CN1141403A

CN1141403A - 可调球阀

Info

Publication number: CN1141403A
Application number: CN96103542A
Authority: CN
Inventors: 戴维·L·鲍尔斯; 罗伯特·J·布朗; 罗杰斯·查芬; 唐尼·R·哈穆克; 杰拉尔德·P·麦克德莫特
Original assignee: Duriron Co Inc
Current assignee: Flowserve Corp
Priority date: 1995-02-16
Filing date: 1996-02-16
Publication date: 1997-01-29
Also published as: US5746417A; GB2298023A; GB2298023A8; GB9600629D0; DE19605331A1

Abstract

提供一种可调球阀组件，它具有一在垂直方向上有斜度的内室和一调整机构。一球置于所述内室内，一阀杆与所述球连接，阀座件支承和密封所述球，并具有在垂直方向上的、与所述内室斜度对应的斜度，诸防止阀座件水平移动或转动的锁定件，以及一可垂直的调整在内室内的阀座件的调整机构。在本发明的另一实施例里，阀座件包括一包裹在聚合材料内的刚性支承框架。

Description

可调球阀

本发明涉及一种球阀，特别涉及一种可在阀室内进行调整、以防止泄漏的球阀。

阀的使用者长久以来希望有在较高的压力降和温度下仍具有令人满意的密封性能的阀。较高的压力降将在阀内的密封件和阀座上施加较大的应力。结果是，阀的密封件形成泄漏或完全失效(称作“断裂”状态)。为了解决这些问题，现行的较高压力操作喜欢使用插入式阀。塞阀是可频繁调整的。普通的塞阀包括一锥形室，可将插塞和阀座向下压入该室，从而拼紧密封装置。此外，阀室的内表面含有一系列脊条或肋，以便与阀座接触并防止断裂。

然而，当前使用中的塞阀有许多缺陷。许多生产装置的现代化要求阀操作自动化。阀自动化要求一操作机构在打开和关闭位置之间转动阀杆。由于操作机构的费用显著地高于阀的费用，因此所需的操作机构越大，费用就越高。遗憾的是，由于阀和阀座本身的原因，塞阀具有相当大的接触表面积，从而增加了磨擦量和操作机构转动阀杆时必需施加的转矩。因此，在使用塞阀时，需要较大的操作机构和较高的成本。另外，由于令人满意地增强阀座以防止断裂是不可能的，所以在较高的压力降时球阀通常是不可靠的。

球阀的令人感兴趣之处在于通常它只需较低的转矩。而且由于球和阀座结构本身的原因，球阀只有较小的接触面积，因此与塞阀相比只需要较低的转矩，从而只需要较小的和较便宜的操作机构。然而，球阀以前没有令人满意的可调性。因此，当阀座由于磨损而开始泄漏时，就必须对该阀更换或进行修理。

有关可调球阀的已有设想包括阀座的内部调整。美国专利第4,928,921号，4,911,409和4,968,000号公开了几种包括阀座的球阀，这些阀座被弹性压在球上。然而，这些弹性偏压系统没有一种可在外部进行调整，以补偿在阀使用寿命内发生的磨损。

美国专利第5,165,658号公开了一种具有浮动阀座的塑料球阀。然而，该专利的阀座也不能在外部进行调整，以补偿在阀使用寿命内发生的磨损。而且，该阀组装时，阀座是自行调整的，以保持与球形成密封结构。一旦在使用期间阀座发生磨损，该阀座不能进一步调整以补偿该磨损。

美国专利第4,386,756号公开了一种确有磨损补偿功能的、自动定心的浮动金属阀座。然而，该专利的磨损补偿系统包括一在金属密封装置上加压的活塞。上游的压力将金属密封装置压在活塞上，以便用机械方法密封阀。然而，该补偿系统也不能在外部进行调整。此外，该专利使用金属阀座而不是合乎需要的软阀座。软阀座在球和阀座之间提供较高程度的密封性。

美国专利第4,099,705号和4,327,895号公开了带有外部调整的、可部分地补偿阀座磨损的球阀。在这两个专利里，磨损补偿调整包括在阀门每一端紧固一联管螺母。然后该联管螺母将一紧圈压在O型圈上，而O型圈推动软阀座加强密封。然而，没有一个专利可进行外部调整，并包括一个锥形室，从而通过作用在阀座上的压力将球压入该锥形内。此外，该两个专利使用复杂的三节阀体，它们引入另外的泄漏路径。因此各泄漏路径需要一个O形密封圈，并给阀引入附加的、潜在的失效点。最后，当将这两种阀组装进管道系统时将发生问题。假如该管道处于受压状态下，附加的压力可能作用在该阀上，对阀的侧边加压，在过度的压力下可能损坏阀座。相反地，如果管道系统处于受拉状态下，联管螺母和螺纹必须有足够的强度对抗拉伸，以便该螺母被拧紧。

因此，需要有一种可进行令人满意的调整以补偿阀座磨损的球阀组件。此外，需要有一种具有令人满意的防断裂性能的、能在较高压降下进行操作的可调球阀组件。

通过本发明提供的一种可调球阀可满足这种需要。本发明的球阀提供了一种比现有技术优良的调整机构。本发明的调整机构可在外部进行操作，不引入在标准的球阀之外的、附加的泄漏路径，独立于组装着该阀的管道系统，并且在比普通的球阀更高的压力下可进行操作。

因此，根据本发明，提供一种改进的可调球阀组件。该球阀组件包括一具有一内室的阀体，一流道通过该阀体和内室。内室在垂直方向上具有斜度，从而该内室的上部在周长上比其下部宽或大。该垂直方向上的斜度从通过该内室的垂直平面量起从1度左右到8度左右，较佳的是从2度左右到4度左右。此外，该斜度可是一平面斜度或是一锥形斜度。也就是说，仅仅与阀座接触的内室表面是有斜度的，或者是整个内室(较佳的是圆形)是有斜度的。

球阀组件还可包括一置于内室的球。该球包括一通过其中心的流孔。一阀杆或是连接在该球上、或是成一体的球杆组件的一部分。阀杆可将球在打开和关闭位置之间转动。而且，阀杆延伸出阀体之外，从而可手工操作或由一操作机构自动进行操作。

球阀组件还包括置于内室的阀座，以支承球和提供密封。阀座具有与球的外表面和内室的内表面接触的密封表面。与内室的内表面接触的阀座密封表面具有在垂直方向上的、对应于内室的斜度的斜度。在这种型式里，阀座可在内室内、在垂直方向上自由移动。然而，置于内室内的锁定件，诸如肋、销钉或较佳的凹陷防止阀座任何显著的转动或水平移动。

球阀组件还包括一外部调整机构。该外部调整机构对阀座施力，从而迫使球和阀座进一步向下进入锥形内室，在阀座和密封表面之间施加较大的压力。如此，可在外部拧紧阀，以补偿泄漏或磨损的密封件，而且该阀独立于其所装入的管道系统，还不会引入另外的泄漏路径。

该外部调整机构包括一可对阀座加压的调整板。较佳的是，该调整板适合于在该调整板和阀座件之间设一套环。然后，通过该调整板延伸的调整螺钉可用来从该调整板对该套环加压，接着对阀座件加压。通过进一步改进，可在套环和阀座之间加一止推板。

在本发明的另一实施例里，给球阀组件的阀座提供附加支承，以防止阀座断裂。该附加支承是通过提供由诸如金属或陶瓷制造的刚性支承框架实现的，而该支承框架外面包裹着聚合材料。较佳的是，该聚合材料是可熔融处理的聚合物，最好是一种可熔融处理的含氟聚合物。还可提供一种可选用的刚性保持导圈。该保持导圈包围着已包裹的阀座件，以提供额外的支承以防止断裂。

因此，本发明的一个目的是提供一种包括一垂直的锥形内室和一可对阀座加压的机构的球阀。其结果是，提供了一种具有优良的外部调整性能的球阀。本发明的另一目的是提供一种包括阀座件的球阀，而该阀座件是由外包聚合材料的刚性支承框架制成的。其结果是，提供了一种在高压降下具有令人满意的工作性能的球阀。本发明的这些和其它的目的和优点通过下面的详细描述、附图和附后的权利要求书将变得更加清楚。

图1是本发明的球阀沿着阀的中心线的纵向剖视的侧视图；

图2是本发明的球阀沿着图1中的2-2线剖视的俯视图；

图3也是本发明的球阀沿着图1中的3-3线剖视的俯视图；

图4是本发明另一实施例的剖视的侧视图；

图5是本发明的球阀沿着图4中的5-5线剖视的俯视图；

图6是本发明的阀座件的正视图；

图7是图6中的阀座件沿7-7线剖视的侧视图；

图8是本发明的阀的俯视图；

图9是包括保持导圈的本发明的阀座件的正视图；

图10是图9中的阀座件沿着10-10线剖视的侧视图。

本发明包括一个可调球阀。该球阀在阀室内可垂直调整，从而提供优于现有技术中的球阀的调整性能。此外，本发明的球阀最好使用具有刚性支承框架的、由聚合材料包裹的阀座件。由于可使本发明的球阀较之普通的球阀可在更高的压力下可靠地工作。

参看图1和2，它们显示了本发明的可调球阀10。球阀10包括带有内室14的阀体12。球16安装在内室14内。该阀还包括一与球16连接的阀杆18，以便在打开和关闭位置之间转动球16。阀座件20安装在内室14内，以便支承球16并密封该阀。调整机构22提供了本发明的可调性。

阀体12，以及球16、阀杆18和大多数其它杆件都是由硬质合金材料制成的。本技术领域的技术人员将知道，合金的成分取决于用途。要不然，也可在阀体12内涂覆耐腐蚀的聚合物，例如聚四氟乙烯，由其提供支承以及防蚀性能。阀体12与内室14一起包括流道24。流道24沿着阀体12的纵向全长延伸，从而提供了流体流动通道。阀体12也可根据所需的功能和从美学观点出发而采用许多其它的形状。

内室14较佳的是如图2所示的管状。但是，本技术领域的熟练人员将认识到，在本发明的范围内也可使用许多其它的形状。内室14包括室侧壁26。室侧壁26在垂直方向上有斜度，以便允许球阀10的垂直调整。由于垂直方向的斜度，使室的上部28在周长上比下部30宽或大。内室14垂直方向的斜度最好在实质上是锥形的。这样，当从上往下看内室14时，内室14如一圆锥，而其上部28在周长上大于下部30。然而，该垂直的斜度也可以是一种平面斜度，即只有与阀座件20密封接触的侧面32才是倾斜的。垂直的斜度的度数(即从通过内室14的垂直平面测量)从1度左右到8度左右，较佳的从1度左右到4度左右，而最好约2度。

球16置于内室14内。球16也可涂覆一层耐蚀聚合物。球16有一个通过其全长的流孔34。流孔34的内部也可涂覆耐蚀聚合物，诸如聚四氟乙烯。球16可在打开和关闭位置之间转动。当球16转动到图2所示的打开位置，流孔34与流道24对齐，从而流体可自由地通过流孔和流道。当球16被转动到关闭位置(未画出)，流孔34不与流道24对齐，从而球侧壁36堵塞流道24，阻止流体流动通过阀。

阀杆18与球16连接，以便在打开和关闭位置之间转动球16。杆18延伸出阀体12之外，从而可在外面转动球16。杆18最好通过插接在球16顶部的槽口38的方式与球16连接，当然许多其它的连接方式也可使用。或者，如图4所示，杆18和球16也可模制成一体的球杆组件40。

回到图1，利用一顶盖或阀帽42将球16和杆18装置在内室14内。同时，如图8所示，利用紧固件44将阀帽42固定到位。紧固件44可以是任何适合于该用途的普通紧固件，诸如螺钉、螺栓、销钉等等。较佳的是，紧固件44是螺钉。紧固件44和阀帽42使球16和杆18置于内室14内，但不会阻止球和杆结构的自由移动。也就是说，球16和杆18仍能自由地在打开和关闭位置之间转动。此外，仍能自由地在内室14内对球和杆结构进行垂直调整。然后利用一密封装置使阀杆18与阀体12密封，以防止泄漏。这种密封装置可以包括O型圈，杆填料密封，膜盒密封，较佳的是隔膜46。隔膜46可以是任何适于作密封用途的薄膜，但较佳的是一种塑料(诸如聚四氟乙烯)制的带倒唇的隔膜。当然，本技术领域的熟练人员将知道，本发明可使用许多其它的装置以防止环绕着阀杆18的泄漏。

球16由安装在内室14里的阀座件20支承。阀座件20具有支承球16和密封阀10的双重用途。阀座件20通过两个密封表面—其中一个与室壁32接触而另一个与球16接触—密封阀10。为了实现阀的外部调整，阀座件20是一个浮动座。亦即阀座件不是固定在内室14内，而是可在内室14内自由地垂直“浮动”或移动。此外，阀座件20较佳的是一种软的座。亦即阀座件最好涂覆有聚合物材料，诸如聚四氟乙烯。软阀座可提供较金属的或陶瓷的阀座优良的密封表面。此外，软的阀座只需要较金属的或陶瓷的阀座低的转矩。然而，在某种情况下，例如在较高温度情况下，可使用金属的和陶瓷的阀座。当然，本技术领域的熟练人员将知道，在本发明的范围内可使用各种各样的阀座件和结构。

参看图6和7，它们表示了本发明的较佳的阀座件20。阀座件20基本上呈矩形。从图7中可看到，阀座件20在侧面48处具有垂直方向的斜度，以对应内室14内的斜度。从而通过调整机构22可将阀座件20压入内室14的倾斜面，并与内室14及球16密封接触。当阀座件20被向下压入内室14并到达较窄的倾斜面时，阀座件20具有可被占用的较小的容积。这样，阀座件将较大的向外的力作用在密封表面上，从而产生一个较紧密的密封。

同时，阀座件20与球16接触的侧面50呈凹形，以对应于球16的弧面。从而产生与球16对应的密封表面51。从图3中看出，阀座件20包围着球16的一部分，并提供一个密封结构。此外，阀座件20是垂直安装在室14里的，从而允许阀进行垂直调整。

传统的软型球阀座不能防止断裂。一旦由于节流或其它的原因而使压力升高，这种阀座件就将泄漏或完全失效。本发明推荐的阀座件20与阀的可调性相结合提供了优良的防阀座泄漏性能，从而使本发明的球阀可在比传统的阀较高的压力下进行工作。

该较佳的阀座包括一由聚合材料54包裹的、刚性材料制的支承框架52，以提供一软阀座。该刚性支承框架可以是任何适当的材料，如铁、各种其它的金属材料或合金、以及陶瓷。支承框架52完全由聚合材料54包裹。在这种形式里，与球16及内室14接触的密封表面都具有软密封的优点。而支承框架52给阀座提供防止断裂所需要的刚性。这样，本发明推荐的阀座可在不牺牲密封性能的情况下提供支承以防止断裂。

该聚合材料较佳的是可熔融处理的聚合物。可熔融处理的聚合物在现有技术中是众所周知的。适合于这种目的的聚合物例子包括含氟聚合物族的各种成员，特别是来自特拉华州威尔明顿的E.I.Dupont de Nemours & Co.的特氟隆PFA，特氟隆FEP和特氟兹(Tefzel)，以及来自俄克拉何马州巴特尔斯维尔的费利普斯石油公司的聚苯掌硫(Ryton)。

作为附加的支承以防止断裂，本发明的阀座件还可包括一可选用的保持导圈。从图4-5和图9-10中可看到，保持导圈56可安装在阀座件20不与内室14密封接触、但与锁定件60接触的外表面58处。这样，当较高的压降作用在阀上时，保持导圈56给阀座件20提供附加的支承。

参看图2和5，可看到设在内室14里的锁定件60。锁定件60防止阀座件20在内室14内的显著的水平移动或转动。然而，锁定件60允许与调整机构结合的阀座件20自由垂直移动。但可看到，在不脱离本发明范围的情况下也可进行极小量的移动。或者说，锁定件60的目的是防止阀座件20离开其作为密封结构的位置。

锁定件60较佳的是位于内室14侧面的槽沟，阀座件20的一部分64或如图5所示保持导圈56延伸进入其中。通过位于内室14两侧面处的槽沟62和借助部分64或保持导圈56延伸进入该槽沟的阀座件20，可防止水平方向或旋转方向的运动，或将它们减至最小程度。或者，锁定件60可包括位于内室14侧面的肋或延伸进入内室14的销钉。然而，本技术领域的熟练人员将知道，在不脱离本发明范围的情况下也可用其它各种结构作锁定件60，以防止阀座件20的水平移动或转动。

如上面所讨论的，本发明的阀10可在外部进行调整，以便对部分地由于阀座磨损或增加的压力引起的在阀里的泄漏进行补偿。本发明的调整机构包括提供或减少作用在阀座20上的力，由此在有斜度的内室内垂直地操纵阀座件。当力作用时，阀座件20被进一步楔入该锥形腔内，以减少可用的容积并加强阀座件与室壁和球之间的密封。如上面所述，这种调整机构独立于组装着该阀的管道系统，并优于现有技术中的、包含弹簧偏压的阀座或联管螺母的球阀。当然，本技术领域的普通技术人员将知道，可使用各种调整阀座件20的结构，而这里描述的调整机构只是调整机构22的一个较佳的实施例。

在图1中，可看到调整机构22。调整机构22包括一给阀座件20提供压力的调整器66。调整器66最好呈如图1所示的楔形环，虽然也可使用其它的结构。调整器66还包括一向上延伸的突出部74。突出部74与止动环76配合可在转动和可能损坏阀座件20时防止杆18以及球16过度转动。如图8所示，止动环76安装在杆18上，并最好形成一具有切去四分之一部分的环。然而，也可使用其它各种结构。当杆18转动时，止动环76也相应转动。而突出部74将止动环76和杆18的运动范围限制在被切去的四分之一部分内。

参看图1，调整器66最好通过使用止推套环68在阀座件20上加压。紧固件70是可操纵的，从而能通过调整器66给止推套环68提供负载。紧固件70最好包括螺钉，它能穿过调整器66并进入阀帽42。可在外部旋紧紧固件70，以增加作用在调整器66上的压力。

当操纵紧固件70时，调整器66压向止推套环68，从而增加提供给止推套环68的压力并传送该施加的负载。空间72给止推套环68提供了一个移动区域。当传送给止推套环68的负载增加时，负载通过隔膜46传送给止推板78。然后，止推板78在阀座件20上施力，迫使阀座件20和球16向下进入内室14较狭窄的锥形部分。在这种方式里，能在外部通过调整机构22调整球阀10。当然，本技术领域的熟练人员将知道，上述调整机构仅仅是一种较佳的机构，而在本发明的范围内还可以有许多其它的机构和改进。

因此，本发明的球阀有许多比现有技术中的球阀优良的性能。首先，本发明提供一种可垂直调整的球阀，这种垂直调整与安装着该阀的任何管道系统无关，并且它不在阀座件上施加过度的应力。这样，提供了一种可方便地和有效地对阀进行调整、以补偿部分地由于阀座磨损引起的泄漏。此外，本发明的球阀提供了具有刚性支承框架并外包聚合材料的阀座件，它们依靠本身以及与阀的可调性相配合，提供了增强的防断裂性能以及在比普通球阀能承受更高压力下的可操作性。

已经详细地、并参考较佳的实施例描述了本发明，但应该明白，在不脱离本发明范围的情况下可有许多改进和变化，而本发明由附后的权利要求书限定。

Claims

1.一种可调球阀组件，包括：

一阀体，其内形成有一内室，所述内室在垂直方向上具有斜度，所述内室的上部在周长上宽于或大于所述内室的下部；

一球，其置于所述内室内；

一阀杆，其与所述球连接，并可将所述球在打开和关闭位置之间转动；

阀座件，它们置于所述内室内以支承所述球，所述阀座件具有与所述球的外表面接触的密封表面和与所述内室的内表面接触的密封表面，与所述内室的内表面接触的所述阀座件的密封表面具有在垂直方向上的、对应于所述内室在垂直方向上的斜度的斜度；

锁定件，它们置于所述内室内以防止所述阀座件的水平移动和转动、但允许阀座件进行垂直调整；以及

一调整机构，它可垂直调整在所述内室内的所述球和阀座件。

2.如权利要求1所述的可调球阀，其特征在于，所述内室在垂直方向的斜度从一垂直平面量得为1度到8度。

3.如权利要求2所述的可调球阀，其特征在于，所述内室在垂直方向的斜度从一垂直平面量得为2度到4度。

4.如权利要求1所述的可调球阀，其特征在于，所述阀杆和所述球是成一体的球杆组件。

5.如权利要求1所述的可调球阀，其特征在于，所述阀座件包括一包裹着聚合材料的刚性支承框架。

6.如权利要求5所述的可调球阀，其特征在于，所述阀座件包括一包裹着可熔融处理聚合物的刚性支承框架。

7.如权利要求6所述的可调球阀，其特征在于，所述可熔融处理聚合物是含氟聚合物。

8.如权利要求1所述的可调球阀，其特征在于，所述阀座件还包括一刚性保持导圈。

9.如权利要求1所述的可调球阀，其特征在于，所述阀座件是由陶瓷材料或金属材料制成。

10.如权利要求1所述的可调球阀，其特征在于，所述在垂直方向的斜度包括一平面斜度或一锥形斜度。

11.如权利要求1所述的可调球阀，其特征在于，所述锁定件是形成于所述内室的内表面上的肋或槽沟，或是延伸入所述内室的销钉。

12.一种可调球阀，包括：

一球，其置于所述内室内；

阀座件，它们置于所述内室内以支承所述球，所述阀座件具有与所述球的外表面接触的密封表面和与所述内室的内表面接触的密封表面，与所述内室的内表面接触的所述阀座件的密封表面具有在垂直方向上的、对应于所述内室在垂直方向上的斜度的斜度，所述阀座件包括一包裹着聚合材料的刚性支承框架；以及

13.如权利要求12所述的可调球阀，其特征在于，所述调整机构包括一可对所述阀座件施加压力的调整器。

14.如权利要求12所述的可调球阀，其特征在于，所述调整机构还包括一个或一个以上的、延伸通过所述调整器、以对所述调整器施加压力的紧固件，以及一与所述调整器接触、以传送压力给所述阀座件的套环。

15.如权利要求14所述的可调球阀，其特征在于，所述调整机构还包括一与所述套环接触、以传送压力给所述阀座件的止推板。

16.如权利要求12所述的可调球阀，其特征在于，所述垂直方向上的斜度是一平面斜度或一锥形斜度。

17.一种可调球阀，包括：

一阀体，其内形成有一内室；

一球，其置于所述内室内，并可在打开和关闭位置之间转动；

阀座件，它们置于所述内室内以支承所述球，所述阀座件具有与所述球的外表面接触的密封表面和与所述内室的内表面接触的密封表面；以及

一外部调整机构，它可垂直调整在所述内室内的所述球和阀座件。

18.如权利要求17所述的可调球阀，其特征在于，所述阀座件包括一包裹着可熔融处理聚合物的刚性支承框架。

19.如权利要求18所述的可调球阀，其特征在于，所述可熔融处理的聚合物是含氟聚合物。

20.如权利要求17所述的可调球阀，其特征在于，所述阀座件是由陶瓷材料或金属材料制成的。

21.如权利要求17所述的可调球阀，其特征在于，所述阀座件还包括一刚性保持导圈。