带有可更换座板的自动阀的制作方法
【专利摘要】自动阀包括阀座(52)，阀座(52)具有穿过其延伸的第一气流通道(58)，和阀挡(54)，阀挡(54)具有穿过其延伸的第二气流通道(66)。密封环(60)布置在阀挡与阀座之间。可移除座板(68)可移除地连接于阀座(52)，且具有与阀座的第一气流通道(58)匹配的孔口(70)。密封环由弹性部件(62)向可移除座板(68)弹性地偏压以将阀关闭。座板和环由非金属材料制成。
【专利说明】带有可更换座板的自动阀
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种自动阀门，诸如环阀或环形阀。在本文中公开的主题的一些实施例尤其涉及用于往复式压缩机的自动环阀或环形阀。
【背景技术】
[0002]自动阀通常用在例如往复式压缩机中。自动阀布置在压缩机的吸入侧以及排出侧双方，以在压缩机气缸内压力的控制下自动地打开和关闭压缩机的吸入口和排出口。
[0003]现有技术的自动环阀的示范实施例示于图1中。自动环阀I包括阀座2和阀挡3。阀座具有周向地布置的气流通道4，气流通道4穿过阀座2延伸。阀挡3又具有气流通道
5。中央螺杆6将阀座2和阀挡3彼此连接，从而在它们之间留有间隔7。在阀座2与安全阀3之间设有多个同心地布置的密封环8。各密封环8沿阀座2的一组对应的环形地布置的气流通道4布置。为各个密封环8设置多个压缩弹簧9，以将密封环偏置在关闭位置中，其中，密封环8通过密封地接触气流通道4的对应密封表面4A来关闭对应的一组气流通道
4。压缩弹簧9容纳在设于阀挡3中的相应的弹簧腔10内。
[0004]跨过阀I的压差引起阀的自动打开和关闭。图2示出往复式压缩机的头部11，其使用布置在压缩机吸入口和排出口上且以1A、1B、1C、1D指代的四个自动环阀I。
[0005]更详细而言，压缩机头部11限定了压缩机气缸13，其中活塞14能够往复地运动。活塞14的杆15连接到曲柄(未示出)，该曲柄按照双箭头Π4来往复地移动活塞14。活塞14将气缸13分成两个单独的压缩室13A、13B。
[0006]压缩机头部11具有第一吸入口 17，第一吸入口 17通过第一自动环阀IA与第一压缩室13A流体连通。第二吸入口 19通过第二自动环阀IB与第二压缩室13B流体连通。第一排出口 21通过第三自动环阀IC与第一压缩室13A流体连通，并且，第二排出口 23通过第四自动环阀ID与第二压缩室13B流体连通。
[0007]活塞14的往复运动选择性地引起第一压缩室13A内的气体吸入和压缩气体从第二压缩室13B的排出，且反之亦然。当第一气流通道4中的压力超过弹簧9的弹力时，自动环阀1A、1B、1C和ID选择性地打开。
[0008]往复式压缩机的曲柄轴可以以例如100-1200rpm且典型地在200与IOOOrpm之间的范围内的转动速度转动。因此，密封环8经历高速的反复打开和关闭行程。它们通常由复合材料(诸如纤维增强的合成树脂)制成，以降低其质量，且从而降低惯性。阀座2和阀挡3通常由金属制成。
[0009]由于疲劳应力，密封环8和阀座2 二者经历磨损。因此，自动环阀经历维护。密封环8被替换，而阀座需要通过环形密封表面4A的加工来重新定形。此操作需要从压缩机移除自动环阀，并且是费时的。因此，压缩机因此经历长期停机，或者代替阀门必须可用来代替需要阀座的加工和重新定形的阀门。类似的缺点存在于如下自动阀中，该自动阀包括与同心地布置的密封环不同的可移动密封元件，例如可移动密封板。
[0010]由于通过摩擦和气体压缩产生的热量，自动阀经受热应力。因此，阀的各种构件经历热膨胀。由于所使用材料的不同热膨胀系数，用于制造阀座和密封环的不同材料的使用引起不同的热膨胀。这可导致气流通道的无效密封和随之发生的气体泄漏，从而导致压缩机效率降低，除非使用平面密封表面。另一方面，从有效密封作用的观点来看，后者是不完全令人满意的。如果使用可移动密封板(例如具有与阀座上的环形座共同作用的环形突起)，则存在类似缺点。
[0011]由于关闭期间密封环8对阀座2的冲击，密封环8或类似地可移动密封板的打开和关闭在阀的结构上产生重复的动态应力。
[0012]因此，希望开发一种改进的差压阀，且尤其是自动环阀，以用于往复式压缩机或类似机器，其将至少缓和现有技术环阀的上述问题和缺点中的至少一个。
【发明内容】
[0013]根据在本文中公开的主题的一些实施例，提供一种自动阀，其中，提供一个或更多个可移动密封元件(例如，多个同心地布置的密封环)和可移除座板，它们二者由非金属材料制成，优选地具有相似或基本相同的热膨胀系数。因此，使用可移动非金属密封环或其它可移动密封元件的优点得以保持，但同时，由不同热膨胀造成的缺点(诸如气体泄漏和由此产生的压缩机效率降低)至少部分地缓和或完全消除。使用可移除因而可更换的座板使阀的维护更容易，不再需要重新加工磨损的阀座。磨损、断裂或变形的座板可以简单地移除并在短时间内更换，而不需要长时间停机以用于维护介入。
[0014]因此，根据一个实施例，提供一种自动阀，包括:阀座，其具有穿过其延伸的第一气流通道；阀挡，其具有穿过其延伸的第二气流通道；至少一个可移动密封元件，其布置在阀挡与阀座之间；座板，其可移除地连接于阀座，且布置在阀座与可移动密封元件之间，具有与第一气流通道匹配的孔口。可移动密封元件由弹性元件朝可移除座板弹性地偏压，以关闭第一气流通道；并且座板以及可移动密封元件由非金属复合材料制成。
[0015]如上所述，可移动密封元件可实际上由环形的、同心地布置的环形成，该环形成与可移除座板共同作用的密封表面。环可彼此连接以形成单一结构。备选地，环可彼此分开并由相应的弹性部件朝座板独立地偏压，弹性部件诸如根据同心地布置的环形准线布置的压缩弹簧、独立于邻近的环来偏压各个环的多个弹簧。在该情况下，可移动密封元件将由同心地布置的密封环彼此分开地形成。
[0016]根据一些实施例，座板和可移动密封元件由复合材料制成。这两个构件的复合材料可为相同的。在一些实施例中，例如，基于设计考虑，不同的复合材料可分别用于可移动密封元件和座板。在优选实施例中，即使分别对座板和可移动密封元件使用不同的复合材料，所述复合材料也具有基本相同的热膨胀系数。
[0017]使用由具有相似或基本相同的热膨胀系数的非金属材料制成的座板和可移动密封元件使得可使用非平面密封表面，这提供有效的密封作用和低压力损失。当经历温度增加时，这两个构件实际上将经历相似或基本相同的径向膨胀，使得它们保持互补的形状和尺寸匹配状态，从而保持密封效果。
[0018]在一些实施例中，形成座板和可移动密封件的复合材料可为合成树脂基体，优选为热塑性树脂的基体，其含有增强纤维和/或不同类型的填料。这些包括但不限于玻璃纤维和碳纤维。可移动密封元件可具有多个第一密封表面，该多个第一密封表面与座板上的第二密封表面密封接触地共同作用，所述第二密封表面沿所述座板中的孔口延伸。优选地，第一密封表面和所述第二密封表面为非平面的。
[0019]特征和实施例在此之后得到公开，并在所附权利要求中进一步得到描述，它们形成了本说明书的整体部分。以上简要说明描述了本发明的各种实施例的特征，以便可更好地理解下面的详细说明，并且以便可更好地理解对本领域的现有贡献。当然，还存在本发明的其它特征，这些特征将在下文中得到说明并将在所附权利要求中得到描述。在此方面，在详细说明本发明的几个实施例之前，应当理解的是，本发明的各种实施例在它们的应用中不限于在下列说明中描述或在附图中示出的构造细节和构件布置。本发明能够具有其它实施例，并且能够以各种方式实践和实施。另外，应理解的是，在本文中采用的措辞和术语是用于说明目的的，且不应被视为限制性的。
[0020]因而，本领域技术人员将会理解，本公开基于的构想可容易地用作用于设计其它结构、方法和/或系统的基础，以用于实现本发明的若干目的。因此，重要的是，权利要求应视为包括这种等同构造，因为它们不脱离本发明的精神和范围。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]当结合附图考虑时，通过参考下面的详细说明，将更好地理解本发明的公开实施例及其许多附随优点，从而，将容易地获得它们的更完整的理解，在附图中
[0022]图1示出根据现有技术的自动环阀的纵向平面的截面；
[0023]图2示出使用自动环阀的往复式压缩机的头部的纵截面；
[0024]图3示出根据本公开的阀的透视图和截面图；
[0025]图3A显示图3的细节A的放大；
[0026]图4在分解图中示出图3的阀；
[0027]图5至7示出阀的局部放大截面图，其示出座板和密封环的不同实施例。
【具体实施方式】
[0028]示范实施例的下列详细说明参照附图。不同附图中的相同参考数字代表相同或相似元件。此外，附图不一定按比例绘制。而且，下列详细说明不限制本发明。相反，本发明的范围由所附权利要求限定。
[0029]遍及说明书对“一个实施例”或“实施例”或“一些实施例”的提及是指结合实施例描述的特定特征、结构或特性包括在所公开的主题的至少一个实施例中。因此，短语“在一个实施例中”或“在实施例中”或“在一些实施例中”在遍及说明书的不同位置的出现不一定是指相同的实施例。此外，特定的特征、结构或特性可以以任何合适的方式组合在一个或更多个实施例中。
[0030]在此，下面更详细地描述且在附图中示出的实施例特别地涉及自动环阀，即包括多个同心地布置的可移动密封环的自动阀。在其它实施例中，未示出，替代可移动且同心地布置的密封环，可提供如下密封板，其由彼此约束以形成单个可移动密封元件的一个或更多个构件制成。
[0031]图2和3示出根据在本文中公开的主题的自动环阀的示范实施例。自动环阀全部标注为50。阀50包括阀座52和阀挡54。阀座52和阀挡54通过螺杆布置56彼此连接。如在此下面将更详细地说明的，阀座52与阀挡54之间留有间隔，其中布置有可移动密封环和座板。
[0032]阀座52具有一组第一气流通道58。在一些实施例中，气流通道58具有细长弯曲孔或孔口的形状。在一些实施例中，气流通道58沿同心地布置的圆周设置。在其它实施例中，气流通道58可具有圆形截面，而非细长的。各组周向地布置的气流通道58由所述可移动密封环密封地关闭。
[0033]在附图所示的实施例中，阀板由多个同心地布置的密封环60组成。在一些实施例中，密封环60 —个与另一个独立,即，它们不彼此约束。在其它实施例中，密封环60可以由约束部件彼此连接，以便在其中形成具有贯穿孔口的单个单元，从而允许气体由此流过。在一些实施例中，密封环60可彼此连接，从而以阀板的形式形成单个可移动密封元件，从而，阀板将在所述阀板的一个面上具有环状突起，其又将被开孔，以便提供穿过阀板的气体通道。
[0034]如在此下面将更详细地说明的，在附图中，各组沿相同圆周布置的气流通道58由所述同心地布置的密封环60中的对应的一个通过相互共同作用的密封表面关闭。
[0035]在一些示范实施例中，如附图所示，各个密封环60由一组弹性部件朝阀座52弹性地偏压。弹性部件可包括螺旋压缩弹簧62。各个压缩弹簧62可部分地容纳在设于阀挡54内的相应弹簧腔64中。可设置其它不同弹性布置，以朝阀座52将密封环60偏压在关闭位置中。
[0036]阀挡54具有一组第二气流通道66。类似于第一气流通道58,第二气流通道66也可以沿同心地延伸的的圆周布置，并可为细长弯曲孔口或孔的形式。在其它实施例中，第二气流通道66可具有圆形截面，而非细长截面。第一气流通道58和第二气流通道66沿径向偏移，使得当密封环60在开启位置时，气体可流过阀50。
[0037]在一些实施例中，各个密封环60具有第一平面密封表面，其与阀座上的第二平面密封表面共同作用。然而，在其它实施例中，如附图所不，密封环60有密封表面60A,密封表面60A至少部分地为非平面的。密封表面60A可具有凸出截面。在一些实施例中，密封表面60A是弯曲的凸出密封表面。在其它实施例中，如图3、5和6所不，密封表面60A可由两个锥形表面部分60B和中间平面表面60C组成。
[0038]在其它实施例中(例如见图7)，密封面60A可以由中间平面表面部分60C和两个侧表面部分60B组成,为凸出圆环(toroidal)表面的形状。
[0039]根据在本文中公开的主题，密封环60与如下密封表面共同作用，该密封表面形成在可移除地连接于阀座52的座板68上。座板68能够从阀座移除，使得例如如果座板断裂或磨损，则其能够替换。
[0040]座板68具有贯穿通道或孔口 70。当座板68安装在阀板52上时，通道70对准阀座52的第一气流通道58。优选地，贯穿通道70具有与气流通道58相同的截面。因此，贯穿通道70根据与阀座52的第一气流通道58的样式匹配的样式布置，即，沿同心地布置的圆周线布置。
[0041]在一些实施例中，座板68具有沿座板68的贯穿通道70延伸的密封表面70A。各组周向地布置的孔口或贯穿通道70布置在两个同心地延伸的密封表面70A之间。密封表面70A设在形成在座板68上的圆形突起上。[0042]密封表面70A的形状设计成与密封环60的密封表面60A相匹配。一个密封环60接合在两个同心地布置的密封表面70A之间，在这两个同心地布置的密封表面70A之间布置有一组孔口或贯穿通道70。密封环60可在座板的相对布置的密封表面70A之间部分地穿入(具体参见图5、6和7)。因此，可获得楔入作用，这导致增强的密封作用。
[0043]在一些实施例中，两个密封表面70A沿一组周向地布置的贯穿通道或孔口 70布置，贯穿通道或孔口 70具有与对应的密封环60的锥形表面60B相匹配的锥形表面部分(图
3、5、6)。在其它实施例中(图7)，密封表面70A具有凹入圆环表面部分，该凹入环形表面部分与密封环60的对应的凸出圆环表面部分60B相匹配。
[0044]密封表面60A和70A可设计成使得各个密封表面70A沿窄的环形接触表面接触对应的密封表面60A。窄接触面积确保高接触压力，且从而确保高密封效率。密封环60和座板68 二者上的锥形表面或圆环表面产生密封环60的关于座板68的贯穿通道或孔口 70的自定心效应。
[0045]在一些实施例中，密封环60由复合材料制成，诸如纤维增强合成树脂，优选为利用碳纤维或玻璃纤维增强的热塑性树脂。
[0046]在一些实施例中,座板68由与密封环60相同的材料制成。在其它实施例中,座板68可由不同材料制成，诸如不同的纤维增强合成树脂，其具有与密封环60的材料基本相同的热膨胀系数。通过“基本相同的”热膨胀系数，可知不同于形成密封环60的材料的热膨胀系数的系数，使得操作温度范围内的不同热膨胀不削弱密封作用。在一些实施例中，密封环和座板的热膨胀系数之间的差为20%或更小，且优选为15%或更小，甚至更优选为10%或更小。
[0047]通过对密封环60和座板68 二者使用复合材料，自动环阀的可移动部分的质量降低是可能的，同时缓和或消除已知的自动环阀的缺点，其中这两个构件的不同热膨胀系数导致气体泄漏和随之发生的使用阀的机器(例如往复式压缩机)的效率降低。
[0048]此外，使用可更换或可替换座板68使阀的维护更容易。当座板68磨损或损坏时，它可容易地替换，而不需要从安装有阀的机器拆卸阀，并且避免阀座的加工。
[0049]在附图所示的示范实施例中，座板68不与阀座52直接接触。相反，在座板68与阀座52之间布置有阻尼器。在所示的实施例中，阻尼器包括震动吸收板72。震动吸收板72在74处开孔。孔口 74与座板68的贯穿通道70对准，并与阀座的气流通道58对准，且优选地具有与后者相同的截面。震动吸收板72保持在座板68与阀座52的面向密封环60的表面之间。可设置一个或更多个销73,以用于将座板68和震动吸收板72锁紧于阀板52。
[0050]震动吸收板72在关闭行程期间消散或吸收密封环60的动能中的至少一部分，以便降低阀上的动态应力。震动吸收板72是由适当地吸收能量的材料制成的。用于制造震动吸收板72的合适的材料例如为塑料或复合材料，诸如利用碳纤维或玻璃纤维增强的热塑性树脂。
[0051]优选地，震动吸收板72形成一种衬垫，其将座板68与阀座52分开，使得座板68不与阀座52的平坦表面直接接触，震动吸收板72设置在该平坦表面上。当密封环60关闭第一气流通道58时，这确保有效的阻尼效果，以降低阀上的机械震动。
[0052]虽然在本文中说明的主题的公开实施例已在附图中示出并结合多个示范实施例具体且详细地充分得到说明，但对本领域技术人员而言显而易见的是，在不本质上脱离在本文中阐述的新颖教导、原理和构想的情况下，可进行许多修改、改变和省略，并且本主题的优点记载在所附权利要求中。因此，所公开的创新的适当范围应该仅由所附权利要求的最广义的解释来确定，以便涵盖全部此种修改、改变和省略。
【权利要求】
1.一种自动阀，包括: 阀座，其具有穿过所述阀座延伸的第一气流通道； 阀挡，其具有穿过所述阀挡延伸的第二气流通道； 至少一个可移动密封元件，其布置在所述阀挡与所述阀座之间； 可移除座板，其可移除地连接于所述阀座，具有与所述第一气流通道匹配的孔口 ； 其中，所述至少一个可移动密封元件由弹性部件朝所述可移除座板弹性地偏压，以关闭所述第一气流通道；并且其中，所述座板和所述至少一个可移动密封元件是由非金属材料制成的。
2.根据权利要求1所述的阀，其特征在于，所述座板和所述至少一个可移动密封元件是由复合材料制成的。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的阀，其特征在于，所述复合材料包括含有增强纤维或填料的合成树脂基体。
4.根据任一前述权利要求所述的阀，其特征在于，所述合成树脂基体是由热塑性树脂制成的。
5.根据任一前述权利要求所述的阀，其特征在于，所述增强纤维选自如下组合，该组合包括:碳纤维和玻璃纤维。
6.根据前述权利要求中的一个或更多个所述的阀，其特征在于，所述至少一个可移动密封元件的所述非金属材料和所述座板的所述非金属材料具有基本相同的热膨胀系数。
7.根据前述权利要求中的一个或更多个所述的阀，其特征在于，在所述阀的操作温度范围内，所述至少一个可移动密封元件的非金属材料和所述座板的所述非金属材料各自的热膨胀系数彼此相差20%或更小，优选为15%或更小，且甚至更优选为10%或更小。
8.根据前述权利要求中的一个或更多个所述的阀，其特征在于，阻尼器布置在所述座板与所述阀座之间。
9.根据前述权利要求中的一个或更多个所述的阀，其特征在于，所述至少一个可移动密封元件具有多个第一密封表面，所述多个第一密封表面与所述座板上的第二密封表面密封接触地共同作用，所述第二密封表面沿所述座板中的所述孔口延伸。
10.根据任一前述权利要求所述的阀，其特征在于，所述第一密封表面和所述第二密封表面至少部分地为非平面的。
11.根据任一前述权利要求所述的阀，其特征在于，成对的所述第一密封表面部分地进入对应的成对的所述第二密封面之间，以关闭所述第一气流通道。
12.根据前述权利要求中的一个或更多个所述的阀，其特征在于，所述至少一个可移动密封元件为密封环。
13.根据任一前述项权利要求所述的阀，其特征在于，包括多个同心地布置的密封环。
14.根据前述权利要求中的一个或更多个所述的阀，其特征在于，所述至少一个可移动密封元件为密封板。
15.根据任一前述权利要求所述的阀，其特征在于，所述密封板包括环状突起，所述环状突起与所述座板上的环形密封表面共同作用。
【文档编号】F04B39/10GK104011389SQ201280061490
【公开日】2014年8月27日 申请日期:2012年12月11日 优先权日:2011年12月12日
【发明者】A·巴比尼, R·巴加格利, L·托格纳雷利, G·普拉特利 申请人:诺沃皮尼奥内有限公司