CN102865375A - 三偏心蝶阀及其制造方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供三偏心蝶阀，其包括：阀体，其包括具有阀门通道中心线的阀门通道和具有阀座面的阀座；蝶板组件，包括蝶板、固接到该蝶板的压板和密封结构，该密封结构具有与该阀座面相匹配形成密封该阀门的密封副的匹配面；和驱动机构，包括具有阀杆轴线的阀杆。该阀座面形成偏斜于该阀门通道中心线的斜置椭圆锥体一部分，斜置椭圆锥体中沿其顶点及其椭圆底面长轴截取的三角形截面与所述阀门通道中心线共面且与该阀杆轴线垂直，所述阀座面中与所述三角形截面相交的点与斜置椭圆锥体顶点的连线在朝所述顶点方向偏斜靠近所述阀门通道中心线且该连线与该阀门通道中心线的最小夹角等于2.5°±0.5°。本发明还提供一种三偏心蝶阀的制造方法。

Description

三偏心蝶阀及其制造方法

技术领域

本发明涉及阀门尤其是蝶阀领域，具体地本发明涉及一种三偏心蝶阀及其制造方法。

背景技术

为克服蝶阀不能提供良好的密封性能这一缺点，现有技术对蝶阀做出了多种改进。一个主要的改进之处在于在蝶阀的一些尺寸上提供一定的偏心(偏置)值，本领域通常将这些类型的蝶阀称为偏心蝶阀，偏心蝶阀包括单偏心、双偏心和三偏心蝶阀。其中，三偏心蝶阀是指具有这三个偏心的阀门，即，第一偏心是指阀座密封面或蝶板密封圈厚度方向的等分线与阀杆轴线(即蝶板的回转中心)相对偏心，第二个偏心是指阀杆轴线与阀门通道中心线相对偏心，第三个偏心是指密封面构成其中一部分的圆(椭圆)锥体的中心线的角偏心。单偏心和双偏心蝶阀相比相对三偏心蝶阀存在密封副摩擦力大、泄漏量高、寿命短等缺点，限制了其使用范围。为此，根据市场需求设计了多种三偏心蝶阀。

例如中国发明专利申请CN200810121559.4中公开了一种适合高温差范围和大的压力范围并且适合于频繁启闭的三偏心蝶阀。其解决该问题主要是通过在阀座面上堆焊司太立合金层来实现。类似的解决方案还在中国实用新型专利公告号CN201273375Y中提出。此外，为了在三偏心蝶阀中提供良好的双向密封性能，中国实用新型专利公告号CN 2545434Y提供了一种三偏心双向金属密封蝶阀，其通过在蝶板与压板之间设置一个由调节螺栓控制的调节弹簧来补偿轴套与蝶板之间的公差带及阀杆在压力下的弹性变形，从而解决在双向互换的介质流通的密封问题。类似的解决方案还在中国实用新型专利公告号CN 201739531U中公开。

此外，现有技术中的三偏心蝶阀的设计制造通常都是通过在实现阀体阀座和蝶板安装之后，即形成密封配合的密封副之后，再对阀体和蝶板的阀杆孔进行加工，例如对上述整体组件中的阀体和蝶板进行镗孔来实现阀杆轴线的同轴，只有这样现有技术的阀门才能在阀座面和密封圈之间建立无摩擦的完全接触，即如果不事先形成密封副可能会造成密封性能无法满足要求。这种制造(工艺)方法不能够实现蝶阀各零件的互换和在使用现场的互换，具有显著的缺点。

因此，尽管现有技术提出了上述的多种解决方案对三偏心蝶阀进行改进，但是仍希望在阀门耐磨损方面和所有同规格蝶板和蝶板、阀座与阀座互换，尤其是在配合形成密封副的密封圈和阀座面的耐磨损方面具有进一步改善的效果。而且在还希望提供改善的双向密封性能，以及能双向适应较大温度变化，例如在低温(-196℃)和高温(+1000℃)下都能正常工作，以及还能满足消防安全要求的三偏心蝶阀。而且还希望提供一种能为蝶阀提供良好的互换性并且仍具有允许的密封精度的三偏心蝶阀制造方法。

发明内容

本发明的技术效果在于能够解决上述技术问题的一种三偏心蝶阀。此外，本发明还提供一种制造该三偏心蝶阀的方法。

对此，本发明提供一种三偏心蝶阀，包括：阀体，其包括具有水平延伸的阀门通道中心线的阀门通道和至少部分限定该阀门通道且具有阀座面的阀座；蝶板组件，其包括蝶板、在该蝶板的一侧固接到该蝶板的压板和夹设在该蝶板和该压板间的密封结构，该密封结构具有与该阀座面相匹配形成密封该阀门的密封副的匹配面；和驱动机构，其包括具有垂直且偏置于该阀门通道中心线的阀杆轴线的阀杆，该蝶板固接于该阀杆上并能在该阀杆的驱动下绕该阀杆轴线枢转以启闭该蝶阀。该阀座面形成一个相对该阀门通道中心线偏斜的斜置椭圆锥体的一部分，所述斜置椭圆锥体中的顶点及其椭圆底面长轴所共处的三角形截面与所述阀门通道中心线共面且与该阀杆轴线垂直，所述阀座面中与所述三角形截面相交的各交点与该顶点的连线在朝向所述顶点方向偏斜靠近所述阀门通道中心线，所有所述连线与该阀门通道中心线的夹角中的最小夹角值等于2.5°±0.5°。

根据本发明所述的三偏心蝶阀还包括设置在所述蝶板和密封结构之间的密封缠绕垫片，所述密封缠绕垫片至少部分由刚性材料和弹性材料的层叠结构构成。优选，所述刚性材料包括铬镍铁合金，所述弹性材料包括柔性石墨。

根据一个优选的实施例，所述阀门通道中心线与该椭圆底面长轴的交点限定出该椭圆底面的中心点，且该阀杆轴线构造成经过所述椭圆底面长轴并与该长轴相交于该阀杆轴线的中点位置。

更优选地，所述阀座面中各点到该阀杆轴线的垂线和该点与所述中点位置的连线之间的夹角大于等于6°且小于等于18°。

根据特别优选的实施例，所述阀座面中在靠近该斜置圆锥体的偏斜侧与该三角形截面的交点与该阀杆轴线的垂线和所述交点与该中点位置的连线之间的夹角在15°±0.5°的范围中；所述阀座面中在远离该斜置圆锥体的偏斜侧与该三角形截面的交点与该阀杆轴线的垂线和所述交点与该中点位置的连线之间的夹角在17.5°±0.5°的范围中。

根据本发明另一方案，本发明还提供一种制造三偏心蝶阀的方法，包括：提供楔形斜台；将阀体固定在该楔形斜台上；在该阀体中镗出构成密封面一部分的阀座面；将蝶板固定在该楔形斜台上；在该蝶板上设置与所述阀座面一起形成密封面的密封结构；在该蝶板中加工出容纳阀杆的阀杆孔；装配出三偏心蝶阀。

优选地，在加工阀座面的步骤中还包括通过百分表测定该镗出的阀座面是否符合精度要求。

根据本发明进一步特征，所述将阀体固定在楔形斜台和/或将蝶板固定在楔形斜台上的步骤包括通过套筒销将阀体和/或蝶板以一面贴靠该楔形斜台的斜面的方式固定到该楔形斜台。

根据一个优选实施例，还包括在蝶板加工出除阀杆孔之外的其他结构的步骤，其他结构包括用于容纳密封结构的凹口或台肩。

优选地，所述提供密封结构的步骤还包括在密封结构与蝶板之间设置密封缠绕垫片和/或通过压板将所述密封结构固定在压板和蝶板之间。

本发明的其它优点和特征将在下文的详细描述说明或者可由本发明的方案而自然显现。

附图说明

以下，结合附图来详细说明本发明的实施例，其中：

图1是根据本发明的三偏心蝶阀的示意图；

图2示意性示出了根据本发明的三偏心蝶阀的偏心的斜置椭圆锥体，其中示出了密封圈与阀座面的多个接触角；

图3示意性地示出了根据本发明的密封缠绕垫片；

图4示出了根据本发明的阀座的加工方法。

附图标记列表

1-阀体；2-蝶板组件；3-阀座；4-蝶板；5-压板；6-阀杆；7-阀座面；8-密封结构；9-密封缠绕垫片；10-阀门通道；11-阀体(阀体坯)；12-百分表；13-固定销；14-楔形斜台；15-锚固孔；16-阀座压环；LL’-阀门通道中心线；o-阀门通道中心线与斜置椭圆锥体的交点(斜置椭圆锥体底面中心)；c-蝶板的转动轴线中心位置；P-阀座面上一点；E，F-阀座面中椭圆斜截面的长轴端点；φ1，φ2-阀杆直径；θ-斜置椭圆锥体底面与密封副间的角度；

斜置椭圆锥体的锥顶角。

具体实施方式

现参考图1描述根据本发明的三偏心蝶阀。如图1所示，三偏心蝶阀包括：阀体1，其中形成具有水平延伸的阀门通道中心线LL’的阀门通道10和至少部分限定该阀门通道10的阀座3；蝶板组件2，蝶板组件2包括蝶板4、在蝶板4的一侧固接到蝶板4的压板5和夹设在蝶板4和压板5间的密封结构8(图1未示出，将在下文结合图3进一步描述)；和驱动机构(未示出)，其包括具有阀杆轴线的阀杆6，蝶板4固接于该阀杆6上并能在该阀杆6的作动下绕该阀杆轴线转动以启闭该三偏心蝶阀。所述阀座1具有阀座面7，且所述阀座面7与所述密封结构8的匹配面(未示出)相匹配形成密封该阀门的密封面(密封副)，即处于密封状态下密封结构与阀座面接触的匹配表面(通常该密封面可简化为由阀座面的中位线所限定的椭圆，例如图1中线EF)。其中所述阀座3通过阀座压环16被固定在阀体上。以上各部件的材料及其功能对于本领域技术人员来说是已知，本领域技术人员可以根据阀门的应用场合在不背离本发明的思想的情况下选择合适的部件及其材料和尺寸来实施本发明的实施例。

如图1所示且如上所提到的，作为示例，所谓的三偏心蝶阀在附图中是指阀杆轴线(也称作蝶板的转动中心线)相对于密封面所形成的第一偏心(位置偏置)；阀杆轴线相对于基本垂直于该阀杆轴线的阀门通道中心线的第二偏心(位置偏置)；以及该阀座面(从而该密封面以及密封结构与该阀座面相匹配形成密封面的匹配面)所限定并形成一部分的斜置椭圆锥体的中心线相对于该阀门通道中心线LL’偏斜所形成的第三偏心(角偏斜)。在本领域中，三偏心阀门中形成斜置椭圆锥体是已知的，且作为该斜置椭圆锥体的一个斜截面的该密封面(或者说阀座面的中位线EF所限定的区域)是椭圆形的。

现结合图1和2来描述本发明的三偏心蝶阀中关于第三偏心的参数设置和相比于现有技术的改进。如图1所示，该斜置椭圆锥体具有顶点a，且该斜置椭圆锥体与阀门中心线相交于点o从而限定出该斜置椭圆锥体的椭圆底面的中心点，即该斜置椭圆锥体相对于连线ao是对称的，也即ao连线是该斜置椭圆锥体的中心线。在本文中的术语“斜置椭圆锥体”并非指其中心线ao相对于椭圆底面是倾斜的而是指在中心线ao垂直于椭圆底面的同时相对于阀门通道中心线LL’是倾斜的，并具有一个倾斜(偏心)角度θ(注：在图中示出的角度θ具体来说是椭圆底面与密封副之间的夹角，但其大小等于该斜置椭圆锥体中心线ao相对于阀门通道中心线LL’的夹角)。在该所示的实施例中θ＝14.6°，其可以根据需要设置其它角度，但如下文详述倾斜(偏心)角度θ要受到本发明的设置的约束。如图1所示，其示出了所述斜置椭圆锥体中的其顶点a及其椭圆底面长轴所共同位于的三角形截面。如图所示，该三角形截面与阀门通道中心线LL’共面，且该三角形截面构造成与该阀杆轴线垂直，且如图所示该阀杆轴线构造成经过所述椭圆底面长轴并与该长轴相交于该阀杆轴线的中点位置c。在本发明中的阀杆轴线是指阀杆在阀门通道中的所限定的线段，而不是指其所限定的无限延伸的直线，因此根据该线段长度相应地限定出该中点位置c。在本发明的优选实施例中，应精心设置以使得所述中点位置c位于椭圆底面的长轴上。例如在显示了在沿椭圆底面的长轴以及顶点截取的截面图的图1中，阀杆轴线的中点位置c应该设置在oc所在的直线上。当需要调节该三偏心蝶阀的第一和/或第二偏心值，尤其是第二偏心值时，使得阀杆轴线的中点位置c在椭圆底面的长轴(oc所在直线)上移动，以调节oc间距离。此外，阀杆直径也是oc间距的一个约束因素，例如在图1中阀杆可具有第一直径φ1或假想的第二直径φ2。在此，本发明通过限定阀杆轴线的中点位置c设置在椭圆底面的长轴上，既保留了可以方便地调整以适应第一和/或第二偏心值以及阀杆直径的大小的优点，而且相比于随意设置该阀杆轴线位置的现有技术还更易加工出高精度高匹配度的三偏心阀门。

继续描述图1，斜置椭圆锥体的顶角

等于35°±1°，也即是图1所示的三角形截面的顶角

等于35°±1°。根据上面的描述可以知道，该椭圆斜锥体的该示出的三角形截面呈等腰三角形形状，且以其底边经过阀杆轴线中心点c和阀门通道中心线上的一点o。且从图1可以看到，该斜置椭圆锥体是以中心线ao在其长轴和顶点所在的该等腰三角截面中绕点o向上(逆时针)转过一个角度(如上所述，其等于θ)。如图1中所示，阀座面与三角形截面(或其所在平面)相交的线段位于该等腰三角形截面的两条侧边上，而且该三角形截面与阀座面(或者密封副)的中位线分别相交于F点和E点。如图1所示，可以看到在上侧的阀座面部分(例如F点)是斜置椭圆锥体相对于阀门通道中心线LL’所倾斜靠近的一侧，而在相反的下侧(例如E点)则是斜置椭圆锥体相对于阀门通道中心线LL’的倾斜方向远离的一侧。而且在阀座面(中位线)的所有点处到顶点a的连线与阀门通道中心线LL’的倾斜角度中，以在图1所示的阀座面的下端点E处的连线aE(也即是远离椭圆锥体的倾斜方向的点)相对于阀门通道中心线LL’的倾斜角度最大；而在与下端点E的纵向相对点F处，经过该F点的连线aF(也即是靠近椭圆锥体的倾斜方向的点)相对于阀门通道中心线的倾斜角度最小，以α表示，也即是密封面上的所有点与阀门通道中心线LL’的夹角中的最小夹角，在根据本发明的实施例中，该最小夹角α＝2.5°±0.5°。在本发明中，特别地规定阀座面上任一点与斜置椭圆锥体的顶点a连线在朝向该顶点a方向上偏斜靠近阀门通道中心线LL’(即与该中心线的夹角在朝顶点方向是渐缩的)。而这是如上所述地通过上述在具有最小夹角的连线aF相对于阀门通道中心线LL’的夹角具有α＝2.5°±0.5°的小的正角度来实现的。在此需要说明的是，上述最大夹角和最小夹角均是在图1所示中的平面角，而在阀座面其它非长轴上的位置到顶点与中心线的夹角可能是空间角，但是这不影响上述关于这些角的取向(正负角)和大小的规定。

在现有技术中，所形成的斜置椭圆锥体段的阀座面通常如此设计，即在经过椭圆底面长轴和顶点的三角形截面中与阀座面(中位线)在斜置椭圆锥体所偏向的一侧的交点(对应于本发明的F点)处，该交点与斜置椭圆锥体顶点的连线通常平行于水平的阀门通道中心线，即α＝0，甚至在加工或组装中由于工装或制造工艺的缺陷会出现α＜0的情形。这会在这在自动启闭的三偏心蝶阀的大量启闭动作中会造成密封圈和阀座之间可能产生摩擦，并容易造成蝶阀的密封结构(例如密封圈)变形，从而造成其过早磨损。而本发明通过提供相对于水平线的α＝2.5°±0.5°的精心选择的正偏斜角度，能够有效缓解甚至消除该问题，并且仍能提供有效的密封性能，从而有效地克服了这种缺陷，具有显著的进步。如以上所规定的，该连线相对于阀门通道中心线之间的夹角是正角度的是指该角度在朝斜置椭圆锥体顶点方向偏斜靠近阀门中心线形成渐缩状，而负角度是指该角是朝远离斜置椭圆锥体顶点方向偏斜靠近阀门中心线(即朝顶点方向偏斜远离该中心线而形成扩宽状)。

具体地参考图2，本发明的三偏心蝶阀中，由该阀座面和密封结构所匹配形成的密封面上的各点与该阀杆轴线的垂线和该点与该阀杆轴线的中点位置c的连线之间的夹角σ大于等于6°且小于等于18°。该夹角σ通常叫做分离角或接合角，且该角根据密封结构和阀座面相匹配形成的密封面上的不同的位置，其角度大小是变化的。而且如图2具体所示，在E点的角度为17.5°±0.5°。而在F点的角度为15°±0.5°。并且如图1和2结合示出可以看到在位于与ao平行的cp线上的阀座面点p处，该椭圆锥形段的阀座面(密封面)具有最小的接触角σ，在所示的实施例中为6°。

现转向图3，该图显示根据本发明的三偏心蝶阀闭合情况下阀座面7与密封结构8相配合形成密封面(密封副)的放大结构。如该图所示，密封结构8在此呈密封圈形式，其可以由任何已知的适合于三偏心蝶阀的材料制成，例如刚性材料，如不锈钢、铝合金或铜等。该密封结构8被固定夹持在蝶板4和压板5之间形成的凹口中。在该图中还示出了本发明的相比于现有技术的改进，即被保持在蝶板4和密封结构8之间的密封缠绕垫片9。该密封缠绕垫片9在图中由刚性材料和弹性材料的层叠结构构成。优选地，该层叠结构的层叠方向与阀门通道中心线平行。所述刚性材料包括铬镍铁合金，所述弹性材料包括柔性石墨。根据本发明的密封缠绕垫片具有能够提供大温度范围变化的双向密封。并且相比于现有技术设置弹簧的形式具有更长的寿命而且还能提供辅助密封的功能。

结合图4描述根据本发明的制造三偏心蝶阀的方法。根据本发明的方法包括：(i)提供楔形斜台14；(ii)通过固定在楔形斜台14的锚固孔15中的套筒销13将阀体(或者说阀体坯)11以一面贴靠该楔形斜台14的斜面的方式固定在该楔形斜台14上，例如图4所示；(iii)在该阀体11中镗出与密封面相匹配的阀座面；(iv)通过百分表12测定镗出的阀座面是否符合精度要求；(v)将蝶板以一面贴靠该楔形斜台14的斜面的方式固定在该楔形斜台14上；(vi)在该蝶板上提供与所述阀座面一起形成密封面的密封结构；(vii)在该蝶板中加工出容纳阀杆的阀杆孔；(viii)装配根据本发明的三偏心蝶阀。采用本发明的制造方法，将不存在现有技术所要求的先装配密封副以形成装配好的三偏心蝶阀坯件再加工该蝶阀其它特征的要求，从而能提供良好的零件互换性和有利于零件的标准化，有利地减轻或消除了现有技术中存在的问题。

以上，详细描述了本发明及其实施例，本领域技术人员可以在本文充分公开的基础上对本发明的实施例作出多种改变和修改而不背离本发明的范围。例如本领域技术人员将明白在说明书具体实施方式中所描述的上下左右的方位仅是参照附图所显示的实施例的方位，而非将本发明局限于附图所示的位置和取向。本发明的保护范围由所附的权利要求书及其等同所限定。

Claims (10)

1.一种三偏心蝶阀，其包括：

阀体(1)，其包括具有水平延伸的阀门通道中心线(LL’)的阀门通道(10)和至少部分限定该阀门通道(10)且具有阀座面(7)的阀座(3)；

蝶板组件(2)，其包括蝶板(4)、在该蝶板的一侧固接到该蝶板(4)的压板(5)和夹设在该蝶板(4)和该压板(5)间的密封结构(8)，该密封结构(8)具有与该阀座面(7)相匹配形成密封该阀门的密封副的匹配面；和

驱动机构，其包括具有垂直且偏置于该阀门通道中心线(LL’)的阀杆轴线的阀杆(6)，该蝶板(4)固接于该阀杆(6)上并能在该阀杆(6)的驱动下绕该阀杆轴线枢转以启闭该蝶阀；

其中，该阀座面(7)形成一个相对该阀门通道中心线(LL’)偏斜的斜置椭圆锥体的一部分，所述斜置椭圆锥体中的顶点(a)及其椭圆底面长轴所共处的三角形截面与所述阀门通道中心线(LL’)共面且与该阀杆轴线垂直，所述阀座面中与所述三角形截面相交的各交点与该顶点(a)的连线在朝向所述顶点(a)方向偏斜靠近所述阀门通道中心线(LL’)，所有所述连线与该阀门通道中心线(LL’)的夹角中的最小夹角值等于2.5°±0.5°。

2.根据权利要求1所述的三偏心蝶阀，其特征是，还包括设置在该蝶板(4)和该密封结构(8)之间的密封缠绕垫片(9)，该密封缠绕垫片(9)至少部分由刚性材料和弹性材料的层叠结构构成。

3.根据权利要求2所述的三偏心蝶阀，其特征是，该刚性材料包括铬镍铁合金，该弹性材料包括柔性石墨。

4.根据权利要求1至3中任一项所述的三偏心蝶阀，其特征是，该阀门通道中心线(LL’)与该椭圆底面长轴的交点(o)限定出该椭圆底面的中心点，该阀杆轴线被构造成经过该椭圆底面长轴并与该长轴相交于该阀杆轴线的中点位置(c)。

5.根据权利要求4所述的三偏心蝶阀，其特征是，该阀座面中各点与该阀杆轴线的垂线和该点与该中点位置(c)的连线之间的夹角(σ)大于等于6°且小于等于18°。

6.根据权利要求5所述的三偏心蝶阀，其特征是，该阀座面中在靠近该斜置圆锥体的偏斜侧与该三角形截面的交点与该阀杆轴线的垂线和该交点与该中点位置(c)的连线之间的夹角在15°±0.5°的范围中；该阀座面中在远离该斜置圆锥体的偏斜侧与该三角形截面的交点与该阀杆轴线的垂线和该交点与该中点位置(c)的连线之间的夹角在17.5°±0.5°的范围中。

7.一种制造三偏心蝶阀的方法，包括：

提供楔形斜台(14)；

将阀体(11)固定在该楔形斜台(14)上；

在该阀体(11)中镗出构成密封面一部分的阀座面；

将蝶板固定在该楔形斜台上；

在该蝶板上设置与该阀座面一起形成密封面的密封结构；

在该蝶板中加工出容纳阀杆的阀杆孔；

装配出三偏心蝶阀。

8.根据权利要求7所述的方法，其特征是，镗阀座面的步骤还包括通过百分表(12)测定该镗出的阀座面是否符合精度要求。

9.根据权利要求7所述的方法，其特征是，将阀体固定在楔形斜台和/或将蝶板固定在楔形斜台上的步骤包括通过套筒销(13)将阀体和/或蝶板以一面贴靠该楔形斜台的斜面的方式固定到该楔形斜台。

10.根据权利要求7所述的方法，其特征是，提供密封结构的步骤还包括在蝶板(4)与密封结构(8)之间设置密封缠绕垫片(9)和/或通过压板(5)将该密封结构(8)固定在蝶板(4)和压板(5)之间。

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