CN110953372B - 用于阀门的密封系统 - Google Patents

Abstract

一种用于阀门的密封系统，用于中断流体穿过阀门的路径，包括入口适配器，阀体，设置在入口适配器和阀体之间的密封件以及密封体，所述密封件具有密封开口，当阀门打开时流体通过该密封开口流动。所述密封体安装于阀体内并可绕大致垂直于流体流动路径的轴线旋转，密封体具有圆顶形的密封元件以及布置在侧面的轴承元件。所述密封体可定位的在阀门打开位置和阀门关闭位置之间旋转运动。

Description

用于阀门的密封系统

技术领域

本发明涉及一用于阀门的密封系统，其用于阻止流体沿着阀门的流动。

背景技术

阀门通常用于控制或阻止气体或液体的流动，在这个过程中，一个密封体会在阀门内移动。阀门通过将整个密封体压在适当形状的开口上来减少或中断流动。

特别的，阀门也可用于燃气表以中断气流。在此，具有密封体的适当的密封系统可以用于其中以为实现气流的完全中断。其中，旋转阀门尤其适合用于调节或中断燃气表中的气流。其中，密封体在阀门关闭和阀门打开的位置被固定，从而中断或允许气流通过。

现有的通常由金属或塑料制成的具有球形或锥形形状的密封体，其内具有可允许特定体积的流体流过的通道。此外，现有的还存在由具有塑料包覆模制的金属芯构成的球形的密封体，这种类型的阀门的功能原理是将密封体旋转90°，从而使流体停止或允许通过。

由于现有的阀门密封系统存在大量单个部件，组装复杂和/或昂贵并且存在泄漏的风险。

发明内容

有鉴于此，本发明的目的在于提供一种用于阀门的密封系统，该密封系统能够可靠地阻止流体流动并且避免了在阀门打开和关闭位置时由于密封体而导致的不均匀应力。本发明密封系统同样可以在生产过程中降低成本，提高效益。

本发明提供一种用于阀门的密封系统，用于中断流体穿过阀门的路径，包括入口适配器，阀体，设置在入口适配器和阀体之间的密封件，以及密封体。所述密封件具有密封开口，当阀门打开时流体通过该密封开口流动。所述密封体安装于阀体内并可绕大致垂直于流体流动路径的轴线旋转，密封体具有圆顶形的密封元件以及布置在侧面的轴承元件。其中，所述密封体可定位的在阀门打开位置和阀门关闭位置之间旋转运动。密封元件在阀门关闭位置完全封闭密封开口，在阀门打开位置与密封件没有接触点。

进一步地，所述密封开口为圆形或椭圆形。

进一步地，所述密封体围绕穿过轴承元件的轴线旋转或枢转。

进一步地，所述密封系统还包括弹簧元件，密封件的密封件和密封元件彼此通过弹簧元件的运行相互压紧。

进一步地，所述密封系统还包括弹簧元件以及弹簧引导元件，弹簧元件的运行受到所述弹簧引导元件以及入口适配器的限制，阀门关闭位置时，弹簧元件的弹力通过密封体作用于密封元件上。

进一步地，所述弹簧元件被集成在所述密封件中。

进一步地，所述密封件的形状和/或所述密封件在所述密封系统内的位置使得所述密封件具有弹力。

进一步地，轴承适配器可旋转地安装在阀体内，弹簧元件布置在轴承适配器内，密封体可移动地地连接至该轴承适配器。

进一步地，所述密封件被设计为密封唇。

进一步地，所述密封体在所述打开和关闭阀位置之的角度至少为90°。

本发明实施方式中的密封系统能够可靠地阻止流体流动并且避免了在阀门打开和关闭位置时由于密封体而导致的不均匀应力。本发明密封系统同样可以在生产过程中降低成本，提高效益。

附图说明

图1是本发明一实施例提供的密封系统的分解示意图。

图2A和2B是图1所示的密封系统在阀门关闭位置时的截面示意图。

图3A和3B是图1所示的密封系统在阀门打开位置时的截面示意图。

图4A，4B和4C示出了具有轴承适配器的密封系统的示意图。

图5A和5B示出了具有多个弹簧元件的密封系统。

图6A和6B示出了不具有独立的弹簧元件的密封系统。

图7示出了本发明另一实施例提供的密封系统的示意图。

如下具体实施方式将结合上述附图进一步说明本发明，其中，类似的元件采用了相同的标号。

具体实施方式

以下将结合附图以及具体实施方式对本发明进行详细说明，以使得本发明的技术方案及其有益效果更为清晰明了。可以理解，附图仅提供参考与说明用，并非用来对本发明加以限制，附图中显示的尺寸仅仅是为了便于清晰描述，而并不限定比例关系。

需要说明的是，当一个组件被认为是“连接”另一个组件，它可以是直接连接到另一个组件或者可能同时存在居中组件。当一个组件被认为是“设置于”另一个组件，它可以是直接设置在另一个组件上或者可能同时存在居中组件。本文所使用的术语“外壳”以及类似的表述只是为了说明的目的。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“或/及”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

图1示出了用于阀门的密封系统1的示意图。本发明中，阀门通过所述密封系统1被密封，通过对所述阀门的设置，流体可以通过阀门，或者经由机械屏障，如密封体2，进而被阻止。

密封体2大体上包括具有密封表面3a的密封元件3以及布置在其侧面的两个轴承元件4。通过将密封元件3的密封表面3a设置于环形密封件5上可以密封所述密封件5上的圆形或椭圆形的密封开口6。本实施方式中，密封表面3a是密封元件3的表面，其在阀门关闭位置时面向密封件5的方向并且抵靠密封件5和密封开口6。所述密封件5的密封开口6可以通过所述密封元件3完全闭合，进而阻止流过所述密封开口6的流体。流体路径通过密封开口6轴向延伸至密封件5。

本实施方式中，密封体2通过轴承元件4围绕穿过横向布置的轴承元件4的轴线可旋转地支撑。进而，密封元件3可以枢转以远离所述密封开口6。密封体2布置在阀体7内，密封体2通过轴承元件4固定在阀体7中。

本实施方式中，为了在密封件5和密封体2之间实现良好的密封，弹簧元件8布置在密封件5的背离阀体7的一侧，弹簧元件8通过弹簧引导元件9引导进而被保持。弹簧元件8在密封件5上施加力，从而增加密封件5和密封体2之间的压力。这里对应的，入口适配器10的设置使得弹簧元件8可以在密封件5上施加力，其能够借助固定元件通过卡扣方式与阀体7连接。组装后，所述弹簧元件8在空间上被所述弹簧引导元件9限制，从而产生一个作用于弹簧引导元件9的力。本实施方式中，所述阀体7背离密封件5的一侧设置有第二适配器元件，即出口适配器11，其同样设计成能够与阀体7连接。

上述密封系统1的设计尤其适用于在密封件5的轴向方向上简单且快速地组装。其中，密封体2通过与阀体7的卡扣连接接合。由于密封体2的对称性，其不需要组装在特定的位置。密封体2被设计成使得轴承在组装到内部时变形，因此，可以达到足够的底切以将密封体2牢固地固定在安装状态。此外，在该实施例中，密封体2在其圆顶形密封元件3的内部设置有十字形或十字形凸起部分。这种十字形提供了一个简单的夹具，其可以自定中心拾取和安全装配以用于自动装配。

为了安装密封件5，密封件5放置在阀体7上并且由于部件的几何形状而预先中心化(pre-centred)。在安装弹簧元件8时，弹簧元件8插入入口适配器10中，并且弹簧引导元件9通过入口适配器10中的卡扣连接与弹簧元件8锁定在一起。然后，入口适配器10以及由弹簧元件8，弹簧引导元件9组成安装的弹簧系统，通过卡扣连接卡扣在阀体7上。在这种情况下，密封件5的精确定心也会发生。然后，密封件5以静态地背对背密封方式被固定在阀体7和入口适配器10之间。

图2A和2B分别示出了密封系统1的在阀门关闭位置时截面示意图，与图2A相比，图2B的截面相对旋转90°。密封体2用于防止流体流过阀门，密封件5在入口适配器10和阀体7之间提供气密密封。密封体2具有密封表面3a的密封元件3抵靠密封件5以完全阻挡流体的流动路径。

密封体2具有布置在其侧的轴承元件4，密封体2通过该轴承元件4安装成可在阀体7内旋转。布置在侧面的轴承元件4具有轴承销以将密封体2安装在阀体7内。另外，密封体2在横向设置的轴承元件4的区域具有开口，以供驱动轴通过。

入口适配器10与阀体7连接。弹簧元件8的弹簧力作用于密封件5上，用于确保密封元件3和密封件5之间的密封。弹簧元件8围绕弹簧引导元件9且居中布置。弹簧元件8对密封件5的作用力加强了密封件5和密封体2之间的密封。通过入口适配器10上的限位挡块，密封件5上的弹簧作用受到限制。

进一步的，所述密封件5上方和下方的壳体部分彼此密封并且在入口适配器10和阀体7之间同样存在背对背密封方式静态地密封。本实施方式中，此处可以为轴向密封，也可以为径向密封，或者为径向和轴向密封的组合。在阀体7的底部，出口适配器11在底部方向上终止密封系统1。出口适配器11可以根据客户的需求以特定的方式连接到阀体7，例如通过激光焊接的机械和气密连接也是合适的。

当阀门关闭时，介质即流体从“上方”流过可以由客户定制的入口适配器10，然后通过弹簧引导元件9，由于阀门是关闭的，流体由于密封件5和密封体2而被阻止进一步的流动。

本实施方式中，流体在到达阀体之前在入口适配器是内流动。根据本发明，流体首先流经入口适配器，然后流经密封件，然后流经阀体。

本实施方式中，圆顶形的密封元件3，也成为活阀门，其具有球形表面的一部分的形状，也并非必须是完美的球形。其中，布置在一个或多个侧面上的轴承元件4之间的区域，特别是在中央的区域，可以被设计成以其他方式变平或变形。这里重要的是它只是球形表面的一部分，并且基本上遵循球的形状。一个球形部分的密封元件3的尺寸优选地适合于密封件5的尺寸，其中密封元件的表面的表面积大于密封开口的表面面积，并且优选的小于两倍密封开口的表面面积。

布置在侧面上的一个或多个轴承元件邻近于密封元件布置并且可以具有不同的形状。轴承元件例如可以具有伸入阀体的对应开口中的突起。可替代地，轴承元件本身可以具有开口，杆可以通过该开口插入。

图3A和3B示出了处于打开位置的阀门密封系统1。此时，介质可以沿着流动路径流动并通过阀门。与图3A相比，图3B中的截面在阀门的打开位置时相对旋转90°。与图2A和2B中的位置相比，密封体2相对枢转超过90°。密封体2围绕穿过轴承元件4的轴线旋转或枢转。密封体2的具有密封表面3a的密封元件3在该位置不与密封件5接触，由于阀门完全打开，流体可以流过密封件5中的密封开口6。根据这种构造，阀门打开时，密封体完全离开密封件。通过这种方式，防止了密封体在阀门打开位置时施加在密封件上的不均匀应力。

在本实施方式中，为了确保密封元件3的外表面和密封件5之间的距离，密封元件3枢转大于90°的角度。较佳的，枢转通过115°的角度，密封元件3可靠地完全离开密封件5。对于具有稍微更多安装空间的替代实施例中，也可以仅枢转具有90°的角度。另外，通过减小密封开口6相对于密封体2的尺寸，可以实现密封体2在打开和关闭阀位置之间的角度小于115°。此时还能够有利地减小密封表面3a的尺寸并因此也减小密封元件3的尺寸。

弹簧引导元件9通过卡扣与客户定制的入口适配器10接合。通过弹簧引导元件9，弹簧元件8被可变形的固定，使得弹簧元件8仅能够沿弹簧元件8的轴线移动。借此，弹簧元件8施加在密封件5上的力的方向也限制在轴向方向上。弹簧引导元件9由于弹簧元件8的弹力而轴向偏转。弹簧元件8轴向偏转并且均匀地作用在密封件5上。因此，密封件5在旋转对称性方面以有利的方式受到应力。密封件5由于安装在阀体7内，进而限制了密封件5的偏转。如此在关闭过程中将密封体2插入密封件5中是有利的。密封件5额外的在入口适配器10和阀体7之间提供静态的背对背密封方式。如图所示，这可以是轴向密封的形式，也可以是径向密封或轴向和径向密封的组合。

本实施方式中，所述阀门通过密封体2的旋转运动来打开和关闭。密封体2借助于驱动轮12的枢转将阀门在打开位置于关闭位置之间运动。其中，驱动轮12连接到一电动机控制齿轮装置，阀门打开位置时，流体可以通过密封开口6流入，在阀门关闭位置，密封元件3通过密封表面3a抵靠密封件5以阻挡密封开口6，如图2A和2B所示。本实施方式中，驱动轮12连接至轴承元件4的开口。

本实施方式中，密封元件的厚度是恒定的，密封元件3的恒定厚度可简化注塑成型的过程。在替代方案中，密封表面3a的厚度基本恒定，但是密封体2可以另外具有抓握肋。这些抓握肋是密封元件3上的凸起点，这些凸起点本身优选地尺寸较小，并且抓握臂可通过这些凸起点抓紧密封体2并改变其位置。优选地，抓握肋可以设计为密封元件内部的把持肋。

在可选的方案中，密封元件的中心区域是平坦的。该中央区域也特别适合于在密封元件的该中央区域上布置抓握肋。如此设计使得自动化系统可以更容易地抓住密封体。

在一种可能的实施方式中，密封元件3具有环形的密封表面3a，该环形的密封表面被设计为能够放置在环形的密封件5上。

图4A示出的密封系统1中的密封体2通过其侧面的轴承元件4连接轴承适配器4a。轴承适配器4a可旋转地安装在阀体7内。轴承适配器4a内布置有弹簧元件8。这些弹簧元件8的运动受到轴承适配器4a和密封体2的限制。通过这些弹簧元件8，力被施加在密封体2上。如图所示，阀门在关闭位置时，弹簧元件8产生的力作用于在密封体2的密封元件3上，使密封表面3a压靠在密封件5上，从而改善了密封件5和密封体2之间的密封。

图4B示出了密封体2的具有密封表面3a的密封元件3和轴承适配器4a。在此，布置在密封体2的侧面的轴承元件4与轴承适配器4a连接。轴承元件4柔性地连接到轴承适配器4a，使得轴承元件4能够相对于轴承适配器4a移位一定距离。通过这种方式，弹簧元件8的弹力通过密封体2作用在密封件5上。图4C示出了轴承适配器4a，其中弹簧元件8安装在其中。轴承适配器4a可以连接到密封体2并且可以安装在阀体内。其中，本实施方式中，密封体2的旋转轴线通过所述轴承适配器4a。

图5A和5B示出了密封系统1的另一实施例，其中多个弹簧元件8布置在入口适配器10内。图5A为阀门结构的剖视图，图5B是从斜上方看的示意图。

图6A和6B示出了不具有单独的弹簧元件的实施例。在此通过密封件5本身提供用于支撑密封开口6的密封以及用于入口适配器10和阀体7之间的气密密封的必要弹簧力。此时，密封件5可以设置为集成有弹簧元件的密封件5，或者密封件5可以适当地支撑在阀体7上或入口适配器10上，并且可以实现相同的密封功能。如此，减少了部件的数量，即没有了弹簧元件和弹簧引导元件。如图6A所示的实施方式中，弹簧元件以弹性肋或突起的形式集成到密封件5中。

图6B所示的实施方式中，密封件5可以支撑在入口适配器10上或阀体7上。这里，根据安装空间，设计为具有密封唇的密封件5受到预应力。如此设计也可以使得密封体2可靠地插入密封件5中，而不会在其运动中受到弹簧力的限制。

可选的，弹簧元件也可以集成在密封体中。

图7示出的密封系统1中，密封件5安装在入口适配器10的侧面。布置在阀体7上的密封体2关闭并密封相对于入口适配器10设置的阀体7。

本发明可以增加密封系统的坚固性，并且可以减少零件的数量和节约零件的成本。特别地，本发明还适合于自动化。通过本发明可以简化密封系统的组装，由此在优选的方案中，首先安装密封体，然后安装密封件，然后安装弹簧元件。

由于具有小型化的部件，特别是密封体，因此能够以较低的能量消耗进行操作，因此本发明允许可靠的阀功能，并且相对于驱动单元减少了能量输入。

以上实施方式仅用以说明本发明的技术方案而非限制，尽管参照以上较佳实施方式对本发明进行了详细说明，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或等同替换都不应脱离本发明技术方案的精神和范围。

Claims (10)

1.一种用于阀门的密封系统，用于中断流体穿过阀门的路径，包括：

入口适配器，

阀体，所述阀体及所述入口适配器沿所述阀体的轴线方向依次排列，设置在入口适配器和阀体之间的密封件，所述密封件具有密封开口，当阀门打开时流体通过该密封开口流动，

密封体，安装于阀体内并可绕大致垂直于流体流动路径的轴线旋转，密封体具有圆顶形的密封元件以及布置在侧面的轴承元件，

其中，所述密封体可定位的在阀门打开位置和阀门关闭位置之间旋转运动；其中，密封元件在阀门关闭位置完全封闭密封开口，在阀门打开位置与密封件没有接触点；

所述密封件为环形密封件，所述密封件放置于所述阀体上时由于部件的几何形状进而预先中心化，所述密封体通过第一卡扣与所述阀体连接，所述入口适配器通过第二卡扣与所述阀体连接，所述密封件进而以静态地背对背密封方式被固定在所述阀体和入口适配器之间。

2.如权利要求1所述的密封系统，其特征在于：所述密封开口为圆形或椭圆形。

3.如权利要求1所述的密封系统，其特征在于：所述密封体围绕穿过轴承元件的轴线旋转或枢转。

4.如权利要求1所述的密封系统，其特征在于：所述密封系统还包括弹簧元件，密封件与密封体的密封元件彼此通过弹簧元件的运行相互压紧。

5.如权利要求1所述的密封系统，其特征在于：所述密封系统还包括弹簧元件以及弹簧引导元件，弹簧元件的运行受到所述弹簧引导元件以及入口适配器的限制，阀门关闭位置时，弹簧元件的弹力通过密封体作用于密封元件上。

6.如权利要求5所述的密封系统，其特征在于：所述弹簧元件被集成在所述密封件中。

7.如权利要求6所述的密封系统，其特征在于：所述密封件的形状和/或所述密封件在所述密封系统内的位置使得所述密封件具有弹力。

8.如权利要求4所述的密封系统，其特征在于：轴承适配器可旋转地安装在阀体内，弹簧元件布置在轴承适配器内，密封体可移动地连接至该轴承适配器。

9.如权利要求1-8中任意一项所述的密封系统，其特征在于：所述密封件被设计为密封唇。

10.如权利要求1-8中任意一项所述的密封系统，其特征在于：所述密封体在所述打开和关闭阀位置之间的角度至少为90°。