CN102197251A - 用于阀门的密封垫压圈 - Google Patents

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Abstract

一种用于阀门(500)的密封垫压圈(514)，包括主体，该主体具有细长部分(517)以及穿过该细长部分的、接纳轴(506)的孔。该孔的一部分(528)是锥形的，以当该轴朝着由该主体限定的开口移动时，朝至少部分地围绕该轴的凹槽(508)并位于该凹槽中的保持器(510)施加力。并且，该力具有沿与该孔的纵向轴相垂直方向的第一分量，以及小于该第一分量的、沿与该孔的纵向轴相平行方向的第二分量。

Description

用于阀门的密封垫压圈
技术领域
本专利通常涉及密封垫压圈，特别地涉及用于阀门的密封垫压圈。
背景技术
过程控制设备或系统通常采用旋转阀，例如球阀、蝶形阀、偏心碟阀、偏心旋塞阀等等以控制过程流体的流动。通常，旋转阀典型地包括一个被置于流体路径上并且通过轴可旋转地耦接于旋转阀主体的流体流动控制部件。典型地，从该旋转阀中伸出的该轴的一部分可操作地耦接于该旋转控制阀的阀杆或致动器(例如气压致动器、电致动器、液压致动器等)。
在一些场合中，为了服从于由例如美国机械工程师协会等规范主体所建立的标准，冗余防喷被加入到阀门中，以确保如果轴和流体流动控制部件之间的主要连接失效，该轴被保持在该阀门主体中。
在一些已知的例子中，该冗余防喷包括具有阶部的轴，该阶部与密封垫压圈的一部分接合。但是，从该轴上去除材质以形成该阶部降低了该轴的结构完整性。其结果，当该轴的一端被保持固定，对该流体流动控制组件的流体力可能会扭曲和/或扭转该轴，这使得：即使该流体流动控制组件被致动在关闭位置，流体仍流动通过该阀门。
在其他已知的例子中，该冗余防喷包括一根具有凹槽的轴，该凹槽接纳与密封垫压圈的一部分接合的扣环。但是，取决于该系统的压强需求，如果流体流动控制组件和轴之间的主要连接失效，该扣环和该密封垫压圈的该部分之间的相互作用可无法保持该扣环处于该凹槽中，因此这种配置局限于相对低压的应用。
发明内容
一个示例的、用于阀门的密封垫压圈包括主体，该主体具有细长部分以及穿过该细长部分的、用于接纳轴的孔。该孔的一部分是锥形的，以当该轴朝着由该主体限定的开口移动时，对至少部分地围绕该轴的凹槽并位于该凹槽中的保持器施加力。并且，该力具有沿与该孔的纵向轴相垂直方向的第一分量，以及小于该第一分量的、沿与该孔的纵向轴相平行方向的第二分量。
一个示例的阀门包括主体，该主体限定了洞和第一孔。另外，该阀门包括至少部分地位于该第一孔中的轴。该轴具有凹槽以接纳保持器，该保持器至少部分地围绕该凹槽并被置于该凹槽中。进一步地，该阀门包括位于该洞中的、可操作地耦接于该轴以控制通过该阀门的流体流动的流体流动控制部件。更进一步地，该阀门包括耦接于该阀门并且至少部分地位于该第一孔中的密封垫压圈。该密封垫压圈包括细长部分以及穿过该细长部分、用于接纳该轴的第二孔。该第二孔具有锥形部分，该锥形部分被配置为当该轴朝着该密封垫压圈的开口移动时对该保持器施加力。并且，该力具有沿与该孔的纵向轴相垂直方向的第一分量，以及小于该第一分量的、沿与该孔的纵向轴相平行方向的第二分量。
附图说明
图1A示出了一个已知的蝶形阀的部分横截面视图；
图1B示出了图1A中的已知的蝶形阀的另一部分横截面视图；
图2A示出了具有冗余防喷的一个已知阀门的一部分；
图2B示出了图2A的密封垫压圈的唇部相对于该阀门的轴的纵向轴的角度；
图3A示出了具有冗余防喷的另一个已知阀门的一部分；
图3B示出了图3A的密封垫压圈的唇部相对于该阀门的轴的纵向轴的角度；
图4示出了一幅图，表示了随着密封垫压圈的唇部相对于纵向轴的角度的变化，力的垂直于纵向轴的第一分量与力的平行于纵向轴的第二分量之间的关系；
图5A示出了具有一个示例的密封垫压圈的示例的阀门的一部分；
图5B示出了图5A的示例的密封垫压圈的唇部相对于该阀门的轴的纵向轴的角度；
图6示出了另一个示例的密封垫压圈。
具体实施方式
某些例子被在以上标明的附图中示出，并在下文中详细描述。在描述这些例子时，相似或相同的附图标记用于标示相同或相似的元件。为了清晰和/或简明，这些附图并不一定按比例绘制，并且这些图中的某些特征和视图可能在比例上被夸大或者示意地示出。另外，在说明书中通篇描述了几个例子。任何例子的任何特征可以被包括在其他例子的其他特征之中，或者作为它们的替代，或者与它们合并在一起。
这里描述的、示例的密封垫压圈优选地允许冗余防喷配置被实现在具有相对高的压强等级的阀门中，这消除了已知的密封垫压圈所受到的限制。特别地，这里描述的、该示例的密封垫压圈配备有具有锥形内表面的孔，该锥形内表面被配置为朝保持器(例如保持抗喷环，扣环)施加具有第一分量和第二分量的力，该保持器位于延伸穿过该孔的轴的凹槽中。特别地，该力的该第一分量大致地垂直于该孔的纵向轴，该力的该第二分量大致地平行于该孔的该纵向轴。与已知的密封垫压圈相反，这里描述的、该示例的密封垫压圈意识到轴与锥形表面相对于该孔的角度之间的关系对该力的第一分量和该力的第二分量的幅度造成影响的方式，并且加以利用。特别地，这里描述的、示例的密封垫压圈的锥形表面被配置从而该力的该第一分量大于该力的该第二分量，以确保：由该锥形表面而被施加给保持器的该力的大部分被利用于将该保持器保持在该轴的凹槽中，从而允许这里描述的、示例的密封垫压圈被实现在具有相对较大压强等级的阀门中，该相对较大的压强等级在如果流体流动控制部件和轴之间的主要连接失效时典型地引入较大的、迫使该轴退出该阀门的力。
图1A示出了一个已知的蝶形阀100，该阀包括限定了洞104和孔106的主体102。流体流动控制部件108至少部分地位于该洞104之中，以接合密封组件110(例如密封环等)。另外，如图1B所示，该流体流动控制部件108通过多个销钉113被耦接于轴112(例如主连接)。该轴112包括第一轴部分115和第二轴部分117，并且部分地位于孔106中。该轴112和该流体流动控制部件108之间的耦接可以被看作主连接。在实际中，流体流动控制部件108与密封组件110接合以控制通过洞104的流体流动，因此，通过阀门100的流体流动率由流体流动控制部件108相对于密封组件110的位置所控制。该流体流动控制部件108的位置可以从一个关闭位置变化至一个完全开放或最大流动率位置，在该关闭位置该流体流动控制部件108与该密封组件110密封接合，在该完全开放或最大流动率位置该流体流动控制部件108与该密封组件110分离和/或实质上地平行于通过该洞104的流体流动。
第一轴部分115包括具有第一直径的第一部分114，以及具有小于该第一直径的第二直径的第二部分116。被提供在该第一部分114和第二部分116之间的阶部118与密封垫压圈122的唇部120接合，以在如果轴112和流体流动控制部件108之间的主连接失效时将轴112至少部分地保持在阀100中(例如，冗余防喷)。该密封垫压圈122通过多个紧固件124可移除地耦接于主体102。如上讨论的，在该第一部分114和第二部分116之间形成阶部118降低了轴112的结构完整性，因此，在实际中，流体流动可对处于例如关闭位置的流体流动控制组件108施加力，该力扭曲轴112并且损害该流体流动控制部件108和该密封组件110之间的实质上的气密密封。
图2A示出了一个已知的阀门200的一部分，该阀门与以上结合图1A所描述的阀门100类似地工作。该阀门200包括限定了第一孔204的主体202，以及具有凹槽208的轴206，该凹槽接纳保持器210(例如，保持抗喷环，扣环)。另外，该阀门200包括阀门密封(valve packing)212，限定了第二孔216的密封垫压圈214，密封凸缘(valve flange)218和抗喷凸缘220，该抗喷凸缘220可以与密封垫压圈214的外唇部222接合以在如果轴206和流体流动控制部件(例如图1A的流体流动控制部件108)之间的主连接失效时将密封垫压圈214进一步保持在第一孔204之中。
该轴206部分地与密封垫压圈214的一部分一起位于由主体202限定的该第一孔204之中，密封垫压圈214朝着轴206推抵该阀门密封212，以实质上地阻止流体在轴206和阀门密封212之间流出阀门200。如所示出的，密封凸缘218通过多个紧固件225被耦接于主体202，密封垫压圈214被置于密封凸缘218和阀门密封212之间。另外，该轴206部分地位于该密封垫压圈214的第二孔216之中，并穿过由密封凸缘218限定的洞227。
如上讨论的，如果轴206和流体流动控制部件之间的主连接失效，阀门200中的压强朝箭头224表示的方向施加力，该力迫使轴206退出阀门200。为了避免轴206退出阀门200，该密封垫压圈214被提供了一内肩部或唇部226，该内肩部或唇部在如果主连接失效时与位于凹槽208中的保持器210接合。施加在保持器210和内唇部226之间的力由以下公式1所表示，其中F代表作用在保持器210和内唇部226之间的力，P代表用于该特定阀门的相应的压强等级，Ds代表轴206的外径。
公式1：F＝P*(∏*Ds 2/4)
作用在保持器210和内唇部226之间的力可以具有通常如箭头230所表示的、大致垂直于第二孔216的纵向轴228的第一分量。进一步地，作用在保持器210和内唇部226之间的力具有通常如箭头232所表示的、大致平行于第二孔216的纵向轴228的第二分量。
该力的该第一分量由下面的公式2所表示，其中F第一分量表示该力的大致垂直于纵向轴228的该第一分量，F代表作用在保持器210和内唇部226之间的该力，θ代表内唇部226相对于纵向轴228的角度。
公式2：F第一分量＝F*cos(θ)
该力的该第二分量由下面的公式3所表示，其中F第二分量表示该力的大致平行于纵向轴228的该第二分量，F代表作用在保持器210和内唇部226之间的该力，θ代表内唇部226相对于纵向轴228的角度。
公式2：F第二分量＝F*sin(θ)
图4示出一张图400，该图代表了随着该内唇部226相对于该纵向轴228的角度的变化，该力的与纵向轴垂直的该第一分量和与纵向轴平行的该第二分量之间的关系。特别地，该力的该第一分量由第一曲线402所表示，该力的该第二分量由第二曲线404所表示。在该例子中，该力(即F)大致为1021.017磅力(lbf)，其对应于具有大约1300PSI的压强等级的阀门。
如图400所示，随着内唇部226相对于纵向轴228的角度增加，该力的该第一分量减少，而该力的该第二分量增加。相反，随着内唇部226相对于纵向轴228的角度减少，该力的该第一分量增加，而该力的该第二分量减少。
如图2B所示，该内唇部226相对于纵向轴228的该角度大约是90度，因此该力的该第一分量大致为零，而该力的该第二分量大致为1021.01675lbf(即实质上整个力F)。因此，如果主连接失效，轴206不受阻碍地朝着阀门200的外侧移动，直至保持器210碰撞内唇部226，其突然地停止轴206。如果该密封垫压圈214被实现在具有相对较高压强等级的阀门中，由压强(P)所产生的力(F)可相对较大，并且因此该保持器210可碰撞该内唇部226以突然地停止该轴206。这样的碰撞可能将保持器210从凹槽208之中移出，且该轴206可被推出该阀门之外。更特别地，如果该密封垫压圈214被实现在具有相对较高压强等级的阀门中并且主连接失效，该力的该第二分量可大到足以将保持器210从凹槽208之中移出。因此，图2A所描绘的配置典型地局限于使用在具有相对较低压强等级的阀门。
图3A示出了一个已知的阀门300的一部分，该阀门与以上结合图1A所描述的阀门100类似地工作。该阀门300包括限定了第一孔304的主体302，以及具有凹槽308的轴306，该凹槽接纳一保持器310。另外，该阀门300包括阀门密封312，限定了第二孔316的密封垫压圈314，和密封凸缘318。
该轴306部分地与密封垫压圈314的一部分一起位于由主体302限定的该第一孔304之中，密封垫压圈314朝着轴306推抵该阀门密封312，以实质上地阻止流体在轴306和阀门密封312之间流出阀门300。如所示出的，密封凸缘318通过多个紧固件320被耦接于主体302，密封垫压圈314被置于密封凸缘318和阀门密封312之间。另外，该轴306部分地位于该密封垫压圈314的第二孔316之中，并穿过由密封凸缘318限定的洞322。
如上讨论的，如果轴306和流体流动控制部件(例如图1A中的流体控制部件108)之间的主连接失效，阀门300中的压强朝箭头324表示的方向施加力，该力迫使轴306退出阀门300。为了阻止轴306退出阀门300，该密封垫压圈314被提供了一肩部或唇部326，该肩部或唇部在如果主连接失效时与保持器310接合。
为了制造和/或机加工该密封垫压圈314的该第二孔316以及唇部326，最初获得一块原材料(例如金属原料)(未示出)。然后，该原材料被固定在例如钻床或铣床的钳子中，一个钻头被移动以接合该原材料以产生该第二孔316以及该唇部326。对于其他普通的机加工工具，该用于制造和/或机加工该密封垫压圈314的钻头具有标准的、大约60度的锥度(未示出)，并且因此如图3B所示，该唇部具有相对于纵向轴330大约60度的锥形表面328。
回到图4，该图400描绘了：大约60度的角度可具有该力的、由第一曲线402表示的、大致为510.5lbf的第一分量，通常由箭头332所表示；以及该力的、由第二曲线404表示的、大致为884.23lbf的第二分量，通常由箭头334表示。因此，如果主连接失效，轴306不受阻碍地朝着阀门300的外侧移动，直至保持器310碰撞唇部326的锥形表面328，其突然地停止轴306。如果该密封垫压圈314被实现在具有相对较高压强等级的阀门中，由压强(P)所产生的力(F)可相对较大，并且因此该保持器310可碰撞该唇部326以突然地停止该轴306。这样的碰撞可将保持器310从凹槽308之中移出，且该轴306可能被推出该阀门之外。更加特别地，由于该力的该第一分量显著地小于该力的该第二分量，该力的该第一分量可太小而无法确保该保持器310保留在该凹槽308之中，并且因此，如图3A所描绘的配置典型地被局限为用于具有相对低的压强等级的阀门。
因此，以上描述的已知的密封垫压圈配置都没有意识到唇部226或326相对于纵向轴228和330的角度与其在具有相对高的压强等级的阀门之中对类似冗余防喷机制的实现能力的影响方式之间的关系。
图5A示出了一个示例的阀门500的一部分，该阀门与以上结合图1A所描述的阀门100类似地工作，该阀门500可以是例如蝶形阀、滑杆阀或任何其他适合的阀门的一部分。该阀门500包括限定了第一孔504的主体502，以及具有凹槽508的轴506，该凹槽接纳例如扣环或抗喷环等至少部分地围绕该凹槽508的保持器510。在一些例子中，该凹槽508的直径尺寸适于部分地使保持器510变形以进一步确保该保持器510保持其在凹槽508之中的位置。另外，该阀门500包括阀门密封512，具有开口515和限定了第二孔516的细长部分517的示例的密封垫压圈514，以及密封凸缘518。
该轴506部分地与密封垫压圈514的一部分一起位于由主体502限定的该第一孔504之中，密封垫压圈514朝着轴506推抵该阀门密封512，以实质上地阻止流体在轴506和阀门密封512之间流出阀门500。该密封凸缘518通过多个紧固件520被耦接于主体502，密封垫压圈514被置于密封凸缘518和阀门密封512之间。另外，该轴506部分地位于该密封垫压圈514的第二孔516之中，并穿过开口515以及由密封凸缘518限定的洞522。
如上讨论的，如果轴506和流体流动控制部件(例如图1A中的流体控制部件108)之间的主连接失效，阀门500中的压强朝箭头524表示的方向施加力，该力迫使轴506退出阀门500。为了阻止轴506退出阀门500，该密封垫压圈514被提供了一锥形表面、肩部或唇部526，该表面、肩部或唇部被配置为如果主连接失效时与保持器510接合。但是，与图2A和3A中描绘的已知的例子相反，为了制造和/或机加工该第二孔516和唇部526的锥形表面528，一块原材料被固定在铣床中，端铣刀或任何其他合适的工具被选择来从该原材料上移除材料以形成该第二孔516和/或移除材料以形成该锥形表面528，以提供相对于第二孔516的纵向轴530的、范围在大约15度和45度之间的角度。如图5B所示，该示例的密封垫压圈514有相对于纵向轴530的大致为15度的角度。但是，作为替代，任何其他合适的角度可以被形成(例如25度、25度、30度等)。
在实际中，为了控制通过阀门500的流体流动，流体流动控制部件(例如图1A所示的流体流动控制部件108)被例如致动器(未示出)通过轴506在打开位置和关闭位置之间致动。为了延长保持器510的可用寿命，空隙532被提供在第二孔的非锥形部分534和保持器510之间，以在正常操作中该轴506被移动以致动阀门500时阻止保持器510接触和/或摩擦非锥形部分534。
如上讨论的，如果轴506和流体流动控制部件108(图1A)之间的主连接失效，该轴506朝由箭头524表示的方向移动，并且保持器510与锥形表面528接合。和与已知的密封垫压圈214和314相关的突然碰撞不同，该示例的密封垫压圈514的锥形表面528逐渐地限制该轴506的移动，以阻止该轴506退出该阀门500。最初，该保持器510在接近第一环状位置536处与锥形表面528相碰，然后该轴506的移动减少，直至该保持器510实质上地位于该第一环状位置536和第二环状位置538之间。特别地，由于该保持器510与在本例子中具有大致15度角度的锥形表面528相碰，合力被施加给保持器510，该力具有与第二孔516的纵向轴530大致垂直的第一分量，通常如箭头540所示。典型地，该力的该第一分量实质上是径向力，其迫使保持器510维持处于凹槽508之中。另外，施加在保持器510上的力具有与第二孔516的纵向轴530大致平行的第二分量，通常如箭头542所示。
转回图4，如图400所示，大约15度的角度具有该合力的、由第一曲线402表示的、大致为986.23lbf的第一分量；以及该合力的、由第二曲线404表示的、大致为264.26lbf的第二分量。因此，该力的该第一分量显著地大于该力的该第二分量，并且因此，该合力(F)的大部分被用于维持保持器510的位置处于凹槽508之中，并确保轴506不被推出阀门500。特别地，即使该密封垫压圈514被实现在具有相对高的压强等级的阀门中，该密封垫压圈514的锥形表面528确保该轴506不被推出阀门500。特别地，当锥形表面528相对于纵向轴530的角度高于(例如大于)大致45度时，在该阀门中对轴506所施加的力可大到足以将保持器510从凹槽508之中移出。
图6示出了一个示例的密封垫压圈600，其包括细长部分602和凸缘604。该示例的密封垫压圈600实质上地类似于图5A中的密封垫压圈514。但是，该密封垫压圈600具有围绕开口515的凸缘604，该凸缘被配置为接纳多个紧固件606以将该密封垫压圈600耦接于例如阀门500。图6中的、和图5A中所使用的附图标记相同的附图标记对应于与结合图5A所描述的结构类似或相同的结构，同样地，在此不对涉及的这些结构进行重复描述。
虽然某些示例的方法、设备以及产品已经被描述，但是本专利的覆盖范围并不限于此。相反，本专利覆盖字面地或以等同原则正当地落入所附权利要求的范围之内的所有方法、设备以及产品。

Claims (20)

1.一种用于阀门的密封垫压圈，包括：
主体，该主体具有细长部分以及通过该细长部分的、用于接纳轴的孔，其中，该孔的一部分是锥形的，以当该轴朝着由该主体限定的开口移动时，对至少部分地围绕该轴的凹槽并位于该凹槽中的保持器施加力，并且其中，该力具有沿与该孔的纵向轴相垂直方向的第一分量，以及小于该第一分量的、沿与该孔的纵向轴相平行方向的第二分量。
2.根据权利要求1所述的密封垫压圈，其中，该锥形部分包括第一环状位置和第二环状位置，其中，当该保持器与该锥形部分接合时，该保持器位于该第一环状位置和该第二环状位置之间，以实质上地阻止该轴的进一步移动。
3.根据权利要求1所述的密封垫压圈，其中，该力的该第一分量包括径向力。
4.根据权利要求1所述的密封垫压圈，其中，该锥形部分相对于该孔的该纵向轴的角度处于15度至45度之间。
5.根据权利要求1所述的密封垫压圈，其中，当该保持器位于该凹槽中时，该凹槽的直径尺寸适于部分地使该保持器变形。
6.根据权利要求1所述的密封垫压圈，其中，该孔的非锥形部分的尺寸适于在该保持器与该孔的该非锥形部分之间提供空隙。
7.根据权利要求1所述的密封垫压圈，其中，该主体进一步包括围绕该开口的凸缘。
8.一种阀门，包括：
主体，限定了洞和第一孔；
轴，至少部分地位于该第一孔中，其中，该轴具有凹槽以接纳保持器，该保持器至少部分地围绕该凹槽并被置于该凹槽中；
流体流动控制部件，位于该洞中、可操作地耦接于该轴以控制通过该阀门的流体流动；
密封垫压圈，耦接于该阀门并且至少部分地位于该第一孔中，其中，该密封垫压圈包括：
细长部分，以及通过该细长部分、用于接纳该轴的第二孔，其中，该第二孔具有锥形部分，该锥形部分被配置为当该轴朝着该密封垫压圈的开口移动时对该保持器施加力，并且其中，该力具有沿与该孔的纵向轴相垂直方向的第一分量，以及小于该第一分量的、沿与该孔的纵向轴相平行方向的第二分量。
9.根据权利要求8所述的阀门，其中，该锥形部分包括第一环状位置和第二环状位置，其中，当该保持器与该锥形部分接合时，该保持器位于该第一环状位置和该第二环状位置之间，以实质上地阻止该轴的进一步移动。
10.根据权利要求8所述的阀门，其中，该力的该第一分量包括径向力。
11.根据权利要求8所述的阀门，其中，该锥形部分相对于该孔的该纵向轴的角度处于15度至45度之间。
12.根据权利要求8所述的阀门，其中，当该保持器位于该凹槽中时，该凹槽的直径尺寸适于部分地使该保持器变形。
13.根据权利要求8所述的阀门，进一步包括位于该保持器与该第二孔的非锥形表面之间的空隙，以实质上地阻止该保持器接合该非锥形表面。
14.根据权利要求8所述的阀门，其中，该阀门包括蝶形阀。
15.一种用于阀门的密封垫压圈，包括：
主体，具有细长部分和穿过该细长部分的、用于接纳轴的孔；以及
被配置为当该轴朝该主体的开口移动时对保持器施加力的装置，该保持器至少部分地围绕该轴的凹槽并位于该凹槽中，其中，该力具有沿与该孔的纵向轴相垂直方向的第一分量，以及小于该第一分量的、沿与该孔的纵向轴相平行方向的第二分量。
16.根据权利要求15所述的密封垫压圈，其中，该被配置为对该保持器施加该力的该装置包括该孔的锥形部分。
17.根据权利要求16所述的密封垫压圈，其中，该锥形部分相对于该纵向轴的角度处于15度至45度之间。
18.根据权利要求15所述的密封垫压圈，其中，当该保持器位于该凹槽中时，该凹槽的直径尺寸适于部分地使该保持器变形。
19.根据权利要求15所述的密封垫压圈，进一步包括位于该保持器与该孔的非锥形表面之间的空隙，以实质上地阻止该保持器接合该非锥形表面。
20.根据权利要求15所述的密封垫压圈，其中，该主体进一步包括凸缘。
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