帶有可更換座板的自動閥的制作方法
【專利摘要】自動閥包括閥座(52)，閥座(52)具有穿過其延伸的第一氣流通道(58)，和閥擋(54)，閥擋(54)具有穿過其延伸的第二氣流通道(66)。密封環(60)布置在閥擋與閥座之間。可移除座板(68)可移除地連接于閥座(52)，且具有與閥座的第一氣流通道(58)匹配的孔口(70)。密封環由彈性部件(62)向可移除座板(68)彈性地偏壓以將閥關閉。座板和環由非金屬材料制成。
【專利說明】帶有可更換座板的自動閥
【技術領域】
[0001]本發明涉及一種自動閥門，諸如環閥或環形閥。在本文中公開的主題的一些實施例尤其涉及用于往復式壓縮機的自動環閥或環形閥。
【背景技術】
[0002]自動閥通常用在例如往復式壓縮機中。自動閥布置在壓縮機的吸入側以及排出側雙方，以在壓縮機氣缸內壓力的控制下自動地打開和關閉壓縮機的吸入口和排出口。
[0003]現有技術的自動環閥的示范實施例示于圖1中。自動環閥I包括閥座2和閥擋3。閥座具有周向地布置的氣流通道4，氣流通道4穿過閥座2延伸。閥擋3又具有氣流通道
5。中央螺桿6將閥座2和閥擋3彼此連接，從而在它們之間留有間隔7。在閥座2與安全閥3之間設有多個同心地布置的密封環8。各密封環8沿閥座2的一組對應的環形地布置的氣流通道4布置。為各個密封環8設置多個壓縮彈簧9，以將密封環偏置在關閉位置中，其中，密封環8通過密封地接觸氣流通道4的對應密封表面4A來關閉對應的一組氣流通道
4。壓縮彈簧9容納在設于閥擋3中的相應的彈簧腔10內。
[0004]跨過閥I的壓差引起閥的自動打開和關閉。圖2示出往復式壓縮機的頭部11，其使用布置在壓縮機吸入口和排出口上且以1A、1B、1C、1D指代的四個自動環閥I。
[0005]更詳細而言，壓縮機頭部11限定了壓縮機氣缸13，其中活塞14能夠往復地運動。活塞14的桿15連接到曲柄(未示出)，該曲柄按照雙箭頭Π4來往復地移動活塞14。活塞14將氣缸13分成兩個單獨的壓縮室13A、13B。
[0006]壓縮機頭部11具有第一吸入口 17，第一吸入口 17通過第一自動環閥IA與第一壓縮室13A流體連通。第二吸入口 19通過第二自動環閥IB與第二壓縮室13B流體連通。第一排出口 21通過第三自動環閥IC與第一壓縮室13A流體連通，并且，第二排出口 23通過第四自動環閥ID與第二壓縮室13B流體連通。
[0007]活塞14的往復運動選擇性地引起第一壓縮室13A內的氣體吸入和壓縮氣體從第二壓縮室13B的排出，且反之亦然。當第一氣流通道4中的壓力超過彈簧9的彈力時，自動環閥1A、1B、1C和ID選擇性地打開。
[0008]往復式壓縮機的曲柄軸可以以例如100-1200rpm且典型地在200與IOOOrpm之間的范圍內的轉動速度轉動。因此，密封環8經歷高速的反復打開和關閉行程。它們通常由復合材料(諸如纖維增強的合成樹脂)制成，以降低其質量，且從而降低慣性。閥座2和閥擋3通常由金屬制成。
[0009]由于疲勞應力，密封環8和閥座2 二者經歷磨損。因此，自動環閥經歷維護。密封環8被替換，而閥座需要通過環形密封表面4A的加工來重新定形。此操作需要從壓縮機移除自動環閥，并且是費時的。因此，壓縮機因此經歷長期停機，或者代替閥門必須可用來代替需要閥座的加工和重新定形的閥門。類似的缺點存在于如下自動閥中，該自動閥包括與同心地布置的密封環不同的可移動密封元件，例如可移動密封板。
[0010]由于通過摩擦和氣體壓縮產生的熱量，自動閥經受熱應力。因此，閥的各種構件經歷熱膨脹。由于所使用材料的不同熱膨脹系數，用于制造閥座和密封環的不同材料的使用引起不同的熱膨脹。這可導致氣流通道的無效密封和隨之發生的氣體泄漏，從而導致壓縮機效率降低，除非使用平面密封表面。另一方面，從有效密封作用的觀點來看，后者是不完全令人滿意的。如果使用可移動密封板(例如具有與閥座上的環形座共同作用的環形突起)，則存在類似缺點。
[0011]由于關閉期間密封環8對閥座2的沖擊，密封環8或類似地可移動密封板的打開和關閉在閥的結構上產生重復的動態應力。
[0012]因此，希望開發一種改進的差壓閥，且尤其是自動環閥，以用于往復式壓縮機或類似機器，其將至少緩和現有技術環閥的上述問題和缺點中的至少一個。

【發明內容】

[0013]根據在本文中公開的主題的一些實施例，提供一種自動閥，其中，提供一個或更多個可移動密封元件(例如，多個同心地布置的密封環)和可移除座板，它們二者由非金屬材料制成，優選地具有相似或基本相同的熱膨脹系數。因此，使用可移動非金屬密封環或其它可移動密封元件的優點得以保持，但同時，由不同熱膨脹造成的缺點(諸如氣體泄漏和由此產生的壓縮機效率降低)至少部分地緩和或完全消除。使用可移除因而可更換的座板使閥的維護更容易，不再需要重新加工磨損的閥座。磨損、斷裂或變形的座板可以簡單地移除并在短時間內更換，而不需要長時間停機以用于維護介入。
[0014]因此，根據一個實施例，提供一種自動閥，包括:閥座，其具有穿過其延伸的第一氣流通道；閥擋，其具有穿過其延伸的第二氣流通道；至少一個可移動密封元件，其布置在閥擋與閥座之間；座板，其可移除地連接于閥座，且布置在閥座與可移動密封元件之間，具有與第一氣流通道匹配的孔口。可移動密封元件由彈性元件朝可移除座板彈性地偏壓，以關閉第一氣流通道；并且座板以及可移動密封元件由非金屬復合材料制成。
[0015]如上所述，可移動密封元件可實際上由環形的、同心地布置的環形成，該環形成與可移除座板共同作用的密封表面。環可彼此連接以形成單一結構。備選地，環可彼此分開并由相應的彈性部件朝座板獨立地偏壓，彈性部件諸如根據同心地布置的環形準線布置的壓縮彈簧、獨立于鄰近的環來偏壓各個環的多個彈簧。在該情況下，可移動密封元件將由同心地布置的密封環彼此分開地形成。
[0016]根據一些實施例，座板和可移動密封元件由復合材料制成。這兩個構件的復合材料可為相同的。在一些實施例中，例如，基于設計考慮，不同的復合材料可分別用于可移動密封元件和座板。在優選實施例中，即使分別對座板和可移動密封元件使用不同的復合材料，所述復合材料也具有基本相同的熱膨脹系數。
[0017]使用由具有相似或基本相同的熱膨脹系數的非金屬材料制成的座板和可移動密封元件使得可使用非平面密封表面，這提供有效的密封作用和低壓力損失。當經歷溫度增加時，這兩個構件實際上將經歷相似或基本相同的徑向膨脹，使得它們保持互補的形狀和尺寸匹配狀態，從而保持密封效果。
[0018]在一些實施例中，形成座板和可移動密封件的復合材料可為合成樹脂基體，優選為熱塑性樹脂的基體，其含有增強纖維和/或不同類型的填料。這些包括但不限于玻璃纖維和碳纖維。可移動密封元件可具有多個第一密封表面，該多個第一密封表面與座板上的第二密封表面密封接觸地共同作用，所述第二密封表面沿所述座板中的孔口延伸。優選地，第一密封表面和所述第二密封表面為非平面的。
[0019]特征和實施例在此之后得到公開，并在所附權利要求中進一步得到描述，它們形成了本說明書的整體部分。以上簡要說明描述了本發明的各種實施例的特征，以便可更好地理解下面的詳細說明，并且以便可更好地理解對本領域的現有貢獻。當然，還存在本發明的其它特征，這些特征將在下文中得到說明并將在所附權利要求中得到描述。在此方面，在詳細說明本發明的幾個實施例之前，應當理解的是，本發明的各種實施例在它們的應用中不限于在下列說明中描述或在附圖中示出的構造細節和構件布置。本發明能夠具有其它實施例，并且能夠以各種方式實踐和實施。另外，應理解的是，在本文中采用的措辭和術語是用于說明目的的，且不應被視為限制性的。
[0020]因而，本領域技術人員將會理解，本公開基于的構想可容易地用作用于設計其它結構、方法和/或系統的基礎，以用于實現本發明的若干目的。因此，重要的是，權利要求應視為包括這種等同構造，因為它們不脫離本發明的精神和范圍。
【專利附圖】

【附圖說明】
[0021]當結合附圖考慮時，通過參考下面的詳細說明，將更好地理解本發明的公開實施例及其許多附隨優點，從而，將容易地獲得它們的更完整的理解，在附圖中
[0022]圖1示出根據現有技術的自動環閥的縱向平面的截面；
[0023]圖2示出使用自動環閥的往復式壓縮機的頭部的縱截面；
[0024]圖3示出根據本公開的閥的透視圖和截面圖；
[0025]圖3A顯示圖3的細節A的放大；
[0026]圖4在分解圖中示出圖3的閥；
[0027]圖5至7示出閥的局部放大截面圖，其示出座板和密封環的不同實施例。
【具體實施方式】
[0028]示范實施例的下列詳細說明參照附圖。不同附圖中的相同參考數字代表相同或相似元件。此外，附圖不一定按比例繪制。而且，下列詳細說明不限制本發明。相反，本發明的范圍由所附權利要求限定。
[0029]遍及說明書對“一個實施例”或“實施例”或“一些實施例”的提及是指結合實施例描述的特定特征、結構或特性包括在所公開的主題的至少一個實施例中。因此，短語“在一個實施例中”或“在實施例中”或“在一些實施例中”在遍及說明書的不同位置的出現不一定是指相同的實施例。此外，特定的特征、結構或特性可以以任何合適的方式組合在一個或更多個實施例中。
[0030]在此，下面更詳細地描述且在附圖中示出的實施例特別地涉及自動環閥，即包括多個同心地布置的可移動密封環的自動閥。在其它實施例中，未示出，替代可移動且同心地布置的密封環，可提供如下密封板，其由彼此約束以形成單個可移動密封元件的一個或更多個構件制成。
[0031]圖2和3示出根據在本文中公開的主題的自動環閥的示范實施例。自動環閥全部標注為50。閥50包括閥座52和閥擋54。閥座52和閥擋54通過螺桿布置56彼此連接。如在此下面將更詳細地說明的，閥座52與閥擋54之間留有間隔，其中布置有可移動密封環和座板。
[0032]閥座52具有一組第一氣流通道58。在一些實施例中，氣流通道58具有細長彎曲孔或孔口的形狀。在一些實施例中，氣流通道58沿同心地布置的圓周設置。在其它實施例中，氣流通道58可具有圓形截面，而非細長的。各組周向地布置的氣流通道58由所述可移動密封環密封地關閉。
[0033]在附圖所示的實施例中，閥板由多個同心地布置的密封環60組成。在一些實施例中，密封環60 —個與另一個獨立,即，它們不彼此約束。在其它實施例中，密封環60可以由約束部件彼此連接，以便在其中形成具有貫穿孔口的單個單元，從而允許氣體由此流過。在一些實施例中，密封環60可彼此連接，從而以閥板的形式形成單個可移動密封元件，從而，閥板將在所述閥板的一個面上具有環狀突起，其又將被開孔，以便提供穿過閥板的氣體通道。
[0034]如在此下面將更詳細地說明的，在附圖中，各組沿相同圓周布置的氣流通道58由所述同心地布置的密封環60中的對應的一個通過相互共同作用的密封表面關閉。
[0035]在一些示范實施例中，如附圖所示，各個密封環60由一組彈性部件朝閥座52彈性地偏壓。彈性部件可包括螺旋壓縮彈簧62。各個壓縮彈簧62可部分地容納在設于閥擋54內的相應彈簧腔64中。可設置其它不同彈性布置，以朝閥座52將密封環60偏壓在關閉位置中。
[0036]閥擋54具有一組第二氣流通道66。類似于第一氣流通道58,第二氣流通道66也可以沿同心地延伸的的圓周布置，并可為細長彎曲孔口或孔的形式。在其它實施例中，第二氣流通道66可具有圓形截面，而非細長截面。第一氣流通道58和第二氣流通道66沿徑向偏移，使得當密封環60在開啟位置時，氣體可流過閥50。
[0037]在一些實施例中，各個密封環60具有第一平面密封表面，其與閥座上的第二平面密封表面共同作用。然而，在其它實施例中，如附圖所不，密封環60有密封表面60A,密封表面60A至少部分地為非平面的。密封表面60A可具有凸出截面。在一些實施例中，密封表面60A是彎曲的凸出密封表面。在其它實施例中，如圖3、5和6所不，密封表面60A可由兩個錐形表面部分60B和中間平面表面60C組成。
[0038]在其它實施例中(例如見圖7)，密封面60A可以由中間平面表面部分60C和兩個側表面部分60B組成,為凸出圓環(toroidal)表面的形狀。
[0039]根據在本文中公開的主題，密封環60與如下密封表面共同作用，該密封表面形成在可移除地連接于閥座52的座板68上。座板68能夠從閥座移除，使得例如如果座板斷裂或磨損，則其能夠替換。
[0040]座板68具有貫穿通道或孔口 70。當座板68安裝在閥板52上時，通道70對準閥座52的第一氣流通道58。優選地，貫穿通道70具有與氣流通道58相同的截面。因此，貫穿通道70根據與閥座52的第一氣流通道58的樣式匹配的樣式布置，即，沿同心地布置的圓周線布置。
[0041]在一些實施例中，座板68具有沿座板68的貫穿通道70延伸的密封表面70A。各組周向地布置的孔口或貫穿通道70布置在兩個同心地延伸的密封表面70A之間。密封表面70A設在形成在座板68上的圓形突起上。[0042]密封表面70A的形狀設計成與密封環60的密封表面60A相匹配。一個密封環60接合在兩個同心地布置的密封表面70A之間，在這兩個同心地布置的密封表面70A之間布置有一組孔口或貫穿通道70。密封環60可在座板的相對布置的密封表面70A之間部分地穿入(具體參見圖5、6和7)。因此，可獲得楔入作用，這導致增強的密封作用。
[0043]在一些實施例中，兩個密封表面70A沿一組周向地布置的貫穿通道或孔口 70布置，貫穿通道或孔口 70具有與對應的密封環60的錐形表面60B相匹配的錐形表面部分(圖
3、5、6)。在其它實施例中(圖7)，密封表面70A具有凹入圓環表面部分，該凹入環形表面部分與密封環60的對應的凸出圓環表面部分60B相匹配。
[0044]密封表面60A和70A可設計成使得各個密封表面70A沿窄的環形接觸表面接觸對應的密封表面60A。窄接觸面積確保高接觸壓力，且從而確保高密封效率。密封環60和座板68 二者上的錐形表面或圓環表面產生密封環60的關于座板68的貫穿通道或孔口 70的自定心效應。
[0045]在一些實施例中，密封環60由復合材料制成，諸如纖維增強合成樹脂，優選為利用碳纖維或玻璃纖維增強的熱塑性樹脂。
[0046]在一些實施例中,座板68由與密封環60相同的材料制成。在其它實施例中,座板68可由不同材料制成，諸如不同的纖維增強合成樹脂，其具有與密封環60的材料基本相同的熱膨脹系數。通過“基本相同的”熱膨脹系數，可知不同于形成密封環60的材料的熱膨脹系數的系數，使得操作溫度范圍內的不同熱膨脹不削弱密封作用。在一些實施例中，密封環和座板的熱膨脹系數之間的差為20%或更小，且優選為15%或更小，甚至更優選為10%或更小。
[0047]通過對密封環60和座板68 二者使用復合材料，自動環閥的可移動部分的質量降低是可能的，同時緩和或消除已知的自動環閥的缺點，其中這兩個構件的不同熱膨脹系數導致氣體泄漏和隨之發生的使用閥的機器(例如往復式壓縮機)的效率降低。
[0048]此外，使用可更換或可替換座板68使閥的維護更容易。當座板68磨損或損壞時，它可容易地替換，而不需要從安裝有閥的機器拆卸閥，并且避免閥座的加工。
[0049]在附圖所示的示范實施例中，座板68不與閥座52直接接觸。相反，在座板68與閥座52之間布置有阻尼器。在所示的實施例中，阻尼器包括震動吸收板72。震動吸收板72在74處開孔。孔口 74與座板68的貫穿通道70對準，并與閥座的氣流通道58對準，且優選地具有與后者相同的截面。震動吸收板72保持在座板68與閥座52的面向密封環60的表面之間。可設置一個或更多個銷73,以用于將座板68和震動吸收板72鎖緊于閥板52。
[0050]震動吸收板72在關閉行程期間消散或吸收密封環60的動能中的至少一部分，以便降低閥上的動態應力。震動吸收板72是由適當地吸收能量的材料制成的。用于制造震動吸收板72的合適的材料例如為塑料或復合材料，諸如利用碳纖維或玻璃纖維增強的熱塑性樹脂。
[0051]優選地，震動吸收板72形成一種襯墊，其將座板68與閥座52分開，使得座板68不與閥座52的平坦表面直接接觸，震動吸收板72設置在該平坦表面上。當密封環60關閉第一氣流通道58時，這確保有效的阻尼效果，以降低閥上的機械震動。
[0052]雖然在本文中說明的主題的公開實施例已在附圖中示出并結合多個示范實施例具體且詳細地充分得到說明，但對本領域技術人員而言顯而易見的是，在不本質上脫離在本文中闡述的新穎教導、原理和構想的情況下，可進行許多修改、改變和省略，并且本主題的優點記載在所附權利要求中。因此，所公開的創新的適當范圍應該僅由所附權利要求的最廣義的解釋來確定，以便涵蓋全部此種修改、改變和省略。
【權利要求】
1.一種自動閥，包括: 閥座，其具有穿過所述閥座延伸的第一氣流通道； 閥擋，其具有穿過所述閥擋延伸的第二氣流通道； 至少一個可移動密封元件，其布置在所述閥擋與所述閥座之間； 可移除座板，其可移除地連接于所述閥座，具有與所述第一氣流通道匹配的孔口 ； 其中，所述至少一個可移動密封元件由彈性部件朝所述可移除座板彈性地偏壓，以關閉所述第一氣流通道；并且其中，所述座板和所述至少一個可移動密封元件是由非金屬材料制成的。
2.根據權利要求1所述的閥，其特征在于，所述座板和所述至少一個可移動密封元件是由復合材料制成的。
3.根據權利要求1或權利要求2所述的閥，其特征在于，所述復合材料包括含有增強纖維或填料的合成樹脂基體。
4.根據任一前述權利要求所述的閥，其特征在于，所述合成樹脂基體是由熱塑性樹脂制成的。
5.根據任一前述權利要求所述的閥，其特征在于，所述增強纖維選自如下組合，該組合包括:碳纖維和玻璃纖維。
6.根據前述權利要求中的一個或更多個所述的閥，其特征在于，所述至少一個可移動密封元件的所述非金屬材料和所述座板的所述非金屬材料具有基本相同的熱膨脹系數。
7.根據前述權利要求中的一個或更多個所述的閥，其特征在于，在所述閥的操作溫度范圍內，所述至少一個可移動密封元件的非金屬材料和所述座板的所述非金屬材料各自的熱膨脹系數彼此相差20%或更小，優選為15%或更小，且甚至更優選為10%或更小。
8.根據前述權利要求中的一個或更多個所述的閥，其特征在于，阻尼器布置在所述座板與所述閥座之間。
9.根據前述權利要求中的一個或更多個所述的閥，其特征在于，所述至少一個可移動密封元件具有多個第一密封表面，所述多個第一密封表面與所述座板上的第二密封表面密封接觸地共同作用，所述第二密封表面沿所述座板中的所述孔口延伸。
10.根據任一前述權利要求所述的閥，其特征在于，所述第一密封表面和所述第二密封表面至少部分地為非平面的。
11.根據任一前述權利要求所述的閥，其特征在于，成對的所述第一密封表面部分地進入對應的成對的所述第二密封面之間，以關閉所述第一氣流通道。
12.根據前述權利要求中的一個或更多個所述的閥，其特征在于，所述至少一個可移動密封元件為密封環。
13.根據任一前述項權利要求所述的閥，其特征在于，包括多個同心地布置的密封環。
14.根據前述權利要求中的一個或更多個所述的閥，其特征在于，所述至少一個可移動密封元件為密封板。
15.根據任一前述權利要求所述的閥，其特征在于，所述密封板包括環狀突起，所述環狀突起與所述座板上的環形密封表面共同作用。
【文檔編號】F04B39/10GK104011389SQ201280061490
【公開日】2014年8月27日 申請日期:2012年12月11日 優先權日:2011年12月12日
【發明者】A·巴比尼, R·巴加格利, L·托格納雷利, G·普拉特利 申請人:諾沃皮尼奧內有限公司