CN1280562C - 球形阀 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种球形阀,包括:一个具有一个孔(4)的外壳(2)、一个驱动轴(6)和一个密封环(8),所述驱动轴(6)设置在该孔中,所述密封圈(8)用于密封该外壳(2)和该驱动轴(6)之间的间隙,以阻止流体(18)通过,其中该流体至少不时地处于受压状态;该球形阀还包括:一滚动轴承(60),用于承受该外壳(2)和该驱动轴(6)之间的轴向力;及一滑动轴承(50),其具有一轴向间隙,从而基本上避免了该轴向力通过该滑动轴承(50)的传递。由于本发明设置了具有轴向间隙的滑动轴承,因此所述密封环和所述滑动轴承不会发生磨损,或者几乎不会发生磨损。

Description

球形阀
技术领域
本发明涉及一种由可变形材料制成的密封环,以及一种密封系统,所述密封环具有一径向面向内的密封面和一径向面向外的密封面,所述密封系统包括一具有一孔的第一部件,一设置在所述孔中的第二部件,和一特定类型的密封环。
背景技术
在技术领域中,尤其是在机械工程领域中,都需要使用密封来密封环形间隙,密封具有不同的几何形状并且具有十分广泛的使用形式。所以,在现有技术领域中,这种具有不同设计外形的密封,可是预制标准件的形式,甚至可是标准件的形式,具有广泛的使用规格是公知的。一种公知的具有最简单形式的环形密封是橡胶O型圈。例如,大体上,一种所谓的轴密封环的构造更复杂,该密封环作为一种密封元件,其包括一作为外座的金属环和一径向面向内的橡胶密封唇。
例如,所述类型的轴密封环用于密封一种传动箱,一转轴从该传动箱中穿出。出于所述目的,所述金属环位于所述箱体中的一孔内,所述轴穿过该孔,并且所述密封唇靠在所述轴的环状圆筒形外围表面上,该表面尽可能的光滑。所述密封唇和所述轴的表面之间的接触表面减小成环绕所述轴的一环形线,更特别地,所述密封唇沿径向向内逐渐变细形成一几何状的锐边。所述构造允许所述轴以高速旋转,例如,在该情况中,传动润滑油放置在所述箱体的内部,并且通过所述密封在所述密封唇的下边形成一润滑油膜,可防止所述传动润滑油从所述箱体中流出。众所周知的在该情况下,在所述接触表面区域中的动压力可使所述油不会穿过密封唇的下方向外渗漏。
上述密封配置上的另一个问题在于,所述两个部件之间的间隙相对于流体要被密封住,而所述流体通常处于增压或减压的状态,并由于处于这些压力的状态下,一个力至少作用在所述的一个部件上。为了承载该力,公知的要在所述第一和第二部件之间设置额外的滑动轴承。所述滑动轴承承载由于流体压力而施加的力,并且比起如果所述两个部件的材料彼此之间直接相互摩擦的情况,其可在所述两个部件之间提供更大的活动灵活性。
出于结构上的考虑,所述滑动轴承通常设置在所述密封的邻近区域中。由于所述滑动轴承经常因所述两个部件彼此之间的相对运动而受到磨损,在运行一段时间之后,在两个部件之间将仍会发生直接接触,由此所述两个部件彼此之间的相对运动将变得更困难。
还有一个缺点是,所述滑动轴承的磨损颗粒会进入所述密封的区域中。这将导致所述密封的磨损增加,并因此经常性地导致所述密封效果的恶化。而且,即使是在所述密封没有磨损的情况下,由于磨损颗粒从所述密封间隙中的进入也将会导致所述密封发生变形,并因此产生泄露。
而且特别地,用于绕着一部件密封环形间隙的公知的毡环不仅仅旋转,而且其还通过所述孔以平移的形式产生移动。
公知的密封环的密封效果经常不够充分,尤其是对于受压流体的情况,所以会发生有害的泄露。
美国专利文献US5031923公开了一种阀杆密封,其阀杆密封组件包括一个呈U字形的密封环,一个设置在该密封环上方的支撑环和一个设置在该密封环下方并与其接合的一个定位环。虽然通过设置该支撑环和定位环可以将该密封环牢固地保持在阀帽孔的内表面和阀杆的外表面之间,但是作用在阀杆上的轴向力不可避免地会传递到该密封环上,从而造成了密封环的磨损。
发明内容
与之相比较,本发明所要解决的技术问题是提供一种密封效果得以改善的球形阀。
为了实现上述目的,本发明提供了一种球形阀,包括:一个具有一个孔的外壳、一个驱动轴和一个密封环,所述驱动轴设置在该孔中,所述密封圈用于密封该外壳和该驱动轴之间的间隙,以阻止流体通过,其中该流体至少不时地处于受压状态;该球形阀还包括:一滚动轴承,用于承受该外壳和该驱动轴之间的轴向力;及一滑动轴承,其具有一轴向间隙,从而基本上避免了该轴向力通过该滑动轴承的传递。
在该情况下,所述滚动轴承在两个部件之间的间隙区域中设置在密封侧上,或者它可设置在所述间隙的非密封侧上。在后者的情况下,所述滚动轴承部件的材料是特定的,所以可抵抗得住流体。
所述滚动轴承承载在现有技术中由滑动轴承承载的力,并且由于滑动轴承设置有该轴向间隙,因此可大致上减轻所述滑动轴承上的负载,甚至可使滑动轴承是不必要的。由此,所述滑动轴承的磨损得以大大降低,甚至是可以完全避免。即使是在包含由于高的作用力导致的高负载和产生在两个部件之间的长时间的相对高的速度的情况下,所述滚动轴承本身几乎也是无磨损的。
一种尤其有利的球形阀是,在所述密封的压力侧上的滑动轴承,尤其是一种轴向和径向向心(axial-radial)滑动轴承,与所述密封侧上的一滚动轴承结合在一起使用。这样尤其有利于密封效果,开且可确保能以一种有利的方式承载所述两个部件之间的力。
所述球形阀的一种有利的改进是沟状推力球轴承被选定为所述滚动轴承。
所述沟状推力球轴承尤其适合于通常空间狭窄的场合,因为其具有非常紧凑的形式。而且,它适合于承载主要沿着所述外壳上的孔的纵向方向经常发生的力,也就是说,在所述外壳和驱动轴之间的轴向力。
正如上面所述的,根据本发明,在一种尤为有利的方式中,所述密封环可与一滚动轴承结合在一起。特别地,这将在所述外壳和驱动轴之间的间隙中提供寿命长并且可靠性高的密封。
特别地,在密封间隙呈圆筒状表面的情况下,根据本发明,所述球形阀可具有一种简单和有效的密封系统。
形成在所述球体的流道的内表面上的流体压力将力作用在所述球体上,该力传递到固定在所述球体上的驱动轴上。根据本发明,在所述密封系统中,该力优选地借助于所述滚动轴承从所述驱动轴传递到所述球体的外壳上。所以,根据本发明中的密封系统,可能设置的滑动轴承和所述密封本身将不会受到这些力的作用,或者仅仅是在那里受到轻微的力的作用,因此,它们所受应力大体上得以减轻。所以,所述密封和所述滑动轴承不会发生磨损,或者几乎不会发生磨损。
根据本发明,出于密封两个部件之间的环形间隙的目的,应用具有两个密封面的可变形密封环,该密封环优选地采用弹性可变形材料如聚合物,所述密封面中,一个密封面径向面向内,而另一个密封面径向面向外。然后,该密封面通常靠在相应的的密封面上,例如,在密封槽中,适当地位于所述间隙的区域中。根据本发明,所述密封环的特征在于至少具有一个压力面,该压力面在所述密封环中是一空腔的壁面。所述至少一个压力面与至少一个密封面以大致径向相对的关系设置,所以,所述空腔中的流体在压力的作用下挤压所述压力面以驱使所述至少一个密封面向外并因此在适当的装配中使其靠在一部件的相应的密封而上。根据本发明,所述密封环的密封面的密封效果实质上通过增强的压力得到了改善。对于通过受压流体来密封的环形间隙而言,上述方法尤为有利。根据本发明,在所述密封环的这种安装情况下,只要所述密封环的安装可使从所述空腔处向外通的流体开口允许所述流体渗透入到所述空腔中并将其压力作用在所述压力面上及由此又作用到所述径向相对设置的密封面上,那么利用所述流体的压力来密封就是可能的。
优选地,所述空腔形成于所述密封环中,其在所述密封环的外围上沿着所述密封环的轴向外表面呈一槽状。然后,特别地,当所述密封环呈一环状圆筒管状的时候,所述槽的径向边界面与所述环的两个密封面(一个面向外和一个面向内)成相对的关系,并且当通过受压流体将一压力施加到所述槽上时,所述边界面沿着所述密封面的横截面驱使该密封面向外,也就是说,径向向外或径向向内。
附图说明
通过参考附图,对本发明的优选实施例进行描述,其中:图1所示为本发明密封系统一实施例的局部剖侧视图;图2所示为本发明密封系统第二实施例的局部剖正视图;和图3所示为本发明密封系统第三实施例的局部剖正视图。
具体实施方式
图1所示为一个具有一孔4的外壳2,一球形阀(未图示)的驱动轴设置在所述孔4内。在驱动轴6和外壳2之间的间隙通过一个密封环8来密封,该密封环8的外轮廓呈环状圆筒管。
所述密封环8具有一面向内的内密封面10和一面向外的外密封面12。所述径向面向内的密封面10靠在环状圆筒驱动轴6的径向面向外的表面上,而径向面向外的密封面12靠在外壳2的槽16的径向面向内的表面14上,所述密封环8装配在所述槽16中。
一空腔14形成在所述密封环8中。该空腔沿着密封环8的轴向外表面16而呈槽状。所述槽14朝着流体18的方向开口,该流体在外壳2中承受压力,并且渗透过驱动轴6和孔4的壁面之间的间隙4到达密封环8,然后对空腔14施加压力。所述空腔14具有截面形状呈抛物线状的壁面20。壁面20中呈抛物线状的各个“分支”与各个密封面10、12以径向相对的关系设置,并且通过流体18所施加的压力,该壁面20将密封面压在外壳2和驱动轴6的相应密封面上。
在图2所示的实施例中,驱动轴6具有一第一部分6a,一第二部分6b和一第三部分6c。所述部分6a确定地与球形阀的球体(未图示)锁定式可靠相连,该球体设置在外壳2的空腔30中。所述部分6b具有圆筒状表面7,密封8的密封面10密封在该表面上。
在从所述部分6a到所述部分6b的过渡处形成的是一台阶,该台阶的表面40与驱动轴6的纵向相垂直。在从所述部分6b到所述部分6c的过渡处也形成有一台阶,该台阶的表面41与所述表面40相平行。
所述第一台阶的表面40与设置在孔4中的环状滑动轴承50相接触。该环状滑动轴承50是一向心推力滑动轴承,并且支撑在孔4中的台阶的区域内而顶靠在孔4中该台阶的圆筒状外表面和环状端面上。就流体18在流道19中流动而言,该向心推力滑动轴承适合于承载流道19中的径向向外的轴向力。出于此目的,驱动轴上的第一台阶的表面40背对着承载流体18的流道19,并且孔4中所述台阶的环状端面朝向流道19。
沟状推力球轴承60的第一轴承壳61顶支在驱动轴6的第二台阶的表面41上。该表面41背对着流道19。
沟状推力球轴承的第二轴承壳62顶支在外壳2的外壳部分3上。
沟状球轴承60的滚动体设置在第一和第二轴承壳61、62之间。
为了将绕着驱动轴6纵向轴线的一扭矩施加在该驱动轴上,可使驱动轴6的所述部分6c的上端部,如上述实施例的情况中那样,具有成形的表面,例如正方形表面。
驱动轴的表面40和41、孔4的台阶中的环状支撑表面、以及外壳部分3上支撑着第二轴承壳62的支撑表面之间的间距选择成,使沿轴向向外的力可通过沟状球轴承60从驱动轴6传递到外壳部分3,并基本上或完全避免由滑动轴承50传递那些力。换句话说,由于滑动轴承50具有轴向间隙,沟状推力球轴承60和滑动轴承50并不呈现轴承布局的重复限位。
就驱动轴6的所述部分6a和6b、滑动轴承50和密封8而言,图3中所示的实施例与图2中所示的实施例是相同的。
在图3所示的实施例中,外壳2在孔4的端部处具有一个展平的部分5,其背对着流道19。该展平的部分5与孔4的纵向轴线相垂直。
驱动轴6上的第二台阶的环状表面41突出超过所述外壳2的展平部分5。设置在表面41上的是一具有环形沉孔71的板70。所述第一轴承壳61设置在该环形沉孔71中。
沟状球轴承60沿轴向突出超过环形沉孔71。沟状球轴承60的第二轴承壳62设置并被支撑在一第二板80的环形沉孔81内。该第二板80与外壳部分3相连。
在图3所示的实施例中,用于驱动所述驱动轴6的扭矩可以上述实施例中相同的方式,即通过形成在所述部分6c的端部区域中的成形表面来施加。另外,用于驱动的扭矩可通过所述板70来施加,如果就传递扭矩来说,该板与所述驱动轴6是固定地连接在一起的。

Claims (8)

1.一种球形阀,包括:一个具有一个孔(4)的外壳(2)、一个驱动轴(6)和一个密封环(8),所述驱动轴(6)设置在该孔中,所述密封圈(8)用于密封该外壳(2)和该驱动轴(6)之间的间隙,以阻止流体(18)通过,其中该流体至少不时地处于受压状态;其特征在于,该球形阀还包括:一滚动轴承(60),用于承受该外壳(2)和该驱动轴(6)之间的轴向力;及一滑动轴承(50),其具有一轴向间隙,从而基本上避免了该轴向力通过该滑动轴承(50)的传递。
2.如权利要求1所述的球形阀,其中作用在该驱动轴上的该轴向力通过流过所述球形阀球体的流体而施加在所述驱动轴上。
3.如权利要求2所述的球形阀,其中所述滚动轴承的一第一轴承壳支撑在一表面上,该表面背对着设置于所述球体中的流道并与所述驱动轴相连,而所述滚动轴承的一第二轴承壳支撑在另一表面上,该另一表面朝向所述流道并与所述外壳相连。
4.如权利要求1-3中任一项所述的球形阀,其中该滚动轴承是一沟状推力球轴承。
5.如权利要求1-3中任一项所述的球形阀,其中该密封环由弹性可变形材料制成,其具有一径向面向内的密封面和一径向面向外的密封而,其中至少一个在所述密封环(8)中作为空腔(14)的一个壁面的压力面(20)大体上与至少一个所述密封面(10,12)成径向相对的关系,使受压流体(18)在所述空腔(14)中挤压所述压力面(20)以驱使至少一个密封面(10,12)向外,其中所述空腔(14)具有一向外通的流体开口。
6.如权利要求5所述的球形阀,其中该空腔是一个形成在所述密封环(8)的轴向外表面上的槽(14)。
7.如权利要求5所述的球形阀,其中所述密封环(8)的形状是一环状圆筒管。
8.如权利要求1-7中任一项所述的球形阀,其中所述驱动轴(6)和所述孔(4)呈圆柱形。
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