CN100422608C - 具有特定形状密封表面的流体阀控制构件 - Google Patents

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公开了具有特定形状密封表面的流体阀控制构件和制造该流体阀控制构件的方法。一种示例流体阀控制构件(100)包括主体部分，该主体部分具有被设置为与流体控制阀内的密封环(104)接合的密封表面(102)。该密封表面(102)的第一部分(120)具有相对于沿所述主体部分的中心线(404)的第一点(402)的第一球半径(400)，该密封表面的第二部分(122)具有相对于沿所述主体部分的中心线(404)的第二点(408)的第二球半径(406)，第一点(402)和第二点(408)互相偏移，第二球半径(406)的尺寸小于第一球半径(400)，以在该密封表面(102)的第一部分(120)与第二部分(122)之间形成基本上无缝的过渡。

Description

具有特定形状密封表面的流体阀控制构件
技术领域
本发明主要涉及流体阀，更具体地，涉及具有特定形状密封表面的流体阀控制构件。
背景技术
加工控制车间或系统通常采用诸如球型阀、蝶形阀之类的回转阀来控制过程流体的流动。一般而言，回转阀通常包括流体流动控制元件或构件，其被设置于流体通路中，并通过一个或多个轴件而被可转动地连接至阀的主体上。通常，轴件的一部分从阀延伸以用作阀杆，而该阀杆可有效连接到致动器(例如，气动致动器、电动致动器、液压致动器等)。
在运行中，控制器可促使致动器转动阀杆，从而将控制构件置于期望的角度位置，以改变流动通过阀的流体流量。当阀关闭时，控制构件通常被设置为接合环形或周界密封件，该密封件围绕通过阀的流动通路，以防止流体流动(例如，以一个方向或两个方向)通过该阀。
通常称为球阀的球型流体阀内的控制元件或构件，其通常具有基本上为球形的或以其它方式弯曲的密封表面，该密封表面被设置为接合圆周密封环。有些球阀采用具有球形密封表面的流体控制构件，该球形密封表面具有基本上不变的或单一的曲率(curvature)球半径。虽然具有单一曲率半径的球阀控制构件相对易于使用自动化处理(例如，利用电脑数控(CNC)机床)来制造，但这种单一半径控制构件具有一些操作缺陷。举例来说，具有单一曲率半径密封表面的球阀控制构件需要一种配合密封环，从而当其接触控制构件的导向边缘(leading edge)时通过相对较大的接合角度进行完全偏转(deflect)，而这会过早磨损或以其它方式损坏所述密封环。
其它球阀设计，例如在美国专利3,456,916中所公开的设计，采用具有可变曲率半径的特定形状控制构件表面。所述可变曲率半径在例如关闭阀的期间，当控制构件接合密封环时，用于使密封环逐渐偏转，从而增加密封环的周期寿命。不过，这种可变半径的球阀控制构件的制造通常需要昂贵的且易于出错的手工磨制操作，来使通常所用的实际上不同的球半径平滑过渡(smooth)或调和过渡(blend)。例如，可能需要这种磨制操作来消除形成在不同曲率半径的交接处的隆起(ridge)。不幸的是，在这种手工磨制操作期间，难以避免对密封表面的主球半径(即接合密封环以防止流体流动通过阀的密封表面部分)的损害(例如，由于过磨制造成的损害)。因此，需要提供具有特定形状密封表面的球阀控制构件，且该特定形状密封表面不需要另外的手工调和或平滑化操作，来消除在具有不同曲率的密封表面区域之间的隆起和/或其它非无缝(non-seamless)型过渡。
发明内容
根据一示例性实施例，流体阀控制构件包括主体部分，该主体部分具有被设置为与流体控制阀内的密封环接合的密封表面。该密封表面的第一部分具有关于沿所述主体部分中心线的第一点的第一球半径，而该密封表面的第二部分具有关于沿所述主体部分中心线的第二点的第二球半径。第一点和第二点互相偏移(offset)，第二球半径的尺寸小于第一球半径，以在所述密封表面的第一部分和第二部分之间形成基本上无缝的过渡。
根据另一示例性实施例，制造流体阀控制构件的方法包括：加工所述流体阀控制构件的主体以形成第一密封表面部分，且该第一密封表面部分具有关于所述主体中心线的第一球半径。该示例方法还包括加工所述流体阀控制构件的主体以形成第二密封表面部分，且该第二密封表面部分具有关于偏离第一点的沿所述主体中心线的第二点的第二球半径。第一点和第二点互相偏移，第二球半径的尺寸小于第一球半径，以在第一密封表面部分和第二密封表面部分之间提供基本上无缝的过渡。
附图说明
图1是示例流体阀控制构件的等角视图，该流体阀控制构件具有特定形状密封表面且可用于球型流体控制阀中。
图2是图1中示例流体阀控制构件的另一等角视图。
图3是图1和图2中示例流体阀控制构件的平面视图。
图4是图1、图2和图3中示例流体阀控制构件一部分的横截面视图。
图5是此处所描述的示例流体阀控制构件可用于流体阀中的一种方式的横截面视图。
具体实施方式
此处描述的示例流体阀控制构件提供特定形状的密封表面，该特定形状的密封表面被设置为在球型流体控制阀的运行期间(例如闭合或关断期间)，使密封环逐渐偏转。更具体地说，与已知的具有特定形状密封表面的流体阀控制构件相比，此处描述的示例流体阀控制构件具有密封表面，该密封表面具有第一部分和第二部分，且第一部分和第二部分具有不同的球半径。该密封表面的第一部分具有关于该阀控制构件主体中心线的第一球半径，而该密封表面的第二部分具有关于该阀控制构件主体中心线的第二球半径。第一球半径和第二球半径沿该阀控制构件主体中心线互相偏移，且第二球半径小于第一球半径，以在该密封表面的第一部分和第二部分之间提供基本上平滑或无缝的过渡。所述球半径沿中心线的偏移值与第一球半径和第二球半径之间的差值可成比例，使得例如所述偏移值约为所述半径差值的两倍。
现在详细参见图1和图2，其中示出了具有特定形状密封表面102且可用于球型流体控制阀中的示例流体阀控制构件100的等角视图。为了清楚，图1仅示出了流体阀控制构件100和密封环104之间的关系，而未示出有关流体控制阀(例如球型阀)的其它通常结构。如图1所示，流体阀控制构件100处于打开状况，这会使得流体自由地流动通过由密封环104的内径108所限定的流动通道106。
通常，阀控制构件100被设置为用于回转式的球型流体控制阀，这样，阀控制构件100可在全开状态与全闭状态之间转动约90度的范围。阀控制构件100包括主体部分110，该主体部分110具有通常凸起的且为球形的外密封表面102；基本上凹进和凹入的内表面112；和从内表面112向外延伸的一对对置的耳件或支腿114和116。如图1所示，阀控制构件100的导向边缘118具有v形轮廓，以提供期望的流体流动特性和在阀控制构件100的闭合期间密封环104的性能特性。用于阀控制构件的这样的v形轮廓，在本领域中是已知的，因此在此处不再进行深入描述。
阀控制构件100的内表面112被设置为便于流体流动通过流体控制阀，尤其是当阀控制构件100转向图1所示的打开位置时。外密封表面102包括具有第一球半径的第一部分120，和具有第二球半径的第二部分122。第二球半径的尺寸小于第一球半径，以在密封表面102的第一部分120和第二部分122之间提供基本上平滑或无缝的过渡。第一部分120被设置为紧靠密封环104而密封，而第二部分122被设置为当控制构件100移向闭合状态时使密封环104逐渐偏转。第一部分120和第二部分122还被设置为沿着与底座线分开的线124会合，或者，沿着与相关于密封表面102的部分124会合。因此，第一部分120和第二部分122被设置为会合，使得限定第一部分120与第二部分122之间边界的密封表面102的一部分，当流体阀控制构件100处于闭合状态时不接触密封环104。此外，如上面提到的，密封表面102的第一部分120和第二部分122被设置为通过基本上平滑或无缝的过渡而会合，且这种平滑或无缝的过渡基本上没有隆起需要通过二次平滑化或调和操作(例如，通过磨制)来消除，这如同已知的具有可变半径密封表面的流体阀控制构件的情况。
耳件或支腿114和116包括相应的孔124和126，这些孔被设置为以常规方式来承接轴件502和504(图5)。耳件或支腿114和116还包括孔隙或孔130和132，这些孔隙或孔被设置为承接销件或任何其它适合的紧固件，以相对阀控制构件100来固定轴件502和504。
图3是图1和图2中示例流体阀控制构件100的平面视图，图4是图1、图1和图3示例流体阀控制构件100一部分的横截面视图。从图4可以看出，密封表面102的第一部分120具有关于沿主体部分110的中心线404的第一点402的第一球半径400，而密封表面102的第二部分122具有关于沿主体部分110的中心线404的第二点408的第二球半径406，第一点402和第二点408互相偏移，且第二球半径406的尺寸小于第一球半径400，以在密封表面102的第一部分120与第二部分122之间提供基本上平滑或无缝的过渡。第一部分120和第二部分122被设置为会合于与有关密封表面102的底座线124分开的位置。
第一点402和第二点408之间的所述偏移，与第一球半径400和第二球半径406之间的所述半径差，相对于彼此成比例。例如，在4英寸球型阀的情况下，密封表面102的第一部分120的球半径400可约为2.528英寸，而密封表面102的第二部分122的球半径106可约为2.505英寸，而第一点402与第二点408之间的偏移可约为0.050英寸。在另一示例中，对于6英寸阀，第一球半径400和第二球半径406可分别约为3.435英寸及3.411英寸，而第一点402与第二点408之间的偏移约为0.050英寸。更具体地说，所述第一点与第二点之间的偏移值可约为第一球半径400和第二球半径406之间的差值的两倍。所述基本上平滑的过渡基本上没有隆起或其它非无缝过渡需要通过二次平滑化或调和操作来消除。
与已知的具有特定形状密封表面的流体阀控制构件相比，此处所描述的控制构件可以使用例如CNC机床来加工，而无需后续的(例如手工磨制)操作来调和或平滑化第一密封表面部分120和第二密封表面部分122的不同球半径。更具体地说，此处所描述的流体阀控制构件可通过加工流体阀控制构件100的主体110来制造，以提供具有关于主体110的中心线404的第一球半径400的第一密封表面部分120。之后，流体阀控制构件100的主体110可以被加工，以提供具有关于偏离第一点402的沿主体110的中心线404的第二点408的第二球半径406的第二密封表面部分122。设置球半径400与406之间的偏移值和球半径400和406的值，使得不同的球半径可平滑地或无缝地调合，而无需在密封表面102的第一部分120与第二部分122之间的边界或过渡处进行进一步的加工。
图5是此处所描述示例流体阀控制构件100的可用于流体阀500的一种方式的横截面视图。如图5所示，流体阀控制构件100可以被置于流体阀的流动通路中以形成球型阀。
虽然此处所述流体阀控制构件被描述为基本上一体式的结构，可替换地，此处所述流体阀控制构件也可由利用螺纹紧固件、焊接、紧扣配合等而组装的多个部件制成。此外，此处所述流体阀控制构件可由不锈钢和/或铬镀层制成，以提供具有高度抗腐蚀和抗磨损的平滑且硬质的密封表面，即如通常所进行的那样。
尽管此处对一些装置和方法进行了描述，但本专利的涵盖范围并不局限于此。与之相反，本专利涵盖在文字上或等同原则下处于所附权利要求范围内的全部实施例。

Claims (20)

1. 一种流体阀控制构件，用于流体控制阀，该流体阀控制构件包括：
主体部分，该主体部分具有被设置为与所述流体控制阀内的密封环接合的密封表面；其中所述密封表面的第一部分具有相对于沿所述主体部分的中心线的第一点的第一球半径，所述密封表面的第二部分具有相对于沿所述主体部分的中心线的第二点的第二球半径，所述第一点与所述第二点互相偏移，所述第二球半径的尺寸小于所述第一球半径，以在所述密封表面的第一部分与第二部分之间形成基本上无缝的过渡。
2. 如权利要求1所述的流体阀控制构件，其中所述第一点与所述第二点之间的距离，基于所述第一球半径与所述第二球半径之间的半径差。
3. 如权利要求2所述的流体阀控制构件，其中所述第一点与所述第二点之间的所述距离，为所述第一球半径与所述第二球半径之间的所述半径差的大约两倍。
4. 如权利要求1所述的流体阀控制构件，其中所述密封表面的第一部分被设置为紧靠所述密封环而密封，所述密封表面的第二部分被设置为当所述流体阀控制构件移向闭合状态时，使所述流体控制阀内的所述密封环逐渐偏转。
5. 如权利要求1所述的流体阀控制构件，其中所述密封表面的第一部分和第二部分被设置为会合于所述密封表面的一部分，该部分被设置为当所述流体阀控制构件处于闭合状态时不接触所述密封环。
6. 如权利要求5所述的流体阀控制构件，其中被设置为当所述流体阀控制构件处于闭合状态时不接触所述密封环的所述密封表面的所述一部分，为相关于所述密封表面的底座区域。
7. 如权利要求1所述的流体阀控制构件，其中所述主体部分被设置为用于球型流体控制阀中。
8. 如权利要求1所述的流体阀控制构件，其中所述流体阀控制构件为球型阀部件。
9. 一种流体阀控制构件，包括：
具有基本上为球形的密封表面的主体部分，其中所述基本上为球形的密封表面具有由相应的球半径限定的两个区域，其中所述相应的球半径之间的半径差正比于所述球半径的原点之间的偏移，以在所述两个区域之间形成基本上无缝的过渡。
10. 如权利要求9所述的流体阀控制构件，其中所述球半径的原点之间的偏移，为所述相应的球半径之间的所述半径差的大约两倍。
11. 如权利要求9所述的流体阀控制构件，其中所述球半径中的一个小于所述球半径中的另一个。
12. 一种制造用于流体控制阀的流体阀控制构件的方法，该方法包括：
加工所述流体阀控制构件的主体，以形成具有相对于沿所述主体的中心线的第一点的第一球半径的密封表面的第一部分；和
加工所述流体阀控制构件的所述主体，以形成具有相对于第二点的第二球半径的密封表面的第二部分，所述第二点沿所述主体的中心线而偏离所述第一点，其中所述第一点与所述第二点互相偏移，所述第二球半径的尺寸小于所述第一球半径，以在所述密封表面的第一部分与所述密封表面的第二部分之间提供基本上无缝的过渡。
13. 如权利要求12所述的方法，其中所述第一点与所述第二点之间的距离，基于所述第一球半径与所述第二球半径之间的半径差而设置。
14. 如权利要求13所述的方法，其中所述第一点与所述第二点之间的距离，为所述第一球半径与所述第二球半径之间的半径差的大约两倍。
15. 如权利要求12所述的方法，其中，所述密封表面的第一部分被设置为紧靠所述密封环而密封，所述密封表面的第二部分被设置为当所述流体阀控制构件移向闭合状态时使所述流体控制阀内的所述密封环逐渐偏转。
16. 如权利要求12所述的方法，其中所述密封表面的第一部分和第二部分被加工为会合于所述密封表面的一部分，该部分被设置为当所述流体阀控制构件处于闭合状态时不接触所述密封环。
17. 如权利要求16所述的方法，其中被设置为当所述流体阀控制构件处于闭合状态时不接触所述密封环的所述密封表面的所述一部分，为相关于所述密封表面的底座线。
18. 一种流体控制阀，包括：
阀体：
围绕通过所述阀体的流动通路的密封环；和
具有主体部分的阀流动控制构件，该主体部分包括被设置为接合所述密封环的密封表面；其中，所述密封表面的第一部分具有相对于沿所述主体部分的中心线的第一点的第一球半径，所述密封表面的第二部分具有相对于沿所述主体部分的中心线的第二点的第二球半径，所述第一点与所述第二点互相偏移，所述第二球半径的尺寸小于所述第一球半径，以在所述密封表面的第一部分与第二部分之间提供基本上无缝的过渡。
19. 如权利要求18所述的流体控制阀，其中所述第一点与所述第二点之间的距离，基于所述第一球半径和所述第二球半径之间的半径差而设置。
20. 如权利要求19所述的流体控制阀，其中所述第一点与所述第二点之间的距离，为所述第一球半径与所述第二球半径之间的半径差的大约两倍。
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