CN102359612A - 用于压力调节器的流动限制座环 - Google Patents

Abstract

一种控制装置包括阀体、座环和致动器。所述阀体限定适于流体的流动路径。所述座环被设置在该流动路径内。所述致动器被连接至所述阀体，并包括控制件。该控制件适于相对于所述座环移动，用于调节通过所述流动路径的流体流动。该控制件包括密封盘，其适于密封地接合所述座环并关闭所述流动路径。所述座环包括设置在所述流动路径内的孔口，以使所述座环阻止至少一部分所述流体流动基本垂直地冲击所述密封盘。

Description

用于压力调节器的流动限制座环

本申请是申请日为2007年6月22日、申请号为200780029136.3、发明名称为“用于压力调节器的流动限制座环”的申请的分案申请。

技术领域

本公开大体上涉及流体控制装置，更具体而言，涉及用于流体控制装置的座环。

背景技术

流体控制装置包括包含控制阀和调节器的各种类型的设备。这种控制装置适于被连接在诸如化学处理系统、天然气输送系统等流体过程控制系统内，用于控制通过其中的流体流动。每个控制装置均限定流体流动路径，并包括用于调节该流动路径尺寸的控制件。例如，图1图示了一种已知的调节器组件10，其包括阀体12和致动器14。阀体12限定流动路径16并包括喉部18。在图1中，调节器组件10被构造为向上流动的结构。致动器14包括上致动器壳体20、下致动器壳体22和控制件24。控制件24被设置在上、下致动器壳体20、22内，并适于响应调节器组件10的压力变化而双向移动。如此构造，控制件24控制通过喉部18的流体流动。另外，如图所示，调节器组件10包括被设置在阀体12的喉部18中的座环26。当阀体12的出口压力较高时，控制件24的密封面28可与座环26密封地接合并关闭喉部18。这阻止通过调节器10的流体流动。

图1图示装备有一种已知座环26的调节器组件10。座环26包括紧固在喉部18中的大致环形主体。座环26包括支持面30和孔口32。如上所述，在闭合位置时，支持面30适于由控制件24的密封面28接合，以阻止流体流动通过阀体12。图1所示的座环26进一步包括圆形或渐缩表面34。该圆形或渐缩表面34用于使通过孔口32的流体流动呈流线型。另外，由图1可见，支持面30的直径基本上等于座环26的孔口32的直径以及控制件24的密封面28的直径。因此，随着流体流动通过阀体12，流体从阀体12的左侧流动，如图1所示，并经由座环26中的孔口32向上流过喉部18。然后，流体偏离控制件24的包括密封面28的下表面，并向外流至图1的阀体12的右侧。

上述调节器组件10的一个缺点在于，孔口32的直径接近控制件24的密封面28的直径。通常，这种压力调节器组件10被应用在用于输送天然气的流体输送系统中。天然气往往包括碎片或颗粒物质，当行进通过调节器组件10时，碎片或颗粒物质会损害调节器组件10。例如，随着在高压下行进的碎片或颗粒物质行进通过座环26中的孔口32，碎片或颗粒物质冲击控制件24的密封面28。典型的密封面28由橡胶构成。在冲击下，碎片或颗粒物质会损坏橡胶，并由此影响调节器的性能。

发明内容

本公开的一个方面包括适于与控制件密封接合的底座。该底座控制通过控制装置的流动路径的流体流动。该底座包括支持面和至少一个孔口。密封面适于与密封盘密封接合。该至少一个孔口被设置在流动路径中，并被构造为阻止流动通过该流动路径的至少一部分流体直接冲击控制件的至少一部分。

根据另一方面，所述支持面具有第一直径，并且所述至少一个孔口具有第二直径。该第二直径基本小于所述第一直径。

根据另一方面，所述至少一个孔口包括多个孔口。所述多个孔口引导流体通过所述流动路径。

根据又一方面，所述底座进一步包括基本圆柱形内表面。该内表面限定至少一个孔口，并具有基本垂直于所述支持面所在平面设置的纵向轴线。根据再一方面，所述底座的基本圆柱形内表面限定所述至少一个孔口，并具有相对于所述支持面所在平面成一定角度设置的纵向轴线。在一种形式中，该角度小于九十度。

根据再一方面，所述底座进一步包括限定所述至少一个孔口的基本截头圆锥形内表面。

附图说明

图1为包括已知座环的调节器组件的剖视侧视图；

图2为包含根据本公开原理构成的一种形式的座环的调节器组件的剖视侧视图；

图3为沿图2中圆3截取的图2的调节器组件的局部剖视侧视图；

图4为图2和图3的座环的立体图；

图5A为根据本公开原理构成的另一形式的座环的立体图；

图5B为沿图5A的线5B-5B截取的图5A的座环的剖视侧视图；

图6A为根据本公开原理构成的另一形式的座环的立体图；以及

图6B为沿图6A的线6B-6B截取的图6A的座环的剖视侧视图。

具体实施方式

参见图2-4，根据本公开原理的控制装置包括压力调节器100。该压力调节器100通常包括阀体102、座环104和致动器106。阀体102限定在入口110与出口112之间延伸的流动路径108。致动器106包括在如图1所示的打开位置与闭合位置之间可移动的控制组件114，其中控制组件114在闭合位置与座环104接合。控制组件114的移动响应行进通过流动路径108的流体压力的波动而发生。因此，控制组件114相对于座环104的位置影响压力调节器100的流动能力。

具体参见图2和图3，阀体102进一步限定入口110与出口112之间的喉部116。喉部116包括容纳并支撑座环104的台阶部118。在一种形式中，O形圈可被设置在座环104与喉部116的台阶部118之间，以在其间提供流体密封。

返回参见图2，如上所述，致动器106包括控制组件114，另外包括上致动器壳体122、下致动器壳体124和多个销钉126(如图3更为详细所示)。上、下致动器壳体122、124通过至少一个螺纹固定件119和相应的螺母121被紧固在一起。上致动器壳体122限定辅助出口123、第一控制入口125(用虚线示出)和行进腔127。该行进腔127包含行进指示器131，其指示控制组件114在致动器106内的位置。下致动器壳体124限定第二控制入口129。

在协作中，上、下致动器壳体122、124限定包括中空颈部128的腔135。中空颈部128包括设置在阀体102中的致动器开口115内的下部128a。由图3可知，多个销钉126具有固定至中空颈部128的下部128a的第一端部126a和相对于中空颈部128的下部128a远侧定位的第二端部126b。在所示形式中，第一端部126a被螺纹连接至形成在中空颈部128中的孔。第二端部126b与座环104接合。因此，销钉126和喉部116的台阶部118将座环104夹在并轴向定位和紧固在阀体102中。尽管调节器100被描述为包括将座环104相对于阀体102定位的多个销钉126，但调节器100的可替换形式可包括设置在喉部116中以定位座环104的保持架。在另一形式中，座环104可被螺纹连接、粘附或以其他形式固定至阀体102。

仍参见图2，控制组件114包括管状件130、安装分组件132和反应分组件133。管状件130包括设置在腔135内的上端部130a和设置在中空颈部128内的下端部130b。管状件130的上端部130a被打开并包括圆周法兰140。管状件130的下端部130b被打开并容纳安装分组件132。

参见图3，安装分组件132包括安装件142、盘保持件144、盘支架146和密封盘148。在所公开形式中，安装件142包括大致圆柱形主体，其被螺纹连接至管状件130的打开下端部130b并限定通孔150。通孔150与管状件130大致轴向对齐。盘保持件144包括大致圆柱形主体，其通过紧固件152被固定至安装件142。在所示形式中，紧固件152包括螺纹紧固件。类似于安装件142，盘保持件144限定通孔154。盘保持件144的通孔154的直径与安装件142的通孔150的直径基本上相等，并与其轴向对齐。

另外，如图3所示，盘保持件144包括中心圆柱部144a和从中心部144a径向向外延伸的边缘部144b。中心圆柱部144a和边缘部144b限定基本平坦的底表面145。边缘部144b包括倒角表面144c，用于安装在座环104中。边缘部144b相对于管状件130定位并紧固盘支架146和密封盘148。盘支架146包括由诸如钢等刚性材料构成的大致环形板。密封盘148包括由弹性材料制成并固定至盘支架146的大致环形盘。在一种形式中，密封盘148通过粘合剂被固定至盘支架146。根据所公开的形式，当控制组件114在闭合位置而抵靠座环104压缩密封盘148时，盘保持件144的结构限制密封盘148的径向变形。

现参见图2所示的调节器100的上部，反应分组件133包括隔膜134、上隔膜板136a、下隔膜板136b和弹簧138。上、下隔膜板136a、136b被夹紧在管状件130的圆周法兰140上。隔膜板136a、136b通过紧固件156被紧固在一起，从而将管状件130和隔膜板136a、136b固定在一起。另外，隔膜板136a、136b夹持隔膜134的径向向内部。隔膜134的径向向外部被固定在上、下致动器壳体122、124之间。弹簧138被设置在由上、下致动器壳体122、124形成的腔135内以及上致动器壳体122与上隔膜板136之间。在所公开的形式中，弹簧138包括螺旋弹簧，其将包括隔膜板136a、136b、管状件130和安装分组件132的整个控制组件114相对于致动器壳体122、124偏压至预定位置。

通常，当调节器组件100被安装在流体过程控制系统内时，控制组件114根据行进通过阀体102的流体压力能够在腔135和致动器106的中空颈部128内往复移动。具体而言，流体从阀体102的入口110流动并流过喉部116。一旦流体流过喉部116，相当大的一部分流体流动至出口112，而剩余的流体则流过安装件142和盘保持件144中的通孔150、154。这部分流体继续流过管状件130并流出辅助出口123。在一种形式中，流出辅助出口123的流体可通过流体管路(未示出)被引导回流体过程控制系统，以例如供应先导系统。流过阀体102并流到出口112的这部分流体也流回至流体过程控制系统。具体而言，在一种形式中，出口112处的一部分流体压力被泄放至另一流体管路(未示出)，并被引导至上致动器壳体122中的第一控制入口125。因此，阀体102的出口112处的压力等于第一控制入口125处的压力，其最终作用于上隔膜板136a。因此，在高压、低流动条件下，阀体102的出口112处的压力以及弹簧138的偏压驱使隔膜板136a、136b和控制组件114向下。可替换地，在高压、低流动条件下，弹簧138以及阀体102的出口112处的压力驱使隔膜板136a、136b和控制件114向下朝向图2所示的打开位置。向下力的总和被通过入口129作用的控制压力抵抗，以根据满足下游需求的所需流动来确定阀的位置。

现在具体参见图3和4，将描述根据本公开一种形式的座环104。座环104包括大致环形主体，其具有固定部158、支持部160和障碍部162。支持部160沿径向设置在固定部158与障碍部162之间。固定部158包括安装肩部164。如图3所示，安装肩部164与喉部116的台阶部118接合以支撑座环104。在所公开的形式中，座环104的安装肩部164的接合相对于阀体102轴向和径向定位座环104。

座环104的支持部160从固定部158径向向内延伸，并包括限定支持面172的支持法兰170，这最为清楚地显示在图4中。支持法兰170包括从座环104向上延伸的基本圆柱形突起，以使支持面172与密封盘148相对设置，如图2和图3所示。因此，当控制组件114行进至闭合位置时，密封盘148与支持面172轴向接合并与其密封抵靠。

座环104的障碍部162从支持部160径向向内延伸，并包括过渡部174和干涉部176。过渡部174包括中空的基本截头圆锥形构件，其从支持部160径向向内且轴向向下延伸。干涉部176包括具有内表面178的大致环形件，该内表面178限定座环104中的孔口180。当控制组件114在打开位置时，孔口180允许通过阀体102的流体通道，当控制组件114在打开和闭合位置时，孔口180允许通过安装组件132并进入管状件130的流体通道，如以上参见图2所述。干涉部176的内表面178包括具有入口边缘182和出口边缘184的基本截头圆锥形表面。入口边缘182的直径小于出口边缘184的直径，从而限定基本截头圆锥形孔口180。另外，入口和出口边缘182、184的每一个的直径均基本小于支持法兰170和密封盘148二者的直径。这样，孔口180的平均直径基本小于支持法兰170和密封盘148的直径。

因此，当流体流过孔口180时，包括入口和出口边缘182、184的内表面178引导流体通过座环104并流向盘保持件144的底表面145。如上所述，一部分流体分别流过盘保持件144和安装件142中的通孔150、154，并进入管状件130。剩余的流体冲击盘保持件144的底表面145，并在此基本垂直地偏转并朝向阀体102的出口112。这样，流体基本平行于密封盘148行进。所公开形式的座环104阻止流体和/或任何包含在流体中的碎片或颗粒物质垂直冲击密封盘148。

图5A和图5B图示根据本公开原理构成的可替换形式的座环204。类似于以上参见图3和图4所述的座环104，座环204包括固定部258、支持部260和障碍部262。固定部258和支持部260与上述固定部和支持部相同，因此将不再详细描述。然而，障碍部262包括板状部264。板状部264大致平坦并位于基本垂直于通过阀体102的喉部116的流体流动的平面266(示于图5B)内。板状部264包括延伸通过其中并限定多个孔口270的多个圆柱形表面268。多个孔口270允许通过座环204的流体通道。每个圆柱形表面268包括基本垂直于板状部264所在平面266的纵向轴线272。另外，多个孔口270的每一个均从控制组件114的座环204的支持法兰和密封盘148基本径向向内设置。

因此，当流体流过座环204时，多个孔口270将流体引向盘保持件144的底表面145。如上所述，一部分流体分别行进通过盘保持件144和安装件142中的通孔150、154，并进入管状件130。剩余的流体冲击盘保持件144的底表面145，并在此基本垂直地偏转并朝向阀体102的出口112。这样，流体基本平行于密封盘148行进。类似于上述座环104，所公开形式的座环204阻止流体和/或任何包含在流体中的碎片或颗粒物质垂直冲击密封盘148。

图6A和图6B图示作为图5A和图5B中所示的座环204的变型的座环304。具体而言，座环304被构造为类似于上述座环204，并包括设置在平面366(示于图6B)中的板状部364。平面366基本垂直于通过阀体102的喉部116的流体流动。板状部364包括限定多个孔口370的多个圆柱形表面368。每个孔口370均从控制组件114的座环304的支持法兰和密封盘148径向向内设置。每个圆柱形表面368包括入口边缘368a和出口边缘368b。在所示形式中，入口和出口边缘368a、368b的直径基本相等。入口边缘368a从其相应的出口边缘368b偏移，以使图6所示的每个孔口370均包括相对于平面366成一定角度设置的纵向轴线372。孔口370的每个纵向轴线372的角度均小于九十度。

因此，将座环304安装在调节器100中时，座环304被定向为入口边缘368a朝向阀体102的入口110设置，且出口边缘368b朝向阀体102的出口112设置。如此构造，孔口370将流体流动以一定角度引导通过座环304。如上参见图5A和图5B所示的座环204所述，一部分流体被引至盘保持件144的底表面145。然而，不同于图2-5所示的座环204，图6A和图6B所示的座环304将流体以一定角度引至盘保持件144。因此，当冲击盘保持件144的底表面145时，流体自然地偏转朝向阀体102的出口112，从而基本平行于密封盘148行进。

根据本公开所示形式，应理解的是，座环104、204、304引导流体流动通过阀体102，并基本平行于橡胶密封盘148，从而最优化密封盘148的使用寿命。另外，应理解的是，具有不同结构以限定不同流动路径的不同座环包含在本公开的范围内。这样，本公开提供一种流动控制座环，其可根据本公开原理构成的另一流动控制座环替代，以适用于针对含有该座环的压力调节器或其他控制装置的不同应用。

另外，应理解的是，尽管参见图3和图4上述公开内容描述了包括截头圆锥形内表面178以限定单一截头圆锥形孔口180的一种形式的座环104，但是座环104的可替换形式可包括限定单一圆柱形孔口180的基本圆柱形内表面178。在一种形式中，圆柱形孔口180可具有基本垂直于座环104的干涉部176所在平面的纵向轴线。在另一形式中，圆柱形孔口180可具有相对于座环104的干涉部176所在平面成小于九十度的角度设置的纵向轴线。再进一步，尽管座环104在上文被图示和描述为包括相对于所示压力调节器100的方位轴向向下收敛的截头圆锥形内表面178，但是座环104的可替换形式可包括相对于压力调节器100的方位轴向向上收敛的截头圆锥形内表面178。

再进一步，应理解的是，尽管参见图5和图6图示和描述的座环204、304被公开为包括限定圆柱形孔口270、370的圆柱形表面268、368，座环204、304的可替换形式可包括类似于图2和图3所示的限定截头圆锥形孔口270、370的截头圆锥表面268、368。在一种形式中，截头圆锥表面268、368可相对于压力调节器100的方位轴向向下收敛。在另一形式中，截头圆锥表面268、368可相对于压力调节器100的方位轴向向上收敛。另外，尽管任一上述形式的截头圆锥形孔口被图示或描述为具有基本垂直于其所在的座环104、204、304的轴线，但是座环104、204、304的可替换形式可包括这样的截头圆锥形孔口，其轴线类似于图6A和图6B所示的孔口370相对于座环104、204、304成一定角度设置。而且，尽管图6A和图6B中的多个孔口370的每一个被图示和描述为相对于座环304成相同角度设置，座环304的可替换形式可包括多个孔口370，其每一个相对于座环304成不同角度设置，其中这些角度的一些或所有可引导或不引导流体通过座环304朝向阀体102的出口112。又进一步，座环304的另一可替换形式可包括多个孔口370，其每一个均成角度，以引导流体流动朝向安装分组件132中的通孔150、154的中心。又进一步，尽管每个座环104、204、304中的每个孔口170、270、370被图示或描述为大致圆柱形或截头圆锥形，其中每个均具有大致圆形横截面，但是本公开的可替换形式可包括具有不同于圆形的横截面的孔口。例如，孔口的可替换形式可包括多边形横截面或任何其他不规则形状的横截面。最后，应理解的是，尽管本公开被提供在压力调节器的环境中，但其可成功地包含在其他流体过程控制装置中，包括控制阀、致动器和任何其它可预见的装置。

根据以上所述，本公开的描述应被理解为仅提供本发明的实例，因此，不背离本发明要旨的变型也在本发明的范围之内。

Claims (18)

1.一种适于与控制件密封接合并用于控制通过控制装置的流动路径的流体流动的底座，该底座包括：

支持面，其适于与所述控制件密封接合；以及

多个孔口，其从所述支持面径向向内设置在所述流动路径中，并被构造为阻止流动通过所述流动路径的至少一部分流体直接冲击所述控制件的至少一部分。

2.如权利要求1所述的底座，其中所述支持面具有第一直径，并且所述多个孔口的每一个具有基本小于所述第一直径的第二直径。

3.如权利要求1所述的底座，进一步包括基本圆柱形内表面，其限定所述多个孔口的每一个为具有基本垂直于所述支持面所在平面设置的纵向轴线。

4.如权利要求1所述的底座，进一步包括多个基本圆柱形内表面，其限定所述多个孔口的每一个为具有相对于所述支持面所在平面成小于九十度的角度设置的纵向轴线。

5.一种适于与控制件密封接合并用于控制通过控制装置的流动路径的流体流动的底座，该底座包括：

支持面，其适于与所述控制件密封接合，该支持面具有第一直径；以及

干涉部，其限定多个内表面，该多个内表面限定设置在所述流动路径中的多个孔口，每个孔口具有小于所述第一尺寸的第二尺寸，该干涉部用于引导所述流体流动通过所述流动路径并远离所述控制件的至少一部分。

6.如权利要求5所述的底座，进一步包括限定所述多个孔口的多个基本圆柱形内表面。

7.如权利要求5所述的底座，其中所述多个孔口的每一个被设置在与通过所述孔口的流动路径的方向基本垂直的平面中。

8.如权利要求7所述的底座，其中所述多个孔口的每一个均从所述支持面径向向内设置。

9.一种控制装置，包括：

限定适于流体的流动路径的阀体；

设置在所述流动路径内的座环；和

致动器，其被连接至所述阀体，并包括适于相对于所述座环移动的控制件，该控制件用于调节通过所述流动路径的流体流动，该控制件包括适于与所述座环密封接合的密封盘；

所述座环包括设置在所述流动路径内的多个孔口，以使所述座环阻止所述流体流动的至少一部分冲击所述密封盘。

10.如权利要求9所述的控制装置，其中所述密封盘包括第一直径，所述座环中的所述孔口的每一个包括基本小于所述第一直径的第二直径。

11.如权利要求9所述的控制装置，其中所述多个孔口均从所述密封盘径向向内设置。

12.如权利要求9所述的控制装置，其中所述座环包括限定所述多个孔口的多个基本圆柱形侧壁，该基本圆柱形侧壁均具有基本垂直于所述座环所在平面设置的纵向轴线。

13.如权利要求9所述的控制装置，其中所述座环包括限定所述多个孔口的多个基本圆柱形侧壁，该基本圆柱形侧壁的每一个具有相对于所述座环所在平面成小于九十度的角度设置的纵向轴线。

14.一种控制装置，包括：

限定适于流体的流动路径的阀体；

致动器，其被连接至所述阀体，并包括带有密封面的控制件，该控制件适于相对于所述阀体移动，用于调节所述流体通过所述流动路径的能力；以及

设置在所述流动路径中并连接至所述阀体的座环，该座环包括：

支持面，其适于由所述控制件的密封面选择性地接合；和

干涉部，其从所述支持面径向向内延伸，并限定通过所述座环的多个孔口，以适应流动通过所述流动路径的流体。

15.如权利要求14所述的控制装置，其中所述密封面和所述多个孔口中的至少一个轴向偏移。

16.如权利要求14所述的控制装置，其中所述多个孔口的每一个从所述密封面径向向内设置。

17.如权利要求14所述的控制装置，其中所述干涉部包括限定所述多个孔口的多个基本圆柱形侧壁，该基本圆柱形侧壁的每一个具有基本垂直于所述座环所在平面设置的纵向轴线。

18.如权利要求14所述的控制装置，其中所述干涉部包括限定所述多个孔口的多个基本圆柱形侧壁，该基本圆柱形侧壁的每一个具有相对于所述座环所在平面成小于九十度的角度设置的纵向轴线。

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