CN112088270A - 阀和封闭构件 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种阀(1)，该阀包括：流动通道和封闭构件(4)。第一密封表面(6)沿着流动通道的壁设置，并且第二密封表面(9)沿着封闭构件(4)的密封部段(10)的外边缘设置。转动轴线(16)从密封部段(4)偏移第一预定距离(D1)，从封闭构件(4)的中心线偏移第二预定距离(D2)。为了确保封闭构件的平稳操作，第二密封表面和第一密封表面(9、6)中的至少一个具有至少在一个区域(A、B)中相对于封闭构件的中心轴线(Chor)不对称的非锥形形状。

Description

阀和封闭构件
本发明的背景
技术领域
本发明涉及蝶阀，尤其涉及在蝶阀中使用的密封表面的形状。
背景技术
先前已知了一种阀，该阀具有在第一开口和第二开口之间延伸的流动通道。封闭构件(盘)布置在流动通道中，以能够绕驱动轴的转动轴线转动，用于使封闭构件在打开位置和关闭位置之间移动。
阀的本体的一侧上的第一密封表面和密封构件的一侧上的第二密封表面在封闭构件的闭合位置中彼此接触，以防止通过流动通道的流动。第一密封表面可以例如是夹紧在阀的本体上的座环。第二密封表面例如可被加工在封闭构件的与座环配合的边缘上。可替代地，第一密封表面可被加工在阀的主体上，而第二密封表面可以是位于封闭构件上的座环，或者，仍然可替代地，两个密封表面都可以是单独的座环的表面。配合的密封表面可以是例如实心设计或层压设计、金属对金属设计或者金属对塑料设计。
典型地，这种先前已知的蝶阀具有如图1所示的三重偏置/偏心设计；将封闭构件的转动轴线放置在密封表面的密封点的中心线的后面以获得第一偏移201(第一偏心度)，将封闭构件的转动轴线204(轴中心线)相对于封闭构件或阀孔的中心线偏移以获得第二偏移202(第二偏心度)，以及限定密封表面形状的锥体的轴线相对于封闭构件的中心线205偏移以获得第三偏移203(第三偏心度)。从图2中可以最好地看到由锥体206的表面形成的密封表面的形状。
这种阀的一个例子是由Mesto Corporation(美卓公司)制造的
Figure BDA0002747152670000011
Neldisc高性能三偏心蝶阀。图3图示了Neldisc三偏心座的原理。如图1和图2所示，阀的盘被加工成接近公差，以产生类似于从实心金属锥体上截取的倾斜片的椭圆形形状。当阀关闭时，椭圆形盘在封闭构件的长轴(垂直于轴的转动轴线)处使浮动的座环向外移位，从而使得其在封闭构件的短轴(平行于轴的转动轴线)处接触盘。当阀打开时，释放接触，座环返回到其原始圆形形状。三重偏移设计基本上仅在封闭的最终点处形成了密封表面接触，并且在其整个操作循环过程中，不会发生封闭构件超出行程。
对这种先前已知的阀的挑战确保在封闭构件处于关闭位置时阀尽可能紧密并且在整个生命周期中保持阀的密封完整性。
发明内容
本发明的目的是解决上述问题并获得改进的阀。该目的通过根据独立权利要求1所述的阀和根据独立权利要求12所述的封闭构件来实现。
在密封表面处使用三偏心非锥形形状使得可能获得一形状，该形状使得随着阀性能的提高同时使由封闭构件转动所引起的磨损最小。
在从属权利要求中公开了本发明的优选实施例。
附图说明
在下文中，将通过示例并参考附图来更详细地描述本发明，其中
图1至图3示出了根据现有技术的三偏移阀，
图4至图8示出了阀的第一实施例，
图9至图14示出了阀的第二实施例，
图15至图20示出了阀的第三实施例，
图21示出了阀的第四实施例，以及
图22示出了阀的第五实施例。
具体实施方式
图4至图8示出了阀1的第一实施例。阀包括在第一开口2和第二开口3之间延伸的流动通道。封闭构件4布置在流动通道中，以借助于由驱动轴5传递的力能够绕转动轴线16在关闭位置(如图4所示)和打开位置(如图5所示)之间转动。
在图4至图8的实施例中，第一密封表面6沿流动通道的壁7设置。在所示的示例中，第一密封表面6由密封件8(诸如密封环)提供，该密封件沿着限定流动通道的壁7延伸。一种可替代方案是利用金属密封件，诸如由不锈钢制成的U形密封环。这样的密封环可以是圆形的或者可替代地是稍微椭圆形的。第二密封表面9沿着封闭构件4的密封部段10的外边缘设置。因此，在所示的实施例中，密封部段10围绕封闭构件4的整个圆周延伸以提供第二密封表面9。在封闭构件4的关闭位置，第一密封表面6接触第二密封表面9，从而防止流体在第一开口2和第二开口3之间流动，反之亦然。
在所示的示例中，转动轴线16从密封部段10偏移第一预定距离D1。在图4中，第一预定距离D1显示为转动轴线16与延伸穿过在第一密封表面6和第二密封表面9的接触点之间的密封部段10的中间部分的线之间的距离。另外，在图4的示例中，封闭构件4的中心线C从转动轴线16偏移第二预定距离D2。
图6至图8更详细地示出了图4和图5的封闭构件4的形状。图6示出了当沿着转动轴线16的方向观察时的封闭构件，图7示出了当沿着垂直于转动轴线16方向观察时的封闭构件，图8是其3D图。
从图6中可以看出，锥体101的竖直截面从封闭构件4的中心线Chor偏移106，这基本上对应于从现有技术阀已知的第三偏心度。实际上，这意味着封闭构件4在由锥体101的竖直截面限定的平面中具有相对于封闭构件的中心轴线Chor不对称的形状。然而，如从图6至图8可看出，第二密封表面9的形状是非锥形的，即，锥体101的整个表面不用于限定第二密封表面9的形状，并且没有锥体的侧表面逐渐变细所到的单个点(即，顶点)。而是，第二密封表面9可以被定义为超多锥可展开表面。第二密封表面9的形状可以由至少两个锥体101、102或简单三角形的至少两个竖直截面限定，其顶点或“焦点”F101、F102相对于彼此偏移，如图6至图8所示。第一锥体101的竖直截面垂直于轴5的转动轴线16。第二锥体102的竖直截面平行于轴5的转动轴线16。封闭构件4由线103表示，该线103代表封闭构件4的前表面或封闭构件4的密封表面9的前边缘，其设计在图6至图8中未详细示出。线104表示封闭构件4的后表面或封闭构件4的第二密封表面9的后边缘，其设计在图6至图8中未详细示出。如从图6可看出，锥体101的竖直截面从封闭构件4的中心线Chor偏离对应于已知的三偏心蝶阀的第三偏心度。然而，在任何其他平面上类似地截取的横截面不共享相同的焦点F101。而是，例如从图7可以看出，锥体102的竖直截面具有焦点F102，该焦点F102相对于焦点F101偏移。第二密封表面9的整个圆周的形状可以由锥体或简单三角形的一系列任意数量的竖直截面限定，其顶点相对于彼此偏移，只要在封闭构件的整个密封部段保持密封表面的完整性即可。例如，在图6至图8的实施例中，这意味着锥体或简单三角形的相继横截面的顶点或焦点从点F101逐渐移至点F102，并且锥体的相继横截面的一系列焦点形成一条线或一条曲线。因此，第二密封表面9的形状从由第一锥体101的垂直横截面所限定的形状逐渐改变为由第二锥体102的竖直截面所限定的形状。为了清楚，指出的是，在图中示出了锥体101和102的仅两个竖直截面，但是应当理解的是，可以通过附加锥体的任意数量的横截面来更详细地示出密封表面在其整个圆周上的形状。例如，可以由共同的基部控制例如锥体形或简单三角形的这样的一系列竖直截面的开口角度，该基部例如可以是圆形或椭圆形。例如，在图6至图8的实施例中，锥体的一系列竖直截面的共同基部可以是由线103或104示出的椭圆。可替代地，它可以是代表第二密封表面9的密封点的中心线的线105，其可以是圆形或仅略微椭圆形的。
图9至图14示出了阀的第二实施例。图9至图14的实施例与图4至图8中描述的实施例非常相似。因此，在下文中，将主要通过指出这些实施例之间的差异来说明图9至图14的实施例。
可以设想的是，第二密封表面9的形状可以仍然主要由顶点相对于彼此偏移的至少两个锥体(101、102)的至少两个竖直截面限定，尽管这不是必须的。在图9至图14所示的示例中，第二密封表面9的形状由至少三个平行部段103、104和105限定，所述至少三个平行部段在封闭构件4的厚度方向200上以预定距离D3和D4平行于转动轴线16彼此叠置。第一部段103表示封闭构件4的前表面或封闭构件4的第二密封表面9的前边缘，其设计在图9至图14中未详细示出。第二部段104表示封闭构件4的后表面或封闭构件4的第二密封表面9的后边缘，其设计在图9至图14中未详细示出。第三部段105表示第一部段103与第二部段104之间的层。在图9至图14的示例中，部段103、104和105各自具有长轴LMA103，LMA104，LMA105和短轴LMI103，LMI104，LMI105。所有部段103、104、105是对称的，因此，第一部段103的长轴尺寸DMA103为2xLMA103，第一部段103的长轴尺寸DMI103为2xLMI103，等等。在所示的示例中，例如，第一部段103可以通过四个点A103至D103中的至少三个点限定，或者由中心点C103与短轴LMI103和长轴LMA103限定。第二部段104和第三部段105可类似地限定。
部段103、104、105在厚度方向200上具有可变的截面比，即LMI103/LMA103≠LMI105/LMA105≠LMI104/LMA104。在示例性实施例中，所有部段103、104、105也为椭圆形的，即，LMI103≠LMA103、LMI105≠LMA105、LMI104≠LMA104。但是，还可以是部段103、104、105中的至少一个也可以是圆形的，例如LMI105＝LMA105。
在图15中示出了第一部段103的中心点C103。为了清楚起见，在图15中未示出第二部段104和第三部段105(在部段103之下)的中心点C104和C105，但可以从图15所示的水平中心线和竖直中心线会集，中心点C103，C104和C105在封闭构件4的长轴方向上相对于彼此偏移。由于偏移，封闭构件4在至少区域A和B中具有相对于封闭构件的中心轴线不对称的形状。这在图10至图13中被(夸大地)示出。
图15至图20示出了阀的第三实施例。图15至图20的实施例与结合图4至图14描述的实施例非常相似。因此，在下文中，将主要通过指出这些实施例之间的差异来说明图15至图20的实施例。
可以设想的是，第二密封表面9的形状可以仍然主要由顶点相对于彼此偏移的至少两个锥体(101、102)的至少两个竖直截面限定，尽管不必是这样的。与本发明的第一实施例和第二实施例相反地，第二密封表面9至少在由第二锥体102的竖直截面限定的平面中，即在由封闭构件4的第一中心轴线(Cver)限定的平面中，即在封闭构件4的短轴处，具有沿封闭构件4的厚度方向200的倒圆形状(轮廓)，如从图17中的区域C的局部放大图中可看到。此外，从区域C的局部放大图可看出，在封闭构件4的厚度方向200上彼此相距第一预定距离并且在封闭构件4的径向方向201上相距第二预定距离处的两个点C103和C104限定第二密封表面9的形状的角度(AC)。在图16和图17所示的示例中，第二表面形状轮廓9的圆度可由至少一个附加点C105限定，其连同点C103和C104形成半径为RC的圆弧。在图16所示的示例中，封闭构件4相对于封闭构件4的中心轴线Cver对称，并且因此，第二封闭表面在区域D中在封闭构件4的相对侧中的形状具有相同的角度和倒圆角(RC＝RD)，但可以通过图18中所示的相似点D103至D105自由限定，因此也可以具有不同的倒圆形状。
在图15至图20的示例中，在由第一锥体101的竖直截面限定的平面中，即在封闭构件4的长轴的区域A和B中，第二密封表面9的形状由点A103、A104和B103、B104限定。形状可以是在点A103/A104和B103/B104之间的直线，或者如图19和图20所示在封闭构件4的厚度方向200上略微倒圆。区域A的表面形状轮廓的圆度可以由至少一个附加点A105限定，该至少一个附加点与点A103和A104一起形成具有半径RA的圆弧。区域B中的表面形状的圆度可以通过至少一个附加点B3来限定，该至少一个附加点与点B1和B2一起形成具有半径RB的圆弧。区域A中的密封表面角AA小于区域B中的密封表面角AB。实际上，这意味着封闭构件4相对于封闭构件的中心轴线Chor是不对称的。区域A中的半径RA和区域B中的半径RB可以具有相同或不同的尺寸。第二密封表面9在区域A至D中的圆度不必是圆形的，但是可以是由至少三个点限定的任何其他合适的倒圆形状，只要在封闭构件4的整个第二密封表面上保持密封表面的密封完整性即可。在围绕封闭构件4的整个圆周的这些部段之间的任何其他平面中的密封表面可以通过任何已知的计算方法(例如通过放样)来限定，只要在封闭构件的整个密封部段保持密封表面的完整性即可。
通过超多锥可展开形状控制的非锥形、双弯曲的密封表面的优点在于，在封闭构件4的长轴处，封闭构件4最佳地向外移动或拉伸密封件8，即阀座密封环更均匀地被封闭构件4拉伸。这也使得在第一密封表面6和第二密封表面9之间没有接触的情况下封闭构件4从关闭位置转到打开位置的间隙增大，反之亦然。由于优化的密封表面，所以在第一密封表面和第二密封表面之间可获得更好的紧密性、更少的磨损和/或更少的摩擦。
图21示出了阀的第四实施例。图21的实施例非常类似于结合图4至图20所描述的实施例。因此，在下文中，将主要通过指出这些实施例之间的差异来说明图21的实施例。
如上所述，在图4的示例中，封闭构件4的中心线C从转动轴线16偏移第二预定距离D2。因此，沿由箭头P所示的方向作用在封闭构件的表面11上的流体压力产生扭矩，该扭矩试图从图4所示的封闭位置打开封闭构件。然而，在所有情况下这种扭矩不是必须的或期望的。现在，由于上述本发明的实施例的优点，可能的是，由距离D2确定的偏移比现有技术的锥体设计所需的偏移大为减小。取决于设计的设计参数，尤其是由于阀1的短轴处的区域C和D中的倒圆形状，可能将距离减小为零，甚至使其变为“负”，即，如图21所示，转动轴位于中心线C的相反侧。因此，根据上述实施例优化的封闭构件4的设计还可以使得根据客户需求(例如，封闭构件4的压力辅助关闭、封闭构件4的压力辅助打开或者使封闭构件4压力平衡)使阀的压力性能最优化，这例如由于选择较小且较便宜的致动器而降低了对动量的需求而可能是有益的。
图22示出了阀的第五实施例。图22的实施例非常类似于结合图4至图21描述的实施例。因此，在下文中，将主要通过指出这些实施例之间的差异来说明图22的实施例。
在图22中，示出了具有封闭构件4'的阀1'处于闭合位置，与图4中的情况类似。阀1'的第一密封表面6'具有先前说明的形状，其沿着流动通道的壁7延伸。另外，在该实施例中，密封件8'的位置不同，密封件8'位于沿着封闭构件4'的密封部段的外边缘延伸的第二密封表面9'中。
应该理解的是，以上描述和附图仅旨在说明本发明。对于本领域技术人员显而易见的是，在不脱离本发明的范围的情况下，可以对本发明进行改变和修改。

Claims (12)

1.阀(1、1')，包括：
流动通道，所述流动通道在第一开口(2)和第二开口(3)之间延伸，以及
封闭构件(4、4')，所述封闭构件布置在流动通道中，所述封闭构件(4、4')能够绕着转动轴线(16)转动，用于使封闭构件在打开位置和关闭位置之间移动，其中
第一密封表面(6、6')沿着流动通道的壁(7)设置，并且第二密封表面(9、9')沿着封闭构件(4)的密封部段(10)的外边缘设置，使得第一密封表面和第二密封表面在封闭构件的关闭位置中彼此接触，并且
转动轴线(16)从密封部段(4、4')偏移第一预定距离(D1)，
转动轴线(16)从封闭构件(4、4')的中心线偏移第二预定距离(D2)，其特征在于，第二密封表面和第一密封表面(9、6)中的至少一个具有至少在一个区域(A、B)中相对于封闭构件的中心轴线(Chor)不对称的非锥形形状。
2.根据权利要求1所述的阀，其中，所述第二密封表面和第一密封表面(9、6)中的至少一个具有双弯曲形状。
3.根据权利要求1所述的阀，其中，所述第二密封表面和第一密封表面(9、6)中的至少一个具有由超多锥可展开形状控制的双曲率形状。
4.根据权利要求1所述的阀，其中，所述第二密封表面和第一密封表面(9、6)中的至少一个的形状能够由至少第一部段(103)、第二部段(104)和第三部段(105)限定，这些部段在封闭构件(4)的厚度方向(200)上以预定距离(D3、D4)平行于转动轴线(16)彼此叠置，并且其中至少三个平行部段(103、104、105)具有在封闭构件(4)的长轴方向上相对于彼此偏移的中心点(C103、C104、C105)，并且其中第二密封表面和第一密封表面(9、6)中的至少一个在至少一个位置(C、D)处具有倒圆形状。
5.根据权利要求1所述的阀，其中，所述第二密封表面和第一密封表面(9、6)中的至少一个的形状能够通过顶点相对于彼此偏移的至少两个锥体(101、102)的竖直截面限定。
6.根据权利要求5所述的阀，其中，所述第一锥体(101)的竖直截面垂直于轴(5)的转动轴线(16)，并且所述第二锥体(102)的竖直截面平行于轴(5)的转动轴线(16)。
7.根据权利要求5所述的阀，其中，所述第二密封表面和第一密封表面(9、6)中的至少一个至少在能由所述第二锥体(102)的竖直截面限定的平面中具有倒圆形状。
8.根据权利要求1所述的阀，其中，所述第二密封表面和第一密封表面(9、6)中的至少一个的形状能够由至少第一部段(103)、第二部段(104)和第三部段(105)限定，这些部段在封闭构件(4)的厚度方向(200)以预定距离(D3、D4)平行于转动轴线(16)彼此叠置，并且具有平行于转动轴线(16)的短轴(LMI103、LMI104、LMI105)和垂直于转动轴线(16)的长轴(LMA103、LMA104、LMA105)，其中至少三个平行部段(103、104、105)中的至少一个具有不等于1的截面比(LMI103/LMA103、LMI104/LMA104、LMI105/LMA105)，并且所述至少三个平行部段(103、104、105)在封闭构件(4)的厚度方向(200)上的截面比是可变的。
9.根据权利要求8所述的阀，其中，所述第一部段(103)由至少三个点(A103、B103、C103、D103)限定，所述第二部段(104)由至少三个点(A104、B104、C104、D104))限定，以及第三部段(105)由至少三个点(A105、B105、C105、D105)限定，并且
其中，阀(1)短轴处的密封表面的形状由第一部段(103)和第二部段(104)上的至少两个点(C103、C104、D103、D104)限定，而阀(1)长轴处的密封表面的形状由第一部段(103)和第二部段(104)上的至少两个点(A103、A104、B103、B104)限定。
10.根据权利要求8所述的阀，其中，平行的至少三个部段(103、104、105)具有在所述封闭构件(4)的长轴方向上相对于彼此偏移的中心点(C103、C104、C105)。
11.根据权利要求8所述的阀，其中，所述第二预定距离(D2)为零。
12.一种封闭构件(4、4')，包括：
密封表面(9、9')，所述密封表面沿着封闭构件(4、4')的密封部段(10)的外边缘设置，其特征在于，密封表面(9、6)具有至少在一个区域(A、B)中相对于封闭构件的中心轴线(Chor)不对称的非锥形形状。
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