CN102933882A - 套管密封组件及具有该套管密封组件的旋转阀 - Google Patents

Abstract

流体流动控制装置包括阀体(112)、阀帽、控制组件和密封组件。所述阀体限定入口部、出口部、阀帽开口和在所述入口部与所述出口部之间延伸的流体流动路径。所述阀帽设置在所述阀帽开口中。所述控制组件至少部分地被所述阀帽所支承，且具有设置在所述阀体内且可在打开位置与关闭位置之间转动的球元件。所述阀体将内部凹槽(142)限定在所述入口部的下游且与所述阀帽开口相邻的位置。所述密封组件设置在所述内部凹槽内，且包括可动套管密封件(152)、保持装置(154)和一个或多个用于防止所述套管密封件与所述保持装置和/或所述阀体间的泄漏的密封元件(158)。

Description

套管密封组件及具有该套管密封组件的旋转阀

技术领域

本发明涉及流体流动控制装置，更具体地，涉及旋转球型流体流动控制阀。

背景技术

旋转球阀应用在大量的过程控制系统应用中，以对诸如流体、气体、泥浆等工艺流的一些参数进行控制。尽管过程控制系统可使用控制阀来最终对压强、液位、pH或流体的其它希望的参数进行控制，但是基本上控制阀控制流体流动的速率。

一般来说，旋转球阀包括限定流体入口和流体出口的阀体。球元件安装在阀体中，并绕固定轴线转动来与密封组件邻接和分离，从而对流过阀的流体流动量进行控制。对于通常的螺栓内联球阀，将密封组件经由流体入口插入阀体，并使用密封保护环将密封组件保持成与阀体的凸缘相邻。

具有阀体、球元件和密封组件的旋转球阀部件通常由金属构成。在高压和/或高温应用中使用时，它能够承受得住。但是，球元件和密封组件会因在开阀和关阀的过程中球元件与密封组件的反复接合而遭受磨损。由磨损造成的问题包括但不局限于阀部件寿命的缩短、球元件与密封组件间的摩擦力增加以及球元件与密封组件间和密封组件与阀体间的不希望的泄漏。同样地，摩擦力具有随着部件磨损的严重而趋于增加，因此，阀内的动态性能和控制特性变差，而使阀低效且不精确。为了减轻某些上述情况，使某些密封组件偏置，以在关闭位置处提供相对于球更可靠的密封。无论是否利用该特殊类型的密封组件，必须将整个旋转球阀从流体过程控制系统取下，以在密封组件磨损或其它失效的情况下将其更换。

发明内容

本申请的一方面提供一种流体流动控制装置，包括阀体、阀帽、控制组件、内部凹槽和密封组件。所述阀体限定入口部、出口部、阀帽开口和在所述入口部与所述出口部之间延伸的流体流动路径。所述阀帽设置在所述阀帽开口中，并固定至所述阀体。所述控制组件至少部分地被所述阀帽所支承，且包括设置在所述阀体内且能够在打开位置与关闭位置之间转动的球元件。所述内部凹槽被所述阀体限定在所述入口部的下游且与所述阀帽开口相邻的位置。所述密封组件设置在所述阀体的所述内部凹槽内，且包括套管密封件、保持装置和密封元件。所述套管密封件能够沿所述流动路径的方向轴向移动，且适于在球元件位于关闭位置时被所述球元件密封接合。所述保持装置邻近所述内部凹槽附连至所述阀体，以将所述套管密封件保持在所述阀体内。所述密封元件布置成提供在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体中的至少一个之间的液密密封，以在所述球元件位于所述关闭位置时防止泄漏。

在一实施例中，所述阀帽开口的尺寸比所述密封组件的最大尺寸大，从而能够将所述密封组件经由所述阀帽开口装填在所述阀体中。

在一实施例中，所述阀体中的所述凹槽包括与所述阀体的所述入口部同轴设置的环状凹槽。

在一实施例中，所述密封元件包括密封环，该密封环设置在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体中的一个之间的界面。

在一实施例中，所述密封元件设置在所述套管密封件与所述保持装置的相对的轴向表面之间。

在一实施例中，所述密封元件设置在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体中的一个的相对的径向表面之间。

在一实施例中，所述密封元件包括C型密封件，该C型密封件限定用于接收来自所述阀体的所述入口部的流体的环形开口。

本申请的另一方面提供一种流体流动控制装置，包括阀体、控制组件、内部凹槽和密封组件。所述阀体限定入口部、出口部和在所述入口部与所述出口部之间延伸的流体流动路径。所述控制组件包括设置在所述阀体内且能够在打开位置与关闭位置之间转动的球元件。所述内部凹槽被所述阀体限定在所述入口部的下游的位置。所述密封组件设置在所述阀体的所述内部凹槽内，且包括套管密封件、保持装置和C型密封件。所述套管密封件能够沿所述流动路径的方向轴向移动，且适于在球元件位于关闭位置时被所述球元件密封接合。所述保持装置邻近所述内部凹槽附连至所述阀体，以将所述套管密封件保持在所述阀体内。所述C型密封件设置在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体中的一个之间，以在所述球元件位于所述关闭位置时防止泄漏。

在一实施例中，所述装置还包括由所述阀体限定的阀帽开口和设置在所述阀帽开口中的阀帽，所述阀帽至少部分地支承所述控制元件，所述阀帽开口设置成与所述密封组件相邻。

在一实施例中，所述阀帽开口的尺寸比所述密封组件的最大尺寸大，从而能够将所述密封组件经由所述阀帽开口装填在所述阀体中。

在一实施例中，所述阀体中的所述凹槽包括与所述阀体的所述入口部同轴设置的环状凹槽。

在一实施例中，所述C型密封件设置在所述套管密封件与所述保持装置的相对的轴向表面之间。

在一实施例中，所述C型密封件设置在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体中的一个之间的相对的径向表面之间。

在一实施例中，所述C型密封件限定用于接收来自所述阀体的所述入口部的流体的环形开口。

本申请的另一方面提供一种用于旋转球阀的密封组件，其中，所述密封组件包括套管密封件、保持装置、环状通道、密封插入环、支承环和径向唇部。所述套管密封件适于安装成邻近旋转阀体的入口部并被所述旋转球阀的球元件接合。所述保持装置适于附连至旋转阀体，以用于将所述套管密封件保持在所述旋转阀体中。所述环状通道限定在所述套管密封件中且具有第一部分和与所述第一部分外接的第二部分。所述密封插入环设置在所述环状通道的所述第一部分内，并限定环状座面，在所述球元件位于关闭位置时，密封接合所述环状座面。所述支承环设置在所述环状通道的所述第二部分内，并与所述密封插入环外接。所述径向唇部由与所述环状通道相邻的所述套管密封件限定，并延伸穿过所述支承环的外部径向部，以将所述支承环和所述密封插入环保持在所述环状通道中。

在一实施例中，所述密封插入环由比所述支承环更软的材料形成。

在一实施例中，所述密封插入环由PEEK和碳中的一个形成。

在一实施例中，所述径向唇部绕所述支承环的整个外周延伸。

在一实施例中，所述径向唇部包括所述套管密封件翻过所述支承环的外周的一部分。

在一实施例中，所述套管密封件在安装在旋转球阀中时能够相对于所述保持装置移动。

本申请的又一方面提供一种流体流动控制装置，包括阀体、阀帽、控制组件、环状凹槽、密封组件、密封插入环、支承环和径向唇部。所述阀体限定入口部、出口部、阀帽开口和在所述入口部与所述出口部之间延伸的流体流动路径。所述阀帽设置在所述阀帽开口中，并固定至所述阀体。所述控制组件至少部分地被所述阀帽所支承，且包括设置在所述阀体内且能够在打开位置与关闭位置之间转动的球元件。所述环状凹槽由所述阀体限定。所述密封组件至少部分地设置在所述阀体的所述环状凹槽内，并包括套管密封件和保持装置。所述套管密封件能够沿所述流动路径的方向轴向移动，且适于在球元件位于关闭位置时被所述球元件密封接合。所述保持装置邻近所述环状凹槽附连至所述阀体，以将所述套管密封件保持在所述阀体内。所述套管密封件限定与所述密封组件的适于在所述球元件位于所述关闭位置时被所述球元件密封接合的一部分相邻的环状通道。所述环状通道具有第一部分和与所述第一部分外接的第二部分。密封插入环设置在所述套管密封件的所述环状通道的所述第一部分内。所述密封插入环限定环状座面，在所述球元件位于关闭位置时，密封接合所述环状座面。所述支承环设置在所述环状通道的所述第二部分内，并与所述密封插入环外接。所述径向唇部由与所述环状通道相邻的所述套管密封件限定，并延伸穿过所述支承环的外部径向部，以将所述支承环和所述密封插入环保持在所述环状通道中。

在一实施例中，所述密封插入环由比所述支承环更软的材料形成。

在一实施例中，所述密封插入环由PEEK和碳中的一个形成。

在一实施例中，所述径向唇部绕所述支承环的整个外周延伸。

在一实施例中，所述径向唇部包括所述套管密封件翻过所述支承环的外周的一部分。

在一实施例中，所述套管密封件在安装在旋转球阀中能够可相对于所述保持装置移动。

在一实施例中，所述密封组件设置在所述阀体的所述入口部的下游且与所述阀帽开口相邻。

在一实施例中，所述阀帽开口的尺寸比所述密封组件的最大尺寸大，从而能够将所述密封组件经由所述阀帽开口装填在所述阀体中。

在一实施例中，所述阀体中的所述凹槽包括与所述阀体的所述入口部同轴设置的环状凹槽。

在一实施例中，所述密封组件的所述密封元件包括密封环，该密封环设置在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体中的一个之间的界面。

在一实施例中，所述密封组件还包括密封元件，该密封元件布置成提供所述套管密封件与所述保持装置间的液密密封，以在所述球元件位于所述关闭位置时防止泄漏。

在一实施例中，所述密封元件设置在所述套管密封件与所述保持装置的相对的轴向表面之间。

在一实施例中，所述密封元件设置在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体中的一个之间的相对的径向表面之间。

在一实施例中，所述密封元件包括C型密封件，该C型密封件限定面向所述阀体的所述入口部的环形开口。

附图说明

图1示出了根据本发明原理构造而成的、包括套管密封组件的旋转球阀的一实施例的横截面图；

图2示出了例如根据本发明原理构造且安装在旋转球阀内的套管密封组件的一实施例的沿图1的圆圈II截取的细节图；

图3示出了根据本发明原理构造且安装在旋转球阀内的套管密封组件的另一实施例的细节图；

图4示出了根据本发明原理构造且安装在旋转球阀内的套管密封组件的另一实施例的细节图；

图5示出了根据本发明原理构造且安装在旋转球阀内的套管密封组件的又一实施例的细节图；

图6示出了根据本发明原理构造且安装在旋转球阀内的套管密封组件的又一实施例的细节图；以及

图7示出了根据本发明原理构造且安装在旋转球阀内的套管密封组件的又一实施例的细节图。

具体实施方式

图1示出了根据本发明原理构造而成的旋转球阀10，该旋转球阀10大体上包括阀体12、阀帽14、控制组件16和密封组件24。阀体12具有大致筒状形状，且包括入口部18、出口部20、主流动路径22和阀帽开口25。如在阀体12的入口部18中示出的箭头所示，主流动路径22从入口部18延伸至出口部20。入口部18被入口凸缘26围起。出口部20被出口凸缘28围起。入口凸缘26和出口凸缘28适于通过螺接、焊接、夹持或其它方式将球阀10耦接至过程控制管线。

阀帽14包括大致筒状结构，其借助多个阀帽螺栓27而螺合至阀体12的阀帽开口25。阀帽14限定通孔29，该通孔29支持控制组件16的各种部件。控制组件16包括球元件30、驱动轴32和支承轴34。驱动轴32被设置成穿过阀帽14的通孔29，且适于耦接至旋转致动器(未图示)。支承轴34设置在盲孔36内，该盲孔36形成在阀体12的与阀帽开口25相对的壁上。阀帽14的通孔29和阀体12的盲孔36可包括轴承，以在球阀10的操作过程中帮助轴32、34、进而是球元件30始终不受阻碍地转动移位。在所揭示的实施例中，球元件30可包括凸轮球元件，如本领域所知晓的，以便于在关闭位置上使用密封组件24进行可重复的密封(如图1所示)。

密封组件24安装在阀体12中的完全位于入口部18和入口凸缘26的下游内部位置处。也就是说，本实施例的密封组件24设置在阀体12的入口部18与出口部20之间。而且，密封组件24设置成与阀帽开口25相邻。如此配置，在密封组件24需要更换时，可将该阀帽14和控制组件16从阀体12上移除，可将旧的密封组件24从阀帽开口25移除，并可经由阀帽开口25填装新的密封组件24。因此，在本实施例中，阀帽开口25的尺寸(例如直径)比密封组件24的最大尺寸(例如直径)大。上述结构会减少将整个阀10从与其关联的管线中分离来更换密封组件24的需求，这在通过对接焊的方式将阀10焊接到位并且分离很贵的情况下是非常有优势的。

为了收容密封组件24，所揭示的实施例的阀体12限定内部凹槽42，该内部凹槽42与阀体12的入口部18同轴设置，并完全位于其下游。换言之，内部凹槽42设置在阀体12的入口部18与控制组件16的球元件30之间，并设置在阀体12的入口部18与出口部20之间。所揭示的实施例的凹槽42大体上呈环状，并具有由阀体12的内表面限定的台阶型横截面轮廓，该凹槽42包括第一及第二筒状表面38a、38b和第一及第二轴向表面40a、40b。

第二筒状表面38b设置在阀体12的入口部18与第一筒状表面38a之间。相似地，第二轴向表面40b设置在阀体12的入口部18与第一轴向表面40a之间。而且，如上所述，阀体12的凹槽42具有比入口部18大的尺寸，例如直径。具体地，在图1中，第一筒状表面38a的第一直径Da比第二筒状表面38b的第二直径Db大，且该第一及第二直径Da、Db均比阀体12的入口部18的入口直径Di大。凹槽的尺寸比入口部的尺寸大的大致关系不仅可应用在图1所示的阀体12中，还可应用在下面参照图2至图7描述的各个阀体中。

如此配置阀体12，密封组件24如上所述穿过阀帽开口25而安装在阀门10中，从而能够将阀门用在需要将入口凸缘26和出口凸缘28对接焊在线而不是螺合在线配置的环境中。当然，上述设计也能够用于螺合的凸缘、或其它类型的凸缘。所揭示的实施例的密封组件24设置在内部凹槽42中，从而在球元件30如图1所示关闭时，密封组件24完全设置在球元件30与阀体12的入口部18之间。这样，由球元件30沿轴向(即与流动路径22的方向相反)施加到密封组件24的任何力均由阀体12所承受。尽管将图1所示的阀体12的内部凹槽42描述为包括由两个特定配置的内部筒状表面38a、38b和轴向表面40a、40b限定的台阶型横截面轮廓，但是，本申请的替代实施例能够根据密封组件24的特定设计和/或出于其它考虑而具有不同配置的内部筒状表面和轴向表面。

例如，图2示出根据本申请的原理构造而成的套管密封组件124的一实施例，其安装在具有与上面参照图1描述的结构不同的内部凹槽142的旋转式球阀100的阀体112内。图2所示的内部凹槽142包括第一及第二内部筒状表面138a、138b和第一及第二轴向表面140a、140b。第一内部筒状表面138a包括螺纹部144和无螺纹部146。第二内部筒状表面138b设置在第一内部筒状表面138a的径向内部，其面向第一内部筒状表面138a的无螺纹部146。第一及第二轴向表面140a、140b彼此错位。如此配置，阀体112限定环状壁148，该环状壁148设置在第一内部筒状表面138a的径向内部。环状壁148和第一内部筒状表面138a的无螺纹部146限定环状通道150。

仍参照图2，本实施例的密封组件124包括套管密封件152、保持装置154、偏置构件156和密封元件158。套管密封件152包括具有密封脚部160a和偏置脚部160b的环形构件，密封脚部160a和偏置脚部160b的结合限定L形横截面。密封脚部160a限定座面162，如所示，在阀门100的球元件130处于关闭位置时与座面162接合。

保持装置154是具有正方形横截面的大致环形构件，其带有外螺纹表面164。外螺纹表面164被螺纹旋入阀体112中的凹槽142的第一内部筒状表面138a的螺纹部144。这样，保持装置154便被固定在凹槽142中，并将套管密封件152保持在阀体112中。另外地，如图所示，保持装置154包括设置在保持装置154的轴向端面168中的环状通道166。密封元件158设置在环状通道166中。如此配置，密封元件158设置在套管密封件152与保持装置154的相对的轴向表面之间的界面上，以提供液密密封。在所揭示的实施例中，密封元件158包括限定环形开口170的C型密封件。将环形开口170设置成例如使得来自图1所示的阀体12的入口部18的流体能够流过开口170，来使C型密封件膨胀且有助于密封接合。

最终，如图2所示及如上所述，密封组件124包括偏置构件156。所揭示的实施例的偏置构件156包括设置在阀体112的环状通道150中的波形弹簧。如此配置，偏置构件156对套管密封件152的偏置脚部160b施加轴向力，从而迫使套管密封件152远离第二轴向表面140b，并如所示在球元件130处于关闭位置时与球元件130接合。虽然偏置元件156描述为波形弹簧，但是用于实现预期目的的任何装置均能够与密封组件124结合而不脱离本申请的范围。

通过如上所述构成的密封组件124，套管密封件152在阀门100操作时适于相对于保持装置154轴向移动。也就是说，在球元件130处于打开位置时，其朝远离套管密封件152的座面162的方向移动，且偏置元件156相对于图2的定向朝右方推动套管密封件152，从而套管密封件152的偏置脚部160b与密封元件158紧固接合并密封，可能也与保持装置154的轴向端面168接合并密封。但是，如图所示，在球元件130与套管密封件152的座面162接合时，球元件130使套管密封件152相对于图2的定向朝左方移动。众所周知，上述移动是因球元件130包括凸轮球130的缘故。随着套管密封件152朝左方移动，偏置脚部160b朝远离保持装置154的轴向端面168的方向移动，且开始朝远离密封元件158的方向移动。但是，由于随着偏置脚部160b开始离去时，流经阀体112的流体进入凹槽142，穿过位于套管密封件152的偏置脚部160b与阀体112之间的偏置构件156，并进入密封元件158中的环状开口170，因此，偏置脚部160b与密封元件158保持密封接触。由于球元件130处于关闭位置，因此，对上述流体进行加压，并且如此，使密封元件158膨胀，以保持与套管密封件152的偏置脚部160b液密密封。随着球元件130朝远离套管密封件152的座面162的方向移动并进入打开位置，偏置构件156使套管密封件152返回其原来位置。

通过上述方式，由于当前描述的实施例的密封元件158提供两个独立部件(其中至少一个相对于另一个移动)间的液密密封，并且由于密封元件158例如改变其定向、构造和/或布置，以便无论可动部件处于哪个位置，均保持液密密封，因此，该密封元件158便起到动态密封件的作用。尽管密封元件158在此被描述为包括带有环状开口170的C型密封件，但是，也能够将用于起到预期目的的其它动态密封件结合到上述装置中而不脱离本申请的范围。

图3示出了根据本申请的原理构造而成的密封组件224的另一实施例，其安装在与参照图2在上文中描述的阀体112相同的阀体212内。密封组件224也与参照图2在上文中描述的密封组件124大致相同，因此，使用相似的附图标记来表示相似的特征。图3中的密封组件224与图2中的密封组件124之间的主要区别是在套管密封件152与保持装置154和/或阀体212之间设置密封件的方式。即，在图2中，使用密封元件158而在套管密封件152与保持装置154之间提供液密密封，上述密封元件158设置在保持装置154与套管密封件152的偏置脚部160b的相对的轴向端表面之间。相反，图3的密封组件224通过设置在套管密封件152与保持装置154的相对的径向表面之间的第一密封元件258a提供套管密封件152与保持装置154间的液密密封。更具体地，第一密封元件258a设置在形成于保持装置154的内部筒状表面267中的环状通道266中，并与套管密封件152的密封脚部160的外部筒状表面253密封接合。如上所述，在本实施例中，第一密封元件258a包括C型密封件，该C型密封件限定面向上游、即朝阀门212的入口部18(在图1中示出)的环状开口270a。

除了第一密封元件258a之外，图3的密封组件224还包括第二密封元件258b。在所揭示的实施例中，第二密封元件258b设置在形成于套管密封件152的偏置脚部160b的外部筒状表面271中的环状通道269内，并与阀体212的第一内部筒状表面158a的无螺纹部146密封接合。如上所述，本实施例的第二密封元件258b也包括C型密封件，该C型密封件限定面向上游、即朝阀门212的入口部18(在图1中示出)的环状开口270b。

如此配置，则图3的实施例中的第一密封元件258a、第二密封元件258b是径向密封件。在操作过程中，来自入口部18的流体在阀体212与套管密封件152的偏置部160b之间经过，从而使该流体进入设置在套管密封件152与阀体212间的径向界面上的第二密封元件258b的环状开口270b。上述流体使第二密封元件258b膨胀，而提供防止泄漏的液密密封。在某些流体漏过第二密封元件258b的情况下，第一密封元件258a被设计成提供冗余密封。即，一部分泄漏的流体能够进入第一密封元件270a的环状开口270a，来使密封件膨胀，并提供液密密封。如上所述，第一密封元件258a用作冗余密封件，因此，在某些实施例中，第一密封元件258a是可选的。与上述说明相似地，尽管图3的密封组件224的密封元件258a、258b已经被描述为C型密封件，但可以使用其它类型的密封件。

图4示出了根据本申请的原理构造而成的密封组件324的又一实施例。密封组件324安装在与参照图1在上文中描述的阀体12大致相似的、阀门300的阀体312内。图4的阀体312限定内部凹槽342，该内部凹槽342具有与图1的对应的环状凹槽42稍许不同的横截面轮廓。即，图4的阀体312的凹槽342仅包括单一内部筒状表面338和单一轴向表面340，藉此，将凹槽342限定为具有大致方形的横截面轮廓。内部筒状表面338包括螺纹部344和无螺纹部346。

密封组件342与先前描述的密封组件124、224相似，包括套管密封件352、保持装置354和偏置构件356。套管密封件352包括大致环形构件，该大致环状构件如所示限定适于由球元件330接合的座面362。另外地，套管密封件352包括设置在套管密封件352的外部筒状表面353上的一对环状通道366a、366b。环状通道366a、366b分别收容径向密封件358a、358b。径向密封件358a、358b能够包括石墨活塞环、C型密封件或基本任何类型的密封件。

保持装置354包括大致环状构件，该大致环状构件具有螺纹旋入阀体312的内部筒状表面338的螺纹部344中的外螺纹部364。而且，如图所示，保持装置包括凸缘部365，该凸缘部365径向朝内延伸，以将套管密封件352固定在阀体312中，如图所示。保持装置354还包括密封垫片371，该密封垫片371设置在保持装置354的轴向端面375与阀体312之间，以在其间提供液密密封。替代实施例可包括用于提供上述密封的连续焊缝，以代替密封垫片371。

最终，所公开的实施例的偏置构件356包括与上文描述相似的波形弹簧。偏置构件356设置在阀体312的轴向表面340与套管密封件352之间，以将套管密封件352朝远离轴向表面340的方向偏置。如此配置，在球元件330位于远离套管密封件352带有的座面362的打开位置时，偏置构件356对套管密封件352施加大体上连续的力，以驱使套管密封件352与保持装置354带有的凸缘365接合。但是，随着球元件330移动至关闭位置，球元件330迫使套管密封件352远离凸缘365，如图4所示，但偏置构件356继续向球元件330驱使套管密封件352的座面362，以提供密封配合，并防止套管密封件352与球元件330之间的泄漏。为了防止套管密封件352与保持装置354之间的泄漏，设置在套管密封件352的环状通道366a、366b中的径向密封件358a、358b提供相对于保持装置354的内部筒状表面的密封接合，如图所示。最终，如上所述，设置在保持装置354的轴向端面375与阀体312的轴向表面340间的密封垫片371防止阀体312与保持装置354间的泄漏。

图5示出了根据本申请的原理构造而成的密封组件424的又一实施例。密封组件424安装在与参照图1在上文中描述的阀体12大致相似的、阀门400的阀体412内。图5中的阀体412与图4中的阀体312相同，因此，限定出包括单一内部筒状表面438和单一轴向表面440的环状凹槽442，藉此，将该凹槽442限定为具有大致方形横截面轮廓。内部筒状表面438包括螺纹部444和无螺纹部446。

密封组件442与先前描述的密封组件124、224、324相似，包括套管密封件452、保持装置454和偏置构件456。套管密封件452包括大致环形构件，该大致环状构件如所示限定适于由球元件430接合的座面462。另外地，套管密封件452包括外部环状突起466，该外部环状突起466朝远离套管密封件452的外部筒状表面453的方向延伸。此外，套管密封件452包括形成在外部筒状表面453中的环状凹槽467。环状凹槽467接收诸如C型夹子等保持环459，用于如图所示将密封元件458保持在与环状突起466相邻的外部筒状表面453上。正如图5所示，保持装置454是具有带螺纹外表面464的大致环形构件，该环形构件螺纹旋入阀体412的内部筒状表面438的螺纹部444。如此配置，保持装置454将套管密封件452保持在凹槽442中。

最后，所公开的实施例的偏置构件456包括诸如贝氏弹簧垫圈的圆锥形垫圈。偏置构件456设置在阀体412的轴向表面440与套管密封件452之间，以将套管密封件452朝远离轴向表面440的方向偏置。如此配置，则在球元件430位于远离套管密封件452带有的座面462的打开位置时，偏置构件456对套管密封件452施加大体上连续的力，以驱使套管密封件452来使外部环状突起466与保持装置454接触。但是，随着球元件430移动至关闭位置，球元件430迫使套管密封件452远离保持装置454，如图5所示，但偏置构件456继续向球元件430驱使套管密封件452的座面462，以提供密封配合，并防止套管密封件452与球元件430之间的泄漏。而且，为了防止套管密封件452与阀体412间的泄漏，设置在套管密封件452的外部筒状表面453上的密封元件458与阀体412的内部筒状表面438的无螺纹部446密封接合。

图6示出了根据本申请的原理构造而成的密封组件524的又一实施例。密封组件524安装在与参照图1在上文中描述的阀体12大致相似的、阀门500的阀体512内。而且，图6中的阀体512与图4和图5中的阀体312、412相同。这样，阀体512包括单一内部筒状表面538和单一轴向表面540，藉此，将凹槽542限定为具有大致方形横截面轮廓。内部筒状表面538包括螺纹部544和无螺纹部546。

与上文描述相似地，图6的密封组件542包括套管密封件552、保持装置554和偏置构件556。套管密封件552包括大致环形构件，该大致环状构件如所示限定适于由球元件530接合的座面562。另外地，套管密封件552包括设置在套管密封件552的外部筒状表面553上的一对环状通道566a、566b和环状槽口567。环状通道566a、566b分别收容径向密封件558a、558b。径向密封件558a、558b可包括石墨活塞环、C型密封件或基本任何类型的密封件。

保持装置554包括大致环形的中心构件555、环状安装凸缘559、环状偏置凸缘561和外部螺纹部564。将外部螺纹部564螺纹旋入阀体512的内部筒状表面538的螺纹部544，以使环状安装凸缘559抵靠阀体512的与凹槽542相邻的一部分。如此配置，如图所示，环状偏置凸缘561设置在凹槽542内。而且，如图所示，保持装置在其内部筒状表面363上具有环状凹槽565。环状凹槽565接收诸如C型夹子的保持环579，该保持环579延伸进入套管密封件542的环状槽口567，以将套管密封件542保持在阀体512的凹槽542中。

最终，所公开的实施例的偏置构件556包括与上文描述相似的波形弹簧。偏置构件556设置在保持装置554的环状偏置凸缘561与套管密封件552之间，以将套管密封件552朝远离偏置凸缘561的方向偏置。如此配置，则在球元件530位于远离套管密封件552带有的座面562的打开位置时，偏置构件556对套管密封件552施加基本连续的力，以驱使套管密封件552与保持装置554带有的保持环579接合。但是，随着球元件530移动至关闭位置，球元件530迫使套管密封件552远离保持环579，如图6所示，但偏置构件556继续向球元件530驱使套管密封件552的座面562，以提供密封配合，并防止套管密封件552与球元件530之间的泄漏。而且，为了防止套管密封件552与保持装置554之间的泄漏，设置在套管密封件552的环状通道566a、566b中的径向密封件558a、558b提供相对于保持装置554的内部筒状表面的密封接合，如图所示。

鉴于前述，应当知晓本申请提供流体控制装置，诸如具有可选择地与安装在阀体内并通过阀体的阀帽开口进行装填的密封组件接合的可动球元件的旋转球阀。有利地，上述构造可在不必将整个流体控制装置从与其关联的过程控制线分离的情况下，就能更换密封组件。还应当知晓，本申请提供多种密封组件，这些密封组件设计成例如通过使套管密封部件大致连续地相对于球元件偏置，来提供针对旋转球阀的球元件的可靠的密封。而且，有利地，各所揭示的密封件包括一个或多个密封元件，这些密封元件有规划地布置并构造成防止可动套管密封件与保持装置和/或阀体本身间的泄漏。尽管本申请的密封组件被描述为耦接在阀体的内部，例如参照图1描述的阀体，但是，可以预见密封组件可用在其它类型的阀体中，包括现有技术的旋转阀体，例如，常见的密封组件穿过入口部装填并使用密封防护环进行保持的阀体。

如上面所说明的，各密封组件124、224、324、424、524包括限定正好构成套管密封件的暴露表面的座面162、262、362、462、562的套管密封件152、252、352、452、552。尽管该构造在大多数应用中提供充足的配合，但一些应用可通过套管密封件的些许不同设计来获益。

例如，图7示出安装在阀门600的阀体612内的密封组件624，除了密封组件624还包括具有密封插入件625的套管密封件652之外，上述密封组件624和阀体612与图3中示出的密封组件224和阀体212相同。

更具体地，套管密封件652限定接收密封插入件625的环状通道680。环状通道680包括第一部分682和与该第一部分682外接的第二部分684。在所揭示的实施例中，第一部分682和第二部分684设置成相对于彼此具有一角度。

密封插入件625包括密封插入环686和支承环688。密封插入环686设置在套管密封件652的环状通道680的第一部分682内，并限定出环状座面690，如图7所示，在球元件630位于关闭位置时，密封接合环状座面690。支承环688设置在环状通道680的第二部分684内，从而与密封插入环686外接。与环状通道680相邻地，套管密封件652限定出径向唇部690，该径向唇部690延伸穿过支承环688的外部径向部692。这样，径向唇部690将支承环688保持在环状通道680的第二部分684中。当支承环688设置成与密封插入环686紧靠并与其接触时，径向唇部690也将密封插入环686保持在环状通道680的第一部分682内。在一实施例中，径向唇部690可绕支承环688的整个径向圆周延伸。在另一实施例中，径向唇部690可包括多个径向突片，这些径向突片绕支承环688的外部径向圆周分开设置。在一实施例中，径向唇部690通过在金属上执行的滚动操作形成，该径向唇部690构成套管密封件652设置在临近环状通道680的第二部分684的那部分。在另一实施例中，密封插入环686和支承环688可通过诸如粘接剂或某些其它机械扣件等其它装置而固定在环状通道680中。

尽管各种不同的材料可用于密封插入环686和支承环688，但在一实施例中，密封插入环686由比支承环688更软的材料形成，以使支承环688起到支承结构的作用。例如，密封插入环186可由聚醚醚酮(PEEK)或碳形成，支承环188可由非顺应性金属材料构成。其它材料可用于上述任一部件，且上述部件既可以由相同材料构成，也可以由不同的材料构成。

基于前述，应当知晓本申请包括各种变型和替代实施例，其应理解为被权利要求书及其任何等同范围所覆盖。而且，本发明的范围不应理解为限制在此描述的具体实施例，而应理解为被权利要求书的精神和范围所限定。

Claims (34)

1.一种流体流动控制装置，包括：

阀体，该阀体限定入口部、出口部、阀帽开口和在所述入口部与所述出口部之间延伸的流体流动路径；

阀帽，该阀帽设置在所述阀帽开口中，并固定至所述阀体；

控制组件，该控制组件至少部分地被所述阀帽所支承，所述控制组件包括设置在所述阀体内且能够在打开位置与关闭位置之间转动的球元件；

内部凹槽，该内部凹槽被所述阀体限定在所述入口部的下游且与所述阀帽开口相邻的位置；以及

密封组件，该密封组件设置在所述阀体的所述内部凹槽内，并包括套管密封件、保持装置和密封元件，所述套管密封件能够沿所述流动路径的方向轴向移动，且适于在所述球元件位于关闭位置时被所述球元件密封接合，所述保持装置邻近所述内部凹槽附连至所述阀体，以将所述套管密封件保持在所述阀体内，所述密封元件布置成提供在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体中的至少一个之间的液密密封，以在所述球元件位于所述关闭位置时防止泄漏。

2.如权利要求1所述的装置，其中，所述阀帽开口的尺寸比所述密封组件的最大尺寸大，从而能够将所述密封组件经由所述阀帽开口装填在所述阀体中。

3.如权利要求1所述的装置，其中，所述阀体中的所述凹槽包括与所述阀体的所述入口部同轴设置的环状凹槽。

4.如权利要求1所述的装置，其中，所述密封元件包括密封环，该密封环设置在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体中的一个之间的界面。

5.如权利要求4所述的装置，其中，所述密封元件设置在所述套管密封件与所述保持装置的相对的轴向表面之间。

6.如权利要求4所述的装置，其中，所述密封元件设置在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体之一之间的相对的径向表面之间。

7.如权利要求1所述的装置，其中，所述密封元件包括C型密封件，该C型密封件限定用于接收来自所述阀体的所述入口部的流体的环形开口。

8.一种流体流动控制装置，包括：

阀体，该阀体限定入口部、出口部和在所述入口部与所述出口部之间延伸的流体流动路径；

控制组件，该控制组件包括设置在所述阀体内且能够在打开位置与关闭位置之间转动的球元件；

内部凹槽，该内部凹槽被所述阀体限定在所述入口部的下游的位置；以及

密封组件，该密封组件设置在所述阀体的所述内部凹槽内，并包括套管密封件、保持装置和C型密封件，所述套管密封件能够沿所述流动路径的方向轴向移动，且适于在所述球元件位于关闭位置时被所述球元件密封接合，所述保持装置邻近所述内部凹槽附连至所述阀体，以将所述套管密封件保持在所述阀体内，所述C型密封件设置在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体中的一个之间，以在所述球元件位于所述关闭位置时防止泄漏。

9.如权利要求8所述的装置，还包括由所述阀体限定的阀帽开口和设置在所述阀帽开口中的阀帽，所述阀帽至少部分地支承所述控制元件，所述阀帽开口设置成与所述密封组件相邻。

10.如权利要求9所述的装置，其中，所述阀帽开口的尺寸比所述密封组件的最大尺寸大，从而能够将所述密封组件经由所述阀帽开口装填在所述阀体中。

11.如权利要求8所述的装置，其中，所述阀体中的所述凹槽包括与所述阀体的所述入口部同轴设置的环状凹槽。

12.如权利要求8所述的装置，其中，所述C型密封件设置在所述套管密封件与所述保持装置的相对的轴向表面之间。

13.如权利要求8所述的装置，其特征在于，所述C型密封件设置在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体中的一个之间的相对的径向表面之间。

14.如权利要求8所述的装置，其中，所述C型密封件限定用于接收来自所述阀体的所述入口部的流体的环形开口。

15.一种用于旋转球阀的密封组件，所述密封组件包括：

套管密封件，该套管密封件适于安装成邻近旋转阀体的入口部并被所述旋转球阀的球元件接合；

保持装置，该保持装置适于附连至所述旋转阀体，以用于将所述套管密封件保持在所述旋转阀体中；

环状通道，该环状通道限定在所述套管密封件中，所述环状通道具有第一部分和与所述第一部分外接的第二部分；

密封插入环，该密封插入环设置在所述环状通道的所述第一部分内，所述密封插入环限定环状座面，在所述球元件位于关闭位置时，密封接合所述环状座面；

支承环，该支承环设置在所述环状通道的所述第二部分内，并与所述密封插入环外接；

径向唇部，该径向唇部由与所述环状通道相邻的所述套管密封件限定，所述径向唇部延伸穿过所述支承环的外部径向部，以将所述支承环和所述密封插入环保持在所述环状通道中。

16.如权利要求15所述的组件，其中，所述密封插入环由比所述支承环更软的材料形成。

17.如权利要求15所述的组件，其中，所述密封插入环由PEEK和碳中的一个形成。

18.如权利要求15所述的组件，其中，所述径向唇部绕所述支承环的整个外周延伸。

19.如权利要求15所述的组件，其中，所述径向唇部包括所述套管密封件翻过所述支承环的外周的一部分。

20.如权利要求15所述的组件，其中，所述套管密封件在安装在旋转球阀中时能够相对于所述保持装置移动。

21.一种流体流动控制装置，包括：

阀体，该阀体限定入口部、出口部、阀帽开口和在所述入口部与所述出口部之间延伸的流体流动路径；

阀帽，该阀帽设置在所述阀帽开口中，并固定至所述阀体；

控制组件，该控制组件至少部分地被所述阀帽所支承，所述控制组件包括设置在所述阀体内且能够在打开位置与关闭位置之间转动的球元件；

环状凹槽，该环状凹槽由所述阀体限定；

密封组件，该密封组件至少部分地设置在所述阀体的所述环状凹槽内，并包括套管密封件和保持装置，所述套管密封件能够沿所述流动路径的方向轴向移动，且适于在所述球元件位于所述关闭位置时被所述球元件密封接合，所述保持装置邻近所述环状凹槽附连至所述阀体，以将所述套管密封件保持在所述阀体中，其中，所述套管密封件限定与所述密封组件的适于在所述球元件位于所述关闭位置时被所述球元件密封接合的一部分相邻的环状通道，所述环状通道具有第一部分和与所述第一部分外接的第二部分；

密封插入环，该密封插入环设置在所述套管密封件的所述环状通道的所述第一部分内，所述密封插入环限定环状座面，在所述球元件位于关闭位置时，密封接合所述环状座面；

支承环，该支承环设置在所述环状通道的所述第二部分内，并与所述密封插入环外接；以及

径向唇部，该径向唇部由与所述环状通道相邻的所述套管密封件限定，所述径向唇部延伸穿过所述支承环的外部径向部，以将所述支承环和所述密封插入环保持在所述环状通道中。

22.如权利要求21所述的装置，其中，所述密封插入环由比所述支承环更软的材料形成。

23.如权利要求21所述的装置，其中，所述密封插入环由PEEK和碳中的一个形成。

24.如权利要求21所述的装置，其中，所述径向唇部绕所述支承环的整个外周延伸。

25.如权利要求21所述的装置，其中，所述径向唇部包括所述套管密封件翻过所述支承环的外周的一部分。

26.如权利要求21所述的装置，其中，所述套管密封件在安装在旋转球阀中时能够相对于所述保持装置移动。

27.如权利要求21所述的装置，其中，所述密封组件设置在所述阀体的所述入口部的下游且与所述阀帽开口相邻。

28.如权利要求21所述的装置，其中，所述阀帽开口的尺寸比所述密封组件的最大尺寸大，从而能够将所述密封组件经由所述阀帽开口装填在所述阀体中。

29.如权利要求21所述的装置，其中，所述阀体中的所述凹槽包括与所述阀体的所述入口部同轴设置的环状凹槽。

30.如权利要求21所述的装置，其中，所述密封组件的所述密封元件包括密封环，该密封环设置在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体中的一个之间的界面。

31.如权利要求21所述的装置，其中，所述密封组件还包括密封元件，该密封元件布置成提供所述套管密封件与所述保持装置间的液密密封，以在所述球元件位于所述关闭位置时防止泄漏。

32.如权利要求31所述的装置，其中，所述密封元件设置在所述套管密封件与所述保持装置的相对的轴向表面之间。

33.如权利要求31所述的装置，其特征在于，所述密封元件设置在所述套管密封件与所述保持装置和所述阀体中的一个之间的相对的径向表面之间。

34.如权利要求21所述的装置，其中，所述密封元件包括C型密封件，该C型密封件限定面向所述阀体的所述入口部的环形开口。

Images