CN102822581A - 具有带有泄漏口和独立的第二密封件的动载荷密封垫压圈的控制阀 - Google Patents

Abstract

控制阀具有阀体112、阀杆和控制元件。所述阀体接收所述阀杆且包括容纳填料套件130的填料箱128。密封垫压圈132具有孔133，该孔的尺寸被设置成接收所述阀杆，所述密封垫压圈包括上部136、下部138和支承面140，所述下部的尺寸被设置成延伸进入阀盖来接合所述填料套件，以对所述填料套件施加第一压缩力，所述上部包括螺纹144并具有容纳第二密封环166的上锪孔146。螺母148可操作地接合所述密封垫压圈的上部的所述螺纹，所述螺母设置成对所述第二密封环施加第二压缩力，在填料凸缘160与所述密封垫压圈的支承面140之间设置弹簧170，其中所述第一压缩力独立于所述第二压缩力。

Description

具有带有泄漏口和独立的第二密封件的动载荷密封垫压圈的控制阀

技术领域

本发明大体上涉及控制阀，更具体地，涉及用于在控制阀上使用的动载荷密封垫压圈配置结构及具有上述配置结构的控制阀。

背景技术

众所周知，在精炼厂、化工厂或是纸浆及造纸厂之类的过程工厂中包括许多过程控制回路，它们连在一起来生产各种制品。在过程控制回路中设置有流量控制阀，通常其使用诸如阀塞、阀盘、球体(globe)之类的控制元件或是其它合适的控制元件，以对流过系统的诸如气体、蒸汽、水或是化合物之类的流体进行操控。

通常可以理解，不同的控制阀构造可特定地适用在某种应用中。例如，在适用具有窄控制范围的快开阀的情况下，可使用诸如蝶阀之类的旋转控制阀。替代地，在需要在大控制范围上精密控制时，可使用具有阀塞的滑杆控制阀。在任何构造中，这种控制阀通常耦接至诸如致动器之类的控制装置，其响应于控制信号对控制阀的精确打开量进行控制。在每一情况下，阀杆延伸至阀体内并与控制元件连接。

为了防止或减小经过阀杆的泄漏，控制阀通常在阀杆周围使用阀填料。这种阀经常使用填料凸缘和密封垫压圈，其施加压力到阀填料。阀填料通常被分为由套环分开的两个不同的填料组件。在这种配置结构下，贯穿阀体设置有泄漏端口，以提供与套环相邻的流体连通。这种配置结构可使操作人员确定套环下方的填料是否已经失效。

附图说明

图1是具有旋转杆且使用动负荷密封垫压圈的示例性现有技术的控制阀的剖视图，其中，该动负荷密封垫压圈带有穿过阀体的泄漏端口。

图2是具有滑杆且还使用另一动载荷密封垫压圈配置结构的另一示例性现有技术的控制阀的局部放大剖视图，其中，该动载荷密封垫压圈具有双密封组件。

图3是四个不同的常规密封组件配置结构的局部放大剖视图，其中，每个密封组件配置结构均使用由一个或是多个套环分开的一对密封组件。

图4是按照本发明的教示组装而成的动载荷密封垫压圈组件的剖视图。

图5是图4所示组件的局部放大剖视图。

具体实施方式

尽管下文提出本发明的示例性实施例的具体描述，但应当理解，本发明的法定保护范围由本专利最后所提出的权利要求的文字来加以限定。具体描述只是用来构造以作为实例，并且由于描述每种可能的实施方式即便不是不可能的，也是不切实际的，因而没有描述本发明的每种可能的实施方式。通过阅读本公开，本领域技术人员能够使用现有技术或在本申请的申请日之后研发的技术来实施一个或是多个其它的实施例。这种另外的实施例也将落入限定本发明的权利要求书的范围内。

在图1中示出了现有技术的阀填料及密封垫压圈配置结构，其安装在过程控制系统中常用类型的示例性控制阀10上，图1的控制阀10是旋转杆控制阀10。控制阀10包括阀体12、阀入口14、阀出口16及流动通道18，该流动通道18在入口14与出口16之间延伸。流动通道18包括控制通道20，可移动的控制元件22可移动地设置在控制通道20中。在图1的实例中，控制阀10中的控制元件22采用旋转控制元件的形式。图1的控制元件22例如可以是阀盘、球体或球或是其它形式的旋转控制元件。在图1的实例中，控制元件22连接至阀杆24，如上所述阀杆24是旋转杆。阀杆24可操作地耦接至致动器，其可以是现有技术中常用类型的任何种类的合适的致动器。控制元件22被布置成使阀塞设置在控制通道20中，并可使用致动器对控制通道20内的控制元件22的位置进行控制，从而对流过控制通道的流体的流量进行控制。控制阀10包括填料箱28，该填料箱如实例所示设置在阀体12内，并在填料箱28中设置现有技术的主填料套件。

如图1所示，控制阀10包括密封垫压圈32，其围绕阀杆24的一部分，并且包括下部34，该下部34延伸进入填料箱28至一位置，以对主填料套件30施加压缩力。密封垫压圈32被上保持凸缘36保持在位置上，上保持凸缘36可能合适地栓接至阀体12(既可以直接栓接至阀体，也可以栓接至阀盖，前提是阀具有阀盖)。在保持凸缘36与密封垫压圈32之间设置并定位有一系列盘簧垫圈38。因此，通过调节保持凸缘36的栓接力，就可对主填料套件30上的压缩力的量进行控制。控制阀10还包括下保持凸缘40，其也合适地栓接至阀体12。下保持凸缘40对衬垫42进行支承，其转而对也设置在填料箱28中的第二填料套件44进行压缩。通过调节下保持凸缘40的栓接力，就可对第二填料套件44上的压缩力的量进行控制。因此，为了合适地对主填料套件30和第二填料套件44进行压缩，需要两个保持凸缘(上保持凸缘36和下保持凸缘40)。设置有泄漏端口46，其通常延伸穿过阀体12。主填料套件30和第二填料套件44均包括套环(在图3中更详细地示出)，其使得经过填料套件30或44的任意泄漏能够流入泄漏端口46。在所示的配置结构中，第二填料套件44是静止的，且设置一装置来修复填料孔。在许多应用中，可省略第二填料套件。

图2示出了另一常用的配置结构，其中，另一常用的密封垫压圈32A被布置成与另一常用的填料套件30A接合，并通过保持凸缘36来将密封垫压圈32A可调节地保持在位置上。保持凸缘36通过栓接至阀盖26而被附连至阀体。再者，盘簧垫圈38被定位在保持凸缘36与密封垫压圈32A之间。在图1的实例中，设有泄漏端口46，其延伸穿过阀盖26，填料组件包括由套环(在图3中更详细地示出)分开的上填料套件和下填料套件，从而可使经过下填料套件的任何泄漏与泄漏端口46连通。在图2的实例中，阀杆24是滑杆24B，其可操作地连接至诸如任何常用的滑杆控制元件(未图示)之类的控制元件。

现参照图3，示出了四个常用的填料套件配置结构。在图3的各个实例中，填料套件配置结构包括上填料套件A和下填料套件B，它们由一个或是多个套环L分开。各套环L包括端口P，该端口P被配置成与如上所述的阀体中的泄漏端口46连通。

现参照图4和图5，其示出了按照本发明公开的实例的教示组装而成的控制阀110。所示控制阀110是旋转杆控制阀。但是，通过阅读本申请，本领域技术人员应该能够容易地将在此讨论的教示适用于滑杆控制阀，其中，阀杆可连接至例如阀塞、阀套或其它形式的滑动控制元件。控制阀110包括阀体112、阀入口114、阀出口116及流动通道118，该流动通道118在入口114与出口116之间延伸。阀入口114、阀出口116和流动通道118仅在图4中可见。流动通道118包括控制通道120，可移动的控制元件122可移动地设置在控制通道120中。控制通道120和控制元件122仅在图4中可见。此外，在图4和图5的实例中，控制元件122是与阀杆124相连的旋转控制元件122A，阀杆124在图4和图5的实例中是旋转阀杆124A。替代地，可将此处说明的教示应用在诸如图2中描绘的滑杆24B之类的滑杆上。图4的控制元件122A例如可以是阀盘、球体或球或是其它形式的旋转控制元件。阀杆124可操作地耦接至致动器，其可以是现有技术中常用类型的任何种类的合适的致动器。控制元件122配置成使控制元件122设置在控制通道120中，并可使用致动器对控制通道120内的控制元件122的位置进行控制，从而可对流过控制通道120的流体的流量进行控制。控制阀110具有阀孔127，其尺寸被设置成接收阀杆124。阀体112包括填料箱128，主填料套件130设置在填料箱128中。填料套件的尺寸被设置成配合在阀杆124周围。

现参照图5，控制阀110包括密封垫压圈132，其具有中心孔133且围绕阀杆124的一部分。密封垫压圈132包括第一部分或上部136和第二部分或下部138，下部138延伸进入填料箱128一位置，以对主填料套件130施加压缩力，这将在下文中进行详细说明。密封垫压圈132包括支承面140，在所示的实例中，支承面140采用环状凸缘142的形式。上部136的外部具有螺纹144，而中心孔133具有与上部136相邻的锪孔146。螺母148包括具有可与阀杆124配合的尺寸的中心孔150，该螺母的尺寸被设置成与密封垫压圈132的螺纹144接合。第二密封环150设置在密封垫压圈132的锪孔146中。衬垫152包括上部152a和下部152b，且设置在第二密封环150上方的锪孔146中。在所示的实例中，衬垫152设置在锪孔146内，以使上部152a与弹簧156接合，并使下部152b与第二密封环150接合，其中，弹簧156支承螺母148的内部154。因此，通过调节螺纹144上的螺母148，就可对施加到第二密封环150的压缩力进行调节。在所示的实例中，弹簧156设置在螺母148的内部154与衬套152的上部152a之间。此外，在所示的实例中，弹簧156采用盘簧垫圈158的形式。

填料凸缘160附连至阀体112(或是在特别的阀具有阀盖时附连至阀盖)，并可通过设置在一系列孔164中的一系列连接螺栓162来可调节地固定。填料凸缘160具有中心孔166，其尺寸可接收密封垫压圈152的上部和螺母148，而不发生干扰。填料凸缘160还包括面向下方的表面168。弹簧170设置在密封垫压圈132的支承面140之间。在揭示的实例中，弹簧170采用一系列堆叠的盘簧垫圈172的形式。因此，由于密封垫压圈132通过弹簧170可操作地耦接至填料凸缘160，所以可通过调节填料凸缘160相对于阀体112的位置来对密封垫压圈132上的朝下的力进行调节。

密封垫压圈132的下部138优选包括锪孔174，其尺寸可接收圆柱形衬垫176。在所揭示的实例中，衬垫176起到阀杆导向件的作用。密封垫压圈132的下部138设置成支承填料套件130。优选地，填料套件130可包括诸如一对灯丝环178之类的常用组件，其由层叠环180分开且被上、下垫圈182跨过。填料套件130不需要，如图所示也没有包括在本领域中惯常使用类型的套环。密封垫压圈132的下部138与衬垫176一起位于一位置，以对填料套件130的上部予以支承，例如通过对上垫圈182进行支承。

密封垫压圈132包括泄漏端口184，在所揭示的实例中，其大体上沿径向朝外地延伸穿过环状凸缘142。泄漏端口184与延伸穿过密封垫压圈132的孔133流动连通，泄漏端口184优选地与导管186连接，导管186通常连接至用于转移泄漏或是用于检测泄漏的某些装置或是机构。倘如存在经过填料组件130的任何泄漏，则泄漏将流入阀杆124与密封垫压圈132的孔133之间的空间188。

根据本申请的一个或多个方面组装而成的控制阀和/或阀填料组件可延长和/或增加阀填料的使用寿命。按照揭示的实例，能以独立于第二密封件上的载荷的方式对在主填料组件上的载荷进行调节。因此，主填料组件和第二密封件分别可负载需要的载荷，而不会使一个密封部件过载，以对另一个密封部件造成不良影响。

此外，当按此处讨论的方式组装时，阀体和/或阀盖可没有泄漏端口。再者，在将本发明的教示应用在具有在阀盖或是阀体上钻成的现有泄漏端口的现有控制阀的情况下，可将现有的泄漏端口临时堵塞或永久堵塞。

本领域技术人员应当知晓，在许多阀上，需要具有某些装置来确定阀填料是否泄漏，并且也需要具有某些装置来捕获泄漏。在过去，这些需求可通过使用双填料配置结构来解决，其中，在两个填料套件之间设置一泄漏端口，且这两个填料套件由套环分开。这种方法可能有一个或多个潜在的缺陷。例如，尽管可将需要的载荷施加至上填料套件，但仅有该载荷的一部分被传送至下填料套件。当然，下填料套件需要提供足以克服控制阀内的压强的密封，但下填料套件上的载荷受到上填料套件的拖累。而且，使用两个填料套件在阀杆中导致更高的摩擦，更多填料材料的固化导致填料应力的损耗，进而导致泄漏增加。因此，常用的泄漏端口不得不设置在阀体或阀盖内。贯穿阀体或是阀盖钻成的常用的泄漏端口导致控制阀的制造成本增加，并且因为套环必须适当地与泄漏端口对齐，而导致预期的安装和服务问题。

根据所揭示的实例，可以使用公知技术解决各种填料问题，并且提供不影响填料性能的泄漏功能。根据此处列举的示例性形式，可以使填料组件受到相对恒定的、正确的或是理想量的载荷或应力，以实现密封，这经常通过使用动载荷弹簧来实现。还可以遵照此处的教示使用不多于实现密封所需最小量的填料。这种方法可使填料的热膨胀的不利效果最小化，并可减少填料摩擦。在本方法中，还可以在填料的任一侧安装不易挠曲的、抗挤压的挡圈，由于这些抗挤压的挡圈可减少或是防止填料被挤出填料区域，还可以设置阀杆衬垫或是其它类型的阀杆引导件，因为这可有助于保持阀杆在填料套件内对齐，并且可以使用光滑的、抛光的阀杆，因为这些方法可减少填料摩擦和磨损并减小泄漏流路的出现。

当根据在此列举的本发明的示例性形式组装时，得到的控制阀和/或填料组件与例如可从艾默生获取的SS-84填料之类的现有的填料组件相比，可呈现更好的性能。根据所揭示的实例，在此列举的本改进的填料组件可更紧凑和简单，因此，可在其它制品上使用本填料组件。本改进的设计还为泄漏密封件提供独立的动载荷，并提供额外的衬套来保护阀杆。此外，本示例性设计不需要在阀体或阀盖上钻泄漏孔。泄漏孔很难加工和定位，且会在填料孔中产生断面。因此，希望得到阀体和/或阀盖上没有独立的泄漏端口的设计。

此处说明的本发明的示例性形式也可带来多种其它的好处。例如，可设置直径比常用的组件的直径大的填料柱头螺栓，其可使盘簧垫圈的设计更好。此外，设置在所公开的密封垫压圈内的第二密封环没有压强穿过。相反，第二密封环仅需要使任何的填料泄漏转向，诸如，朝向密封垫压圈的泄漏端口，其处于或接近于大气压强。所揭示的组件还可使阀更适合长时间服务和不定期维护，例如在核污染环境内的应用。

本领域技术人员基于先前的说明能够想到本发明的各种变形和替代的实施例。因此，本说明书仅是说明性的，其目的在于教示本领域技术人员以最佳方式实施本发明。本申请的详细情况可在不脱离本发明的精神的前提下进行改变，并保留落在权利要求书范围内的所有变形的独占使用。

Claims (16)

1.一种具有动载荷填料组件的控制阀，包括：

阀体，其具有入口、出口和在所述入口与所述出口之间延伸的流动通道；

阀杆，其从所述阀体延伸，且可操作地耦接至可移动地设置在所述流动通道中的控制元件；

所述阀体具有阀孔，所述阀孔的尺寸被设置成容纳所述阀杆，所述阀体还具有填料箱；

主填料套件，其设置在所述填料箱中；

填料凸缘，其可调节地耦接至所述阀体；

密封垫压圈，其具有孔，所述孔的尺寸被设置成容纳所述阀杆的一部分，所述密封垫压圈具有上部、下部和支承面，所述下部的尺寸被设置成延伸进入所述阀体，且可操作地耦接至所述主填料套件，以对所述主填料套件施加第一压缩力，所述上部包括螺纹并具有容纳第二密封环的上锪孔；

螺母，其可操作地接合所述密封垫压圈的所述上部的所述螺纹，所述螺母设置成可操作地对所述第二密封环施加第二压缩力；以及

弹簧，其可操作地设置在所述填料凸缘与所述密封垫压圈的所述支承面之间，

其中，所述第一压缩力独立于所述第二压缩力。

2.根据权利要求1所述的控制阀，其中，所述弹簧包括盘簧垫圈。

3.根据权利要求2所述的控制阀，其中，所述弹簧包括一系列堆叠的盘簧垫圈。

4.根据权利要求1所述的控制阀，其中，包括衬垫，其布置在所述上锪孔中且设置成可操作地接合所述第二密封环。

5.根据权利要求1所述的控制阀，其中，包括第二弹簧，其设置在所述衬垫与所述螺母之间。

6.根据权利要求5所述的控制阀，其中，所述第二弹簧包括盘簧垫圈。

7.根据权利要求1所述的控制阀，其中，包括形成在所述密封垫压圈的所述下部内的下锪孔，且包括设置在所述下锪孔中的衬垫，所述衬垫和所述密封垫压圈的所述下部协作来接合所述主填料套件。

8.根据权利要求1所述的控制阀，其中，包括形成在所述密封垫压圈上的泄漏端口，所述泄漏端口与所述孔连通。

9.根据权利要求1所述的控制阀，其中，所述泄漏端口延伸穿过所述密封垫压圈的所述支承凸缘。

10.根据权利要求1所述的控制阀，其中，所述主填料套件仅包括单个填料套件，且没有套环。

11.一种具有动载荷填料组件的控制阀，包括：

阀体，其具有入口、出口、在所述入口与所述出口之间延伸的流动通道，所述阀体具有填料箱和阀孔，该阀孔的尺寸被设置成容纳阀杆；

主填料套件，其设置在所述填料箱中；

填料凸缘，其可调节地耦接至所述阀体；

阀杆，其延伸穿过所述阀体的所述阀孔，且可操作地耦接至可移动地设置在所述流动通道中的控制元件；

密封垫压圈，其具有孔，所述孔的尺寸被设置成容纳所述阀杆的一部分，所述密封垫压圈具有上部、下部和支承面，所述下部的尺寸被设置成延伸进入所述填料箱，且可操作地耦接至所述主填料套件，以对所述主填料套件施加第一压缩力，所述上部包括螺纹并具有容纳第二密封环的上锪孔；

螺母，其螺接至所述密封垫压圈的所述上部的所述螺纹，所述螺母设置成可操作地对所述第二密封环施加第二压缩力；以及

弹簧，其可操作地设置在所述填料凸缘与所述密封垫压圈的所述支承面之间，

其中，所述第一压缩力独立于所述第二压缩力。

12.根据权利要求11所述的控制阀，其中，所述弹簧包括盘簧垫圈。

13.根据权利要求11所述的控制阀，其中，包括衬垫，其设置在所述上锪孔中且设置成可操作地接合所述第二密封环，所述控制阀还包括设置在所述衬垫与所述螺母之间的弹簧垫圈。

14.根据权利要求11所述的控制阀，其中，包括形成在所述密封垫压圈的所述下部内的下锪孔，且包括设置在所述下锪孔中的衬垫，所述衬垫和所述密封垫压圈的所述下部协作来接合所述主填料套件。

15.根据权利要求11的装置，其中，包括形成在所述密封垫压圈上的泄漏端口，所述泄漏端口与所述孔连通，其中，所述主填料套件没有套环。

16.一种准备具有动载荷填料组件和独立的第二密封件的控制阀的方法，包括：

设置阀体，其具有入口、出口和在所述入口与所述出口之间延伸的流动通道；

在所述阀中设置填料箱和阀孔，所述阀孔的尺寸被设置成容纳阀杆；

选择主填料套件并将所述主填料套件放入所述填料箱中；

将单个的填料凸缘可调节地耦接至所述阀体；

设置密封垫压圈，其具有孔，所述孔的尺寸被设置成容纳所述阀杆的一部分，所述密封垫压圈具有上部、下部和支承面；

将所述密封垫压圈放入所述填料箱中，并将所述密封垫压圈定位在所述主填料套件上方，用填料凸缘将所述密封垫压圈固定在位置上，从而对所述主填料套件施加第一压缩力；

在所述密封垫压圈的所述上部设置螺纹和用于容纳第二密封环的上锪孔；

将螺母螺接至所述密封垫压圈的所述上部的所述螺纹，从而对所述第二密封环施加第二压缩力；以及

在所述填料凸缘与所述密封垫压圈的所述支承面之间设置弹簧；

其中，所述第一压缩力独立于所述第二压缩力。

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