专利名称：单座阀装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种用在石油工业、化学工业和类似行业中的阀装置，具体地讲，涉及一种笼形阀装置，其利用一个圆柱形阀盒和一个阀体(阀塞)控制流体的流率。
图18中示出了一种普通的传统笼形阀装置的结构。参看图18，一个阀箱1具有一个内腔，该内腔被一个间壁12隔离成一个上游流道3和一个下游流道4。一个圆柱形阀盒7设在一个用于封闭阀箱1开口上端的上盖5与间壁2之间。阀盒7的下端装配在一个形成在间壁2中央的通道孔9中。多个用于将上游和下游流道3和4彼此连通的流率控制窗13形成在阀盒7的圆周壁上。阀盒7在其内圆周壁表面上具有两个分别位于流率控制窗13上方和下方的阀座14a和14b。一个阀塞(阀体)15装配在阀盒7中，从而可以沿着后者的内圆周表面滑动。
阀座14a和14b具有不同的直径，上阀座14a的直径大于下阀座14b。阀塞15是一个具有开口下表面的圆柱体，并且安装在一个阀杆18的远端。阀杆18可滑动地延伸穿过一个形成在上盖5中央的通孔16。阀塞15在其外表面上具有两个与阀座14a和14b相对应的支座部分19a和19b。当笼形阀装置处于完全关闭的状态时，支座部分19a和19b同时分别支承在阀座14a和14b上，如图19A所示。阀塞15带有多个开口(压力平衡口)21，以使阀塞15内侧和外侧的压力彼此相等。开口21使得位于阀盒7轴向一侧的空间17与被阀塞15隔开的位于另一侧的空间(流动通道)11能够彼此连通。
在这种笼形阀装置中，通过一个驱动单元被自动控制器操纵着运转，或通过手工运转，阀杆18可以竖直移动。在阀杆18竖直移动时，阀塞15也与它一起竖直移动，以改变流率控制窗13的孔径系数即开口面积。这样可以控制受控目标流体从上游流道3经过阀盒7的内腔向下游流道4流动的流率。根据流率控制窗13的形状，可以获得理想的流率特性。
在这种笼形阀装置中，为了使阀塞15相对于阀盒7光滑地滑动，必须在阀塞15外表面与阀盒7内表面之间形成一个非常小的间隙。因此，流体会不受欢迎地流过阀塞15与阀盒7之间的间隙，因而流体中所含的异物常会不受欢迎地进入该间隙中以引起故障。这一点将参照图19B详细描述。
在这个实例中，阀盒7的外侧对应于上游侧，而阀座14b的下侧对应于下游侧。当阀塞15位于完全关闭与完全打开位置之间的位置(中等孔径)时，流率控制窗13被阀塞15的侧表面局部关闭，因而可以使流体流过的区域较狭窄。因此，上游侧流体压力较高而下游侧流体压力较低。在这种情况下，由于开口21的作用，空间17中的流体压力等于下游侧流体压力，从而导致流率控制窗13与控件17之间出现压差。在这种中等孔径下，支座部分19a未支承在阀座14a上。因此，流体将从高压流率控制窗13经过阀塞15与阀盒7之间的间隙流向低压空间17。
容纳在流体中的异物22的形状通常是不固定的。因此，在进入阀塞15与阀盒7之间的间隙中后，异物22的姿势可能会改变，因而异物22有时会被不受欢迎地俘获并驻留在间隙中。在阀装置用过了较长时间后，驻留在间隙中的异物22的数量将增加，以损伤阀塞15和阀盒7的滑动表面，从而引起故障如滑动摩擦力增大、磨损、咬伤和类似情况。在关闭阀时，如果异物22叠加在阀座14a与支座部分19a之间并受到一定压力，则它们可能会牢固粘附，最终导致支座部分19a不能接触到阀座14a，即使是在关闭阀时。其结果是，在关闭阀时，支座部分19a和阀座14a不能完全闭合，从而增大泄漏量。
在登记号为No.2,564,542的实用新型(参考文献1)中所示的一种笼形阀装置中，如图20中的阀盒和阀塞的剖视图所示，一个L形横截面的槽6在最上方位置形成在阀塞15的外表面上，一个L形横截面的活塞环8装配在槽6中。换言之，活塞环8环绕着阀塞15设置。活塞环8的上表面8a与阀塞15的端面15a在最上方位置上平齐。活塞环8由弹性材料制成，而且其自身的直径略大于阀盒7的内径。当阀装置如图20所示组装后，在活塞环8的膨胀力的作用下，活塞环8的外表面被推压在阀盒7的内表面上，从而在整个圆周上与阀盒7的内表面紧密接触。
通过这种结构，即使流率控制窗13与空间17中的流体压力之间出现差异，流体也不会经过阀盒7内表面与阀塞15外表面之间的间隙流入空间17中。因此，可以防止出现新的异物进入阀盒7和阀塞15的滑动表面之间空间的情况。由于活塞环15的上表面8a与阀塞15的端面15a在最上方位置上平齐，因此也可以防止异物22从阀塞15的上端面进入阀盒7和阀塞15的滑动表面中。当阀塞15向上移动时，活塞环8的上表面8a可将附着在阀盒7的内表面上的异物22去除。其结果是，不会出现因异物咬伤导致的操作故障，而且阀的耐用性和截流性能可以提高。
参考文献1中描述的笼形阀装置是多座阀装置，其中阀盒7具有大径和小径阀座14a和14b，而阀塞15具有大径和小径支座部分19a和19b。因此，为了加工阀盒7和阀塞15，需要复杂的过程。这将增加加工成本。
阀塞15的支座部分19a和19b必须同时支承在上下阀座14a和14b上。出于这种目的，上下阀座14a和14b以及上下支座部分19a和19b的位置精度必须保持很高，从而导致阀塞15的阀盒7的加工成本增加。
在下阀座14b和支座部分19b直接安置在流动的流体中时，它们将被径向磨损。由于上阀座14a和支座部分19a不与流动的流体相接触，因此它们不会磨损太多。如果下阀座14b和支座部分19b被磨损，则即使上阀座14a支承在支座部分19a上，下支座部分19b也不会支承在阀座14b上。这样就会形成一个间隙，以导致截流性能下降。因此，必须在较早阶段更换阀盒7和阀塞15。
在一些多座笼形阀装置中，一个密封圈设在阀塞上，以防止因下阀座和支座部分的磨损而导致截流性能下降。图21中示出了U.S.P.No.5,236,014(参考文献2)中的多座笼形阀装置中的阀盒和阀塞。参看图21，与图20中相同或等效的构成元件以与图20中相同的参考号码表示。
在这种笼形阀装置中，一个槽6形成在阀塞15的外表面上部中，而一个活塞环8装配在槽6中。一个密封圈10在活塞环8下面安装在阀塞15上。当笼形阀装置位于完全关闭的位置时，阀塞15上的一个支座部分19b支承在一个下阀座14b上，阀塞15上的一个支座部分19a通过密封圈10支承在一个上阀座14a上。即使下阀座14b和支座部分19b被磨损而且位于完全关闭状态的阀塞15相下偏移了与磨损量相等的距离，上阀座14a也会导致密封圈10变形额外的量以吸收这个偏移，因此可以防止出现下支座部分19b不能支承在阀座14b上的情况。
参考文献2中的笼形阀装置与参考文献1中的装置的共同之处在于，阀盒7必须具有大径和小径阀座14a和14b，而阀塞15必须具有大径和小径支座部分19a和19b。换言之，在参考文献2中的笼形阀装置的情况下，阀盒7也必须成型出两个不同的(大和小)内径，而阀塞15必须成型出两个不同的(大和小)外径。这将导致阀盒7和阀塞15的加工成本增加。
在参考文献2中的笼形阀装置中，空间17中的流体只在阀塞15的打开和关闭过程中流经开口21，在其他情况下则不会流经。因此，容纳在流体中的异物可能会沉积在空间17的下方角部中并且驻留在此。然而，在这种阀装置中，活塞环8设在略低于阀塞15最上方位置的位置上。因此，在供应含有大量混合成分的流体时，异物有可能会咬在阀盒7内表面与阀塞15外表面之间的间隙中的位于活塞环8上方的部分中。
本发明的一个目的是提供一种简单的单座阀装置，其中不易出现被异物咬伤的现象。
本发明的另一个目的是提供一种低价、长寿命的单座阀装置。
为了达到上述目的，根据本发明，这里提供了一种单座阀装置，其包括一个阀箱，其具有一个流体入口和一个流体出口；一个圆柱形阀盒，其固定在阀箱中并且具有一个用于控制从入口流向出口的流体量的流率控制窗；一个单阀座，其设在阀盒中；一个阀体，其可滑动地装配在阀盒中，当它支承在阀座上时可以关闭流率控制窗，以阻塞流体从入口流向出口的通道，而当它离开阀座时可以形成一个从入口开始经过流率控制窗至出口的流体通道；一个开口，其沿着阀盒的轴向形成在阀体中，并且用于将一个流体通道和一个沿阀盒轴向形成在一侧的空间彼此连通，以平衡流体施加的压力；一个阀杆，其连接着阀体， 以将阀体沿着阀盒的轴向移动；以及一个第一密封件，其在阀体的外表面的最上方位置上沿着阀盒的内表面形成圆环形状，以与该内表面接触，并且在阀体支承在阀座上时用于阻塞产生于流率控制窗中并且流过阀盒内表面与阀体外表面之间、空间和开口的流体流动。
图1是根据本发明第一个实施例的单座阀装置的剖视图；图2A和2B分别是用在图1所示单座阀装置中的活塞环的俯视图和纵向剖视图，图2C是活塞环附着在阀塞上的状态的纵向剖视图；图3是图1所示单座阀装置在移向最下方位置时的状态的视图；图4是根据本发明第二个实施例的单座阀装置的主体部分(阀盒和阀塞)的剖视图；图5A是图4所示单座阀装置的一个状态的视图，其中在阀塞沿关闭方向移动时，在活塞环与阀盒内壁表面之间产生了一个摩擦力，图5B中示出了一个状态，其中在阀塞保持关闭时，在活塞环上产生了一个向上的力；
图6是根据本发明第三个实施例的单座阀装置的主体部分(阀盒和阀塞)的剖视图；图7A是图6所示单座阀装置的一个状态的视图，其中在阀塞沿打开方向移动时，在活塞环与阀盒内壁表面之间产生了一个摩擦力，图7B中示出了一个状态，其中在阀塞保持打开时，在活塞环上产生了一个向下的力；图8A是图1所示单座阀装置(第一个实施例)在活塞环上表面伸到阀塞上表面上方时的情况的视图，图8B是图4所示单座阀装置(第二个实施例)在活塞环上表面伸到阀塞上表面上方时的情况的视图，图8C是图6所示单座阀装置(第三个实施例)在活塞环上表面伸到阀塞上表面上方时的情况的视图；图9A是图1所示单座阀装置(第一个实施例)在一个槽形成在活塞环下方而且一个O形圈安装在该槽中时的情况的视图，图9B是在活塞环槽被加大而用作公共槽而且一个O形圈安装在该槽中时的情况的视图；图10A是图4所示单座阀装置(第二个实施例)在一个槽形成在活塞环下方而且一个O形圈安装在该槽中时的情况的视图，图10B是在活塞环槽被加大而用作公共槽而且一个O形圈安装在该槽中时的情况的视图；图11A是图6所示单座阀装置(第三个实施例)在一个槽形成在活塞环下方而且一个O形圈安装在该槽中时的情况的视图，图11B是在活塞环槽被加大而用作公共槽而且一个O形圈安装在该槽中时的情况的视图；图12是根据本发明第四个实施例的单座阀装置的主体部分(阀盒和阀塞)的剖视图；图13是图12所示单座阀装置在使用了一个上侧带有斜面的活塞环时的情况的视图；图14是图12所示单座阀装置在使用了一个下侧带有斜面的活塞环时的情况的视图；图15是图12所示单座阀装置在省略了一个密封圈时的结构视图；图16是根据本发明第五个实施例的单座阀装置(阀盒和阀塞)的剖视图；图17是用在图16所示单座阀装置中的密封圈的结构剖视图；图18是传统笼形阀装置的剖视图；图19A和19B分别是图18所示传统笼形阀装置在完全关闭和完全打开状态下其阀盒和阀塞的剖视图；图20是另一种传统笼形阀装置的主体部分(阀盒和阀塞)的剖视图；图21是另一种传统笼形阀装置的主体部分(阀盒和阀塞)的剖视图。
下面参照附图详细描述本发明。图1中示出了根据本发明第一个实施例的单座阀装置。参看图1，一个阀箱31由不锈钢铸造制成，而且其内腔被一个间壁32隔离成上游和下游流道33和34。一个不锈钢阀盒37设在一个用于封闭阀箱31上端开口的上盖35与间壁32之间。阀盒37包括一个圆柱形阀盒主体37-1和一个可拆卸地附着在阀盒主体37-1下端的阀座体37-2。阀座体37-2具有圆环形形状，而且其内表面在最上方位置被加工出倒角以形成一个阀座44。
阀盒37的下端(阀座体37-2)通过一个密封垫装配在一个形成在间壁32中央的通道孔39中。上盖35将阀盒主体37-1和阀座体37-2向下推压，以将密封垫设置在弹性变形的状态。因此，上游流道33中的流体不会经过该部分泄漏到下游通道34中。多个用于将上游和下游流道33和34彼此连通的流率控制窗43形成在阀盒37的圆周壁上(阀盒主体37-1的圆周壁上)。一个不锈钢阀塞(阀体)45装配在阀盒37中，从而可以沿着后者的内圆周表面滑动。阀盒37和阀塞45的滑动表面是光滑的，因此它们产生的滑动阻力足够小。
阀塞45是一个具有开口下表面的圆柱体，并且被拧紧在一个不锈钢阀杆48的远端上再点焊在该端部上，从而连接在该阀杆48上。为了便于拧入操作，环绕着螺纹孔的突出部分具有六角形螺母形状，从而可以利用板手拧紧阀塞45。为了成型出具有这种复杂形状的阀塞45，可以采用失蜡精密铸造方法制造。阀杆48可滑动地延伸穿过一个研磨密封垫，该密封垫位于形成在上盖45中央的通孔46中。一个支座部分49形成在阀塞45的外表面上，以对应于阀盒37的阀座44。阀座44和支座部分49被足够精细地精整，从而可以彼此完全紧密地接触。阀塞45带有多个开口(压力平衡口)51，以使阀塞45内侧和外侧的压力彼此相等。开口51使得位于阀盒37轴向一侧的空间47与被阀塞45隔开的位于另一侧的空间(流动通道)41能够彼此连通。因此，流体压力施加到阀塞45上的轴向力可以消除，而且阀塞45能够通过较小的驱动力而打开/关闭。
一个L形横截面的槽36在最上方位置形成在阀塞45的外表面上，一个L形横截面的活塞环38装配在槽36中。换言之，活塞环38环绕着阀塞45设置。活塞环38的上表面38a与阀塞45的端面45a在最上方位置上平齐。
活塞环38由弹性材料制成，该材料具有润滑性能并且比在其上滑动的阀盒(由不锈钢制成)37软。在本实施例中，活塞环由碳纤维填充氟塑料制成。图2A中示出了活塞环38的俯视图，图2B中示出了活塞环38沿图2A中的b-b线所作的剖视图。活塞环38具有开口圆环形状，其圆周的一部分上带有刻槽。带刻槽的开口端面的一侧和另一侧上分别形成了圆周方向凸块38b和38c。带刻槽的开口端面的另一侧和一侧上分别形成了带刻槽的槽38d和38e，以容纳凸块38b和38c。带刻槽的开口端面的一侧和另一侧被张开，而活塞环38被装配在阀塞45的槽36中。活塞环38的外表面被成型得足够光滑，从而可以与阀盒37的内表面紧密接触并在阀盒上滑动。
图2C中示出了活塞环38装配在槽36中的状态。当活塞环38装配在槽36中后，间隙G1和G2将形成在凸块38c与槽38e之间和凸块38b与槽38d之间。活塞环38的外径略大于阀盒37的内径。因此，当活塞环38将要与阀塞45一起嵌入阀盒37中时，活塞环38的外径可以缩减与间隙G1和G2相对应的量。上下方间隙G1和G2不在纵向彼此直接相连，而是通过凸块38b和38c侧部的接触表面而在侧向彼此连接。这样可以防止从间隙G1进入凸块38b和38c侧部的接触表面之间的空间中。当活塞环38装配在槽36中后，活塞环38的外表面从阀塞45的外表面上略微突出。当阀塞45嵌入阀盒37中后，活塞38的外表面将被阀盒37的内表面限制。因此，在活塞环38的膨胀力的作用下，活塞环38的外表面被推压在阀盒37的内表面上，从而在整个圆周上与阀盒37的内表面紧密接触。
在具有上述结构的单座阀装置中，通过一个驱动单元被自动控制器操纵着运转，或通过手工运转，阀杆48可以竖直移动。在阀杆48竖直移动时，阀塞45也与它一起竖直移动，以改变流率控制窗43的孔径系数即开口面积。这样可以控制受控目标流体从上游流道43经过阀盒47的内腔向下游流道44流动的流率。根据流率控制窗43的形状，可以获得理想的流率特性。一般说来，流率控制窗43的形状通常是这样确定的，即相对于阀的孔径度具有同等百分比的流率特性。
图3中示出了阀塞45向最下方位置移动时的状态。当阀塞45移动到最下方位置后，阀塞45的支座部分49支承在阀盒37的阀座44上，以关闭流率控制窗43，从而截止从上游流道33向下游流道34流动的流体。由于上游侧流体压力较高，而与下游侧连通的阀杆48中的流体压力较低，因此流体会试图流入阀塞45与阀盒37之间的间隙中。由于活塞环38设在阀塞45上，因此流体不会从流率控制窗43经过阀盒37内表面与阀塞45外表面之间的间隙流入空间47中。因此，不会有新的异物42进入阀盒37与阀塞45的滑动表面之间的空间中。
由于活塞环38的上表面38a与阀塞45的端面45a在最上方位置上平齐，因此在阀塞45滑动时，活塞环38的外表面将与阀盒37的内表面恒定接触。因此，也可以防止异物42从阀塞45的上端面进入阀盒37和阀塞45的滑动表面中。当阀塞45向上移动时，活塞环38的上表面38a可以将附着在阀盒37的内表面上的异物42去除。其结果是，不会出现因异物咬伤导致的操作故障，而且阀的耐用性和截流性能可以提高。
下面对图20所示的传统笼形阀装置与本实施例中的单座阀装置进行比较。图20中的笼形阀装置是一种多座阀装置，其中阀盒7具有大径和小径阀座14a和14b，而阀塞15具有大径和小径支座部分19a和19b。因此，为了加工阀盒7和阀塞15，需要复杂的过程，这将增加加工成本。支座部分19a和19b必须同时分别支承在阀座14a和14b上，而且上下阀座14a和14b之间以及上下支座部分19a和19b之间的距离尺寸精度必须保持很高。如果下阀座14b和支座部分19b被磨损，则即使上阀座14a支承在支座部分19a中，下支座部分19b也不会支承在阀座14b上。这样就会形成一个间隙，以导致截流性能下降。
与此相反，本实施例中提供了一种单座阀装置，其只有一个阀座44并且只有一个支座部分49。因此，阀盒37不需要承型得具有两个不同的(大的和小的)内径，阀塞45也不需要承型得具有两个不同的(大的和小的)外径，而且阀盒37和阀塞45的加工也不需要复杂的过程。由于不需要将上下两组支座部分和阀座之间的距离尺寸精度保持很高，因此加工成本不会增加。即使阀座44和支座部分49磨损了，它们也不会受到上方一组支座部分和阀座的负面影响(两组不必要同时支承着)。因此，截流性能不会立刻降低，因而阀装置可以具有较长的使用寿命。
通过这种方式，根据本实施例，活塞环38设在阀塞45的最上方位置上，而且阀装置被成型为单座阀装置。因此，不容易出现被异物咬伤的情况，所以装置可以以低成本制造并且具有较长使用寿命。在本实施例中，由于阀盒37被分隔成阀盒主体37-1和阀座体37-2，因此当阀座44磨损后，只需要更换阀座体37-2。在本实施例中，图1中的左侧和右侧分别对应于上游侧和下游侧。相反地，也可以使图1中的右侧和左侧分别对应于上游侧和下游侧，而流体可以从右侧供应到左侧。在第二个实施例中，如图4中的阀盒和阀塞的剖视图所示，一个斜面36-1形成在阀塞45侧壁上的位于槽36上方的部位上(位于阀盒37轴向的一侧)。一个斜面38-1形成在活塞环38上，以对应于斜面36-1，而活塞环38装配在槽36中，从而使斜面36-1与斜面38-1咬合。在活塞环38的弹性力的作用下，活塞环38的外表面被推压在阀盒37的内表面上，从而在整个圆周上与阀盒37的内表面紧密接触。在这个方面，第二个实施例与其他实施例相同。
通过这种结构，当阀塞45沿关闭方向移动时，一定的摩擦力F将产生在活塞环38与阀盒37的内壁表面之间(见图5A)并且沿着将活塞环向上移动的方向起作用。此时，阀塞45的槽36上的与阀塞45的斜面38-1相接触的斜面36-1所施加的摩擦力F的一个分力f1会进一步增大用于将活塞环38的外表面推压在阀盒37内壁表面上的力。
在阀塞45保持关闭流率控制窗43时(见图5B)，上游流体的压力P1通过阀塞45与阀盒37之间的间隙传递到活塞环38的下表面上，从而在活塞环38的下表面上产生一个力P1·S1，而下游流体通过开口51传递的压力P2将在活塞环38的上表面上产生一个力P2·S2。注S1为活塞环38的下表面的压力接收面积，S2为活塞环38的上表面的压力接收面积(严格地讲，每个面积分别是将斜面转换成水平面后确定的)。
在这种情况下，由于P1＞P2，因此一个向上的力F将产生在活塞环38上。此时，阀塞45的槽36上的与阀塞45的斜面38-1相接触的斜面36-1所施加的摩擦力F的一个分力f1回进一步增大用于将活塞环38的外表面推压在阀盒37内壁表面上的力。通过这装方式，可以有两个作用导致活塞环38的外表面与阀盒37的内表面之间的粘合强度在整个圆周上得到提高，从而进一步确保密封。在图5A和5B中，为了便于描述功能，间隙的尺寸被放大。请注意，这些间隙尺寸实际上可以设计得小得多。在第三个实施例中，如图6中的阀盒和阀塞的剖视图所示，一个斜面36-2形成在阀塞45侧壁上的位于槽36下方的部位上(在阀盒37轴向的另一侧)。一个斜面38-2形成在活塞环38上，以对应于斜面36-2，而活塞环38装配在槽36中，从而使斜面36-2与斜面38-2咬合。在活塞环38的弹性力的作用下，活塞环38的外表面被推压在阀盒37的内表面上，从而在整个圆周上与阀盒37的内表面紧密接触。在这个方面，第三个实施例与其他实施例相同。
通过这种结构，当阀塞45沿打开方向移动时，一定的摩擦力F将产生在活塞环38与阀盒37的内壁表面之间(见图7A)并且沿着将活塞环向下移动的方向起作用。此时，阀塞45的槽36上的与阀塞45的斜面38-2相接触的斜面36-2所施加的摩擦力F的一个分力f1会进一步增大用于将活塞环38的外表面推压在阀盒37内壁表面上的力。
第三个实施例主要用于流体沿着与第二个实施例相反的方向流动的情况，即流体从阀盒37内侧流向阀盒37外侧。在这种情况下，在阀塞45保持关闭流率控制窗43时(见图7B)，上游流体的压力P1通过阀塞45与阀盒37之间的间隙传递到活塞环38的上表面上，从而在活塞环38的上表面上产生一个力P1·S1，而下游流体通过开口51传递的压力P2将在活塞环38的下表面上产生一个力P2·S2。注S1为活塞环38的上表面的压力接收面积，S2为活塞环38的下表面的压力接收面积(严格地讲，每个面积分别是将斜面转换成水平面后确定的)。
在这种情况下，由于P1＞P2，因此一个向下的力F将产生在活塞环38上。此时，阀塞45的槽36上的与阀塞45的斜面38-2相接触的斜面36-2所施加的摩擦力F的一个分力f1回进一步增大用于将活塞环38推压在阀盒37内壁表面上的力。通过这装方式，可以有两个作用导致活塞环38的外表面与阀盒37的内表面之间的粘合强度在整个圆周上得到提高，从而进一步确保密封。在图7A和7B中，为了便于描述功能，间隙的尺寸被放大。请注意，这些间隙尺寸实际上可以设计得小得多。
如图7B所示，在一个台阶d形成在活塞环38的上表面38a与阀塞45的上表面45a之间时，沉积的异物容易驻留于此，这是不希望有的。因此，台阶d优选设置为0，或者活塞环38的上表面38a可以伸到阀塞45的上表面45a的上方。图8A至8C中示出了第一至第三个实施例在活塞环38的上表面38a伸到阀塞45的上表面45a上方时的情形。
在第一至第三个实施例中，只在阀塞45的最上方位置上设有一个密封件(活塞环38)。或者，如图9A、9B、10A、10B、11A和11B所示，一个合成橡胶O形圈50可以设在活塞环38的下方，以用作第二密封件。O形圈50被这样设置，即它在阀塞45保持关闭时位于流率控制窗43的上方。O形圈50具有这样的尺寸，即当它嵌在阀塞45上后，它的外表面从阀塞45的外表面上略微突出。因此，当O形圈50与阀塞45一起被嵌入阀盒37中后，它的外表面将被阀盒37的内表面限制，而且O形圈50的外表面将在整个圆周上与阀盒37的内表面紧密接触。
在图9A、10A和11A中，一个槽52相对于槽36独立地形成在阀塞45中，而O形圈50装配在槽52中。尽管O形圈50为循环圆环形，但由于它自身的弹性能够导致它的直径增加，因此它能够容易地嵌入槽52中。在图9B、10B和11B中，阀塞45上的用于装配活塞环38的槽36被加大，以用作O形圈50的共享公共槽，而活塞环38和O形圈50容纳在公共槽36中。
由碳纤维填充氟塑料制成的护环53设在O形圈50的上方和下方，以使O形圈50不会咬入阀盒37与阀塞45之间的滑动间隙中。每个护环53分别具有开口圆环形状，其圆周的一部分上带有刻槽，就像活塞环38那样。通过将带刻槽的开口端面的一侧和另一侧张开，可将护环53装配在槽52中。当护环53装配在槽52中后，它们的外表面从阀塞45的外表面上略微突出。
由于存在O形圈50，流率控制窗43与活塞环38之间的流体流动将被阻塞，而密封性能得到进一步提高。在阀塞45保持关闭时，流体压力P1作用在O形圈50上。之后，O形圈50沿侧向延伸，从而进一步提高密封性能。在第四个实施例中，如图12所示，阀塞45被分隔成阀主体45-1和圆环形夹持器45-2。活塞38设在夹持器45-2上，一个U形横截面密封圈54叠加在夹持器45-2与阀主体45-1之间。密封圈54是这样形成的，即一个由不锈钢薄板制成的U形横截面圆环被覆盖上碳纤维填充氟塑料表层，再将圆环与表层结合成循环圆环形。在不锈钢薄板的弹性力作用下，密封圈54的外表面在整个圆周上与阀盒37的内表面紧密接触。
夹持器45-2带有爪45-2a。阀主体45-1在其上端45-1a上带有一个螺纹脊，而夹持器45-2的内表面上形成了一个螺纹槽。当操作者抓持住爪45-2a并且旋转夹持器45-2时，夹持器45-2将紧固在阀主体45-1的上端(咬合部分)45-1a上。当夹持器45-2连接在阀主体45-1的上端45-1a上后，一个间隙h形成在咬合部分45-1a的下端面45-1b与夹持器45-2的下端面45-2b之间。密封圈54容纳在间隙h中。
在夹持器45-2安装到阀主体45-1上之前，密封圈54被设置在阀主体45-1上。密封圈54的高度略大于间隙h的尺寸。因此，在被压紧在间隙h中后，密封圈54被夹持住。
当拧紧的夹持器45-2变得松弛后，它可能会不受欢迎地旋转。为了防止这种情况出现，在本实施例中，一个通孔45-2c形成在夹持器45-2中，一个通孔45-1c形成在阀主体45-1中。通孔45-2c和45-1c被设置得彼此重合，一个销钉(楔块)55从上方插入通孔45-2c和45-1c中。通孔45-1c敞开于阀主体45-1底侧。在拆卸夹持器45-2时，可以将一个杆状工具插入这个开口中，以将销钉55向上推，从而可以拆下夹持器45-2。
图13中示出了一个实例，其中使用了一个上侧带有斜面38-1的活塞环38。在这个实例中，流体从阀盒37的外侧流入阀盒37中，而安置在间隙h中的密封圈54的敞开表面面向下方。由于密封圈54的敞开表面面向下方，因此当阀塞45关闭时，流体的压力(来自下方的压力)P1通过阀塞45与阀盒37之间的间隙作用作密封圈54的内表面上。因此，密封圈54将沿侧向扩张，而且其外表面将因此而进一步推压在阀盒37的内表面上，因而密封性能得到提高。
图14中示出了一个实例，其中使用了一个下侧带有斜面38-2的活塞环38。在这个实例中，流体从阀盒37中流出，而安置在间隙h中的密封圈54的敞开表面面向上方。由于密封圈54的敞开表面面向上方，因此当阀塞45保持关闭时，流体的压力(来自上方的压力)P1作用作密封圈54的内表面上。因此，密封圈54将沿侧向扩张，因而密封性能得到提高。
在第四个实施例中，在将密封圈54附着在阀塞45上时，不需要将密封圈的直径临时扩大，因此密封圈54不必像O形圈50那样具有柔性。这样，在图9A、10A和11A中需要的上下护环53可以省略。在密封圈54扩张时作用在阀盒37内表面上的力较大，从而可以获得强密封性能。
在第四个实施例中设有密封圈54。或者，也可以省略密封圈54，如图15所示。在前面描述的第一至第四个实施例中，阀盒37被分隔成阀盒主体37-1和阀座体37-2。或者，阀盒37当然也可以是一个整体。在第四个实施例中设有爪45-2a，它们有助于旋转夹持器45-2并且没有确定出阀塞45的最上方位置。在第五个实施例中，如图16所示，通过将一个阀座主体37-1和流率控制窗43结合在一起而形成了一个下阀盒37b，而上阀盒37a与下阀盒37b组成了阀盒37。上阀盒37a的下端与下阀盒37b的上端彼此紧密装配在一起，一个密封圈56设在它们之间。密封圈56具有无缝圆环形状，并且能够以其内表面紧密接触着阀塞45的外表面而滑动。当这种结构施加到图1中后，下阀盒37b的下端被支承在阀箱31上，而上阀盒37a的上端抵靠着上盖35。因此，当一个用于将上盖35紧固到阀箱31上的螺母57被拧紧时，阀盒(37a、37b)和密封圈56能够被固定在阀箱31中的预定位置上。
密封圈56是通过将U形横截面的哈斯特镍合金制弹簧56-1的外表面与碳纤维填充氟塑料(聚四氟乙烯PTFE)56-2整体模塑而形成的。由于弹簧56-1中没有填充树脂，因此一个圆环形槽56-3形成在密封圈56的下表面上。密封圈56嵌在上阀盒37a中，而组合结构被放在下阀盒37b上，从而形成阀盒37。由于弹簧56-1的弹性作用，一个适宜的摩擦力将作用在密封圈56的外表面与上阀盒37a的内表面之间。还是由于弹簧56-1的弹性作用，一个适宜的摩擦力将作用在密封圈56的内表面与阀塞45的外表面之间，以将密封圈56与阀塞45保持彼此紧密接触，从而防止流体泄漏。
此外，当流体流入密封圈56的槽56-3中而且流体压力作用在槽56-3的内壁上时，密封圈56的内表面与阀塞45的外表面之间的粘合强度会进一步增加，以确保防止流体泄漏。在第五个实施例中，密封圈56设在阀盒37上。因此，阀塞45的形状可以得到建简化，而且密封圈56容易更换，密封圈56被设置在这样的位置，即当阀塞45支承在阀座44上时，它将势必阻塞流率控制窗43与设在阀塞45最上方位置上的密封圈38之间的流体流动。这就确定了分隔上下阀盒37a和37b的位置。在第五个实施例中，阀盒37被分割为上下阀盒37a和37b，从而可以设有密封圈56。在阀盒37被分割为上下阀盒37a和37b的情况下，当阀座44磨损后，可以只通过更换下阀盒37b而解决问题。
或者，也可以将下阀盒37b分隔成用于形成流率控制窗43的上部(阀盒窗部)和用于形成阀座44的下部(阀座部)。在这种情况下，当阀座44磨损后，可以只通过更换阀盒部而解决问题，从而进一步方便了更换。
如前所述，根据本发明，圆环形密封件沿着阀盒的内表面设在阀体的最上方位置上，而阀体支承在设于阀盒中的单一阀座上。因此，不但不容易出现异物咬伤的情况，而且不必通过加过而形成分别具有两个不同(大和小)内径和两个不同(大和小)外径的阀盒和阀塞，从而可以提供出价格低且使用寿命长的阀装置。
根据本发明，第一密封件容纳在第一槽中，以使斜面彼此咬合。因此，当阀体关闭了流率控制窗后，流体的压力将作用在第一密封件上，以使第一密封件推压在阀盒的内壁表面上，从而提高密封性能。
根据本发明，第二密封件设在阀体外表面上的位于第一密封件与流率控制窗之间的部位上。因此第二密封件能够阻塞产生在流率控制窗与第一密封件之间的流体流动，从而进一步提高密封性能。
此外，根据本发明，阀体由阀主体和夹持器构成。第一密封件设在夹持器的外表面上，第二密封件设在阀主体与夹持器端部之间。因此，第二密封件不需要象O形圈那样具有柔性，而且上下护环可以省略。当第二密封件侧向扩张时，作用在阀盒内壁表面上的力较大，从而可以获得强密封性能。
权利要求
1.一种单座阀装置，其特征在于包括一个阀箱(31)，其具有一个流体入口(33，34)和一个流体出口(34，33)；一个圆柱形阀盒(37)，其固定在上述阀箱中并且具有一个用于控制从入口流向出口的流体量的流率控制窗(43)；一个单阀座(44)，其设在上述阀盒中；一个阀体(45)，其可滑动地装配在上述阀盒中，当它支承在上述阀座上时可以关闭流率控制窗，以阻塞流体从入口流向出口的通道，而当它离开上述阀座时可以形成一个从入口开始经过流率控制窗至出口的流体通道；一个开口(51)，其沿着上述阀盒的轴向形成在上述阀体中，并且用于将一个流体通道(41)和一个沿上述阀盒的轴向形成在一侧的空间(47)彼此连通，以平衡流体施加的压力；一个阀杆(48)，其连接着上述阀体，以将上述阀体沿着上述阀盒的轴向移动；以及一个第一密封件(38)，其在上述阀体的外表面的最上方位置上沿着上述阀盒的内表面形成圆环形状，以与该内表面接触，并且在上述阀体支承在上述阀座上时用于阻塞产生于流率控制窗中并且流过上述阀盒内表面与上述阀体外表面之间、上述空间和上述开口的流体流动。
2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，上述装置还包括一个第一槽(36)，其形成在上述阀体(45)的外表面上，一个第一斜面(36-1，36-2)，其在上述的一槽的至少一侧形成在上述侧壁上，以及一个第二斜面(38-1，38-2)，其对应于上述第一斜面形成在上述第一密封件(38)上，上述第一密封件容纳在上述第一槽中，以使上述第一和第二斜面彼此咬合。
3.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，上述第一斜面(36-1)在上述阀盒(37)轴向的一侧形成在一个侧壁上。
4.根据权利要求2所述的装置，其特征在于，上述第一斜面(36-2)在上述阀盒(37)轴向的另一侧形成在一个侧壁上。
5.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，上述第一密封件(38)的一个端面(38a)与上述阀体(45)的一个端面(45a)一起在最上方位置上占据一个表面。
6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，上述第一密封件(38)的一个端面(38a)在最上方位置上从上述阀体(45)的一个端面(45a)上伸出。
7.根据权利要求1所述的装置，还包括一个第二密封件(50，54)，其在上述第一密封件(38)与流率控制窗(45)之间在上述阀体(45)的外表面上形成为圆环形状，从而与上述阀盒(37)的内表面相接处，当上述阀体支承在上述阀座(44)上时，上述第二密封件用于阻塞产生在流率控制窗与上述第一密封件之间的流体流动。
8.根据权利要求7所述的装置，还包括一个第二槽(52)，其形成在上述阀体的外表面上并且用于容纳上述第二密封件(50)。
9.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，上述第一槽(36)容纳着上述第一密封件(38)和上述第二密封件(50，54)。
10.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，上述阀体(45)包括一个带有咬合部分(45-1a)的阀主体(45-1)和一个可拆卸地连接在上述咬合部分上的圆环形夹持器(45-2)，上述第一密封件(38)设在上述夹持器(45-2)的外表面上，以及上述第二密封件(54)设在上述咬合部分与上述夹持器的一端之间。
11.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，上述阀体(45)包括一个带有咬合部分(45-1a)的阀主体(45-1)和一个可拆卸地连接在上述咬合部分上的圆环形夹持器(45-2)，以及上述第一密封件(38)设在上述夹持器(45-2)的外表面上。
12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，上述阀盒(37)包括一个第一阀盒部分(37-1)和一个可拆卸地连接在上述第一阀盒部分上的第二阀盒部分(37-2)，而且上述阀座(44)设在上述第二阀盒部分上。
13.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，上述阀盒(37)包括一个第一阀盒部分(37a)和一个可拆卸地连接在上述第一阀盒部分上的第二阀盒部分(37b)，上述第二阀盒部分上设有上述阀座(44)和流率控制窗(43)，以及一个圆环形第二密封件(56)设在上述第一和第二阀盒部分之间，以与上述阀体(45)的外表面相接触，当上述阀体支承在上述阀座上时，上述第二密封件用于阻塞产生在上述流率控制窗与上述第一密封件之间的流体流动。
全文摘要
一种单座阀装置,其阀盒和阀座设在阀箱上。一个阀体可滑动地装配在阀盒中。一个开口沿着阀盒轴向形成在阀体中。一个阀杆连接着阀体并将阀体沿着阀盒轴向移动。一个活塞环在阀体外表面的最上方位置上沿着阀盒内表面形成圆环形状,以与该内表面接触,并且在阀体支承在阀座上时阻塞产生于流率控制窗中并且流过阀盒内表面与阀体外表面之间、空间和开口的流体流动。
文档编号F16K3/24GK1336500SQ0111597
公开日2002年2月20日 申请日期2001年6月13日 优先权日2000年7月28日
发明者川合茂弘, 奥津良之, 河合真 申请人:株式会社山武