本发明涉及一种用于碟形阀上的阀壳,尤其涉及一种结构新颖、用金属板经压力加工制成的阀壳。 阀壳传统的制作方法是先铸造诸如铸铁或有色金属等金属材料,然后对铸件进行机械加工。但是,近年来随着板材压力加工技术的进步,已采用压力加工方法把铁板或有色金属板制成阀壳,从而省略了机械加工,或使机械加工量减至最少。采用这种方法,目前已能高效地成批生产大量阀壳,并能保证尺寸精度。这种方法与传统的先经铸造然后机械加工的方法相比,能大量节省费用。
此外,采用压力加工制作的阀,由于其重量大大减轻,因此,当把它安装到管道上时,具有明显的优越性。当此阀工作时,减少了管道上受到的载荷,并且维修方便。
然而,采用压力加工生产的碟形阀阀壳,却存在用铸造方法生产时不会出现的几个缺点,下面对此加以详细讨论。
因此,本发明的一个目标是要提供一种新颖的碟形阀阀壳结构,这种阀壳适合于用压力加工方法大量生产,其阀壳薄,重量轻,当把它安装到管道上,并从两边紧固时,阀壳能充分抵抗压缩应力和内应力。
本发明的另一目标是要提供一种阀壳结构,在这种结构中,放置于密封环槽座内地密封环逆对流动液体的压力而牢固地保持在位置上,不会因压力大而移动或损坏。
本发明的再一个目标是提供一种阀壳结构,这种阀壳对通过阀体孔内的流体与管道外大气之间的温差不敏感。
本发明还有一个目标,就是要提供一种阀壳结构,这种阀壳对通过阀壳孔内的流体与管道外大气之间的化学上差异不敏感。
上述本发明的第一个目标是这样实现的:其阀壳采用双层结构的形式,由外壳套和内壳套组成,其中,内壳套由限定内孔的圆筒部分和两端直径较大(比圆筒部分直径大)的密封环槽座部分组成;外壳套套装在内壳套的外周,形成一个空腔,内壳套和外壳套在阀壳的两端彼此刚性固定。
采用上述结构,当把此阀壳安装到管道上,并从两端紧固时,施加于密封环槽座处的压缩应力能均匀地为两端部所承受,在此处,外壳套叠置于内壳套上,因而应力由两个壳套分担,使内壳套弯曲线L处的负荷减少一半。
在这种连接中,由于流体经内孔通过时产生的内应力施加于内壳套的圆筒体处,而此处并不会随生产过程中的扩张工序而减薄,因此,此圆筒部分足以抵抗内应力,而无需特别加厚或加固。此外,施加于密封环槽座处的内应力同时也由外壳套承受,从其里面分担了内、外壳套之间的压力。
这种由内壳套和外壳套构成的阀壳,其更为突出的特点是,即使其壳套是由薄的材料制造,但在遇到地震或类似情况而使管道受到不正常的弯曲载荷时,其损坏或失效的可能性仍很小。
本发明更进一步的目标是要获得一种结构,采用这种结构,其密封环与密封环槽座之间的紧密接合不会反过来因密封环的老化而影响和降低密封性能。
此外,由于外壳套套装于内壳套的外周,形成了一个空腔,从而产生了一个不导热层,因而无需采取措施,以防止由于偶然的高温,或由于外界气温降低产生露水所造成的能量损失,无需采用绝热材料和/或加热器以防止冰冻。
此外,由于内壳套不受外界气温的影响,当流体从孔内和阀门旋塞中通过时,能保持同一温度水平,因此可以消除由于外界气温升高时阀壳膨胀,或由于外界气温降低时阀壳收缩(这两种情况以前经常发生)而造成密封不良的缺陷。
除了第一目标以外,上述的目标可以通过采用本发明几种实施例中的独特的阀壳结构加以实现,下面结合附图阐述,各图中,相同的零件采用同一号码标记,其中:
图1是本发明第一个实施例的阀壳结构的局部剖切正视图;
图2是本发明第一个实施例的阀壳结构的局部剖切侧视图;
图3是把此阀壳局部切除拿开后的立体图;
图4是第二个实施例的阀壳结构的局部剖视图;
图5是第三个实施例的阀壳结构的局部剖视图;
图6是第四个实施例的阀壳结构的剖视图;
图7、图8和图9分别是先有技术中的阀壳结构的正剖视图,局部立体图和剖视略图。
首先讨论图7、图8和图9所示先有技术中的阀壳结构。图7所示为安装状态下的普通碟形阀。
在图7中,阀壳1a由圆筒体6a和密封环槽座7a组成,7a是把圆筒体两端弯成直角而成的。密封环9a装在密封环槽座内,与置于两端的管道法兰10a接触。法兰上带有若干圆孔,使一边的孔与另一边相应的孔连接。借助压紧穿过各孔的螺栓28和螺母29,使装在槽座内的防水密封环受压和密紧接触。当压紧力沿水平方向施加时,所产生的应力集中在各密封环槽座7a的弯曲线L处,因此,若金属板的厚度减小,便可能出现变形、损坏或失效。特别是如果是用压力机滚压增大两端直径,使之比圆筒体6a处的直径大时,会使弯曲线区域的厚度比原来的小。另外,分开制作的密封环槽又处于这个区域。因此,在阀壳的各部分中,这一区域的强度最低,也就最容易损坏。
对上述问题曾几次试图解决,例如,按图8所示,在密封环槽座7b邻接圆筒体6a的转角处,焊接许多三角形加强肋30。另一方面,按图9所示,圆筒体6c从中间部分向外扩张成象展开的风扇形(这是日本已公开的,公开号为60-8577,名为“阀体结构”的形式)。
可是,这两种结构有以下缺点。
在图8结构中,由于所产生的内应力抗力随不同部位而有所变化,因此需要许多加强肋,从而降低了生产效率,给大量生产带来困难。
在图9结构中,由于加于其上的载荷是以矢量的形式分配的,因此对抵抗压缩应力有利。可是,通过流体压力施加到管子周边上的载荷随管径的增大而增大,因此大量载荷加到了扩张的那部分内壁上。因此,需要计算承受这一载荷的金属板厚度,并在决定厚度时要考虑到在压力加工过程中由于扩大管径而减小了的那部分厚度。
用压力加工方法制作阀壳的另一个缺点是密封环容易从其座中脱开或易于损坏。参看图7和图9中各密封环槽座的截面7a或7c可见,由于待安装的密封环外径周边宽度Wa1或Wc1与内径周边宽度Wa2或Wc2一样大或者稍小一些,故当流体通过阀体时,密封环向内收缩,使密封环密封不良或者损坏。
一般来说,阀壳(包括压力加工的阀壳和铸造的阀壳)中存在的共同问题是,随着使用时间的加长,密封环本身不可避免地会变质,使阀体的密封性能降低,因而必须更换密封环,或再紧固压紧螺栓以提高密封性。
如果密封环老化,也可能安装时因配合松动而在密封环和密封环槽座之间出现空隙,这样,根据使用材料的情况。在零件之间的空隙处可能发生腐蚀,并且会缩短阀的使用寿命。众所周知,使用奥氏体不锈钢容易发生腐蚀。
此外,如果管道里边和外边的温度或化学成份不同,就要选择好阀的结构,并选择与管道相适应的阀壳材料。
例如,如果通过阀中的流体温度高,而外界气温低,则由于热辐射而增加能量损失。如果流体的温度一般,而外界气温低,则管道可能出现冰冻或破损。
至于对化学气体,则材料的选择比较困难,特别是如果管道外面是碱性气体时,材料选择的难度就更大。
现在参看图1、图2和图3本发明的优选实施例中的阀体结构,下面加以详细叙述。
在这些图中,由内壳套4和外壳套5组成的阀壳1安装到管道上,并夹持在管道的两个法兰10之间。
内壳套4是由薄钢板制成的圆筒体,它规定了内孔的大小。壳套4的中间部分就是所说的圆筒形部分6,其两端经压力加工成S形密封环槽座7。在本实施例中,此S形是偏斜的,即有些变形,因此,放置于各密封环槽座7内的密封环9,其外径周边宽度W1比其内径周边宽度W2大。
这种连接情况,若采用图7和图9所示的传统阀壳结构,则如图中密封环槽座剖面的7a和7c所示,由于内径周边宽度Wa2或Wc2,或者比外径周边的宽度Wa1或Wc1大,或者两者宽度相等,因此,不足以抵抗液体流动的粘附力(即带走的力),结果,密封环9a或9c可能会移动,失去密封作用,或者破损和被冲掉。
反之,若采用上述本发明密封环槽座的结构,即其W2的宽度较窄,则会产生独特的效果,能克服上面讨论的先有技术结构中的缺点,从而达到上述本发明的第二个目标。
由薄金属板制成的S形密封环槽座的槽壁表面会产生弹性,能起弹簧和减振作用,从而大大改善了密封环槽座和装入其中的密封环之间的紧密配合性,即使密封环本身的弹性降低了,但密封环槽座的槽壁表面弹性不会降低,故密封环的紧密配合能保持很长的时间。因此,无需去做这样的烦琐性工作:由于密封环老化降低了阀体的密封性,而要用夹紧螺栓对配合部分压紧。
此外,由于密封环槽座的弯曲突出部分与其他配合部分相比,具有较大的承载能力,因此,金属件与暴露于流体的密封环之间的连接部分能得到紧密的接合,其间完全没有空隙。因此,不可能有接触流体的空隙而造成腐蚀,但假如出现空隙,则根据使用材料的情况,腐蚀是可能发生的(如通常使用奥氏体不锈钢时的情况)。只有当密封环是由薄金属板制成,并放置于特有形状的密封环槽座内时才会达到这种效果。
外壳套5是用钢板制成的薄圆筒体,通过对焊连接到内壳套的外周边上。
阀杆2是一根截面为方形的轴件,分别借助上衬套11和下衬套13可旋转地支承在上支承12和下支承14处,其旋转带动方法(没有用图加以说明)可以是:把诸如板手、操纵杆、手轮或类似操作件装到从上支承12中突出来的从动部分15处,以转动阀壳1中的阀杆2。
上、下两个衬套的内周边也是做成方形的,与阀杆2的外周边相符合,它们之间采用压配安装。衬套11和13的外周边是圆筒形的,可在上、下支承12和14处旋转。
阀片3牢固地安装在阀体1的阀杆2上,由阀板16和覆盖件17组成。而阀板16由一对夹持在阀杆上的薄圆钢板构成;覆盖件17由例如橡胶等弹性材料制成,完全覆盖着阀板的外边。
把内壳套的一部分压入,以形成围绕于阀杆2四周的上平面18和下平面19,而阀杆2是贯穿过内壳套的孔的。在阀片3的外周上,也做出与平面18和19相一致的平面20和21,因此,当转动阀杆,使阀片滑动时,阀体和阀片能保持密闭状态。
供转动阀杆2的驱动装置安装到法兰22上,而其他零件如密封环23、对开环24和25,以及密封压盖26等则紧接装在法兰22的下方,用以密封阀杆和上支承。
对于除阀壳1以外的其他零件,当然可以用已知的装置代替。例如,阀杆2也可以用六角形材料制造,以代替上述的方形材料,阀片3也无需总是用弹性件覆盖,也可以用两块阀板叠制,在其外周边上形成凹槽,使密封环27(见图6)装于此槽中,滑动时保持密封。
图4表示本发明的第二个实施例的结构,其内壳套各密封环槽座7的端部压折成截面为字形,而外壳套的端部插入凹槽中,用焊接固定。图5表示第三个实施例的结构,其外壳套的端部压折成截面为字形,而密封环槽座7的端部插入凹槽中,也是用焊接固定。
第二和第三个实施例的结构布局独特的优点是,由于阀壳的端部是由三层组成,或者压折内壳套,或者压折外壳套,因此提高了对压力的抗力。由于此端部是处于紧固连接的状态,故可以缩短焊缝的长度,或可采用点焊,以简化焊接操作。此外,上述结构的受热变形也减小了。
根据需要,上述任何一种结构的内壳套4和外壳套5,都可以用各种不同的材料制造,因为这两者是分开用压力加工制成的。可以建议使用各种各样的金属材料组合,如高抗拉强度钢和软钢、不锈钢和软钢、不锈钢和蒙乃尔高强度合金、软钢和钛或镍和铜等,只要相配的材料中可以对内壳套进行压力加工的都可以采用。
上述组合形式可以得到独特的效果,例如,由高抗拉强度钢制成的外壳套具有很高的强度,而由软钢制成的内壳套适合于塑性变形加工,故可易于进行所需的如深拉延等操作。
其另一个优点是,可以选择适用于流经管道中的流体特性的材料和适用于管道外边大气特性的材料,例如,如果流体是碱性的,而外界空气是酸性的,则可以采用外壳套材料耐酸、外壳套材料耐碱的阀壳材料组合形式。也可以根据外界空气和管内流体的特殊情况,选择专用的耐腐蚀、耐热、抗磨和类似金属板材,从而达到本发明的上述目标。
最后,在上述的任何一种实施例的结构中,都可以通过使用适当的模子保证压力加工的制造精度,且易于以合理的成本进行大量生产,因此,对上述先有技术结构中的问题,可以无需失去(即仍然保持)传统压力加工制作碟形阀的优点而得到解决。
上面已叙述了本发明的各种实施例,显然,还可以根据以上所说,对本发明进行改进和变更。