專利名稱：雙向閥密封機(jī)構(gòu)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及用于閥門、主要是蝶形閥的密封機(jī)構(gòu)，它用于在極限條件下取得緊密的密封，并用于在將壓力、不論是沿預(yù)期流體流動(dòng)方向還是沿與此相反的方向加在閥盤上時(shí)防止泄漏。這種密封機(jī)構(gòu)具有環(huán)形座圈，座圈具有獨(dú)特的凹面以與閥盤的外凸面接合，從而取得異常緊密的雙向密封。
蝶形閥這類閥門在很多工業(yè)應(yīng)用如化學(xué)、動(dòng)力、造紙、空氣調(diào)節(jié)、石油和精煉等工業(yè)應(yīng)用中用以控制流體如液體和氣體的流動(dòng)。此外，這類閥門用以操作清潔、粘性和腐蝕性的液體；清潔和腐蝕性的氣體；以及水蒸汽。這類閥門還用于高溫場合。這類閥門一般具有帶中心孔的閥體和裝在孔內(nèi)的閥盤，閥盤可繞軸轉(zhuǎn)動(dòng)以關(guān)閉閥孔而阻止流體流經(jīng)閥孔。在作進(jìn)一步改進(jìn)的情況下，閥門還具有密封墊或密封件以取得更高的流體密封性和防漏性。在某些應(yīng)用中，采用了柔性橡膠或塑膠襯墊。在更為極限的條件下采用了薄的金屬密封件以取得緊密的密封。
然而，特別是在高壓和高溫下泄漏對這類閥門來說仍是一個(gè)嚴(yán)重的問題。現(xiàn)有技術(shù)的閥門未能提供足夠的密封以使泄漏減低到所要求的程度?，F(xiàn)有技術(shù)的一個(gè)缺點(diǎn)是在于其所用座圈只是在閥盤和座圈之間的某一點(diǎn)上作有效的接觸。這種情況往往產(chǎn)生在座圈以其平面形或彎離閥盤表面的一端與一般是弧形的閥盤表面相接觸的情況下。這就在此兩表面之間只留下簡單的點(diǎn)接觸，這在極限的壓力條件下是很有害的，在流體作反向流動(dòng)時(shí)特別容易產(chǎn)生泄漏。這種結(jié)構(gòu)示于
圖1，此圖取自于1989年1月10日頒發(fā)給Hayes等人的美國專利No.4,796,857，此專利作為參考文件結(jié)合于此(標(biāo)號取自原圖，只是在其前面加上一個(gè)“1”以示區(qū)別)。如此圖所示，座圈的密封端120呈平面形或彎離閥盤114的密封外緣116。在兩個(gè)密封面之間只存在著單一的徑向點(diǎn)接觸。這種結(jié)構(gòu)可允許較大的閥盤和閥座的對合容差，但如上所述，特別是在極限的條件下卻不能取得滿意的密封。
本發(fā)明公開一種獨(dú)特的密封機(jī)構(gòu)，這種機(jī)構(gòu)即使是在極限的溫度和壓力等條件下也可取得改善的抗泄漏性。本發(fā)明的密封件或座圈具有基本上與閥盤形狀相一致的內(nèi)表面。這樣，兩個(gè)表面接合在一起時(shí)就構(gòu)成密封的帶接觸，與現(xiàn)有技術(shù)的密封件相比具有大為良好的抗泄漏性能。座圈還具有彎形或脊?fàn)罱Y(jié)構(gòu)，用以取得密封件的彈簧型負(fù)荷。這特別是在較低壓力下有助于取得密封。
本發(fā)明的另一優(yōu)點(diǎn)是密封面的位置更趨于閥盤外緣的中部。其他的密封機(jī)構(gòu)過去基本上趨于閥盤的一面或另一面。這種位置使密封件更易產(chǎn)生滑動(dòng)、移位和泄漏等缺陷。本發(fā)明的密封件基本上與閥盤的兩面作等距離布置。這可取得最大的保護(hù)作用，與本發(fā)明加大了的密封表面面積相結(jié)合，即使在極限條件下也可取得更為良好的抗泄漏性能。
現(xiàn)有技術(shù)未能解決的另一問題是如何在與預(yù)期流體流動(dòng)方向相反的方向上加上壓力時(shí)取得完善密封的問題?，F(xiàn)有技術(shù)的密封機(jī)構(gòu)沒有應(yīng)付反向壓力的措施，在流體產(chǎn)生這一方向的壓力時(shí)特別容易產(chǎn)生泄漏。而在操作條件下，由于真空的形成、操作的停頓、設(shè)備的維護(hù)等原因往往會(huì)在這一方向上產(chǎn)生壓力。反向泄漏是特別不希望發(fā)生的，因?yàn)檫@種泄漏會(huì)造成受含在泄漏中的下游反應(yīng)產(chǎn)物的污染的危險(xiǎn)。
此外，對這里所公開的座圈保持件的設(shè)計(jì)可直接進(jìn)行修改，以便改變對接的尺寸。這種修改在將閥門用于連到各種尺寸不同的管子時(shí)是必不可少的，例如在聯(lián)邦或工業(yè)上的安全標(biāo)準(zhǔn)或公用設(shè)施標(biāo)準(zhǔn)有所改變時(shí)。這種修改的座圈保持件與現(xiàn)有技術(shù)相比費(fèi)用大為減少并具有更大的操作上的靈活性，因?yàn)樵谶@里采用了分立的中間構(gòu)件以便改變對接尺寸?，F(xiàn)有技術(shù)的另一缺點(diǎn)是在關(guān)閉閥盤以保持即使是臨界的密封性時(shí)也還要求在閥盤上保持扭力。蝶形閥中慣用的閥盤是雙偏置的，也就是，閥盤裝在沿兩個(gè)空間方向相對于閥孔中心偏置的軸上。這樣，軸在布置上舉例來說偏離盤面，而且離盤的一側(cè)較近，離盤另一側(cè)較遠(yuǎn)。這種布置從理論上來說可取得某些改善的密封性。但在使用中，這種密封件具有泄漏的傾向，在流體壓在閥盤上時(shí)，在閥盤上必須保持扭矩以保持其關(guān)閉狀態(tài)。這種扭矩是必不可少的，因?yàn)殚y盤在軸的一側(cè)上受著較另一側(cè)更大的力，這是由于閥盤在軸的一側(cè)具有較另一側(cè)更大的表面積。這使密封難以保持，加大了密封所需能量，也使開關(guān)閥盤較為困難，這會(huì)在操作條件下造成安全事故。此外，這種密封件的使用壽命由于須反復(fù)在閥盤上加上使閥密封的扭矩而受到了限制。
本發(fā)明通過連同所公開的密封機(jī)構(gòu)采用單偏置閥盤支架解決了這一問題。這樣，閥盤在僅沿一個(gè)方向偏離閥體孔中心點(diǎn)的軸上轉(zhuǎn)動(dòng)。軸的位置例如偏離閥盤的平面但與閥盤的兩側(cè)等距。這樣，軸一側(cè)的表面面積基本上等于另一側(cè)的面積，因此由流體壓力在其兩側(cè)所產(chǎn)生的力和扭矩是相同的。這大大減小或消除了在使用中為保持閥盤關(guān)閉而在閥盤上所須保持的扭矩，這有助于密封的完善性(完整性)和耐用性。本發(fā)明還使軸的布置盡可能靠近座圈。這進(jìn)一步使操作閥門所需扭矩值降低到最低程度。
本發(fā)明提供一種獨(dú)特的密封機(jī)構(gòu)，利用了協(xié)同工作的座圈、座圈保持件、閥體和閥盤構(gòu)件，用以在正向和反向兩種流向上構(gòu)成抗泄漏的密封(也就是一種雙向密封)。座圈在兩個(gè)流體流動(dòng)方向上由座圈保持件的矩臂和閥體的矩壁支承，此兩矩臂從座圈保持件和閥體的凹部伸出。這種矩臂結(jié)構(gòu)既支承座圈體，又使其密封面在其受支承的區(qū)域內(nèi)具有更大的彈性和撓性，這就可取得一種與閥盤相貼合的更加緊密的密封。本發(fā)明包括一種閥門，此閥門具有閥體，它具有位于中心的孔、圍繞該孔外周設(shè)置的環(huán)形凹槽和位于環(huán)形凹槽和該孔之間的矩臂；可轉(zhuǎn)動(dòng)的閥軸；閥盤，它具有圍繞閥盤周邊設(shè)置的凸形外緣，閥盤繞所述軸設(shè)置，使閥盤在該孔內(nèi)通過軸轉(zhuǎn)到開啟位置和關(guān)閉位置；環(huán)形座圈，它具有彎曲的構(gòu)形、第一端部和第二端部，座圈部分地位于閥體的凹部內(nèi)，其中第一端部具有凹形的表面，此表面與閥體的相鄰?fù)剐瓮饩壴陂y盤在孔內(nèi)處于關(guān)閉位置時(shí)基本上全面接觸；和環(huán)形座圈保持件，它具有環(huán)形凹槽，凹槽圍繞所述孔的外周，使其至少一個(gè)部分與閥體的環(huán)形凹槽鄰接，還具有矩臂，矩臂位于保持件的環(huán)形凹槽和所述孔之間，其中座圈的第二端部牢固地位于閥體和保持件之間。
本發(fā)明還公開了一種閥門，其中閥體的矩臂直接與座圈上與第一端部連接的第一彎部的凸面鄰接或接觸，以穩(wěn)定座圈并使座圈的第一端部在壓力沿閥盤處于關(guān)閉位置時(shí)的第一方向加在閥盤上時(shí)繞閥體的矩臂彎向閥盤，該壓力由閥盤傳遞到座圈的第一端部。
本發(fā)明還公開了一種閥門，其中座圈保持件的矩臂與座圈第一彎部的凹面相接觸，以穩(wěn)定座圈并使座圈的第一端部在壓力沿閥盤處于關(guān)閉位置時(shí)的基本上與第一方向相反的方向加在閥盤上時(shí)彎向并繞著保持件的矩臂彎曲，該壓力由閥盤傳遞到座圈的第一端部，并且其中保持件和閥體的矩臂協(xié)同工作，以產(chǎn)生雙向的閥門密封。
本發(fā)明還公開了另一優(yōu)選實(shí)施例，它包括一個(gè)閥門，其中座圈保持件的第一端部與閥盤的外緣形狀相一致并與其相隔足夠的間隙，以裝入座圈的第一端部并使座圈的第一端部壓靠在閥盤的外緣上。
本發(fā)明還公開了一種閥門，其中閥盤具有球體形狀，使軸僅在一個(gè)方向上偏離閥門孔的中點(diǎn)，從而與雙偏置閥盤相比為關(guān)閉閥門要求施加較小的扭矩，并且為使閥盤保持在關(guān)閉而基本無泄漏的狀態(tài)下基本上不須施加扭矩。與此相反，為關(guān)閉雙偏置閥盤和使其保持關(guān)閉狀態(tài)卻要求相當(dāng)大的扭矩。
本發(fā)明還公開了另一種閥門，其中閥盤具有兩個(gè)盤面，座圈的第一端部基本上在離兩個(gè)閥盤面等距處接觸閥盤的外緣。
本發(fā)明還公開了另一種優(yōu)選的閥門，其中座圈上處于第一彎部和第二端部之間的第二彎部的凸面與閥體的凹部和座圈保持件的凹部兩者之一接觸或同時(shí)與此兩者接觸。還公開了另一優(yōu)選的閥門，其中座圈的第一端部和閥盤的外緣形成密封接觸帶。
本發(fā)明的其他目的和優(yōu)點(diǎn)通過以下附圖和說明對熟悉本專業(yè)的人來說是顯而易見的圖1為現(xiàn)有技術(shù)閥門密封機(jī)構(gòu)的局部側(cè)面剖示圖。
圖2為本發(fā)明一優(yōu)選蝶形閥的正面透視圖。
圖3為本發(fā)明一優(yōu)選蝶形閥的側(cè)面透視圖。
圖4為圖3“A”區(qū)剖示放大圖，示出本發(fā)明的一實(shí)施例。
圖5為圖3“A”區(qū)剖示放大圖，示出本發(fā)明的另一實(shí)施例。
圖6為圖3“A”區(qū)剖示放大圖，示出本發(fā)明的又一實(shí)施例。
圖7為本發(fā)明閥門一優(yōu)選實(shí)施例的頂面透視圖。
圖8為圖7閥門的側(cè)面透視圖。
圖9為圖8中“B”區(qū)剖面放大圖。
如圖2和3所示，作為優(yōu)選實(shí)施例的蝶形閥1包括閥體13，閥體具有中央管孔15，氣態(tài)或液態(tài)流體可通過此孔。球體形閥盤17裝在軸19上，使得它至少部分地位于孔15內(nèi)。閥盤17并非球體；“球體形”一詞在閥門技術(shù)中用以表示形同一段或一部分球體的閥盤17。這樣，其外緣在空間可構(gòu)成一球體。這可從圖7-9中清楚地看出。如圖7和8所示，球體的中心線位于軸的中心和閥盤從上到下的中心，球體的半徑R是球體的半徑和密封面的半徑(圖7-9并未示出閥體)。因此，一般來說，一個(gè)圓形盤面的外周大于另一圓形盤面的外周(在閥盤為單偏置或雙偏置的情況下)。這種結(jié)構(gòu)特別是在與本發(fā)明座圈21結(jié)合使用時(shí)可保證緊密地密封。閥盤17繞軸19的軸線轉(zhuǎn)動(dòng)。閥盤在與孔15對齊時(shí)處于關(guān)閉狀態(tài)，閥盤與之不對齊時(shí)處于開啟狀態(tài)，流體可自由地通過。
在此優(yōu)選實(shí)施例中，座圈21是用無電極電鍍鎳(化學(xué)鍍鎳)的不銹鋼制成的。座圈21裝在孔15邊緣的周圍，具有第一內(nèi)端、第二外端和靠近第一端部的彎曲形(蛇形)彎段。第二端部由環(huán)形座圈保持件23固定緊壓在閥體13上。座圈保持件23在閥體13上作可卸的固定，以固定座圈21。這種結(jié)構(gòu)使座圈21在由于磨損或密封要求的改變而須更換時(shí)比較容易更換。本發(fā)明的有效密封部分地是由于座圈21的第一端部具有獨(dú)特的構(gòu)形。它具有弧形凹面的構(gòu)形，基本上與閥盤17外緣的凸形相一致。閥盤17限定的球體半徑和密封面限定的球體半徑基本上是相同的。這就可在閥盤17上和座圈21之間在座圈21上端的整個(gè)寬度上提供密封接觸。實(shí)際上，球體形的幾何形狀使密封的位置被感性降低，因?yàn)樽w可以在與配接部分所限定的球體接觸的點(diǎn)的任何區(qū)域上形成密封。座圈上端如果具有平面的構(gòu)形，如現(xiàn)有技術(shù)中所公開的，就只能與閥盤在每個(gè)徑向上的一點(diǎn)作有效的接觸。這只能取得圓周形的密封，其抗泄漏性能特別是在極限操作條件下就遠(yuǎn)為降低。
如圖4所示，座圈保持件23在其最靠內(nèi)的邊緣上具有矩臂25。緊靠矩臂25的內(nèi)側(cè)設(shè)有凹槽27。凹槽27可由兩個(gè)或三個(gè)平面限定。閥體13具有與座圈保持件23相似的結(jié)構(gòu)。矩臂29位于閥體13的最靠內(nèi)的邊緣上。緊靠矩臂29的內(nèi)側(cè)設(shè)有凹槽31。
在座圈保持件23靠近閥體13時(shí)，相應(yīng)的凹槽27和31構(gòu)成用以裝入部分座圈21的環(huán)形空間。在圖4和5的優(yōu)選實(shí)施例中，座圈21的第二端部被壓縮在閥體13和座圈保持件23的兩個(gè)鄰接面內(nèi)而固定住。在座圈和閥體或在座圈和座圈保持件之間還可裝入一個(gè)或多個(gè)密封墊。在圖6的優(yōu)選實(shí)施例中，座圈21的第二端部緊靠而固定在凹槽31上。在圖5和6的優(yōu)選實(shí)施例中，這種固定是協(xié)同凹槽27取得的，凹槽27接納座圈21的第二彎部，以便進(jìn)一步穩(wěn)定這一組合。在座圈21的第一彎部內(nèi)可以、也可不裝入環(huán)形密封墊或座圈支承件33以與其凹面接觸。
如圖4-6所示，可以看出，閥體矩臂29還具有穩(wěn)定和加強(qiáng)密封的作用。它接觸座圈21最靠內(nèi)的彎部凸面，以防止座圈的第一密封端特別是在其被壓向閥體時(shí)產(chǎn)生任何側(cè)向移動(dòng)。這在流體沿正常的預(yù)期方向流動(dòng)時(shí)就可保持密封的完善性。
座圈保持件矩臂25在相反方向上提供穩(wěn)定作用力。矩臂25接觸座圈21最靠內(nèi)彎部的凹面。這在閥盤17關(guān)閉時(shí)可保證緊密的密封，因?yàn)樽?1的第一密封端有效地嵌在矩臂25和閥盤17之間。矩臂25還如其名稱所提示具有矩臂的作用，座圈21的第一端部可繞其彎曲。這使座圈21的上端更加完好地與閥盤的外形相一致(吻合)。矩臂25還具有另一優(yōu)點(diǎn)。在流體反轉(zhuǎn)而開始作與其正常流動(dòng)方向相反的流動(dòng)時(shí)，矩臂25通過保持座圈21側(cè)向位置而保持緊密的密封。這種結(jié)構(gòu)結(jié)合以上所述矩臂29可提供本發(fā)明獨(dú)特的雙向密封。
權(quán)利要求
1．一種閥門，它包括(a)閥體，具有位于中心的孔、圍繞所述孔外周設(shè)置的環(huán)形凹槽和位于所述環(huán)形凹槽和所述孔之間的矩臂；(b)可轉(zhuǎn)動(dòng)的閥軸；(c)閥盤，具有圍繞所述閥盤周邊設(shè)置的凸形外緣，所述閥盤繞所述軸設(shè)置，使所述閥盤在所述孔內(nèi)通過所述軸轉(zhuǎn)到開啟位置和關(guān)閉位置；(d)環(huán)形座圈，具有彎曲的構(gòu)形、第一端部和第二端部，所述座圈部分地位于所述閥體的所述凹槽內(nèi)，其中，所述第一端部具有凹形的表面，此表面與所述閥體的相鄰?fù)剐瓮饩壴谒鲩y盤在所述孔內(nèi)處于所述關(guān)閉位置時(shí)基本上全面接觸，從而構(gòu)成密封接觸帶；(e)環(huán)形座圈保持件，具有環(huán)形凹槽，凹槽圍繞所述孔的所述外周設(shè)置，使其至少一個(gè)部分與所述閥體的環(huán)形凹槽鄰接，還具有矩臂，矩臂位于所述保持件的所述環(huán)形凹槽和所述孔之間，其中，所述座圈的所述第二端部牢固地位于所述閥體和所述保持件之間。
2．按權(quán)利要求1所述閥門，其中所述閥體的所述矩臂直接與所述座圈上與所述第一端部連接的第一彎部的凸面鄰接或接觸，以穩(wěn)定所述座圈并使所述座圈的所述第一端部在壓力沿所述閥盤處于所述關(guān)閉位置時(shí)的第一方向加在所述閥盤上時(shí)繞著所述閥體的所述矩臂彎向所述閥盤，所述壓力由所述閥盤傳遞到所述座圈的所述第一端部。
3．按權(quán)利要求2所述閥門，其中座圈保持件的矩臂與座圈第一彎部的凹面相接觸，以穩(wěn)定座圈并使座圈的第一端部在壓力沿所述閥盤處于所述關(guān)閉位置時(shí)的基本上與第一方向相反的方向加在所述閥盤上時(shí)彎向并繞著保持件的矩臂彎曲，所述壓力由所述閥盤傳遞到所述座圈的所述第一端部，并且其中保持件和閥體的矩臂如此協(xié)同工作以產(chǎn)生雙向的閥門密封。
4．按權(quán)利要求1所述閥門，其中所述座圈保持件的所述第一端部與所述閥盤的所述外緣的形狀相一致并與其相隔足夠的間隙，以裝納所述座圈的所述第一端部，并將所述座圈的所述第一端部壓靠在所述閥盤的所述外緣上。
5．按權(quán)利要求1所述閥門，其中所述閥盤具有球體形的形狀，使所述軸僅在一個(gè)方向上偏離所述閥門的所述孔的中點(diǎn)，從而與雙偏置閥盤相比為關(guān)閉所述閥門要求施加較小的扭矩，而且在為使所述閥盤保持在關(guān)閉和基本上無泄漏的狀態(tài)下基本上不須施加扭矩。
6．按權(quán)利要求1所述閥門，其中所述閥盤具有兩個(gè)盤面，所述座圈的所述第一端部基本上在離兩個(gè)閥盤面等距處接觸所述閥盤的外緣。
7．按權(quán)利要求1所述閥門，其中所述座圈上處于所述第一彎部和所述第二端部之間的第二彎部的凸面與所述閥體的所述凹槽和所述座圈保持件的所述凹槽兩者之一接觸或同時(shí)與此兩者接觸。
8．按權(quán)利要求1所述閥門，其中所述座圈的所述第一端部和所述閥盤的所述外緣形成密封接觸帶。
全文摘要
一種閥門(1),具有:閥體(13),具有位于中心的孔(15)、圍繞孔外周設(shè)置的環(huán)形凹槽(27)和位于環(huán)形凹槽和孔之間的矩臂(25);可轉(zhuǎn)動(dòng)的閥軸(9);閥盤(17),具有圍繞閥盤周邊設(shè)置的凸形外緣;環(huán)形座圈(21),具有彎曲的構(gòu)形。第一端部和第二端部,其中,第一端部具有凹形的表面,此表面與閥體的相鄰?fù)剐瓮饩壴陂y盤在孔內(nèi)處于關(guān)閉位置時(shí)基本上全面接觸;環(huán)形座圈保持件(23),具有環(huán)形凹槽,還具有矩臂,該矩臂位于保持件的環(huán)形凹槽和孔之間。
文檔編號F16K1/22GK1219226SQ97193900
公開日1999年6月9日 申請日期1997年4月16日 優(yōu)先權(quán)日1996年4月18日
發(fā)明者詹姆斯·E·巴克, 斯蒂文·K·諾伊, 拉文·A·勞倫斯 申請人:通用信號公司