CN1346428A - 球阀用装置 - Google Patents

Abstract

一种阀,该阀阀壳中安排一个入口和一个出口,它们带有沿着垂直轴线的公共中心线,一个阀体具有贯穿孔,在其中阀体可围绕一根与孔垂直的转动轴线转动,并被设置成可在一个第一位置和一个第二位置之间转动,在第一位置孔与入口和出口连通,而在第二位置阀体的一个第一和一个第二密封体密封紧靠分别在阀壳的入口和出口旁的一个第一和一个第二阀座。阀座处于相互平行的密封平面上,从而与入口和出口形成一个斜角,并且在其中密封体被定位在相互平行的阀体平面上,从而与阀体轴线形成一个类似的斜角。

Description

球阀用装置

本发明涉及一种上述类型的阀，这种阀在阀壳中安排一个具有贯穿孔的阀体，而且在其中阀体可围绕一根与该孔垂直的转动轴线转动，借此能转动到该孔与阀壳的一个入口和一个出口连通的位置。在开启位置，入口、阀体孔和出口形成沿着一根共同阀轴线的完整阀孔。阀用转动阀体的方法关闭，致使孔的纵向轴线与阀轴线横切。于是阀体密封紧靠入口、出口或者入口和出口两者。

所述阀类的特点为，当阀完全开启时，孔的整个横截面敞开。这允许，例如，正在清理的清管器通过装有这种阀的管路。这种阀还能被做成在阀体内具有一个减小的孔。

所述阀类的不同实施例按照阀体形状以及在阀体和入口/出口之间的密封进行区分。

在所谓的球阀中使用一个球形阀体，它在分别位于阀壳的入口和出口处的环形密封面上密封地滑动。每个密封面处于一个平面之中，该密封平面与阀轴线形成一个直角，而且两个密封平面是平行的。接触压力由弹性力或者液力决定。

开头描述阀类的另一个实施例是从NO专利170239得知的，在其中每个密封平面与阀轴线形成一个斜角。在阀壳中，在每个密封面处安排一个在密封平面内的阀座。在阀体的两个相对侧面上装有在平面中的环形密封体，所述平面与一根垂直于转动轴线并且通常还垂直于转动体孔的轴线形成相同的斜角。一个密封体借助于阀体围绕其转动轴线转动而密封地压靠在一个阀座上。这个实施例有如下优点：在密封体和阀座之间的接触力由阀体的扭矩决定。另一个优点是：能在两个阀座，也就是说既在入口又在出口处获得密封，从而确保此阀关闭。而且，该阀在两个流动方向密封同样地好。

这种已知结构的一个特性是：在入口/出口处的正压力提供一个作用在阀体上的扭矩，并试图朝阀体开启方向转动它。该扭矩/开启扭矩和密封平面的斜度同时增加，还和压力同时增加。因此，对于打算用于高压的阀来说，密封平面对于阀轴线的最小角度尽可能大，也就是说尽可能接近直角是符合需要的。

这种已知结构的另一个特性是：在壳内的正压力在入口/出口处提供一个扭矩，它作用在阀体上，试图朝关闭方向转动它。该扭矩/开启扭矩和密封平面的斜度同时增加，还和压力同时增加。

如果配合密封面被定位在密封平面中，在密封体和阀座之间会出现不符需要的楔牢效果。这能通过增大阀平面的斜度，也就是说减少密封平面和阀轴线之间的角度来避免，但是如上所述，这就需要在阀体上作用一个较大扭矩以便获得密封。

另一种较好的解决办法是，形成阀座和密封体的环形配合密封面，以致于它们的对称轴线与密封平面构成直角。在NO170239中配合密封面被看作处在与阀体转动轴线垂直的一个平面截面中，因而阀轴线位于该平面截面之中。在该专利文件中，配合密封面被规定沿着一个围绕在离阀体转动轴线S一个距离处的中心N并具有半径R的圆M。因此如上所述，在密封面和密封平面之间有一个角度。如果转换为一个三维阀座和密封体，这意味着配合环形密封面形成一个具有半径(R)并且中心在N处的球面(M)的一部分。

已经弄清楚，根据NO170239制成的阀，除非使用中等压力就不能保持密封。由于压力增大，通常在到阀体转动轴线的距离为最大之处会产生泄漏。

本发明的目的在于：纠正从NO170239得知的此类阀的所述缺点，并制造出一种可用于中压和高压的阀。

这一目的通过在下面的说明书以及其后的权利要求所述的特征得以实现。

从NO170239得知的阀类的密封问题被认为与下述事实相联系：从阀体转动轴线到配合接触表面的距离由于密封平面的所述倾斜而改变。当阀体在一个专门扭矩作用下朝其关闭位置转动时，一个变化的扭矩臂导致一个沿着接触面的变化的接触力，以致于到阀体转动轴线的距离处于最大值的地方接触力最小。当在入口/出口处压力增大时，阀壳和阀体变形，于是在配合接触表面之间具有最小接触力的区域产生泄漏。

根据本发明，其根本特征在于，配合密封面具有不同的曲率。这是与从NO170239得知的阀相反的，在NO170239中规定两个密封面遵循相同的圆或者说球面。曲率差别能用下法达到：每个密封面形成一个不同半径球面的一部分；一个密封面形成一个圆锥面的一部分，而配合密封面形成一个球面的一部分、一个抛物面的一部分或者一个双曲面的一部分。这样做的一个效果是，当阀体受到一个扭矩时，配合密封面之间的接触沿着一条接触线而不是一个接触面起作用。如果扭矩加大，沿着接触线的表面压力剧烈升高。在接触力最大之处，也就是说到阀体轴线的距离最小的区域内，阀座和阀体内的材料变形，因而接触面增大。在此同时，这导致沿着接触线其他部分的较大接触力。

两个配合接触面之一可有利地做成弹性回弹的，因此会由于沿关闭方向施加到阀体的扭矩而获得一个预加载力。例如，一个回弹阀座可通过沿纵向施行较大延伸来达到。在一个最佳实施例中，一个弹性回弹的垫圈被定位在一个阀座沟槽中。然后密封体靠紧在垫圈上。一个弹性回弹阀座或者一个弹性回弹垫圈会补偿沿着接触线的接触压力变化，并补偿阀壳和阀体由于压力增大、温度改变、扭矩和外力变化而产生的尺寸、形状变化。

一个圆形横截面的入口和出口相对于与阀轴线形成一个斜角的密封平面而言是椭圆。因此，在阀座和阀体内的接触面在理论上应该构成一个椭圆圆锥面的一部分、一个椭圆抛物面的一部分或者一个椭圆双曲面的一部分。由于密封平面斜度相对较小，也就是说当在对称轴线和孔轴线之间具有较小角度偏差时，如同一个球、圆锥、抛物面或双曲面的转动对称接触面会充分地接近。

如同从NO170239中得知的那样，接触面对称轴线与密封平面垂直并被定位在阀体转动轴线的侧面。

现在参照附图，借助于一个典型实施例更加详细地描述本发明，其中：

图1以从上方观察的截面图形式显示一个全开阀的原理图；

图2显示部分开启的图1阀；

图3显示关闭的图1阀；

图4以放大比例显示关闭阀的第一阀座区域；

图5以更大比例显示图4配合密封面的一部分；

图6按与图4相同的比例显示在带有垫圈的第一阀座旁的区域；

图7以一个更大的比例显示垫圈细节；

图8与图3相同，但表示出一些在配合密封面之间的接触点；

图9与图3相同，但具有加长阀座；

图10与图4相同，但具有一个配合密封面替代实施例；

图11显示带有多个角度位置值的图，所述角度位置沿着在图10配合密封面之间的一根假想接触线标注；

图12是作为在图11中的角度位置的函数，座面相对于座平面的角的图解表示。

在图1中参考数值1确定一个具有阀壳2的阀，所述阀壳具有一个入口3和一个沿着共同阀轴线5直径相对的出口4。在入口3和出口4之间围绕一根转动轴线7可转动地支承着一个阀体6。阀体6提供一个在此贯穿的孔8，所述贯穿孔8具有与阀轴线5在同一平面内并且与转动轴线7垂直的一根孔轴线9。

阀体6以一种已知方式装备着多根短轴，并被支承在阀壳2之中。短轴和轴承没有表示出。短轴之一以一种已知方式加压密闭地从壳中穿出，并具有安排来转动阀6的一个手柄、一个驱动器或设置于此的其他装置，但此种安排也没有表示出来。然而，对于一个熟悉本技术的人来说它是众所周知的。

在阀壳2中，入口3配置一个带有第一密封平面11的第一阀座10，而出口4以一种相同的方式配置一个带有第二密封面13的第二阀座12。密封平面11、13相互平行并与阀轴线5形成一个斜角14。第一阀座10对称或者说接近对称地围绕着垂直于密封平面11的一根第一对称轴线15。

阀座10装备着一个与第一密封平面11成一角度的第一环形密封面16。密封面16形成一个属于一个圆锥的第一圆锥面17的一部分，所述圆锥的底面在该密封平面中而顶端18位于阀座10的对称轴线15上，因此该圆锥顶点被定位在偏离阀体6处。

第二阀座12同样对称地围绕着垂直于密封平面13的一根第二对称轴线19。阀座12装备着一个与第二密封平面13成一角度的第二环形密封面20。密封面20以一种与第一密封面16相同的方式，形成一个圆锥的第二圆锥面21的一部分，此圆锥的底面在该密封平面中而顶端22位于阀座12的对称轴线19上，因此，此圆锥顶点被定位在偏离阀体6处。

在阀体6的一侧设置一个在平面24内的第一环形密封体23，平面24与转动轴线7平行，并且在此同时与孔轴线9形成一个角度25，如图1所示。角25与角14互余，也就是说，角14与25之和为九十度。密封体23对称或者说接近对称地围绕一根与密封体23的平面24垂直的第三对称轴线26。

密封体23装备着一个与平面24成一角度的第三环形密封面27。该密封面27形成一个第一抛物面28的一部分，所述抛物面的底面在密封平面24内而顶端29位于密封面27的对称轴线26上，因此该抛物面顶端被定位在偏离阀体6处。该密封面27被安排来与阀座10的密封面16配合。

在阀体6的另一侧，与第一密封体23沿直径相对地设置一个在平面31内的第二环形密封体30，平面31与转动轴线7平行，并且在此同时与孔轴线9形成一个角32。角32与角14互余，也就是说，角14与32之和是一个直角。平面31与平面24平行。密封体30对称或者说接近对称地围绕一根与密封体30的平面31垂直的第四对称轴线33。

密封体30装备着一个与平面31成一角度的第四环形密封面34。该密封面34形成一个第二抛物面35的一部分，此抛物面的底面在密封平面31内而顶端36位于密封面34的对称轴线33上，因而抛物面顶端被定位在偏离阀体6处。此密封面34被安排来与阀座12的密封面20配合。参见图5，在密封面34和密封面20之间的多个接触点45形成一根连续的接触线。阀体6的横向轴线46与阀体6的孔8以及转动轴线7成直角地相交。

当阀体6处于其关闭位置时，见图3，第一阀座的密封面16与第一密封体23的密封面27相配合，而在此同时，第二阀座12的密封面20与密封体30的密封面34相配合。

对于关闭的阀而言，见图3，在入口3和出口4内相对于阀壳2内侧压力的一个正压力会产生一个沿着对称轴线15、19作用的合力，以及一个围绕转动轴线7并试图朝开启位置转动阀体6的合扭矩。对于关闭的阀而言，一个在阀壳2内的正压力会同样地提供一个试图使阀体6朝其关闭位置转动的扭矩。

在图5中显示，第一密封面16以及配合的第三密封面27的不同曲率是如何导致密封面仅在一个接触点45相互接触的。在第一密封面16和第三密封面27之间的多个接触点在一起形成一条接触线。密封面20也含有相同的情况。在关闭位置阀轴线5与阀座6的轴线46一致。

该阀可被称作倾斜偏心和双密封的，参照图3、4和8。在对称轴线15、19、26、33和转动轴线7之间的最短距离被称作该阀的第一偏心距37。在顶端18、22和阀轴线5之间的最短距离被称作该阀的第二偏心距38。在顶端29、36和阀轴线5之间的最短距离被定义为该阀的第三偏心矩39。

还有，参照图6和7，其中一个挠性垫圈40被设置在第一阀座10的一个环形沟槽41中。也可用同样的方式在第二阀座中设置一个垫圈，但这未被表示。最佳垫圈40为一种本来知晓的垫圈，在其中垫圈材料被成型为例如一个带纵向切口的中空环状物。该切口允许垫圈40被压缩，从而形成一条连续的接触线。为使垫圈获得足够的弹性，一根螺旋状弹簧42已被嵌入垫圈40的空腔之中。垫圈40装备着一个外部安装环43。用多个未表示的螺钉固定在阀座10上的一个夹紧环压迫安装环43紧靠阀座10并使垫圈40在沟槽41中保持应有位置。此外，参照图7，该图以更大的比例显示出该环的横截面。

作为替代，挠性垫圈40可被设置在密封体23、30中，这未被显示。

在开头提到，施加在阀体6上的一个扭矩会导致在配合密封面16和27，以及在配合密封面20和34之间的接触力。在每个接触点45处的接触力取决于从接触点45到阀体6的转动轴线7的距离。

在图8表示出三个接触点A、B和C。其中，接触点A最靠近该转动轴线，因而在A点接触力将最大。接触点C离转动轴线7最远，因而在C点接触力最弱。而接触点B位于比接触点A离转动轴线7稍大距离处。但比接触点C显著地靠近转动轴线7。因而在B处的接触力比A处小，但比C处的接触力大。

在配合密封面16、27和20、34之间的接触力导致阀体10、12被纵向压缩。由于压力、温度、扭矩和阀1容易受到的其他外力引起的变形和尺寸改变，该压缩会变化，并且因此在不使接触力对于完成密封而言变得太弱的情况下吸收尺寸改变。由于金属的单位压缩小，阀座10、12可被加长，见图9，以便达到较大的总压缩，因为较大长度会提供较小的弹性系数。

图10显示一个第一阀座10的替代实施例，其中角度沿着密封面16变化。在此处，密封面16不是象已描述的那样构成一个假想圆锥面的一部分，而是由无数假想圆锥面的部分组成，其中每个假想圆锥具有在一个最小和最大值范围内变化的不同的高度。因此，在到转动轴线7的距离为最大的区域内角α最小。

图11显示从阀1中心朝入口3观察时在配合密封面之间的圆接触线。分度图用沿着接触线的接触点极角来表示，而且标注出接触点A、B和C。在图12中的曲线示意地显示作为极角函数的角α。

Claims (10)

1.一种阀，该阀于阀壳(2)中安排一个入口(3)和一个出口(4)，它们带有沿着阀轴线(5)的公共中心线，一个阀体(6)具有贯穿孔(8)，在其中阀体(6)被设置成可围绕一根与孔(8)垂直的转动轴线(7)转动，并被设置成可在一个第一位置和一个第二位置之间转动，在所述第一位置孔(8)与入口(3)和出口(4)连通，而在所述第二位置阀体(6)的一个第一和一个第二密封体(23，30)密封紧靠分别在阀壳(2)的入口(3)和出口(4)旁的一个第一和一个第二阀座(10，12)，阀座(10，12)处于相互平行的密封平面(11，13)上，从而与入口(3)、出口(4)以及公共中心线(5)形成一个斜角，并且在其中密封体(23、30)被定位在相互平行的阀体平面(24，31)上，从而与阀体(6)的横向轴线(46)形成一个类似的斜角；而且在其中阀座(10，12)和密封体(23，30)装备着围绕着它们各自对称轴线(15，19，26，33)的配合环形密封面(16，20，27，34)，所述对称轴线与各自密封面(11，13)和阀体平面(24，31)垂直，所述密封面(16，20，27，34)是弯曲的并且与它们各自的密封平面(11，13)和体平面(24，31)形成一个斜角(α)，其特征为，配合密封面(16，20，27，34)具有不同的曲率。

2.根据权利要求1的阀，其特征为，所述接触线包括由显示出三个偏心距的配合密封面(16，20，27，34)之间的接触形成的所有的接触点(45)，其中第一偏心距(37)是在对称轴线(15，19，26，33)和阀体(6)的转动轴线(7)之间的最短距离，第二偏心距(38)是在顶端(18，22)，即与对称轴线(15，19)相交的密封面(16，20)假想延伸部分，和阀轴线(5)之间的最短距离，而第三偏心距(39)是在顶端(29，36)，即与对称轴线(26，33)相交的密封面(27，34)假想延伸部分，和阀轴线(5)及阀体(6)轴线之间的最短距离，所述阀轴线(5)和阀体(6)轴线当阀处于其关闭位置时是一致的。

3.根据权利要求2的阀，其特征为，所述配合密封面(16，20，27，34)之一，最好是阀座(10，12)的配合面曲率，是无穷大，因而所述密封面(16，20)形成一个圆锥面的一部分。

4.根据权利要求2的阀，其特征为，所述配合密封面(16，20，27，34)各自形成一个抛物面和/或球面的一部分。

5.根据权利要求2的阀，其特征为，所述配合密封面(16，20，27，34)之一沿相反方向弯曲。

6.根据权利要求2的阀，其特征为，所述配合密封面(16，20，27，34)之一配备一个弹性垫圈。

7.根据权利要求2的阀，其特征为，在所密封面(16，27)之间和在所述密封面(20，34)之间的所述接触点(45)形成接触线。

8.根据上述一项或多项权利要求的阀，其特征为，所述角(α)沿着所述密封面变化。

9.根据权利要求8的阀，其特征为，从所述密封面到所述转动轴线的距离最大处所述角(α)最大。

10.根据权利要求1的阀，其特征为，在所述阀处于其关闭位置状态下当一个小角度被用于所述密封面的对称轴线(15，19，26，33)和所述阀轴线/横向轴线(5，46)之间时所述环形密封面(16，20，27，34)旋转对称。

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