CN102388247A - 用于内阀的冗余的金属对金属的密封 - Google Patents

用于内阀的冗余的金属对金属的密封 Download PDF

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Abstract

本发明涉及用于内阀的冗余的金属对金属的密封。具有冗余的密封功能并用于内阀的托架的阀包括用以密封地接合托架的阀座的锥形表面。另外，阀塞包括邻近锥形表面并布置在由阀塞限定的凹槽(530)中的密封件(528)，用以密封地接合阀座(516)。

Description

用于内阀的冗余的金属对金属的密封
本申请要求2009年4月3日提交的、申请号为61/166521的美国临时申请的优先权，通过引用将其全部内容合并于此。
技术领域
本申请大体上涉及一种整体密封，并且更具体地涉及一种用于内阀的冗余的金属对金属的密封。
背景技术
内阀被用在各种各样的商业和工业应用中，用以控制流体贮存容器和另外的容器、软管或管道等之间的流体流动。典型地，内阀设置有均衡件，用以在阀完全开启之前均衡阀上的流体压力。均衡阀上的流体压力的速度与阀的大小以及通过均衡件的流体流速相关。
为了均衡在已知的内阀上的压力，这些阀通常设置有具有切除部分或凹槽的阀杆，该切除部分或凹槽根据切除部分或凹槽相对于将阀流体地耦接到容器、软管或管道等的孔上的位置来改变通过均衡件的流体流速。具体地，如果切除部分或凹槽邻近该孔，则流体流动路径的尺寸是相当大的，并且相反地，如果切除部分或凹槽与该孔相距一段距离，则流体流动路径的尺寸是相当小的。
发明内容
用于内阀的托架并具有冗余的密封功能的阀塞包括锥形表面，用以密封地接合托架的阀座。另外，该阀塞包括密封件，所述密封件邻近锥形表面，并被布置在由阀塞限定的凹槽中以密封地接合阀座。
附图说明
图1示出了已知的内阀；
图2示出了用于执行图1中的已知的内阀的阀杆；
图3示出了不带有一些密封件的图1中的已知的内阀；
图4示出了图3的内阀的放大图；
图5示出了示例性的内阀；
图6示出了图5的示例性的内阀的放大图；
图7示出了不带有一些密封件的图5中的示例性的内阀；
图8-图13示出了带有以及不带有密封件的各种示例性的阀；
具体实施方式
在上面的附图中显示了某些实施例并且在下面详细地描述这些实施例。在描述这些实施例中，相似的或相同的附图标记用于表示相似的或相同的元件。附图并不必需是按比例的，并且为了清楚和/或简明起见，附图的某些特征和某些视图可以按比例放大或以示意图的方式显示。另外，在说明书中已经描述了几个实施例。任何实施例中的任何特征可以被其它实施例的其它特征所包含、替代或合并。
此处描述的实施例涉及内阀，其提供了冗余的金属对金属的密封，其延长了必须将磨损的密封件予以更换的维护间隔和/或降低了更换磨损的或有缺陷的密封件的紧迫性。具体地，此处所述的示例性的内阀设置有阀塞，该阀塞包括上保持器和下保持器，该上保持器和下保持器包括锥形表面，密封件位于锥形表面之间。上保持器和下保持器以及密封件邻近托架的阀座布置，使得如果密封件被移除或者不存在，当内阀处于关闭位置时，上保持器和/或下保持器的锥形表面接合托架的阀座，因此提供冗余的和/或整体的密封功能。具体地，由于保持器之间的密封件磨损，当内阀处于关闭位置时，上保持器和/或下保持器相对于托架的阀座的近端基本上阻止内阀中的阀杆朝着凸轮移动并最终接合凸轮。由于阀塞和托架不能恰当地就位，故这种接合使已知的内阀的功能性降低，从而使流体能流经内阀。
图1示出了一种已知的内阀100，其具有主体102、托架104以及耦接到主体102上的阀盖组件(未示出)。托架104密封地接合主体102的阀座108，从而控制通过内阀100的流体流量。
主体102包括与诸如泵系统、固定的贮存箱、运输卡车等的腔室或箱(未示出)的开口(未示出)接合的外螺纹110。另外，主体102限定了具有第一开口114和第二开口116的开孔112，用以将腔室或箱流体地耦接到另外的腔室、软管、管道等。具体地，该开孔112包括内螺纹118，用以螺纹接合另外的主体(未示出)，诸如，举例来说，LPG软管的接头。
阀盖组件包括部分位于阀盖121内并可转动地耦接到阀盖121的轴120。该轴120耦接到外部杠杆122上，以相对于阀盖121和主体102转动轴120。与外部杠杆122相对，轴120耦接到位于开孔112中的凸轮123上。通常，当轴120转动时，凸轮123与表面124接合，以在开孔112中移动阀杆组件125。
阀杆组件125包括阀杆126、第一弹簧128、第二弹簧130以及阀塞132。第一弹簧座134耦接到阀杆126的一端136并相对围绕阀杆126的第二弹簧座138布置。为了相对阀杆126布置第二弹簧座138，第二弹簧座138的表面140与由阀杆126限定的台阶142接合。第一弹簧128被布置在第一弹簧座134和引导支架146的表面144之间，并且第二弹簧130被布置在第二弹簧座138和托架104之间。
阀塞132相对于第一弹簧座134被耦接到阀杆126上。该阀塞132包括模制圆盘148，以与托架104的阀座154接合并被布置在相对的保持器150和152之间。为了将阀塞132耦接到阀杆126上，阀杆126包括容纳螺帽158的螺纹端156。与阀座154相对，托架104包括密封件160，用以接合主体102的阀座108。密封件160通过板164耦接到主体102上。
通常，在关闭位置处，模制圆盘148接合阀座154并且密封件160接合主体102的阀座108，以实质上阻止流体流经内阀100。另外，模制圆盘148被配置用以定位阀杆126，使得当模制圆盘148接合阀座154时阀杆组件125的表面124和凸轮123之间存在间隙165。该间隙165使第一弹簧128能够通过阀杆126向主体102推动阀塞132和托架104，从而控制(例如阻止)通过内阀100的流体流量。然而，间隙165随着模制圆盘148由于例如操作情况的磨损而减小。当内阀100处于关闭位置时，这样的磨损使表面124变得越来越更靠近并最终接合凸轮123。
在操作中，为了均衡将内阀100安装于其内的腔室或箱和耦接到第二开口116的另一个腔室、软管、管道等之间的压强，转动外部杠杆122用以将凸轮123定位在中点处(即，70°的行程)。将凸轮123定位在中点处使得阀杆组件125移动，从而阀塞132脱离阀座154，并由此模制圆盘148脱离阀座154，并将阀杆126的切除部分或凹槽202(图2)邻近孔162布置。将切除部分或凹槽202邻近孔162布置使阀杆126和孔162的表面168之间的流体流通沟槽166的尺寸增大，因此使相当大量的流体能够在腔室或箱和另一腔室、软管、管道等之间流动，从而均衡内阀100上的压力。
一旦流体压力被均衡，就可以完全地开启内阀100。具体地，可以旋转外部杠杆122用以将凸轮123定位在最高点。将凸轮123定位在最高点使阀杆组件125移动，用以使托架104的密封件160能够脱离阀座108，从而允许流体从将内阀100安装于其内的另一腔室、箱等流动通过第一开口114。然而，如果流体流量增加到大于预定的流体流量(例如，超过流量限制)，则流体流量施加到托架104的外表面170的力克服第二弹簧130施加的力，并导致托架104的密封件160与密封件108重新接合，即使凸轮123位于最高点时。在这个位置，虽然托架104的密封件160接合阀座108，但是阀塞132与托架104的阀座154相距一段距离或与托架104的阀座154间隔开，并且阀杆126的圆柱形部分204(图2)邻近孔162布置。邻近孔162布置圆柱形部分204(图2)使得阀杆126和孔162的表面168之间的流体流动沟槽166的尺寸减小，这使得相当小量的流体能够在腔室或箱和第二开口116之间流动。
由于操作情况和/或使用范围，模制圆盘148和/或密封件160超过一段时间可能磨损和/或变得不复存在，因此它们的密封功能性降低或完全失效。为了说明这种实施例，图3示出了图1的内阀100，其不带有模制圆盘148或密封件160。
如上所述，模制圆盘148和密封件154之间的相互作用将阀杆126这样布置，使得在表面124和凸轮123之间存在间隙165。该间隙165使第一弹簧128能够伸长并推动阀塞132，并且因此能够朝着主体102推动托架104。然而，如果间隙165并不存在，则表面124接合凸轮123，因此阻止第一弹簧128移动阀杆126，以便于阀塞132与阀座154接合。结果，托架104可能并未接合阀座108。具体地，如果当内阀100处于关闭位置时表面124接合凸轮123，则在阀座154和保持器152之间存在间隙302(图4中最清楚地显示)，由于切除部分或凹槽202(图2)相对于孔162的位置，故上述间隙302允许流体自由地流经托架104。另外，由于阀塞132和阀座154之间的间隙302，托架104并未相对于主体102固定，其允许托架104以不可控的方式或随机的方式在半开启位置(图3和图4中所示)和托架104的表面304与主体102的阀座108接合的关闭位置之间浮动或移动。具体地，托架104相对于主体102的位置取决于流体流量的大小和/或作用在外表面170和/或板164的流体压力。在半开启位置处，在托架104和阀座108之间存在间隙306(图4中最清楚地显示)，其允许流体自由地流经第一开口114。
图5示出了示例性的内阀500，其包括主体502、示例性的流体控制件或托架504、阀杆506以及示例性的阀塞508。内阀500的任何元件502-508可以由相同的或不同的材料，诸如，举例来说，金属材料、橡胶材料和/或合成材料制成。与图1、图3和图4中的内阀100相比，示例性的托架504包括多个流体流动沟槽510，用以将内阀500的腔室511流体地耦接到另外的腔室或容器，其避免了对于阀杆126(图1)的切除部分或凹槽202(图2)的需求，如上所述，同时取决于内阀500的位置仍然能够使相当大量的流体流过内阀500。通常，改变多个流体流动沟槽510的大小和/或形状使内阀500上的压力均衡的速度改变，其还改变了内阀500被完全开启的速度。
为了控制流经内阀500的流量，托架504具有用以接合主体502的表面或阀座514的密封表面512以及用以容纳阀塞508的密封表面518或被阀塞508的密封表面518接合的阀座516。密封表面512包围孔520，该孔520容纳阀杆506，并包括位于托架504和板524之间的密封件、垫圈或O形圈522。
参考图5和图6，阀塞508包括上保持器525和下保持器526，密封件、垫圈或O形圈528位于上保持器525和下保持器526之间。与关于图1的内阀100所描述的模制圆盘148(图1)相比，密封件528位于由上保持器525和/或下保持器526所限定的凹槽530内，相比于已知内阀100(图1)的保持器152(图1)相对于阀座154的位置，其减小了上保持器525和阀座516之间的距离。当内阀500处于关闭位置时，凹槽530中的密封件528以及上保持器525和/或下保持器526相对于阀座516的近端的位置使阀杆506的位置不能显著地变化，即使密封528经过一定时间的磨损，这限制了在图1的内阀100所遇到的间隙165的变化或改变。间隙165缺少这种变化或改变阻止阀杆组件532的表面531在内阀500处于关闭位置时同凸轮534接合，使得第一弹簧536能够伸长并推动阀塞508，并因此朝着主体502推动托架504。与图1的内阀100的相对的保持器150和152(图1)相比，上保持器525包括锥形表面538，并且，类似地，下保持器526包括锥形表面540，锥形表面538和锥形表面540两者与阀座516的锥形表面542相对应(例如，关于阀座516的锥形表面542具有实质上类似的角度或斜面)。如果密封件528发生磨损，这些锥形表面538、540和/或542在阀塞508和阀座516之间提供了整体的金属到金属的密封，和/或可选择地，如果密封件528被移除或不复存在时，则提供冗余的和/或整体的密封功能。
在操作中，如果流体流量增加到大于预定的流体流量的量(例如，超过流量限制)时，流体施加到托架504的外表面544的力克服了由第二弹簧546所施加的力，因此使得密封表面512与内阀500的主体502重新接合，即使凸轮534位于最高点时。在这个位置处，虽然托架504的密封表面512接合内阀500的主体502，但是阀塞508相距阀座516一段距离并且弹簧座550的表面548与环绕孔520的密封件552接合或者邻近布置。弹簧座550和密封件552之间的相互作用控制流经多个流体流动沟槽510的流量，并且使相当小量的流体能够在腔室或箱和主体502的开口554之间流动。
如上所讨论的，由于操作情况和/或使用范围，密封件522和/或密封件528超过一段时间可能磨损和/或变得不复存在，因此它们提供的密封功能降低或完全失效。为了说明这样的实施例，图7示出了图5的内阀500的实施例，其不带有密封件522或密封件528。与图1的内阀100相比，阀塞508关于阀座516的配置使上保持器525和/或下保持器526能够在即使除去密封件528时接合阀座516，因此在表面531和凸轮534之间提供了间隙702。该间隙702使第一弹簧536能够伸长并推动阀塞508，并因此而着主体502推动托架504，使得上保持器525和/或下保持器526的表面或密封表面704和/或706与阀座516接合，其进而推动托架504的表面708来接合主体502的阀座514。各自的表面704、706和/或708与阀座514和/或阀座516之间的接合提供了整体的、冗余的密封功能，延长了必须将磨损的密封替换的维护间隔和/或降低了为了更换磨损的或有缺陷的密封的紧迫性。
图8示出了示例性的阀800，其包括主体802、示例性的流体控制件或托架804、阀杆806以及包括密封件809的示例性的阀塞808。与图5的示例性的内阀500相比，示例性的阀800包括具有孔811的板810，该孔811的直径与弹簧座812的直径相对应。因此，如上所讨论的，当托架804的密封表面814的密封件813与阀800的主体802接合并且阀塞808与托架804的阀座816相距一定距离或与间隔开时，弹簧座812的表面818接合由板810限定的孔811或邻近于由板810限定的孔811布置，从而控制流经多个流体流动沟槽819的流量。
阀塞808和阀座816之间以及主体802的密封表面814和阀座822之间的相互作用基本类似于图5的内阀500的阀塞508(图5)和阀座516(图5)之间以及密封表面512(图5)和主体502(图5)的阀座514(图5)之间的相互作用。同样地，这里将不会重复叙述。
图9示出了示例性的阀800，其不带有密封件809和密封件813。如图9所示，阀塞808和阀座816之间的相互作用提供了阀杆组件906的表面904和凸轮908之间的间隙902。
图10示出了阀1000，其包括阀塞1002、阀座1004以及用以接合阀1000的主体1010的阀座1008的密封表面1006。包括密封件1012的阀塞1002和阀座1004之间以及包括密封件1014的密封表面1006和主体1010的阀座1008之间的相互作用基本类似于图5中的内阀500的阀塞508(图5)和阀座516(图5)之间以及密封表面512(图5)和主体502的阀座514(图5)之间的相互作用。同样地，这里将不会重复叙述。
图11示出了示例性的阀1000，其不带有密封件1012和密封件1014。如图11所示，阀塞1002和阀座1004之间的相互作用提供了阀杆组件1106的表面1104和凸轮1108之间的间隙1102。
图12示出了阀1200，其包括阀塞1202、阀座1204以及用以与阀1200的主体1210的阀座1208接合的密封表面1206。包括密封件1212的阀塞1202和阀座1204之间以及包括密封件1214的密封表面1206与主体1210的阀座1208之间的相互作用基本类似于图5中的内阀500的阀塞508(图5)和阀座516(图5)之间以及密封表面512(图5)和主体502(图5)的阀座514(图5)之间的相互作用。同样地，这里将不会重复叙述。
图13示出了示例性的阀1200，其不带有密封件1212和密封件1214。如图13所示，阀塞1202和阀座1204之间的相互作用为阀杆组件1306的表面1304和凸轮1308之间提供了间隙1302。
尽管在此已经叙述了一定的示例性方法、装置以及制造件，然而本专利的覆盖范围并不被限定到这些示例性的方法、装置以及制造件。相反地，本专利包括无论是字义地还是在等同理论下完全落入所附的权利要求的范围内的所有的方法、装置以及制造件。

Claims (20)

1.一种阀塞，其具有冗余的密封功能，并用于内阀的托架，所述阀塞包括：
锥形表面，其用以密封地接合所述托架的阀座；以及
密封件，其邻近所述锥形表面并布置在由所述阀塞限定的凹槽中，用以密封地接合所述阀座。
2.根据权利要求1所述的阀塞，其特征在于，所述阀塞包括第一保持器和第二保持器，所述密封件布置在所述第一保持器和所述第二保持器之间。
3.根据权利要求2所述的阀塞，其特征在于，所述锥形表面包括所述第一保持器的表面和所述第二保持器的表面。
4.根据权利要求1所述的阀塞，其特征在于，所述锥形表面被配置成与所述托架的所述阀座相互作用，从而当所述密封件磨损并且所述内阀处于关闭位置时实质上阻止所述阀塞耦接到的阀杆的一端接合所述内阀的凸轮。
5.根据权利要求1所述的阀塞，其特征在于，所述密封件包括弹性材料。
6.根据权利要求1所述的阀塞，其特征在于，所述锥形表面包括金属表面。
7.一种用于内阀的阀杆组件，其包括：
阀杆，其具有第一端，所述第一端被所述内阀的凸轮接合，用以移动所述阀杆来控制流经所述内阀的流体流量；以及
阀塞，其耦接到所述阀杆相对于所述第一端的第二端并且包括第一密封表面和第二密封表面，其中所述第一和第二密封表面用以接合所述内阀的托架的阀座来提供冗余的密封功能。
8.根据权利要求7所述的阀杆组件，其特征在于，所述第一密封表面包括所述阀塞的锥形表面。
9.根据权利要求8所述的阀杆组件，其特征在于，所述锥形表面包括金属表面。
10.根据权利要求7所述的阀杆组件，其特征在于，所述第二密封表面布置在所述第一密封表面的第一部分和所述第一密封表面的第二部分之间。
11.根据权利要求10所述的阀杆组件，其特征在于，所述第二密封表面包括密封件，所述密封件至少部分地布置在由所述阀塞限定的凹槽中。
12.根据权利要求10所述的阀杆组件，其特征在于，所述第一密封表面的所述第一部分包括所述阀塞的第一阀塞部分的锥形表面，以及所述第一密封表面的所述第二部分包括所述阀塞的第二阀塞部分的锥形表面。
13.根据权利要求12所述的阀杆组件，其特征在于，所述第一阀塞部分或所述第二阀塞部分中的至少一个限定凹槽，所述第二密封表面的至少一部分布置在所述凹槽中。
14.一种内阀，其包括：
主体，其限定腔室，其中所述主体包括用以螺纹接合另一主体的外螺纹；
阀杆组件，其具有至少一个偏置元件，其中所述阀杆组件在托架上施加力，用以朝着所述主体推动所述托架来控制流经所述内阀的流体流量；
凸轮，其可旋转地耦接到所述内阀上，用以接合所述阀杆组件的端部来控制流经所述内阀的流体流量；以及
装置，其用于当耦接到所述阀杆组件的密封件磨损或者移除并且所述内阀处于关闭位置时保持所述阀杆组件的所述端部和所述凸轮之间的间隙。
15.根据权利要求14所述的内阀，其特征在于，所述用于保持所述阀杆组件的所述端部和所述凸轮之间的所述间隙的装置包括所述阀杆组件的阀塞，所述阀塞包括当所述密封件磨损或移除时接合所述托架的阀座的锥形表面。
16.根据权利要求14所述的内阀，其特征在于，所述用于保持所述阀杆组件的端部和所述凸轮之间的所述间隙的装置包括所述阀杆组件的阀塞，所述阀塞具有用以接合所述托架的阀座来提供冗余的密封功能的第一和第二密封表面。
17.根据权利要求16所述的内阀，其特征在于，所述第一密封表面包括所述阀塞的锥形表面。
18.根据权利要求17所述的内阀，其特征在于，所述第一密封表面包括金属材料，以及所述第二密封表面包括弹性材料。
19.根据权利要求17所述的内阀，其特征在于，所述第二密封表面布置在所述第一密封表面的第一部分和所述第一密封表面的第二部分之间。
20.根据权利要求19所述的内阀，其特征在于，所述第二密封表面包括布置在由所述阀塞限定的凹槽中的密封件。
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