CN102939486A - 具有动态c型密封件和静态c型密封件的球阀密封件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种用于具有安装在顶部的阀帽(14)的旋转球阀的密封组件，从而能在不将所述阀从所述管线移除的情况下安装和移除所述密封组件。在一实施例中，所述密封组件可包括密封环(44)，该密封环(44)设置在阀内部内，并朝所述阀的所述球元件偏置。密封件载体(46)可设置在所述密封环与所述阀体之间，且所述密封件载体通过设置在所述阀内部的多个螺栓可移除地固定至所述阀体。主泄漏路径(50)可存在于所述密封环与所述密封件载体之间，副泄漏路径(52)可存在于所述密封件载体与所述阀体之间。第一和第二辅助密封件(82、56)可分别防止流过所述主泄漏路径和副泄漏路径的流体流动。

Description

具有动态C型密封件和静态C型密封件的球阀密封件

技术领域

本发明涉及流体控制装置，更具体地，涉及旋转球型流体控制阀。

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，必须将最常见的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

在第一方面中，阀可包括具有入口、出口和与所述入口和出口流体连通的阀内部的阀体。所述阀也可具有阀帽，该阀帽可移除地固定至所述阀体的顶部。所述球元件可枢转地安装在所述阀内部，所述球元件的外部表面可限定球体的一部分，其中，在所述球元件的所述外部表面上的所有点与所述球元件的固有枢转点不是等距的。密封环可设置在所述阀内部内，并朝所述球元件偏置，且所述密封环适于与所述球元件密封接合。锚环可设置在所述阀内部内，且固定至所述阀体。另外，密封件载体可设置在所述密封环与所述阀体之间的阀内部，且所述密封件载体通过设置在所述阀内部内的多个螺栓可移除地固定至所述锚环，并适于插入所述阀内部和从所述阀内部移除。主泄漏路径可存在于所述密封环与所述密封件载体之间，副泄漏路径可存在于所述密封件载体与所述阀体之间。所述主泄漏路径和所述副泄漏路径均可在所述阀暴露于流体压强。第一辅助密封件可设置在所述密封环与所述密封件载体之间，所述第一辅助密封件可防止流过所述主泄漏路径的流体流动。第二辅助密封件可设置在所述密封件载体与所述阀体之间，且所述第二辅助密封件可防止流过所述副泄漏路径的流体流动。

在另一方面，在所述密封环与所述密封件载体之间可形成对准缝隙，所述对准缝隙可限定所述主泄漏路径的一部分，所述对准缝隙可在所述密封件载体与所述密封环之间提供允许所述密封环相对于所述密封件载体沿径向移动的空间，从而在所述球元件与所述密封环密封接合时，所述密封环自行对准。

在另一方面，设置在所述密封环与所述密封件载体之间的所述第一辅助密封件可以是C型密封件。附加地，所述C型密封件可设置在形成于所述密封环中的凹槽中。所述C型密封件的口部可朝所述主泄漏路径中的流体流动的方向开口。

在又一方面，设置在所述密封件载体与所述阀体之间的所述第二辅助密封件可以是C型密封件。所述C型密封件的口部可朝所述副泄漏路径中的流体流动的方向开口。所述C型密封件可设置在形成于所述密封件载体中的凹槽中。所述C型密封件可与所述阀体的一部分和形成于所述密封件载体中的所述凹槽的一部分密封接合，以防止流过所述副泄漏路径的流体流动。

在又一方面，设置在所述密封件载体与所述阀体之间的所述第二辅助密封件可以是环状垫圈。

在另一方面，波形弹簧可使所述密封环朝所述球元件偏置，且所述波形弹簧可设置在形成于所述密封环中的凹槽中。

在又一方面，耦接至所述密封件载体的密封件护圈限制所述密封环远离所述密封件载体的轴向移位，且所述密封件护圈通过设置在所述阀内部内的多个螺栓可移除地固定至所述密封件载体。

在另一方面，所述多个螺栓中的每个与形成于所述密封件载体的凸缘部中的螺纹孔和形成于所述锚环中的螺纹孔螺纹接合。

安装密封环组件的方法可包括提供球阀，该球阀可包括具有入口、出口和与所述入口和出口流体连通的阀内部的阀体。阀帽开口可与所述阀体的顶部相邻设置。所述球元件可枢转地安装在所述阀内部中，所述球元件的外部表面可限定球体的一部分，且在所述球元件的所述外部表面上的所有点与所述球元件的固有枢转点不是等距的。可在所述阀内部之外的位置上组装密封件载体子组件。所述密封件载体子组件可包括具有内凹槽的密封件载体、设置在所述内凹槽内的密封环，其中，所述密封环可适于密封地接合所述球元件。所述密封件载体子组件还可包括设置在所述密封环与密封件载体间的第一辅助密封件和耦接至所述密封件载体的第二辅助密封件。可将所述密封件载体子组件插入所述阀帽开口，以使所述密封件载体子组件设置在所述阀内部内。另外，可将所述密封件载体子组件固定至所述阀体，从而所述第一辅助密封件防止流体流过主泄漏路径，其中，所述主泄漏路径存在于所述密封环与所述密封件载体之间，并且所述第二辅助密封件防止流体流过副泄漏路径，其中，所述副泄漏路径存在于所述密封件载体与所述阀体之间。将阀帽固定至所述阀体，以覆盖所述阀帽开口。

在又一方面中，阀可包括具有入口、出口和与所述入口和出口流体连通的阀内部的阀体。所述阀也可具有阀帽，该阀帽可移除地固定至所述阀体的顶部。球元件可枢转地安装在所述阀内部，所述球元件的外部表面可限定球体的一部分，其中，在所述球元件的所述外部表面上的所有点与所述球元件的固有枢转点不是等距的。密封环可设置在所述阀内部内，并朝所述球元件偏置，且所述密封环适于与所述球元件密封接合。主泄漏路径可存在于所述密封环与所述阀体间，所述副泄漏路径可在所述阀内暴露于流体压强下。第一C型密封件不可滑动地设置在所述密封环的外部表面上，且所述第一C型密封件可与所述密封环和所述阀体的一部分密封接合，以防止流过所述主泄漏路径的流体流动。而且，所述第一C型密封件中的流体压强可使所述密封环朝所述球元件偏置。另外，所述密封环与所述阀体的一部分间的相对移位可引起由所述第一C型密封件提供的弹簧力，该弹簧力也朝所述球元件偏置所述密封环。

在另一方面，所述密封环可设置在所述阀体的内部的内凹槽中，并且绕所述内凹槽的一部分设置的卡环可限制所述密封环朝所述球元件的轴向移位。

在另一方面，第二C型密封件不可滑动地设置在所述密封环的外部表面上，所述第二C型密封件与所述第一C型密封件相邻设置，并且所述第二C型密封件密封地接合所述密封环和所述阀体，以防止流过所述主泄漏路径的流体流动。

在又一方面中，可在所述密封环与所述阀体之间形成至少一个对准缝隙，所述对准缝隙限定所述主泄漏路径的一部分。所述对准缝隙在所述密封环与所述阀体之间提供允许所述密封环相对于所述阀体沿径向移动的空间，从而在所述球元件与所述密封环密封接合时，所述密封环自行对准。

附图说明

图1示出了根据本发明的原理构造而成的旋转球阀的剖视图；

图2示出了在图1中的圆圈II处的局部放大剖视图，其示出了旋转球阀的密封组件的一实施例，其中，旋转球阀处于打开位置；

图3示出了与图2相似的另一局部放大剖视图，其示出了旋转球阀处于关闭位置；

图4示出了与图2相似的另一局部放大剖视图，但其示出了按照本申请的另一揭示的实施例的教示组装而成的密封组件；

图5示出了与图2相似的又一局部放大剖视图，但其示出了按照本申请的另一揭示的实施例的教示组装而成的密封组件，其中，旋转球阀处于打开位置；

图6示出了与图2相似的另一局部放大剖视图，其示出了旋转球阀处于关闭位置；以及

图7示出了与图2相似的另一局部放大剖视图，但其示出了按照本申请的揭示的另一实施例的教示组装而成的密封组件，该密封组件具有两个C型密封件。

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和位于阀体12的顶部旁边的阀帽开口25。如箭头所示，主流动路径22从入口部18沿与纵向轴线A基本平行的方向延伸至出口部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适于诸如通过螺接、焊接、夹持或其它已知方式将球阀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，众所周知，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，且适于通过已知方式耦接至转动致动器。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。正如本领域所知晓的，阀帽14的通孔29和阀体12的盲孔36能够包括轴承，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。

如图1所示，球元件30通常可具有凸轮球元件，正如本领域所知晓的，以便于在关闭位置上使用密封组件24进行可重复的密封。更具体地，球元件30的外表面可限定出球体的一部分，其中，在球元件的外表面上的所有点距诸如各轴32、34的旋转轴线等球元件的固有枢轴点不是等距的。

在所示的实例中，密封组件24安装在阀体12的内部位置，该内部位置位于入口部18的下游，且基本相邻于阀帽开口25。如此配置，在密封组件24需要更换时，能够将阀帽14和控制组件16从阀体12上移除，并经由阀帽开口25装填密封组件24。这减少了将整个阀10从阀10所安装的管线上移除来更换密封组件24的需求，这在通过对接焊方式将阀10焊接到位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完全设置在阀体12的入口部18的下游。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。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和第一及第二横向表面40a、40b。

在相对于图1所示的流动路径22的方向考虑时，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，在相对于图1所示的流动路径22的方向考虑时，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，第一筒状表面38a具有第一直径Da，该第一直径Da比第二筒状表面38b的第二筒状直径Db更大。第一直径Da和第二直径Db均比阀体12的入口部18的入口直径Di更大。

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阀体等。而且，所揭示的实施例的密封组件24设置在内部凹槽42中，从而在将球元件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。尽管将图1所示的阀体12的内部凹槽42描述为包括由两个内部筒状表面38a、38b和两个横向表面40a、40b限定的台阶型轮廓，但是，本申请的替代实施例能够根据例如密封组件24的特定设计和/或出于其它考虑而具有多于或少于两个内部筒状表面和两个轴向表面。

现参照图2，其是沿图1的圆圈II截取的详细图，对按照本申请的教示构造而成的密封组件24的一具体实施例进行描述。

密封组件24包括设置在阀体12的内部中的密封环44。密封环44朝球元件偏置，来与球元件30密封接合。锚环130设置在阀内部，并固定至阀体12。密封件载体46设置在密封环44与阀体12之间，且密封件载体46通过设置在阀体12内部的多个螺栓48可移除地固定至锚环130。主泄漏路径50位于密封环44与密封件载体46之间，副泄漏路径52位于密封件载体46与阀体12之间。主泄漏路径和副泄漏路径均暴露于旋转球阀10内的流体压强。第一辅助密封件54，例如C型密封件82，设置在密封环44与密封件载体46之间，以防止流过主泄漏路径50的流体流动。另外，第二辅助密封件56，例如C型密封件154，设置在密封件载体46与阀体12之间，且第二辅助密封件56防止流过副泄漏路径52的流体流动。

如上所述，密封组件24的密封环44基本呈环状，且可由诸如合金6或用合金6进行表面硬化的不锈钢等耐磨损金属机械加工而成。如图2的剖视图所说明的，密封环44可通过筒状的密封件内壁58和筒状的密封件外壁60横向限定，密封件顶壁62可从密封件外壁60沿径向朝内壁58延伸。密封环突起64可从密封件顶壁62延伸，密封环突起64可由筒状侧突起壁66限定，该筒状侧突起壁66可从密封件顶壁62沿轴向(即与纵向轴线A平行的方向)延伸。顶部突起壁68可从侧部突起壁66沿与密封件顶壁62平行的方向延伸。球接合表面70可在顶部突起壁68与密封件内壁58之间延伸，球接合表面70在形状上是凹形的。更具体地，球接合表面70可定轮廓为与球元件30的球状外表面的相应部分协配，从而在旋转球阀10移动至关闭、落座或定位时，密封环44的球接合表面70与球元件30密封接合。可对球接合表面70进行表面硬化，以增强密封件的寿命并防止配合线磨损。

密封环44也包括设置在密封件内壁58与密封件外壁60之间的环状内凹槽72和环状弹簧凹槽74。内凹槽72和弹簧凹槽74均可具有大致矩形横截面形状，并可相邻设置，从而限定密封环44中的内脊76、中间脊78和外脊80。但是，内凹槽72和弹簧凹槽74均可具有任何形状或是适合特殊应用的形状的组合。内脊76、中间脊78和外脊80各自的底部可在轴向上与限定密封件顶壁62的平面等距。内凹槽72可适于接收诸如图2和图3所说明的C型密封件82等第一辅助密封件54。弹簧凹槽74可适于接收诸如图2和图3所说明的波形弹簧84等弹性元件。

如图2和图3所说明，密封组件24也包括设置在密封环44与阀体12间的阀体12内部的环状密封件载体46。密封件载体46可由诸如不锈钢等耐腐蚀金属机械加工而成。密封件载体46可由沿大致轴向延伸的筒状载体内壁86和筒状载体外壁88横向限定。平的载体顶壁90和与载体顶壁90平行且与载体顶壁90错位的平的载体底壁92可沿大致径向延伸，且与载体内壁86和载体外壁88相交，来进一步限定密封件载体46。载体外凹槽94可由从载体底壁92轴向延伸的筒状凹槽侧壁96和从载体外壁88径向延伸至凹槽侧壁96的凹槽顶壁98限定。但是，载体外凹槽94可由任意数量或形状的表面形成，该些表面在载体底壁90与载体外壁88相交处提供凹槽。环状载体凸缘100可沿大致径向朝远离载体外壁88延伸，载体凸缘100可由朝远离载体外壁88径向延伸的凸缘底壁102限定。载体凸缘100能由可与凸缘底壁102平行且与凸缘底壁102错开的凸缘顶壁104进一步限定。筒状凸缘外壁106可在凸缘底壁102与凸缘顶壁104之间轴向延伸，筒状凸缘内壁108可与凸缘外壁106径向错开且可在凸缘顶壁104与载体顶壁92之间延伸。由于载体顶壁92与凸缘侧壁108正交，因此，可形成位于与密封件载体46的载体外凹槽94对角线相反位置的载体内凹槽110。多个凸缘孔112可绕载体凸缘100对称排列。凸缘孔112可从凸缘顶壁104轴向延伸至凸缘底壁102。各凸缘孔112可具有螺纹部，且各凸缘孔112可适于接收螺纹固定螺栓48。另外，多个载体盲孔114可绕密封件载体46对称排列，各盲孔114可从凸缘顶壁104朝载体底壁90轴向延伸。各盲孔114可具有螺纹部，且各盲孔114可适于接收带帽螺钉116。

如图1和图2所说明，密封组件24也可包括环状密封件护圈118，该环状密封件护圈118适于将密封环44固定在密封件载体46的载体内凹槽110内。密封件护圈118可由诸如不锈钢等耐腐蚀金属机械加工而成。密封件护圈118可由各自沿大致轴向延伸的筒状护圈内壁120和筒状护圈外壁122横向限定。平的护圈顶壁124和与护圈顶壁124平行且与护圈顶壁124轴向错开的平的护圈底壁126可沿大致径向延伸，且与护圈内壁120和护圈外壁122相交，来进一步限定密封件护圈118。多个护圈孔128可绕密封件护圈118对称排列，各护圈孔128可在护圈顶壁124与护圈底壁126之间轴向延伸。另外地，各个护圈孔128可位于与对应的载体盲孔114轴向对齐，带帽螺钉116可插入各个护圈孔128，以使带帽螺钉116的螺纹部与载体盲孔114的螺纹部螺纹接合，从而可移除地将密封件护圈118固定至密封件载体46。

密封件护圈118的筒状护圈内壁120的直径可比密封环44的筒状侧突起壁66的直径大，且比密封环44的筒状密封外壁60的直径小。因此，在密封环44设置在密封件载体46的载体内凹槽110内，且密封件护圈118固定至密封件载体46时，护圈底壁126穿过密封件载体46的凸缘侧壁108径向朝内延伸，以使筒状护圈内壁120径向设置在密封环44的筒状侧突起壁66与筒状密封件外壁60之间，而不管密封环44在密封件载体46的载体内凹槽110内的径向位移程度如何。另外，在如上所述组装时，密封件顶壁62与密封环44的内脊76、中间脊78和外脊80各自的底部之间的轴向距离比密封件护圈118的护圈底壁126与密封件载体46的载体顶壁92之间的轴向距离小。

如图1和图2所说明，密封组件24也可具有适于固定至阀体12的环状锚环130。锚环130可由诸如不锈钢等耐腐蚀金属机械加工而成。锚环130可由各自沿大致轴向延伸的筒状锚内壁132和筒状锚外壁134横向限定。平的锚顶壁136和与锚顶壁136平行且与锚顶壁136轴向错开的平的锚底壁138可沿大致径向延伸，且与锚内壁132和锚外壁134相交，来进一步限定锚环130。锚环130可在阀体12的内部凹槽42中固定至阀体12。更具体地，锚外壁134可基本抵靠内部凹槽42的第一筒状表面38a，锚底壁138可基本抵靠内部凹槽42的第一横向表面40a。在上述位置上，筒状锚内壁132的直径可比内部凹槽42的第二筒状表面38b的直径稍大。为了将锚环130固定至阀体12，锚外壁134的螺纹部(未图示)可与阀体12的第一筒状表面38a的螺纹部(未图示)螺纹接合。替代地，一次或多次焊接(未图示)可将锚环130固定至阀体12，或是锚环130可通过螺纹接合和焊接的结合而被固定至阀体12。

多个锚孔140可绕锚环130对称排列，各锚孔140可从锚顶壁136朝锚底壁138轴向延伸。另外地，在锚环130固定至阀体12时，各个锚孔140可被定位成与密封件载体46的对应的凸缘孔112轴向对齐。如此配置，则固定螺栓48可被插入各个螺纹凸缘孔112且被转动，以使固定螺栓48朝对应的锚孔140前进。在延伸穿过密封件载体46的凸缘底壁102与锚环130的锚顶壁138之间的缝隙之后，固定螺栓48的远端在与锚孔140的螺纹部144螺纹接合之前，接着被接收在扩径部142中。在操作过程中，在旋转球阀10内的振动可使一个或多个固定螺栓48与锚孔140的螺纹部144解除接合。尽管上述解除接合，通过凸缘孔112的螺纹部避免固定螺栓48穿过密封件载体46的凸缘孔112的轴向移位，从而能防止固定螺栓48掉出锚孔140并进入阀体12内部。

再次参照图2和图3，锚环130可固定至阀体12，且密封件载体46可通过多个固定螺栓48而固定至锚环130。另外地，密封环44可设置在密封件载体46的载体内凹槽110中，密封环44可通过上面描述的方式而被密封件护圈118固定在载体内凹槽110内。如上所述，密封环44的密封件顶壁62与密封环44的内脊76、中间脊78和外脊80各自的底部之间的轴向距离比密封件护圈118的护圈底壁126与密封件载体46的载体顶壁92之间的轴向距离小。因此，第一缝隙145可存在于密封环44与密封件载体46之间。随着旋转球阀10移动至关闭位置，密封环44与密封件载体46的第一缝隙145允许密封环44被球元件30朝入口18轴向移位(且克服波形弹簧84的偏置力)，从而确保密封环44与球元件30密封接合。在旋转球阀10处于打开位置时(即在球元件30没有与密封环44的球接合表面70接触时)，如图2所示，设置在密封环44的弹簧凹槽74内的波形弹簧84使密封环44朝球元件30偏置。由于密封件护圈118固定至密封件载体46，因此，在密封件载体46的载体顶壁92与护圈底壁126间的轴向距离是固定的，从而限制了由波形弹簧84而使密封环44朝球元件30的轴向移位。

除了上面描述的第一缝隙145之外，对准缝隙146可存在于密封件载体46与密封环44之间。更具体地，由于密封环44的筒状密封件外壁60的直径小于密封件载体的筒状凸缘内侧壁108的直径，对准缝隙146可存在于密封环44和密封件载体46的表面之间。在由球元件30接合密封环44时，由于对准缝隙46，密封环可相对于密封件载体46径向移位，从而允许密封环44沿径向和轴向自行对准，来补偿因机械公差而导致的任何球/密封环44失准，以便提高密封环44与球元件30间的密封。

在关闭旋转球阀10时，密封环44的内脊76的底部可能不与密封件载体46的载体顶壁92密封接合，并在密封环44与密封件载体46之间产生主泄漏路径50。例如，球元件30可能不会使密封环44轴向移位，以减少密封环44与密封件载体46间的第一缝隙145。替代地，因密封环44相对于密封件载体46的轴向移位，而使密封环44的内脊76可朝密封件载体46的载体内壁86的径向朝内延伸，从而可使流体流入密封环44的内凹槽72。

由于流过流路22的工艺流在球元件30的入口18侧上的压强比出口20侧上的压强大，工艺流具有流过主泄漏路径50的趋势，主泄漏路径50可与球元件30的出口20侧流体连通。为了防止流过该主泄漏路径50的工艺流流动，可将诸如在图2和图3中说明的C型密封件82等第一辅助密封件设置在密封环44的内凹槽72中。

C型密封件82的口部可面向流经主泄漏路径50的流体的常规流路，从而流过主泄漏路径50的工艺流进入C型密封件82的口部。在图2中所说明的实施例中，C型密封件82的口部可面向密封环44的内脊76。可设定C型密封件82的尺寸，从而在阀10处于打开位置(如图2所说明)且密封环44与密封件护圈118的护圈底壁126接触时，C型密封件82外部的部分与中间脊78和内凹槽72的顶面接触，但不与密封件载体46的载体顶壁92接触。因此，在球元件30处于打开位置时，一部分工艺流可流过C型密封件82的外部与载体顶壁92间的主泄漏路径50，而不进入C型密封件82的口部。

在球元件30移动至关闭位置时，球元件30与密封环44的球接合面70接触，且使密封环44朝密封件载体46的载体顶壁92移位。随着密封环44移位，减小了密封环44的内凹槽72的顶面与密封件载体46的载体顶壁92间的距离，从而C型密封件82的外部可与载体顶壁92、内凹槽72的顶面和密封环44的中间脊78接触。由于该移位，C型密封件82移动至主泄漏路径50，从而使工艺流可进入内凹槽72和设置在内凹槽72内的C型密封件54的口部。随着相对高压的流体经由口部进入C型密封件54的内部，C型密封件82朝外侧膨胀，从而C型密封件的外表面与密封环44的内凹槽72的顶面和载体顶壁92均密封接合，从而防止工艺流在C型密封件82下游的密封环44与密封件载体46间流动。通过这种方式，C型密封件82对主泄漏路径50进行密封。

由于在球元件30与密封环44接合和解除接合时，C型密封件82与密封环44一起相对于密封件载体46移动，因此，C型密封件82称为动态C型密封件。动态C型密封件82可由诸如N07718(铬镍铁合金718)等耐腐蚀金属制成。由于动态C型密封件82由金属制成，旋转球阀10可在比使用弹性密封件的阀更高的温度下操作。

在通过前面描述的方式利用多个固定螺栓48将密封件载体46固定至锚环130时，筒状载体内壁85可与部分地限定入口18的筒状入口壁148基本共同延伸。附加地，筒状载体外壁88的直径可小于锚内壁132，从而在密封件载体46与锚环130间产生横向缝隙150。由于密封件载体46没有直接固定至阀体，因此，第二缝隙153可存在于阀体12的内部凹槽42的第二横向表面40b与密封件载体46的载体底壁90之间。第二缝隙152和横向缝隙150可与阀内部的一部分流体连通，该阀内部的一部分在旋转球阀10位于关闭位置时，位于密封环44与球元件30间的密封的出口20侧。

由于流过流路22的工艺流在球元件30的入口18侧上的压强比出口20侧上的压强高，因此，工艺流具有流入第二缝隙152且经由横向缝隙150流至阀内部的一部分的趋势，该阀内部的一部分在旋转球阀10位于关闭位置时，位于密封环44与球元件30间的密封的出口20侧。因此，副泄漏路径52可存在于阀体12与密封件载体46之间。

为了防止流过副泄漏路径52的工艺流流动，诸如在图2和图3中说明的C型密封件154等第二辅助密封件56可设置在密封件载体46的载体外凹槽94中，从而C型密封件154的口部沿轴向朝上方面向阀体12的第二横向表面40b。当工艺流流入副泄漏路径52的第一缝隙52时，流体进入载体外凹槽94和设置在载体外凹槽94内的C型密封件154的口部。当相对高压的流体经由口部进入C型密封件154的内部时，C型密封件154朝外膨胀，从而C型密封件154的外表面除了与阀体12的内部凹槽42的第二筒状表面38b密封接合之外，还与载体外凹槽94的凹槽侧壁96和凹槽顶壁98密封接合，从而防止工艺流在位于C型密封件154下游的密封件载体46与阀体12间流动。通过这种方式，C型密封件154对副泄漏路径52进行密封。由于当设置在载体外凹槽94时，C型密封件154是固定的，因此，C型密封件可称为静态C型密封件。

如上所述，当希望将密封组件24从阀体12中移除时，不需要将阀体12从其所安装的管线中移除。相反，可通过松开并移除多个盖螺栓27中的每一个，来将阀帽14从阀体12中移除。随着阀帽14被移除，控制组件16和球元件30可经由阀帽开口25而从阀体12中移除。接着，可将密封组件46从锚环130中移除。具体地，可将扳手或其它合适的工具经由阀帽开口25插入阀内部，可通过扳手，使各个固定螺栓48转动，直至各固定螺栓48的螺纹部与锚孔140的螺纹部144和螺纹凸缘孔112解除螺纹接合。接着可将密封件载体46从阀体12的内部凹槽42中抽出，并经由阀帽开口25移除，其中密封环44、密封件护圈118、第一和第二辅助密封件54、56及波形弹簧74仍附连在上述密封件载体46上，以形成密封件载体46子组件。一旦位于阀内部的外侧，通过移除各个盖螺栓116，就可将密封件护圈118与密封件载体46分离。随着移除密封件护圈118，就可将密封环44从密封件载体46的载体内凹槽110移除。

为了将密封组件24安装至阀体12，首先在阀内部的外侧部分地组装密封组件24。具体地，通过前面描述的方式将C型密封件82首先设置在密封环44的内凹槽72中，且通过前面描述的方式将诸如波形弹簧84的弹性元件设置在弹簧凹槽74中。接着，将密封环44设置在密封件载体46的载体内凹槽110中，且将密封件护圈118设置在密封环44上，以使各护圈孔128与形成于密封件载体46中的对应的载体盲孔114轴向对齐。接着，将多个盖螺栓116中的每个转动成与对应的载体盲孔114螺纹接合，来将密封件护圈118固定至密封件载体46。接着，将C型密封件154设置在密封件载体46的载体外凹槽94内。接着，将密封件载体46子组件经由阀帽开口25插入阀内部，并可通过将密封件载体46的凸缘外壁106与阀体12的第一筒状表面38a对齐，来将密封件载体46子组件定心在阀体12的内部凹槽42内。接着，可将密封件载体46的每个凸缘孔112与锚环130的对应的锚孔140轴向对齐。接着，可将每个固定螺栓48从阀内部插入对应的凸缘孔112并转动，直至固定螺栓48的螺纹部与锚环130的锚孔140的螺纹部144螺纹接合。如此组装，密封环44可能无法初始设置在载体内凹槽110内，以确保在密封环44的球接合表面70与球元件30的球外部的一部分之间适当的密封。但是，当在旋转球阀10的关闭过程中球元件30与球接合表面130接触时，由于前面描述的密封环44的自行对准特性，球元件30使密封环44沿轴向和径向在载体内凹槽110移位。

在图4说明的另一实施例中，密封组件224可与上面描述的密封组件24基本相同。但是，在密封组件224的密封件载体246中，密封件载体246的筒状载体外壁88沿轴向延伸至载体底壁90，因此，没有形成载体外凹槽94。结果，密封组件224的第二辅助密封件56不是C型密封件154，而是设置在载体底壁90与阀体12的第二横向表面40b间的副泄漏路径52中的环状垫圈156。为了帮助操作和安装，可通过本领域常见的任何方式将垫圈156粘接至密封件载体246的载体底壁90。如此配置，移除或安装密封组件224的过程与上面描述的过程基本相同。

如上所述，密封组件24、224减少在常规的密封组件中使用的多个部件，从而降低阀的成本。而且，诸如密封件载体46等所使用的部件可容易且廉价地机械加工而成，另外，可将密封件载体46子组件经由阀帽开口25插入阀内部，而不需将阀从管线移除。此外，如上文所说明的，密封环44可沿轴向和径向相对于密封件载体46移动，以使密封环44自行对准，来补偿球/密封件失准。

在图5至图7所说明的另一实施例中，密封组件324可包括设置在阀体12内部的环状密封环326。密封环326设置在阀内部，且朝球元件30偏置，以密封接合球元件30。主泄漏路径328存在于密封环326与阀体12间，并且主泄漏路径暴露于阀内的流体压强。第一C型密封件330不可滑动地设置在密封环326的外部表面上。第一C型密封件330与密封环326和阀体12的一部分密封接合，以防止流过主泄漏路径328的流体流动，其中，C型密封件330中的流体压强使密封环326朝球元件30偏置。另外，密封环326与阀体12的一部分间的相对移位引起由第一C型密封件330提供的弹簧力，该弹簧力也可使密封环326朝球元件30偏置。

如上所述，密封组件324的密封环326呈大致环状，且由诸如合金6或用合金6进行表面硬化的不锈钢等耐磨损金属机械加工而成。如图5和图6的剖视图所示，密封环326可由筒状环内壁332横向限定，且可具有台阶型外轮廓。具体地，外轮廓可包括筒状环外壁334和直径比环外壁334的直径大的筒状环中间壁336。环底壁338可在环外壁334与环内壁332之间沿径向延伸，环中间底壁340可在环外壁334与环中间壁336之间沿径向延伸。筒状环凸缘壁342可具有比环中间壁336大的直径，且环凸缘底壁334可在环中间壁336与环凸缘壁342之间沿径向延伸。环顶壁346可从环凸缘壁342沿径向朝内延伸。球接合表面348可在环顶壁346与环内壁332之间延伸，且球接合表面348可呈凹形。更具体地，球接合表面348可被外形加工成与球元件30的球状外表面的对应部分配合，从而在旋转球阀10移动至关闭、落座或定位时，密封环组件324的球接合表面348与球元件30接合。可对球接合表面348进行表面硬化，以增加密封件的寿命并防止配合线磨损。

环状切槽350可设置在阀体的环状凹槽42的第一筒状表面38a中。环状卡环352可至少部分地设置在切槽350内，以使卡环352的一部分径向朝第一筒状表面38a内延伸。当密封组件324处于组装状态时(即当密封环326设置在内部凹槽42且卡环352被接收在切槽350中时)，第二横向壁40b与卡环352的底面354间的轴向距离可比密封环326的环底壁338与环顶壁346间的轴向距离大。因此，密封环可在内部凹槽42内从环底壁338与第二横向表面40b接触的位置沿轴向移位至环顶壁346与卡环352的底面354接触的位置。在环底壁338从第二横向表面40b轴向错开时，可产生第一径向缝隙356。

参照图5和图6，阀体12的第一筒状表面38a的直径可大于环凸缘壁342的直径，阀体12的第二筒状表面38b的直径可大于环中间壁336的直径大。因此，当密封组件324处于组装状态下，可在环外壁334与第二筒状壁面38b之间产生密封凹槽358。附加地，第一对准缝隙360可存在于环中间壁336与阀体12的第二筒状表面38b之间，第二对准缝隙362可存在于环凸缘壁342与阀体12的第一筒状表面38a之间。在由球元件30接合密封环326时，由于第一和第二对准缝隙360、362，密封环326可相对于阀体12径向移位，从而可使密封环326沿径向自行对准，来补偿因机械公差而导致的任何球/密封环失准，以便提高密封环326与球元件30间的密封。

如图5和图6所示，第一C型密封件330可绕密封环326的环外壁334的周边设置，从而在密封组件324处于组装状态时，将第一C型密封件330设置在密封凹槽358内。第一C型密封件330可由诸如N07718(铬镍铁合金718)等耐腐蚀金属制成。可设定第一C型密封件330的尺寸，从而第一C型密封件330可在组装过程中滑动穿过环外壁334的表面，但在将密封环326安装在阀体12的内部凹槽42的过程中和在阀的操作过程中，第一C型密封件330基本保持在其在环外壁334上的组装位置。而且，在密封组件324处于组装状态时，第一C型密封件330的外部的一部分可与阀体12的第二筒状表面38b接触，其与第二筒状表面38b的上述界面可在阀的操作过程中防止或限制第一C型密封件330相对于第二筒状表面38b移动。第一C型密封件330的口部可朝向阀体12的第二横向表面40b沿轴向打开。可进一步设定第一C型密封件330的尺寸，从而在操作过程中，当工艺流进入第一C型密封件330的口部时，第一C型密封件330朝外膨胀，藉此来进一步防止第一C型密封件330相对于密封环326轴向移位。由于第一C型密封件330的形状允许在施加径向朝内的力时压缩C型横截面，因此，在密封环326如上所述自行对准时，第一C型密封件会发生弯曲。

在操作中，流过阀的流路22的工艺流在球元件30的入口18侧上的压强比在出口部20侧上的压强高。其结果是，由于第一径向缝隙356、密封件凹槽358、第一对准缝隙360和第二对准缝隙362可分别与球元件30的出口部20侧流体连通，因此，工艺流具有流过第一径向缝隙356、密封件凹槽358、第一对准缝隙360和第二对准缝隙362的趋势。因此，第一径向缝隙356、密封件凹槽358、第一对准缝隙360和第二对准缝隙362共同形成主泄漏路径328。但是，由于第一C型密封件330设置在密封件凹槽358内，因此，流过主泄漏路径328的工艺流可进入第一C型密封件330的口部。工艺流流入第一C型密封件330的口部产生的压强可在第一C型密封件330上提供轴向力，该轴向力具有使第一C型密封件330朝出口部20沿轴向移位的趋势。由于第一C型密封件330不可滑动地设置在密封环326的环外壁334上，因此，在第一C型密封件330内的工艺流可使密封环326自身朝出口部20沿轴向移位，从而可使密封环326朝球元件30偏置。密封环326可朝出口部20偏置，直至顶环壁346与卡环底面354接触。可选择地，波形弹簧(未图示)可设置在阀体12的第一横向表面40a与环凸缘底面344之间，以使密封环36朝球元件30偏置。

当球元件30移动至关闭位置时，如图6所示，球元件30的外表面可与密封环326的波状外形的球接合表面348接合，从而使密封环326朝阀10的入口部18移位。但是，由于第一C型密封件330内的流体压强通过如上所述的方式使密封环326朝球元件30偏置，因此，密封环326的球接合表面348可保持成与球元件30密封接合，从而防止工艺流从入口部18流至出口部20。除了由流体压强提供的力之外，第一C型密封件330可提供使密封环326朝球元件30偏置的弹簧力。具体地，当球元件30在关闭阀的过程中移动至与密封环326接合时，可将密封环326朝入口部18沿轴向移位。由于第一C型密封件330不可移动地设置在密封环326的环外壁334上，且可限制或防止第一C型密封件330与第二筒状表面38b之间的移动，因此，密封环326相对于第二筒状表面38b的轴向移位可使第一C型密封件330的与密封环326接触的外部的一部分相对于第一C型密封件330的与第二筒状表面38b接触的外部的一部分移位。第一C型密封件330的部分的相对移位可使第一C型密封件330弯曲，从而产生由第一C型密封件330提供的弹簧力，其具有使密封环326朝球元件30偏置的趋势。

在关闭位置上，如上所述，流过主泄漏路径328的工艺流可进入第一C型密封件330的口部。工艺流可使第一C型密封件330朝外膨胀，从而第一C型密封件330的外部的一部分与密封环326的环外壁334和第二筒状表面38b分别密封接合。因此，第一C型密封件330防止工艺流流过位于第一C型密封件330下游的主泄漏路径328。

如图7所示，第二C型密封件364可选地设置在第一C型密封件330与环中间底壁340之间的密封环326的环外壁334上，以使第二C型密封件364的口部朝阀体12的第二横向表面40b沿轴向开口。可选的第二C型密封件364可在物理上和功能上与第一C型密封件330相同。但是，由于第一C型密封件330起到主密封件的作用，以防止流过主泄漏路径328的流体流动，第二C型密封件364起到备份的作用，以防止流过第一C型密封件330的任何工艺流朝主泄漏路径328下方前进。

在希望将密封组件324从阀体12移除时，如上所述，可将阀帽14、控制组件16、球元件30经由阀帽开口25而从阀体12移除。接着，可将卡环352从设置在第一筒状表面38a上的切槽350中抽出，并可经由阀帽开口25从阀内部移除。接着，可将密封环326从阀体12的内部凹槽42抽出，并可经由阀帽开口25移除，其中，第一C型密封件330(可选地，第二C型密封件)仍附连至密封环326。一旦位于阀内部的外侧，可将第一C型密封件330(可选地，第二C型密封件364)从密封环326移除，来维修或更换。

为了将密封组件324安装至阀体12，在密封环326位于阀内部的外侧时，可将第一C型密封件330(如果期望，第二C型密封件364)首先绕密封环326的环外壁334设置在适当的位置上。接着，可将密封环326经由阀帽开口25插入阀内部，并可将密封环326设置在阀体12的内部凹槽42。接着，可将卡环352插入第一筒状表面38a的切槽350中。如此组装，密封环326可能无法初始设置在阀体12的内部凹槽42内，以确保在密封环326的球接合表面348与球元件30的球外部的一部分之间适当的密封。但是，当在旋转球阀10的关闭过程中球元件30与球接合表面348接触时，由于前面描述的密封环326的自行对准特性，球元件30使密封环326沿轴向和径向在内部凹槽110内移位。

如上所述，密封组件324减少在常规的密封组件中使用的多个部件，从而降低阀的成本。而且，诸如密封环326等所使用的部件可容易地且廉价地机械加工而成。另外，不需要使用螺栓安装密封组件324，从而可降低成本和减少在使用过程中解除接合的螺栓并使阀或其它下游装置受损的风险。而且，由于C型密封件330、364可相对于阀体12的内部凹槽42弯曲，因此，密封组件324比常规的密封组件具有更长的寿命。

虽然在上面描述了各种实施例，但本申请不旨在限定于此。可对所揭示的实施例进行改变，其仍落在随附的权利要求书的范围内。

Claims (20)

1.一种阀，包括：

阀体，该阀体具有入口、出口和与所述入口和出口流体连通的阀内部；

阀帽，该阀帽可移除地固定至所述阀体的顶部；

球元件，该球元件可枢转地安装在所述阀内部，所述球元件的外部表面限定球体的一部分，其中，在所述球元件的所述外部表面上的所有点与所述球元件的固有枢转点不是等距的；

密封环，该密封环设置在所述阀内部内，并朝所述球元件偏置，其中，所述密封环适于与所述球元件密封接合；

锚环，该锚环设置在所述阀内部内，且固定至所述阀体；

密封件载体，该密封件载体设置在所述密封环与所述阀体之间的所述阀内部，所述密封件载体通过多个螺栓可移除地固定至所述锚环，所述多个螺栓设置在所述阀内部内，且适于插入所述阀内部且从所述阀内部移除，其中，主泄漏路径存在于所述密封环与所述密封件载体之间，副泄漏路径存在于所述密封件载体与所述阀体之间，所述主泄漏路径和所述副泄漏路径在所述阀内暴露于流体压强；

第一辅助密封件，该第一辅助密封件设置在所述密封环与所述密封件载体之间，所述第一辅助密封件防止流过所述主泄漏路径的流体流动；以及

第二辅助密封件，该第二辅助密封件设置在所述密封件载体与所述阀体之间，所述第二辅助密封件防止流过所述副泄漏路径的流体流动。

2.如权利要求1所述的阀，其中，在所述密封环与所述密封件载体之间形成对准缝隙，所述对准缝隙限定所述主泄漏路径的一部分，所述对准缝隙在所述密封件载体与所述密封环之间提供允许所述密封环相对于所述密封件载体沿径向移动的空间，从而在所述球元件与所述密封环密封接合时，所述密封环自行对准。

3.如权利要求1所述的阀，其中，设置在所述密封环与所述密封件载体间的所述第一辅助密封件是C型密封件。

4.如权利要求3所述的阀，其中，所述C型密封件设置在形成于所述密封环中的凹槽中。

5.如权利要求4所述的阀，其中，所述C型密封件的口部可面向流过所述主泄漏路径的流体流动的方向。

6.如权利要求1所述的阀，其中，设置在所述密封件载体与所述阀体之间的所述第二辅助密封件是C型密封件。

7.如权利要求6所述的阀，其中，所述C型密封件的口部可面向流过所述副泄漏路径的流体流动的方向。

8.如权利要求6所述的阀，其中，所述C型密封件设置在形成于所述密封件载体中的凹槽中。

9.如权利要求8所述的阀，其中，所述C型密封件与所述阀体的一部分和形成于所述密封件载体中的所述凹槽的一部分密封接合，以防止流过所述副泄漏路径的流体流动。

10.如权利要求1所述的阀，其中，设置在所述密封件载体与所述阀体之间的所述第二辅助密封件是环状垫圈。

11.如权利要求1所述的阀，其中，波形弹簧使所述密封环朝所述球元件偏置。

12.如权利要求11所述的阀，其中，所述波形弹簧设置在形成于所述密封环中的凹槽中。

13.如权利要求1所述的阀，其中，耦接至所述密封件载体的密封件护圈限制所述密封环远离所述密封件载体的轴向移位。

14.如权利要求1所述的阀，其中，所述密封件护圈通过设置在所述阀内部中的多个螺栓可移除地固定至所述密封件载体。

15.如权利要求1所述的阀，其中，所述多个螺栓中的每个与形成于所述密封件载体的凸缘部中的螺纹孔和形成于所述锚环中的螺纹孔螺纹接合。

16.一种安装密封环组件的方法，包括：

提供球阀，该球阀包括具有入口、出口和与所述入口和出口流体连通的阀内部的阀体以及与所述阀体的顶部相邻的阀帽开口；

将球元件可枢转地安装在所述阀内部中，所述球元件的外部表面限定球体的一部分，其中，在所述球元件的所述外部表面上的所有点与所述球元件的固有枢转点不是等距的；

在所述阀体内部之外的位置组装密封件载体子组件，其中，所述密封件载体子组件包括：

密封件载体，该密封件载体具有内凹槽；

密封环，该密封环设置在所述内凹槽中，其中，所述密封环适于密封地接合所述球元件；

第一辅助密封件，该第一辅助密封件设置在所述密封环与密封件载体之间；以及

第二辅助密封件，该第二辅助密封件耦接至所述密封件载体，

将所述密封件载体子组件插入所述阀帽开口，以使所述密封件载体子组件设置在所述阀内部内；

将所述密封件载体子组件固定至所述阀体，从而所述第一辅助密封件防止流体流过主泄漏路径，其中，所述主泄漏路径存在于所述密封环与所述密封件载体之间，并且所述第二辅助密封件防止流体流过副泄漏路径，其中，所述副泄漏路径存在于所述密封件载体与所述阀体之间；以及

将阀帽固定至所述阀体，以覆盖所述阀帽开口。

17.一种阀，包括：

阀体，该阀体具有入口、出口和与所述入口和出口流体连通的阀内部；

阀帽，该阀帽可移除地固定至所述阀体的顶部；

球元件，该球元件可枢转地安装在所述阀内部，所述球元件的外部表面限定球体的一部分，其中，在所述球元件的所述外部表面上的所有点与所述球元件的固有枢转点不是等距的；

密封环，该密封环设置在所述阀内部内，并朝所述球元件偏置，其中，所述密封环适于与所述球元件密封接合，且其中主泄漏路径存在于所述密封环与所述阀体之间，所述主泄漏路径在所述阀内暴露于流体压强；以及

第一C型密封件，该第一C型密封件不可滑动地设置在所述密封环的外部表面上，所述第一C型密封件与所述密封环和所述阀体的一部分密封接合，以防止流过所述主泄漏路径的流体流动，并且其中，所述第一C型密封件中的流体压强使所述密封环朝所述球元件偏置，且其中，所述密封环与所述阀体的一部分间的相对移位引起由所述第一C型密封件提供的弹簧力，该弹簧力也朝所述球元件偏置所述密封环。

18.如权利要求17所述的阀，其中，所述密封环设置在所述阀体的内部的内凹槽中，并且绕所述内凹槽的一部分设置的卡环限制所述密封环朝所述球元件的轴向移位。

19.如权利要求17所述的阀，其中，第二C型密封件不可滑动地设置在所述密封环的外部表面上，所述第二C型密封件与所述第一C型密封件相邻设置，并且所述第二C型密封件密封地接合所述密封环和所述阀体，以防止流过所述主泄漏路径的流体流动。

20.如权利要求17所述的阀，其中，在所述密封环与所述阀体之间形成至少一个对准缝隙，所述对准缝隙限定所述主泄漏路径的一部分，所述对准缝隙在所述密封环与所述阀体之间提供允许所述密封环相对于所述阀体沿径向移动的空间，从而在所述球元件与所述密封环密封接合时，所述密封环自行对准。

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