陶瓷内衬阀的制作方法

本发明涉及陶瓷内衬阀。

背景技术：

阀也许是在任何加工工业中最重要的构件，因为它们负责隔离或改变各种加工射流的流，且控制在连续加工中的反应速率。存在仅适合用于特定职能的许多阀设计；例如，蝶形阀和球形阀主要被设计成隔离流但不提供精准的流控制。针形阀可在具有很好精确性的情况下控制高压流体流方面优越，但是其被设计成将在窄的操作范围内控制通过量。存在同样地能够进行流控制和隔离的其他通用阀设计，诸如球心阀(globevalve)和隔膜阀，其中，阀开口的数量可被设计成与转动数（numberofturns）线性地对应。

与设计无关，阀大体上由一些关键构件组成。其典型地由阀体组成，该阀体包含与静态阀座协作的动态流控制部件；这种流控制部件由连结至把手或促动器的杆移动。为了阻止泄漏，可使用静态和动态的密封件、垫圈和填密件。这些可为例如由ptfe制成或被涂布有ptfe以用于其高化学抵抗性的弹性体密封件。阀体可经由流进口和流出口连接至上游和下游管线，流进口和流出口各自例如包括用于对用于密封连接的垫圈进行压缩的凸缘。

在一些加工，诸如来自煤灰的材料回收中，加工流体包括在悬浮液中的高浓度的不规则粗固体颗粒，并且/或者大体上是腐蚀性的。因此加工装备和管线需要被制造为具有高度的化学和/或磨蚀抵抗性。例如，由软钢制造的阀将不适合用于这种用途，因为与悬浮液流接触的表面可快速恶化；因此整个阀将需要定期的替换，从而导致计划外的加工停工。特别是在流控制部件和阀座之间的承座接触区是最易受磨损影响的，因为通过变窄阀开口，悬浮液流显著地加速；磨坏的流控制部件和或座不提供良好的密封性能，且因此不能够隔离流。

陶瓷内衬阀是众所周知的，且用在待输送的流体(不管是液体、粉末、悬浮液或其他)为腐蚀性、磨蚀性或二者的应用中。可在wo0140614a2、us5127430a和us5123439a中找到一些示例。用于陶瓷内衬阀中的典型材料包括具有部分稳定的氧化锆的致密陶瓷(诸如氧化铝和氧化锆)，从而提供良好的磨蚀/腐蚀抵抗性。陶瓷材料(诸如氧化铝和氧化锆)具有较好的机械特性(诸如优秀的硬度和磨蚀抵抗性)，以及化学不活泼的且对酸性或碱性材料有抵抗力。然而，陶瓷材料中的结晶结构是脆性的，且因此当由一种或多种陶瓷材料单独制成的阀体受到冲击或严重振动时，其可容易破碎。因此，通常的实践是用陶瓷材料内衬金属阀体，以便于该阀可被制造为对加工流体的磨蚀和腐蚀有抵抗力，以及具有耐受冲击和振动的能力。

在阀体内，围绕阀的操作部分(例如，对于球形阀而言，球)可产生湍流，这可导致液体流体中的气穴，和来自微粒性流体的冲刷。出于该理由，期望在陶瓷内衬中具有尽可能少的接头，因为接头提供内衬中的薄弱区。

另一接头是在阀连接至邻近的管道系统处。阀和邻近的管道之间的接头常规地通过在管道和阀之间提供(例如含氟聚合物(例如，ptfe)的)垫圈来密封。含氟聚合物擅长抵抗腐蚀侵袭，但在抵抗磨蚀侵袭方面不是十分有效的。利用致密陶瓷(诸如氧化铝或氧化锆)内衬管道系统将是既昂贵，技术上也困难的。对于腐蚀性/磨蚀性的流体，通常使用碳化硅且有时使用氧化铝和氧化锆管道内衬。尽管这种内衬可被制作得相对薄，但对于大多数腐蚀性/磨蚀性的材料，常规使用相对厚的内衬(例如，20mm)。用于这种内衬的碳化硅与氧化铝或氧化锆陶瓷相比是多孔的，且具有更小的机械强度。此外，难以确保碳化硅内衬与管道系统的端部凸缘对准。这意味着，如果碳化硅内衬达不到管道系统的端部凸缘，则存在必须由阀与管道系统之间的垫圈填充的间隙。如果碳化硅内衬超出管道系统的端部凸缘，则当阀被绑紧至管道系统时，该内衬可损伤。在任一情形中，这都使垫圈材料受到侵袭，且在极端结果中可导致腐蚀性/磨蚀性的流体到达阀的金属体。

de102004063270a1(cerasystemverschliessschutzgmbh)公开了一种陶瓷内衬球形阀，其包括与陶瓷阀座协作的陶瓷球。然而，没有提及保护阀进口/出口连接的陶瓷材料。因此，仅解决了阀开口处的易损性，且没有解决对上游和下游管道系统的连接件的易损性。存在由该制造商制造的包括从阀座延伸至凸缘的内衬以用于额外保护的商业示例，然而，该阀仍可能因穿过接头渗漏且与金属阀体接触（例如在阀和端部凸缘的连接处）的任何腐蚀性材料而损伤。在一些示例中，ptfe插入件被夹在金属阀体与陶瓷内衬之间，以在陶瓷内衬中的泄漏的情况下提供对抗腐蚀的额外保护。

cn203146890u公开了一种具有陶瓷内衬的球形阀，该陶瓷内衬具有凹入到金属管道连接凸缘中的陶瓷端部连接件，以便例如在凸缘密封垫圈或邻近的管道凸缘和/或内衬的失效或侵蚀的情况下保护金属凸缘。阀座被支撑在弹簧上，以便对该阀座提供压力，以用于靠着阀球密封。此外，弹簧允许构件适应热膨胀，以便甚至在高温下保持可移动。这种设计不可避免地沿流动路径引入可出现气穴或可累积颗粒的裂隙。在该裂隙中累积的颗粒可阻止座的移动，从而需要更高的扭矩以移动阀球，且可能“堵塞”阀。此外，尽管阀座与邻近的陶瓷内衬构件之间的接头由密封件保护，但由于阀座的移动，这些密封件可磨损且失效，从而允许腐蚀性流体渗漏穿过并腐蚀金属阀体。此外，应力可集中在将陶瓷端部连接件和内衬其余部分连结的直角区域处，从而使阀容易在冲击和振动下受到损伤。

结果，需要可靠、具有简单构造，且提供对抗腐蚀和磨蚀的加强保护的陶瓷内衬阀。

技术实现要素：

本申请人已通过提供包括如下部件的陶瓷内衬阀减轻了上述问题：：

i)阀体，其具有用于以流体连通的方式将阀与流体流导管联接阀的端部连接件；

ii)流控制部件，其在阀体内；

iii)内衬，其在阀体内，包括为陶瓷的单个件，其中，该内衬从流控制部件延伸至端部连接件，该内衬限定抵接流控制部件的阀座，和

iv)陶瓷覆盖物，其形成端部连接件的联接面，与内衬分开且与其并置。

陶瓷内衬提供用于腐蚀性和磨蚀性流体的流动通路。因为内衬是由为陶瓷的单个件制成的，所以不存在与工作流体直接接触的裂隙或易损的密封件(例如，易于磨蚀的弹性体或含氟聚合物密封件)，从而改善阀的寿命和可靠性。

可选地，端部连接件包括凸缘。因此，陶瓷内衬阀可直接地装配到标准的带凸缘管线中。陶瓷联接面与陶瓷内衬分开地制造，以减轻当联接面覆盖物和内衬被如前所述地作为为陶瓷的单个件制造时产生的应力。

可选地，陶瓷内衬阀还包括陶瓷封壳，该陶瓷封壳容纳陶瓷轴，以用于在打开位置和关闭位置之间移动流控制部件。陶瓷轴的使用是优选的，因为轴可与腐蚀性流体接触，特别是当流控制部件(例如，在球形阀或闸式阀的情况下的球或闸)为“浮动”设计时。

可选地，保护性涂层介于阀体与陶瓷内衬之间，和/或阀体与陶瓷覆盖物之间。因为金属的机械强度和合理的成本，阀体典型地由金属(诸如软钢或不锈钢)制成。该保护性涂层可提供若干功能中的一个或更多个：其可作用为陶瓷内衬和/或覆盖物的后备，以保护阀体，特别是对抗化学侵袭；其可作用为粘结或黏合层，以将陶瓷内衬和/或覆盖物固连至阀体；并且/或者其可作用为应力减轻层，不仅吸收冲击和振动(例如由流体压力和湍流产生的)，还允许阀体和陶瓷内衬之间的热诱导移动，因此从而减轻或消除在其他情况下将通过不同的热膨胀而产生的应力。将保护性层应用为具有相对小厚度的涂层减小所需阀体的大小。涂层的厚度可仍足以有效地吸收冲击、振动和热移动。可选地，保护性涂层是含氟聚合物，但其可为本领域技术人员已知的任何保护性涂层，例如粉末涂层或电镀表面。

可选地，陶瓷覆盖物与端部连接件的端面基本上齐平。端部连接件因此可直接联接至(例如)邻近的管道系统的标准带凸缘连接件。可选地，陶瓷覆盖物是大致垫片形的；因此其可被常规垫圈完全地覆盖。可选地，陶瓷内衬是管状的，且延伸穿过陶瓷覆盖物中的孔口，以提供用于腐蚀性和磨蚀性流体的无缝强化流动通路。可选地，弹性密封件介于陶瓷内衬和陶瓷覆盖物之间，以便阻止流体渗漏穿过接头且腐蚀金属阀体。

可选地，陶瓷内衬包括在其内端处的阀座，且可选地，陶瓷内衬的内端包括径向地扩大的边沿，例如，以便于容纳且支撑流控制部件。可选地，通过弹性密封件将该径向地扩大的边沿密封至阀体中的另一陶瓷衬套，以便相对于由流体引起的腐蚀保护阀体。

可选地，流控制部件包括陶瓷球，该陶瓷球包括孔口。该孔口可在流控制部件的打开位置中与流动方向对准，以提供流动通路。可(例如逐渐地)移动该孔口，直到其在关闭位置中与流动方向垂直，以用于限制并且/或者阻止流。然而，陶瓷流控制部件可为本领域技术人员已知的任何其他机构，例如，板、缸、提升阀或活塞/梭。

可选地，上游流体压力靠着阀座偏压流控制部件，以在关闭位置中形成密封。在该情况下，陶瓷球可松弛地装配到阀杆上或以其他方式被允许相对于阀体和座表面“浮动”。该浮动主要被设计为减轻由浆体沉积物引起的任何粘合，且因此降低阀球的促动扭矩。因此，该浮动将阻止热膨胀下的咬粘(seizure)。靠着阀座的密封压力随着在阀移动到关闭位置时增大至最大的上游流体压力而增大。

可选地，陶瓷内衬阀还包括弹性密封件，以阻止泄漏。优选地将密封件提供在例如陶瓷内衬的不同构件之间的接头中。它们可本质上为静态的，仅必须吸收其间由它们实现密封的构件的应力和/或热诱导移动。密封件优选地包括ptfe或ptfe涂层，但是它们可由本领域技术人员已知的材料中的任何材料或组合制成，例如丁腈橡胶或其他含氟聚合物。它们可凹入在陶瓷内衬的构件内或之间，以便相对于因加工流体引起的磨蚀/侵蚀得到保护。

附图说明

从参照附图作出的例示实施例的下列详细描述中，本发明的其他特征和方面将是显而易见的，在附图中：

图1是示出根据本发明实施例的陶瓷内衬阀的透视图。

图2是示出图1的陶瓷内衬阀的构造的示意截面视图。

图3a、图3b和图3c是前述图的陶瓷内衬阀的相应的示意侧视、正视和俯视图。

图4是根据本发明实施例形成的阀凸缘的部分截面图，其联接于邻近的管道凸缘。

具体实施方式

图1至图3例示了根据本发明实施例的阀10。如图1和图2所示，阀10包括由非陶瓷材料（优选金属，诸如软钢或不锈钢，因为它们的机械强度）制成的阀体20和端部凸缘50。使用多个螺栓组18将阀体20和端部凸缘50组装在一起。各端部凸缘50还包括垫片形的陶瓷覆盖物40。这形成环状联接面，该环状联接面围绕轴向地延伸穿过凸缘的中央流动通路2。该联接面本身被端部凸缘50的暴露的边沿4围绕，边沿4包括通常周向间隔的螺栓孔6，凸缘50通过螺栓孔6而固连至邻近的对应管道凸缘(未示出)。通过在径向地达不到固连螺栓孔6处中止，陶瓷覆盖物可被保持为简单的垫片形状。

各端部凸缘50设有管状、大体上柱状的陶瓷内衬30，以用于保护金属部分。内衬30与覆盖物40之间的接头用环状ptfe密封件14密封。这种布置有助于阻止任何腐蚀性液体渗漏至陶瓷内衬30、覆盖物40和非陶瓷端部凸缘50之间的接触区中。端部凸缘50的一部分凹入以容纳覆盖物40，以便一旦阀被完全装配，陶瓷内衬30的暴露端部和陶瓷覆盖件40的联接面与端部凸缘50的暴露边沿大体上齐平地定位。联接面和衬套端部可稍微地凹入到暴露边沿4内，以便应用至陶瓷覆盖物40的密封垫圈居中地定位，且当凸缘螺栓被完全地拧紧时不被过度地挤压。备选地，联接面可定位为稍微超出暴露边沿4，以便在均匀地扭转凸缘螺栓上的紧固螺母以便于对凸缘密封垫圈均匀地施力时，边沿和邻近的管道凸缘不互相干扰。陶瓷内衬30和陶瓷覆盖物40的分开的构造减轻在作为现有技术的特征的一件式设计中将以其他方式存在的应力。内衬30的外端优选地行进穿过垫片形覆盖物40中的中央孔口。环状密封件14被容纳在该孔口内。因此，当凸缘接头被紧固时的覆盖物40的轴向压缩被通过密封件14处的覆盖物40和内衬端部之间的轻微相对轴向移动吸收。作为凸缘50的金属部分和陶瓷内衬30之间的不同热膨胀的结果，可发生类似的移动。在任一情形中，没有弯曲应力(且因此没有弯部的外部分中的拉伸应力)可出现在内衬30与覆盖物40之间的接头处。在较不优选的布置中，内衬30的外端在达不到覆盖物40的内平坦面处停止且位于其附近，邻近中央孔口。覆盖物40的中央孔口的直径因此减小，以匹配管状内衬40的内径，且管状内衬的端部与覆盖物40并置，具有小的间隙，而非行进穿过中央孔口。密封件诸如14再次被容纳在覆盖物40与内衬30之间，但在由间隙允许的这些构件之间的相对移动作用下被压缩和膨胀，而非吸收相对滑动移动。

提供促动器60以用于调节阀开口程度且控制流体流的量，诸如图1中示出的手动促动杠杆60。然而，促动器可为本领域技术人员已知的任何装置，例如，气动、液压和电动促动器。如图2所示，促动器60经由陶瓷杆24与流控制部件22连接，以用于在打开位置和关闭位置之间移动流控制部件22(或移动至任何中间位置)。在该具体示例中，阀10是球形阀且流控制部件22是具有直径孔口26的陶瓷球。然而，其他阀类型也是可以应用的，例如，蝶形阀或闸式阀。阀体20还包括陶瓷体内衬34，以用于相对于流动穿过流动通路的流体防护其金属表面。各陶瓷内衬30的内端具有径向地朝外扩大的边沿8，边沿8被通过环状密封件17密封至陶瓷体内衬34的内开孔。密封件14、16和17可包括ptfe或ptfe涂层，或任何其他合适的一种或多种材料。陶瓷杆24穿过阀体20和陶瓷体内衬34被通过阀盖25锁紧在合适位置，且通过杆填密件27和o形环28被密封。

当阀被置于打开位置时，阀孔口26与流动通路2对准，而在关闭位置中，孔口26与流动通路垂直地定位以阻止流动。扩大的边沿8的在其与流动通路2的接头处的内转角形成为部分球状凹处32，该部分球状凹处32与流控制部件(球)22协作，以形成阀座。为了阻止因热膨胀或颗粒截留引起的阀咬粘，流控制部件22在阀座32处相对于陶瓷内衬30“浮动”。为此，其能够自由地相对于阀杆24沿径向和轴向方向稍微移动。当流控制部件22被置于关闭位置时，其被通过上游压力靠着两个阀座32中相关的一个密封。

陶瓷内衬30以及其内端凸缘8和阀座32由沿流动通路2且围绕其放置的为陶瓷的单个件构成。这种设计消除了裂隙和易于磨损/易坏的密封件。其还有助于通过消除裂隙/凹处来阻止微粒残余物或淤渣的累积，这种固体材料可被截留在裂隙/凹处中。因此形成的流动通路还呈现相对光滑的内表面，这减少了湍流且提供了对抗气穴侵蚀的增强的保护。密封件14、16和17都不直接暴露至流体流，而是作为代替由邻近的陶瓷构件相对于快速流动的流体防护，因此使因磨蚀/侵蚀导致的损伤最小化。事实上，因为密封件14、16和17不与任何移动部分接触(除了由于热循环和应力/应变行为而产生的非常轻微的移动之外)，所以它们不需要频繁的替换，从而延长阀检修间隔。

为了提供进一步的保护，在组装之前，使用ptfe或类似的化学抵抗性/化学不活泼的涂层来涂布金属阀体20和端部凸缘50的内部表面，即，这些构件的与陶瓷衬套30、陶瓷覆盖物40和陶瓷体内衬34接触的表面。此外或备选地，涂层可在陶瓷构件插入阀体和端部凸缘50中之前被应用至陶瓷构件。这种涂层形成物理屏障，以用于相对于任何泄漏的腐蚀性流体保护金属表面且改善阀的可靠性。ptfe或其他涂层材料也可作用为定位或固持层，以用于将陶瓷构件固连到金属阀体20和端部凸缘50中。在一些情形中，如果ptfe或其他涂层充分厚，则其还可作用为冲击吸收件以阻尼振动，从而延长阀的寿命。这种涂层和它们的应用和安装的过程以及陶瓷构件的粘合固持形成本发明的独立的方面。

如图4所示，典型地通过被接收在孔6中的螺栓110将阀凸缘50各自螺接至邻近的管道凸缘100。例如包括ptfe和/或其他含氟聚合物的化学抵抗性的垫圈104在覆盖物40的匹配面和管道凸缘100的邻近的匹配面之间被压缩。管道的碳化硅或类似的内衬102通常比(典型地氧化铝或氧化锆的)阀凸缘构件内衬30和覆盖物40厚。管道内衬102的端部可在达不到管道凸缘匹配面处终止，或可定位为超出管道凸缘匹配面。在后一种情形中，当组成凸缘接头时，容易因过度应力和破裂而损坏。在任一情形中，不可正确地对垫圈104的邻近于内衬102的径向内部分施力并且/或者可存在泄漏路径，从而潜在地将金属管道凸缘100和垫圈暴露至加工流体和暴露至化学侵袭。这可导致垫圈104的去能部分径向地变大。然而，只要保持垫圈104的整个周向部分保持被施力，则凸缘密封件保持完整。因为垫圈104跨过其整个直径被覆盖物40支撑，且因为阀凸缘金属被覆盖物40、内衬30、环状密封件14且被耐腐蚀涂层保护，所以该金属决不暴露至加工流体的腐蚀和/或侵蚀影响。因此阀凸缘组件保持处于良好状态，即使管道凸缘被腐蚀至泄漏发生且变得需要替换管道的程度。

其他变形和变更对本领域技术人员而言将是显而易见的，同时保持在权利要求书的范围内。

权利要求书(按照条约第19条的修改)

1.一种陶瓷内衬阀，其包括：

i)阀体，其具有端部连接件，所述端部连接件用于以流体连通的方式将所述阀与流体流导管联接；

ii)流控制部件，其在所述阀体内；

其中，所述陶瓷内衬阀还包括：

iii)内衬，其在所述阀体内，包括为陶瓷的单个件，其中，所述内衬从所述流控制部件延伸至所述端部连接件，所述内衬限定抵接所述流控制部件的阀座，和

iv)陶瓷覆盖物，其形成所述端部连接件的联接面，与所述内衬分开且与其并置；

其特征在于，所述内衬的外端穿过所述陶瓷覆盖物中的中央孔口。

2.根据权利要求1所述的陶瓷内衬阀，还包括陶瓷封壳，所述陶瓷封壳容纳陶瓷轴，以用于在打开位置和关闭位置之间移动所述流控制部件。

3.根据权利要求1或2所述的陶瓷内衬阀，其中，保护性涂层介于所述阀体与所述陶瓷内衬之间，和/或所述阀体与所述陶瓷覆盖物之间。

4.根据权利要求3所述的陶瓷内衬阀，其中，所述保护性涂层包括含氟聚合物诸如ptfe。

5.根据权利要求3或4所述的陶瓷内衬阀，其中，在所述陶瓷内衬的插入之前应用所述涂层。

6.根据权利要求3至5中的任一项所述的陶瓷内衬阀，其中，所述涂层将所述陶瓷内衬粘合地固连至所述阀体。

7.根据任一前述权利要求所述的陶瓷内衬阀，其中，所述陶瓷覆盖物与所述端部连接件的端面大致齐平。

8.根据任一前述权利要求所述的陶瓷内衬阀，其中，所述陶瓷覆盖物为大致垫片形的。

9.根据任一前述权利要求所述的陶瓷内衬阀，其中，所述陶瓷内衬是管状的且延伸穿过所述陶瓷覆盖物中的孔口。

10.根据任一前述权利要求所述的陶瓷内衬阀，其中，弹性密封件介于所述陶瓷内衬与所述陶瓷覆盖物之间。

11.根据任一前述权利要求所述的陶瓷内衬阀，其中，所述陶瓷内衬包括在其内端处的阀座。

12.根据任一前述权利要求所述的陶瓷内衬阀，其中，所述陶瓷内衬的内端包括径向地扩大的边沿。

13.根据权利要求12所述的陶瓷内衬阀，其中，通过弹性密封件将所述径向地扩大的边沿密封至所述阀体中的另一陶瓷衬套。

14.根据任一前述权利要求所述的陶瓷内衬阀，其中，所述端部连接件包括凸缘。

15.根据任一前述权利要求所述的陶瓷内衬阀，其中，所述流控制部件包括陶瓷球，所述陶瓷球包括孔口；且其中，所述孔口可在所述流控制部件的打开位置中与流动方向对准，以提供流动通路；且其中，所述孔口可在所述关闭位置中垂直于流动方向移动，以用于限制并且/或者阻止流动。

16.根据任一前述权利要求所述的陶瓷内衬阀，其中，上游流体压力靠着阀座偏压所述流控制部件，以在闭合位置中形成密封。

17.根据前述权利要求中的任一项所述的陶瓷内衬阀，包括用于阻止泄漏的弹性密封件。

18.根据权利要求17所述的陶瓷内衬阀，其中，所述弹性密封件设在所述陶瓷内衬的不同构件之间的接头中。

19.一种阀，其包括：

阀体

流动通路，其在所述阀体中；

陶瓷内衬，其在所述流动通路中，和

化学抵抗性涂层，其在所述陶瓷内衬与所述流动通路的邻近的表面之间。

20.根据权利要求19所述的阀，其中，所述涂层包括含氟聚合物。

21.根据权利要求19所述的阀，其中，所述涂层包括ptfe。

22.根据权利要求19-21中的任一项所述的阀，其中，在所述陶瓷内衬的插入之前，将所述涂层应用至所述流动通路的表面。

23.根据权利要求19-22中的任一项所述的阀，其中，所述涂层将所述陶瓷内衬粘合地固连在所述流动通路内。