CN1136148A - 塞阀组件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种改进的塞阀组件，该组件具有聚合物包封的阀座和机加工的内表面。塞阀组件包括一具有内腔的阀体、一安置在内腔内的旋塞和诸支承和密封旋塞的阀座件。阀座件包括一用聚合物材料包封的支架。内表面则能被机加工成相当平滑表面。

Description

塞阀组件

本发明一般涉及塞阀组件，更具体地说，关系到采用封装金属的阀座的塞阀组件。

阀的使用者门长期以来都期望一种能在较高压力降和温度下满足密封性的阀。较高压力降可对阀内的密封件或阀座构成较大受力状态。结果，阀的密封(件)开始渗漏或完全失效(被称之为漏气的状况)。为了纠正这类问题，现时高压作业经常使用旋塞型阀。

塞阀是可频繁调节的，因而能对漏泄加以补偿。为了提供较好的密封性，大多数塞阀采用“软座”或塑料阀座。软阀座可为阀座和旋塞之间的良好密封性创造条件。可是，当软阀座达到较大级别的密封性的同时，将不断增加漏气的问题。由于软阀座的较低刚性，它们通常在高压或节流压力下会遭遇到突然漏气的事故。

为了防止软阀座的突然漏气，它们通常通过一对从流道各侧上的腔壁向外伸出的脊柱或肋条加以加强。这些脊柱或肋条使流过流道的流体压力不能推出软阀座和引起漏气。但是，在腔壁所含的肋条或突出物将妨碍腔壁顺利地加以切削加工，而给腔壁留下较粗糙的铸造表面。

较粗糙内腔表面需要较大的密封负荷，在现代应用中，这种负荷本身又成为(旋)塞阀的主要缺陷的原因，即转矩。在许多生产设备中的现代化已引入阀操作的自动化。阀的自动化需要一促动器以使阀杆在打开和关闭位置之间转动。因为促动器代表控制部件的价格的一重要部分，所需的促动器越大、费用越高。很遗憾。由于较粗糙内腔表面和旋塞和阀座支承之间的表面接触的量，塞阀具有相当大量的摩擦力，增加了促动器为转动阀杆所必需要的转矩。因此，当采用这些塞阀时，促动器越大、所需要的成本越高。

另外，粗糙的铸造腔壁阻碍了阀的潜在密封性。这样，一些传统阀必须增加扭矩级别以获得密封性。也就是说一机加工的或光滑的腔壁为改善阀座和腔壁之间的密封性准备了条件。那么很明显，在不增加扭矩或不损害漏气保护的情况下，一种具光滑机加工表面的塞阀是所希望的。

弗里德的美国专利3,199,835揭示了用作化学加工目的的传统而非常流行类型的塞阀。在弗里德专利中，一套筒衬垫装配入内腔的内部并起到密封旋塞的作用。套筒衬垫为旋塞和套筒之间的密封性提供平滑的表面。但是，当套筒衬垫围绕整个旋塞时，它会到处与旋塞接触。由于接触表面区域的增加，这急剧地提高所需转矩的量。此外，为防止套筒的漏气，阀含有肋条。于是，腔壁是粗糙的铸造表面，从而增加了阀的转矩。

赫斯兰德的美国专利3,360,236公开了一种不同类型的旋塞阀座。赫斯兰德的阀座包括一如钢那样材料的薄的易弯中心部分(芯子)和一熔合到其上的如聚氨基甲酸(乙)酯的密封材料。阀座被装配在旋塞上的凹槽并随旋塞一起转动而不处于固定的位置。不过，从附图看来似乎赫斯兰德的阀座并未整个地加以包封。确切地说，仅边缘用塑料材料加以涂覆。此外，阀座是薄的和易弯的，因而几乎没有提供防止漏气的支承(物)。而且，阀座以在旋塞表面内的成对凹槽方式随旋塞转动。对机加工来说，如阀中的旋塞那样的机加工表面的凹槽是十分困难而又非常昂贵的。

因此，就有着对塞阀和阀座的一个要求，要求从实质上减小阀所需要的转矩而仍保持阻止阀座的渗漏和漏气的最优良密封和保护。

这种要求可通过本发明得到满足，其中可提供一改进的塞阀组件，该组件具有减小的转矩及阻止阀座漏气的最优良密封性和保护。本发明的塞阀组件通过提供能被切削加工成光滑表面的腔壁而可在保持密封性的同时明显地减小所需转矩。转矩也可通过排除现有技术所采取的套筒衬垫的插入来加以减小。

按照本发明，提供一种塞阀组件。该塞阀组件包括一具有内腔的阀体、一安装在内腔中的旋塞和若干支承旋塞的阀座件。内腔由内壁加以界定。最好，内壁具有基本上平滑的机加工表面，允许减小转矩和较良好密封性。最佳，机加工表面具有125到1rms(有效值)左右的平滑度值。

阀座件起到支承旋塞和密封阀两者的作用。密封件最好包括一用聚合材料所包封的刚性支架，但也可由金属或陶瓷材料加以制成。在最佳阀座件中，刚性支架最好是金属框架，而聚合物最好是一可熔加工聚合物，例如含氟聚合物。阀座件具有一与腔的内壁和旋塞两者配合的密封表面。

阀座件具有一与内壁和旋塞两者配合(结合)的密封表面。与旋塞配合的密封表面可具有1°至8°左右的垂直锥度。于是，旋塞具有与密封表面的直锥度相当的垂直锥度。另外，与内壁配合的密封表面也可具有相当于1°到8°的垂直锥度，而内壁具有相应的垂直锥度。

阀组件可进一步包括若干锁定件，它们安置在内腔中，用以防止阀座件的明显水平、垂直或旋转运动。这样，本发明中的阀座件可被定位。以理想方式，锁定件是一些在腔的内壁上所形成的凹陷部。塞阀组件还包括一调整机构。调整机构可垂直地调整阀座件内的旋塞，从而对漏泄加以控制。

因此，本发明的目的在于提供一在保持最优良密封性和防止漏气的同时具有降低转矩的改进的塞阀组件。本发明的特点是要提供一种具有若干阀座件的塞阀，该阀座件包括一用聚合材料包封的刚性支架。本发明的另一特点是为了提供一具有基本上平滑的机加工内腔壁的塞阀组件。本发明的另一些目的、特点和优点将从以下说明书、附图和权利要求书中会明显地看到。

图1是一纵向地穿过阀的中心所作的本发明塞阀的侧面剖视图；

图2是一沿图1的2-2线所作的本发明塞阀的俯视截面图；

图3是一本发明的附加实施例的侧面剖视图；

图4是一本发明的塞阀的俯视图；

图5是一本发明的最佳阀座件的前视图；

图6是一本发明的最佳阀座件的俯视截面图。

本发明包括一改进的塞阀组件。该塞阀组件由于实质上已精加工阀室而可在保持密封性的同时减小转矩。此外，本发明的塞阀组件由于使用塑料封装的刚性阀座件而具有优良的防漏作用。

参阅图1和2，可看到本发明的塞阀10。塞阀包括一带有内腔14的阀体12。一旋塞16被安置在腔14内。座件20安装在空腔中以支承旋塞以及密封该阀。一调整机构22可为本发明提供可调整性。

除非另有说明，阀体12旋塞16和大多数其它零件是由诸如金属合金的刚性合金材料、塑料或其它合成材料制成的。在另一方面，可给阀体12内部涂上一层如聚四氟乙烯那样的耐蚀聚合物，以提供支承和抗腐蚀。除了内腔14外，阀体12还含有流道24。流道24纵向贯穿整个阀体12，从而为流体流动提供一通道。阀体12可采取为功能性以及美学所需要的各种构形(外形)。

最好，内腔14基本上是管状的。不过，本发明领域的普通技术人员会认识到也可采用其它各种形状并仍然处于本发明的范围内。内腔14包含内壁26。内壁26可在垂直方向上加以斜削以参与塞阀组件10的垂直调整。利用垂直锥度意味着使内腔的上部28周边宽于或大于其下部30的。最好，内腔14的垂直锥度基本上为圆锥形的。也就是说，从上面观察内腔14时，内腔表现为一上部28周边比下部周边大的锥体。但是，垂直锥度也可以是一种平面锥度，它只具有与被斜削的阀座件20密封接触的内腔14侧部32。象本说明书中所涉及的所有其它垂直锥度一样，垂直锥度的度数可由通过内腔14的中心所作的垂直面加以测得。如以下将加以说明的那样，内壁26的垂直锥度将相当于与内壁26相密封的表面23的垂直锥度并且约为1°至8°，较佳为1°至4°左右，最佳为2°左右。

内腔14，而尤其内壁26最好具有与现有技术的铸造(铸态)表面不同的，基本上平滑的切削加工表面，换句话说，不是使内壁26留下一由阀的铸造和成形所产生的粗糙表面，而是内壁26被切削加工以形成一基本上平滑的表面。象在现有技术中通常情况一样，由于没有诸如从内腔表面向外延伸的脊柱和肋条的突出部而使这种潜在的可切削性成为可能。

大体上，平滑的切削加工表面可较大的减少本发明所需的转矩。另外，平滑的切削加工表面也为阀座件20和内壁26之间的较好密封性创造条件。排除了对套筒类型阀座件的需要。最好，把本发明的内壁26机加工到约125至1rms的光滑度值。(r.m.s有效值)

旋塞16被安装在内腔14内。旋塞16也可被涂上一层耐蚀聚合物。旋塞16具有一可穿过整个旋塞的孔34。孔34也可在其内部被涂上一层如聚四氟乙烯那样的耐蚀聚合物。旋塞16适合于在打开和关闭位置之间转动。旋塞16含有一顶部18以便在打开和关闭位置之间转动球状体。顶部18延伸到阀体12的外侧，因此，从外面转动旋塞16是可能的。当使旋塞16转动到图2剖面A中所示的打开位置时，孔34与流道24成一直线，因此，流体可以自由流过孔34和流道24。当使旋塞16转动到图2剖面B所示的关闭位置时，孔34还与流道24成一直线，使旋塞侧壁36阻塞流道24并阻止流体流过阀。

参阅图1，旋塞16借助顶帽或护罩42而保持在内腔14中。其时，护罩42通过图3所示的紧固件44被固定于适当位置上。紧固件44可以是任一适于应用的、如螺钉、螺柱、销等那样的通用紧固件。最好，紧固件44是螺钉。紧固件44和护罩42将旋塞16固定在内腔14中而不妨碍旋塞的自由运动。也就是说，旋塞16可保持在打开和关闭位置之间的自由转动。此外，旋塞16还可在阀座件20内自由地加以垂直调节。然后，采用密封结构使阀顶部18与阀体12隔绝，防止泄漏。这些密封结构可包括O形环、活塞杆密封件、波纹管式密封件，而最好为一隔膜(膜片)46。隔膜46可以是任一适合密封作用的薄膜，而最好是一种诸如聚四氟乙烯那样的塑料材料的倒唇隔膜。当然，本领域的普通技术人员应该认识到在本发明中可采用各种结构来防止阀顶部18周围的泄漏。

旋塞16由安装在内腔14内的阀座件20加以支承。阀座件20起到支承旋塞16以及密封阀10的双重作用。阀座件20通过提供两密封表面、一与内壁26的结合的密封表面和一与旋塞16的结合的密封表面来密封阀。阀座件20最好用聚合材料50加以封装。因而从密封观点来说，这是软座型式的。软座可提供比金属或陶瓷座的要好的密封表面。另外，软座所需要的转矩低于金属或陶瓷座所需要的。但是，考虑到如高温那样的选择应用，阀座件20可以由金属或陶瓷材料加以制成。当然。本领域的普通技术人员会认识到在本发明的范围内可以采用各种各样阀座件和各种各样构形。

请翻阅图5和6，可以看到本发明的最佳阀座件20。阀座件20实质上、基本上为矩形的。诸阀座件还包括凸缘部64。阀座件20具有一与旋塞16结合的密封表面21和一与内壁结合的密封表面23。最好，垂直地与旋塞16结合的密封表面21为相当于1°至8°左右、最佳以2°至4°左右斜削。然后，垂直地把旋塞16斜削到相当于密封表面21的锥度。这样可通过调整机构把旋塞16压进座件20的锥度，从而使两者紧密密封。当将旋塞16向下压进座件20而进入较窄锥度时，座件20具有作用于它们(旋塞和内壁)的较高载荷或压力。这样，阀座件20将更大的向外压力作用在密封表面上，产生较紧密的密封。

此外，与内壁结合的密封表面23也可具有约1°至8°，较佳约2°至4°的垂直锥度。于是，内壁26可具有相应的垂直锥度，从而当在座件20中垂直调整旋塞16时，可紧贴密封表面23。

传统软旋塞阀座件不提供对漏气的防护。一旦阀的压力降由节流或其它装置而被增高时，阀座件就开始泄漏或完全失效。为了解决漏气的问题，使脊柱或肋条从流道24的各侧上的内壁26延伸以防止软阀座漏气。但是，这种延伸有碍内壁26的可切削加工性。因此，由于非常粗糙铸态表面而增加了转矩。本发明的阀座件20可在不增加转矩情况下提供对阀座漏气的优良防护。

为提供一种软阀座件，本发明的最佳阀座件包括一用聚合材料50封装的刚性材料的支架52。也就是说，支架52其所有表面上全部由聚合材料包围或覆盖聚合材料。刚性支架52可以是诸如铁、各种其它金属组合物和陶瓷那样的任一适用材料。支架52可完全用聚合物材料50加以封闭。用这种方法，阀座件20与旋塞16和内壁14结合的两密封表面具有软密封的益处。此外，支架52还提供阀座所需要的刚性，防止漏气。于是，本发明的阀座件可在不牺牲密封性情况下提供对漏气的防护。在另一方面，对于如较高温度那样的某些应用，则可采用金属或陶瓷的阀座。

本发明的聚合材料最好是一可熔加工聚合物。这些可熔加工聚合物是众所周知的。适于这种应用的聚合物的例子包括不同组成的含氟聚合物系(列)，特别是可从威尔明顿、DE的杜邦狄尼莫斯公司买到的特氟隆(聚四氟乙烯)PFA、特氟隆FEP和Tefzel以及从巴特尔斯维尔(OK)的菲利普石油公司可买到的Ryton。

最好，本发明的阀10包括诸安装在内腔14中的锁定件60。参阅图2，可以看到位于内腔14内的锁定件60。锁定件60可防止内腔14内的阀座件20的显著的水平、垂直和旋转运动。这样，阀座件20就被固定在内腔14内。依照明显的运动，应该认识到一最小数量的运动是可能的，而不脱离本发明的范围。更确切些，锁定机构60的作用是要使阀座件20不致离开应有位置，在该位置中，锁定机构将提供与旋塞16结合的密封结构。

锁定件60最好是一些位于内腔14两侧上的凹陷部62。阀座件20的凸缘部64，则可插入(延伸入)凹陷部中。通过在内腔14的两侧上设置凹陷部62和通过凸缘部64将阀座件20插到凹陷部62内可防止阀座件在水平、垂直或任一方向上的旋转运动或使这些运动减至最小。

本发明的阀10是可外部调节的，以补偿部分地因阀座磨损或压力增加引起的阀的泄漏。本发明的调整机构22包含把力施加到旋塞16上或减少在旋塞16上的力，从而可垂直地控制处于阀座件20内的旋塞16。

施加的力进一步使旋塞16楔入密封表面21的垂直锥度，因而可把一增大的负荷作用在密封表面21上并使密封严密。然后，密封表面21的压力传经阀座件20并施加于密封表面23上，以密封内壁26和阀座件20之间的表面。当然，本领域的普通技术人员应该认识到可以采用在阀座件20内调节旋塞16的各种结构，并且应该认识到在本文中所述的调整机构只是一调整机构22的最佳实施例。

请翻到图1，可以看到调整机构22。调整机构22包括一适于把压力施加于旋塞16的调整件66。最好，所形成的调整件66为图1所示的楔形环(凸缘盘)。如图4所示，调整件66还包括一向上延伸的突出部74。突出部74和限动环76一起使顶部18并因此使旋塞16在转动时不致超速旋转而可能损坏阀座件20。如图4所示，限动环76被附装到顶部18上，并所形成的限动环为一四分之一截面被切除的环。当使旋塞16旋转时，限动环76相应地作旋转。于是，突出部74使限动环76和顶部18的移动范围限于切除的四分之一截面以内的范围。

再参阅图1所示，调整件66最好通过使用止推套环68而紧贴(压)住旋塞16。止推套环68可使均匀压力作用于旋塞16上。为了增加所施加的压力以及保持所施加的压力值，可控制紧固件70以通过调整件把负荷施加到止推套环68上。紧固件70最好包括一些穿过调整板66并进入护罩42的螺钉。紧固件70可以从外部加以拧紧以增加作用于止推套环68上的压力，而因此增加旋塞16上的压力。

在操作紧固件70时，调整件66相对于止推套环68而靠近，从而增加作用于止推套环68的压力并传递所施加的负荷。不过，间隔(空间)72为止推套环68提供一移动的区域。当传递到止推套环68上的负荷增加时，负荷通过隔膜(膜片)46而被传送到旋塞16。用这种方法，调整机构22能从外部调节阀10。当然，一本领域的普通技术人员应该认识到上述调整机构仅是最佳机构，一些变化是可能的，而仍然处在本发明的范围内。

因此，比起一些现有技术的阀来，本发明的塞阀具有重大的改进。如需要的话，本发明的阀允许所机加工成腔的内壁达到相当光滑度。这可为降低所需转矩和较良好密封性创造条件。此外，本发明的阀利用了含有用聚合材料封装的刚性支架的阀座件，这为消除从腔的内壁延伸出的脊柱和肋条创造条件，并使阀座不致漏气，这也为前述的腔的可切削性创造条件。

通过在参照其最佳实施例、详细地描述了本发明以后，会明显地看到在不脱离所附权利要求书中所规定的本发明的范围情况下，一些改变和变化是可能的。

Claims (24)

1.一塞阀组件，包括：

一阀体，其中具有一成形的内腔，所述内腔由内壁所界定；

一旋塞，它安装在所述内腔内并适合于在打开和关闭位置之间将其转动；

若干安装在所述内腔内的阀座件，用以支承所述旋塞；

若干安装在所述内腔中并把所述诸阀座件固定在适当位置上的锁定件，从而防止所述阀座件的显著的水平、垂直和旋转运动；

一垂直地调节在所述固定阀座件内的所述旋塞的调整机构。

2.根据权利要求1所述的塞阀组件，其特征在于所述内腔的内壁是一平滑的、机加工表面。

3.根据权利要求2所述的塞阀组件，其特征在于所述平滑的机加工表面具有约125rms至1rms的平滑度值。

4.根据权利要求1所述的塞阀组件，其特征在于所述阀座件包括一用聚合材料包封的刚性支架。

5.根据权利要求4所述的塞阀组件，其特征在于所述阀座件包括一用可熔加工聚合物包封的金属支架。

6.根据权利要求5所述的塞阀组件，其特征在于所述可熔加工聚合物是含氟聚合物。

7.根据权利要求1所述的塞阀组件，其特征在于所述阀座件包括金属或陶瓷材料。

8.根据权利要求1所述的塞阀组件，其特征在于所述阀座件具有与所述内腔内壁结合的密封表面和一与所述旋塞结合的密封表面。

9.根据权利要求8所述的塞阀组件，其特征在于与所述旋塞结合的所述阀座件的密封表面具有垂直锥度并且所述旋塞具有相应的垂直锥度。

10.根据权利要求8所述的塞阀组件，其特征在于与所述内壁结合的所述阀座件的密封表面具有一垂直锥度并且所述内壁具有相应的垂直锥度。

11.根据权利要求9所述的塞阀组件，其特征在于所述旋塞和所述密封表面两者的垂直锥度按照垂直平面计测约为1°至8°。

12.根据权利要求10所述的塞阀组件，其特征在于所述内壁和所述密封表面两者的垂直锥度按照垂直平面计测约为1°至8°。

13.根据权利要求1所述的塞阀组件，其特征在，于所述锁定件是在所述内腔的内壁上形成的凹陷部。

14.一种塞阀组件，包括：

一阀体，其中具有一成形的内腔，所述内腔由内壁所界定；

一旋塞，它安装在所述内腔中并适合于在打开和关闭位置之间将其转动；

若干安装在所述内腔内的阀座件用以支承所述旋塞，所述阀座件包括一以聚合材料包封的刚性支架；

若干安装在所述内腔中并把所述诸阀座件固定在适当位置上的锁定件，从而防止所述阀座件的显着的水平、垂直和旋转运动；

一用来垂直调节所述固定阀座件内的所述旋塞的调整机构。

15.根据权利要求14所述的塞阀组件，其特征在于所述阀座件包括一用可熔加工聚合物包封的金属支架。

16.根据权利要求15所述的塞阀组件，其特征在于所述可熔加工聚合物是含氟聚合物。

17.根据权利要求14所述的塞阀组件，其特征在于所述内腔的内壁是一平滑的机加工表面。

18.根据权利要求17所述的塞阀组件，其特征在于所述的平滑的、机加工的表面具有125rms至1rms左右的平滑度值。

19.根据权利要求14所述的塞阀组件，其特征在于所述阀座件具有一与所述内腔内壁结合的密封表面和一与所述旋塞结合的密封表面。

20.根据权利要求1所述的塞阀组件，其特征在于与所述旋塞结合的阀座件的所述密封表面具有一垂直锥度，而所述旋塞具有一相应的垂直锥度。

21.根据权利要求19所述的塞阀组件，其特征在于与所述内壁结合的所述阀座件的密封表面具有一垂直锥度而所述内壁具有一相应的垂直锥度。

22.根据权利要求20所述的塞阀组件，其特征在于所述旋塞和所述密封表面两者的垂直锥度按照垂直平面计测约为1°至8°。

23.根据权利要求21所述的塞阀组件，其特征在于所述内壁和所述密封表面两者的垂直锥度按垂直平面计测为1°至8°左右。

24.根据权利要求14所述的塞阀组件，其特征在于所述锁定件是在所述内腔的内壁上所形成的凹陷部。

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