TW201600782A - 流體閥與其心軸封裝結構 - Google Patents

Abstract

一種流體閥，包括閥體、心軸及閥門，閥體內具有可相連通之軸封槽及閥門槽，且閥門配置於閥門槽中，軸封槽內配置一心軸封裝結構，心軸封裝結構依序由軸封環、心軸環與彈簧堆疊而成，且上述元件的內緣相連形成一容置空間，心軸恰能容納於此容置空間之中，藉此讓心軸封裝結構整體具有平均荷重的效果。

Description

流體閥與其心軸封裝結構

本創作是關於一種流體閥，特別是一種具有模組化心軸封裝結構的流體閥。

流體閥是設置於流道上，用以阻斷或開放流道的機械結構，能達到控制流道流量的效果，不管在工業上或是家庭中，流體閥都是一種常用的機械結構。一般來說，如第1A圖所示，裝設於流道的流體閥包括一閥體92，閥體92中裝置一心軸94及一在流道上的閥門(未圖示)，透過移動、轉動或拉動心軸94，可以使心軸94與閥門(未圖示)連動，進而達到阻斷或開放流道的效果。

在流體閥的工業應用上，由於流體可能會有高溫、易溶解或侵蝕其他物質的特性，因此閥體和心軸通常會是不易於高溫變質且不易被溶解的物質，例如金屬，但金屬彼此接觸久了也可能產生磨損，且金屬的熱膨脹係數通常較大，這些都是會讓心軸及閥體間產生間隙或者卡死的因素。因此，流體閥會在心軸94及閥體92之間形成一軸封槽922，並在軸封槽922之中放置一些環形的軸封環96，而形成心軸94的封裝結構，軸封環96通常是較軟且熱膨脹係數通常較小的物質，例如石墨，如此一來，便能減少心軸94及閥體92之間因磨損或劇烈膨脹收縮而出現間隙或者互相卡死的狀況。請參見第1B圖，以目前常見的流體閥心軸封裝結構看來，封裝環96由上到下所承受的荷重分佈8並不平衡，其中，軸封環96上半部所承受的荷重會較下半部為大，此一結果會影響心軸封裝結構密封的程度。理想中的荷重分佈，是使上下兩端承受相近的荷重，並且荷重隨著接近中央而遞減，亦即封裝結環96的兩端在理想的狀態下，是承受了相近的力；目前有一些閥體，針對荷重不平衡的問題，在封裝結構中加入了盤形彈簧或線圈彈簧來平衡荷重，但盤形彈簧因為其構造，會有內外圈施力不平均的缺點，無法真正解決荷重不平衡的問題，而線圈彈簧雖然施力平均，但所佔用的空間太大，因此仍然無法同時解決荷重不平衡及佔用空間太大的問題。

此外，流體閥使用久了之後，軸封環96還是會因為磨損或是被流體溶蝕而有耗損的情況，當軸封環96耗損以後，心軸94及閥體92之間便有可能出現空隙，進而使得流體由空隙滲出。

在流體閥的元件中，軸封環96通常會是耗損較快的元件，因此當出現耗損時，只要清理並更換軸封槽922之中的軸封環96，便能讓流體閥繼續正常運作，但由第1A圖可知，當軸封槽922是一個狹窄的空間時，清理並更換軸封環96便是一件不容易的事情，而一但清理的時間長了，除了人力成本上升外，也會因流體閥無法使用連帶造成生產線停頓等額外損失。

綜上所述，如何提供一種心軸封裝結構，可以同時解決荷重平衡問題、具有清理上便利性及避免佔用空間的優點，是亟待努力的目標。

為解決上述相關的問題，本發明之一主要目的在於提出了一種具有封裝結構的流體閥，在軸封槽內部提供推力，使得軸封環不會因耗損而形成空隙，也能在軸封環或其他軸封元件嚴重耗損時快速更換封裝結構。

本發明之另一主要目的在於提出一具有封裝結構的流體閥，模組內的彈簧能持續供給推力，讓心軸與閥體之間的軸封元件不易形成空隙，避免流體由空隙滲出。

本發明之又一主要目的在於提出一具有封裝結構的流體閥，在軸封元件耗損需要更換時，可直接將舊的模組抽出並置入新的模組，能減少流體閥保養的時間，能減少人力及停工所耗費的成本。

本發明之再一主要目的在於提出一具有封裝結構的流體閥，心軸環的內表面與外表面分別有相對的內凹溝及外凹溝，因此這會使心軸環的剖面具有工字結構，這樣的結構能使心軸環具有不易變形的優點，且又於心軸環的內凹溝及外凹溝分別配置一O形環，使心軸環同時具有強度及與管壁密合的性質。

根據上述各項需求，本創作提出一種流體閥，包括一閥體、一心軸、一閥門及一心軸封裝結構，閥體具有一第一容置空間及一第二容置空間，第一容置空間位於第二容置空間之上方且與第二容置空間相連通，心軸封裝結構具有一第三容置空間，心軸封裝結構配置第一容置空間，閥門配置於第二容置空間，心軸配置於第三容置空間，且心軸與閥門相連接，透過操控心軸可使閥門跟著作動，其中，心軸封裝結構包括：複數個軸封環，堆疊配置於第一容置空間的底部；一心軸環，配置於軸封環上方；及一彈簧，為環形並配置於心軸環上方，彈簧具有一連續的波浪形表面，形成有複數個峰部及複數個谷部，谷部和心軸環相接；其中，軸封環、心軸環及彈簧的內緣連接而包圍第三容置空間。

本創作另外提出一種流體閥，包括一閥體、一心軸、一閥門及一心軸封裝結構，閥體具有一第一容置空間及一第二容置空間，第一容置空間與第二容置空間相連通，心軸封裝結構具有一第三容置空間，心軸封裝結構配置於第一容置空間，閥門配置於第二容置空間，心軸配置於第三容置空間，且心軸與閥門相連接，透過操控心軸可使閥門跟著作動，其中，心軸封裝結構包括：複數個第一軸封環，堆疊配置於第一容置空間的底部；一第一心軸環，配置於第一軸封環上方；一彈簧，為環形並配置於第一心軸環上方，彈簧具有一連續的波浪形表面，形成有複數個峰部及複數個谷部，谷部和第一心軸環相接；一第二心軸環，配置於彈簧上方，並和峰部相接；及複數個第二軸封環，堆疊配置於第二心軸環b的上方；其中，第一軸封環、第二軸封環、第一心軸環、第二心軸環及彈簧的內緣連接而包圍第三容置空間。

1‧‧‧流體閥
12‧‧‧閥體
122‧‧‧軸封槽
14‧‧‧心軸
140‧‧‧容置空間
16、16’、16a‧‧‧模組化心軸封裝結構
160‧‧‧載具
1600‧‧‧容置空間
1601‧‧‧限制部
161‧‧‧襯套
1610‧‧‧限制部
162a、162b‧‧‧軸封環
163a‧‧‧心軸環
163b‧‧‧心軸環
163’‧‧‧心軸環
1630‧‧‧內凹槽
1631‧‧‧外凹槽
164‧‧‧O型環
165‧‧‧彈簧
1651‧‧‧峰部
1652‧‧‧谷部
165’‧‧‧彈簧
17‧‧‧封裝蓋
171‧‧‧彈簧
18‧‧‧閥門
182‧‧‧閥門槽
8‧‧‧荷重分佈
80‧‧‧荷重分佈
80’‧‧‧荷重分佈
81‧‧‧荷重分佈
81’‧‧‧荷重分佈
92‧‧‧閥體
922‧‧‧軸封槽
94‧‧‧心軸
96‧‧‧封裝環

第1A圖 習知的流體閥心軸封裝結構剖視圖；
第1B圖 習知的流體閥心軸封裝結構荷重分佈示意圖；
第2圖 本發明的具有模組化心軸封裝結構的流體閥的結構示意圖；
第3A圖 本發明第一實施例的流體閥之模組化心軸封裝結構的局部放大剖面圖；
第3B圖 本發明模組化心軸封裝結構局部爆炸示意圖；
第3C圖 本發明第二實施例的流體閥之模組化心軸封裝結構的局部放大剖面圖；
第4A圖 本發明第一實施例的流體閥之模組化心軸封裝結構的荷重分佈示意圖；
第4B圖 本發明第二實施例的流體閥之模組化心軸封裝結構的荷重分佈示意圖；
第5圖 本發明的流體閥之模組化心軸封裝結構與閥體分離示意圖；
第6圖 本發明第三實施例的流體閥之模組化心軸封裝結構的剖面圖；及
第7圖 本發明第三實施例的流體閥之模組化心軸封裝結構的荷重分佈示意圖。

本發明主要是揭露關於一種具有模組化心軸封裝結構的流體閥，除了模組化心軸封裝結構之外，流體閥之中的元件大多數皆為習知技術，因此本發明以下的說明並未針對流體閥之中的多數元件特別描述，而本領域習知技術者依然能瞭解本發明如何運作；同時，本發明所對照之圖示係表達與本發明特徵有關之結構示意，並未亦不需要依實際尺寸繪製，合先敘明。

請先參閱第2圖，為本創作具有模組化心軸封裝結構16的流體閥1的結構示意圖。如第2圖所示，流體閥1包括閥體12、心軸14及閥門18，心軸14及閥門18是裝設在閥體12之中並且互相連接，流體閥1是設在一流道(未圖示)上，同時閥門18會被設置在流道的截面，透過操控心軸14能使閥門18跟著作動，進一步由閥門18控制流道的啟閉。在如第2圖所示的實施方式中，閥體12有一軸封槽122及一閥門槽182，軸封槽122及閥門槽182是相連通的兩容置空間，並且在本實施方式中，閥門槽182在軸封槽122的下方，其中，模組化心軸封裝結構16是與心軸14一同裝設在閥體12的軸封槽122之中，同時模組化心軸封裝結構16是位於心軸14和軸封槽122之間，而閥門18是設置於閥門槽182之中；至於模組化心軸封裝結構16的詳細構造，稍候詳述。

請同時參閱第2圖及第3A圖，第3A圖是本發明一第一實施例的模組化心軸封裝結構16的結構剖面示意圖。將第2圖所示的圓圈X處取截面，即可得到第3A圖，如第2圖所示，模組化心軸封裝結構16裝設於閥體12的軸封槽122之中，在本實施方式中，軸封槽122是一由閥體12上端往下貫穿至閥門18所在區域的容置空間，並用以裝設模組化心軸封裝結構16，而模組化心軸封裝結構16至少包括載具160、襯套161、軸封環162、心軸環163及彈簧165，在本實施方式中，軸封槽122的下端即為靠近閥門18的一端；載具160中有一貫通載具160上下兩端的容置空間1600，載具160下端的內緣並有一凸出的限制部1601，其中，載具160是以下端正對閥門18的方式置於軸封槽122之中，因此載具160的下端鄰近閥門18。一實施狀態下，在容置空間1600之中，由下到上至少依序配置了一襯套161、複數個軸封環162a、心軸環163a及彈簧165；在較佳實施狀態下，更可進一步於彈簧165的上方配置心軸環163b及複數個軸封環162b，而形成上下對稱的心軸封裝結構。

襯套161是一中空的柱體，其置於載具160容置空間1600中的下端，亦鄰近於閥門18，襯套161上端的外緣有一凸出的限制部1610，限制部1610的下緣恰與載具160的限制部1601的上緣互相抵靠，使得襯套161能被配置於載具160容置空間1600的底部，並使其中一部份的襯套161凸出於載具160的下端；在另外一種實施狀態下，襯套161和載具160是一體成形，或者載具160與襯套161合而為一；如前所述，在容置空間1600之中，襯套161的上方依序配置複數個軸封環162a、心軸環163a、彈簧165、心軸環163b及複數個軸封環162b，其中，心軸環163a及163b的內表面與外表面分別有相對的內凹溝1630及外凹溝1631，因此這會使心軸環163的剖面具有工字結構，這樣的結構能使心軸環163具有不易變形的優點，心軸環163的內凹溝1630及外凹溝1631分別配置一O形環164，使心軸環163具有較強的結構同時能與載具160及心軸14的壁面之間保持密合；軸封環162a及162b、心軸環163a及163b及彈簧165都是呈環狀，而襯套161的內徑都與上述元件一致，很明顯的，互相堆疊的這些元件的內緣，會連接並構成一容置空間140，容置空間140的上下兩端分別具有一開口，使其可容置心軸14，在本實施例中，心軸14是由載具160上端容置空間140的上端開口置入，貫穿於容置空間140中，並由容置空間140的下端開口及載具160的下端穿出，因此得以和閥門18相連接，心軸14並進一步具有一封裝蓋17，當心軸14裝置於容置空間140之中時，封裝蓋17會覆蓋載具160上端的容置空間1600的上端開口，亦即覆蓋該載具160遠離閥門18的那一端容置空間1600的開口，並將載具16與封裝蓋17固定在一起，使軸封環162a及162b、心軸環163a及163b及彈簧165等元件被封在容置空間1600之中，在本實施例中，封裝蓋17是裝置在載具16遠離閥門18的那一端；在上述的實施方式中，彈簧165可以是波浪形彈簧，而軸封環162a及162b是可壓縮的材料，如石墨。

在此實施方式中，當彈簧165為波浪形彈簧時，如第3B圖所示，彈簧165具有一個連續的波浪形表面，並且有至少複數個峰部1651和複數個谷部1652，當彈簧165和心軸環163a及163b堆疊時，彈簧165的峰部1651和心軸環163b相接，而彈簧165的谷部1652和心軸環163a相接；波浪形彈簧因其結構，相較於線圈形彈簧具有不佔空間或節省空間的優點，且相較於盤形彈簧具有作用距離大及施力平均的優點。

在本發明一第二實施例的流體閥之模組化心軸封裝結構16a的實施狀態下，如第3C圖所示，封裝蓋17的上方更配置有彈簧171，彈簧171會對封裝蓋17施加向下的力，使封裝蓋17對載具160及載具160內部的元件施加向下的力，進一步使得模組化心軸封裝結構16a之中的元件更緊密的結合；在此實施例中，彈簧171是盤形彈簧，但本發明並不對彈簧171的種類作出限制。

如上所述的模組化心軸封裝結構16、16a相較於常見的心軸封裝結構，多設置了彈簧165及心軸環163a及163b，彈簧165可對其他元件提供垂直方向的推力，於是當心軸14周圍的其他環形元件因長期使用受損時，彈簧165的推力能擠壓其他環形元件，被擠壓而輕微變形的環形元件能避免因受損而使心軸14與載具160之間出現空隙，達到平衡心軸封裝結構荷重的效果，如第4A圖所示，在兩組軸封環162a及162b之間的彈簧165，能有效的使荷重分佈80、81較為接近理想的狀態，減少頂部封裝環162b和底部封裝環162a之間的荷重差；在上述實施狀態下，分別位於彈簧165上下兩端的心軸環163b及163a為較硬的材質，當彈簧165施力於心軸環163b及163a時，心軸環163並不易因此而變形，故具有使彈簧165施力平均的效果；如第4B圖所示，在模組化心軸封裝結構16a之中，因為彈簧171施加的力，使得彈簧165上方的軸封環162b所承受的荷重分佈80’更接近理想的狀態。

接著，請同時參閱第3A圖及第5圖，第5圖是本發明的流體閥之模組化心軸封裝結構16與閥體分離的示意圖。如前關於第3A圖所述及，載具160的容置空間1600裝有多個元件，而如第5圖所示，載具160可由軸封槽122中由下往上抽出，當載具160往上抽出時，因為載具160的限制部1601和襯套161的限制部1610會互相抵靠，故襯套161會被載具160帶動一併向上抽起，連帶使軸封環162a及162b、心軸環163a及163b和彈簧165等元件一起被抽起，最後整個模組化心軸封裝結構16可以順著心軸14的壁面被抽離軸封槽122，並和流體閥1的閥體12分離。因此，相較於已知的流體閥，本發明之具有模組化心軸封裝結構16的流體閥1的模組化心軸封裝結構16為可拆式，可一體抽換，具有維修上的方便性。

在另一實施狀態下，本發明流體閥1中的模組化心軸封裝結構16可以不具有心軸環163a及163b和彈簧165，在此實施狀態下，模組化心軸封裝結構16仍可由流體閥1中分離抽換。

接著，請參閱第6圖，是本發明第三實施例的流體閥之模組化心軸封裝結構16’的剖面示意圖。本實施例中，模組化心軸封裝結構16’的組成元件及元件配置關係和第3A圖所示的模組化心軸封裝結構16的組成元件及元件配置關係相似，差別在於，模組化心軸封裝結構16’的襯套161和軸封環162a之間，進一步配置有一彈簧165’和一心軸環163’，其中，彈簧165’是置於襯套161的上方，而彈簧165’的上方是心軸環163’，心軸環163’上方則依序配置和模組化心軸封裝結構16內相同元件的軸封環162a、心軸環163a、彈簧165、心軸環163b、軸封環162b，這些元件的配置方式和模組化心軸封裝結構16中的相同，故不贅述；在這個實施方式中，使用了第二組彈簧165’和心軸環163’，於是，如第7圖所示，模組化心軸封裝結構16’之中，軸封環162a、162b所承受的荷重分佈80、81’會更加平衡，其中軸封環162b的頂端和軸封環162a的底端是承受相近的力；另外，彈簧165’可以是波浪形彈簧，其與第3B圖所示的彈簧165的結構一樣，故不再贅述。

值得注意的是，本發明流體閥1中的心軸封裝結構16、16’、16a如果改為固定式而非可拆式的模組化心軸封裝結構，則流體閥1之中的心軸封裝結構16、16’、16a可以不具有載具160和襯套161。在此情況下，心軸封裝結構16、16’、16a僅由軸封環162a及162b、心軸環163a及163b和彈簧165等元件構成，在此實施方式下，心軸封裝結構16、16’、16a雖無法一體由流體閥1中分離抽換，但同樣具有平均荷重的功效。

根據本發明所提出的流體閥之模組化心軸封裝結構16、16’、16a，彈簧165、165’及心軸環163a及163b、163’能使心軸14旁封裝結構的荷重在流體閥1能一直保持平衡，在模組化心軸封裝結構16、16’、16a便能使各元件更緊密結合，當各元件隨著使用而有受損而產生縫隙的情況時，也能以推力使元件些微變形並填補縫隙，以減少流體透過心軸14與閥體12間的空隙滲漏的狀況。

根據本發明所提出的流體閥的模組化心軸封裝結構16、16’、16a，模組化心軸封裝結構16、16’、16a可被從軸封槽122中被抽出並進一步和流體閥1的閥體12分離，因此流體閥1的維修人員能輕易清除並更新載具160中的元件，甚至能在抽出一個模組化心軸封裝結構16、16’、16a之後，直接將另一模組化心軸封裝結構16、16’、16a置入軸封槽122之中，大幅的減少了流體閥1的維護時間，而載具160在清除內部裝載的元件後仍能重覆使用，達到環保的效果。

此外，本發明第2圖所例示的流體閥1是蝶閥，但本發明的模組化心軸封裝結構16並不限定使用於特定的流體閥，也就是說，本發明的流體閥1可以是球閥、球塞閥或其他應用於流體的閥，本發明並不加以限定。

以上所述僅為本發明之較佳實施例，並非用以限定本發明之申請專利權利；同時以上的描述，對於熟知本技術領域之專門人士應可明瞭及實施，因此其他未脫離本發明所揭示之精神下所完成的等效改變或修飾，均應包含在申請專利範圍中。

12‧‧‧閥體

122‧‧‧軸封槽

14‧‧‧心軸

140‧‧‧容置空間

16‧‧‧模組化心軸封裝結構

160‧‧‧載具

1600‧‧‧容置空間

1601‧‧‧限制部

161‧‧‧襯套

1610‧‧‧限制部

162a、162b‧‧‧軸封環

163a、163b‧‧‧心軸環

1630‧‧‧內凹槽

1631‧‧‧外凹槽

164‧‧‧O形環

165‧‧‧彈簧

17‧‧‧封裝蓋

Claims (8)

1. 一種流體閥，包括一閥體、一心軸、一閥門及一心軸封裝結構，該閥體具有一第一容置空間及一第二容置空間，該第一容置空間位於該第二容置空間之上方且與該第二容置空間相連通，該心軸封裝結構具有一第三容置空間，該心軸封裝結構配置該第一容置空間，該閥門配置於該第二容置空間，該心軸配置於該第三容置空間，且該心軸與該閥門相連接，透過操控該心軸可使該閥門跟著作動，其中，該心軸封裝結構包括：
       複數個軸封環，堆疊配置於該第一容置空間的底部；
       一心軸環，配置於該些軸封環上方；及
       一彈簧，為環形並配置於該心軸環上方，該彈簧具有一連續的波浪形表面，形成有複數個峰部及複數個谷部，該些谷部和該心軸環相接；
   其中，該些軸封環、該心軸環及該彈簧的內緣連接而包圍該第三容置空間。
2. 根據申請專利範圍第1項所述的流體閥，更包含一封裝蓋，其設置於該心軸封裝結構之上方，覆蓋該第三容置空間之遠離該閥門之一開口，而將該心軸、該些軸封環、該心軸環及該彈簧密封於該第三容置空間內部。
3. 根據申請專利範圍第2項所述的流體閥，其中該封裝蓋的上方配置有一彈簧。
4. 根據申請專利範圍第1項所述的流體閥，其中該心軸環的內表面及外表面分別設有一相對的凹溝，該些凹溝中分別配置有一O型環。
5. 根據申請專利範圍第1項所述的流體閥，其中該些軸封環、該心軸環及該彈簧之內徑皆相同。
6. 根據申請專利範圍第1項所述的流體閥，其中該流體閥是球閥、球塞閥及蝶閥其中之一。
7. 一種流體閥，包括一閥體、一心軸、一閥門及一心軸封裝結構，該閥體具有一第一容置空間及一第二容置空間，該第一容置空間與該第二容置空間相連通，該心軸封裝結構具有一第三容置空間，該心軸封裝結構配置於該第一容置空間，該閥門配置於該第二容置空間，該心軸配置於該第三容置空間，且該心軸與該閥門相連接，透過操控該心軸可使該閥門跟著作動，其中，該心軸封裝結構包括：
       複數個第一軸封環，堆疊配置於該第一容置空間的底部；
       一第一心軸環，配置於該些第一軸封環上方；
       一彈簧，為環形並配置於該第一心軸環上方，該彈簧具有一連續的波浪形表面，形成有複數個峰部及複數個谷部，該些谷部和該第一心軸環相接；
       一第二心軸環，配置於該彈簧上方，並和該些峰部相接；及
       複數個第二軸封環，堆疊配置於該第二心軸環的上方；
   其中，該些第一軸封環、該些第二軸封環、該第一心軸環、該第二心軸環及該彈簧的內緣連接而包圍該第三容置空間。
8. 一種流體閥，包括一閥體、一心軸、一閥門及一心軸封裝結構，該閥體具有一第一容置空間及一第二容置空間，該第一容置空間位於該第二容置空間上方且與該第二容置空間相連通，該心軸封裝結構具有一第三容置空間，該心軸封裝結構配置於該第一容置空間，該閥門配置於該第二容置空間，該心軸配置於該第三容置空間，且該心軸與該閥門相連接，透過操控該心軸可使該閥門跟著作動，其中，該心軸封裝結構包括：
       一第一彈簧，為環形並配置於該第一容置空間的底部，該第一彈簧具有一連續的波浪形表面，形成有複數個峰部及複數個谷部；
       一第一心軸環，配置於該第一彈簧上方，該第一彈簧的該些峰部和該第一心軸環相接；
       複數個第一軸封環，堆疊配置於該第一心軸環上方；
       一第二心軸環，配置於該些第一軸封環上方；
       一第二彈簧，為環形並配置於該第二心軸環上方，該第二彈簧具有一連續的波浪形表面，形成有複數個峰部及複數個谷部，該些谷部和該第二心軸環相接；
       一第三心軸環，配置於該第二彈簧上方，該第三心軸環和該第二彈簧的該些峰部相接；及
       複數個第二軸封環，堆疊配置於該第三心軸環的上方；
   其中，該些第一軸封環、該些第二軸封環、該第一心軸環、該第二心軸環、該第三心軸環、該第一彈簧及該第二彈簧的內緣連接而包圍該第三容置空間。