专利名称：双单元排气阀系统的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种阀装置，特别是涉及一种使用在输送含有挥发性的，可燃的或有毒的气体的流体通道中的整体阀组件。
在一个管流系统中运送挥发性流体、毒气和/或可燃性气体时，安全标准要求控制通过管道系统中的流体的阀具有安全裕度，还要求有能排出聚集在控制流动的阀结构中气体的排气装置。通常在进口及出口之间设置串联的两个分离的阀。因为聚集在关闭的阀中的剩余流体会泄漏到周围的工作环境中，这是很危险的，因而剩余流体既是不需要的又是不安全的。因此，安全标准还要求在这两个串联的阀的中间管道上开孔，以设置排泄管道来排出剩余流体分散到大气中去。在这个排泄管道中，还有另一个与这两个串联阀无关而独立操作的另一个阀来控制开关排气系统。
在气体燃烧器系统中装有一种这种类型的阀装置，称为“双单元排气系统”。由于这种用分离的阀零件配合来提供安全及有效地控制流体流的固有缺点，因而上述系统存在着一些缺点。一个问题是串联阀的控制。串联阀中的每个阀是单独操作的，使用者就要用三个分开的驱动装置来控制一个简单的开关操作。在许多情况下，由于阀的顺序动作不恰当，这个系统会发生把从进口源引入的加压流体泄漏出去的失误。另外，由于工业安全标准要求单个阀的密封装置有安全裕度，而把阀的操作顺序搞复杂了。而且，要求密封装置要以密封及不密封的交错方式排列。因此当需要用三个阀和致动器来完成一个简单的开关操作时，控制它们精确的动作就变得很复杂，效率及精度都成问题。
本发明的总的目的是提供一个简单的阀组件，它只具有一个驱动装置来顺序驱动两个阀塞组件和一个排气装置，以最有效及经济的方式来控制流体通过管道系统。
本发明的另一个目的是提供一个简单的阀组件，它只能排出聚集在两个阀塞组件之间的剩余气体和选择性地排出留在出口管道中的任何剩余气体。
本发明还有另一个目的是提供在阀组件中顺序定向的阀塞，每个阀塞独立地被弹簧由开向关的方向偏压着。
本发明还有另一个目的是用在每个闭合表面提供金属-金属接触以及弹性密封装置来给组件中的阀塞座提供双重的安全可靠性。
图1示出了本发明的阀及与之相连的致动器的纵剖面图，图示为阀组件处于关闭状态，此时没有流体的流动。
图2示出了处在全开及全闭位置的中间位置的本发明阀组件的纵剖面图。
图3示出了处在全开位置的本发明阀组件的纵剖面图。
图4示出了安放本发明的双阀塞和排气机构的笼形组件的纵剖面放大图。
参阅图1-图3，可以知道本发明的阀组件包括图中用标号10表示的一个致动器及排气装置和用标号20表示的一个阀结构。可以用普通的已知的方法如法兰和螺栓联接将这两部分连接起来，图中所示的连接方法只是为便于说明而已。致动器及排气组件10为一个圆柱形零件12所限定，而圆柱形零件的端部又嵌在端板14及16的环形槽中。用于气密连接的环形密封零件18也嵌在这些环形槽中，并与圆柱形零件的端部相配合。用作活塞杆的一个轴22可滑动地装在通孔9中。轴22是一个空心零件，它的另外的用途将在讨论机构的操作时加以说明。
轴22的一个用途是给组件中的阀结构20提供运动，以允许开关阀的导管，这些导管由进口管19和出口管17以及笼形组件15所限定。活塞26固定在轴22上，活塞26及轴22以轴向可运动的方式安置。锁紧螺帽28对着在轴22上形成的接合面夹住活塞26。弹簧30在轴向往上给活塞和轴组件加上压力。如此，应该认识到，在开始装配装置时，装配工要把锁紧螺帽28拧到轴22穆菸撇糠种钡交钊 6与上述接合面相贴合，以加上一个预定的弹簧负荷。
如上所述，轴22是一个空心零件，其另一个用途是对下面的阀结构20提供一个排气管道並给阀的开关运动提供致动装置。由于轴22在轴向能来回运动，安装支撑在轴衬套32上的轴衬36装设有一个轴瓦密封装置34，使得轴22和轴衬套32之间可以作密封性的相对滑动。同样地，轴承套32还装有一个轴瓦密封装置38，用于轴密封系统提供密封的裕度。这样，轴瓦密封装置24、38和活塞26的外周边上的类似的轴瓦密封装置与圆柱筒12相配合限定了一个密封室40。密封室40上开有排气孔42，可把剩余气体排到大气中。轴上的孔44将聚集在阀结构20中的剩余气体通入密封室40並从排气孔42排出。这些排气孔44累积起来具有的通道面积足够排出按标准所要求的气体量。因此，可以知道上致动器及排气组件10不仅具有开关阀结构20的控制装置，而且具有将聚集在阀管道中的剩余气体排入到合适的处理装置中去的装置。
图中以标号20表示的阀结构包括有笼形组件15，其带有顶阀塞组件13及底阀塞组件11。通过中间接受器21采用已知的如螺纹之类的连接装置，把顶阀塞组件固定到轴22的下悬挂端。如前所述，弹簧30紧压着活塞26和轴衬套32，将轴22向外轴向偏压。当顶阀塞组件13同环形凸肩25贴上时，使向外的轴向移动停止。同样地，底阀塞组件11也用同样的如螺纹那样的连接方式固定到柱塞29上。支撑轴33可滑动地安放在端部法兰37上的孔中，並放入具有和零件34、38类似的轴瓦密封装置39的一个下轴衬套零件35中。支撑轴33的另一端与柱塞29固定在一起，或者也可以整体铸出柱塞轴组件。弹簧31安放在柱塞29和下轴衬套35的支撑面之间，且是同轴地套在轴33上，这样使底阀塞组件11密封顶着环形凸肩27。图示的环形凸肩25和27是分开的螺纹装置，但是事实上它们可以同笼形组件的内径部分的结构一起整体制成来提供同样的贴合表面。由上述可知，顶阀塞组件13和底阀塞组件11被分开的弹簧顶到它们的闭合位置，这样由于分别都有安全裕度並且符合工业说明书标准因而保证了阀结构的更安全可靠。
现在说明图1～3所示的阀结构20的总体布置。管道19是进口孔而管道17是排出口，而用于控制阀管道中的流动的笼形组件15位于这两个管道之间。如图所示，弹簧33顶着底阀塞组件11向上同环形凸肩27贴合，而弹簧30有效地把顶阀塞组件13拉到与环形凸肩零件25贴合。这一特征对整个装置的操作很重要，因为这可使两个阀塞组件13和11在它们的开通及闭合位置之间移动。也就是，当将流体引入到管道19中时，作用在底阀塞组件11外端面上的流体压力和弹簧31的弹力一起作用，因而用流体的压力密封了阀。类似地，顶阀塞组件13作为一个开关阀设置在阀结构20中，弹簧30在流动方向密封顶阀塞组件13，而且还用流动压力和相应的弹力的结合来进一步密封阀结构。
还必须指出，本发明的阀塞组件11和13的安排提供了两个顺序定向的阀塞，它们分别位于流体的上游及下游，並且在各自的弹簧作用下它们分别被顶在闭合位置，由此保证了阀系统的双重可靠性。由于两个开关阀设置在相应于流体流动方向的上游及下游，这两个阀塞组件的特殊的定向作用，可满足气体燃烧器及锅炉的安全操作的NEPA标准。
如图1所示，阀组件处在关闭的状态。接收器21可伸缩地套在柱塞零件29上。在提供可滑动的支承表面的轴衬41上，接收器21可相对柱塞29滑动。轴衬41可以用任意的合适材料如TEFLON或类似的材料制成。如此，接收器21的下端可在柱塞29上滑动，並由此控制了设置在接收器表面的排气孔23的开关位置，並在笼形组件15和排气出口孔42之间提供了一个排气通道。应该注意缝隙状排气孔23的面积总和等于满足于对适合尺寸的通风口的说明书要求的总的通道面积。
现在参阅图4，该图是笼形组件的放大图並且详细说明两个阀塞组件13和11以及接收器21和柱塞29的配合。每个阀塞组件13和11同样地由一组盘形零件43，45和47所限定，它们给相应的阀塞提供了双重的密封装置。盘形零件43是一个金属零件，在其最外边缘有一个锥形面53，它跟环形凸肩25和27上的倒圆的凸肩部分55相接触，如此提供了按工业标准所要求的金属-金属密封。另外，每个阀塞都还有一个软密封，如图4中45所示。密封垫45由夹紧螺钉49夹紧在卡紧环47和盘形零件43之间。此外，环形凸肩25及27的内径在流体的流动方向稍微有些缩减，以使得在弹性密封零件45的延伸的径向表面和凸肩的倾斜内表面之间产生外径干涉配合，以使在锥形表面51和密封垫45之间产生附加的密封饔谩 如上所述，柱塞29是可滑动地安放在接收器21中，这就限制了气体穿过在柱塞29上的接收器21进到轴22中，这样将各自的接收器和柱塞上的配合的排气密封装置贴合起来。在柱塞29的自由端上有一个台阶部分57，它用来安放弹性盘59;该自由端上还有一个连接的中间锥形面63，其提供了一个第二密封及传力面。弹性盘59可以由橡胶或氯丁橡胶等弹性材料制成。接收器21是一个空心的桶形零件，其内表面用来接收柱塞同时起密封及传力的作用。和阀塞组件11和13的结构相类似，柱塞-接收器的密封装置也具有一个金属-金属密封及一个软密封。下面将会解释，该金属-金属接触配合不仅给排气阀提供了密封性，也用来驱动底阀塞组件11到开或关的状态。然而，应该指出接收器21的内表面具有跟相应的柱塞29的外部结构相配合的结构，以形成由金属-金属和软密封装置双重作用形成的气密密封。
在接收器21的环形导向边61和弹性密封盘59的外延伸部分接触时，接收器21和柱塞29之间就开始接合。弹性密封盘59被夹在盖板67和在柱塞29上的支撑轴肩之间，並附加支撑在波形垫圈71和支撑垫圈69上。在开始时，在两个可伸缩的零件29和21之间的轴向接触仅仅发生在环形导向边61和弹性密封盘59之间。由于弹性59的径向延伸环是柔软的，在导向边61运动产生的力的作用下，它在轴向不断地延伸，抵抗波形垫圈71的偏压。一旦波形垫圈71受压，由于在接收器21和柱塞29之间轴向上的相对运动停止了，因而弹性盘59也不再弯曲。倒圆的环形凸肩65相对导向边61的位移使轴22的轴向支撑力不再过分地压缩密封盘59，因为在导向边61和倒圆的环形凸肩65之间的轴向距离是选定的，因此对选定的波形垫圈71的压缩，环形凸肩65跟锥面63相接触以承受轴22所产生的轴向力。如此很明显的，本发明的所有的阀塞组件具有金属-金属密封及弹性软密封的双重安全系数，零件21和29所限定的排气组件的金属-金属密封对于传递轴22和23之间的力也起到机械中介桥的作用。
现在说明阀组件的操作，特别是参照图1，这是表示阀的关闭位置的实施例，应该注意，在关闭位置，阀组件通过排气孔23与管道相连，通过排气孔，聚集在笼形组件15中的或由于漏泄而导入笼形组件15中的所有气体都可以通过轴22排到排气口42。而且，在关闭位置，底阀塞组件11並不是在轴向一直连结到轴22上，而一直要到接收器21和柱塞29之间发生了上述的金属-金属接触才使底阀塞组件11和轴22在轴向接合。然而，当要求打开阀组件以将流体从进口管19引到出口管17中时，操作者将加压的流体从管道24中导入激发驱动装置，而驱使轴22朝向阀组件20移动。
轴22的开始运动在轴向把阀塞组件13推入笼形组件15中，这样先打开了下游的阀塞，同时保证最后打开上游的阀塞。在图4示出了顶阀塞组件的轴向长度为y，而接收器柱塞组件的轴向尺寸为x。尺寸y代表顶阀塞组件13必须移动的距离，以便在它本身与环形凸肩25之间提供一段净空。尺寸x表示接收器21开始和密封盘59接合所需要的运动距离。由图4可清楚地看到，接收器21和顶塞组件13相互间刚性联接起来，这样x及y所代表的长度代表同时发生的直线运动距离。由于接收器21同排气密封弹性盘59的开始密封接合所要求的长度大于把顶阀塞组件13打开跟出口管道17相通所要求的长度，并且尺寸x和y之间存在相对的轴向长度差，因而在轴22移动中有一段时间出口17通过接收器21上的排气孔23排气。从显示阀结构处在中间位置的图2可知，轴22的开始的轴向移动仅仅使顶阀塞组件13打开，而一直到在倒圆的环形凸肩65和环形面63之间发生了前面讨论过的接触时，才使底阀塞组件11离开闭合位置。
现在参阅示出阀组件处在全开状态的图3，可以看出在接收器和柱塞的接触面65和63之间的接合已经分别发生，轴22继续的轴向移动推着底阀塞组件抵抗弹簧31的关闭力，因而打开了朝上游定向的阀塞组件11，使流体可流过整个阀管道组件。由图3可知，在全开状态，阀件不允许通过接收器零件的排气孔23排气，因为在打开位置，阀组件必须起管道的作用，把从进口管道来的一定的流体传送到出口管道中。由于要保证当阀组件处于开通位置时柱塞29和接收器21之间密封的完整性，塞形零件46可以从轴22下卸下来以便将探头插入到轴中以测试在邻接的接收器及柱塞之间的流体泄漏。
关阀与开阀的顺序相反。基于致动器室8减压，在弹簧30和31偏压下，轴22开始移动离开阀组件20。该轴22朝驱动部分10移回时，底阀塞组件11又座入环27中，从而先切断了上游。如图3所示，距离B代表顶阀塞组件13必须的移动距离以达到它的全开位置，而距离A代表阀塞组件11必须移动的距离以到达它的全开位置。由于长度B大于A，很明显，基于轴22离开阀组件20的移动，底阀塞组件11将比顶阀塞组件13先就位，在顶阀塞组件11就位后顶阀塞组件13将继续相对柱塞29作轴向滑移，继续滑动的距离等于尺寸A和B之间的差值。在接收器21从柱塞29上拉离的期间，顶阀塞组件13打开与出口管道17相通，这样就有可能把出口管道17排出的气排到排气管道42。最后，当轴22全部缩回，如图1所示，顶阀塞组件13再次安放到环形凸肩25中，並且在笼形组件15内的排气装置被打开以排出笼形组件15中聚集的或漏泄入的任何的剩余气体。
用监测轴22和支承轴33相对于一个固定位置的轴向位移的法法，利用开关零件2和5给操作者指出阀塞组件13和11的位置，並给操作者指出在笼形组件15中的排气管道阀系统的位置。
由上述明显可见，本发明提供了一种相对简单但有坚固的结构的阀。使用了简单但机械上很有效的组件来提供安全可靠的阀，可清除在关闭上游阀门后残留在组件中不希望有的剩余气体。必须清楚，本发明可以有许多变型及代替的方案，而仍然在本发明精神的范围内。例如致动装置可以不是一个流体加压机构，而是电气操作的线性马达或类似的装置。
权利要求
1.一种使用在输送含有挥发性的，可燃的或有毒的气体的流体的通道中的整体阀组件，其包括一个控制流体流进流出的进口和出口的阀结构；一个使所述的阀结构产生运动的和所述的阀结构相连的致动器结构；控制阀结构中流体流动的，置于所述的进口和出口管道之间的笼形组件；在所述的笼形组件中操作用来排出剩留在所述的笼形组件和所述的出口管道之间的剩余气体的排气装置；将所述的致动器结构与所述的阀结构联接起来把所述的控制运动传给所述的笼形组件的轴装置；其中所述的排气装置和所述的轴装置是整体的，从而把所述的轴装置单一的滑动转为排气装置及笼形组件的程序操作。
2.根据权利要求1的阀组件，其特征在于所述的笼形组件包括固定在所述的阀结构中的第一和第二环形凸肩零件，所述的第一和第二环形凸肩零件分别接收第一和第二阀塞组件。
3.根据权利要求2的阀组件，其特征在于所述的轴装置由第一和第二轴零件组成，第一和第二轴零件各自被分开的弹簧装置顶压着。
4.根据权利要求3的阀组件，其特征在于所述的第一轴零件与所述的第一阀塞组件连接，而所述的第二轴零件与所述的第二阀塞组件相连接，因而与所述的第一和第二轴零件相配合的所述的弹簧装置分别把所述的第一和第二阀塞组件压到与所述的相应的第一和第二环形凸肩形成关闭的密封接合。
5.根据权利要求4的阀组件，其特征在于在所述的第一轴零件的一端头上往外伸出的接收器和可伸缩地接受在所述的第二轴零件一端头上往外伸出的柱塞的配合构成了第一轴零件和第二轴零件之间的机械联系。
6.根据权利要求5的阀组件，其特征在于所述的致动器结构还包含有一个跟所述的第一轴零件相连的致动器装置，所述的第一轴零件把所述的致动器装置的控制运动传给所述的笼形组件。
7.根据权利要求6的阀组件，其特征在于所述的接收器和所述的第一阀塞组件是整体相连的，所述的柱塞和所述的第二阀塞件整体相连，在所述的接收器开始在所述的柱塞上可伸缩地滑动时，开始打开所述的第一阀塞组件而保持第二阀塞组件在关闭的位置。
8.根据权利要求7的阀组件，其特征在于所述的接收器和所述的柱塞具有相应的接触表面，因此在所述的接收器和柱塞之间的相对滑动为所述的接触表面的相互作用所限制，因而把所述的第一轴零件的控制运动传到所述的第二轴零件，並把所述的第二阀塞组件在轴向移动到打开位置。
9.根据权利要求8的阀组件，其特征在于所述的轴零件是空心的，並包含第一和第二排气装置，所述的第一排气装置与所述的致动器结构相配合，所述的第二排气装置与所述的接受器相配合，所述的致动器结构还包含有一个排气孔，其为剩余在笼形组件或出口管道中的气体提供一个通道，使剩余气体通过第一和第二排气装置，並从所述的排气孔中排出。
10.根据权利要求9的阀组件，其特征在于所述的第一和第二排气装置包括分别形成所述的第一轴零件和接收器上的狭槽，形成在第一轴零件上的狭槽的面积总和与接收器上的狭槽的面积总和分别等于恰当地排出剩余气体所要求的排气面积。
11.根据权利要求10的阀组件，其特征在于所述的第二排气装置还包括同所述的柱塞的轴向延伸出的凸肩部分相配合安装的密封装置，用于对着在所述的接收器内一个环形的轴向延伸的边缘零件来密封第二排气装置。
12.根据权利要求11的组件，其特征在于与所述的柱塞相配合固定的密封装置是软密封装置，在其正常的自由位置被轴向向外压着，装在所述的接收器上的环形轴向延伸边缘零件与所述的软密封装置配合，在它们相应的接触面之间建立起能传力的接触前，在轴向向里压软密封装置对抗所述的轴向向外的偏压。
13.根据权利要求12的阀组件，其特征在于所述的第二排气装置和所述的第一和第二阀塞组件包含在金属-金属密封及软密封两种密封装置，所述的接收器和所述的柱塞之间的所述的相应的接触表面限定了所述的第二排气装置的金属-金属密封，而所述的第一和第二环形凸肩分别与所述的第一和第二阀塞组件相接触限定了在所述的第一和第二阀塞组件中的金属～金属密封。
14.根据权利要求13的阀组件，其特征在于所述的第一和第二阀塞组件都还包含有设置在周边上的弹性的圆环形零件，每个所述的弹性圆环形零件安放在在所述的第一和第二环形凸肩内形成的锥形通道内，而形成了所述的第一和第二阀塞组件的软密封装置。
15.根据权利要求14的阀组件，其特征在于将所述的第二排气装置的所述的密封装置与所述的环形轴向延伸边相接合所要求的轴向距离小于把所述的相应的接触表面相接合起来通过所说的第一和第二排气装置排出在所述的笼形组件和所述的出口管道中的剩余气体所要求的轴向距离。
16.根据权利要求8的阀组件，其特征在于在所述的阀组件的全开位置，第一阀塞组件在轴向位移距离比第二阀塞组件的轴向位移距离大，从而所述的致动器装置在轴向等距移动所述的第一和第二阀塞组件来缩回所述的第一轴零件直到所述的第二阀塞组件与所述的第二环形凸肩接合，因而由于所述的第一轴零件的缩回使所述的第一阀塞组件继续在轴向移动直到所述的第一阀塞组件同所述的第一环形凸肩相接合。
17.根据权利要求8的阀组件，其特征在于所述的第一和第二阀塞组件沿着相应于流体通道的打开-闭合的方向设置。
18.根据权利要求6的阀组件，其特征在于所述的致动器装置包括在所述的致动器结构内与所述的第一轴零件相连接来对所述的笼形组件产生所述控制运动的气动活塞装置。
19.根据权利要求3的阀组件，其特征在于所述的第一轴零件的另一端在所述的致动器结构向外延伸出来並与第一开关装置相接触，而所述的第二轴零件的另一端从所述的阀结构向外延伸出来並与第二开关装置相接触，因而所述的第一和第二轴零件的延伸部分分别与所述的第一和第二开关装置相接触，从而致动所述的第一和第二开关装置以给观察者指出所述的阀塞组件的位置。
全文摘要
用在管道系统的流体通道中的阀组件，其特征在于阀组件具有一个致动器部分和一个阀部分来控制流体的流动，还设有在阀处在关闭位置时把所有聚集在阀组件中的剩余流体清除的装置。阀组件的阀部分由容纳两个由单独的弹簧偏压在关闭位置的开关阀零件的一个笼形组件组成。在这个笼形组件中设有排气装置，其提供了阀在关闭状态时使聚集的气体通过排气口排出的通道，而在阀处在全开状态时，排气装置被限制。
文档编号F16K25/02GK1034048SQ8810773
公开日1989年7月19日 申请日期1988年11月8日 优先权日1987年11月9日
发明者里查德·阿·米切尔, 约瑟夫·勒·布坎南 申请人:斯科奇有限公司