專利名稱：具有整體式填密件的球閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明大體上涉及球閥。更具體地說，本發(fā)明涉及一種新穎的球閥設(shè)計(jì)和填密件的概念，其可在較高和較低的額定工作溫度和熱循環(huán)下提高閥的性能。
背景技術(shù)：
球閥在本領(lǐng)域中是眾所周知的，在授予Corbin等人并由本發(fā)明的受讓人所擁有的美國(guó)專利No.4685488中介紹了一種在商業(yè)上非常成功的球閥，該專利的全部公開內(nèi)容通過引用完全結(jié)合于本文中。
在額定的壓力下，使用聚合物作為球形填密件的材料的球閥通常被限制在其額定的或規(guī)定的高溫和低溫工作范圍內(nèi)。這是因?yàn)樘蠲懿牧蠒?huì)以與通常由不銹鋼制成的其它閥元件不同的速率膨脹和收縮。在較高的溫度下，填密材料變軟且趨于流動(dòng)或蠕變，并且可能在高溫度下的閥動(dòng)作期間發(fā)生永久性變形或其它方式的損壞。這種填密件的損壞可能導(dǎo)致泄漏，在閥回到環(huán)境溫度下時(shí)尤其如此。在較冷的溫度下，填密材料變硬且剛性增大，在某些情況下由于填密件會(huì)在較低溫度下產(chǎn)生收縮，因此填密件上的密封應(yīng)力可能會(huì)降低。這種應(yīng)力損失可能會(huì)在低溫下產(chǎn)生泄漏。雖然已經(jīng)知道可在球閥中引入動(dòng)載荷充填技術(shù)以提高球閥的額定工作溫度范圍，然而整體的改進(jìn)仍受限于填密材料自身的溫度響應(yīng)特性。
一直需要一種具有聚合物型球填密材料的球閥，其在額定壓力下具有提高的額定工作溫度范圍和溫度循環(huán)性能。
發(fā)明概述本發(fā)明提出了一種球閥裝置，其中可在一定的溫度范圍內(nèi)將整體式填密件安裝到閥元件上，使得基本上不會(huì)改變填密材料的機(jī)械性能。本發(fā)明還提出了裝配方法。本發(fā)明還提出了一種閥元件和填密件，其中可選擇不同的尺寸以便通過諸如減小填密材料的體積和在將填密件安裝到閥上之后在填密件上提供更均勻的載荷分布來提高閥的額定工作溫度范圍和循環(huán)壽命。本發(fā)明的各個(gè)方面均可選擇性地應(yīng)用于多件式填密件中。此外，本發(fā)明提出了一種球體和耳軸設(shè)計(jì)，其可在閥元件的填密件在溫度變化下膨脹和收縮時(shí)使球閥元件軸向地浮動(dòng)或移動(dòng)。本發(fā)明的另一方面涉及與閥元件的軸向浮動(dòng)相結(jié)合的施加到閥元件的填密件上的動(dòng)載荷的使用。
通過閱讀本發(fā)明的多個(gè)實(shí)施例及其變型的下述詳細(xì)描述并參考附圖，可以更容易和更完整地理解本發(fā)明的這些及其它的方面和優(yōu)點(diǎn)。
附圖簡(jiǎn)介

圖1是包含了本發(fā)明各個(gè)方面的球閥的等軸截面圖(閥顯示為處于打開狀態(tài))；圖2是圖1所示閥的垂直正面剖視圖；圖3顯示了根據(jù)本發(fā)明的閥元件的正視圖；圖4是用于圖1所示實(shí)施例中的整體式填密件和支撐環(huán)的等軸分解視圖；圖4A是圖4所示填密件的局部剖視圖；圖5是本發(fā)明另一實(shí)施例的等軸剖開視圖，其帶有增加的第三流動(dòng)端口；和圖6是使用了非球形的球閥元件的本發(fā)明另一實(shí)施例的等軸剖開視圖。
發(fā)明的詳細(xì)介紹參見附圖，本發(fā)明提出了一種可在額定壓力下提高溫度性能額定值的球閥設(shè)計(jì)。這種改進(jìn)的溫度性能包括更高和更低的額定或規(guī)定的溫度范圍，以及熱循環(huán)。在這里將參照具體的球閥設(shè)計(jì)來介紹本發(fā)明，然而本領(lǐng)域的技術(shù)人員容易理解，本發(fā)明的各個(gè)方面可結(jié)合于不同的球閥構(gòu)造中。此外，雖然本文的代表性實(shí)施例包括了本發(fā)明的若干不同方面，然而不能以限制性的意義來理解本發(fā)明。相反，本發(fā)明的某些或所有的方面和特征均可單獨(dú)地或以各種組合或子組合的方式而結(jié)合于球閥設(shè)計(jì)中，并仍屬于在所附權(quán)利要求中闡述的本發(fā)明的范圍和精神內(nèi)。而且，雖然在本文中介紹了多個(gè)備選實(shí)施例，然而這些描述并不是所有備選實(shí)施例的窮盡性列舉，這些備選實(shí)施例在本領(lǐng)域的技術(shù)人員領(lǐng)會(huì)了本公開內(nèi)容后是顯而易見的。無論在本文中是否明確地描述過，本發(fā)明均可構(gòu)思出屬于所附權(quán)利要求范圍內(nèi)的備選實(shí)施例。雖然代表性實(shí)施例顯示了一種整體式或單件式的填密件，然而本發(fā)明的各個(gè)方面也都可用于多件式填密件中。
本發(fā)明的各個(gè)方面顯示于圖中，其體現(xiàn)為球閥10，該球閥10具有閥體12，其帶有用于將閥10安裝在流體回路中的適當(dāng)端接接頭14和16。相應(yīng)的孔18a和18b從各端接接頭14，16中延伸出來且穿過閥體12，并通到閥體12中的形成于這兩個(gè)孔之間的中央球體容納閥腔20中。閥元件組件22部分地設(shè)置在閥腔20中并從中延伸出來。閥元件組件22包括流量控制球體24，其最好與閥的促動(dòng)桿26加工成一個(gè)整體，但這并不是必須的。球體24具有被加工成從中穿過的中央流體通道或孔27，并且形成了與閥體的孔18a和18b對(duì)齊的開口或桿孔27a和27b，從而允許流體在閥處于圖中所示打開位置時(shí)在它們之間流動(dòng)。當(dāng)將桿26和球體24旋轉(zhuǎn)到使孔27a，27b不與閥體孔18a，18b對(duì)齊的位置時(shí)，閥處于關(guān)閉位置，流體的流動(dòng)被阻斷。例如，通過將球體24旋轉(zhuǎn)90度(1/4圈)便可關(guān)閉閥10。
閥桿26延伸穿過閥體12的可選擇地帶有外螺紋的整體式閥蓋12a。桿26還可包括用于手動(dòng)操作的手柄(未示出)，或者可連接到閥執(zhí)行機(jī)構(gòu)(未示出)如電動(dòng)或氣動(dòng)或液壓執(zhí)行機(jī)構(gòu)上。桿26圍繞其縱向軸線X的旋轉(zhuǎn)導(dǎo)致球體24在閥腔20內(nèi)旋轉(zhuǎn)，從而打開和關(guān)閉閥。
閥桿26還包括上耳軸28和下耳軸30。上耳軸28和下耳軸30與閥填密件32一起可幫助閥元件22在閥腔20內(nèi)的對(duì)齊和軸頸連接。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，在室溫下在填密件32的內(nèi)表面和球體24及耳軸28，30的外表面之間形成了非常緊密的配合或干涉配合。另外，在將閥元件組件22安裝并完全壓入到閥腔20中之后，在球體周圍的球形部分和容納耳軸的部分中的填密件32的外表面和腔20的表面之間在室溫下存在著干涉配合。這些直徑上的和耳軸的干涉配合為填密件32和桿表面24，28及30(即球體和耳軸的表面)之間提供了更大且更均勻分布的密封作用力或壓力，并且填密件32上所需的動(dòng)載荷比現(xiàn)有技術(shù)的閥更小。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，閥填密件32在桿表面24，28及30與閥體12之間提供了液密密封。在該實(shí)施例中，填密件32在閥的動(dòng)作期間相對(duì)于閥桿26和球體24的旋轉(zhuǎn)來說是固定的。在其優(yōu)選但非唯一的形式中，參見圖4，填密件32為整體式填密件，這意味著填密件為單體結(jié)構(gòu)，其與閥桿26壓配組裝成閥元件組件22，之后再將該閥元件組件22安裝到閥體12中。填密件32優(yōu)選但不一定由全氟烷氧基(PFA)材料制成，并可通過傳統(tǒng)的機(jī)加工或模制工藝來制造。其它用于填密件32的適當(dāng)材料包括但不限于超高分子量聚乙烯、PTFE(聚四氟乙烯)和PTFE的變體如帶填充物的PTFE、聚醚醚酮(PEEK)、帶填充物的PFA或氟化乙烯丙烯共聚物。在一些應(yīng)用中，還希望將整體式填密件重疊模制在耳軸和球體上。
整體式填密件32通常是圓柱形，并包括一個(gè)中央的縱向孔50。該孔50相對(duì)于球體24和耳軸28，30的外徑的大小被加工成使其在室溫下可與之形成干涉配合，同時(shí)又可在室溫下利用合適的工具卡扣或壓配組裝在球體24和耳軸28，30上。如圖4A中最佳地示出，填密件的內(nèi)表面51形成有可與桿的外形、尤其是與球體24和耳軸28，30的外形大致相符的輪廓或外形。這樣，在閥元件為球形體的實(shí)施例中，內(nèi)表面51為大致球形，并且具有可與球體24形成干涉配合的尺寸。填密件30內(nèi)部的上部53和下部55為圓柱形，以分別與上、下耳軸28，30相符，并且其尺寸被適當(dāng)?shù)丶庸こ煽膳c上、下耳軸28，30形成干涉配合。然而應(yīng)當(dāng)注意，閥元件并不必是如圖所示的球體，而是可具有例如卵形“足球”形狀的其它輪廓，或者是適于特殊應(yīng)用的其它輪廓。圖6顯示了這種閥元件輪廓的一個(gè)例子。在這種情況下，可將填密件32制成為具有大致相符的輪廓。另外，在一些應(yīng)用中，在將桿安裝到填密件中之前，內(nèi)表面51不必嚴(yán)格地對(duì)應(yīng)于桿的形狀或輪廓，然而一旦將其最終壓配到閥體中，其將與桿的輪廓基本上相符，從而能充分地密封球體和耳軸。
填密件32還包括許多形成于填密件32的圓柱形壁54上的開口52a-d。這些成對(duì)的開口如52a/52d或52b/52c在直徑方向上彼此相對(duì)，從而與球體24的孔27a和27b同心地對(duì)齊。在所示的例子中，當(dāng)閥處于關(guān)閉位置時(shí)開口52b和52c與通道27對(duì)齊，當(dāng)閥處于打開狀態(tài)時(shí)開口52a和52d與通道27對(duì)齊。孔50的下端口50a也可用作通到形成于桿26上的底部安裝口的孔，其如圖5所示并將在后文中介紹。
對(duì)于在閥10處于打開位置時(shí)用于使流體流動(dòng)的開口(如圖4中的開口52a和52d)而言，可設(shè)置經(jīng)滑動(dòng)配合而插入到這些開口中的支撐環(huán)42，44。支撐環(huán)42，44分別包括通孔42a和44a，其用于在閥10處于打開位置時(shí)允許流體從中流過。支撐環(huán)42，44可在開口52的區(qū)域中支撐填密件32，以防止填密件被擠入到通道27或端口27a和27b中。為了增強(qiáng)這種效果，支撐環(huán)42，44可設(shè)有內(nèi)平面62，其在將支撐環(huán)安裝到填密件中時(shí)與X軸線大致對(duì)齊。這些平面提高了支撐環(huán)的剛性，從而提高了它們?cè)谳d荷下對(duì)填密材料的支撐。
各開口52a-d均可包括內(nèi)部的周向突起的凸緣64。這些凸緣可防止支撐環(huán)42，44在桿26旋轉(zhuǎn)時(shí)無意中接觸到球體24的外表面。
在特定的閥結(jié)構(gòu)(例如在二通閥只需要兩個(gè)開口52)中不需要使用多個(gè)開口52(例如開口52c或52b)時(shí)，這些不使用的開口都可用適當(dāng)?shù)谋P片或塞子60來堵住(圖4)。各盤片60均滑動(dòng)配合到其相應(yīng)的開口52中。盤片60支撐了填密件32，使其不會(huì)冷流擠壓和蠕變到通道27的區(qū)域中。
盤片60(以及支撐環(huán)42，44)可由任何適當(dāng)?shù)牟牧先绮讳P鋼制成，優(yōu)選但并不一定是彎曲的或形成為其它形狀，使其外表面與填密件32的外輪廓相符，而其內(nèi)表面與填密件32的內(nèi)輪廓相符(在所示實(shí)施例中應(yīng)當(dāng)注意的是，填密件32具有圓柱形的外表面輪廓，而其內(nèi)表面輪廓包括有球形部分和圓柱形部分)。盤片60安放于相應(yīng)開口52的內(nèi)凸緣64上，從而不會(huì)接觸到球體的表面。
為了將填密件32安裝到閥元件22上(不同于重疊模制工藝)，通過壓配合來將填密件32與整體式的球體和桿裝配在一起，填密件32卡扣或滑入到桿26上的適當(dāng)位置，并越過上耳軸28或下耳軸30以及球體24的外表面或直徑，其中球體的直徑必須大于耳軸28，30的直徑。如果填密件32的體積過大，那么在室溫下填密件32將過于剛硬且不易彎曲，以致于不能滑動(dòng)到球體24上的圖中所示位置處。根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)方面，將閥元件22機(jī)加工成使得球體24的直徑D1僅稍稍大于耳軸28，30的相應(yīng)直徑D2，D3(見圖3)中的任一個(gè)或全部。根據(jù)所選的閥設(shè)計(jì)，耳軸的直徑D2，D3可以相同或者不同。
在現(xiàn)有技術(shù)的球閥中，耳軸與球體的直徑比(D2/D1或D3/D1)通常是0.3-0.65。根據(jù)本發(fā)明，該比值應(yīng)當(dāng)優(yōu)選為約0.7到約0.9，最好是約0.70到約0.76。這一明顯更高的比值(相對(duì)球體的直徑增大了耳軸)顯著地減少了填密件32的質(zhì)量體積，這是因?yàn)槎S與閥腔20之間的間隙減少。填密件32的質(zhì)量體積的減少還使填密件32在室溫下更加柔韌，從而允許在室溫下將填密件32通過卡扣配合或壓配合而安裝在閥元件22上。由于球體24只是略大于耳軸28，30，因此在將閥元件22安裝到閥體12中之前，可在室溫下容易地將更加柔韌的填密件32安裝到閥元件22上。這便極大地簡(jiǎn)化了裝配工藝，從而降低了裝配時(shí)間和成本。
這里所用的用語“室溫”只是指填密材料在其性能如彈性特征方面不會(huì)顯著變化的溫度范圍。用于室溫裝配的示例性但非必須的范圍是約65-100°F。換句話說，“室溫”是指填密件基本上保持在其正常情況下而不會(huì)顯著改變其機(jī)械性能如其彈性的溫度范圍。
在這一點(diǎn)上應(yīng)當(dāng)注意的是，用于將整體式填密件設(shè)于閥桿/球體/耳軸元件上的另一工藝是將填密件重疊模制在適當(dāng)?shù)奈恢蒙?。換句話說，利用傳統(tǒng)的模制技術(shù)將填密件直接模制在桿上。重疊模制工藝消除了將填密件32滑入到桿上的適當(dāng)位置處的裝配步驟。然而，通過重疊模制在適當(dāng)位置處的整體式填密件也可以實(shí)現(xiàn)會(huì)導(dǎo)致填密件質(zhì)量體積減小的本發(fā)明的其它優(yōu)點(diǎn)和方面。
下面接著介紹閥10的結(jié)構(gòu)，在閥填密件32的上表面的軸向附近處設(shè)有填密件壓蓋34。這種填密件壓蓋34例如可由不銹鋼制成，其用來幫助在溫度升高時(shí)抑制填密件32，還用作對(duì)填密件32提供動(dòng)載荷的推力墊圈。壓蓋34的內(nèi)徑與上耳軸28的外徑D2之間的直徑間隙以及壓蓋34的外徑與閥腔20的直徑之間的直徑間隙均受到控制，以便使壓蓋34可抑制填密件32，從而降低或減少在溫度升高時(shí)的蠕變或擠壓，并且還用作對(duì)填密件32加載的推力墊圈。多個(gè)盤簧36或其它適當(dāng)?shù)募虞d件軸向地堆疊起來(參照桿26的縱向軸線X)，并且壓在壓蓋34上。負(fù)載件36對(duì)壓蓋34和填密件32施加動(dòng)載荷，從而可在較高和較低的溫度下維持對(duì)填密件32的充分密封壓縮?！皠?dòng)載荷”指當(dāng)閥在高于或低于室溫或環(huán)境溫度下工作時(shí)，負(fù)載件36可持續(xù)地對(duì)壓蓋34和填密件32施加載荷力。通過帶螺紋的填密螺栓38便可壓縮負(fù)載件36并將其保持在適當(dāng)?shù)奈恢?，該螺?8通過螺紋來安裝在閥體12的上部或桿容納延伸部分12a上。
下耳軸30在填密件32的底部32a之下軸向地延伸到形成于閥體12中的沉孔40內(nèi)。在下耳軸30和沉孔40的直徑之間優(yōu)選具有緊密的間隙配合。這種緊密的間隙配合有助于抑制填密件32下部的蠕變或擠壓，保持填密件32和球體24之間的接觸應(yīng)力，并且保持填密件32和閥腔20的粗糙表面(例如通過噴砂處理而變得粗糙)之間的接觸應(yīng)力，以防止在閥的動(dòng)作期間填密件32在閥體12內(nèi)旋轉(zhuǎn)。對(duì)填密件下部32a的抑制降低了填密件在非環(huán)境溫度和特別低的溫度下的應(yīng)力弛豫。填密件的上部和下部的抑制特征允許閥元件22軸向地運(yùn)動(dòng)，以補(bǔ)償填密件32在熱循環(huán)中的膨脹和收縮。
當(dāng)閥10處于完全打開的位置時(shí)，填密件32的開口52a和52d分別與球體流體通道的桿孔27a和27b同心地對(duì)齊。在孔27a和27b處，止動(dòng)環(huán)或支撐環(huán)42，44以及盤片60分別定位在填密件32的開口52a-d中并有助于抑制填密件32，以防止填密材料擠入到球體的通道27以及孔27a和27b中。
閥如下所述地進(jìn)行裝配。在適當(dāng)?shù)臅r(shí)候?qū)⒅苇h(huán)42，44和盤片60插入到填密件32的開口52a-d中。這樣，支撐環(huán)和盤片還可在裝配工藝期間有助于支撐填密件32。然后如上所述地將填密件32安裝在閥桿26上。將包括球體/桿24/26、整體式填密件32和支撐環(huán)42，44(以及如有需要將使用的盤片60)在內(nèi)的閥元件組件22安裝在閥體12的閥腔20中。在將組件22插入到閥體中時(shí)，可使用適當(dāng)?shù)墓ぞ邅韺?duì)齊并壓縮組件22。壓蓋34和載荷件36可在將閥元件組件安裝到閥體12中之前安裝到填密件32上，或在將閥元件組件安裝到閥體中之后進(jìn)行安裝。然后將填密螺栓38擰入到閥桿的延伸部分12a中，以便完成裝配。螺栓38可擰緊到適當(dāng)?shù)呐ぞ鼗蛞欢ǖ娜?shù)，以便在填密件32上作用所需的載荷。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，減小填密件的體積或構(gòu)成整體式填密件的材料的量可通過降低填密件高度(圖3中“H”)與填密件外徑D4的比值(H/D4)來實(shí)現(xiàn)。在圖3中，填密件高度標(biāo)為“H”。這便可通過與上文所述的增大耳軸與球體直徑之比相類似的方式來減少用于填密件32的填密材料。由于只需少量的填密材料便可充分地密封該閥，因此在高溫和低溫以及熱循環(huán)下因溫度變化而引起的負(fù)面影響均減少。在典型的現(xiàn)有技術(shù)的球閥中，填密件高度與填密件外徑的比值處于0.9到1.1的范圍內(nèi)，而在本發(fā)明中，填密件高度與填密件外徑的比值為約0.75到約0.85，最佳值為約0.8。相對(duì)于采用傳統(tǒng)的耳軸直徑與球體直徑之比或填密件高度與填密件外徑之比的現(xiàn)有技術(shù)的球閥而言，控制這些比值的整體效果是將填密件體積減少了約15％到約50％，從而提供了顯著提高的熱性能。
應(yīng)當(dāng)注意的是，這里所介紹的各個(gè)比值可根據(jù)閥的尺寸而變化，這是很重要的。例如，這里用于D3/D1的示例性比值范圍是為用于1/4英寸管道系統(tǒng)的球閥元件而設(shè)計(jì)的。根據(jù)本發(fā)明，可對(duì)比值D2/D1或D3/D1進(jìn)行選擇，使其可促進(jìn)在室溫下將填密件裝配到閥元件上。此外，還可對(duì)H/D4的比值進(jìn)行選擇，使其可減少填密件的體積并從而提高熱性能。
擴(kuò)大耳軸的構(gòu)思為填密件32提供了可傳遞到填密件下部中的更有效的動(dòng)載荷。在現(xiàn)有技術(shù)的小耳軸設(shè)計(jì)中，大部分垂直載荷均由閥桿的球體部分24來承受。相比而言，帶有擴(kuò)大的耳軸直徑的本發(fā)明將動(dòng)載荷集中成朝向填密件加載，并將該載荷和所導(dǎo)致的填實(shí)密封應(yīng)力傳遞到填密件的下部，從而提供了分布得均勻得多且有效得多的載荷應(yīng)力，以便保持密封。
申請(qǐng)人已經(jīng)發(fā)現(xiàn)，在某些情況下支撐環(huán)42，44可能會(huì)在填密件使用之后因裝配過程中所產(chǎn)生的熱膨脹或過大載荷而被垂直地壓碎。根據(jù)本發(fā)明，通過在支撐環(huán)42，44的內(nèi)徑上提供垂直平面62，就可實(shí)現(xiàn)針對(duì)垂直破碎的提高的阻力。該平面應(yīng)當(dāng)與閥10的中心線(圖中的X軸)垂直地對(duì)齊。這些平面也可用作定位導(dǎo)向結(jié)構(gòu)，以保證支撐環(huán)在安裝期間的正確定向。在盤片60上可使用凹槽或其它的適當(dāng)標(biāo)記63，以保證盤片60的正確定向。
為了防止桿孔27a和27b的邊緣在閥的動(dòng)作(球體旋轉(zhuǎn))過程中夾住填密材料，可在各桿孔27a，27b的周圍設(shè)置折邊(edge break)，這是優(yōu)選但非必須的。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，應(yīng)當(dāng)注意的是，桿26和整體式球體24在軸向上(沿著X軸)沒有受到動(dòng)載荷盤簧36和下方沉孔40的約束。因此，桿26可在會(huì)導(dǎo)致填密件32產(chǎn)生膨脹和收縮的溫度變化下自由地移動(dòng)。這有助于在填密件32上維持一致且有效的載荷。
圖5顯示了結(jié)合有本發(fā)明的閥68的另一實(shí)施例。在該示例中，在球體24中形成有與第三接頭70流體式相通的底部端口(未示出)。閥的其它元件與上述實(shí)施例中的相同。
在上文中已經(jīng)參照優(yōu)選實(shí)施例介紹了本發(fā)明。通過閱讀和理解本說明書，他人能夠構(gòu)思出許多修改和變化。只要落入于所附權(quán)利要求或其等同物的范圍內(nèi)，所有這些修改和變化都應(yīng)被包括在本發(fā)明中。
權(quán)利要求
1.一種閥，包括其中具有閥腔的閥體；閥元件，其可根據(jù)所述閥元件圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)位置來控制通過所述閥的流動(dòng)；和圍繞著所述閥元件并將所述閥元件密封在所述閥腔內(nèi)的整體式填密件；所述整體式填密件的尺寸制成為適于在室溫范圍內(nèi)安裝到所述閥元件上。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述室溫范圍為約65-100°F。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述填密件具有由高度H和外徑D4所限定的大致圓柱形的外表面，所述填密件具有為約0.75到約0.85的比值H/D4。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的閥，其特征在于，所述比值H/D4為約0.8。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述閥元件包括球體和相鄰的上、下耳軸；所述球體具有外徑D1，所述耳軸中的至少其中之一具有外徑D3；所述閥元件具有為約0.7到約0.9的比值D3/D1。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的閥，其特征在于，所述比值D3/D1為約0.8。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述填密件具有由高度H和外徑D4所限定的大致圓柱形的外表面，所述填密件具有為約0.75到約0.85的比值H/D4；所述閥元件包括球體和相鄰的上、下耳軸；所述球體具有外徑D1，所述耳軸中的至少其中之一具有外徑D3；所述閥元件具有為約0.7到約0.9的比值D3/D1。
8.根據(jù)權(quán)利要求7所述的閥，其特征在于，所述比值H/D4為約0.8，所述比值D3/D1為約0.8。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述填密件包含聚合物。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的閥，其特征在于，所述聚合物選自聚四氟乙烯(PTFE)、聚乙烯、聚醚醚酮(PEEK)和氟化乙烯丙烯共聚物。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述閥元件包括非球形的流量控制件。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，所述填密件具有內(nèi)表面，在將所述填密件加載到所述閥體中之前，當(dāng)將所述填密件安裝在所述閥元件之上時(shí)，所述內(nèi)表面可與所述閥元件形成干涉配合。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的閥，其特征在于，在將所述填密件加載到所述閥腔中之前，當(dāng)將所述填密件安裝在所述閥元件上并插入到所述閥腔內(nèi)時(shí)，所述填密件可與所述閥腔形成干涉配合。
14.一種裝配閥的方法，包括步驟形成適于將閥元件密封在閥腔內(nèi)的整體式填密件；和在所述填密件的機(jī)械性能基本上無變化的溫度范圍內(nèi)，將所述填密件安裝到所述閥元件上。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述形成所述填密件的步驟包括機(jī)加工所述填密件的步驟。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的方法，其特征在于，所述溫度范圍選擇成使得所述填密材料的機(jī)械性能與所述填密材料在70°F下的機(jī)械性能相比基本上沒有變化。
17.一種閥，包括其中具有閥腔的閥體；閥元件，其可根據(jù)所述閥元件圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)位置來控制通過所述閥的流動(dòng)；和圍繞著所述閥元件并將所述閥元件密封在所述閥腔內(nèi)的填密件；以及所述閥元件包括球體和相鄰的上、下耳軸；所述球體具有外徑D1，所述耳軸中的至少其中之一具有外徑D3；所述閥元件具有為約0.7到約0.9的比值D3/D1。
18.根據(jù)權(quán)利要求17所述的閥，其特征在于，所述填密件具有由高度H和外徑D4所限定的大致圓柱形的外表面，所述填密件具有為約0.75到約0.85的比值H/D4。
19.根據(jù)權(quán)利要求17所述的閥，其特征在于，所述填密件包含選自PFA、帶填充物的PFA、聚四氟乙烯(PTFE)、帶填充物的PTFE、聚乙烯、聚醚醚酮(PEEK)和氟化乙烯丙烯共聚物的聚合物。
20.根據(jù)權(quán)利要求17所述的閥，其特征在于，所述填密件的尺寸制成為適于在低于所述填密件會(huì)產(chǎn)生變形的溫度下安裝到所述閥元件上。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的閥，其特征在于，所述溫度為室溫。
22.根據(jù)權(quán)利要求17所述的閥，其特征在于，所述填密件為整體式填密件。
23.根據(jù)權(quán)利要求17所述的閥，其特征在于，所述填密件重疊模制在所述閥元件上。
24.一種閥，包括其中具有閥腔的閥體；閥元件，其可根據(jù)所述閥元件圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)位置來控制通過所述閥的流動(dòng)；和圍繞著所述閥元件并將所述閥元件密封在所述閥腔內(nèi)的填密件；以及所述閥元件包括球體和相鄰的上、下耳軸；所述填密件具有由高度H和外徑D4所限定的大致圓柱形的外表面，所述填密件具有為約0.75到約0.85的比值H/D4。
25.根據(jù)權(quán)利要求24所述的閥，其特征在于，所述球體具有外徑D1，所述耳軸中的至少其中之一具有外徑D3；所述閥元件具有為約0.7到約0.9的比值D3/D1。
26.根據(jù)權(quán)利要求24所述的閥，其特征在于，所述填密件為整體式填密件。
27.根據(jù)權(quán)利要求24所述的閥，其特征在于，所述填密件為多件式填密件。
28.根據(jù)權(quán)利要求24所述的閥，其特征在于，所述填密件在室溫下安裝到所述閥元件上。
29.一種閥元件和整體式填密件的組合體，其中所述填密件在室溫下安裝到所述閥元件上。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的組合體，其特征在于，所述閥元件包括球體和閥桿，以及至少一個(gè)與所述球體相鄰的耳軸。
31.一種閥，包括其中具有閥腔的閥體；閥元件，其可根據(jù)所述閥元件圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)位置來控制通過所述閥的流動(dòng)；和圍繞著所述閥元件并將所述閥元件密封在所述閥腔內(nèi)的填密件；所述閥元件包括球體和相鄰的上、下耳軸；所述球體具有外徑D1，所述耳軸中的至少其中之一具有外徑D3；所述閥元件具有可便于在室溫下將所述填密件安裝到所述閥元件上的比值D3/D1。
32.一種閥，包括其中具有閥腔的閥體；閥元件，其可根據(jù)所述閥元件圍繞軸線的旋轉(zhuǎn)位置來控制通過所述閥的流動(dòng)；和圍繞著所述閥元件并將所述閥元件密封在所述閥腔內(nèi)的填密件；所述閥元件包括球體和相鄰的上、下耳軸；所述閥腔的尺寸適于緊密地容納所述閥元件，同時(shí)允許所述閥元件軸向地運(yùn)動(dòng)以補(bǔ)償所述填密件上的溫度效應(yīng)。
33.根據(jù)權(quán)利要求32所述的閥，其特征在于，所述閥腔包括直徑減小的孔，其容納了所述下耳軸并可防止填密材料蠕變到所述下耳軸的下方。
34.根據(jù)權(quán)利要求32所述的閥，其特征在于，所述填密件承受到動(dòng)載荷。
全文摘要
一種球閥，包括閥元件(22)和可將該閥元件密封在閥腔(20)內(nèi)的整體式填密件(32)。這種整體式填密件在室溫下安裝在閥元件上，或者模制在閥元件上。該閥元件可包括流量控制件，例如球體(24)以及上耳軸(28)和下耳軸(30)?？梢赃x擇閥元件和填密件的各種尺寸以便于在室溫下進(jìn)行裝配，并顯著地減少填密材料的體積，從而提高閥在更寬的溫度范圍和額定壓力下的性能。
文檔編號(hào)F16K5/06GK1643278SQ03805885
公開日2005年7月20日 申請(qǐng)日期2003年1月17日 優(yōu)先權(quán)日2002年1月18日
發(fā)明者J·S·蒂姆科, T·A·利普茨, E·M·克瓦達(dá), B·J·弗里, J·E·戈奇 申請(qǐng)人:斯瓦戈洛克公司