專利名稱：塞閥組件的制作方法
技術領域：
本發(fā)明一般涉及塞閥組件，更具體地說，關系到采用封裝金屬的閥座的塞閥組件。
閥的使用者門長期以來都期望一種能在較高壓力降和溫度下滿足密封性的閥。較高壓力降可對閥內的密封件或閥座構成較大受力狀態(tài)。結果，閥的密封(件)開始滲漏或完全失效(被稱之為漏氣的狀況)。為了糾正這類問題，現(xiàn)時高壓作業(yè)經(jīng)常使用旋塞型閥。
塞閥是可頻繁調節(jié)的，因而能對漏泄加以補償。為了提供較好的密封性，大多數(shù)塞閥采用“軟座”或塑料閥座。軟閥座可為閥座和旋塞之間的良好密封性創(chuàng)造條件?？墒?，當軟閥座達到較大級別的密封性的同時，將不斷增加漏氣的問題。由于軟閥座的較低剛性，它們通常在高壓或節(jié)流壓力下會遭遇到突然漏氣的事故。
為了防止軟閥座的突然漏氣，它們通常通過一對從流道各側上的腔壁向外伸出的脊柱或肋條加以加強。這些脊柱或肋條使流過流道的流體壓力不能推出軟閥座和引起漏氣。但是，在腔壁所含的肋條或突出物將妨礙腔壁順利地加以切削加工，而給腔壁留下較粗糙的鑄造表面。
較粗糙內腔表面需要較大的密封負荷，在現(xiàn)代應用中，這種負荷本身又成為(旋)塞閥的主要缺陷的原因，即轉矩。在許多生產(chǎn)設備中的現(xiàn)代化已引入閥操作的自動化。閥的自動化需要一促動器以使閥桿在打開和關閉位置之間轉動。因為促動器代表控制部件的價格的一重要部分，所需的促動器越大、費用越高。很遺憾。由于較粗糙內腔表面和旋塞和閥座支承之間的表面接觸的量，塞閥具有相當大量的摩擦力，增加了促動器為轉動閥桿所必需要的轉矩。因此，當采用這些塞閥時，促動器越大、所需要的成本越高。
另外，粗糙的鑄造腔壁阻礙了閥的潛在密封性。這樣，一些傳統(tǒng)閥必須增加扭矩級別以獲得密封性。也就是說一機加工的或光滑的腔壁為改善閥座和腔壁之間的密封性準備了條件。那么很明顯，在不增加扭矩或不損害漏氣保護的情況下，一種具光滑機加工表面的塞閥是所希望的。
弗里德的美國專利3,199,835揭示了用作化學加工目的的傳統(tǒng)而非常流行類型的塞閥。在弗里德專利中，一套筒襯墊裝配入內腔的內部并起到密封旋塞的作用。套筒襯墊為旋塞和套筒之間的密封性提供平滑的表面。但是，當套筒襯墊圍繞整個旋塞時，它會到處與旋塞接觸。由于接觸表面區(qū)域的增加，這急劇地提高所需轉矩的量。此外，為防止套筒的漏氣，閥含有肋條。于是，腔壁是粗糙的鑄造表面，從而增加了閥的轉矩。
赫斯蘭德的美國專利3,360,236公開了一種不同類型的旋塞閥座。赫斯蘭德的閥座包括一如鋼那樣材料的薄的易彎中心部分(芯子)和一熔合到其上的如聚氨基甲酸(乙)酯的密封材料。閥座被裝配在旋塞上的凹槽并隨旋塞一起轉動而不處于固定的位置。不過，從附圖看來似乎赫斯蘭德的閥座并未整個地加以包封。確切地說，僅邊緣用塑料材料加以涂覆。此外，閥座是薄的和易彎的，因而幾乎沒有提供防止漏氣的支承(物)。而且，閥座以在旋塞表面內的成對凹槽方式隨旋塞轉動。對機加工來說，如閥中的旋塞那樣的機加工表面的凹槽是十分困難而又非常昂貴的。
因此，就有著對塞閥和閥座的一個要求，要求從實質上減小閥所需要的轉矩而仍保持阻止閥座的滲漏和漏氣的最優(yōu)良密封和保護。
這種要求可通過本發(fā)明得到滿足，其中可提供一改進的塞閥組件，該組件具有減小的轉矩及阻止閥座漏氣的最優(yōu)良密封性和保護。本發(fā)明的塞閥組件通過提供能被切削加工成光滑表面的腔壁而可在保持密封性的同時明顯地減小所需轉矩。轉矩也可通過排除現(xiàn)有技術所采取的套筒襯墊的插入來加以減小。
按照本發(fā)明，提供一種塞閥組件。該塞閥組件包括一具有內腔的閥體、一安裝在內腔中的旋塞和若干支承旋塞的閥座件。內腔由內壁加以界定。最好，內壁具有基本上平滑的機加工表面，允許減小轉矩和較良好密封性。最佳，機加工表面具有125到1rms(有效值)左右的平滑度值。
閥座件起到支承旋塞和密封閥兩者的作用。密封件最好包括一用聚合材料所包封的剛性支架，但也可由金屬或陶瓷材料加以制成。在最佳閥座件中，剛性支架最好是金屬框架，而聚合物最好是一可熔加工聚合物，例如含氟聚合物。閥座件具有一與腔的內壁和旋塞兩者配合的密封表面。
閥座件具有一與內壁和旋塞兩者配合(結合)的密封表面。與旋塞配合的密封表面可具有1°至8°左右的垂直錐度。于是，旋塞具有與密封表面的直錐度相當?shù)拇怪卞F度。另外，與內壁配合的密封表面也可具有相當于1°到8°的垂直錐度，而內壁具有相應的垂直錐度。
閥組件可進一步包括若干鎖定件，它們安置在內腔中，用以防止閥座件的明顯水平、垂直或旋轉運動。這樣，本發(fā)明中的閥座件可被定位。以理想方式，鎖定件是一些在腔的內壁上所形成的凹陷部。塞閥組件還包括一調整機構。調整機構可垂直地調整閥座件內的旋塞，從而對漏泄加以控制。
因此，本發(fā)明的目的在于提供一在保持最優(yōu)良密封性和防止漏氣的同時具有降低轉矩的改進的塞閥組件。本發(fā)明的特點是要提供一種具有若干閥座件的塞閥，該閥座件包括一用聚合材料包封的剛性支架。本發(fā)明的另一特點是為了提供一具有基本上平滑的機加工內腔壁的塞閥組件。本發(fā)明的另一些目的、特點和優(yōu)點將從以下說明書、附圖和權利要求書中會明顯地看到。


圖1是一縱向地穿過閥的中心所作的本發(fā)明塞閥的側面剖視圖；圖2是一沿圖1的2-2線所作的本發(fā)明塞閥的俯視截面圖；圖3是一本發(fā)明的附加實施例的側面剖視圖；圖4是一本發(fā)明的塞閥的俯視圖；圖5是一本發(fā)明的最佳閥座件的前視圖；圖6是一本發(fā)明的最佳閥座件的俯視截面圖。
本發(fā)明包括一改進的塞閥組件。該塞閥組件由于實質上已精加工閥室而可在保持密封性的同時減小轉矩。此外，本發(fā)明的塞閥組件由于使用塑料封裝的剛性閥座件而具有優(yōu)良的防漏作用。
參閱圖1和2，可看到本發(fā)明的塞閥10。塞閥包括一帶有內腔14的閥體12。一旋塞16被安置在腔14內。座件20安裝在空腔中以支承旋塞以及密封該閥。一調整機構22可為本發(fā)明提供可調整性。
除非另有說明，閥體12旋塞16和大多數(shù)其它零件是由諸如金屬合金的剛性合金材料、塑料或其它合成材料制成的。在另一方面，可給閥體12內部涂上一層如聚四氟乙烯那樣的耐蝕聚合物，以提供支承和抗腐蝕。除了內腔14外，閥體12還含有流道24。流道24縱向貫穿整個閥體12，從而為流體流動提供一通道。閥體12可采取為功能性以及美學所需要的各種構形(外形)。
最好，內腔14基本上是管狀的。不過，本發(fā)明領域的普通技術人員會認識到也可采用其它各種形狀并仍然處于本發(fā)明的范圍內。內腔14包含內壁26。內壁26可在垂直方向上加以斜削以參與塞閥組件10的垂直調整。利用垂直錐度意味著使內腔的上部28周邊寬于或大于其下部30的。最好，內腔14的垂直錐度基本上為圓錐形的。也就是說，從上面觀察內腔14時，內腔表現(xiàn)為一上部28周邊比下部周邊大的錐體。但是，垂直錐度也可以是一種平面錐度，它只具有與被斜削的閥座件20密封接觸的內腔14側部32。象本說明書中所涉及的所有其它垂直錐度一樣，垂直錐度的度數(shù)可由通過內腔14的中心所作的垂直面加以測得。如以下將加以說明的那樣，內壁26的垂直錐度將相當于與內壁26相密封的表面23的垂直錐度并且約為1°至8°，較佳為1°至4°左右，最佳為2°左右。
內腔14，而尤其內壁26最好具有與現(xiàn)有技術的鑄造(鑄態(tài))表面不同的，基本上平滑的切削加工表面，換句話說，不是使內壁26留下一由閥的鑄造和成形所產(chǎn)生的粗糙表面，而是內壁26被切削加工以形成一基本上平滑的表面。象在現(xiàn)有技術中通常情況一樣，由于沒有諸如從內腔表面向外延伸的脊柱和肋條的突出部而使這種潛在的可切削性成為可能。
大體上，平滑的切削加工表面可較大的減少本發(fā)明所需的轉矩。另外，平滑的切削加工表面也為閥座件20和內壁26之間的較好密封性創(chuàng)造條件。排除了對套筒類型閥座件的需要。最好，把本發(fā)明的內壁26機加工到約125至1rms的光滑度值。(r.m.s有效值)旋塞16被安裝在內腔14內。旋塞16也可被涂上一層耐蝕聚合物。旋塞16具有一可穿過整個旋塞的孔34?？?4也可在其內部被涂上一層如聚四氟乙烯那樣的耐蝕聚合物。旋塞16適合于在打開和關閉位置之間轉動。旋塞16含有一頂部18以便在打開和關閉位置之間轉動球狀體。頂部18延伸到閥體12的外側，因此，從外面轉動旋塞16是可能的。當使旋塞16轉動到圖2剖面A中所示的打開位置時，孔34與流道24成一直線，因此，流體可以自由流過孔34和流道24。當使旋塞16轉動到圖2剖面B所示的關閉位置時，孔34還與流道24成一直線，使旋塞側壁36阻塞流道24并阻止流體流過閥。
參閱圖1，旋塞16借助頂帽或護罩42而保持在內腔14中。其時，護罩42通過圖3所示的緊固件44被固定于適當位置上。緊固件44可以是任一適于應用的、如螺釘、螺柱、銷等那樣的通用緊固件。最好，緊固件44是螺釘。緊固件44和護罩42將旋塞16固定在內腔14中而不妨礙旋塞的自由運動。也就是說，旋塞16可保持在打開和關閉位置之間的自由轉動。此外，旋塞16還可在閥座件20內自由地加以垂直調節(jié)。然后，采用密封結構使閥頂部18與閥體12隔絕，防止泄漏。這些密封結構可包括O形環(huán)、活塞桿密封件、波紋管式密封件，而最好為一隔膜(膜片)46。隔膜46可以是任一適合密封作用的薄膜，而最好是一種諸如聚四氟乙烯那樣的塑料材料的倒唇隔膜。當然，本領域的普通技術人員應該認識到在本發(fā)明中可采用各種結構來防止閥頂部18周圍的泄漏。
旋塞16由安裝在內腔14內的閥座件20加以支承。閥座件20起到支承旋塞16以及密封閥10的雙重作用。閥座件20通過提供兩密封表面、一與內壁26的結合的密封表面和一與旋塞16的結合的密封表面來密封閥。閥座件20最好用聚合材料50加以封裝。因而從密封觀點來說，這是軟座型式的。軟座可提供比金屬或陶瓷座的要好的密封表面。另外，軟座所需要的轉矩低于金屬或陶瓷座所需要的。但是，考慮到如高溫那樣的選擇應用，閥座件20可以由金屬或陶瓷材料加以制成。當然。本領域的普通技術人員會認識到在本發(fā)明的范圍內可以采用各種各樣閥座件和各種各樣構形。
請翻閱圖5和6，可以看到本發(fā)明的最佳閥座件20。閥座件20實質上、基本上為矩形的。諸閥座件還包括凸緣部64。閥座件20具有一與旋塞16結合的密封表面21和一與內壁結合的密封表面23。最好，垂直地與旋塞16結合的密封表面21為相當于1°至8°左右、最佳以2°至4°左右斜削。然后，垂直地把旋塞16斜削到相當于密封表面21的錐度。這樣可通過調整機構把旋塞16壓進座件20的錐度，從而使兩者緊密密封。當將旋塞16向下壓進座件20而進入較窄錐度時，座件20具有作用于它們(旋塞和內壁)的較高載荷或壓力。這樣，閥座件20將更大的向外壓力作用在密封表面上，產(chǎn)生較緊密的密封。
此外，與內壁結合的密封表面23也可具有約1°至8°，較佳約2°至4°的垂直錐度。于是，內壁26可具有相應的垂直錐度，從而當在座件20中垂直調整旋塞16時，可緊貼密封表面23。
傳統(tǒng)軟旋塞閥座件不提供對漏氣的防護。一旦閥的壓力降由節(jié)流或其它裝置而被增高時，閥座件就開始泄漏或完全失效。為了解決漏氣的問題，使脊柱或肋條從流道24的各側上的內壁26延伸以防止軟閥座漏氣。但是，這種延伸有礙內壁26的可切削加工性。因此，由于非常粗糙鑄態(tài)表面而增加了轉矩。本發(fā)明的閥座件20可在不增加轉矩情況下提供對閥座漏氣的優(yōu)良防護。
為提供一種軟閥座件，本發(fā)明的最佳閥座件包括一用聚合材料50封裝的剛性材料的支架52。也就是說，支架52其所有表面上全部由聚合材料包圍或覆蓋聚合材料。剛性支架52可以是諸如鐵、各種其它金屬組合物和陶瓷那樣的任一適用材料。支架52可完全用聚合物材料50加以封閉。用這種方法，閥座件20與旋塞16和內壁14結合的兩密封表面具有軟密封的益處。此外，支架52還提供閥座所需要的剛性，防止漏氣。于是，本發(fā)明的閥座件可在不犧牲密封性情況下提供對漏氣的防護。在另一方面，對于如較高溫度那樣的某些應用，則可采用金屬或陶瓷的閥座。
本發(fā)明的聚合材料最好是一可熔加工聚合物。這些可熔加工聚合物是眾所周知的。適于這種應用的聚合物的例子包括不同組成的含氟聚合物系(列)，特別是可從威爾明頓、DE的杜邦狄尼莫斯公司買到的特氟隆(聚四氟乙烯)PFA、特氟隆FEP和Tefzel以及從巴特爾斯維爾(OK)的菲利普石油公司可買到的Ryton。
最好，本發(fā)明的閥10包括諸安裝在內腔14中的鎖定件60。參閱圖2，可以看到位于內腔14內的鎖定件60。鎖定件60可防止內腔14內的閥座件20的顯著的水平、垂直和旋轉運動。這樣，閥座件20就被固定在內腔14內。依照明顯的運動，應該認識到一最小數(shù)量的運動是可能的，而不脫離本發(fā)明的范圍。更確切些，鎖定機構60的作用是要使閥座件20不致離開應有位置，在該位置中，鎖定機構將提供與旋塞16結合的密封結構。
鎖定件60最好是一些位于內腔14兩側上的凹陷部62。閥座件20的凸緣部64，則可插入(延伸入)凹陷部中。通過在內腔14的兩側上設置凹陷部62和通過凸緣部64將閥座件20插到凹陷部62內可防止閥座件在水平、垂直或任一方向上的旋轉運動或使這些運動減至最小。
本發(fā)明的閥10是可外部調節(jié)的，以補償部分地因閥座磨損或壓力增加引起的閥的泄漏。本發(fā)明的調整機構22包含把力施加到旋塞16上或減少在旋塞16上的力，從而可垂直地控制處于閥座件20內的旋塞16。
施加的力進一步使旋塞16楔入密封表面21的垂直錐度，因而可把一增大的負荷作用在密封表面21上并使密封嚴密。然后，密封表面21的壓力傳經(jīng)閥座件20并施加于密封表面23上，以密封內壁26和閥座件20之間的表面。當然，本領域的普通技術人員應該認識到可以采用在閥座件20內調節(jié)旋塞16的各種結構，并且應該認識到在本文中所述的調整機構只是一調整機構22的最佳實施例。
請翻到圖1，可以看到調整機構22。調整機構22包括一適于把壓力施加于旋塞16的調整件66。最好，所形成的調整件66為圖1所示的楔形環(huán)(凸緣盤)。如圖4所示，調整件66還包括一向上延伸的突出部74。突出部74和限動環(huán)76一起使頂部18并因此使旋塞16在轉動時不致超速旋轉而可能損壞閥座件20。如圖4所示，限動環(huán)76被附裝到頂部18上，并所形成的限動環(huán)為一四分之一截面被切除的環(huán)。當使旋塞16旋轉時，限動環(huán)76相應地作旋轉。于是，突出部74使限動環(huán)76和頂部18的移動范圍限于切除的四分之一截面以內的范圍。
再參閱圖1所示，調整件66最好通過使用止推套環(huán)68而緊貼(壓)住旋塞16。止推套環(huán)68可使均勻壓力作用于旋塞16上。為了增加所施加的壓力以及保持所施加的壓力值，可控制緊固件70以通過調整件把負荷施加到止推套環(huán)68上。緊固件70最好包括一些穿過調整板66并進入護罩42的螺釘。緊固件70可以從外部加以擰緊以增加作用于止推套環(huán)68上的壓力，而因此增加旋塞16上的壓力。
在操作緊固件70時，調整件66相對于止推套環(huán)68而靠近，從而增加作用于止推套環(huán)68的壓力并傳遞所施加的負荷。不過，間隔(空間)72為止推套環(huán)68提供一移動的區(qū)域。當傳遞到止推套環(huán)68上的負荷增加時，負荷通過隔膜(膜片)46而被傳送到旋塞16。用這種方法，調整機構22能從外部調節(jié)閥10。當然，一本領域的普通技術人員應該認識到上述調整機構僅是最佳機構，一些變化是可能的，而仍然處在本發(fā)明的范圍內。
因此，比起一些現(xiàn)有技術的閥來，本發(fā)明的塞閥具有重大的改進。如需要的話，本發(fā)明的閥允許所機加工成腔的內壁達到相當光滑度。這可為降低所需轉矩和較良好密封性創(chuàng)造條件。此外，本發(fā)明的閥利用了含有用聚合材料封裝的剛性支架的閥座件，這為消除從腔的內壁延伸出的脊柱和肋條創(chuàng)造條件，并使閥座不致漏氣，這也為前述的腔的可切削性創(chuàng)造條件。
通過在參照其最佳實施例、詳細地描述了本發(fā)明以后，會明顯地看到在不脫離所附權利要求書中所規(guī)定的本發(fā)明的范圍情況下，一些改變和變化是可能的。
權利要求
1.一塞閥組件，包括一閥體，其中具有一成形的內腔，所述內腔由內壁所界定；一旋塞，它安裝在所述內腔內并適合于在打開和關閉位置之間將其轉動；若干安裝在所述內腔內的閥座件，用以支承所述旋塞；若干安裝在所述內腔中并把所述諸閥座件固定在適當位置上的鎖定件，從而防止所述閥座件的顯著的水平、垂直和旋轉運動；一垂直地調節(jié)在所述固定閥座件內的所述旋塞的調整機構。
2.根據(jù)權利要求1所述的塞閥組件，其特征在于所述內腔的內壁是一平滑的、機加工表面。
3.根據(jù)權利要求2所述的塞閥組件，其特征在于所述平滑的機加工表面具有約125rms至1rms的平滑度值。
4.根據(jù)權利要求1所述的塞閥組件，其特征在于所述閥座件包括一用聚合材料包封的剛性支架。
5.根據(jù)權利要求4所述的塞閥組件，其特征在于所述閥座件包括一用可熔加工聚合物包封的金屬支架。
6.根據(jù)權利要求5所述的塞閥組件，其特征在于所述可熔加工聚合物是含氟聚合物。
7.根據(jù)權利要求1所述的塞閥組件，其特征在于所述閥座件包括金屬或陶瓷材料。
8.根據(jù)權利要求1所述的塞閥組件，其特征在于所述閥座件具有與所述內腔內壁結合的密封表面和一與所述旋塞結合的密封表面。
9.根據(jù)權利要求8所述的塞閥組件，其特征在于與所述旋塞結合的所述閥座件的密封表面具有垂直錐度并且所述旋塞具有相應的垂直錐度。
10.根據(jù)權利要求8所述的塞閥組件，其特征在于與所述內壁結合的所述閥座件的密封表面具有一垂直錐度并且所述內壁具有相應的垂直錐度。
11.根據(jù)權利要求9所述的塞閥組件，其特征在于所述旋塞和所述密封表面兩者的垂直錐度按照垂直平面計測約為1°至8°。
12.根據(jù)權利要求10所述的塞閥組件，其特征在于所述內壁和所述密封表面兩者的垂直錐度按照垂直平面計測約為1°至8°。
13.根據(jù)權利要求1所述的塞閥組件，其特征在，于所述鎖定件是在所述內腔的內壁上形成的凹陷部。
14.一種塞閥組件，包括一閥體，其中具有一成形的內腔，所述內腔由內壁所界定；一旋塞，它安裝在所述內腔中并適合于在打開和關閉位置之間將其轉動；若干安裝在所述內腔內的閥座件用以支承所述旋塞，所述閥座件包括一以聚合材料包封的剛性支架；若干安裝在所述內腔中并把所述諸閥座件固定在適當位置上的鎖定件，從而防止所述閥座件的顯著的水平、垂直和旋轉運動；一用來垂直調節(jié)所述固定閥座件內的所述旋塞的調整機構。
15.根據(jù)權利要求14所述的塞閥組件，其特征在于所述閥座件包括一用可熔加工聚合物包封的金屬支架。
16.根據(jù)權利要求15所述的塞閥組件，其特征在于所述可熔加工聚合物是含氟聚合物。
17.根據(jù)權利要求14所述的塞閥組件，其特征在于所述內腔的內壁是一平滑的機加工表面。
18.根據(jù)權利要求17所述的塞閥組件，其特征在于所述的平滑的、機加工的表面具有125rms至1rms左右的平滑度值。
19.根據(jù)權利要求14所述的塞閥組件，其特征在于所述閥座件具有一與所述內腔內壁結合的密封表面和一與所述旋塞結合的密封表面。
20.根據(jù)權利要求1所述的塞閥組件，其特征在于與所述旋塞結合的閥座件的所述密封表面具有一垂直錐度，而所述旋塞具有一相應的垂直錐度。
21.根據(jù)權利要求19所述的塞閥組件，其特征在于與所述內壁結合的所述閥座件的密封表面具有一垂直錐度而所述內壁具有一相應的垂直錐度。
22.根據(jù)權利要求20所述的塞閥組件，其特征在于所述旋塞和所述密封表面兩者的垂直錐度按照垂直平面計測約為1°至8°。
23.根據(jù)權利要求21所述的塞閥組件，其特征在于所述內壁和所述密封表面兩者的垂直錐度按垂直平面計測為1°至8°左右。
24.根據(jù)權利要求14所述的塞閥組件，其特征在于所述鎖定件是在所述內腔的內壁上所形成的凹陷部。
全文摘要
本發(fā)明提供一種改進的塞閥組件，該組件具有聚合物包封的閥座和機加工的內表面。塞閥組件包括一具有內腔的閥體、一安置在內腔內的旋塞和諸支承和密封旋塞的閥座件。閥座件包括一用聚合物材料包封的支架。內表面則能被機加工成相當平滑表面。
文檔編號F16K5/16GK1136148SQ9610344
公開日1996年11月20日 申請日期1996年2月16日 優(yōu)先權日1995年2月16日
發(fā)明者戴維·拉馬爾·鮑爾, 羅伯特·約瑟夫·布朗, 羅伊斯·查芬, 唐尼·雷·哈蒙克, 加拉·帕特里克·麥克德莫特 申請人:硅鐵公司