CN102272497A - 具有综合安全关闭器的流体阀 - Google Patents

Abstract

本发明描述了一种具有综合的安全关闭器的流体阀。用于具有相对的阀座面的控制阀的示例性阀帽组件包括第一阀帽，该第一阀帽可移除地耦接至所述控制阀。第一阀帽(210)具有第一腔体(211)，该第一腔体(211)适于容纳第一阀芯的一部分，还适于与阀座面的一个接合，以提供所述第一腔体与所述第一阀芯的一部分之间的流体密封。此外，所述第二阀帽(216)可移除地耦接至所述控制阀。所述第二阀帽(216)具有第二腔体，该第二腔体适于容纳第二阀芯的一部分，还适于与所述阀座面的另一个接合，以提供所述第二腔体与所述第二阀芯的一部分之间的流体密封。

Description

具有综合安全关闭器的流体阀

技术领域

本发明大体上涉及流体阀，更具体地，涉及具有综合安全关闭器的流体阀。

背景技术

控制阀普遍用于过程工厂中，以控制流体(例如气体、液体等)或通过与过程工厂相连的管路和/或容器的任何其他物质的流动。控制阀通常由一个或多个入口和出口构成，并包括流动控制元件或构件(例如阀门、活塞、阀塞、关闭构件等)，其用于控制通过流体地耦接入口和出口的孔的流体的流动。关闭构件通常耦接阀帽，该阀帽被机械地耦接(例如螺合、夹紧、旋入等)至所述阀体。通常地，所述关闭构件被用于接合环绕流过阀的流路的密封结构(例如座圈)。

在实践中，一些过程工厂除了包括控制阀之外，还包括安全关闭阀(例如紧急关闭阀)，该安全关闭阀位于每个控制阀的上游或下游，以响应于例如系统故障来快速停止流体流动。在一些实例中，这些安全关闭阀为流体控制过程提供了许多益处，然而安装安全关闭阀所需的额外的空间和系统长度(例如管道运行长度)给过程工厂的设计尤其是在可用空间极其受限的情况下，造成了一些挑战。

过去，许多流体控制过程设计中没有安全关闭阀。然而，存在将这些过程升级至带有安全关闭阀(例如安全综合系统硬件(safety integratedsystem：SIS))的需要，以确保系统故障被妥善控制。为此，现有管路就可能不得不切断和/或重设，以留出所述安全关闭阀所需的额外空间。替代地，当设计新的流体过程时，设计者将实施安全关闭阀的空间可能受限并且，因此，为此，有可能很难或不可能将这些安全关闭阀设置在流体控制过程内。

发明内容

一种用于具有相对阀座面的控制阀的阀帽组件的示例，该阀帽组件包括第一阀帽，其可移除地耦接至控制阀。第一阀帽具有第一腔体，该第一腔体适于容纳第一阀芯一部分，并且进一步地适于与所述阀座面的一个接合，以提供所述第一腔体与所述第一阀芯的该部分之间的流体的密封。此外，还包括第二阀帽，其可移除地耦接至所述控制阀。第二阀帽具有第二腔体，该第二腔体适于容纳第二阀芯的一部分，并且进一步地适于与所述阀座面的另一个接合，以提供所述第二腔体与所述第二阀芯的该部分之间的流体的密封。

一种用于控制流体流动的阀的示例，该阀包括阀体，该阀体限定入口和出口。此外，所述示例性阀包括含有第一阀帽和第二阀帽的阀帽组件，所述第一阀帽和所述第二阀帽实质上共轴相对。更进一步地，所述示例性阀包括在阀体内的第一阀座面，以密封地接合第一关闭构件。更进一步地是，所述示例性阀包括在阀体内、并且与第一阀座面相对的第二阀座面，以密封地接合第二关闭构件，其中，所述第一阀座面和所述第二阀座面环绕将入口与出口流体地耦接的孔。

附图说明

图1示出已知的控制阀。

图2示出具有综合安全关闭器的示例性控制阀。

图3示出图2的具有综合安全关闭器的示例性控制阀，操作所述综合安全关闭器以阻止流过阀的流体流动。

图4示出具有综合安全关闭器的另一示例性控制阀。

图5示出可用于实现图2-图4所示的示例性阀的示例性半成品阀帽(blank bonnet)。

具体实施方式

具体的示例在上述提及附图中和下文中的详细描述中被示出。在描述这些示例时，类似或等同的附图标记被用于标示相同或相似的元件。附图并不必然地按照比例，为了清楚和/或简洁，可能对附图中的某些特征和某些视图进行尺寸上的放大表示或是示意表示。此外地，在本说明书中描述了多个示例。任一示例中的任何特征可包括在其它实施例中的其它特征内、或是它们的代替物、抑或是与它们组合。

在此所述的示例性阀帽组件和示例性控制阀有利地提供在控制阀中综合安全关闭的功能，由此消除在与对应的控制阀物理分开的已知的阀和已知的安全关闭阀中遇到的问题。尤其是，在此所述的提供综合安全关闭器的示例性阀帽组件和示例性阀使得能够将阀安装成与已知的控制阀相同的面到面尺寸，并同时具有安全关闭的特性和功能。因此，已知的未配备安全关闭功能的流体阀能够相对容易地被在此所述的示例性阀代替。特别是，因为在此所述的示例性阀具有与已知的阀实质上相同的面到面尺寸，所以不必切断和/或重设现有的管路，这显著地降低了安装时间和成本。此外，在一些示例中，在此所述的配备有设置于第一阀帽对面的半成品阀帽的示例性阀，第一阀帽对正常运转时流过阀的流体的流动进行控制。所述半成品阀帽通过提供所述阀的安全关闭功能的第二阀帽(在下文中将详细描述)使示例性阀在能够在以后被改进(例如在现场或是当阀仍然安装在过程控制系统中时)。

图1示出具有阀体102的已知的控制阀100，其中，阀体102在入口106与出口108之间具有流体流动通路104。阀帽110通过多个紧固件112耦接至阀体102。所述阀帽110包括腔体(bore)116和密封垫压圈118，密封垫压圈118在密封接合中相对阀杆114推动阀门填料120，以实质上避免流体从阀杆114和在阀门填料120之间流出阀帽110。如图所示，密封涨圈122通过多个紧固件126耦接至阀帽110，并且密封垫压圈118设置在密封涨圈122与阀门填料120之间。阀杆114的一端128从阀帽主体124延伸，并且可操作地耦接至致动器(未图示)。此外，阀杆114的相对端130耦接至关闭构件132(例如阀塞)。

为了控制流过所述阀体102的流体流动，在入口106与出口108之间设置阀芯133来提供某些流动特性(例如降低由流过控制阀100的流体流动而产生的噪声和/或气穴现象)。阀芯133包括阀笼134、关闭构件132和阀杆114。关闭构件132具有在尺寸上设计成可滑动地与阀笼134的内表面138接合的外表面136。此外，关闭构件132具有阀座面140，该阀座面140与至少部分地设置在孔144内的阀座142(例如座圈)接合，以控制入口106与出口108之间的流体流动。实际上，致动器在关闭位置与打开位置之间移动阀杆114，在关闭位置上，阀座面140与阀座142接合以防止流体流过控制阀100，在打开位置上，关闭构件132与阀座142分开以允许流体流过控制阀100。

图2示出具有阀体202的示例性控制阀200，该阀体202具有在入口206与出口208之间的流体流动通路204。尽管在示例性控制阀200示出为球形阀，然而能够在此描述的示例能够被实现在任何其它类型的阀，例如，其他类型的滑杆阀中。

阀帽组件209包括第一阀帽210和第二阀帽216。第一阀帽210设置在接近第一腔体211，并且在流体地耦接入口206与出口208的流动控制孔214的第一侧上通过多个紧固件212耦接至阀体202。第二阀帽216(例如，现场可移除的阀帽)设置在接近第二腔体217，并且在与第一阀帽210相对的孔214的第二侧上通过多个紧固件218耦接至阀体202。第一腔体211与第二腔体217实质上同轴。

第一阀帽210通过第一腔体224容纳第一阀杆或轴222和第一密封垫压圈226，该第一密封垫压圈226在密封接合中相对第一阀杆222推动第一阀门填料228，以实质上阻止流体在第一阀杆222与第一阀门填料228间流出第一阀帽210。第一腔体224和第一阀门填料228相对第一阀帽210引导第一阀杆222。如图所示，第一密封涨圈230通过多个紧固件234耦接至第一阀帽主体232，并且第一密封垫压圈226设置于第一密封涨圈230与第一阀门填料228之间。第一阀杆222的末端235从第一阀帽主体232延伸，且可操作地耦接至第一致动器(未图示)。此外，第一阀杆222的相对末端236耦接至第一关闭构件238。

相似地，第二阀帽216通过第二腔体242容纳第二阀杆或轴240和第二密封垫压圈244，该第二密封垫压圈244在密封接合中相对第二阀杆240推动第二阀门填料246，以实质上阻止流体在第二阀杆240与第二阀门填料246之间流出第二阀帽216。第二腔体242和第二阀门填料246相对第二阀帽216引导第二阀杆240。如图所示，第二密封涨圈248通过多个紧固件252耦接至第二阀帽250，并且第二密封垫压圈244设置在第二密封涨圈248与第二阀门填料246之间。第二阀杆240的末端254从第二阀帽主体250延伸，且可操作地耦接至第二致动器(未图示)。此外，第二阀杆240的相对末端247耦接至第二关闭构件258。能够理解第二阀杆240能够被可操作地耦接至任意期望的装置，以在打开位置与关闭位置之间的独立于第一关闭构件238致动第二关闭构件258。例如，第二阀杆240能够被可操作地耦接至储能致动机构，例如，螺旋弹簧或盘簧堆以及保持装置和/或锁定系统(例如机械或液压约束)，其在正常运转时将第二关闭构件258保持在打开位置上，但在发生例如系统故障等预定情况之后释放第二关闭构件258。

为了控制流过阀体202的流体流动，在入口206与出口208之间设置第一阀笼260来提供某些流动特性(例如快速开启、等百分比和/或降低由流过控制阀200的流体流动而产生的噪声和/或气穴现象)。一般来说，第一阀芯包括第一阀杆222和第一关闭构件238。第一关闭构件238具有在尺寸上设计成可滑动地与第一阀笼260的内表面264接合的外表面262。此外，第一关闭构件238具有第一阀座面266，以接合座圈269的第一阀座268，该第一阀座268至少部分地设置在孔214内，以控制入口206与出口208之间的流体流动。实际上，第一致动器(未图示)在关闭位置与打开位置之间移动第一阀杆222，在关闭位置上，第一阀座面266与第一阀座268接合以阻止流体流过控制阀200，在打开位置上，第一关闭构件238与第一阀座268分开以允许流体流过控制阀200。

此外，控制阀200可配备有与第一阀笼260相对设置的并与第二阀帽216邻近的第二引导件270。一般来说，第二阀芯包括第二阀杆240和第二关闭构件258。虽未图示，但在某些示例中，第二引导件270可一体地耦接至第二阀帽216，或是第二阀帽216的整体部分。第二关闭构件258具有在尺寸上设计成可滑动地与第二引导件270的内表面274接合的外表面272。此外，如图2和图3所示，第二关闭构件258具有第二阀座面276来与第二阀座278接合，该第二阀座278与第一阀座268相对并至少部分地设置在孔214内，以例如在系统故障期间，控制入口206与出口208之间的流体流动。在本示例中，第一阀座268是座圈269的第一面，第二阀座278是座圈269的与第一面相对的第二面。

若第二关闭构件258移动并与第二阀座278接合(如图3所示)，流过控制阀200的流体流动实质上停止，第二关闭构件258保持落座在第二阀座278上，直至，例如，手动将第二关闭构件258移回打开位置。此外，若将第二阀帽216在流向朝上的阀中实施，如示例性控制阀200，则通过控制阀200间的压降和/或对第二关闭构件258的流体力各自至少分别部分地帮助第二关闭构件258与第二阀座278密封地接合，并且因此，可能需要相对较小的力(例如可使用较小和/或较轻的致动器)来维持第二阀座278相对于的第二关闭构件258的位置。然而，在其他示例中，在此描述的示例能够被应用至诸如流向朝下的阀之类的其它任意阀设计中。

在操作中，第二阀帽216与第二阀芯的部分一起向控制阀200提供安全关闭的功能，并同时使示例性控制阀200实质上保持与已知的控制阀100相同的面到面尺寸。具体来说，与已知的需要单独的安全关闭阀、额外的空间和/或重设管路的流体控制过程相比，示例性控制阀200包括第一关闭构件238和第二关闭构件258，上述第一关闭构件238在正常运转时控制流过控制阀200的流体流动，上述第二关闭构件258提供安全关闭的功能，以例如在系统故障期间，实质上停止流过控制阀200的流体流动。在正常运转中，第二关闭构件258被设置成使第二关闭构件258的表面280与控制阀200的内表面282实质上齐平，从在没有使用第二关闭构件258时实质上防止第二关闭构件258影响流过控制阀200的流体流动。实际上，第二关闭构件258不经常被使用，因而，第二阀帽216和第二阀芯的组件可由相对便宜和/或不那么耐磨损和/或腐蚀的材料制成。然而，在其它示例中，第二关闭构件258可以是波形的，由此提供预定的流动特性。例如，表面280可包括波形的或弯曲的表面(未图示)，由此提供流动干扰，以引起流动流中的紊流来实质上减少回流。

为了更换控制阀200上的第二阀帽206，从与控制阀200耦接的管路和/或容器中减少流体压力(如排流、阻断和或围绕控制阀200重设路由流体)，接着从第二阀帽主体250上移除紧固件218。接着从控制阀200上移除第二阀帽216。接下来，可将不同的第二阀帽216设置在控制阀200中，并且可将紧固件218重新旋紧，以确保第二阀帽216相对于主体202处于适当的位置。

替代地，在第二阀帽216耦接至控制阀200的阀体202的同时，更换设置在第二腔体242内的弹簧284和/或第二阀帽216的第二阀门填料246，从与控制阀200相连的管路和/或容器中减少流体压力，并从第二密封涨圈248中移除紧固件252。接下来，移除并更换第二密封垫压圈244、弹簧284和/或第二阀门填料246。接着可将第二密封涨圈248相对于第二阀帽主体250重新设置，并调整紧固件252以压缩弹簧284来向第二阀门填料246施加力，由此在第二阀杆240与第二阀门填料246之间产生流体密封。

图4示出包括第一阀帽402和第二阀帽404的另一示例性控制阀400。示例性控制阀400与图2和图3的示例性控制阀200实质上相似。然而，与示例性控制阀200相比，示例性控制阀400具有包括第二阀座408的阀体406，该第二阀座408具有锥面410和与该锥面410邻近的表面412，它们分别对应于第二关闭构件418的锥部414和纵向部416。纵向部416具有在其中设置密封件422(例如O形环、自适应密封件、方形密封件、模塑盘、唇形密封件等)的凹槽420。在正常运转时，密封件422被设置在第二阀帽404或控制阀400的阀笼或引导件423的腔体421中，由此实质上防止流体流动对密封件422造成影响。具体来说，限制密封件422暴露于流体流动可有利地延长密封件422的使用寿命和/或实质上防止流体流动使密封件422无法落座至凹槽420内。此外，第二关闭构件418的锥部414可减小第二关闭构件418对流过控制阀400的流体流动的影响。

当第二关闭构件418移动并与第二阀座408接合时，流过控制阀200的流体实质上停止。具体来说，凹槽420中的密封件422与表面412接合，并且锥部414与锥面410接合。在某些示例中，锥面410与锥部414之间的相互作用是金属之间的接合和/或密封，其即使在密封件422与表面412之间的流体密封失效时，也能限制流过控制阀400的流体流动。

图5示出具有容纳多个紧固件504的凸缘502的示例性半成品阀帽500，多个紧固件504用于将半成品阀帽500耦接至示例性控制阀200或400。此外，半成品阀帽500包括伸长构件或阀塞506，其直径与第二腔体217或428的直径相对应。若将半成品阀帽500实施在控制阀200或400上，则伸长构件506的表面508与图2和图3中的控制阀200的内表面282和/或图4中的控制阀400的内表面430实质上齐平，以实质上防止伸长构件506对流过控制阀200或400的流体流动造成影响。

实际上，一些使用者可能会对创建最初不具有安全关闭特性的通用流体控制过程感兴趣。然而，这些使用者可能想要在将来升级它们的流体控制过程的能力，而不必切断和/或重设管路以产生用于安装已知安全关闭阀的必要空间，在包括诸如已知控制阀100之类的阀的流体控制过程中是必不可少的。为了让使用者能创建这种流体控制过程，最初可在示例性控制阀200或400上使用半成品阀帽500。

为了将半成品阀帽500更换和/或现场更换成第二阀帽216或404，从耦接至控制阀200或400管路和/或容器中减少流体压力，并且接着从凸缘502上移除紧固件504。接着从控制阀200或400上移除半成品阀帽500。接下来，可将第二阀帽216或404设置在控制阀200或400内，并且可将紧固件218旋紧，以确保第二阀帽216或404相对于阀体202或406处于适当的位置。

替代地，为了将第二阀帽216或404临时更换成半成品阀帽500，例如在维修第二阀帽216或404和/或第二阀芯时，从与控制阀200或400耦接的管路和/或容器中减少流体压力(例如放空流体)，接着从控制阀200或400上移除紧固件218。接着从控制阀200或400上移除第二阀帽216或404。接下来，可将半成品阀帽500设置在控制阀200或400内，并可将多个紧固件504旋紧，以确保半成品阀帽500相对于阀体202或406处于适当的位置。

尽管在此描述了确定的示例性方法、仪器和制造品，但本发明的覆盖范围不局限于此。恰恰相反，本发明覆盖字面上或是按照等效原则完全落入所附的权利要求书的范围中的所有方法、仪器和制造品。

Claims (32)

1.一种用于具有相对的阀座面的控制阀的阀帽组件，其中，所述阀帽组件包括：

第一阀帽，该第一阀帽可移除地耦接至所述控制阀，所述第一阀帽具有第一腔体，该第一腔体适于容纳第一阀芯的一部分，还适于与所述阀座面中的一个接合，以提供所述第一腔体与所述第一阀芯的该部分之间的流体密封；以及

第二阀帽，该第二阀帽可移除地耦接至所述控制阀，所述第二阀帽具有第二腔体，该第二腔体适于容纳第二阀芯的一部分，还适于与所述阀座面中的另一个接合，以提供所述第二腔体与所述第二阀芯的该部分之间的流体密封。

2.如权利要求1所述的阀帽组件，其特征在于，所述第一阀芯包括可操作地耦接至第一阀塞或关闭构件的第一阀杆，并且所述第二阀芯包括可操作地耦接至第二阀塞或关闭构件的第二阀杆。

3.如权利要求2所述的阀帽组件，其特征在于，所述第二阀塞或关闭构件包括与和所述阀座面中的一个的锥面邻近的表面密封地接合的自适应密封件。

4.如权利要求3所述的阀帽组件，其特征在于，所述自适应密封件是O形环。

5.如权利要求2所述的阀帽组件，其特征在于，所述第二阀塞或关闭构件用于给所述控制阀提供安全关闭功能。

6.如权利要求2所述的阀帽组件，其特征在于，所述第二阀塞或关闭构件设置在所述第二阀帽中，以在没有使用所述第二关闭构件时实质上防止所述第二关闭构件对流过所述控制阀的所述流体流动造成影响。

7.如权利要求2所述的阀帽组件，其特征在于，还包括储能致动机构，该储能致动机构对所述第二阀塞或关闭构件进行致动，以使其与所述阀座面中的一个密封地接合。

8.如权利要求1所述的阀帽组件，其特征在于，所述阀帽组件与流向朝上的所述控制阀耦接。

9.如权利要求1所述的阀帽组件，其特征在于，所述阀帽组件与流向朝下的所述控制阀耦接。

10.如权利要求1所述的阀帽组件，其特征在于，所述阀帽组件能现场安装。

11.一种用于控制流体流动的阀，包括：

阀体，该阀体限定：

入口；

出口；

阀帽组件，所述阀帽组件包括：

第一阀帽；以及

第二阀帽，其中，所述第一阀帽和所述第二阀帽实质上共轴相对；

所述阀体内的第一阀座面，以密封地接合第一关闭构件；以及

在所述阀体内的并且与所述第一阀座面相对的第二阀座面，以密封地接合第二关闭构件，其中，所述第一阀座面和所述第二阀座面环绕流体地耦接所述入口与所述出口的孔。

12.如权利要求11所述的阀，其特征在于，在正常运转时，所述第二关闭构件与所述阀体的内表面实质上齐平，以使流体实质上不受所述第二关闭构件影响地在所述流体入口与所述流体出口之间流动。

13.如权利要求11所述的阀，其特征在于，所述第二关闭构件包括阀塞。

14.如权利要求11所述的阀，其特征在于，所述第一阀座面包括座圈的第一面，并且其中所述第二阀座面包括所述座圈的与所述第一面相对的第二面。

15.如权利要求11所述的阀，其特征在于，所述第一阀座面包括座圈的表面，并且所述第二阀座面包括所述阀体的表面。

16.如权利要求11所述的阀，其特征在于，所述第二阀座面的锥面用于与所述第二关闭构件的锥部密封地接合。

17.如权利要求16所述的阀，其特征在于，与所述锥面邻近的表面用于与所述第二关闭构件的自适应密封件密封地接合。

18.如权利要求11所述的阀，其特征在于，所述第二阀座面用于与所述第二关闭构件的自适应密封件密封地接合。

19.如权利要求18所述的阀，其特征在于，在正常运转时，所述自适应密封件设置在所述第二阀帽内，以实质上防止流体流动对所述自适应密封件造成影响。

20.如权利要求18所述的阀，其特征在于，所述自适应密封件是O形环。

21.如权利要求11所述的阀，其特征在于，所述第二阀帽是可现场安装的。

22.如权利要求11所述的阀，其特征在于，所述第二关闭构件向所述阀提供安全关闭功能。

23.如权利要求11所述的阀，其特征在于，所述阀是球形阀。

24.如权利要求11所述的阀，其特征在于，所述第一阀帽和所述第二阀帽中的每一个均可移除地耦接至所述阀体。

25.一种用于具有相对的阀座面的控制阀的阀帽，其中，所述阀帽包括：

阀帽主体，其将被可移除地耦接至所述控制阀，与耦接至所述控制阀的第二阀帽相对，其中，所述第二阀帽至少部分地环绕用于控制流过设置在流动控制孔口的第一侧上的所述控制阀的流体流动的装置，其中，所述阀帽主体限定用于容纳并相对于所述阀帽主体引导阀杆的腔体，其中，所述阀帽主体用于至少部分地环绕用于控制流过设置在所述流动控制孔口的与所述第一侧相对的第二侧上的所述控制阀的流体流动的装置。

26.如权利要求25所述的阀帽，其特征在于，所述用于控制流过设置在所述流动控制孔口的所述第一侧上的所述控制阀的所述流体流动的装置包括第一关闭构件，该第一关闭构件用于与所述阀座面中的一个接合，以控制流过所述控制阀的所述流体流动。

27.如权利要求25所述的阀帽，其特征在于，所述用于控制流过设置在所述流动控制孔口的与所述第一侧相对的所述第二侧上的所述控制阀的所述流体流动的装置包括第二关闭构件，该第二关闭构件耦接至所述阀杆，其中，所述第二关闭构件将由所述阀座面中的另一个容纳，以控制流过所述控制阀的流体流动。

28.如权利要求27所述的阀帽组件，其特征在于，所述第二关闭构件设置在所述阀帽主体中，以在没有使用所述第二关闭构件时实质上防止所述第二关闭构件对流过所述控制阀的所述流体流动造成影响。

29.一种用于具有相对的阀座面的控制阀的阀帽，其中，所述阀帽包括：

阀帽主体，该阀帽主体被可移除地耦接至所述控制阀，并与耦接至所述控制阀的第二阀帽相对，所述第二阀帽与第一关闭构件相邻，与所述阀座面中的一个接合，以控制流过所述控制阀的流体流动，其中，所述阀帽主体形成用于容纳并相对于所述阀帽主体引导轴的腔体；以及

耦接至所述轴的第二关闭构件，其中，所述第二关闭构件被所述阀座面中的另一个容纳，以控制流过所述控制阀的流体流动。

30.如权利要求29所述的阀帽，其特征在于，所述第二关闭构件用于给所述控制阀提供安全关闭功能。

31.如权利要求29所述的阀帽，其特征在于，至少所述阀帽、所述轴和所述第二关闭构件包括安全综合系统硬件。

32.如权利要求29所述的阀帽，其特征在于，所述第二关闭构件包括锥部，以与所述另一个阀座面的锥面接合。

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