CN1155926A - 具有改进阀座的阀组件 - Google Patents

Abstract

一种阀包括一个阀体，该阀体具有第一端、第二端和形成流体流道的通孔，以及一个围绕一部分所述流体流道的壁，该流体流道限定与所述壁共轴的轴线。一个可旋转地安装在该阀体内的阀件，该阀件具有环形圆弧密封面并且该阀件可绕垂直于所述第一轴线的第二轴线转动，所述第一轴线穿过所述流体流道。一个设置在所述阀体内的阀座组件，用于与该阀件的密封面接触，该阀座组件自所述第二轴线沿轴向向所述阀体的第一端偏移。该阀座组件包括弹性的塑性材料的密封环，且具有一个径向面向内的第一环形表面以与所述阀件的所述密封表面密封接触，以及一个径向面向外的第二环形表面，在所述第二表面内形成一个径向面向外的环形凹槽，在所述环形凹槽内设置了一个弹性支撑环，该支撑环的横截面是圆形的且其中心线是由通过所述支撑环的中心第一平面限定的且垂直于所述第一轴线，当所述阀构件处于闭合位置且无任何流体压力作用在所述阀构件上时，所述阀件的密封表面与密封环的第一表面之间的接触基本上是环形线接触，该线接触位于第二平面内，该第二平面沿离开所述第二轴线的方向自该第一平面沿轴向向所述阀体的第一端偏移。还设有保持装置，用来在阀体内保持阀座组件。

Description

具有改进阀座的阀组件

发明背景

本发明涉及一种具有旋转阀件的阀，更具体而言涉及一种具有改进的座圈组件的阀。

现有技术

具有旋转阀件的阀，例如蝶形阀，是众所周知的。在某些种类的蝶形阀中，以密封方式与阀盘配合的阀座圈被一支撑件包围，该支撑件通常具有弹性并且当阀盘处于关闭位置时，用于迫使阀座圈的座面顶靠阀盘或对该座面预加负荷。在美国专利号3,642,248中公开了这种典型的阀座结构。具体而言，在该专利中公开了一种能用于蝶形阀的密封组件，它包括一个可用于以密封方式与阀盘配合的耐磨环，该耐磨环设有一条径向面向外的环形凹槽，在该环形凹槽中设置一弹性支撑环，该支撑环迫使耐磨环与阀盘形成密封配合或对该耐磨环预加负荷。

在美国专利No.3,642,248中公开的结构中，阀盘周边和耐磨环之间的密封接触面积较大，其中可以称为压配合，因而需要要较高的力矩来使阀盘落座或离座。

发明概述

本发明的一个目的是提供一种具有改进阀座的阀。

本发明的另一目的是提供一种具有改进的阀座组件的阀，该阀座组件包括一密封环和一弹性支撑环，该支撑环对密封环预加负荷，使其与阀盘配合。

本发明的再一个目的是提供一种与蝶形阀一起使用的阀座，其中阀盘和阀座之间的密封基本上由线接触来实现，此时没有流体压力作用在阀盘上，从而使阀盘落座和离座所需的力矩被降至最小。

根据这里所提供的附图、说明部分和所附的权利要求书，本发明的上述和其它目的是显而易见的。

本发明的阀包括一个具有第一端和第二端的阀体以及一个构成流体流道的通孔，该阀体包括一个包围一部分流体流道的壁，该流体流道限定了与所述壁共轴线的第一轴线。在阀体内以可旋转方式安装一圆盘阀件，该阀件具有一环形圆弧密封面，且可绕垂直于第一轴线的第二轴线旋转。在该阀体内设置一阀座组件，用来与阀盘密封表面密封接触，该阀座组件自第二轴线沿轴向向阀体的第一端偏移。该阀座组件包括一个由有弹性的塑性材料制成的密封环，该密封环有一个径向面向内的第一环形表面，当阀盘处于关闭位置时，该第一表面与阀盘上的密封表面密封接触。该密封环具有在径向面向外的第二表面上形成的径向面向外的环形凹槽。该阀座组件还包括一个设置在所述密封环的槽中的弹性支撑环，该支撑环的横截面为圆形并有一根由穿过该支撑环中心的第一平面限定的且垂直于第一轴线的中心线。当阀盘处于关闭位置而没有任何流体压力作用于阀盘时，在阀盘密封表面和密封环第一表面之间的接触基本上是环形线接触。阀盘和密封环之间的线接触接合处在沿离开第二轴线的方向自第一平面向阀体第一端轴向偏移的第二平面内。该阀还包括用来将阀座组件保持在阀体内的保持装置。该阀座组件和保持装置经阀体的第一端可沿轴向插入该阀体内或自阀体移出。

附图简述

图1是本发明的阀的前视图；

图2是沿图1中线2-2所截取的横截面图；

图3是表示阀座和阀盘之间相互关系的部分剖视的局部放大视图，阀盘处于关闭位置且无流体压力作用在阀盘上；

图4是类似于图3的视图，所不同的是阀盘受到沿箭头所示的流体压力；

图5是类似于图3的视图，所不同的是阀盘受到与图4所示的相反方向的流体压力。

优选实施例描述

虽然本发明是具体就平板阀、例如蝶形阀而描述的，然而应当理解，本发明的阀可包括任何具有旋转阀件的直角回转阀，该阀件具有圆弧密封表面，以便于与阀座成线接触接合以实现密封。

首先参照图1和2，本发明的阀包括阀体10，如图所示，可任选地设有围绕阀体10周边设置的沿横向向外突出的凸耳12，并且具有螺栓孔14以使该阀与邻接管法兰连接。阀体10包括中心圆筒部分16，自该圆筒部分伸出颈部18和底部凸台部20，颈部18和凸台部20相互成对角线设置。圆筒部分16限定一通孔22，该通孔构成一条通过该阀的流体流道，通孔22由同轴线的圆柱壁24和26构成，如图所示，圆柱壁26的直径比圆柱壁24的直径大。圆盘形阀件28设置在通孔22内，该阀件具有一环形圆弧密封表面29，阀件28用于控制流经由通孔22限定的流道的流体流量。下轴30穿过凸台20内的孔32。该下轴30可借助于安装在孔32的沉孔36内的衬套34以可旋转方式用轴颈支承在该孔32内。端盖38利用螺栓40和构成密封装置的密封垫37而被固定在凸台20上。

上轴42穿过颈部18内的孔44。安装在孔44的沉孔48内的叠层密封环46用于在颈部18和上轴42之间形成不渗透的密封装置。密封压盖50被安装在沉孔48内，它包括一个用来密封上轴42周围的O形环52。具有中心凹窝56的压盖压缩桥54借助通过该桥54的孔58而被安装在轴42上。螺栓60穿过位于桥54内的与自颈部18径向向外凸出的法兰64内的对齐的孔。以螺纹方式安装在螺栓60上的螺母66能被上紧，显然是为了将凹窝56与密封压盖50的顶部接合，以压缩叠层密封环46并确保颈部18和轴42之间的不渗透的密封。

下轴30由安装在阀盘28的第一凸块70内的销68而被固定在阀盘28上。上轴42由穿过阀盘28的第二凸块74的销72，按本领域的的技术人员所公知的方式被固定在阀盘28上。因此，阀盘28以旋转方式用轴颈支承在阀体10的通道22内，并能用手动或借助于致动器转过90°以控制流经该阀的流体流量。为此，上轴42设有板手卡面76。

为了对阀盘28的周边进行有效的密封，设有一个总体以78表示的且下面更充分描述的环状阀座组件。阀座组件78借助于总体以84表示的阀座保持架组件而被安装在阀体10内，该保持架组件在由发明人Daniel F.Kusmer和Robert A.Frenzel同时申请的申请号为No.标题为“阀组件”的共同未决申请(Kusmer申请)中有更充分的描述，在此引入所述Kusmer申请作为参考。

参照图3-5，可以看到壁26限定一径向面向内的环形表面，该表面具有一条沿圆环方向延伸的径向面向内的凹槽86。凹槽86被孔88贯穿(见图1)，该孔88在阀体10内沿轴向被钻出，孔88与凹槽86的相贯在凹槽86的底部形成一个孔。保持架组件84包括固定环92，该固定环的圆周表面94的形状和尺寸使得当固定环92被安装在阀体10内时，该圆周表面94紧密地贴合在由壁26所限定的径向面向内的表面上。固定环92还有一沿圆环方向延伸的径向面向外的凹槽96，当固定环92被安装在阀体10内时，该凹槽96与凹槽86对齐，由此凹槽86和96限定了一个沿圆环方向延伸的导槽。固定环92的第一侧面95设有槽口93，该槽口以在Kusmer申请中更为详述的方式贯穿了凹槽96，并且金属丝元件98被安装在由凹槽86和96形成的环状导槽中并能有效地防止固定环92在阀体10内的任何轴向移动。金属丝元件98的第一端106具有支架部分，该支架部分大体上沿横向于金属丝元件98的长轴最好是90°而延伸。为了在阀体10内安装固定环92，该固定环92被放置在阀体10内使得槽口93与在凹槽86底部形成的孔对齐。那么金属丝元件98的端部106的支架部分穿过槽口93并被设置在凹槽86的腔中。这样可有效地将金属丝元件98的第一端106固定在环形凹槽86中。而且固定环92可以逆时针转动(参照图1)，即沿离开第一端106的金属丝元件98的长度的方向转动。这会导致将金属丝元件98穿入由凹槽86与96形成的导槽中。此时当固定环92已旋转到槽口93与凹槽86中的腔重新对准的位置时，金属丝元件98将会被完全地设置在由对准的凹槽86和96形成的导槽中。因此，固定环92将被有效地卡持在阀体10内且被防止产生任何轴向移动，由此确保阀座组件78不会在输送管压力的作用下产生移动。

固定环92的第二侧面100设有一沿圆环方向延伸的轴向凸缘102。阀体10包括一个面向轴向的沿圆环方向延伸的凸缘104，凸缘102和104彼此相对。因而由凸缘104局部限定了面向轴向的第一环形凹槽106，由凸缘102局部限定了面向轴向的第二环形凹槽108。可见环形凹槽106的径向宽度小于环形凹槽108的径向宽度，环形凹槽106和108彼此相对。凸缘102和104局部限定了一沿圆环方向延伸的导槽110，该导槽110贯穿环形凹槽106和108且通入流道22。环形凹槽106和108以及导槽110有效地形成了一个通常的T型的环状阀座空腔。

具体参照图3，示出的阀具有处于关闭位置的阀盘28，即表面29与密封环80的环状密封表面122密封接触。密封环80包括一个中心的沿圆环方向延伸的本体部分112，该本体部分被安装在导槽110中，第一环状凸缘部分114与本体部分112是一体的且被安装在凹槽106内，第二环状凸缘部分116与本体部分112是一体的且被安装在凹槽108内。可以看到，中心本体部分112、凸缘部分114和凸缘部分116的尺寸和形状便于它们紧配合在由导槽110，环形凹槽106和环形凹槽108各自形成的阀座空腔内。

在图3示出的实施例中，即当阀盘28处于与密封环80密封接触的闭合位置且没有压力作用在该阀盘上时，阀盘28与密封环80之间的密封接触基本上是环形线接触，该线接触在图3中由字母“A”示出。参照图3，可以看到弹性支撑环82的中心线由虚线B示出，该中心线自线A沿轴向向阀盘28的转动轴线偏移。事实上，弹性支撑环82的中心线处于与穿过流体流道22的轴线相垂直的平面内，即基本上平行于阀盘28的转动轴线。此外，可以看到密封环80具有沿圆环方向延伸的径向面向外的凹槽120，该凹槽与支撑环82的形状互补使得支撑环82恰好配合在凹槽120内。凹槽120的中心线也处于穿过支撑环82的轴线的平面内。因此，显而易见支撑环82相对于穿过密封环80的本体部分112的中心线是不对称布置的，即凹槽120和支撑环82都沿轴向向阀盘28的转动轴线偏移。这个几何结构将提供特有的优点，其将在下文作更为充分地解释。

现在参照图4，示出由于沿箭头C所示的方向作用在阀盘28上的压力而使阀盘28与阀座组件78相互作用。图4示出的位置中，阀盘28处于关闭位置，沿箭头C方向作用的压力将使阀盘28沿箭头C的方向发生偏转，即周边密封表面29将被推动进入抵触，以比较大的表面与在密封环80上形成的环形密封表面122接触。此外，流体压力将会施加在阀座空腔中并产生作用在密封环80上的力，移动凸缘116与固定环92的第二表面100相贴合而本体部分112与凸缘102相贴合。

现在参照图5，阀盘28与阀座组件78之间的相互作用是与作用在阀盘28上的沿箭头D的方向即沿朝向阀盘28的转动轴线的方向的流体压力有关的。在这种条件下阀盘28也处于关闭位置，阀盘28将会朝其转动轴线、即沿箭头D的方向偏转。同时，流体压力将施加在阀空腔中且迫使密封环80绕支撑环82转动，旨在导致当表面29与表面122之间仍然为线接触时，该环形线接触将会沿轴向移动使得由A示出的穿过线接触的平面垂直于穿过流道22的轴线，即平行于圆盘28的转动轴线，此时该穿过线接触的平面将与穿过支撑环82的中心线(由B示出)的平面紧密地相邻。还可以看出密封环80绕支撑环82的转动将会使密封环80摆动或倾翻，如图所示，使得本体部分112与凸缘104接触。然而，由于密封环80绕支撑环82的这个转动或摆动动作，凸缘部分114将仅仅与环形凹槽106的背面轻微接触。因此，在流体压力的有效密封下，在图5所示的情况下将会持续线接触；但是由于这种线接触，阀盘28落座和离座所需力矩的大小被保持在尽可能最小。示出的密封环80的表面122是弧形的，应当理解如果阀盘28的表面29是弧形的而表面122是平头截锥形的，该线接触仍然可以实现。可以看出比较软的弹性材料的支撑环82总是能在密封环80与阀体10之间维持有效的密封。

如上指出的，密封环80是由有弹性的塑性材料例如某些橡胶，聚四氟乙烯塑料，尼龙等等制成。支撑环82通常是由比密封环80的材料更软的弹性材料制成，这类材料包括某些橡胶和形成O型环和类似物的其它众所周知的弹性材料。

显然，按照上述描述可以实现本发明的众多的改进和变型。因此可以理解除了在此特别描述的之外，在附属权利要求的范围内可以实践本发明。

Claims (9)

1.一种阀，包括：

一个阀体，其具有第一端、第二端和构成流体流道的通孔，所述阀体包括一个包围一部分所述流体流道的壁，所述流体流道限定了与所述壁共轴线的轴线；

一个以可旋转方式安装在所述阀体内的阀件，所述阀件具有环形圆弧密封表面并且该阀件可绕垂直于所述第一轴线的第二轴线转动；

一个设置在所述阀体内的阀座组件，用于与所述阀件的所述密封表面接触，所述阀座组件自所述第二轴线沿轴向向所述第一端偏移，所述阀座组件包括：

由有弹性的塑性材料形成的一个密封环，它具有一个径向面向内的第一环形表面以与所述阀件的所述密封表面密封接触，以及一个径向面向外的第二环形表面，在所述第二表面上形成一个径向面向外的环形凹槽；

一个设置在所述凹槽内的弹性支撑环，所述支撑环的横截面是圆形的，所述支撑环的中心线是由通过所述支撑环的中心的第一平面限定的且垂直于所述第一轴线，当所述阀件处于关闭位置且无任何流体压力作用在所述阀件上时，所述阀件上的所述密封表面与所述密封环上的所述第一表面之间的接触基本上是环形线接触，所述线接触接合位于第二平面内，该第二平面沿离开所述第二轴线的方向自所述第一平面沿轴向向所述阀体的所述第一端偏移；以及

保持装置，用来将所述阀座组件保持在所述阀体内。

2.按照权利要求1所述的阀，其特征在于，所述径向面向外的环形凹槽的横截面形状与所述支撑环的横截面形状是互补的。

3.按照权利要求1所述的阀，其特征在于，所述阀体和所述保持装置共同限定了一个沿圆环方向延伸的阀座空腔，用来容纳所述阀座组件。

4.按照权利要求3所述的阀，其特征在于，在横向横截面图中示出的所述阀座空腔具有面向轴向的第一环形凹槽、面向轴向的第二凹槽以及沿圆环方向延伸的导槽，所述第一凹槽面向所述阀体的所述第一端，所述第二凹槽面向所述第一凹槽，所述导槽与所述第一和第二凹槽相贯且通入所述流道。

5.按照权利要求4所述的阀，其特征在于，所述第一凹槽的径向宽度小于所述第二凹槽的径向宽度。

6.按照权利要求5所述的阀，其特征在于，所述密封环包括一安装在所述导槽内的中心本体部分，与所述本体部分一体且穿入所述第一凹槽的第一凸缘部分，以及与所述本体部分一体且穿入所述第二凹槽的第二凸缘部分，所述本体部分与所述第一、第二凸缘共同限定所述第二表面。

7.按照权利要求5所述的阀，其特征在于，所述中心本体部分、所述第一凸缘部分以及所述第二凸缘部分的尺寸和形状便于它们相应地紧配合在所述导槽、所述第一凹槽和所述第二凹槽中。

8.按照权利要求7所述的阀，其特征在于，位于所述第二表面内的所述面向外的凹槽的中心线位于所述第一平面内且所述第一平面自所述本体部分的中心线沿轴向向所述第一轴线偏移，该所述本体部分的中心线位于与所述第一和第二平面平行的第三平面内。

9.按照权利要求1所述的阀，其特征在于，所述密封环的所述第一表面是弧形的。

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