CN110873192A

CN110873192A - 氟塑料蝶阀构造

Info

Publication number: CN110873192A
Application number: CN201910440825.8A
Authority: CN
Inventors: 简焕然; 陈柏文
Original assignee: Bueno Tech Co Ltd
Current assignee: Bueno Tech Co Ltd
Priority date: 2018-09-04
Filing date: 2019-05-24
Publication date: 2020-03-10
Anticipated expiration: 2039-05-24
Also published as: JP2020037996A; TW202010964A; TWI677638B; CN110873192B; US20200072359A1; US11035474B2; JP6928329B2; DE102019116175A1

Abstract

本发明提供一种氟塑料蝶阀构造，包括阀体、蝶板、内衬、背环；蝶板呈圆盘结构且包括位于内部的一金属蝶板及位于外部包覆该金属蝶板的一氟塑料封装，蝶板上设有阀轴，且在连接阀轴部分具有二个凸起部，且蝶板截面为板状或锥面的结构；该阀轴被安装在该阀体的轴孔部，使蝶板可以转动以进行调节流量或开闭阀；而在阀体内周面安装有背环与氟塑料内衬，蝶板的外缘与内衬内表面做干涉压接密封的迫紧功能，而迫紧量由阀体内周面与内衬之间的耐高温橡胶背环来提供变形与所需的压合压力，能承受200℃高温高压流体操作需求。

Description

氟塑料蝶阀构造

技术领域

本发明涉及一种氟塑料蝶阀构造，特别是指一种装有耐腐蚀抗高温氟塑料内衬的对称蝶阀构造，其蝶板利用外部氟塑料封装包覆内部金属蝶板的结构来改善蝶板外缘的密封机制，以降低阀轴的扭力需求及延长氟塑料的内衬使用寿命，并提高密封关闭时的压力与温度的耐受能力，蝶板的外缘在关闭过程会有干涉滑动，并在完全关闭时达成压接密封，可以满足特殊用途的蝶阀规格，例如：

腐蚀液体：氢氟酸、盐酸、硫酸等流体输送；

最高温度：特殊用途≦200℃；

最高压力：特殊用途≦3kg@200℃。

背景技术

请参考图7A、图7B、图7C与图7D所示，现有技术的氟塑料对称蝶阀9的结构，用于输送清水、一般温度腐蚀液体的输送用途；氟塑料蝶阀9是利用橡胶的低硬度与高弹力来辅助高弯曲性的氟塑料，其结构由阀体91、蝶板92、内衬93、背环94、阀轴95等所组成。

阀体91成环状是由水平分割成二件式半圆弧阀体组成，上阀体与下阀体，用二个螺栓紧锁二件式阀体91成一体，阀体91的内圆周面911设有一沟槽912用来安装背环94，未图示，且内圆周面911也用来安装内衬93，二件式阀体上分别装设有上轴孔部913与下轴孔部914。

如图7C所示，背环94由橡胶所制成，装设在内圆周面911的环形沟槽912内与管状部931间，因此，背环94可以隬补氟塑料缺乏弹力的不足及提供高量的变形并降低扭矩需求，并提供内衬内表面933所需的变形支撑及蝶板外缘922与内衬内表面933的压接密封能力。背环94的材质耐温一般橡胶耐温度≦120℃，氟橡胶耐温度≦180℃，硅橡胶耐温度≦260℃(500℉)。

如图7D所示，内衬93具有管状部931且二端具有径向法兰932，用来做管路连接的密封面并凭借阀体91的支撑来减少管状部931在经历高温后的收缩变形，阀关闭时蝶板外缘922压接在由阀体91与背环94所支撑的管状部931的内径面，以下简称为内衬内表面933，多数管状部931采用薄型结构由背环94来提供密封所需强度，以封闭流体的流动并承受流体压力与温度，管状部931在直径方向二端各设有一水平密封平面632，该水平密封平面632的厚度涵盖该管状部931的内径与外径都有平面结构，使在该二个水平密封平面632间的直径距离小于管状部931的内径，该密封平面632的厚度大于管状部931的厚度，该密封平面632的二侧边与内衬的内径面连接处各有一接角633，该接角633由圆弧构成，用来连结厚度不同的结构；并在该密封平面632上设有一轴孔面634与一轴孔937，用来安装该阀轴95，未图示，使蝶板92可以转动以进行调节流量或开闭阀，未图示。

如图7C与图7D所示，橡胶背环94的内径会等于内圆周面23的内径也等于管状部31的外径，但在制造过程中会因制程中的收缩及变形而使管状部931的外径会因此向内凸起而稍微小于内圆周面911的内径，橡胶背环94的内径也会因制程中的收缩及变形而稍微小于内圆周面911的内径，也就是组装后内衬内表面933会因变形而向内稍微凸起而缩小内半径，使内衬内表面933的内径截面成截面曲线66a的形状而且具有凸起高度66b(h)，会使蝶板侧翼921的半径大于内衬内表面933的内半径，而增加迫紧量65(ε)，在现有技术中用二个螺栓紧锁二件式阀体92成一体时，阀体92也都会迫紧橡胶背环94与管状部931，因为阀体91也会预留公差裕度及迫紧空间。

请参考图7A、图7B所示，蝶板92成圆盘状，在蝶板92的二侧翼，以下简称为蝶板侧翼921，其截面成板状截面，以下简称为带状密封蝶板92b，密封结构称为带状密封62，其蝶板外缘922成环曲面923；其截面成锥状截面，以下简称为线性密封蝶板92a，密封结构简称为线性密封61，其蝶板外缘922成圆锥曲面924；外径略大于内衬93的内径，其半径的差值就是迫紧量65(ε)；蝶板92能承受由阀轴95传递的扭矩79(T)进行蝶阀9的开关，扭矩79(T)的来源除了原来的轴密封需求扭矩以外，在开关蝶板92时，蝶板外缘922会在内衬内表面933做迫紧滑动会有摩擦扭矩794(Tf)，以下简称干涉滑动7，以及流体扭矩792(Th)与静压扭矩793(Tp)，包含管路静压82(Ps)，如图7E与图7F所示；在蝶板外缘922的直径方向二端各有一水平密封端面635，该密封端面635相对于内衬93的该水平密封平面632，且在该密封端面635的二侧与环曲面923的连接处各有一切边角636，且该切边角636由圆弧构成，且该切边角636相对于密封平面632的接角633二者做密封；该密封端面635与该密封平面632间做轴向垂直迫紧密封，在该切边角636与接角633由垂直密封转换为径向密封，但该密封平面632与该管状部931的厚度不同，需要特别的处理来提供迫紧密封以免发生耐压泄漏；当阀门紧闭时蝶板外缘922与内衬内表面933的迫紧来形成带状密封62或线性密封61，以及轴孔面634与轴密封面637的压合，还有接角633与切边角636的密合，这些连续的迫紧面构成了所称的密封面6；在二密封端面635各设有一凸起结构，以下简称为蝶板凸起927，在蝶板凸起927的中心设有轴孔928与轴密封面637，轴孔928用来安装阀轴95，轴密封面637用来与轴孔面634压接密封，该轴密封面637与蝶板外缘922相连结构成一完整的密封面6；通常蝶板凸起927也是蝶板92有最大厚度的部分，有些设计是用直径连结929来连结二个蝶板凸起927，如图7B所示有这样的设计，如图7A所示没有这样的设计，直径连结929与蝶板凸起927的设计会强化结构强度但会使流道8的面积减少而流量性能大幅降低，也就是Cv值降低，如图7F所示。

请参考图7A所示，蝶板92的截面a-a截面位置有转动半径Ra，系指靠近阀轴95附近的位置，c-c截面位置有转动半径Rc，系指垂直于阀轴的水平方向有最大直径附近的位置，b-b截面位置有转动半径Rb，系指介于前述二者中间的位置。

请参考图7E所示，阀轴的流体扭矩792(Th)系来自关闭过程中会在蝶板侧翼921二侧与内衬93间形成二个狭缝流道81，一个是渐缩流道815，一个是突扩流道814，流体流线811会产生不对称流动的回流区812与发生空蚀，造成二侧的蝶板侧翼921承受不同的压力而造成流体扭矩792(Th)，在大型蝶阀会更明显。

请参考图8A、图8Aii、图8Aiii与图8D，带状密封蝶板92b，图9A、图9Aii、图9Aiii与图9D，线性密封蝶板92a，蝶板92在全开时会位于0度的中心线上，蝶板92在全闭时会位于90度的中心线上，当蝶板92由全开转向关闭时，蝶板侧翼921的截面a-a截面位置会先跟橡胶内衬93接触，b-b截面位置及c-c截面位置随后陆续接触，以下简称接触点72，而且不同蝶板形状的接触角度也会不同，连结接触点72与旋转轴心的连线会与90度中心线形成的一个夹角，以下简称接触角71(θ)；在相同迫紧量65(ε)下，在a-a截面有最大的接触角71(θ)，在b-b截面的接触角71(θ)次的，在c-c截面有最小的接触角71(θ)，因为在a-a截面的接触点72距离轴心最长，在b-b截面的接触点72距离轴心次的，在c-c截面的接触点72距离轴心最短；图8D与图9D，在a-a截面位置，带状密封蝶板92b的的环曲面923二侧边会有角边，由小曲率半径圆角构成，以下简称蝶板角边923a，转动时其蝶板角边923a会先与内衬内表面933接触，线性密封蝶板92a的圆锥曲面924会与内衬内表面933接触；以接触角71(θ)的大小而言，带状密封蝶板92b在各截面位置都会大于线性密封蝶板92a，接触角71(θ)愈大代表滑动干涉7的距离愈长，内衬内表面933的变形愈大。

如图8B与图9B所示，在完全关闭时，迫紧量65(ε)来自蝶板92的外半径大于内衬93的内半径的差值，内衬93的压缩比会等于迫紧量65(ε)与背环94的厚度941(s4)的比，压缩比的值依据耐压需求与材质硬度而不同，压缩比愈高耐压能力也愈高但内衬93磨损也愈高使用寿命愈短，压缩比的范围在15％-25％之间。

请参考图8C与图9C所示，若以3英寸口径的蝶阀为实施例，相同口径的现有带状密封蝶板92b的外缘922的金属板92c厚为5mm，其角边923a的曲率半径为0.5mm，提供密封宽度4mm，如图8C所示；相同口径的现有线性密封蝶板92a的外缘922的金属板92c厚为2mm，密封宽度2mm，如图9C所示；蝶板92未完全关到正确位置时将面临静压泄漏的风险。

带状密封蝶板92b的蝶板外缘922压接在内衬内表面933时迫紧量65(ε)与密封宽度63(B)愈大管路静压82(Ps)承受压力愈高，当蝶板92的外缘922是环曲面923时，如图8C所示，压接在内衬内表面933时是追求密封宽度63(B)较宽、压接压力64(P)较小、迫紧量65(ε)较低也可以承担耐高温高压的压接密封效果，例如密封宽度63(B)≧4mm，以3英寸蝶阀为例，蝶板92的内部的金属蝶板92c的外缘922不会对氟塑料封装69做集中迫紧而产生大量封装变形69a，而且内衬内表面933产生的内衬变形68(δ)也比较小。当蝶板外缘922成圆锥曲面924，如图9C所示，压接在内衬内表面933时是追求密封宽度63(B)较小、压接压力64(P)较高、迫紧量65(ε)较高的密封效果，例如密封宽度63(B)≦3mm，以3英寸蝶阀为例，蝶板92的内部的金属蝶板92c的狭小外缘922会对氟塑料封装69做集中迫紧而产生大量封装变形69a，内衬内表面933产生的内衬变形68(δ)会相对比较大，可以清楚比较出线性密封61的密封面6的宽度小于带状密封62。

请参考图9C所示，当蝶板92未正确关闭时，代表该蝶板外缘922的迫紧量65(ε)与密封宽度63(B)都会不足而容易发生泄漏，尤其线性密封61的密封宽度63(B)会严重不足，现有技术的设计对策是在位于水平直径处的c-c截面位置，使蝶板92外径不再为真圆而成近似椭圆，使c-c截面位置的迫紧量65(ε)局部增加来避免关闭不正确时的泄漏，但因为关闭过程摩擦力75(F)也增加而增加阀轴扭矩79(T)需求。

请参考图8E所示，干涉滑动7时，蝶板92的外缘922与内衬变形68(δ)的接触面形成滑动面，也形成滑动夹角74(ψ)，由滑动面的切线与该内衬内表面的垂直阀轴心的切线形成滑动夹角74(ψ)；带状密封蝶板92b的角边923a的小圆角与内衬变形68(δ)的接触面形成滑动介面，蝶板外缘922后侧的内衬内表面933的材料会承受拉力，前方的内衬内表面933会承受摩擦力75(F)而挤压材料产生凸出的内衬变形68(δ)，金属蝶板92c的外缘会因施加摩擦力75(F)而对氟塑料封装69做拉伸与挤压而产生封装变形69a，一般现有技术会在金属蝶板92c上留连结孔513来强化氟塑料封装69的结构强度来增加使用寿命，未图示。

图9E所示，线性密封61在a-a截面在关闭过程的干涉滑动7，圆锥曲面924以大于带状密封的滑动夹角74(ψ)向前滑动，也就是蝶板外缘922的圆锥曲面924会施加摩擦力75(F)来迫紧内衬内表面933，并在迫紧处形成迫紧凹陷并推移材料在前方凸出形成内衬变形68(δ)，而后侧的材料会承受更多拉力，而金属蝶板92c的外缘会对氟塑料封装69施加更大的摩擦力75(F)做迫紧与拉伸而产生更多封装变形69a，使氟塑料封装69使用寿命变更短。

如图8E与图9E所示，在关闭过程中蝶板92对内衬93做干涉滑动7，并持续承受摩擦力75(F)所产生摩擦扭矩794(Tf)直到完全关闭为止；阀轴的静压扭矩793(Tp)系来自蝶阀9已经关闭但蝶板92未完全关到正确位置时，因为管路静压开始施加在二侧蝶板侧翼921，转动方向791与压力施加方向会存在顺向方与逆向方而产生静压扭矩793(Tp)。

请比较图8E与图9E所示，迫紧量65(ε)愈大，请参考图8B与图9B所示，或滑动夹角74(ψ)愈大愈容易有材料大量变形发生；带状密封的接触角71(θ)愈大代表滑动距离也愈长有愈多材料承受变形与潜变风险；在相同迫紧量65(ε)下，线性密封61的滑动夹角74(ψ)愈大，代表大量材料变形集中在小区域内发生，也容易发生材料潜变而减损使用寿命。

以下把上列的现有技术与满足特殊规格需求的问题，归纳为下列问题：

问题1：材料变形，内衬变形68(δ)与封装变形69a，迫紧量65(ε)愈高密封能力愈佳，承受管路静压82(Ps)也愈佳，但容易有潜变发生也需要高扭矩也不利于转动时的干涉滑动7，尤其高温下会降低蝶阀寿命；带状密封62是以较大密封宽度63(B)、较低压接压力64(p)、较低迫紧量65(ε)来达成耐高压与耐高温的密封效果；线性密封61是以较小密封宽度63(B)、较高压接压力64(p)、较高迫紧量65(ε)来达成耐高压的密封效果，但容易有潜变发生也不利于耐高温。

问题2：干涉滑动，干涉滑动7在带状密封62在a-a截面位置的接触角71(θ)比较大，滑动距离也较长内衬变形68(δ)也多，在a-a截面位置容易磨损及潜变，增加泄漏风险降低蝶阀寿命；线性密封61在所有截面位置的接触角71(θ)是最小但是滑动夹角74(ψ)是最大，在高温或高迫紧量65(ε)时，氟塑料封装69与内衬内表面933都会承受相对更多的内衬变形68(δ)、封装变形69a与摩擦力75(F)，使氟塑料封装69与内衬内表面933的使用寿命变短，改善这个问题成为最重要议题。

问题3：轴孔面，轴孔面634用来与轴密封面637耦合压接密封，轴孔面634具有较大的密封宽度63(B)愈能满足密封需求，但会有愈多的滑动摩擦；必须在能满足蝶板92旋转功能下，又不会因滑动摩擦而造成磨损与潜变是重要课题；密封平面632的接角633与水平密封端面635的切边角636的密封也是问题。

问题4：流道8，蝶板92结构及蝶板外缘922的环面结构以及内衬内表面933结构，若减少流道8的面积将会造成蝶阀性能降低；直径连结929的蝶板凸起927会占据较大流道面积。

问题5：流体扭矩(Th)与静压扭矩(Tp)，在蝶板侧翼921二侧与内衬93间形成二个狭缝流道81时，蝶板92在截面c-c截面位置会因为旋转力臂73(R)最长而承受最多流体扭矩792(Th)，在关闭时也相对也承受最高静压扭矩793(Tp)，在不正确关闭时有最小接触角71(θ)会导致迫紧量65(ε)降低最多而承受最多静压扭矩793(Tp)；在现有技术的设计是增加截面c-c截面位置的迫紧量65(ε)来抵抗静压扭矩，但也提高扭矩79(T)的需求。

问题6：高温耐受性，内衬93凭借阀体91的支撑来减少管状部931在经历高温后的收缩，耐高压与高温能力来自合适的迫紧量65(ε)与恰当的干涉滑动7，使氟塑料材料强度不会因潜变而丧失；在高温下背环94需要沟槽912内能有多余的膨胀空间来容纳体积膨胀；带状密封62的高温高压耐受性会比较好；线性密封61往往无法提供耐高温的性能。

问题7：蝶板92的强度，使用较厚的带状密封蝶板92b而不采用直径连结929的结构，可以改善应力集中在蝶板中央的问题，能同时提供较高强度与较好的流量性能。

以下将回顾现有技术所提出来的各种方案，并针对上述问题与特殊规格需求，来检视这些现有技术的有效性。

参考案一：

1968年美国专利公报第US3376014A号，Replaceable substantially rigidfluorocarbon resin valve unit for use in butterfly valves，本参考案目定在做出内衬及背环可以替换的结构，对称蝶阀装置包括一两件式阀体、氟塑料封装蝶板、管状二端具有法兰的内衬及背环，蝶板有直径连结相对厚度大且二端有轴孔具有高刚性，蝶板侧翼为厚平板状结构，当内衬内表面为圆筒状时，蝶板外缘压接在内衬内表面成带状密封可以得到≦200psi的密封效果，当内衬的圆筒部的内表面为向内凸起梯形截面时，且中间位置设有圆周沟槽用来容纳蝶板外缘部成槽状带状密封，可以得到＞400psi的密封效果。

本参考案的设计结构仍有下列问题：

问题1：材料变形量--带状密封时得到≦200psi的密封效果，材料变形量少压力耐受能力也少；凸起梯形截面的内衬内表面且有沟槽得到＞400psi的密封效果，但有材料高量变形，无法满足扭矩与寿命需求。

问题2：干涉滑动--蝶板在开启关闭过程，外缘部与凸起梯形截面的内衬内表面的接触角会变小，外缘部与凸起梯形截面的内衬内表面会有大量材料变形的干涉滑动产生，迫紧量快速上升也会需求较高扭矩。

问题3：轴孔面--在轴密封面增加一条O形环作为对策。

问题4：流道--凸起梯形截面的内衬内表面会造成流道面积减少，蝶板凸起的相对厚度大，也造成流道面积减少。

问题5：流体扭矩与静压扭矩--没有资料描述。

问题6：高温耐受性--管状部的凸起梯形截面的材料体积太大无法避免经历高温后的收缩，在高温时无法由背环维持其结构强度而大幅降低高温耐受性。

问题7：蝶板强度--有径向连结与蝶板凸起且厚板状截面能提供高强度。

参考案二：

1969年美国专利公报第US3447780A号，PLASTIC RESIN LINED BUTTERFLY VALVEWITH IMPROVED SEALING ARRANGEMENTS，本参考案系针对参考案一做出创新结构，内衬采取较厚的设计，并在管状部中间的材料做厚度减薄使在外侧成一矩形凹槽，用来容纳截面做成矩形圆角边截面的背环，蝶板外缘压接在减薄的内衬内表面时，高弹力的背环能完全支撑内衬内表面受力且材料没有拉伸变形，压接面成小宽度的线性密封；在轴密封面与轴孔面也做出沟槽并用两端为楔型的长条截面O形环的密封设计，可以得到≦500psi且温度为400℉的密封效果。

本参考案的设计结构仍有下列问题：

问题1：材料变形量--锥状截面蝶板其蝶板外缘为圆锥曲面能提供线性密封，可以得到≦500psi且温度为400℉的密封效果，且满足低扭矩需求，但受限于管状部的材料厚薄不一及密封面薄材料结构及背环未用阀体的沟槽固定，在400℉的使用条件与长久使用上具有厚薄不同的结构，在耐压及寿命上是否能满足需求则缺乏资料说明。

问题2：干涉滑动--线性密封的接触角小，在开启关闭过程的干涉滑动没有大量材料变形产生，也没有较高扭矩需求。

问题3：轴孔面--在蝶板二端的轴密封面与相对应的内衬轴孔面分别设有楔型截面的环形凹槽，用来容纳氟塑料材质的O形环，且其截面为两端楔型的椭圆结构，可以得到耐压≦500psi、耐高温度400℉的密封效果，但没有详细说明线性密封面与O形环的连结及密封机制，也没有说明是否能承受转动蝶板而不会磨损，也就是使用寿命是否符合需求。

问题4：流道--圆筒截面的内衬内表面不会影响性能，有径向连结的蝶板凸起会影响性能。

问题5：流体扭矩与静压扭矩--没有资料描述。

问题6：高温耐受性--管状部外侧的矩形凹槽能随背环膨胀或变形而加大，背环将无法获得支撑来维持其强度，在高温时大幅降低高温耐受性。

参考案三：

1972年美国专利公报第US3661171A号，BUTTERFLY VALVE，本参考案目的在增进蝶阀完全关闭时的密封功能，对称蝶阀装置包括一两件式阀体、氟塑料封装蝶板、管状部二端具有法兰的内衬及背环，蝶板二端有蝶板凸起并设有阀轴为高刚性平板状结构，蝶板外缘用来构成带状密封，阀体内径面具有沟槽可以安装背环，该沟槽宽度稍大于蝶板外缘厚度，圆筒部外侧具有二个径向平行外伸的肋，可以把圆形截面的背环安装在二个肋的中间再安装到阀体内径面的沟槽内，但背环会在中央部分把内衬内表面作径向凸起0.036英英寸，使内衬内表面为内凹又凸起的形状，圆筒部的两侧边相对于中央凸起距离低于0.028英英寸，也就是圆筒部截面在中央部份少0.008英英寸成内凹型状，当蝶板外缘压接在内衬内表面时，会把背环压扁使内衬内表面平顺，使蝶板外缘的干涉滑动摩擦减小，蝶阀在转动时扭矩不会增大也不会造成磨损；本参考案做进一步修正，把蝶板外缘做成圆锥曲面能做线性密封，这时内衬的材料会承受较少的拉伸张力，减少潜变发生与摩擦力产生，减少扭矩需求也会进一步延长蝶阀寿命。

本参考案的设计结构仍有下列问题：

问题1：材料变形量--圆筒状内衬内表面用背环做出一些凸起的设计，使原来的带状密封做出近似线性密封的效果，但密封宽度及迫紧量受限于O型环尺寸，若以截面直径10mm的橡胶O型环来说，其压接迫紧量约0.036英英寸(0.91mm)似乎压缩比的比例会太低，<10％，且缺乏引证资料数据支持其效用，蝶板外缘做成圆锥曲面时，做线性密封时压接面积减少耐压能力也会更减少。

问题2：干涉滑动--内衬内表面有做微形内凹0.008英英寸中央又有凸起0.036英英寸的设计近似线性密封的条件，转动蝶板的接触角变小，扭矩需求低使二者相互的干涉滑动摩擦减小，而且内衬的圆筒部外侧具有二个径向平行外伸的肋，可以减少干涉滑动造成内衬内表面的材料变形，有助于提高使用寿命。

问题3：轴孔面--系在背环增加O形环结构，并额外增加一个杯型零件来增加轴孔面的密封。

问题4：流道--内衬内表面由背环撑住凸起0.036英英寸，流道面积减少的影响不显着，蝶板凸起只在轴端没有占用大的流道面积，且蝶板截面为平板不影响性能。

问题5：流体扭矩与静压扭矩--没有资料描述。

问题6：高温耐受性--在高温时选用硅橡胶背环可以有膨胀空间，内衬的圆筒部外缘具有二个平行径向外伸的肋，而能维持其高温耐受性。

问题7：蝶板强度--有蝶板凸起且蝶板截面为平板，应力会集中在中间，适用于中小尺寸蝶阀。

参考案四：

1998年日本专利公报第JPH1078143A号，SEAT RING FOR BUTTERFLY VALVE，本参考案是从1979年日本专利公报第JPS54103645U号，Butterfly Valve，1980年日本专利公报第JPS55142169A号，SEAT RING OF BUTTERFLY VALVE，二个现有案重新实用新型而来，本参考案目的在低度开启阀时，增进低流量的流量线性度的可控制性，同时提供蝶板所必须具备的环形内衬，能满足转动时蝶板外缘做压接在内衬内表面的二个曲面上；本参考案是一般常温用途的橡胶内衬蝶阀，橡胶具有高变形量高弹性但无法抗腐蚀与高温，且其蝶板使用金属板有圆锥曲面的蝶板外缘能提供线性密封，但其解决问题的方法及说明仍有助于对问题1到问题7的厘清，同时也可以解释为何本参考案的现有技术无法满足硬度与强度较高的氟塑料内衬用在高温高压下的需求；本参考案的内衬内表面是向内凸起的曲面且为山形截面的环形结构，以下简称山形结构，该山形结构的顶端系沿着内衬的轴孔面的中心线，在内衬内表面作环形分布，该山形结构由二个轴孔分成二个半圆形结构，二个轴孔面都能提供蝶板外缘的轴密封面压接密封,；山形结构的截面系以轴孔面的中心线为中心，由二段对称曲线构成山形结构的二边的二段斜面，且该山形结构在不同的圆周角度上有不同的宽度也就是不同长度的二段曲线，在该山形结构在a-a截面的轴孔端有较小宽度，在c-c截面远离轴孔端有较大宽度，且该二段斜面的边线相互平行，这样的山形结构系用来提高橡胶内衬的结构强度，阀关闭时蝶板会压接在内衬内表面的二段斜面，也就是蝶板外缘与内衬内表面的接触角会大幅缩小且约略相等，干涉滑动的摩擦长大幅缩短，可以降低扭矩需求并延长蝶阀寿命；2002年中国台湾专利公报第TW496934B号，Butterfly valve and thinplate ring，2003年日本专利公报第JP2003014139A号，BUTTERFLY VALVE，在改进内衬内表面成不对称梯形截面的凸起环形结构，以增进阀的密封效果并降低扭矩须求，可以视为本参考案的进一步改良，但这样的橡胶材料结构明显无法适用于氟塑料材料，问题点说明如下：

问题1：材料变形量--蝶板能够做出小面积大量材料变形，橡胶内衬可以容许大量材料变形的线性密封，山形截面结构提供足够强度。若以氟塑料来做这样的山形结构，无法承受小面积大量材料变形的潜变问题，而以氟塑料封装的蝶板外缘在压接时，狭小的金属圆弧面对封装氟塑料压接，也会有压接密封留下的潜变问题，造成蝶板的封装失效而让腐蚀液渗入。

问题2：干涉滑动--蝶板做线性密封时接触角相对小许多，内衬内表面的山形结构在轴孔端a-a截面的宽度较小有比较陡的曲面，迫紧量会快速上升反而会有高量变形及高摩擦力产生。氟塑料内衬而言，蝶板在轴孔端必须在较陡曲面做干涉滑动，氟塑料无法承受小面积大量材料变形及高摩擦力产生，阀轴附近的泄漏风险大并降低蝶阀寿命；蝶板封装的氟塑料及内衬内表面的氟塑料都会承受高的材料变形与潜变，造成蝶板的封装失效而让腐蚀液渗入。

问题3：轴孔面--蝶板外缘的轴密封面在轴孔面有大面积的干涉压接密封，并且橡胶材质能满足蝶板在旋转下，不会因干涉滑动摩擦而造成磨损与潜变。氟塑料的内衬在轴密封面与轴孔面必须另外设计，因为大面积压接会造成氟塑料的压合面受潜变与摩擦损坏，会产生泄漏并降低蝶阀寿命。

问题4：流道--内衬内表面为山形结构，会减少流道面积且造成蝶阀性能降低；金属材质有径向连结的蝶板凸起，会占用流道面积。

问题5：流体扭矩与静压扭矩--没有资料描述。

问题6：高温耐受性--橡胶材料本来就缺乏较好的高温耐受性，而氟塑料凸起梯形截面的材料体积太大，在高温时无法维持其结构强度而大幅降低高温耐受性。

问题7：蝶板强度--有直径连结与蝶板凸起且锥形截面能提供高强度。

参考案五：

2003年日本专利公报第JP2003166654A号，BUTTERFLY VALVE，本参考案目的在改进蝶阀在高温下及常温都有很好的密封性，而且所需的扭矩不会因背环的高温膨胀而加大；本参考案的对策在阀体的内周面还设有体积分散沟，让由橡胶所制成的背环在高温时能膨胀，而减少对氟塑料的内衬内表面做挤压，当蝶板作线性密封时，蝶板外缘在内衬内表面做干涉滑动摩擦能维持较少的体积干涉量而不会增加扭矩。

问题1：材料变形量--以氟塑料封装的蝶板作线性密封时，比较不会有因为压接密封造成大量材料变形的潜变问题，但也因此而无法提供高压力耐受能力。

问题2：干涉滑动--以氟塑料封装的蝶板作线性密封时接触角变得比较小，而且在橡胶背环有做凸出的斜面，让蝶板对内衬内表面做较小面积的干涉滑动摩擦扭矩需求低，而狭小的金属圆弧面对封装的氟塑料会施加较小张力或剪力，也不会造成薄型蝶板的封装氟塑料失效。

问题3：轴孔面--没有资料作进一步说明。

问题4：流道--在橡胶背环有做凸出的斜面，把内衬内表面稍微向内凸起，不会造成蝶阀性能降低；有蝶板凸起且具径向连结占用大的流道面积会影响性能。

问题5：流体扭矩与静压扭矩--没有资料描述。

问题6：高温耐受性--在阀体的内周面还设有体积分散沟，让由橡胶所制成的背环在高温时能膨胀，而减少对氟塑料内衬的内衬内表面做挤压，但线性密封在高温用途时密封性能降低。

参考案六：

2012年日本专利公报第JP2012219819A号，AIRTIGHT STRUCTURE OF BUTTERFLYVALVE，本参考案目的在改进蝶阀的密封性，尤其是针对在内衬内表面的中间部分做出环形内凹球面，并连结到有球型内凹表面的轴孔面，蝶板外缘能作一整圈的有效带状密封以增进阀的密封效果并降低扭矩需求，经过对比分析证明可以均匀的产生压接变形而有效密封。

问题1：材料变形量--蝶板做带状密封时是利用小面积的环形内凹球面结构，产生较大面积的蝶板外缘压接但只有少量体积变形的密封效果，比较不会有因为压接密封造成大量材料变形的潜变问题，具有高压耐受能力。

问题2：干涉滑动--以氟塑料封装的蝶板的厚度会比较大，做带状密封时是利用环形内凹球面减少接触角，而且干涉滑动摩擦过程中材料只做少量的迫紧，扭矩需求低，只会做做较小量体积的干涉摩擦，内凹球面的薄层氟塑料承担张力与剪力比较少，内凹球面的薄层氟塑料有比较高的使用寿命。以氟塑料封装的蝶板外缘在干涉滑动摩擦时，蝶板内部的金属角边对封装的氟塑料施加张力或剪力较少，也不会对封装氟塑料造成潜变问题。

问题3：轴孔面--也维持原有的球型表面，但大面积的接触仍会有磨损的问题。

问题4：流道--内衬内表面中间有小型的环形内凹球面，不会减少流道面积且也不会降低蝶阀性能，只有在二轴端有蝶板凸起不占用大的流道面积，且蝶板截面为厚的平板不会影响性能。

问题5：流体扭矩与静压扭矩--没有资料描述。

问题6：高温耐受性--内衬内表面中间有小型的环形内凹球面，代表在内衬内表面内凹部分有更薄的厚度更容易产生材料变形，在高温时内衬内表面会比较容易向内收缩，在高温时会因内凹球面向内收缩而影响高温耐受性，但背环橡胶高温膨胀也会影响内凹球面向外凸出而降低高温耐受性。

问题7：蝶板强度--有蝶板凸起且板状截面，蝶板强度依赖的厚度，在中小型尺寸蝶板能提供高强度结构。

参考案七：

2015年中国专利公报第CN204344951U号，High-precision and corrosion-resistance butterfly valve，本参考案目的在改进内衬内表面成为内凹球面结构，以下简称内凹球面，以增进阀的密封效果并降低扭矩需求，阀的内衬为氟塑料材质，蝶板也是氟塑料制成，未说明是否用氟塑料封装的金属蝶板，由图示可以认定为蝶板能作出线性密封，橡胶背环安装在阀体内面凹槽内，用来增加内凹球面的密封性。

问题1：材料变形量--若以氟塑料来做这样的内凹球面结构，以氟塑料封装的蝶板做线性密封时，是小面积变形的密封效果不会有大量材料变形的潜变问题，但也因此而无法提供高压力耐受能力。

问题2：干涉滑动--蝶板作线性密封时接触角小，在转动蝶板时做较小面积的干涉滑动且摩擦少扭矩需求低，内凹球面的薄层氟塑料会缺乏背环橡胶的固定而承担张力与剪力，内凹球面的薄层氟塑料容易产生皱折而损坏而让腐蚀液渗入。

问题3：轴孔面--维持原有的球型表面，没有资料作进一步说明。

问题4：流道面积--内衬内表面为内凹球面，会减少流道有效面积且降低蝶阀性能。

问题5：流体扭矩与静压扭矩--没有资料描述。

问题6：高温耐受性--内衬内表面为内凹球面，代表在内衬内表面在流道方向的截面展开成直线的长度，比阀体宽度更长的长度，在高温时内凹球面会向内收缩，无法由背环维持其内凹球面结构，而且高温时背环橡胶向球心膨胀，都会大幅降低高温耐受性。

问题7：蝶板强度--有蝶板凸起且锥形截面，能提供耐高温高压强度。

参考案八：

2016年日本专利公报第JP2016041967A号，VALVE BODY OF BUTTERFLY VALVE ANDTHE BUTTERFLY VALVE，本参考案是从2004年日本专利公报第JP2004239343号，VALVEELEMENT OF BUTTERFLY VALVE，2007年日本专利公报第JP2007032683A号，BUTTERFLYVALVE，二个现有案重新实用新型而来，本参考案是用在金属蝶板上，其方法手段也可以应用在氟塑料封装的蝶板，本参考案的目的在改进蝶阀的重量，流动阻力及降低扭矩，系通过蝶板结构减重且不降低蝶板强度下达成，而在密封及流体流动上维持高性能，当蝶板关闭时，蝶板的强度足以承担管路压力而不会变形导致密封失效，当蝶板打开时，位于管路流道内的蝶板不会明显降低流道面积，蝶板不会引起流体产生紊流与发生空蚀来增加流动阻力。本参考案的蝶板结构具有在垂直方向的直径连结与蝶板凸起来提供结构刚性，而且还具有水平椭圆截面的肋板，并在靠近蝶板外缘附近设有厚度为蝶板厚度一倍的环形来加强蝶板侧翼的结构强度。

问题1：材料变形量，蝶板做线性密封，蝶板金属片外径侧的厚度是2.5mm，本参考案并没有揭示内衬内表面的条件，在氟塑料内衬时压接面宽度只有2.5mm而无法提供高温高压耐受力。

问题2：干涉滑动，本参考案并没有揭示内衬内表面的条件，基本上线性密封可以得到低变形低扭矩的效果，若用在蝶板氟塑料封装时，在高迫紧量下的干涉滑动会造成氟塑料封装的材料变形与潜变而无法提供高温高压耐受力。

问题3：轴孔面，轴密封面为球形曲面。

问题4：流道，直径连结与蝶板凸起占用大的流道面积，水平方向的椭圆截面肋板虽然占用流道面积但让流道紊流减少。

问题5：流体扭矩与静压扭矩，降低紊流与减少空蚀可以降低流体扭矩。

问题6：高温耐受性，线性密封而无法提高其高温耐受性。

问题7：蝶板强度，有直径连结与蝶板凸起且板状截面的厚度只有2.5mm，而蝶板侧翼还具有一水平方向的椭圆截面肋板，并在靠近蝶板外缘附近设有厚度为蝶板厚度一倍的环形结构，仍能提供足够强度。

参考案九：

2017年中国专利公报第CN106415087A号，Seal Structure for Butterfly Valve(蝶形阀的密封构造)，本参考案目的在改进蝶阀在高温下及常温都有很好的密封性，而且所需的扭矩不会因背环的高温膨胀而加大；一种蝶形阀的密封构造，在阀体表面的内周面上分别设置由树脂材料构成的内衬，内衬在直径方向相对置位置处设置轴孔，含轴孔与轴孔面，蝶板具有蝶板凸起能穿过内衬与橡胶背环并安装在阀体的轴孔部，并且在蝶板凸起的中心孔安装阀轴，当将该阀轴旋转操作时蝶板外缘压接密封在内衬内表面上，其特征在于，上述阀体内衬的内径如下设定：在开阀时上述内衬内表面的内径在上述橡胶背环的弹力作用下变形为与上述蝶板的外径相比为小径的内径，另一方面，在闭阀时上述蝶板推压，并在橡胶背环的弹力作用下，回复到未变形前的内径，将该变形前的内径设为包含公差与上述蝶板外径相同或比蝶板外径稍大。

问题1：材料变形量，在蝶板金属片外径侧的厚度是3mm，氟塑料封装的蝶板是做线性密封，而且内衬内表面在压缩后的内径接近于原来的未受橡胶背环压缩的直径，也非常接近于蝶板外径，也就是内衬内表面没有受到蝶板外缘的压接而产生伸张，而且本引证按揭示的压缩比为13％左右，1.3mm/10mm，其目的在降低压接密封造成大量材料变形的潜变问题，追求线性密封及低迫紧量约13％能够减小约23％的转矩，但压接面宽度只有3mm而无法提供高压高温耐受力。

问题2：干涉滑动，蝶板外缘只跟内衬内表面中间凸起的环形密封面接触做线性密封，接触角变得比较小，扭矩需求低，蝶板外缘对内衬内表面做较小面积的干涉滑动摩擦，迫紧量约13％，对内衬内表面施加较小张力或剪力，可以达成23％的扭矩减少；蝶板内金属3mm厚的外圆弧面对封装的氟塑料会施加较小张力或剪力，而且跟一般现有技术一样，在蝶板金属片靠近外径侧设有通孔可以增加封装氟塑料的强度，不会造成蝶板的封装失效。

问题3：轴孔面，在轴孔二端背侧设有凸台，加强轴孔面的密封性能，并连结到内衬内表面。

问题4：流道，内衬内表面中间凸起的环形密封面，会造成流道面积减少约5％，在二轴端只有蝶板凸起不占用大的流道面积，且蝶板截面为锥形不会影响性能。

问题5：流体扭矩与静压扭矩，没有资料描述。

问题6：高温耐受性，橡胶背环在内衬内表面撑起中间凸起密封面，让橡胶背环在高温时能膨胀到内衬与阀体间的空间，而减少对氟塑料内衬的管状部做过多挤压，但仍受限于线性密封而无法让高温耐受性提高。

问题7：蝶板强度，有蝶板凸起且锥形截面能提供耐高结构强度。

参考案十：

2008年中国专利公报第CN100376828C号，Valve body of miter valve，本参考案目的在使罚全开时的流量系数Cv值不会减少，而减少在全开和中间开度时的流体阻力，同时使阀体重量更轻，本参考案的表一有附流量系数Cv值。

参考案十一：

日本Tomoe Valves公司的蝶阀型录，编号Tomoe Valves USA catalog-846t-847t-847q-20150601，本参考案系该公司的一份产品型录，这份型录有提供氟塑料蝶阀的流量系数Cv值表，该流量系数Cv值系以3英寸口径蝶阀来参考比较。

由以上的各个参考案经过问题1到问题7的讨论后，发现针对≦200℃的高温用途，密封宽度与干涉滑动造成的材料变形二项问题缺乏完整的解答而无法满足耐高温高压需求，而且还有低扭矩、高流量高Cv值、长使用寿命、高可靠度等性能问题也需要再厘清，由此可知道目前氟塑料内衬蝶阀的各种现有解决方案并无法满足本发明以下的特殊用途的蝶阀规格。

腐蚀液体：氢氟酸、盐酸、硫酸等流体输送，厚度含腐蚀裕度。

性能品质：高流量、低扭矩、长使用寿命、耐高温高压、高可靠度。

最高温度：特殊用途≦200℃。

最高压力：特殊用途≦3kg@200℃。

发明内容

本发明为满足上述需求，提出一种蝶板与阀体采用复合密封方式，来改善高温操作下蝶板与阀体的密封宽度问题，与降低干涉滑动的缺点，而且具有能维持高性能优点，使蝶阀构造同时在密封耐压能力、降低扭矩、高温耐受性与阀性能上都能获得改善的创新发明。

为实现上述目的，本发明采用的技术方案是：

一种氟塑料蝶阀构造，其特征在于，包含有：一阀体、一蝶板、一内衬、一背环；

该阀体呈圆环状，包括水平分割成半圆弧的一上阀体与一下阀体，该上阀体与该下阀体紧锁成一体，且该上阀体与该下阀体组装方向是一轴向，该阀体具有一内圆周面，该内圆周面设有梯形截面的一沟槽；

该蝶板呈圆盘状，包含有一蝶板外缘，且在该蝶板外缘的轴向二端各有一水平密封端面，该水平密封端面与该蝶板外缘的一环曲面连接，连接处各有圆弧的一切边角；在该蝶板外缘的轴向二端的该水平密封端面各设有一阀轴与一凸起部，该阀轴与该凸起部同心，该凸起部设有一轴密封面及凸起的一密封环，该轴密封面、该切边角与该环曲面相连成一蝶板密封面；

该内衬相对该阀体呈圆环状，该内衬有一内径侧与一外径侧，该内衬的二端各包括有一径向法兰，且该内衬包含有一管状部，该管状部的内径侧为一内衬内表面；该内衬在该轴向二端各设有一水平密封平面，该水平密封平面的厚度大于该管状部的厚度，且所指厚度是涵盖该内衬的内径侧与外径侧；在该水平密封平面上设有一轴孔与一轴孔面，且围绕在该轴孔的外围的该内径侧与该外径侧各设有该轴孔面，该水平密封平面的内径侧与该管状部的内径侧连接处有圆弧的一接角，在该内径侧的该轴孔面上设有一密封凹槽；在该内径侧的该轴孔面、该接角与该内衬内表面相连成一内衬密封面；该内衬安装在该阀体的该内圆周面；

该背环是梯形截面的弹性体，装设在该沟槽内且紧贴于该管状部的该外径侧；

该蝶板密封面与该内衬密封面中，该轴孔面相对于该轴密封面，该蝶板外缘环曲面相对于该内衬内表面，该密封环相对于该密封凹槽，以及该接角相对于该切边角，这些部位迫紧密合，形成连续且平顺的一密封面；该蝶板在全开时相对一中心线的夹角为0度，该蝶板在全闭时相对该中心线的夹角为90度，该中心线是指垂直于该轴向且通过该轴孔中心的线，当该蝶板由全开转向关闭时，该蝶板外缘靠近该阀轴的位置先跟内衬内表面接触，该蝶板外缘由靠近该阀轴的位置往该蝶板的中央部位随后陆续跟内衬内表面接触，连结该蝶板外缘跟该内衬内表面的一接触点与该旋转轴心的连线会与该中心线形成一个接触角，该蝶板外缘跟该内衬内表面的任一个接触点会有不同的接触角；该蝶板外缘与该内衬内表面做干涉滑动时，该蝶板外缘会跟该内衬的一内衬变形的接触面形成滑动面，该滑动面的切线与该内衬内表面垂直阀轴的切线形成滑动夹角；该环曲面包含一不等宽度圆筒面与一不等宽度曲面所构成的复合密封；该不等宽度圆筒面的密封宽度在靠近该阀轴位置处有较窄的密封宽度，在靠近该蝶板的中央部位有最宽的密封宽度；该不等宽度圆筒面在靠近该阀轴位置处的密封宽度超过该蝶板内部一金属蝶板外缘厚度的50％以上，在靠近该蝶板的中央部位的密封宽度超过该金属蝶板外缘厚度的70％以上；该不等宽度曲面是由该蝶板的表面向该蝶板外缘延伸；该不等宽度曲面在靠近该阀轴位置具有最长平滑弧线，在靠近该蝶板的中央部位具有最短平滑弧线，且该不等宽度曲面配置在该蝶板的关闭转动方向；在该蝶板做关闭或开启动作时，该不等宽度曲面与该内衬内表面做干涉滑动。

所述的氟塑料蝶阀构造，其中，该蝶板有该金属蝶板及一氟塑料封装，该氟塑料封装包覆该金属蝶板，上述环曲面位于该氟塑料封装上，该金属蝶板的外缘也有一对应的曲面结构，一不等宽圆筒面与不等宽曲面，该不等宽曲面在靠近该阀轴具有最长平滑弧线，在靠近该蝶板的中央部位具有最短平滑弧线，且不等宽曲面配置在蝶板的关闭转动方向。

所述的氟塑料蝶阀构造，其中，3英寸蝶阀的该蝶板厚度8mm，且该蝶板外缘在靠近该阀轴位置其密封宽度在4mm以上，在靠近该蝶板的中央部位其密封宽度在5.6mm以上。

所述的氟塑料蝶阀构造，其中，该密封面的压缩比等于迫紧量与背环厚度的比值，该压缩比的范围在15％至20％的范围。

所述的氟塑料蝶阀构造，其中，该蝶板被二端的该凸起部分隔成二个蝶板侧翼，该蝶板侧翼的截面是板状截面或锥状截面。

所述的氟塑料蝶阀构造，其中，该沟槽底部设有一凸环，该凸环的凸环高度小于该沟槽的沟槽深度，当该背环被安装在该沟槽时，形成一膨胀空间，该凸环的凸环宽度等于该蝶板内部的一金属蝶板的金属蝶板厚度的1.5倍到2倍之间，但小于该沟槽的底部宽度。

所述的氟塑料蝶阀构造，其中，该背环的内径实质上等于该阀体的内径；该管状部的外径实质上等于该阀体的内径。

所述的氟塑料蝶阀构造，其中，该不等宽度曲面的平滑弧线都是接近椭圆曲线。

一种氟塑料蝶阀构造，其中，包含有：一阀体、一蝶板、一内衬、一背环；

该阀体呈圆环状且由水平分割成半圆弧的一上阀体与一下阀体，且二者其上都设有紧锁部及轴孔部，该上阀体与该下阀体紧锁成一体，且该上阀体与该下阀体组装方向是一轴向，该阀体包括有一内圆周面，该内圆周面设有梯形截面的一沟槽；

该蝶板呈圆盘状且包括有一蝶板外缘，在该蝶板外缘的轴向二端各有一水平密封端面，且该水平密封端面与该蝶板外缘的一环曲面连接，连接处各有圆弧状的一切边角；在轴向二端的该水平密封端面各设有一凸起部及一阀轴，该凸起部及该阀轴同心，该凸起部上设有一轴密封面及凸起的一密封环，该轴密封面、该切边角与该环曲面相连成一蝶板密封面；

该内衬相对该阀体呈圆环状，该内衬有一内径侧与一外径侧，该内衬的二端各包括有一径向法兰，且该内衬包括有一管状部，该管状部的内径侧为一内衬内表面；该内衬在该轴向二端各设有一水平密封平面，该水平密封平面的厚度大于管状部的厚度，且所指厚度是涵盖该内衬的内径侧与外径侧；在该水平密封平面上设有一轴孔与一轴孔面，且围绕在该轴孔的外围的该内径侧与该外径侧各设有该轴孔面，该水平密封平面的的内径侧与该管状部的内径侧连接处各有圆弧的一接角，在该内径侧的该轴孔面上有设有一密封凹槽；在该内径侧的该轴孔面、该接角与该内衬内表面相连成一内衬密封面；该内衬安装在该阀体的该内圆周面；

该背环是梯形截面的弹性体，装设在该梯形截面沟槽内且紧贴于该管状部的该外径侧；

该蝶板密封面与该内衬密封面中，该轴孔面相对于该轴密封面，该蝶板外缘环曲面相对于该内衬内表面，该密封环相对于该密封凹槽，以及该接角相对于该切边角，这些部位迫紧密合，形成连续且平顺的一密封面；

在该水平密封平面的外径侧，且在该轴孔二侧沿着该管状部还各设有一加强部，该加强部的宽度大于该蝶板内部的一金属蝶板的厚度的二倍以上，并使该水平密封平面与该管状部的厚度能平顺变化。

所述的氟塑料蝶阀构造，其中，该加强部平顺化该接角的厚度。

一种氟塑料蝶阀构造，其中，包含有：

一阀体；

一蝶板，以一阀轴枢接在该阀体上，凭借该阀轴枢转，使该蝶板用以开启或封闭该阀体；

该蝶板有一蝶板外缘，该蝶板外缘有一环曲面，该环曲面包含一不等宽度圆筒面；该不等宽度圆筒面的密封宽度自该阀轴朝向该蝶板的中央部位呈渐宽的型态，该不等宽度圆筒面在靠近该阀轴位置的密封宽度超过内部一金属蝶板外缘厚度的50％以上，该不等宽度圆筒面在靠近该蝶板的中央部位的密封宽度超过该金属蝶板外缘厚度的70％以上。

所述的氟塑料蝶阀构造，其中，该环曲面还包含一不等宽度曲面与该不等宽度圆筒面构成一复合密封结构；该不等宽度曲面是由该蝶板的表面向该蝶板的外缘延伸；该不等宽度曲面的平滑弧线自该阀轴朝向该蝶板的中央部位呈渐窄的型态，且该不等宽度曲面配置在该蝶板的关闭转动方向。

本发明的功效说明如下：

问题1：材料变形量--复合密封的不等宽度圆筒面，可以追求更大的密封宽度及合理压接压力来达成密封，可以采用更合适压缩比来达到密封需求，内衬内表面的材料会有更少的变形，更不容易有潜变发生，在更大的密封宽度代表耐压能力高，可以承受更大的压力变动；且高温时材料仍有大面积的支撑，高温耐受性提高，这些优点都可以提高蝶阀寿命。

问题2：干涉滑动--复合密封的不等宽度曲面取代现有角边，不等宽度曲面提供的接触角变小，滑动长度变短，来做相对平顺滑动的干涉滑动，内衬内表面的材料会承受的拉伸张力与剪力降低，愈不容易有材料潜变发生且摩擦力也降低，扭矩需求降低，增加蝶阀耐压能力与高温耐受性及增长蝶阀使用寿命。

问题3：轴孔面--水平密封端面的轴密封面设有凸起密封环能与水平密封平面的轴孔面的密封凹槽作干涉压接密封而减少压接密封面积，可以缩小蝶板凸起的外径增加流道面积，也可以减少因滑动摩擦而造成磨损与潜变，降低泄漏风险并延长蝶阀寿命；在轴孔二侧各设有一加强部，使水平密封平面与管状部的厚度能平顺变化，提升水平密封平面的密封能力。

问题4：流道--当蝶板开启形成狭缝流道时，不等宽度曲面会加大狭缝流道的宽度，且蝶板外缘成平滑曲面，有助于提高蝶板位于小角度开启时的流量；蝶板没有直径连结，不会占据大的流道面积，蝶板侧翼截面采用板状截面或锥状截面，蝶板阀轴的二侧的分开较小外径凸起部占据较小流道面积，内衬内径面为圆筒形且等于管道内径，可以确保足够流道面积与流量。

问题5：流体扭矩与静压扭矩--蝶板侧翼与内衬内表面形成狭缝流道，不等宽度曲面会加大狭缝流道的宽度而有更大流量，并减少分离流与紊流而让流体扭矩更低；在靠近该阀轴位置处，不等宽度圆筒面的最小密封宽度超过蝶板内部的金属蝶板外缘厚度的50％以上；在靠近该蝶板的中央部位，不等宽度圆筒面的最小密封宽度超过蝶板内部的金属蝶板外缘厚度的70％以上，可以大幅提升抗静压扭矩的能力，且减少静压泄漏的风险。

问题6：高温耐受性--不等宽度圆筒面有比较宽的密封宽度，而且不等宽度曲面的干涉滑动平顺，可以减少内衬内表面的材料变形，高温高压耐受性佳；内衬的管状部没有复杂结构，高温变形也大幅减少；阀体内侧的梯形沟槽能容纳背环的高温膨胀。

问题7：蝶板强度--蝶板的凸起部分开且没有直径连结，蝶板侧翼截面采用厚板状截面或锥状截面能提供高强度。

附图说明

图1是本发明的氟塑料蝶阀外观及组立图。

图2A是包含有加强部的内衬剖视图。

图2B是包含有加强部的内衬的密封平面视图。

图3是内衬与背环组合图。

图4A是本发明的蝶板在轴向的上视图。

图4B是本发明的蝶板侧视图。

图4C是本发明的蝶板的不等宽度圆筒面与不等宽度曲面的立体图。

图4D是本发明的蝶板的金属蝶板的立体图。

图5Ai、图5Aii、图5Aiii分别是本发明的蝶板在a-a,b-b,c-c截面位置与内衬内表面的接触点示意图。

图5B是本发明的蝶板接触内衬使内衬及背环被挤压变形构成密封的示意图。

图5C是本发明的蝶板在轴向的上视图。

图5D是本发明的蝶板在a-a截面位置与内衬内表面的接触点剖视图。

图5E是本发明的蝶板的干涉滑动剖视图。

图6A是本发明的蝶阀的狭缝流道示意图。

图6Bi是本发明的蝶阀的流量系数Cv值在不同开度曲线图。

图6Bii是参考案十的3英寸蝶阀的流量系数Cv值在不同开度曲线图。

图6Biii是参考案十一的3英寸蝶阀的流量系数Cv值在不同开度曲线图。

图7A是现有氟塑料蝶阀外观图。

图7B是现有氟塑料封装蝶板的结构视图。

图7C是现有氟塑料蝶阀的内衬与背环组合图。

图7D是现有氟塑料蝶阀的内衬的管状部剖视图。

图7E是现有蝶板在关闭蝶阀时所需扭矩示意图。

图7F是现有蝶板在开启蝶阀形成狭缝流道时所需扭矩示意图。

图8Ai、图8Aii、图8Aiii分别是现有氟塑料蝶阀的带状密封蝶板在a-a,b-b,c-c截面位置与内衬内表面的接触点示意图。

图8B是现有氟塑料蝶阀的带状密封的密封面变形与压接压力图。

图8C是现有氟塑料蝶阀的带状密封的密封面形状图。

图8D是现有氟塑料蝶阀的带状密封在a-a截面位置与内衬内表面的接触点剖视图。

图8E是现有氟塑料蝶阀的带状密封的干涉滑动剖视图。

图9Ai、图9Aii、图9Aiii分别是现有的线性密封蝶板在a-a,b-b,c-c截面位置与内衬内表面的接触点示意图。

图9B是现有氟塑料蝶阀的线性密封的密封面变形与压接压力图。

图9C是现有氟塑料蝶阀的线性密封的密封面形状图。

图9D是现有氟塑料蝶阀的线性密封在a-a截面位置与内衬内表面的接触点剖视图。

图9E是现有氟塑料蝶阀的线性密封的干涉滑动剖视图。

附图标记说明：1-对称蝶阀；2-阀体；21-上阀体；211-紧锁部；212-轴孔部；22-下阀体；221-紧锁部；222-轴孔部；23-内圆周面；232-沟槽；233(γ)-梯型夹角；234-凸环；235-膨胀空间；236(t2)-凸环宽度；237(s1)-沟槽深度；238(t3)-底部宽度；239(s2)-凸环高度；24-紧锁螺孔；25-中心线；3-内衬；31-管状部；311-内衬内表面；312-轴孔；315-管状部外径；318-加强部；32-径向法兰；4--背环；41-背环内径；42-梯形截面；43(α)-梯型夹角；45(s3)-厚度；46-轴孔部；5-蝶板；51-金属蝶板；511-外缘；513-联结孔；514-不等宽圆筒面；515-不等宽曲面-；515a-最长弧线；515c-最短弧线；516-蝶板侧翼-；517-凸起部-；518-水平密封端面-；519-切边角-；53-蝶板外缘；531-环曲面；532-不等宽圆筒面；533-不等宽度曲面；533a-最长平滑弧线；533b-较短平滑弧线；533c-最短平滑弧线；54-凸起部；544-轴孔；55-阀轴；55a-上阀轴；55b-下阀轴；56-蝶板侧翼；57-蝶板外径；6-密封面；61-线性密封；62-带状密封；63(B)-密封宽度；631(t1)-金属蝶板厚度-；632-密封平面-；633-接角-；634-轴孔面；634a-密封凹槽；635-密封端面；636-切边角；637-轴密封面；637a-密封环；64(p)-压接压力；65(ε)-迫紧量；66-向内凸起；66a-凸起曲线；66b(h)-凸起高度；67-复合密封；68(δ)-内衬变形-；69-封装；69a-封装变形-；7-干涉滑动；71(θ)-接触角；72-接触点；73(R)-旋转力臂；74(ψ)-滑动夹角；75(F)-摩擦力；79(T)-扭矩；791-转动方向；792(Th)-流体扭矩；793(Tp)-静压扭矩；794(Tf)-摩擦扭矩；8-流道；81-狭缝流道；811-流线；812-回流区；813(W)-狭缝宽度；814-突扩流道；815-渐缩流道；82(Ps)-静压；9-氟塑料蝶阀；91-阀体；911-内圆周面-；912-沟槽-；913-上轴孔部；914-下轴孔部；92-蝶板；92a-线性密封蝶板；92b-带状密封蝶板；92c-金属蝶板；921-蝶板侧翼；922-蝶板外缘-；923-环曲面；923a-角边-；924-圆锥曲面-；927-蝶板凸起-；928-轴孔-；929-直径连结-；93-内衬-；931-管状部；932-径向法兰-；933-内衬内表面-；937-轴孔-；94-背环-；941(t4)-厚度；95-阀轴。

具体实施方式

请参考图1、图2A、图2B、图3、图4A、图4B、图4C与图4D，一种氟塑料对称蝶阀1，包括一阀体2、一内衬3、一背环4与一蝶板5。

该阀体2呈圆环状，包括由水平分割成半圆弧的二件式部件，分别是一上阀体21与一下阀体22，二者用二个螺栓紧锁成一体，且该上阀体21与该下阀体22组装的方向是一轴向，该上阀体21其上设有一紧锁部211及一轴孔部212，该下阀体22其上设有一紧锁部221及一轴孔部222；该阀体2的一内圆周面23用来安装该氟塑料的内衬3；该内圆周面23上并设有呈梯形且夹角233(γ)的一沟槽232，用来安装具有梯形截面42且夹角43(α)的该背环4，如图3所示；该沟槽232底部设有一凸环234，该凸环234的高度239(s2)小于该沟槽232的深度237(s1)，该凸环234的宽度236(t2)等于该蝶板5内部的一金属蝶板51的厚度631(t1)的1.5倍到2倍之间，请参考图4A，但小于底部宽度238(t3)。

该内衬3相对该阀体2呈圆环状，该内衬3有一内径侧与一外径侧，该内衬3二端各有一径向法兰32，且该内衬包含有一管状部31，该管状部31的外径315会安装在该阀体2的内圆周面23，关闭时该蝶板5的蝶板外缘53压接在该管状部31呈圆筒状的一内衬内表面311，由该阀体2与该背环4所支撑，以封闭流体的流动并承受流体压力与温度，该内衬3在该轴向二端各设有一水平密封平面632，该水平密封平面632的厚度大于该管状部31的厚度，该水平密封平面632在该内径侧与外径侧都做平面结构，使该二个水平密封平面632间的直径距离小于该管状部31的内径，该内衬3在该水平密封平面632的内径侧与该内衬3在该管状部31的内径侧相连接，连接处各有圆弧状的一接角633；在该水平密封平面632上设有一轴孔312，且在该水平密封平面632的内径侧与外径侧各设有一轴孔面634，围绕在该轴孔312的外围用来压接密封，在内径侧的轴孔面634上有设有一密封凹槽634a，内径侧的该轴孔面634、该接角633与该内衬内表面311相连结构成一完整的密封面6；在该水平密封平面632的外径侧且在轴孔312二侧各设有一加强部318，分布在一中心线25上且宽度大于该蝶板5内部的金属蝶板51的厚度631(t1)的二倍以上，使该水平密封平面632与该管状部31的厚度能平顺变化，来改进该接角633的泄漏问题，该中心线25是指垂直于该轴向且通过该轴孔312中心的线。

请参考图3所示，该背环4由橡胶所制成的弹性体，装设在该阀体2的内圆周面23的沟槽232内与该氟塑料内衬3的管状部31间，也配合该蝶板5的一阀轴55的需求设有轴孔部46，该背环4的内径41基本上等于该阀体2的内径；当该背环4被安装在该沟槽232内部时，还留有一膨胀空间235来满足高温下的热膨胀需求；该背环4在受迫紧时会填满膨胀空间235的80％以上，在高温膨胀下几乎会完全填满；该管状部31的外径315基本上等于该阀体2的内径，该背环的内径41与该内衬内表面311会因制造过程收缩而尺寸略小并向内凸起；该背环的厚度45(s3)加上该凸环234的高度239(s2)会等于该沟槽232的深度237(s1)，但可能会因制造过程收缩变形而使该背环4的厚度45(s3)略大而使该背环4的内径比该阀体2内径略小，而且该内衬内表面311也会因相同制造收缩理由成为向内凸起，使该内衬内表面311的截面成为凸起曲线66a；这些都需要制程控制使凸起高度66b(h)落在合理范围，由于该蝶板5安装到该内衬3的管状部31时必须产生足够迫紧量65(ε)才能达到密封效果，在制造过程中这些凸起高度66b(h)都必须受到管制也都包含在迫紧量65(ε)的计算中，该迫紧量65(ε)请参阅图5Ai、图5Aii、图5Aiii。

请参考图4A、图4B、图4C与图4D所示，该蝶板5呈圆盘状且该蝶板5有一蝶板外缘53，该蝶板外缘53有一环曲面531，该蝶板5在该轴向二端各有一水平密封端面635，该水平密封端面635相对于该内衬3的该水平密封平面632，且该水平密封端面635与该环曲面531的连接处各有圆弧状的一切边角636，且该切边角636相对于该内衬3内径侧的接角633二者做密封；该水平密封端面635与该水平密封平面632间做轴向垂直迫紧密封，在该切边角636与该接角633由垂直密封转换为径向密封，由于该加强部318平顺化厚度使得迫紧均匀而不会发生流体自阀轴55位置处泄漏问题；在该水平密封端面635设有与一阀轴55同心的一凸起部54及该阀轴55，该阀轴55有长的一上阀轴55a与短的一下阀轴55b；该阀轴55穿过该内衬3的二轴孔312被安装在该阀体2的上阀体21的轴孔部212与下阀体22的轴孔部222，使该蝶板5可以转动以进行调节流量或开闭阀；该蝶板5被该凸起部54分隔成二个蝶板侧翼56，该蝶板侧翼56的截面可以成板状截面或锥状截面，其中，大型尺寸的蝶阀采用锥状截面(如图7E所示)，小型尺寸的蝶阀采用板状截面(如图4A所示)。

蝶板5的蝶板外缘53外径略大于内衬内表面311的内径，二者的差值的一半即为单边半径的迫紧量65(ε)，如图5Ai、图5Aii、图5Aiii所示，密封面6的压缩比等于迫紧量65(ε)与背环4的厚度45(s3)的比值，而依选用背环4的材质与耐压耐温需求，该压缩比的范围在15％-22％的范围，而蝶板侧翼56的外缘的金属蝶板51的厚度631(t1)能提供密封宽度≧4mm的复合密封，以3英寸蝶阀为例，如图4A所示。

请参考图1所示，该水平密封端面635的凸起部54的一轴密封面637设有凸起的一密封环637a，能与该轴孔面634的密封凹槽634a做密封并能缩小凸起部54的外径，使该蝶板外缘53与该内衬内表面311的压接密封也连接到轴密封面637与轴孔面634，形成连续可靠的密封面6，含该水平密封端面635与该水平密封平面632的密封。

请参考图4A、图4B、图4C与图4D，这里说明蝶板外缘53具有能满足高温、高压、低扭矩及良好使用寿命的一种复合密封结构67，该复合密封结构67包括：蝶板外缘53的环曲面531是由一不等宽度圆筒面532与一不等宽度曲面533所构成的平顺曲面，而且该不等宽度曲面533位于蝶板5的转动方向791(如图5D)；这里所提到的a-a截面位置、b-b截面位置与c-c截面位置，这些截面的位置相同于图7A所示的现有蝶阀的割面线位置；该不等宽度圆筒面532的密封宽度63(B)在a-a截面位置有较窄的密封宽度63(B)，在b-b截面位置有次大的密封宽度63(B)，在c-c截面位置有最宽的密封宽度63(B)，也即由靠近该阀轴55位置处往靠近该蝶板5的中央部位渐宽变化，而且该不等宽度圆筒面532构成密封面6的一部份，该不等宽度圆筒面532相对于该不等宽度曲面533的另一侧边为角边535，具有小的圆弧半径连结到蝶板侧翼56表面，且该角边535位于蝶板5的打开方向侧，该角边535与该内衬内表面311产生极少的干涉滑动7；而该不等宽度曲面533是由蝶板5的蝶板侧翼56表面向外缘53延伸构成，该不等宽度曲面533在a-a截面位置具有一最长平滑弧线533a，在b-b截面位置具有一较短平滑弧线533b，在c-c截面位置具有最短平滑弧线533c，也即由靠近该阀轴55位置处往靠近该蝶板5的中央部位渐窄变化；该不等宽度曲面533会跟该内衬内表面311产生干涉滑动7，该最长平滑弧线533a、该较短平滑弧线533b与该最短平滑弧线533c都是接近椭圆曲线，椭圆的短径垂直于蝶板侧翼56表面，这些曲线也可以由数个圆弧来构成；蝶板5内部的金属蝶板51的外缘511也有对应的曲面结构，如蝶板侧翼516、凸起部517、水平密封端面518、切边角519，如图4D所示，不等宽圆筒面514与不等宽曲面515，在a-a截面位置具有最长弧线515a，在c-c截面位置具有最短弧线515c。

如图4A所示，该复合密封结构67能满足高温、高压的专利特征为：以3英寸口径蝶阀为例，该金属蝶板51外缘厚度为8mm，该不等宽度圆筒面532在a-a截面的密封宽度63(B)超过该金属蝶板51外缘的厚度631(t1)的50％以上，且其密封宽度在4mm以上；该不等宽度圆筒面532在c-c截面的密封宽度63(B)超过金属蝶板51外缘的厚度631(t1)的70％以上，且其密封宽度在5.6mm以上；使该不等宽度圆筒面532与内衬内表面311压接成连续可靠的密封面6，而且也连接到该轴密封面637与该轴孔面634，如图2A、图4C所示，在c-c截面的密封面6有最大的半径也承受最大的静压力矩，而有最大的密封宽度63(B)能提供更高的耐压气密能力，这样的密封宽度63(B)不会小于现有带状密封62的宽度。

请参考图5Ai、图5Aii、图5Aiii所示，该复合密封结构67(参阅图4A至图4D)能满足低扭矩及良好使用寿命的原因是：该不等宽度曲面533在a-a截面的接触角71(θ)变小且滑动距离大幅降低，该不等宽度曲面533的接触角71(θ)接近于现有线性密封的接触角71(θ)。

请参考图5Ai、图5Aii、图5Aiii、图5B、图5C、图5D与图5E所示，该复合密封结构67(参阅图4A至图4D)能满足低扭矩及良好使用寿命的进一步说明，复合密封结构67在a-a截面在关闭过程中，该不等宽度曲面533与该内衬内表面311产生干涉滑动7，而且该不等宽度曲面533能以滑动夹角74(ψ)向前滑动，摩擦力75(F)作用在该内衬内表面311，并在迫紧处形成迫紧凹陷与在蝶板外缘53的前方形成前方凸出的内衬变形68(δ)，该内衬变形68(δ)的内衬内表面311的材料会承受挤压，变形大小依迫紧量65(ε)大小而定，蝶板外缘53后侧的内衬内表面311的材料会承受拉力；该复合密封结构67的滑动夹角74(ψ)及内衬变形68(δ)都会比带状密封62与线性密封61更小；滑动夹角74(ψ)及内衬变形68(δ)愈大愈不利于高温用途，也就是内衬内表面311与蝶板5外部的氟塑料封装69的材料承受愈大的潜变与摩擦力75(F)。

请参考图6所示，当该蝶板5在打开或关闭过程中，该蝶板5会处于某一开度使流道8出现狭缝流道81，这时会在该蝶板5的二侧分别出现突扩流道814与渐缩流道815，如图中流线811所示，流体在流动过程中会在该蝶板5背侧出现回流区812，蝶板5的蝶板外缘53的不等宽度曲面533可以为狭缝流道81带来更多流动面积，也就是有更大的狭缝宽度813(W)，这样非常有助于提高蝶板5在小角度位置时的流量与Cv值，也可以降低流体扭矩792(Th)。

在一大气压下关闭本发明蝶阀的扭力为40Ntm，以3英寸蝶阀为例，而且是在接近90度时才需要这样的扭矩，从零度到80度只需要<30Ntm的扭矩，开启时只需要<20Ntm的扭矩，这样的结果代表内衬内表面311所承受的干涉滑动7平顺发生，而且承受的摩擦力75(F)减少，尤其开启过程需要的扭矩降低也代表摩擦力75(F)大幅减少而增加蝶阀1的使用寿命。

本发明的实施例在标准测试台进行的测试，蝶板5的角度分布在0度、18度、36度、54度、72度、90度，0度为全开90度为全关，测试结果的流量系数Cv值如表一所示，第十参考案的Cv值如表二所示，第十一参考案的Cv值如表三所示；这三个流量系数Cv值在不同蝶板开度的曲线图请参考图6Bi、图6Bii及、图6Biii的曲线A、曲线B与曲线C，以下为本发明的蝶阀与这二个参考案的比较说明：

1.本发明蝶板的流量系数Cv曲线的线性度优于参考第十案与参考第十一案。

2.本发明蝶板在低开度36度就有流量系数Cv％＝16％，参考第十案在开度35度Cv％＝9％，参考第十一案在开度40度Cv％＝11％。

3.本发明蝶板在中开度54度就有流量系数Cv％＝34％，参考第十案在开度55度Cv％＝23％，参考第十一案在开度60度Cv％＝26％。

表一

表二

表三

Claims

1.一种氟塑料蝶阀构造，其特征在于，包含有：一阀体、一蝶板、一内衬、一背环；

2.根据权利要求1所述的氟塑料蝶阀构造，其特征在于，该蝶板有该金属蝶板及一氟塑料封装，该氟塑料封装包覆该金属蝶板，上述环曲面位于该氟塑料封装上，该金属蝶板的外缘也有一对应的曲面结构，一不等宽圆筒面与不等宽曲面，该不等宽曲面在靠近该阀轴具有最长平滑弧线，在靠近该蝶板的中央部位具有最短平滑弧线，且不等宽曲面配置在蝶板的关闭转动方向。

3.根据权利要求1所述的氟塑料蝶阀构造，其特征在于，3英寸蝶阀的该蝶板厚度8mm，且该蝶板外缘在靠近该阀轴位置其密封宽度在4mm以上，在靠近该蝶板的中央部位其密封宽度在5.6mm以上。

4.根据权利要求1所述的氟塑料蝶阀构造，其特征在于，该密封面的压缩比等于迫紧量与背环厚度的比值，该压缩比的范围在15％至20％的范围。

5.根据权利要求1所述的氟塑料蝶阀构造，其特征在于，该蝶板被二端的该凸起部分隔成二个蝶板侧翼，该蝶板侧翼的截面是板状截面或锥状截面。

6.根据权利要求1所述的氟塑料蝶阀构造，其特征在于，该沟槽底部设有一凸环，该凸环的凸环高度小于该沟槽的沟槽深度，当该背环被安装在该沟槽时，形成一膨胀空间，该凸环的凸环宽度等于该蝶板内部的一金属蝶板的金属蝶板厚度的1.5倍到2倍之间，但小于该沟槽的底部宽度。

7.根据权利要求1所述的氟塑料蝶阀构造，其特征在于，该背环的内径实质上等于该阀体的内径；该管状部的外径实质上等于该阀体的内径。

8.根据权利要求1所述的氟塑料蝶阀构造，其特征在于，该不等宽度曲面的平滑弧线都是接近椭圆曲线。

9.一种氟塑料蝶阀构造，其特征在于，包含有：一阀体、一蝶板、一内衬、一背环；

10.根据权利要求9所述的氟塑料蝶阀构造，其特征在于，该加强部平顺化该接角的厚度。

11.一种氟塑料蝶阀构造，其特征在于，包含有：

一阀体；

12.根据权利要求11所述的氟塑料蝶阀构造，其特征在于，该环曲面还包含一不等宽度曲面与该不等宽度圆筒面构成一复合密封结构；该不等宽度曲面是由该蝶板的表面向该蝶板的外缘延伸；该不等宽度曲面的平滑弧线自该阀轴朝向该蝶板的中央部位呈渐窄的型态，且该不等宽度曲面配置在该蝶板的关闭转动方向。