CN102239456B - 用于流体控制设备的具有完全保持的阀座装置 - Google Patents

Abstract

用于流体控制设备的具有完全保持的阀座装置。示例性的阀座装置包括金属环和耦接到该金属环的弹性环，该弹性环具有密封面以密封地接合该流体控制设备的流量控制部件。该弹性环的外表面的至少一部分包括环形唇部以密封地接合该流体控制设备的主体的环形凹部。

Description

用于流体控制设备的具有完全保持的阀座装置

技术领域

本发明一般涉及流体控制设备，并且具体涉及用于流体控制设备的具有完全保持(positive retension)的阀座装置。

背景技术

流体控制设备，例如流体调节器和控制阀，通常分布于整个过程控制系统用于控制各种流体(例如，液体，气体，等)的流体流动速率和/或压力。例如，流体调节器通常用于调节流体的压强至较低和/或实质上恒定的值。具体地，流体调节器具有入口，该入口通常在相对高的压强上接收供应流体，且该流体调节器在出口提供相对低和/或实质上恒定的压强。当高压工艺流体通过过程控制系统时，该调节器在一个或多个点处将该工艺流体的压强降低，以提供具有较低或者降低的压强的工艺流体至子系统或者其他监测传输点。例如，与一件设备(例如，锅炉)关联的调节器可以从流体分配源接收具有相对高而且稍许变化的压强的流体(例如，气体)，并且可以将该流体调节到较低，实质上恒定的压强以适于该设备的安全、有效的使用。

调节器通常通过限定通过孔的流体流量来降低入口压强以匹配变动的下游需要。为了限定入口和出口之间的流体流量，调节器通常使用阀塞接合设置在该调节器主体的该孔内的阀座。一些已知的流体调节器使用弹性材料制造的阀座以提供阀座和阀塞之间的紧密密封。在这种已知的调节器中，阀座通常设置在孔内从而弹性阀座和调节器主体之间的摩擦力将阀座保持在调节器的主体内。然而，这种已知的阀座至调节器主体的摩擦耦接可能容许阀座相对于主体偏移或者移动，其归因于，例如，反压力(即，背压)情形、弹性材料的退化、当阀塞从阀座移开时阀塞和阀座之间的黏着(例如，由于橡胶喷霜)，等。这种阀座相对于主体的偏移或者移动可能导致阀座和阀塞之间的不对准，从而导致不希望的、流体通过阀座的泄漏并且影响流体调节器的性能。

发明内容

在一个例子中，一种用于流体控制设备的具有完全保持的阀座装置包括：金属环以及弹性环，所述弹性环耦接到所述金属环并且具有密封表面以密封地接合所述流体控制设备的流量控制部件。所述弹性环的外表面的至少一部分包括环形唇部以密封地接合所述流体控制设备的主体的环形凹部。

在另一个例子中，一种用于流体调节器的具有完全保持的阀座装置包括：耦接到实质上弹性的密封部件的、实质上刚性的支撑部件。所述密封部件的内表面耦接到所述支撑部件的所述外表面，所述密封部件的所述外表面的至少一部分具有第一外径以及大于所述第一外径的第二外径从而形成至少一个凸出部件以将所述阀座装置保持在所述流体调节器的主体内。

在又一个例子中，一种流体调节器包括：主体，所述主体具有在入口和出口之间的由所述主体的环形腔形成的肩部；以及阀座，所述阀座设置在所述主体内。所述阀座包括：第一环状部件；以及第二环状部件，所述第二环状部件耦接到所述第一环状部件，用于提供密封表面以密封地接合所述调节器的可移动的阀塞。所述第二环状部件包括摩擦地接合在所述环形腔内的外唇部，从而所述唇部接合所述主体的所述肩部以将所述阀座保持在所述主体内。

附图说明

图1示出了通过此处描述的示例性阀座装置实施的流体调节器的截面视图；

图2A是在图1中的示例性阀座装置的更详细的视图；

图2B是在图2A中的示例性阀座装置的另一个详细的视图；

图3A是图1、2A和2B的示例性阀座装置和流体调节器的放大的局部剖视图；

图3B是图1、2A、2B和3A的示例性阀座装置和流体调节器的放大的局部剖视图。

具体实施方式

通常，流体调节器根据被感应到的下游压强调节流体的流动从而保持过程系统压强在可接受的和/或恒定的压强限度内。流体调节器通常响应于出口流体压强(即，施加到阀隔膜一侧的力)和预设控制力(即，施加到阀隔膜的另一侧的力)之间的差值来调节工艺流体的流量和压强，从而改变通过调节器的流量以获得实质上恒定的出口压强。

流体调节器通常包括经过隔膜板和阀杆可操作地耦接到阀塞的隔膜。该隔膜响应于由在出口处的流体压强施加的力与预设力(例如，通过弹簧设定的)之间的力的差值而在直线路径上移动。隔膜的移动导致阀塞移动远离或者朝向阀座从而允许或者限制在调节器的入口和出口之间的流体流动。在一些已知的调节器中，阀座由弹性材料制造并且摩擦地耦接到调节器的主体。具体地，阀座的弹性材料与调节器主体的内表面之间的摩擦力将阀座保持在相对于调节器主体的适当位置。然而，这种已知的配置可使得阀座相对于主体偏移或者移动，其归因于，例如，反压力情形(即，背压情形)，该反压力情形发生在出口压强实质上大于入口压强时(例如，当阀塞远离阀座时)。这种背压情形可能是由于，例如，流体温度波动。附加地或者替换地，阀座的弹性材料的退化可能允许阀座相对于阀体偏移或者移动。附加地或者替换地，当阀塞在较长时间段内接合阀座时，该弹性阀座可能黏着或者附着于阀塞的边，其原因是，例如，弹性材料的化合物浸出并且附着到阀塞(例如，橡胶喷霜)，从而导致当阀塞移动远离阀座时阀座相对于调节器的主体移动或者偏移。这种阀座相对于主体的偏移或者移动可导致阀座和阀塞之间的不对准，由此造成不希望的通过阀座的泄漏并且影响流体调节器的性能。

此处描述的示例性的阀座装置提供完全保持以实质上阻止阀座装置相对于流体控制设备的，例如流体调节器的主体的移动。在一个此处描述的例子中，阀座装置被耦接(例如，摩擦地耦接，固定地耦接，等)至调节器主体以阻止在阀操作中的阀座装置的无意的退出。具体地，此处描述的一个示例性的阀座装置包括弹性环，其摩擦地接合或者配合在调节器主体(或者其他流体控制设备主体)的孔内，以摩擦地耦接阀座装置至调节器主体。该弹性环耦接到金属环，该金属环提供对弹性环的刚性支撑。附加地，不像已知的阀座，该示例性的弹性环包括环形唇部，其摩擦地接合(例如，设置于内部)调节器主体的环形腔或者槽，该腔或槽邻近调节器主体的该孔。同时，该环形唇部形成肩部，其接合由该环形腔或者槽形成的该主体的肩部。以此方式，该唇部与该主体的腔和肩部之间的接合提供完全保持并实质上阻止阀座装置相对于调节器主体的移动。通过阻止阀座装置相对于主体的移动，这种完全保持在以下应用中尤其有利，该应用经历入口和出口之间的反向背压(即，出口压强超过入口压强)、阀塞在较长时间段内接合阀座之后移动离开阀座时阀塞和阀座之间的黏着，等。

图1示出了通过此处描述的示例性阀座装置102实施的示例性流体调节器100的横截面视图。在该例子中，流体调节器100包括通过多个紧固件108耦接在一起的上主体104和下主体106。隔膜110被定位在上主体104和下主体106之间。上主体104和隔膜110的第一侧112限定第一腔114。弹簧116设置在上主体104内位于第一弹簧座118和可调的第二弹簧座120之间。在该例子中，第一腔114通过孔122流体地耦接至，例如，大气。

第一弹簧座118耦接至支撑隔膜110的隔膜板124。弹簧调节器126(例如，螺栓)接合第二弹簧座120以允许弹簧116的长度的调节(例如，压缩或者解压弹簧116)，并且从而允许对弹簧116施加在隔膜110的第一侧112的预设力或者负载量的调节(例如，增加或者减小)。

下主体106和隔膜110的第二侧128至少部分地限定第二腔130，入口132和出口134。第二腔130通过通道136流体地耦接到出口134。阀座装置102设置在下主体106内并且限定入口132和出口134之间的孔138。阀塞140通过阀杆142可操作地耦接至隔膜110以及隔膜板124。第二弹簧144设置在阀塞保持器148的腔146内以朝向阀座装置102偏置阀塞140。在示出的例子中，阀塞140接合阀座装置102以提供紧密密封从而阻止在入口132和出口134之间的流体流动。第二弹簧144的弹性系数通常实质上小于弹簧116的弹性系数。

在该例子中，流体调节器100包括通过隔膜板124耦接到隔膜110的内部安全阀150。安全阀150包括孔152，其流体地耦接第一腔114和第二腔130。阀杆142的第二端154包括软性的或者柔性的座156，其接合安全阀150的孔152以分别阻止(例如，阻挡)第一和第二腔114和130之间的流体流动。然而，在其他例子中，流体调节器100可以包括代替内部安全阀150的耦接座(即，非排气座)以可操作地耦接隔膜110和阀塞140。在另一个例子中，阀杆142可以(例如，通过紧固件)固定地耦接到隔膜板124。

在操作中，入口132流体连通至，例如，提供具有相对高压强的流体的上游流体分配源。出口134流体连通至下游需求源、压强调节器、或者任何其他要求所需(例如，较低的)压强的工艺流体的监测点。

流体调节器100通常调节在入口132的流体的上游压强以提供或者产生在出口134处的所需的压强。为了获得所需的出口压强，弹簧116在隔膜110的第一侧112施加力，其转而相对于阀座装置102放置阀塞140以限制入口132和出口134之间的工艺流体的流量。因此，出口或者所需的压强取决于由弹簧116施加的用于放置隔膜110进而相对于阀座装置102放置阀塞140的预设力的量。所需的压强设定点可以通过经由弹簧调节器126调节弹簧116施加在隔膜110的第一侧112上的力来配置。

当下游需求增加，在出口134处的流体压强降低。第二腔130通过通道136感应到在出口134的工艺流体的下降的压强。当通过第二腔130中的流体的压强施加在隔膜110第二侧128的力降低至低于由弹簧116施加在隔膜110的第一侧112上的预设力，弹簧116使得隔膜110朝向第二腔130移动。当隔膜110朝向第二腔130移动，阀塞140远离阀座装置102移动从而允许流体流过入口132和出口134之间的孔138(例如，打开位置)，从而使得出口134处的压强增加。

反过来，当出口或者下游需求降低或者关闭，在出口134处的工艺流体的压强增加。如以上所述，在出口134处增加的流体压强通过通道136到达第二腔130，并且施加力于隔膜110的第二侧128。当第二腔130中的流体压强在隔膜110的第二侧128施加的力等于或者超过由弹簧116施加在隔膜110的第一侧112的预设力，隔膜110朝向第一腔114移动(例如，在图1的方位中克服弹簧116施加的力的、向上的方向)。当隔膜110朝向第一腔114移动时，隔膜110使得阀塞140朝向阀座装置102移动以限制通过孔138的流体流动。第二弹簧144朝向阀座装置102偏置阀塞140以密封地接合阀座装置102(例如，在关闭位置)以实质上阻止流体流过入口132和出口134之间的孔138，因此，降低向下游源的压强提供(即，锁住情形)。流体调节器100的锁住情形发生在阀塞140密封地接合阀座装置102以提供紧密密封并且阻止入口132和出口134之间的流体流动时。

在正常运行中(例如，在锁住之前)，软性的座156接合安全阀150的孔152以阻止第一和第二腔114和130之间的不希望的流体泄露。在锁住情形的开始，阀塞140接合阀座装置102以阻止入口132和出口134之间的流体流动。

然而，在某些场合，当下游需求降低(例如，下游源被关闭)，并且由于例如沙砾、管垢等原因，阀塞140没有密封地接合阀座装置102(即，调节器100没有锁住)时，在出口134处的流体压强增加。在出口134处压强的增加施加力于隔膜110的第二侧128，其使得隔膜110和隔膜板124朝向第一腔114移动(即，在图1的方位中在向上的方向压缩弹簧116)。结果是，通过隔膜板124耦接到隔膜110的安全阀150移动远离软性的座156。隔膜110朝向第一腔114的移动使得内部安全阀150移动远离软性的座156，以流体地耦接第二腔130和第一腔114，从而经由孔122泄露或者排放压强至，例如，大气。

此处描述的示例性的阀座装置102有利地阻止背压情形导致的阀座装置102的无意地退出下主体106(即，从主体106移出)。不像一些已知的阀座，例如，大于入口压强的出口压强不会使得阀座装置102相对于下主体106(例如，孔138)偏移或者移动。附加地或者替换地，此处描述的示例性的阀座装置102有利地阻止阀座装置102相对于下主体106的无意偏移或者移动，该偏移或者移动归因于，例如，阀塞140在较长时间段内接合阀座装置102之后移动远离阀座装置102时，阀塞140黏着或者附着于阀座装置102(例如，由于橡胶喷霜)。如以上所述，阻止这种移动防止了阀塞140和阀座装置102之间的不对准，从而提高调节器性能。

图2A是示出在图1中的示例性阀座装置102的更详细的视图。图2B是示出在图2A中的示例性阀座装置102的另一个更详细的视图。参考图2A和2B，示例性的阀座装置102包括耦接到刚性支撑部件204的密封部件202。在该例子中，密封部件202是实质上弹性的弹性体环状部件或者环，刚性支撑部件204是实质上刚性的金属环状部件或者环。弹性环202耦接到金属环204并且提供密封表面206和208。

在该例子中，弹性环202的至少一部分包括至少一个凸出部件或者环形唇部210。弹性环202具有第一外径212和大于第一外径212的第二外径214以形成唇部210。唇部210也形成位于直径212和214之间的肩部216。虽然未视出，在其他例子中，弹性环202可以包括多个环形唇部。弹性环202可以由，例如，橡胶、腈、氟橡胶(FKM)、氯丁橡胶、或者任何其他适合的弹性体和/或弹性材料制成。

弹性环202围绕金属环204从而金属环204支撑弹性环202。金属环204具有孔218，该孔218在阀座装置102设置于流体调节器100的下主体106内部时提供流体流动通道。在该例子中，金属环204由不锈钢制成并且通过机械加工制造。然而，在其他例子中，环204可以由黄铜、碳钢、塑料、或者任何其他适合的一种或多种刚性材料制成。在又一个例子中，金属环204可以通过模塑和/或任何其他适合的一个或多个制造工艺制造。

在该例子中，弹性环202通过模塑(例如，模压)耦接到金属环204。弹性环202被模塑在金属环204上以形成阀座装置102。在其他例子中，弹性环202可以被组装或者压配合至金属环204以形成阀座装置102。为了方便通过例如模塑将弹性环202耦接至金属环204，金属环204包括环形凸出边302(图3B)，边302从金属环204的外表面304(图3B)伸出。凸出边302可以通过，例如，机械加工形成。在该例子中，凸出边302具有矩形截面形状。然而，在其他例子中，凸出边302可以具有T形截面形状、弓形截面形状、或者任何其他适合的截面形状。类似地，弹性环202的内表面306(图3B)具有(例如形成)环形槽308用于当弹性环202耦接(例如，模压)至金属环204时接收凸出边302。在其他例子中，弹性环202可以通过化学紧固件(例如，粘合剂)或者任何其他适合的一种或多种紧固机构耦接至或者粘结至金属环204。在该例子中，金属环204的外表面304的一部分307是锥形化的。在其他例子中，金属环204的外表面304可以包括任何适合的形状。

图3A示出了图1、2A和2B的示例性阀座装置102和流体调节器100的放大的局部剖视图。图3B示出了图1、2A、2B和3A所示的示例性阀座装置102和流体调节器100的放大的局部剖视图。参考图3A和3B，阀座装置102被设置在(例如插入)流体调节器100的下主体106内，以围绕入口132和出口134之间的流动路径。更具体地，阀座装置102摩擦地配合或者耦接到下主体106的孔138。下主体106包括形成肩部312的底切部或者空腔310。阀座装置102被(例如，通过工具)压配合在孔138内从而唇部210接合(例如，被插入)下主体106的空腔310。以此方式，唇部210被设置在腔310内从而弹性环202的肩部216接合下主体106的肩部312。结果是，阀座装置102提供完全保持以阻止阀座装置102相对于下主体106偏移或者移动。肩部312可以具有锥形化的边，实质上直角的边，斜切的边，或者任何其他适合的边。

附加地，在阀座装置102设置在下主体106内部时，弹性环202的密封面208和唇部210与下主体106的对应面314和316之间的摩擦力摩擦地耦接阀座装置102至下主体106。金属环204提供对弹性环202的支撑并且在朝向下主体106的面314和316的方向施加径向反作用力，以在弹性环202设置在下主体106内时阻止弹性环202朝向孔138径向塌陷(例如，折叠)。如图3B中最清楚的示出的，唇部210在被设置在下主体106的腔310时被压缩在面314和金属环204的外表面304之间。类似地，密封面208被压缩在下主体106的面316和金属环204的外表面304之间。

在操作中，阀塞140密封地接合弹性环202的密封面206，以阻止入口132和出口134之间的流体流动。在该例子中，阀塞140具有接合密封面206的刀型边缘的截面形状318。然而，在其他例子中，阀塞140可以具有任何其他适合的截面形状。当阀塞140移动离开密封面206，流体通过金属环204的孔218在入口132和出口134之间流动。如果阀座装置102被暴露于高压强和/或背压情形，唇部210提供完全保持并且阻止阀座装置102相对于下主体106移动或者偏移，从而提高调节器性能。

附加地或者替换地，在操作中，如果阀塞140黏着或者附着于密封面206，唇部210提供完全保持以阻止阀座装置102相对于阀塞140移动。例如，在操作中，阀塞可能在较长时间内(例如，在调节器100的锁住情形中)接合阀座装置102的密封面206。结果是，由于，例如，弹性环202的化合物浸出，阀塞140的刀状边318可能黏着或者附着于密封面206，从而导致阀塞140附着于密封面206(例如，由于橡胶喷霜)。当阀塞140移动离开阀座装置102至打开位置时，唇部210提供完全保持并且阻止阀座装置102相对于下主体106移动或者偏移。

示例性的阀座装置102不限于用于图1、2A、2B、3A和3B的流体调节器100。在其他例子中，阀座装置102可以被实现于其他流体调节器、控制阀(例如，线形阀，旋转阀，等)、和/或任何其他适合的流体控制设备。

虽然此处描述了一些示例性装置，但是本专利的范围不限于此。相反，本专利覆盖所有字面地或者等同原则下落入所附权利要求的范围内的装置和制造品。

Claims (19)

1.一种用于流体控制设备的具有完全保持的阀座装置，包括：

金属环，具有孔和环状的外表面，该孔提供流体流动通道；以及

弹性环，所述弹性环围绕所述金属环的该环状的外表面并且耦接到所述金属环，并且具有密封表面以密封地接合所述流体控制设备的流量控制部件，其中，所述弹性环的外表面的至少一部分包括环形唇部以密封地接合所述流体控制设备的主体的环形凹部；

其中，所述金属环的所述外表面包括环形凸出边使得该金属环成“凸”形，并且，所述弹性环的内表面包括环形槽以接合所述金属环的所述环形凸出边。

2.根据权利要求1所述的阀座装置，其中，所述弹性环的该内表面耦接到所述金属环的该环状的外表面，并且，该凸出边具有矩形截面形状，T形截面形状，或弓形截面形状。

3.根据权利要求2所述的阀座装置，其中，所述弹性环模塑在所述金属环上。

4.根据权利要求1所述的阀座装置，其中，所述金属环的所述外表面的一部分是锥形化的。

5.根据权利要求1所述的阀座装置，其中，所述密封表面用于接合所述流体控制设备的阀塞。

6.根据权利要求1所述的阀座装置，其中，所述弹性环摩擦地耦接到所述流体控制设备的所述主体。

7.一种用于流体调节器的具有完全保持的阀座装置，包括：

耦接到实质上弹性的密封部件的实质上刚性的支撑部件，其中，所述密封部件的内表面耦接到所述支撑部件的外表面，以及其中，所述密封部件的外表面的至少一部分具有第一外径以及大于所述第一外径的第二外径从而形成至少一个凸出部件以将所述阀座装置保持在所述流体调节器的主体内；

其中，所述支撑部件的所述外表面包括环形凸出边使得该支撑部件成“凸”形，并且，所述弹性的密封部件的内表面包括环形槽以接合所述支撑部件的所述环形凸出边。

8.根据权利要求7所述的阀座装置，其中，所述凸出部件用于接合所述流体调节器的所述主体中的环形凹部。

9.根据权利要求8所述的阀座装置，其中，所述凸出部件用于被压配合在所述流体调节器的所述主体的所述环形凹部中。

10.根据权利要求7所述的阀座装置，其中，所述密封部件实质上围绕所述支撑部件。

11.根据权利要求7所述的阀座装置，其中，所述支撑部件的所述外表面的一部分是锥形化的，该部分位于所述环形凸出边的下方。

12.根据权利要求7所述的阀座装置，其中，所述支撑部件是金属环，所述密封部件是弹性环。

13.根据权利要求7所述的阀座装置，其中，所述密封部件用于提供与所述流体调节器的阀塞的流体密封接合。

14.一种流体调节器，包括：

主体，所述主体具有在入口和出口之间的由所述主体的环形腔形成的肩部；以及

阀座，所述阀座设置在所述主体内，其中，所述阀座包括：

第一环状部件；以及

第二环状部件，所述第二环状部件耦接到所述第一环状部件，用于提供密封表面以密封地接合所述调节器的可移动的阀塞，其中，所述第二环状部件包括摩擦地接合在所述环形腔内的外唇部，从而所述唇部接合所述主体的所述肩部以将所述阀座保持在所述主体内；

其中，所述第一环状部件的外表面包括环形凸出边使得该第一环状部件成“凸”形，并且，所述第二环状部件的内表面包括环形槽以接合所述第一环状部件的所述环形凸出边。

15.根据权利要求14所述的流体调节器，其中，所述阀座摩擦地耦接到所述调节器的所述主体。

16.根据权利要求14所述的流体调节器，其中，所述第一环状部件包括金属环，所述第二环状部件包括弹性环。

17.根据权利要求16所述的流体调节器，其中，所述弹性环包括腈材料，所述金属环包括不锈钢材料。

18.根据权利要求14所述的流体调节器，其中，所述第一环状部件的外表面的一部分是锥形化的，该部分位于所述环形凸出边的下方。

19.根据权利要求14所述的流体调节器，其中，所述阀塞包括刀状边以密封地接合所述密封表面从而限制在所述入口和所述出口之间的流体流量。

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