CN101243274A - 具有槽板和球形球塞的阀组件及方法 - Google Patents

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Abstract

一种阀组件，包括：壳体，其具有进口、出口和内腔；一对密封环，其安装到壳体上；以及球形塞，其可旋转地设置在壳体内部以用于与密封环接触，该球形塞包括：其中贯穿有大致柱形孔的大致球形的主体；以及多个相互纵向平行且平行于球形塞旋转轴线的槽板。

Description

具有槽板和球形球塞的阀组件及方法
技术领域
[0001]本发明涉及一种用于控制流体流量的阀组件，尤其涉及一种可旋转地安装在壳体内、用于控制在开启、关闭和中间位置之间通过的流体流量的大致球形的阀。
背景技术
[0002]已知多种阀型用于调节流体流量。有一种阀通常被称为球阀。球阀具有安装在阀壳体内部的阀塞或阀体。设置有贯穿阀体的孔或其他一个或多个通道，以使得阀体能在开启、关闭和中间流动位置之间进行旋转。然而这些阀有时面临某些缺点。例如，当相对于阀体旋转绘制压降特性曲线时，压降特性曲线可能具有不希望的陡的或突然的压力变化。在有些情况下，更加逐渐的压降是理想的。同时，由于形状压力瞬变或围绕阀开口的边缘高速流动，一般的已知阀经常具有不希望的气穴现象。
[0003]因此，理想的是具有提供理想的特性并至少在某种程度上克服上述难点的流体控制阀。
发明内容
[0004]本发明在很大程度上满足了上述要求，本发明的其中一个方面，在提供流体控制阀装置和方法的一些实施方式中提供了一种装置和方法。
[0005]根据本发明的一个实施方式，一种阀组件包括：壳体，其具有进口、出口和内腔；一对密封环，其安装到壳体上；以及阀体，其可旋转地设置在壳体内部以用于与密封环接触，该阀体包括：其中贯穿有大致柱形孔的大致球形的主体；以及多个相互纵向平行且平行于阀体旋转轴线的槽板。
[0006]根据本发明的另一个实施方式，一种阀组件包括：具有进口、出口和内腔的壳体；安装到壳体上的密封器件；以及，可旋转地设置在壳体内部以用于与密封器件进行密封接触的阀体，该阀体包括：其中贯穿有大致柱形孔的大致球形的主体；以及多个相互纵向平行且平行于阀体旋转轴线的槽板。
[0007]根据本发明的又一个实施方式，一种提供阀组件的方法，该阀组件包括具有进口、出口和内腔的壳体和一对安装到壳体上的密封环，该方法包括使可旋转地设置在壳体内部以用于与密封环接触的阀体进行旋转，该阀体包括：其中贯穿有大致柱形孔的大致球形的主体；以及多个相互纵向平行且平行于阀体旋转轴线的槽板。
[0008]根据本发明的又一实施方式，一种用于阀组件的阀体，该阀组件包括具有进口、出口和内腔的壳体和一对安装到壳体上的密封环，阀体包括：可旋转地设置在壳体的内部以与密封环接触的主体，该主体包括其中贯穿有大致柱形孔的大致球形的主体；以及多个相互纵向平行且平行于阀体旋转轴线的槽板。
[0009]对本发明的一些实施方式进行概要地、相当宽泛地表述，以使本文中对所述实施方式的详细描述可得到更好的领悟，并且对现有技术作出的贡献可被更好地表现出来。当然，本发明另外的实施方式将在下文中描述，并且其将形成为附加于此的权利要求的内容。
[0010]在这方面上，在详细地解释本发明的至少一个实施方式之前，需要说明的是，本发明不限于本申请在下面的描述中所阐明的以及在图中所图释的结构细节和部件的布置。本发明可以为除那些所描述的以及以不同的方式实现和执行的实施方式之外的实施方式。同时，需要说明的是，在此和摘要中采用的术语和专用词汇，是用于描述的目的且不能理解为对本发明的限制。
[0011]同理，本领域技术人员将理解到，该公开所基于的构思，可容易地作为用于实现本发明的一些目的的其他结构、方法和系统的设计的基础。因此，重要的是，应当认为权利要求书包括在不脱离本发明的范围和精神的范围内的等效结构。
附图说明
[0012]图1是根据本发明的优选实施方式的阀组件沿图4中的线1-1剖切的横截面视图，示出了关闭位置的阀。
[0013]图2是类似于图1的沿图5中的线2-2剖切的横截面视图，示出了处于中间开启位置的阀。
[0014]图3是类似于图1的沿图6中的线3-3剖切的横截面视图，示出了处于全开位置的阀。
[0015]图4是处于闭合位置的阀组件的端视图(end view)。
[0016]图5是处于中间位置的阀组件的端视图。
[0017]图6是处于开启位置的阀组件的端视图。
[0018]图7是沿图4中的线7-7剖切的横截面视图，示出了处于闭合位置的阀组件。
[0019]图8是沿图6中的线8-8剖切的横截面视图，示出了处于开启位置的阀。
[0020]图9是按照当前位置的优选实施方式的阀体的横截面视图。
[0021]图10是图9中阀体的横截面视图。
[0022]图11是图9中阀体的端视图。
[0023]图12是图9的阀体的俯视图。
[0024]图13是显示两个相互重叠的槽板的侧视图。
[0025]图14是显示相互平行并相互间隔开的四个槽板的端视图。
[0026]图15是较大的内槽板的平面图。
[0027]图16是较小的外槽板的平面图。
具体实施方式
[0028]现将结合附图对本发明进行描述，其中始终使用相似的附图标记表示相似的部分。图1-3是按照本发明的优选实施方式的阀组件10的横截面视图，其中图1示出了处于闭合位置的阀组件10，图2示出了处于中间开启位置的阀组件10，以及图3示出了处于全开启位置的阀组件10。
[0029]阀组件10包括外部壳体12，该壳体12包括第一流体连接端口14和反向的第二流体连接端口16。由于该实施方式中的阀组件是对称的，因此端口14或端口16可分别作为进口和出口。然而，举例来说，图3图示了显示的流入端口14和流出端口16的流动方向的箭头。
[0030]阀组件10还包括可旋转地安装的大致球形的塞组件20，其在图9-11中进行更详细地示出。如图9-11所示，球形塞组件20包括具有开启中心区域的大致球形的主体22，该开启中心区域支撑两个较大的内槽板24和两个稍短的外槽板26。板24和26中的每一个都具有形成槽25和27的锯齿形形状，或者选择性地具有其中切口的槽25和27。主体22具有贯通其整个路径的大致柱形的孔30，板24和26平行安装在大致柱形的孔30中，如图所示。正如所示的，大致柱形的孔30还包括锥形出口区域32和反向并大致对称的锥形入口区域34。板24和26的位置限定了多个穿过柱形孔30的流动通路或通道，包括中心通道40、两个中间通道42和两个外部通道44。每个外部通道44还分别通向锥形入口32和34中的一个。锥形入口32和34也标记为“V形槽”。
[0031]除上述特征之外，图10和11示出了为了使塞子20可旋转地安装在图1中的壳体12内而提供的铰柱(hinge post)50和52。图10进一步图示出将塞子连接到控制阀杆的槽连接54，该阀杆使球形塞组件20旋转。
[0032]如图1-3所示，设置了一对能与阀体20密封接触的密封座，其中一个密封座18与进口14关联，另一密封座18与出口16关联。
[0033]现在将更加详细地描述阀的操作。图1、4和7示出了处于完全闭合位置的阀。在该位置上，从进口14和出口16处完全地堵塞流体通道40、42和44。
[0034]图2和5示出了处于中间位置的阀，在该位置一些流量流过阀体10。一些流体从进口14将进入锥形区域32。一些流体将流过不同的槽25和27，从而流过板24和26中的每个，直至流出锥形区域34。另外，由于环隙(annular space)60存在于环绕球20的阀壳体的拐角(corners)处的阀体20的周围，因此流体还可从一个通道40、42和44流动到另一个相邻的通道40、42和44，从而进入进口14附近的通道44的流体还能够进入到其它通道40和42，并能从反向的靠近出口16的通道44流出。
[0035]图3、6和8图释出了处于全开启结构的阀组件10，在该全开启结构中，流体主要是从进口端14到出口端16直接地流过通道40、42和44。
[0036]图12从不同的角度示出了塞组件20。
[0037]图13是示出板26在板24上面的的平面图。图14是示出在塞的柱形孔内部的板26的布置的端视图。图15和16分别是较大板24和较小板26的平面图。
[0038]因而，本发明提供用于随着球的旋转而逐渐减压的至少三个机构。第一，穿过板的槽的设置减缓了压力变化。第二，当阀开启时，这些槽逐渐露出来。第三，锥形入口32和34避免了开启和关闭位置的边缘的急剧压力下降。
[0039]上述布置可在一些实施方式中获得一些优点。首先，需要理解的是，总压降的发生贯穿六个阶段，其中两个是在球与座的相互作用的时候，而其中四个是在穿过板内的槽的时候。已发现，阶段性的压降能理想地控制气穴现象，还能相对于现有技术装置提供理想的流动噪声衰减特性。槽的使用，使得当需要对固体颗粒进行防污维护(dirty service)时所选择的尺寸允许通过大的颗粒。图示的实施方式是对称的，因而当流过阀的流体需要反向时，所述实施方式可在双向布置中工作。锥形的V形槽为低流动性情况提供了更好的控制。也可在V形槽内安装网孔，用于具有在低流动性情况下极高压降的气穴液化维护(cavitating liquid services)。
[0040]更进一步，在全开启位置时，板占有相对较小量的流动截面积，此时通道40、42和44是宽且直的。此外，至少在一定程度上该设计可进行自清洗，如果大片的碎片堵塞槽，则当阀如果完全开启时，碎片势必通过自身作用从槽流出并流过通道40、42和41中的一个，尤其是当通道具有比槽的宽度大的横截面时。
[0041]当阀处于闭合位置时，其如标准API开关球阀一样完全关闭。当阀开始打开时(0％-40％开启)，流体流过上游锥形入口或V形槽(压降的第一阶段)，然后流过平行槽板内的槽(压降的四个阶段)，接着流过锥形出口或V形槽(压降的第六阶段)。当阀介于40％开启到50％开启之间时，流体开始绕过外板，并且阀表现出四个阶段的压降(2个通过座，2个通过内板)。当阀介于50％开启到100％开启之间时，流体绕过外板，并具有最大流速。
[0042]从详细的说明中，本发明的许多特征和优点是显而易见的，因而试图通过附加的权利要求覆盖本发明的所有这些特征和优点，这些特征和优点落入本发明真实的精神和范围之内。进一步的，由于对本领域技术人员而言，许多改进和变体将容易想到，因此不能将本发明限制为所图示和描述的准确结构和操作，因此，可被诉诸的全部适当的变体和等效手段均落入本发明的范围之内。

Claims (20)

1、一种阀组件，包括：
壳体，其具有进口、出口和内腔；
一对密封环，其安装到壳体上；以及
球形塞，其可旋转地设置在壳体内部以用于与密封环接触，该球形塞包括：
其中贯穿有大致柱形孔的大致球形的主体；以及
多个相互纵向平行且平行于球形塞旋转轴线的槽板。
2、如权利要求1所述的阀组件，其中，球形塞还包括引导到柱形孔内的第一V形锥形开口。
3、如权利要求2所述的阀组件，其中，球形塞还包括引导到柱形孔内的第二V形锥形开口。
4、如权利要求1所述的装置，其中，球形塞包括相互分隔开的四个槽板，以限定五个穿过球形塞的流动通道。
5、如权利要求4所述的装置，其中，槽板具有宽度比流动通道高度小的槽。
6、一种阀组件，包括：
壳体，其具有进口、出口和内腔；
密封器件，其安装到壳体上；以及
球形塞，其可旋转地设置在壳体内部，用于与密封器件进行密封接触，该球形塞包括：
其中贯穿有大致柱形孔的大致球形的主体；以及
多个相互纵向平行且平行于球形塞旋转轴线的槽板。
7、如权利要求6所述的阀组件，其中，球形塞还包括引导到柱形孔内的第一V形锥形开口。
8、如权利要求7所述的阀组件，其中，球形塞还包括引导到柱形孔内的第二V形锥形开口。
9、如权利要求6所述的装置，其中，球形塞包括相互分隔开的四个槽板，以限定五个穿过球形塞的流动通道。
10、如权利要求9所述的装置，其中，槽板具有宽度比流动通道高度小的槽。
11、一种提供阀组件的方法，该阀组件包括具有进口、出口和内腔的壳体和一对安装到壳体上的密封环；该方法包括：
使可旋转地设置在壳体内部以与密封环接触的球形塞进行旋转，该球形塞包括：
其中贯穿有大致柱形孔的大致球形的主体；以及
多个相互纵向平行且平行于球形塞旋转轴线的槽板。
12、如权利要求11所述的阀组件，其中，球形塞还包括引导到柱形孔内的第一V形锥形开口。
13、如权利要求12所述的阀组件，其中，球形塞还包括引导到柱形孔内的第二V形锥形开口。
14、如权利要求11所述的装置，其中，球形塞包括相互分隔开的四个槽板，以限定五个穿过球形塞的流动通道。
15、如权利要求14所述的装置，其中，槽板具有宽度比流动通道高度小的槽。
16、一种在阀组件中使用的球形塞，该阀组件包括具有进口、出口和内腔的壳体和一对安装到壳体上的密封环，阀体包括：
球形塞，其可旋转地设置在壳体内部以与密封环接触，该球形塞包括：
其中贯穿有大致柱形孔的大致球形的主体；以及
多个相互纵向平行且平行于球形塞旋转轴线的槽板。
17、如权利要求16所述的阀组件，其中，球形塞还包括引导到柱形孔内的第一V形锥形开口。
18、如权利要求17所述的阀组件，其中，球形塞还包括引导到柱形孔内的第二V形锥形开口。
19、如权利要求16所述的装置，其中，球形塞包括相互分隔开的四个槽板，以限定五个穿过球形塞的流动通道。
20、如权利要求19所述的装置，其中，槽板具有宽度比流动通道高度小的槽。
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