專利名稱：用于球閥的閥座和采用該閥座的球閥的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種用于球閥的閥座和采用該閥座的球閥。
背景技術(shù)：
球閥廣泛應(yīng)用于各種流體傳送系統(tǒng)比如制冷系統(tǒng)中。除了其它指標(biāo)之外，球閥防 內(nèi)漏性能的好壞是評(píng)價(jià)其質(zhì)量?jī)?yōu)劣的一項(xiàng)重要指標(biāo)。球閥內(nèi)漏的流體雖然未流到外部，但 其危害亦不可忽視。若球閥發(fā)生內(nèi)漏，輕則影響產(chǎn)品的質(zhì)量，重則由于滲漏釀成惡性事故。圖1是透視圖，其以用于制冷系統(tǒng)中的球閥為例圖示了球閥的通常結(jié)構(gòu)。如圖1 所示，球閥100包括閥體2、與閥體一端連接的尾體1、設(shè)置于閥腔中的、作為啟閉件的球體 5、用以驅(qū)動(dòng)球體轉(zhuǎn)動(dòng)的閥桿3以及設(shè)置在閥腔中位于球體5軸向兩端的閥座4，其中閥座4 主要承擔(dān)球閥的內(nèi)漏密封功能。球體5上形成有凹槽7和貫穿孔8，而閥桿3的一端形成有 與凹槽7相適配并插裝于該凹槽中的柄部。在球閥的操作過(guò)程中，通過(guò)閥桿3來(lái)驅(qū)動(dòng)球體 5，使之在關(guān)閉位置與打開(kāi)位置之間切換。圖2是一局部剖面視圖，具體圖示了閥座4與球體5在閥腔中的配置結(jié)構(gòu)。如圖2 詳細(xì)所示，球體5兩端支承在閥座4上，在球體5處于關(guān)閉位置上時(shí)，借助于球體5與閥座 4之間的緊密貼合實(shí)現(xiàn)內(nèi)漏密封。為了實(shí)現(xiàn)球體5與閥座4之間的密封，在傳統(tǒng)的球閥設(shè)計(jì)中所采用的方案是在初 始狀態(tài)預(yù)緊力以及/或者流體壓力的作用下，使球體與閥座壓緊，并使閥座產(chǎn)生塑性變形 而達(dá)到密封。其密封效果取決于閥座在流體壓力以及/或者預(yù)緊力的作用下，能夠補(bǔ)償球 體不圓度和球體表面以及/或者閥座表面微觀不平度的程度。因此傳統(tǒng)的做法是，為了得 到較好的密封，而使閥座產(chǎn)生較大的塑性變形，由此帶來(lái)的負(fù)面影響是由此會(huì)產(chǎn)生較大的 運(yùn)作扭力。而且伴隨球閥運(yùn)作時(shí)間的加長(zhǎng)，閥座產(chǎn)生磨損，內(nèi)漏密封效果會(huì)逐漸變差，以致 失效。在傳統(tǒng)技術(shù)中，所采用的閥座為剛性密封閥座。圖3圖示了球體下端無(wú)固定支承 而以浮動(dòng)方式設(shè)置的球閥。在球閥關(guān)閉時(shí)，在入口端介質(zhì)壓力的作用下，球體將離開(kāi)入口端 密封閥座而產(chǎn)生一定的位移量S，并壓緊在出口端密封閥座上使之產(chǎn)生變形32，從而使 介質(zhì)在出口端密封閥座受到阻截。即浮動(dòng)式球閥實(shí)際上在關(guān)閉時(shí)由出口端密封閥座發(fā)揮密 封作用，而入口端密封閥座與球體間保持一很小的浮動(dòng)間隙S 1，因此基本上不產(chǎn)生密封作 用。當(dāng)球閥在小開(kāi)度工作時(shí)，如圖4所示，由于入口端與出口端的壓差Δρ，使得入口 側(cè)閥座的上部產(chǎn)生偏轉(zhuǎn)(為了便于說(shuō)明，產(chǎn)生的偏轉(zhuǎn)在圖中被夸大了)，壓差Δρ波動(dòng)時(shí)就 容易引起閥的振動(dòng)，這就是雙閥座球閥基本上不用于小開(kāi)度工作的原因。為了保證球閥在介質(zhì)工作壓力較低時(shí)的密封性，球體和密封閥座之間必須形成一 定的預(yù)緊比壓。在剛性密封閥座中，球閥工作的可靠性和使用壽命，取決于正確選擇密封閥 座的預(yù)壓縮量。預(yù)壓縮量不足，不能保證球閥的低壓密封性；而如果預(yù)壓縮量過(guò)大，則會(huì)導(dǎo) 致球體與密封閥座之間的摩擦力矩增加，從而影響球閥的動(dòng)作性能，并可能引起密封閥座的塑性變形，導(dǎo)致密封失效。從上可知，剛性密封閥座預(yù)壓縮量的大小將直接影響到球閥 內(nèi)漏密封的可靠性。此外，閥座的加工誤差也會(huì)影響到密封的效果，所以在剛性密封閥座設(shè) 計(jì)及使用中，合理的裝配與調(diào)整是獲得良好密封性的關(guān)鍵。同時(shí)，在使用中，密封閥座磨損 后，預(yù)緊比壓的自動(dòng)調(diào)節(jié)能力很差或者幾乎沒(méi)有，因此剛性密封閥座球閥的使用壽命相對(duì) 較短
發(fā)明內(nèi)容
如上所述，在傳統(tǒng)的球閥設(shè)計(jì)中，為了實(shí)現(xiàn)可靠的內(nèi)漏密封，所采用的方案是在 初始狀態(tài)預(yù)緊力或流體壓力的作用下，使球體與閥座壓緊，并使閥座產(chǎn)生塑性變形而達(dá)到 密封。然而，采用傳統(tǒng)的防內(nèi)漏密封方案，其不能很好地解決防內(nèi)漏密封效果與球閥動(dòng)作性 能之間的矛盾；而且傳統(tǒng)的球閥不具有對(duì)內(nèi)漏密封的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能，因此伴隨球閥運(yùn)作時(shí) 間的加長(zhǎng)，閥座產(chǎn)生磨損，內(nèi)漏密封效果會(huì)逐漸變差以致失效。因此，業(yè)內(nèi)存在對(duì)成本低、密封性能好、壽命長(zhǎng)的球閥的需求。為此，本發(fā)明的目的是提供一種球閥閥座，其能夠?qū)崿F(xiàn)良好的內(nèi)漏密封效果且使 用壽命長(zhǎng)。本發(fā)明的另一目的是提供一種球閥閥座，其能夠充分利用流體壓力自身改善內(nèi)漏 密封。本發(fā)明的另一目的是提供一種球閥閥座，其能夠?qū)?nèi)漏密封進(jìn)行動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，進(jìn)而 改善密封效果。本發(fā)明的另一目的是提供一種球閥，其具有良好的內(nèi)漏密封效果、可減小球閥的 運(yùn)作扭矩，且使用壽命長(zhǎng)、便于操作。為實(shí)現(xiàn)上述目的，根據(jù)本發(fā)明第一方面，提供了一種用于球閥的閥座，該閥座呈環(huán) 形并包括第一軸向環(huán)形端面；第二軸向環(huán)形端面；徑向內(nèi)表面；以及徑向外表面；其中，所述徑向內(nèi)表面包括適于與作為啟閉件的球體接觸的接觸表面，且其中所 述閥座具有下述結(jié)構(gòu)特征中的至少一項(xiàng) a.所述第一軸向環(huán)形端面上設(shè)置有環(huán)形突起，該環(huán)形突起位于所述第一軸向環(huán)形 端面的徑向內(nèi)端與徑向外端之間；b.所述徑向外表面上形成有自所述徑向外表面沿徑向向內(nèi)延伸的環(huán)形槽，該環(huán)形 槽包括位于第一軸向環(huán)形端面一側(cè)的第一壁面和位于第二軸向環(huán)形端面一側(cè)的第二壁面， 在所述徑向內(nèi)表面的適于與球體接觸的所述接觸表面與所述環(huán)形槽的第二壁面之間形成 環(huán)形裙部，在所述環(huán)形裙部上形成有貫穿通道，該貫穿通道流體聯(lián)通所述環(huán)形裙部軸向兩 側(cè)的空間。優(yōu)選地，所述貫穿通道是在所述環(huán)形裙部的徑向外表面上形成的軸向開(kāi)槽。優(yōu)選地，在所述環(huán)形裙部的徑向外表面與第二軸向環(huán)形端面之間的交接部位處形 成環(huán)形臺(tái)階，該環(huán)形臺(tái)階的徑向尺寸大于或等于所述開(kāi)槽的徑向深度。
優(yōu)選地，所述閥座由純特氟隆制成，該特氟隆優(yōu)選地是PTFE1700。優(yōu)選地，所述環(huán)形突起的橫截面呈半圓形。優(yōu)選地，所述環(huán)形槽的第二壁面自徑向內(nèi)側(cè)向徑向外側(cè)朝向所述第二軸向環(huán)形端 面傾斜。優(yōu)選地，所述徑向內(nèi)表面的適于與球體接觸的接觸表面由第一圓錐面以及接續(xù)于 第一圓錐面的第二圓錐面構(gòu)成。優(yōu)選地，所述閥座的第一軸向端面上、于環(huán)形突起徑向內(nèi)側(cè)形成有環(huán)槽，彈性元件 配裝在該環(huán)槽中，使閥座的位于環(huán)槽兩側(cè)的部分在彈性元件的彈力作用下形成外張傾向。 優(yōu)選地，所述彈性元件為板簧。 優(yōu)選地，所述環(huán)槽橫截面呈U形或V形，而所述板簧橫截面呈相對(duì)應(yīng)的U形或V形。優(yōu)選地，所述環(huán)槽自徑向內(nèi)側(cè)向徑向外側(cè)朝向所述第二軸向環(huán)形端面傾斜。優(yōu)選地，所述板簧還包括位于徑向內(nèi)側(cè)的、基本與閥座的軸向垂直的環(huán)形平板部 分，而所述閥座的第一軸向端面上形成有通向所述環(huán)槽的下凹部，所述環(huán)形平板部分配裝 于該下凹部中。根據(jù)本發(fā)明另一方面，提供了一種球閥，包括作為啟閉件的球體以及設(shè)置在該球 體兩側(cè)的閥座，其中，所述閥座中的至少一個(gè)閥座是根據(jù)本發(fā)明第一方面所述的閥座。優(yōu)選地，所述球閥是用于制冷系統(tǒng)的球閥。采用本發(fā)明的技術(shù)方案，能夠充分利用流體壓力自身改善內(nèi)漏密封；通過(guò)采用閥 座裙邊超靜定的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，有助于系統(tǒng)壓力波動(dòng)時(shí)閥座剛度的增加；當(dāng)系統(tǒng)內(nèi)部比壓變化 時(shí)，本發(fā)明的球閥具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能而能夠自適應(yīng)地調(diào)節(jié)密封模式，內(nèi)漏密封穩(wěn)定，使用壽 命長(zhǎng)；并能夠?qū)崿F(xiàn)系統(tǒng)自動(dòng)泄壓、運(yùn)作扭矩較小且成本低。
下面結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明，其中圖1是透視圖，其以用于制冷系統(tǒng)中的球閥為例圖示了球閥的通常結(jié)構(gòu)；圖2是局部剖面視圖，圖示了閥座與球體在閥腔中的配置結(jié)構(gòu)；圖3是局部剖面視圖，圖示了球體下端無(wú)固定支承而以浮動(dòng)方式設(shè)置的、配設(shè)有 剛性閥座的傳統(tǒng)球閥；圖4圖示了圖3中的球閥在小開(kāi)度工作時(shí)的情形；圖5A和5B是球閥的軸向剖面視圖，分別圖示了球閥的全開(kāi)工作狀態(tài)和全關(guān)工作 狀態(tài)；圖6A是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能的球閥密封閥座的透視 圖；圖6B是圖6A所示的閥座的軸向剖面視圖；圖6C是圖6B中部分A的局部放大視圖；圖7A為局部剖面視圖，圖示了在球閥入口端和出口端流體壓力相等的情況下本 發(fā)明閥座提高內(nèi)漏密封的原理；圖7B為示意圖，圖示了閥座在流體壓力作用下，閥座以硬支點(diǎn)為支點(diǎn)產(chǎn)生的彎曲 變形情況；
圖7C為圖7A中部分B的放大視圖，圖示了在組裝前和組裝后硬支點(diǎn)與尾體端面 之間的不同接觸狀態(tài)；圖8A是類似于圖7A的視圖，圖示了本發(fā)明閥座提高內(nèi)漏密封的原理；圖8B為示意圖，圖示了閥座在流體壓力作用下，閥座以硬支點(diǎn)為支點(diǎn)產(chǎn)生的變形 情況；圖9A圖示了在硬支點(diǎn)已經(jīng)和尾體脫離的情況下，球體相對(duì)于閥座以及閥座相對(duì) 于閥體之間的位置關(guān)系；圖9B圖示了在硬支點(diǎn)已經(jīng)和尾體脫離的情況下，本發(fā)明閥座提高內(nèi)漏密封的原 理；
圖9C是示意圖，圖示了閥座在流體壓力作用下，閥座各部分產(chǎn)生的變形情況；圖IOA是局部剖面視圖，圖示了根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能 的球閥密封閥座；以及圖10B-10F是局部剖面視圖，分別圖示了彈性元件的各種改型實(shí)施例。
具體實(shí)施例方式下面將參照附圖結(jié)合各項(xiàng)優(yōu)選實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行詳細(xì)的說(shuō)明。在此，應(yīng)當(dāng)指出， 本發(fā)明的實(shí)施例僅僅是示例性的，其僅用于說(shuō)明本發(fā)明的原理而非限制本發(fā)明。在下面的描述中，相同或相類似的結(jié)構(gòu)部件在所有附圖中將賦予相同的附圖標(biāo)記。對(duì)于球閥，作為啟閉件的球體5在結(jié)構(gòu)上已經(jīng)定型而幾乎沒(méi)有改進(jìn)的余地。因此， 閥座的結(jié)構(gòu)和制作材料對(duì)球閥的內(nèi)漏密封效果起著至關(guān)重要的作用。因此，本發(fā)明旨在提 供一種改進(jìn)的閥座結(jié)構(gòu)并配合閥座材料的選用，來(lái)實(shí)現(xiàn)一種具有優(yōu)良內(nèi)漏密封效果的閥 座，并進(jìn)而提供一種具有優(yōu)良內(nèi)漏密封效果的球閥。球閥通常處于兩種工作狀態(tài)全開(kāi)工作狀態(tài)和全關(guān)工作狀態(tài)，圖5A和5B圖示了該 兩種工作狀態(tài)。除了這兩種工作狀態(tài)以外，如果球閥在小開(kāi)度工作時(shí)，因?yàn)榍蜷y內(nèi)部仍舊有 小流量液體，所以不存在內(nèi)漏密封的問(wèn)題。首先參見(jiàn)圖6A-6C，其中圖6A是根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能 的球閥密封閥座的透視圖；圖6B是圖6A所示的閥座的軸向剖面視圖；而圖6C是圖6B中部 分A的局部放大視圖。作為制造本發(fā)明閥座的材料，可選用PTFE、橡膠、碳纖維、石棉、石墨、陶瓷纖維、諸 如鈷基合金等金屬以及其它適于此目的的材料，其中特氟隆是用于制造閥座的較為優(yōu)選的 材料。在球閥用作制冷球閥時(shí)，優(yōu)選地選用純特氟隆、例如PTFE1700等，因?yàn)槠淠透g、與 制冷劑兼容性好、摩擦阻力低且密封性能好。下面參照?qǐng)D6A-6C來(lái)詳細(xì)說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第一優(yōu)選實(shí)施例的具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能 的球閥密封閥座的結(jié)構(gòu)。如圖6A-6C所示，以附圖標(biāo)記4表示的閥座整體上呈軸對(duì)稱的環(huán)形形狀，包括在圖 中位于上部的第一軸向端面11、位于下部的第二軸向端面12、徑向內(nèi)表面13以及徑向外表 面14。徑向內(nèi)表面13包括與第一軸向端面11相鄰的圓柱面131、接續(xù)于圓柱面131的第 一圓錐面132以及接續(xù)于第一圓錐面132的第二圓錐面133，由第一圓錐面132和第二圓錐面133構(gòu)成的復(fù)合表面用作與球體5接觸的接觸表面。在圖示的實(shí)施例中，復(fù)合表面包括 兩個(gè)圓錐面，但對(duì)業(yè)內(nèi)人士顯而易見(jiàn)的是，復(fù)合表面并非必須由兩個(gè)圓錐面構(gòu)成，由三個(gè)或 更多個(gè)圓錐面構(gòu)成的復(fù)合表面同樣是可行的。此外，接觸表面也不限于由若干圓錐面構(gòu)成， 其也可以由單一曲面構(gòu)成，或形成為由若干曲面構(gòu)成的復(fù)合曲面。如圖所示，在第一軸向端面11上形成有環(huán)形突起111，該環(huán)形突起可以用作杠桿 支點(diǎn)(下文將予以詳細(xì)說(shuō)明)，并在下文中稱為硬支點(diǎn)。硬支點(diǎn)的橫截面呈半圓形，其半徑 R不局限于特定的取值，而是可根據(jù)實(shí)際需要(初始內(nèi)漏量、球閥運(yùn)轉(zhuǎn)扭力的大小、系統(tǒng)的 工作壓力等)進(jìn)行選取。以制冷系統(tǒng)為例，在工作壓力為20bar時(shí)，R的取值優(yōu)選為0. 3mm 左右。雖然硬支點(diǎn)的橫截面優(yōu)選地呈半圓形，但其它截面形狀，比如半橢圓形以及其它曲面 形狀也可采用。硬支點(diǎn)距圓柱面131之間的徑向距離Ll與圓柱面131與徑向外表面14之 間的徑向距離L的比值L1/L的大小不局限于特定的取值，而是可根據(jù)具體應(yīng)用場(chǎng)合例如設(shè) 計(jì)初始的內(nèi)漏量、球閥運(yùn)轉(zhuǎn)扭力的大小以及系統(tǒng)內(nèi)部壓力的大小等確定，因此其優(yōu)選值因 具體應(yīng)用場(chǎng)合而異，在申請(qǐng)人的試驗(yàn)產(chǎn)品中選用值為L(zhǎng)1/L = 1/3。在徑向外表面14上形成有環(huán)形槽141，環(huán)形槽141的橫截面呈錐形，其橫截面尺寸 朝向閥座4的軸心逐漸變窄。在圖示的實(shí)施例中，環(huán)形槽141包括與第一軸向端面11相鄰 的第一壁面145和與第二軸向端面12相鄰 的第二壁面146，以及底面147。其中，第一壁面 145基本上平行于第一軸向端面11，而第二壁面146相對(duì)于第一壁面145傾斜一角度β，第 一壁面145與第二壁面146經(jīng)由底面147相互連接。優(yōu)選地，底面147為弧形曲面，由此可 降低應(yīng)力集中。其中，角度β并沒(méi)有特別的限定，考慮到加工的經(jīng)濟(jì)性，可例如選用45度 左右的角度，而且第一壁面145也可不平行于第一軸向端面11。此外，第一壁面145與第二 壁面146也不局限于平面，它們也可以是曲面。通過(guò)在閥座4的徑向外表面14上形成環(huán)形 槽141，限定了位于與球體5接觸的接觸表面與第二壁面146之間的環(huán)形裙部9。此外，如圖6A-6C所示，在環(huán)形裙部9的徑向外表面上形成有一開(kāi)槽91，該開(kāi)槽沿 軸向貫穿環(huán)形裙部9并具有徑向深度ξ，該開(kāi)槽的功用將在下文述及。開(kāi)槽91的徑向深 度ξ的大小不局限于特定的數(shù)值，可根據(jù)閥座4的徑向尺寸、閥座材料、系統(tǒng)的比壓等進(jìn)行 確定，通常選用的徑向深度ξ的尺寸為0. 3mm-lmm。這里需要指出，開(kāi)槽的數(shù)目不限于一 個(gè)，也可以是沿周向間隔開(kāi)設(shè)置的兩個(gè)或多個(gè)，而且開(kāi)槽結(jié)構(gòu)也不限于特定的形式，只要其 能獲得本發(fā)明的預(yù)期功能即可。作為一種選擇方案，可以在閥座4的徑向外表面14與第二軸向表面12之間的交 接部位形成一環(huán)形臺(tái)階92，該臺(tái)階的徑向尺寸大于或等于開(kāi)槽的徑向深度ξ，如圖6Β和6C 所示。概括起來(lái)，本發(fā)明第一實(shí)施例的閥座4的主要結(jié)構(gòu)特征體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面特征a 形成有環(huán)形裙部9，該環(huán)形裙部9具有密封補(bǔ)償功能；特征b:在環(huán)形裙部9的徑向外表面上形成有軸向貫穿的開(kāi)槽91，該開(kāi)槽允許流體 流出環(huán)形槽141所限定的空間而實(shí)現(xiàn)內(nèi)部瀉壓，并允許流體流入環(huán)形槽141所限定的空間， 從而一方面在動(dòng)壓下形成超靜定結(jié)構(gòu)增強(qiáng)閥座4的剛性，以及另一方面借助于流體壓力實(shí) 現(xiàn)環(huán)形裙部9的密封補(bǔ)償功能；特征c 在第一軸向端面11上形成有硬支點(diǎn)，用于內(nèi)漏密封的動(dòng)態(tài)補(bǔ)償，保證動(dòng)壓 狀態(tài)下增強(qiáng)密封。
下面結(jié)合附圖7-9說(shuō)明本發(fā)明球閥的密封原理。球閥主要工作在以下三種情況下(具體參見(jiàn)圖2)Pl = P2Pl > P2Pl < P21. Pl = P2 時(shí)請(qǐng)參見(jiàn)圖7A-7C，其中圖7A為局部剖面視圖，圖示了在球閥入口端和出口端流體 壓力相等的情況下，本發(fā)明閥座如何改善內(nèi)漏密封效果；圖7B為示意圖，圖示了閥座4在流 體壓力作用下，閥座4以硬支點(diǎn)為支點(diǎn)產(chǎn)生的彎曲變形情況；以及圖7C圖示了在組裝前和 組裝后硬支點(diǎn)與尾體1端面之間的接觸狀態(tài)組裝前狀態(tài)、組裝后一般受壓狀態(tài)以及過(guò)壓 狀態(tài)。如圖7A所示，由于在閥座4的第一軸向端面11上設(shè)置有硬支點(diǎn)111，在球閥的組 裝狀態(tài)下，在尾體1的軸向端面20與閥座4的第一軸向端面11之間產(chǎn)生了間隙δ。因此， 入口端的壓力流體進(jìn)入尾體1的軸向端面20與閥座4的第一軸向端面11之間的空間，從 而流體壓力Pl作用在閥座4的第一軸向端面11上(參見(jiàn)圖7Α)，迫使閥座4以硬支點(diǎn)為支 點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)(參見(jiàn)圖7Β)，使位于硬支點(diǎn)徑向內(nèi)側(cè)的部分進(jìn)一步擠壓球體5，增強(qiáng)了球閥的內(nèi)漏 密封。如上面背景技術(shù)部分所述，傳統(tǒng)球閥的內(nèi)漏密封由閥座4與球體5的初始擠壓產(chǎn) 生的彈塑性變形來(lái)決定。而采用本發(fā)明，通過(guò)硬支點(diǎn)的設(shè)計(jì)，增強(qiáng)了球閥的內(nèi)漏密封效果。 因此，一方面，在閥座4與球體5的初始擠壓產(chǎn)生的塑性變形一定的情況下，采用本發(fā)明技 術(shù)方案可顯著提高內(nèi)漏密封效果；以及另一方面，在獲得與傳統(tǒng)球閥相同內(nèi)漏密封效果的 情況下，可以減小閥座4與球體5的初始擠壓產(chǎn)生的彈塑性變形的量，從而以減小球閥的運(yùn) 作扭矩。此外，采用設(shè)計(jì)成弧形的硬支點(diǎn)，當(dāng)它在過(guò)壓縮時(shí)，會(huì)在過(guò)壓縮斜面上產(chǎn)生壓緊尾 體1的分力，從而可減少閥座4在運(yùn)行過(guò)程當(dāng)中的振動(dòng)，繼而減少運(yùn)行噪音，如圖7C所示。2. Pl > Ρ2在Pl > Ρ2的情況下，存在兩種情形(1)入口端硬支點(diǎn)沒(méi)有和尾體脫離；以及(2)入口端硬支點(diǎn)已和尾體脫離。下面首先參照?qǐng)D8Α-8Β說(shuō)明入口端硬支點(diǎn)沒(méi)有和尾體1脫離的情形。圖8Α類似于圖7Α，圖示了本發(fā)明閥座4如何改善內(nèi)漏密封效果；圖8Β為示意圖，圖示了閥座4在流 體壓力作用下，閥座4以硬支點(diǎn)為支點(diǎn)產(chǎn)生的變形情況。在入口端硬支點(diǎn)沒(méi)有和尾體1脫離的情況下，類似于以上說(shuō)明中Pl = Ρ2的情形， 流體壓力Pl作用在閥座4的第一軸向端面11上(參見(jiàn)圖8Α)，使得閥座4的位于硬支點(diǎn)兩 側(cè)的部分以硬支點(diǎn)為支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)(參見(jiàn)圖8Β)，迫使閥座4的位于硬支點(diǎn)徑向內(nèi)側(cè)的部分進(jìn)一 步擠壓球體5，增強(qiáng)了球閥的內(nèi)漏密封。下面參照?qǐng)D9A-9C說(shuō)明入口端硬支點(diǎn)已經(jīng)和尾體1脫離的情形。圖9Α圖示了在 硬支點(diǎn)已經(jīng)和尾體1脫離的情況下球體5相對(duì)于閥座4以及閥座4相對(duì)于閥體之間的位置 關(guān)系；圖9Β圖示了本發(fā)明的閥座4如何改善內(nèi)漏密封效果；以及圖9C圖示了閥座4在流體壓力作用下，閥座4各部分產(chǎn)生的變形情況。在入口端硬支點(diǎn)已和尾體1脫離的情況下，在尾體1與閥座4之間產(chǎn)生間隙以及 /或者在球體5與閥座4之間產(chǎn)生間隙δ ，如圖9A所示。系統(tǒng)入口端壓力流體Q經(jīng)由尾 體1與閥座4之間產(chǎn)生的間隙以及/或者在球體5與閥座4之間產(chǎn)生的間隙δ 1進(jìn)入閥腔 6，而進(jìn)入閥腔6的壓力流體擠壓出口端閥座，形成入口端閥座脫離而出口端閥座密封的形 態(tài)。也就是說(shuō)，在這種情況下，球閥內(nèi)漏密封由出口端閥座來(lái)承擔(dān)。如圖9Β具體所示，進(jìn)入閥腔6的系統(tǒng)入口端壓力流體Q經(jīng)由出口端閥座的環(huán)形裙 部9的開(kāi)槽91進(jìn)入環(huán)形槽141所限定的空間，而進(jìn)入環(huán)形槽141所限定的空間中的壓力流 體作用于環(huán)形槽141的第一壁面145和第二壁面146 (參見(jiàn)圖9Β)。作用于環(huán)形槽141的第 二壁面146的壓力迫使環(huán)形裙部9產(chǎn)生變形；而作用于環(huán)形槽141的第一壁面145的壓力 迫使硬支點(diǎn)更緊密地貼靠于尾體1的軸向端面20，并迫使閥座位于硬支點(diǎn)徑向兩側(cè)的部分 繞硬支點(diǎn)轉(zhuǎn)動(dòng)(參見(jiàn)圖9C)。作為其結(jié)果，使得閥座4的與球體5接觸的接觸表面更緊密地 貼靠于球體5，由此形成更強(qiáng)的內(nèi)漏密封性能。同時(shí)，因?yàn)榄h(huán)形裙部9的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)是一般的超靜定結(jié)構(gòu)，根據(jù)壓 桿失穩(wěn)條件，這時(shí) 閥座的剛性增加。3. Pl < Ρ2 時(shí)在Pl < Ρ2的情況下，其效果等效于Pl > Ρ2的情形，這里不再贅述。下面結(jié)合附圖10A-10F說(shuō)明根據(jù)本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能的 球閥密封閥座。本發(fā)明第二優(yōu)選實(shí)施例的具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能的球閥閥座的總體結(jié)構(gòu)與本發(fā) 明第一優(yōu)選實(shí)施例的具有動(dòng)態(tài)補(bǔ)償功能的球閥閥座的結(jié)構(gòu)基本相同，區(qū)別在于其還設(shè)置有 彈性元件來(lái)提高閥座的剛性。為了使球閥閥座能在更高比壓下工作，以彌補(bǔ)例如由諸如PTFE 1700等純聚四氟 乙烯材料制成的閥座的剛性不足，可以在閥座中增設(shè)彈性元件。圖10A-10F圖示了設(shè)置有 彈性元件的閥座。如圖IOA所示，在閥座4的第一軸向端面11上、于硬支點(diǎn)內(nèi)側(cè)形成有一環(huán)槽40， 環(huán)槽40包括彼此對(duì)置的一對(duì)側(cè)壁以及底壁；而一環(huán)形板簧形式的彈簧501配裝在該環(huán)槽 中。環(huán)形板簧501的橫截面呈U形，包括兩個(gè)對(duì)置的側(cè)部51以及連接兩個(gè)側(cè)部51的底部 52。在環(huán)形板簧501裝設(shè)于環(huán)槽40中的情況下，環(huán)形板簧501的底部52與環(huán)槽40的底壁 接觸，而環(huán)形板簧501的側(cè)部51分別彈性靠壓于環(huán)槽40的側(cè)壁。由此，使閥座4的位于環(huán) 槽40兩側(cè)的部分在環(huán)形板簧501的彈性力的作用下形成外張傾向。作為彈性元件的一種改型，還可以采用圖IOB所示的環(huán)形板簧502。圖IOB所示的 環(huán)形板簧502與圖IOA所示的環(huán)形板簧501的區(qū)別在于，圖IOB所示的環(huán)形板簧502還包 括與位于徑向內(nèi)側(cè)的側(cè)部51連接的環(huán)形平板部分53。為了與該種形式的環(huán)形板簧502相 適配，在閥座4的第一軸向端面11上形成有通向環(huán)槽的下凹部分60。此外，除了以上所述的環(huán)形板簧以外，還可以采用其他多種形式的環(huán)形板簧，圖 10C-F圖示了可以采用的不同形式的環(huán)槽以及與其相適配的環(huán)形板簧503、504、505、506的 一些其他實(shí)例。因此，通過(guò)在閥座中增設(shè)彈性元件，除了可彌補(bǔ)例如由聚四氟乙烯制成的閥座的 剛性不足之外，還可藉由彈性元件的彈性力補(bǔ)償由例如單一聚四氟乙烯材料制成的密封座變形能力不足的缺點(diǎn)，由此提高球閥密封的可靠性和使用壽命。在流體介質(zhì)壓力較低的情 況下，藉由彈簧較強(qiáng)的彈性變形能力，使例如由聚四氟乙烯制成的閥座在彈性元件彈性力 的作用下形成外張傾向而產(chǎn)生預(yù)壓縮力，使閥座的與球體接觸的部位向球體壓緊，補(bǔ)償介 質(zhì)壓力降低導(dǎo)致的密封比壓不足。只要變形處于彈性元件的彈性力范圍內(nèi)，即可保證球閥 在較低壓力條件下的可靠密封。根據(jù)以上說(shuō)明可以看出，采用本發(fā)明的閥座，閥座的密封性能以及動(dòng)作性能，不再 依靠或單獨(dú)依靠通過(guò)對(duì)密封閥座進(jìn)行預(yù)壓縮使之產(chǎn)生初始變形量來(lái)調(diào)整，而可藉由球閥兩 側(cè)的比壓或者配設(shè)于閥座中的彈性元件來(lái)調(diào)整。本發(fā)明的閥座和帶彈性元件的閥座除可獲 得必要的預(yù)壓縮量外，還可通過(guò)流體壓力P和彈性元件的彈力對(duì)預(yù)緊比壓進(jìn)行補(bǔ)償。因此， 球閥的密封性能得以改善且使用壽命相對(duì)較長(zhǎng)。
對(duì)業(yè)內(nèi)人士顯而易見(jiàn)的是，本發(fā)明的閥座可適用于任何類型的球閥，包括但不限 于用在制冷系統(tǒng)的制冷球閥。以上結(jié)合附圖和實(shí)施例對(duì)本發(fā)明進(jìn)行了說(shuō)明，但本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，上述 實(shí)施例僅是例示性的而非限制性的，在不背離本發(fā)明的精神和范圍的條件下，可對(duì)上述實(shí) 施例作出種種改進(jìn)。比如，在上述實(shí)施例中，為了使流體能夠進(jìn)出環(huán)形槽141所限定的空間，在環(huán)形裙 部9的徑向外表面上形成有開(kāi)槽91，但也可以在環(huán)形槽141的第二壁面146與閥座4的第 二軸向端面12之間形成貫穿通孔來(lái)代替開(kāi)槽。另外，在上述實(shí)施例中，閥座上設(shè)置有環(huán)形突起111和環(huán)形槽141兩者，但這不是 實(shí)現(xiàn)發(fā)明目的所必須的。也可以采用的結(jié)構(gòu)是，閥座上僅設(shè)置環(huán)形突起111和環(huán)形槽141 中的一項(xiàng)。而且，作為球閥，其可以僅只在一軸向端部處采用本發(fā)明的閥座而在另一軸向端 部處采用其它閥座；或者在軸向兩端處均采用本發(fā)明的閥座。
權(quán)利要求
一種用于球閥的閥座，該閥座呈環(huán)形并包括第一軸向環(huán)形端面；第二軸向環(huán)形端面；徑向內(nèi)表面；以及徑向外表面；其中，所述徑向內(nèi)表面包括適于與作為啟閉件的球體接觸的接觸表面，且其中所述閥座具有下述結(jié)構(gòu)特征中的至少一項(xiàng)a.所述第一軸向環(huán)形端面上設(shè)置有環(huán)形突起，該環(huán)形突起位于所述第一軸向環(huán)形端面的徑向內(nèi)端與徑向外端之間；b.所述徑向外表面上形成有自所述徑向外表面沿徑向向內(nèi)延伸的環(huán)形槽，該環(huán)形槽包括位于第一軸向環(huán)形端面一側(cè)的第一壁面和位于第二軸向環(huán)形端面一側(cè)的第二壁面，在所述徑向內(nèi)表面的適于與球體接觸的所述接觸表面與所述環(huán)形槽的第二壁面之間形成環(huán)形裙部，在所述環(huán)形裙部上形成有貫穿通道，該貫穿通道流體聯(lián)通所述環(huán)形裙部軸向兩側(cè)的空間。
2.如權(quán)利要求1所述的閥座，其特征在于，所述貫穿通道是在所述環(huán)形裙部的徑向外 表面上形成的軸向開(kāi)槽。
3.如權(quán)利要求2所述的閥座，其特征在于，在所述環(huán)形裙部的徑向外表面與第二軸向 環(huán)形端面之間的交接部位處形成環(huán)形臺(tái)階，該環(huán)形臺(tái)階的徑向尺寸大于或等于所述開(kāi)槽的 徑向深度。
4.如權(quán)利要求1所述的閥座，其特征在于，所述閥座由純特氟隆制成。
5.如權(quán)利要求4所述的閥座，其特征在于，所述純特氟隆是PTFE1700。
6.如權(quán)利要求1所述的閥座，其特征在于，所述環(huán)形突起的橫截面呈半圓形。
7.如權(quán)利要求1所述的閥座，其特征在于，所述環(huán)形槽的第二壁面自徑向內(nèi)側(cè)向徑向 外側(cè)朝向所述第二軸向環(huán)形端面傾斜。
8.如權(quán)利要求1所述的閥座，其特征在于，所述徑向內(nèi)表面的適于與球體接觸的接觸 表面由第一圓錐面以及接續(xù)于第一圓錐面的第二圓錐面構(gòu)成。
9.如權(quán)利要求1所述的閥座，其特征在于，在所述閥座的第一軸向環(huán)形端面上、于環(huán)形 突起的徑向內(nèi)側(cè)形成有環(huán)槽，彈性元件配裝在該環(huán)槽中，使得閥座的位于環(huán)槽兩側(cè)的部分 在彈性元件的彈力作用下形成外張傾向。
10.如權(quán)利要求9所述的閥座，其特征在于，所述彈性元件為板簧。
11.如權(quán)利要求10所述的閥座，其特征在于，所述環(huán)槽橫截面呈U形或V形，而所述板 簧橫截面呈相對(duì)應(yīng)的U形或V形。
12.如權(quán)利要求11所述的閥座，其特征在于，所述環(huán)槽自徑向內(nèi)側(cè)向徑向外側(cè)朝向所 述第二軸向環(huán)形端面傾斜。
13.如權(quán)利要求11所述的閥座，其特征在于，所述板簧還包括位于徑向內(nèi)側(cè)的、基本與 閥座的軸向垂直的環(huán)形平板部分，而所述閥座的第一軸向環(huán)形端面上形成有通向所述環(huán)槽 的下凹部，所述環(huán)形平板部分配裝于該下凹部中。
14.一種球閥，包括作為啟閉件的球體以及設(shè)置在該球體兩側(cè)的閥座，其中，所述閥座 中的至少一個(gè)閥座是權(quán)利要求1-13中任一項(xiàng)所述的閥座。
15.如權(quán)利要求14所述的球閥，其特征在于，所述球閥是用于制冷系統(tǒng)的球閥。
全文摘要
本發(fā)明公開(kāi)了一種用于球閥的閥座，該閥座呈環(huán)形并包括第一軸向環(huán)形端面、第二軸向環(huán)形端面、徑向內(nèi)表面以及徑向外表面。徑向內(nèi)表面包括與作為啟閉件的球體接觸的接觸表面，所述閥座具有下述結(jié)構(gòu)特征中的至少一項(xiàng)a.第一軸向環(huán)形端面上設(shè)置有環(huán)形突起，該環(huán)形突起位于第一軸向環(huán)形端面的徑向內(nèi)端與徑向外端之間；b.徑向外表面上形成有自徑向外表面沿徑向向內(nèi)延伸的環(huán)形槽，該環(huán)形槽包括位于第一軸向環(huán)形端面一側(cè)的第一壁面和位于第二軸向環(huán)形端面一側(cè)的第二壁面，在徑向內(nèi)表面的與球體接觸的接觸表面與環(huán)形槽的第二壁面之間形成環(huán)形裙部，在環(huán)形裙部上形成有貫穿通道，該貫穿通道流體聯(lián)通環(huán)形裙部軸向兩側(cè)的空間。
文檔編號(hào)F16K5/06GK101846208SQ20091013193
公開(kāi)日2010年9月29日 申請(qǐng)日期2009年3月27日 優(yōu)先權(quán)日2009年3月27日
發(fā)明者王欣, 賀嘉, 趙斌, 黃丙元 申請(qǐng)人:丹佛斯(天津)有限公司