CN102369377B - 压力平衡控制阀 - Google Patents

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Abstract

一种阀组件包括阀体，阀体包括塞子腔室。静态密封件设置成邻近塞子腔室的内侧壁，且包括塞头的塞子可移动地定位在塞子腔室内，该塞头构造成只在塞子邻近座圈时才接触静态密封件。还公开了使用阀的方法和形成阀组件的方法。

Description

压力平衡控制阀
优先权请求
本申请请求享有2009年2月5日提交的、序列号为61 / 150,261的、名称为"压力平衡控制阀(PRESSURE-BALANCED CONTROL VALVES)"的美国临时专利申请的提交日期的权益。
技术领域
本发明一般涉及压力平衡控制阀。更具体而言，本发明的实施例涉及包括切断密封系统的压力平衡控制阀。
背景技术
压力平衡(PB)控制阀需要PB塞头与塞子在其中上下滑动的套筒之间有动态密封件。包含在塞头顶部上的压力几乎等于塞头底部上的压力，通常穿孔会穿过塞头。对塞头的这种"平衡"效果容许塞头通过较高的阀压降来以最小致动器负载移动。由于较小的致动器可用于控制经由阀的流动，故这就降低了阀的总成本。
动态密封件通常用于密封流体流动通路与塞头顶部上的腔室之间的区域。动态密封件最常见的是定位在塞头的外径上。在低温应用(-196℃)中，通常使用的弹簧增能的塑性密封件收缩，收缩率是围绕其的金属部分收缩率的数倍。结果，当塞子在阀座上(阀关闭)时，密封件会有泄漏。当阀关闭时，一些低温应用需要使泄漏水平很低。外径密封件不能通过其自身得到很低的泄漏水平。
发明内容
根据本发明的实施例，一种阀组件包括：包括塞子腔室的阀体、设置成邻近塞子腔室内侧壁的静态密封件，以及可滑动地定位在塞子腔室内且包括塞头的塞子，该塞头构造成用以只在塞子邻近座圈时才接触静态密封件。
在本发明的其它实施例中，阀组件还可包括定位成邻近塞头外径的动态密封件。阀组件可包括定位在塞子腔室内侧壁的环形槽中的静态密封件。塞子腔室还可包括套筒结构。此外，静态密封件可包括双线圈螺旋弹簧，可包括热处理的耐蚀游丝合金(elgiloy)或任何fluoroloy材料。塞子腔室还可由压力平衡套筒、阀座护圈和座圈限定。
根据本发明的另一实施例，一种操作阀的方法，包括：提供塞头，该塞头包括定位成接触塞头外径和阀腔室内侧壁来密封其间的体积的动态密封件；将塞头定位在阀体的塞子腔室中来与座圈接触，且与定位在阀腔室内壁侧中的静态密封件接触；以及，使塞头在塞子腔室内沿纵向移动且脱离与座圈和静态密封件的接触。
在又一实施例中，一种形成阀组件的方法包括：形成阀体，该阀体包括入口、出口和塞子腔室；将动态密封件定位成邻近塞子的塞头的外径；将静态密封件定位成邻近塞子腔室的内侧壁；以及，将塞子定位到塞子腔室中，该塞头构造成用以只在塞子至少定位成邻近座圈时才接触静态密封件。
附图说明
图1示出了根据本发明至少一个实施例的阀组件的截面正视图。
图2示出了根据本发明至少一个实施例的阀组件的一半的放大截面正视图。
图3为图2中的圆形部分的放大视图。
图4为根据本发明至少一个其它实施例的阀组件的截面正视图。
图5为根据本发明至少一个实施例的阀系统的正视图。
具体实施方式
在一些情形中，本文提供的示图并非为任何特定切削元件插入件、切削元件或钻头的实际视图，而仅为用于描述本发明的理想化的表达。此外，图与图之间共有的元件可保留相同的数字标号。
本发明的各种实施例针对包括至少一个静态密封件和至少一个动态密封件的压力平衡控制阀的实施例。参看图1，示出了根据至少一个实施例的阀组件的截面正视图。阀组件可包括阀体100，阀体100包括入口、出口和塞子腔室。塞子110可定位在塞子腔室120内，且构造成在塞子腔室120内移动。塞子110可包括填充塞子腔室120一部分的塞头130。图1的右侧部分示出了处于闭合位置(没有流体穿过阀)的塞子110，而图1的左侧部分示出了处于开启位置(允许流体穿过阀)的塞子110。在图1中所示的实施例中，阀组件可包括如本领域普通技术人员所已知的压力平衡阀。
在至少一些实施例中，塞头130包括环形凸缘140，环形凸缘140构造成邻近塞子腔室120的内侧壁。图2示出了显示塞头130的阀组件的一部分的放大视图，而图3示出了图2的圆形部分的放大视图。 在所示的实施例中，塞子腔室由压力平衡(PB)套筒150、阀座护圈160和座圈165限定。塞头130可包括动态密封件170，动态密封件170也称为PB密封件或PB密封环。动态密封件170可定位在塞头130的外径上，以便邻近PB套筒150的内壁。动态密封件170有助于将塞头130上方的塞子腔室120部分与在塞头130与PB套筒150之间通过的流体密封。在至少一些实施例中，动态密封件170可定位在槽中，该槽处在环形凸缘140的一部分中。
也称为静态切断密封件或切断密封环的静态密封件180可定位在塞子腔室120内壁的一部分中。静态密封件180处于塞子腔室120中，以便塞头130至少大致只在塞子110在闭合位置(即，当塞子110邻近座圈165或在座圈165上时)才接触静态密封件180。在一些实施例中，静态密封件180可定位在塞子腔室120的内径上的环形槽中。静态密封件180在其由塞头130上的光滑圆锥表面沿径向压缩时会受到影响。将优化压缩来防止静态密封件180在低温下脆性破裂，但足以提供较紧密的泄漏控制。静态密封件180由相邻的零件约束，以便在塞头130在高压负载下脱出时防止密封件"喷出"。静态密封件180可包括如本领域普通技术人员已知的常规密封件。通过举例而非限制的方式，适合的静态密封件180可包括fluoroloy材料(TFM)，fluoroloy材料(TFM)包括由热处理的耐蚀游丝合金制成的双线圈螺旋弹簧。
图4为根据至少一个其它实施例的阀组件的截面正视图。在图4的实施例中，PB套筒150和阀座护圈160包括一体的套筒190。图5为根据至少一个实施例的阀系统的正视图。阀系统可包括阀组件、致动器和定位器。
在使用中，塞头130可移动至开启位置，以便允许流体流过阀。 动态密封件170可在塞头130移离座圈165时邻近塞子腔室120的内侧壁移动。此外，当塞头130移离座圈165时，塞头130就从静态密封件180释放，或脱离与静态密封件180的接触。在塞头130定位成与座圈165接触的情况下，塞头130可移动至闭合位置，以便密封阀且阻止流体流过其间。当使塞头130开始与座圈165相接触时，塞头130的一部分可移动至与静态密封件180接触。
本发明具有优于其它低温PB阀系统的一些潜在优点。例如，双重密封件布置可在切断时提供冗余的密封来增加安全性和效率。另外，其它PB低温阀可使用ID动态密封件，其中该密封件在套筒下方静止，且塞子抵靠其滑动。由于抵靠密封表面的持续运动，故这些密封件会较快地磨光。本发明的静态密封件可操作成只在阀切断时使用，从而防止了不必要的磨损和泄漏。最后，尽管其它PB低温阀可提供特定水平的泄漏控制，但它们通常设计成具有远高于低温流体的动态塞子密封件，其中的温度要热得多。由于这种阀体颈部延伸需要附加的材料，故这种设计可能很昂贵。
深冷密封件主要用于液化天然气(LNG)应用，其中很小的容差会带来内部阀泄漏（where littler allowance is made for internal valve leakage）。本发明的密封件和系统可结合用于深冷应用的压力平衡低温控制阀来使用。深冷应用通常限定为小于-150F的温度，且具有比ASME第IV类更紧密的切断。LNG行业需要很紧密的切断。结果，大多数控制阀制造商将阀的尺寸确定为不平衡的，以避免在低温下发生穿过压力平衡密封件的额外泄漏。这由于需要较大的致动器而趋于使阀更为昂贵。当在压力平衡阀中利用双密封件布置可一贯地实现紧密切断时，则实现了竞标优势。当其它的被迫使阀失衡时，可以以较小致动器和较低的成本来实现阀的压力平衡。
本发明的附加实施例包括制造阀组件的方法。这些方法还包括形成包括入口、出口和塞子腔室的阀体。动态密封件可定位在处于塞头外径中的环形槽中，该塞头包括至少一个环形凸缘。静态密封件可定位到塞子腔室内侧壁的一部分中。塞子可定位在塞子腔室中，使得动态密封件与塞子腔室的内侧壁接触，且使得塞头只在塞子处于闭合位置时才与静态密封件接触。
尽管附图中已经描述和示出了某些实施例，但这些实施例仅为示范性的，而非限制本发明的范围，且本发明不限于所示和所述的特定构造和布置，因为对所述实施例的各种其它添加和修改及删减对于本领域的普通技术人员是显而易见的。因此，本发明的范围仅由以下权利要求的书面语言和等同物限制。

Claims (23)

1.一种阀组件，包括：
包括塞子腔室的阀体；
设置成邻近所述塞子腔室内侧壁的静态密封件；以及
塞子，所述塞子可滑动地定位在所述塞子腔室内，且包括塞头，所述塞头构造成只在所述塞子邻近座圈时才接触所述静态密封件。
2.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述阀组件还包括定位成邻近所述塞头外径的动态密封件。
3.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述静态密封件定位在所述塞子腔室内侧壁中的环形槽中。
4.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述塞子腔室包括套筒结构。
5.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述静态密封件包括双线圈螺旋弹簧。
6.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述静态密封件包括热处理的耐蚀游丝合金。
7.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述静态密封件包括fluoroloy材料。
8.根据权利要求1所述的阀组件，其特征在于，所述塞子腔室由压力平衡套筒、阀座护圈和座圈限定。
9.一种操作阀的方法，包括：
提供塞头，所述塞头包括定位成接触所述塞头外径和阀室内侧壁来密封其间的体积的动态密封件；
将所述塞头定位在阀体的塞子腔室中来与座圈接触，且与定位在所述阀室内壁侧中的静态密封件接触；以及
使所述塞头在塞子腔室内沿纵向移动且同时脱离与所述座圈和所述静态密封件的接触。
10.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述方法还包括提供定位成邻近所述塞头外径的动态密封件。
11.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述静态密封件定位在所述塞子腔室内侧壁中的环形槽中。
12.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述塞子腔室包括套筒结构。
13.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述静态密封件包括双线圈螺旋弹簧。
14.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述静态密封件包括热处理的耐蚀游丝合金。
15.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述静态密封件包括fluoroloy材料。
16.根据权利要求9所述的方法，其特征在于，所述塞子腔室由压力平衡套筒、阀座护圈和座圈限定。
17.一种形成阀组件的方法，包括：
形成阀体，所述阀体包括入口、出口和塞子腔室；
将动态密封件定位成邻近塞子塞头的外径；
将静态密封件定位成邻近所述塞子腔室的内侧壁；以及
将所述塞子定位到所述塞子腔室中，所述塞头构造成用以只在所述塞子至少定位成邻近座圈时才接触所述静态密封件。
18.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述静态密封件定位在所述塞子腔室内侧壁中的环形槽中。
19.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述塞子腔室包括套筒结构。
20.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述静态密封件包括双线圈螺旋弹簧。
21.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述静态密封件包括热处理的耐蚀游丝合金。
22.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述静态密封件包括fluoroloy材料。
23.根据权利要求17所述的方法，其特征在于，所述塞子腔室由压力平衡套筒、阀座护圈和座圈限定。
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