CN103185147B - 过程控制阀的单向密封件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种过程控制阀的单向密封件，特别是用于饮料行业、制药，化学和食品工业，包括至少一个阀板，阀板上的至少一个主密封件，至少一个辅助密封件（101），至少一个界于至少一个主密封件和至少一个辅助密封件（101）之间的空腔，具有至少一个用于固定辅助密封件的圆锥形的槽（102），此圆锥形槽特征在于所述的辅助密封件（101）辅助密封件的装入方式是仅在一侧密封，并允许介质渗透流出空腔。当阀座或第一、第二阀板升起时，不会导致介质渗入阀板，即没有介质渗入阀板内被辅助密封件和主密封件限制的空腔，并因此可以避免清洗液、以及其它液体或不需要介质的渗透。

Description

过程控制阀的单向密封件

技术领域

本发明涉及一种特别用于饮料行业、制药，化学和食品工业等领域产品的流控制的过程控制阀。

背景技术

目前过程控制阀中的空腔，所述邻近密封件的空腔，特别是由于过程控制阀用于食品/饮料灌装行业的介质流通道，亦可用于制药、化工行业，是密封的；这意味着在正确密封的情况下，如像产品或食品流之类的介质流，不会渗透到过程控制阀中，也没有从过程控制阀中逃逸的任何介质存在于上述的空腔中，或渗透到周围环境或者进入过程控制阀控制的介质流通道中。

就其它原因而言，过程控制阀中存在空腔的原因之一，例如密封件边缘存在的缝隙，系由于阀板往往是多片的，和缝隙、空腔可能在由螺纹紧固在一起的阀板之间形成。利用此类多片式阀板结构的原因之一，是由于密封环装入环槽时具有不太强烈的变形，它使得密封环可以简单的装入阀板槽。阀板间产生空腔的其他原因，可能是由于阀板与阀杆或其他过程控制阀组件之间的螺纹连接，而它们被安装系由于维护的原因。

如前所述，通常，过程控制阀中存在的空腔，是由两侧的密封元件来密封。

如DE102010003445A1中所述，过程控制阀系一种使用内螺纹连接的密封阀件以密封内部的座阀，特别是处于密封件边缘的阀件之间的区域与外部的密封。

DE102010030300A1（具体见图1），描述了作为双座阀的过程控制阀，该阀具有多片上阀板和多片下阀板，对存在于密封件边缘的、通过螺纹连接在一起的阀板之间的任何空腔和缝隙，使用了内侧和外侧双密封的形式。

在其它因素中，已知过程控制阀存在的不利因素是，当温度变化时，可能在过程控制阀主密封件边缘的密封腔内形成不必要的压力，这可能会损坏过程控制阀主密封件或影响其功能。此外，有缺陷的主密封件泄露或主密封件固定点泄漏的检测，亦可能受到阻碍。

发明内容

本发明的目的是改进过程控制阀，特别是用于饮料灌装行业的过程控制阀及其密封性能和可维护性。

本发明采用以下技术方案，根据本发明，通过权利要求1中所述的过程控制阀实现该目标。

优选的实施方式和进一步的发展是从属权利要求的主题。

过程控制阀的单向密封件，是用于介质流通道中的过程控制阀，包括至少一块阀板、装在阀板上的至少一只主密封件、至少一只辅助密封件、被至少一只主密封件和至少一只辅助密封件限制的空腔、至少一个用于容纳辅助密封件的锥形槽，辅助密封件的装入方式是仅在一侧密封，允许介质渗透流出空腔。

换言之，所述的辅助密封件的特点是，即辅助密封件可以密封沿锥形槽的锥形方向流过辅助密封件的介质，同时辅助密封件可以允许在锥形槽的扩展方向上流过辅助密封件的介质通过。

因此辅助密封件可以这样的方式提供，即只要空腔内部压力（被主密封件和辅助密封件限制）和空腔外部空间之间压力（被辅助密封件限制）的压力差超过0.01、0.1、0.5或1帕，介质能够通过辅助密封件流出空腔。

其优点之一是可以更迅速，更容易地检测到主阀的泄漏，由于在泄露的主密封件后面渗透的介质，可以容易看到的方式逸出到周围的环境中，或通过单向辅助密封件进入泄漏收集室。

此外，如在被主密封件和辅助密封件限制的空腔中，由于温度变化导致的压力变化，可以方便地进行补偿。因此作用于主密封件上的、可能会导致主密封件损坏或影响其功能的、不必要的热负荷和机械负荷可以减至最小。

进而，在清洗过程中，它可以同时地、方便地减少或避免清洗液或其它液体或不需要的介质、渗透进入辅助密封件和主密封件之间空腔中的风险。

此外，一只单向辅助密封件可以这样的方式提供，即在其密封作用侧，至少在短时间（如1、5或10秒）内，它可以承受20、30或40帕的最大压力。这使得辅助密封件具有即使在压力锤下仍可以保持功能的优点。

除此之外，如在其它的含义中，术语“空腔”的意思，是指不同的过程控制阀组件之间的间隙和/或缝隙，以及相同过程控制阀组件内的空腔和/或孔。

同样，如用于容纳一只辅助密封件的锥形槽，可以通过零件壁或不同过程控制阀零件的零件壁部分形成，或通过零件壁或相同过程控制阀零件的零件壁部分形成。

主密封件被用作径向或轴向阀座密封件，和/或为同时具有径向和轴向密封效果的阀座密封件。

进而应当注意，在以下的术语中，辅助密封件始终被理解为一个单向的辅助密封件。

辅助密封件以初始张力装入锥形槽中，锥形槽的张角介于15°和45°之间。

在锥形槽扩展方向上、逆着辅助密封件流动的介质所产生的压力，可使辅助密封件在锥形槽扩展方向上承压或变形，从而导致辅助密封件在锥形槽扩展方向上产生泄露。

辅助密封件的初始张力，能够拉动辅助密封件进入锥形槽锥形方向的斜槽或凹槽中，或它亦可以容纳辅助密封件。其优点是，辅助密封件不会被沿锥形槽扩展方向流动的介质带走，和/或辅助密封件不会与锥形槽分离。

辅助密封件亦可以在无初始张力的情况下装入锥形槽，且锥形槽的张角介于8°和30°之间，优选的在12°到18°之间。但是辅助密封件因此可以被压入槽中或两槽壁之间；其压力或用其它方式，如可由，从重力方向看，设于辅助密封件上的阀板部分的自重产生，亦或通过形成槽的、螺纹连接在一起的组件产生。

如果介质流出空腔、或沿锥形槽锥形方向流动，辅助密封件将密封、并且被压入锥形槽。与此相反，如果介质从锥形槽的扩展方向逆着辅助密封件流动，由于流动介质的压力，辅助密封件可以沿锥形槽的扩展方向进一步被推动。从而，由于部分压力损失，相对于上述从空腔中流出的介质，辅助密封件可能成为可渗透的零件。

辅助密封件以这样的方式提供，即其在由流出空腔的介质产生的压力作用下的变形，在被主密封件和辅助密封件限制的空腔内部压力和被辅助密封件限制的空腔外部空间之间压力的压力差达0.1、1或10帕时，不超过辅助密封件平均厚度的一半。

这有效地防止了辅助密封件被流出空腔的介质、或沿锥形槽扩展方向流动的介质顺流带走，或脱离锥形槽。

辅助密封件为轮廓环，如O形环。

辅助密封件的几何形状可以是旋转体，如具有完美的圆形或椭圆形横截面的环状体。对于辅助密封件来说，类似于梯形横截面的其它横截面的几何形状亦是可以的。

辅助密封件可用弹性体制造，如EPDM，即三元乙丙橡胶，或用热塑性塑料制造，如PTFE，即聚四氟乙烯，且其具有50到100的肖氏硬度，肖氏硬度优选的是60到80。

辅助密封件的刚度或肖氏硬度，可以防止或阻碍辅助密封件弯曲、或被沿锥形槽扩展方向流动的介质顺流带走。

过程控制阀为具有一片或多片阀板的单座阀。

空腔部分地扩展到阀杆和阀杆壳体之间的间隙，并连接到辅助密封件的边界，面向远离介质从空腔的流出的方向，它是一个开口，通过它，从空腔内部方向、自单向辅助密封件流出的介质，可以溢入周围环境或进入过程控制阀壳体部分，如泄漏收集室中。

以这样的方式，可以有效地检测到单座阀中轻微泄漏的主密封件，因为如主密封件发生泄漏，可以更容易地检测到逸出的泄漏。另一方面，例如在清洁过程中，同时可以有利地防止清洗液渗入辅助密封件和主密封件之间的空腔。

因此应注意，阀杆可用于平衡或非平衡过程控制阀。

过程控制阀为具有第一单片或多片阀板和第二单片或多片阀板的双座阀。

位于第一阀板和第二阀板之间的中空空腔，可用于渗透和收集经由第一阀板的辅助密封件和/或第二阀板的辅助密封件和/或在主密封件发生泄漏时，通过第一和/或第二阀板的主密封件，从过程控制阀流走的介质流体。

如在闭合位置​​，该中间空腔因此可以方便地作为一个安全腔或泄漏腔。

中空空腔设有一个溢流机构，通过此溢流机构，已经渗透到中空空腔的介质可以流出或吸入。

如果阀座或第一第二阀板升起，不会导致介质渗入阀板，即没有介质渗入阀板内被辅助密封件和主密封件限制的空腔，并因此可以避免清洗液、以及其它液体或不需要介质的渗透。

附图说明

图1：具有初始张力的单向辅助密封件，

图2：没有初始张力的单向辅助密封件，

图3：单座阀，

图4：双座阀，

101，201，301一侧具有密封效果的单向辅助密封件，简称辅助密封件，

111, 211与介质从界于辅助密封件和主密封件之间的一个空腔方向上流出辅助密封件的朝向相同的辅助密封件的边界。也可以被称为辅助密封件的内边界，

110, 210与介质从界于辅助密封件和主密封件之间的空腔方向上流出辅助密封件的朝向相反的辅助密封件的边界。也可以被称为辅助密封件的外边界，

102, 202, 302, 422, 423用于容纳辅助密封件的锥形槽，

105,106, 205, 206构成或提供锥形槽的部件/组件元素/相同的组件零件的或不同的组件零件，

103, 203辅助密封件的厚度，

α用于容纳 有初始张力的辅助密封件的锥形槽的张角，

β用于容纳无初始张力的辅助密封件的锥形槽的张角，

104, 204辅助密封件的平均内径，

108, 109, 318, 317, 425, 424槽壁，

209, 426槽壁/槽顶部，

213,427槽壁/槽底，

208过程控制阀组件间隔，界于辅助密封和主密封件之间的空腔的一部分，

107, 207介质从界于辅助密封件和主密封件之间的一个空腔流出的方向，即，介质渗透到泄漏的一次密封之后，渗透到上述的空腔，

314作为双座阀的过程控制阀，

303主密封件，

304开/凹槽，

305阀杆和阀杆壳体之间的空隙，

306阀杆，

307阀杆壳体，

308界于主密封件和辅助密封件之间的空腔，

310单座阀的阀座，

311可能的介质流，

312，313介质输送管道，

309单座阀的两片阀板，

316阀板309的第一阀板，

315阀板309的第二阀板，

317阀杆306的一部分，它构成锥形的槽302的一部分，

318阀杆壳体307的一部分，它构成了锥形槽302的一部分，

404作为双座阀的过程控制阀，

414第一阀板，

417第一阀板件，例如，第一阀板的第一半阀板，

418第二阀板件，例如，第一阀板的第二半阀板，

413第二阀板，

416第一阀板件，例如，第二阀板第一半阀板，

415第二阀板件，例如，第二阀板的第二半阀板，

401第一阀板的单向辅助密封，

407第二阀板的单向辅助密封，

402主密封，例如，在第一阀板上的径向作用，

406主密封，例如，在第二阀板上的轴向和径向作用，

409第一和第二阀板之间的中空空腔，

420中空空腔409的开口/溢流机构，

421第二阀板的第一和第二阀板件之间的部分，例如，用于泄漏或冲洗水的排放，

403第一阀板414界于主密封402件和辅助密封件401之间的空腔，

408第二阀板413界于主密封406件和辅助密封件407之间的空腔，

411空腔403的一部分，作为一个孔，

419空腔408的一部分，作为一个孔，

412 阀杆，

405 双座阀404的座。

具体实施方式

图1通过示例的方式展示了具有初始张力的单向辅助密封件101如何能够装入锥形槽102中。因此，槽壁108和109可以由组件/零件106和105的壁或部分壁形成。组件106和105因而可以属于相同的零件或不同的零件。例如，对于以初始张力装入的辅助密封件101来说，锥形槽102的张角α 可以在15°到45°之间。

位于主密封件（图中未示出）和辅助密封件101之间的空腔112，可能被视作为辅助密封件边界111（亦被称作内部辅助密封件边界）、辅助密封件101的一部分，限制在辅助密封件101上。辅助密封件101的一部分（不正对介质可能从空腔112流出的方向107），此处被标记为辅助密封件边界110（亦可称作为外部辅助密封件边界）。

如果存在于内部辅助密封件边界111，和存在于外部辅助密封件边界110之间的压力差至少为0.01，0.1，0.5，1帕，则辅助密封件可在内部辅助密封件边界111一侧。就单侧而言，对于来自空腔112的、逆着辅助密封件流动的介质是可渗透的。

辅助密封件101可以这样的方式提供，即其在流出空腔的介质产生的压力作用下的变形，如在空腔内部压力（被主密封件和辅助密封件限制）和空腔外部空间之间压力（被辅助密封件限制）的压力差高达0.1，1或10帕时，辅助密封件101的变形不超过辅助密封件101平均厚度103的一半。

辅助密封件的初始张力和/或刚度或肖氏硬度，亦能防止辅助密封件弯曲，或被从空腔112中流出的、具有高达10，20或40帕的最大压力、沿流动方向107流动的介质带走。

图2通过示例的方式显示，辅助密封件201可以在无初始张力的情况下装入锥形槽202，且处于槽壁209和213之间。由辅助密封件201和主密封件（图中未示出）限制的空腔212可以打开，并进入零件206和205之间的缝隙208。如果有压力存在于辅助密封件的外边界213，这意味着辅助密封件的该部分不正对方向207；由此处，介质可以从空腔212或缝隙208流出，辅助密封件可以锥形方向被压入槽202，因此封闭了逆着辅助密封件外边界213流动的介质。

辅助密封件201同样能够以压入的方式装入槽中，由于位于辅助密封件上方的零件的自重（从重力方向观察），它将槽壁/槽顶209连同辅助密封件201压在一起，并紧靠在槽壁/槽底部213上；或通过螺纹将槽壁209和213紧固在一起，并压紧封闭的辅助密封件202。

无初始张力装入的辅助密封件的锥形槽的张角β，因此可以介于8°到30°之间，优选角度在12°和18°之间。

如果现在介质沿方向207、自空腔212或缝隙208中流出，并逆着辅助密封件201或辅助密封件内边界211流动，则辅助密封件由于流动介质的压力，可以沿锥形槽的扩展方向向更远处滑动，并因此使得上述自空腔212流出的介质，在部分压力损失的情况下可渗透通过。

辅助密封件201可以这样的方式提供，即在由空腔流出的介质产生的压力作用下的变形，如在空腔内部压力（被主密封件和辅助密封件限制）和空腔外部空间之间压力（被辅助密封件限制）的压力差高达0.1到10帕时，不超过辅助密封件201平均厚度203的一半。

辅助密封件的刚度或肖氏硬度，亦能防止辅助密封件弯曲，或被从空腔212或缝隙208中流出的、具有高达20，30或50帕压力、沿流动方向207流动的介质带走。

图3通过示例的方式显示，作为单座阀314的过程控制阀，可以有两件式的阀板309，包括第一阀板315和第二阀板316。

主密封件303和辅助密封件301可以限制空腔308，它可位于阀板315和316之间，并可以至少部分地封闭阀杆306和阀杆壳体307之间的间隙305。阀杆306（如图所示）可以在平衡或不平衡状况下工作。

如通过主密封件303的泄漏点渗入空腔308、并从空腔308流出的介质，通过辅助密封件301和连接辅助密封件并位于阀杆306和阀杆壳体307之间的开口304，能够逸出到周围环境或进入过程控制阀壳体，如泄漏收集室。

阀杆306的部分317和阀杆壳体307的部分318，可形成固定辅助密封件301的锥形槽302。因此辅助密封件301可在初始张力的作用下和/或以压入的方法装入锥形槽302中。

在这种方式中，可以方便地检测到单座阀中轻微泄漏的主密封件；因为如主密封件发生泄漏，可以更容易地检测到这种泄漏。另外在阀板309、阀杆306或阀杆壳体307清洁过程中，它同时能够有效地防止清洗液渗入辅助密封件和主密封件之间的空腔308。

此外，图 3通过示例的方式显示了一种在开启位置的单座阀，其中介质流311可以在管道312和313之间流动。单座阀的底座310可以卧装在管道312上。

图4通过示例的方式显示了作为双座阀304的过程控制阀。双座阀304具有第一阀板414和第二阀板413。

阀板可以多片。例如，第一阀板414可以包含第一阀板417和第二阀板418，同样的，第二阀板413可以包含第一阀板416和第二阀板418。由此阀板可以用螺丝拧在一起。

第一阀板414可以具有一个空腔403。此空腔403界于主密封件402（其作用是使其具有径向效应）和辅助密封件401之间。因此，部分空腔403可以作为孔，例如，孔411，能够方便地传送可能通过主密封件402的一个泄漏点渗入的介质以更好地到达辅助密封件401，通过这一泄漏点它可以从空腔403再次逃逸。从而，辅助密封件401能在初始张力的作用下和/或以被压入至锥形槽422中。槽422的槽壁424和425可以由阀杆412的一部分和第二阀板418的一部分构成。然而，槽壁也可以由相同的组件构成，例如，阀板418 。

第二阀板413也可以具有一个空腔408。此空腔408界于主密封件406（其作用是使其具有轴向和/或径向的效果）和辅助密封件407之间。因此，部分空腔408可以作为孔，例如，孔419，能够方便地传送可能通过主密封件406的一个泄漏点渗入的媒介更好地到达辅助密封件407，通过这一泄漏点它可以从空腔408再次溢出，例如，通过第二阀板413的部件：第一阀板420和第二阀板415之间的间隙421溢出。

从而，辅助密封件407在初始张力的作用下和/或以被压入的方式压人至锥形槽423中。槽423的槽壁426和427可以由第一阀板416的一部分和第二阀板415的一部分构成。

第一阀板414和第二阀板413之间，有可能存在一个中空空腔409，例如，在双座阀的闭合位置（如图所示），在主密封件402和/或主密封件406发生泄漏时，介质可以渗透到中空空腔409.

例如，当主密封件402发生泄漏时，介质可以首先渗透到空腔403并通过辅助密封件401逃逸到中空空腔409。当主密封件402发生泄漏时，在双座阀404的闭合位置，介质也有可能通过第一阀板和双座阀404的阀座405之间的间隙渗透到中空空腔。

中空空腔409可以因此很好地用作为捕捉泄漏的一个安全空间。

介质可以通过第二阀板413上的开口420，或第二阀板413的第一阀板420，从中空空腔409流出或被吸出，到第二阀板413的第一阀板件420和第二阀板件415之间的间隙421中。

在双座阀404的打开位置例如切换或者用于冲洗清洁，以及完好的主密封件402和406的位置，辅助密封件401和407的作用是防止介质渗透到空腔403和/或408。

除了用于上述通过示例中引用的过程控制阀作为单座阀和双座阀外，所描述的单向二次密封也能够用于，倾斜座阀，梭阀，罐底阀或双密封阀，或带有阀板的过程控制阀，特别是带有多片阀板的过程控制阀。

Claims (15)

1.用于介质流通道中的过程控制阀，包括至少一个多片式阀板，同一多片式阀板的两片阀板件之间存在空腔，各空腔两端分别设有主密封件和辅助密封件，辅助密封件位于由同一零件或不同零件的壁形成的锥形槽中，其特征是：辅助密封件的装入方式是仅在一侧密封，允许介质渗透流出空腔。

2.根据权利要求1所述的过程控制阀，其特征是：主密封件被用作径向或轴向阀座密封件，和/或为同时具有径向和轴向密封效果的阀座密封件。

3.根据权利要求1或2所述的过程控制阀，其特征是：辅助密封件(101)以初始张力装入锥形槽(102)中，锥形槽(102)的张角(α)介于15°和45°之间。

4.根据权利要求1或2所述的过程控制阀，其特征是：辅助密封件(201)以在无初始张力的情况下装入锥形槽(202)中，锥形槽(202)的张角(β)介于8°和30°之间。

5.根据权利要求4所述的过程控制阀，其特征是：锥形槽(202)的张角(β)介于12°到18°之间。

6.根据权利要求1所述的过程控制阀，其特征是：辅助密封件为环形结构。

7.根据权利要求6所述的过程控制阀，其特征是：辅助密封件为O形环。

8.根据权利要求1或2或6所述的过程控制阀，其特征是：辅助密封件以这样的方式提供，即其在由流出空腔的介质产生的压力作用下的变形，在被主密封件和辅助密封件限制的空腔内部压力和被辅助密封件限制的空腔外部空间之间压力的压力差达0.1、1或10帕时，不超过辅助密封件平均厚度的一半。

9.根据权利要求8所述的过程控制阀，其特征是：过程控制阀为具有一片或多片阀板(315)的单座阀(314)。

10.根据权利要求9所述的过程控制阀，其特征是：空腔(308)部分地扩展到阀杆(306)和阀杆壳体(307)之间的间隙(305)，并连接到辅助密封件的边界，面向远离介质从空腔的流出的方向，它是一个开口，通过它，从空腔内部方向、自单向辅助密封件流出的介质，可以溢入周围环境或进入过程控制阀壳体部分。

11.根据权利要求8所述的过程控制阀，其特征是：过程控制阀为具有第一单片或多片阀板(414)和第二单片或多片阀板(413)的双座阀(404)。

12.根据权利要求11所述的过程控制阀，其特征是：位于第一阀板(414)和第二阀板(413)之间的中空空腔(409)，可用于渗透和收集经由第一阀板(414)的辅助密封件(401)和/或第二阀板(413)的辅助密封件(407)和/或在主密封件发生泄漏时，通过第一和/或第二阀板的主密封件(402，406)，从过程控制阀流走的介质流体。

13.根据权利要求12所述的过程控制阀，其特征是：中空空腔(409)设有一个溢流机构(420)，通过此溢流机构，已经渗透到中空空腔(409)的介质可以流出或吸入。

14.根据权利要求1、2、6、9-13中任一项所述的过程控制阀，其特征是：辅助密封件可用弹性体制造，或用热塑性塑料制造，且其具有50到100的肖氏硬度。

15.根据权利要求14所述的过程控制阀，其特征是：辅助密封件具有60到80的肖氏硬度。