[发明专利]阀门耐磨环和具有耐磨环的闸阀

说明书

技术领域

本发明涉及用于阀门的改进的耐磨环，并且涉及用于制造改进的耐磨环的方法和材料。尤其是，本发明涉及用于闸阀组件的改进的耐磨环。

背景技术

大的闸阀常用于各种应用中，包括采矿、制造、炼制、排污和引水以及许多其它应用。在许多的这些应用中，例如，在输水中使用的大的闸阀，所述阀门可以一直使用很多年，甚至几十年，而较少需要相当的保养或维护。不过，许多其它大的闸阀被用于极其具有挑战性的环境中，其中阀部件的内表面暴露于可快速降解除最耐久的材料外所有材料的磨损或腐蚀性材料。例如，携带具有大量石块和砂粒的矿浆可过早地磨损内部阀部件。类似的，沥青砂(例如在加拿大西部开采以制造可替代燃料的那些)在高温下被处理并具有非常高的固体含量，当通过阀门时使阀门的内部易于降解(老化)。

为了使阀门尤其是工作在极端条件下的大型闸阀的使用寿命进一步延长，形成可替换的表面是可行的，所述可替换的表面对准阀门内部的一些部分。这些可替换的表面可由比其它阀部件硬得多的材料制成–部分是由于它们比其它部分(部件)需要更少的精加工，并且还由于它们可使用价格较高的金属而不需要整个阀门都使用昂贵材料。此外，所述表面的可移除特性允许它们在不需要更换或重构整个阀门的情况下被更换。

遗憾的是，现有闸阀设计的一个挑战(即使是使用可更换耐磨表面的闸阀)是用于制成这些耐磨表面的材料很硬以至于它们难以加工到小公差。尤其难以加工的是弯曲表面，例如，被设计成紧密匹配入阀门外壳中的耐磨环的外径。不过，为了恰当地匹配在阀门外壳内，耐磨环必须具有相对较精确的外形和尺寸。加工这样的尺寸是可能的，但满意地加工所述表面所需的时间和费用可能非常高，这是由于具有合适的耐磨特性所需材料的硬度属性。此外，用于所述耐磨表面的极硬合金还通常相当易碎，并且在加工应力下可能裂化。因此，存在对用于阀门内的改进的耐磨表面的需要，尤其是在没有过多加工的情况下可形成改进的耐磨环。

发明内容

本申请部分涉及用于插入闸阀的耐磨环，以及包含所述耐磨环的闸阀。在一个示例实施例中，所述耐磨环包括高硬度金属环，所述高硬度金属环具有聚合物外层，所述聚合物外层紧密匹配在闸阀的主体中的容纳区域内。所述聚合物材料形成耐磨环的外部的最终尺寸形状，这避免了要将金属耐磨环加工到最终公差的需要。耐磨环的形状通常是圆形或基本上圆形。尽管不是很希望，耐磨环可能由两个或更多个部分构成(例如，每个部分是半圆形)。耐磨环通常由非常硬的金属形成，例如白铁或硬镍(Ni-hard)，是非常硬的合金。

如上文所述，通常高硬度金属环是铸造材料并且高硬度金属环的外表面基本上不加工，因此加工非常硬的材料(例如薄耐磨环)可能是非常困难的。在大多数的实施例中，所述环通常在宽度为半英寸到六英寸的范围内，而具有的厚度为约半英寸到一英寸。这些环通常相对较薄，不易于加工，尤其是外部和内部弯曲表面(二维平表面可被更容易地磨成平面)。施加聚合物覆层(通常通过铸造) 允许形成对耐磨环的合适的精确外尺寸。所述聚合物覆层还提供可选的密封功能的优点，例如通过结合O型环类型的表面。

因此，在通常的实施例中，所述高硬度金属环的圆周外表面基本上不加工。而是，为了制造会具有较精确的外形和尺寸的耐磨环，聚合物材料被模制成耐磨环的覆层。所述聚合物材料(例如聚氨酯)提供了耐磨环的外部的最终精确尺寸，从而避免对相当程度的加工的需要。此外，聚合物材料可提供一体密封特征(例如O型环功能)的形成。

耐磨环的内表面(最暴露于磨蚀和磨损物，因为它们直接暴露于阀门内的流体和运动固体)由于与不加工外表面相同的原因，即避免时间和成本但还避免无意地使密封环裂化，一般不加工。耐磨环的前和后表面可经常被磨成平面或基本平面处理。

在一些实施例中，被设置成接合闸阀的主体的外表面具有两个直径，所述两个直径由平面边缘或肩部分开，所述平面边缘或肩部被设计成接合阀门外壳中的相应边缘。在所述实施例中，耐磨环包括具有第一圆周的第一部分，和从第一部分偏移以便具有更大圆周的第二部分，所述第一和第二部分中的每一个覆盖有聚合物覆层。所述部分中仅有一个覆盖有聚合物材料的情形是可能的，尽管不常见。

聚合物材料通常厚度为1-10mm，经常厚度为2-6mm。一般，聚合物材料明显薄于所述环的金属部分：一般少于所述环的厚度的20％，经常为5％-25％，可选的从5％到20％。

在一个示例实施例中，闸阀包括位于所述阀门的至少一侧上的定位器环，所述定位器环被设置成通过压缩和剪切力的组合使所述耐磨环固定在位。