阀门耐磨环和具有耐磨环的闸阀的制作方法
【专利摘要】本发明涉及具有可取出的内部耐磨环的改进的阀门以及包含所述可取出的耐磨环的阀门。在一个示例中，所述耐磨环包括高硬度金属环，所述高硬度金属环具有被设置成接合闸阀的主体的外表面。聚合物覆层覆盖所述金属环的外表面的至少一部分，所述聚合物覆层形成所述耐磨环的最终尺寸形状。
【专利说明】阀门耐磨环和具有耐磨环的闸阀
【技术领域】
[0001]本发明涉及用于阀门的改进的耐磨环，并且涉及用于制造改进的耐磨环的方法和材料。尤其是，本发明涉及用于闸阀组件的改进的耐磨环。
【背景技术】
[0002]大的闸阀常用于各种应用中，包括采矿、制造、炼制、排污和引水以及许多其它应用。在许多的这些应用中，例如，在输水中使用的大的闸阀，所述阀门可以一直使用很多年，甚至几十年，而较少需要相当的保养或维护。不过，许多其它大的闸阀被用于极其具有挑战性的环境中，其中阀部件的内表面暴露于可快速降解除最耐久的材料外所有材料的磨损或腐蚀性材料。例如,携带具有大量石块和砂粒的矿浆可过早地磨损内部阀部件。类似的,浙青砂(例如在加拿大西部开采以制造可替代燃料的那些)在高温下被处理并具有非常高的固体含量，当通过阀门时使阀门的内部易于降解(老化)。
[0003]为了使阀门尤其是工作在极端条件下的大型闸阀的使用寿命进一步延长，形成可替换的表面是可行的，所述可替换的表面对准阀门内部的一些部分。这些可替换的表面可由比其它阀部件硬得多的材料制成-部分是由于它们比其它部分(部件)需要更少的精加工，并且还由于它们可使用价格较高的金属而不需要整个阀门都使用昂贵材料。此外，所述表面的可移除特性允许它们在不需要更换或重构整个阀门的情况下被更换。
[0004]遗憾的是，现有闸阀设计的一个挑战(即使是使用可更换耐磨表面的闸阀)是用于制成这些耐磨表面的材料很硬以至于它们难以加工到小公差。尤其难以加工的是弯曲表面，例如，被设计成紧密匹配入阀门外壳中的耐磨环的外径。不过，为了恰当地匹配在阀门外壳内，耐磨环必须具有相对较精确的外形和尺寸。加工这样的尺寸是可能的，但满意地加工所述表面所需的时间和费用可能非常高，这是由于具有合适的耐磨特性所需材料的硬度属性。此外，用于所述耐磨表面的极硬合金还通常相当易碎，并且在加工应力下可能裂化。因此，存在对用于阀门内的改进的耐磨表面的需要，尤其是在没有过多加工的情况下可形成改进的耐磨环。
【发明内容】
[0005]本申请部分涉及用于插入闸阀的耐磨环，以及包含所述耐磨环的闸阀。在一个示例实施例中，所述耐磨环包括高硬度金属环，所述高硬度金属环具有聚合物外层，所述聚合物外层紧密匹配在闸阀的主体中的容纳区域内。所述聚合物材料形成耐磨环的外部的最终尺寸形状，这避免了要将金属耐磨环加工到最终公差的需要。耐磨环的形状通常是圆形或基本上圆形。尽管不是很希望，耐磨环可能由两个或更多个部分构成(例如，每个部分是半圆形)。耐磨环通常由非常硬的金属形成，例如白铁或硬镍(N1-hard)，是非常硬的合金。
[0006]如上文所述，通常高硬度金属环是铸造材料并且高硬度金属环的外表面基本上不加工，因此加工非常硬的材料(例如薄耐磨环)可能是非常困难的。在大多数的实施例中，所述环通常在宽度为半英寸到六英寸的范围内，而具有的厚度为约半英寸到一英寸。这些环通常相对较薄，不易于加工，尤其是外部和内部弯曲表面(二维平表面可被更容易地磨成平面)。施加聚合物覆层(通常通过铸造)允许形成对耐磨环的合适的精确外尺寸。所述聚合物覆层还提供可选的密封功能的优点，例如通过结合O型环类型的表面。
[0007]因此，在通常的实施例中，所述高硬度金属环的圆周外表面基本上不加工。而是，为了制造会具有较精确的外形和尺寸的耐磨环，聚合物材料被模制成耐磨环的覆层。所述聚合物材料(例如聚氨酯)提供了耐磨环的外部的最终精确尺寸，从而避免对相当程度的加工的需要。此外，聚合物材料可提供一体密封特征(例如O型环功能)的形成。
[0008]耐磨环的内表面(最暴露于磨蚀和磨损物，因为它们直接暴露于阀门内的流体和运动固体)由于与不加工外表面相同的原因，即避免时间和成本但还避免无意地使密封环裂化，一般不加工。耐磨环的前和后表面可经常被磨成平面或基本平面处理。
[0009]在一些实施例中，被设置成接合闸阀的主体的外表面具有两个直径，所述两个直径由平面边缘或肩部分开，所述平面边缘或肩部被设计成接合阀门外壳中的相应边缘。在所述实施例中，耐磨环包括具有第一圆周的第一部分，和从第一部分偏移以便具有更大圆周的第二部分，所述第一和第二部分中的每一个覆盖有聚合物覆层。所述部分中仅有一个覆盖有聚合物材料的情形是可能的，尽管不常见。
[0010]聚合物材料通常厚度为1-1Omm,经常厚度为2_6mm。一般,聚合物材料明显薄于所述环的金属部分:一般少于所述环的厚度的20%，经常为5%-25%，可选的从5%到20%。
[0011]在一个示例实施例中，闸阀包括位于所述阀门的至少一侧上的定位器环，所述定位器环被设置成通过压缩和剪切力的组合使所述耐磨环固定在位。
[0012]本发明的上述
【发明内容】
不旨在描述本发明的每个讨论的实施例。这是下文的附图和【具体实施方式】的目的。
【专利附图】
【附图说明】
[0013]通过结合所附附图中所反映的示例在下文中对本发明的不同实施例进行具体描述，可以更全面地理解和领会本发明。
[0014]图1是根据本发明的实施例构造的闸阀的端视图。
[0015]图2是图1中的闸阀的侧视剖视图，示出了阀门的内部部件。
[0016]图3A是图1所示闸阀的局部侧视剖视图，示出了关闭闸阀的底部，其中安装有两个耐磨环。
[0017]图3B是图1所示闸阀的局部侧视剖视图，示出了关闭闸阀的底部，耐磨环被移去。
[0018]图4是图1所示闸阀的分解局部透视图，示出了闸阀外壳、闸阀、一对耐磨环和用于安装耐磨环的安装硬件。
[0019]图5是根据本发明的实施例制成的耐磨环的俯视平面图。
[0020]图6是图5所示耐磨环的侧视剖视图。
[0021]图7A是在施加覆层材料之前，根据本发明制成的第一耐磨环的剖面。
[0022]图7B是在施加覆层材料之后，根据本发明制成的第一耐磨环的剖面。
[0023]图8A是根据本发明制成的第二耐磨环的剖面。
[0024]图SB是根据本发明制成的第二耐磨环的剖面。
[0025]图SC是根据本发明制成的第二耐磨环的剖面。[0026]图8D是根据本发明制成的第二耐磨环的剖面。
[0027]尽管本发明根据不同修改例和变化形式有所不同，其具体内容已通过示例和附图的方式示出，并且将详细描述。不过，应当理解，本发明不限于所述的具体实施例。相反，本发明涵盖落入本发明的精神和范围内的修改例、等同例和替换例。
【具体实施方式】
[0028]本发明部分涉及用于插入闸阀的耐磨环，以及包含所述耐磨环的闸阀。在一个示例实施例中，闸阀包括阀体，所述阀体包括第一开口、第二开口和内部。闸板被设置成移入和移出所述阀体的内部，以便当闸板被插入阀体的内部时基本阻止液体流过阀门。
[0029]第一和第二耐磨环被设置在阀体内，所述耐磨环被设置在闸板的通道的任意侧上，以便部分对准阀体的内部。用于将第一耐磨环固定在阀门外壳中的定位环围绕阀门的第一开口的至少一部分延伸以便使耐磨环保持在位。耐磨环包括高硬度金属环，所述高硬度金属环具有外表面，所述外表面紧密配合(匹配)入闸阀的主体中的容纳区域。
[0030]耐磨环的形状通常是圆形的或基本圆形的。尽管不是很希望，耐磨环由两个或更多个部分(例如，每个部分是半圆)构成是可能的。耐磨环通常由非常硬的材料形成，例如白铁或硬镍(N1-hard)。耐磨环的外表面具有聚合物材料,所述聚合物材料覆盖金属环的外表面的至少一部分，所述聚合物材料形成耐磨环的最终尺寸形状。
[0031]通常，高硬度金属环是铸造材料并且高硬度金属环的外表面基本不被加工，这是因为加工极硬的材料(例如薄耐磨环)可能是非常困难的。在大多数的实施例中，耐磨环通常的宽度在半英寸到六英寸的范围内，而具有的厚度为约半英寸到一英寸。这些耐磨环(通常较薄)不易于加工，尤其是外部和内部弯曲表面(二维平表面可被更容易地磨成平面)。因此，在一些实施例中，高硬度金属环的圆周外表面基本上不被加工。而是，为了制造会具有较精确的外形和尺寸的耐磨环，聚合物材料被模制成耐磨环的覆层。聚合物材料(例如聚氨酯)提供了耐磨环的外部的最终尺寸，从而避免了对相当程度的加工的需要。此外，聚合物材料可提供一体密封特征的形成，例如O型环功能。
[0032]耐磨环的内表面(最暴露于磨蚀和磨损物，因为它们直接暴露于阀门内的流体和运动固体)由于和不加工外表面相同的原因一般不被加工。耐磨环的前和后表面经常可被磨成平面或基本平面处理。
[0033]在一些实施例中，被设置成接合闸阀的主体的耐磨环的外表面具有两个直径，所述两个直径由平面边缘或肩部分开，所述平面边缘或肩部被设计成接合阀门外壳中的相应边缘。在所述实施例中，耐磨环包括具有第一圆周的第一部分，和从第一部分偏移以便具有更大圆周的第二部分，所述第一和第二部分中的每一个覆盖有聚合物覆层。所述部分中仅有一个覆盖有聚合物材料的情形是可能的，尽管这并非是优选的。
[0034]聚合物材料通常的厚度为1-1Omm,可选的厚度为2_6mm。一般,聚合物材料明显薄于所述环的金属部分:一般少于所述环的厚度的20%,通常5%-25%，可选的5%_20%。
[0035]现在参见附图，图1是根据本发明的实施例构造的闸阀10的端视图，闸阀10具有主体20。闸阀10包括第一开口 12，所述第一开口引入内部空间并通过第二开口(未示出)引出阀门的背侧。闸板30可插入阀门10的主体20的内部空间，闸板30用于阻止或调控流过阀门的流体。[0036]图1中还示出了耐磨环50的暴露部分，通过定位器环40保持在位。本实施例中所示的定位器环40由两个部分构成:第一定位器环部分42，围绕几乎整个第一开口 12延伸；以及小拱形定位器环部分44，所述部分44使所述环的一小部分完整。拱形定位器环部分44的目的是允许第一定位器环部分42被安装，并随后接着安装拱形部分。
[0037]阀门10的特征在图2、图3和图4中更详细的示出细节。首先，图2是沿着图1中的剖面线A-A得到的图1中的闸阀的侧视剖视图，并且示出了阀门10的内部部件。示出闸板30被插入阀门10的阀体20中的通道或槽道。在一侧上(如在图2中所示的右侧)，示出了第一耐磨环50的剖面。第一耐磨环50的前面与阀体20的前表面55齐平。第一耐磨环50的背面与闸板30 (或者当闸板被移去时的闸板槽道或通道)齐平。第一耐磨环基本上环绕并形成阀门10的第一开口 12。在第二侧上(如在图2中所示的左侧)，示出了第二耐磨环52的剖面。第二耐磨环52的前面与阀体20的后表面57齐平。第二耐磨环基本上环绕并形成阀门10的第二开口 14。可以观察到，阀门10的主体20的内部的大部分由耐磨环50、52覆盖。尤其是，会最暴露于磨蚀/磨损物(例如浆体)的表面被耐磨环保护。取出并更换所述耐磨环使得在不更换整个阀门的情况下延长了阀门的寿命。图2中还示出了阀体20中的凹入部32，所述凹入部用于当闸板30被完全插入阀门10的主体20中时容纳闸板30的末端31。
[0038]图3A是图1所示闸阀的局部侧视剖视图，示出了关闭闸阀20的底部，其中安装有两个耐磨环50、52。图3B是图1中的闸阀20的局部侧视剖视图，示出了关闭闸阀20的底部，耐磨环被移去。在图3A中，第一耐磨环50通过定位器环40被保持在位。第一耐磨环50具有内表面70和外表面60 (外表面60具有第一部分62a和第二部分62b)。这些表面部分62a和62b通常不被加工。较软的材料(例如聚合物材料)提供覆层64。聚合物覆层64提供耐磨环50的外表面的最终尺寸形状，允许耐磨环50紧密配合(匹配)在阀体20的容纳区域80中(在图3B中示出，连同用于耐磨环52的容纳区域82)，而不需要加工耐磨环50的外表面。类似的，在所示的实施例中，在主体20的相对侧上存在耐磨环52。
[0039]图4是图1所示闸阀10的分解局部透视图，示出了阀体20、闸板30、一对耐磨环50和52、和用于将两个耐磨环50、52固定在位的定位器环40。还示出了两个可选的O型环54、56。O型环54、56是可选的，因为可采用可替换的密封结构，来替代这些O型环。
[0040]图5是根据本发明的实施例制成的耐磨环50的俯视平面图。耐磨环50包括外表面60和内表面70。外表面60包括聚合物层(未示出)。耐磨环50的尺寸可以变化，但通常对于较大的阀门按比例增大，而对于较小的阀门按比例缩小。通常的厚度(从表面60到表面70进行测量)为大致半英寸，尽管耐磨环可以根据实施例更薄或更厚。
[0041]图6是沿着剖面A-A得到的图5中的耐磨环的侧视剖视图。图6示出了外表面60和内表面70，以及耐磨环的第一面66和第二面68。还示出了覆盖在外表面60上的聚合物材料。
[0042]图7A和7B示出了示例耐磨环的其它特征。图7A是在施加覆层材料之前根据本发明制成的第一耐磨环的剖面；而图7B是在施加覆层材料64之后的第一耐磨环50的剖面。在图7A中，耐磨环50包括内表面70，以及在施加覆层材料之前的外表面60。还可观察到耐磨环50包括第一面66和第二面68。所示的外表面60包括由肩部63分开的第一圆周部分62a和第二圆周部分62b。第一和第二圆周部分62a和62b —般不被加工。肩部63(可接合凸缘或定位器环)可选的可以是加工表面。图7B示出了在将聚合物材料64施加到耐磨环50的外表面60的至少一部分之后的耐磨环50。聚合物材料64例如是聚氨酯。在所披露的实施例中，聚合物材料64被沉积在两个区域中:64a覆盖表面62a，和64b覆盖表面62b。没有聚合物材料被示出覆盖肩部63，尽管在一些实施例中聚合物材料被施加到肩部63。
[0043]现在参见图8A到8D，示出了根据本发明的实施例制成的不同耐磨环的外表面的可替换结构。图8A是根据本发明制成的耐磨环的剖面，其中圆周部分60a’和60a”与图7中所示的相似，但一个圆周部分远大于另一个。图8B是根据本发明制成的相似耐磨环的剖面，其中仅有一个外圆周部分具有聚合物层。该结构不如图8A(或图7)中所示的结构优选，但在一些实施例中可应用。图8C示出了另一种设计，其中外圆周部分中仅有一个(但这次是具有较大直径的那个)具有聚合物层。同样，该设计不如所有圆周部分都包含聚合物层的设计优选，但在一些实施例中可应用。图8D是根据本发明制成的第二耐磨环的剖面，其中聚合物部分65d覆盖耐磨环50D的整个外表面60d。应当理解，除了图8A到8D中所示的结构外，不同的其它结构也是可行的，包括具有更多或更少不同直径的圆周部分，和没有肩部。
[0044]本说明书中的所有公开文献和专利申请表示与本发明相关的普通技术人员的水平。所有的公开文献和专利申请以相同的程度在此被结合入本文作为引用，如同每个单独的公开文献或专利申请专门并且单独被表明作为引用。
[0045]应当理解，尽管上文所述的本发明的实施例涉及一种硬件装置，本发明可与其它电子装置一起使用，并且不限于硬件装置。此外，尽管已结合几个特定的实施例描述了本发明，本领域的技术人员会认识到可对本发明进行很多改动，而不脱离本发明的精神和范围。
【权利要求】
1.一种用于插入闸阀的基本圆形的耐磨环，所述耐磨环包括: 高硬度金属环，所述高硬度金属环具有被设置成接合闸阀的主体的外表面， 聚合物覆层，所述聚合物覆层覆盖所述金属环的外表面的至少一部分，所述聚合物覆层形成所述耐磨环的最终尺寸形状并且被设置成匹配所述闸阀的内表面。
2.根据权利要求1所述的基本圆形的耐磨环，其中所述高硬度金属环是铸造材料并且所述高硬度金属环的外表面基本不被加工。
3.根据权利要求1所述的基本圆形的耐磨环，其中所述高硬度金属环是铸造材料并且所述高硬度金属环的圆周外表面基本不被加工。
4.根据权利要求1所述的基本圆形的耐磨环，其中被设置成接合所述闸阀的主体的外表面具有两个直径。
5.根据权利要求4所述的基本圆形的耐磨环，其中所述两个直径由平面边缘分开。
6.根据权利要求1所述的基本圆形的耐磨环，其中所述耐磨环还包括前表面和后表面，所述前表面和后表面基本是平面。
7.根据权利要求1所述的基本圆形的耐磨环，其中所述耐磨环还包括前表面和后表面，所述前表面和后表面基本是平面，所述前表面和后表面具有加工表面处理。
8.根据权利要求1所述的基本圆形的耐磨环，其中所述高硬度金属环的内表面包括基本未加工的表面。
9.根据权利要求1所述的基本圆形的耐磨环，其中所述金属环包括具有第一圆周的第一部分，和从所述第一部分偏移以便具有更大圆周的第二部分，所述第一和第二部分中的每一个覆盖有聚合物覆层 。
10.根据权利要求9所述的基本圆形的耐磨环，其中所述圆形耐磨环的第一部分和第二部分之间的偏移至少部分由聚合物材料覆盖。
11.根据权利要求1所述的基本圆形的耐磨环，其中所述圆形耐磨环的第一部分和第二部分之间的偏移至少部分是暴露的。
12.根据权利要求1所述的基本圆形的耐磨环，其中所述聚合物材料通过铸造形成。
13.根据权利要求1所述的基本圆形的耐磨环，其中所述聚合物材料的厚度为2-10mm。
14.根据权利要求1所述的基本圆形的耐磨环，其中所述聚合物材料的厚度为3-8mm。
15.一种用于插入闸阀的基本圆形的耐磨环，所述耐磨环包括: 金属环，所述金属环被设置成用于插入闸阀，所述金属环具有外表面和内表面； 覆层，所述覆层覆盖所述金属环的外表面的至少一部分，所述覆层形成所述耐磨环的最终尺寸形状。
16.根据权利要求15所述的基本圆形的耐磨环，其中金属环是铸造材料并且所述高硬度金属环的外表面基本不被加工。
17.根据权利要求15所述的基本圆形的耐磨环，其中高硬度金属环是铸造材料并且所述高硬度金属环的圆周外表面基本不被加工。
18.根据权利要求15所述的基本圆形的耐磨环，其中被设置成接合所述闸阀的主体的外表面具有两个直径。
19.根据权利要求15所述的基本圆形的耐磨环，其中所述耐磨环还包括前表面和后表面，所述前表面和后表面基本是平面。
20.根据权利要求15所述的基本圆形的耐磨环，其中所述耐磨环还包括前表面和后表面，所述前表面和后表面基本是平面，所述前表面和后表面具有加工表面处理。
21.根据权利要求15所述的基本圆形的耐磨环，其中金属环包括具有第一圆周的第一部分，和从所述第一部分偏移以便具有更大圆周的第二部分，所述第一和第二部分中的每一个覆盖有聚合物覆层。
22.根据权利要求21所述的基本圆形的耐磨环，其中所述圆形耐磨环的第一部分和第二部分之间的偏移至少部分由聚合物材料覆盖。
23.根据权利要求21所述的基本圆形的耐磨环，其中所述圆形耐磨环的第一部分和第二部分之间的偏移至少部分是暴露的。
24.根据权利要求21所述的基本圆形的耐磨环，其中所述覆层材料通过铸造形成。
25.根据权利要求1所述的基本圆形的耐磨环，其中所述聚合物材料的厚度为l-10mm。
26.—种闸阀，所述闸阀包括: 阀体，所述阀体包括第一开口、第二开口和内部，其中闸板被设置成移入和移出所述阀体的内部，以便当所述闸板被插入所述阀体的内部时基本阻止液体流过所述阀体； 第一和第二耐磨环，所述第一和第二耐磨环被插入在所述阀体内，所述耐磨环被设置在所述闸板的通道的任意侧上以便部分对准所述阀体的内部，所述耐磨环包括覆层，所述覆层覆盖所述金属环的外表面的至少一部分，所述聚合物覆层形成所述耐磨环的最终尺寸形状。
27.根据权利要求26所述的闸阀，其中高硬度金属环是铸造材料并且所述金属环的外表面基本不加工。
28.根据权利要求26所述的闸阀，其中高硬度金属环是铸造材料并且所述金属环的圆周外表面基本不加工。
29.根据权利要求26所述的闸阀，其中被设置成接合所述闸阀的主体的外表面具有两个直径。
30.根据权利要求26所述的闸阀，其中被设置成接合所述闸阀的主体的外表面具有两个直径，所述两个直径通过平面边缘分开。
31.根据权利要求26所述的闸阀，其中所述耐磨环还包括前表面和后表面，所述前表面和后表面基本是平面。
32.根据权利要求26所述的闸阀，其中所述耐磨环还包括前表面和后表面，所述前表面和后表面基本是平面，所述前表面和后表面具有加工表面处理。
【文档编号】F16K3/30GK103453168SQ201210363718
【公开日】2013年12月18日 申请日期:2012年9月26日 优先权日:2012年6月3日
【发明者】R·A·布伦库什, S·瓦特罗德 申请人:德朱瑞克公司