專利名稱:帶有鑄入閥座的支座型閥及其制造方法
本發(fā)明涉及一種支座型閥以及生產(chǎn)這種支座型閥的方法。
支座型閥特別是用于水、熱水、蒸汽的閥座是易磨損件。固定在閥殼上的閥座和配屬于此閥座的軸向移動(dòng)的閥門閉合件要同時(shí)承受由閥的啟閉操作和流液造成的嚴(yán)重磨損影響。在關(guān)閉位置上，閥門閉合件緊靠閥座地壓在一個(gè)密封唇邊或一個(gè)密封窄面上。閥座或閥門閉合件的變形在長時(shí)間情況下造成不允許的泄漏進(jìn)而使閥失效。與其余閥殼不同的是，閥座和閥門閉合件大多數(shù)由高硬度(布式硬度)鋼制成。必須在制造支座型閥時(shí)將閥座作為單獨(dú)件裝入閥殼中。
當(dāng)支座型閥用于蒸汽或溫水(熱水)時(shí)，一個(gè)特別薄弱位置就是閥座環(huán)與閥殼之間的連接部。如果在閥座如閥座環(huán)上制有外螺紋并將其擰入閥殼，則因溫度波動(dòng)造成閥座環(huán)和閥殼不同地膨脹，從而導(dǎo)致閥座環(huán)相對閥殼發(fā)生微米級或百分之一毫米級的錯(cuò)動(dòng)。長此下去(這意味著在極端情況下，在一周后或一個(gè)月后)，這就可能導(dǎo)致在閥關(guān)閉情況下水或蒸汽在閥座環(huán)和閥殼之間滲入，其中泄漏很快超過等于0.04％KVS值的預(yù)定標(biāo)準(zhǔn)值。KVS值是在1巴壓差下且在20℃時(shí)流過開啟閥的水量。在最壞的情況下，不僅泄漏逐漸加重，而且閥座環(huán)從其卡槽中旋出來或脫離卡槽，由此可能出現(xiàn)危險(xiǎn)。
為了使支座型閥正確發(fā)揮作用，特別是當(dāng)在無側(cè)隙地導(dǎo)入閥門閉合件時(shí)(這意味著與閥桿緊密相連)，閥座準(zhǔn)確地對準(zhǔn)閥門閉合件是很重要的。微小的誤對準(zhǔn)或隨后出現(xiàn)的失調(diào)將導(dǎo)致壓力在閥門閉合件或閥座環(huán)的支承面或密封唇邊上不同地分布。這可能造成事故或閥失效。
EP-0698757A2公開了一種在球墨鑄鐵閥殼中焊入的作為閥座的預(yù)制不銹鋼環(huán)。在這種情況下，在閥座環(huán)的兩個(gè)端側(cè)上形成焊縫以連接鑄件。在保護(hù)氣下進(jìn)行脈沖電弧焊或激光焊。
為實(shí)現(xiàn)焊接，必須設(shè)有通向閥座環(huán)的自由通道。
因此，本發(fā)明的目的是提供一種閥座環(huán)與閥殼可靠連接的支座型閥，可以經(jīng)濟(jì)地生產(chǎn)且設(shè)計(jì)合理的支座型閥。此外，本發(fā)明的目的是提供一種制造這樣的支座型閥的方法。
本發(fā)明支座型閥具有一個(gè)澆鑄閥殼，一個(gè)閥座環(huán)鑄入或圍鑄在此閥殼中并支承在閥殼中。在澆鑄過程中，閥殼材料與支承在鑄模中的且由適當(dāng)材料制成的坯件材料復(fù)合地接合。在相應(yīng)的控溫過程中，可以使閥殼金屬液在澆鑄時(shí)浸潤閥座環(huán)制件并燒結(jié)制件表面。如此形成的熔合區(qū)就是閥座環(huán)制件與閥殼之間的材料復(fù)合式絕流接合部?？梢栽谥圃鞎r(shí)如此連續(xù)地切屑加工出預(yù)制閥殼，在這里絕對要使閥座環(huán)基準(zhǔn)面同軸地角對準(zhǔn)螺口或支承面，所述支承面可靠地確定了閥錐位置。因此與帶有螺紋閥座環(huán)的閥不同的是，可以更好地對準(zhǔn)閥座環(huán)的密封面或密封唇邊。
此外，在這里不用考慮因隨后的閥座環(huán)位移(在螺紋閥座環(huán)中，閥座環(huán)可能發(fā)生位移)而引起的失效問題。閥座環(huán)和閥殼是成一體的。
在常見的螺紋閥座中或在閥門閉合件軸向不靈活而徑向不可移動(dòng)的情況下后裝入閥殼的閥座中，已經(jīng)減少了閥座環(huán)和閥座閉合件之間誤對準(zhǔn)，但這導(dǎo)致密封面上的表面壓力明顯加大。而在本發(fā)明的支座型閥中可以獲得均勻的配合壓力(表面壓力)。同時(shí)，消除了誤差原因和磨損原因并提高了支座型閥的可靠性。
由此簡化了這種支座型閥的制造。
與常見的支座型閥相比，可以很自由地設(shè)計(jì)本發(fā)明的支座型閥，例如閥座環(huán)直徑可大于開設(shè)在閥殼中的開口的直徑。通常不允許在閥殼中裝入閥座環(huán)。但在本發(fā)明的支座型閥中，這是可行的。特別是由此可較少地?fù)p壞閥門閉合件和其導(dǎo)向桿的開口。此外，可以省去或很小巧地設(shè)計(jì)用于遮蓋通常所需的較大閥殼開口的閥殼蓋。還相應(yīng)地縮短了待密封縫隙的長度，這也可增加支座型閥的可靠性。此外，由于省去了閥蓋凸緣，所以可以節(jié)省材料并減輕重量。
在相應(yīng)的過程控制中，可以通過澆鑄技術(shù)如用GGG40.3球墨鑄鐵制造閥殼，而閥座環(huán)是由如X35CRMO17(17％Cr)特種優(yōu)質(zhì)鋼制成的。GGG40.3球墨鑄鐵較細(xì)密并明顯比灰口鑄鐵硬且具有近似于鑄鋼的優(yōu)點(diǎn)。雖然球墨鑄鐵成本較低，但其焊接性能不好。當(dāng)無論如何焊接都是關(guān)鍵時(shí)，可以在澆鑄時(shí)在兩種金屬之間形成平面焊合。由特種優(yōu)質(zhì)鋼制成的閥座環(huán)在對球墨鑄鐵退火時(shí)損失約4％的Cr同時(shí)變軟。這樣的閥座環(huán)可以在鑄入和切屑加工狀態(tài)下隨后在閥殼中接受感應(yīng)淬火處理。由此獲得高的抗腐蝕力和抵抗其它的材料磨損的影響。因此，閥座能夠抵抗因流體引起的磨損。
還有利的是，閥座環(huán)的硬度明顯大于閥門閉合件的硬度。此外，在關(guān)閥時(shí)因閥門閉合件壓在閥座環(huán)所造成的材料磨損基本上限定在閥門閉合件上，所以在對閥進(jìn)行適當(dāng)維護(hù)時(shí)更換閥門閉合件。帶有鑄入閥座環(huán)的閥殼在這樣的維護(hù)措施中仍保持在其安裝位置上，這顯著減少了維護(hù)費(fèi)用。當(dāng)閥座環(huán)硬度大于300HB特別是當(dāng)其硬度為350HB-450HB時(shí)，就可以實(shí)現(xiàn)上述目的。此外，閥門閉合件的硬度例如是250HB。
閥殼不僅可以配有螺紋凸緣，也可以在閥殼由相應(yīng)的可焊接材料制成時(shí)配有簡單的管接頭，此管接頭用于與其它的焊接部位相連或用于其它方式的連接。正是在這種情況下有利的是，當(dāng)維護(hù)閥時(shí)最多更換閥門閉合件但不必更換閥座環(huán)。
有利的是，閥座環(huán)的外表面上制有最少一個(gè)突起但最好是一個(gè)或多個(gè)環(huán)行肋。它可具有呈尖三角形的橫截面或其橫截面被分成燕尾形。
有利的是，與閥殼接觸的整個(gè)閥座環(huán)外表面與閥殼接合?；旧厦獬碎y殼與閥座環(huán)之間的細(xì)微間隙或空腔。因此最不可能發(fā)生腐蝕。
在閥座環(huán)和閥殼之間的接觸連接面最好分布在整個(gè)閥座環(huán)外表面上并至少局部分布在其一個(gè)端面上。此外，閥座環(huán)與閥殼的材料復(fù)合連接還通過至少環(huán)繞閥座環(huán)局部的形狀合理的閥壁設(shè)計(jì)而得到加強(qiáng)。這可以允許閥門閉合件用很大的力壓在閥座環(huán)上。
閥座環(huán)不可轉(zhuǎn)動(dòng)地支承在閥殼中。同時(shí)，閥門閉合件和閥座環(huán)之間的相對轉(zhuǎn)動(dòng)對于位置固定且正確定位地支承閥座環(huán)而言是無關(guān)緊要的。由于閥門閉合件相對閥座環(huán)短暫地摩擦轉(zhuǎn)動(dòng)，所以閥座環(huán)既未被移動(dòng)也未被失調(diào)。
一種相應(yīng)的方法與閥座制造有關(guān)，其中在澆鑄閥殼前先將閥座環(huán)裝入鑄模中。在閥殼脫模后，閥座環(huán)已經(jīng)牢固地固定在閥殼中，從而可以省去所有其它早先常與此有關(guān)的加工工序。
由于根據(jù)所用材料和閥尺寸而適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)了鑄模、閥座環(huán)和澆鑄金屬的溫度窗，所以可以在不熔化閥座環(huán)的情況下使閥座環(huán)表面與閥殼燒結(jié)在一起?，F(xiàn)在較軟的閥座環(huán)可以象閥殼其余部分一樣接受切屑加工。最好是隨后至少在閥座區(qū)對閥座環(huán)進(jìn)行淬火處理。
從屬權(quán)利要求
描述了有利實(shí)施方式的特征。
在圖中示出了本發(fā)明的實(shí)施方式。其中
圖1以示意縱斷面圖示出了帶有澆鑄出的閥座環(huán)的本發(fā)明支座型閥。
圖2以示意縱斷面圖示出了在另一實(shí)施方式中的本發(fā)明支座型閥。
圖3以示意縱斷面圖示出了帶有澆鑄出的閥座環(huán)的本發(fā)明支座型閥的另一個(gè)實(shí)施方式，其中省去了閥門閉合件。
圖4以斷面視圖示出了圖3所示的支座型閥的細(xì)節(jié)。
圖5以示意縱斷面圖示出了本發(fā)明支座型閥的另一個(gè)實(shí)施方式，其中省去了閥門閉合件。
在圖1中畫出了一個(gè)支座型閥1，閥殼2是用砂型由球墨鑄鐵澆鑄而成的。閥殼2圍成一個(gè)由隔壁3分隔的內(nèi)腔4，此內(nèi)腔同時(shí)與三個(gè)通口6、7、8連通。通口6、7、8配有通常成型于閥殼2上的徑向凸緣11、12、13。
另一個(gè)開口14通入內(nèi)腔4中，此開口是由一個(gè)作為管接頭14的軸向凸緣16環(huán)繞成的。除了環(huán)繞開口14的調(diào)節(jié)密封面17外，此凸緣還具有用于擰入未進(jìn)一步描述的閉合件的內(nèi)螺紋18。所述閉合件通過閥桿19與開口14中軸21同軸地支承有且導(dǎo)入一個(gè)旋轉(zhuǎn)對稱的閥門閉合件20。
同樣與中軸21同軸地在隔壁3開口中支承有一個(gè)閥座環(huán)23，此閥座環(huán)構(gòu)成閥口24并利用其環(huán)繞閥口24的且遠(yuǎn)離閥門閉合件20的支承面26形成了閥座。支承面26和與支承面26相配合的閥門閉合件20的外表面27都是根據(jù)流體技術(shù)、調(diào)節(jié)技術(shù)或其它要求制成的且與中軸21同軸地布置。
在基本成筒形的閥座環(huán)23的外面28上設(shè)有橫截面呈三角形的環(huán)形肋29，環(huán)形肋確定了隔壁3的相應(yīng)切口。閥座環(huán)23的軸向長度等于隔壁3厚度，從而隔壁在閥座環(huán)23的兩端面31、32處平齊地與所述端面相連。所以，由特種優(yōu)質(zhì)鋼制成的閥座環(huán)23特別是在高流速區(qū)內(nèi)提供了防磨損的堅(jiān)硬表面材料，在這里可以省去不必要的邊緣和凸緣，進(jìn)而獲得了利于流動(dòng)的設(shè)計(jì)結(jié)構(gòu)。
如此生產(chǎn)所述的支座型閥1。
在澆鑄閥殼2時(shí)嵌入閥座環(huán)23。為此，在澆鑄前先將一個(gè)相應(yīng)制件裝入并定位于鑄模中，如一個(gè)砂型或適于澆鑄閥殼2的另一種模型中。制件特別是在支承面26區(qū)以及相據(jù)需要在閥口24中具有材料余量，這意味著相應(yīng)的半徑小于制成的閥座環(huán)23半徑。在相應(yīng)地預(yù)制成的鑄模中注入閥殼2所用的金屬液，這些金屬液在閥座環(huán)23外表面28上與閥座環(huán)23燒結(jié)在一起。在這種情況下，閥座環(huán)23不熔化或只是表面熔化。
在對鑄成的閥殼進(jìn)行了以前常見的加工步驟如退火、冷卻、去毛刺(去飛邊)后，在不合攏閥殼的情況下，在適當(dāng)?shù)臋C(jī)床上加工出調(diào)節(jié)密封面17、閥殼內(nèi)螺紋18和閥座環(huán)23的支承面26。與此同時(shí)，確保調(diào)節(jié)密封面17對準(zhǔn)支承面26。通過無徑向彎曲的且與中軸21同軸地移入的剛性閥門閉合件20產(chǎn)生了一個(gè)定靜力系統(tǒng)。在誤對準(zhǔn)少的情況下，此系統(tǒng)已能在閥座環(huán)23和閥門閉合件20之間造成局部過負(fù)荷。在上述制造方法中，可以加工出支承面26并決定閥桿19的導(dǎo)入，這意味著在張緊狀態(tài)下加工出確定中軸21位置的閥殼2的面。通過這種方式可以避免誤對準(zhǔn)。
在圖2中通過支座型閥1a示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。支座型閥1a基本與支座型閥1相同，從而在沒有新參考符號的情況下采用了相同的但帶字母下標(biāo)“a”以示區(qū)別的符號。對這些部件的描述是相同的。與支座型閥1不同的是，支座型閥1a為閥門閉合件20a設(shè)有一開口14a，此開口直徑大于閥座環(huán)23a外徑。用一個(gè)徑向凸緣16a代替了軸向凸緣16。由于開口14a直徑較大，所以可以在支承面26a附近切屑加工出閥殼2a隔壁3a的相鄰區(qū)。由此可以在隔壁3a和閥座環(huán)23a之間形成平滑過渡段。
在圖3中通過支座型閥1b示出了本發(fā)明的另一個(gè)實(shí)施例。支座型閥1b基本與支座型閥1a相同，但除了下述例外情況。支座型閥1b是這樣一種支座型閥，即閥殼2b只有兩個(gè)通口6b、7b而沒有其它通口。象在支座型閥1a中那樣，閥門閉合件20b配有一個(gè)環(huán)繞開口14b的徑向凸緣16b。在此實(shí)施例中，開口直徑大于閥座環(huán)23b外徑，但小于上述外徑也沒問題。
閥座環(huán)23b在這里用一個(gè)密封唇邊26b代替了弧形支承面26、26a，其中閥口24b的圓柱形壁過渡成環(huán)形上平面31b。
閥座環(huán)23b外表面大致成圓柱形。在這里，它大約從中心面開始向其端面32逐漸擴(kuò)寬。同時(shí)，從開口14b看形成了一個(gè)側(cè)凹口，此側(cè)凹口用于將閥座環(huán)23固定在隔壁3b中。
閥座環(huán)23b如此安置在隔壁3b中，其端面31b約在隔壁3b上方。但是，閥座環(huán)23的其余部分幾乎完全嵌入隔壁3b中。尤其是端面32b完全與隔壁3b材料復(fù)合。隔壁3b在一定程度上環(huán)裹住閥座環(huán)23b并利用相應(yīng)的過渡曲面33構(gòu)成了便于流動(dòng)的閥口24b輸出端。
尤其是可從圖4中看到閥座環(huán)23b是如何嵌入隔壁3b中的。如圖所示，閥口24b壁部和端面31b超出了隔壁3b相鄰面一段高度，從而可以在隔壁3b不超過閥座環(huán)23b的情況下對閥座環(huán)23b的相應(yīng)面進(jìn)行切屑加工。閥座環(huán)23b外表面28b的錐角α最好為10度。
在圖5中通過支座型閥1c示出了本發(fā)明中心閥的另一個(gè)實(shí)施例。由于支座型閥1c與前述支座型閥1-1b一致，所以這部分的描述是相同的。與支座型閥1-1b不同的是，支座型閥1c具有一個(gè)閥座環(huán)23c，此閥座環(huán)具有共為三個(gè)其橫截面呈尖三角形的間隔環(huán)形肋34c、35c、36c。這三個(gè)肋34c、35c、36c間隔相等且基本上如此安置，即中央肋35c大致位于隔壁3c正中位置上，而肋34c、36c位于中央肋35c到隔壁3c外側(cè)的一半的位置上。這可以實(shí)現(xiàn)均衡的應(yīng)力分布和受力分布。
一個(gè)支座型閥1具有一個(gè)作為閥座的閥座環(huán)23，此閥座環(huán)被裝入此外是一體制成的閥殼2內(nèi)。閥座環(huán)23與閥殼2材料復(fù)合地或材料復(fù)合-形狀合理地連續(xù)地不可分地接合。這樣的支座型閥1特別適用于熱水區(qū)或蒸汽。另外，如果溫度波動(dòng)，閥門閉合件作用到閥座環(huán)上的力會導(dǎo)致閥座環(huán)23變化，這樣也能保證支座型閥的功能作用。
權(quán)利要求
1.一種特別是用于水、熱水和蒸汽的支座型閥(1)，它具有一個(gè)有可澆鑄金屬材料鑄成的閥殼(2)、一個(gè)其外表面被牢固地夾持在閥殼(2)內(nèi)的閥座環(huán)(23)、一個(gè)可相對閥座環(huán)(23)軸向遠(yuǎn)近可調(diào)地支承的閥門閉合件(20)，其特征在于至少在閥座環(huán)外表面(28)上與閥殼絕流地鑄成閥座環(huán)(23)并由此使閥座環(huán)定位。
2.如權(quán)利要求
1所述的中心閥，其特征在于閥殼(2)是一體制成的。
3.如權(quán)利要求
1所述的中心閥，其特征在于開設(shè)于支座型閥(1)中的且與閥座環(huán)(23)對置的各開口(8，14)的直徑小于此閥座環(huán)的外徑。
4.如權(quán)利要求
1所述的支座型閥，其特征在于閥殼(2)金屬是球墨鑄鐵。
5.如權(quán)利要求
1所述的支座型閥，其特征在于閥座環(huán)(23)由特種優(yōu)質(zhì)鋼制成。
6.如權(quán)利要求
1所述的支座型閥，其特征在于閥座環(huán)(23)在澆鑄和閥殼(2)退火后接受感應(yīng)淬火處理。
7.如權(quán)利要求
1所述的支座型閥，其特征在于閥座環(huán)(23)硬度明顯大于閥門閉合件(20)的硬度。
8.如權(quán)利要求
7所述的支座型閥，其特征在于閥座環(huán)(23)硬度大于300HB，最好在400HB-450HB之間。
9.如權(quán)利要求
1所述的支座型閥，其特征在于在閥座環(huán)(23)的外表面(28)上設(shè)有至少一個(gè)突起(29)。
10.如權(quán)利要求
1所述的支座型閥，其特征在于在閥座環(huán)(23)的一個(gè)外表面(28)上設(shè)有至少一個(gè)環(huán)繞閥座環(huán)的環(huán)形肋(29)。
11.如權(quán)利要求
10所述的支座型閥，其特征在于肋(29)的橫截面呈三角形。
12.如權(quán)利要求
10所述的支座型閥，其特征在于肋被分成燕尾形。
13.如權(quán)利要求
1所述的支座型閥，其特征在于閥座環(huán)(23)在其與閥殼(2)接觸的整個(gè)外表面(28)上與閥殼(2)金屬連接。
14.如權(quán)利要求
1所述的支座型閥，其特征在于閥座環(huán)(23)在其外表面(28)上和至少在遠(yuǎn)離閥門閉合件(20)的端面上局部地與閥殼(2)相連。
15.生產(chǎn)帶有一個(gè)其中設(shè)有閥座環(huán)(23)的閥殼(2)的支座型閥的方法，其中閥殼(2)是一個(gè)鑄件而閥座環(huán)是一個(gè)由另一種所選金屬制成的部件，其特征在于閥座環(huán)(23)作為一個(gè)坯件被裝入閥殼(2)的鑄模中，在鑄模中澆鑄出閥殼(2)，其中閥殼金屬在為此所設(shè)的相應(yīng)的接觸位置上與閥座環(huán)(23)材料復(fù)合地接合，在冷卻的閥殼脫模后，對坯料進(jìn)行切屑加工，以便相對閥殼(2)位置正確地形成所需的閥座(26)。
16.如權(quán)利要求
15所述的方法，其特征在于與閥殼(2)材料復(fù)合地相連的閥座環(huán)(23)經(jīng)受熱淬硬處理工序。
17.如權(quán)利要求
15所述的方法，其特征在于如此確定閥殼(2)所用澆鑄金屬液的溫度和其中夾有閥座環(huán)(23)坯的鑄模，即坯件表面在澆鑄時(shí)被澆鑄金屬熔化。
專利摘要
一個(gè)支座型閥具有一個(gè)作為閥座的閥座環(huán)，此閥座環(huán)被裝入此外是一體制成的閥殼內(nèi)。閥座環(huán)與閥殼材料復(fù)合地或材料復(fù)合-形狀合理地連續(xù)地不可分地接合在一起。這樣的支座型閥特別適用于熱水區(qū)或蒸汽。如果溫度波動(dòng)閥門閉合件用到閥座環(huán)上的力會導(dǎo)致閥座環(huán)變化，這樣也能保證支座型閥的功能作用。
文檔編號F16K1/42GKCN1096584SQ97122878
公開日2002年12月18日 申請日期1997年10月25日
發(fā)明者D·巴爾茲, F·克拉夫特 申請人:赫爾穆特巴爾茲股份有限公司導(dǎo)出引文BiBTeX, EndNote, RefMan專利引用 (1),