CN101889161B - 对准关闭件和阀杆的装置和方法 - Google Patents

Abstract

描述了一种阀中使用的用于对准关闭件和阀杆的装置。一种实例阀包括杆(204)和关闭件(202)，该关闭件(202)具有第一孔(214)以容纳杆的至少一部分。该实例阀还包括定位件(205)，该定位件(205)具有第一部分(224)和第二部分(230)。第一部分具有第一横截面，而第二部分具有大于第一横截面的第二横截面，且第一部分和第二部分之间的区域形成定位表面，以接合关闭件的第一孔，以对准杆和关闭件。固定件(206)将杆联接于关闭件。

Description

对准关闭件和阀杆的装置和方法

技术领域

本公开内容总体上涉及控制阀，且更具体地，涉及用于对准关闭件(closure member)和阀杆的装置和方法。

背景技术

控制阀(例如线性阀、旋转阀等)一般用于工艺控制系统以控制工艺流体的流量。诸如例如闸阀(gate valve)、球体阀(globe valve)、隔膜阀(diaphragm valve)、管夹阀(pinch valve)等的线性阀典型地具有阀杆(例如滑动杆)，该阀杆驱动布置在打开位置和关闭位置之间的流体路径中的关闭件(例如阀塞)。

在一些已知的控制阀中，阀杆经由关闭件的螺纹开口处的螺纹可螺纹地联接于关闭件(例如阀塞)，以便阀杆定向成实质上垂直于关闭件。在其他已知的控制阀中，阀杆焊接于关闭件。在另外其他已知的控制阀中，阀杆和关闭件(例如经由注塑成型(injection molding))整体形成为实质上的整件或单件。然而，在经由螺纹、焊接将阀杆联接到关闭件，和/或(例如经由注塑成型)将阀杆和关闭件整体形成为实质上的整件或单件时，制造公差、安装未对准和其他因素可能引起阀杆和关闭件之间的未对准(例如轴向未对准和/或同心未对准)。

在操作中，阀杆和关闭件的未对准可能引起阀座泄漏(也即，由于关闭件和阀座未对准而在阀处于完全关闭位置时引起的通过阀的不合需要的泄漏)。而且，阀杆和关闭件的未对准可能引起阀杆逆着密封系统(packingsystem)的内孔滑动，引起密封变形和/或磨损，这可能引起工艺流体通过压力屏障的泄漏。尽管密封系统可以典型地被分区维修(例如移除和更换)，但是这些维修通常要求花费时间和/或难于从阀移除阀致动器和/或其他部件。

发明内容

本文描述的一个实例阀包括杆和关闭件，该关闭件具有用于容纳杆的至少一部分的第一孔。阀还包括具有第一部分和第二部分的定位件。第一部分具有第一横截面，且第二部分具有大于第一横截面的第二横截面。第一部分和第二部分之间的区域形成定位表面，以接合关闭件的第一孔，以便对准杆和关闭件。固定件将杆联接于关闭件。

在另一实例中，用于阀中的关闭件和阀杆包括关闭件的第一孔，以容纳阀杆的至少一部分。沿着阀杆或定位件的长度布置的肩部接合关闭件的第一孔。肩部或定位件与第一孔的接合实质上轴向地对准阀杆和关闭件。固定件将杆联接于关闭件。

附图说明

图1A是已知的实例控制阀的横截面图。

图1B阐明了图1A的实例密封系统的放大图。

图2A是本文描述的实例关闭件和阀杆组件的分解横截面图。

图2B描绘了一种可选的实例定位件。

图3A是与图2B的可选实例定位件一起实施的一种实例关闭件和阀杆组件的装配图。

图3B是图3A的实例关闭件和阀杆组件的一部分的放大横截面图。

图4阐明了本文描述的实例关闭件和阀杆组件的可选实施方式。

具体实施方式

一般而言，本文描述的实例关闭件(例如塞子)和阀杆组件可以与具有滑动杆的阀一起使用，该阀诸如例如是控制阀、节流阀，开/关阀等。实例关闭件和阀杆组件包括经由固定件联接到关闭件的阀杆。具体地，定位件接合关闭件的孔，以在用固定件联接时对准阀杆和关闭件。

定位件包括具有第一横截面的第一部分和具有大于第一横截面的第二横截面的第二部分。第一部分和第二部分之间的区域形成定位表面，该定位表面接合关闭件的孔，以对准阀杆和关闭件。以此方式，本文描述的实例关闭件和阀杆组件可以达成阀杆和关闭件的轴向和同心对准。阀杆和关闭件的轴向和同心对准可能减小密封变形和/或磨损(也即，最小化阀杆与密封的内孔的接触)，并提供关闭件和阀座的实质对准以提供紧密封(也即阻止阀座泄漏)。而且，本文描述的实例关闭件和阀杆组件还便于阀杆和关闭件的拆卸，以分区修理或更换阀杆和/或关闭件。此外，本文描述的实例关闭件和阀杆可以作为工厂安装选择(factory installed option)来提供，或者可选地可以是对本领域中现存阀的改进。

在描述实例关闭件和阀杆组件之前，首先结合图1A提供对已知的气动致动控制阀的简单讨论。图1A中所示的控制阀100包括可操作地联接到阀体102的致动器101。阀帽104罩住密封系统106和阀杆108。阀杆108在阀杆108的上端111处联接到致动器杆110，且在阀杆108的下端114处联接到关闭件112(例如阀塞)。阀塞112包括基座表面(seating surface)116，该基座表面116与孔120的阀座118配合以控制端口区域，流体可以从入口通道122流动穿过该端口区域到达出口通道124。因此，允许穿过控制阀100的流速由阀杆108的位置和阀塞112相对于孔120的阀座118的位置控制。阀杆108的位置可以从关闭位置变化到完全打开位置或最大流速位置，在关闭位置时，阀塞112与阀座118密封接合(也即，限制流体流过阀)，在完全打开位置或最大流速位置时，阀塞112离开阀座118(也即，允许流体流过阀)。

图1B描绘了图1A中阐明的密封系统106的放大横截面图。密封系统典型地提供密封，以阻止工艺流体的泄漏和/或保护环境不受危险或污染流体的排放的影响。如图1B所示，密封系统106包括经由固定件152(例如螺柱螺钉)联接到阀帽104的凸缘150。密封材料154包围阀杆108，并典型地由密封垫压圈(packing follower)156压紧，以确保密封材料154的内孔157相对于阀杆108被密封，且密封材料154的外表面159相对于阀帽104的开口158被密封。弹簧160可以放置在密封垫压圈156和凸缘150之间。固定件152可以用于可调整地驱动或促使弹簧160顶住密封垫压圈156，该密封垫压圈156接着压缩密封材料154，以提供密封并阻止工艺流体通过阀杆108的不合需要的泄漏。

如上所述，阀杆108和阀塞112可以整体形成为单片或结构，或可以形成通过普通固定方法连接的分开的片。并且，如上所述，将阀杆刚性联接于关闭件可能导致阀杆和关闭件的轴向和同心未对准，这可能引起不合需要的泄漏(例如由于关闭件和阀座的未对准)和/或密封变形或磨损(也即，未对准的阀杆相对于密封材料的内孔滑动)。

图2A、3A和4中所阐明的实例关闭件和阀杆组件200、300和400可以作为工厂安装选择来提供，或者可选地可以是对诸如例如图1A的实例控制阀100的本领域中现存阀的改进。对图2A、3A和4中的与图1A中相似或相同的部件将不再重复描述，感兴趣的读者可以参考图1A中对那些部件的描述。

图2A阐明了本文描述的实例关闭件和阀杆组件200的分解图。实例组件200包括经由固定件206联接到阀杆204的关闭件202。图2A描绘了作为阀塞的关闭件202。然而，在其他实例实施方式中，关闭件202可以是圆盘，或任何其他结构以改变经过阀的流体的流动。实例关闭件202是具有内壁部分208的圆柱形件，该内壁部分208限定了一个腔212。关闭件202包括开口或孔214以容纳阀杆204，并可以包括在关闭件202的第一端218处的第一开口216和在关闭件202的第二端222处的第二开口220。第一开口216和第二开口220实质上轴向地对准孔214。如图2A所阐明的，第一开口216和第二开口220具有锥形表面。然而，在其他实例实施方式中，第一开口216和第二开口220可以是例如扩孔、矩形表面、台阶式表面等或它们的任何组合。关闭件202可以由钢、铝或任何其他合适的材料制成，并可以经由机加工、注塑成型或任何其他合适的工艺形成。

阀杆204可以包括定位件205，该定位件205与阀杆204整体形成为实质上整件或结构。为了整体形成定位件205，阀杆204可以包括：具有第一横截面的第一部分224，该第一部分224的一段可以是螺纹段226；和具有第二横截面的第二部分230，该第二横截面大于第一部分224的第一横截面。在阐明的实例中，第一横截面和第二横截面是圆形或实质上圆形。然而，在其他实例实施方式中，第一横截面和第二横截面可以是多边形(例如正方形、矩形等)。

如阐明的实例中所描述的，第一部分224和第二部分230之间的区域形成定位表面228。在实例阐述中，定位表面228是一个肩部，该肩部沿着从第二部分230转变到第一部分224的阀杆204的长度形成。在阐明的实例中，肩部228是锥形表面，然而相反地，可以形成平面、类台阶表面、矩形形状表面或任何其他形状。当阀杆204联接到关闭件202时，肩部228接合关闭件202的第二开口220，以同心地和轴向地对准阀杆204和关闭件202。

另一实例定位件232被描绘为锥形垫圈。定位件232具有：具有第一横截面的第一部分237，和具有大于第一横截面的第二横截面的第二部分239。第一横截面和第二横截面可以是圆形、正方形、矩形等。第一部分237和第二部分239之间的区域形成定位表面240。在所阐明的实例中，定位表面240被描绘成锥形表面，当固定件206固定到阀杆204的螺纹部分226时该锥形表面接合第一开口216，从而使得阀杆204同心地和轴向地对准关闭件202。尽管所阐明的实例显示了线性的锥形表面240，但也可以使用诸如例如平面、台阶式面、曲面、矩形面等的任何其他形状。锥形垫圈232还包括孔238，该孔238可滑动地接合阀杆204。

固定件206将阀杆204联接于关闭件202。如图2A所阐明的，固定件206被描绘成螺母234，该螺母234包括螺纹孔236以螺纹接合阀杆204的螺纹部分226，从而将阀杆204联接于关闭件202。然而，实例固定件206不限于图2A中所示的阐明的实例。在其他实例实施方式中，阀杆204可以包括穿过第一段224的孔或洞以容纳诸如例如销、夹子等的固定件，从而将阀杆204联接于关闭件202。在其他实例实施方式中，诸如例如夹具的固定件可以用于将阀杆204联接于关闭件202。

图2B是定位件的另一实例，该定位件可与图2A的阀杆和控制件组件200一起使用。在所阐明的实例中，隙口定位件(cleft positioning member)244包括隙口边(cleftedge)250，在本实例或其他实例中，该隙口边250可以是任何类型的裂口、脊状或引导边和/或部分地裂口、脊状或引导边等。在所阐明的实例中，隙口边250是部分地裂口或引导边250。另外地或可选地，隙口定位件244可以包括多个轴向布置的、部分地裂口或引导边250(例如90度分离、120度分离等)。以此方式，隙口边250压着(也即挤压)阀杆204的非螺纹部分224的周围，以接合阀杆204并阻止阀杆204由于震动和/或其他机械力而产生转动。在其他实例实施方式中，隙口定位件244可以包括穿过定位件244延伸的单个裂口或引导边。

隙口定位件244还包括可滑动地接合阀杆204的孔246。隙口定位件244具有：具有第一横截面的第一部分245，和具有大于第一横截面的第二横截面的第二部分247。第一部分245和第二部分247之间的区域形成定位表面248，该定位表面248接合关闭件202的第一开口216。在所阐明的实例中，定位表面248被描绘成锥形表面。然而，在其他实例实施方式中，定位表面248可以是台阶式表面、多边形表面等。类似于图2A的定位件232，当阀杆204经由固定件206联接于关闭件202时，隙口定位件244使得阀杆204和关闭件202同心地和轴向地对准。

图3A阐明了实例关闭件和阀杆组件300的装配图，该组件300具有图2A的阀杆204和与图2B的隙口定位件244一起实施的关闭件302。图3B阐明了图3A阐明的实例关闭件和阀杆组件300的一部分的放大横截面图。

参照图3A和图3B，当装配后，关闭件302的孔304容纳阀杆204的第一部分224。隙口定位件244的孔246可滑动地接合阀杆204的第一部分224，且隙口定位件244的定位表面248接合关闭件302的第一端308处的第一开口306。如图3B清楚地所示，隙口定位件244可滑动地接合阀杆204的非螺纹部分224，以便当固定件234被上紧时将隙口定位件244压在阀杆204周围，孔246的表面310以实质接触表面区域接合阀杆204的非螺纹部分224。在所阐明的实例中，第一开口306具有锥形部分312和凹进部分314(例如扩孔)，以便隙口定位件244可以被定位在第一开口306中，以便隙口边250将接触位于隙口定位件244的非裂口部分316下方的第一开口306的锥形部分312。以此方式，隙口定位件244压着阀杆204的周围，以将相关的恒力施加给阀杆204的非螺纹部分224，以提供实质上的紧配合，并阻止阀杆204的转动。

关闭件302还可以包括关闭件302的第二端320处的第二开口318。第一开口306和第二开口318实质上轴向地对准孔304。如所示，第一开口306和第二开口318各具有锥形表面。然而，在其他实例实施方式中，第一开口306和第二开口318可以是例如扩孔、台阶式表面、多边形(例如矩形)表面等或它们的任何组合。关闭件302可以由钢、铝或任何其他合适的材料制成，并可以经由机加工、注塑成型或任何其他合适的工艺形成。

在所阐明的实例中，当固定件234被上紧时，定位件205的定位表面228接合第二开口318，而隙口定位件244的定位表面248接合第一开口306以使得阀杆204轴向地和同心地对准关闭件302。如上所述，隙口边250压在阀杆204周围，以阻止阀杆204在固定件234上紧后由于震动和/或其他机械力产生转动。

定位表面240或248的形状可以实质上类似于第一开口216或306的形状，和/或定位表面228的形状可以实质上类似于第二开口220或318的形状。例如，在所阐明的实例中，肩部228的锥形表面的角度实质上类似于(也即互补于)第二开口318的角度，且隙口定位件244的锥形表面248所成角度实质上类似于(也即互补于)第一开口306的角度。以此方式，阀杆204被固定到关闭件302，且定位件205的定位表面228接合第二开口318而隙口定位件244的定位表面248接合第一开口306，以使阀杆204与关闭件302能够对准。在其他实例实施方式中，仅仅定位件232或244的定位表面240或248的一部分接合第一开口216或306的一部分，和/或定位件205的定位表面228接合第二开口220或318的一部分。

在其他实例实施方式中，定位表面的形状可以实质上不类似于第一开口216或306的形状。例如，定位表面240或248的角度可以定成不同于第一开口216或306的角度。同样地，定位表面228的角度(例如锥形肩部的角度)可以定成不同于第二开口220或318的角度。以此方式，不相似形状的表面(例如不同锥形的表面)仍可匹配或接合，以达成轴向和同心的对准(也即，阀杆204和关闭件302的对准)。

在其他实例实施方式中，定位件205的尺寸可以不同于开口220或318，和/或定位件232或244的尺寸可以不同于开口216或306。例如，定位件232或隙口定位件244可以具有不同于第一开口216或306的直径，和/或定位件205可以具有不同于第二开口220或318的直径。尽管直径不同，定位件232或244可以接合第一开口216或306，和/或定位件205可以接合第二开口220或318，以对准阀杆204和关闭件202或302。直径的这种不同可能由例如定位件232、隙口定位件244、关闭件的第一开口216或306等的制造公差、磨损和破裂导致。

而且，定位表面228、240和248可以减少在关闭件202或302与阀杆204安装过程中导致的未对准。如果安装过程中关闭件202或302与阀杆204未对准，则当固定好或上紧时，固定件234使得定位表面240或248接合第一开口216或306的表面和/或定位表面228接合第二开口220或318的表面，以使阀杆204和关闭件202或302轴向地和同心地对准。

不像已知的阀杆和关闭件的刚性联接，定位件205、232和244接合于各自的第一开口216或306和第二开口220或318，以使阀杆204和关闭件202或302不仅轴向地而且同心地对准，从而实质上减少或消除阀杆204和关闭件202或302之间的未对准。定位表面228、240和248实质上减少或消除了由定位件205、240或244、阀杆204、关闭件202或302等的不同直径引起的制造公差、安装未对准、未对准造成的未对准。

图4阐明了实例阀杆和关闭件组件400的可选实施方式，该组件400具有图2A的阀杆204和关闭件402，但构造成不具有图2A和图3A的定位件240或248。在此构造中，关闭件402是具有内壁部分404的圆柱形件，该内壁部分404限定了腔406。关闭件402可以由钢、铝或任何其他合适的材料制成，并可以经由机加工、注塑成型或任何其他合适的工艺形成。

关闭件402包括孔408以容纳阀杆204，并包括关闭件202的第一端412处的开口410(例如锥形开口)，以当阀杆204联接于关闭件402时接合定位件205的定位表面228。以此方式，定位表面228和开口410的接合同心地和轴向地将阀杆204与关闭件402对准。开口410实质上轴向地对准孔408。在所阐明的实例中，开口410形成锥形表面，当联接于关闭件402时，该锥形表面接合肩部228的锥形表面。在其他实例实施方式中，开口410可以例如是扩孔、台阶式表面、矩形形状表面等或它们的任何组合和/或任何其他合适的形状，以轴向地和同心地对准阀杆204和关闭件402。固定件234将阀杆204联接于关闭件402。另外地或可选地，在一些实例实施方式中，垫圈416可以与固定件232一起使用。

参照图2A、3A和4，在操作中，阀杆204可操作地联接于致动器，以便致动器的位移引起阀杆204在线性路径中移动。致动器可以是任何致动器，诸如例如图1A的实例致动器101、隔膜致动器、活塞致动器、液压致动器、电致动器或任何其他合适的致动器。致动器促使阀杆204，并因此促使关闭件202、302或402朝向阀座移动并/或接合阀座(例如图1A的阀座118)，以限制流体流经控制阀(例如图1A的控制阀100)。轴向地和同心地对准阀杆和关闭件组件200、300或400使得关闭件202、302或402能够接合阀座118，以提供实质上紧密封(也即阻止阀座泄漏)。而且，轴向地和同心地对准阀杆和关闭件组件200、300或400可以减少和/或最小化密封系统(例如图1A的密封系统106)中的密封变形和磨损，这减少了工艺流体通过阀杆204的泄漏。

有利地，本文描述的实例关闭件和阀杆组件200、300或400保持阀杆定向为实质上垂直于关闭件，以在装配时轴向地和同心地对准阀杆和关闭件。在所阐明的实例中，定位件205、232或240的定位表面228、240或248使得阀杆204轴向地和同轴地对准关闭件202、302或402。尽管发生制造公差变化和/或关闭件和阀杆之间的安装未对准，锥形表面228、240或248的接合使得关闭件202、302或402和阀杆204对准。轴向和同心的对准接着使得关闭件202、302或402能够适当地对准阀座，以提供实质上紧密封，以当阀处在完全关闭位置时，阻止工艺流体通过孔的流动。而且，轴向和同心的对准最小化了阀杆相对于密封内孔的滑动，从而减少了密封材料的密封变形和/或磨损。

尽管一些方法和装置已经在本文得以描述，但本发明的保护范围不限于其。相反，本发明覆盖了字面上或者是等价物原则下公平地落入所附的权利要求的范围中的所有方法和装置。

Claims (11)

1.一种阀，包含：

杆，具有第一部分、具有大于所述第一部分的直径的第二部分和形成在所述杆的第一部分与所述杆的第二部分之间的肩部，并且所述第一部分的一段带有螺纹；

关闭件，所述关闭件具有孔，该孔容纳所述杆的第一部分，所述孔具有在所述关闭件的第一端处的第一开口和在所述关闭件的第二端处的第二开口，其中所述杆的所述肩部接合所述第二开口；

定位件，所述定位件包含具有孔、第一部分、第二部分、形成在该第一部分与第二部分之间的锥形定位表面和隙口边的裂口锥形垫圈，其中，所述定位件的第一部分具有第一横截面，而所述定位件的第二部分具有大于所述第一横截面的第二横截面，其中所述定位件的孔可滑动地容纳所述杆的第一部分，且其中，所述锥形定位表面接合所述关闭件的所述孔的所述第一开口，以对准所述杆和所述关闭件；以及

固定件，所述固定件被螺纹连接到所述杆的第一部分的带有螺纹的一段，所述固定件接合所述定位件的所述第二部分，从而将所述杆联接于所述关闭件，

其中，所述关闭件的所述孔的所述第一开口具有锥形部分和凹进部分，以便当所述定位件被定位在所述第一开口中时，所述定位件的隙口边接触位于所述定位件的非裂口部分下方的所述第一开口的锥形部分。

2.根据权利要求1所述的阀，其中，所述定位件的所述第一部分和所述第二部分各具有实质上圆形的横截面。

3.根据权利要求1所述的阀，其中，至少所述肩部和所述第二开口之一包括锥形表面以轴向对准所述杆和所述关闭件，并且其中所述关闭件的所述孔的所述第一开口是锥形的。

4.根据权利要求3所述的阀，其中，所述定位件的所述锥形定位表面的形状和所述孔的所述第一开口的所述锥形部分的形状互补。

5.根据权利要求3所述的阀，其中，所述定位件的所述锥形定位表面的形状与所述孔的所述第一开口的所述锥形部分的形状不同。

6.根据权利要求1所述的阀，其中，所述肩部包括锥形表面，该锥形表面接合所述关闭件的所述孔的锥形的第二开口，以对准所述杆和所述关闭件。

7.根据权利要求1所述的阀，其中，所述裂口锥形垫圈还包含多个轴向布置的部分隙口边。

8.根据权利要求1至7中任一项所述的阀，其中，所述关闭件包含阀塞。

9.根据权利要求1所述的阀，其中，所述固定件包含螺母。

10.根据权利要求1至7和9中任一项所述的阀，其中，所述阀杆和所述关闭件被实质上轴向地和同心地对准。

11.根据权利要求8所述的阀，其中，所述阀杆和所述关闭件被实质上轴向地和同心地对准。