CN1227321A - 开关装置 - Google Patents

Abstract

一种开关装置，尤其是旋塞、浮球阀、闸板等，具有一个用于一个开关元件的开关轴，它可转动地和可轻微倾斜地被引导在装置壳体的一个开关轴孔内，其在位于与开关元件相对的一侧的轴肩上形成一个密封面，一个密封环与该密封面相配合并且支承在该开关轴孔的一个台阶上，用一个弹簧将密封环压靠在密封面上，其中该密封环与密封面基本上成一种线接触。

Description

开关装置

本发明涉及一种根据权利要求1的前序部分的开关装置。

由于尤其是在利用单侧手柄对开关轴进行转动操作时可能发生泄漏，开关轴相对于其装置壳体的密封是很关键的。因为上述操作会在开关轴上产生一个倾斜力矩，从而一方面使密封环紧压在一起而另一方面却允许形成缝隙。

专利DE-U-7815061发明了一种开关装置，其开关轴借助于压力固定在装置壳体中，该轴有两个沿轴向彼此相距一定距离的径向轴肩，并且具有球形的密封面，该密封面在每种情况下都通过具有球形密封面的密封环支承于一个有两级阶梯的开关轴孔的台阶上。开关轴由于装置壳体的内压力和碟形弹簧的预应力的作用而被压入和拉入其密封位置，在此碟形弹簧的一侧支承在装置壳体的外侧上，而其另一侧支承在一与开关轴固定连接的相对支承上。此设计的缺点是开关装置的内部压力和密封件的磨损会削弱弹簧的预拉伸效果。开关轴只有在轴肩和密封面之间才能倾斜并形成很大的缝隙，这是因为球形密封座具有可沿轴向明显位移的半径中点(radius middle points)。

专利DE2140975介绍了一种用于开关装置的开关轴密封。其开关轴包括一个带有环形平面的环形轴肩，用以支承两套密封装置，在每个密封装置中两个楔形的密封环彼此接合。此外，专利DE2658256公开了一种用于一组件的主轴的密封装置，其中通过一个碟形弹簧将一个具有一球形密封座的密封环压靠在主轴的径向轴肩的球形密封面上。密封面设在轴肩的内侧上，因而使碟形弹簧支承在主轴孔的内部台阶上而且与流过的介质相接触。轴肩通过一环形平面支承在与壳体固定的一个相对支承的外侧，从而使主轴不能倾斜运动。

最后，专利DE4104003公开了一种开关装置，其中开关轴上的一单个轴肩形成相对布置的球形密封面，而且这些密封面分别与在相对侧的形状对应的密封环相配合。在此开关装置中，弹簧作用于一个支承在面对的密封环上的压缩环上，以使此密封环压在轴肩上。采用这种开关装置，密封环和开关轴的轴肩压靠在一起而没有间隙。压缩弹簧保证了制造公差、伸缩变化和磨损的补偿，因此在正常情况下要求对这种密封进行后续的调节。通过在同一个轴肩的两侧设有球形的密封和安装面，形成了一个无缝隙的密封支承，并避免了产生与在开关轴和开关轴孔之间的介质有关的沉积。该已知设计在操作过程和前述的开关轴的安装过程中需要有大的扭矩。

本发明的目的是提供一种具有一开关轴固定件的开关装置，其中避免了作用于一个密封环上的倾斜力矩，而且使开关轴在操作中可容易地运动。

该目的由权利要求1的那些特征来实现。

采用了根据本发明的开关装置，在密封环和密封面之间形成了一种线接触。为此，最好将密封面制成其横截面是凹形的，其中根据本发明的另一种形式，也可以将在支承区中的密封环制成球形的。根据本发明的再一种形式，密封环的曲率半径小于密封面的曲率半径。

根据本发明形成的开关轴固定件具有一系列的优点。由于形成线接触，在开关轴的轴肩上形成密封，当有横向力作用于开关轴上因而使之产生相应的倾斜角时，该密封依然保持，因此不会有任何产品渗入到在开关轴和开关轴孔之间的内部空间中。当开关轴倾斜时，不会有较大的力矩作用在密封环上。在开关轴倾斜时，轴肩与密封环之间的接触线可能会轻微地移动，但密封不会因此而被破坏。根据本发明的方案的另一个优点在于，用于操作该装置的开关元件所需的力矩相对较小。

根据本发明的设计结构最后还有一个优点，即密封环用陶瓷或金属材料制成，尽管用于操作的力矩较小，但依然能实现可靠的密封。根据本发明的又一个构造，开关轴孔内装有另外一个套筒形的密封环，该密封环与一个和弹簧，最好是一碟形弹簧协同作用的压缩环紧密接触。在此为了保持操作开关元件的力矩较小，本发明提供了一个在碟形弹簧和压缩环之间的线接触，其中使根据本发明的一种形式的压缩环在与碟形弹簧接合的区域中凸出地弯曲。另外在这种情况下，可以实现将压缩环均匀地压在相关联的密封环上并且将密封环均匀地配装在开关轴的轴肩上，这在开关轴倾斜时也不例外。

为了替代在一个位于开关轴上的挡块和密封之间的弹簧，可以把密封本身制成弹簧形式的。例如在外圆周面上的一个可压缩的密封环包括一个用来安装一弹簧，最好是一V形弹簧的凹槽，由此使密封沿轴向向外扩展，从而在开关轴的轴肩上产生一个压力。因此，可以省去否则将采用的碟形弹簧。除此之外，可以采用一个环形的或套筒形的元件，将它装入开关轴孔的扩大部分内，并且使其例如与一个拧在开关轴上的螺母的下侧相配合。借助于螺母可由此而调节密封上的压力。这样，可以施加一预定的预张紧力。圆柱形元件上的一个法兰支承在壳体的外侧上，由此确保预应力或预定设置不会超过一定数值，从而避免了开关轴轴肩上的密封产生不允许的变形。

省去碟形弹簧可能会给空间条件带来积极的影响。另外，碟形弹簧在腐蚀性环境中易于腐蚀。耐腐蚀的碟形弹簧又比较复杂。包括弹簧的密封环可以例如用聚四氟乙烯(PTFE)构成，弹簧可用弹簧钢，比如钢1.4310、镍铬铁耐蚀合金Inconel X750或诸如此类的其他材料制成。这种开关装置也可有效地应用于真空区域和载荷随温度而波动的条件下。磨损或改变预应力可以例如通过拧紧螺母来得到补偿。

根据本发明的一种形式，对于一种附加的密封，在拐角区沿对角线与密封面相对地设置的密封环包括一个用于放置一O形圈的凹槽。

如果使腐蚀介质经过开关装置，那么一方面需要适当地选择开关元件的材料，另一方面也应适当地选择开关轴的材料，以必须保证开关轴不发生腐蚀。这么做将在必要时导致这些零件的成本增高。因此，根据本发明的一种形式，在壳体和球形开关元件之间设有一个环形密封结构。为此，采用一个位于壳体的一个环形凹槽内的密封环，它在适当的场合，可在弹簧张力的作用下与球的表面接合。为此，比如通过在一个支承轴颈和一个在球上的凹座之间布置一个弹簧例如球可借助于一个与开关轴相对设置的固定件而压靠在密封结构上。这个弹簧可以是一个碟形弹簧。这种密封结构可包括两个环，外面的一个环比较硬，例如用石墨，PTFE(聚四氟乙烯)或诸如此类的其他材料制成，而由外环接纳的内环则可以例如用塑料制成。这种类型的密封结构的优点在于，在用来装放密封装置的凹槽内设有一个附加的密封环以防止介质经由凹槽进入开关轴孔中。该附加的密封环可以例如是用石墨、PTFE或类似材料亦或是金属材料制成的O形圈。双侧固定的优点是可以通过弹簧和支承轴颈释放球的静电荷。采用这种实施例的形式，不会将力传到开关轴的密封环上，而不象一般情况下球互相接触时那样。壳体和球之间的密封结构同时也起一个支承环的作用。

按照本发明的另一个实施例，在壳体和做成球形的开关元件之间设有一可变形的第三密封环，它有V形的截面形状，在其凹槽内装有一个以这样一种方式试图将密封环的分支压开的弹簧，即使一个分支压在球的与之面对的表面上。同样，该弹簧最好为V形，并用合适的弹簧作用材料特别是金属制成。根据本发明的一种形式，该密封环可用塑性材料制成，并由一种弹性材料包围，比如镀敷。根据本发明的一种形式设置第三密封环的优点在于它安放在壳体的一个沿径向邻接开关轴孔的一个环形凹槽内。

本发明具有任何产品无法进入开关轴空间的优点。因此，开关轴不会被腐蚀性介质侵蚀。所以开关轴不必采用成本高的耐腐蚀材料制造。在适当的情况下，这也导致了开关轴尺寸的减小，从而给开关装置的结构尺寸带来积极的影响。结果，使开关轴所需的空间区域减小60％或更多。

采用某些开关元件，例如其周围包覆PTFE或FEP(氟化乙丙烯)的球，开关轴就不必也包覆这些材料。但是，由此在开关元件和开关轴之间的联接区域内产生了问题。包覆材料通常不在抵抗相对较高的表面压力的位置上，因此会在此区域内出现表面腐蚀。根据本发明的措施避免了这一问题。

现在借助于附图中所示的一个实施例对本发明进行如下详述。

图1是根据本发明的装有一个开关轴固定件的浮球阀的断面图。

图2是图1中的一个局部的放大图。

图3是图1中的另一个局部的放大图。

图4示出了根据本发明的浮球阀的另一个实施例。

图5示出了根据本发明的浮球阀的第三个实施例。

图6示出了根据本发明的浮球阀的第四个实施例。

在图1中，一个浮球阀的阀室10具有一个球状阀塞12，因为轴颈16装配在一个合适的凹槽18内，该阀塞可借助于开关轴14而转动。

阀室10包括一个孔20，在该孔的第一孔段22中设有一个套筒形的密封24。通过使孔22的直径减小，形成一个相对于孔20倾斜地向下延伸的台肩26，用于支承密封24。密封24的上侧还设有一倾斜表面，该表面与适当地安装在孔段22内的压缩环28的倾斜表面适配。在孔的下段30中装有一个密封环32，有关它的详细情况将在以后详述。该密封与开关轴14的径向轴肩34相配合，所述开关轴14上有一凹入地弯曲的球形密封面36。

在压缩环28的上方设有一个弹簧组件38，它由两个碟形弹簧组成，它们可由拧在开关轴14的带螺纹部分42上的螺母40用压力调定。在螺母40和位于开关轴上的另一个螺母44之间有一手柄46。

图2示出了根据图1的细部2(圈内部分)。由图2可以看出，在孔的下段30上设有一横截面大致为矩形的密封环32，它因此而支承在阀室10的台肩48上。从图中还可以看出，密封环32的面对着轴肩34的一侧呈凸出的球形，如标号50处所示。该凸形曲面的曲率半径值稍小于球形密封面36的曲率半径，因而在密封环32和密封面36之间形成一个线支承，如标号52处所示。该线支承不受开关轴14是否发生倾斜的影响，尤其是因操作而引起倾斜的时候。因此接触线52发生位移，但依然能保持密封作用。

由于碟形弹簧38的弹簧作用，轴肩34压在密封环32上，此时阀室10内的介质压力更加强了这一作用。为了得到密封环32和孔段30或台肩48之间的补充密封，在与球形曲面50相对的拐角上设有一位于一相应的凹槽内的O形密封圈52a。

密封环32可用任一种材料制成，例如金属、石墨、弹性体，等等。

图3示出了根据图1的细部3(圈内部分)。可以看出，在上部区域内的压缩环28在面对开关轴14的一侧成凸出的球形地弯曲。如标号54处所示。这样导致在弹簧组件38的下碟形弹簧上形成线支承56，由此意味着减小了用来调整球状阀塞12所需的力矩。已经提到的开关轴14的轻微倾斜不会损害均匀的弹簧压紧，因而也不会损害压缩环28与密封环24的均匀的紧密接触。

由于根据权利要求4的实施例包括与图1所示相同的部件，因此沿用相同的参考标号。从图4中可以看出，在阀室10的一个凹槽26中设有一密封件32a，它与图1所示密封件的不同之处在于：在一个其断面形状呈三角形的环形凹槽中，在密封环的外周边上放有一个其断面为V形的弹簧60。弹簧60将密封环的部分压开，并由此使密封环贴在开关轴14的轴肩34上。如图1所示，因而可省去一个碟形弹簧。借助于螺母40和圆柱形元件62可产生一预应力。元件62压在密封24上，由此产生了轴肩34对密封件32a的压力。元件62包括一用于限制预应力的径向法兰64，当它与阀室10的外侧靠紧时便可有此作用。在该处，在阀室中可设有一小密封环66。借用于其上端在标号68处隆起的元件62，可设定或改变所需的预应力，另外，还可以补偿磨损。为此，螺母40必须可以在开关轴42上转动。紧固螺钉70可以固定螺母40在开关轴14上的转动位置。

从图4中还可以看出，阀室在开关轴孔的下端有一倾斜表面72。轴肩34也有一相应的倾斜表面74。倾斜表面72和74按圆环延伸，这样假如密封件32a或密封24因热效应而熔化，就会产生一金属的密封。在这种情况下依然可实现开关轴14的孔的密封。

可以理解，选择预应力，依然可以使装置的操作比较容易。元件62的隆起形状也有利于操作。

图5中所示的浮球阀在很大程度上与根据图1的浮球阀相对应，因此同样的零部件可用同样的参考标号表示。从图5中可以看出，阀室10a在开关轴孔20的区域中具有一个圆的锥盘形凹槽80，它与开关轴孔20相邻。凹槽80中装有一个其横断面呈V形的第三密封环82，该密封环的一个分支装入凹槽80，另一分支支承在球12的相应表面上。密封环82可用塑性或弹性材料制造。在密封环82内放置一横断面呈V形的环状弹簧84，用来将密封环82的两个分支压开。

在图中所示的情况下，球12的表面可镀敷一种合适的材料，例如聚四氟乙烯(PTFE)，而用于安装轴颈16的槽18和开关轴14都不用镀敷。

开关轴14可用低成本的材料制造，或者由于介质原因，比如粘性或块状介质要求有较大的扭矩而用抗扭材料制造。由于介质不会从内部空间到达开关轴，因此也不会有腐蚀性介质损坏开关轴。

用相同的参考标号表示图6所示实施例中那些与图1中的零部件相对应的零部件。与图1相比，根据图6的实施例包括一密封装置90，它具有一个其面向球12的外侧与球的轮廓相匹配的金属环92。该金属环92包括一沟槽，其中设有一个伸出沟槽并与球接合的塑料环94。但是也可以想到省去塑料环94而只使用与球的几何形状相配的金属环或陶瓷环。这种密封结构防止了介质渗入开关轴孔。在密封环94或密封装置90上可施加一弹簧压力。但是在图6中预应力的产生与前面所述的不同。球12安装在支承轴颈96的与开关轴14相对的一侧上，将该支承轴颈紧固在阀室10b内并嵌入球12的一个凹槽98中。在轴颈96的上端与凹槽98的底面之间设有一个碟形弹簧装置100，该装置由此对球12施加沿开关轴14方向的预应力。图示的结构形式有几个优点。采用这个实施例，便没有作用力传给开关轴的密封环32和34。该密封结构同时还起到了一个支承环的作用。另一优点在于，在该处可获得一个抗静电结构，这是因为球12的静电荷会通过碟形弹簧、支承轴颈96和阀室10b而释放。

将该密封装置90布置在位于阀室10b中的一个合适的环形凹槽内。在该处用密封环102密封，从而防止介质渗入到开关轴孔的空间内。密封环102可以是O形密封圈，并且例如用石墨、PTFE或类似材料制成，但也可以例如采用金属的O形圈。

Claims (19)

1．一种开关装置，尤其是旋塞、浮球阀、闸板等，具有用于一个开关元件的一个开关轴，它在装置壳体的一个开关轴孔内被可转动地和可轻微倾斜地引导，并且在一个位于与开关元件相对的一侧的轴肩上形成一个密封面，一个密封环与该密封面共同配合并且密封地支承在所述开关轴孔的一个台阶上，用一个弹簧将密封面压在密封环上，其中密封环与密封面基本上保持一种线接触。

2．一种根据权利要求1的开关装置，其特征为，密封面的横截面呈凹入的形状。

3．一种根据权利要求2的开关装置，其特征为，在密封面上的支承区域中的密封环其横截面呈圆弧形。

4．一种根据权利要求2或3的开关装置，其特征为，密封环的曲率半径小于密封面的曲率半径。

5．一种根据权利要求2至4中的任一项的开关装置，其特征为，密封环的剩余横截面为矩形，并由一个形状与其相适应的支承件支承。

6．一种根据权利要求1至5中的任一项的开关装置，其特征为，还提供了一个填料密封，该密封具有一个装入开关轴孔内的密封环和一个压缩环，所述压缩环与一个弹簧紧密接触并将所述填料状密封环压在开关轴孔的一个台肩上。

7．一种根据权利要求6的开关装置，其特征为，弹簧是一个碟形弹簧，压缩环与板簧形成一种线接触。

8．一种根据权利要求7的开关装置，其特征为，压缩环在与碟形弹簧接合的区域中凸出地弯曲。

9．一种根据权利要求1至6中的任一项的开关装置，其特征为，密封环在外圆周上包括一个凹槽，其内设有一个环形弹簧，尤其是V形弹簧，它可在轴肩和壳体之间产生压力。

10．一种根据权利要求1至6中的任一项或权利要求9的开关装置，其特征为，一个位于壳体外并装在开关轴上的螺母作用在一个位于壳体的开关轴的孔内的环形压力元件上，用来在轴肩和密封环之间产生压力。

11．一种根据权利要求1至10中的任一项的开关装置，其特征为，轴肩包括一个环状的倾斜表面，壳体包括一个互补的倾斜表面，如果密封环遇热熔化，这些倾斜表面就以一种金属密封的方式相互配合。

12．一种根据权利要求1至11中的任一项的开关装置，其特征为，在壳体和球之间设有一个支承于球上的第三密封装置。

13．一种根据权利要求12的开关装置，其特征为，第一密封装置由一个用刚性材料制成的第一密封环和一个用可缩性材料制成的第二密封环组成，其中第二密封环位于第一密封环的环形沟槽内。

14．一种根据权利要求13的开关轴，其特征为，一个弹簧装置在球和第三密封装置之间产生预应力。

15．一种根据权利要求14的开关装置，其特征为，预应力是由一个弹簧，最好是一个碟形弹簧产生的，该弹簧设置在球上的一个凹槽和支承轴颈之间。

16．一种开关装置，尤其是根据权利要求12至14中的任一项的开关装置，其特征为，在壳体和球之间设有一个可变形的并且横截面呈V形的第三密封环，在其凹槽内设有一个弹簧，它试图使密封环的分支以这样一种方式被压开，即，使分支压靠在球的与之面对的表面上。

17．一种根据权利要求16的开关装置，其特征为，由金属材料制成的弹簧是环形的并具有V形横截面。

18．一种根据权利要求16或17的开关装置，其特征为，密封环用镀敷一种弹性材料的塑性材料制成。

19．一种根据权利要求16至18中的任一项的开关装置，其特征为，第三密封环位于一个沿径向邻接开关轴孔的环形凹槽内。

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