垫圈自对中。本发明的一些实施例允许垫圈材料从单个“卷”中被拉出以进行组装。

本领域技术人员将理解的是尽管上文结合特定实施例和示例描述了本发明，但是本发明不一定被如此限制，并且应当理解的是许多其他实施例、示例、使用、对实施例、示例和用途的修改和偏离旨在被所附权利要求所涵盖。此外，本领域技术人员将理解的是本文公开的任何实施例的任何特征可以与本文描述的任何实施例一起使用，从而提供不同的实施方案。本文引用的每个专利和出版物的全部公开内容通过引用并入本文，如同每个这样的专利或出版物通过引用单独地并入本文。

本发明的密封组件设计为用于原位尺寸调整，其中可以使用通用尺寸的垫圈材料，并且可以在安装期间形成(例如，通过切割)用于将阀密封所需的特定尺寸。

Claims (17)

1.一种阀，其包括：

阀主体；

阀元件，其布置在所述阀主体内以选择性地阻止通过所述阀主体的流动；和

密封组件，其包括主体垫圈和保持环，所述保持环包括切割部，所述切割部布置成在安装期间切割所述主体垫圈，以通过在所述保持环和所述阀主体之间切割所述主体垫圈来形成双平面密封，

其中，所述主体垫圈被切割成沿着所述阀的流动轴线间隔开的第一分段和第二分段。

2.根据权利要求1所述的阀，所述密封组件还包括金属承座部，其中，在组装所述阀之后，所述金属承座部的至少一部分位于所述阀主体和所述第二分段之间。

3.根据权利要求2所述的阀，其还包括软承座部，所述软承座部在组装所述阀之后定位在所述金属承座部和所述阀主体之间，所述软承座部构造成与所述阀的所述阀元件接合并密封。

4.根据权利要求1所述的阀，其中，所述切割部与沿着所述阀主体定位的剪切壁接合，使得通过所述切割部与所述剪切壁的接合切割所述主体垫圈。

5.根据权利要求1所述的阀，其中，所述切割部与所述保持环成一体。

6.根据权利要求1所述的阀，其中，所述切割部与所述保持环分离。

7.一种阀，其包括：

阀主体；

阀元件，其布置在所述阀主体内以选择性地阻止通过所述阀主体的流动；和

密封组件，包括非层压石墨垫圈和保持环，所述保持环包括切割部，所述切割部布置成在安装期间切割所述垫圈以形成第一部分和第二部分，所述第一部分限定具有第一宽度的第一分段，所述第二部分在安装期间从所述非层压石墨垫圈切割下来并且限定具有第二宽度的第二分段，所述第二宽度小于所述第一宽度，

其中，所述第一分段和第二分段沿着所述阀的流动轴线间隔开。

8.根据权利要求7所述的阀，所述密封组件还包括金属承座部，所述金属承座部在组装所述阀之后定位在所述阀主体和所述第二分段之间。

9.根据权利要求8所述的阀，其还包括在组装所述阀之后定位在所述金属承座部和所述阀主体之间的软承座部，所述软承座部构造成与所述阀的所述阀元件接合并密封。

10.根据权利要求7所述的阀，其中，所述切割部与所述保持环成一体。

11.根据权利要求7所述的阀，其中，所述切割部与所述保持环分离。

12.一种组装阀的方法，所述方法包括以下步骤：

提供阀，所述阀包括阀主体、布置在所述阀主体内以选择性地阻止通过所述阀主体的流动的阀元件以及包括主体垫圈和保持环的密封组件，所述保持环包括切割部；

将金属承座部定位成靠在所述阀主体上；

将所述主体垫圈定位在所述阀主体附近，使得所述金属承座部的至少一部分定位于所述主体垫圈和所述阀主体之间；

将所述保持环定位在所述主体垫圈附近，使得所述主体垫圈定位在所述保持环和所述阀主体之间；和

将所述保持环按压成与所述主体垫圈接合，从而用所述保持环的切割部切割所述主体垫圈。

13.根据权利要求12所述的方法，其还包括使所述切割部与所述阀主体的剪切壁接合以切割所述主体垫圈的步骤。

14.根据权利要求12所述的方法，其还包括这样的步骤：在定位所述主体垫圈、所述保持环和所述金属承座部之前将软承座部定位成靠在所述阀主体上，使得所述软承座部定位于所述金属承座部和所述阀主体之间。

15.根据权利要求12所述的方法，其中，所述切割步骤包括将所述主体垫圈切割成具有第一宽度的外部分段和具有第二宽度的内部分段，所述第二宽度小于所述第一宽度。

16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述外部分段沿着所述阀的流动轴线与所述内部分段间隔开。

17.根据权利要求15所述的方法，其中，所述方法允许在安装所述主体垫圈期间确定外部分段和内部分段的尺寸。

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