CN1096584C - 带有铸入阀座的支座型阀及其制造方法 - Google Patents

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Abstract

一个支座型阀具有一个作为阀座的阀座环，此阀座环被装入此外是一体制成的阀壳内。阀座环与阀壳材料复合地或材料复合-形状合理地连续地不可分地接合在一起。这样的支座型阀特别适用于热水区或蒸汽。如果温度波动阀门闭合件用到阀座环上的力会导致阀座环变化，这样也能保证支座型阀的功能作用。

Description

带有铸入阀座的支座型阀及其制造方法
本发明涉及一种支座型阀以及生产这种支座型阀的方法。
支座型阀特别是用于水、热水、蒸汽的阀座是易磨损件。固定在阀壳上的阀座和配属于此阀座的轴向移动的阀门闭合件要同时承受由阀的启闭操作和流液造成的严重磨损影响。在关闭位置上，阀门闭合件紧靠阀座地压在一个密封唇边或一个密封窄面上。阀座或阀门闭合件的变形在长时间情况下造成不允许的泄漏进而使阀失效。与其余阀壳不同的是，阀座和阀门闭合件大多数由高硬度(布式硬度)钢制成。必须在制造支座型阀时将阀座作为单独件装入阀壳中。
当支座型阀用于蒸汽或温水(热水)时，一个特别薄弱位置就是阀座环与阀壳之间的连接部。如果在阀座如阀座环上制有外螺纹并将其拧入阀壳，则因温度波动造成阀座环和阀壳不同地膨胀，从而导致阀座环相对阀壳发生微米级或百分之一毫米级的错动。长此下去(这意味着在极端情况下，在一周后或一个月后)，这就可能导致在阀关闭情况下水或蒸汽在阀座环和阀壳之间渗入，其中泄漏很快超过等于0.04％KVS值的预定标准值。KVS值是在1巴压差下且在20℃时流过开启阀的水量。在最坏的情况下，不仅泄漏逐渐加重，而且阀座环从其卡槽中旋出来或脱离卡槽，由此可能出现危险。
为了使支座型阀正确发挥作用，特别是当在无侧隙地导入阀门闭合件时(这意味着与阀杆紧密相连)，阀座准确地对准阀门闭合件是很重要的。微小的误对准或随后出现的失调将导致压力在阀门闭合件或阀座环的支承面或密封唇边上不同地分布。这可能造成事故或阀失效。
EP-0698757A2公开了一种在球墨铸铁阀壳中焊入的作为阀座的预制不锈钢环。在这种情况下，在阀座环的两个端侧上形成焊缝以连接铸件。在保护气下进行脉冲电弧焊或激光焊。
为实现焊接，必须设有通向阀座环的自由通道。
因此，本发明的目的是提供一种阀座环与阀壳可靠连接的支座型阀，可以经济地生产且设计合理的支座型阀。此外，本发明的目的是提供一种制造这样的支座型阀的方法。
本发明支座型阀具有一个浇铸阀壳，一个阀座环铸入或围铸在此阀壳中并支承在阀壳中。在浇铸过程中，阀壳材料与支承在铸模中的且由适当材料制成的坯件材料复合地接合。在相应的控温过程中，可以使阀壳金属液在浇铸时浸润阀座环制件并烧结制件表面。如此形成的熔合区就是阀座环制件与阀壳之间的材料复合式绝流接合部。可以在制造时如此连续地切屑加工出预制阀壳，在这里绝对要使阀座环基准面同轴地角对准螺口或支承面，所述支承面可靠地确定了阀锥位置。因此与带有螺纹阀座环的阀不同的是，可以更好地对准阀座环的密封面或密封唇边。
此外，在这里不用考虑因随后的阀座环位移(在螺纹阀座环中，阀座环可能发生位移)而引起的失效问题。阀座环和阀壳是成一体的。
在常见的螺纹阀座中或在阀门闭合件轴向不灵活而径向不可移动的情况下后装入阀壳的阀座中，已经减少了阀座环和阀座闭合件之间误对准，但这导致密封面上的表面压力明显加大。而在本发明的支座型阀中可以获得均匀的配合压力(表面压力)。同时，消除了误差原因和磨损原因并提高了支座型阀的可靠性。
由此简化了这种支座型阀的制造。
与常见的支座型阀相比，可以很自由地设计本发明的支座型阀，例如阀座环直径可大于开设在阀壳中的开口的直径。通常不允许在阀壳中装入阀座环。但在本发明的支座型阀中，这是可行的。特别是由此可较少地损坏阀门闭合件和其导向杆的开口。此外，可以省去或很小巧地设计用于遮盖通常所需的较大阀壳开口的阀壳盖。还相应地缩短了待密封缝隙的长度，这也可增加支座型阀的可靠性。此外，由于省去了阀盖凸缘，所以可以节省材料并减轻重量。
在相应的过程控制中，可以通过浇铸技术如用GGG40.3球墨铸铁制造阀壳，而阀座环是由如X35CRMO17(17％Cr)特种优质钢制成的。GGG40.3球墨铸铁较细密并明显比灰口铸铁硬且具有近似于铸钢的优点。虽然球墨铸铁成本较低，但其焊接性能不好。当无论如何焊接都是关键时，可以在浇铸时在两种金属之间形成平面焊合。由特种优质钢制成的阀座环在对球墨铸铁退火时损失约4％的Cr同时变软。这样的阀座环可以在铸入和切屑加工状态下随后在阀壳中接受感应淬火处理。由此获得高的抗腐蚀力和抵抗其它的材料磨损的影响。因此，阀座能够抵抗因流体引起的磨损。
还有利的是，阀座环的硬度明显大于阀门闭合件的硬度。此外，在关阀时因阀门闭合件压在阀座环所造成的材料磨损基本上限定在阀门闭合件上，所以在对阀进行适当维护时更换阀门闭合件。带有铸入阀座环的阀壳在这样的维护措施中仍保持在其安装位置上，这显著减少了维护费用。当阀座环硬度大于300HB特别是当其硬度为350HB-450HB时，就可以实现上述目的。此外，阀门闭合件的硬度例如是250HB。
阀壳不仅可以配有螺纹凸缘，也可以在阀壳由相应的可焊接材料制成时配有简单的管接头，此管接头用于与其它的焊接部位相连或用于其它方式的连接。正是在这种情况下有利的是，当维护阀时最多更换阀门闭合件但不必更换阀座环。
有利的是，阀座环的外表面上制有最少一个突起但最好是一个或多个环行肋。它可具有呈尖三角形的横截面或其横截面被分成燕尾形。
有利的是，与阀壳接触的整个阀座环外表面与阀壳接合。基本上免除了阀壳与阀座环之间的细微间隙或空腔。因此最不可能发生腐蚀。
在阀座环和阀壳之间的接触连接面最好分布在整个阀座环外表面上并至少局部分布在其一个端面上。此外，阀座环与阀壳的材料复合连接还通过至少环绕阀座环局部的形状合理的阀壁设计而得到加强。这可以允许阀门闭合件用很大的力压在阀座环上。
阀座环不可转动地支承在阀壳中。同时，阀门闭合件和阀座环之间的相对转动对于位置固定且正确定位地支承阀座环而言是无关紧要的。由于阀门闭合件相对阀座环短暂地摩擦转动，所以阀座环既未被移动也未被失调。
一种相应的方法与阀座制造有关，其中在浇铸阀壳前先将阀座环装入铸模中。在阀壳脱模后，阀座环已经牢固地固定在阀壳中，从而可以省去所有其它早先常与此有关的加工工序。
由于根据所用材料和阀尺寸而适当地设计了铸模、阀座环和浇铸金属的温度窗，所以可以在不熔化阀座环的情况下使阀座环表面与阀壳烧结在一起。现在较软的阀座环可以象阀壳其余部分一样接受切屑加工。最好是随后至少在阀座区对阀座环进行淬火处理。
从属权利要求描述了有利实施方式的特征。
在图中示出了本发明的实施方式。其中：
图1以示意纵断面图示出了带有浇铸出的阀座环的本发明支座型阀。
图2以示意纵断面图示出了在另一实施方式中的本发明支座型阀。
图3以示意纵断面图示出了带有浇铸出的阀座环的本发明支座型阀的另一个实施方式，其中省去了阀门闭合件。
图4以断面视图示出了图3所示的支座型阀的细节。
图5以示意纵断面图示出了本发明支座型阀的另一个实施方式，其中省去了阀门闭合件。
在图1中画出了一个支座型阀1，阀壳2是用砂型由球墨铸铁浇铸而成的。阀壳2围成一个由隔壁3分隔的内腔4，此内腔同时与三个通口6、7、8连通。通口6、7、8配有通常成型于阀壳2上的径向凸缘11、12、13。
另一个开口14通入内腔4中，此开口是由一个作为管接头14的轴向凸缘16环绕成的。除了环绕开口14的调节密封面17外，此凸缘还具有用于拧入未进一步描述的闭合件的内螺纹18。所述闭合件通过阀杆19与开口14中轴21同轴地支承有且导入一个旋转对称的阀门闭合件20。
同样与中轴21同轴地在隔壁3开口中支承有一个阀座环23，此阀座环构成阀口24并利用其环绕阀口24的且远离阀门闭合件20的支承面26形成了阀座。支承面26和与支承面26相配合的阀门闭合件20的外表面27都是根据流体技术、调节技术或其它要求制成的且与中轴21同轴地布置。
在基本成筒形的阀座环23的外面28上设有横截面呈三角形的环形肋29，环形肋确定了隔壁3的相应切口。阀座环23的轴向长度等于隔壁3厚度，从而隔壁在阀座环23的两端面31、32处平齐地与所述端面相连。所以，由特种优质钢制成的阀座环23特别是在高流速区内提供了防磨损的坚硬表面材料，在这里可以省去不必要的边缘和凸缘，进而获得了利于流动的设计结构。
如此生产所述的支座型阀1。
在浇铸阀壳2时嵌入阀座环23。为此，在浇铸前先将一个相应制件装入并定位于铸模中，如一个砂型或适于浇铸阀壳2的另一种模型中。制件特别是在支承面26区以及相据需要在阀口24中具有材料余量，这意味着相应的半径小于制成的阀座环23半径。在相应地预制成的铸模中注入阀壳2所用的金属液，这些金属液在阀座环23外表面28上与阀座环23烧结在一起。在这种情况下，阀座环23不熔化或只是表面熔化。
在对铸成的阀壳进行了以前常见的加工步骤如退火、冷却、去毛刺(去飞边)后，在不合拢阀壳的情况下，在适当的机床上加工出调节密封面17、阀壳内螺纹18和阀座环23的支承面26。与此同时，确保调节密封面17对准支承面26。通过无径向弯曲的且与中轴21同轴地移入的刚性阀门闭合件20产生了一个定静力系统。在误对准少的情况下，此系统已能在阀座环23和阀门闭合件20之间造成局部过负荷。在上述制造方法中，可以加工出支承面26并决定阀杆19的导入，这意味着在张紧状态下加工出确定中轴21位置的阀壳2的面。通过这种方式可以避免误对准。
在图2中通过支座型阀1a示出了本发明的另一个实施例。支座型阀1a基本与支座型阀1相同，从而在没有新参考符号的情况下采用了相同的但带字母下标“a”以示区别的符号。对这些部件的描述是相同的。与支座型阀1不同的是，支座型阀1a为阀门闭合件20a设有一开口14a，此开口直径大于阀座环23a外径。用一个径向凸缘16a代替了轴向凸缘16。由于开口14a直径较大，所以可以在支承面26a附近切屑加工出阀壳2a隔壁3a的相邻区。由此可以在隔壁3a和阀座环23a之间形成平滑过渡段。
在图3中通过支座型阀1b示出了本发明的另一个实施例。支座型阀1b基本与支座型阀1a相同，但除了下述例外情况。支座型阀1b是这样一种支座型阀，即阀壳2b只有两个通口6b、7b而没有其它通口。象在支座型阀1a中那样，阀门闭合件20b配有一个环绕开口14b的径向凸缘16b。在此实施例中，开口直径大于阀座环23b外径，但小于上述外径也没问题。
阀座环23b在这里用一个密封唇边26b代替了弧形支承面26、26a，其中阀口24b的圆柱形壁过渡成环形上平面31b。
阀座环23b外表面大致成圆柱形。在这里，它大约从中心面开始向其端面32逐渐扩宽。同时，从开口14b看形成了一个侧凹口，此侧凹口用于将阀座环23固定在隔壁3b中。
阀座环23b如此安置在隔壁3b中，其端面31b约在隔壁3b上方。但是，阀座环23的其余部分几乎完全嵌入隔壁3b中。尤其是端面32b完全与隔壁3b材料复合。隔壁3b在一定程度上环裹住阀座环23b并利用相应的过渡曲面33构成了便于流动的阀口24b输出端。
尤其是可从图4中看到阀座环23b是如何嵌入隔壁3b中的。如图所示，阀口24b壁部和端面31b超出了隔壁3b相邻面一段高度，从而可以在隔壁3b不超过阀座环23b的情况下对阀座环23b的相应面进行切屑加工。阀座环23b外表面28b的锥角α最好为10度。
在图5中通过支座型阀1c示出了本发明中心阀的另一个实施例。由于支座型阀1c与前述支座型阀1-1b一致，所以这部分的描述是相同的。与支座型阀1-1b不同的是，支座型阀1c具有一个阀座环23c，此阀座环具有共为三个其横截面呈尖三角形的间隔环形肋34c、35c、36c。这三个肋34c、35c、36c间隔相等且基本上如此安置，即中央肋35c大致位于隔壁3c正中位置上，而肋34c、36c位于中央肋35c到隔壁3c外侧的一半的位置上。这可以实现均衡的应力分布和受力分布。
一个支座型阀1具有一个作为阀座的阀座环23，此阀座环被装入此外是一体制成的阀壳2内。阀座环23与阀壳2材料复合地或材料复合-形状合理地连续地不可分地接合。这样的支座型阀1特别适用于热水区或蒸汽。另外，如果温度波动，阀门闭合件作用到阀座环上的力会导致阀座环23变化，这样也能保证支座型阀的功能作用。

Claims (17)

1.一种特别是用于水、热水和蒸汽的支座型阀(1)，它具有一个有可浇铸金属材料铸成的阀壳(2)、一个其外表面被牢固地夹持在阀壳(2)内的阀座环(23)、一个可相对阀座环(23)轴向远近可调地支承的阀门闭合件(20)，其特征在于：至少在阀座环外表面(28)上与阀壳绝流地铸成阀座环(23)并由此使阀座环定位。
2.如权利要求1所述的中心阀，其特征在于：阀壳(2)是一体制成的。
3.如权利要求1所述的中心阀，其特征在于：开设于支座型阀(1)中的且与阀座环(23)对置的各开口(8，14)的直径小于此阀座环的外径。
4.如权利要求1所述的支座型阀，其特征在于：阀壳(2)金属是球墨铸铁。
5.如权利要求1所述的支座型阀，其特征在于：阀座环(23)由特种优质钢制成。
6.如权利要求1所述的支座型阀，其特征在于：阀座环(23)在浇铸和阀壳(2)退火后接受感应淬火处理。
7.如权利要求1所述的支座型阀，其特征在于：阀座环(23)硬度明显大于阀门闭合件(20)的硬度。
8.如权利要求7所述的支座型阀，其特征在于：阀座环(23)硬度大于300HB，最好在400HB-450HB之间。
9.如权利要求1所述的支座型阀，其特征在于：在阀座环(23)的外表面(28)上设有至少一个突起(29)。
10.如权利要求1所述的支座型阀，其特征在于：在阀座环(23)的一个外表面(28)上设有至少一个环绕阀座环的环形肋(29)。
11.如权利要求10所述的支座型阀，其特征在于：肋(29)的横截面呈三角形。
12.如权利要求10所述的支座型阀，其特征在于：肋被分成燕尾形。
13.如权利要求1所述的支座型阀，其特征在于：阀座环(23)在其与阀壳(2)接触的整个外表面(28)上与阀壳(2)金属连接。
14.如权利要求1所述的支座型阀，其特征在于：阀座环(23)在其外表面(28)上和至少在远离阀门闭合件(20)的端面上局部地与阀壳(2)相连。
15.生产带有一个其中设有阀座环(23)的阀壳(2)的支座型阀的方法，其中阀壳(2)是一个铸件而阀座环是一个由另一种所选金属制成的部件，其特征在于：阀座环(23)作为一个坯件被装入阀壳(2)的铸模中，在铸模中浇铸出阀壳(2)，其中阀壳金属在为此所设的相应的接触位置上与阀座环(23)材料复合地接合，
在冷却的阀壳脱模后，对坯料进行切屑加工，以便相对阀壳(2)位置正确地形成所需的阀座(26)。
16.如权利要求15所述的方法，其特征在于：与阀壳(2)材料复合地相连的阀座环(23)经受热淬硬处理工序。
17.如权利要求15所述的方法，其特征在于：如此确定阀壳(2)所用浇铸金属液的温度和其中夹有阀座环(23)坯的铸模，即坯件表面在浇铸时被浇铸金属熔化。
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