专利名称：隔膜阀阀座的制作方法
技术领域：
本发明总的涉及一种用于隔膜阀的阀座，更具体地说是涉及一种用于隔膜阀的金属阀座，及其用来抵抗高温和腐蚀材料的组成和几何形状。
背景技术：
隔膜阀普遍地为人知晓并且包括一种阀结构，其中薄膜贴靠环形阀座密封，借此阻止流体流过该阀。因此，该阀座依靠与该薄膜接合而用来密封入口或出口通道。薄膜可用金属或非金属材料制成。
与金属薄膜一起使用的典型阀座用例如聚氯三氟乙烯、聚酰亚胺或TeflomTM(特氟隆)的塑料基材料构成。然而，在承受超过规定使用参数范围的环境因素例如高温或低温限度时或者在该阀座暴露在高腐蚀材料中时，非金属阀座所具有的性能会发生变化。在这类侵蚀性应用场合之中已经使用金属阀座，然而，这种已知的全金属阀的多种性能要求通常不能与塑料基阀座的性能相比。例如，具有金属阀座的阀可能表示出较高的漏损率、可工作循环数的减少或者所需致动力的加大。额定循环数的减少是一个缺点，而且这个缺点对于在高温处工作或者控制一种腐蚀材料的系统而言因为更换成本高甚至更为严重。这是由于该阀频繁地用于控制这种材料的流量，因而需要引人注目的常规基础上所需循环数量的加大。因此，提供一种考虑到较高额定温度或者在不损害该阀性能情况下控制腐蚀材料的阀座是符合需要的。
发明内容
提供一种金属阀座，其中该阀座是热和化学惰性的。在一个实施例中，该阀座被形成为插入件，而在其它实施例中该阀座可以是整体的。该阀座可能可任选地包括能陷入、插进或者用其它方式紧密接合阀体一部分的边缘或者突起，借此将该阀座固定和密封在应有位置。在另一个实施例中，阀座这样地形成，以致于它比薄膜硬。在这样的实施例中，阀座的至少某些部分被表面硬化或者可任选地穿透硬化。在一个实施例中，该阀座插入件具有与布置在阀体内的流体通道直径齐平的内直径，借此形成连续的流路。
本发明的另一个方面是一种定位阀座插入件的方法，尤其是定位金属阀座插入件的方法。在一个实施例中，该阀座插入件包括位于阀座体周边的边缘或者突起。该方法包括，将这样的阀座插入阀体并且将该阀体的一部分向下夹紧在该阀座上，借此驱动该阀座边缘插入该阀体的另一部分。这种方法在该阀座和阀体之间进一步提供密封装置。
在结合在说明书中并构成其一部分的附图中描述本发明实施例，所述实施例与上文给出的本发明总体描述以及下文给出的详细描述一起用来说明本发明的原理。
图1是具有聚合阀座的现有技术隔膜阀截面图；图2是包括金属阀座插入件和定位装置的隔膜阀截面图；图3是图2所示阀座插入件的细部截面图；图4是该阀座插入件和在该阀座和薄膜之间提供的密封装置的细部截面图；图5A-5B是表示仅用外部竖管定位金属阀座的视图；图6描述可更换金属阀座；以及图7描述整体金属阀座。
具体实施例方式
参见图1，隔膜阀10被表示为具有入口通道12、出口通道14、薄膜16、致动器18以及聚合阀座20。隔膜阀10的其它部分具有普通的结构并可具有各种各样的不同实施例。这些实施例在本申请中不再进一步讨论，因为它们与本申请覆盖的发明方面无关。因此，本申请的范围应该不受在此没有专门讨论的隔膜阀任何其它方面限制。本发明用金属阀座替代聚合阀座，该金属阀座或者整体形成或者形成个插入件。在这种情况下，该阀座可被硬化以便改善循环寿命，或者在一个插入件的情况下可包括替代的定位和密封装置，或者可包括这些零件的结合物。
图3表示阀座20的放大图。如图所示，阀座20通常为放置在阀座凹口22内的分离零件，而凹口22位于阀10的本体25内部。阀座20安置在内壁26和外壁28之间。
在共同转让的美国专利No.6,092,550中披露一种定位塑料阀座致使它被密封在内壁和外壁之间或者阀体部分内的方法。通常，这种定位方法不能用于金属阀座20，这是因为不会如同上述参考专利中描述的那样发生变形，所以不会在阀座和阀体之间形成密封装置。因此，本发明的阀体25通常被设计成提供坚硬竖管，借此避免该阀座的运动和形成与薄膜的不对准。该坚硬竖管还保证该金属阀座会贴靠阀体密封。此外，该阀座可包括用来与该薄膜良好配合接触的特殊顶表面40。
在图3和4中详细描述的阀座20通常大致呈环形并从阀座底部42到阀座顶部44逐渐变小。阀座20的底部拐角46可斜切以便使该阀座适合贴靠内、外壁26和28。尤其是，内、外壁26和28的底部含有与阀座20的倾斜部分46协同工作的圆角或者倒角部分26a和28a。相应的倾斜部分允许该阀座平平地座落在凹口22中并提供用来将该阀座放置在该凹口内的间隙公差。顶表面40具有布置在升高密封表面50任何一侧的倾斜面48。升高密封表面50能是圆的或平的，或者可为倾斜的。密封表面50的轮廓取决于薄膜16的轮廓，这是因为在该密封表面和薄膜之间的形成的接触应该提供密封装置。最好是，在密封表面50和薄膜16之间形成的该密封装置比线接触(即在该密封表面和薄膜之间沿着该薄膜的一个半径的点接触)宽，借此确保较好的密封。这能借助于使密封表面50的形状配合在该薄膜表面的形状上来完成。
参与定位和密封该阀座的金属阀座20任选附加细节是从阀座外表面57伸出的边缘或者突起55。这个边缘55大致可以是锐利的，以致于它在施加压力情况下能插入外壁28的表面之中。然而，在一些实施例中，不太锐利或者做成圆形的突起55也能替代使用，只要它能固定该阀座即可。该突起插入该阀体的一个部分，借此形成沿着该表面的本体密封装置。尽管该实施例在图中表示为包括形成角度的突起，这样地形成角度不是必须的。借助于使突起形成角度，使该突起与该阀体壁嵌合比较容易。还有，形成角度的突起提供进入阀体的向下力，借此提供使该插入件完全座落在阀体内的力。
突起55可为周向、局部周向，或者能是一个或多个单独的尖端或突起。当外壁28被朝着阀座20折弯时，该力驱动突起55进入外壁28的表面，借此将阀座20固定在阀座凹口22内。在其它实施例中，使用多个边缘或者突起55来固定和密封阀座20。例如，可形成一个或多个突起55以便接合内壁26、外壁28，或者所述突起可在阀座的拐角或边缘或者阀座20的底表面27上形成。通常，最好是在阀座20的外部上提供一个或多个突起，因为使内壁朝阀座折弯会在该阀座上产生张力，而在底面上设置突起要求力被施加在顶表面，或者该阀座的密封表面上。在另一个实施例中，边缘或者突起55被迫进入阀座凹口22中，在那里沿着阀体侧壁布置周向或局部周向的凹陷(未表示)以便接纳该边缘或者突起。如果该密封装置不是周向的，可能不会形成充分的密封。在这种情况下，可使用附加密封机构，例如在阀座一个或多个表面上的薄聚合层。在另一个实施例中，边缘或者突起55被安置在例如外壁28的阀体壁上并插入阀座以便把该阀座固定和密封在凹口22中。
在本发明的另一个实施例中，内壁26可被去除，而阀座20能用驱动突起55进入外壁28表面的方法固定在外壁28上。图5A-5B表示仅用外竖管28定位阀座20。当外壁朝阀座20向下折弯时，边缘55插入该竖管，借此将该阀座固定在阀座凹口22内。于是该阀座的内部与连接位置处的流体通道齐平。因此，该阀座内部形成与该流体通道连续的流路。这个实施例提供下述优点朝流动通道60向内移动阀座20的密封表面50。借助于移动密封表面50更加靠近流动通道60，该密封装置，即密封表面50和薄膜16之间的周向接触比在其它情况下所需的密封装置小大概百分之四十。由于密封区域减小，为了提供该密封装置致动器18只需产生较小的力，从而增加该阀的循环寿命。为了进一步使得该密封圆周最小，该密封装置的内部能沿着与该流体通道相同的轴线伸展，借此形成直的连续流路。
在本发明的另一个实施例中，阀座或阀座的部分能进行硬化。例如，密封表面50能进行表面硬化以便与薄膜16一起提供密封装置。借助于硬化密封表面50，该阀可具有改善的漏损率并会延长附加循环。这是因为该密封装置会比薄膜硬，于是会较少可能因薄膜要求的力而变形。由于该密封装置比薄膜硬，该薄膜会在该阀座之前磨损。这对于大多数阀组件来说可能是优越的，因为薄膜比该阀座更容易更换。此外，典型的阀需要多个次循环来使密封表面与薄膜表面相互适应，从而提供该阀密封装置。借助于硬化密封表面50，为了提供该阀密封装置只需较少循环。
在一个实施例中，薄膜用ElgiloyTM制成，它具有大约50RockwellC的硬度。这个实施例是优选的，因为它为薄膜提供最长的循环寿命。在这个实施例中，阀座或其一部分能被硬化因而它比薄膜硬，并且最好是，该阀座被硬化到至少55Rockwell C。在其它实施例中，阀座20的边缘或者突起55能被硬化，借此使它较易将该边缘插入外壁28。
在共同转让的美国专利Nos.6,093,303(2000年7月25日公布的题为“LOW TEMPERATURE CASE HARDENING PROCESSES”)；6,165,597(2000年12月26日公布的题为“SELECTIVE CASE HARDENINGPROCESSES AT LOW TEMPERATURE”)和6,461,448(2002年10月8日公布的题为“LOW TEMPERATURE CASE HARDENING PROCESSES”)；以及共同转让且尚待批准的美国专利申请No.09/494,093(2000年1月28日提出申请的题为“MODIFIED LOW TEMPERATURE CASEHARDENING PROCESSES”)中披露了多种金属硬化过程的方法和实例，这些专利被整个地收编于此作为参考。尽管上述参考专利中描述的硬化方法是优选方法，本领域普通技术人员应该懂得，例如为渗氮的其它多种表面硬化或渗碳方法也能用来达到同样的结果。这些过程中的每一个均能用来表面硬化、局部表面硬化或穿透硬化该阀座。
除了上文提及的多种硬化方法之外，还可使用其它硬化方法。冷加工硬化和滚压硬化是其它标准硬化工艺的一些实例。使用这些标准工艺来达到符合需要的硬度水平可能是困难的。然而，该阀座可被局部冷加工硬化和局部表面硬化以便达到符合需要的阀座硬度。作为替代，该薄膜可用较软材料制成，借此允许使用这些其它硬化工艺中的某些工艺。作为又一种选择，该阀座能用例如陶瓷或者例如蓝宝石、铝或锆的晶状结构的较硬材料或者例如钴基合金或其它超耐热合金的其它硬化材料来制成。还有一种可采用的方法可能是用例如氮化钛涂层的硬涂层来覆盖该金属阀座。
本发明在使用塑料阀座的其它组件中也能得到应用，其中该塑料阀座被硬化的金属阀座替代。例如，在1993年6月1日公布的题为“HIGH PRESSURE DIAPHPRAGH VALVE”的共同转让的美国专利No.5,215,286中披露了一种可拆卸塑料阀座，因此将该专利收编于此作为参考。在使用这个申请所披露发明的情况下，图6描述插入阀体102的可拆卸金属阀座100。薄膜104贴靠阀座表面106密封，在此同时该薄膜和阀座100的外部107之间形成阀体密封装置。薄膜104借助于由阀盖108施加的夹紧力保持在应有位置。该密封装置用上文披露的多种方法进行硬化，以致于它比该薄膜硬。因此，在该薄膜和阀座之间提供牢固的密封装置。在图7中，阀座是整体形成的。薄膜204贴靠经过硬化的金属阀座表面207密封，以便密封该流路。薄膜204还固定在阀盖208和阀体202之间，阀体202的一个部分能被硬化。
另一个本发明实施例采用具有涂层或局部具有涂层的阀座。该阀座包括一层模制或附着在阀座或者阀座选择表面上的软聚合材料。该涂层可以是例如聚氟氨基化合物或聚氯三氟乙烯的任何适当的塑料。该塑料涂层能用来在阀座以及不是薄膜就是阀体之间提供牢固的密封装置。通常，金属阀座能用于塑料阀座不能工作的状态，例如高温。由于只是使用少量的塑料涂层，阀组件的额定温度可能增加，这是因为阀座会继续起作用直到该塑料被热降解为止。薄塑料涂层能被设置在该阀座和阀体之间，即阀座的后部或底部的任何一个上，以便提供良好的阀体密封。薄塑料涂层还能被设置在阀座密封表面上以便提供贴靠薄膜的良好密封。该薄塑料涂层可提供经过改进的耐化学膨胀性，与全塑阀座相比经过改进的耐阀座变形性，以及金属零件之间经过改进的密封。作为另一种替代方法，该阀座可以主要是塑料的，而一部分能为硬化的金属。这个实施例会几乎具有与全塑阀座相同的热限制，然而能提供经过改进的化学抗力。
尽管本发明已相对于一些优选实施例进行披露和描述，本领域普通技术人员在阅读本说明书情况下可进行一些改型和变型。任何这样的改型和变型均处于由所附权利要求及其等价物限定的本发明权限之内。因此，可以偏离这些细节而不超越本申请总发明原理的精神和范围。
权利要求
1.一种隔膜阀，包括穿过阀体的流体通道；用来密封所述流体通道的薄膜；以及阀座，其中所述阀座包括一个或多个用来将所述阀座固定在所述阀体上的突起。
2.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座是与所述阀体分开形成的插入件。
3.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座插入阀座凹口内部。
4.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座插入由外阀体壁形成的阀座凹口内部并通向所述流体通道。
5.如权利要求4所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座的所述敞开侧面与所述阀座和所述阀体会合位置处的所述流体通道齐平。
6.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座包括通常与所述薄膜上表面的轮廓相适应的升高密封表面。
7.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座的至少某些部分被表面硬化。
8.如权利要求7所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座的所述硬化部分大致没有碳化物。
9.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座的硬度大于55 Rockwell C。
10.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座比所述薄膜硬。
11.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，所述一个或多个突起中的至少一个位于所述金属阀座的外边缘上。
12.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，所述一个或多个突起中的至少一个是相对于所述金属阀座中心半径成角度的。
13.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，所述一个或多个突起中的至少一个成角度地离开阀座底部。
14.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座是金属。
15.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座的至少某些部分被硬化。
16.如权利要求1所述的隔膜阀，其特征在于，还包括覆盖所述阀座一个或多个表面的聚合材料薄层。
17.一种隔膜阀，包括布置在阀体内部的流体通道；用来密封所述流体通道的薄膜；以及包括内周表面的阀座插入件，其中所述内周表面大致与所述阀座和所述阀体会合位置处的所述流体通道齐平。
18.如权利要求17所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座插入件内周表面与所述流体通道形成连续的流路。
19.如权利要求17所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座插入件内周表面沿着与所述流体通道相同的轴线形成。
20.如权利要求17所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座插入件还包括阀座密封表面，其中所述密封表面靠近流体通道布置。
21.如权利要求17所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座插入件还包括一个或多个用来将所述阀座固定在所述阀体上的突起。
22.如权利要求21所述的隔膜阀，其特征在于，所述一个或多个突起在所述阀座和所述阀体之间形成密封表面。
23.如权利要求17所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座的至少某些部分被硬化。
24.如权利要求17所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座的至少某些部分被表面硬化。
26.如权利要求17所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座比所述薄膜硬。
27.一种阀座，包括大致环状的阀座体；以及位于所述阀座体一个或多个表面上的一个或多个突起，其中所述一个或多个突起被用来固定和密封所述阀座。
28.如权利要求27所述的阀座，其特征在于，还包括与所述座体相关的密封表面。
29.如权利要求28所述的阀座，其特征在于，所述密封表面沿着所述座体顶部布置，并靠近所述阀座的内表面。
30.如权利要求27所述的阀座，其特征在于，所述阀座的至少某些部分被硬化。
31.如权利要求27所述的阀座，其特征在于，所述阀座的至少某些部分被表面硬化。
32.如权利要求27所述的阀座，其特征在于，所述阀座比与它一起使用的所述薄膜硬。
33.如权利要求27所述的阀座，其特征在于，所述阀座的硬度大于55 Rockwell C。
34.如权利要求27所述的阀座，其特征在于，所述一个或多个突起中的至少一个是相对于所述金属阀座中心半径成角度的。
35一种用于薄膜的阀座，其中所述阀座的至少某些部分被硬化到大于55 Rockwell C。
36.如权利要求35所述的阀座，其特征在于，所述阀座被表面硬化。
37.如权利要求35所述的阀座，其特征在于，还包括位于所述阀座一个或多个表面的一个或多个突起。
38.如权利要求35所述的阀座，其特征在于，还包括施加到所述阀座一个或多个表面的聚合材料薄层。
39.如权利要求35所述的阀座，其特征在于，所述阀座是金属或陶瓷。
40.如权利要求35所述的阀座，其特征在于，所述阀座包括密封表面，所述密封表面被有选择地表面硬化。
41.一种隔膜阀，包括穿过阀体的流体通道；用来密封所述流体通道的薄膜；以及热和化学惰性的阀座插入件，其中所述阀座能固定在所述阀体的部分上。
42.如权利要求41所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座插入件包括一个或多个从所述阀座的一个或多个表面伸出的突起。
43.一种隔膜阀，包括布置在阀体内部的流体通道；用来密封所述流体通道的金属薄膜；以及阀座，其中所述阀座比所述金属薄膜硬。
44.如权利要求43所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座是插入件。
45.如权利要求43所述的隔膜阀，其特征在于，所述薄膜包括ElgiloysTM。
46.如权利要求43所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座的硬度大于55 Rockwell C。
47.如权利要求43所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座是金属。
48.如权利要求43所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座是陶瓷。
49.如权利要求43所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座的至少某些部分被硬化。
50.如权利要求43所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座的至少某些部分被表面硬化。
51.如权利要求43所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀的至少某些部分被渗碳。
52.如权利要求43所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座还包括在所述阀座一个或多个表面上的一个聚合材料薄层。
53.如权利要求43所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座还包括从所述阀座的一个或多个表面伸出的一个或多个突起。
54.如权利要求43所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座包括一个或多个相对于所述阀座中心半径成角度的突起。
55.如权利要求43所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座比所述阀体硬。
56.如权利要求43所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座包括内周表面，其中所述内周表面与所述阀座和阀体会合位置处的所述流体通道齐平。
57.如权利要求56所述的隔膜阀，其特征在于，所述内周表面与所述流体通道形成连续的流路。
58.如权利要求56所述的隔膜阀，其特征在于，所述内周表面沿着与所述流体通道相同的轴线形成。
59.如权利要求56所述的隔膜阀，其特征在于，所述阀座还包括阀座密封表面，其中所述密封表面靠近流体通道布置。
60.一种定位阀座插入件的方法，包括以下步骤将阀座插入件插入在阀体内形成的凹口；在所述阀座插入件的一个或多个表面上提供一个或多个突起；以及将所述一个或多个突起插入所述阀体的至少一个侧壁。
61.如权利要求60所述的方法，其特征在于，所述阀座插入件是金属。
62.如权利要求60所述的方法，其特征在于，还包括硬化所述阀座插入件的至少某些部分的步骤。
63.如权利要求60所述的方法，其特征在于，所述阀座插入件比与它一起使用的薄膜硬。
64.一种经过硬化的金属阀座插入件，其特征在于，所述阀座插入件是可拆卸的。
全文摘要
提供一种热和化学惰性的阀座(20)。阀座(20)包括位于该阀座体周边的锐利边缘(55)，其中边缘(55)插入阀体(25)内的表面从而固定住阀座(20)。阀座(20)可被表面硬化以便提供附加的强度和密封能力。阀座(20)的内直径可贴靠该阀流体通道齐平，借此减少薄膜和阀座之间的接触区域。
文档编号F16K1/46GK1833132SQ200480010126
公开日2006年9月13日 申请日期2004年4月13日 优先权日2003年4月14日
发明者T·科伦克, H·库恩斯, W·格林, C·E·米斯, G·H·施罗基 申请人:斯瓦戈洛克公司