CN1119541C - 闸阀 - Google Patents

Abstract

1.一种阀部件(40)，它包括一个楔形闭塞体(42)，此闭塞体具有密封区(46，48)。在虚线A₁-A₁/A₂-A₂以下，闭塞体包括部分圆弧圆柱体外表面，圆柱体的轴线垂直于杆(12)延伸而斜面(43、44)与外表面相切。闭塞体的底部密封区(50)包括一个平行于圆柱体表面之轴线延伸的中心区(52)。接合区(54、56、58、60)从区域(52)穿过圆柱体表面、倾斜于其轴线延伸，以便与密封区(46、48)会合。因此，在直线A₁-A₁/A₂-A₂之上的楔面汇入位于该直线以下的圆柱体表面，从而在密封区(46、48)和底部密封区(50)之间形成平滑的过渡。在所描述的另一实施方案中，闭塞体包括由弧形表面间隔开的两个部分圆弧圆锥体表面，而不是阀部件(40)的部分圆弧-圆柱体表面。

Description

闸阀

本发明涉及一种阀，更具体地，涉及称为“软面闸阀”的一种阀类型，但并不仅仅限于此。

众所周知，软面闸阀常常用于控制水在管道内的流动。这样一种阀的组件示于附属示意图的图1至4中，其中：

图1是软面闸阀的剖面图；

图2是阀的一个阀部件的正视图；

图3是阀部件沿图2箭头III方向的视图；和

图4是阀部件沿图2箭头IV方向的视图。

阀2包括阀体4，阀体4包括管道部分6和阀座8，阀体4安置成和阀组件10协同操作，组件10包括一个可转动装配的阀杆12，后者装有螺母14和闭塞体16。阀杆12安排成用手柄18转动以便使闭塞体在管道部分6中限定的导座(未示出)内移入管道部分和从管道部分移出，从而阻塞或使流体沿管道流动。

闭塞体16通常为楔形并包括位于其相对的上游面和下游面上的第一和第二弧形密封区20、22。该密封区从位置M经闭塞体的螺母端延伸至位置N，如图2所示，并设置成与管道部分6的相应上游面和下游面密封地配合。闭塞体还包括底部密封件24，它从位置M经闭塞体远离螺母的一端延伸至位置N。底部密封件设置成与管道部分6的向内倾斜表面和一个经向向内部分密封地接合。台肩26形成于密封区20、22和底部密封件24之间，这些台肩在区域20、22和底部密封件24之间形成较陡的过渡，这些台肩增加了能与管道部分精密配合的闭塞体的制造复杂性。密封区20、22和底部密封件24用弹性合成橡胶材料制造。

由图2可注意到区域20、22延伸约200°的角度并占有闭塞体的约60％的密封周边，其余部分由底部密封件24构成。

当阀2完全打开时，闭塞体位于阀体4的阀座8内。为了关闭阀，用手柄18逐渐移动闭塞体使其进入管道部分6内。当弧形密封区20、22与管道部分的相应上游密封面和下游密封面接合时，在闭塞体的该部分运动过程中，上游流体的压力负荷(如图1中箭头7所示)高度集中在管道部分6的下游面、通常处于相对于两台肩26的位置。这是因为低于台肩26的闭塞体部分沿管道轴线29的方向没有被支承，从而其作用象一悬臂梁。由于这种悬臂梁效应产生的力抵消了由于流体作用在位于台肩26之上的闭塞体上产生的大部分压力。因而，在闭塞体与管道部分之间的密封力在接近螺母的区域被显著且不利地减小而在接近台肩的区域被增大。

虽然上游压力将区域22顶着管道6的下游面密封，但底部密封件没有被这个压力密封，因此，必须通过阀杆12提供一个力来相对管道部分推动底部密封件，并且鉴于底部密封件的较大面积，必须提供较大的操作力以完全关闭阀，特别是较大尺寸的阀。

当完全关闭时，相应的密封区20、22在例如箭头28(图4)方向施加密封力，该密封力具有平行于杆12轴线方向和平行于管道部分6轴线29方向的分力。底部密封件24施加的密封合力如箭头30(图2)所示，该力具有平行于和垂直于杆轴线12的两分力，如图2所示。因此，闭塞体16设置成三维密封，它需要较长的具有上述悬臂梁作用的底部密封件。

本发明的目的是解决与已知阀有关的各个问题。

按照本发明，提供一种阀用于控制流体沿管道部分的流动，此阀包括一个闭塞体，此闭塞体包括在闭塞体与管道部分之间形成底部密封件的底部密封区，底部密封区具有曲线表面，其曲率轴线设置成在使用时横向于管道部分的轴线延伸。

优选地提供施力装置用于相对管道部分推动所述闭塞体，以便在其间形成底部密封。该施力装置优选地设置成沿这样的方向施力，即该方向沿直径方向穿过所述闭塞体延伸并相应地平分底部密封区。该施力装置优选地设置成沿垂直于闭塞体所述曲线表面曲率轴线的方向施力。在第一个实施方案中，该施力装置设置成沿基本上垂直于曲线表面曲率轴线的方向施力。在第二个实施方案中，例如其底部密封区包括两个具有各自曲率轴线的曲线表面，两曲率轴线彼此横向地延伸，该施力装置优选地设置沿垂直于各曲线表面之曲率轴线的方向施力。

优选地为所述闭塞体提供支承装置，该支承装置优选地对准施力装置对闭塞体施力的方向，该支承装置优选地在径向方向适当地离开闭塞体延伸。支承装置和底部密封区优选地设置在闭塞体的完全相反的两侧。

所述支承装置优选地包括一个可动的阀杆，用于相对管道部分推动底部密封区。例如，该支承装置可以包括螺杆和螺母，该螺母通过转动螺杆可以轴向移动以相对管道部分推动底部密封区。可以设置手柄装置用于手动移动该支承装置，例如通过手动转动所述杆。

所述底部密封区优选地具有凸形密封表面。底部密封区优选地包括弧形密封表面，底部密封区优选地包括部分圆弧密封表面，优选地是，底部密封区横切一具有圆形截面的表面。在上述第一个实施方案中，该表面优选地沿其长度具有基本上恒定的圆形截面，然而，在第二个实施方案中，该表面沿其长度可以是锥形的。

在第二个实施方案中，底部密封区包括第一和第二个曲线表面，其中每一个表面包含各自的曲率轴线，该曲率轴线设置成在使用中横向于管道部分的轴线延伸。第一和第二曲线表面可以基本上相同，虽然它们适当地相对于沿直径方向穿过闭塞体延伸的轴线对称设置。第一和第二曲线表面优选地是锥形的，所述曲线表面优选地在向底部密封区的末端前进时向内渐尖。优选地是，第一和第二曲线表面横切各自的锥形表面，该锥形表面可以具有任何合适的截面，包括一圆形的或一椭圆形的截面。然而，优选地，锥形表面具有圆形截面。优选地，在第一和第二曲线表面之间设置一过渡曲线表面。

优选地是，闭塞体设置成与具有合适的无棱角的曲线截面的管道部分配合，优选地是，管道部分通常是圆形截面，因此，优选地是，闭塞体通常是圆形截面。

所述底部密封区优选地设置成在至少第一和第二相互垂直的方向上施加密封力。该第一方向优选地平行于管道轴线而第二方向优选地平行于由所述施力装置施力的方向，在第一个实施方案中，底部密封区可设置成在垂直于管道部分轴线的方向和垂直于施加装置施力的方向上基本上不施加密封力。然而，在第二个实施方案中，底部密封区可以安排成在三个相互垂直的方向上施加密封力。

所述底部密封区可以越过小于50％的、优选地小于40％、更优选地小于30％的闭塞体的周边。

底部密封区对闭塞体中心的张角可以小于120°，优选地小于100°，更优选地小于90°。

在优选的实施方案中，底部密封区包括单一密封表面。在其它实施方案中，底部密封区可以包括第一和第二间隔开的密封表面，其中每一表面可按本说明书任何陈述中所述的来安排。第一和第二密封表面能使阀提供一个所谓“双阻塞和放气功能”。在这种情况下，阀相应地包括放气装置用于在第一和第二表面之间留出一个间隙。

闭塞体优选地包括一个第二密封区，该区相应地用于在基本上平行于管道轴线的方向上施加密封力，该第二密封区优选地与所述底部密封区汇合。优选地，该闭塞体在从第二密封区向底部密封区移动中形成一平滑的曲线，优选地形成一凸形曲线。第二密封区优选地从底部密封区的一端经过闭塞体与底部密封区完全相反的部分延伸至底部密封区相对端。

第二密封区可以横越大于50％，优选地大于60％，更优选地大于70％的闭塞体的周边。

第二密封区优选地基本上为平面。第二密封区优选地形成楔形闭塞体的一个平面，闭塞体的相反面优选地由第三个密封区提供，第三密封区可以具有上述第二密封区的任一特征。优选地是，第二和第三密封区基本上是相同的。

该阀优选地设置成固定到上游和/或下游管道上。

管道部分的直径可以至少为40mm。在某些实施方案中，其直径可以大于200mm并且甚至可大于300mm。可以相信，按本文所述可以制造其管道部分直径高达600mm或更大的阀。

本发明提供一种控制流体沿管道部分流动的方法，该方法包括使用一种如上所述的阀。

本发明提供了一种用于阀的闭塞体，以用于控制流体沿具有轴线的管道部分的流通，闭塞体包括具有曲线表面的底部密封区，曲线表面的曲率轴线安排成在使用时垂直于管道部分的轴线延伸。

本说明书所述任一发明任一方面的任一特征可以与在此所述任一发明任一其它方面的任一特征相结合。

现在将参照附图通过实施例描述本发明的具体实施方案，其中：

图5是阀的一个阀部件的正视图；

图6是阀部件沿图5中箭头VI方向的视图；

图7是阀部件沿图5中箭头VII方向的视图；

图8是另一个阀部件的一部分的视图，其相应于图7的视图；

图9是又一个阀部件的一部分的视图，其相应于图7的视图；

图10是沿图8或9中箭头X方向的缩小视图；

图11(a)是图1至4所示阀的闭塞体的一部分的视图；

图11(b)是图5至6所示阀的闭塞体的一部分的视图；

图12是阀的另一个阀部件的正视图；和

图13是图12所示阀部件沿图12中箭头VII方向的视图。

在本说明书的图中，相同的或类似的零件用同样的编号表示。

阀部件40与阀体(未示出)配合操作。阀部件包括一个可转动安装的阀杆12，该阀杆12装有螺母14和闭塞体42。闭塞体42包括两个形成楔形形状的斜面43、44，斜面43、44在线A₁-A₁和A₂-A₂以上延伸并面对着相应的第一和第二弧形密封区46、48，密封区46、48用弹性合成橡胶材料制成，如图5和6中阴影区所示。

由图5可注意到，相应的密封区46、48(在线A₁-A₁/A₂-A₂以上)延伸约300°的角度，从而占有闭塞体的超过80％的密封周边。

斜面43、44向一直线会聚，该直线穿过点B并垂直相交于杆12的轴线延伸。在其他的实施方案中，斜面可以朝向一与杆12的轴线不对准和/或不相交的直线会聚。

在虚线A₁-A₁/A₂-A₂以下，闭塞体包括部分圆弧圆柱体外表面，其圆柱体的轴线垂直于杆12延伸(当沿图5所示方向观察时)并与图7中点X重合。另外，斜面43、44与外表面相切。

闭塞体的底部密封区50(图6中线A₁-A₁/A₂-A₂之间的阴影区)包括中心区52，此中心区平行于圆柱体表面的轴线延伸，接合区54、56、58、60从区52延伸穿过圆柱体表面、倾斜于其轴线延伸，以便与密封区46、48会合。

因此，应当理解，闭塞体的位于线A₁-A₁/A₂-A₂之上的斜面43、44汇入位于该两线之下的圆柱体表面，从而在密封区46、48和底部密封区50之间为平滑过渡。应当注意，在两区域之间的过渡点处没有如在图1至4所示已知闭塞体中那样的棱角台肩。

图5至7所示的闭塞体设置成与相适应的内半径为G的圆柱管道部分配合操作，内半径G相应于从闭塞体的中心至密封区46、48和底部密封区50之内边缘的投影距离(如图5中所示)。参见图5，应当注意，除了底部密封区50的投影外边缘由直线C-C限定外，闭塞体的密封表面的外边缘具有投影半径H，该直线与杆12的轴线成直角并且与半径为G的圆周相切-即与管道部分的孔相切。

闭塞体42以与上述阀2相同的方式安排成能够移动进入其打开和关闭位置。

当闭塞体42从阀体内阀座的内部移向它的关闭位置时，它并未具有任何显著程度的上述不利的悬臂梁效应。这是因为，当第一和第二密封区46、48与管道部分的相应上游和下游密封面接合时，上游流体压力作用在上游斜面46的较大面积上，只有闭塞体的位于线A₁-A₁以下的一小块面积没有被支承并且可以以悬臂梁方式起作用。因此，密封力比较均匀地分布在闭塞体的密封面积上并且不明显地受任何悬臂梁效应的影响。

为了完全关闭阀，操作者必须通过阀杆12提供一个力相对管道部分的壁推动闭塞体的底部密封区50。鉴于底部密封区50的面积与图1至4实施方案所示底部密封件24的面积相比较小，为了推动闭塞体42到其完全关闭位置，操作者需要施加的力将小于图1至4所示的比较闭塞体20所需要的力。这可以显著地减小操作力，特别是在大尺寸阀中具有潜在的经济利益。

与图1至4的阀相比，要打开阀可以需要较小的力。在这方面，当图1至4的阀处于完全关闭的位置时，在沿杆的轴线看时，由图11(a)中的点abcdea限定的面积代表半个闭塞体的投影面积。该面积称之为“未平衡的面积”。未平衡的流体压力沿闭塞体的关闭方向对该闭塞体施加一合力，该合力正比于未平衡的面积，可以理解，未平衡的面积越大，沿关闭方向的力越大，而沿关闭方向的力越大，则打开阀所需要的力越大。图5至7所示阀的未平衡面积由图11(b)中的点fbcdgf限定，并且由于这个面积小于面积abcdea，所以打开图5至7所示阀所需要的力将有利地小于图1至4所示实施方案中的力。

当阀被完全关闭时，相应的密封区46、48沿例如箭头28(图7)方向象对于图1至4的已知闭塞体那样施加密封合力。可是，底部密封件50施加由例如箭头70(图7)所表示的那种密封合力，该合力具有平行于管道轴线29的分力和平行于杆12轴线的分力，但没有其他的分力。因而，闭塞体实际上设置成二维密封。

另外的闭塞体示于图8至10。应当注意，沿图8和9中箭头V方向的视图通常对应于图5的视图，而在这两种情况下，沿箭头X方向的视图通常如图10中所示。在图8的实施方案中，斜面43、44与相应的间隔开的圆柱表面74、76汇合，相应圆柱的轴线通过相应的点P和Q，平坦面78在圆柱体表面74、76之间延伸。在图9的实施方案中，斜面43、44与相应的间隔开的圆柱体表面80、82汇合，相应圆柱体的轴线通过相应的点R和S。表面80、82安排成在它们之间形成一凹形区83。

图8和9的闭塞体包括间隔开的密封部件84、86，如图10所示，每个密封部件84、86安排成构成一个相应的底部密封区88、90，该底部密封区与相应的密封区46、48汇合。因而，闭塞体实际上构成一种双重密封。

图8和9的闭塞体可以用作所谓“双阻塞和放气”阀，用于隔开管道中的两部分。这样一种阀能够通过例如密封部件84阻塞上游管道且通过密封部件86阻塞下游管道。两部件之间的空间78或83用于减压和放气以排除漏入区域78/83或密封部件84、86之间的任何物质，同时阻止流体从上游管道向下游管道的任何流动，反之亦然。

在图12和13的实施方案中，阀部件140包括闭塞体142，闭塞体142包括两个形成楔形形状的斜面143、144。斜面143、144在直线AB、BC和CD之上延伸并且面向相应的第一和第二弧形密封区146、148，密封区146、148用弹性合成橡胶材料制成，如图12和13中阴影区所示。

在直线AB以下和左侧和在直线CD以下和右侧，闭塞体包括两个部分圆弧锥形外表面，其右侧圆锥的轴线沿直线IJ延伸，(为了帮助理解，在图12中用三角形IMN代表完整的右侧圆锥)。当沿垂直轴线KL镜射时，左侧圆锥的轴线是右侧圆锥之轴线的镜像。在图13中，两圆锥的轴线与杆轴线重合，斜面143、144沿直线AB和CD与圆锥相切。

部分圆弧锥形的外表面用弧形曲线表面QS连接。

在图13中，点划线F₁-F₁以上的阴影区代表密封面积，因为它穿过其中一个部分圆弧锥形外表面、倾斜于其轴线延伸且平滑地与斜面表面143、144汇合。

在图13中，点划线F₁-F₁以下的阴影区代表密封面积的一部分，因为它绕那个曲线表面扩展，该曲线表面具有基本上与管道轴线重合的曲率轴线。在图12中，该曲线表面用弧线QS表示。直线F₁-F₁以上的密封表面平滑地汇入直线F₁-F₁以下的密封表面。因此，应当注意在本发明的这种实施方案中，如同先前的实施方案，总密封表面的每一部分平滑地汇入每一相邻部分以便在密封表面的任何点处没有棱角台肩。

参照图12，应当注意，除了底部密封区的投影外边缘由部分圆弧锥形表面上的直线RQ、ST和圆弧线QS确定外，闭塞体密封表面的外边缘具有投影半径H，圆弧线QS在阀完全关闭时具有基本上与管道轴线重合的曲率中心。

在使用中，当闭塞体142从阀体的阀座内部向其关闭位置移动时，当与以上关于图2、3和4所述的通用阀比较时，任何悬臂梁效应将被减小很多。这是因为未支承的面积在管道轴线方向所受的压力比较小。

应当注意，虽然图12和13的实施方案是参照利用两个部分圆弧锥形表面描述的，但可以采用任何锥形曲线表面，只要它能形成平滑过渡的密封表面而不带有比较尖锐的棱角或台肩即可。因此，这些表面可以以椭圆“锥体”或其他非圆形截面的锥体为基础。

图12和13实施方案能够容易地安排成采用参照图8和10所述的“阻塞和流通”特征。此外，图11(a)和(b)所述原理也将适用于图12和13的新实施方案。图12和13实施方案的一个优点在于它能使将闭塞体装配入阀体内所用的腔倾斜于水平位置，以便在使用时阻止固体粒子沉淀于该腔内。

读者的注意力集中在与本申请说明书同时提交或在此之前提交的全部文件和资料上，公开这些文件和资料是为了与本说明书一起进行公开审查，所有这些文件的内容在此引入作为参考。

本说明书(包括任一项附属的权利要求、摘要和附图)中公开的全部特征和/或这样公开的任何方法或过程的全部步骤，除了至少某些这样的特征和/或步骤是相互排斥的组合之外，它们可以结合成任何组合。

在本说明书(包括任一项附属的权利要求、摘要和附图)中的每一特征，除了另有特别的说明之外，可以由用作相同的、等价的或类似目的的其它特征来代替。因此，除非另外特意说明，公开的每一特征只是同类的等价或类似特征中的一个例子。

本发明不限于前述诸实施方案的各个细节。本发明扩展至本说明书(包括任一项附属的权利要求、摘要和附图)中所公开特征的任何一种新型或任何新型组合，或者扩展至所公开任何方法或过程的各步骤的任何一种新型或任何新型组合。

Claims (16)

1.一种阀，用于控制流体沿与该阀相连系的管道部分的流动，该阀包括一个闭塞体(142)，该闭塞体包括一底部密封区，以便在闭塞体和管道部分(6)之间形成一底部密封件，所述底部密封区具有倾斜于垂直面的第一和第二上密封区(146，148)，和一下密封区，该下密封区绕一横过所述管道部分(6)轴线延伸的第一轴线成弧形，其特征在于，所述下密封区亦绕一平行于所述管道部分(6)轴线延伸的第二轴线成弧形，所述第一和第二上密封区(146，148)通过第一和第二曲线表面(RQ，ST)平滑地与下密封区汇合，所述第一和第二曲线表面中的每一个横切过各一圆锥表面，所述圆锥表面的曲率轴线倾斜于水平面并横过管道部分(6)轴线而延伸。

2.一种按照权利要求1的阀，它包括一个施力装置，该施力装置设置成沿垂直于闭塞体所述曲线表面曲率轴线的方向施加力。

3.一种按照权利要求1或权利要求2的阀，其特征在于，底部密封区具有一个凸形密封表面。

4.一种按照上述任一项权利要求的阀，其特征在于，底部密封区包括一个弧形密封表面。

5.一种按照上述任一项权利要求的阀，其特征在于，底部密封区横切一具有圆形截面的表面。

6.一种按照上述任一项权利要求的阀，其特征在于，所述曲线表面沿其长度具有基本上恒定的截面。

7.一种按照权利要求1～5中任一项的阀，其特征在于，所述曲线表面沿其长度为锥形的。

8.一种按照权利要求7的阀，其特征在于，底部密封区包括第一和第二曲线表面，每一表面包括各自的曲率轴线，该曲率轴线设置成在使用时垂直于管道部分的轴线延伸。

9.一种按照权利要求8的阀，其特征在于，第一和第二曲线表面是锥形的。

10.一种按照权利要求8或9的阀，其特征在于，第一和第二曲线表面横切各自的锥形表面。

11.一种按照上述任一项权利要求的阀，其特征在于，底部密封区设置成用于在相互垂直的至少第一和第二方向上施加密封力。

12.一种按照上述任一项权利要求的阀，其特征在于，该底部密封区横越闭塞体的小于50％的周边。

13.一种按照上述任一项权利要求的阀，其特征在于，该底部密封区对闭塞体中心的张角小于120°。

14.一种按照上述任一项权利要求的阀，其特征在于，闭塞体包括一个第二密封区，它安排成在基本上平行于管道轴线的方向上施加密封力。

15.一种控制流体沿管道部分流动的方法，该方法包括采用一种按照权利要求1-14所述的阀。

16.一种用于阀的闭塞体，它用于控制流体沿具有轴线的管道部分的流动，该闭塞体包括一个具有曲线表面的底部密封区，该曲线表面的曲率轴线设置成在使用中垂直于管道部分的轴线延伸。

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