专利名称：用于气动阀的变形o形环平面密封的制作方法
技术领域：
本发明总体上涉及阀密封，更加具体地说，本发明涉及一种液体阀如气动阀中的面对面的密封。
背景技术：
当两个基本上是平的表面有选择地到达一起以阻塞流体流动通道时在阀中形成了一些平面密封。这些表面例如包括金属或者模制塑料。一个表面典型地包括孔，当这些表面到达一起时该孔关闭。为了提高密封，弹性密封件典型地被保持在一个表面上以接触位于另一表面上的阀座区域，该阀座区域共心地绕着孔。在密封期间，该密封件从一个表面进行延伸并且被压缩在两个表面之间。
O形环是用在各种各样阀中的普通的密封件。最公知的是，O形环由橡胶或者其它弹性材料来形成环形。它们常常被插入到为圆柱形表面的环形槽中，以在运动缸和孔之间形成密封。O形环在商业上可以得到许多种尺寸大小并且可以由性能范围(例如，温度范围、不同化学环境中的稳定性和弹性)较宽的许多种不同成分形成。由于广泛地使用O形环，因此它们被大量生产。因此，与为更加特殊的密封应用所生产出的其它密封件相比，O形环密封件的费用较小。
在平面密封中使用O形环在下面这个方面具有一些困难发现一种方法来可靠地保持住O形环，而不需要相对较贵的机加工或者其它制造过程。由于缺少使用O形环的可接受方式，因此许多阀的应用使用了其它密封形状如具有扩大外边缘的模制橡胶盘(即，O形环与平的内部垫圈结合起来)。但是，这些特殊模制的零件的费用是O形环的5到10倍。
为了在平面密封中使用标准的O形环，因此使槽在密封表面中形成有底切侧，以致槽顶部具有比槽底部更窄的横向宽度，并且O形环可以安装在该槽中。在插入O形环(例如，借助滚压在其中形成有槽的金属阀体的边缘，以封闭槽的顶部)之后通过调整槽的一侧或者两侧来实现把O形环插入到槽中，或者在插入期间借助使O形环进行变形来实现把O形环插入到槽中。但是，滚压增加了制造过程的费用，并且只能对金属元件来进行。因此，在这种方法中，更便宜、更轻的塑料模制零件不能与O形环装配在一起。此外，在滚压阀件边缘以夹紧O形环时，O形环的槽一定得相当靠近元件的边缘。因此，槽侧壁的强度有限。
在插入期间使O形环进行变形(例如，延伸)的情况下，槽的顶部开口不得不剩余大量的O形环厚度，因为在插入期间所得到的变形量有限。因此，保持O形环的可靠性比理想的要差。此外，槽的尺寸大小与O形环的形状不容易进行配合，从而在槽中产生了空的空间。当阀被加压时，阀中的高压流体可以进入到该空的空间中。之后，当阀减压时，在O形环后面的、空的空间中的高压流体使O形环从槽中移出，因此导致密封失败。
发明内容
本发明具有这样的优点费用低，使用O形环的平面密封的可靠性较高，该O形环可以克服现有技术中的上述问题。尽管模制零件是优选的，但是可以使用可机加工的金属阀元件或者可模制的塑料阀元件。
在本发明的一个方面中，阀组件包括具有第一面表面(facesurface)的运动阀件。设置了一阀座，该阀座具有第二面表面，以与第一面表面形成平面密封，其中第一面表面和第二面表面中的一个包括腔，该腔凹陷到该面表面中。该腔具有边缘支承表面。O形环被插入到该腔中并且具有接触边缘支承表面的外边缘。保持器被固定到位于该O形环内部中的腔中，该保持器具有倾斜外边缘，该外边缘把O形环挤压在边缘支承表面上，因此O形环进行变形以基本上填满位于边缘支承表面和倾斜外边缘之间的该腔。一部分O形环从腔中延伸出来以到达该面表面上，以在第一和第二面表面之间形成密封。
图1是使用了本发明O形环密封件保持装置的阀的第一实施例的横剖视图。
图2是使用了本发明O形环密封件保持装置的阀的第二实施例的横剖视图。
图3是使用了本发明O形环密封件保持装置的示例性阀系统的横剖视图。
图4是本发明运动阀件的侧视图。
图5是图4的运动阀件的侧横剖视图。
图6是图4的运动阀件的透视图。
图7是本发明的O形环保持器的侧视图。
图8是图7的保持器的透视图。
图9是图4的运动阀件与图7的O形环和保持器装配在一起的侧视图，其中保持器部分地以虚线示出。
图10是图9的组件的透视图。
图11是图9的组件的分解视图。
图12是另一实施例的保持器的侧横剖视图。
图13是包括图12的保持器在内的组件的侧横剖视图。
图14是流程图，它示出了本发明的优选实施例。
具体实施例方式
参照图1，阀10包括运动阀件11和固定阀件12，固定阀件12提供了阀座并且具有孔13，该孔13接受流体流14，该流体流由运动阀件11的位置来控制，如箭头15所示一样。O形环16安装在运动阀件11内，并且当座靠在阀座12上时形成了密封。
用来保持O形环16的结构包括碗形腔17，该腔17具有边缘支承表面18。在装配期间，O形环16被插入到腔17中，因此它的外边缘接触边缘支承表面。O形环保持器19基本上是盘形以安装到位于O形环16内部中的腔17中。保持器19具有倾斜的外边缘20，该外边缘20把O形环16挤压在腔17的边缘支承表面上。O形环16的直径最好大于腔17的深度。倾斜保持器19的外边缘20与腔17的边缘支承表面之间的平均距离同样小于O形环16的直径。保持器19施加足够大的力以使O形环16进行变形，因此它基本上填满了位于边缘支承表面与外边缘20之间的那部分腔17。此外，这种变形可以提高O形环16从腔17的外部到阀座12的的延伸。由于O形环16的底侧变形从而基本上填满了腔17的其它开口区域，因此不能期望具有明显量的高压流体可以进入，而这些高压流体趋于移动O形环16。
保持器19可以以任何合适的方式连接到运动阀件11上。如图1所示，螺钉孔21可以设置在保持器19中，以安装螺钉22。阀件11中的螺纹孔23可牢固地安装螺钉22以把保持器19保持在合适位置上。保持器19也可以借助例如超声焊接、胶粘或者压配合固定到零件11上。
为了避免接触任何尖边缘的O形环16受到潜在损害，因此保持器19的倾斜边缘20终止于非倾斜(即，直的圆柱形)部分24上。此外，斜面25沿着顶部在腔17的外边缘形成。除了使腔17的接触边缘较软之外，斜面25提供了这样的空间，当这些面表面相互到达一起以进行密封时，O环形16的一部分可以偏转到该空间中。
倾斜外边缘20相对于腔的边缘支承表面最好形成15度到45度之间的角度，最优选的是，形成大约30度，以最佳地保持住O形环16。边缘支承表面可以垂直于密封表面，如图所示，该密封表面允许阀件由塑料模制出来，并且在没有作进一步改进的情况下使用。另外，模制出来的塑料元件也可以被机加工来提供锥形壁或者底切。倾斜边缘20最好调整成，使支承表面所形成的角度保持大约30度。
如图2所示，此外，O形密封件可以保持在固定的(即非运动)面表面上，同时运动阀件提供了阀座。因此，圆形通道或者槽26形成在阀件12上，该阀件12与孔13共心。借助衬垫形保持器28使O形环27可变形地保持在槽26中，而保持器28具有倾斜边缘以挤压O形环27。借助胶粘剂29使保持器28固定在槽26中。
图3示出控制阀，该阀采用了本发明的密封件。阀体30包括不规则形状的、通常是圆柱形纵向孔31，该孔31安装着运动阀组件32。阀体30包括阀座33和34，阀座33和34各自接触O形环35和36，以形成第一和第二提升阀。运动组件32包括阀杆37，它载有O形环35和36；第一运动件28；双端保持器39；第二运动件40；定位架41；及螺母42和43，它们接合杆37的螺纹端以把组件保持在一起。孔31内的一些空间连通到外部阀口(未示出)，电磁阀(未示出)可以用作控制压力源，从而有选择地控制组件32的位置，这些在现有技术中是公知的。
运动阀件38和40包括用于各自安装O形环35和36的腔44和45。双端保持器39包括第一盘46和第二盘47，当组件32借助螺母42和43夹紧在一起时，这些盘可变形地保持住O形环35和36。因此，在具有平面密封提升阀的控制阀中可以得到费用低的、可靠性高的密封。
图4-6示出了另一个实施例中的运动阀件50。腔51形成在元件50的上部密封表面中。在这个实施例中，元件50可以包括金属体，该金属体具有腔51，该腔被机加工来提供底切52。孔53沿着轴向延伸通过阀件50。图7和8示出了保持器55，该保持器用来把O形环保持在阀件50的腔51中(在图4-6中没有示出)。保持器55包括保持盘56，该保持盘56具有倾斜的外边缘57。第一杆部分58和第二杆部分59在盘56的相对侧部上进行延伸。
图9-10示出了组件，该组件包括运动阀件50和保持器55，该保持器夹住O形环54。杆部分59以部分的方式延伸到孔52中，并且可以借助胶粘或者其它公知的方法来进行固定。例如，在形成完整的提升阀组件时，另一杆部分(未示出)从该相对侧延伸到孔52中。图11示出了图9和10中的组件的分解视图，其中O形环54的形状由它的自然环形变形而成。
图12示出了O形环保持器60的另一个实施例，该保持器60包括盘61和杆延伸部62。螺钉安装孔63安装在杆延伸部62中。图13示出了保持器60，该保持器60插入到阀件64的中心孔中并且以与前面实施例相同的方式来保持住O形环65。阀件64包括法兰端66，其中法兰端的螺钉孔67与孔63对准。螺钉68通过孔67进入到孔63中并且被紧固以把保持器60固定到阀件64上，从而使夹紧的O形环65变形。
图14示出了本发明的优选方法。在步骤70中，阀件形成有腔，该腔凹陷到它的第一面表面中。在步骤71中，对着腔的边缘支承表面使O形环插入到腔中。在步骤72中，保持器被插入到腔中，以把O形环压靠在边缘支承表面上并且使它进行变形。在步骤73中，借助机械方法(如拧入、打桩、压配合、焊接)或者借助化学结合使阀件和保持器固定在合适位置上。在步骤74中，运动阀件、O形环和保持器的子组件与阀座相对准地安装到阀体中。
权利要求
1.一种阀组件，它包括具有第一面表面的运动阀件阀座，该阀座具有第二面表面，以与所述第一面表面形成平面密封，其中所述第一面表面和所述第二面表面中的一个包括腔，该腔凹陷到所述一个面表面中，所述腔具有边缘支承表面；O形环，其被插入到所述腔中并且具有接触所述边缘支承表面的外边缘；及保持器，它被固定到位于所述O形环内部中的腔中，所述保持器具有倾斜的外边缘，该外边缘把所述O形环挤压在所述边缘支承表面上，其中所述O形环进行变形以基本上填满位于所述边缘支承表面与所述倾斜外边缘之间的所述腔，一部分所述O形环在所述一个面表面上从所述腔中延伸出来以在所述第一和所述第二面表面之间形成密封。
2.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述保持器在所述倾斜外边缘附近具有不倾斜的外边缘部分。
3.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述腔包括邻近所述边缘支承表面的削边，当所述面表面到达一起以用于密封时，所述O形环的一部分偏转到邻近所述削边的空间中。
4.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述运动阀件包括活塞。
5.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述运动阀件包括提升阀。
6.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述腔凹陷到所述运动阀件的所述第一面表面中。
7.如权利要求6所述的阀组件，其特征在于，所述运动阀件由模制树脂形成。
8.如权利要求7所述的阀组件，其特征在于，所述边缘支承表面基本上垂直于所述第一面表面。
9.如权利要求8所述的阀组件，其特征在于，所述保持器的所述倾斜外边缘从所述边缘支承表面以大约30度的角度进行倾斜。
10.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述保持器由模制树脂形成。
11.如权利要求1所述的阀组件，还包括阀杆，该阀杆与所述运动阀件和所述保持器共轴线地进行延伸，所述运动阀件和所述保持器在所述阀杆上被压缩在一起。
12.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述O形环是环形的，所述边缘支承表面是圆柱形的，所述保持器是盘形的。
13.如权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述O形环由弹性材料形成。
14.一种阀组件，它包括具有第一面表面的运动阀件，该第一面表面具有凹陷于其中的腔，所述腔具有圆柱形边缘支承表面；阀座，该阀座具有第二面表面，从而与所述第一面表面形成平面密封，O形环，其被插入到所述腔中并且具有接触所述边缘支承表面的外边缘；及盘形保持器，它被固定到位于所述O形环内部中的所述腔中，所述盘形保持器具有倾斜的外边缘，该外边缘把所述O形环挤压在所述边缘支承表面上，其中所述O形环进行变形以基本上填满位于所述边缘支承表面与所述倾斜外边缘之间的所述腔；一部分所述O形环在所述第一面表面上从所述腔中延伸出来，以在所述第一与所述第二面表面之间形成密封。
15.一种在阀组件中提供面密封的方法，该方法包括这些步骤形成具有第一面表面的运动阀件，该第一面表面与第二面表面一起密封阀座，并且具有凹陷于其中的腔，所述腔具有边缘支承表面；把O形环插入到所述腔中，从而所述O形环的外边缘靠近所述边缘支承表面；及把保持器插入到位于所述O形环内部中的所述腔中，因此所述保持器的倾斜外边缘把所述O形环挤压在所述边缘支承表面上，以使所述O形环进行变形，从而基本上填满位于所述边缘支承表面与所述外边缘之间的所述腔，因此一部分所述O形环在所述第一面表面上方从所述腔中延伸出来，从而在所述第一和第二面表面之间形成密封。
16.如权利要求15所述的方法，还包括这样的步骤提供阀杆，该阀杆与所述运动阀件和所述保持器共轴；及把所述运动阀件和所述保持器中的至少一个安装在所述阀杆上，从而把所述运动阀件和所述保持器压缩在一起。
17.如权利要求15所述的方法，还包括这样的步骤把具有所述O形环的所述运动阀件和所述保持器插入到阀体中，从而所述O形环有选择地定位靠在所述阀座。
全文摘要
一种阀组件具有运动阀件，该阀件具有第一面表面。设置了一阀座，该阀座具有第二面表面，以与第一面表面形成平面密封，其中第一面表面和第二面表面中的一个包括腔，该腔凹陷到该面表面中。该腔具有边缘支承表面。O形环被插入到该腔中并且具有接触边缘支承表面的外边缘。保持器被固定到位于该O形环内部中的腔中，该保持器具有倾斜外边缘，该外边缘把O形环挤压在边缘支承表面上，因此O形环进行变形以基本上填满位于边缘支承表面和倾斜外边缘之间的该腔。一部分O形环从腔中延伸出来以到达该面表面上，以在第一和第二面表面之间形成密封。
文档编号F16K1/32GK1580618SQ20041005878
公开日2005年2月16日 申请日期2004年7月30日 优先权日2003年7月31日
发明者约瑟夫·E·福斯特 申请人:罗斯控制阀公司